KR101212732B1 - 기하학적 반력을 이용한 아치터널 및 그 시공방법 - Google Patents

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Abstract

지중에 설치되어 뒷채움되는 아치터널을 시공함에 있어 아치터널을 형성하는 구조부재를 슬림화시키면서도 구조저으로 효율적인 단면으로 제작할 수 있어 경제적으로 아치터널을 제작할 수 있는 기하학적 반력을 이용한 아치터널 및 그 시공방법에 대한 것으로서, 상기 아치터널은 양 단부의 두께가 양 단부 사이의 두께보다 커지도록 단부확장블록이 양 단부에 형성된 아치부재; 상기 아치부재로부터 전달되는 축력과 반대방향으로 작용하는 반력이 발생하도록 아치부재의 양 측방의 지중에 설치된 블록체인 반력대; 및 상기 아치부재와 일체로 또는 분리되어 하방으로 연장 형성된 양 측벽부;를 포함한다.

Description

기하학적 반력을 이용한 아치터널 및 그 시공방법{ARCH TUNNEL USING GEOMETRIC REACTION FORCE BLOCK AND ARCH TUNNEL CONSTRUCTION METHOD THEREFOR}
본 발명은 기하학적 반력을 이용한 아치터널 및 그 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 지중에 설치되어 뒷채움 되는 아치터널을 시공함에 있어 아치터널을 형성하는 구조부재를 슬림화시키면서도 구조적으로 효율적인 단면으로 제작할 수 있어 경제적으로 아치터널을 제작할 수 있는 기하학적 반력을 이용한 아치터널 및 그 시공방법에 대한 것이다.
일반적으로, 방음터널에 있어서 하중을 지지하는 골조는 도 1a와 같이 도로(10)의 양측을 지점으로 하여 도로를 횡단하는 횡단골조(20)를 도로의 길이방향(종방향)을 따라 연속적으로 배치하여 구성된다.
이러한 횡단골조(20)는 양 측벽기초부(10)에 종방향으로 서로 이격되어 설치되는데 이러한 횡단골조(20) 사이사이에 방음패널(30)이 설치된다.
이때 도로의 폭이 너무 넓어서 도로 양측을 지점으로 한 횡단골조(20)가 작용하는 하중을 모두 지지할 수 없는 경우에는 도로의 중앙부를 지점으로 하는 중간기둥(40)을 추가로 세워 도로를 횡단하는 횡단골조(20)의 하중을 분담하도록 한다.
그러나 도로중앙부에 기둥(40)을 세우는 것은 도로의 여건에 따라 가능한 경우보다 불가능할 경우가 많다.
즉, 도로의 상행선과 하행선을 분리하는 중앙분리대가 있는 경우에는 중앙분리대를 이용하여 기둥을 세울 수 있지만, 중앙분리대가 없이 중앙차선으로 상하행선이 접한 도로의 경우는 차량의 충돌 위험으로 중앙차선에 기둥을 세울 수 없다.
그런데, 횡단골조(20)에 발생하는 축력, 전단력, 휨모멘트와 같은 단면력은 지점간 거리의 자승에 비례하여 단면력이 커지므로 상기와 같이 도로의 폭이 넓어 횡단골조(20)의 지점간 거리가 길 경우에는 부재에 발생하는 단면력이 커져 횡단골조의 규격이 대형화될 수밖에 없으며 이에 따라 경제적인 부담 또한 커질 수밖에 없다.
이에 상기 횡단골조(20)는 강재로 제작하여 자중을 가볍게 하되 단면력을 충분히 확보하기 위해 강재프레임으로 제작하는 경우가 많다.
이러한 방음터널은 도로, 교량에도 사용되는데 이에 외부에 상기 횡단골조가 노출되도록 시공된다.
반면 복토되는 아치터널은 도 1b와 같이 지반을 터파기 한 공간에 양 기초부(50)를 먼저 설치하고, 상기 양 기초부 상면에 아치천정부재(60)를 얹어 설치하는 방식을 취하게 된다.
이에 상기 아치천정부재(60)를 양 기초부(50)에 설치한 이후에는 아치천정부재(60) 상부에 토사 등을 뒷채움(복토)하여 최종 아치터널을 시공하게 된다.
이에 상기 아치터널의 아치천정부재(60)에는 토압이 발생하게 되는데 이러한 토압은 아치천정부재(60)에 전달되어 양 기초부(50)에 전달되도록 하게 된다.
