KR101040437B1 - 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법 - Google Patents

힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 힌지조인트를 갖는 아치터널의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 힌지조인트 부분에서 보다 정밀한 시공이 가능하도록 함으로써 힌지조인트 부분에서의 응력집중을 줄여 보다 안정적으로 사용이 가능한 힌지조인트를 갖는 아치터널의 시공방법에 관한 것이다.
본 발명은, 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법에 있어서, 한 쌍의 측벽부재와 상기 측벽부재에 양단이 지지되는 천정부재와 조립 시에 상기 측벽부재와 천정부재가 서로 맞닿는 부분인 접합부에 각각 마련되는 힌지조인트부를 제작하여 현장으로 이송하는 부재 마련단계; 상기 측벽부재의 접합부 또는 천정부재의 접합부 중 어느 하나의 접합부에 힌지조인트의 원활한 회전을 위한 공간인 유격부를 형성하기 위한 유격형성재를 결합하는 유격형성재 마련단계; 상기 측벽부재의 접합면 또는 천정부재의 접합면 중 나머지 하나의 접합면에 경화 가능하고 경화 이후에는 상기 측벽부재 또는 천정부재를 형성하는 콘크리트의 강도와 동일 또는 그 이상의 강도를 가지며 경사진 표면에 도포되는 경우에도 자중에 의해 흐르지 않을 정도의 점도와 슬럼프를 가지는 겔 상태의 표면성형재를 도포하는 표면성형재 도포단계; 및, 상기 한 쌍의 측벽부재의 상부에 상기 천정부재를 거치함으로써 중력에 의한 압착에 의해 상기 표면성형재가 상기 유격형성재에 대응되는 형상으로 성형된 상태로 경화되며, 힌지조인트의 외부로 압출되는 여분의 표면성형재는 제거하는 접촉면 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법을 제공한다.

Description

힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법 {Construction method of a Segmental Precast Concrete Arched Tunnel with Hinges}
본 발명은 힌지조인트를 갖는 아치터널의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 힌지조인트 부분에서 보다 정밀한 시공이 가능하도록 함으로써 힌지조인트 부분에서의 응력집중을 줄여 보다 안정적으로 사용이 가능한 힌지조인트를 갖는 아치터널의 시공방법에 관한 것이다.
아치터널은 통로나 수로 등의 건설에 많이 사용되는데 복개용 아치터널 구조체는 여러 개의 프리캐스트 철근콘크리트 세그먼트로 분할하여 공장이나 제작장에서 제작한 다음에 현장으로 운반하여 조립하는 방식이 많이 사용된다. 세그먼트의 길이는 현장상황에 따라 정해지는데 일반적으로 1 내지 3 미터 정도의 길이를 가지는 경우가 많다.
도 1a는 기존의 2 힌지 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 단면도(일련식, 직접기초 타입)이고, 도 1b는 기존의 2 힌지 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 단면도(일련식, 인버트 타입)이며, 도 2a는 기존의 2 힌지 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 단면도(다련식, 직접기초 타입), 도 2b는 기존의 2 힌지 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 단면도(다련식, 인버트 타입)으로서 현재 세계적으로 널리 사용되고 있는 복개용 2힌지 프리캐스트 콘크리트 아치터널들의 단면도이다. 도 2는 도 1의 일련식 구조를 다련식으로 확장한 구조이다. 도 1a와 도 1b의 일련식 2힌지 프리캐스트 콘크리트 아치터널은 두 개의 측벽부재(10; side wall) 세그먼트와 하나의 천정부재(20 ; vault) 세그먼트로 이루어지는데 두 부재사이의 접합면은 힌지조인트(30)로 구성된다. 도 2a와 도 2b의 다련식은 터널 사이의 내부 측벽부재를 하나로 합하여 공통으로 사용하는 것을 제외하고는 힌지조인트의 위치와 구조형식에 있어서 일련식과 차이가 없다. 도 3은 시공 중인 일련식 2힌지 프리캐스트 아치터널의 사진이며, 도 4는 완공된 이련식 2힌지 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 사진이다. 도 1b 및 도 2b에서 도면부호 11로 표시된 것은 현장타설 철근콘크리트 연결부재이다.
