KR101597751B1 - 능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널 및 그 시공 방법 - Google Patents

능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널 및 그 시공 방법 Download PDF

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Abstract

무용접 방식의 와이어 네트(Wire-Net)를 능동형 지보재인 강지보재 및 록볼트와 고리 등을 이용하여 체결한 후에 숏크리트를 타설함으로써 능동형 지보재, 와이어 네트 및 숏크리트를 일체화시킬 수 있고, 또한, 와이어 네트를 사용함으로써 숏크리트의 균열을 제어하고 휨인장 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 터널 지보재의 전단거동 특성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 터널 구조물의 안정성을 향상시킬 수 있는, 능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널 및 그 시공 방법이 제공된다.

Description

능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널 및 그 시공 방법{TUNNEL FOR INTEGRATING WIRE-NET WITH ACTIVE REINFORCING MEMBER AND SHOTCRETE, AND CONSTRUCTING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 터널 굴착면의 보강을 위해 능동형 지보재(Active Reinforcing Member)인 강지보재와 록볼트, 수동형 지보재(Passive Reinforcing Member)인 숏크리트(Shotcrete)를 무용접 방식의 와이어 네트(Wire-Net)를 사용하여 일체화시킨 터널 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 터널의 시공은 터널 굴착면의 보강, 배수 처리 및 라이닝 등 적어도 3가지를 기본으로 하여 이루어진다. 이러한 터널의 시공 순서는, 먼저 터널 굴착면을 보강하고, 다음 배수처리를 하며, 마지막으로 라이닝을 실시한다.
이때, 터널 굴착면은 상부 지반압이 그대로 전달되는 곳이기도 하고, 상부 지반압을 지지 및 보강하는 곳이기도 하다. 이때, 상부 지반압에 대한 지지 및 보강수단으로는 통상적으로 강지보재, 록볼트 및 숏크리트로 이루어지고 있다.
이러한 터널 굴착면에 전달된 상부 지반압을 1차적으로 강지보재, 록볼트 및 숏크리트가 지지하고 있다는 점에서 강지보재, 록볼트 및 숏크리트를 1차 지보재라고 부른다. 이러한 1차 지보재는 터널 굴착면을 지지하고 있는 구조재이다.
배수 처리는 1차 지보재위에 방수포와 부직포를 설치하여 방수되게 하거나 유도 배수시키는 것을 말한다.
라이닝은 1차 지보재가 터널 굴착면을 지지하고 있는 구조재와는 달리 끝마무리 작업에 해당되는 마감재 또는 내장재라고 할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 터널 내부 구조를 나타내는 단면도이고, 도 2a 및 도 2b는 종래의 기술에 따른 터널 시공에 사용되는 와이어 메쉬를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 터널 시공 방법은, 먼저, 터널을 굴착한 다음, 침하 및 붕괴방지 등을 위해 그 터널의 내벽을 따라 소요 갯수의 록볼트(Rock bolt: 10)와 망체로 된 와이어 메쉬(11)를 핀으로 고정 설치한 후, 그 위에 뿜어 붙이기로 소요 두께의 1차 숏크리트(12)를 타설한다.
구체적으로, 숏크리트(12)는 터널과 같은 지하구조물 건설에 있어서 굴착암면의 이탈방지, 변형억제, 초기 지보재로의 강도확보, 거푸집 제작비 절감 등의 유리한 시공성에 기인하여 초기 지보재로서 터널공사에서 일반적으로 적용되고 있다.
이러한 숏크리트는 터널 굴착 직후에 굴착면에 콘크리트 모르타르를 뿜어 붙여 원지반에 밀착시킴으로써, 원지반의 표층부와 협동해서 원지반 내부의 이완발달을 억제하고 표면의 요철을 매끄럽게 마무리함으로써, 모르타르 응력 집중에 의한 원지반의 균열을 예방함과 동시에 풍화도 방지하여 굴착면의 안정화와 지반보강 및 지보용으로 이용되고 있다. 이러한 숏크리트 타설은 버럭을 처리한 후 숏크리트를 암면 또는 토층에 7∼8 bar 압력으로 타설하여 타설 면에 접착시킴으로써, 암면의 균열, 낙석의 추락사면 붕괴로 인한 사고예방과 안전한 공사를 수행할 수 있고 공기도 단축하게 되는 효과를 갖는다.