이때, 상기 양 기초부(50)와 아치천정부재(60)는 서로 힌지 연결되도록 설치할 수 있는데 이러한 힌지 연결에 의하면 휨 모멘트가 양 기초부(50)에 전달되지 않도록 할 수 있기 때문에 양 기초부(50)의 슬림화를 통한 지반 터파기 및 양 측벽부재의 기초의 최적화를 이룰 수 있는 반면,
상기 아치천정부재(60)가 휨 모멘트를 전부 부담해야 하기 때문에 아치천정부재(60)의 대형화가 필요할 경우에는 단면크기를 크게 제작할 수밖에 없다는 문제점이 있게 된다.
이에 상기 아치천정부재(60)의 단면크기를 보다 최소화하면서도 양 측벽부재를 보다 슬림화하여 시공할 수 있다면 아치터널의 시공성 및 경제성은 증진 될 수밖에 없으나, 상기 아치천정부재(60)의 단면크기를 너무 최소화시키게 되면 작용하는 토압에 취약할 수밖에 없다는 한계가 있었다.
이에 본 발명은 뒷채움되어 매립되는 아치터널에 있어서, 아치터널을 구성하는 아치천정부재를 보다 슬림화시켜 제작할 수 있으면서도 양 기초부도 최적화시킬 수 있도록 하되 특히 상기 아치천정부재의 형상에 따른 기하하적 반력을 이용하여 보다 효율적이고 경제적인 아치터널 및 그 시공방법 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여
본 발명은 첫째, 기하학적 반력을 이용하여 아치부재에 상향력을 도입시켜 아치부재의 단면크기를 최소화시키게 된다.
또한 상기 기하학적 반력을 발생시키기 위하여 블록체 또는 반력봉 형태의 반력대를 아치부재 양 단부 지중에 위치하도록 하게 된다.
또한 양 측벽부는 상기 아치부재와 일체로 또는 분리하여 수직벽체 형태로 시공하게 된다.
즉, 상기 기하학적 반력은 아치부재의 양 단부에 형성시킨 단부확장블록과 반력대의 연결관계로부터 발생되는 반력(R=R1+R2)을 의미한다.
이를 위해 본 발명은
양 단부의 두께가 양 단부 사이의 두께보다 커지도록 단부확장블록이 양 단부에 형성된 아치부재; 상기 아치부재로부터 전달되는 축력과 반대방향으로 작용하는 반력이 발생하도록 아치부재의 양 측방의 지중에 설치된 블록체인 반력대; 및 상기 아치부재와 일체로 또는 분리되어 하방으로 연장 형성된 양 측벽부;를 포함하여, 상기 반력의 수평성분(R1)은 아치부재의 중심축을 기준으로 아치부재에 상향력을 발생시키는 상향력 휨 모멘트(M1)로 작용하고, 상기 반력의 수직성분(R2)은 아치부재의 중심축을 따라 반력대를 전도시키려는 전도모멘트에 저항하는 전도저항 휨 모멘트(M2)로 작용하도록 하며
상기 반력대는 상기 단부확장블록의 외측면(A1)과 수직으로 접하여 지지되는 상단부 및 터파기 사면에 하단부가 접하도록 지지되는 하단부로 구성된 반력봉을 포함하며, 상기 반력봉의 하단부에는 죠인트판을 설치하고, 상기 죠인트판을 터파기 사면(B)에 미리 설치한 연결블록과 서로 앵커볼트를 이용하여 서로 지지시키고, 상기 반력봉의 상단부에는 원스탑죠인트를 체결시키고, 상기 단부확장블록의 외측면에는 원스탑죠인트가 삽입되어 걸려지는 걸림홀을 형성시켜 반력봉의 상단부 삽입 설치되도록 하는 기하학적 반력을 이용한 아치터널 및 그 시공방법을 제공한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명에 의한 아치터널은 아치부재와 양 측벽부를 최적화시켜 보다 슬림화시킬 수 있어 보다 효율적이고 경제적인 아치터널 시공이 가능하게 된다.
