KR100989379B1 - 수중 터널용 수직 터널 구조물 및 이에 사용되는 내측 방수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중 터널로부터 수면 바깥으로 수직하게 형성되어 대기와 통하게 하는 수직 터널 구조물, 그리고 이러한 수직 터널 구조물에서 수중 터널과 수직 터널의 이음부 및 수직 터널간의 이음부를 간단하고 확실하게 밀봉할 수 있도록 하는 방수 장치 및 방수 연결 방법에 관한 것이다.

본 발명의 수직 터널 구조물은, 상부에 관통공(51)이 형성되어 있는 수중터널 함체를 수저 바닥에 침설하거나 물속을 가로질러 설치한 형태의 수중 터널(50)을 수면 바깥의 대기와 연통시키기 위한 수직 터널 구조물로서, 상기 수중 터널(50) 주위의 수저 지반에 정착되어 상단이 수면 위로 나와 있는 플랫폼 구조물(200a 또는 200b 또는 200c); 및 상기 플랫폼 구조물의 중앙을 관통하여 설치되어 상기 플랫폼 구조물에 의해 지지되면서 상기 수중 터널에 형성되어 있는 상부 관통공(51)과 하단이 연통하도록 설치되는 수직 중공관(300)을 포함한다.

수중, 터널, 침매, 수직, 환기구, 탈출구, 중공관, 방수, 수밀, 밀봉

Description

수중 터널용 수직 터널 구조물 및 이에 사용되는 내측 방수장치{VERTICAL TUNNEL CONSTRUCTIONS FOR A SUBMERGED TUNNEL AND WATERPROOF DEVICES}

본 발명은 수중 터널로부터 수면 바깥으로 수직하게 형성되어 대기와 통하게 하는 수직 터널에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강, 하천과 같이 수심이 얕은 곳은 물론이고 해양과 같이 수심이 매우 깊은 곳에서도 건설이 가능하며, 특히 시공이 쉽고 간단한 구조로 이루어져서 공사 비용과 기간을 획기적으로 감축할 수 있는 수중 터널용 수직 터널 구조물, 그리고 이러한 수직 터널 구조물에서 수중 터널과 수직 터널의 이음부 및 수직 터널간의 이음부를 간단하고 확실하게 밀봉할 수 있도록 하는 방수장치에 관한 것이다.

해양 바닥이나 강, 하천의 바닥(이하, 이 모두를 '수저 바닥'이라고 통칭한다)을 지나가는 해저 터널에는, 터널 함체를 수저 바닥에 침설하거나(예; 침매 터널), 수저 바닥에 설치한 기초 구조물 위에 얹어 물속을 가로지르는 형태의 수중 터널, 또는 대한민국 등록특허 제0797795호 및 제0797796호에 개시된 것과 같이 물속을 가로지르는 형태의 수중 교량이 제공되고 있다. 이와 같은 형태의 터널 또는 수중 교량은, 해저 암반 속을 굴착하는 형태(예; 해저 터널)와는 달리, 수저 바닥 위에 안착 되거나 수중을 가로질러 설치되는 것으로서, 프리캐스트 터널(또는 교량) 함체를 물속에 가라앉힌 형태로 이루어진다. 이하에서는, 상기와 같이 '침매 터널', '수중 터널', '수중 교량'으로 불리는 것을 모두 '수중 터널'이라고 통칭한다.

수중 터널을 시공할 때에는, 바다나 하천 위로 통하는 환기구 또는 인명 탈출구의 용도로 수직 터널을 함께 시공하여야 한다. 수직 터널은, 공사중에는 터널 내부를 환기시켜 각종 유해가스와 장비의 배기가스로 인하여 오염된 공기를 작업자들의 인체에 영향을 미치지 않는 허용범위 이하로 유지하고 가연성 가스로 인한 폭발 위험을 방지하는 등의 역할을 한다.

또한, 수중 터널 운영시에는 차량에서 배출되는 유해가스를 희석시켜 터널 바깥으로 배출시키고 내부에 신선한 공기를 넣어주는 환기구의 역할뿐만 아니라 긴급 시 인명 탈출구 또는 대피 장소로서의 역할도 한다.

종래에, 수직 터널의 시공 예로서는, 특히 수저 암반을 굴착한 형태의 해저 터널에서 많이 볼 수 있는 방법으로서, 통상적으로 20㎞ ~ 30㎞ 구간마다 사력식(沙礫式) 인공섬을 구축하고, 이의 사력식 인공섬 중앙을 수직 하방으로 뚫고 콘크리트 벽으로 이루어지는 통로를 개설하여 수중 터널과 연통시키는 방법이 알려져 있다.

그러나 이러한 사력식 인공섬 건설 방식은 인공섬 상부로부터 해저 터널까지 깊게 굴착하여 수직 터널을 형성하여야 함으로써 시공 기간이 지나치게 많이 소요된다.

또한, 사력식 인공섬 건설 방식은, 수심이 깊은 바다의 경우에는 건설이 매우 어렵거나 불가능하고, 설사 건설이 가능하다 하더라도 투입하는 골재나 토사 등의 부자재의 소모가 심하다는 단점이 있다.

특히, 상기한 사력식 인공섬 건설 방식은 수저 암반을 굴착한 해저 터널이나 수저 지반에 안착 되는 침매 터널에 주로 적용하였으나, 본 발명의 주요 관점 대상인 수중 터널은 수중을 가로지르는 형태이기 때문에 그 위에 사력식 인공섬을 축조하기란 기술적으로 매우 어렵고 공사 기간도 길어질 것이라는 것은 너무나도 자명하다.

본 발명은 상기와 같은 점들을 감안하여 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은, 수저 지반에 안착 된 침매 터널이나 수중을 가로지르는 터널 등과 같은 수중 터널에 축조하기 적합하고, 강, 하천과 같이 수심이 얕은 지역은 물론이고 해양과 같이 수심이 특히 깊은 곳에도 건설할 수 있으며, 특히 시공이 쉽고 간단한 구조로 이루어져서 공사 비용과 공사 기간을 획기적으로 감축할 수 있는 수중 터널용 수직 터널 구조물을 제공하는데에 있다.

