KR101190117B1 - 터널 굴착면 변위 제어용 가압백 및 그 제작방법, 그리고 가압백을 구비한 터널 굴착면 변위제어용 가압모듈 - Google Patents

터널 굴착면 변위 제어용 가압백 및 그 제작방법, 그리고 가압백을 구비한 터널 굴착면 변위제어용 가압모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 새롭게 제시된 공법인 변위제어 터널 시공법의 완성 및 안정적 적용에 가장 핵심적인 요소기술로 인정되는 가압백이 신공법 적용을 위해 필요한 요구특성을 만족하면서도 손쉽게 구현될 수 있도록 하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 내부로 주입되는 시멘트밀크 중 시멘트 성분은 보유하면서 물은 투수되도록 하기 위한 부직포층과; 상기 부직포층을 외측에서 감쌈으로써 부직포의 인장신도 및 인장강도를 보강하며, 상기 부직포층에서 빠져나온 물을 외부로 배출하는 직조된 직포층;을 포함하여 구성되며, 상기 부직포층 및 직포층은 퀼팅 접합 또는 고주파 접합되어 시멘트밀크를 채워넣을 수 있는 내피 및 외피로 된 자루 형태를 이루게 되고, 터널 공사에 있어서 강지보재와 터널의 굴착면 사이에 설치되어 시멘트밀크가 채워짐에 따라 터널 굴착면의 변위를 복귀 가능케 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백을 제공한다. 한편, 본 발명은 상기 구성의 가압백 제작방법, 그리고 이 가압백을 구비한 터널 굴착면 변위제어용 가압모듈을 제공한다.

Description

터널 굴착면 변위 제어용 가압백 및 그 제작방법, 그리고 가압백을 구비한 터널 굴착면 변위제어용 가압모듈{Bag for controlling displacement of tunnel excavating surface and method for fabricating the same, and pressurization module for controlling displacement of tunnel excavating surface}
본 발명은 터널 시공과 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 토사 또는 풍화암과 같은 연약지반을 굴착하는 터널 또는 구조물의 하부를 굴착하여 발생되는 내주면과 강지보재 사이의 이격 공간에 가압백을 설치하고 가압백 내에 시멘트밀크를 주입하고 가압함으로써 굴착으로 인하여 발생하는 굴착면 내부로의 변위를 다시 원위치시키는 작용 및 가압주변 지반의 압축에 의한 강성증대를 꾀하여 연약지반에서 발생하는 변위와 지표침하를 최대한 억제할 수 있는 가압을 이용한 변위제어 터널 시공법에 있어서, 상기 터널 시공법의 완성에 있어서 관건을 쥐고 있는 요소 기술인 가압백에 관한 것이다.
고속도로나 철도 등과 같은 구조물 하부를 통과하기 위한 굴착공사는 일반적으로 굴착의 대상이 되는 굴착지반에 직경 800mm 이상의 강관을 압입, 강관 내부 토사 굴착, 강관 압입의 과정을 반복하여 강관을 관통시킨다. 그리고 설치할 콘크리트 박스 구조물 바깥 주변을 이러한 강관으로 둘러싸도록 여러 개의 강관을 설치하고 각각의 강관 내부에서 횡방향으로 강관과 강관 사이를 연결하여 콘크리트를 타설한다.
다음으로, 콘크리트가 꽉 찬 강관 구조물을 지중에 완성한 후 강관 하부의 토사를 굴착한 후 강관 하부에 콘크리트 박스 구조물을 완성하는 방식으로 진행된다. 이러한 시공법은 굴착 이전에 설치할 박스 구조물 외부를 강성이 큰 약 800mm 내지 20000mm 직경의 대구경 강관 파이프를 지중에 우선 설치하여 본 구조물 설치를 위한 굴착 시 변위를 방지하기 위함이 가장 큰 목적이다.
그러나 이러한 공법은 강관 추진을 위한 반력판, 유압잭 등을 설치하기 위한 추진을 위한 넓은 공사부지가 필요하며, 고가의 대구경 강관 설치 및 강관 내부에서의 굴착 및 용접 등의 공정으로 인해 고비용과 긴 시공기간이 필요한 문제점이 있었다.
이에, 최근에는 [선행기술문헌]에서 제시된 바와 같이, 토사 또는 풍화암과 같은 연약지반을 굴착하는 터널 또는 구조물의 하부를 굴착하여 발생되는 내주면과 강지보재 사이의 이격공간에 가압백을 설치하고, 가압백 내에 시멘트밀크를 주입하고 가압함으로써 굴착으로 인하여 발생하는 굴착면 내부로의 변위를 다시 원위치시키는 작용 및 가압주변 지반의 압축에 의한 강성증대를 꾀하여 연약지반에서 발생하는 변위와 지표침하를 최대한 억제하는 가압을 이용한 변위제어 터널 시공법이 제시되고 있다.
그러나, 변위제어 터널 시공법이 새로이 제안은 되었으나, 연구 개발 활동을 시작한 지 얼마 지나지 않은 상태여서, 현장에서 안정적으로 공법을 적용하기에는 기술축적 정도가 낮은 상태이다.
