KR101242206B1 - 터널 붕락 방지구 - Google Patents

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KR101242206B1
KR101242206B1 KR1020110094586A KR20110094586A KR101242206B1 KR 101242206 B1 KR101242206 B1 KR 101242206B1 KR 1020110094586 A KR1020110094586 A KR 1020110094586A KR 20110094586 A KR20110094586 A KR 20110094586A KR 101242206 B1 KR101242206 B1 KR 101242206B1
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박이근
(주)지오알앤디
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Abstract

터널굴착 공사의 측벽 붕괴를 방지하기 위하여 설치되는 강지보재를 떠받치는 터널 붕락방지구(200)에 있어서, 터널측벽에 삽입되는 락볼트(210); 강지보재 (110)의 양측 단부를 받침부(231)에서 떠받치면서 상기 강지보재와 체결되며, 상기 받침부의 양측 방향으로는 절곡부(232a,232b)가 형성되어 상기 락볼트를 절곡부 (232a,232b)로 수용하는 지지대(230); 상기 절곡부(232a,232b) 내부와 연통된 가이드판구멍(221)이 형성되어, 상기 락볼트(210)를 락볼트가이드판구멍(221)으로 수용하며, 상기 락볼트가이드판구멍 (221)이 형성된 부위가 절곡되어, 상기 지지대 (230)의 절곡부(232a,232b) 내부로 인입될 수 있도록 형성된 락볼트가이드판(220);을 포함하는 것을 특징으로 하는 터널붕락방지구.

Description

터널 붕락 방지구{APPARATUS FOR PREVENTING TUNNEL-CAVING IN}
본 발명은 터널 굴착 공사에서 터널 굴착면의 붕락을 방지하기 위한 강지보공 하단부를 지지함과 동시에, 터널 측벽으로부터 강지보공에 가해지는 측압을 견뎌낼 수 있는 터널 붕락 방지에 관한 것이다.
터널 굴착공사에서 있어서, 터널 막장면의 안정성 확보를 위해서 통상적으로 강관다단그라우팅 또는 포아풀링 등의 보조 공법을 시공하고 터널 굴진 후에는 터널면에 1차 숏크리트 타설, 와이어 메쉬 설치, 강지보공 설치 및 2차 숏크리트 타설을 순차적으로 행하게 된다.
이러한 과정에서 지반 불량 혹은 과굴착이 원인이 되어 강지보공의 지지력이 부족하게 되거나, 터널 측면으로부터 가해지는 측압이 과다하게 되면, 터널의 측면부가 터널 굴착 공간 안으로 밀려들어 오면서, 터널 상반과 측벽이 붕괴되는 사고가 자주 발생되곤 하였다. (도 1 참조)
이러한 현상을 방지하기 위해서 종래에는, 터널 상반부 굴착 바닥면에 '가설인버터 콘크리트'를 타설하여 터널 측벽에서 가해지는 측압에 대응하는 것이 보편적인 방법이었다.
하지만, 가설인버터 콘크리트 타설에는 여러 가지 문제점이 있었다.
즉, 가설인버터 콘크리트를 타설한 후 그 콘크리트가 굳기 전까지는, 터널 측압에 견뎌낼 수 있지 못하며, 콘크리트가 굳은 후에라도, 터널 하반부 굴착을 하기 위해서는 가설인버트 콘크리트를 파괴 및 제거해야 하므로, 이 시점 이후에는 터널 측압에 의해 터널 측벽부가 다시 거동하게 되는 문제점이 있었다.
또한 터널붕락 방지구에 채움재홀이 마련되지 않아서 구조물의 견고성이 확보되기 힘들었고, 락볼트를 터널 측벽에 삽입시 락볼트수용구멍(락볼트가이드판 구멍) 이 좁아 작업성이 낮은 단점이 있었다.
본 발명은 종래 터널 굴착 작업에서의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 종래 터널 측압에 대비하여 터널 바닥면에 넓은 영역에 걸쳐 시공 되던, 가설인버터 콘크리트 타설 공사 자체가 불필요한 터널 붕락 방지구를 제공하는 것이다.
