KR102012845B1

KR102012845B1 - 터널 보강용 락볼트 지지 시스템

Info

Publication number: KR102012845B1
Application number: KR1020180074323A
Authority: KR
Inventors: 김자연; 이교성; 이용준; 유병주
Original assignee: 이교성; 김자연
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2019-08-21

Abstract

본 발명은 복수 개의 락볼트 조립체를 연결 보강재로 연결함에 따라 터널의 국부적인 쐐기 파괴를 방지할 수 있으며, 암와셔부를 포함하는 지압판과 숫와셔부를 포함하는 너트를 사용함에 따라 각도가 형성되어 있는 락볼트 조립체의 지압력을 향상시킬 수 있는 터널 보강용 락볼트 지지 시스템에 관한 것으로, 터널의 벽면에 설치되는 락볼트 조립체; 상기 락볼트 조립체에 끼워지는 조립구; 하나의 상기 조립구와 인접하는 상기 조립구를 연결하는 연결 보강재;를 포함하며, 상기 연결 보강재를 통해 복수 개의 상기 락볼트 조립체는 서로 연결되며, 상기 락볼트 조립체는, 터널의 벽면 내부로 삽입되는 락볼트; 판형상으로 이루어지면서 터널의 벽면에 접촉되며, 상기 락볼트가 끼워질 수 있도록 삽입홀을 포함하는 지압판; 상기 락볼트에 상기 지압판이 끼워진 후, 상기 락볼트에 결합되는 너트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

터널 보강용 락볼트 지지 시스템 {Lock bolt support system for tunnel reinforcement}

본 발명은 터널 보강용 락볼트 지지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 락볼트 조립체를 연결 보강재로 연결함에 따라 터널의 국부적인 쐐기 파괴를 방지할 수 있으며, 암와셔부를 포함하는 지압판과 숫와셔부를 포함하는 너트를 사용함에 따라 각도가 형성되어 있는 락볼트 조립체의 지압력을 향상시킬 수 있는 터널 보강용 락볼트 지지 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 터널을 시공하는 방법은 화약을 이용한 발파 굴착과 락볼트, 숏크리트, 지보공을 지보재로 하는 NATM 공법이 사용되고 있다. NATM 공법은 지반 자체의 강성을 주 지보재로 이용하며, 락볼트, 숏크리트, 지보공을 보조 지보재로 하여 터널을 보강하면서 터널을 굴착하는 시공방법이다.

보조 지보재의 기능은 터널 굴착 후 주변 지반이 지보기능을 발휘할 수 있도록 지반 거동을 억제하여 안정상태에 이르게 하기 위해 설치되는 것으로, 이 중 락볼트는 굴착에 의해 이완되어 있는 절리, 균열 등과 같은 역학적인 불연속면 또는 굴착 중 발생하는 파괴면에서부터 암괴가 분리되어 파괴되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

그러나 종래의 터널 시공방법에 사용되는 락볼트는 다음과 같은 문제점이 있다. 도 1은 종래의 터널 시공방법에 사용되는 락볼트를 나타낸다. 락볼트(20)는 터널 벽면(10)에 시공되는 것으로, 터널 벽면(10)에 락볼트(20)를 삽입하고, 락볼트(20)에 지압판(30)을 끼워넣는다. 이후, 와셔(50)와 너트(40)를 통해 락볼트(20)를 조임으로써 터널 벽면(10)을 지지할 수 있게 된다.

이때, 락볼트(20)가 터널 벽면(10)에 수직으로 삽입된다면, 락볼트(20)의 지압력을 효과적으로 터널 벽면(10)에 전달할 수 있으나, 터널 벽면(10) 내부의 지반 조건에 따라, 도 1과 같이 락볼트(20)를 터널 벽면(10)에 경사지게 삽입하여야 하는 경우가 종종 발생하게 된다.

이 경우, 도 1과 같이 지압판(30)과 락볼트(20)의 접지가 불완전하게 되면서 미접촉면(60)이 발생하게 되고, 락볼트(20)의 체결력은 지압판(30)의 한 면에만 집중되게 된다. 락볼트(20)의 체결력이 지압판(30)의 한 면에만 집중되면, 락볼트(20)로부터 터널 벽면(10)으로 효과적인 지압력 전달이 되지 않게 되며, 이에 락볼트(20)의 기능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

또한, 터널 벽면(10)이 락볼트(20)로 보강되어도, 굴착 지반의 파괴면으로부터 암괴가 분리되어 파괴되는 국부적인 쐐기형 붕락이 막장 후방에서 종종 발생하게 된다.