즉, 상기한 변위제어 터널 시공법은 새로운 공법으로서 이론적?개념적으로 제시되었으나, 이러한 공법을 현장에서 안정적으로 적용하기에는 많은 난관과 예기치 못한 실질적인 문제들에 부닥치고 있다.
특히, 여러 문제 중에서도 현장에서 중요성을 충분히 인식하지 못하고, 너무나 쉽게 제작하여 적용할 수 있을 것으로 생각했던 가압백과 관련하여, 공법을 성공적으로 적용하는데 필요한 가압백으로서의 요구 특성을 전혀 만족시키지 못하는 치명적인 문제가 드러나고 있는 실정이다.
이와 같이, 신공법을 효과적으로 달성하고 안정적으로 적용하는데 가장 핵심적인 가압백은 신공법의 성공적인 적용에 필요한 요구특성들을 전혀 충분히 나타내지 못하고 있는 실정이다.
예컨대, 종래기술(특허문헌1,2 참조)에는 가압백의 재질이 섬유질 보강재가 포함된 고무, 나일론, 폴리에스테르 및 토목섬유 중 어느 하나고, 시멘트밀크 유입구를 갖는 자루 형태로 구성된다고 밝히고 있는데, 이는 개념적으로만 제시된 구성으로서 이와 같이 구성된 가압백은 새롭게 제시된 변위제어 터널 시공법에 적용할 경우, 성공적인 시공을 위해 요구되는 특성을 전혀 만족시키지 못하게 된다.
현실적으로, 상기 특허문헌에 언급된 재질로 자루 형태로 제작하여 현장 적용시, 가압백 외측으로 물만 나오는 것이 아니라 물과 시멘트가 1:1로 배합된 시멘트밀크를 주입하게 되면 시멘트 성분이 함께 줄줄 새어나오는 현상이 발생하고 있고, 높은 주입압력으로 인해 내압이 높아져 가압백이 터져버림으로써 새로 개발된 터널 굴착면 변위 제어 공법의 안정적 적용에 큰 걸림돌로 작용하고 있는 실정이다.
구체적으로, 예컨대 [선행기술문헌]에 언급된 [특허문헌2]의 식별문단 [0035]에는, "가압백(400)의 내부로 시멘트밀크가 주입되면 점진적으로 가압백(400) 내부의 내압이 상승한다. 이 내압의 크기는 강지보재(300)를 반력으로하여 터널 내주면이 밖으로 팽창되는 크기로 한다. 이 압력은 굴착지반(10)이 단단한 정도인 강성, 구조물 하부 또는 터널 천단부에서의 토피의 높이, 그리고 강지보재(300)의 허용하중에 따라 달라진다. 그리고 막장전진에 의해 발생할 지반하중과 가압압력에 의한 하중의 합이 강지보재(300)의 허용하중보다 작은 범위가 되도록 가압하여야 한다. 가압백(400)의 직포사이로 물이 빠져나가면서 탈수가 이루어진다. 이러한 탈수과정에서도 가압 압력은 일정하게 유지되어야 한다. 탈수가 이루어진 이후에는 가압백(400)에는 시멘트, 첨가제 및 약간의 물이 남게 되고 이후에 경화되어 굳게 되며 굳은 시멘트는 굴착된 구조물 하부 또는 터널 내부면과 강지보재(300) 사이에서 가압압력에 의한 하중을 받고 있다. 또한, 첨가제로서 급결제를 사용하면 가압백(400)에 채워진 시멘트밀크의 물이 외부로 빠져나오고 약 30초에서 1분 사이에 급속히 양생이 이루어진다."는 내용이 기재되어 있다.
상기의 인용 내용에서, '가압상태에서 탈수가 이루어지고, '시멘트, 첨가제 및 약간의 물이 남게 된다'는 내용은 가압백의 요구특성을 나타내는 내용이긴 하나, 단순히 종래기술에서 언급된 기술적 구성으로 가압백을 제작하여 시공할 경우, 실제로는 시멘트 성분이 남지못하고 물과 함께 바로 빠져나가 버리게 된다.
첨가제로서 급결제를 사용한다는 기재내용은 이를 뒷받침하는 것으로, 급결제의 사용은 높은 시멘트밀크 주입 압력으로 인해 급결제의 사용없이는 시멘트 성분의 누설을 막을 수 없다는 데서 비롯된 해결 방안이기 때문이다.
이에 따라, 개념적으로는 이해가능하게 제시된 신공법인 변위제어 터널 시공법을 완성하는데 부합하는 가압백으로서의 요구 특성들, 즉 물은 통과시키면서 시멘트성분은 보유할 수 있고 높은 시멘트밀크 주입 압력에도 터지지 않고 견딜 수 있는 특성을 모두 만족시킬 수 있는 가압백의 개발 여부가 새로운 공법의 완성에 관건이 되고 있다.
요컨대, 민자사업 등 장대터널을 많이 뚫어야 하는 국내 대형공사에 이 신공법을 적용할 경우, 공사비 절감과 공기 절감은 물론 품질안전 관리에도 큰 도움을 줄 것으로 예상하고 있다. 하지만 이러한 신공법이 국내에 정착되어 국가기술경쟁력 향상에 이바지하기 위해서는 요소 기술들도 성공적으로 완성되어야 하는데, 이러한 관점에서 현재까지 제시된 가압백은 신공법의 안정적인 정착을 위해 요구하는 특성을 만족하기에는 너무 미흡한 실정이다.