아울러, 가설인버터 콘크리트 타설공사에 수반되던, 시간적 손실 및 경제적 비용을 줄일 수 있는 것을 본 발명의 목적으로 한다.
둘째, 터널 측벽으로부터 가해지는 측압에 효과적으로 대응하면서도, 설치가 매우 용이한 터널 붕락방지구를 제공하는 것이다.
세째, 터널 붕락 방지구의 높이를 상승시켜 천공, 그라우팅 및 붕락 방지구 설치 작업이 보다 수월하도록 하며, 락볼트를 터널 측벽에 삽입하는 위치 선정이 보다 자유로와서 생산성을 현저히 상승시킬 수 있는 터널 붕락 방지구를 제공하는 것이다.
아울러, 붕락 방지구 설치 작업이 용이한 형상으로 천공홀(가이드판 구멍)을 구비하며, 지지대 내부에도 콘크리트 주입을 위한 채움재홀이 마련되도록 하여 붕락 방지구의 견고성을 향상시킬 수 있는 터널 붕락 방지구를 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결수단은 다음과 같다.
터널굴착 공사의 측벽 붕괴를 방지하기 위하여 설치되는 강지보재를 떠받치는 터널 붕락방지구(200)에 있어서, 터널측벽에 삽입되는 락볼트(210);
강지보재(110)의 양측 단부를 받침부(231)에서 떠받치면서 상기 강지보재와 체결되며, 상기 받침부의 양측 방향으로는 절곡부(232a,232b)가 형성되어 상기 락볼트를 절곡부(232a,232b)로 수용하는 지지대(230);
상기 절곡부(232a,232b) 내부와 연통된 가이드판구멍(221)이 형성되어, 상기 락볼트(210)를 락볼트가이드판구멍(221)으로 수용하며, 상기 락볼트가이드판구멍 (221)이 형성된 부위가 절곡되어, 상기 지지대(230)의 절곡부(232a,232b) 내부로 인입될 수 있도록 형성된 락볼트가이드판(220); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 절곡부 (232a,232b)일측에는 절곡부 내부공간을 메우기 위한 채움재홀(233,234)이 더 구비되는 것을 특징으로 하며, 상기 받침부(231)로부터 절곡부 상면까지의 높이(H:절곡부내측높이)가, 상기 절곡부의 절곡된 단부의 높이(T:절곡부외측높이)보다 높게 형성하여, 터널붕락방지구 설치 작업이 보다 용이하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 락볼트가이드판(220)에 형성된 락볼트가이드판구멍(221)에 락볼트 삽입이 용이하도록, 락볼트가이드판구멍 폭(b)이 락볼트가이드판구멍높이(r)보다 더 큰 형상이어서, 락볼트를 터널 측벽에 삽입하는 작업이 보다 용이하도록 한다.
상기 절곡부(232a,232b)는 상부가 덮힌 반원형 또는 다각형 형태로 절곡되며, 상기 락볼트가이드판(220)의 락볼트가이드판구멍(221)이 형성된 부위의 절곡된 부분도 상기 절곡부에 대응한 형상과 크기로 형성되어져, 상기 절곡부 내부에 함입될 수 있도록 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시하기 위한 구체적인 내용 부분에서 보다 자세한 바람직한 실시예에 대한 구체적인 설명을 한다.
본 발명의 효과를 요약하면 다음과 같다.
첫째, 종래 터널 측압에 대비하여 터널 바닥면에 넓은 영역에 걸쳐 시공 되던, 가설인버터 콘크리트 타설 공사 자체가 불필요한 이점이 있으며, 아울러, 가설인버터 콘크리트 타설공사에 수반되던, 시간적 손실 및 경제적 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
둘째, 터널 측벽으로부터 가해지는 측압에 효과적으로 대응하면서도, 락볼트를 수용, 안내하는 지지대와 락볼트가이드판의 구조가 매우 간단하여 터널붕락방지구 설치 작업이 매우 용이하고 설치시간이 현저히 단축된다.
