KR101462370B1 - 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조 - Google Patents

강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토압 지지대가 설치될 공간의 높이와 토압 지지대의 길이 차가 발생하더라도 신속 간편하게 설치할 수 있는 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조에 관한 것이다.
강관 절개부의 상단에 설치되는 방수 철판과 하단에 설치되는 고정판 사이에 수직의 토압 지지대를 설치함에 있어서, 상기 토압 지지대의 상부와 방수 철판 간에 전도 방지판을 설치하되, 상기 전도 방지판은 상하 관통한 삽입공을 형성하여 토압 지지대의 상단이 삽입공으로 긴밀하게 삽입되어 이루어진다.
이와 같은 구조에 의해 토압 지지대의 길이에 오차가 발생하더라도 토압 지지대의 상단이 전도 방지판의 삽입공에 긴밀하게 삽입되므로 틈새 없이 신속한 설치가 가능하며, 틈새가 없으므로 용접 작업 또한 신속 간편하면서도 견고하게 시공할 수 있다. 또한, 토압 지지대의 길이가 짧아 삽입공 내부에 공간이 발생하더라도 주입홈을 통해 몰탈을 주입하여 보강할 수 있으며, 밀착 수단에 의해 전도 방지판이 하강하지 않아 전도 방지판 하강 방지를 위한 별도의 장치가 필요치 않고 단순히 조임 볼트를 회전시킴으로써 전도 방지판을 손쉽게 방수 철판으로 밀착시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조{structure of Support for Reducing Soil Pressure}
본 발명은 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토압 지지대가 설치될 공간의 높이와 토압 지지대의 길이 차가 발생하더라도 신속 간편하게 설치할 수 있는 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조에 관한 것이다.
일반적으로 지하 터널 구조물을 축조하는 방법으로 개착식과 비개착식이 있으며 상부 지장물의 이전이 불가한 경우 비개착식 공법으로 터널을 축조한다.
비개착식 축조 방법은 등록특허 제10-1022382호에 나타난 바와 같이 추진기지 및 반력벽 설치 단계, 선도관 압입 및 강관 추진단계, 그라우팅 주입 단계, 강관 절개 단계, 방수 철판 및 토압 지지대 설치 단계, 거푸집 설치 단계, 철근 배근 단계, 콘크리트 타설 및 양생 단계, 구조물 내부 굴착 단계로 이루어진다.
이와 같은 구조로 이루어진 지하 터널 축조 방법은 다수의 포스트 파일을 수직으로 박으면서 그 바닥에 버림 콘크리트를 타설하고 그 일측에 반력벽을 수직으로 형성한 후 버림 콘크리트와 반력벽 간에 복수의 지지 빔을 사선 방향으로 설치하여 반력벽을 지지하고, 반력벽의 타측 면에 추진 레일 및 추진 장비를 설치한다.
다음으로, 추진 장비(유압 잭)를 이용하여 선도관 및 강관을 일정 깊이로 반복 압입하되 원활한 압입을 위해 강관 주위로 벤토나이트 등의 윤활재를 주입한다. 이 과정에서 강관의 이음부에는 연결 링을 끼워 용접하여 일체화한다. 이러한 강관 압입 과정을 반복하여 구조물 형태가 터널 모양을 이루도록 한다.
그리고 강관의 둘레로 그라우팅을 주입하여 토류가 유실되는 것을 방지하고, 강관과 강관이 접하는 측면을 일정한 사이즈 및 일정한 간격으로 절개한다. 강관 절개부(1)의 상단에는 방수 철판(2)을 용접하고 하단에는 고정판(3)을 용접한 다음 방수 철판(2)과 고정판(3) 사이에 토압 지지대(4)를 수직으로 설치하여 상하단을 용접함으로써 일체화한다. 토압 지지대(4)의 설치가 완료되면 나머지 절개하지 않은 부분을 모두 절개하여 모든 강관이 연통되도록 한다. (도1)
연통된 강관의 하부에 거푸집을 설치하고 강관 내부로 콘크리트를 타설하여 양생시킨다. 콘크리트의 양생이 완료되면 콘크리트 수축으로 인한 공간에 그라우팅을 추가 주입하여 공간을 완전히 메운다.
마지막으로 양생된 구조물의 내부를 굴착하면서 수직의 임시 버팀보를 설치 작업을 반복하고 굴착이 완료되면 바닥에 철근을 배근하여 콘크리트를 타설함으로써 터널 시공을 완료한다.
