KR101968934B1 - 강재합성 슬래브를 이용한 터널 풍도 및 이의 시공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 자중이 작은 강재 합성 박스로 슬래브가 제작된 터널 풍도에 관한 것으로서, 터널(T) 양 측에 대향되게 배치되는 브라켓(100)과, 각관이 종횡으로 연결되어 형성되는 각관 프레임(210)과, 각관 프레임(210)의 상면과 저면에 각각 결합되는 상부강판(220) 및 하부강판(230)으로 이루어져서, 양 단이 상기 터널(T) 양 측 브라켓(100) 상부에 각각 거치되는 강재합성 슬래브(200) 및, 강재합성 슬래브(200)를 터널(T) 길이방향을 따라 나란하게 연결시키는 판 부재와 이음 부재로 이루어지는 연결유닛(400) 으로 구성되되, 판 부재는 나란하게 연결되는 두 개의 강재합성 슬래브(200)의 인접되는 두 상부강판(220) 또는 두 하부강판(230)의 경계선을 중심으로 동시에 밀착되고, 이음 부재는 상기 경계선의 양 측에 모두 설치됨으로써 강재합성 슬래브(200) 사이가 빈틈없이 밀착되게 연결되는 터널 풍도를 제공하고자 한다.
Description
본 발명은 터널 풍도에 관한 것으로, 특히 자중이 작은 강재 합성 박스로 슬래브가 제작된 터널 풍도에 관한 것이다.
일반적으로 터널(T) 내부의 오염된 공기나 화재 시 발생된 연기는 터널(T)의 길이가 짧은 터널(T)인 경우에는(도 1참조) 차량의 진행 방향인 터널(T)의 길이방향을 따라 오염공기를 터널(T) 밖으로 자연배출 시키거나 또는 터널(T)의 길이가 긴 장대터널(T)인 경우에는(도 2 참조) 터널(T)의 천단에 제트 팬(F)을 설치하고, 상기 제트 팬(F)에 의하여 오염된 공기를 강제적으로 배출하는 방법이 사용되었다.
여기서, 장대터널(T)과 교통이 정체되는 구간에서는 제트 팬(F)을 설치하여 오염공기를 배출시키는 방법은 공기배출 성능이 낮은 문제가 있다.
이와 같은 장대터널(T)이 갖는 문제를 개선하기 위하여 도 3a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 터널(T) 내부 상단에 별도로 콘크리트슬래브(CS)를 설치하여 터널(T) 상부와 하부를 구획하여 풍도를 형성하여 오염공기 배출 및 화재발생시 연기 등의 효율적인 배출을 위하여 다양한 형태의 터널용 풍도가 개발되고 있는 추세이다.
여기서, 상기한 터널용 풍도는 현장타설 콘크리트슬래브(도 3a, 3b참조), 프리캐스트 콘크리트슬래브(도 4a 4b, 4c, 5 참조), 종래기술에 따른 프리스트레스 콘크리트슬래브(도 6 참조) 등으로 구분될 수 있다.
먼저, 현장타설 콘크리트 풍도슬래브는 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 터널(T) 내벽인 라이닝콘크리트(TL)를 형성한 후, 상기 라이닝콘크리트(TL) 주변에 동바리를 설치하고, 상기 동바리 상부에 거푸집을 설치하고, 상기 거푸집 내에 철근을 배근하고, 콘크리트를 타설 및 양생하여 콘크리트 풍도슬래브를 시공한다.
상기한 바와 같은 단계를 통해 현장타설 콘크리트 풍도슬래브를 시공함으로써, 현장타설 콘크리트 슬래브 시공에 따른 동바리 설치비가 별도로 추가될 뿐만 아니라 장대터널(T)인 경우에는 특히 동바리 추가공사비 뿐만 아니라 동바리 설치 시 내부 버럭의 운반이 제한되어 공사기간이 장기화되는 문제가 있다.
또한, 프리캐스트 콘크리트 풍도슬래브는 도 4a 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 터널(T) 내 라이닝콘크리트(TL)에 콘크리트 브라켓(100)을 설치하고, 상기 콘크리트 브라켓(100)에 공장에서 제작된 프리캐스트 콘크리트 슬래브를 거치한 후, 상기 콘크리트 브라켓(100)과 프리캐스트 콘크리트슬래브를 상부에 단순 거치하여 프리캐스트 콘크리트 풍도슬래브를 시공한다.
그리고 종래기술에 따른 프리스트레스 콘크리트 슬래브도 마찬가지로 터널(T) 내 라이닝콘크리트(TL)에 콘크리트 브라켓(100)을 설치하고, 상기 콘크리트 브라켓(100)에 공장에서 된 종래기술에 따른 프리스트레스트 콘크리트 슬래브를 거치한 후, 상기 콘크리트 브라켓(100)과 도 6에 도시된 프리스트레스트 콘크리트 슬래브를 단순 거치하여 프리스트레스트 콘크리트 풍도슬래브를 시공한다.
상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 종래의 풍도슬래브는 터널(T) 내 라이닝콘크리트(TL)에 콘크리트 브라켓(100)을 설치하고, 공장에서 철근콘크리트로 제작한 프리캐스트 콘크리트 슬래브를 제작 및 운반하여 시공하거나, 슬래브 하부에 강연선을 배치하고, 상기 강연선 주변을 콘크리트로 타설하고, 자중을 줄이기 위하여 중공으로 하여 슬래브를 제작 및 시공한다.
그러나 상기 종래기술에 따른 프리스트레스트 콘크리트 슬래브는 그 단면 형상이 중공으로 형성되어도 콘크리트 특성상 자중이 무거워 제작, 운반 및 시공이 곤란하다.
특히, 프리캐스트 콘크리트 슬래브나 종래기술에 따른 프리스트레스트 콘크리트 슬래브나 공히 이들 설치 후, 슬래브의 자중이 최대하중이 되므로 터널(T)의 폭이 넓어 지간이 장대한 경우에는 슬래브의 두께가 점점 더 두꺼워짐과 동시에 무거워짐으로써, 단면의 효율이 비효율적이며, 또한 터널(T)의 첨단에 앵커볼트(120)를 설치하여 지간을 줄이는 경우도 있으나, 터널(T)의 라이닝콘크리트 타설시 터널(T) 천단의 경우 공기배출이 원활하지 않아 터널(T)의 천단을 콘크리트로 완벽하게 채우기는 사실상 불가능하여 최종적으로 천단에 무수축 몰탈 등으로 충전하는 상황이며, 터널(T)의 하자가 가장 많이 발생하는 장소이므로 하중을 가할 경우 탈락 등의 위험이 내제돼 있으므로, 이는 도 4d 및 도 4e에 나타난 터널(T) 붕괴의 한 요소가 될 수 있다.
또한 내부 중공식 콘크리트 슬래브의 구조물 안에는 철근 배근이 없어 힘이 분배되지 못하여 균열 발생 우려가 높은 문제가 있다. 이러한 문제는 2012년 개통된 춘천 B터널의 풍도슬래브에서 발생된 균열에 대한 정밀점검 결과에서 나타난 바 있다. 당시 검토결과에서도 배력 철근이 배치되지 않아 건조수축, 크리프 및 PC긴장력에 의한 균열발생이 예상된다는 지적이 있었다.
최근에도 바로 지난 4월 21일에 부산 산성터널 공사 연장 화명동 입구에서 금정구 방면 3.5km 지점에서 작업하던 작업자가 풍도 슬래브의 일부 균열 및 이탈로 풍도 슬래브의 일부가 추락되어 숨지는 사고가 발생
따라서 종래의 풍도 슬래브에서 문제로 제기되는 슬래브 자중으로 인한 균열과 대형사고 우려 및 현장 시공의 어려움과 공사기간의 장기화가 해결될 수 있는 터널 풍도에 대한 기술이 절실하게 요청되는 상황이다.
등록특허 10-1005606(등록일: 2010.12.27)
등록특허 10-1445365(등록일: 2014.09.19)
이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 풍도 슬래브의 자중이 현저하게 감소되어 풍도 구조물의 붕괴 사고의 위험이 효과적으로 방지 될 뿐만 아니라, 터널이 긴 경우 강재의 특성상 분절 하여 운반하는 것이 가능하고 연결이 단순하므로 현장 시공이 간편하여 상당한 인력과 공기 단축 및 비용 절감이 가능한 터널 풍도 및 이의 시공방법을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터널 풍도는 브라켓(100)과, 강재합성 슬래브(200) 및 판 부재와 이음 부재로 구성된다.
브라켓(100)은 일정한 형상의 프레임과, 프레임을 터널 측면 라이닝 콘크리트에 고정시키는 앵커볼트(120)로 이루어져, 터널 길이방향을 따라 일정 간격으로 설치되면서 터널 양 측에 대향되게 배치된다.
강재합성 슬래브(200)는 각관이 종횡으로 연결되어 형성되는 각관 프레임(210)과, 각관 프레임(210)의 상면과 저면에 각각 결합되는 상부강판(220) 및 하부강판(230)으로 이루어져서, 양 단이 상기 터널 양 측 브라켓(100) 상부에 각각 거치된다.