따라서, 아직 현장에서도 그 중요성을 충분히 인식하지 못하고 있지만, 새로이 제시된 터널 시공법인 변위제어 터널 시공법의 완성 및 안정적 적용에 가장 핵심적인 요소 기술로 인정되는 가압백에 대한 기술 개발이 시급한 실정이다.
특허문헌1 : 대한민국 등록특허공보 제10-1041262호(2011.06.07) 특허문헌2: 대한민국 등록특허공보 제10-1041264호(2011.06.07)
본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 최근 새로 제시된 터널 시공법인 변위제어 터널 시공법의 완성 및 안정적 적용에 가장 핵심적인 요소기술로 인정되는 가압백이 신공법 적용을 위해 필요한 요구특성을 만족하면서도 손쉽게 구현될 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 내부로 주입되는 시멘트밀크 중 시멘트 성분은 보유하면서 물은 투수되도록 하기 위한 부직포층과;
상기 부직포층을 외측에서 감쌈으로써 부직포의 인장신도 및 인장강도를 보강하며, 상기 부직포층에서 빠져나온 물을 외부로 배출하는 직조된 직포층을 포함하여 구성되며,
상기 부직포층 및 직포층은 퀼팅 접합 또는 고주파 접합되어 시멘트밀크를 채워넣을 수 있는 내피 및 외피로 된 자루 형태를 이루게 되며,
터널 공사에 있어서 강지보재와 터널의 굴착면 사이에 설치되어 시멘트밀크가 채워짐에 따라 터널 굴착면의 변위를 복귀 가능케 하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백을 제공한다.
전술한 구성에 있어서, 퀼팅 접합된 상기 부직포층 및 직포층 일측에는 시멘트밀크 주입을 위한 주입구가 구비되고, 상기 주입구 주변에는 시멘트밀크의 주입 작업을 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 절취부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 절취부는 노치(notch)없이 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 직포층은 폴리에스테르(Polyester), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 나일론(Nylon), 아라미드(Armide) 또는 저신도 폴리에스테르(High Tenacity Polyester) 를 재질로 직조되되, 직포층의 원사의 굵기(D' ; 데니아)는 200D'~18,000D' 범위 내에서 정해지고, 상기 부직포층은 폴리에스테르(Polyester), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 나일론(Nylon), 아라미드(Armide) 또는 저신도 폴리에스테르(High Tenacity Polyester)를 재질로 하여 펠트상(felt 狀) 으로 제작하고, 상기 부직포층의 원사의 굵기(D' ; 데니아)는 1D'~10,000D' 범위 내에서 정해지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 부직포층은 중량이 100g/m2~3,000g/m2 이고, 상기 직포층은 중량이 100g/m2~3,000g/m2 인 것을 특징으로 한다.
상기 가압백의 투수계수(K)는 10-1~10-5cm/sec 인 것을 특징으로 하며, 상기 가압백을 구성하는 상기 직포층의 투수계수(K)는 10-1~10-3cm/sec 이고, 상기 부직포층의 투수계수(K)는 10-1cm/sec 인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 부직포층 및 직포층의 퀼팅 접합시, 바늘땀 수는 2~12회/cm 인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 부직포층 및 직포층의 퀼팅 접합시, 봉제선은 1~5선인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 부직포층 및 직포층은 퀼팅 접합 전에 고주파 접합될 수 있다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 터널 굴착면 변위 제어용 가압백을 제작하는 방법에 있어서; 2겹의 부직포층을 준비하는 단계(S100)와, 상기 부직포층의 위쪽과 아래쪽에 직포층을 각각 배치하는 단계(S200)와, 내부에 공간이 형성될 수 있도록 겹쳐진 부직포층과 직포층의 테두리 부위를 시멘트밀크 주입 압력에 의한 터짐을 방지하기 위해 퀼팅 접합하는 단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 있어서, 상기 부직포층과 직포층으로 제작된 가압백에는 시멘트밀크 주입을 위한 주입구 및, 상기 주입구 주변 부위 중 일부를 제거하여서 된 절취부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 주입구 및 절취부는 퀼팅 접합 이후에 형성됨을 특징으로 한다.
그리고, 퀼팅시에는 절취부의 모양을 감안해서 퀼팅하며, 절취부는 열칼 제단기와 같은 열컷팅기에 의해 재단 마감되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 내부로 주입되는 시멘트밀크 중 시멘트 성분은 보유하면서 물은 투수되도록 하기 위한 부직포층과,
상기 부직포층을 외측에서 감쌈으로써 부직포의 약한 강도를 보강하며, 상기 부직포층에서 빠져나온 물을 외부로 배출하는 직조된 직포층을 포함하여 구성되며,
상기 부직포층 및 직포층은 퀼팅 접합되어 시멘트밀크를 채워넣을 수 있는 내피 및 외피로 된 자루 형태를 이루게 되며,
터널 공사에 있어서 강지보재와 터널의 굴착면 사이에 설치되어 시멘트밀크가 채워짐에 따라 터널 굴착면의 변위를 복귀 가능케 하는 가압백과;
상기 가압백에 형성된 주입구를 통해 상기 가압백 내부에 삽입 설치되며, 상기 가압백 내부에 시멘트밀크가 채워지도록 공급하게 되는 공급관과;
상기 공급관에 연결되는 시멘트밀크 공급용 탱크와;
상기 시멘트밀크 공급용 탱크 내부의 시멘트밀크를 펌핑하여 상기 공급관으로 공급되도록 하는 구동펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압모듈이 제공된다.
