KR101745281B1 - 터널 차폐 시스템 - Google Patents

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KR101745281B1
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김상환
유광산
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호서대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 터널 차폐 시스템에 관한 것으로, 터널 내부를 선택적으로 차폐하기 위한 터널 차폐 시스템은, 터널 내부에서 팽창 가능하게 제공되며 터널 내부를 차폐하는 팽창구조체(inflatable structure)와, 터널의 벽면으로부터 돌출되게 구비되며 터널 내부에서 팽창구조체의 이동을 제한하는 구속부를 포함하는 것에 의하여, 터널 내부에서 팽창구조체의 이동을 구속하고, 의도된 차폐 위치에서 팽창구조체에 의한 차폐를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

터널 차폐 시스템{TUNNEL PROTECTION SYSTEM}
본 발명은 터널 차폐 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 터널의 시공 및 운영 중 누수, 침수 및 폭발 등에 따른 돌발 용수가 터널 내로 유입되는 것을 차폐하기 위한 터널 차폐 시스템에 관한 것이다.
우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 있으며, 동쪽으로는 일본과 서쪽으로는 중국이 위치하여 지리적인 이점이 존재한다. 이러한 이점을 살려 이들 국가 및 주변 국가를 연결하여 세계물류 및 관광 등 경제의 중심지로 발전되기 위하여 해저시설물의 건설이 필요한 시기이며, 현재 유럽, 일본, 중국 등 해외 건설시장에 있어서 해저터널 관련 프로젝트가 증가하고 있다.
하지만, 국내에서는 터널에 관련된 방수 연구가 거의 없었고, 해저 시설물의 관련된 연구는 더욱더 없었던 것이 사실이다.
더욱이, 해저시설물의 건설에 있어서 해저터널의 시공 및 운영 중 누수, 침수 및 테러(폭발 등)에 따른 돌발 용수 발생시 터널 내 유입수에 대한 제어용 고성능 차폐설비시스템과 이와 관련된 터널 내 수리거동 예측 기술 등에 대한 연구는 미비한 상태이며, 위와 같은 사고가 발생할 경우 시공 전반에 걸쳐 구조물 전체의 구조적 안정성까지 위험할 수 있다.
특히, 해저터널의 경우 일반 육상터널에 비하여 고수압 조건 및 지반조사의 한계성 등으로 설계 및 시공에 있어 어려움이 존재하며, 해저터널은 시공 또는 운영 중 누수, 침수 특히, 테러(폭발 등)에 따른 돌발용수(突發湧水) 발생시 터널 내 급속히 유입되는 다량의 해수에 대응하기 위한 차폐 설비를 필요로 한다.
이에 따라 최근에는 터널 시공 및 운영시 갑작스런 용수 및 이상 유입수에 대응하기 위한 차폐 설비에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 터널 시공 및 운영시 갑작스런 용수 및 이상 유입수에 효과적으로 대응할 수 있는 터널 차폐 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 터널을 차폐하는 팽창구조체의 비정상적인 이동을 방지하고, 차폐가 필요한 위치에서 정확하게 팽창구조체에 의해 차폐가 이루어질 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 터널 차폐 시스템의 손상을 방지하고, 팽창구조체에 의한 차폐 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 터널의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 터널 내부를 선택적으로 차폐하기 위한 터널 차폐 시스템은, 터널 내부에서 팽창 가능하게 제공되며 터널 내부를 차폐하는 팽창구조체(inflatable structure)와, 터널의 벽면으로부터 돌출되게 구비되며 터널 내부에서 팽창구조체의 이동을 제한하는 구속부를 포함한다.
이는, 터널 내부를 차폐하는 팽창구조체가 터널로 유입된 용수 및 유입수에 의한 수압에 의해 최초 의도된 차폐 위치에서부터 밀려나 비정상적으로 이동하는 것을 방지하기 위함이다.