또한 본 발명은 위와 같은 수중 터널용 수직 터널 구조물에 적합한 방수장치를 제공하는데에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수저 터널용 수직 터널 구조물은, 상부에 관통공이 형성되어 있는 수중터널 함체를 수저 바닥에 침설하거나 물속을 가로질러 설치한 형태의 수중 터널을 수면 바깥의 대기와 연통시키기 위한 수직 터널 구조물로서, 상기 수중 터널 주위의 수저 지반에 정착되어 상단이 수면 위로 나와 있는 플랫폼 구조물; 및 상기 플랫폼 구조물의 중앙을 관통하여 설치되어 상기 플랫폼 구조물에 의해 지지되면서 상기 수중 터널에 형성되어 있는 상부 관통공과 하단이 연통하도록 설치되는 수직 중공관을 포함한다.

상기 수직 중공관은, 복수의 수직 중공관이 상하방향으로 연결된 형태로 이루어지고, 상하로 연결되는 수직 중공관의 이음부 내부에는, 이음부의 수밀을 위한 내측 방수장치가 설치될 수 있다.

또한, 상기 수직 중공관과 상기 수중 터널의 상부 관통공이 접속하는 접속부의 내부에도 수밀을 위한 내측 방수장치가 설치될 수 있다.

또한, 상기 수직 중공관과 상기 수중 터널의 상부 관통공이 접속하는 접속부에서 상기 수직 중공관의 단부 외부에 수밀을 위한 외측 방수장치가 설치될 수 있다.

여기서, 상기 내측 방수장치는, 상기 이음부 내부 또는 접속부 내부의 구경보다 작은 지름으로 이루어져서 상기 이음부 또는 접속부의 내면에 배치되는 원통형의 바디와; 상기 바디의 외면 상, 하부에서 반경 방향 외측으로 연장되어 그의 선단부로 갈수록 서로 마주하는 방향으로 굴곡되는 형태의 단면 모양을 가지고 있고 상기 원통형 바디의 외측 둘레로 연속하는 형태의 상, 하측 탄성신축성 립을 포함하고 상기 상, 하측 탄성신축성 립의 선단이 상기 이음부 또는 접속부의 내벽면에 탄성으로 밀착되는 형태로 설치되어; 상기 이음부 또는 접속부에 틈새가 발생하여 외부로부터 통로 안으로 물이 유입되면, 유입되는 물의 압력이 상기 상, 하 탄성신축성 립의 내면에 작용하여 상, 하 탄성신축성 립을 외측으로 확장시켜 내벽면에 가압밀착되도록 구성된다.

상기 외측 방수장치는, 수직 중공관의 외주에 끼워져 밀착되는 수직면부와, 수중 터널의 상부 표면에 밀착되는 수평면부를 가지고 있으며; 상기 수직면부와 상기 수평면부가 원주상으로 연속하도록 형성되어 있는 탄성신축체로 이루어지고, 외부로부터 작용하는 수압에 의해 상기 수직면부가 상기 수직 중공관의 외주면에 가 압밀착되고 상기 수평면부가 상기 수중 터널의 표면에 가압밀착되도록 구성된다.

상기 관통공 방수장치는, 관통공의 구경보다 작은 지름으로 이루어져서 상기 관통공 내부에 배치되는 차단블록과; 단면 모양이 상기 차단블록 외주로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 그의 선단부로 갈수록 관통공의 바깥쪽을 향하여 굴곡되면서 두께가 얇아지는 형태를 가져, 그 단면 모양이 상기 차단블록의 외측 둘레로 연속하는 형태의 탄성신축성 시일을 포함하고, 상기 탄성신축성 시일의 선단부가 상기 관통공의 내벽면에 탄성으로 밀착되는 형태로 설치되어, 상기 관통공의 바깥쪽에 있는 물의 압력에 의해 상기 탄성신축성 시일이 확장되면서 상기 관통공의 내벽면에 가압밀착되도록 구성된다.

본 발명의 다른 방향에 따른 관통공 방수장치는, 상기 관통공의 구경보다 작은 지름으로 이루어져서 상기 관통공 내부에 배치되는 차단블록과; 상기 관통공의 내벽면과 상기 차단블록의 외주면 사이에 끼워지고, 물에 노출되는 바깥쪽 면은 상기 관통공의 내벽면과 차단블록의 외주면에 밀착되는 립부 및 상기 양측 립부로부터 단면 중간으로 갈수록 표면이 오목하게 연속하는 형태의 오목부를 포함하는 탄성신축성 시일을 포함하며, 상기 탄성신축성 시일이 상기 차단블록의 외주면에 끼워져서 상기 관통공의 내벽면에 탄성으로 밀착되는 형태로 설치되어, 상기 관통공의 바깥쪽에 있는 물의 압력이 상기 탄성신축성 시일의 오목부와 양쪽의 립부에 작용하여 상기 양쪽의 립부가 각각 상기 관통공의 내벽면과 상기 차단블록의 외주면에 가압밀착되도록 구성된다.