다음으로, 상기 1차 숏크리트(12)를 타설한 후에는 배수재로서 상기 1차 숏크리트(12) 내벽을 따라 부직포(13)를 부착시키고, 상기 부직포(13) 위에 다시 방수막 시트(14)를 부착 및 고정시킨다.
이와 같이 1차 숏크리트(12)의 내벽을 따라 부직포(13)를 부착시키고 그 위에 방수막 시트(14)를 고정시킨 후에는 다시 30㎝~40㎝ 두께로 2차 라이닝 콘크리트(15)를 타설하게 되는데, 이때, 상기 2차 라이닝 콘크리트(15) 타설을 위해 거푸집이 제작 및 설치된다.
또한, 상기 2차 라이닝 콘크리트(15)를 타설한 후에는 그 형태 유지를 위해 굳을 때까지 거푸집 밑면에 수개의 강재 동바리 서포트(support) 작업을 수행한다.
전술한 바와 같이 상기 2차 라이닝 콘크리트(15)가 완전히 굳어 그 형태가 형성된 후에는 거푸집 및 동바리를 철수시키고, 마감타일(16)로 라이닝을 실시하여 일련의 터널 시공을 완료하도록 되어 있다.
한편, 전술한 숏크리트는 강지보재나 록볼트와는 다르게 수동적인 지보재 역할을 하고 있다. 이러한 숏크리트를 능동적인 지보재인 강지보재나 록볼트를 일체화 시켜주는 보조적인 지보재로 적용되고 있다.
또한, 이러한 숏크리트에 강섬유를 첨가하여 사용할 수 있으며, 이때, 이러한 숏크리트에서 강섬유의 역할은 균열을 제어하고, 파괴시 항복점 이후에 숏크리트의 잔류강도를 유지시켜 주는 역할을 한다. 여기서 상기 숏크리트는 능동형 지보재와 일체화된 것이 아니라 부분적인 일체화 또는 이원화가 된 것으로 볼 수 있다.
한편, 전술한 와이어 메쉬를 이용한 터널 시공 방법은 타설된 숏크리트가 자중으로 인해 박리될 가능성이 있는 경우 또는 숏크리트의 인장강도 및 전단강도를 향상시키기 위하여 와이어 메쉬를 사용하지만, 그 시공 공정이 복잡하여 현재 터널에서는 거의 쓰이지 않고 있다. 예를 들면, 와이어메쉬를 설치하는데 장시간 소요되고, 1차 숏크리트층이 경화된 상태에서 2차 숏크리트를 타설하므로 이어치기 조인트 또는 콜드조인트 등의 조인트(Joint) 현상이 발생될 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 전술한 강섬유를 이용한 터널 시공 방법은, 시공 공정이 단순하다는 장점이 있지만, 강섬유 간의 자성으로 인해서 이송호스에서 강섬유의 뭉침 현상이 자주 발생되어 시공시 장애가 된다는 문제점이 있다. 또한, 강섬유를 이용한 터널 시공 방법은 재료비가 높고, 숏크리트 타설시 리바운드에 의해서 재료 손실이 크며, 강섬유 보강에 의해 균질한 강도특성 등의 품질관리에 어려움이 있다. 또한, 강섬유를 이용한 터널 시공 방법은 탈락된 강섬유 숏크리트가 버력과 함께 반출된 후 파쇄 과정을 거처 골재로 재활용시에 환경문제를 발생시킬 수 있다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-1201581호(출원일: 2010년 12월 3일), 발명의 명칭: "터널 굴착면 밀착형 격자지보재 및 이를 이용한 터널 굴착면 지보공의 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-709673호(출원일: 2005년 11월 10일), 발명의 명칭: "터널 지보재 설치구조" 대한민국 등록특허번호 제10-693794호(출원일: 2005년 8월 12일), 발명의 명칭: "다층 합성단면 구조의 숏크리트 터널 라이닝 및 그 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-890666호(출원일: 2007년 7월 10일), 발명의 명칭: "강판 터널벽면 구조체 및 이를 이용한 터널 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-756375호(출원일: 2007년 5월 21일), 발명의 명칭: "와이어네트를 이용한 사면 보호 방법 및 그 장치" 대한민국 등록특허번호 제10-734218호(출원일: 2006년 4월 6일), 발명의 명칭: "식생을 위한 와이어네트 구조 및 그 설치방법" 대한민국 등록특허번호 제10-447112호(출원일: 2002년 3월 29일), 발명의 명칭: "곡면 패널을 이용한 터널 굴착면의 숏크리트 공법" 대한민국 공개특허번호 제1999-73501호(공개일: 1999년 10월 5일 ), 발명의 명칭: "터널 시공 