특히, 터널 붕락 방지구의 높이를 지면으로부터 일정 거리 상승시켜 천공, 그라우팅 및 붕락 방지구 설치 작업이 보다 수월하며, 생산성을 현저히 상승시킬 수 있다.
또한 가이드판 구멍이 광폭으로 구비되어, 락볼트를 터널 측벽에 삽입시키는 작업 또한 매우 용이하며, 터널 측벽에 락볼트를 삽입시킬 수 있는 위치 선정이 보다 자유로운 이점이 있다.
세째, 지지대 내부에도 콘크리트 주입을 위한 채움재홀이 마련되도록 하여 붕락 방지구의 견고성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 가설인버터콘크리트 타설 시공방법을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 터널붕락방지구가 설치되는 위치를 설명하기 위한 도면,
도 3은 강지보재가 터널 바닥면을 중심으로 아치 형상을 이루며 터널 바닥면의 상부, 하부에 설치되며, 본 발명의 터널붕락방지구가 그 사이에 체결되는 장면을 설명하기 위한 개략도.
도 4는 본 발명의 터널붕락방지구와 강지보재가 체결된 상태의 사시도,
도 5는 도 4의 분해 사시도,
도 6은 도 4의 A 방향으로부터 바라 본 사시도,
도 7은 도 5의 터널붕락방지구(200)를 B 방향으로부터 바라 본 사시도,
도 8은 도 7의 분해 사시도,
도 9는 도 4의 강지보재(110)만을 분리하여 C방향으로부터 바라 본 사시도,
도 10은 도 8의 지지대(230)의 절곡부(232a)의 내측 및 외측 높이를 설명하기 위한 도면,
도 11은 도 8의 락볼트가이드판(220)의 정면도로서, 락볼트 가이드판 구멍(221)의 형상을 설명하기 위한 도면,
도 12 내지 도 13은 각각 도 4의 구조물을 연결부재에 의해 상호 연결하기 위한 다른 실시예를 보이는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.
다만 본 발명의 기술적 사상은 이하의 실시예에 국한되는 것은 아니며, 청구항으로부터 파악되는 균등 발명 수준의 여하한 발명은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 것을 미리 밝혀둔다.
통상적인 터널 굴착 및 강지보재 설치과정을 간단히 살펴보면, 우선 막장안정용 강관다단그라우팅 작업을 한 뒤, 터널 상반부를 굴착하며, 이어서 1차 숏크리트 및 와이어 메쉬를 설치한다.(미도시)
그 다음 도 1과 같이, 터널 굴착면(100)을 따라서 강지보재(110, 도 2 참조)들을 일정 간격을 두면서 설치하게 된다. 도 2에서는 H형강의 강지보재(110)를 도시하고 있으나, 격자형 강지보재를 설치할 수도 있다.
강지보재(110) 설치 후에는 2차 숏크리트를 설치하며, 이어서 도 1의 바닥면과 같은 가설인버터콘크리트(150) 타설 작업을 하게 된다.
터널의 측벽 하단부에서는 도 1의 A 및 A' 방향의 측압이 강지보재(110) 쪽으로 가해지게 되는데, 가설인버터콘크리트(150)는 이러한 측압에 저항하는 힘을 발휘하도록 하여, 강지보재(110)가 터널 안쪽으로 밀려남에 따른 터널 붕괴 사고를 막기 위한 작업이다.
하지만, 상술한 바와 같이 가설인버터콘크리트(150)를 타설한 후, 그 콘크리트가 굳기 전까지는, 터널 측압에 견뎌낼 수 있지 못하여 터널 붕괴의 우려가 남아 있으며, 콘크리트가 굳은 후에라도, 터널 하반부 굴착을 하기 위해서는 가설인버트 콘크리트(150)를 파괴 및 제거해야 하므로, 이 시점 이후에는 터널 측압에 의해 터널 측벽부가 다시 거동하게 되는 문제점이 있었다.
게다가 가설인버터콘크리트(150)는 터널 바닥면(155) 넓은 영역에 걸쳐 행하여 지기 때문에, 시간적, 경제적 비용이 많이 발생되는 문제점이 있었다.