특히, 절리가 발달된 지대, 풍화가 심한 풍화 파쇄대, 차별 풍화된 단층대 등과 같이 불안정한 구간에서 이와 같은 현상이 주로 발생하게 된다. 이와 같은 국부적인 쐐기형 붕락은 인적 및 물적 피해를 야기할 뿐만 아니라, 터널 내부 작업자에게 심리적 불안감을 조성하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 락볼트 조립체를 연결 보강재로 연결함에 따라 터널의 국부적인 쐐기 파괴를 방지할 수 있으며, 암와셔부를 포함하는 지압판과 숫와셔부를 포함하는 너트를 사용함에 따라 각도가 형성되어 있는 락볼트 조립체의 지압력을 향상시킬 수 있는 터널 보강용 락볼트 지지 시스템에 관한 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 터널 보강용 락볼트 지지 시스템은, 터널의 벽면에 설치되는 락볼트 조립체; 상기 락볼트 조립체에 끼워지는 조립구; 하나의 상기 조립구와 인접하는 상기 조립구를 연결하는 연결 보강재;를 포함하며, 상기 연결 보강재를 통해 복수 개의 상기 락볼트 조립체는 서로 연결되며, 상기 락볼트 조립체는, 터널의 벽면 내부로 삽입되는 락볼트; 판형상으로 이루어지면서 터널의 벽면에 접촉되며, 상기 락볼트가 끼워질 수 있도록 삽입홀을 포함하는 지압판; 상기 락볼트에 상기 지압판이 끼워진 후, 상기 락볼트에 결합되는 너트;를 포함하며, 상기 연결 보강재에는 숏크리트가 분사되고, 상기 연결 보강재는 상기 숏크리트에 내부로 매립되며, 상기 지압판은, 상기 삽입홀이 포함되는 중앙부와, 상기 중앙부의 주변에 배치되며, 상기 중앙부에 대하여 접힐 수 있는 날개부와 상기 중앙부와 상기 날개부가 맞닿는 곳에, 상기 날개부가 굽혀질 수 있는 굽힙부를 포함하며, 상기 날개부는, 원호 형상으로 이루어지며, 상기 날개부는, 상기 굽힘부를 통해 터널 벽면의 굴곡을 따라서 접힐 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 터널 보강용 락볼트 지지 시스템의 상기 조립구는 판 형상으로 이루어지며, 상기 조립구는 상기 조립구의 상면에서 하면을 관통하며, 상기 락볼트가 삽입될 수 있는 제1중앙홀과, 상기 조립구의 상면에서 하면을 관통하며, 상기 제1중앙홀의 둘레에 배치되는 복수 개의 제1주변홀을 포함하며, 상기 제1주변홀에 결합되는 제1연결고리를 포함하며, 상기 제1연결고리는, 상기 제1주변홀에 결합되며, 고리 형상으로 이루어진 제1결합부와, 상기 제1결합부에서부터 고리 형상으로 연장되는 제1고리부를 포함하며, 상기 연결 보강재는 제1고리부에 연결될 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 터널 보강용 락볼트 지지 시스템의 상기 조립구는 판 형상으로 이루어지며, 상기 조립구는 상기 조립구의 상면에서 하면을 관통하며, 상기 락볼트가 삽입될 수 있는 제2중앙홀과, 상기 조립구의 측면에서 상기 조립구 내부를 향하는 방향으로 구멍이 형성되어 있는 복수 개의 제2주변홀을 포함하며, 상기 제2주변홀에 결합되는 제2연결고리를 포함하며, 상기 제2연결고리는, 상기 제2주변홀에 결합되며, 바 형상으로 이루어진 제2결합부와, 상기 제2결합부에서부터 고리 형상으로 연장되는 제2고리부를 포함하며, 상기 연결 보강재는 상기 제2고리부에 연결될 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 터널 보강용 락볼트 지지 시스템의 상기 연결 보강재에는 숏크리트가 분사되며, 상기 연결 보강재는 상기 숏크리트에 내부로 매립될 수 있으며, 상기 연결 보강재는 와이어 또는 철근으로 이루어질 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 터널 보강용 락볼트 지지 시스템의 상기 지압판은, 상기 삽입홀이 포함되는 중앙부와, 상기 중앙부의 주변에 배치되며, 상기 중앙부에 대하여 접힐 수 있는 날개부를 포함하며, 상기 날개부는, 원호 형상으로 이루어질 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 터널 보강용 락볼트 지지 시스템의 상기 지압판은 상기 삽입홀의 둘레를 따라 돌출되는 암와셔부를 포함하며, 상기 암와셔부의 내측면은 곡률이 형성되어 있는 곡면으로 이루어질 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 터널 보강용 락볼트 지지 시스템의 상기 너트의 선단부는 상기 너트의 외주면을 따라 외부로 돌출되는 숫와셔부를 포함하며, 상기 숫와셔부의 외측면은 곡률이 형성되어 있는 곡면으로 이루어질 수 있으며, 상기 암와셔부의 곡률 반경과 상기 숫와셔부의 곡률 반경은 동일한 것일 수 있다.

본 발명은 터널 보강용 락볼트 지지 시스템에 관한 것으로, 복수 개의 락볼트 조립체를 연결 보강재로 연결함에 따라 터널의 국부적인 쐐기 파괴를 방지할 수 있으며, 급작스런 취성 파괴를 방지하면서 연성 파괴를 유도함에 따라 대피시간을 확보하여 작업자의 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 암와셔부를 포함하는 지압판과 숫와셔부를 포함하는 너트를 사용함에 따라 각도가 형성되어 있는 락볼트 조립체의 지압력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 터널 벽면을 보강하는 락볼트를 나타내는 도면이다.
도 2(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 지압판을 나타내는 도면이며, 도 2(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 지압판의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3(a)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 지압판을 나타내는 도면이며, 도 3(b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 지압판의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 너트의 평면도이며, 도 4(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 너트의 측면도이다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따라 락볼트 조립체가 터널 벽면에 수직으로 삽입되는 것을 나타내는 도면이다. 도 5(b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 락볼트 조립체가 터널 벽면에 각도를 형성하면서 삽입되는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 락볼트 조립체가 설치되는 터널의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 락볼트 조립체가 설치되는 터널의 측면도이다.
도 8(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 조립구를 나타내는 도면이며, 도 8(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 조립구의 단면을 나타내는 도면이다.
도 9(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1연결고리를 나타내는 도면이며, 도 9(b) 및 도 9(c)는 제1연결고리가 조립구에 결합된 것을 나타내는 도면이다.
도 10(a)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조립구를 나타내는 도면이며, 도 10(b)는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 조립구의 단면을 나타내는 도면이다.
도 11(a)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제2연결고리를 나타내는 도면이며, 도 11(b) 및 도 11(c)는 제2연결고리가 조립구에 결합된 것을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따라 숏크리트 내부로 매립되는 연결 보강재를 나타내는 도면이다.