판 부재와 이음 부재는 강재합성 슬래브(200)를 터널 길이방향을 따라 나란하게 연결시킨다. 판 부재는 나란하게 연결되는 두 개의 강재합성 슬래브(200)의 인접되는 두 상부강판(220) 또는 두 하부강판(230)의 경계선을 중심으로 동시에 밀착되고, 이음 부재는 상기 경계선의 양 측에 모두 설치됨으로써 강재합성 슬래브(200) 간을 빈틈없이 밀착되게 연결시킨다.
여기서 상기 판 부재는 강성 재질로 이루어지는 연결 판(410)이고, 연결 판(410)의 양 측과 상부강판(220) 또는 하부강판(230)의 테두리 인접 부위에는 서로 연통되는 이음 부재 관통 홀이 형성되며, 이음 부재는 바람직하게는 외부에서 체결되는 볼트 또는 너트로 이루어지는 외측 체결부재(440)와, 상부강판(220)의 저면 또는 하부강판(230)의 상면에 미리 용접 고정되어 상기 외측 체결부재(440)에 결합되는 너트 또는 볼트로 이루어지는 내측 체결부재(430)로 이루어질 수 있다.
또는 상기 판 부재는 강성 재질로 이루어지는 연결 판(410)이고, 연결 판(410)의 양 측과 상부강판(220) 또는 하부강판(230)의 테두리 인접 부위에는 서로 연통되는 이음 부재 관통 홀이 형성되며, 상기 이음 부재는 바람직하게는 관통 홀에 삽입되면서 변형되어 상부강판(220) 또는 하부강판(230)을 연결 판(410)과 체결시키는 블라인드 리벳일 수 있다.
또한 상기 강재합성 슬래브(200)는 터널 하부 폭이 작은 경우 바람직하게는 양 단 사이에 단절부가 형성되고, 단절부는 상기 연결 판(410)과 이음 부재로 연결될 수 있다.
또한 상기 브라켓(100) 상부에는 바람직하게는 터널 길이방향을 따라 일정 간격으로 설치되는 복수개의 브라켓(100)을 모두 연결시키는 레일(300)이 설치될 수 있다.
이 경우 상기 브라켓(100) 상면에는 바람직하게는 레일(300)이 삽입될 수 있는 레일 홈(130)이 형성될 수 있다.
이때 상기 레일 홈(130)에는 바람직하게는 레일 홈(130)의 측면 또는 저면에 체결구가 형성되고, 상기 레일(300)의 측면 또는 저면에 대응 체결구가 형성되며, 레일(300) 체결 부재가 상기 체결구와 대응 체결구를 모두 관통하여 삽입됨으로써 레일(300)이 고정 설치될 수 있다.
이로써 브라켓(100)이 모든 강재합성 슬래브(200) 마다 설치되어야 할 필요가 없어지므로 브라켓(100) 설치 위치 측량 공정의 생략이 가능하고, 상기 터널(T)의 길이 방향을 따라 설치되는 브라켓(100)의 중심 간의 간격은 서로 인접되는 풍도 슬래브 중심 간의 간격 보다 크거나 같을 수 있다.
한편, 상기 강재합성 슬래브(200)에는 바람직하게는 터널 길이방향을 향하는 두 측면 중 어느 한 측면은 상부강판(220)이 상부강판(220) 하부의 각관 프레임(210) 보다 더 돌출되어 단차가 하부를 향하는 상부 돌출부(223)가 형성되고, 상기 두 측면 중 나머지 한 측면은 상부강판(220)이 상부강판(220) 하부의 각관 프레임(210) 보다 더 후퇴되어 단차가 상부를 향하는 상부 후퇴부(222)가 형성되어, 터널 길이방향을 따라 인접되는 두 강재합성 슬래브(200)는 상부 돌출부(223)와 상부 후퇴부(222)가 서로 밀착됨으로써, 어느 하나의 강재합성 슬래브(200)의 자중으로 인하여 강재합성 상부 공간과 하부 공간 간의 분리가 수밀하게 이루어질 수 있다.
또한 바람직하게는 상기 상부 돌출부(223) 및 상부 후퇴부(222)와 동일한 형태의 하부 돌출부(233) 및 하부 후퇴부(232)가 인접되는 두 강재합성 슬래브(200)의 밀착 면에 형성됨으로써, 인접되는 두 강재합성 슬래브(200)는 상부와 하부가 이중으로 자중에 따른 밀착이 이루어져, 강재합성 슬래브(200)의 상부 공간과 하부 공간 간의 분리가 이중으로 수밀하게 이루어질 수 있다.
이 경우 바람직하게는 상기 상부 돌출부(223)를 이루는 상부강판(220) 단부 또는 하부 돌출부(233)를 이루는 하부강판(230) 단부가 상기 판 부재를 이루고, 상기 이음 부재는 블라인드 리벳으로서, 상부 또는 하부 돌출부(223,233)와 각관 프레임(210)을 동시에 관통하게 설치됨으로써, 인접되는 강재 박스는 서로 밀착된 상태에서 블라인드 리벳의 체결만으로 수밀한 연결이 가능할 수 있다.
한편 상기 브라켓(100) 저면에는 바람직하게는 터널 길이방향을 따라 일정 간격으로 설치되는 브라켓(100)을 모두 연결시키는 내화 판넬(500)이 설치될 수 있다.
이때 바람직하게는 상기 강재합성 슬래브(200) 저면에는 상기 내화 판넬(500)과 접촉되는 내화 판넬(500)이 설치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 터널 풍도 시공방법은 일정한 형상의 브라켓(100)을 제작하고, 브라켓(100)을 터널 라이닝(TL)에 고정시킬 앵커볼트(120)를 마련하여 브라켓(100)을 준비하는 단계와, 각관을 종횡으로 연결하여 각관 프레임(210)을 제작하여, 각관 프레임(210) 상면에 상부강판(220)을 결합시키며, 각관 프레임(210) 저면에 하부강판(230)을 결합시켜서 강재합성 슬래브(200)를 제작하는 단계와, 브라켓(100)과 강재합성 슬래브(200)를 브라켓(100)과 강재합성 슬래브(200)의 제작 공장으로부터 시공 현장인 터널로 이송하는 단계와, 상기 앵커볼트(120)로 브라켓(100)을 터널 양 측에 설치하되 터널 길이방향을 따라 일정 간격으로 설치하는 단계와, 상기 강재합성 슬래브(200)의 양 단을 터널 양 측에 대향되는 브라켓(100) 상부에 각각 거치함으로써, 서로 대향되는 브라켓(100)을 가로질러 연결하는 형태로 강재합성 슬래브(200)를 설치하되, 복수개의 강재합성 슬래브(200)를 터널 길이방향을 따라 나란하게 인접하게 배치시켜 설치하는 단계와, 나란하게 인접되는 상기 복수개의 강재합성 슬래브(200) 간을 판 부재 및 이음 부재를 준비하여 고정 연결하는 단계와, 강재합성 슬래브(200) 중앙과 터널 천정 라이닝을 강재합성 슬래브(200)와 동일한 제작과정으로 제작된 격벽(600)으로 연결시켜, 강재합성 슬래브(200)의 상부 공간을 터널 길이방향을 따라 평행한 두 개의 통로로 분할하는 단계 및, 상기 브라켓(100) 하부와 강재합성 슬래브(200) 하부에 내화 판넬을 설치하는 단계로 구성된다.
여기서 상기 강재합성 슬래브(200)를 제작하는 단계에서, 바람직하게는 상부강판(220) 또는 하부강판(230)에 볼트 또는 너트에 해당되는 이음부재가 관통되는 관통 홀을 천공하고, 관통 홀이 천공된 부위의 상부강판(220) 저면 또는 하부강판(230) 상면에 이음부재와 결합되는 대응 이음부재인 너트 또는 볼트를 상부강판(220) 또는 하부강판(230)이 각관 프레임(210)과 결합되기 전에 용접으로 고정 설치함으로써, 상기 고정 연결하는 단계에서 추가적인 현장 용접 없이 판 부재 및 이음 부재의 설치만으로 강재합성 슬래브(200) 사이가 밀착되게 강재합성 슬래브(200)를 고정 연결할 수 있다.
또는 상기 강재합성 슬래브(200)를 제작하는 단계에서, 상부강판(220) 또는 하부강판(230)에 블라인드 리벳에 해당되는 이음부재가 관통되는 관통 홀을 천공함으로써, 상기 고정 연결하는 단계에서 추가적인 현장 용접 없이 판 부재 및 이음 부재의 설치만으로 강재합성 슬래브(200) 사이가 밀착되게 강재합성 슬래브(200)를 고정 연결할 수 있다.