특히, 본 발명은 터널의 벽면에 구속부를 형성하고, 구속부에 의해 팽창구조체의 이동이 제한되도록 하는 것에 의하여, 팽창구조체의 비정상적인 이동을 방지하고, 차폐가 필요한 위치에서 정확하게 팽창구조체에 의해 차폐가 이루어질 수 있도록 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 터널의 내부에 팽창구조체가 팽창된 상태에서, 터널로 유입된 용수 및 유입수에 의한 수압에 의해 팽창구조체가 최초 의도된 차폐 위치에서부터 밀려나 비정상적으로 이동(의도하지 않은 위치로 이동)하게 되면, 차폐가 필요한 차폐 위치에서 정확하게 팽창구조체에 의한 차폐를 유지하기 어렵고, 터널에 고정 설치되어 팽창구조체에 팽창 가스를 공급하는 가스공급라인(또는 가스공급라인과 팽창구조체의 연결부)이 손상 또는 파손되어 팽창구조체의 팽창 상태를 안정적으로 유지하기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 구속부를 이용하여 팽창구조체의 이동이 제한되도록 하는 것에 의하여, 가스공급라인의 손상없이 차폐가 필요한 위치에서 정확하게 팽창구조체에 의한 차폐를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
구속부는 터널의 벽면으로부터 돌출되어 팽창구조체의 이동을 구속할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 구속부는, 터널의 벽면에 돌출되게 형성되며 팽창구조체의 일단을 구속하는 제1구속돌기와, 제1구속돌기와 이격되며 터널의 벽면에 돌출되게 형성되고 팽창구조체의 타단을 구속하는 제2구속돌기를 포함한다. 물론, 구속부가 팽창구조체의 일단 및 타단 중 어느 하나만을 구속하는 것도 가능하지만, 구속부가 팽창구조체의 일단 및 타단을 모두 구속하도록 하는 것에 의하여 팽창구조체의 이동을 보다 효과적으로 억제하는 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 제1구속돌기와 제2구속돌기 중 적어도 어느 하나는, 일단에서 타단으로 갈수록 점진적으로 얇은 두께를 갖는 쐐기(wedge) 형상으로 형성되며, 터널의 벽면과 팽창구조체의 사이에 배치된다.
이와 같이, 제1구속돌기와 제2구속돌기를 쐐기 형상으로 형성하는 것에 의하여, 터널의 길이 방향을 따른 팽창구조체의 이동을 구속함과 아울러, 제1팽창구팽창구조체의 불필요한 유동을 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 팽창구조체는 팽창 가스를 주입함에 따라 팽창되는 플렉시블한 구조로 형성되기 때문에, 팽창구조체의 단부(일단 및 타단)에는 라운드부가 형성되며, 라운드부에 의해 터널의 벽면과 팽창구조체의 단부의 사이에는 소정 여유공간이 형성된다. 이와 같이, 터널의 벽면과 팽창구조체의 단부의 사이에 여유공간이 형성되면, 터널 내부로 유입되는 유입수의 유입 조건(예를 들어, 유입량 또는 유입 크기)변화에 따라, 여유 공간에 의해 팽창구조체가 불필요하게 유동될 수 있기 때문에, 팽창구조체에 의한 차폐 안정성이 저하되고, 유동에 따른 간섭에 의해 팽창구조체가 손상될 수 있는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 제1구속돌기와 제2구속돌기를 쐐기 형상으로 형성하는 것에 의하여, 터널의 벽면과 제2팽창구조체의 단부의 사이에 여유 공간이 형성되는 것을 최소화할 수 있기 때문에, 팽창구조체의 불필요한 유동을 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱 바람직하게, 제1구속돌기와 제2구속돌기에는 곡면접촉부가 형성되고, 팽창구조체의 일단 또는 타단에 형성된 라운드부는 곡면접촉부에 접촉된다. 이와 같이, 제1구속돌기와 제2구속돌기에 곡면접촉부를 형성하고, 팽창구조체가 곡면접촉부에 밀착되게 접촉되도록 하는 것에 의하여, 여유 공간의 발생을 보다 효과적으로 억제하고, 제1 및 제2구속돌기와의 접촉에 의한 팽창구조체의 손상을 미연에 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 제1구속돌기와 제2구속돌기는 터널의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 형성된다. 바람직하게 제1구속돌기(또는 제2구솔돌기)는 터널의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치되어 제1팽창구조체(또는 제2팽창구조체)에 일측으로 편중되지 않은 균일한 구속력을 제공할 수 있다.
또한, 제1구속돌기와 제2구속돌기 사이의 이격 거리는 팽창이 완료된 팽창구조체가 터널의 벽면에 접촉되는 접촉 길이보다 길게 형성되고, 이격 거리내에서는 제1팽창구조체와 제2팽창구조체의 이동이 허용된다.