이 과정에서 상기 토압 지지대(4)는 금속의 관체로 이루어지며 그 내부에 콘크리트를 타설하고 양생시킴으로써 내구성을 향상시키는데, 설계된 강관 절개부(1)의 높이에 맞추어 그 길이가 결정되고 제조된다. 하지만, 강관을 절개하는 과정에서 강관의 정밀한 절개가 어려워 방수 철판(2) 및 고정판(3)의 마주보는 면은 대부분 평행하지 않다. 이와 같이 방수 철판(2) 및 고정판(3)이 평행하지 못하다 보니 결국, 토압 지지대(4)가 길거나 짧아 설치에 어려움이 있다.
즉, 토압 지지대(4)의 길이가 긴 경우 일단을 절단하여 높이를 맞추는데, 내부에 콘크리트가 타설되어 양생된 상태이므로 절개하고 연마해야 하는 등 그 작업이 매우 난해하고 상당한 시간이 걸린다. 이러한 문제로 대부분 토압 지지대(4)의 길이를 설계 치수보다 짧게 형성하는데, 이로 인해 발생하는 토압 지지대(4)와 방수 철판(2) 사이의 틈새에 금속으로 이루어진 메움용 강판(5)을 삽입한 다음 방수 철판(2)과 강판(5) 그리고 강판(5)과 토압 지지대(4)를 순차적으로 용접하여 일체화한다. 하지만, 틈새의 간격이 각각 다름에 따라 두께별로 강판(5)을 충분히 보유해야 하며 이들 강판(5)을 모두 가지고 다녀야 하는 번거로움과 강판(5)의 면과 토압 지지대(4)의 단부가 완전 밀착되지 않고 한쪽이 들떠 틈새가 발생하므로 이 구간의 용접이 난해하고 용접하여 일체화한다 하더라도 토압 지지대(4)의 내구성은 불안정한 상태일 수밖에 없다.
또한, 토압 지지대(4)가 안치되는 강관 절개부(1)의 하단 고정판(3)에는 받침 소켓(6)을 설치하여 토압 지지대(4)가 측방향으로 움직이는 것을 방지하는데, 상기 받침 소켓(6)은 고정판에 밀착되어 용접되는 판체(6a)와 판체(6a)로부터 상부로 돌출되는 지지관(6b)으로 이루어지며, 지지관(6b)에는 콘크리트(6c)를 타설하여 내구성을 보강하였다. 이러한 받침 소켓(6)은 고정판(3)에 용접되어 일체화되고, 지지관(6b)이 토압 지지대(4)의 하단 내부로 삽입됨으로써 측방향으로의 이동 없이 신속 간편하게 설치할 수 있는 것이다. 그러나 상기 받침 소켓(6)을 제작하기 위해서는 판체(6a)의 일면에 지지관(6b)을 용접하여 일체화하고, 그 내부에 콘크리트(6c)를 타설한 후 양생시키는 과정을 거쳐야 하므로 제조 시간이 많이 소요되고 자재비가 많이 소요되는 문제점이 있다.
KR B1 10-1022382(2011.03.08)
이에 본 발명은 종래와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 토압 지지대를 설치하는 과정에서 토압 지지대의 양단이 방수 철판 및 고정판과 틈새 없이 설치되어 안정적이고 견고한 설치가 가능한 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조는,
강관 절개부의 상단에 설치되는 방수 철판과 하단에 설치되는 고정판 사이에 수직의 토압 지지대를 설치함에 있어서,
상기 토압 지지대의 상부와 방수 철판 간에 전도 방지판을 설치하되,
상기 전도 방지판은 상하 관통한 삽입공을 형성하여 토압 지지대의 상단이 삽입공으로 긴밀하게 삽입되어 설치됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 토압 지지대의 하부와 고정판 간에 전도 방지판을 설치하되,
상기 전도 방지판은 상하 관통한 삽입공을 형성하여 토압 지지대의 하단이 삽입공으로 긴밀하게 삽입되어 설치됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 전도 방지판은 외측면으로부터 삽입공으로 관통된 주입홈을 형성하여 삽입공 내부의 공간에 몰탈을 주입할 수 있도록 함을 특징으로 한다.