도 5는 도 1의 아치 터널의 힌지조인트 상세이다. 2힌지 프리캐스트 콘크리트 아치 터널은 세그먼트 접합면에서 도 5와 같이 접합면 중앙부에서 오목한 원곡선 단면의 오목부(31)와 볼록한 원곡선 단면의 볼록부(32)가 접촉면을 형성하는데, 볼록부(32) 원곡선의 반경(Rv)을 오목부(31) 원곡선 반경(Rs)보다 약간 작게 하여 좌우방향으로 구르는 요동작용에 의해 회전이 가능하도록 만든 힌지조인트를 가지고 있다. 도 5에서 Os와 Ov는 각각 오목부와 볼록부의 원곡선의 중심을 표시하고, e는 원곡선의 중심선과 부재중심선간의 이격거리이다. 지진 등에 의해 세그먼트의 탈락을 방지하기기 위하여 도 6a나 도 6b와 같이 강재(35)를 사용하여 세그먼트를 연결하기도 하지만 탄성재로 만든 와셔를 사용하여 소정의 유격을 확보함으로써 상시하중 하에서 발생하는 작은 변위는 구속하지 않도록 하고 있다. 아치 구조는 주로 축력(압축력)을 받으며 휨모멘트가 크지 않기 때문에 세그먼트 사이에 이러한 힌지조인트를 두어도 과도한 변형이 발생하지 않으며, 힌지조인트를 설치함으로써 작용 휨 모멘트를 더욱 줄일 수 있다.
이론적으로 도 5와 같이 터널 단면에서 보면 힌지조인트는 회전이 용이하도록 서로 반경이 다른 원곡선이 한 점에서 만나는데 단면법선방향 즉, 터널진행방향을 고려한다면 하나의 접촉선을 형성한다. 그런데 콘크리트도 일종의 탄성체이기 때문에 국부적인 탄성변형이 발생하여 접촉선을 중심으로 어느 정도의 폭을 갖는 접촉면을 형성하게 된다. 힌지조인트(30)에 작용하는 휨모멘트는 힌지조인트의 요동에 의한 회전에 의해 해소되며, 축력과 전단력은 접촉면에서 지압응력의 형태로 전달된다. 힌지조인트의 접촉면은 그 면적이 작기 때문에 큰 지압응력이 발생한다. 따라서 접촉면이 접합면(40)의 외측(42)에 있으면 파괴면의 형성이 용이하게 되어 파괴에 대한 저항능력이 현저히 작아지기 때문에 접촉면은 접합면(40)의 중앙부(41)에 형성되어있으며, 힌지조인트(30)가 회전할 때에 접합면의 양쪽 외측(42)에서 접촉이 발생하지 않도록 중앙부에 비하여 상대적으로 큰 유격을 두고 있다.
