KR101015610B1 - 벽체로부터 돌출되는 경사판 앵커부재를 구비한 터널 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피암터널 등과 같은 터널 구조물의 벽체 후방에서, 벽체로부터 뒷채움 토사 방향으로 연장되어 있는 복수개의 연결판과, 상기 각각의 연결판 단부에서 경사지게 연결되는 설치되는 토압 지지용 경사판으로 구성되는 경사판 앵커부재를 구비함으로써, 상기 경사판 앵커부재에 의해 터널 구조물의 벽체 후방의 뒷채움 토사를 블록 형태로 구속함으로써, 터널 구조물에 작용하는 횡토압에 대한 터널 구조물의 저항력 및 활동(sliding)에 대한 안정성을 증가시키고, 터널 구조물의 강성에 대한 과도한 설계를 방지할 수 있는 신규한 구성의 벽체로부터 돌출되는 경사판 앵커부재를 구비한 터널 구조물에 관한 것이다.

Description

벽체로부터 돌출되는 경사판 앵커부재를 구비한 터널 구조물{Tunnel having Inclined Plate}

본 발명은 터널 구조물에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 피암터널 등과 같은 터널 구조물의 벽체 후방에서, 벽체로부터 뒷채움 토사 방향으로 연장되어 있는 복수개의 연결판과, 상기 각각의 연결판 단부에서 경사지게 연결되는 설치되는 토압 지지용 경사판으로 구성되는 경사판 앵커부재를 구비함으로써, 상기 경사판 앵커부재에 의해 터널 구조물의 벽체 후방의 뒷채움 토사를 블록 형태로 구속함으로써, 터널 구조물에 작용하는 횡토압에 대한 터널 구조물의 저항력 및 활동(sliding)에 대한 안정성을 증가시키고, 터널 구조물의 강성에 대한 과도한 설계를 방지할 수 있는 신규한 구성의 벽체로부터 돌출되는 경사판 앵커부재를 구비한 터널 구조물에 관한 것이다.

산악지형이 많은 우리나라 특성상 도로의 계획시 산악지형을 통과하여야 하는데, 이때 능선을 따라 도로가 계획되는 경우가 많이 있다. 이와 같이 능선을 따라 시공된 도로의 경우, 계절에 따라 도로 측면에 위치한 절개면이 붕괴되는 경우가 있는데 이때 발생한 낙석으로 인해 인명 피해가 발생하는 경우가 종종 있으며, 인명 피해가 발생하지 않더라도 낙석을 치우고 또 붕괴된 법면을 복구하는 동안 도로의 사용이 불가하여 통행이 제한되는 피해가 발생하였다.

이러한 도로의 절개면 붕괴로 인한 사고를 방지하기 위하여 피암터널을 시공하게 된다. 도 1에는 피암터널의 개략적인 단면이 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼, 피암터널(100)은 절개면(101)의 일측에 설치되고, 절개면을 향하게 되는 피암터널(100)의 벽체(102a) 후방에는 뒷채움 토사(103)가 채워지는데 반하여, 반대편의 피암터널의 벽체(102b)는 통상 개방부(105)가 존재하므로 벽체(102b)의 후방에 토사가 전혀 채워져 있지 아니하거나, 뒷채움 토사가 채워지더라도 절개면 방향의 벽체(102a)보다는 낮은 높이로 채워지는 경우가 일반적이다. 따라서 도 1에 도시된 것처럼, 피암터널(100)의 양측 벽체에 작용하는 횡토압의 크기는 비대칭이 되며, 그에 따라 절개면 방향의 벽체(102a)를 향하여 일방향의 횡토압 즉, 편토압이 작용하게 된다. 이러한 편토압의 작용으로 인한 활동(sliding)에 대해 피암터널(100)의 안정성을 확보하기 위하여 종래에는 피암터널의 구조물 단면 두께를 키우거나 보강철근을 더 많이 배근하는 등의 방법을 통하여 피암터널 구조물의 휨강성을 증가시켜야 했다. 결과적으로 종래에는 피암터널 구조물의 휨강성 확보를 위하여 과대 설계가 이루어졌으며 그에 따라 시공비용이 더 증가되는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 피암터널 등과 같은 터널 구조물에서 비대칭으로 작용하게 되는 횡토압에 대해 터널 구조물의 전도 및 활동의 안정성을 향상시키고, 터널 구조물의 과대 설계를 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 터널 구조물의 벽체의 배면에서 후방으로 경사판 앵커부재가 구비되는데; 상기 경사판 앵커부재는, 상기 벽체의 배면과 연결되는 연결판과, 상기 연결판의 배면토사 방향 단부에서 상기 연결판과 직교하게 결합되어 있되 절개면 방향으로 기울어져서 결합되는 경사판을 포함하여 구성되어; 벽체의 배면 후방에 되메움되는 뒷채움 토사에 상기 경사판 앵커부재가 매립되어 벽체의 배면으로 채워지는 뒷채움 토사를 구속함으로써 전도 및 활동에 대한 저항력을 발휘하며 횡방향 토압을 경감하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 터널 구조물이 제공된다.

