KR101653890B1 - 터널 안정화를 위한 터널 각부보강 연결보의 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널의 심도나 시공 장소의 여건에 관계없이 소요시간을 단축하면서 각부보강 연결보를 사용하여 강지보재 직하부의 지반교란 없이 터널 상반 및 하반 굴착시 안정적으로 각부보강 강관에 지지력 분담을 통해 터널의 안정성 확보가 가능하도록 한 터널 각부보강 연결보의 시공 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터널 각부보강 연결보의 시공 방법은, 터널의 상반측에 상반 강지보재를 터널 굴착 방향을 따라 일정 간격마다 상방으로 수직되게 설치하는 단계와; 상반측에 설치된 이웃한 상반 강지보재의 사이 마다 각부보강 연결보를 해당하는 상반 강지보재의 하단부에 연결하여 고정 설치하는 단계와; 상기 각부보강 연결보의 중앙부 공간 위치에서 하반을 향해 소요 깊이만큼 천공하여 천공홀을 형성한 후, 그 천공홀에 각부보강 강관을 삽입한 후 상기 각부보강 연결보에 각부보강 강관의 상단을 고정시켜 놓는 단계;를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 한다.

Description

터널 안정화를 위한 터널 각부보강 연결보의 시공 방법{Tunnel elephant foot reinforcement beam construction method for tunnel stabilizing}

본 발명은 터널의 각부 보강시에 적용도는 터널 각부보강 연결보의 시공 방법에 관한 것으로, 특히 소요시간을 단축하면서 각부보강 연결보를 사용하여 강지보재 직하부의 지반교란 없이 터널 상반 및 하반 굴착시 안정적으로 각부보강 강관에 지지력 분담을 통해 터널의 안정성 확보가 가능하도록 한 터널 각부보강 연결보의 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 각부 보강공법은 터널 상부를 굴착하고 1차 지보재를 타설한 후 우각부의 침하량을 억제하여 터널 하부 굴착시 터널 측방향에서 밀려 들어오는 선단변형을 억제하고 이완하중의 분산과 수평력에 대한 저항력을 증대시키기 위한 목적으로 적용되는 공법이다. 이 공법은 터널 상반 굴착 및 1차 지보재 시공완료 후 신속하게 적절한 위치에 최적의 규모로 적용하여 응력의 재분배를 유도하는 것이 매우 중요하다.

또한, 암패턴 저하에 따른 천단 및 내공변위에 대한 NATM 터널 보강대책방안으로 토사 및 풍화암 지반의 NATM 굴착시 상반 숏크리트 지지를 위한 보강공법으로 각부보강공법을 적용한다.

기존 방법으로는 터널 상반 강지보재 하단부에 천공후 각부보강 강관을 지반에 관입시킨 후 강지보재와 용접토록 하여 NATM 터널 상반의 지지력을 분담하는 형식을 사용하였다. 이 경우 각부보강 강관 지중관입을 위한 천공작업시 강지보재 직하단부를 천공함에 따른 지반교란으로 강지보재 하단부의 지지력 감소 및 각부보강 강관과 강지보재를 일체화시키기 위한 용접작업시 밀착유지가 어렵다. 이로 인해 터널 상부의 하중을 각부보강 강관에 분담함에 있어 어려움이 있으며, 용접작업시 손실되는 시간이 많아 공기를 단축할 수 없는 문제가 있어 왔다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1254608호(보강벽체를 이용한 터널시공방법)이 제안되어 있다. 이는 굴착 터널의 적어도 어느 일측벽에 인접하도록 터널 굴착방향을 따라 지중에 소정 깊이까지 보강벽체를 설치하는 단계와; 상기 터널 굴착방향을 따라 지중에 단위 구간의 터널을 굴착하는 단계와; 상기 단위 구간 터널 굴착부의 천단보강을 위해 강지보재를 설치하는 단계; 및 상기 보강벽체와 상기 강지보재를 결합시키는 단계;를 포함하며, 상기 보강벽체와 상기 강지보재를 결합시키는 단계는, 상기 강지보재의 측단부가 거치될 수 있도록 상기 보강벽체의 측면 일부를 절삭하는 단계; 상기 보강벽체의 절삭부분과 상기 강지보재의 측단부를 체결구를 이용하여 결합하는 것을 특징으로 한다.