이처럼 2힌지 프리캐스트 아치터널은 측벽부재와 천정부재 사이에 단순한 형태의 힌지조인트(30)를 삽입함으로써 작용하는 휨모멘트를 효과적으로 제어하고 제작과 조립작업이 간단하여 세계적으로 널리 사용되고 있다. 다만 원활한 힌지조인트를 만들기 위해서는 측벽부재와 천정부재를 정밀하게 제작하고 조립해야한다. 철근콘크리트로 만들어진 부재는 거푸집에서 탈형한 후에 온도차에 의한 변형 외에도 시간이 경과함에 따라 콘크리트의 수축(shrinkage)과 크리프(creep) 특성에 의하여 미소하지만 장기변형이 발생하는데 그 변형량을 정밀하게 예측하기가 쉽지 않다. 이는 콘크리트가 시멘트, 물, 골재 및 혼화재 등의 혼합물로 어느 정도의 비균질성은 피할 수 없기 때문이다. 또한 측벽부재를 미리 시공한 기초위에 설치하고 천정부재를 얹는 과정에서 양쪽의 측벽부재가 설계도면에 따라 정밀한 기초위의 정확한 위치에 시공되어야 한다. 즉 콘크리트의 장기변형을 포함한 제작오차와 부재를 조립하는 과정에서 발생하는 조립오차의 합이 힌지조인트의 작은 허용오차 내에 있어야만 한다. 그런데 힌지조인트의 접촉면은 원통의 측면처럼 터널 진행방향으로 길이를 가지고 있기 때문에 길이방향까지 고려하면 발생하는 오차는 3차원적이어서 제어하기가 쉽지 않음을 알 수 있다. 특히 한 단면상에서의 오차가 터널 진행방향에 따라 모든 단면에서 일정하게 발생하다면 어느 정도의 오차는 허용되지만, 터널 진행방향에 따라 단면마다 오차가 일정하지 않다면 접촉선을 따라 일정한 폭의 접촉면이 형성되지 않고 몇 개의 접촉점을 중심으로 접촉면이 형성된다. 따라서 이러한 경우에는 터널방향으로 균일한 크기의 지압이 분포되지 않고 접촉점 주위에만 지압이 집중되며, 부재에는 비틀림이 발생하여 터널 구조체의 구조적 성능이 현저히 저하될 수 있다. 그런데 콘크리트는 균질성을 유지하기 어려워 장기변형에 의한 오차를 제어하기 쉽지 않고, 조립과정에서도 정밀한 시공에는 한계가 있어서 완벽한 시공이 이루어지기는 쉽지 않다. 특히 최종 오차는 천정부재를 조립하는 과정 중에 최종적으로 알 수 있게 되는데 이때 최종오차가 허용오차를 초과하는 경우에는 세그먼트를 다시 제작해야 한다. 이러한 경우 세그먼트의 재제작 비용은 물론 진행 중인 공정에 차질이 발생하여 큰 비용을 치러야 한다.
도 7은 힌지조인트 접촉면에 고무시트(50)를 삽입하여 마치 교량의 탄성받침처럼 지진 시 발생하는 큰 요동에 대비하고 충격을 완화시킬 수 있는 방법이다. 또한 이러한 고무시트는 콘크리트에 비하여 훨씬 유연하기 때문에 변형에 의해서 제작 및 조립과정에서 발생하는 오차로 인한 응력집중을 어느 정도 완화시킬 수 있다. 그러나 고무시트(50)의 내구성은 콘크리트 구조물에 비하여 훨씬 작아서 구조물의 기대수명 이내에 열화가 발생하는 것을 피하기 어렵다. 교량의 경우에는 상부구조를 간단한 유압장치로 들 수 있어서 탄성패드의 교체가 가능하지만, 복개 터널의 경우에는 터널을 덮은 토사를 제거해야하기 때문에 사실상 교체가 불가능하다. 또한 고무시트(50)와 같은 탄성재는 열에 약하여 화재 발생시 쉽게 녹는데 이러한 경우 고무시트에 의해 흡수되었던 힌지조인트의 오차가 다시 노출되어 문제가 발생한다.
따라서 전술한 힌지조인트의 제작 및 조립오차를 근본적으로 해결할 수 있는 새로운 방법이 요구된다.
본 발명은 배경기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 힌지조인트의 제작 및 조립 시에 발생하는 오차를 최소화 함으로써 힌지조인트에서 발생할 수 있는 국부적인 응력집중을 해소하여 보다 안정적으로 적용할 수 있는 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법을 제공하는 것이다.
