KR101018081B1

KR101018081B1 - 터널 보강용 볼트 및 이를 이용한 그라우팅 시공 방법

Info

Publication number: KR101018081B1
Application number: KR1020070065071A
Authority: KR
Inventors: 이상덕
Original assignee: 아주대학교산학협력단
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2011-03-02
Also published as: KR20090001020A

Abstract

터널 보강용 볼트 및 이를 이용한 그라우팅 시공 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 터널 보강용 볼트는, 나사선이 형성되어 있는 볼트 몸체; 및 한 쌍의 고정용 판, 상기 한 쌍의 고정용 판 사이를 각각 연결하는 제1 그라우트 주입관 및 제1 공기 주입관, 및 상기 제1 그라우트 주입관 및 제1 공기 주입관을 둘러싸는 패커로 이루어진 복수개의 스페이서들을 포함하며, 상기 복수개의 스페이서들은 상기 볼트 몸체에 상기 나사선을 따라 돌려 끼워지며, 상기 복수개의 스페이서들 사이에는 제2 그라우트 주입관 및 제2 공기 주입관이 각각 설치된다. 본 발명에 따르면, 터널 보강용 볼트에 설치된 복수개의 스페이서들의 패커에 공기를 주입함으로써, 천공홀의 중앙에 볼트를 정확히 위치하게 할 수 있음과 동시에 볼트를 단단히 고정시킬 수 있다. 또한, 그라우트를 주입한 후, 패커 내의 공기를 배출시켜 패커가 차지하고 있던 공간에 지반이 채워짐으로써, 볼트의 인발력을 강화시킬 수 있다.

터널 보강용 볼트, 스페이서, 패커, 그라우트 주입관, 공기 주입관

Description

터널 보강용 볼트 및 이를 이용한 그라우팅 시공 방법{Bolt for reinforcing tunnel and grouting method using the same}

도 1은 본 발명에 따른 터널 보강용 볼트의 측면도.

도 2는 도 1의 볼트의 정면도.

도 3은 도 1의 스페이서의 확대도.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 터널 보강용 볼트를 이용한 그라우팅 시공방법을 작업 순서대로 나타내는 도.

본 발명은 터널 굴착을 위한 지반 보강에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기가 주입되어 천공홀에 볼트를 단단히 고정시키는 역할을 하는 패커를 포함하는 복수개의 스페이서가 설치된 터널 보강용 볼트 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법에 관한 것이다.

여기서, 터널 보강용 볼트란 숏크리트(Shotcrete)와 함께 터널 시공방법에 있어서 지반 자체가 가지고 있는 강도를 이용하여 원지반을 지지함으로서 터널안정에 지극히 중요한 역할을 한다.

원지반의 초기 지중응력(최고 수천t/m²)은 볼트의 지지력(최고 50t/m²)보다 월등하게 크다. 즉, 볼트 단독으로는 지지력이 부족하기 때문에 작용하중이 작은 극히 얕은 심도의 지하공간을 제외한 대부분의 지하공간에서는 주변지반을 이용하지 않으면 작용하중을 지지할 수 없다. 따라서 지하공간에서 가장 중요한 지지구조물은 주변지반이라 할 수 있다.

한편, 터널 보강용 볼트는 정착 방식에 따라 여러 종류가 있고, 과거에는 선단정착식이 주로 사용되었지만 근래에는 대부분 전면접착식의 볼트를 사용하고 있다. 전면접착식은 볼트를 암반에 삽입하여 암반의 내하력을 이끌어 내는 원리이지만, 암질에 따라 그 거동이 다소 다르다. 즉, 암반의 균열 등 역학적으로 불연속면의 상태가 지하공간 거동을 지배하는 경암질에서 볼트가 개개의 암반을 지지하고 있어 암반의 일체성을 높이는 효과가 있고, 연암질의 경우 지하공간 주변의 암반이 소성화하는 단계에서 내공변위를 구속하면 암반을 삼축응력상태로 유지하고 굴착면 주변 암반의 내하능력을 높이는 작용이 주로 이루어진다. 이와 같이 볼트의 작용효과는 암반의 종류에 따라 다르기 때문에 설계시에는 암반을 적절하게 평가하고, 그에 따른 볼트의 적절한 선택이 중요하다.

이와 같은 터널 보강용 볼트 공법의 선정은 시공하려는 지역의 지질학적 지반의 강도와 절리, 균열의 상태, 용수상황, 천공된 구멍의 확대 유무정도 및 보어홀(Bore-Hole)의 거친 정도와 자립여부, 타설방향, 시공관리의 용이성, 정착의 확실성 등의 경제성이 중요한 요제가 된다.