전술한 구성에 있어서, 상기 공급관의 가압백 내부로 삽입되는 부위에는, 상기 가압백의 내부 공간에 상기 시멘트밀크가 균일하게 주입되도록 주입구에서 멀어질수록 시멘트밀크 주입을 위한 노즐공의 천공 수가 많아지거나, 상기 노즐공의 천공 직경이 커지도록 한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 공급관이 상기 가압백의 내부 공간에 삽입된 상태에서 상기 공급관의 부위 중 상기 주입구의 절취부 영역과 중첩되는 부위에는, 상기 가압백의 주입구가 공급관에 밀착되도록 하기 위한 탄성 재질의 패킹이 장착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 최근 새로 제시된 신공법인 변위제어 터널 시공법의 완성 및 안정적 적용에 필요한 요구특성을 만족하는 가압백을 손쉽게 구현할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 주입된 시멘트밀크에서 시멘트성분은 남고 물만 빠져나가는 투수 특성을 만족함과 동시에 높은 시멘트밀크 주입 압력에도 터지지 않고 견딜 수 있는 견인(堅忍) 특성을 동시에 만족하는 가압백의 제공이 가능하다.
특히, 본 발명에 따르면, 첨가제인 급결제의 사용없이 가압백의 구조적 특성만을 이용하여 시멘트 성분의 누설을 막을 수 있다.
한편, 본 발명은 변위제어 터널 공법에 효과적으로 적용할 뿐만 아니라, 토목관련 시설물 축조에 필요한 굴착지보 체계에 폭넓게 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 가압백이 적용되는 변위제어 터널의 보강구조체를 나타낸 정면도
도 2는 도 1의 변위제어 터널의 보강구조체를 나타낸 부분 절개 사시도,
도 1, 2는 종래문헌 도면 이용(제10-1041264호의 도 1 및 도 2 그대로 이용)
도 3은 본 발명의 가압백을 나타낸 사시도로서, 원안의 확대부는 주입구가 벌어진 상태를 보여주는 참고도,
도 4는 본 발명의 가압백의 내부 구조를 보여주기 위한 도면으로서, 도 3의 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 단면도,
도 5는 본 발명의 가압백의 제작 과정을 나타낸 흐름도,
도 6은 본 발명의 가압모듈을 나타낸 구성도,
도 7은 도 6의 공급관 요부 확대 사시도
도 8은 도 6의 A부 확대 단면도
도 9는 도 8의 클램프를 예시한 것으로서, 밴드타입 클램프의 예시도
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대해 첨부도면 도 3 내지 도 9를 주로하되, 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시 예1] 가압백
먼저, 도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 가압백(100)은, 내부로 주입되는 시멘트밀크 중 시멘트 성분(즉, 시멘트 입자)은 보유하면서 물은 투수되도록 하기 위한 부직포층(110)과; 상기 부직포층(110)을 외측에서 감쌈으로써 부직포층의 인장신도 및 인장강도를 보강하며, 상기 부직포층(110)에서 빠져나온 물을 외부로 배출하는 직조된 직포층(111)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 부직포층(110) 및 직포층(111)은 퀼팅(Quilting) 접합되어 시멘트밀크를 채워넣을 수 있는 내피 및 외피로 된 자루 형태를 이루게 된다.
여기서, 부직포(不織布 non-woven fabric)는 직포공정을 거치지 않고 펠트상(狀)으로 만든 재료를 말하는 것으로, 장섬유 부직포와 단섬유 부직포로 나뉜다.
참고로, 장섬유 부직포는 하나의 실이 전체 부직포로 이어져 가공되는 부직포이다. 상기 장섬유 부직포로서는, 예컨대 코오롱(주)의 화이논(제품명)과 같이 하나의 실이 전체 부직포로 이어져 가공되는 100% 장섬유 부직포를 들 수 있는데, 장섬유 부직포는 하나의 실이 전체 부직포로 이어져 가공됨에 따라 안정적이며 기계적 강도와 내후성, 내열성, 내약품성이 우수하면서 친환경적이고, 층간의 분리현상이 없고 내수강도가 높으며 우수한 투수성능 및 필터 성능을 보임에 따라 토목섬유(지오 텍스타일)로 주로 사용되므로, 본 실시예의 가압백(100)에 있어서 부직포층(110)을 이루는 재료로서 효과적으로 적용가능하다.
그리고, 단섬유 부직포는 조각난 실을 하나로 뭉쳐서 가공함에 따라 장섬유 부직포에 비해 쉽게 풀어지거나 늘어나게 되므로, 장섬유 부직포에 비해 덜 적합하나, 본 발명의 가압백(100)은 부직포층(110) 외측을 직조층이 감쌈에 따라 부직포의 인장신도 및 인장강도가 보강되는 구조이므로 단섬유 부직포의 적용도 가능해진다.