전술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,
힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법에 있어서,
한 쌍의 측벽부재와 상기 측벽부재에 양단이 지지되는 천정부재와 조립 시에 상기 측벽부재와 천정부재가 서로 맞닿는 부분인 접합부에 각각 마련되는 힌지조인트부를 제작하여 현장으로 이송하는 부재 마련단계;
상기 측벽부재의 접합부 또는 천정부재의 접합부 중 어느 하나의 접합부에 힌지조인트의 원활한 회전을 위한 공간인 유격부를 형성하기 위한 유격형성재를 결합하는 유격형성재 마련단계;
상기 측벽부재의 접합면 또는 천정부재의 접합면 중 나머지 하나의 접합면에 경화 가능하고 경화 이후에는 상기 측벽부재 또는 천정부재를 형성하는 콘크리트의 강도와 동일 또는 그 이상의 강도를 가지며 경사진 표면에 도포되는 경우에도 자중에 의해 흐르지 않을 정도의 점도와 슬럼프를 가지는 겔 상태의 표면성형재를 도포하는 표면성형재 도포단계; 및,
상기 한 쌍의 측벽부재의 상부에 상기 천정부재를 거치함으로써 중력에 의한 압착에 의해 상기 표면성형재가 상기 유격형성재에 대응되는 형상으로 성형된 상태로 경화되며, 힌지조인트의 외부로 압출되는 여분의 표면성형재는 제거하는 접촉면 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은,
힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법에 있어서,
한 쌍의 측벽부재와 상기 측벽부재에 양단이 지지되는 천정부재와 조립 시에 상기 측벽부재와 천정부재가 서로 맞닿는 부분인 접합부에 각각 마련되는 힌지조인트를 제작하여 현장으로 이송하는 부재 마련단계;
상기 측벽부재의 접합부 또는 천정부재의 접합부 중 어느 하나의 접합부에 힌지조인트의 원활한 회전을 위한 공간인 유격부를 형성하기 위한 유격형성재를 결합하는 유격형성재 마련단계;
상기 유격형성재 마련단계 이후에 상기 측벽부재와 천정부재가 서로 맞닿는 부분의 간격을 일정하게 유지하여 빈 공간인 표면형성부를 마련한 상태에서 상기 한 쌍의 측벽부재의 상부에 상기 천정부재를 거치하고, 상기 표면형성부에 경화 가능하고 경화 이후에는 상기 측벽부재 또는 천정부재를 형성하는 콘크리트의 강도와 동일 또는 그 이상의 강도를 가지는 표면성형재를 주입하고 경화시켜 상기 유격형성재에 대응되는 접촉면을 형성하는 접촉면 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법을 제공한다.
이때, 상기 접촉면 형성단계 이후에 상기 유격형성재를 제거하는 유격형성재 제거단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 표면성형재료로 에폭시, 모르타르, 에폭시모르타르, ECC(Engineering Cementitious Composite)를 사용할 수 있다.
상기 유격형성재로 강성이 콘크리트에 비하여 충분히 작으며, 접촉면 형성과정에서 허용한도내의 매우 작은 변형만 발생하는 정도의 강성을 가진 탄성재를 사용하는 것이 바람직하며, 그 탄성재로 발포폴리스타이렌(expanded polystyrene, 이하 EPS) 또는 고무 등을 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명은 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 힌지조인트의 한쪽 접합면 표면을 세그먼트 조립시에 성형함으로써 세그먼트의 제작과 조립 공정에서 발생하는 힌지조인트의 접합면 오차를 근본적으로 제거할 수 있어 보다 구조적으로 안전한 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법을 제공할 수 있다.
도 1a는 기존의 2 힌지 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 단면도(일련식, 직접기초 타입).
도 1b는 기존의 2 힌지 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 단면도(일련식, 인버트 타입).
도 2a는 기존의 2 힌지 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 단면도(다련식, 직접기초 타입).
도 2b는 기존의 2 힌지 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 단면도(다련식, 인버트 타입).
도 3은 일련식 2 힌지 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 조립공정 사진.
도 4는 이련식 2 힌지 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 완공 사진.
도 5는 종래의 힌지조인트부 상세도.