본 발명에 의한 수직 터널 구조물에 의하면, 수중 터널 주위에 플랫폼을 설치하고, 상기 플랫폼 중앙에 수직 중공관을 삽입하여 지지하며, 삽입된 수직 중공관을 수중 터널과 연결하여, 수직 중공관을 실질적인 수직 터널로 활용함으로써, 간단한 구조의 수직 터널 구조물이 구현됨과 더불어 적은 비용으로 조기에 건설할 수 있으며, 강, 하천과 같이 수심이 그다지 깊지 않은 지역은 물론이고 해양과 같이 수심이 깊은 곳에도 쉽게 건설할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 방수장치에 의하면, 수직 중공관과 수중 터널의 접속부 또는 상하로 이웃하는 수직 중공관들의 이음부에 본 발명에 따른 방수장치를 설치하기만 하면, 침투해 들어오는 물의 압력을 이용하여 밀봉이 자연스럽게 수행됨으로써, 구조가 간단하고 설치가 매우 용이하며 수밀성도 극대화할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

(수직 터널 구조물)

도 1에는 본 발명에 따른 수중 터널용 수직 터널 구조물의 여러 가지 형태들이 하나의 도면에 개략적으로 도시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수직 터널 구조물(100a, 100b, 100c)들은, 상부에 관통공(51)이 형성되어 있는 수중터널 함체를 수저 바닥에 침설하거나 물속을 가로지르는 형태로 설치한 수중 터널(50)을 수면 바깥의 대기와 간단하게 연통시킬 수 있는 구조물이다.

본 발명의 수직 터널 구조물(100a, 100b, 100c)은, 상기 수중 터널(50) 주위의 수저 지반에 정착되어 상단이 수면 위로 나와 있는 플랫폼 구조물(200a, 200b, 200c)과, 상기 플랫폼 구조물(200a, 200b, 200c)의 중앙을 관통하여 플랫폼 구조물(200a, 200b, 200c)에 의해 지지 되면서 하단이 상기 수중 터널(50)의 상면에 형성된 상부 관통공(51)과 연통하는 수직 중공관(300)을 포함한다.

상기 수중 터널(50)은, 상부에 관통공이 형성되어 있는 수중터널 함체를 수저 바닥에 침설하거나 물속을 가로지르는 형태로 설치된다. 수저 바닥에 침설 되는 수중터널 함체는(도 1의 (가) 부분), 통상적인 침매 터널을 건설할 때와 마찬가지로, 수저 바닥을 준설하여 그 위에 터널 함체를 침설한 다음 주변을 사석들로 메운 형태로서 터널 함체의 상부 표면(52)이 바닥의 토사로부터 노출되어 있거나 쉽게 노출시킬 수 있는 상태로 설치될 수 있다. 또한, 수중을 가로질러 설치되는 수중터널 함체(도 1의 (나) 및 (다) 부분)는 수저 지반에 미리 설치한 지지 구조물(60) 등의 수단에 의해 지탱되고 정착된다.

플랫폼 구조물(200a, 200b, 200c)은, 해양이나 하천에 토사를 쌓아 올리는 공지의 사력식이 아니라, 사전에 미리 제조된 구조물을 수저 바닥에 정착하는 형태라면 그 구성에 대한 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 도 1의 (가) 및 (나)와 같이, 원통형 기둥(210)들을 골조(骨組) 형태로 구성하여 수저 지반에 정착하고 그 위에 데크(220)를 얹은 공지의 재킷식(jacket type) 플랫폼의 형태로 이루어질 수 있다. 도 1의 (다)와 같이, 부력 폰툰(buoyant pontoon) 등으로 이루어지는 부체(浮體)(230)를 텐션 레그(240)에 의해 수저 지반에 고정하고 그 위에 데크(도시하 지 않음)를 형성한 공지의 텐션 레그 플랫폼(TLP: Tension Leg Platform, 인장강식 구조물)이나 반잠수형 부유식 플랫폼으로 이루어질 수도 있다. 예컨대, 재킷식 플랫폼이나 텐션 레그 플랫폼(또는 반잠수형 부유식 플랫폼이라고도 함)은, 본 발명의 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이, 수심 300m 이상의 깊은 해양에도 쉽게 설치할 수 있다는 장점이 있다.

수직 중공관(300)은 실질적인 수직 터널을 이룬다. 수직 중공관(300)은 플라스틱, 특수강, 프리캐스트 철근 콘크리트관 등, 다양한 재질과 형태로 이루어질 수 있다. 제작의 용이성과 취급의 편리성, 무게, 강도, 부식 등을 고려한다면 플라스틱 관으로 구성하는 것이 바람직하며, 특히 유리 섬유 보강 플라스틱(FRP)으로 구성하는 것이 바람직하다.

이러한 수직 중공관(300)은 육상에서 사전에 제작되어 현장으로 운송된 후 상기 플랫폼 구조물(200a, 200b, 200c)의 중앙을 수직으로 통과하는 형태로 설치될 수 있고, 그의 하단은 상기 수중 터널(50)의 관통공(51)에 접속됨으로써, 수중 터널(50)을 수면 바깥의 대기와 연통시키게 된다. 수직 중공관(300)의 외주는 상기 플랫폼 구조물(200a, 200b, 200c)에 의해 지지된다.

상기 수직 중공관(300)과 상기 수중 터널(50)의 상부 관통공(51)이 만나는 접속부에는 별도의 방수장치를 설치하는 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 것처럼 수직 중공관(300)과 상부 관통공(51)이 결합되는 접속부의 내측에는 내측 방수장치(500)가 설치되어 있고, 상기 접속부의 외측에는 외측 방수장치(600)가 설치되어 있다. 상기 내측 방수장치(500)와 외측 방수장치(600) 중 어느 하나만을 선택하여 설치하여도 좋고, 두 가지를 모두 설치하여도 좋다. 수밀성을 극대화하기 위해서는 2개의 방수장치(500)(600) 모두를 설치하여 2중으로 수밀을 행하는 것이 바람직하다.

한편, 도 1의 (나) 및 (다)와 같이, 수심이 깊은 경우에, 상기 수직 중공관(300)은 여러 개의 관 부재를 상하 방향으로 연결한 형태로 이루어질 수 있다. 이와 같이 복수개의 관 부재를 연결함으로써 생기게 되는 수직 중공관(300)의 이음부에도, 그 내부에 상기한 내측 방수장치(500)를 설치할 수 있다. 수직 중공관(300)의 이음부에서 연결될 관 부재의 단부에는 에폭시 등을 도포하여 서로 접착하여 연결한 상태에서 내측 방수장치(500)를 설치하여도 좋다. 수직 중공관(300)의 이음부에서 관 부재 간의 접합이 확실하다면 그것으로 족하고 굳이 내측 방수장치(500)를 더 설치하지 않아도 무방하다.

