KR101222524B1 - 파형강판을 이용한 프리캐스트 터널구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리캐스트 터널구조물에 관한 것으로서, 기초옹벽과, 상기 기초옹벽의 상부에 설치되는 복수의 프리캐스트 콘크리트 아치패널을 포함하고, 상기 기초옹벽의 상부면에는 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널을 수용하는 홈이 형성되어 있고, 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 끝단면으로부터 외측을 향하여 돌출되어 형성되며, 상기 홈에 삽입되는 돌출부와, 상기 파형강판의 길이방향을 따라 상기 파형강판의 산 부분에 설치되는 보강재와, 상기 콘크리트층에 삽입되어 상기 프리캐스트 아치패널에 긴장력을 가하는 프리스트레스 강선과, 상기 파형강판의 산과 골에 반대되는 방향으로 골과 산이 배치되어 상기 프리스트레스 강선을 수용하여 보호하는 보조 파형강판을 더욱 구비하여, 파형강판을 이용하여 프리캐스트 콘크리트 아치 패널을 마련함으로써, 프리캐스트 패널의 제조에 파형강판을 거푸집 대용으로 사용하여 거푸집의 제조에 소요되는 비용을 절감할 수 있고, 기초옹벽에 홈을 형성하고, 상기 홈에 프리캐스트 콘크리트 아치 패널의 돌출부를 수용함으로써 프리캐스트 콘크리트 아치패널과 기초옹벽을 간단하고 안전하게 접합할 수 있으므로, 프리캐스트 콘크리트 아치패널과 기초옹벽과의 이음부의 시공을 안전하고도 간단하게 완료할 수 있다.

Description

파형강판을 이용한 프리캐스트 터널구조물{PRECAST TUNNEL STRUCTURE USING CORRUGATED MULTI PLATE}

본 발명은 프리캐스트 터널구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파형강판을 이용하여 프리캐스트 아치 패널을 형성하고, 프리캐스트 아치 패널과 터널의 기초벽 단부와의 이음부를 강화하여 간단하게 시공하면서도 이음부의 성능을 향상시킬 수 있는 파형강판을 이용한 프리캐스트 터널 구조물에 관한 것이다.

일반적으로, 새로운 고속도로나 국도, 철로 등의 건설에는 평지뿐만 아니라 산악지역을 거치는 경우가 많고, 특히 산악지역이 많은 경우에는 자연환경적인 문제나 시공비용의 문제 등으로 인하여 산악을 절개하지 않고 터널 등을 굴착하여 도로를 개설하는 경우가 많다.

굴착시공되는 터널은 발파 등에 의해 굴착된 터널의 암벽면에 쇼트크리트를 시공한 후 락볼트 등을 매립하고 쇼트크리트의 표면에 다시 방수공사를 하고 라이닝 콘크리트층을 타설함으로써 터널시공을 완료한다.

최근에는 시공의 편이성과 경제성 등을 고려하여, 도 1에 나타낸 바와 같이, 파형강판을 이용하여 터널을 시공하는 경우가 많다. 파형강판은 금속판에 파형의 굴곡을 성형하여 형상강도를 높인 것으로, 여타 콘크리트 제품에 비해 사용이 간편하고 제조비용이 저렴한 장점이 있다. 따라서 일반적인 아치형의 구조물뿐만 아니라, 제방의 수로나 터널의 지지체와 같이 반원형의 구조물로도 제작되어 사용되고 있다.

상술한 파형강판을 이용하여 터널에 구조물을 설치하는 경우, 공장에서 대량 생산된 일정 길이의 파형강판을 인접한 파형강판들의 가장자리를 서로 겹쳐지도록 배치하여 볼트 등의 체결구를 이용하여 고정하고 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 터널 하부에 기초옹벽 거푸집을 설치하고 옹벽철근을 배근한 후에 앵커(2)를 옹벽철근에 고정시킨다. 그런 다음, 상기 앵커 및 상기 옹벽철근에 베이스 채널을 체결한 후 콘크리트를 주입하여 경화시키고, 그런 다음 터널의 굴착면에 시공된 파형강판(4)을 파형강판의 하부에서 볼트 및 너트 결합에 의해 상기 베이스 채널에 체결고정한다. 그런 다음, 터널 상부에 뒷채움을 하고 다짐을 하여 터널시공을 완료한다.

그러나, 도 2에 나타낸 바와 같은 파형강판에 의한 터널구조물의 경우에는, 파형강판의 하부에 설치되는 기초옹벽의 시공은 물론, 기초옹벽과 파형강판과의 접합을 위한 앵커볼트, 베이스 채널 등의 시공에 시간이 많이 소요되고, 베이스 채널 및 앵커볼트의 설치에 오차가 발생한 경우, 파형강판과의 접합이 불량해지고 이를 수정하기 위한 작업에 많은 비용과 시간이 소요된다고 하는 문제점이 있었다.