도 6a 및 도 6b는 기존의 힌지조인트부의 지진시 탈락방지 구조상세도.
도 7은 기존의 접촉면에 고무를 삽입한 힌지조인트 상세도.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 접합면 간격유지장치의 하나의 예를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법을 설명하기 위한 도면.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법은 부재 마련단계, 유격형성재 마련단계, 표면성형재 도포단계 및 접촉면 형성단계를 포함하여 이루어진다.
상기 부재 마련단계는 한 쌍의 측벽부재(10)와 천정부재(20)와 힌지조인트(30)를 제작하여 현장으로 이송하는 단계이다.
상기 힌지조인트(30)는 상기 측벽부재(10)와 천정부재(20)가 서로 맞닿는 부분인 접합면에 마련되는 것으로서 상기 측벽부재(10)와 천정부재(20)의 제작시에 형성한다.
상기 부재 마련단계는 종래에 일반적으로 사용되어 오던 단계이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 유격형성재 마련단계는 상기 측벽부재(10)나 천정부재(20) 중 어느 하나의 부재에 형성되는 힌지조인트의 접합면에 두 접합면의 원활한 회전을 위한 공간인 유격부를 정밀하게 형성하기 위한 유격형성재(110)를 결합하는 단계이다. 본 실시예에서는 천정부재(20)에 유격형성재(110)를 결합한다.
도 8a에는 유격형성재(110)가 천정부재(20)에 결합되기 전 상태가 도시되어 있다. 한편 이때 유격형성재(110)중 천정부재(20)와 결합하는 반대쪽 면에는 이형제(또는 박리제)를 도포할 수도 있다.
상기 표면성형재 도포단계는 상기 측벽부재(10)의 접합면 또는 천정부재의 접합면 중 유격형성제(110)가 결합하지 않은 접합면에 표면성형재(120)를 도포하는 단계이다. 본 실시예어서는 도 8b에 도시된 바와 같이 측벽부재(10)에 표면성형재(120)를 도포한다.
일반적으로 프리캐스팅에 의한 힌지조인트 접촉부의 오차는 보통 수 밀리미터 정도로 매우 작은데, 이러한 오차를 없애기 위하여 조립 시에 한 쪽 접합면의 얇은 표면층을 성형하게 되며 이 표면층을 성형하기 위한 구성이 표면성형재(120)이다.
표면성형재(120)는 측벽부재(10)를 이루는 콘크리트에 접착이 잘되고 경화시간이 빠르며 경화 후의 강도가 세그먼트 콘크리트 강도와 대등하거나 상회하는 재료를 사용하게 되며, 이러한 특성을 가지는 표면성형재(120)를 오차보다 두꺼운 두께로 도포한다. 이때 표면성형재(120)는 경사진 표면에 발랐을 때에도 자중에 의해 거의 흐르지 않을 정도의 점도와 슬럼프를 가지고 있어야 하며 세그먼트 조립 시에 천정부재의 자중에 의해 압력이 가해졌을 때 원활히 짜질 정도의 점성을 가지면 된다.
상기 접촉면 성형단계는 상기 한 쌍의 측벽부재(10)의 상부에 상기 천정부재(20)를 거치함으로써 중력에 의한 압착에 의해 상기 표면성형재(120)가 상기 유격형성재(110)에 대응되는 형상으로 성형된 상태로 경화되며, 힌지조인트의 외부로 압출되는 여분의 표면성형재는 제거되는 단계이다. 도 8c에는 측벽부재(10)의 상부에 천정부재(20)가 거치됨으로 인해 여분의 표면성형재(120)가 압출된 상태가 도시되어 있다. 도면부호 121로 표시된 구성이 압출된 표면성형재이다.
압출된 표면성형재(121)를 제거한 상태에서 표면성형재(120)가 유격형성재(110)에 대응되는 형상으로 성형된 상태가 도 8d에 도시되어 있다.