본 발명의 수직 터널 구조물은, 도 1의 (가) 내지 (다) 중 어느 하나의 형태를 선택하여 설치된다. 수중 터널의 연장길이가 길어 수직 터널 구조물을 2곳 이상 설치하여야 할 경우에는, 도 1의 (가) 내지 (다)의 수직 터널 구조물(100a, 100b, 100c) 중 어느 하나를 선택하여 설치하거나 2가지 이상을 병용할 수 있다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 수직 터널 구조물(100a, 100b, 100c)은, 수저 지반에 안착 된 침매 터널이나 수중을 가로지르는 터널 등을 포함하는 수중 터널에 축조하기 적합한 것으로서, 특히 사전에 미리 제작된 수직 중공관(300)을 수중 터널(50)까지 단순히 내려 연결하기만 하면 되는 간단한 구조로 이루어져서, 종래에 수저로부터 토사를 쌓은 후 다시 토사를 굴착하면서 콘크리트 터널을 형성하는 방 식에 비한다면 시공이 한층 쉽고 공사 비용과 공사 기간을 획기적으로 감축할 수 있는 새로운 형태의 수직 터널 구조물이다.

또한, 위와 같은 본 발명의 수직 터널 구조물은, 이하에 더욱 상세하게 설명될 방수장치(500)(600)(700)를 적용하고 있으므로, 수직 중공관(300)을 수중에 내려서 연결하는 본 발명의 수직 터널 구조물을 더욱 쉽게 건설할 수 있게 되고, 확실한 수밀도 가능하다.

(방수장치)

첨부 도면 도 2 내지 도 7에는 본 발명에 따른 방수장치에 대한 실시예가 도시되어 있다.

우선, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 내측 방수장치를 보여주는 것으로서, 도 2에는 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 설치 상태 단면도가 도시되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 내측 방수장치(500)는 원통형의 바디(510)와, 외측으로 돌출된 형태의 상, 하측 탄성신축성 립(elastic flexible lips)(521, 522)을 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 원통형 바디(510)는, 수직 중공관(300)의 관 부재 간의 이음부 내부의 통로(301)의 내경, 또는 수직 중공관(300)과 관통공(51)의 접속부의 내경보다 작은 지름을 가지고 있어, 통로(301)의 내부 또는 접속부의 내부에 배치된다. 또한, 상기 상, 하측 탄성신축성 립(521, 522)은, 그의 단면 모양이, 상기 원통형 바디(510)의 외면에서 반경 방향 외측으로 연장되고 그의 선단부로 갈수록 서로 마주하는 방향으로 더 굴곡되는 형태를 가지며, 이러한 단면 모양이 상기 원통형 바 디(510)의 외측 둘레로 연속하는 형태로 이루어진다.

이와 같이 구성된 내측 방수장치(500)는, 도 3의 (가)에 도시된 바와 같이, 상, 하의 수직 중공관(300, 300)의 이음부에 설치될 경우, 상, 하측 탄성신축성 립(521, 522)의 선단이 이루는 입구부가 상기 이음부의 틈새 발생 가능성이 있는 부분에 위치하도록 상기 이음부의 통로(301)의 내부에 배치된다. 만일, 상기 이음부에 틈새가 생기는 경우(도면에서는, 쉽게 이해할 수 있도록 틈새의 간격을 과장하여 도시하였으나 실제로는 틈새가 발생하지 아니하며, 만일 발생하더라도 틈새의 간격은 매우 작다), 상기 틈새를 통해 외부로부터 물이 유입되면, 물의 압력(바다 속이나 강 속에 설치되므로 수압이 높다)이 상기 상, 하 탄성신축성 립(521, 522)의 내면에 작용하여 상, 하 탄성신축성 립(521, 522)을 외측으로 확장시켜, 통로(301)의 내벽면으로 더욱 가압밀착되도록 함으로써 자연적으로 수밀이 유지되게 된다. 즉, 도 3의 (가)에서, 일점쇄선 상태에 있던 상, 하 탄성신축성 립(521, 522)이 실선의 상태로 확장되면서 통로(301)의 내벽면에 가압밀착되어 수밀을 실현하게 되는 것이다.

여기서, 상기 상, 하측 수직 중공관(300, 300)의 통로(301)에는 상기 원통형 바디(510)를 지지하기 위한 지지대(551, 552)를 설치할 수 있다. 이러한 지지대(551, 552)는, 사전에 미리 설치해 두는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 3의 (나)에 도시된 바와 같이, 내측 방수장치(500)는 상기 수직 중공관(300)과 수중 터널(50)이 접속되는 접속부의 내측에도, 상, 하측 탄성신축성 립(521, 522)의 선단이 이루는 입구부가 접속부의 틈새 발생 가능성이 있는 부분에 일치하도록 하여 설치된다. 앞서 도 3의 (가)에서 설명한 것처럼 만일 상기 접속부에 틈새가 발생하고, 이 틈새를 통해서 외부로부터 물이 유입되면, 물의 압력이 상기 상, 하 탄성신축성 립(521, 522)의 내면에 작용하여 상, 하 탄성신축성 립(521, 522)을 외측으로 확장시켜 접속부의 통로 내벽면에 가압밀착됨으로써 자연적으로 수밀이 유지되게 된다. 여기서도 앞서 설명한 것처럼 상기 원통형 바디(510)를 지지하고 막기 위한 지지대(551, 552)를 상기 접속부 내부에 미리 설치해둘 수도 있다.

다음으로, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 외측 방수장치를 보여주는 것으로서, 도 4에는 사시도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 설치 상태 단면도가 도시되어 있다.