즉, 팽창구조체가 완전히 팽창되기 전에 터널 내부에 유입된 유입수의 흐름에 의해 팽창구조체가 소정 거리만큼 이동할 수 있다. 특히, 팽창구조체가 터널의 벽면에 접촉되는 접촉 길이 영역에 제1구속돌기(또는 제2구속돌기)가 배치된 상태에서 제1팽창구조체와 제2팽창구조체가 완전히 팽창되면, 제1구속돌기(또는 제2구속돌기)에 의한 접촉 및 가압에 의해 팽창구조체가 손상될 수 있는 우려가 있다. 하지만, 본 발명에서는 제1구속돌기와 제2구속돌기 사이의 이격 거리를, 팽창구조체가 터널의 벽면에 접촉되는 접촉 길이보다 길게 형성하여, 팽창구조체가 완전히 팽창되기 전에 팽창구조체의 일부 이동(이격 거리내 이동)이 허용되도록 하는 것에 의하여, 제1구속돌기(또는 제2구속돌기)에 의한 접촉 또는 가압에 의해 팽창구조체가 손상되는 것을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 구속부는 터널의 벽면에 형성된 수용부에 수용되는 대기위치와, 터널의 벽면 외부로 돌출되며 팽창구조체를 구속하는 구속위치로 이동 가능하게 구비되며, 팽창구조체의 비팽창(non-expansion) 상태에서 구속부는 대기위치에 배치된다.
일 예로, 구속부는 대기위치에서 구속위치로 직선 이동하도록 구성된다. 다른 일 예로, 구속부는 대기위치에서 구속위치로 회전 이동하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 구속부가 선택적으로 터널의 벽면 내부(수용부)에 수용(대기위치)되거나 돌출(구속위치)되도록 하는 것에 의하여, 터널의 활용도를 저하시키지 않으면서, 비상시(유입수 발생시)에는 팽창구조체의 이동을 제한할 수 있다. 더욱이, 구속부가 수용부에 수용된 상태에서는 구속부가 터널 벽면으로 돌출되지 않기 때문에 미려한 터널 환경을 창출하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 터널 내부를 차폐하는 팽창구조체가 터널로 유입된 용수 및 유입수에 의한 수압에 의해 최초 의도된 차폐 위치에서부터 밀려나 비정상적으로 이동하는 것을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 터널의 벽면에 구속부를 형성하고, 구속부에 의해 팽창구조체의 이동이 제한되도록 하는 것에 의하여, 팽창구조체의 비정상적인 이동을 방지하고, 차폐가 필요한 위치에서 정확하게 팽창구조체에 의해 차폐가 이루어질 수 있도록 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 터널의 내부에 팽창구조체가 팽창된 상태에서, 터널로 유입된 용수 및 유입수에 의한 수압에 의해 팽창구조체가 최초 의도된 차폐 위치에서부터 밀려나 비정상적으로 이동(의도하지 않은 위치로 이동)하게 되면, 차폐가 필요한 차폐 위치에서 정확하게 팽창구조체에 의한 차폐를 유지하기 어렵고, 터널에 고정 설치되어 팽창구조체에 팽창 가스를 공급하는 가스공급라인(또는 가스공급라인과 팽창구조체의 연결부)이 손상 또는 파손되어 팽창구조체의 팽창 상태를 안정적으로 유지하기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 구속부를 이용하여 팽창구조체의 이동이 제한되도록 하는 것에 의하여, 가스공급라인의 손상없이 차폐가 필요한 위치에서 정확하게 팽창구조체에 의한 차폐를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 플렉시블한 구조의 팽창구조체를 구속하는 구속부를 쐐기 형상으로 형성하는 것에 의하여, 터널의 벽면과 팽창구조체의 단부의 사이에 여유 공간이 형성되는 것을 최소화할 수 있기 때문에, 팽창구조체의 불필요한 유동을 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 구속부가 선택적으로 터널의 벽면 내부에 수용(대기위치)되거나 돌출(구속위치)되도록 하는 것에 의하여, 터널의 활용도를 저하시키지 않으면서, 비상시(유입수 발생시)에는 팽창구조체의 이동을 효과적으로 제한하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 터널의 침수를 차단하고 터널의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 터널내 돌발용수와 같은 예기치 못한 사고로 인한 대규모 인적, 물적 피해 발생을 효과적으로 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 터널 차폐 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 터널 차폐 시스템의 설치 위치를 설명하기 위한 도면,
도 3 내지 도 5는 도 1의 팽창구조체에 의한 차단 단계를 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 1의 구속부를 설명하기 위한 도면,
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터널 차폐 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 터널 차폐 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 터널 차폐 시스템의 설치 위치를 설명하기 위한 도면이며, 도 3 내지 도 5는 도 1의 팽창구조체에 의한 차단 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 1의 구속부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 터널(10) 차폐 시스템(1)은, 터널(10) 내부에서 팽창 가능하게 제공되며 터널(10) 내부를 차폐하는 팽창구조체(inflatable structure)(212,222)와, 터널(10)의 벽면으로부터 돌출되게 구비되며 터널(10) 내부에서 팽창구조체(212,222)의 이동을 제한하는 구속부(300)를 포함한다.