또한 상기 브라켓(100)을 일정 간격으로 설치하는 단계는 바람직하게는 브라켓(100) 설치 후 브라켓(100) 상부에 브라켓(100)을 터널 길이방향을 따라 연결시키는 레일(300)을 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우 상기 브라켓(100)을 준비하는 단계는 바람직하게는 프레임을 제작하면서 프레임 상부에 상기 레일(300)이 내포되는 레일 홈(130)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편 상기 레일(300)을 설치하는 단계에서는 바람직하게는 터널 길이방향으로 설치되는 복수개의 브라켓(100)의 브라켓(100)과 브라켓(100) 사이 구간들 중 적어도 어느 한 구간을 제외하고 레일(300)을 설치함으로써, 상기 강재합성 슬래브(200)를 설치하는 단계에서, 상기 어느 한 구간을 통해 강재합성 슬래브(200)를 인상시켜, 터널 양 측의 레일(300) 상부에 강재합성 슬래브(200)의 양 단을 안치시킨 다음, 또 다른 강재합성 슬래브(200)를 인상시키면서 수평으로 밀어서 상기 안치시킨 강재합성 슬래브(200)를 터널 길이방향을 향해 밀어 넣는 과정을 반복함으로써, 복수개의 강재합성 슬래브(200)를 터널 길이방향을 향해 나란하게 배치할 수 있다.
또한 상기 강재합성 슬래브(200)를 설치하는 단계는 바람직하게는 강재합성 슬래브(200)를 설치하기 전에 협폭 터널 내부를 따라 강재합성 슬래브(200)를 용이하게 이동시킬 수 있게 강재합성 슬래브(200)의 양 단 사이를 절단하여 단절부를 형성하는 단계와, 강재합성 슬래브(200) 양 단을 브라켓(100) 상부에 거치시킨 다음 상기 판 부재 및 이음 부재로 단절부를 접합시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 강재합성 슬래브(200)를 제작하는 단계는 바람직하게는 터널 길이방향을 향하는 두 측면 중 어느 한 측면의 상부강판(220)이 상부강판(220) 하부의 각관 프레임(210) 보다 더 돌출되어 단차가 하부를 향하는 상부 돌출부를 형성하고 나머지 한 측면은 상부강판(220)이 상부강판(220) 하부의 각관 프레임(210) 보다 더 후퇴되어 단차가 상부를 향하는 상부 후퇴부를 형성하되 돌출부와 후퇴부의 형상이 대응되게 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 강재합성 슬래브(200)를 터널 길이방향을 따라 나란하게 인접하게 배치시켜 설치하는 단계는 돌출부의 단차와 후퇴부의 단차가 서로 밀착되게 배치함으로써, 어느 하나의 강재합성 슬래브(200)의 자중으로 인하여 강재합성 상부 공간과 하부 공간 간의 분리가 수밀하게 이루어질 수 있다.
이 경우 상기 판 부재는 바람직하게는 돌출부를 형성하는 상부강판(220)의 돌출된 부위이고 상기 이음 부재는 상부강판(220)의 돌출된 부위와 인접되는 강재합성 슬래브(200)의 각관 프레임(210) 상면을 동시에 관통하여 설치되는 블라인드 리벳일 수 있다.
본 발명은 종래 터널 풍도 비해 풍도 슬래브의 자중이 현저하게 감소되어 풍도 구조물의 붕괴 사고의 위험이 효과적으로 방지 될 뿐만 아니라, 현장 시공이 간편하여 상당한 인력과 공기 단축 및 비용 절감이 가능한 효과가 있다.
도 1 내지 도 6은 종래기술을 나타내는 도면,
도 7a는 본 발명에 따른 터널 풍도의 예시도,
도 7b는 종래기술에 따른 터널 풍도와 본 발명에 따른 터널 풍도를 비교한 사진,
도 8a는 강재합성 슬래브(200)의 투시 평면도,
도 8b는 강재합성 슬래브(200)의 내부 평면도,
도 8c는 강재합성 슬래브(200)의 측면도,
도 8d는 강재합성 슬래브(200)의 상면 외부 평면도,
도 8e는 강재합성 슬래브(200)의 제작 중간 단계 사진,
도 8f는 강재합성 슬래브(200)의 제작 완성 단계 사진,
도 8g는 강재합성 슬래브(200) 상면에 인양 고리가 설치된 사진,
도 8h는 인양 고리의 확대 사진,
도 9a는 강재합성 슬래브(200)가 판 부재와 이음 부재로 연결된 평면도,
도 9b는 강재합성 슬래브(200)의 단절부 평면도,
도 9c는 연결 판(410)과 외측 및 내측 부재의 분해 측면도,
도 9d는 블라인드 리벳(460)의 예시도,
도 10a는 브라켓(100)의 측면도,
도 10b는 브라켓(100)의 정면도,
도 10c는 브라켓(100)의 평면도,
도 10d는 도 10a의 변형 실시예의 측면도,
도 10e는 동시 체결구(460)의 개념도,
도 11은 강재합성 슬래브(200) 폭과 브라켓(100) 간격의 크기 비교 평면도,
도 12a는 돌출부와 후퇴부의 측면도,
도 12b는 돌출부와 후퇴부를 이용한 판부재 및 이음부재의 변형 실시예,
도 13a는 격벽의 정단면도,
도 13b는 도 13a의 부분 확대도,
도 14b 내지 도 14h는 본 발명에 따른 터널 풍도 시공방법의 순서를 차례로 나타낸 도면,
도 15는 강재 합성 슬래브의 합성 설계 흐름을 나타낸 블록도,
도 7a는 본 발명에 따른 터널 풍도의 예시도,
도 7b는 종래기술에 따른 터널 풍도와 본 발명에 따른 터널 풍도를 비교한 사진,
도 8a는 강재합성 슬래브(200)의 투시 평면도,
도 8b는 강재합성 슬래브(200)의 내부 평면도,
도 8c는 강재합성 슬래브(200)의 측면도,
도 8d는 강재합성 슬래브(200)의 상면 외부 평면도,
도 8e는 강재합성 슬래브(200)의 제작 중간 단계 사진,
도 8f는 강재합성 슬래브(200)의 제작 완성 단계 사진,
도 8g는 강재합성 슬래브(200) 상면에 인양 고리가 설치된 사진,
도 8h는 인양 고리의 확대 사진,
도 9a는 강재합성 슬래브(200)가 판 부재와 이음 부재로 연결된 평면도,
도 9b는 강재합성 슬래브(200)의 단절부 평면도,
도 9c는 연결 판(410)과 외측 및 내측 부재의 분해 측면도,
도 9d는 블라인드 리벳(460)의 예시도,
도 10a는 브라켓(100)의 측면도,
도 10b는 브라켓(100)의 정면도,
도 10c는 브라켓(100)의 평면도,
도 10d는 도 10a의 변형 실시예의 측면도,
도 10e는 동시 체결구(460)의 개념도,
도 11은 강재합성 슬래브(200) 폭과 브라켓(100) 간격의 크기 비교 평면도,
도 12a는 돌출부와 후퇴부의 측면도,
도 12b는 돌출부와 후퇴부를 이용한 판부재 및 이음부재의 변형 실시예,
도 13a는 격벽의 정단면도,
도 13b는 도 13a의 부분 확대도,
도 14b 내지 도 14h는 본 발명에 따른 터널 풍도 시공방법의 순서를 차례로 나타낸 도면,
도 15는 강재 합성 슬래브의 합성 설계 흐름을 나타낸 블록도,
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 터널(T) 풍도는 도 7a와 도 7b의 오른쪽 사진에 나타난 바와 같이 브라켓(100)과, 강재합성 슬래브(200)와 레일(300) 및, 판 부재와 이음부재로 이루어지는 연결유닛(400)으로 구성된다.
브라켓(100)은 도 10a에 도시된 바와 같이 일정한 형상의 프레임 형태의 브라켓 몸체(110)와, 브라켓 몸체(110)를 터널(T) 측면 라이닝 콘크리트(C)에 고정시키는 앵커볼트(120)로 이루어진다. 그리고 터널(T) 길이방향을 따라 일정 간격으로 설치되면서 터널(T) 양 측에 대향되게 배치된다.
여기서 브라켓 몸체(110)는 도 10a에 표시된 A 선을 따라 절개된 단면도를 나타내는 도 10b의 절개된 정면도를 참조하면 일종의 H 빔과 유사한 구조를 가짐을 알 수 있다. 따라서 후술하는 바와 같이 브라켓 몸체(110) 상부에 거치되는 구조물과 결합시킬 때 브라켓 몸체(110) 내부의 천장으로부터 브라켓 몸체(110) 상부를 향하여 레일 체결부재(140)를 결합시킬 수 있는 공간이 마련된다. 여기서 레일 체결부재(140)는 자세하게 도시되진 않았지만 블라인드 리벳 또는 볼트와 너트가 사용될 수 있다.
강재합성 슬래브(200)는 도 8a와 8b에 도시된 바와 같이 각관이 종횡으로 연결되어 형성되는 각관 프레임(210)과, 각관 프레임(210)의 상면과 저면에 각각 결합되는 상부강판(220) 및 하부강판(230)으로 이루어져서, 양 단이 상기 터널(T) 양 측 브라켓(100) 상부에 각각 거치된다. 본 발명에서는 이처럼 풍도 슬래브가 강재 합성으로 제작 가능하며, 특히 내부 각관 프레임(210)으로 인해 응력이 분산 가능하면서도 내부 공간이 형성됨으로써, 자중이 극히 작게 제작 가능하므로, 도 4c에 도시된 균열이나 도 4d 및 4e의 사진에 나타난 붕괴 위험이 원천적으로 방지될 수 있다.
