KR100978314B1 - 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널 및 그시공방법 - Google Patents

파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널 및 그시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파형 강판 또는 파형 강관을 이용하여 터널 내벽을 2차 라이닝 시공하는 철근콘크리트 라이닝 터널 및 그 시공방법에 관한 것이다.
본 발명은, 굴착 후 굴착 내면에 설치되는 1차 라이닝; 상기 1차 라이닝의 내측으로 형성되는 2차 라이닝; 상기 2차 라이닝의 내측으로 형성되는 파형 강판; 및 상기 파형 강판의 양측 하단을 떠받쳐 지지하는 고정 홈과 상기 파형 강판의 이동을 위한 이동 홈이 나란하게 형성된 2단 홈 받침대;를 포함하여 1차 라이닝의 시공 후, 상기 2차 라이닝을 병행시공하여 형성된 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널 및 그 시공 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 터널 및 운하 등 구조물 시공시 1차 라이닝 시공 후 진행 방향을 따라 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 공법인 2차 라이닝 시공을 병행 시공함으로써 터널 내측의 안정성을 추가로 확보하여 고품질의 철근콘크리트 라이닝 터널을 얻을 수 있고, 공기단축, 경제성 및 시공용이성 등을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다.
파형 강판, 파형 강관, 철근 콘크리트, 2차 라이닝, 터널 라이닝

Description

파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널 및 그 시공방법{Reinforced Concrete Tunnels by Using Corrugated Steel Plate and the Construction Method thereof}
본 발명은 파형 강판 또는 파형 강관을 이용하여 터널 내벽을 2차 라이닝 시공한 철근콘크리트 라이닝 터널 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터널 시공시 굴착 후 보강재 삽입 및 숏 크리트 타설 등 1차 라이닝 시공을 완료한 상태에서 파형 강판 또는 파형강관(이하, 간략하게 "파형 강판"으로만 기재한다)을 이용하여 2차 라이닝을 병행 시공함으로 터널 구조물의 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 공기단축, 경제성 및 시공용이성 등을 이룰 수 있는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널 및 그 시공방법에 관한 것이다.
전 국토의 70 % 이상이 산지로 이루어진 우리나라의 지형적인 특성상 급격한 산업변화로 인적 및 물질적 교류를 위해 산악지역 내 신설 도로를 조성할 시 필연적으로 절토 사면이나 터널의 시공이 요구된다. 실제로 국내 시공 여건상 터 널의 총연장이 2 ㎞ 이상으로 장대화되어 가고 있는 실정이고, 이에 따라 기존 TBM이나 NATM 공법 등에 의한 터널 시공 기간이 증가하고 있다.
이와 같은 터널을 이용하여 도로 및 운하 등을 조성할 시, 터널은 지중을 따라 시공하게 됨으로써 설계 구간의 전체적인 지반상태를 확실히 알 수 없을 뿐만 아니라, 도중에 굴착 단면이 나타나게 되면 터널 주위 지반의 응력 상태가 변하게 되므로 응력에 대한 평형상태를 이루기 위해 1차 라이닝 시공이 필요하다. 1차 라이닝 시공의 종류로는 강지보, 숏크리트, 록 볼트 등이 있다.
1980년대 초반 이후 국내 터널 라이닝은 원 지반의 강성을 최대로 활용하는 NATM 개념을 적용하여 역학적인 구조체가 아닌 유지관리와 미관 확보의 목적으로 설계 및 시공되었다. 하지만, 장기적인 관점에서 보면 1차 라이닝이 부담하던 지반하중이 2차 라이닝인 콘크리트 라이닝으로 전이(轉移)될 가능성에 대비한 터널 보강공법의 일환으로 활용되어 왔다. NATM 개념에서 터널 라이닝은 터널 굴착과 동시에 1차 라이닝이 설치되고, 라이닝폼 설치와 2차 라이닝 시작 시점 기간이 약 1∼2년 가량 소요되며, 평균 두께 0.3∼0.6 m의 콘크리트 라이닝을 현장 타설한다.
즉 이와 같은 종래의 터널공법은 굴착과 동시에 강지보, 숏크리트, 록 볼트 등을 이용하여 1차 라이닝을 설치한 후 방수재를 피복시키고, 터널 굴착 완료한 뒤에 라이닝 폼(lining form) 설치 및 2차 라이닝을 시공함으로 터널공사가 완료된다. 이와 같은 경우, 2차 라이닝 시공은 보강재 삽입 및 숏크리트 등 1차 라이닝 설치 후 약 1년여 이상 소요되는 터널 굴착 기간 동안 터널을 방치한 후에 시공함으로써 터널 안정성 미확보 및, 터널 1차 라이닝 설치 후 일부 구간에서 터널이 붕락되는 현장 발생과, 터널의 긴 시공기간 소요 등에 의한 불 합리성을 갖고 있다. 또한, 2차 라이닝 설치에 따른 라이닝 폼의 경우, 현장설치가 매우 어렵고, 라이닝 고화 소요기간을 고려한 연속시공이 불가능하며, 지반조건을 고려한 철근 콘크리트의 설치가 불가능한 등 여러 가지 문제점을 갖고 있다.