도 1a는 종래 아치터널의 사시도
도 1b는 종래 아치터널의 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 기하학적 반력을 이용한 아치터널의 사시도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예 2에 의한 기하학적 반력을 이용한 아치터널의 사시도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예 3에 의한 기하학적 반력을 이용한 아치터널의 사시도,
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 실시예 1에 의한 기하학적 반력을 이용한 아치터널의 시공순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[ 기하학적 반력을 이용한 아치터널 ]
[실시예 1에 의한 기하학적 반력을 이용한 아치터널]
도 2는 실시예 1에 의한 기하학적 반력을 이용한 아치터널(A)의 사시도를 도시한 것이다.
상기 아치터널(A)은 양 측벽부(100), 반력대(200) 및 아치부재(300)를 포함한다.
먼저 상기 아치부재(300)를 살펴보면 전체적으로 아치(Arch) 형태의 철근콘크리트 부재로 제작되는데 프리캐스트 방식으로 공장제작 되어 후술되는 반력대(200)에 양 단부가 지지되도록 설치된다.
이러한 아치부재(300)를 통상의 아치부재와 비교하면,
먼저 종래 아치부재는 양 단부를 포함하여 전체 연장 길이에 걸쳐 소정의 두께(t)를 가지는 아치부재로 형성되며 외력에 의한 하중이 가해지게 되면 하중은 축력의 형태로 양 단부로 전달되는 아치 구조로 형성되고 이러한 축력은 아치부재의 중심축(C)을 따라 전달된다.
다음으로 본 발명의 아치부재(300)는 양 단부의 두께가 더 두꺼워지는 형태를 가지도록 단부확장블록(310)이 형성된다.
이러한 단부확장블록(310)은 외측면(A1)이 수직외측면으로 형성되며 저면은 수평면으로 형성되고, 내측면(A2)은 내측방향으로 경사진 경사면으로 형성된 블록이다.
이에 상기 단부확장블록(310)이 아치부재(300) 양 단부에 일체로 형성되면 양 단부 사이의 중립축은 큰 변화가 없으나 단부쪽으로 갈수로 중립축은 하방으로 더 꺽여 단부확장블록(310)의 중앙 하부를 지나 외측면(A1)으로 연장되도록 형성된다.
이에 외력에 의한 하중(P)이 작용하면 축력이 중심축을 따라 양 단부로 전달되는데 이와 같이 전달되는 축력(V)은 본 발명의 반력대(200)에 의하여 저항된다.
즉, 상기 반력대(200)는 본 발명의 아치부재(300)의 양 단부에 형성된 단부확장블록(310)의 외측면(A1)과 접하는 수직외측면(A11)과 상기 단부확장블록(310)의 저면을 지지하는 수평면인 상면(A21)으로 형성된 지지턱(210)을 가진 부재이다.
이에 상기 반력대(200)는 아치부재(300)로부터 전달되는 중립축을 따라 전달되는 축력(V)을 지지하게 된다.
이러한 지지를 보다 안정적으로 확보하기 위해서 본 발명은 상기 단부확장블록(310)의 외측면(A1)과 지지턱(210)의 수직외측면(A11) 사이와 단부확장블록(310)의 저면과 지지턱(210)의 상면(A21) 사이에는 탄성패드(220)를 설치하게 된다.
또한 상기 단부확장블록(310)의 외측면(A11)에 있어 중립축(C) 주위에는 특히 강체패드(230)를 설치하는데 이는 중립축으로부터 전달되는 하중의 크기가 가장 크기 때문에 이를 완충시켜 반력대(200)의 지지턱(210)을 보호하기 위함이다.
이에 상기 단부확장블록(310)을 경유하여 전달되는 축력(V)은 탄성패드(220), 강체패드(230)를 거처 반력대(200)에 전달된다.
이러한 반력대(200)는 지중에 설치되기 때문에 축력(V)을 지지하면서 반력(R)이 발생하게 된다.
이때 상기 반력(R)을 본 발명은 아치부재의 휨 복원을 위해 사용되므로 반력대(200)의 배면(A3)은 상부로부터 하방으로 갈수록 내측으로 경사지도록 형성되도록 하게 된다.
이에 상기 반력대(200)는 소정의 두께로 형성된 블록체로서 상부 내측에 파여진 홈 형태의 지지턱(210)과, 상기 지지턱과 대향되어 형성된 배면부(A3)는 내측으로 하방경사지도록 형성된 철근콘크리트 블록체로 형성됨을 알 수 있다.