또한, 상기 토압 지지대는 그 상단에 전도 방지판을 방수 철판으로 강제 밀착시키는 밀착 수단이 설치됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 밀착 수단은 토압 지지대의 상단에 걸림되는 걸림부와, 상기 걸림부의 가장자리로부터 하부로 돌출되며 전도 방지판의 삽입공을 관통하는 수직부와, 수직부의 말단으로부터 수평으로 구비되며 볼트 공이 형성된 플랜지와, 볼트공의 하부로부터 체결되는 조임볼트로 구성되어 볼트가 회전함에 따라 볼트의 말단이 전도 방지판을 강제 이송시킴을 특징으로 한다.
이와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조는 토압 지지대의 길이에 오차가 발생하더라도 토압 지지대의 상단이 전도 방지판의 삽입공에 긴밀하게 삽입되므로 틈새 없이 신속한 설치가 가능하며, 틈새가 없으므로 용접 작업 또한 신속 간편하면서도 견고하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 토압 지지대의 길이가 짧아 삽입공 내부에 공간이 발생하더라도 주입홈을 통해 몰탈을 주입하여 보강할 수 있는 효과가 있다.
또한, 밀착 수단에 의해 전도 방지판이 하강하지 않아 전도 방지판 하강 방지를 위한 별도의 장치가 필요치 않고 단순히 조임 볼트를 회전시킴으로써 전도 방지판을 손쉽게 방수 철판으로 밀착시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 토압 지지대 설치 구조를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 토압 지지대 및 전도 방지판의 구조를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대가 설치된 부분을 발췌한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 상부의 전도 방지판이 설치된 상태를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 하부의 전도 방지판이 설치된 상태를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단의 구조를 도시한 분리 사시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단의 구조를 도시한 결합 사시도.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단이 설치된 상태를 도시한 단면도.
이하, 본 발명에 따른 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 토압 지지대 및 전도 방지판의 구조를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대가 설치된 부분을 발췌한 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 상부의 전도 방지판이 설치된 상태를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 하부의 전도 방지판이 설치된 상태를 도시한 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치구조는 강관 절개부(1)의 상단에 방수 철판(2)을 용접하여 설치하고, 강관 절개부(1)의 하단에 고정판(3)을 용접하여 설치하며, 방수 철판(2)과 고정판(3) 사이에 토압 지지대(4)를 수직 설치한다.
상기 토압 지지대(4)는 원형의 관으로 이루어지며 그 내부에 콘크리트가 타설되어 양생된 상태이다. 토압 지지대(4)의 길이는 방수 철판(2)과 고정판(3) 사이의 간격과 같거나 약간 짧게 형성한다. 이러한 토압 지지대(4)는 방수 철판(2)과 고정판(3) 사이에 수직으로 설치되는데, 상단과 하단에 전도 방지판(10)이 각각 설치된다.
상부에 설치되는 전도 방지판(10)은 소정의 두께를 가지는 판 형상으로 이루어지며 그 중앙에 상하 관통한 삽입공(11)이 형성된다. 상기 전도 방지판(10)의 두께는 토압 지지대(4) 설치시 토압 지지대(4)의 상단과 방수 철판(2) 하부의 틈새보다 크게 형성하고, 삽입공(11)의 지름은 토압 지지대(4)의 외경보다 약간 크게 형성하여 삽입공(11)으로 토압 지지대가 삽입되면 긴밀한 삽입이 이루어진다.
하부에 설치되는 전도 방지판(10)의 두께는 토압 지지대(4)가 이탈되지 않을 정도의 두께이면 충분하다.
이와 같은 전도 방지판(10)은 그 가장자리가 방수 철판(2)과 고정판(3)에 용접되어 일체화되고, 삽입공(11)과 토압 지지대(4)가 긴밀하게 위치하는 부위에 용접하여 일체화된다. 여기서 상기 전도 방지판(10) 및 방수 철판(2)과 고정판(3)에 볼트공을 형성하고, 볼트를 체결하여 일체화할 수 있음을 밝혀둔다.