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-840731호(출원일: 2007년 2월 23일), 발명의 명칭: "시멘트재 조성물"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 무용접 방식의 와이어 네트(Wire-Net)를 능동형 지보재인 강지보재 및 록볼트와 고리 등을 이용하여 체결한 후에 숏크리트를 타설함으로써 능동형 지보재, 와이어 네트 및 숏크리트를 일체화시킬 수 있는, 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 와이어 네트를 사용함으로써 숏크리트의 균열을 제어하고 휨인장 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 터널 지보재의 전단거동 특성을 향상시킬 수 있는, 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널은, 능동형 지보재로서, 터널의 굴착면에 설치되는 강지보재; 능동형 지보재로서, 터널의 굴착면에 설치되는 록볼트; 연결되어 상기 굴착면에 접하도록 설치된 와이어 네트(Wire-Net); 및 상기 강지보재 및 상기 록볼트를 상기 와이어 네트에 연결하여 상기 굴착면에 접하도록 설치한 상태에서 상기 강지보재, 록볼트 및 와이어 네트 상에 타설되는 숏크리트를 포함하되, 상기 숏크리트는 상기 와이어 네트, 상기 강지보재 및 상기 록볼트와 일체화하도록 하며, 상기 강지보재(110)는 H형강, U형강 또는 격자지보(lattice girder)이고, 상기 강지보재(110)에 상기 와이어 네트(130)를 연결하는 후크 고리(160)를 포함하여 상기 와이어네트(130)가 후크 고리(160)에 의하여 강지보재에 체결되도록 하며, 상기 숏크리는 보통 포클랜트 시멘트, 굵은골재, 잔골재를 포함하되 강섬유가 첨가되지 않도록 하여 타설시 리바운드에 의한 재료손실을 방지하고 탈락된 강섬유 숏크리트 처리비용이 발생하지 않도록 하며, 상기 와이어 네트(130)는 상기 강지보재(110), 상기 록볼트(120) 및 상기 숏크리트(140)와 일체화되어 상기 강지보재(110) 및 상기 록볼트(120)의 전단거동 특성을 향상시키고, 상기 숏크리트(140)의 휨인장 특성을 향상시킬 수 있다.
삭제
여기서, 상기 와이어 네트는 강선, 강연선 또는 인장특성이 양호한 고인장력 플라스틱 소재를 이용하여 무용접 방식으로 형성되고, 상기 숏크리트의 휨인장 특성을 향상시킬 수 있다.
삭제
본 발명에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널은, 상기 와이어 네트 및 상기 록볼트에 각각 연결하는 팔자형 고리를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널은, 상기 와이어 네트를 상기 록볼트에 연결하는 록볼트 지지판을 추가로 포함하며, 상기 록볼트 지지판은 상기 와이어 네트의 망눈보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널 시공 방법은, a) 터널을 굴착하는 단계; b) 상기 터널의 굴착면에 능동형 지보재인 강지보재 및 록볼트를 각각 설치하는 단계; c) 무용접 방식의 와이어 네트(Wire-Net)를 상기 터널의 굴착면에 설치하는 단계; 상기 와이어 네트를 상기 능동형 지보재에 연결하여 상기 터널의 굴착면에 접하도록 설치하는 단계; 및 e) 상기 능동형 지보재 및 상기 와이어 네트에 숏크리트를 타설하여 일체화시키는 단계를 포함하되, 상기 와이어 네트는 상기 강지보재, 상기 록볼트 및 상기 숏크리트와 일체화되어 상기 강지보재 및 상기 록볼트의 전단거동 특성을 향상시키고, 상기 숏크리트의 휨인장 특성을 향상시키며, 상기 d) 단계에서 상기 강지보재(110)는 H형강, U형강 또는 격자지보(lattice girder)이고, 상기 강지보재(110)에 상기 와이어 네트(130)를 연결하는 후크 고리(160)를 포함하여 상기 와이어네트가 후크 고리(160)에 의하여 강지보재에 체결되도록 하며, 상기 숏크리는 보통 포클랜트 시멘트, 굵은골재, 잔골재를 포함하되 강섬유가 첨가되지 않도록 하여 타설시 리바운드에 의한 재료손실을 방지하고 탈락된 강섬유 숏크리트 처리비용이 발생하지 않도록 할 수 있다.