이로서 상기 아치부재(300)에 작용하는 하중(P)은 축력으로 전달되어 단부확장블록(310)에 의하여 분산되는데, 이러한 분산된 축력(V)은 반력대(200)에 의하여 지지되고, 반력대(200)에 작용하는 축력(V)들에 대하여 반력(R)이 발생하게 된다.
이에 상기 반력(R)은 반력대(200) 배면(A3)에 수직으로 작용하게 되며 상기 반력의 수평성분(R1)과 수직성분(R2)으로 구분될 수 있다.
즉, 상기 수평성분(R1)은 단부확장블록(310)의 외측면(A1)에 수직으로 작용하여 아치부재의 중심축을 기준으로 아치부재에 상향력을 발생시키는 상향력 휨 모멘트(M1)로 작용하게 됨을 알 수 있다.
이에 본 발명의 단부확장블록(310)이 형성된 아치부재(300)와 반력대(200)에 의하여 상기 아치부재(300)에는 상향력이 발생됨에 따라 결국 작용 하중(P)에 저항할 수 있게 되어 아치부재(30)의 단면을 최소화시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.
또한 상기 수직성분(R2)은 아치부재(300)의 중심축을 따라 반력대(200)를 전도시키려는 전도모멘트에 저항하는 전도저항 휨 모멘트(M2)로 작용하여 반력대(200)의 안정성을 확보할 수 있게 됨을 알 수 있다.
또한 상기 반력대(200)에 설치되는 양 측벽부(100)는 반력대 하부와 일체화되도록 하여 하방으로 연장되는 철근콘크리트 구조물로 형성될 수 있게 됨을 알 수 있고,
상기 측벽부(100)는 아치부재(300)와 서로 분리되어 있어 아치부재로부터 전달되는 하중을 부담하지 않아 양 측벽부(100)에 작용하는 토압만을 저항하는 부재로 설계가 가능하게 된다.
이에 양 측벽부(100)의 단면크기는 최적화시킬 수 있게 되어 보다 경제적인 아치터널 시공이 가능하게 됨을 알 수 있다.
결국 본 발명의 기하학적 반력은 아치부재(300)의 양 단부에 형성시킨 단부확장블록(310)과 반력대(200)의 연결관계로부터 발생되는 반력(R=R1+R2)을 의미함을 알 수 있다.
[실시예 2에 의한 기하학적 반력을 이용한 아치터널]
도 3a 및 도 3b는 실시예 2에 의한 기하학적 반력을 이용한 아치터널(A)의 사시도를 도시한 것이다.
상기 실시예 2에 의한 아치터널(A)도 양 측벽부(100), 반력대(200) 및 아치부재(300)를 포함한다.
먼저 상기 아치부재(300)를 살펴보면 역시 전체적으로 아치(Arch) 형태의 철근콘크리트 부재로 제작되는데 프리캐스트 방식으로 공장제작 되어 후술되는 반력대(200)에 양 단부가 지지되도록 설치됨은 실시예 1과 동일하다.
즉, 상기 아치부재(300)는 양 단부의 두께가 더 두꺼워지는 형태를 가지도록 단부확장블록(310)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
이러한 단부확장블록(310)은 외측면(A1)이 축력(V)의 작용방향과 수직면을 이루도록 형성됨을 알 수 있는데 내측으로 경사진 테이퍼링면으로 형성됨을 알 수 있다.
이에 상기 단부확장블록(310)이 아치부재(300) 양 단부에 일체로 형성되면 양 단부 사이의 중립축은 큰 영향이 없으나 역시 단부쪽으로 갈수로 중립축은 하방으로 더 꺽여 단부확장블록(310)의 중앙 하부를 지나 외측면으로 연장되도록 형성된다.
이에 외력에 의한 하중(P)이 작용하면 축력(V)이 중심축을 따라 양 단부로 전달되는데 이와 같이 전달되는 축력(V)은 본 발명의 반력대(200)에 의하여 저항된다.
이때, 상기 반력대(200)는 실시예 1과 달리 반력말뚝 형태로 설치된다.
즉, 상기 단부확장블록(310)의 외측면(A1)과 수직으로 접하여 지지되는 상단부(241) 및 터파기 사면에 하단부가 접하도록 지지되는 하단부(242)로 구성된 반력봉(240) 형태의 반력대(200)가 설치된다.