따라서 이러한 종래의 공정은 공기지연, 1차 라이닝 후 터널 붕괴 발생, 라이닝 폼 시공의 어려움 등을 수할 뿐만 아니라, 최근에는 지반상태의 열악, 설계 및 시공상의 문제 등으로 인해 1차 라이닝 설치 후, 터널에 과다한 균열이 발생되어 2차적인 누수, 발락, 공동 발생이 일어나거나, 터널 라이닝 자체의 내력저하를 유발하여 구조적인 안정성에까지 영향을 미치게 되는 경우가 빈번하게 발생하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은
터널 시공시, 굴착 후 보강재 삽입 및 숏크리트 타설 등 1차 라이닝 시공을 완료한 후, 터널 구조물의 안정성을 확보하면서 2차 라이닝 시공을 시행할 수 있어서 고품질의 터널을 시공할 수 있도록 개선된 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이 닝 터널 및 그 시공방법을 제공함에 있다.
그리고 본 발명은 다른 목적으로서 1차 라이닝 시공 후에, 2차 라이닝을 병행 시공함으로써 종래에 비하여 공기단축, 경제성 및 시공용이성 등을 크게 향상시킬 수 있는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널 및 그 시공방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지중에 설치되는 터널에 있어서,
굴착 후 굴착 내면에 설치되는 1차 라이닝;
상기 1차 라이닝의 내측으로 형성되는 2차 라이닝;
상기 2차 라이닝의 내측으로 형성되는 파형 강판; 및
상기 파형 강판의 양측 하단을 떠받쳐 지지하는 고정 홈과 상기 파형 강판의 이동을 위한 이동 홈이 나란하게 형성된 2단 홈 받침대;를 포함하여 1차 라이닝의 시공 후, 상기 2차 라이닝을 병행시공하여 형성된 것을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 1차 라이닝과 2차 라이닝의 사이에는 배수를 위한 토목 섬유가 설치된 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근 콘크리트 라이닝 터널을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 토목 섬유는 지오텍스타일(Geotextile)로 이루어진 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 2차 라이닝의 양측 하단에는 조 골재가 충전된 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 파형 강판은 연성 강판에 파형의 골을 성형하여 터널형으로 제작되고, 하중에 대한 저항력을 높인 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 파형 강판은 일반 강판에 비해 10~30배의 단면 계수를 가진 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 2단 홈 받침대는 고정 홈이 설계 터널 단면 형상에 맞춰 배치되고, 그 내측으로 이동 홈이 상기 파형 강판의 파형 폭 보다 낮게 형성된 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 고정 홈은 이동 홈과의 사이에 경사 벽을 형성하고, 상기 경사 벽은 이동 홈으로부터 고정 홈 측으로 향하여 경사면을 형성한 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 이동 홈은 그 내측에 레일이 형성되어 상기 파형 강판의 이동이 쉽게 이루어지는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 레일은 둥근 철근으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 파형 강판은 운하와 같이 수위의 변화가 발생하는 터널에 대해서는 그 양측 하단에 콘크리트 벽을 포함하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 콘크리트 벽의 높이는 최고 수위에 해 당하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널을 제공한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 지중에 철근콘크리트 라이닝 터널을 시공하는 방법에 있어서,
터널 굴착 후 1차 라이닝을 설치하는 단계;
상기 1차 라이닝 내측 양쪽에서 터널 굴착방향을 따라서 2단 홈 받침대를 시공하는 단계;
상기 1차 라이닝의 내측에 파형 강판 1경간을 거치시키는 단계;
상기 1차 라이닝과 파형 강판 사이에 모르타르를 주입하는 단계;
상기 모르타르가 주입된 파형 강판에 새로운 파형 강판 1경간을 추가하여 접속하고 모르타르 시공하는 단계; 및