강재합성 슬래브(200)는 상기와 같이 속이 빈 형태의 강재로 제작됨으로써, 자중이 최소화되면서 단면 2차 모멘트는 증가되어 자중 감소와 강도 증가라는 화합되기 힘든 두 가지 과제가 모두 달성된다. 이처럼 속이 빈 형태를 가져서 자중이 감소되면서도 강성이 증대되기 위해서는 강판, 각관, 형강, 강관 등이 조합되어 결합되는 과정이 필요하다.
또한 강재의 특성상 녹 방지를 위해 스테인리스가 사용되거나 또는 도장이 필요하다. 그런데, 스테인리스는 고가이고, 도장이 이루어지려면 도장 공정을 추가적으로 거쳐야 하므로 제작 과정에서 공정 및 부자재의 투입으로 또한 단가가 증가되는 문제가 있다.
따라서 발전된 최신 강재기술에 힘입어 제작된 고내식성 합금 또는 도금 강판이 사용되면 내식성 향상을 위한 도장 또는 유지관리가 필요 없게 된다.
판 부재와 이음 부재는 도 9a에 도시된 바와 같이 강재합성 슬래브(200)를 터널(T) 길이방향을 따라 나란하게 연결시킨다. 판 부재는 서로 나란하게 밀착되는 강재합성 슬래브(200)의 상면 또는 저면에 밀착되고, 인접되는 두 강재합성 슬래브(200)와 판 부재를 이음부재가 모두 관통함으로써 두 강재합성 슬래브(200)가 연결된다. 따라서 강재합성 슬래브(200)는 현장에서 별도의 용접공정이 수행되지 않고도 연결되며, 또한 강재합성 슬래브(200) 간의 간격이 발생되지 않고 밀착 가능하여, 차량 주행공간과 풍도가 서로 연통될 수 있게 형성되는 지정된 배기구 또는 유입구(미도시)를 제외하고는 차량 주행 공간과 풍도 공간이 빈틈없이 서로 차단되어 풍도의 환기 작용이 더욱 효과적이게 된다.
판 부재와 이음 부재는 두 가지 실시예가 있다.
첫 번째 실시예는 도9c에 도시된 바와 같이 판 부재는 강성 재질로 이루어지는 연결 판(410)이고, 연결 판(410)의 양 측과 상부강판(220) 또는 하부강판(230)의 테두리 인접 부위에는 서로 연통되는 이음 부재 관통 홀(240,420)이 형성된다.
그리고 이음 부재는 외부에서 체결되는 볼트 또는 너트로 이루어지는 외측 체결부재(440)와, 상부강판(220)의 저면 또는 하부강판(230)의 상면에 미리 용접 고정되어 상기 외측 체결부재(440)에 결합되는 너트 또는 볼트로 이루어지는 내측 체결부재(430)로 이루어진다. 9c에서는 내측 체결부재(430)인 너트가 상부강판(220)의 저면에 용접 설치된 것으로 도시되어 있다.
종래에는 복수개의 풍도 슬래브를 서로 연결시킬 때 반드시 풍도 슬래브 간을 용접시키거나 또는 경화 물질을 풍도 슬래브 사이에 충진 시켜 경화시키는 공정이 따를 수밖에 없었다. 왜냐하면 종래의 풍도 슬래브 중 체결부재로 풍도 슬래브가 연결 가능하게 제작된 것들은 풍도 슬래브의 측면 테두리 자체에 체결부재가 설치되도록 제작됨으로써 결국 체결부재로 풍도 슬래브가 연결되더라도 체결부재로 인하여 슬래브 간에 공간이 있을 수밖에 없기 때문이다.
반면에 본 발명에서는 풍도 슬래브 간의 간격이 없이 밀착되게 설치 가능한데, 특히 내측 체결부재(430)가 강재합성 슬래브(200) 내부에 미리 설치됨으로써 현장 시공과정에서는 외측 체결부재(440)를 설치하는 것만으로도 강재합성 슬래브(200) 간의 빈틈없는 수밀한 연결이 가능하여 종래에 비해 월등하게 공정이 단순해진다.
판 부재와 이음 부재에 관한 두 번째 실시예는 판 부재가 연결 판(410)인 점과, 연결 판(410)의 양 측과 상부강판(220) 또는 하부강판(230)의 테두리 인접 부위에 서로 연통되는 이음 부재 관통 홀이 형성되는 것은 첫 번째 실시예와 동일하다. 그러나 강재합성 슬래브(200) 제작 과정에서 별도의 내측 체결부재(430)를 준비할 필요 없는 차이점이 있고, 또한 외측 체결부재(440)가 첫 번째 실시예에서는 볼트 또는 너트인 것과 달리 블라인드 리벳이 사용되는 차이점이 있다.
참고로 도 9d에 도시된 바와 같이 블라인드 리벳은 막힌 단면을 서로 연결시킬 수 있는 리벳으로, 관통 홀을 형성하여 블라인드 리벳을 삽입한 후 유압을 사용하여 외부에서 블라인드 리벳을 당기면 외부는 떨어져나가고 내부는 관통 홀을 채우는 형태로 부풀려져서 두 강재를 연결시키는 전단 연결부재이다.
두 번째 실시예 에서와 같이 체결부재로 블라인드 리벳이 설치되면, 설치 과정에서 볼트와 너트의 두 작용이 모두 하나의 리벳 심으로 가능한 점 때문에 강재박스의 제작 과정에서 내측 체결부재(430)를 미리 용접시킬 필요가 없어 강재합성 슬래브(200) 제작 공정이 더욱 단순해져, 최종적으로 강재합성 슬래브(200) 사이를 빈틈없이 설치하기까지의 공정이 극도로 단순화 될 수 있다.
강재합성 슬래브(200)는 길이가 터널(T) 양 측에 설치되는 브라켓(100)을 연결시킬 수 있게 길게 제작되며 터널(T) 길이방향의 폭은 짧게 형성되어 운반이 용이하게 제작된다. 그런데 강재합성 슬래브(200)는 양 단 사이가 길게 제작되므로 설치 방향으로 강재합성 슬래브(200)를 터널(T) 내부를 따라 통과시키게 되면 방향이 약간 틀어질 때 터널(T) 내벽과 강재합성 슬래브(200) 사이에 간섭이 발생될 우려가 있다.
이러한 점을 방지시키기 위해 터널(T) 하부 폭이 작게 형성되는 터널(T)의 경우에는 강재합성 슬래브(200)의 운반이 더욱 용이해질 수 있게 도 14g에 도시된 바와 같이 양 단 사이에 단절부가 형성될 수 있다. 이 단절부는 현장에서 연결될 수 있는데, 연결 방법은 앞서 서술된 강재합성 슬래브(200)를 터널(T) 길이방향을 따라 연결시키는 방법과 동일하게 연결 판(410)과 이음 부재로 연결시킴으로써, 단절부의 연결 과정이 극히 단순한 공정으로 이루어질 수 있다.
또한 강재합성 슬래브(200)는 도 8g와 도 8h의 사진에서 알 수 있듯이 운반과 설치 과정에서 상부로부터 크레인 등의 기구로 용이하게 운반 될 수 있도록 상부강판(220) 상면에 인양 고리가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 도 10a와 도 14g에 도시된 바와 같이 터널(T) 길이방향을 따라 브라켓(100)을 연결시키는 레일(300)이 브라켓(100) 상부에 설치될 수 있다.
레일(300)이 브라켓(100) 사이를 메우는 형태로 설치됨으로써 강재합성 슬래브(200)는 터널(T) 양 측에 더욱 견고하게 고정될 수 있다. 특히 레일(300)의 설치로 인하여 브라켓(100)의 설치 개수가 감소될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이 레일(300)이 설치되면, 브라켓(100)은 모든 강재합성 슬래브(200)의 측면에 반드시 결합 될 필요가 없으므로 브라켓(100) 사이 간격이 강재합성 슬래브(200)의 폭 보다 더 크게 배치될 수 있기 때문이다.
그리고 레일(300)이 브라켓(100) 상부에 설치되되, 도 10a에 도시된 바와 같이 브라켓(100) 상부에 레일(300)이 내포될 수 있는 레일 홈(130)이 형성됨으로써, 강재합성 슬래브(200)의 단부 저면은 레일(300)과 브라켓(100) 상면에 모두 접촉되게 설치될 수 있으므로 강재합성 슬래브(200)와 브라켓(100) 및 레일(300) 간의 결합이 더욱 견고해질 수 있다.
특히 레일(300)이 설치되면, 도 14f에 도시된 바와 같이 강재합성 슬래브(200)의 설치 과정에서 각각의 강재합성 슬래브(200)를 설치할 때 마다 일일이 지게차가 하부에서 받쳐줘야 하는 문제가 해결될 수 있다.