우선, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 외측 방수장치(600)는, 수직 중공관(300)의 단부가 수직 터널(50)의 관통공(51)과 연결되는 접속부의 외부에 설치되어 접속부를 수밀하기 위한 방수장치이다.

이러한 외측 방수장치(600)는 구체적으로 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 그의 단면 모양이, 수직 중공관(300)의 외주면에 밀착하기 위한 수직면부(610)와, 수중 터널(500)의 상부 표면에 밀착하기 위한 수평면부(620)를 가진 형태로 이루어진다. 상기 수직면부(610)와 수평면부(620)는 탄성신축성 립(631, 632)의 형태로 이루어져 있으며, 상기 외측 방수장치(600)는 그 단면 모양이 원주상으로 연속하여 형성되는 형태로 이루어지는 탄성신축체로 이루어져 있다.

이러한 외측 방수장치(600)의 수직면부(610)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상 기 수직 중공관(300)의 단부 외주에 끼워지고, 수평면부(620)는 상기 수중 터널(50)의 상부 표면(52)에 밀착되는 형태로 배치된다.

따라서, 접속부가 물속에 잠겨 있는 상태에서는 외측 방수장치(600)의 바깥쪽에 수압이 작용하게 되고, 탄성신축체로 이루어진 외측 방수장치(600)는 수압에 의해 수중 터널(50)과 수직 중공관(300) 쪽으로 눌려지며, 그에 따라 외측 방수장치(600)의 수직면부(610)와 수평면부(620)가 상기 수직 중공관(300)의 외주면과 수중 터널(50)의 상부 표면(52)에 밀착한다. 이때에는 특히, 양쪽의 탄성신축성 립(631, 632)이 상기 수중 터널(50)의 상부 표면(52)에 가압밀착되어 방수(수밀)가 자연스럽게 이루어진다.

도 6 및 도 7은 각각 본 발명에 따른 관통공 방수장치 즉, 임시 방수장치의 실시예들을 나타낸다. 이하에서는, '관통공 방수장치'와 '임시 방수장치'를 혼용하며, 이 둘은 동일한 것이다.

우선, 도 6은 임시 방수장치에 대한 하나의 예를 보여주는 것으로서, 수중 터널(50)의 터널 내공(53)과 연통하는 관통공(51) 내부에 설치되어 관통공(51)을 임시로 차단 및 수밀하기 위한 '관통공 방수장치'이다.

구체적으로, 임시 방수장치(700)는, 관통공(51)의 구경보다 더 작은 외경을 갖추어서 상기 관통공(51) 내부에 배치되는 차단블록(710), 그리고 상기 차단블록(710)의 외주에 형성된 탄성신축성 시일(elastic flexible seal)(720)을 포함한다.

상기 탄성신축성 시일(720)은, 그의 단면 모양이, 상기 차단블록(710)의 외 주로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 그의 선단부로 갈수록 관통공(51)의 바깥쪽을 향하여 굴곡되면서 두께가 얇아지는 형태를 가지고, 해당 단면 모양이 상기 차단블록(710)의 외측 둘레로 연속하는 형태의 형성된다.

이러한 임시 방수장치(700)는, 도 6과 같이, 수중 터널(50)의 관통공(51)을 임시로 밀봉하고 있다가, 수직 중공관(300)의 설치가 완료된 후에는 제거되는 것으로서, 임시 방수장치(700)를 관통공(51)의 내부에 끼우면, 상기 탄성신축성 시일(720)의 선단부가 관통공(51)의 내벽면에 탄성으로 밀착되고, 그에 따라 관공통(51)의 바깥에서 작용하는 물의 압력에 의해 탄성신축성 시일(720)이 확장되어 상기 관통공(51)의 내벽면에 가압밀착되어 수밀 및 차수를 실현한다.

다음으로, 도 7에 도시된 임시 방수장치(700a)는, 도 6으로 설명한 임시 방수장치(700)에 비해 탄성신축성 시일(730)의 형태만이 다르고 나머지의 구성은 동일하다.

본 실시예에 따른 임시 방수장치(700a)의 탄성신축성 시일(730)은, 관통공(51)의 내벽면과 차단블록(710)의 외주면 사이에 끼워지고, 물에 노출되는 바깥쪽 면은 상기 관통공(51)의 내벽면과 차단블록(710)의 외주면에 밀착되는 립부(731) 및 상기 양측 립부(lip parts)(731)로부터 단면 중간으로 갈수록 표면이 오목한 형태로 연속하는 오목부(732)를 가진다.

본 실시예에 따른 임시 방수장치(700a)도, 전술한 실시예의 임시 방수장치(700)와 마찬가지로 즉, 수중 터널(50)의 관통공(51)을 임시로 밀봉하고 있다가, 수직 중공관(300)의 설치가 완료된 후에는 제거된다. 탄성신축성 시일(730)은 차단 블록(710)의 외주면에 부착된 형태로 이루어질 수 있으며, 또는 별도의 부재로 제조되어 시공 시 관통공(51)과 차단블록(710) 사이에 끼워 넣을 수 있다. 이러한 임시 방수장치(700a)가 관통공(51)의 내부에 설치되면, 관통공(51)의 바깥쪽에 있는 물의 압력이 상기 탄성신축성 시일(730)의 오목부(732)와 양쪽의 립부(731)에 작용하여 상기 양쪽의 립부(731)가 각각 상기 관통공(51)의 내벽면과 상기 차단블록(710)의 외주면에 가압밀착되어 수밀 및 차수가 실현된다.