원하는 길이의 터널이 시공 완료되었는지 판별하는 단계;를 포함하고, 터널 구간 전체에 걸쳐서 1차 라이닝과 2차 라이닝을 병행 시공하는 것을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 1차 라이닝을 설치하는 단계는 1차 라이닝 표면에 배수를 위한 토목 섬유를 부착하는 공정을 포함하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 1차 라이닝을 설치하는 단계는 1차 라이닝 후, 2차 라이닝의 위치에 조 골재를 채워서 터널의 입,출구로 배수를 유도하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 1차 라이닝을 설치하는 단계는 1차 라이닝 후, 지반 조건에 따라서 2차 라이닝 공간에 격자로 철근을 조립하는 공정을 포함하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 2단 홈 받침대를 시공하는 단계는 운하와 같이 수위의 변화가 발생하는 터널에 대해서는 그 양측으로 콘크리트 벽을 시공하는 공정을 포함하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 파형 강판 1경간을 거치시키는 단계는 상기 2단 홈 받침대의 이동 홈을 따라서 터널의 길이방향으로 파형 강판을 이동시키고, 경사면을 따라서 고정 홈으로 파형 강판을 이동시켜 거치하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 파형 강판 1경간을 거치시키는 단계는 상기 파형 강판 자체가 거푸집의 역할을 하면서 자립할 수 없다고 판단될 때, 터널 내벽에 록 볼트를 타설하여 파형 강판과 볼트로 체결하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 1차 라이닝과 파형 강판 사이에 모르타르를 주입하는 단계는 터널 입구부를 실링하고, 터널 진행 방향으로 파형 강판 끝단으로부터 모르타르 호스를 2차 라이닝 공간으로 삽입하여 라이닝 처리하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 1차 라이닝과 파형 강판 사이에 모르타르를 주입하는 단계는 터널 입구부를 실링하고, 파형 강판 천장을 일정 간격으로 천공한 후 모르타르 호스를 삽입하여 라이닝 처리하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 새로운 파형 강판 1경간을 추가하여 접속하고 모르타르 시공하는 단계는 파형 강판의 일정 간격을 서로 겹치게 하고 볼트체결하며, 라이닝이 유출되지 않도록 피복 처리하는 것임을 특징으로 하는 파 형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 새로운 파형 강판 1경간을 추가하여 접속하고 모르타르 시공하는 단계는 2차 라이닝 설치 후 미세 균열 발생, 지하수 누수등이 발생하는 구간에 그라우팅을 실시하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 터널 및 운하 등 구조물 시공시 1차 라이닝 시공 후 진행 방향을 따라 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 공법인 2차 라이닝 시공을 병행 시공함으로써 터널 내측의 안정성을 추가로 확보하여 고품질의 철근콘크리트 라이닝 터널을 얻을 수 있다.
그리고 본 발명에 의하면 1차 라이닝 시공 후에, 2차 라이닝을 병행 시공함으로써 종래에 비하여 공기단축, 경제성 및 시공용이성 등을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널(1)은 도 1에 전체적으로 도시한 바와 같이, 1차 라이닝(5)의 시공 후, 2차 라이닝(20)을 병행시공하여 형성된 것인데, 본 발명은 굴착 후 그 굴착 내면에 1차 라이닝(5)이 형성되고, 그 내측으로 2차 라이닝(20)이 형성된다. 상기 2차 라이닝(20)은 지반조건에 따라서 철근(12)을 배근할 경우가 발생할 시에는 격자로 형성된 철근(12)을 내부에 포함한다.
그리고 상기 1차 라이닝(5)과 2차 라이닝(20)의 사이에는 배수를 위한 토목 섬유(14)가 설치된 것인데, 상기 토목 섬유(14)는 바람직하게는 지오텍스타일로 이루어진 것이고, 1차 라이닝(5) 면에 부착된다. 또한 본 발명은 상기 2차 라이닝(20)이 설치되는 라이닝 공간의 양측 하단에는 조 골재(24)가 충전된 것인데, 이와 같은 조 골재(24)는 터널의 입,출구부 측으로 배수를 유도하게 된다.
그리고 본 발명은 상기 2차 라이닝(20)의 내측으로 파형 강판(30)이 위치된다. 상기 파형 강판(30)은 도 3에 상세히 도시된 바와 같이, 연성 강판에 파형의 골을 성형하여 터널형으로 제작되고, 하중에 대한 저항력을 높인 것으로서, 이와 같은 파형 강판(30)은 일반 강판에 비해 10~30배의 단면 계수를 가진 것이다.
또한 이와 같은 파형 강판(30)은 이것이 설치되는 지반이 열악하거나, 배수 시설이 좋지 못하거나, 라이닝 주입 공간이 넓을 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이, 록 볼트(32)를 설치하거나, 파형 강판(30)의 조립 및 처짐을 대비한 지지대(35) 등을 통해 설치할 수 있다.
여기에서 상기 파형 강판(30)은 터널형 단면으로 제작장에서 사전에 제작된 통상적인 강판 구조물을 의미하며, 다르게는 "파형 강관"이란 용어로 대체 사용될 수 있음을 알려둔다.