그러나 상기 배경기술은 저토피 토사구간에서 터널을 효과적으로 시공할 수 있으나, 심도가 깊은 곳에 터널을 시공하거나 터널이 건설될 최상층부의 지반이 평탄하지 않는 곳에서는 보강벽체의 설치가 어려워지는 단점이 있다.

한국 등록특허 등록번호 제10-1254608호(보강벽체를 이용한 터널시공방법)

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로, 터널의 심도나 시공 장소의 여건에 관계없이 소요시간을 단축하면서 각부보강 연결보를 사용하여 강지보재 직하부의 지반교란 없이 터널상반 및 하반 굴착시 안정적으로 각부보강 강관에 지지력 분담을 통해 터널의 안정성 확보가 가능하도록 한 터널 각부보강 연결보의 시공 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터널 각부보강 연결보의 시공 방법은,

터널의 상반측에 상반 강지보재를 터널 굴착 방향을 따라 일정 간격마다 상방으로 수직되게 설치하는 단계와;

상반측에 설치된 이웃한 상반 강지보재의 사이 마다 각부보강 연결보를 해당하는 상반 강지보재의 하단부에 연결하여 고정 설치하는 단계와;

상기 각부보강 연결보의 중앙부 공간 위치에서 하반을 향해 소요 깊이만큼 천공하여 천공홀을 형성한 후, 그 천공홀에 각부보강 강관을 삽입한 후 상기 각부보강 연결보에 각부보강 강관의 상단을 고정시켜 놓는 단계;를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 터널의 하반측에 하반 강지보재를 상반 강지보재와 동일한 일직선상에 위치시켜 터널의 굴착 방향을 따라 일정 간격마다 하방으로 수직되게 설치한 후, 상반 강지보재 하반 강지보재를 연결시켜 놓는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각부보강 연결보는,

사각 박스 형 구조로서 길이 방향의 양단에 각기 위치된 앤드브라켓과;

양쪽 앤드브라켓의 사이에 배치되어 각 모서리 부분에 접합된 다수개의 연결길이재와;

양쪽 앤드브라켓의 사이에 놓여지고 상기 연결길이재의 방향과 직각 방향으로 배치되어 다수개의 연결길이재와 접합되어 있는 선형 또는 판상의 굽힘보강재와;

상기 연결길이재에 접합되어져 상기 각부 보강강관의 상단이 고정되는 각부 보강강관 연결지지판;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각부보강 연결보와 앤드브라켓을 연결하는 볼트가 받는 전단저항력을 증대시키기 위해 상반 강지보재측에 L형강 지지브라켓을 추가적으로 설치하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 터널 안정화를 위한 터널 각부보강 연결보의 시공 방법에 따르면, 강지보재 직하단부에 천공이 이루어지는 것이 아니기 때문에 강지보재 직하부의 지반교란 없이 터널상반 및 하반 굴착으로 지반이 안정화되고, 각부보강 연결보를 사용하여 안정적으로 각부보강 강관에 지지력 분담이 이루어져 터널의 안정성 확보가 가능하고, 소요시간이 단축된다. 또한 보강벽체를 시공이 불필요하여 터널의 심도나 시공 장소의 여건에 관계없이 시공이 가능하다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 터널 안정화를 위한 터널 각부보강 연결보의 시공 상태를 터널의 단면에서 본 도면.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 도 2의 A-A선 단면도.
도 4는 도 3의 B-B선 단면도.
도 5는 도 1에 적용된 각부보강 연결보의 사시도.
도 6은 본 발명에 적용되는 각부보강 연결보의 다른 형태를 가지고 시공상태의 분해도를 사시도로 나타낸 도면.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

먼저, 도 1 내지 도 4와 같이 터널(12)의 상반측에 상반 강지보재(14)를 터널 굴착 진행방향을 따라 일정 간격마다 상방으로 수직되게 설치한다.