한편, 직포층은 부직포와는 달리 위사와 경사 구조의 짜서 만든 천을 말한다.
그리고, 상기 가압백(100)은, 터널 공사에 있어서 강지보재와 터널의 굴착면 사이에 설치되어 시멘트밀크가 채워짐에 따라 터널 굴착면의 변위를 복귀 가능케 한다.
한편, 퀼팅 접합된 상기 부직포층(110) 및 직포층(111) 일측에는 시멘트밀크 주입을 위한 주입구(100a)가 구비되고, 상기 주입구(100a) 주변에는 시멘트밀크의 주입 작업을 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 절취부(100b)가 구비된다.
상기 절취부(100b)는 노치(notch)없이 라운드지게 형성하는 것이 바람직한데, 이는 노치부가 형성되는 형태로 절취되면 고압으로 주입되는 시멘트밀크에 의해 강도면에서 취약한 부위인 노치 부분이 파열되어 시멘트밀크가 누설되는 것을 방지되도록 하기 위함이다.
한편, 본 실시 예의 가압백(100)에 있어서, 상기 직포층(111)은 폴리에스테르(Polyester), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 나일론(Nylon), 아라미드(Armide) 또는 저신도 폴리에스테르(High Tenacity Polyester) 를 재질로 직조하되, 직포층(111)의 원사의 굵기(D' ; 데니아)는 200D'~18,000D' 범위 내에서 정해지는 것이 바람직하다.
상기 부직포층(110)은 폴리에스테르(Polyester), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 나일론(Nylon), 아라미드(Armide) 또는 저신도 폴리에스테르(High Tenacity Polyester)를 재질로 하여 펠트상(felt 狀) 으로 제작하고, 상기 부직포층(110)의 원사의 굵기(D' ; 데니아)는 1D'~10,000D' 범위 내에서 정해지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 부직포층(110)은 중량이 100g/m2~3,000g/m2 이고, 상기 직포층(111)은 중량이 100g/m2~3,000g/m2 범위에서 정해지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 가압백(100)의 투수계수(K)는 10-1~10-5cm/sec 으로서, 상기 직포층(111)의 투수계수(K)는 10-1~10-3cm/sec 으로 정해지고, 상기 부직포층(110)의 투수계수(K)는 10-1cm/sec 으로 정해지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 부직포층(110) 및 직포층(111)의 퀼팅 접합시, 바늘땀 수는 2~12회/cm 범위 내에서 정해지고, 봉제선(100c)은 1~5선의 범위 내에서 정해지되, 2선 이상으로 정해지는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 실시 예의 가압백(100)의 제작 과정을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5를 참조하면, 먼저 2겹의 부직포층(110)을 준비하여 서로 마주보도록 배치하고(S100), 상기 부직포층(110)의 위쪽과 아래쪽에 직포층(111)을 각각 배치한다(S200).
이어, 상기 부직포층(110)과 직포층(111)의 테두리 부위를 시멘트밀크 주입 압력에 의한 터짐을 방지하기 위해 퀼팅 접합한다(S300). 이때, 상기 퀼팅 접합된 부직포층(110)과 직포층(111)의 내부에는 시멘트밀크 주입 공간이 형성됨과 아울러 시멘트밀크 주입을 위한 주입구(100a)가 형성된다.
그리고, 퀼팅 접합 후에는, 시멘트밀크 주입을 위한 주입구(100a) 주변 부위 중 일부를 제거하여 절취부(100b)를 형성한다.
즉, 상기 절취부(100b)는 퀼팅 접합 이후에 형성되며, 상기 퀼팅시에는 절취부(100b)의 모양을 감안해서 퀼팅이 이루어지며, 상기 절취부(100b)는 열칼 제단기와 같은 열컷팅기에 의해 고속으로 깔끔하게 열처리 재단 마감된다.
상기 절취부(100b)는 나중에 시멘트밀크 주입을 위한 공급관(500)의 삽입 및 클램프(900) 설치 작업이 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 구성이다.
상기에서 가압백(100)의 주입구(100a)는 변위제어 터널의 보강구조체(도 1 및 도 2 참조)의 시공 구조를 감안할 때, 가압백(100)의 길이 방향에 있어 양측 끝단 부위의 일측 모서리에 형성됨이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.
[ 실시예 2] 가압모듈
한편, 이하에서는 본 발명의 다른 실시 예로서, [실시 예1]의 가압백(100)을 이용한 가압모듈에 대해 설명한다.
본 실시 예의 가압모듈은, 시멘트밀크가 내부로 주입되는 가압백(100)과; 상기 가압백(100)에 형성된 주입구(100a)를 통해 상기 가압백(100) 내부에 삽입 설치되며, 상기 가압백(100) 내부에 시멘트밀크가 채워지도록 공급하게 되는 공급관(500)과; 상기 공급관(500)에 연결되는 시멘트밀크 공급용 탱크(600)와; 상기 시멘트밀크 공급용 탱크(600) 내부의 시멘트밀크를 펌핑하여 상기 공급관(500)으로 공급되도록 하는 구동펌프(700)를 포함하여 구성된다.