여기서, 상기 c) 단계의 와이어 네트는 강선, 강연선 또는 인장특성이 양호한 고인장력 플라스틱 소재를 이용하여 무용접 방식으로 형성되고, 상기 숏크리트의 휨인장 특성을 향상시킬 수 있다.
삭제
여기서, 상기 d) 단계에서 팔자형 고리를 사용하여 상기 와이어 네트 및 상기 록볼트에 각각 연결하거나 또는 상기 와이어 네트의 망눈보다 크게 형성된 록볼트 지지판)을 사용하여 상기 와이어 네트를 상기 록볼트에 연결할 수 있다.
본 발명에 따르면, 무용접 방식의 와이어 네트(Wire-Net)를 능동형 지보재인 강지보재 및 록볼트와 고리 등을 이용하여 체결한 후에 숏크리트를 타설함으로써 능동형 지보재, 와이어 네트 및 숏크리트를 일체화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 와이어 네트를 사용함으로써 숏크리트의 균열을 제어하고 휨인장 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 터널 지보재의 전단거동 특성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 터널 구조물의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 와이어 네트를 사용함으로써 기존의 와이어 메쉬를 이용하는 터널 시공 방법에 비해 설치 시간을 단축시킬 수 있고, 기존의 강섬유를 이용하는 터널 시공 방법에 비해 50% 이상 저렴하게 시공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 강섬유를 이용하는 터널 시공 방법에 비해 숏크리트 휨인장 품질 특성에 대해 균일한 품질관리가 용이하다.
본 발명에 따르면, 기존 보강재와 일체화하여 숏크리트의 휨인장 특성이 높을 뿐만 아니라 지반 응력을 받을 수 있을 정도의 구조물 역할을 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 와이어 네트를 설치한 후 숏크리트를 타설하기 전까지 불연속면에 의해서 발생되는 암괴에 대한 안전시설물 역할을 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 와이어 네트 설치시 터널 내의 낙반 사고를 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 터널 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 종래의 기술에 따른 터널 시공에 사용되는 와이어메쉬를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널에서 와이어 네트를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널에서 와이어 네트와 강지보재의 연결을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널에서 와이어 네트와 록볼트의 연결을 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널 시공 방법의 동작흐름도이다.
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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널(100)]
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널을 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널에서 와이어 네트를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널(100)은, 능동형 지보재인 강지보재(110), 능동형 지보재인 록볼트(120), 와이어 네트(Wire-Net: 130), 숏크리트(140) 및 라이너(150)를 포함한다.
먼저, 터널(100)의 굴착 이후에 굴착면에 설치되는 터널 지보재는 터널(100) 주변의 지반거동 특성에 부합되도록 설계하여 터널 시공 중이나 터널 완공 후에도 터널(100)의 안정을 유지할 수 있도록 하여야 한다. 이때, 지보재는 굴착지반을 조기에 안정시키며 지반굴착에 의한 영향이 인접구조물의 안정을 해치지 않도록 설계되어야 한다.
이러한 터널의 지보재는 강지보재(100), 록볼트(120), 와이어 네트(130), 숏크리트(140) 등으로 구성되어 있는 주지보재를 포함하며, 굴착의 용이성 및 안정성 증진을 목적으로 주지보재에 추가하여 시공하는 보조지보재를 추가로 포함할 수도 있다.