팽창구조체(inflatable structure)(212,222)는 터널(10)의 시공 및 운영 중 누수, 침수 및 폭발 등에 따른 돌발 용수 발생시 터널(10) 내 유입수를 차폐하기 위해 제공된다.
참고로, 본 발명에서 터널(10)이라 함은, 육상터널(10), 지하터널(10) 및 해저터널(10)을 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있으며, 터널(10)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
팽창구조체는 평상시(터널 내부에 유입수가 발생하지 않을 시) 수축된 상태로 배치되어 있다가, 유입수가 발생되면 가스공급부로부터 팽창 가스가 공급됨에 따라 팽창되며 터널(10) 내부를 차단하도록 구성된다.
팽창구조체(212,222)는 선택적으로 수축 및 평창 가능한 구조로 제공될 수 있으며, 팽창구조체(212,222)의 구조 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
바람직하게 팽창구조체(212,222)는 플렉시블한 구조로 제공되어 터널(10)의 단면 형태에 대응되게 팽창될 수 있다. 더욱 바람직하게, 팽창구조체(212,222)는 가볍고, 이동 및 취급이 용이한 구조로 제작될 수 있으며, 내압에 의해 충분한 구조형태를 유지하도록 구성될 수 있다. 또한, 팽창구조체(212,222)는 터널(10)의 종류 및 특성에 따라 다양한 형태와 크기로 팽창되도록 구성되는 것이 바람직하고, 최소의 부피로 설치될 수 있는 재료강성을 갖도록 제작되는 것이 바람직하다. 일 예로, 팽창구조체(212,222)는 통상의 패브릭(fabric) 재질로 제작될 수 있으며, 팽창구조체(212,222)의 재질 및 특성은 요구되는 조건 및 설치 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
이하에서는 복수개의 팽창구조체(212,222)가 터널(10) 내부를 상호 협조적으로 차폐시키는 예를 들어 설명하기로 한다. 일 예로, 터널(10) 내부의 일부를 차폐시키는 제1팽창구조체(212)와, 터널(10) 내부의 다른 일부를 차폐시키는 제2팽창구조체(222)를 포함할 수 있으며, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)에 의해 상호 협조적으로 터널(10)이 차폐될 수 있다. 경우에 따라서는 단 하나의 팽창구조체가 사용되거나, 3개 이상의 팽창구조체가 사용되는 것도 가능하다.
가스공급부(214,224)는 팽창구조체를 팽창시키기 위한 팽창 가스(예를 들어, 공기)를 공급 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 가스공급부(214,224)는 제1팽창구조체(212)에 팽창 가스를 공급하기 위한 제1가스공급부(214), 및 제2팽창구조체(222)에 팽창 가스를 공급하기 위한 제2가스공급부(224)를 포함한다.
제1가스공급부(214) 및 제2가스공급부(224)는 통상의 공기펌프 등을 이용하여 구성될 수 있으며, 제1팽창구조체(212) 및 제2팽창구조체(222)에 팽창 가스를 공급할 수 있다면, 제1가스공급부(214) 및 제2가스공급부(224)가 여타 다른 장비 및 구조를 이용하여 구성되는 것이 가능하다.
제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)는 평상시(터널(10) 내부에 유입수가 발생하지 않을 시) 수축된 상태(비팽창 상태)로 배치될 수 있는 바, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 비팽창(non-expansion) 상태에서 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)를 터널(10) 내벽면에 일시적으로 지지하는 지지부재(216,226)가 제공될 수 있다.