본 발명은 터널 보강용 락볼트 지지 시스템에 관한 것으로, 복수 개의 락볼트 조립체를 연결 보강재로 연결함에 따라 터널의 국부적인 쐐기 파괴를 방지할 수 있으며, 암와셔부를 포함하는 지압판과 숫와셔부를 포함하는 너트를 사용함에 따라 각도가 형성되어 있는 락볼트 조립체의 지압력을 향상시킬 수 있는 터널 보강용 락볼트 지지 시스템에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 터널 보강용 락볼트 지지 시스템은, 락볼트 조립체(100), 조립구(200), 연결 보강재(300)를 포함할 수 있는 것으로, 상기 연결 보강재(300)를 통해 복수 개의 상기 락볼트 조립체(100)를 연결함에 따라 터널의 국부적인 쐐기 파괴를 방지할 수 있다.

종래의 락볼트는 서로 연결되지 않음에 따라, 락볼트가 지반의 파괴면을 보강하지 못할 때 국부적인 쐐기 파괴가 일어날 수 있었으며, 급작스럽게 붕락이 진행되는 취성파괴가 일어나게 되는 문제가 있었다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 락볼트 조립체(100)가 상기 연결 보강재(300)로 서로 연결됨에 따라, 국부적인 쐐기 파괴가 일어날 수 있는 지점의 락볼트 조립체(100)를 인접하는 다른 락볼트 조립체(100)가 지지함에 따라 국부적인 쐐기 파괴가 일어나는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 복수 개의 상기 락볼트 조립체(100)를 연결하는 상기 연결 보강재(300)에 의해 급작스럽게 붕락이 진행되는 취성파괴를 연성파괴로 유도할 수 있게 된다.

상기 락볼트 조립체(100)는 락볼트(110), 지압판(120), 너트(130)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 터널 보강용 락볼트 지지 시스템은 락볼트(110), 지압판(120), 너트(130)를 포함하는 락볼트 조립체(100) 라면 다양한 종류의 락볼트 조립체(100)를 사용할 수 있으나, 락볼트(110)가 터널 벽면(410)에 삽입되는 각도를 고려하기 위해 후술할 락볼트 조립체(100)를 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 락볼트 조립체는 이에 한정되지는 않으며, 종래의 락볼트 조립체에 연결 보강재(300)를 연결하여 사용할 수도 있다. 이하, 상기 락볼트 조립체(100)에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

상기 락볼트 조립체(100)의 상기 락볼트(110)는 터널의 벽면(410) 내부로 삽입되는 것으로, 길이방향으로 연장될 수 있는 것이다. 상기 락볼트(110)는 볼트 형상으로 이루어질 수 있는 것으로, 상기 락볼트(110)를 터널 벽면(410) 내부로 삽입하고, 상기 락볼트(110)에 지압판(120)을 끼우게 된다.

도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 상기 지압판(120)은 판 형상으로 이루어지면서 터널의 벽면(410)에 접촉되는 것으로, 상기 락볼트(110)가 끼워질 수 있도록 삽입홀(121)을 포함한다. 상기 락볼트(110)가 터널 벽면(410) 내부로 삽입되면, 상기 삽입홀(121)을 통해 상기 지압판(120)을 상기 락볼트(110)에 끼우면서, 상기 지압판(120)을 터널 벽면(410)에 접촉시킨다.

상기 너트(130)는 상기 락볼트(110)에 상기 지압판(120)이 끼워진 후, 상기 락볼트(110)에 결합되는 것으로, 상기 너트(130)를 조임으로써 상기 지압판(120)을 터널 벽면(410)에 밀착 접촉시킬 수 있게 된다. 이때, 상기 지압판(120)이 터널 벽면(410)에 빈틈없이 밀착 접촉되어야만, 지반에 지압력을 효과적으로 전달할 수 있게 된다.

상기 지압판(120)은 도 2(a) 및 도 2(b)와 같이 사각형 판 형상으로 이루어질 수 있으며, 도 3(a) 및 도 (b)와 같은 형상으로 이루어질 수도 있다. 구체적으로, 상기 지압판(120)은 중앙부(123)와 날개부(124)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 중앙부(123)는 상기 삽입홀(121)이 포함될 수 있는 부분이 되는 것이며, 상기 날개부(124)는 상기 중앙부(123)의 주변에 배치되면서 상기 중앙부(123)에 대하여 접힐 수 있는 부분이다.