그리고 상부에 설치되는 전도 방지판(10)은 외부로부터 삽입공(11) 내부로 관통된 주입홈(12)이 형성된다. 이러한 주입홈(12)은 몰탈(M)을 주입할 수 있도록 한 것으로, 설치된 토압 지지대(4)의 상단과 방수 철판(2) 사이에 발생한 공간에 몰탈(M)을 주입하여 메우기 위함이다. 이와 같이 내부 공간에 몰탈(M)을 주입하면 공간이 없어지므로 내구성이 보강된다. 또한, 주입홈(12)은 서로 대향되는 방향에 각각 형성하되 상부에 형성한다. 가공 또는 성형을 고려하여 주입홈(12)을 상면에 노출되도록 형성하여도 무방하다. 한쪽의 주입홈(12)을 통해 몰탈(M)을 주입하면 타측 주입홈(12)을 통해 몰탈(M)이 배출되도록 하여 내부의 공기가 빠져나가며 공간 없이 원활하게 채워지면서 전부 채워짐을 확인할 수 있다. 여기서 상기 몰탈(M)은 콘크리트 등으로 대체될 수 있음을 밝혀 둔다.
이와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 방법을 상세히 설명한다.
먼저, 토압 지지대(4)의 설치 이전의 시공 과정은 종래의 시공 방법과 동일하므로 생략한다. 강관 절개부(1) 상면에 방수 철판(2)이 수평 상태로 용접되어 일체화되고, 하면에 고정판(3)이 수평 상태로 용접되어 일체화된 상태에서 토압 지지대(4)를 수직으로 설치하기 위해 토압 지지대(4)의 상하단에 전도 방지판(10)을 삽입한다. 이때, 토압 지지대(4)를 수직으로 위치했을 때 전도 방지판(10)이 자중에 의해 슬라이딩하며 하강하는 데 이를 방지하기 위해 별도의 클램프를 토압 지지대(4)에 고정시켜 전도 방지판(10)이 하강하는 것을 방지한다. 이와 같이 전도 방지판(10)이 토압 지지대(4)에 끼워진 상태에서 토압 지지대(4)를 방수 철판(2)과 고정판(3) 사이에 수직으로 위치시킨다. 다음으로, 하부에 고정된 클램프를 제거하여 하부의 전도 방지판(10)을 하강시키고 고정판(3)에 밀착되면 전도 방지판(10)의 가장자리와 고정판(3)이 접하는 부위를 용접하여 고정판(3)과 전도 방지판(10)을 일체화시킨다. 그리고 상부에 위치한 전도 방지판(10)을 상부로 승강시켜 방수 철판(2)에 밀착시키고 전도 방지판(10)의 가장자리와 방수 철판(2)이 접하는 부위를 용접하여 방수 철판(2)과 전도 방지판(10)을 일체화하고, 전도 방지판(10)의 삽입공(11)과 토압 지지대(4)가 접하는 부위에 용접하여 전도 방지판(10)과 토압 지지대(4) 또한 일체화한다. 이 과정에서 토압 지지대(4)의 상단과 방수 철판(2) 저면은 이격되어 틈새가 발생하는데, 이 틈새는 전도 방지판(10)의 삽입공(11) 내부에 위치하므로 외부에서 보이지 않는다. 마지막으로 전도 방지판(10)에 형성된 주입홈(12)을 통해 몰탈(M)을 주입하여 틈새를 메움으로써 내구성을 향상시킨다. 이때, 타측의 주입홈(12)을 통해 내부 공기가 배출됨에 따라 공간 없이 몰탈(M)의 채움이 원활하고 몰탈(M)이 배출되는 것을 확인함으로써 채움 완료를 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단의 구조를 도시한 분리 사시도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단의 구조를 도시한 결합 사시도이며, 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단이 설치된 상태를 도시한 단면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단(20)은 상기 토압 지지대(4)의 상부에 설치되어 전도 방지판(10)을 방수 철판(2)에 강제 밀착시키기 위한 것이다.
상기 밀착 수단(20)은 토압 지지대(4)의 상단에 걸림되는 걸림부(21)와, 상기 걸림부(21)의 가장자리로부터 하부로 돌출되며 전도 방지판(10)의 삽입공(11)을 관통하는 수직부(22)과, 수직부(22)의 말단으로부터 수평으로 구비되며 볼트 공(24)이 형성된 플랜지(23)와, 볼트공(24)의 하부로부터 체결되는 조임볼트(25)로 구성된다.