그리고 본 발명은 상기 파형 강판(30)의 양측 하단을 떠받쳐 지지하도록 2단 홈 받침대(40)를 구비하는데, 상기 2단 홈 받침대(40)는 도 4에 상세히 도시된 바와 같이, 상부 측에 파형 강판(30)의 하단이 지지되는 고정 홈(42)과 상기 파형 강판(30)의 이동을 위한 이동 홈(45)이 나란하게 형성된 구조이다.
상기 2단 홈 받침대(40)는 고정 홈(42)이 설계 터널 단면 형상에 맞춰 배치되고, 그 내측으로 이동 홈(45)이 상기 파형 강판(30)의 파형 폭보다 일정 높이(△ｈ) 낮게 형성된 구조인데, 이와 같은 낮은 구조로 인하여 이하에서 설명되는 바와 같이, 이동 홈(45)을 통하여 새로운 파형 강판(30)들을 이미 2차 라이닝(20)이 시공된 파형 강판(30)의 내측으로 이동시켜서 연속 접속하고 터널의 전체 구간에 걸쳐서 시공가능하게 된다.
상기 고정 홈(42)은 이동 홈(45)과의 사이에 경사 벽(47)을 형성하고, 상기 경사 벽(47)은 이동 홈(45)으로부터 고정 홈(42) 측으로 향하여 경사면(47a)을 형성한 구조이다. 즉 이동 홈(45)을 통하여 파형 강판(30)을 터널의 길이방향으로 이동시킨 다음, 새로운 2차 라이닝(20)의 설치 지점에서는 상기 경사면(47a)을 따라서 밀어 올리면 이동 홈(45)으로부터 고정 홈(42)으로 파형 강판(30)의 양측 하 단이 이동하여 고정된다. 이를 위하여 상기 이동 홈(45)은 그 내측에 레일(50)이 형성되어 상기 파형 강판(30)의 이동이 쉽게 이루어지는 구조이다. 여기에서 상기 레일(50)은 둥근 철근으로 이루어지는데, 예를 들면 현장에서 철근(12) 조립시 발생되는 여분의 철근 조각들을 레일(50)로서 이용할 수 있는 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널(1)은 1차 라이닝(5)의 시공 후, 2차 라이닝(20)을 병행시공하여 형성된 것이다. 이와 같이 본 발명에서 1차 라이닝(5)의 시공 후, 2차 라이닝(20)을 병행시공하기 위하여 사용되는 파형 강판(30)은 연성강판에 파형의 골을 성형하여 하중에 대한 저항력을 높인 강판으로서 일반 강판에 비해 단면계수가 10∼30 배에 달하며, 볼트(미 도시) 조립만으로 각종 구조물을 현장에서 단기간에 시공할 수 있는 강판이다. 이와 같이 공장에서 사전에 제작된 터널 단면형상의 파형 강판(30)을 이용함으로써, 2차 라이닝(20) 시공공간에 대한 거푸집의 역할과 설계 터널 단면의 정확한 시공 등을 도모할 수 있다.
그리고 상기와 같이 파형 강판(30)을 설치한 다음, 라이닝 공간에 모르타르 주입을 하기 위해서는 도 5에 예시적으로 도시된 바와 같이, 터널 진행 방향으로 파형 강판(30)의 끝단으로부터 모르타르 호스(52)를 라이닝 공간(54) 내로 삽입하여 라이닝 처리를 할 수 있다. 또는 다르게는 도 6에 도시된 바와 같이, 파형 강판(30)의 천장을 일정간격으로 천공(60)한 뒤 모르타르 호스(52)를 삽입하여 주입하여 라이닝 공간(54)을 2차 라이닝(20)으로 충전하는 공법이 사용될 수도 있 다. 이때 모르타르의 유출을 방지하기 위해 라이닝 공간(54)의 단부는 별도의 차단막(60)을 통하여 실링 처리를 하게 된다.
한편 대부분의 터널 막장 면은 발파에 의한 굴착이 이루어지고 있으므로, 2차 라이닝(20)의 시공시 발파 진동에 의한 영향이 미치지 않는 여유 거리를 두어야 하는 제약이 있지만, 1차 라이닝(5) 설치 후 터널굴착이 몇 막장 지난 다음에는 파형 강판(30)을 이용하여 2차 라이닝(20)을 설치할 수 있다. 따라서 1차 라이닝(5)과 2차 라이닝(20) 간의 시공 시간 간격을 최소화시킬 수 있고, 또한 동일 시공 수순에 의해 2차 라이닝(20)을 실시함으로써 터널 구조물의 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 1차 라이닝(5)과 2차 라이닝(20)의 동일 공정에 의한 공기단축, 시공의 용이성을 추구할 수 있다.