도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하면, 상기 중앙부(123)는 내부에 상기 삽입홀(121)을 포함하면서 사각형 판으로 이루어질 수 있으며, 사각형 판 형상으로 이루어진 상기 중앙부(123) 4개의 변에 4개의 상기 날개부(124)가 배치될 수 있다. 여기서, 상기 중앙부(123)와 상기 날개부(124)는 일체로 이루어질 수 있는 것이며, 상기 중앙부(123)와 상기 날개부(124)가 맞닿는 곳에, 상기 날개부(124)가 상기 중앙부(123)에 대하여 굽혀질 수 있는 굽힘부(125)가 마련될 수 있다.

일반적인 터널의 벽면(410)은 평평하게 이루어져 있지 않으며, 발파 및 굴착에 의해 평평하지 않은 면(굴곡진 면)으로 이루어지는 경우가 많다. 또한, 터널 굴착 후 터널 벽면(410)에 분사되는 숏크리트에 의해서도 터널 벽면(410)이 평평하게 유지되지 않을 수 있다. 따라서, 평평한 판 형상의 지압판을 사용하게 된다면, 지압판이 터널의 벽면(410)에 밀착 접촉하지 못하게 되어 지압력을 효과적으로 전달할 수 없게 된다.

그러나 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 날개부(124)가 상기 중앙부(123)에 대하여 접힐 수 있게 된다. 상기 날개부(124)는 상기 지압판(120)이 터널 벽면(410)에 접촉될 때, 터널 벽면(410)의 굴곡을 따라서 접힐 수 있게 되는 것이며, 이를 통해 상기 지압판(120)을 터널 벽면(410)에 밀착 접촉시킬 수 있게 된다.

상기 날개부(124)는 원호 형상으로 이루어지면서 상기 중앙부(123) 주변에 배치되는 것이 바람직하며, 상기 날개부(124)는 반원 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 상기 날개부(124)가 원호 형상(또는 반원 형상)으로 이루어지면, 복수 개의 상기 날개부(124)가 서로 간섭이 생기지 않으면서 접힐 수 있으며, 상기 날개부(124)와 터널 벽면(410)의 접촉면적을 향상시켜 지압력을 지반에 효과적으로 전달할 수 있게 된다.

상기 지압판(120)이 터널 벽면(410)에 접촉되기 전에, 상기 날개부(124)는 상기 중앙부(123)에 대하여 굽혀져 있는 상태로 있을 수 있으며, 이 때, 상기 날개부(124)가 상기 중앙부(123)에 대하여 굽혀져 있는 각도는 15도 내지 25도가 바람직하며, 20도가 좋다. 이 경우, 상기 지압판(120)을 터널 벽면(410)에 접촉시키면, 상기 날개부(124)가 굴곡진 면을 따라 펴지면서 상기 지압판(120)이 터널 벽면(410)에 밀착 접촉될 수 있게 된다.

여기서, 상기 날개부(124)가 상기 중앙부(123)에 대하여 지나치게 많이 굽혀져 있으며, 터널 벽면(410)에 상기 지압판(120)을 접촉시키는 것이 어렵기 때문에, 상기 날개부(124)는 상기 중앙부(123)에 대하여 25도 이내로 굽혀져 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 날개부(124)가 상기 중앙부(123)에 대하여 굽혀져 있지 않으며, 상기 날개부(124)를 터널 벽면(410)의 굴곡에 따라 접어야 하는 추가 공정이 필요한 바, 상기 날개부(124)는 상기 중앙부(123)에 대하여 15도 이상 굽혀져 있는 것이 바람직하다. (상기 날개부(124)가 상기 중앙부(123)에 대하여 굽혀져 있는 상태라면, 상기 지압판(120)을 터널 벽면(410)에 밀착 접촉하는 과정에서 상기 날개부(124)가 터널 벽면(410)의 굴곡에 따라 펴지기 때문에, 추가 공정이 필요하지 않게 된다.)

락볼트(110)가 터널 벽면(410)에 수직으로 삽입되면, 지압판(120)을 통해 지압력을 효과적으로 전달할 수 있으나, 지반의 절리, 균열 등과 같은 역학적인 불연속면 또는 굴착 중 발생하는 파괴면에 따라 락볼트(110)를 터널 벽면(410)과 각도를 형성하면서 삽입해야 하는 경우가 종종 발생하게 된다.

상기 락볼트(110)가 터널 벽면(410)에 대하여 각도를 형성하면서 삽입될 때, 상기 지압판(120)을 통해 지압력을 효과적으로 전달하기 위해, 상기 지압판(120)은 상기 삽입홀(121)의 둘레를 따라 돌출되는 암와셔부(122)를 포함할 수 있다.

도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 상기 암와셔부(122)는 판 형상의 상기 지압판(120)에서 상기 삽입홀(121)의 둘레를 따라 고리 형상으로 돌출될 수 있는 것이며, 상기 암와셔부(122)의 내측면은 곡률이 형성되어 있는 곡면으로 이루어질 수 있는 것이다. 즉, 판 형상의 지압판에 암와셔부가 결합되어 있는 형상으로 이루어질 수 있는 것이다.

상기 암와셔부(122)는 고리 형상으로 이루어지면서 내측면이 곡률이 형성되어 있는 곡면으로 이루어진 것으로, 상기 암와셔부(122)의 내측면의 단면을 살펴보면, 원호 형상(또는 반원 형상)으로 이루어질 수 있는 것이다. (도 2(b) 참조) 이와 같이 상기 암와셔부(122)의 내측면이 곡률이 형성되어 있는 곡면으로 이루어지면, 후술할 상기 너트(130)의 숫와셔부(131)가 접촉되면서, 상기 락볼트(110)를 터널 벽면(410)에 각도를 형성하면서 삽입할 수 있게 된다.