한편, 최근에는 공장에서 미리 제조한 원호형 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용하여 현장에서 순차적으로 설치하여 터널을 시공하는 방법이 이용되고 있다.

그러나, 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용하여 터널을 시공하는 경우, 프리캐스트 패널끼리의 연결 접합 부분에서 접합강도에 문제가 많고, 특히 프리캐스트 패널과 기초옹벽과의 접합 부분의 시공에 많은 비용과 시간이 소요되며, 접합부분에서의 접합강도에 문제가 많았다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 파형강판을 이용하여 프리캐스트 콘크리트 아치 패널을 마련하여 프리캐스트 패널의 제조에 파형강판을 거푸집 대용으로 사용하여 거푸집의 제조에 소요되는 비용을 절감하고, 프리캐스트 콘크리트 아치 패널을 이용하여 터널구조물을 시공할 때에, 프리캐스트 콘크리트 아치패널과 기초옹벽과의 이음부의 시공을 안전하고도 간단하게 완료할 수 있는 터널구조물을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 파형강판을 이용한 프리캐스트 터널구조물은, 터널의 길이방향으로 배치되는 양측의 기초옹벽과, 상기 기초옹벽의 상부에 설치되는 복수의 프리캐스트 콘크리트 아치패널을 포함하는 터널 구조물에 있어서,

상기 프리캐스트 콘크리트 아치 패널은 터널의 폭 방향을 따라 원호형상으로 굴곡져 형성된 파형강판과, 상기 파형강판의 상부에 충진되는 콘크리트층과, 상기 콘크리트층에 삽입되어 배근되는 철근으로 구성되고,

상기 기초옹벽의 상부면에는 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널을 수용하는 홈이 형성되어 있고,

상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 끝단면으로부터 외측을 향하여 돌출되어 형성되며, 상기 홈에 삽입되는 돌출부를 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 홈은 터널의 길이방향을 따라 상기 기초옹벽의 상부면에 일정간격 이격되어 형성되고, 상기 돌출부는 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 폭방향을 따라 상기 홈에 상응하는 간격으로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 홈은 터널의 길이방향을 따라 상기 기초옹벽의 상부면에 연속되어 형성되어 있고, 상기 돌출부는 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 폭방향을 따라 연속되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 기초옹벽의 상부를 두께방향으로 관통하는 제 1 체결홀이 형성되어 있고, 상기 돌출부에는 상기 돌출부를 관통하여 형성되며 상기 제 1 체결홀에 연결되는 제 2 체결홀이 형성되어 있고,

상기 제 1 체결홀과 상기 제 2 체결홀에 삽입되는 체결부재를 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널은, 상기 파형강판의 길이방향을 따라 상기 파형강판의 산 부분에 설치되는 보강재를 더욱 구비하며, 상기 보강재는 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널에 배근되는 철근이 관통하기 위한 복수의 관통구멍이 형성된 1자 형상의 빔인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널에는 정착구와, 상기 정착구에 체결되며 상기 콘크리트층에 삽입되어 상기 프리캐스트 아치패널에 긴장력을 가하는 프리스트레스 강선을 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널은 상기 파형강판의 산과 골에 반대되는 방향으로 골과 산이 배치되어 상기 프리스트레스 강선을 수용하여 보호하는 보조 파형강판을 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 정착구는 복수 개 마련되고, 상기 복수의 정착구는 상기 터널구조물의 폭 방향을 따라 서로 다른 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성을 가지는 본 발명에 의한 터널 구조물에 의하면, 파형강판을 이용하여 프리캐스트 콘크리트 아치 패널을 마련함으로써, 프리캐스트 패널의 제조에 파형강판을 거푸집 대용으로 사용하여 거푸집의 제조에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

또한, 기초옹벽에 홈을 형성하고, 상기 홈에 프리캐스트 콘크리트 아치 패널의 돌출부를 수용함으로써 프리캐스트 콘크리트 아치패널과 기초옹벽을 간단하고 안전하게 접합할 수 있으므로, 프리캐스트 콘크리트 아치패널과 기초옹벽과의 이음부의 시공을 안전하고도 간단하게 완료할 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래 기술을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 터널구조물을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 A부분의 상세도이다.
도 5a는 본 발명의 기초옹벽의 상부단면도, 도 5b는 그 사시도이다.
도 6은 본 발명의 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 단부의 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 4의 B-B 단면도이다.
도 9는 본 발명의 보강재를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 프리스트레스 강선을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 C-C 단면도이다.
도 12는 본 발명의 복수의 정착구를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 파형강판을 이용한 터널구조물에 대하여 실시예로써 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 12에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 프리캐스트 터널 구조물(1)은 기초옹벽(10)과, 프리캐스트 콘크리트 아치패널(20)을 포함하여 구성된다.