상반 강지보재(14)는 상,하부 플랜지와 웨브를 갖는 H단면의 강재로 구성되어 있다. 이때 상반 강지보재(14)는 운반, 거치 및 시공성을 고려하여 분할 제작되며, 이음개소를 최소화되도록 하고, 분할된 부재상호간은 견고한 이음이 되도록 볼트 또는 용접 결합된다. 물론 팽창성지반 등과 같이 내공변위가 크게 발생하는 지역에서는 상반 강지보재의 이음을 가축변형이 허용되는 조인트 구조로 할수 있음은 물론이다. 상반 강지보재(14)의 설치 간격은 지반특성, 사용목적, 시공법 등을 고려하여 결정할 수 있다.

그 다음, 상반측에 설치된 이웃한 상반 강지보재(14와 14)의 사이 마다 각부보강 연결보(16)를 해당하는 상반 강지보재(14와 14)의 하단부에 연결하여 고정 설치한다.

각부보강 연결보(16)는, 도 5 및 도 6과 같이 사각 박스 형 구조로서 길이 방향의 양단에 각기 위치된 앤드브라켓(161,161)과, 양쪽 앤드브라켓(161과 161)의 사이에 배치되어 각 모서리 부분에 접합된 다수개의 연결길이재(162)와, 양쪽 앤드브라켓(161,161)의 사이에 놓여지고 상기 연결길이재(162)의 방향과 직각 방향으로 배치되어 다수개의 연결길이재(162)와 접합되어 있는 판상의 굽힘보강재(163)와, 상기 연결길이재(162)에 접합되어져 상기 각부 보강강관(18)의 상단이 고정되는 각부 보강강관 연결지지판(164)을 포함하여 구성될 수 있다.

따라서 각부보강 연결보(16)는 앤드브라켓(161,161)을 상반 강지보재(14와 14)와 볼트 연결시켜 설치될 수 있다. 이때 앤드브라켓(161,161)는 상반 강지보재(14와 14)의 웨브측에 연결된다.

이때 각부보강 연결보(16)의 앤드브라켓(161,161)과 상반 강지보재(14)를 연결하는 볼트가 받는 전단저항력을 증대시키기 위해 상반 강지보재(14와 14)측에 도 6과 같이 L형강 지지브라켓(13)을 추가적으로 설치할 수 있다. L형강 지지브라켓(13)의 설치 위치는 각부보강 연결보(16)가 설치된 상태에서 앤드브라켓(161,161)에 L형강 지지브라켓(13)이 접촉되어 있는 위치가 된다. 이 경우 각부보강 연결보(16)를 상반 강지보재(14와 14)측에 연결시키는 볼트의 개수를 줄일 수 있다.

그 다음, 각부보강 연결보(16)의 중앙부 공간 위치에서 하반을 향해 소요 깊이만큼 천공하여 천공홀을 형성한 후, 그 천공홀에 각부보강 강관(18)을 삽입한 후 상기 각부보강 연결보(16)에 각부보강 강관(18)의 상단을 고정시켜 놓는다.

이때 각부보강 강관(18)은 도 1과 같이 상반과 하반을 분할시키는 분할수평면에 대하여 일정한 관입각도(θ)를 갖도록 한다. 그 관입각도(θ)는 70°이상이고 90°를 넘지 않는다. 따라서 도 1과 같이 터널의 단면에서 보면 각부보강 강관(18)은 비스듬히 기울어져 하반을 향에 관입되어 있고, 평면에서 보면 터널의 축 방향(길이방향)에 대해 직각 방향으로 설치된다.

따라서 터널 벽면에 작용하는 주응력은 상반 강지보재(14)에 전달된 후 각부보강 연결보(16)를 매개로 각부보강 강관(18)을 통해 하반에 안정적으로 전달됨으로써, 굴착 후 숏크리트 또는 록볼트의 지보기능이 발휘되기까지 터널 굴착면의 안정을 도모하게 되는 것이다.