터널 보강용 볼트는 지반에 정착되어 주로 인장 부재로서 역할을 하기 때문에 지질학적 지반의 강도에 따라 인발력을 최대화하는 것이 필요하다.

터널 보강용 볼트는 천공방향으로 상향, 수평, 하향천공 삽입하는 경우가 있다. 상향의 경우, 선단용 레진(resin) 1개와 충진용 레진을 소정의 개수만큼 넣고 볼트를 고정시킨다. 이 때, 레진을 넣기 전에 볼트를 천공홀의 중앙에 맞추어야 하는데 이러한 점이 어렵다. 또한, 레진의 비용이 고가이어서 시공비용이 많이 드는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 터널 주변의 지반을 이용하여 설치가 간단하면서 인발력이 강화된 터널 보강용 볼트 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 터널 보강용 볼트는, 나사선이 형성되어 있는 볼트 몸체; 및 한 쌍의 고정용 판, 상기 한 쌍의 고정용 판 사이를 각각 연결하는 제1 그라우트 주입관 및 제1 공기 주입관, 및 상기 제1 그라우트 주입관 및 제1 공기 주입관을 둘러싸는 패커로 이루어진 복수개의 스페이서들을 포함하며, 상기 복수개의 스페이서들은 상기 볼트 몸체에 상기 나사선을 따라 돌려 끼워지며, 상기 복수개의 스페이서들 사이에는 제2 그라우트 주입관 및 제2 공기 주입관이 각각 설치된다.

상기 제1 공기 주입관에는 상기 패커 내부로 통하는 공기 분출구가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 제2 그라우트 주입관에는 그라우트 분출구가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 패커는 천과 비닐의 2중 재질로 이루어져 있는 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 고정용 판에는 그라우트 주입공 및 공기 주입공이 형성되어 있어, 상기 그라우트 주입공에는 제2 그라우트 주입관이 끼워지고 상기 공기 주입공에는 제2 공기 주입관이 끼워지는 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 고정용 판에는 그라우트 주입공 및 공기 주입공이 형성되어 있어, 상기 그라우트 주입공에는 제1 그라우트 주입관이 끼워지고 상기 공기 주입공에는 제1 공기 주입관이 끼워지는 것이 바람직하다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 터널 보강용 볼트를 이용한 그라우팅 시공 방법은, 나사선이 형성되어 있는 볼트 몸체, 및 한 쌍의 고정용 판, 상기 한 쌍의 고정용 판 사이를 각각 연결하는 제1 그라우트 주입관 및 제1 공기 주입관, 및 상기 제1 그라우트 주입관 및 제1 공기 주입관을 둘러싸는 패커로 이루어진 복수개의 스페이서들을 포함하며, 상기 복수개의 스페이서들은 상기 볼트 몸체에 상기 나사선을 따라 돌려 끼워지며, 상기 복수개의 스페이서들 사이에는 제2 그라우트 주입관 및 제2 공기 주입관이 각각 설치되는 볼트를 이용하여 그라우팅을 시공하는 방법에 있어서, 지반에 천공홀을 천공하는 천공단계; 상기 볼트를 상기 천공홀에 삽입하고, 상기 패커에 공기를 주입하여 상기 볼트를 상기 천공홀에 고정시키는 볼트고정단계; 상기 제2 그라우트 주입관을 통해 그라우트를 주입하는 그라우트주입단계; 및 상기 그라우트가 양생되면, 상기 패커 내에 있는 공기를 방출시켜 상기 패커가 차지하고 있는 공간에 지반이 채워지도록 하는 공기방출단계를 포함한다.

상기 볼트고정단계는, 상기 제1 공기 주입관에 형성된 공기 분출구를 통해 상기 패커 내로 공기를 주입시키는 것이 바람직하다.

상기 그라우트 주입단계는, 상기 제2 그라우트 주입관에 형성된 그라우트 분출구를 통해 그라우트를 분출시키는 것이 바람직하다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 대하여, 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 터널 보강용 볼트의 측면도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 볼트의 정면도를 도시한 것이고, 도 3은 도 1의 스페이서의 확대도를 도시한 것이다.

터널 보강용 볼트(100)는 볼트 몸체(110) 및 복수개의 스페이서들(120)로 이루어진다.

볼트 몸체(110)에는 나사선이 형성되어 있다.

복수개의 스페이서들(120)은 볼트 몸체(110)에 형성된 나사선을 따라 돌려 끼워진다. 각각의 스페이서(120)는 한 쌍의 고정용 판(130, 132), 제1 그라우트 주입관(140), 제1 공기 주입관(150) 및 패커(160)로 이루어진다.