상기 가압백(100)은 [실시예 1]에 제시된 구성과 동일 구성으로서, 내부로 주입되는 시멘트밀크 중 시멘트 성분은 보유하면서 물은 투수되도록 하기 위한 부직포층(110)과, 상기 부직포층(110)을 외측에서 감쌈으로써 부직포의 인장신도 및 인장강도를 보강하고 상기 부직포층(110)에서 빠져나온 물을 외부로 배출하는 직조된 직포층(111)을 포함하여 구성되며, 상기 부직포층(110) 및 직포층(111)은 퀼팅 접합되어 시멘트밀크를 채워넣을 수 있는 내피 및 외피로 된 자루 형태를 이루게 된다. 그리고, 상기 가압백(100)은 터널 공사에 있어서 강지보재와 터널의 굴착면 사이에 설치되어 시멘트밀크가 채워짐에 따라 터널 굴착면의 변위를 복귀 가능케 한다.
한편, 상기 가압백(100) 내부로 삽입된 공급관(500)의 시멘트밀크 주입 관로 상에는, 상기 가압백(100)의 내부 공간에 상기 시멘트밀크가 균일하게 주입되도록 주입구(100a)에서 멀어질수록 시멘크밀크 주입을 위한 노즐공(500a)의 천공 수가 많아지거나, 상기 노즐공(500a)의 천공 직경이 커지도록 구성한다.
그리고, 상기 공급관(500)이 상기 가압백(100)의 내부 공간에 삽입된 상태에서 상기 공급관(500)의 부위 중 상기 주입구(100a)의 절취부(100b) 영역과 중첩되는 부위에는, 상기 가압백(100)의 주입구(100a)가 공급관(500)에 밀착되도록 하기 위한 매개체(medium)로서 탄성 재질의 패킹(800)이 장착된다.
한편, 상기 패킹(800)은 가압백(100)의 주입구(100a) 내측으로 삽입 설치되며, 그 상태에서 상기 가압백(100)의 주입구(100a) 외측에는 클램프(900)가 체결된다.
이때, 상기 클램프(900)는 조임력을 가하는 공지의 장치로서, 상기 클램프(900)에 의해 상기 가압백(100)의 패킹(800)을 감싸는 주입구(100a) 부위에 조임력이 가해짐에 따라 상기 주입구(100a) 부위가 패킹(800) 둘레에 압착되며, 이에 따라 상기 가압백(100)의 주입구(100a)가 완전 밀폐되어 상기 주입구(100a)와 공급관(500)의 틈을 통한 시멘트밀크의 누설이 방지된다.
한편, 본 발명에 따른 가압백(100)의 주입구(100a)를 공급관(500)의 대응 부위에 밀착시켜 주입되는 시멘트밀크의 주입구측 누설을 방지하기 위해 설치되는 클램프 장치로는, 도 9에 예시된 밴드 클램프(900) 외에 원터치 클램프나 와이어 클램프, 고압 밴드 등 여러 가지 다른 구조 및 형태의 클램프가 적용될 수 있음은 물론이다.
이와 같이 구성된 본 실시 예의 가압모듈을 이용한 시멘트밀크 주입과정은 다음과 같다.
본 실시예에 따른 가압백에 시멘트밀크가 충전되는 과정의 설명에 앞서, 가압백(100)이 터널의 굴착된 내벽면과 강지보재(도 1 및 도 2 참조) 사이에 구비되어 굴착으로 인하여 발생한 굴착면의 변위를 복귀시키기 위해 설치되었음을 전제한다.
이 상태에서 시멘트밀크 주입 과정을 설명하면, 먼저 가압백(100)의 주입구(100a)를 이용하여 상기 가압백(100)의 내부 공간(즉, 부직포층 내부 공간)에 시멘트밀크 공급을 위한 공급관(500)의 노즐공(500a)이 형성된 부위가 삽입되도록 한다.
이때, 상기 가압백(100)의 주입구(100a)에 이웃하게 형성된 절취부(100b)로 인해 가압백(100)의 주입구(100a)가 다른 부위로부터 독립적으로 분리됨으로써 공급관(500)의 삽입 작업이 용이하게 이루어진다.
한편, 상기 공급관(500)이 가압백(100) 내부 공간으로 삽입된 상태에서, 상기 가압백(100)의 주입구(100a)와 그 내측에 위치한 공급관(500)을 클램프(900)를 이용하여 체결하게 되는데, 상기 주입구(100a) 내측에 위치하는 공급관(500)의 외주면 상에는 고무 재질의 패킹(800)이 구비되어 있어, 클램프(900)의 체결시 주입구(100a)가 패킹(800)에 긴밀히 압착된다. 즉, 패킹(800)이 탄성재질이므로 클램프(900)의 체결력에 의해 패킹(800)이 압축되면서 주입구(100a)가 패킹(800) 외면에 압착된다.
그리고, 이때에도 상기 절취부(100b)는 주입구(100a)가 가압백(100)의 다른 부위로부터 분리되어 독립적으로 취급될 수 있도록 함으로써, 클램프(900) 설치 작업이 용이하게 이루어질 수 있도록 돕게 된다.