즉 도 14f에서처럼 각 브라켓(100) 간의 구간 중 어느 하나 또는 두 구간을 제외하고 레일(300)을 설치하게 되면, 강재합성 슬래브(200)를 빈 구간을 통해 레일(300) 상부에 거치시킨 후 또다른 강재합성 슬래브(200)로 이미 거치된 강재합성 슬래브(200)를 밀어 넣는 방식으로 복수개의 강재합성 슬래브(200)를 고정 설치 전 단계에서 이미 설치 위치에 배치시키는 것이 가능하므로, 강재합성 슬래브(200)를 고정 설치하는 공정이 복수개의 강재합성 슬래브(200)에서 동시에 수행 가능하다.
이로써 강재합성 슬래브(200)의 설치 공정은 종래에 비해 획기적으로 빠른 시간 내에 수행될 수 있어 앞서 설명된 연결 과정의 단순화와 더불어 종래의 어떠한 풍도 시공 방법에 비해서도 비교할 수 없을 정도로 빠른 시간과 극도로 단순화된 공정으로 풍도 설치가 가능하다. 이로 인하여 종래 풍도 설치에 소요되는 인력과 비용 및 시간은 비약적으로 단축될 수 있다.
이때 도 10a에 도시된 것처럼 레일 홈(130)에 내포된 레일(300)과 브라켓(100)의 결합은 레일(300) 체결 부재로 이루어질 수 있다. 레일(300) 체결 부재는 레일 홈(130)의 바닥면과 접촉되는 레일(300) 저면에 모두 설치될 수도 있으며, 도 10d에 도시된 바와 같이 체결부재 중 하나는 레일(300) 측면과 레일 홈(130)의 벽면을 연결시키고 나머지 하나는 레일(300)의 저면과 레일 홈(130)의 바닥면을 연결시키는 형태로 설치될 수도 있다.
한편, 강재합성 슬래브(200)는 도 12a에 도시된 바와 같이, 제작과정에서 터널(T) 길이방향을 향하는 두 측면 중 어느 한 측면은 상부강판(220)이 상부강판(220) 하부의 각관 프레임(210) 보다 더 돌출되어 단차가 하부를 향하는 상부 돌출부(223)가 형성되고, 두 측면 중 나머지 한 측면은 상부강판(220)이 상부강판(220) 하부의 각관 프레임(210) 보다 더 후퇴되어 단차가 상부를 향하는 상부 후퇴부(222)가 형성될 수 있다.
이 경우 강재합성 슬래브(200)를 연결시키는 과정에서 돌출부(223)가 형성된 강재합성 슬래브(200)의 자중이 후퇴부(222) 상부를 압착시킴으로써, 별도의 기밀 부재를 충진 하거나 설치하지 않더라도 두 강재합성 슬래브(200)를 연결시키는 것만으로도 풍도 공간과 하부의 차량 주행 공간 사이의 수밀한 분리가 이루어질 수 있다. 따라서 풍도 시공 공정은 종래에 비해 더욱 단순화 시키는 것이 가능하면서도 종래보다 더욱 풍도 본연의 작용이 뛰어나게 발휘될 수 있는 각별한 효과가 있다.
또한 도 12b에 도시된 바와 같이 돌출부(223,233) 또는 후퇴부(222,232)는 강재합성 슬래브(200) 측면의 상부뿐만 아니라 하부에 형성될 수도 있다. 이러한 경우 후술하는 바와 같이 두 가지 면에서 종래에 비해 월등한 효과가 있다.
첫째는 앞서 설명된 자중으로 인한 수밀 효과가 상부와 하부에 걸쳐 이중으로 발휘됨과 아울러, 풍도 하부의 차량 주행 공간의 공기와 이물질이 상부 풍도 공간으로 침투되는 경로 자체가 일직선이 아닌 복잡한 경로로 형성되므로, 풍도 공간과 하부 차량 주행 공간 사이의 극히 치밀한 분리가 가능하게 되는 점이다.
둘째는 도 12b에 도시된 바와 같이 판 부재 자체가 바로 돌출부(223)를 형성하는 상부강판(220)의 단부가 되어, 판 부재를 별도의 부재로 제작할 필요 없이 바로 이음 부재를 돌출부(223)에 관통시켜 인접 강재합성 슬래브(200)의 각관 프레임(210)까지 설치함으로써 강재합성 슬래브(200) 간의 연결이 극도로 간편하게 이루어질 수 있는 점이다.
이로써 본 발명에서는 강재합성 슬래브(200)가 종래에 비해 훨씬 극도로 자중이 작아 자체 붕괴 위험이 원천적으로 방지될 수 있으면서도 풍도 공간과 차량 주행 공간의 분리가 철저하게 이루어질 수 있고, 그러면서도 풍도 시공 전 공정이 종래보다 비약적으로 간편하게 이루어질 수 있어, 최단시간의 공정과 비용 및 인력 투입으로도 뛰어난 풍도 시공이 가능하다.
이 경우 별도의 판 부재 없이 체결되는 이음 부재로서, 도 12b에 도시된 바와 같이 블라인드 리벳(460)이 사용될 수 있다. 상부강판(220) 또는 하부강판(230)과 미리 이음 부재를 용접 설치하기 힘든 각관 프레임(210)에 각각 리벳 천공 홀(2101,2221,2231)이 형성되고 리벳 천공 홀(2101,2221,2231)에 바로 블라인드 리벳(460)이 설치됨으로써, 별도의 연결 판(410)과 같은 부재 없이도 강재합성 슬래브(200)의 이음 연결이 가능하다.
한편, 브라켓(100)과 레일(300) 및 강재합성 슬래브(200)의 시공이 완료되면 도 10a에 도시된 바와 같이 브라켓(100) 저면을 연결시키는 형태로 내화판넬(500)이 설치될 수 있다. 또한 내화판넬(500)은 강재합성 슬래브(200)의 저면에도 설치되어, 차량 사고로 인한 터널(T) 내부 화재 발생 상황에서 화재로 인한 풍도의 손상 없이 오히려 풍도 본연의 환기 작용이 원활하게 이루어져, 질식으로 인한 인명피해가 최소화될 수 있다.
그리고 강재합성 슬래브(200)의 상부 중앙에는 도 13a에 도시된 바와 같이 격벽(600)이 설치될 수 있다.
격벽(600)은 강재합성 슬래브(200) 중앙과 터널(T) 천정 라이닝을 연결시켜, 강재합성 슬래브(200)의 상부 공간을 터널(T) 길이방향을 따라 평행한 두 개의 통로로 분할시킴으로써, 어느 한 쪽이 내부 매연 또는 연기를 배출시킬 때 다른 한 쪽이 외부의 신선한 공기를 공급시키는 작용을 할 수 있다.
종래에는 풍도를 형성하는 슬래브의 자중이 상당하였으므로 슬래브 상부 격벽이 슬래브의 중량을 분담하는 형태로 설치되고 있다. 따라서 종래의 풍도 격벽은 도 4c에 도시된 바와 같이 터널(T) 천정 라이닝에 균열이 발생될 수 있고, 또는 도 4d의 사진처럼 격벽이 하중을 분담하는 것이 실패하자마자 바로 격벽의 자중으로 인해 풍도 슬래브 중심에 균열이 생기며 무너질 수 있다.
이에 반하여 본 발명에서는 강재합성 슬래브(200) 자체의 자중이 콘크리트에 비할 수 없을 정도로 극히 작으므로 격벽(600)이 강재합성 슬래브(200)의 하중을 분담하는 작용을 하는 것이 아니라 격벽(600) 본연의 풍도 분할 작용에 충실하도록 위치만 고정될 수 있게 설치된다.
참고로 격벽(600) 또한 강재합성 슬래브(200)와 마찬가지로 내부에는 형강 또는 각관 등으로 내부 강재 프레임이 제작되고 내부 강재 프레임 양 면에 강판이 접합되어 형성된다.