물론, 본 시공 방법에서 상반 강지보재(14)의 하단에 바닥판을 붙이고 필요에 따라 받침을 설치하여 충분한 지지력을 확보할 수 있다. 강지보재 바닥판 받침에는 목재, 철근 콘크리느 블록, 강판 등을 사용할 수 있으며, 강지보재에 작용하는 하중이 큰 경우는 필요에 따라 바닥보강 콘크리트를 사용할 수 있다.

한편, 추가적인 공정으로, 터널(12)의 하반측에 하반 강지보재(15)를 상반 강지보재(14)와 동일한 일직선상에 위치시켜 터널의 굴착 방향을 따라 일정 간격마다 하방으로 수직되게 설치한 후, 상반 강지보재(14)에 하반 강지보재(15)를 연결시켜 놓을 수 있다.

이때 상반 강지보재(14)와 하반 강지보재(15)의 연결은 플랜지 볼트 접합을 사용할 수 있다. 하반 강지보재(15)는 상반 강지보재(14)와 동일한 형상과 단면을 갖는 H형강으로 분할 조립된 구조를 갖고 시공된다.

이 경우 터널 벽면에 작용하는 주응력은 상반 강지보재(14)에 전달된 후 각부보강 연결보(16)를 매개로 각부보강 강관(18) 및 하반 강지보재(15)를 통해 분산되어 하반에 전달됨으로써 터널 굴착면의 안정을 더욱 도모할 수 있다.

한편, 각부보강 연결보(16)의 굽힘보강재(163)를 도 6과 같이 선형의 띠철근으로 구성할 수도 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

14: 상반 강지보재
15: 하반 강지보재
16: 각부보강 연결보
18: 각부보강 강관

Claims (4)

1. 터널(12)의 상반측에 상반 강지보재(14)를 터널 굴착 방향을 따라 일정 간격마다 상방으로 수직되게 설치하는 단계와;
   상반 강지보재(14)의 하부에 L형강 지지브라켓(13)을 설치하는 단계와;
   이웃한 상반 강지보재(14와 14)의 사이 마다 각부보강 연결보(16)를 위치시켜 상기 L형강 지지브라켓(13)에 지지시킨 후 상반 강지보재(14와 14)에 고정 설치하는 단계와;
   상기 각부보강 연결보(16)의 중앙부 공간 위치에서 하반을 향해 각부보강 강관(18)이 70°이상이고 90°를 넘지 않는 관입각도(θ)를 갖도록 소요 깊이만큼 천공하여 천공홀을 형성한 후, 그 천공홀에 각부보강 강관(18)을 삽입한 후 상기 각부보강 연결보(16)에 각부보강 강관(18)의 상단을 고정시켜 놓는 단계와;
   터널(12)의 하반측에 하반 강지보재(15)를 상반 강지보재(14)와 동일한 일직선상에 위치시켜 터널의 굴착 방향을 따라 일정 간격마다 하방으로 수직되게 설치한 후, 상반 강지보재(14)에 하반 강지보재(15)를 연결시켜 놓는 단계를 포함하되;
   상기 각부보강 연결보(16)는 사각 박스 형 구조로서 길이 방향의 양단에 각기 위치된 앤드브라켓(161,161)과, 양쪽 앤드브라켓(161과 161)의 사이에 배치되어 각 모서리 부분에 접합된 다수개의 연결길이재(162)와, 양쪽 앤드브라켓(161,161)의 사이에 놓여지고 상기 연결길이재(162)의 방향과 직각 방향으로 배치되어 다수개의 연결길이재(162)와 접합되어 있는 선형 또는 판상의 굽힘보강재(163)와, 상기 연결길이재(162)에 접합되어져 상기 각부 보강강관(18)의 상단이 고정되는 각부 보강강관 연결지지판(164)으로 구성되어 시공되는 것을 특징으로 하는 터널 안정화를 위한 터널 각부보강 연결보의 시공 방법.
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