지지부재(216,226)는 팽창구조체(212,222)의 비팽창 상태를 일시적으로 지지할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 지지부재(216,226)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 지지부재(216,226)로서는 통상의 망(net)이 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 지지부재로서 통상의 플레이트 또는 프레임을 사용하거나, 망과 프레임 또는 여타 다른 부재를 조합한 구조물을 이용하는 것도 가능하다.
참고로, 팽창구조체(212,222)의 설치 위치 및 갯수는 터널(10)의 특성 및 설계 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 터널(10) 내 팽창구조체(212,222)의 설치 위치에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 도 2를 참조하면, 팽창구조체(212,222)는 리스크 시나리오상 요구되는 지점(예를 들어, 크로스오버 전후방), 터널(10) 단면이 작은 지점, 해수에 의한 영향을 최소할 수 있는 지점, 지반조건이 상대적으로 양호한 지점, 설치 및 유지관리가 용이한 지점, 구난역과 근접한 지역, 터널(10)구조물의 구조적 강성이 큰 지점(예를 들어, 횡갱 위치) 등에 설치될 수 있다. 경우에 따라서는 전술한 위치 외에도 차폐 시설이 필요한 위치라면 여타 다른 위치에 팽창구조체를 설치하는 것이 가능하다.
한편, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)에 의한 터널(10)의 차단 단계는, 팽창 준비 단계와 팽창 준비 단계, 팽창 진행 단계, 팽창 유지 단계를 포함할 수 있다. 경우에 따라서는 팽창 준비 단계 없이 곧바로 팽창 진행 단계를 수행하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 터널(10)의 내부에 유입된 용수 및 유입수의 수위가 일정 이상 감지되면, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 팽창을 준비시키는 팽창 준비 단계를 수행할 수 있다.
팽창 준비 단계에서는 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 팽창되기 직전의 상태로 대기될 수 있다. 도 3을 참조하면, 팽창 준비 단계에서는 지지부재(216,226)에 의한 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 지지 상태가 해제될 수 있으며, 지지부재(216,226)의 의한 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 지지 상태가 해제됨에 따라 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)는 팽창되기 용이하도록 펼쳐진 형태로 배치될 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에서는 팽창 준비 단계에서 지지부재(216,226)에 의한 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 지지 상태가 해제되도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 팽창 준비 단계에서 지지부재에 의한 지지 상태를 유지하고, 가스공급부가 팽창 가스를 공급할 수 있는 직전의 상태로 대기하도록 구성하는 것도 가능하다. 다르게는 팽창 준비 단계에서 지지부재에 의한 지지 상태가 해제됨과 아울러 제1팽창구조체와 제2팽창구조체가 팽창 진행 단계보다 느린 속도로 팽창을 시작하도록 구성하는 것도 가능하다.
도 4를 참조하면, 팽창 진행 단계에서는 팽창구조체가 최대한 빠르게 급속 팽창될 수 있도록 가스공급부가 최대의 출력으로 팽창 가스를 공급하며, 도 5를 참조하면, 팽창 유지 단계에서는 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 팽창 완료된 상태가 유지된다.
참고로, 팽창 유지 단계에서는 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 팽창이 완료되어 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 상호 협조적으로 터널(10)의 단면 형태에 대응하는 구조형태를 가질 수 있으며, 가스공급부는 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 구조형태를 유지 가능한 내압을 유지하도록 가스를 공급한다.
도 6을 참조하면, 구속부(300)는 터널(10)의 벽면으로부터 돌출되게 구비되며, 터널(10) 내부에서 팽창이 완료된 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 이동을 제한하도록 마련된다.
여기서, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 이동을 제한한다 함은, 팽창이 완료된 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 최초 의도된 차폐 위치 영역 범위를 벗어나지 않도록 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 이동을 구속하는 것으로 정의된다.