상기 기초옹벽(10)은 상기 터널구조물(1)이 설치되는 바닥에 세워 설치되고, 터널의 길이방향을 따라 양측에 설치되며, 내부에는 주근과 배력근 등 다수의 철근이 배근되어 있다.

상기 기초옹벽의 상부면에는 홈(11)이 형성된다. 상기 홈(11)에는 후술하는 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 돌출부가 삽입되어 체결되며, 상기 홈(11)은 상기 기초옹벽의 상부의 내외측면 끝단으로부터 일정 거리의 위치에 형성된다.

상기 홈(11)은, 본 실시예에 있어서는 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 터널구조물의 터널의 길이방향을 따라 상기 기초옹벽의 상부면에 일정간격 이격되어 형성된 것을 예로 하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 터널의 길이방향을 따라 상기 기초옹벽의 상부면에 연속되어 형성되는 홈(11a)으로 구성될 수도 있다.

상기 기초옹벽의 상부에는 상기 홈의 깊이 내의 위치에 상기 기초옹벽의 상부를 두께방향으로 관통하는 제 1 체결홀(12)이 형성되어 있다.

상기 기초옹벽에 체결되는 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널(20)은, 파형강판(21)과, 콘크리트층(23)과 상기 콘크리트층 내부에 배근되는 철근(22)으로 구성된다.

상기 파형강판(21)은 상기 터널구조물의 폭 방향을 따라 원호형상으로 굴곡져 형성되어 있다. 상기 파형강판(21)을 이용하여 상기 프리캐스트 콘크리트 아치 패널을 제조하기 때문에, 공장에서 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널을 제조할 때에 상기 파형강판(21)을 바닥 거푸집 대용으로 사용하여 양측면의 거푸집만을 제조하여 설치하면 되므로 거푸집의 설치에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.

상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 끝단면에는 외측을 향하여 돌출되어 형성되는 돌출부(30)가 더욱 마련된다. 상기 돌출부(30)는 상기 기초옹벽의 상부면에 형성된 상기 홈(11)에 삽입되며, 상기 돌출부(30)의 크기는 상기 홈(11)의 크기에 상응하도록 형성된다.

상기 돌출부(30)은, 본 실시예에 있어서는 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 폭방향을 따라 일정간격 이격되어 형성된 것을 예로 하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 폭방향을 따라 연속되어 형성되는 돌출부(30')로 구성할 수도 있다.

상기 돌출부(30, 30')에는 상기 돌출부를 관통하여 형성되는 제 2 체결홀(31, 31')이 형성된다. 상기 제 2 체결홀(31, 31')은 상기 기초옹벽에 상기 프리캐스트 아치패널을 체결하였을 때에 상기 제 1 체결홀과 연통되도록 상기 돌출부의 끝단으로부터 일정거리만큼의 내측에 형성된다.

또한, 상기 제 1 체결홀과 상기 제 2 체결홀을 관통하여 삽입되는 체결부재(40)를 더욱 구비한다. 상기 체결부재(40)는 상기 제 1 체결홀 및 상기 제 2 체결홀에 삽입되는 볼트와 너트 등으로 구성될 수 있으며, 상기 홈 및 상기 돌출부에 전단키로서의 역할을 하여 정착을 용이하게 하고, 모멘트 커넥션을 강화하도록 구성된다.

상기한 바와 같이, 상기 기초옹벽(10)의 상단에 형성된 홈을 구비함으로써, 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널을 접합할 때에 상기 홈에 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 돌출부를 삽입하기만 하면 되므로, 상기 아치패널이 탈락하거나 하는 것을 방지할 수 있고, 그 상태로 후속 공정의 시공이 가능하게 되므로 시공이 보다 간단하고 용이하게 된다.