격벽(600)은 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이 상단은 터널(T) 천정 라이닝에 상부 브라켓(620)로 고정되되, 종래에는 슬래브의 하중을 격벽이 터널 천정 라이닝에 매달리는 형태로 분담하는 형태로 설치되었으나, 이와 달리 수직 하중이 전혀 전달되지 않으면서 위치만 고정되는 형태로 설치되고, 하단은 강재합성 슬래브(200) 상면에 하부 브라켓(610)로 고정된다. 그리고 상부 브라켓(620)과 하부 브라켓(610)은 각각 격벽 고정 체결부재로 고정된다. 이때 상부 브라켓(620)과 터널(T) 라이닝 면 사이에 주입제가 충진 되어 격벽(600)이 보다 견고하게 위치가 고정될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 터널(T) 풍도 시공방법에 대해 설명하기로 한다. 상술되었던 내용은 중복을 피하기 위하여 간략하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 터널(T) 풍도 시공방법은 일정한 형상의 브라켓(100)을 제작하고, 브라켓(100)을 터널(T) 라이닝에 고정시킬 앵커볼트(120)를 마련하여 브라켓(100)을 준비하는 단계(V1)와, 각관을 종횡으로 연결하여 각관 프레임(210)을 제작하여, 각관 프레임(210) 상면에 상부강판(220)을 결합시키며, 각관 프레임(210) 저면에 하부강판(230)을 결합시켜서 강재합성 슬래브(200)를 제작하는 단계(V2)와, 브라켓(100)과 강재합성 슬래브(200)를 브라켓(100)과 강재합성 슬래브(200)의 제작 공장으로부터 시공 현장인 터널(T)로 이송하는 단계(V3)와, 앵커볼트(120)로 브라켓(100)을 터널(T) 양 측에 설치하되 터널(T) 길이방향을 따라 일정 간격으로 설치하는 단계(V4)와, 브라켓(100) 설치 후 브라켓(100) 상부에 브라켓(100)을 터널(T) 길이방향을 따라 연결시키는 레일(300)을 설치하는 단계(V4-2)와, 강재합성 슬래브(200)의 양 단을 터널(T) 양 측에 대향되는 브라켓(100) 상부에 각각 거치함으로써, 서로 대향되는 브라켓(100)을 가로질러 연결하는 형태로 강재합성 슬래브(200)를 설치하되, 복수개의 강재합성 슬래브(200)를 터널(T) 길이방향을 따라 나란하게 인접하게 배치시켜 설치하는 단계(V5)와, 나란하게 인접되는 상기 복수개의 강재합성 슬래브(200) 간을 판 부재 및 이음 부재를 준비하여 고정 연결하는 단계(V6)와, 강재합성 슬래브(200) 중앙과 터널(T) 천정 라이닝을 격벽(600)으로 연결시켜, 강재합성 슬래브(200)의 상부 공간을 터널(T) 길이방향을 따라 평행한 두 개의 통로로 분할하는 단계(V7) 및, 브라켓(100) 하부와 강재합성 슬래브(200) 하부에 내화 판넬을 설치하는 단계(V8)로 구성되되, 브라켓(100)을 준비하는 단계는 브라켓(100)을 제작하면서 브라켓(100) 상부에 상기 레일(300)이 내포되는 레일 홈(130)을 형성하는 단계를 더 포함한다.
(참고로 강재합성 슬래브(200) 제작 과정에 대하여 상술하기로 한다.
강재의 특성상 녹방지를 위한 도장등이 필요하나, 현재 강재 제작 기술의 발전에 의해 포스코에서 개발한 녹방지 강판 즉 포스맥 강재(PosMAC: POSCO Magnesium Alluminum Coating product)등과 같이 고내식성 합금도금 강판이 사용되면 녹 방지를 위한 도장 및 유지관리가 필요 없고, 국내 금속공학의 신기술을 활성화 시키는 효과도 있다.
이러한 포스맥과 같은 고내식성 합금도급 강재를 사용하여 프레임(210)을 형성하고 상부와 하부에 상부강판(220) 및 하부강판(230)을 합성하여 전 부재가 풍도슬래브를 조성함으로써 최대 강성으로 작용하여 최대한의 응력이 확보된다.
물체가 하중에 의해 단면력과 변위가 발생하는데 자재가 최소한으로 소요되면서 이에 저항하기 위해서는 물체의 최 외단의 거리가 멀어 단면계수 및 단면 2차모멘트가 커야 한다. 이를 위해서는 내부는 비우고 상하단의 단면이 주가되는 형상을 형성하여야 한다. 우리가 H-BEAM의 형상이 중요한 이유이다. 하지만 풍도슬래브와 같이 높이에 비해 폭이 넓어야 하는 경우 공장에서 사출에 의한 방법은 매우 곤란하므로 내부에 프레임을 형성하고 가장 힘을 많이 저항하는 상부강판(220) 및 하부강판(230)을 강결 접합하는 방안이 가장 효율적인 방법이다.
즉 내부의 프레임(210)은 간격을 유지하는 기능을 하며 상부강판(220) 및 하부강판(230)은 응력을 담당하는 기능을 한다. 이러한 이형적인 강재를 강결 접합함으로서 합성부재를 형성할 필요가 있다.
형상이 다른 강재를 접합하여 합성을 할 경우 이러한 프레임(210)과 강판 합성을 위해 프레임과 강판면 사이에 발생하는 전단력을 제어할 부재가 필요하다. 이때 용접, 볼트, 리벳등 강결 부재가 필요하다. 이러한 강결 부재는 강재 합성 시 전단키로서 역할을 수행하게 된다. 프레임과 강판의 합성 시 설계는 도 15와 같은 flow로 설계된다.
이때 전단력은 program이나 수 계산에 의해 도출된 초과 모멘트를 받는 구간의 전단력 값을 구한 후 강재와 전단키가 만나는 점의 수평력을 구할 수 있다. 이러한 수평력을 아래의 [식 1]에서와 같이 전단키의 단면을 가지고 전단키의 간격을 결정하여 이의 응력을 검토함으로서 프레임(210)과 상부강판(220) 및 하부강판(230)의 합성 여부를 판정함으로서 단면의 보강이 완성된다.
[식 1]
(S = 전단력(자중, 작업하중, 풍하중에 의한)
Iv = 합성단면의 단면 2차 모멘트
Af = 강판의 단면적
dv = 도심축에서 프랜지의 도심까지의 거리
Ho = 전단력에 의한 수평력)
으로 검토하여
Q'a = Qa x n
dv = Q'a/Ho < 강결재 간격
(Q'a = 강결재의 허용력
n = 강결재의 개수
dv = 강결재 최소간격)
으로 검토하여 풍도슬래브에 의한 합성을 평가 할 수 있다.
이러한 강재의 합성을 통하여 내부프레임(210)과 상부강판(220) 및 하부강판(230)은 내부에 공간을 유지하며 간격을 유지함으로서 내부의 프레임은 간격을 유지하는 기능을 하며 상하부플랜지는 응력을 담당하는 기능을 한다. 이때 간격재로는 용접, 볼트, 리벳 등을 사용할 수 있다.
이는 기존에 시공되는 풍도슬래브와는 매우 차별되는 사항으로 터널이 긴 경우나 터널의 폭이 넓어 전체 폭으로 운반이 곤란한 경우 풍도슬래브를 분절하여 운반하여 현장 내에서 이의 이음을 주어야하는 경우 강재의 특성상 이의 이음을 연결유닛(400)을 사용함으로서 이음을 쉽게 하며 신뢰성을 가진 이음을 체결할 수 있다.
이러한 속이 빈 강재를 사용함으로서 콘크리트 풍도슬래브의 자중보다 매우 작은 자중으로 풍도슬래브를 설치할 수 있으므로 터널 상부에 행거를 설치하는 공정이 생략 가능하다. 또한 터널 양 끝에 터널 라이닝 후에 재 타설 하는 콘크리트 브라켓을 사용하지 않고 후 타설 앵커를 이용한 강재 브라켓을 사용할 수 있다.
이때 브라켓의 간격을 강재 합성 형 풍도슬래브 설치 간격의 범위를 초과하는 간격을 유지하며 이 브라켓 사이를 각관을 사용하여 사각 레일을 부착하여 강재합성 형 풍도슬래브를 거치하며, 브라켓과 브라켓 사이를 이용하여 풍도슬래브를 수직이동 시킴으로서 콘크리트 브라켓 상단에서 회전하여 거치하는 공정이 생략 가능하다.
또한 브라켓 설치 공정과 풍도슬래브 설치 공정이 동일한 위치에서 겹치지 않고 브라켓과 레일을 먼저 설치한 후 풍도슬래브가 이들의 간격을 고려하지 않고 설치함으로서 시공 속도 및 작업성의 우월성을 가질 수 있다.)
이때 강재합성 슬래브(200)를 제작하는 단계(V2)에서, 상부강판(220) 또는 하부강판(230)에 볼트 또는 너트에 해당되는 이음부재가 관통되는 관통 홀(240)을 천공하고, 관통 홀(240)이 천공된 부위의 상부강판(220) 저면 또는 하부강판(230) 상면에 이음부재와 결합되는 대응 이음부재인 너트 또는 볼트를 상부강판(220) 또는 하부강판(230)이 각관 프레임(210)과 결합되기 전에 용접으로 고정 설치하는 단계(V21)가 더 수행됨으로써, 고정 연결하는 단계에서 추가적인 현장 용접 없이 판 부재 및 이음 부재의 설치만으로 강재합성 슬래브(200) 사이가 밀착되게 강재합성 슬래브(200)를 고정 연결할 수 있다.
또는 강재합성 슬래브(200)를 제작하는 단계에서, 상부강판(220) 또는 하부강판(230)에 블라인드 리벳에 해당되는 이음부재가 관통되는 관통 홀(240)을 천공하는 단계(V22)가 더 수행됨으로써, 고정 연결하는 단계에서 추가적인 현장 용접 없이 판 부재 및 이음 부재의 설치만으로 강재합성 슬래브(200) 사이가 밀착되게 강재합성 슬래브(200)를 고정 연결할 수 있다.