이와 같이, 터널(10)의 벽면에 구속부(300)를 형성하고, 구속부(300)에 의해 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 이동이 제한되도록 하는 것에 의하여, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 비정상적인 이동을 방지하고, 차폐가 필요한 위치에서 정확하게 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)에 의해 차폐가 이루어질 수 있도록 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 터널의 내부에 팽창구조체가 팽창된 상태에서, 터널로 유입된 용수 및 유입수에 의한 수압에 의해 팽창구조체가 최초 의도된 차폐 위치에서부터 밀려나 비정상적으로 이동(의도하지 않은 위치로 이동)하게 되면, 차폐가 필요한 차폐 위치에서 정확하게 팽창구조체에 의한 차폐를 유지하기 어렵고, 터널에 고정 설치되어 팽창구조체에 팽창 가스를 공급하는 가스공급라인(또는 가스공급라인과 팽창구조체의 연결부)이 손상 또는 파손되어 팽창구조체의 팽창 상태를 안정적으로 유지하기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 구속부(300)를 이용하여 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 이동이 제한되도록 하는 것에 의하여, 가스공급부의 손상없이 차폐가 필요한 위치에서 정확하게 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)에 의한 차폐를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
구속부(300)는 터널(10)의 벽면으로부터 돌출되어 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 이동을 구속할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 구속부(300)는, 터널(10)의 벽면에 돌출되게 형성되며 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 일단을 구속하는 제1구속돌기(310)와, 제1구속돌기(310)와 이격되며 터널(10)의 벽면에 돌출되게 형성되고 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 타단을 구속하는 제2구속돌기(320)를 포함한다. 물론, 구속부(300)가 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 일단 및 타단 중 어느 하나만을 구속하는 것도 가능하지만, 구속부(300)가 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 일단 및 타단을 모두 구속하도록 하는 것에 의하여 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 이동을 보다 효과적으로 억제하는 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 제1구속돌기(310)와 제2구속돌기(320)는 일단에서 타단으로 갈수록 점진적으로 얇은 두께를 갖는 쐐기(wedge) 형상으로 형성된다. 일 예로, 쐐기 형상으로 형성된 제1구속돌기(310)는 제1팽창구조체(212)(및/또는 제2팽창구조체(222))의 일단과 터널(10)의 벽면의 사이에 밀착되게 배치되고, 쐐기 형상으로 형성된 제2구속돌기(320)는 제1팽창구조체(212)(및/또는 제2팽창구조체(222))의 타단과 터널(10)의 벽면의 사이에 밀착되게 배치된다.
이와 같이, 제1구속돌기(310)와 제2구속돌기(320)를 쐐기 형상으로 형성하는 것에 의하여, 터널(10)의 길이 방향을 따른 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 이동을 구속함과 아울러, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 불필요한 유동을 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)는 팽창 가스를 주입함에 따라 팽창되는 플렉시블한 구조로 형성되기 때문에, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 단부(일단 및 타단)에는 라운드부(212a,222a)가 형성되며, 라운드부(212a,222a)에 의해 터널(10)의 벽면과 제1팽창구조체(212)(및/또는 제2팽창구조체(222))의 단부의 사이에는 소정 여유공간이 형성된다. 이와 같이, 터널(10)의 벽면과 제1팽창구조체(212)(및/또는 제2팽창구조체(222))의 단부의 사이에 여유공간이 형성되면, 터널(10) 내부로 유입되는 유입수의 유입 조건(예를 들어, 유입량 또는 유입 크기)변화에 따라, 여유 공간에 의해 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 불필요하게 유동될 수 있기 때문에, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)에 의한 차폐 안정성이 저하되고, 유동에 따른 간섭에 의해 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 손상될 수 있는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 제1구속돌기(310)와 제2구속돌기(320)를 쐐기 형상으로 형성하는 것에 의하여, 터널(10)의 벽면과 제1팽창구조체(212)(및/또는 제2팽창구조체(222))의 단부의 사이에 여유 공간이 형성되는 것을 최소화할 수 있기 때문에, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 불필요한 유동을 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱 바람직하게, 제1구속돌기(310)와 제2구속돌기(320)에는 곡면접촉부(312,322)가 형성되고, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 일단 또는 타단에 형성된 라운드부(212a,222a)는 곡면접촉부(312,322)에 접촉된다. 이와 같이, 제1구속돌기(310)와 제2구속돌기(320)에 곡면접촉부(312,322)를 형성하고, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 곡면접촉부(312,322)에 밀착되게 접촉되도록 하는 것에 의하여, 여유 공간의 발생을 보다 효과적으로 억제하고, 제1 및 제2구속돌기(320)(310,320)와의 접촉에 의한 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 손상을 미연에 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에서는 제1구속돌기(310)와 제2구속돌기(320)가 쐐기 형상으로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 제1구속돌기와 제2구속돌기가 사각형, 원형 등과 같은 여타 다른 기하학적 형상을 갖도록 형성하는 것도 가능하다.