강지보재(110)는 능동형 지보재로서, 터널(100)의 굴착면(100s)에 설치된다. 이때, 상기 강지보재(110)는 숏크리트(140), 록볼트(120) 등의 다른 지보재와 일체가 되어 소요의 지보 기능을 발휘하도록 규격과 배치 간격이 정해진다. 이때, 상기 강지보재(110)의 이음은 시공순서 및 시공성을 고려하여 이음개소가 최소가 되도록 정해진다. 또한, 굴착된 터널(100)의 원지반(200)이 양호한 경우에는 강지보재(110)를 생략할 수도 있으며, 다음의 기능이 요구될 때 강지보재(110)를 사용하여야 한다. 예를 들면, 숏크리트(140) 또는 록볼트(120)의 지보 기능이 발휘되기까지 굴착면(100s)의 안정을 도모할 필요가 있는 경우, 큰 지압으로 인해 지보재의 강성 증가가 필요한 경우, 또는 지표침하 등 지반 변위의 억제가 필요한 경우 등에 강지보재(110)를 사용한다.
이러한 강지보재(120)의 재질은 연성이 크고 휨과 용접 등의 가공성이 양호하여야 하며, 예를 들면, KS D 3503에 규정된 SS 400을 표준으로 하며 이와 동등이상의 성능을 발휘하는 구조용 강재로 하여야 한다. 또한, 상기 강지보재(110)의 단면은 강지보재의 설치 후에도 숏크리트(140)의 타설이 용이하고, 상기 숏크리트(140)와 일체화되기 쉬운 형상을 가진 것이어야 하며, 예를 들면, H형강, U형강, 격자지보(lattice girder) 등을 사용할 수 있다.
록볼트(120)는 능동형 지보재로서, 터널(100)의 굴착면(100s)에 설치된다. 여기서, 상기 록볼트(120)는 터널(100)의 굴착 후, 시급히 원지반(200)인 암반을 천공하여 그 속에 볼트를 삽입하고 너트를 죈 다음에, 접착 등에 의해 터널(100)의 지보공으로서 사용하는 볼트를 말한다.
예를 들면, 상기 록볼트(120)는 소요의 강도 이상을 가지는 이형봉강으로 제작하는 것을 원칙으로 하나 강관, 팽창성 강관 또는 이와 동일한 강도와 기능을 가지는 섬유보강 플라스틱(FRP) 등 기타 소재의 록볼트도 사용할 수 있으며, 재질 및 강도는 한국산업규격(KS)에 적합한 것이어야 한다. 이때, 상기 록볼트(120)의 재질은 원지반(200) 조건 및 사용목적에 따라 정해지며, 일반적으로 SD 35 이상의 강재로서 재질 인장강도 및 연신율이 큰 것을 사용한다.
이러한 록볼트(120)는 원칙적으로 굴착에 의해 영향을 받는 영역을 보강하도록 배치하여야 하며, 상기 록볼트(120)의 배치 및 길이는 그 사용목적, 지반조건, 터널(100) 단면의 크기 및 형상, 굴착공법, 절리의 간격 등을 고려하여 결정된다.
와이어 네트(130)는 무용접 방식의 네트로서, 상기 강지보재(110) 및 상기 록볼트(120)에 연결된다. 이때, 상기 와이어 네트(130)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 강선, 강연선 또는 인장특성이 양호한 고인장력 플라스틱 소재를 이용하여 무용접 방식으로 형성되고, 상기 숏크리트(140)의 휨인장 특성을 향상시킬 수 있다.
숏크리트(140)는 상기 강지보재(110) 및 상기 록볼트(120)를 상기 와이어 네트(130)에 연결한 상태에서 상기 강지보재(110), 록볼트(120) 및 와이어 네트(130) 상에 타설된다. 여기서, 상기 숏크리트(140)는 원지반(200)과의 부착 및 자체전단 저항 효과를 갖고, 상기 숏크리트(140)에 작용하는 외력을 원지반(200)에 분산시키고, 터널(100) 주변의 붕락하기 쉬운 암괴를 지지하며, 굴착면(100s) 가까이에 지반아치가 형성될 수 있도록 타설한다.