이때 상기 V21 단계와 V22단계는 앞서 설명된 판 부재와 이음부재의 두 가지 실시예에 해당되는 것으로서, 서로 별개의 선택적인 단계가 될 수도 있고 또는 두 단계가 모두 수행될 수도 있다. 왜냐하면 필요에 따라서 어떤 부분은 볼트와 너트 체결이 더 효과적일 수도 있고, 어떤 부분은 블라인드 리벳으로 체결하는 것이 더 효과적일 수 있기 때문이다.
한편, 브라켓(100)을 일정 간격으로 설치하는 단계(V4)는 브라켓(100) 설치 후 브라켓(100) 상부에 브라켓(100)을 터널(T) 길이방향을 따라 연결시키는 레일(300)을 설치하는 단계(V41)를 더 포함할 수 있다.
특히 레일(300) 설치를 위해서는 그에 앞서 브라켓(100)을 준비하는 단계(V1)에서 프레임을 제작하면서 프레임 상부에 레일(300)이 내포되는 레일 홈(130)을 형성하는 단계(V11)가 더 수행될 수 있다.
레일 홈(130)을 형성함으로써 브라켓(100) 상면과 레일(300) 상면 높이가 맞추어져서, 강재합성 슬래브(200)와의 결합이 더욱 견고해질 수 있고, 또한 도 10a 및 도 10d에 도시된 바와 같이 내화판넬(500)이 브라켓(100) 상면에 설치된 때의 내화판넬(500) 상면 높이와 레일 홈(130)에 설치된 레일(300) 상면 높이가 일치되어 강재합성 슬래브(200)와 브라켓(100)의 결합이 더욱 견고해질 수 있다.
강재합성 슬래브(200)는 앞서 설명된 바와 마찬가지로 터널(T)로 진입되는 과정에서 터널(T) 양 측 라이닝 콘크리트(C) 벽면과의 간섭을 피하기 위해 단절부(260)가 형성될 수 있다. 단절부(260)가 형성되는 경우에는 도 14e에 도시된 바와 같이 터널(T) 폭 방향으로 단절된 강재합성 슬래브(200a,200b)를 각각 양 측에 적재시킨 후 도 14e에 도시된 양 측 좌대 상부에 단절부(260)를 중심으로 하여 강재합성 슬래브(200a,200b)를 거치시킨 후에 단절부(260)를 판 부재와 이음부재로 접합시킬 수 있다.
이렇게 판 부재와 이음부재로 단절부(260)가 연결된 강재합성 슬래브(200)나, 또는 터널(T) 하부 폭이 충분히 커서 단절부(260) 형성 없이 바로 터널(T) 내부로 이동시킨 강재합성 슬래브(200)는 앞서 설명된 레일(300) 상부에 어느 하나의 강재합성 슬래브(200)를 거치시킨 후 다음 강재합성 슬래브(200)로 상기 거치된 강재합성 슬래브(200)를 터널(T) 길이방향으로 밀어 넣는 과정을 반복함으로써, 모든 강재합성 슬래브(200)가 각자 설치위치에 배치되게 한 다음, 강재합성 슬래브(200)들을 동시에 접합시킴으로써, 강재합성 슬래브(200)의 설치 공정이 극히 신속하게 이루어질 수 있다.
그 밖에 본 발명에 따른 터널(T) 풍도 시공방법에 관한 특징 중 앞서 터널(T) 풍도에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
C : 라이닝 콘크리트 CS : 콘크리트 슬래브
F : 제트 팬 S : 좌대
T : 터널 PS : 프리캐스트 콘크리트 슬래브
PSS : 프리스트레스 콘크리트 슬래브 100 : 브라켓
110 : 브라켓 몸체 120 : 앵커볼트
130 : 레일 홈 140 : 레일 체결부재
145 : 체결구 200,200a,200b : 강재합성 슬래브
210 : 각관 프레임 220 : 상부강판
221 : 상부 용접 홀 222,232 : 후퇴부
223,233 : 돌출부 230 : 하부강판
240,420 : 관통 홀 250 : 인양 고리
260 : 단절부 2101,2221,2231 : 리벳 천공 홀
300 : 레일 310 : 동시 체결구
400 : 연결유닛 410 : 연결 판
430 : 내측 체결부재 440 : 외측 체결부재
460 : 블라인드 리벳 500 : 내화판넬
510 : 내화판넬 체결부재 600 : 격벽
610 : 하부 브라켓 620 : 상부 브라켓
630 : 격벽 고정 체결부재 640 : 주입제
F : 제트 팬 S : 좌대
T : 터널 PS : 프리캐스트 콘크리트 슬래브
PSS : 프리스트레스 콘크리트 슬래브 100 : 브라켓
110 : 브라켓 몸체 120 : 앵커볼트
130 : 레일 홈 140 : 레일 체결부재
145 : 체결구 200,200a,200b : 강재합성 슬래브
210 : 각관 프레임 220 : 상부강판
221 : 상부 용접 홀 222,232 : 후퇴부
223,233 : 돌출부 230 : 하부강판
240,420 : 관통 홀 250 : 인양 고리
260 : 단절부 2101,2221,2231 : 리벳 천공 홀
300 : 레일 310 : 동시 체결구
400 : 연결유닛 410 : 연결 판
430 : 내측 체결부재 440 : 외측 체결부재
460 : 블라인드 리벳 500 : 내화판넬
510 : 내화판넬 체결부재 600 : 격벽
610 : 하부 브라켓 620 : 상부 브라켓
630 : 격벽 고정 체결부재 640 : 주입제
Claims (20)
- 일정한 형상의 프레임과, 프레임을 터널(T) 측면 라이닝 콘크리트(C)에 고정시키는 앵커볼트(120)로 이루어져, 터널(T) 길이방향을 따라 일정 간격으로 설치되면서 터널(T) 양 측에 대향되게 배치되는 브라켓(100)과;
각관이 종횡으로 연결되어 형성되는 각관 프레임(210)과, 각관 프레임(210)의 상면과 저면에 각각 결합되는 상부강판(220) 및 하부강판(230)으로 이루어져서, 양 단이 상기 터널(T) 양 측 브라켓(100) 상부에 각각 거치되는 강재합성 슬래브(200)와;
상기 강재합성 슬래브(200)를 터널(T) 길이방향을 따라 나란하게 연결시키는 판 부재와 이음 부재로 이루어지는 연결유닛(400); 및,
상기 터널(T) 길이방향을 따라 설치되어, 상기 복수개의 브라켓(100)을 모두 연결시키는 레일(300);로 구성되되,
상기 브라켓(100) 상면에는 레일(300)이 삽입될 수 있는 레일 홈(130)이 형성되며,
상기 판 부재는 나란하게 연결되는 두 개의 강재합성 슬래브(200)의 인접되는 두 상부강판(220) 또는 두 하부강판(230)의 경계선을 중심으로 동시에 밀착되고, 이음 부재는 상기 경계선의 양 측에 모두 설치됨으로써 강재합성 슬래브(200) 사이가 빈틈없이 밀착되게 연결시키는 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도. - 제1항에 있어서,
상기 판 부재는 강성 재질로 이루어지는 연결 판(410)이고, 연결 판(410)의 양 측과 상부강판(220) 또는 하부강판(230)의 테두리 인접 부위에는 서로 연통되는 이음 부재 관통 홀이 형성되며,
상기 이음 부재는 외부에서 체결되는 볼트 또는 너트로 이루어지는 외측 체결부재(440)와, 상부강판(220)의 저면 또는 하부강판(230)의 상면에 미리 용접 고정되어 상기 외측 체결부재(440)에 결합되는 너트 또는 볼트로 이루어지는 내측 체결부재(430)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도. - 제1항에 있어서,
상기 판 부재는 강성 재질로 이루어지는 연결 판(410)이고, 연결 판(410)의 양 측과 상부강판(220) 또는 하부강판(230)의 테두리 인접 부위에는 서로 연통되는 이음 부재 관통 홀(240,420)이 형성되며,
상기 이음 부재는 관통 홀(240,420)에 삽입되면서 변형되어 상부강판(220) 또는 하부강판(230)을 연결 판(410)과 체결시키는 블라인드 리벳인 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 강재합성 슬래브(200)는 양 단 사이에 단절부가 형성되고, 단절부는 상기 연결 판(410)과 이음 부재로 연결되는 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 레일 홈(130)에는 레일 홈(130)의 측면 또는 저면에 체결구가 형성되고, 상기 레일(300)의 측면 또는 저면에 대응 체결구가 형성되며,
레일(300) 체결 부재가 상기 체결구와 대응 체결구를 모두 관통하여 삽입됨으로써 레일(300)이 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도. - 제7항에 있어서,
상기 터널(T)의 길이 방향을 따라 설치되는 브라켓(100)의 중심 간의 간격은 서로 인접되는 풍도 슬래브 중심 간의 간격 보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도. - 제1항에 있어서,
상기 강재합성 슬래브(200)는 터널(T) 길이방향을 향하는 두 측면 중 어느 한 측면은 상부강판(220)이 상부강판(220) 하부의 각관 프레임(210) 보다 더 돌출되어 단차가 하부를 향하는 상부 돌출부가 형성되고,
상기 두 측면 중 나머지 한 측면은 상부강판(220)이 상부강판(220) 하부의 각관 프레임(210) 보다 더 후퇴되어 단차가 상부를 향하는 상부 후퇴부가 형성되어,
터널(T) 길이방향을 따라 인접되는 두 강재합성 슬래브(200)는 상부 돌출부와 상부 후퇴부가 서로 밀착됨으로써,
어느 하나의 강재합성 슬래브(200)의 자중으로 인하여 강재합성 상부 공간과 하부 공간 간의 분리가 수밀하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도. - 제9항에 있어서,