한편, 상기 오목부(732)의 형상은 도 7의 확대도 부분에서 실선으로 나타낸 바와 같이, 매끈하게 연속하는 형태만으로 한정되는 것은 아니고, 도 7의 확대도 부분에서 점선으로 나타낸 바와 같이 오목부(732)의 가운데가 돌출된 형태 또는 오목부(732)의 가운데가 평탄한 형태 등, 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

(방수 연결 방법)

도 8 내지 도 11에는 상술한 본 발명의 방수장치를 수직 터널 구조물에 적용할 경우의 바람직한 연결 방법들이 제시되어 있다. 즉, 수직 터널 구조물에서 수직 터널을 형성하게 되는 수직 중공관(300)을 수중 터널(50)과 연결할 때, 그리고 수직 중공관(300)끼리 연결할 때의 바람직한 연결 방법을 제시한다.

우선, 도 8 및 도 9에는 수직 중공관과 수중 터널의 방수 연결 공정을 순서대로 나타낸 주요부 단면도가 도시되어 있다.

앞에서, 도 1을 통해 이미 설명한 바와 같이, 본 발명의 수직 터널 구조물은 수중터널 함체를 수저 바닥에 침설하거나 물속을 가로질러 설치한 형태의 수중 터 널(50) 주변에 플랫폼 구조물을 설치하고, 상기 플랫폼 구조물의 중앙으로부터 수직 중공관(300)을 내려, 수중 터널(50)의 관통공(51)과 수직 중공관(300)의 단부를 접속하여 연통시킨 구조이다.

이 경우, 상기 수중 터널(50)의 상부 표면(52)에 수직 중공관(300)을 내려 수밀을 유지하면서 접속하기 위해서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 수중 터널(50) 함체를 침설하기 전에, 미리 육상에서, 수중 터널(50)의 관통공(51) 내측에 지지대(552)(지지대의 형태에 대해서는 특별히 한정하지 않는다)를 설치하고, 상기 관통공(51)의 외측(도면상 위쪽)으로부터 본 발명의 임시 방수장치(700 또는 700a)(도면에서는 임시 방수장치(700)만을 도시하였다. 임시 방수장치(700a)는 도 7을 참조하면 된다)를 삽입하여 그의 차단블록(710)이 상기 지지대(552)에 의해 받쳐지도록 하고 그의 탄성신축성 시일(720 또는 730)을 통해 관통공(51)을 막아 수중터널(50)의 내공(53)의 수밀을 실현한다.

다음으로, 상기와 같이 임시 방수장치(700 또는 700a)가 사전에 설치된 수중터널(50) 함체를 침설하여 수저 바닥에 놓거나 수중을 가로지르는 상태로 설치한다.

다음으로, 임시 방수장치(700 또는 700a) 위에 전술한 내측 방수장치(500)를 설치한다. 그런데 상기 내측 방수장치(500)는 상기 수중터널(50) 함체를 침설하기 전에 육상 또는 해상에서 임시 방수장치(700 또는 700a) 위에 얹는 형태로 수중터널(50)의 관통공(51)에 미리 삽입해 둘 수 있고, 그렇지 않으면 수중터널(50) 함체를 침설한 이후에 물속으로 내려서 삽입할 수도 있다. 내측 방수장치(500)는 그의 하부 일부가 관통공(51) 안에 삽입되어 그의 하측 탄성신축성 립(522)이 상기 관통공(51)의 내벽면에 밀착된다.

다음으로, 수면으로부터 수직 중공관(300)을 내려 수직 중공관(300)의 통로(301)에 상술한 내측 방수장치(500)의 윗부분이 삽입되도록 한다. 이 경우, 상기 수직 중공관(300)의 통로(301)에 지지대(551)를 미리 설치해 두면, 수직 중공관(300)을 내리는 도중에 내측 방수장치(500)의 상단이 상기 지지대(551)에 걸리게 된다. 수직 중공관(300)의 통로(301)에 내측 방수장치(500)의 윗부분이 삽입되면, 수직 중공관(300)의 내벽면에 상기 내측 방수장치(500)의 상측 탄성신축성 립(521)이 밀착되어 수직 중공관(300)을 외부의 물로부터 차수 한다. 즉, 상기 내측 방수장치(500)의 상, 하측 탄성신축성 립(521, 522)에 의해 수직 중공관(300)과 수중터널(50)의 관통공(51)이 연결되는 접속부를 차단하게 된다.

다음으로, 상기와 같이 차수 된 수직 중공관(300)의 내부, 그리고 상기 내측 방수장치(500)의 원통형 바디(510) 내부에 있는 물을 배수한다. 물을 모두 퍼내면 수직 중공관(300)의 내부와 내측 방수장치(500)의 내부는 수면 밖의 대기와 연통하는 상태가 된다.

다음으로, 수중 터널(50)의 관통공(51)에 설치되어 있던 임시 방수장치(700 또는 700a)를 제거한다. 임시 방수장치(700 또는 700a)의 제거는, 수중 터널(50) 내부에서 절단(예; 가스 절단)이나 파괴 등의 방법으로 제거할 수 있다(도 11 참조). 임시 방수장치를 제거하여 접속부에서 수직 중공관(300)과 수중 터널이 서로 연통되도록 하고, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 내측 방수장치(500)를 상기 지지 대(552)까지 내리며 이와 더불어 상기 수직 중공관(300)도 완전히 내려 상기 수중터널(50)의 상부 표면에 안착시킨다.

이와 같이 하면, 수직 중공관(300)과 수중 터널(50)의 이음부에 내측 방수장치(500)의 설치가 완료된다. 혹시 접속부에 틈새가 발생하여 외부의 물이 침입해 들어오면, 그 물의 압력에 의해 내측 방수장치(500)의 상, 하측 탄성신축성 립(521, 522)을 확장시키게 되고, 확장되는 상, 하측 탄성신축성 립(521, 522)은 수직 중공관(300)의 내벽면과 수중 터널(50)의 관통공(51) 내벽면에 큰 압력으로 밀착됨으로써 우수한 수밀 상태를 유지할 수 있다.