한편, 상기와 같이 하여 가압백(100)에 대한 시멘트밀크 주입을 위한 준비가 완료되면, 상기 공급관(500)을 통해 시멘트밀크를 주입한다.
즉, 구동펌프(700)를 온 시킨 상태에서, 개폐밸브를 열면, 구동펌프(700)의 펌핑력에 의해 시멘트밀크 공급용 탱크(600)에 채워져 있던 시멘트밀크는 상기 공급관(500)을 통해 유동하여 가압백(100)으로 주입된다.
한편, 가압백(100) 내부로 시멘크 밀크가 주입되면서 가압백(100) 내부의 압력이 상승하게 되는데, 이 내압의 크기는 강지보재(300; 도 1 참조)를 반력으로 하여 터널 내주면이 밖으로 팽창되는 크기로 한다. 이 압력은 굴착지반(10)이 단단한 정도인 강성, 구조물 하부 또는 터널 천단부에서의 토피의 높이, 그리고 강지보재(300)의 허용하중에 따라 달라진다.
그리고 막장 전진에 의해 발생할 지반하중과 가압압력에 의한 하중의 합이 강지보재의 허용하중보다 작은 범위가 되도록 가압하여야 한다. 가압백(100)의 직포사이로 물이 빠져나가면서 탈수가 이루어진다. 이러한 탈수과정에서도 가압 압력은 일정하게 유지되어야 한다. 즉, 가압백 내부의 압력은 최소 5기압 이상의 높은 압력으로 주입된다.
탈수가 이루어진 이후에는 가압백(100)에는 시멘트 성분만 남게 되고 이후에 경화되어 굳게 되며 굳은 시멘트는 굴착된 구조물 하부 또는 터널 내부면과 강지보재(300) 사이에서 가압압력에 의한 하중을 받게 된다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 첨가제인 급결제의 사용없이도 가압백(100)에 채워진 시멘트밀크의 중 시멘트 성분은 남고 물만 부직포층(110)를 통과한 다음 그 외측의 직포층(111)을 통해 가압백(100) 외부로 효과적으로 신속하게 빠져나오므로 시멘트의 급속한 양생이 이루어진다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시 예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.
예컨대, 전술한 실시 예들에서는 부직포층(110)과 직포층(111)을 퀼팅 접합하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이와는 달리 상기 부직포층(110) 및 직포층(111)이 고주파 접합될 수 있다. 고주파 접합은 본 발명에 제시된 부직포층(110)과 직포층(111)의 재질이 고분자 재료이기 때문에 적용 가능한 접합 방법으로서, 이때 부직포층(110)과 직포층(111)의 접합부위의 접합력은 퀼팅 접합시 이상으로 유지되어야 함은 물론이다.
한편, 상기 부직포층(110) 및 직포층(111)을 퀼팅 접합하기 이전에 고주파 접합을 추가로 함으로써 두 접합 대상 간의 접합 강도를 한 차원 높일 수 있을 것이다.
그러므로, 상술된 실시 예들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있음은 당업자에게는 당연한 사항이라 할 것이다.
본 발명은 최근 새롭게 개발된 터널 시공 공법인 변위제어 터널 시공법에 있어서, 상기 터널 시공법의 성공 및 상용화에 결정적인 걸림돌로서 작용하고 있던 요소 기술인 가압백의 구조 개선을 통해, 상기 가압백 내부에 시멘트 성분은 남고 물만 빠져나가도록 하는 투수 특성을 만족함과 동시에 높은 시멘트밀크 주입 압력에도 터지지 않고 견딜 수 있는 견인(堅忍) 특성을 동시에 만족하도록 한 것이다.
이에 따라, 본 발명은 새롭게 개발된 변위제어 터널 공법에 효과적으로 적용할 수 있고, 터널 시공을 비롯한 토목관련 기타 시설물 축조에 필요한 굴착지보 체계에 폭넓게 이용될 수 있으므로, 산업상 이용 가능성이 매우 높은 발명이다.
100:가압백 110:부직포층
111:직포층 100a:주입구
100b:절취부 100c:봉제선
500:공급관 500a:노즐공
600:시멘트밀크 공급용 탱크 700:구동펌프
800:패킹 900:클램프

Claims (17)

  1. 내부로 주입되는 시멘트밀크 중 시멘트 성분은 보유하면서 물은 투수되도록 하기 위한 부직포층과;
    상기 부직포층을 외측에서 감쌈으로써 부직포층의 인장신도 및 인장강도를 보강하며, 상기 부직포층에서 빠져나온 물을 외부로 배출하는 직조된 직포층을 포함하여 구성되고,
    상기 부직포층 및 직포층은 퀼팅 접합 또는 고주파 접합되어 시멘트밀크를 채워넣을 수 있는 내피 및 외피로 된 자루 형태를 이루게 되며,
    상기 직포층은 폴리에스테르(Polyester), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 나일론(Nylon), 아라미드(Armide) 또는 저신도 폴리에스테르(High Tenacity Polyester) 를 재질로 직조되되, 상기 직포층의 원사의 굵기(D' ; 데니아)는 200D'~18,000D' 범위 내에서 정해지고,
    상기 부직포층은 폴리에스테르(Polyester), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 나일론(Nylon), 아라미드(Armide) 또는 저신도 폴리에스테르(High Tenacity Polyester)를 재질로 하여 펠트상(felt 狀)으로 제작되되, 상기 부직포층의 원사의 굵기(D' ; 데니아)는 1D'~10,000D' 범위 내에서 정해지며,
    터널 공사에 있어서 강지보재와 터널의 굴착면 사이에 설치되어 시멘트밀크가 채워짐에 따라 터널 굴착면의 변위를 복귀 가능케 하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백.