이러한 본 발명의 터널 구조물에서, 상기 연결판은 파형 강판으로 이루어지며; 상기 벽체의 배면에는, 상기 연결판과 일체 결합되는 파형 강판으로 이루어진 설치판이 미리 일체로 구비되어 있어; 상기 설치판과 상기 연결판이 서로 일체로 결합됨으로써, 경사판 앵커부재가 벽체의 배면에 일체로 결합되어 구비될 수 있으며, 상기 경사판 앵커부재는 터널 구조물의 종방향으로 간격을 두고 복수개로 구비될 수 있다. 또한 본 발명에서는 이와 같은 터널 구조물을 시공하는 방법이 제공된다.

종래의 터널 구조물에서는 벽체 후방의 뒷채움 토사는 단지 외적인 하중(횡토압)으로만 작용하는데 그칠 뿐인데, 본 발명에서는 경사판 앵커부재 사이에 채워진 뒷채움 토사는 측면으로는 연결판에 의하여 구속되고 절개면 방향으로는 경사판에 의해 구속되어 있으므로, 뒷채움 토사의 자중은 벽체의 전도 모멘트에 저항하는 저항 모멘트를 만드는 기능을 하게 되고 경사판 앵커부재가 앵커 작용을 하게 되어 횡토압에 의한 터널 구조물의 전도 및 활동에 대해 안정성이 크게 향상되는 효과가 발휘된다.

또한 본 발명에서는 터널 구조물의 벽체에 작용하게 되는 전체적인 토압이 줄어들게 되어 양측 벽체에 토압이 비대칭 상태로 작용함으로 인하여 터널 구조물에 작용하는 횡토압의 크기를 줄일 수 있게 되고, 그에 따라 터널 구조물의 단면 두께를 키우거나 보강철근을 더 많이 배근하는 등의 과대 설계를 피할 수 있게 되어 시공비용을 종래보다 절감할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 종래의 피암터널의 횡단면을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 경사판 앵커부재를 구비한 터널 구조물의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 터널 구조물이 지중에 설치된 상태의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 터널 구조물의 시공방법에서 터널 구조물을 설치하고 벽체의 후방으로 뒷채움 토사를 일부 채워 되메우기를 한 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 상태에 후속하여 경사판 앵커부재를 벽체에 조립 설치하는 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 6은 벽체에 경사판 앵커부재를 조립 결합하는 상태를 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 원 A부분에 대한 확대도이다.
도 8은 터널 구조물의 벽체 후방과 상부에 뒷채움 토사를 채워서 되메우기 작업을 수행하는 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 옹벽과 그 시공방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 경사판 앵커부재를 구비한 터널 구조물(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2에 도시된 터널 구조물(1)이 지중에 설치된 상태의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도면에서는 터널 구조물(1)의 일예로서, 양측 벽체 중 외측 벽체(2b)에는 개방부(21)가 형성되어 있고, 내측 벽체(2a) 즉, 절개면(101)을 향하는 측면의 벽체(2a)의 후방(절개면 방향)은 뒷채움 토사(103)가 채워져 있는 피암터널이 도시되어 있으며, 이하의 설명에서도 피암터널을 대상으로 본 발명을 설명할 것이지만, 본 발명의 터널 구조물(1)은 이러한 피암터널에 한정되지 아니하며, 기타 용도의 다양한 터널도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한 도면에 도시된 실시예에서, 벽체(2a, 2b)와 천정부가 일체로 되어 있는 프리캐스트 유닛과, 별개의 바닥부가 조립되어 터널 구조물(1)을 이루는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 터널 구조물(1)은 이러한 프리캐스트 조립식 터널에 한정되지 아니하며, 도 1의 경우처럼 벽체, 천정부 및 바닥부가 일체로 되어 있는 터널 구조물을 포함하는 것이다. 더 나아가 도면에 도시된 실시예에서는 터널 구조물(1)의 벽체(2a)가 수직한 벽체로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 터널 구조물(1)의 벽체(2a)가 곡선형태로 이루어져도 무방하다.