압출된 여분의 표면성형재(121)는 경화되기 전에 제거하는 것이 효율적이다. 보통 이러한 표면성형재(120)는 조제 방법에 따라 가사시간이 주어지는데 가사시간이 경과된 뒤 약 1시간 정도 지난 후에 압출된 표면성형재료를 제거하면 더 이상 흘러나오지도 않고 강도가 아직 발현되기 전이기 때문에 제거 작업이 용이하다. 이러한 표면성형재(120)로 에폭시, 에폭시모르타르, 모르타르, ECC(Engineering Cementitious Composite) 등을 사용할 수 있다. 최근에는 에폭시, 에폭시모르타르, 모르타르, ECC 등이 다양한 종류의 상품으로 출시되고 있으며 점도, 슬럼프, 경화시간, 강도 등을 요구하는 성능으로 조제가 가능하다.
표면성형재(120)가 완전히 경화되면 접촉면 성형단계가 마무리 된다.
본 발명의 핵심적인 기술적 사상은 힌지조인트의 두 접합면 중 하나를 세그먼트 시공 시에 성형하는 것으로서, 유격형성재(110)가 결합된 한쪽 접합면을 매치캐스팅(match casting) 형틀로 사용하여 이와 접하는 접합면의 표면을 표면성형재(120)에 의해 유격형성재(110)에 정확히 대응되는 형상으로 성형함으로써 제작 및 조립 오차에 의해 힌지조인트에서 발생할 수 있는 국부적인 응력집중을 미연에 방지할 수 있게 되는 것이다.
본 실시예의 경우 유격형성재(110)를 제거하지 않는데, 유격형성재(110)를 제거하지 않는 경우 콘크리트에 비하여 강성(stiffness)이 충분히 작은 EPS 또는 고무와 같은 탄성재를 필요한 유격의 형상으로 제작하여 조립 전에 한쪽 접합면에 부착하면 된다. 다만 이러한 경우에는 표면성형을 하는 중에 탄성재가 천정부재의 자중에 의해 변형되지 않도록 천정부재(20)와 측벽부재(10) 사이에 제거가 가능한 받침이나 보조장치(이하 간격유지장치)를 사용하여 성형표면재가 소정의 강도에 도달할 때까지 둘 사이의 간격을 일정하게 유지하도록 할 수도 있다. 도 9에는 간격유지장치(60)의 하나의 예가 도시되어 있는데 측벽부재(10)와 천정부재(20)에 각각 결합하는 강판(61)과 볼트(62) 및 너트(63)으로 이루어져 천정부재(20)의 자중에 의해 측벽부재(10)와 천정부재(20)가 서로 근접하는 방향으로 이동하는 것을 조절하여 측벽부재(10)와 천정부재(20) 사이의 거리를 유지하게 함으로써 유격형성재(110)가 눌려서 변형을 일으키는 것을 방지할 수 있게 된다.
물론 사용되는 탄성재는 표면성형 중에 작용하는 압력에 의해 변형이 거의 없도록 어느 정도 이상의 강성을 가지므로 반드시 간격유지장치를 사용해야 하는 것은 아니며, 힌지조인트(30)의 접촉면을 형성할 부분은 작업이 가능한 한도 내에서 최대한 얇은 두께를 가져야 한다.
유격형성재(110)로 사용되는 탄성재는 강성(stiffness)이 콘크리트에 비하여 훨씬 작기 때문에 힌지조인트의 요동에 의한 회전기능에는 영향을 주지 않는다. 그러나 향후 탄성재가 열화되거나 화재가 발생할 경우 접촉부에서 눌려져 있는 탄성재 두께 만큼의 추가적인 변형이 발생할 수 있다. 물론 접촉면 사이에 끼워진 탄성재의 두께는 원래 매우 얇고, 강성이 콘크리트에 비하여 훨씬 작아서 건설 중 및 건설 후에 작용하는 자중, 상재토압 및 상재하중에 의해 크게 변형되어 최종적인 두께는 매우 얇기 때문에 이러한 탄성재의 기능상실에 의한 추가적인 변형은 문제가 되지 않는다.