한편, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 수직 중공관(300)을 물속에 내리기 전에, 수직 중공관(300)의 하단 외주에 상술한 외측 방수장치(600)를 미리 끼워 결합해 둘 수 있다. 그러면 상기 수직 중공관(300)이 완전히 내려질 때, 외측 방수장치(600)가 수중 터널(50)의 상부 표면(52)에 밀착함으로써 수직 중공관(300)과 수중 터널(50)의 외측 접속부의 방수도 저절로 이루어진다.

본 발명에서는, 상기 내측 방수장치(500)와 외측 방수장치(600) 중 어느 하나만을 설치하여도 좋고, 2가지를 모두 설치하여도 좋다. 도 8 및 도 9에 도시된 실시예와 같이 2가지를 모두 설치한 경우에는 수직 중공관(300)과 수중 터널(50)의 연결부가 2중으로 밀봉되므로 더욱 확실하고 안전한 수밀 구조를 가지는 수직 터널 구조물이 제공된다.

한편, 수중터널 함체를 침설할 때, 함체 내부가 완전히 차수 된 상태에서 침설하는 방법이 아니라, 함체 내부에 물을 채워가면서 침설할 때에는, 임시 방수장 치(700 또는 700a)를 설치할 필요는 없고, 단순히 내측 방수장치(500)만을 설치한 이후에 수직 중공관(300)과 수중 터널(50) 내부에 있는 물을 배출하면 된다.

다음으로, 도 10 및 도 11에는 본 발명에 따른 수직 중공관과 수중 터널이 만나는 부분의 방수 연결 공정의 다른 예를 순서대로 나타낸 주요부 단면도가 도시되어 있다. 이는, 전술한 내측 방수장치(500)는 배제하고 외측 방수장치(600)만을 설치할 때의 바람직한 방수 연결 방법이다.

우선, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 수중터널(50)을 침설하기 전에 미리, 수중 터널(50)의 관통공(51) 내측에 지지대(552)를 설치하고, 상기 관통공(51)의 외측으로부터 임시 방수장치(700 또는 700a)를 삽입하여 그의 차단블록(710)을 상기 지지대(552)로 받치고 그의 탄성신축성 시일(720 또는 730)을 통해 관통공(51)을 막아 수중터널(50) 내공(53)의 수밀을 실현한다.

이어서, 수중터널(50) 함체를 침설한다.

후속하여, 수면으로부터 수직 중공관(300)을 내려 수직 중공관(300)의 하단을 수중터널(50)의 관통공(51)에 일치시킨 상태에서 수중터널(50) 함체의 상부 표면(52)에 안착시킨다.

그리고 상기 수직 중공관(300)을 내리기 전에 미리, 또는 수직 중공관(300)을 거의 내린 시점에서, 상기 수직 중공관(300)의 외주에 상기 외측 방수장치(600)를 끼워 결합한다. 그러면, 수직 중공관(300)이 수중터널(50)의 상부 표면(52)에 안착 된 때에, 수직 중공관(300)의 외주와 수중터널(50)의 상부 표면(52) 사이의 수밀이 실현된다.

이어서, 상기와 같이 상기 외측 방수장치(600)에 의해 차수 된 상태에서 수직 중공관(300)의 내부에 있는 물을 배수한다.

다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 임시 방수장치(700 또는 700a)를 제거하여 수중 터널(50)과 수직 중공관(300)을 개통시킨다. 여기에서, 임시 방수장치(700 또는 700a)를 지지하고 있던 지지대(552)는 제거하여도 좋고, 필요시에는 그대로 두어도 좋다.

한편, 수중터널 함체를 침설할 때, 함체 내부가 완전히 차수 된 상태에서 침설하는 방법이 아니라, 함체 내부에 물을 채워가면서 침설할 때에는, 임시 방수장치(700 또는 700a)를 설치할 필요는 없고, 단순히 외측 방수장치(600)만을 설치한 이후에 수직 중공관(300)과 수중 터널(50) 내부에 있는 물을 배출하면 된다.

이와 같이, 본 발명의 방수장치 및 방수 연결 방법에 의하면, 수직 중공관(300)과 수중 터널(50)의 이음부를 쉽고 확실하게 방수처리할 수 있다. 따라서, 이에 의하면, 기본적으로는 본 발명과 같이 수직 중공관을 이용한 수직 터널 구조물의 축조를 가능하게 하고, 더 나아가서는 쉽고 간단하면서도 확실한 방수를 가능하게 한다.

이상에서는 첨부 도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명의 바람직한 형태에 대한 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이상과 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예들 은 당연히 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속한다.

도 1은 본 발명에 따른 수중 터널용 수직 터널 구조물의 여러 가지 형태를 하나의 도면에 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 내측 방수장치의 사시도이다.

도 3은 도 2의 설치 상태 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 외측 방수장치의 사시도이다.

도 5는 도 4의 설치 상태 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 관통공 방수장치(임시 방수장치)의 일례를 보여주는 사시도이다.

도 7은 본 발명에 따른 관통공 방수장치(임시 방수장치)의 다른 예를 보여주는 사시도이다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 수직 중공관과 수중 터널이 만나는 부분의 방수 연결 공정의 일례를 순서대로 나타낸 주요부 단면도이다.