한 쌍의 고정용 판(130, 132)에는 제1 그라우트 주입관(140) 및 제1 공기 주입관(150)이 통과하는 그라우트 주입공(146) 및 공기 주입공(156)이 형성되어 있다(도 2 참조).

제1 공기 주입관(150)에는 패커(160)로 통하는 공기 분출구가 형성되어 있다.

패커(160)는 제1 그라우트 주입관(140) 및 제1 공기 주입관(150)을 둘러싸도록 형성된다. 도 3은 패커(160)가 부풀어 오른 형태를 나타내고 있다. 패커(160)는 천과 비닐의 2중 재질로 이루어져 있어, 용이하게 찢어지지 않도록 되어 있다.

복수개의 스페이서들(120) 사이에는 제2 그라우트 주입관(142) 및 제2 공기 주입관(152)이 각각 설치된다. 제2 그라우트 주입관(142)은 그라우트 주입공(146)을 통해 제1 그라우트 주입관(140)과 연결된다. 제2 공기 주입관(152)은 공기 주입공(156)을 통해 제1 공기 주입관(150)과 연결된다.

제2 그라우트 주입관(142)에는 그라우트 분출구(144)가 형성되어 있다. 그라우트 주입구(170)를 통해 그라우트를 주입하면, 제1 그라우트 주입관(140)을 통과하여 제2 그라우트 주입관(142)의 그라우트 분출구(144)를 통해 그라우트가 분출된다.

다음, 상술한 볼트를 사용하여 그라우팅을 시공하는 방법에 대하여 설명한다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 따른 터널 보강용 볼트를 이용한 그라우팅 시공방법을 작업 순서대로 도시한 것이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 지반(400)에 천공홀(410)을 천공한다. 그라우팅 대상이 되는 지반(400)은 터널 공의 주변 지반, 사면을 이루는 지반, 교각 등과 같은 구조물 또는 건축물의 기초를 지반 등 다양할 수 있다. 따라서, 천공홀(410)은 보강을 위한 지반에 따라서 지면에 대하여 수직, 수평 또는 상, 하향 각도를 가지도록 천공된다.

지반(400)에 천공홀(410)을 천공하는 방법은 드릴 또는 해머 등 통상의 방법을 사용하여 천공홀(410)을 형성하게 된다. 이 때 천공홀(410)을 형성하면서 천공홀(410)의 내벽을 지지할 수 있는 케이싱(미도시)을 동시에 삽입할 수도 있다. 물론 케이싱은 볼트를 삽입한 후에 제거하는 것이 바람직하다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 볼트(100)를 천공홀(410)에 삽입한다. 볼트(100)의 구조는 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 바와 같다. 천공홀(410)의 입구에는 플레이트(미도시)를 설치하여, 추후의 시공과정에서 주입되는 그라우트 또는 지반이 흘러나오는 것을 방지한다. 이러한 플레이트의 설치는 당업자에게는 널리 알려져 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 공기 주입장치(미도시)를 이용하여 공기 주입구(180)를 통해 공기를 주입한다. 공기가 주입되면, 패커(160)가 부풀어올라 지반(400)에 맞물리게 됨으로써, 볼트(100)가 천공홀(410)의 중앙에 위치할 수 있도록 함과 동시에 단단히 고정된다.

도 4d에 도시된 바와 같이, 그라우트 주입장치(미도시)를 이용하여 그라우트 주입구(180)를 통해 그라우트(420)를 주입한다. 주입된 그라우트(420)는 그라우트 분출구(144)를 통해 분출된다. 그라우트는 포틀랜트 시멘트, 마이크로 시멘트, 슬래그 시멘트 및 우레탄 등의 재질 중 어느 하나로 만들어질 수 있다.

도 4e에 도시된 바와 같이, 그라우트(420)가 양생되면, 패커(160)내에 있는 공기를 방출시킨다. 공기가 방출되면 패커(160)가 차지하고 있던 공간(달리 말하면, 자유장이라고 함)(430)이 지반(400)으로 채워진다. 지반(400)이 자유장(430)에 채워짐으로써, 볼트의 인발강도가 높아진다. 이는 흙과 흙의 마찰력이 흙과 그라우트의 마찰력이 더 높기 때문이다.

도 4a 내지 도 4e를 참조하여 상술한 방법에 따라 터널 보강용 볼트를 이용하여 그라우팅을 시공함으로써, 종래의 그라우팅 시공방법에 비해 더욱 간단하면서도 시공비용이 적게 든다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위에 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

본 발명에 따르면, 터널 보강용 볼트에 설치된 복수개의 스페이서들의 패커에 공기를 주입함으로써, 천공홀의 중앙에 볼트를 정확히 위치하게 할 수 있음과 동시에 볼트를 단단히 고정시킬 수 있다. 또한, 그라우트를 주입한 후, 패커 내의 공기를 배출시켜 패커가 차지하고 있던 공간에 지반이 채워짐으로써, 볼트의 인발력을 강화시킬 수 있다. 또한, 터널 보강용 볼트를 이용하여 그라우팅을 시공함으로써, 종래의 그라우팅 시공방법에 비해 더욱 간단하면서도 시공비용이 적게 든다.