한편 본 발명은 운하와 같이 수위의 변화가 있는 터널의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 설계 만수위까지 콘크리트 벽(70)을 이용한 구조로 이루어질 수 있다. 즉 상기 파형 강판(30)은 운하와 같이 수위의 변화가 발생하는 터널에 대해서는 그 양측 하단에 콘크리트 벽(70)을 포함하고, 상기 콘크리트 벽(70)의 높이는 최고 수위에 해당하여 수위 변화에 따른 터널 시공의 영향을 최소화할 수도 있는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법(100)을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법(100)은 파형 강판(30)을 이용하여 2차 라이닝(20) 시공을 하는 것으로서, 1차 라이닝(5) 시공 후 터널굴착이 완료되는 시점까지 기다리지 않고, 1차 라이닝(5)과 2차 라이닝(20) 시공 공정을 병행하여 이루어지는 것이다.
본 발명에 따른 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법(100)은 도 7에 단계적으로 도시된 바와 같이, 굴착 후 1차 라이닝(5)을 설치하는 단계(110)가 이루어진다. 상기 1차 라이닝(5)을 설치하는 단계(110)의 이후에는 1차 라이닝(5) 표면에 배수를 위한 토목 섬유(14)를 부착하고, 또는 2차 라이닝(20)이 설치되는 라이닝 공간(54) 하부 위치에 조 골재(24)를 채워서 터널의 입,출구로 배수를 유도할 수 있다. 그리고 지반 조건에 따라서 2차 라이닝(20)의 공간에 격자로 철근(12)을 조립하여 구조적으로 보강할 수 있는 것이다.
또한 1차 라이닝(5)이 시공이 완료된 후 지반조건에 따라 2차 라이닝(20)과의 간격을 결정할 수 있다. 즉 지반조건이 매우 열악할 경우, 1차 라이닝(5)의 설치 후, 2∼3 막장 뒤 곧바로 2차 라이닝(20)을 타설할 수 있다.
그리고 1차 라이닝(5)의 설치 다음으로는 상기 1차 라이닝(5)의 내측 양쪽에서 터널 굴착방향을 따라서 2단 홈 받침대(40)를 시공하는 단계(120)가 이루어진다. 상기 2단 홈 받침대(40)는 도 4에 도시된 바와 같은 것으로서, 1차 라이닝(5) 시공과 조 골재(24)의 시공이 끝나는 동시에 설계 터널 단면 형상을 따라 공장에서 제작된 파형 강판(30)의 조립이 용이하도록 터널굴착 방향으로 터널 내 측 하부 양 끝단에 계단식 2단 홈 받침대(40)를 각각 시공한다. 1단 홈은 고정 홈(42)으로서 설계 터널 단면 형상에 맞춰 시공하며, 여기에는 파형 강판(30)이 위치하게 된다. 2단 홈은 이동 홈(45)으로서 파형 강판(30)의 파형 폭보다 최소 일정 높이(△ｈ) 낮게 시공되며, 이동 홈(45) 내에는 둥근 철근(12)을 이용한 레일(50)이 깔리게 되어 터널 진행 방향으로 파형 강판(30)이 용이하게 이동되도록 하는 역할을 한다. 또한 이와 같은 2단 홈 받침대(40)는 2차 라이닝(20)의 시공 완료 후에는 표면 처리하여 터널의 기초 부를 형성하는 것이다.
그리고 다음으로는 상기 1차 라이닝(5)의 내측에 1경간의 파형 강판(30)을 거치시키는 단계(130)가 이루어진다. 상기 1경간의 파형 강판(30)을 거치시키는 단계(130)는 상기 2단 홈 받침대(40)를 이용하여 이루어지는데, 이 공정은 이동 홈(45)을 따라서 터널의 길이방향으로 파형 강판(30)을 이동시키고, 경사면(47a)을 따라서 고정 홈(42)으로 파형 강판(30)을 이동시켜 거치하게 된다. 이때 상기 파형 강판(30) 1 경간의 길이는 현장여건에 따라 조정이 필요하지만, 통상적으로는 10 m 내외로 제작한다. 한편 본 발명은 상기 2단 홈 받침대(40)의 고정 홈(42)에 안착된 파형 강판(30) 자체가 거푸집의 역할을 하면서 자립할 수 없다고 판단될 때에는 도 1에 도시된 바와 같이, 터널 내벽에 록 볼트(32)를 타설하여 파형 강판(30)과 볼트(미 도시)로 체결할 수도 있다. 예를 들면 지반이 열악하거나, 라이닝 공간(54)이 넓을 경우, 또는 파형 강판(30) 자체가 거푸집의 역할을 하면서 자립할 수 없다고 판단될 때에는 터널 내벽에 록 볼트(32)를 타설하여 파형 강판(30)과 볼트로 체결하는 것이다.