  2. 제 1 항에 있어서,
    퀼팅 접합된 상기 부직포층 및 직포층 일측에는 시멘트밀크 주입을 위한 주입구가 구비되고,
    상기 주입구 주변에는 시멘트밀크의 주입 작업을 용이하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 절취부가 구비되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 절취부는 노치(notch)없이 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직포층은 중량이 100g/m2~3,000g/m2 이고,
    상기 직포층은 중량이 100g/m2~3,000g/m2 인 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압백의 투수계수(K)는 10-1~10-5cm/sec 인 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 직포층의 투수계수(K)는 10-1~10-3cm/sec 이고,
    상기 부직포층의 투수계수(K)는 10-1cm/sec 인 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직포층 및 직포층의 퀼팅 접합시, 바늘땀 수는 2~12회/cm 인 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직포층 및 직포층의 퀼팅 접합시, 봉제선은 1~5선인 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직포층 및 직포층은 퀼팅 접합 전에 추가로 고주파 접합되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백.
  11. 청구항 1의 터널 굴착면 변위 제어용 가압백을 제작하는 방법에 있어서,
    2겹의 부직포층을 준비하는 단계(S100);
    상기 부직포층의 위쪽과 아래쪽에 직포층을 각각 배치하는 단계(S200); 그리고
    내부에 시멘크밀크 주입 공간이 형성될 수 있도록 겹쳐진 상기 부직포층과 직포층의 테두리부위를 시멘트밀크 주입 압력에 의한 터짐을 방지하기 위해 퀼팅 접합하거나 고주파 접합하는 단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백 제작방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 부직포층과 직포층으로 제작된 가압백에는 시멘트밀크 주입을 위한 주입구 및, 상기 주입구 주변 부위 중 일부를 제거하여서 된 절취부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백 제작방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 주입구 및 절취부는 퀼팅 접합 이후에 형성됨을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백 제작방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 퀼팅시에는 절취부의 모양을 감안해서 퀼팅이 이루어지며, 상기 절취부는 열컷팅기에 의해 열처리 재단 마감되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압백 제작방법.
  15. 내부로 주입되는 시멘트밀크 중 시멘트 성분은 보유하면서 물은 투수되도록 하기 위한 부직포층과,
    상기 부직포층을 외측에서 감쌈으로써 부직포의 약한 강도를 보강하며, 상기 부직포층에서 빠져나온 물을 외부로 배출하는 직조된 직포층을 포함하여 구성되며,
    상기 부직포층 및 직포층은 퀼팅 접합 또는 고주파 접합되어 시멘트밀크를 채워넣을 수 있는 내피 및 외피로 된 자루 형태를 이루게 되며,
    터널 공사에 있어서 강지보재와 터널의 굴착면 사이에 설치되어 시멘트밀크가 채워짐에 따라 터널 굴착면의 변위를 복귀 가능케 하는 가압백과;
    상기 가압백에 형성된 주입구를 통해 상기 가압백 내부에 삽입 설치되며, 상기 가압백 내부에 시멘트밀크가 채워지도록 공급하게 되는 공급관과;
    상기 공급관에 연결되는 시멘트밀크 공급용 탱크와;
    상기 시멘트밀크 공급용 탱크 내부의 시멘트밀크를 펌핑하여 상기 공급관으로 공급되도록 하는 구동펌프를 포함하되,
    상기 직포층은 폴리에스테르(Polyester), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 나일론(Nylon), 아라미드(Armide) 또는 저신도 폴리에스테르(High Tenacity Polyester) 를 재질로 직조되되, 상기 직포층의 원사의 굵기(D' ; 데니아)는 200D'~18,000D' 범위 내에서 정해지고,
    상기 부직포층은 폴리에스테르(Polyester), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 나일론(Nylon), 아라미드(Armide) 또는 저신도 폴리에스테르(High Tenacity Polyester)를 재질로 하여 펠트상(felt 狀)으로 제작되되, 상기 부직포층의 원사의 굵기(D' ; 데니아)는 1D'~10,000D' 범위 내에서 정해지는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압모듈.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 공급관의 가압백 내부로 삽입되는 부위에는,
    상기 가압백의 내부 공간에 상기 시멘트밀크가 균일하게 주입되도록 주입구에서 멀어질수록 시멘트밀크 주입을 위한 노즐공의 천공 수가 많아지거나, 상기 노즐공의 천공 직경이 커지도록 한 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압모듈.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 공급관이 상기 가압백의 내부 공간에 삽입된 상태에서 상기 공급관의 부위 중 상기 주입구의 절취부 영역과 중첩되는 부위에는, 상기 가압백의 주입구 부위가 공급관에 밀착되도록 하기 위한 탄성 재질의 패킹이 장착되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면 변위 제어용 가압모듈.
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