아울러, 제1구속돌기(310)와 제2구속돌기(320)는 터널(10)의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 형성될 수 있다. 바람직하게 제1구속돌기(310)(또는 제2구솔돌기)는 터널(10)의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치되어 제1팽창구조체(212)(또는 제2팽창구조체(222))에 일측으로 편중되지 않은 균일한 구속력을 제공할 수 있다. 경우에 따라서는 제1구속돌기와 제2구속돌기를 터널의 원주 방향을 따라 연속적으로 형성하는 것도 가능하다.
한편, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터널(10) 차폐 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 터널(10) 차폐 시스템을 구성하는 구속부(300)는, 터널(10)의 벽면에 돌출되게 형성되며 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 일단을 구속하는 제1구속돌기(310)와, 제1구속돌기(310)와 이격되며 터널(10)의 벽면에 돌출되게 형성되고 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 타단을 구속하는 제2구속돌기(320)를 포함하되, 제1구속돌기(310)와 제2구속돌기(320) 사이의 이격 거리(L2)는 팽창이 완료된 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 터널(10)의 벽면에 접촉되는 접촉 길이(L1)보다 길게(L2 〉L1) 형성되고, 이격 거리(L2)내에서는 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 이동이 허용된다.
이와 같이, 제1구속돌기(310)와 제2구속돌기(320) 사이의 이격 거리(L2)를 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 터널(10)의 벽면에 접촉되는 접촉 길이(L1)보다 길게 형성하여, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 완전히 팽창되기 전에 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 일부 이동(이격 거리내 이동)이 허용되도록 하는 것에 의하여, 제1구속돌기(310)(또는 제2구속돌기(320))에 의한 접촉 또는 가압에 의해 제1팽창구조체(212)(또는 제2팽창구조체(222))가 손상되는 것을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 완전히 팽창되기 전에 터널(10) 내부에 유입된 유입수의 흐름에 의해 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 소정 거리만큼 이동할 수 있다. 특히, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 터널(10)의 벽면에 접촉되는 접촉 길이(L1) 영역에 제1구속돌기(310)(또는 제2구속돌기(320))가 배치된 상태에서 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 완전히 팽창되면, 제1구속돌기(310)(또는 제2구속돌기(320))에 의한 접촉 및 가압에 의해 제1팽창구조체(212)(또는 제2팽창구조체(222))가 손상될 수 있는 우려가 있다. 하지만, 본 발명에서는 제1구속돌기(310)와 제2구속돌기(320) 사이의 이격 거리(L2)를, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 터널(10)의 벽면에 접촉되는 접촉 길이(L1)보다 길게 형성하여, 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)가 완전히 팽창되기 전에 제1팽창구조체(212)와 제2팽창구조체(222)의 일부 이동(이격 거리내 이동)이 허용되도록 하는 것에 의하여, 제1구속돌기(310)(또는 제2구속돌기(320))에 의한 접촉 또는 가압에 의해 제1팽창구조체(212)(또는 제2팽창구조체(222))가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 터널(10) 차폐 시스템(1)은, 터널(10) 내부에서 팽창 가능하게 제공되며 터널(10) 내부를 차폐하는 팽창구조체(inflatable structure)와, 터널(10)의 벽면으로부터 돌출되게 구비되며 터널(10) 내부에서 팽창구조체의 이동을 제한하는 구속부(300)를 포함하되, 구속부(300)는 터널(10)의 벽면에 형성된 수용부(11)에 수용되는 대기위치와, 터널(10)의 벽면 외부로 돌출되며 팽창구조체를 구속하는 구속위치로 이동 가능하게 구비되며, 팽창구조체의 비팽창(non-expansion) 상태에서 구속부(300)는 대기위치에 배치된다.
수용부(11)는 터널(10)의 벽면에 함몰된 홈 형태로 형성될 수 있으며, 평상시(터널(10) 내부에 유입수가 발생하지 않을 시)에 구속부(300)는 수용부(11)에 수용되는 대기위치에 배치되어 있다가, 터널(10) 내부에 용수가 유입되면 구속부(300)가 구속위치로 이동하게 된다.