도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하면, 상기 너트(130)의 선단부는 상기 너트(130)의 외주면을 따라 외부로 돌출되는 숫와셔부(131)를 포함하며, 상기 숫와셔부(131)의 외측면은 곡률이 형성되어 있는 곡면으로 이루어진 것이다. 구체적으로, 종래의 사용되는 너트의 선단부 외측에 곡률이 형성되어 있는 곡면으로 이루어진 숫와셔부를 결합한 것이다.

이와 같이 상기 너트(130)에 상기 숫와셔부(131)를 포함하면, 상기 락볼트(110)가 터널 벽면(410)에 각도를 형성하면서 삽입되어도, 상기 지압판(120)과 상기 너트(130)의 접촉면적을 감소시키지 않을 수 있게 된다.

구체적으로, 도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하면, 상기 락볼트(110)가 터널 벽면(410)에 삽입되고, 상기 락볼트(110)에 상기 지압판(120)이 끼워진 이후, 상기 너트(130)를 상기 락볼트(110)에 결합시킬 때, 상기 숫와셔부(131)가 상기 암와셔부(122)에 접촉되면서 상기 너트(130)가 상기 락볼트(110)에 결합된다. 즉, 상기 암와셔부(122)의 내측면과 상기 숫와셔부(131)의 외측면이 서로 접촉되면서, 상기 너트(130)가 상기 락볼트(110)에 결합된다.

상기 암와셔부(122)의 내측면과 상기 숫와셔부(131)의 외측면은 곡률이 형성되어 있는 곡면으로 이루어져 있기 때문에, 도 5(b)와 같이 상기 락볼트(110)가 터널 벽면(410)에 각도를 형성하면서 삽입되어도, 상기 암와셔부(122)와 상기 숫와셔부(131)의 접촉은 떨어지지 않을 수 있게 된다.

구체적으로, 종래에는 도 1과 같이 락볼트(20)가 각도를 형성하면서 터널 벽면(10)에 삽입될 때, 미접촉면(60)이 발생함에 따라 지반에 락볼트(20)의 지압력을 효과적으로 전달할 수 없었다. 그러나 도 5(b)와 같이 상기 지압판(120)에 상기 암와셔부(122)를 포함하고, 상기 너트(130)에 상기 숫와셔부(131)를 포함함에 따라, 락볼트(110)가 터널 벽면(410)에 각도를 형성하면서 삽입되어도, 상기 너트(130)의 상기 숫와셔부(131)가 상기 암와셔부(122)의 내측면을 따라 회전함에 따라 미접촉면을 발생시키지 않으면서 접촉을 유지할 수 있게 된다.

이를 통해 지압력의 손실을 방지할 수 있게 되고, 상기 락볼트(110)의 지압력을 지반에 효과적으로 전달할 수 있게 된다. 여기서, 상기 암와셔부(122)의 내측면에 형성되어 있는 곡면의 곡률 반경과, 상기 숫와셔부(131)의 외측면에 형성되어 있는 곡면의 곡률 반경은 서로 동일한 것이 바람직하다.

상기 암와셔부(122)의 내측면에 형성되어 있는 곡면의 곡률 반경과, 상기 숫와셔부(131)의 외측면에 형성되어 있는 곡면의 곡률 반경이 서로 동일해야, 상기 너트(130)의 상기 숫와셔부(131)의 외측면이 상기 암와셔부(122)의 내측면에 접촉할 때, 미접촉면의 발생 없이 접촉할 수 있게 된다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 락볼트 조립체(100)는 터널 벽면(410)에 다양한 지점에 복수 개가 설치된다. 도 6은 상기 락볼트 조립체(100)가 설치되는 터널의 단면을 나타내는 것이며, 도 7은 상기 락볼트 조립체(100)가 설치되는 터널의 측면도를 나타내는 도면이다.

이와 같이 복수 개의 상기 락볼트 조립체(100)가 터널 벽면(410)에 설치되면, 복수 개의 상기 락볼트 조립체(100)를 서로 연결하기 위해 상기 조립구(200)와 상기 연결 보강재(300)가 사용될 수 있다.

상기 조립구(200)는 상기 락볼트 조립체(100)에 끼워질 수 있는 것으로, 상기 조립구(200)를 상기 락볼트 조립체(100)에 끼우고, 상기 연결 보강재(300)를 상기 조립구(200)에 연결함에 따라, 복수 개의 상기 락볼트 조립체(100)를 서로 연결할 수 있게 된다.

구체적으로, 상기 조립구(200)는 상기 락볼트(110)에 끼워질 수 있는 것으로, 상기 락볼트(110)에 끼워지면서 상기 연결 보강재(300)를 연결시킬 수 있다면 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

도 8(a) 및 도 8(b)를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1조립구(210)를 살펴보면, 상기 제1조립구(210)는 판 형상으로 이루어질 수 있으며, 제1중앙홀(211), 제1주변홀(212)을 포함할 수 있다. (여기서, 제1조립구(210)는 조립구(200)와 동일한 것이며, 제1조립구(210)는 조립구(200)의 하나의 실시 예이다.)