도 2 및 도 3에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 터널 구조물(1)은 벽체(2a)의 배면에서 후방으로 즉, 뒷채움 토사 방향으로 상기 벽체(2a)에 조립되는 경사판 앵커부재(3)를 포함하여 구성되며, 상기 경사판 앵커부재(3)는 복수개가 간격을 두고 벽체(2a)의 배면에 구비된다. 도면에는 본 발명에 따른 터널 구조물(1)이 피암터널로 도시되어 있으므로, 반대편 벽체(2b)에는 개방부(20)가 형성되어 있다.

구체적으로 터널 구조물(1)의 벽체(2a)의 배면에서 후방으로 구비되는 경사판 앵커부재(3)는, 상기 벽체(2a)의 배면과 연결되는 연결판(31)과, 상기 연결판(31)의 단부에서 상기 연결판(31)과 직교하게 결합되어 있되 연결판(31)의 위쪽이 절개면 방향으로 기울어져서 결합되는 경사판(32)을 포함하여 구성된다. 이러한 구성의 경사판 앵커부재(3)가 벽체(2a)의 배면에 복수개로 간격을 두고 결합되어, 복수개의 경사판 앵커부재(3)의 이웃하는 연결판(31) 사이와 경사판(32)의 내면에 의해 형성되는 공간에, 벽체(2a)의 배면으로 채워지는 뒷채움 토사가 담기게 되면, 상기 뒷채움 토사를 상기 연결판(31)과 경사판(32)으로 구속하여 전도 및 활동에 대한 저항력을 발휘하게 된다.

도면에 도시된 실시예에서는 상기 연결판(31)이 파형 강판으로 이루어진 것으로 도시되어 있는데, 상기 파형 강판으로 이루어진 연결판(31)이 벽체(2a)의 배면에 일체 결합되도록 하기 위하여, 상기 벽체(2a)의 배면에는 상기 연결판(31)과 일체 결합되는 설치판(21)이 미리 벽체(2a)에 일체로 구비되어 있다. 상기 연결판(31)이 파형 강판으로 이루어진 경우, 이와 결합되는 설치판(21) 역시 파형 강판으로 제작되어, 상기 설치판(21)과 연결판(31)은 용접, 볼트 결합 등의 방법을 이용하여 일체로 결합된다. 위의 실시예에서 연결판(31)이 파형 강판으로 이루어진 것으로 설명하였으나, 그 재질은 위와 같은 파형 강판에 한정되지 아니하며 단순한 판형 강판을 연결판(31)으로 이용할 수 있고, 콘크리트 부재로도 연결판(31)을 제작할 수 있다. 이와 같이 본 발명에서 연결판(31)의 재질에는 특별한 한정이 없다. 다만, 후술하는 것처럼 경사판 앵커부재(3)에 의한 뒷채움 토사의 구속 효과를 증진시키기 위하여 연결판(31)과 그 내측의 뒷채움 토사 간의 마찰력이 커지도록 위와 같이 연결판(31)이 파형 강판으로 제작되는 것이 바람직하다. 물론 연결판(31)이 단순한 강판으로 이루어지고 그 내면에 스터드 등과 같은 부재를 설치하여 마찰력 증대시킬 수도 있다. 부재번호 22는 보강리브(22)로서 상기 설치판(21)이 벽체(2a)에 결합되는 부분을 보강하고, 벽체(2a)의 강성을 증진시키는 기능을 한다.