이에 역시 상기 반력봉(240)은 아치부재(300)로부터 전달되는 중립축을 따라 전달되는 축력(V)을 지지하게 된다.
이때 상기 반력봉(240) 의 하단부에는 죠인트판(243)을 미리 설치하고, 상기 죠인트판(243)을 터파기 사면(B)에 미리 설치한 연결블록(250)과 서로 앵커볼트(244)를 이용하여 서로 고정시키게 된다.
또한 상기 반력봉(240) 의 상단부에는 원스탑죠인트(245)를 체결시키고, 상기 단부확장블록(310)의 외측면에는 원스탑죠인트(245)가 삽입되어 걸려지는 걸림홀(320)을 형성시켜, 간단하게 반력봉(240)의 삽입 설치가 완료될 수 있도록 하게 된다.
이에 도 3b와 같이 아치부재(300)에 작용하는 축력(V)은 아치부재(300)를 따라 중심축을 따라 작용하게 되는데 이러한 중심축에 역시 중심축이 일직선을 이루도록 반력대인 반력봉(240)을 설치하게 되면 상기 축력에 저항하는 반력(R)이 발생하게 된다.
이러한 상기 반력(R)의 수평성분(R1)은 아치부재에 상향력을 발생시키는 상향력 휨 모멘트(M1)로 작용하게 됨을 알 수 있다.
이에 본 발명의 단부확장블록(310)이 형성된 아치부재(300)와 반력대(200)에 의하여 상기 아치부재(300)에는 상향력이 발생됨에 따라 결국 작용 하중(P)에 저항할 수 있게 되어 아치부재의 단면을 역시 최소화시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.
또한 상기 반력(R)의 수직성분(R2)은 실시예 1과 동일하게 아치부재에 작용하는 전도저항 휨 모멘트(M2)로 작용하게 된다.
이로서 역시 반력대(200)에 설치되는 양 측벽부(100)는 아치부재의 하부와 일체화되도록 하여 하방으로 연장되는 철근콘크리트 구조물로 형성될 수 있게 됨을 알 수 있고,
이에 역시 상기 측벽부(100)는 아치부재로부터 전달되는 하중을 거의 부담하지 않아 양 측벽부(100)에 작용하는 토압만을 저한하는 부재로 설계가 가능하게 된다.
이에 양 측벽부(100)의 단면크기는 최적화시킬 수 있게 되어 보다 경제적인 아치터널 시공이 가능하게 됨을 알 수 있다.
역시 본 발명의 기하학적 반력은 아치부재(300)의 양 단부에 형성시킨 단부확장블록(310)과 반력대(200)의 연결관계로부터 발생되는 반력(R=R1+R2)을 의미함을 알 수 있다.
[실시예 3에 의한 기하학적 반력을 이용한 아치터널]
도 4a 및 도 4b는 실시예 3에 의한 기하학적 반력을 이용한 아치터널(A)의 단면도를 도시한 것이다. 이러한 실시예 3은 실시예 2와 대비하여 반력대(200)의 형태가 변형된 것으로서 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
상기 실시예 3에 의한 아치터널(A)도 실시예 2와 같이 양 측벽부(100), 반력대(200) 및 아치부재(300)를 포함한다.
먼저 상기 아치부재(300)를 살펴보면 역시 전체적으로 아치(Arch) 형태의 철근콘크리트 부재로 제작되는데 프리캐스트 방식으로 공장제작 되어 후술되는 반력대(200)에 양 단부가 지지되도록 설치됨은 실시예 2와 동일하다.
즉, 상기 아치부재(300)는 양 단부의 두께가 더 두꺼워지는 형태를 가지도록 단부확장블록(310)이 형성되어 있으며,
이러한 단부확장블록(310)은 외측면(A1)이 축력(V)의 작용방향과 수직면을 이루도록 형성됨을 알 수 있는데 내측으로 경사진 테이퍼링면으로 형성됨을 알 수 있다.
이에 상기 단부확장블록(310)이 아치부재(300) 양 단부에 일체로 형성되면 양 단부 사이의 중립축은 큰 영향이 없으나 역시 단부쪽으로 갈수로 중립축은 하방으로 더 꺽여 단부확장블록의 중앙 하부를 지나 외측면으로 연장되도록 형성된다.
이에 외력에 의한 하중(P)이 작용하면 축력이 중심축을 따라 양 단부로 전달되는데 이와 같이 전달되는 축력(P)은 본 발명의 반력대(200)에 의하여 저항된다.