상기 걸림부(21)와 수직부(22) 및 플랜지(23)는 일체로 형성된 것으로, 상기 수직부(22)는 다수의 띠 형태로 형성되는데, 세 개 또는 사방인 네 개로 형성함이 바람직하다. 이와 같이 띠 형태로 형성할 경우 전도 방지판(10)의 삽입홈(11)에는 수직부(22)가 삽입되는 가이드 홈(13)을 각각 대응되게 형성하여 긴밀한 결합에 방해되지 않도록 한다. 여기서 상기 수직부(22)는 원통 형태로 형성하여 토압 지지대(4)를 감싸는 형태로 형성할 수도 있음을 밝혀둔다.
이러한 구조로 이루어진 밀착 수단(20)은 전도 방지판(10)을 토압 지지대(4)에 삽입하기 전에 먼저 설치한 후 전도 방지판(10)을 끼워야 한다. 이때, 밀착 수단(20)의 수직부(22)가 전도 방지판(10)의 가이드 홈(13)에 위치되어야 삽입이 가능하며 수직 방향으로 슬라이딩 가능하다. 설치 초기의 조임볼트(25)는 그 선단이 플랜지(23)에 살짝 체결된 상태로써 전도 방지판(10)이 설치되면 전도 방지판(10)이 플랜지(23)에 근접하게 위치하는데, 더욱 상세하게는 조임볼트(25)의 말단에 전도 방지판(10)의 저면이 닿아 하강하지 않는다. 결국, 밀착 수단(20)에 의해 전도 방지판(10)은 더 이상 하강하지 않으므로 별도의 클램프도 필요치 않다.
밀착 수단(20)에 안착된 전도 방지판(10)은 조임볼트(25)의 조임에 의해 승강하여 방수 철판(2)에 강제 밀착되는데, 방수 철판(2)이 수평하지 못한 강관 절개부(1)에 의해 살짝 경사지게 설치되었다 하더라도 조임볼트(25)가 여러 개 구비됨에 따라 동일한 경사면으로 전도 방지판(10)이 밀착된다. 이 과정에서 전도 방지판(10)을 조임볼트(25)가 항상 받치고 있기 때문에 별도의 장치 또는 인력이 필요치 않다.
1 : 강관 절개부 2 : 방수 철판 3 : 고정판
4 : 토압 지지대 10 : 전도 방지판 11 : 삽입공
12 : 주입홈 13 : 가이드 홈 20 : 밀착 수단
21 : 걸림부 22 : 수직부 23 : 플랜지
24 : 볼트공 25 : 조임볼트 M : 몰탈

Claims (6)

  1. 강관 절개부(1)의 상단에 설치되는 방수 철판(2)과 하단에 설치되는 고정판(3) 사이에 수직의 토압 지지대(4)를 설치함에 있어서,
    상기 토압 지지대(4)의 상부와 방수 철판(2) 간에 전도 방지판(10)을 고정 설치하되,
    상기 전도 방지판(10)은 상하 관통한 삽입공(11)을 형성하여 토압 지지대(4)의 상단이 삽입공(11)으로 삽입되어 설치됨을 특징으로 하는 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 토압 지지대(4)의 하부와 고정판(3) 간에 전도 방지판(10)을 설치하되,
    상기 전도 방지판(10)은 상하 관통한 삽입공(11)을 형성하여 토압 지지대(4)의 하단이 삽입공(11)으로 삽입되어 설치됨을 특징으로 하는 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전도 방지판(10)은 외측면으로부터 삽입공(11)으로 관통된 주입홈(12)을 형성하여 삽입공(11) 내부의 공간에 몰탈(M)을 주입할 수 있도록 함을 특징으로 하는 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 주입홈(12)은 전도 방지판(10)의 양측에 각각 형성됨을 특징으로 하는 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 토압 지지대(4)는 그 상부에 전도 방지판(10)을 방수 철판(2)으로 강제 밀착시키는 밀착 수단(20)이 설치됨을 특징으로 하는 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 밀착 수단(20)은 토압 지지대(4)의 상단에 걸림되는 걸림부(21)와, 상기 걸림부(21)의 가장자리로부터 하부로 돌출되며 전도 방지판(10)의 삽입공(11)을 관통하는 수직부(22)과, 수직부(22)의 말단으로부터 수평으로 구비되며 볼트 공(24)이 형성된 플랜지(23)와, 볼트공(24)의 하부로부터 체결되어 회전함에 따라 전도 방지판(10)을 승강시키는 조임볼트(25)로 구성됨을 특징으로 하는 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 구조.
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