상기 경사판(32)은 연결판(31)과 직교하게 결합되어 있되 절개면(101) 방향으로 각도(θ)를 가지고 기울어져서 연결판(31)에 결합되어 있다. 즉, 도 3의 단면도에 도시된 것처럼, 연직선(C)에 대하여, 경사판(32)은 예각을 가지고 절개면(101) 방향으로 기울어져 연결판(31)에 결합되어 있다. 상기 경사판(32)의 기울어진 각도 즉, 경사각(θ) 0 초과 90도 미만의 예각으로 이루어지는데, 바람직한 각도는 30도이다. 상기 경사판(32)은 그 사면 방향의 면이 절개면(101)에 접할 수도 있는데, 이 때 경사판(32)의 경사각(θ)은 절개면(101)의 경사진 각도와 대응될 수 있다.

도 2에 도시된 것처럼, 이와 같이 연결판(31)과 경사판(32)을 포함하여 구성된 경사판 앵커부재(3)는 벽체(2a)의 배면에서 터널 종방향으로 복수개로 간격을 두고 결합되어 배치될 수 있다.

도 4 내지 도 8에는 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 따른 본 발명의 터널 구조물(1)을 시공하는 각 단계의 단면도 및 사시도가 각각 도시되어 있다. 도면을 참조하여 터널 구조물(1)의 시공방법을 살펴보면, 우선 절개된 부분에 벽체(2a)를 가진 터널 구조물(1)을 설치한다. 본 발명에서 경사판 앵커부재(3)는 벽체(2a)에 조립될 수 있으므로, 도 4에 도시된 것처럼, 터널 구조물(1)을 설치하고, 벽체(2a)의 후방으로 뒷채움 토사(103)를 일부 채워 되메우기를 한 후, 도 5에 도시된 것처럼 경사판 앵커부재(3)를 벽체(2a)에 조립 설치할 수 있다. 도 6에는 벽체(2a)에 경사판 앵커부재(3)를 조립 결합하는 상태를 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 원 A부분에 대한 확대도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼 경사판 앵커부재(3)의 경사판(32) 역시 마찰력 증진을 위하여 파형 강판으로 구성될 수 있는데, 파형 강판으로 이루어진 상기 연결판(31)을, 역시 파형 강판으로 제작되어 벽체(2a)의 배면에 돌출되어 있는 설치판(21)과 용접, 볼트 결합 등의 방법을 이용하여 경사판 앵커부재(3)를 벽체(2a)에 일체로 조립 결합하게 된다. 경사판(32)과 연결판(31)을 서로 결합하는 방식의 일예로서 도 7에 도시된 것처럼 경사판(32)의 내면에 ㄷ자 형상의 결합부재(33)를 설치하여 결합부재(33)의 개방된 부분에 연결판(31)이 끼워지도록 하여, 볼트부재 등으로 결합부재(33)와 연결판(31)을 결합할 수도 있다. 물론 경사판(32)은 파형 강판이 아닌 일반 평면 강판이나 기타 재질의 판으로 이루어질 수 있으며, 연결판(31)과 경사판(32)의 결합은 단순한 용접 등의 방법이나 기타 방법을 통해서 이루어져도 무방하다.

또한 도 4 및 도 5에서는 터널 구조물(1)이 배치된 후에 경사판 앵커부재(3)가 조립되는 것으로 설명하였으나, 미리 터널 구조물(1)에 경사판 앵커부재(3)를 조립 결합한 상태에서, 터널 구조물(1)을 절개면의 공간에 배치하여도 무방하다.