Claims

나사선이 형성되어 있는 볼트 몸체; 및

한 쌍의 고정용 판, 상기 한 쌍의 고정용 판 사이를 각각 연결하는 제1 그라우트 주입관 및 제1 공기 주입관, 및 상기 제1 그라우트 주입관 및 제1 공기 주입관을 둘러싸는 패커로 이루어진 복수개의 스페이서들을 포함하며,

상기 복수개의 스페이서들은 상기 볼트 몸체에 상기 나사선을 따라 돌려 끼워지며, 상기 복수개의 스페이서들 사이에는 제2 그라우트 주입관 및 제2 공기 주입관이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 볼트.
제1항에 있어서,

상기 제1 공기 주입관에는 상기 패커 내부로 통하는 공기 분출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 볼트.
제1항에 있어서,

상기 제2 그라우트 주입관에는 그라우트 분출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 볼트.
제1항에 있어서,

상기 패커는 천과 비닐의 2중 재질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 터 널 보강용 볼트.
제1항에 있어서,

상기 한 쌍의 고정용 판에는 그라우트 주입공 및 공기 주입공이 형성되어 있어, 상기 그라우트 주입공에는 제2 그라우트 주입관이 끼워지고 상기 공기 주입공에는 제2 공기 주입관이 끼워지는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 볼트.
제1항에 있어서,

상기 한 쌍의 고정용 판에는 그라우트 주입공 및 공기 주입공이 형성되어 있어, 상기 그라우트 주입공에는 제1 그라우트 주입관이 끼워지고 상기 공기 주입공에는 제1 공기 주입관이 끼워지는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 볼트.
나사선이 형성되어 있는 볼트 몸체, 및 한 쌍의 고정용 판, 상기 한 쌍의 고정용 판 사이를 각각 연결하는 제1 그라우트 주입관 및 제1 공기 주입관, 및 상기 제1 그라우트 주입관 및 제1 공기 주입관을 둘러싸는 패커로 이루어진 복수개의 스페이서들을 포함하며, 상기 복수개의 스페이서들은 상기 볼트 몸체에 상기 나사선을 따라 돌려 끼워지며, 상기 복수개의 스페이서들 사이에는 제2 그라우트 주입관 및 제2 공기 주입관이 각각 설치되는 터널 보강용 볼트를 이용하여 그라우팅을 시공하는 방법에 있어서,

지반에 천공홀을 천공하는 천공단계;

상기 볼트를 상기 천공홀에 삽입하고, 상기 패커에 공기를 주입하여 상기 볼트를 상기 천공홀에 고정시키는 볼트고정단계;

상기 제2 그라우트 주입관을 통해 그라우트를 주입하는 그라우트주입단계; 및

상기 그라우트가 양생되면, 상기 패커 내에 있는 공기를 방출시켜 상기 패커가 차지하고 있는 공간에 지반이 채워지도록 하는 공기방출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 볼트를 이용한 그라우팅 시공 방법.
제7항에 있어서, 상기 볼트고정단계는,

상기 제1 공기 주입관에 형성된 공기 분출구를 통해 상기 패커 내로 공기를 주입시키는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 볼트를 이용한 그라우팅 시공 방법.
제7항에 있어서, 상기 그라우트 주입단계는,

상기 제2 그라우트 주입관에 형성된 그라우트 분출구를 통해 그라우트를 분출시키는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 볼트를 이용한 그라우팅 시공 방법.
제7항에 있어서,

상기 패커는 천과 비닐의 2중 재질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 볼트를 이용한 그라우팅 시공 방법.
제7항에 있어서,

상기 한 쌍의 고정용 판에는 그라우트 주입공 및 공기 주입공이 형성되어 있어, 상기 그라우트 주입공에는 제2 그라우트 주입관이 끼워지고 상기 공기 주입공에는 제2 공기 주입관이 끼워지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 볼트를 이용한 그라우팅 시공 방법.
제7항에 있어서,

상기 한 쌍의 고정용 판에는 그라우트 주입공 및 공기 주입공이 형성되어 있어, 상기 그라우트 주입공에는 제1 그라우트 주입관이 끼워지고 상기 공기 주입공에는 제1 공기 주입관이 끼워지는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 볼트를 이용한 그라우팅 시공 방법.