한편, 본 실시예와 달리 유격형성재(110)를 제거하는 실시예도 가능한데, 이러한 실시예에서는 유격형성재(110)로 강성이 큰 재료를 사용할 수 있다. 강성이 작은 경우에는 앞서와 같이 표면성형재(120)가 경화(양생)되는 동안 유격형성재(110)의 과도한 변형을 막기 위해 접합면 간격유지장치가 필요하지만 강성이 매우 커서 그 변형량이 무시할 정도로 작은 경우에는 간격유지장치를 사용할 필요가 전혀 없게 되는 장점이 생길 수도 있다.
이렇게 힌지조인트의 한쪽 표면을 세그먼트 조립시에 성형하면 세그먼트 제작과 조립시 발생하는 오차를 완벽히 제거한 힌지조인트를 만들 수 있다.
이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하면서 본 발명의 다른 하나의 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법은 부재 마련단계, 유격형성재 마련단계 및 접촉면 형성단계로 이루어진다.
상기 부재 마련단계와 유격형성재 마련단계는 앞선 실시예의 대응되는 구성요소와 동일하므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 접촉면 형성단계는 상기 유격형성재 마련단계 이후에 도 9 또는 도 10에 도시된 간격유지장치(60)를 이용하여 상기 측벽부재(10)와 천정부재(20)가 서로 맞닿는 부분의 간격을 일정하게 유지하여 빈 공간인 표면형성부를 마련한 상태에서 상기 한 쌍의 측벽부재(10)의 상부에 상기 천정부재(20)를 거치하고, 상기 표면형성부에 경화 가능하고 경화 이후에는 상기 측벽부재 또는 천정부재를 형성하는 콘크리트의 강도와 동일 또는 그 이상의 강도를 가지는 표면성형재(120)를 주입하고 경화시켜 상기 유격형성재에 대응되는 접촉면을 형성하는 단계이다.
이때 표면성형재(120)는 앞선 실시예의 표면성형재에 비하여 유동성이 큰 재료를 이용하여 표면형성부를 채울 수 있도록 하며, 도 10에 도시된 바와 같이 표면성형재(120)가 흘러내리는 것을 방지하기 위하여 밀봉수단(130)을 사용하여 중력방향상 아랫부분을 막도록 한다. 상기 밀봉수단(130)으로는 테이프 등으로 사용할 수 있으며, 표면성형재(120)가 경화되는 동안에는 접착상태를 유지하다가 표면성형재(120)가 경화된 이후에는 제거할 수 있는 구성을 사용하면 된다. 이때 표면형성부에 표면성형재(120)를 채움하는 과정에서 공극발생을 방지하기 위해서는 표면성형재(120)를 표면형성부로 주입하기 위한 주입구(미도시) 외에도 주입된 표면성형재(120)가 표면형성부의 공극을 충분히 채웠음을 확인할 수 있는 배출구(미도시)를 형성하는 것이 바람직하다. 배출구를 통하여 표면성형재(120)가 흘러나오는 경우 표면성형재(120)가 충분히 채워졌음을 확인할 수 있으며, 그러한 확인이 완료된 후에는 배출구를 폐쇄하여 더 이상의 표면성형재(120)가 흘러나오는 것을 방지한다. 상기 표면성형재(120)는 앞선 실시예에서 언급했던 에폭시, 에폭시모르타르, 모르타르, ECC 등을 사용할 수 있는데 이러한 경우 앞의 경우에 비하여 점성이 작은 제품을 사용함으로써 유동성을 높이도록 한다. 한편, 본 실시예에서와 같이 접촉면을 형성하기 위해서는 표면성형재(120)의 점성이 작다고 해도 어느 정도 크기의 통로가 필요하기 때문에 표면성형 두께를 앞선 실시예에 비하여 크게 만들 필요가 있다.