터널 구조물(1)에 경사판 앵커부재(3)가 조립 결합되어 있는 상태로 터널 구조물(1)이 절개면 공간에 배치된 후에는 도 8의 횡단면도에 도시된 것처럼, 터널 구조물(1)의 벽체 후방과 상부에 뒷채움 토사를 채워서 되메우기 작업을 수행하여, 앞서 살펴본 도 3의 상태와 같은 단면 상태를 만들어 터널 구조물(1)을 시공하게 된다. 되메우기 작업에 의해 터널 종방향으로 서로 이웃하는 경사판 앵커부재(3) 사이에 뒷채움 토사가 채워지게 되는데, 경사판 앵커부재(3) 사이에 채워진 뒷채움 토사는 측면으로는 연결판(31)에 의하여 구속되고 절토 사면 방향으로는 경사판(32)에 의해 구속되어 있으므로, 뒷채움 토사가 벽체(2a)와 함께 폐합된 블록처럼 거동하게 되고 경사판 앵커부재(3)가 앵커 작용을 하게 되는 효과가 발휘된다.

즉, 종래의 터널 구조물에서는 벽체 후방의 뒷채움 토사는 단지 외적인 하중(횡토압)으로만 작용하는데 그칠 뿐인데, 본 발명에서는 뒷채움 토사가 경사판 앵커부재(3)에 의해 구속되므로, 뒷채움 토사의 자중은 벽체의 전도 모멘트에 저항하는 저항 모멘트를 만드는 기능을 하게 되어 횡토압에 의한 터널 구조물의 전도 및 활동에 대해 안정성이 크게 향상되는 효과가 발휘된다.

특히, 도 1에 도시된 것처럼 종래의 터널 구조물에 작용하던 중간의 토압(P2)이 본 발명의 경우에는 경사판(32)의 설치 결과로 도 3에 도시된 것처럼 경사판(32)을 향하여 기울어져 작용하게 되므로, 벽체(2a)에 작용하게 되는 전체적인 토압은 줄어들게 된다. 따라서 양측 벽체에 토압이 비대칭 상태로 작용함으로 인하여 터널 구조물(1)에 작용하는 횡토압의 크기를 줄일 수 있게 되고, 그에 따라 터널 구조물(1)의 단면 두께를 키우거나 보강철근을 더 많이 배근하는 등의 과대 설계를 피할 수 있게 되어 시공비용을 종래보다 절감할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

1 : 터널 구조물, 2a : 벽체, 3 : 경사판 구속부재

Claims (3)

1. 삭제
2. 터널 구조물(1)의 벽체(2a)의 배면에서 후방으로 경사판 앵커부재(3)가 구비되는데;
   상기 경사판 앵커부재(3)는, 상기 벽체(2a)의 배면과 연결되는 연결판(31)과, 상기 연결판(31)의 배면토사 방향 단부에서 상기 연결판(31)과 직교하게 결합되어 있되 절개면(101) 방향으로 기울어져서 결합되는 경사판(32)을 포함하여 구성되며;
   상기 연결판(31)은 파형 강판으로 이루어지고;
   상기 벽체(2a)의 배면에는, 상기 연결판(31)과 일체 결합되는 파형 강판으로 이루어진 설치판(21)이 미리 일체로 구비되어 있어;
   상기 설치판(21)과 상기 연결판(31)이 서로 일체로 결합됨으로써, 경사판 앵커부재(3)가 벽체(2a)의 배면에 일체로 결합되어 있고;
   벽체(2a)의 배면 후방에 되메움되는 뒷채움 토사에 상기 경사판 앵커부재(3)가 매립되어 벽체(2a)의 배면으로 채워지는 뒷채움 토사를 구속함으로써 전도 및 활동에 대한 저항력을 발휘하며 횡방향 토압을 경감하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 터널 구조물.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 경사판 앵커부재(3)는 터널 구조물(1)의 종방향으로 간격을 두고 복수개로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 터널 구조물.

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