즉, 상기 반력대(200)는 실시예 1과 유사한 블록 형태로 형성된다. 즉, 단부확장블록(310)의 외측면(A1)과 직접 접하되 내측으로 경사진 테이퍼링면인 내측면(A4), 수평면인 상면(A5) 및 내측으로 하방 경사진 테이퍼링면인 배면(A6) 및 수평면인 저면으로 형성되도록 하게 된다.
이에 상기 반력대(200)에 작용하는 축력(V)에 의하여 기하학적 반력(R)이 발생됨은 실시예 1과 동일하며, 역시
이에 도 4b와 같이 상기 반력(R)은 반력대(200) 배면(A6)에 수직으로 작용하게 되며 상기 반력의 수평성분(R1)과 수직성분(R2)으로 구분될 수 있다.
즉, 상기 수평성분(R1)은 단부확장블록(310)의 외측면(A1)에 수직으로 작용하여 아치부재의 중심축을 기준으로 아치부재에 상향력을 발생시키는 상향력 휨 모멘트(M1)로 작용하게 됨을 알 수 있다.
이에 본 발명의 단부확장블록(310)이 형성된 아치부재(300)와 반력대(200)에 의하여 상기 아치부재(300)에는 상향력이 발생됨에 따라 결국 작용 하중(P)에 저항할 수 있게 되어 아치부재(300)의 단면을 최소화시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.
또한 상기 수직성분(R2)은 아치부재(300)의 중심축을 따라 반력대(200)를 전도시키려는 전도모멘트에 저항하는 전도저항 휨 모멘트(M2)로 작용하여 반력대(200)의 안정성을 확보할 수 있게 됨을 알 수 있다.
이때 도 4a와 같이 상기 아치부재(300)의 단부확장블록(310)과 측벽부(100)에 접하는 부위의 반력대 사이 공간에는 그라우팅(260)을 하여 아치부재와 반력대 및 아치부재가 서로 밀착하여 접하도록 함이 바람직하다.
상기 측벽부(100)는 아치부재(300)와 서로 일체로 형성되어 있음을 알 수 있지만 실제 아치부재로부터 전달되는 하중을 거의 부담하지 않아 양 측벽부(100)에 작용하는 토압만을 저항하는 부재로 설계가 가능하게 된다.
이에 양 측벽부(100)의 단면크기는 최적화시킬 수 있게 되어 보다 경제적인 아치터널 시공이 가능하게 됨을 알 수 있다.
역시 본 발명의 기하학적 반력은 아치부재(300)의 양 단부에 형성시킨 단부확장블록(310)과 반력대(200)의 결합관계로부터 발생되는 반력(R=R1+R2)을 의미함을 알 수 있다.
[ 기하학적 반력을 이용한 아치터널 시공방법]
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 기하학적 반력을 이용한 아치터널 시공방법을 시공순서대로 도시한 것으로서 실시예 1을 기준으로 살펴본다.
먼저, 도 5a와 같이 아치터널(A)을 시공하기 위하여 지반(G)를 터파기 하게 된다. 터파기 된 공간의 저면에 앞서 살펴본 양 측벽부(100)를 서로 횡방향으로 이격 시공하게 된다.
다음으로는 상기 양 측벽부(100)와 일체로 또는 분리(시공상)하여 반력대(200)를 시공하게 된다.
이러한 반력대(200)는 앞서 살펴본 것과 같이 블록 형태로서 소정의 두께로 형성된 블록체로서 상부 내측에 파여진 홈 형태의 지지턱(210)과, 상기 지지턱과 대향되어 형성된 배면부(A3)는 내측으로 하방 경사지도록 형성된 철근콘크리트 블록체로 형성됨을 알 수 있다.
또한 상기 반력대에는 탄성패드(220)와 강체패드(230)를 설치하게 된다.
하는데 이는 중립축으로부터 전달되는 하중의 크기가 가장 크기 때문에 이를 완충시켜 반력대(200)의 지지턱(210)을 보호하기 위함이다.
이와 같은 양 측벽부(100)와 반력대(200)는 종방향으로 연속하여 시공된다.
다음으로 도 5b와 같이 단부확장블록(310)이 양 단부에 형성된 아치부재(300)를 준비하여 미 도시된 크레인 등을 이용하여 반력대(200)에 지지되도록 설치하게 된다.