상기 제1중앙홀(211)은 상기 제1조립구(210)의 상면에서 하면을 관통하며, 상기 락볼트(110)가 삽입될 수 있는 구멍으로, 상기 제1조립구(210)의 중앙에 배치될 수 있다. 상기 제1주변홀(212)은 상기 제1조립구(210)의 상면에서 하면을 관통하며, 상기 제1중앙홀(211)의 둘레에 배치되는 구멍으로 복수 개가 마련될 수 있다. 상기 제1주변홀(212)에는 제1연결고리(220)가 결합될 수 있으며, 상기 제1중앙홀(211)에는 상기 락볼트(110)가 끼워질 수 있다.

도 9(a), 도 9(b), 도 9(c)를 참조하면, 상기 제1연결고리(220)는 상기 제1주변홀(212)에 결합되며, 고리 형상으로 이루어진 제1결합부(221)와 상기 제1결합부(221)에서부터 고리 형상으로 연장되는 제1고리부(222)를 포함하는 것이다. 상기 제1연결고리(220)는 "S" 자 형상으로 이루어질 수 있는 것으로, "S"자 형상의 일측은 상기 제1주변홀(212)에 결합되며, 타측은 상기 연결 보강재(300)가 연결될 수 있다. 즉, 상기 제1고리부(222)에 상기 연결 보강재(300)가 연결될 수 있다.

상기 제1연결고리(220)는 도 9(b)와 같이 상기 제1조립구(210)가 수평으로 놓여있는 상태에서 결합될 수도 있으며, 도 9(c)와 같이 상기 제1조립구(210)가 수직으로 놓여있는 상태에서 결합될 수도 있다.

상기 제1연결고리(220)는 상기 연결 보강재(300)가 직접 연결될 수 있는 것으로, 락볼트 조립체(100)-제1조립구(210)-제1주변홀(212)-제1연결고리(220)의 제1결합부(221)-제1연결고리(220)의 제1고리부(222)-연결 보강재(300)-제1연결고리(220)의 제1고리부(222)-제1연결고리(220)의 제1결합부(221)-제1주변홀(212)-제1조립구(210)-락볼트 조립체(100)의 순서로 연결되면서, 복수 개의 상기 락볼트 조립체(100)가 연결될 수 있게 된다.

도 10(a) 및 도 10(b)를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제2조립구(230)를 살펴보면, 상기 제2조립구(230)는 판 형상으로 이루어질 수 있으며, 제2중앙홀(231), 제2주변홀(232)을 포함할 수 있다. (여기서, 제2조립구(230)는 조립구(200)와 동일한 것이며, 제2조립구(230)는 조립구(200)의 다른 실시 예이다.)

상기 제2중앙홀(231)은 상기 제2조립구(230)의 상면에서 하면을 관통하며, 상기 락볼트(110)가 삽입될 수 있는 구멍으로, 상기 제2조립구(230)의 중앙에 배치될 수 있다. 상기 제2주변홀(232)은 상기 제2조립구(230)의 측면에서 상기 제2조립구(230) 내부를 향하는 방향으로 구멍이 형성되어 있는 것으로, 복수 개가 마련될 수 있다. 상기 제2주변홀(232)에 제2연결고리(240)가 결합될 수 있으며, 상기 제2중앙홀(231)에는 상기 락볼트(110)가 끼워질 수 있다.

도 11(a), 도 11(b), 도 11(c)를 참조하면, 상기 제2연결고리(240)는 상기 제2주변홀(232)에 결합되며, 바 형상으로 이루어진 제2결합부(241)와 상기 제2결합부(241)에서부터 고리 형상으로 연장되는 제2고리부(242)를 포함하는 것이다. 상기 제2주변홀(232)과 상기 제2결합부(241)는 나사 결합으로 결합될 수 있는 것으로, 상기 제2주변홀(232)에 상기 제2결합부(241)가 삽입되면서, 상기 제2연결고리(240)가 상기 제2조립구(230)에 결합될 수 있다.

상기 제2고리부(242)는 상기 연결 보강재(300)가 직접 연결될 수 있는 부분이 되는 것으로, 락볼트 조립체(100)-제2조립구(230)-제2주변홀(232)-제2연결고리(240)의 제2결합부(241)-제2연결고리(240)의 제2고리부(242)-연결 보강재(300)-제2연결고리(240)의 제2고리부(242)-제2연결고리(240)의 제2결합부(241)-제2주변홀(232)-제2조립구(230)-락볼트 조립체(100)의 순서로 연결되면서, 복수 개의 상기 락볼트 조립체(100)가 연결될 수 있게 된다.

상기 제1주변홀(212)과 상기 제2주변홀(232)은 터널 벽면(410)에 설치되는 모든 락볼트 조립체(100)를 서로 연결시키기 위해 8개가 마련되는 것이 바람직하며, 상기 제1연결고리(220) 및 상기 제2연결고리(240)도 하나의 상기 제1조립구(210) 및 상기 제2조립구(230)에 8개씩 결합되는 것이 바람직하다.