그리고 본 발명은 다음으로 상기 1차 라이닝(5)과 파형 강판(30) 사이에 모르타르를 주입하는 단계(140)가 이루어진다. 이와 같이 1차 라이닝(5)과 파형 강판(30) 사이에 모르타르를 주입하는 단계(140)는 도 5에 도시된 바와 같이, 2차 라이닝(20)을 형성하는 공정으로서, 터널 입구부를 차단막(60)으로 실링하고, 터널 진행 방향으로 파형 강판(30) 끝단으로부터 모르타르 호스를 2차 라이닝(20) 공간으로 삽입하여 2차 라이닝(20) 처리하는 공정으로 이루어질 수 있다. 또는 도 6에 도시된 바와 같이, 터널 입구부를 차단막(60)으로 실링하고, 파형 강판(30) 천장을 일정 간격으로 천공한 후 모르타르 호스(52)를 삽입하여 2차 라이닝(20) 처리하는 공정으로 이루어질 수도 있는 것이다. 이와 같은 경우, 상기 라이닝 공간(54)에 모르타르 주입시 파형 강판(30)의 처짐 발생이 우려되면, 경화기간 동안 도 1에 도시된 바와 같이, 지지대(35)를 설치한다. 이러한 지지대(35)는 공사기계 및 공사차량의 통행에 불편함이 없도록 충분한 차량 이동 공간을 확보한 상태에서 이루어진다.
그리고 본 발명은 상기 모르타르가 주입된 파형 강판(30)에 새로운 1경간의 파형 강판(30)을 추가하여 접속하고 모르타르 시공하는 단계(150)가 이루어진다. 이와 같이 새로운 1경간의 파형 강판(30)을 추가하여 접속하고 모르타르 시공하는 단계(150)는 2차 라이닝(20)이 설치된 파형 강판(30)에 연이어서 새로운 파형 강판(30)을 위치이동시켜 길게 터널의 길이방향으로 배치하고, 그 단부의 일정 간격을 서로 겹치게 하여 볼트(미 도시) 체결하며, 다음의 2차 라이닝(20)이 설치시 외부로 유출되지 않도록 피복 처리하는 것이다.
또한 이와 같은 과정을 거쳐서 2차 라이닝(20) 설치 후, 만일 2차 라이닝(20) 설치 구간에서 미세 균열 발생, 지하수 누수 등이 발생하는 경우에는 해당 구간에 그라우팅을 실시하여 이들을 차단시킬 수 있는 것이다.
그리고 본 발명은 다음으로 원하는 길이의 터널이 시공 완료되었는지 판별하는 단계(160)를 포함하고, 만일 터널 구간 전체의 시공이 이루어졌다면 공정을 완료하며 만일 전체 시공이 이루어지지 못하였다면 지속적으로 1차 라이닝(5)과 2차 라이닝(20)을 병행 시공하는 것이다.
한편 본 발명은 운하와 같이 수위의 변화가 발생하는 터널에 대해서는 최고수위까지는 터널 내측에 콘크리트 처리를 하여 수위의 변화에 따른 영향을 최소화하고 그 상단에는 파형 강판(30)을 이용한 라이닝 공법을 적용시킬 수 있다.
즉 운하와 같이 수위의 변화가 발생하는 터널에 대해서는 터널의 양측으로 콘크리트 벽(70)을 시공하는 공정을 추가 포함할 수 있다. 이와 같은 콘크리트 벽(70)을 추가 시공하는 공정은 상기 2단 홈 받침대(40)를 시공하는 단계(120)에서 이루어질 수 있는데, 이는 도 2에 도시된 바와 같이 터널 양측에 콘크리트 벽(70)을 시공하고, 그 위에 파형 강판(30)을 시공하는 순서로 이루어진다. 여기에서 상기 콘크리트 벽(70)의 높이는 최고 수위에 해당하여 수위 변화에 따른 터 널 시공의 영향을 최소화할 수 있는 것이다.
상기와 같이 본 발명은 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널 공법(100)으로서 종래의 라이닝 공법의 문제점을 해소한 것이고, 보강재 및 숏크리트 등 1차 라이닝(5) 설치 완료 후, 빠른 시간 내에 파형 강판(30)을 설치하고 터널 지반부와 파형 강판(30) 사이를 시멘트 모르타르 주입으로 2차 라이닝(20) 설치하는 것이다.