도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 수직 중공관과 수중 터널이 만나는 부분의 방수 연결 공정의 다른 예를 순서대로 나타낸 주요부 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50: 수중 터널 51: 관통공

52: 상부 표면(상면) 53: 터널 내공

100a, 100b, 100c: 수직 터널 구조물

200a, 200b, 200c: 플랫폼 구조물

210: 원통형 기둥 220: 데크

230: 부체 240: 텐션 레그

300: 수직 중공관 301: 통로

500: 내측 방수장치 510: 원통형 바디

521: 상측 탄성신축성 립 522: 하측 탄성신축성 립

551, 552: 지지대 600: 외측 방수장치

610: 수직면부 620: 수평면부

631: 탄성신축성 립 632: 탄성신축성 립

700, 700a: 관통공 방수장치(임시 방수장치)

710: 차단 블록 720, 730: 탄성신축성 시일

731: 립 부

Claims (8)

1. 삭제
2. 상부에 관통공이 형성되어 있는 수중터널 함체를 수저 바닥에 침설하거나 물속을 가로질러 설치한 형태의 수중 터널을 수면 바깥의 대기와 연통시키기 위한 수직 터널 구조물로서,

   상기 수중 터널 주위의 수저 지반에 정착되어 상단이 수면 위로 나와 있는 플랫폼 구조물; 및

   상기 플랫폼 구조물의 중앙을 관통하여 설치되어 상기 플랫폼 구조물에 의해 지지되면서 상기 수중 터널에 형성되어 있는 상부 관통공과 하단이 연통하도록 설치되는 수직 중공관을 포함하며;

   상기 수직 중공관은, 복수의 수직 중공관이 상하방향으로 연결된 형태로 이루어지고,

   상하로 연결되는 수직 중공관의 이음부 내부에는, 이음부의 수밀을 위한 내측 방수장치가 설치되는데,

   상기 내측 방수장치는, 상기 이음부 내부의 구경보다 작은 지름으로 이루어져서 상기 이음부의 내면에 배치되는 원통형의 바디와; 상기 바디의 외면 상, 하부에서 반경 방향 외측으로 연장되어 그의 선단부로 갈수록 서로 마주하는 방향으로 굴곡되는 형태의 단면 모양을 가지고 있고 상기 원통형 바디의 외측 둘레로 연속하는 형태의 상, 하측 탄성신축성 립을 포함하고,

   상기 상, 하측 탄성신축성 립의 선단이 상기 이음부 또는 접속부의 내벽면에 탄성으로 밀착되는 형태로 설치되어,

   상기 이음부에 틈새가 발생하여 외부로부터 통로 안으로 물이 유입되면, 유입되는 물의 압력이 상기 상, 하 탄성신축성 립의 내면에 작용하여 상, 하 탄성신축성 립을 외측으로 확장시켜 내벽면에 가압밀착되는 것을 특징으로 하는 수중 터널용 수직 터널 구조물.
3. 제2항에 있어서,

   상기 수직 중공관과 상기 수중 터널의 상부 관통공이 접속하는 접속부의 내부에는 수밀을 위한 내측 방수장치가 설치되는데,

   상기 내측 방수장치는, 상기 접속부에서의 수직 중공관 또는 관통공의 내경보다 작은 지름으로 이루어져서 상기 접속부의 내면에 배치되는 원통형의 바디와; 상기 바디의 외면 상, 하부에서 반경 방향 외측으로 연장되어 그의 선단부로 갈수록 서로 마주하는 방향으로 굴곡되는 형태의 단면 모양을 가지고 있고 상기 원통형 바디의 외측 둘레로 연속하는 형태의 상, 하측 탄성신축성 립을 포함하고,

   상기 상, 하측 탄성신축성 립의 선단이 상기 이음부 또는 접속부의 내벽면에 탄성으로 밀착되는 형태로 설치되어,

   상기 접속부에 틈새가 발생하여 외부로부터 통로 안으로 물이 유입되면, 유입되는 물의 압력이 상기 상, 하 탄성신축성 립의 내면에 작용하여 상, 하 탄성신축성 립을 외측으로 확장시켜 내벽면에 가압밀착되는 것을 특징으로 하는 수중 터널용 수직 터널 구조물.
4. 제2항에 있어서,

   상기 수직 중공관과 상기 수중 터널의 상부 관통공이 접속하는 접속부에서 상기 수직 중공관의 단부 외부에 수밀을 위한 외측 방수장치가 설치되는데,

   상기 외측 방수장치는, 상기 수직 중공관의 외주에 끼워져 밀착되는 수직면부와, 상기 수중 터널의 상부 표면에 밀착되는 수평면부를 가지고 있으며; 상기 수직면부와 상기 수평면부가 원주상으로 연속하도록 형성되어 있는 탄성신축체로 이루어지고,

   외부로부터 작용하는 수압에 의해 상기 수직면부가 상기 수직 중공관의 외주면에 가압밀착되고 상기 수평면부가 상기 수중 터널의 표면에 가압밀착되는 것을 특징으로 하는 수중 터널용 수직 터널 구조물.
5. 상부에 관통공이 형성되어 있는 수중터널 함체를 수저 바닥에 침설하거나 물 속을 가로질러 설치하여 형성되는 수중 터널을 수면 바깥의 대기와 연통시키기 위해 상기 수중 터널의 상부 관통공에 연결되는 수직 터널 구조물의 수직 중공관에 형성되는 이음부 내부 또는 상기 수직 중공관과 수중 터널의 관통공이 접속하는 접속부의 내부에 설치되는 내측 방수장치로서,

   상기 이음부 내부 또는 접속부 내부의 구경보다 작은 지름으로 이루어져서 상기 이음부 또는 접속부의 내면에 배치되는 원통형의 바디와; 상기 바디의 외면 상, 하부에서 반경 방향 외측으로 연장되어 그의 선단부로 갈수록 서로 마주하는 방향으로 굴곡되는 형태의 단면 모양을 가지고 있고 상기 원통형 바디의 외측 둘레로 연속하는 형태의 상, 하측 탄성신축성 립을 포함하고,

   상기 상, 하측 탄성신축성 립의 선단이 상기 이음부 또는 접속부의 내벽면에 탄성으로 밀착되는 형태로 설치되어,

   상기 이음부 또는 접속부에 틈새가 발생하여 외부로부터 통로 안으로 물이 유입되면, 유입되는 물의 압력이 상기 상, 하 탄성신축성 립의 내면에 작용하여 상, 하 탄성신축성 립을 외측으로 확장시켜 내벽면에 가압밀착되는 것을 특징으로 하는 내측 방수장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

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