상기 상부 돌출부 및 상부 후퇴부와 동일한 형태의 하부 돌출부 및 하부 후퇴부가 인접되는 두 강재합성 슬래브(200)의 밀착 면에 형성됨으로써,
인접되는 두 강재합성 슬래브(200)는 상부와 하부가 이중으로 자중에 따른 밀착이 이루어져, 강재합성 슬래브(200)의 상부 공간과 하부 공간 간의 분리가 이중으로 수밀하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도. - 제1항에 있어서,
상기 브라켓(100) 저면에는 터널(T) 길이방향을 따라 일정 간격으로 설치되는 브라켓(100)을 모두 연결시키는 내화 판넬(500)이 설치되는 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도. - 일정한 형상의 프레임을 제작하고, 프레임을 터널(T) 라이닝에 고정시킬 앵커볼트(120)를 마련하여 브라켓(100)을 준비하는 단계;
각관을 종횡으로 연결하여 각관 프레임(210)을 제작하여, 각관 프레임(210) 상면에 상부강판(220)을 결합시키며, 각관 프레임(210) 저면에 하부강판(230)을 결합시켜서 강재합성 슬래브(200)를 제작하는 단계;
브라켓(100)과 강재합성 슬래브(200)를 브라켓(100)과 강재합성 슬래브(200)의 제작 공장으로부터 시공 현장인 터널(T)로 이송하는 단계;
상기 앵커볼트(120)로 브라켓(100)을 터널(T) 양 측에 설치하되 터널(T) 길이방향을 따라 일정 간격으로 설치하는 단계;
상기 브라켓(100) 설치 후 브라켓(100) 상부에 브라켓(100)을 터널(T) 길이방향을 따라 연결시키는 레일(300)을 설치하는 단계;
상기 강재합성 슬래브(200)의 양 단을 터널(T) 양 측에 대향되는 브라켓(100) 상부에 각각 거치함으로써, 서로 대향되는 브라켓(100)을 가로질러 연결하는 형태로 강재합성 슬래브(200)를 설치하되, 복수개의 강재합성 슬래브(200)를 터널(T) 길이방향을 따라 나란하게 인접하게 배치시켜 설치하는 단계;
나란하게 인접되는 상기 복수개의 강재합성 슬래브(200) 간을 판 부재 및 이음 부재를 준비하여 고정 연결하는 단계;
강재합성 슬래브(200) 중앙과 터널(T) 천정 라이닝을 격벽으로 연결시켜, 강재합성 슬래브(200)의 상부 공간을 터널(T) 길이방향을 따라 평행한 두 개의 통로로 분할하는 단계;
상기 브라켓(100) 하부와 강재합성 슬래브(200) 하부에 내화 판넬을 설치하는 단계;로 구성되되,
상기 브라켓(100)을 준비하는 단계는 브라켓(100)을 제작하면서 브라켓(100) 상부에 상기 레일(300)이 내포되는 레일 홈(130)을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도 시공 방법. - 제12항에 있어서,
상기 강재합성 슬래브(200)를 제작하는 단계에서, 상부강판(220) 또는 하부강판(230)에 볼트 또는 너트에 해당되는 이음부재가 관통되는 관통 홀을 천공하고,
관통 홀이 천공된 부위의 상부강판(220) 저면 또는 하부강판(230) 상면에 이음부재와 결합되는 대응 이음부재인 너트 또는 볼트를 상부강판(220) 또는 하부강판(230)이 각관 프레임(210)과 결합되기 전에 용접으로 고정 설치함으로써,
상기 고정 연결하는 단계에서 추가적인 현장 용접 없이 판 부재 및 이음 부재의 설치만으로 강재합성 슬래브(200) 사이가 밀착되게 강재합성 슬래브(200)를 고정 연결하는 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도 시공 방법. - 제12항에 있어서,
상기 강재합성 슬래브(200)를 제작하는 단계에서, 상부강판(220) 또는 하부강판(230)에 블라인드 리벳에 해당되는 이음부재가 관통되는 관통 홀을 천공함으로써,
상기 고정 연결하는 단계에서 추가적인 현장 용접 없이 판 부재 및 이음 부재의 설치만으로 강재합성 슬래브(200) 사이가 밀착되게 강재합성 슬래브(200)를 고정 연결하는 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도 시공 방법. - 삭제
- 삭제
- 제12항에 있어서,
상기 레일(300)을 설치하는 단계에서는 터널(T) 길이방향으로 설치되는 복수개의 브라켓(100)의 브라켓(100)과 브라켓(100) 사이 구간들 중 적어도 어느 한 구간을 제외하고 레일(300)을 설치함으로써,
상기 강재합성 슬래브(200)를 설치하는 단계에서, 상기 어느 한 구간을 통해 강재합성 슬래브(200)를 인상시켜, 터널(T) 양 측의 레일(300) 상부에 강재합성 슬래브(200)의 양 단을 안치시킨 다음, 또 다른 강재합성 슬래브(200)를 인상시키면서 수평으로 밀어서 상기 안치시킨 강재합성 슬래브(200)를 터널(T) 길이방향을 향해 밀어 넣는 과정을 반복함으로써, 복수개의 강재합성 슬래브(200)를 터널(T) 길이방향을 향해 나란하게 배치하는 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도 시공 방법. - 제12항에 있어서,
상기 강재합성 슬래브(200)를 설치하는 단계는 강재합성 슬래브(200)를 설치하기 전에 협폭 터널(T) 내부를 따라 강재합성 슬래브(200)를 용이하게 이동시킬 수 있게 강재합성 슬래브(200)의 양 단 사이를 절단하여 단절부를 형성하는 단계와,
강재합성 슬래브(200) 양 단을 브라켓(100) 상부에 거치시킨 다음 상기 판 부재 및 이음 부재로 단절부를 접합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도 시공 방법. - 제12항에 있어서,
상기 강재합성 슬래브(200)를 제작하는 단계는 터널(T) 길이방향을 향하는 두 측면 중 어느 한 측면의 상부강판(220)이 상부강판(220) 하부의 각관 프레임(210) 보다 더 돌출되어 단차가 하부를 향하는 상부 돌출부를 형성하고 나머지 한 측면은 상부강판(220)이 상부강판(220) 하부의 각관 프레임(210) 보다 더 후퇴되어 단차가 상부를 향하는 상부 후퇴부를 형성하되 돌출부와 후퇴부의 형상이 대응되게 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 강재합성 슬래브(200)를 터널(T) 길이방향을 따라 나란하게 인접하게 배치시켜 설치하는 단계는 돌출부의 단차와 후퇴부의 단차가 서로 밀착되게 배치함으로써,
어느 하나의 강재합성 슬래브(200)의 자중으로 인하여 강재합성 상부 공간과 하부 공간 간의 분리가 수밀하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도 시공방법. - 제19항에 있어서,
상기 판 부재는 돌출부를 형성하는 상부강판(220)의 돌출된 부위이고 상기 이음 부재는 상부강판(220)의 돌출된 부위와 인접되는 강재합성 슬래브(200)의 각관 프레임(210) 상면을 동시에 관통하여 설치되는 블라인드 리벳인 것을 특징으로 하는 터널(T) 풍도 시공방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020180059882A KR101968934B1 (ko) | 2018-05-25 | 2018-05-25 | 강재합성 슬래브를 이용한 터널 풍도 및 이의 시공방법 |
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| KR1020180059882A KR101968934B1 (ko) | 2018-05-25 | 2018-05-25 | 강재합성 슬래브를 이용한 터널 풍도 및 이의 시공방법 |
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| KR101968934B1 true KR101968934B1 (ko) | 2019-04-16 |
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| KR1020180059882A KR101968934B1 (ko) | 2018-05-25 | 2018-05-25 | 강재합성 슬래브를 이용한 터널 풍도 및 이의 시공방법 |
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| KR (1) | KR101968934B1 (ko) |
Cited By (5)
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| KR102092643B1 (ko) * | 2019-07-19 | 2020-03-24 | 장명희 | 풍도 슬래브용 밸런스(전후,좌우,상하) 조절장치가 구비된 터널 풍도 시공방법 |
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| KR102516724B1 (ko) | 2022-12-06 | 2023-03-31 | (주)홍지이앤씨 | 선시공에 의한 내화몰탈이 부착되어 있는 풍도슬래브 세그먼트의 접합 구조 및 그의 접합 시공방법 |
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2018
- 2018-05-25 KR KR1020180059882A patent/KR101968934B1/ko active IP Right Grant
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