유격형성재(110)의 재질은 앞선 실시예에서 사용된 유격형성재의 재질과 동일한 재료를 사용할 수 있으며, 유격형성재(110)를 제거하는 또 다른 실시예도 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상에 어긋나지 아니하는 범위 안에서 다양한 형태의 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법으로 구체화될 수 있다.
10 : 측벽부재
20 : 천정부재
110 : 유격형성재
120 : 표면성형재

Claims (6)

  1. 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법에 있어서,
    한 쌍의 측벽부재와 상기 측벽부재에 양단이 지지되는 천정부재와 조립 시에 상기 측벽부재와 천정부재가 서로 맞닿는 부분인 접합부에 각각 마련되는 힌지조인트를 제작하여 현장으로 이송하는 부재 마련단계;
    상기 측벽부재의 접합부 또는 천정부재의 접합부 중 어느 하나의 접합부에 힌지조인트의 원활한 회전을 위한 공간인 유격부를 형성하기 위한 유격형성재를 결합하는 유격형성재 마련단계;
    상기 측벽부재의 접합부 또는 천정부재의 접합부 중 나머지 하나의 접합부에 경화 가능하고 경화 이후에는 상기 측벽부재 또는 천정부재를 형성하는 콘크리트의 강도와 동일 또는 그 이상의 강도를 가지며 경사진 표면에 도포되는 경우에도 자중에 의해 흐르지 않을 정도의 점도와 슬럼프를 가지는 겔 상태의 표면성형재를 도포하는 표면성형재 도포단계; 및,
    상기 한 쌍의 측벽부재의 상부에 상기 천정부재를 거치함으로써 중력에 의한 압착에 의해 상기 표면성형재가 상기 유격형성재에 대응되는 형상으로 성형된 상태로 경화되며, 힌지조인트의 외부로 압출되는 여분의 표면성형재는 제거되는 접촉면 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법.
  2. 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법에 있어서,
    한 쌍의 측벽부재와 상기 측벽부재에 양단이 지지되는 천정부재와 조립 시에 상기 측벽부재와 천정부재가 서로 맞닿는 부분인 접합부에 각각 마련되는 힌지조인트를 제작하여 현장으로 이송하는 부재 마련단계;
    상기 측벽부재의 접합부 또는 천정부재의 접합부 중 어느 하나의 접합부에 힌지조인트의 원활한 회전을 위한 공간인 유격부를 형성하기 위한 유격형성재를 결합하는 유격형성재 마련단계;
    상기 유격형성재 마련단계 이후에 상기 측벽부재와 천정부재가 서로 맞닿는 부분의 간격을 일정하게 유지하여 빈 공간인 표면성형부를 마련한 상태에서 상기 한 쌍의 측벽부재의 상부에 상기 천정부재를 거치하고, 주입구와 배출구를 제외한 부분은 밀봉한 다음에 상기 표면성형부에 경화 가능하고 경화 이후에는 상기 측벽부재 또는 천정부재를 형성하는 콘크리트의 강도와 동일 또는 그 이상의 강도를 가지는 표면성형재를 주입하고 경화시켜 상기 유격형성재에 대응되는 접촉면을 형성하는 접촉면 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 접촉면 형성단계 이후에 상기 유격형성재를 제거하는 유격형성재 제거단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    표면성형재료로 에폭시, 모르타르, 에폭시모르타르, ECC(Engineering Cementitious Composite)를 사용하는 것을 특징으로 하는 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유격형성재로 강성이 콘크리트에 비하여 충분히 작으며, 접촉면 형성과정에서 허용한도내의 작은 변형만 발생하는 정도의 강성을 가진 탄성재를 사용하는 것을 특징으로 하는 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유격형성재는 발포폴리스타이렌(expanded polystyrene, EPS) 또는 고무인 것을 특징으로 하는 힌지조인트를 갖는 프리캐스트 콘크리트 아치터널의 시공방법.
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