구체적으로, 상기 숏크리트(140)는 휨인장 또는 축력에 의한 저항효과로 주변 원지반에 내압을 가함으로써 굴착면 주변지반을 3축 응력상태로 유지시켜 지반강도 저하를 방지하며, 또한, 상기 강지보재(110) 또는 록볼트(120)에 지반압을 전달하는 기능을 발휘하고, 또한, 굴착된 원지반(200)의 굴곡부를 메우고 절리면 사이를 접착시킴으로써 응력집중 현상을 피할 수 있게 한다.
여기서, 숏크리트용 시멘트는 제1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것을 원칙으로 하며, 예를 들면, 잔골재는 입경 0.1mm 이하의 세립물을 포함하지 않아야 하고, 굵은 골재의 최대 입경은 15mm 이하가 되어야 한다. 이러한 숏크리트(140)는 필요한 강도와 내구성이 확보되고 부착성과 시공성이 양호하며 재령 1일 압축강도가 100kg/㎠ 이상, 재령 28일 강도가 180kg/㎠ 이상 되도록 배합하여야 한다. 또한, 상기 숏크리트(140)의 조기강도 발현을 위하여 급결제를 사용할 수 있다. 또한, 터널의 지보재로 사용되는 숏크리트(140)의 최소 두께는 사용목적, 지반조건, 단면의 크기 등을 고려해서 정해지고, 예를 들면, 3cm 이상으로 타설한다.
라이너(150)는 터널(100) 주변의 지반상태, 환경조건 및 주지보재의 지보능력을 고려하여 사용목적에 적합하고 장기간 사용에 충분한 안전성과 내구성을 갖도록 형성된다. 이때, 상기 라이너(150)는 사용 목적에 따라 구조체로서의 역학적 기능, 비배수형 터널에서의 내압기능, 영구 구조물로서의 내구성 확보 및 미관유지 기능 등을 가지며, 이를 감안하여 실시한다.
이에 따라 상기 숏크리트(140)는 상기 와이어 네트(130), 상기 강지보재(110) 및 상기 록볼트(120)와 일체화되고, 즉, 상기 와이어 네트(130)는 상기 강지보재(110), 상기 록볼트(120) 및 상기 숏크리트(140)와 일체화되어 상기 강지보재(110) 및 상기 록볼트(120)의 전단거동 특성을 향상시키고, 상기 숏크리트(140)의 휨인장 특성을 향상시키게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널에서 와이어 네트와 강지보재의 연결을 예시하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널에서 와이어 네트와 록볼트의 연결을 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널에서, 상기 강지보재(110)는, 도 5에 도시된 바와 같이, H형강, U형강 또는 격자지보(lattice girder)이고, 후크 고리(160)를 사용하여 상기 강지보재(110)에 상기 와이어 네트(130)를 연결할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널에서, 팔자형 고리(도시되지 않음)를 사용하여 상기 와이어 네트(130) 및 상기 록볼트(120)에 각각 연결할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 록볼트 지지판(170)을 사용하여 상기 와이어 네트(130)를 상기 록볼트(120)에 연결할 수 있는데, 이때, 상기 록볼트 지지판(170)은 상기 와이어 네트(130)의 망눈보다 크게 형성된다. 즉, 와이어 네트(130)에 형성된 망 구멍보다 더 큰 록볼트 지지판(170)을 설치하여 상기 와이어 네트(130)와 록볼트(120)를 직접적으로 일체화시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널의 경우, 시스템 지보 패턴을 가지는 터널 지보패턴(국토부 터널 설계 기준)이 4 이상인 지반 조건에서 적용할 수 있다. 여기서, 지보패턴(tunnel support pattern)은 터널막장의 지반상태와 터널천단부 및 그 상부의 지반상태, 시공성 등을 고려하여 터널의 안정성이 확보되도록 미리 설정해 놓은 터널 지보형태로서, 터널굴착 후 조기에 설치하여 터널의 안정을 도모할 목적으로 설치하는 숏크리트, 강지보공, 록볼트 등을 조합한 지보방법을 말하며, 국토부 터널 설계 기준에 따라 정해져 있는데, 본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널의 경우, 지반 조건이 4 이상인 경우에 적용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널(100)에 따르면, 와이어 네트를 사용함으로써 숏크리트의 균열을 제어하고 휨인장 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 터널 지보재의 전단거동 특성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 터널 구조물의 안정성을 향상시킬 수 있다.