도 2는 본 발명의 터널붕락방지구(200)가 설치되는 위치를 설명하기 위한 개략적인 도면이고, 도 3은 강지보재(110,111)가 터널 바닥면(155)을 중심으로 아치 형상을 이루며 각각 터널 바닥면의 상부, 하부에 설치되며, 본 발명의 터널붕락방지구(200)가 그 사이에 체결되는 장면의 개략도이다.
터널붕락방지구(200)의 상세 그림은 도 3 이후에 도시되어 있으며, 도 2의 터널붕락방지구(200)는 단순히 네모로 간략히 그 위치만을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 터널붕락방지구와 강지보재가 체결된 상태의 사시도이고 도 5는 도 4의 분해 사시도이다.
먼저, 개괄적인 본 발명의 터널붕락방지구(200)의 구조와 기능을 살펴보면 다음과 같다
즉 도 2, 도 7 및 도 8에서와 같이 본 발명의 터널붕락방지구(200)는 구성요소는 크게 터널측벽을 관통하며 삽입되는 락볼트(210)와, 이러한 락볼트를 가이드하는 락볼트가이드판(220) 및 강지보재(110)를 떠받침과 동시에 락볼트를 수용하는 지지대(230)를 포함한다. 이때 강지보재는 도 2의 H형강 강지보재 이외에도 격자형 강지보재를 사용할 수도 있음은 물론이다.
터널측벽고정부(240)와 그 외곽에 결합된 돌출비트(241)는 락볼트(210)와 함께 터널측벽내에 삽입되는 것이지만, 본 발명의 필수적 구성요소는 아니며, 필요에 따라 채택할 수 있다.
도 2에서 도시된 그림의 강지보재(110,111)와 본 발명의 터널붕락방지구 (200)가 만나는 부위의 결합 상세도는 도 4 및 그 분해도인 도 5 에서 쉽게 파악할 수 있는데, 강지보재의 각각의 체결판(115,116)은 터널붕락방지구(200) 중심의 바닥판에 해당하는 받침부(231)와 접촉되면서 소정의 체결수단에 의해 체결된다.
터널로부터 가해지는 압력에 본 발명 붕락방지구(200)가 견디는 원리를 설명하면 다음과 같다. 즉, 강지보재(110)가 받침부(231)와 체결된 후에는, 터널 측벽으로부터 압력을 받게 되는데, 이때 락볼트가이드판(220) 부분에 관통되어 있는 락볼트(210)가 터널 측벽에 단단히 삽입되어 있어서 밖으로 빠져 나오지 않음으로써 터널 측벽으로부터의 토압(土壓)에 대응하게 되는 것이다.
바람직하게는 받침부의 체결홀(238)과 체결판(115,116)의 체결홀(118, 도 9 117 참조)이 연통되어 볼트 및 너트 수단으로 강지보재(110,111)와 받침부(231)를 결합한다. 참고적으로 도 9는 도 4의 강지보재(110)만을 분리하여 C방향으로부터 바라 본 사시도이다.
한편, 도 6은 도 4의 A 방향으로부터 바라 본 사시도이다.
도 7 내지 도 11을 참조하며, 본 발명의 구성을 보다 상세히 설명한다.
도 7은 도 5의 터널붕락방지구(200)를 B 방향으로부터 바라 본 사시도이고 도 8은 도 7의 분해 사시도이며, 도 10은 도 8의 지지대(230)의 절곡부(232a)의 내측 및 외측 높이를 설명하기 위한 도면이고 도 11은 도 8의 락볼트가이드판(220)의 정면도로서, 락볼트 가이드판 구멍(221)의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 지지대(230)는 편평한 형태의 받침부(231)와 그 양 옆으로 상방을 향해 'ㄷ'자 형태로 절곡된 부분인 절곡부(232a,232b)로 구성된다. 상술된 바와 같이, 절곡부 내부로는 락볼트(210) 두 개가 각각 관통하며, 받침부(231)의 위 아래에는 강지보재(110,111)의 체결판이 결합된다. (도 6)
상기 절곡부(232a,232b)는 도 8에 도시된 것과는 다른 기하학적인 형상으로 구비될 수도 있다. 즉 다각형 형태 이외에도 원형과 유사하게 절곡될 수도 있는 것이다.