이와 같은 2차 라이닝(20)은 1차 라이닝(5) 시공 직후 바로 시공이 가능하고 또한 종래의 라이닝 폼에 비해 시공법이 용이하고, 2차 라이닝(20) 설치 간격도 얼마든지 조정이 가능하다. 특히, 지반조건이 매우 열악한 구간이나 현장 여건에 따라 라이닝 강화를 위한 철근조립 콘크리트 라이닝을 실시할 수 있다. 이와 같은 경우 2차 라이닝(20) 내부의 철근(12) 조립은 파형 강판(30)과 1차 라이닝(5) 사이에서 일부 조립 형식과 기 조립된 철근(12) 거치 형식에 의해 설치 한 후, 콘크리트 모르타르를 타설함으로써 이루어질 수 있다.
따라서 본 발명은 지하발전소, 댐 수로, 운하터널 등과 같이 대 단면 터널의 경우, 상기와 같이 파형 강판(30)을 이용한 철근콘크리트 라이닝을 설치하게 되면, 터널 구조물의 안정성 확보, 공기단축과 시공성 용이에 따른 공사비 절감 등을 얻을 수 있다. 뿐만 아니라 운하 터널 부의 경우 만수위(홍수위)까지는 옹벽 개념의 철근(또는 무근) 콘크리트 라이닝을 설치한 후, 상부에 파형 강판(30)을 이용한 철근(또는 무근) 라이닝을 시공함으로써 보다 안정된 터널 시공이 가능하 다.
또한 장대(長大) 터널 건설의 수요가 최근 급증하는데 터널굴착과 함께 파형 강판(30)에 의한 2차 라이닝(20) 설치는 종래의 터널공사 공법에 비해 공기를 획기적으로 줄일 수 있고, 그에 따른 공사 원가의 절감을 이룰 수 있어서 경제성이 우수한 것이다.
본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명의 실시 예를 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 실시 예의 수정 또는 설계변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 파형 강판을 이용한 철근 콘크리트 라이닝 터널의 정면도;
도 2는 본 발명에 따른 수위변화가 있는 파형 강판을 이용한 철근 콘크리트 라이닝 터널의 정면도;
도 3은 본 발명에 따른 파형 강판을 이용한 철근 콘크리트 라이닝 터널에서 파형 강판 설치 상태를 나타낸 입체도;
도 4는 본 발명에 구비된 계단식 2단 홈 받침대의 사시도;
도 5는 본 발명에 따른 파형 강판을 이용한 철근 콘크리트 라이닝 터널 시공방법에서 파형 강판 끝단에서 시공하는 2차 라이닝 주입 공법을 도시한 설명도;
도 6은 본 발명에 따른 파형 강판을 이용한 철근 콘크리트 라이닝 터널 시공방법에서 파형 강판을 천공하여 시공하는 2차 라이닝 주입 공법을 도시한 설명도;
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1..... 본 발명에 따른 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널
5..... 1차 라이닝 12.... 철근
14.... 토목 섬유 20.... 2차 라이닝
24.... 조 골재 30.... 파형 강판
32.... 록 볼트 35.... 지지대
40.... 2단 홈 받침대 42.... 고정 홈
45.... 이동 홈 47.... 경사 벽
47a... 경사면 50.... 레일
52.... 모르타르 호스 54.... 라이닝 공간
60.... 차단막 70.... 콘크리트 벽
100... 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법
110... 1차 라이닝을 설치하는 단계
120... 2단 홈 받침대를 시공하는 단계
130... 1차 라이닝의 내측에 1경간의 파형 강판을 거치시키는 단계
140... 1차 라이닝과 파형 강판 사이에 모르타르를 주입하는 단계
150... 새로운 1경간의 파형 강판을 추가하여 접속하고 모르타르 시공하는 단계
160... 원하는 길이의 터널이 시공 완료되었는지 판별하는 단계

Claims (23)

  1. 굴착 후 굴착 내면에 설치되는 1차 라이닝;
    상기 1차 라이닝의 내측으로 형성되는 2차 라이닝;
    상기 2차 라이닝의 내측으로 형성되는 파형 강판; 및
    상기 파형 강판의 양측 하단을 떠받쳐 지지하는 고정 홈과 상기 파형 강판의 이동을 위한 이동 홈이 나란하게 형성된 2단 홈 받침대;를 포함하여 1차 라이닝의 시공 후, 상기 2차 라이닝을 병행시공하여 형성되며,
    상기 이동 홈은 그 내측에 레일이 형성되어 상기 파형 강판의 이동이 쉽게 이루어지는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널.
  2. 제1항에 있어서, 상기 1차 라이닝과 2차 라이닝의 사이에는 배수를 위한 토목 섬유가 설치된 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널.