[능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널 시공 방법]
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널 시공방법의 동작흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널 시공방법은, 먼저, 굴착기 등을 사용하여 터널(100)을 굴착한다(S110).
다음으로, 상기 터널(100)의 굴착면(100s)에 능동형 지보재인 강지보재(110) 및 록볼트(120)를 각각 설치한다(S120).
다음으로, 무용접 방식의 와이어 네트(Wire-Net: 130)를 상기 터널(100)의 굴착면(100s)에 설치한다(S130). 즉, 상기 와이어 네트(130)는 숏크리트(140)의 휨인장 특성을 향상시킬 수 있도록 강선, 강연선 또는 인장특성이 양호한 고인장력 플라스틱 소재를 이용하여 무용접 방식으로 형성된다.
다음으로, 상기 와이어 네트(130)를 상기 능동형 지보재(110, 120)에 연결한다(S140). 이때, 후크 고리(160)를 사용하여 상기 강지보재(110)에 상기 와이어 네트(130)를 연결할 수 있고, 또한, 팔자형 고리를 사용하여 상기 와이어 네트(130) 및 상기 록볼트(120)에 각각 연결하거나 또는 상기 와이어 네트(130)의 망눈보다 크게 형성된 록볼트 지지판(170)을 사용하여 상기 와이어 네트(130)를 상기 록볼트(120)에 연결할 수 있다.
다음으로, 상기 능동형 지보재(110, 120) 및 상기 와이어 네트(130)에 숏크리트(140)를 타설하여 일체화시킨다(S150). 이에 따라 상기 와이어 네트(130)는 상기 강지보재(110), 상기 록볼트(120) 및 상기 숏크리트(140)와 일체화되어 상기 강지보재(110) 및 상기 록볼트(120)의 전단거동 특성을 향상시키고, 상기 숏크리트(140)의 휨인장 특성을 향상시키게 된다.
후속적으로, 배수 처리 및 라이닝을 실시하여 터널을 완성한다(S160).
본 발명의 실시예에 따른 와이어 네트를 능동형 지보재 및 숏크리트와 일체화시킨 터널 시공 방법에 따르면, 와이어 네트를 사용함으로써 기존의 와이어 메쉬를 이용하는 터널 시공 방법에 비해 설치 시간을 단축시킬 수 있고, 기존의 강섬유를 이용하는 터널 시공 방법에 비해 50% 이상 저렴하게 시공할 수 있다. 또한, 기존의 강섬유를 이용하는 터널 시공 방법에 비해 숏크리트 휨인장 품질 특성에 대해 균일한 품질관리가 용이하며, 기존 보강재와 일체화하여 숏크리트의 휨인장 특성이 높을 뿐만 아니라 지반 응력을 받을 수 있을 정도의 구조물 역할을 할 수 있다. 또한, 와이어 네트를 설치한 후 숏크리트를 타설하기 전까지 불연속면에 의해서 발생되는 암괴에 대한 안전시설물 역할을 할 수 있고, 와이어 네트 설치시 터널 내의 낙반 사고를 방지할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
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.