락볼트가이드판(220)의 형상도 이러한 절곡부(232a,232b)의 절곡된 부위에 일부 삽입될 수 있는 형상과 크기로 형성되어야 한다. 즉 락볼트가이드판(220)의 일측에도 절곡되어 돌출된 부위가 있으며 여기에 락볼트가이드판구멍(221)이 형성되어 있다. 락볼트가이드판구멍(221)으로 락볼트(210)를 삽입시키게 되며, 지지대의 절곡부(232a,232b) 내부를 통과하여 결국 터널 측벽으로 락볼트(210)가 삽입 고정되는 것이다.
도 7을 참조하면, 지지대(230)의 절곡부 (232a,232b) 일측에는 절곡부 내부공간을 메우기 위한 채움재홀(233,234)가 더 구비된다. 상기 절곡부 (232a, 232b)의 꺾어진 내부 공간을 메우지 않으면 락볼트(210)이 고정되어 있기가 힘들며, 좌우로 다소 변위를 일으킬경우 터널붕락방지구의 견고성이 보장되지 않기 때문에 채움재홀(233,234) 내부로 그라우팅 작업을 하여 콘크리트로 메우는 것이 바람직하다. 당업자 수준에서 콘크리트 이외의 재료를 채움재로 사용할 수도 있을 것이다.
도 10을 참조하면, 받침부(231)로부터 절곡부(232a,232b) 상면까지의 높이(H:절곡부내측높이)가, 상기 절곡부의 절곡된 단부의 높이(T:절곡부외측높이)보다 높게 형성된 것을 파악할 수 있다. 이러한 구조는 터널 굴착 작업을 하는 작업자의 인체를 고려한 인체공학적 구조이다.
즉, 받침부(231)로부터 절곡부 상면까지의 높이(H:절곡부내측높이)를 높일 경우, 락볼트가이드판(도 8, 220)과 락볼트(210)을 지지대(도 10, 230)에 체결하는 작업자는 허리를 덜 숙여도 되며, 눈높이에 가까운 위치에서 작업을 수행할 수 있다. 만약 H 부분이 T 부분과 같아서 락볼트(210)체결위치가 터널바닥면에 인접한 높이라면 작업자는 허리를 많이 굽혀야 하는 등 작업 피로가 가중될 것이다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하고자 도 10과 같은 구조를 제시한다.
도 11에서는 도 8의 락볼트가이드판(220)만을 도시한 것이다(정면도). 락볼트가이드판(220)에 형성된 락볼트가이드판구멍(221)이 정원(正員) 이라면 작업자가 락볼트(210)를 락볼트가이드판구멍(221)에 삽입하기에 작업성이 좋지 않음을 고려하여, 도 11에서와 같이 락볼트가이드판구멍 폭(b)이 락볼트가이드판구멍높이(r)보다 더 크게 형성한다.
이와 같이, 폭(b)를 크게 한다면, 락볼트 삽입이 용이함은 물론이고, 터널 측벽에 락볼트를 삽입할 위치 선택의 자유도가 높아 진다. 즉 락볼트가이드판 구멍(221)에 락볼트(210)를 삽입하여 터널 측벽을 향하여 좌우로 일정각도 꺽어서 터널 측벽에 삽입, 고정을 할 수도 있게 되는 장점이 있는 구조이다.
도 12 내지 도 13은 각각 도 4의 구조물을 연결부재에 의해 상호 연결하기 위한 다른 실시예를 보이는 도면이다.
연결부재는 여러 가지 방법으로 터널붕락방지구들에 결속될 수 있으며 그 중 하나의 방법은, 절곡부(232b)의 구멍인 절곡부구멍(321) 및 연결부재(300)의 구멍부분인 연결부재구멍(306)에 연결부재고정볼트(305)를 삽입한 후, 너트(미도시)로 죄는 방법이 도 12에 도시되어져 있다.