  3. 제2항에 있어서, 상기 토목 섬유는 지오텍스타일로 이루어진 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널.
  4. 제1항에 있어서, 상기 2차 라이닝의 양측 하단에는 조 골재가 충전된 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널.
  5. 제1항에 있어서, 상기 파형 강판은 연성 강판에 파형의 골을 성형하여 터널형으로 제작되고, 하중에 대한 저항력을 높인 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널.
  6. 제5항에 있어서, 상기 파형 강판은 일반 강판에 비해 10~30배의 단면 계수를 가진 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널.
  7. 제1항에 있어서, 상기 2단 홈 받침대는 고정 홈이 설계 터널 단면 형상에 맞춰 배치되고, 그 내측으로 이동 홈이 상기 파형 강판의 파형 폭보다 낮게 형성된 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널.
  8. 제7항에 있어서, 상기 고정 홈은 이동 홈과의 사이에 경사 벽을 형성하고, 상기 경사 벽은 이동 홈으로부터 고정 홈 측으로 향하여 경사면을 형성한 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 레일은 둥근 철근으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널.
  11. 제1항에 있어서, 상기 파형 강판은 운하와 같이 수위의 변화가 발생하는 터널에 대해서는 그 양측 하단에 콘크리트 벽을 포함하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널.
  12. 제11항에 있어서, 상기 콘크리트 벽의 높이는 최고 수위에 해당하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널.
  13. 터널 굴착 후 1차 라이닝을 설치하는 단계;
    상기 1차 라이닝 내측 양쪽에서 터널 굴착방향을 따라서 2단 홈 받침대를 시공하는 단계;
    상기 1차 라이닝의 내측에 파형 강판 1경간을 거치시키는 단계;
    상기 1차 라이닝과 파형 강판 사이에 모르타르를 주입하는 단계;
    상기 모르타르가 주입된 파형 강판에 새로운 파형 강판 1경간을 추가하여 접속하고 모르타르 시공하는 단계; 및
    원하는 길이의 터널이 시공 완료되었는지 판별하는 단계;를 포함하고, 터널 구간 전체에 걸쳐서 1차 라이닝과 2차 라이닝을 병행 시공하며,
    상기 2단 홈 받침대를 시공하는 단계는 운하와 같이 수위의 변화가 발생하는 터널에 대해서는 그 양측으로 콘크리트 벽을 시공하는 공정을 포함하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 1차 라이닝을 설치하는 단계는 1차 라이닝 표면에 배수를 위한 토목 섬유를 부착하는 공정을 포함하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 1차 라이닝을 설치하는 단계는 1차 라이닝 후, 2차 라이닝의 위치에 조 골재를 채워서 터널의 입,출구로 배수를 유도하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 1차 라이닝을 설치하는 단계는 1차 라이닝 후, 지반 조건에 따라서 2차 라이닝 공간에 격자로 철근을 조립하는 공정을 포함하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법.
  17. 삭제
  18. 제13항에 있어서, 상기 파형 강판 1경간을 거치시키는 단계는 상기 2단 홈 받침대의 이동 홈을 따라서 터널의 길이방향으로 파형 강판을 이동시키고, 경사면을 따라서 고정 홈으로 파형 강판을 이동시켜 거치하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 파형 강판 1경간을 거치시키는 단계는 상기 파형 강판 자체가 거푸집의 역할을 하면서 자립할 수 없다고 판단될 때, 터널 내벽에 록 볼트를 타설하여 파형 강판과 볼트로 체결하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 1차 라이닝과 파형 강판 사이에 모르타르를 주입하는 단계는 터널 입구부를 실링하고, 터널 진행 방향으로 파형 강판 끝단으로부터 모르타르 호스를 2차 라이닝 공간으로 삽입하여 라이닝 처리하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법.
  21. 제13항에 있어서, 상기 1차 라이닝과 파형 강판 사이에 모르타르를 주입하는 단계는 터널 입구부를 실링하고, 파형 강판 천장을 일정 간격으로 천공한 후 모르타르 호스를 삽입하여 라이닝 처리하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법.
  22. 제13항에 있어서, 상기 새로운 파형 강판 1경간을 추가하여 접속하고 모르 타르 시공하는 단계는 파형 강판의 일정 간격을 서로 겹치게 하고 볼트 체결하며, 라이닝이 유출되지 않도록 피복 처리하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 새로운 파형 강판 1경간을 추가하여 접속하고 모르타르 시공하는 단계는 2차 라이닝 설치 후 미세 균열 발생, 지하수 누수 등이 발생하는 구간에 그라우팅을 실시하는 것임을 특징으로 하는 파형 강판을 이용한 철근콘크리트 라이닝 터널의 시공방법.
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