100: 터널
200: 원지반
100s: 터널 굴착면
110: 강지보재(능동형 지보재)
120: 록볼트(능동형 지보재)
130: 와이어 네트(Wire-Net)
140: 숏크리트
150: 라이너
160: 후크(Hook) 고리
170: 록볼트 지지판

Claims (10)

  1. 터널(100)의 굴착면(100s)에 설치되는 강지보재(110);
    터널(100)의 굴착면(100s)에 설치되는 록볼트(120);
    무용접 방식의 네트로서, 상기 강지보재(110) 및 상기 록볼트(120)에 연결되어 상기 굴착면(100s)에 접하도록 설치된 와이어 네트(130); 및
    상기 강지보재(110) 및 상기 록볼트(120)를 상기 와이어 네트(130)에 연결하여 상기 굴착면(100s)에 접하도록 설치한 상태에서 상기 강지보재(110), 록볼트(120) 및 와이어 네트(130) 상에 타설되는 숏크리트(140)를 포함하되,
    상기 숏크리트(140)는 상기 와이어 네트(130), 상기 강지보재(110) 및 상기 록볼트(120)와 일체화되도록 하며,
    상기 강지보재(110)는 H형강, U형강 또는 격자지보(lattice girder)이고, 상기 강지보재(110)에 상기 와이어 네트(130)를 연결하는 후크 고리(160)를 포함하여 상기 와이어네트(130)가 후크 고리(160)에 의하여 강지보재에 체결되도록 하며, 상기 숏크리트는 보통 포클랜트 시멘트, 굵은골재, 잔골재를 포함하되 강섬유가 첨가되지 않도록 하여 타설시 리바운드에 의한 재료손실을 방지하고 탈락된 강섬유 숏크리트 처리비용이 발생하지 않도록 하며,
    상기 와이어 네트(130)는 상기 강지보재(110), 상기 록볼트(120) 및 상기 숏크리트(140)와 일체화되어 상기 강지보재(110) 및 상기 록볼트(120)의 전단거동 특성을 향상시키고, 상기 숏크리트(140)의 휨인장 특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 와이어 네트(130)는 강선, 강연선 또는 고인장력 플라스틱 소재를 이용하여 무용접 방식으로 형성되고, 상기 숏크리트(140)의 휨인장 특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 와이어 네트(130) 및 상기 록볼트(120)에 각각 연결하는 팔자형 고리를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 와이어 네트(130)를 상기 록볼트(120)에 연결하는 록볼트 지지판(170)을 추가로 포함하며, 상기 록볼트 지지판(170)은 상기 와이어 네트(130)의 망눈보다 크게 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널.
  7. a) 터널(100)을 굴착하는 단계;
    b) 상기 터널(100)의 굴착면(100s)에 능동형 지보재인 강지보재(110) 및 록볼트(120)를 각각 설치하는 단계;
    c) 무용접 방식의 와이어 네트(Wire-Net: 130)를 상기 터널(100)의 굴착면(100s)에 설치하는 단계;
    d) 상기 와이어 네트(130)를 상기 능동형 지보재(110, 120)에 연결하여 상기 굴착면(100s)에 접하도록 설치하는 단계; 및
    e) 상기 능동형 지보재(110, 120) 및 상기 와이어 네트(130)에 숏크리트(140)를 타설하여 일체화시키는 단계
    를 포함하되,
    상기 와이어 네트(130)는 상기 강지보재(110), 상기 록볼트(120) 및 상기 숏크리트(140)와 일체화되어 상기 강지보재(110) 및 상기 록볼트(120)의 전단거동 특성을 향상시키고, 상기 숏크리트(140)의 휨인장 특성을 향상시키며,
    상기 d) 단계에서 상기 강지보재(110)는 H형강, U형강 또는 격자지보(lattice girder)이고, 상기 강지보재(110)에 상기 와이어 네트(130)를 연결하는 후크 고리(160)를 포함하여 상기 와이어네트가 후크 고리(160)에 의하여 강지보재에 체결되도록 하며, 상기 숏크리트는 보통 포클랜트 시멘트, 굵은골재, 잔골재를 포함하되 강섬유가 첨가되지 않도록 하여 타설시 리바운드에 의한 재료손실을 방지하고 탈락된 강섬유 숏크리트 처리비용이 발생하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널시공방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 c) 단계의 와이어 네트(130)는 강선, 강연선 또는 고인장력 플라스틱 소재를 이용하여 무용접 방식으로 형성되고, 상기 숏크리트(140)의 휨인장 특성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널시공방법.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 d) 단계에서 팔자형 고리를 사용하여 상기 와이어 네트(130) 및 상기 록볼트(120)에 각각 연결하거나 또는 상기 와이어 네트(130)의 망눈보다 크게 형성된 록볼트 지지판(170)을 사용하여 상기 와이어 네트(130)를 상기 록볼트(120)에 연결하는 것을 특징으로 하는 능동형 지보재 및 숏크리트를 와이어네트로 일체화시킨 터널시공방법.
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