상기 연결 보강재(300)는 복수 개의 상기 락볼트 조립체(100)를 연결할 수 있는 것으로, 인장재로 사용될 수 있는 것이다. 상기 연결 보강재(300)는 와이어 또는 철근으로 이루어질 수 있으며, 상기 연결 보강재(300)의 설치를 용이하게 하기 위해 와이어로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 12를 참조하면, 복수 개의 상기 락볼트 조립체(100)를 상기 연결 보강재(300)로 연결한 후, 상기 연결 보강재(300)에는 숏크리트(430)가 분사될 수 있으며, 상기 연결 보강재(300)는 상기 숏크리트(430)에 매립될 수 있다. 이와 같이 상기 연결 보강재(300)를 상기 숏크리트(430) 내부에 매립하면, 상기 연결 보강재(300)는 철근 콘크리트의 철근과 같은 역할을 할 수 있게 된다.

구체적으로, 콘크리트는 취성 파괴가 일어나는 재료이기 때문에, 콘크리트의 취성 파괴를 방지하기 위해 콘크리트 내부에 철근을 매립하고, 철근을 통해 연성파괴를 유도하게 된다. 본 발명의 실시 예에 따른 상기 연결 보강재(300)도 이와 같은 역할을 할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 상기 락볼트 조립체(100)로 터널을 보강하더라도, 굴착 지반의 파괴면으로부터 암괴가 분리되어 파괴되는 국부적인 쐐기형 붕락이 발생할 수 있으며, 이와 같은 붕락은 급작스럽게 붕락이 진행되는 취성파괴의 형태로 나타나나다.

그러나 상기 연결 보강재(300)를 사용하면, 취성파괴를 연성파괴로 유도할 수 있게 되고, 이를 통해 붕락이 발생하기 전에 미리 붕락의 조짐을 관찰할 수 있게 된다. (급작스런 취성 붕락이 발생하는 지점도, 상기 연결 보강재(300)를 통해 서로 연결되어 있는 상기 락볼트 조립체(100)가 지지력을 발휘할 수 있기 때문에, 급작스런 취성 붕락이 연성 붕락으로 유도될 수 있다.) 도 12를 참조하면, 상기 숏크리트(430)가 상기 연결 보강재(300)에 분사된 이후에는, 부직포 및 방수시트(440)로 보강될 수 있으며, 이후 추가적인 터널 공정이 더 진행될 수 있다.

상술한 본 발명의 실시 예에 따른 터널 보강용 락볼트 지지 시스템의 시공과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 7을 참조하여 터널의 굴착과정을 살펴보면, 암판정이 진행되고 이후 막장면(421)(N)을 천공하면서, 막장면 이전의 지역(422)(N+1)을 락볼트 조립체(100)로 보강하게 된다. 락볼트 조립체(100)는 암와셔부(122)가 형성되어 있는 지압판(120)과 숫와셔부(131)가 형성되어 있는 너트(130)를 사용함에 따라, 도 5와 같이 각도에 영향을 받지 않고 지반에 지압력을 전달할 수 있게 된다.

락볼트 조립체(100)로 보강한 이후, 장약 장전 및 환기를 하고, 부석 정리 및 버럭 처리를 진행하게 된다. 이후, 숏크리트(430)를 분사하고, 다음 막장(420)(N-1)을 굴착하게 된다. 이와 같은 발파 및 보강이 진행되면서 터널 굴착이 진행될 때, 락볼트 조립체(100)로 보강을 진행하더라도, 국부적인 쐐기 파괴가 일어날 수 있었으며, 급작스럽게 붕락이 진행되는 취성파괴가 일어나게 되는 문제가 있었다.

그러나 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 락볼트 조립체(100)가 상기 연결 보강재(300)로 서로 연결됨에 따라, 국부적인 쐐기 파괴가 일어날 수 있는 지점의 락볼트 조립체(100)를 인접하는 다른 락볼트 조립체(100)가 지지함에 따라 국부적인 쐐기 파괴가 일어나는 것을 방지할 수 있으며, 연결 보강재(300)를 통해 취성 파괴를 연성 파괴로 유도할 수 있게 된다.

상술한 본 발명의 실시 예에 따른 터널 보강용 락볼트 지지 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

종래의 터널 시공방법에 사용되는 락볼트가 터널 벽면에 수직으로 삽입된다면 락볼트의 지압력을 효과적으로 터널 벽면에 전달할 수 있으나, 터널 벽면 내부의 지반 조건에 따라 도 1과 같이 락볼트는 터널 벽면에 경사지게 삽입하여야 하는 경우가 종종 발생한다. 이 경우, 도 1과 같이 지압판(30)과 락볼트(20)의 접지가 불완전하게 되면서 미접촉면(60)이 발생하게 되고, 이에 락볼트(20)로부터 터널 벽면(10)으로 효과적인 지압력 전달이 되지 않는 문제점이 있다.

그러나 본 발명의 실시 예에 따르면, 암와셔부(122)를 포함하는 지압판(120)과 숫와셔부(131)를 포함하는 너트(130)를 사용함에 따라 각도가 형성되어 있는 락볼트(110)가 삽입되어도, 암와셔부(122)와 숫와셔부(131)의 접촉면적을 유지할 수 있게 되고, 이를 통해 각도가 형성되어 있는 락볼트(110)의 지압력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 지압판(120)은 중앙부(123)와 상기 중앙부(123)에 대하여 접힐 수 있는 날개부(124)를 사용함에 따라, 터널 벽면(410)에 굴곡진 면(또는 숏크리트에 의해 굴곡진 면)이 있어도 지압판(120)을 터널 벽면(410)에 밀착 접촉시킬 수 있으며, 이를 통해 락볼트(110)의 지압력을 효과적으로 지반에 전달할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 락볼트 조립체(100)는 연결 보강재(300)로 서로 연결됨에 따라, 터널의 국부적인 쐐기 파괴를 방지할 수 있는 장점이 있다. 종래에는 락볼트가 지반의 파괴면을 보강하지 못할 때 국부적인 쐐기 파괴가 일어날 수 있었으며, 급작스럽게 붕락이 진행되는 취성파괴가 일어나게 되는 문제가 있었다.