이로서 상기 단부확장블록(310)은 탄성패드와 강체패드에 의하여 지지되어 시공 시 서로 부딪쳐 파손되지 않게 되며 역시 상기 아치부재(300)는 종방향으로 연속하여 시공된다.
이에 본 발명의 아치터널(A)이 반력대(200)에 의하여 종방향으로 연속 설치되면 도 5c와 같이 아치터널(A)이 매립되도록 뒷채움(복토)하여 시공을 완성시키게 된다.
100: 양 측벽부
200: 반력대
210: 지지턱 220: 탄성패드
230: 강체패드 240: 반력봉
241: 상단부 242: 하단부
243: 죠인트판 244: 앵커볼트
245: 원스탑죠인트
250: 연결블록 260: 그라우팅
300: 아치부재
310: 단부확장블록 320: 걸림홈

Claims (9)

  1. 양 단부의 두께가 양 단부 사이의 두께보다 커지도록 단부확장블록(310)이 양 단부에 형성된 아치부재(300); 상기 아치부재로부터 전달되는 축력과 반대방향으로 작용하는 반력(R)이 발생하도록 아치부재의 양 측방의 지중에 설치된 블록체인 반력대(200); 및 상기 아치부재와 일체로 또는 분리되어 하방으로 연장 형성된 양 측벽부(100);를 포함하여, 상기 반력(R)의 수평성분(R1)은 아치부재의 중심축을 기준으로 아치부재에 상향력을 발생시키는 상향력 휨 모멘트(M1)로 작용하고, 상기 반력(R)의 수직성분(R2)은 아치부재의 중심축을 따라 반력대를 전도시키려는 전도모멘트에 저항하는 전도저항 휨 모멘트(M2)로 작용하도록 하며,
    상기 반력대(200)는 상기 단부확장블록(310)의 외측면(A1)과 수직으로 접하여 지지되는 상단부(241) 및 터파기 사면에 하단부가 접하도록 지지되는 하단부(242)로 구성된 반력봉(240)을 포함하며, 상기 반력봉(240)의 하단부에는 죠인트판(243)을 설치하고, 상기 죠인트판(243)을 터파기 사면(B)에 미리 설치한 연결블록(250)과 서로 앵커볼트(244)를 이용하여 서로 지지시키고, 상기 반력봉(240)의 상단부에는 원스탑죠인트(245)를 체결시키고, 상기 단부확장블록(310)의 외측면에는 원스탑죠인트(245)가 삽입되어 걸려지는 걸림홀(320)을 형성시켜 반력봉(240)의 상단부 삽입 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 기하학적 반력을 이용한 아치터널.
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  6. 아치터널(A)을 시공하기 위하여 지반(G)을 터하기 하고, 터파기 된 공간의 저면에 양 측벽부(100)를 서로 횡방향으로 이격 설치하는 단계;
    아치부재로부터 전달되는 축력과 반대방향으로 작용하는 반력이 발생하도록 아치부재의 양 측방의 지중에 설치된 블록체인 반력대(200);를 양 측벽부(100) 상부 지반에 각각에 설치하는 단계;
    양 단부의 두께가 양 단부 사이의 두께보다 커지도록 단부확장블록이 양 단부에 형성된 아치부재(300)를 양 반력대 사이에 지지되도록 설치하는 단계; 및
    상기 아치터널이 매립되도록 뒷채움(복토)하는 단계;를 포함하며,
    상기 반력대(200)는 상기 단부확장블록(310)의 외측면(A1)과 수직으로 접하여 지지되는 상단부(241) 및 터파기 사면에 하단부가 접하도록 지지되는 하단부(242)로 구성된 반력봉(240)을 포함하며, 상기 반력봉(240)의 하단부에는 죠인트판(243)을 설치하고, 상기 죠인트판(243)을 터파기 사면(B)에 미리 설치한 연결블록(250)과 서로 앵커볼트(244)를 이용하여 서로 지지시키고, 상기 반력봉(240)의 상단부에는 원스탑죠인트(245)를 체결시키고, 상기 단부확장블록(310)의 외측면에는 원스탑죠인트(245)가 삽입되어 걸려지는 걸림홀(320)을 형성시켜 반력봉(240)의 상단부 삽입 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 기하학적 반력을 이용한 아치터널 시공방법.
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