도 12에 도시된 결합 방법이 적용되어 도 13과 같은 구조물이 이루어질 수 있다. 즉 연결부재들(300a,300b,300c,300d)을 터널붕락방지구에 횡적으로 연결한 상태이며, 복수개의 연결부재들이 횡방향으로 터널붕락방지구에 연결됨으로써 전체적으로 터널의 외력에 대해 보다 견고하게 버텨낼 수 있게 된다.
상기 연결부재들은 ㄴ 형강, ㄷ 형강, 기타 판형태 등 여러 변형된 형상으로 이루어질 수 있음은 물론이다.
본 발명의 효과를 요약하면 다음과 같다.
첫째, 종래 터널 측압에 대비하여 터널 바닥면에 넓은 영역에 걸쳐 시공 되던, 가설인버터 콘크리트 타설 공사 자체가 불필요한 이점이 있으며, 아울러, 가설인버터 콘크리트 타설공사에 수반되던, 시간적 손실 및 경제적 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
둘째, 터널 측벽으로부터 가해지는 측압에 효과적으로 대응하면서도, 락볼트를 수용, 안내하는 지지대와 락볼트가이드판의 구조가 매우 간단하여 터널붕락방지구 설치 작업이 매우 용이하고 설치시간이 현저히 단축된다. 특히, 터널 붕락 방지구의 높이를 지면으로부터 일정 거리 상승시켜 천공, 그라우팅 및 붕락 방지구 설치 작업이 보다 수월하며, 생산성을 현저히 상승시킬 수 있다 또한 가이드판 구멍이 광폭으로 구비되어, 락볼트를 터널 측벽에 삽입시키는 작업 또한 매우 용이하며, 터널 측벽에 락볼트를 삽입시킬 수 있는 위치 선정이 보다 자유로운 이점이 있다.
세째, 지지대 내부에도 콘크리트 주입을 위한 채움재홀이 마련되도록 하여 그라우팅 작업을 행할 경우 붕락 방지구의 견고성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 국한되는 것은 아니고 당업자 수준에서 파악할 수 있는 균등 수준의 발명은 모두 본 발명의 권리 범위에 속한다.
A, A' : 터널 측벽압(측압)
T:절곡부외측높이 H:절곡부내측높이
b:락볼트가이드판 구멍폭 r:락볼트가이드판 구멍높이
100:터널굴착면 110,111:강지보재
115,116 :체결판
150:가설인버터콘크리트
155:터널바닥면
200:붕락방지구 205:너트
210:락볼트 211:나사
220:락볼트가이드판
221:락볼트 가이드판구멍 230:지지대
231:받침부 232a,232b:절곡부
233,234:채움재홀 238:체결홀
240:터널측벽고정부
241:돌출비트 300,300a,300b,300c,300d:연결부재

Claims (6)

  1. 터널굴착 공사의 측벽 붕괴를 방지하기 위하여 설치되는 강지보재(H형강 혹은 격자지보재)를 떠받치는 터널 붕락방지구(200)에 있어서,
    터널측벽에 삽입되는 락볼트(210);
    강지보재(110)의 양측 단부를 받침부(231)에서 떠받치면서 상기 강지보재와 체결되며, 상기 받침부의 양측 방향으로는 절곡부(232a,232b)가 형성되어 상기 락볼트를 절곡부(232a,232b)로 수용하는 지지대(230);
    상기 절곡부(232a,232b) 내부와 연통된 가이드판구멍(221)이 형성되어, 상기 락볼트(210)를 락볼트가이드판구멍(221)으로 수용하며, 상기 락볼트가이드판구멍 (221)이 형성된 부위가 절곡되어, 상기 지지대(230)의 절곡부(232a,232b) 내부로 인입될 수 있도록 형성된 락볼트가이드판(220);
    을 포함하며,

    상기 절곡부(232a,232b)는 상부가 덮힌 반원형 또는 다각형 형태로 절곡되며,
    상기 락볼트가이드판(220)의 락볼트가이드판구멍(221)이 형성된 부위의 절곡된 부분도 상기 절곡부에 대응한 형상과 크기로 형성되어져,
    상기 절곡부 내부에 함입될 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 터널붕락방지구.
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