그러나 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 락볼트 조립체(100)가 상기 연결 보강재(300)로 서로 연결됨에 따라, 국부적인 쐐기 파괴가 일어날 수 있는 지점의 락볼트 조립체(100)를 인접하는 다른 락볼트 조립체(100)가 지지함에 따라 국부적인 쐐기 파괴가 일어나는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 복수 개의 상기 락볼트 조립체(100)를 연결하는 상기 연결 보강재(300)에 의해 급작스럽게 붕락이 진행되는 취성 파괴를 연성 파괴로 유도할 수 있는 장점이 있다. 특히, 연결 보강재(300)에 숏크리트(430)를 분사하고, 연결 보강재(300)를 숏크리트(430) 내부에 매립시킴에 따라, 연결 보강재(300)는 철근 콘크리트의 철근과 같은 작용을 하면서 취성 파괴를 연성 파괴로 유도할 수 있게 된다.

취성 파괴로 인한 붕락의 경우 급작스럽게 붕락이 발생하지만, 연성 파괴로 인한 붕락은 붕락이 일어나기 전에 붕락의 조짐을 미리 관찰할 수 있게 된다. 이와 같이 취성 파괴를 연성 파괴로 유도함에 따라 붕락을 피하기 위한 작업자의 대피시간을 확보할 수 있으며, 이를 통해 작업자의 안정성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100...락볼트 조립체 110...락볼트
120...지압판 121...삽입홀
122...암와셔부 123...중앙부
124...날개부 125...굽힘부
130...너트 131...숫와셔부
200...조립구 210...제1조립구
211...제1중앙홀 212...제1주변홀
220...제1연결고리 221...제1결합부
222...제1고리부 230...제2조립구
231...제2중앙홀 232...제2주변홀
240...제2연결고리 241...제2결합부
242...제2고리부 300...연결 보강재
410...터널 벽면 430...숏크리트

Claims

터널을 보강하기 위한 락볼트 지지 시스템에 있어서,
터널의 벽면에 설치되는 락볼트 조립체;
상기 락볼트 조립체에 끼워지는 조립구;
하나의 상기 조립구와 인접하는 상기 조립구를 연결하는 연결 보강재;를 포함하며,
상기 연결 보강재를 통해 복수 개의 상기 락볼트 조립체는 서로 연결되며,
상기 락볼트 조립체는,
터널의 벽면 내부로 삽입되는 락볼트;
판형상으로 이루어지면서 터널의 벽면에 접촉되며, 상기 락볼트가 끼워질 수 있도록 삽입홀을 포함하는 지압판;
상기 락볼트에 상기 지압판이 끼워진 후, 상기 락볼트에 결합되는 너트;를 포함하며,
상기 연결 보강재에는 숏크리트가 분사되고, 상기 연결 보강재는 상기 숏크리트에 내부로 매립되며,
상기 지압판은, 상기 삽입홀이 포함되는 중앙부와, 상기 중앙부의 주변에 배치되며, 상기 중앙부에 대하여 접힐 수 있는 날개부와 상기 중앙부와 상기 날개부가 맞닿는 곳에, 상기 날개부가 굽혀질 수 있는 굽힙부를 포함하며,
상기 날개부는, 원호 형상으로 이루어지며,
상기 날개부는, 상기 굽힘부를 통해 터널 벽면의 굴곡을 따라서 접힐 수 있으며,
상기 조립구는 판 형상으로 이루어지며,
상기 조립구는 상기 조립구의 상면에서 하면을 관통하며, 상기 락볼트가 삽입될 수 있는 제2중앙홀과, 상기 조립구의 측면에서 상기 조립구 내부를 향하는 방향으로 구멍이 형성되어 있는 복수 개의 제2주변홀을 포함하며,
상기 제2주변홀에 결합되는 제2연결고리를 포함하며,
상기 제2연결고리는, 상기 제2주변홀에 결합되며, 바 형상으로 이루어진 제2결합부와, 상기 제2결합부에서부터 고리 형상으로 연장되는 제2고리부를 포함하며,
상기 연결 보강재는 상기 제2고리부에 연결되는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 락볼트 지지 시스템.
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제1항에 있어서,
상기 연결 보강재는 와이어 또는 철근으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 락볼트 지지 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 지압판은 상기 삽입홀의 둘레를 따라 돌출되는 암와셔부를 포함하며,
상기 암와셔부의 내측면은 곡률이 형성되어 있는 곡면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 락볼트 지지 시스템.
제7항에 있어서,
상기 너트의 선단부는 상기 너트의 외주면을 따라 외부로 돌출되는 숫와셔부를 포함하며,
상기 숫와셔부의 외측면은 곡률이 형성되어 있는 곡면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 락볼트 지지 시스템.
제8항에 있어서,
상기 암와셔부의 곡률 반경과 상기 숫와셔부의 곡률 반경은 동일한 것을 특징으로 하는 터널 보강용 락볼트 지지 시스템.