한편, 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널(20)에는 보강재(50)를 더욱 설치할 수 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 보강재(50)는 상기 파형강판의 길이방향을 따라 상기 파형강판의 산 부분에 용접 등의 방법에 의해 세워 설치된다. 본 실시예에 있어서, 상기 보강재(50)는 1자 형상의 철제 빔으로 구성되고, 상기 보강재에는 복수의 관통구멍(51)이 형성되고, 상기 복수의 관통구멍을 관통하여 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널에 배근되는 철근(22a)이 삽입관통하도록 구성된다. 상기 보강재를 설치함으로써, 상기 보강재가 전단키로서의 기능을 할 뿐만 아니라, 상기 철근과 상기 파형강판과의 기계적 결합력을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널(20)에는 프리스트레스 강선을 더욱 설치할 수 있다. 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널(20)의 양측 끝단부근의 상부면에는 정착구(24)를 설치하고, 상기 정착구(24)에 프리스트레스 강선(25)을 연결하여 상기 프리스트레스 강선에 도입된 긴장력에 의해 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널에 인장력을 가하고, 이에 따라 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널에 작용하는 하중과 상쇄되도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널은 보조 파형강판(60)을 더욱 구비할 수 있다. 상기 보조 파형강판(60)은 파형강판을 일정길이로 잘라 낸 다음, 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 하부에 설치되는 상기 파형강판의 산(21a)과 골(21b)에 반대되는 방향으로 골(60a)과 산(60b)이 배치한 용접 또는 볼트 등의 방법에 의해 상기 파형강판(21)에 접합되도록 구성된다. 상기 보조 파형강판(60)을 마련함으로써, 상기 파형강판(21)과 상기 보조 파형강판(60)에 의해 형성된 공간에 상기 프리스트레스 강선(25)이 지나가도록 구성함으로써 상기 프리스트레스 강선을 보호함과 동시에 상기 보조 파형강판(60)에 의해 상기 프리스트레스 강선이 전체 길이의 중간부근에서 더욱 지지됨으로써 상기 강선에 도입된 프리스트레싱력을 더욱 강화시킬 수 있다.

또한, 상기 정착구(24)는 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널(20)의 상부면을 따라 길이방향으로, 즉 상기 터널구조물의 폭 방향을 따라 복수 개 마련하고, 상기 복수의 정착구의 위치를 서로 달리 구성함으로써, 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널을 복수 개 연결하여 터널을 구성할 때에, 프리캐스트 콘크리트 아치 패널의 설치 위치에 따라 서로 다른 프리스트레싱력을 도입할 수 있도록 구성된다.

본 실시예는 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.

1 : 터널 구조물
10 : 기초옹벽
11 : 홈
20 : 프리캐스트 콘크리트 아치패널
30 : 돌출부
40 : 체결부재

Claims (8)

1. 터널의 길이방향으로 배치되는 양측의 기초옹벽과, 상기 기초옹벽의 상부에 설치되는 복수의 프리캐스트 콘크리트 아치패널을 포함하는 터널 구조물에 있어서,
   상기 프리캐스트 콘크리트 아치 패널은 터널의 폭 방향을 따라 원호형상으로 굴곡져 형성된 파형강판과, 상기 파형강판의 상부에 충진되는 콘크리트층과, 상기 콘크리트층에 삽입되어 배근되는 철근으로 구성되고,
   상기 기초옹벽의 상부면에는 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널을 수용하는 홈이 형성되어 있고,
   상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 끝단면으로부터 외측을 향하여 돌출되어 형성되며, 상기 홈에 삽입되는 돌출부를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 파형강판을 이용한 프리캐스트 터널구조물.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 홈은 터널의 길이방향을 따라 상기 기초옹벽의 상부면에 일정간격 이격되어 형성되고,
   상기 돌출부는 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 폭방향을 따라 상기 홈에 상응하는 간격으로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 파형강판을 이용한 프리캐스트 터널구조물.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 홈은 터널의 길이방향을 따라 상기 기초옹벽의 상부면에 연속되어 형성되어 있고,
   상기 돌출부는 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널의 폭방향을 따라 연속되어 형성되는 것을 특징으로 하는 파형강판을 이용한 프리캐스트 터널구조물.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기초옹벽의 상부를 두께방향으로 관통하는 제 1 체결홀이 형성되어 있고, 상기 돌출부에는 상기 돌출부를 관통하여 형성되며 상기 제 1 체결홀에 연결되는 제 2 체결홀이 형성되어 있으며,
   상기 제 1 체결홀과 상기 제 2 체결홀에 삽입되는 체결부재를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 파형강판을 이용한 프리캐스트 터널구조물.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널은 상기 파형강판의 길이방향을 따라 상기 파형강판의 산 부분에 설치되는 보강재를 더욱 구비하며,
   상기 보강재는 상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널에 배근되는 철근이 관통하기 위한 복수의 관통구멍이 형성된 1자 형상의 빔인 것을 특징으로 하는 파형강판을 이용한 프리캐스트 터널구조물.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널에는 설치되는 정착구와,
   상기 정착구에 체결되며 상기 콘크리트층에 삽입되어 상기 프리캐스트 아치패널에 긴장력을 가하는 프리스트레스 강선을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 파형강판을 이용한 프리캐스트 터널구조물.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 프리캐스트 콘크리트 아치패널은 상기 파형강판의 산과 골에 반대되는 방향으로 골과 산이 배치되어 상기 프리스트레스 강선을 수용하여 보호하는 보조 파형강판을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 파형강판을 이용한 프리캐스트 터널구조물.
   
8. 제 6 항에 있어서, 상기 정착구는 복수 개 마련되고, 상기 복수의 정착구는 상기 터널구조물의 폭 방향을 따라 서로 다른 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 파형강판을 이용한 프리캐스트 터널구조물.
   
   
   
   

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