이와 같이, 본 발명은 구속부(300)가 선택적으로 터널(10)의 벽면 내부(수용부(11))에 수용되거나 돌출되도록 하는 것에 의하여, 터널(10)의 활용도를 저하시키지 않으면서, 비상시(유입수 발생시)에는 팽창구조체의 이동을 제한할 수 있다. 더욱이, 구속부(300)가 수용부(11)에 수용된 상태에서는 구속부(300)가 터널(10) 벽면으로 돌출되지 않기 때문에 미려한 터널(10) 환경을 창출하는 것이 가능하다.
일 예로, 도 8을 참조하면, 구속부(300)는 대기위치에서 구속위치로 직선 이동하도록 구성된다.
구속부(300)는 모터 또는 실린더와 같은 구동수단에 의해 직선 이동하도록 구성될 수 있으며, 구속부(300)의 직선 이동 구조 및 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
다른 일 예로, 도 9를 참조하면, 구속부(300)는 대기위치에서 구속위치로 회전 이동하도록 구성된다.
구속부(300)는 회전축(미도시)을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있으며, 모터와 같은 구동수단에 의해 회전축이 회전함에 따라 대기위치에서 구속위치(또는 구속위치에서 대기위치)로 회전 이동할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 터널 11 : 수용부
212 : 제1팽창구조체 214 : 제1가스공급부
222 : 제2팽창구조체 224 : 제2가스공급부
300 : 구속부 310 : 제1구속돌기
320 : 제2구속돌기

Claims (10)

  1. 터널 내부를 선택적으로 차폐하기 위한 터널 차폐 시스템에 있어서,
    터널 내부에서 팽창 가능하게 제공되며, 상기 터널 내부를 차폐하는 팽창구조체(inflatable structure)와;
    상기 터널의 벽면에 돌출되게 형성되며 상기 팽창구조체의 일단을 구속하는 제1구속돌기와, 상기 제1구속돌기와 이격되며 상기 터널의 벽면에 돌출되게 형성되고 상기 팽창구조체의 타단을 구속하는 제2구속돌기를 포함하며, 상기 터널 내부에서 상기 팽창구조체의 이동을 제한하는 구속부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 터널 차폐 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1구속돌기와 상기 제2구속돌기 중 적어도 어느 하나는,
    일단에서 타단으로 갈수록 점진적으로 얇은 두께를 갖는 쐐기(wedge) 형상으로 형성되며, 상기 터널의 벽면과 상기 팽창구조체의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 터널 차폐 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1구속돌기와 상기 제2구속돌기 중 적어도 어느 하나에는 곡면접촉부가 형성되고,
    상기 팽창구조체의 일단 또는 타단에 형성된 라운드부는 상기 곡면접촉부에 접촉되는 것을 특징으로 하는 터널 차폐 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1구속돌기와 상기 제2구속돌기 사이의 이격 거리는 팽창이 완료된 상기 팽창구조체가 상기 터널의 벽면에 접촉되는 접촉 길이보다 길게 형성되고,
    상기 이격 거리내에서는 상기 팽창구조체의 이동이 허용되는 것을 특징으로 하는 터널 차폐 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1구속돌기와 상기 제2구속돌기 중 적어도 어느 하나는, 상기 터널의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 형성된 것을 특징으로 하는 터널 차폐 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 팽창구조체는,
    상기 터널 내부의 일부를 차폐시키는 제1팽창구조체와;
    상기 터널 내부의 다른 일부를 차폐시키는 제2팽창구조체를; 포함하고,
    상기 구속부는 상기 제1팽창구조체와 상기 제2팽창구조체를 각각 개별적으로 구속하는 것을 특징으로 하는 터널 차폐 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구속부는, 상기 터널의 벽면에 형성된 수용부에 수용되는 대기위치와, 상기 터널의 벽면 외부로 돌출되며 상기 팽창구조체를 구속하는 구속위치로 이동 가능하게 구비되며,
    상기 팽창구조체의 비팽창(non-expansion) 상태에서 상기 구속부는 상기 대기위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 터널 차폐 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구속부는 상기 대기위치에서 상기 구속위치로 직선 이동하는 것을 특징으로 하는 터널 차폐 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 구속부는 상기 대기위치에서 상기 구속위치로 회전 이동하는 것을 특징으로 하는 터널 차폐 시스템.
  10. 삭제
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