KR102091354B1 - 시공단계와 세로보를 갖는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브 및 이의 시공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세그멘트 풍도슬래브 중앙부의 구조안전성을 증가시키고, 단면 두께의 감소로 설치 개수를 줄여 경제적 시공이 가능하며, 세그멘트 풍도슬래브의 솟음오차 제거가 이루어질 수 있도록 한 시공단계와 세로보를 갖는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브 및 이의 시공방법을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 터널 또는 장대 지하차도의 횡류식 또는 반황류식 환기를 위해 설치되는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브에 있어서, 세그멘트 풍도슬래브에 작용하는 세그멘트 풍도슬래브의 자중, 세로보 자중, 작업하중 등이 고려된 1차 하중에 대해 단순보로 제작되어, 터널라이닝 또는 지하차도 벽체의 브라켓 위에 설치된 다수개의 세그멘트 풍도슬래브와; 세그멘트 풍도슬래브 중앙부의 상단에 터널 길이 방향으로 연속해서 설치되는 세로보와; 세로보에 조립되어 세그멘트 풍도슬래브와 세로보를 강결하는 하부 앵커볼트와; 세그멘트 풍도슬래브에 작용하는 풍하중, 접합몰탈 하중, 격벽하중, 작업하중 및 점검하중, 기타 하중이 고려된 2차 하중에 대해 수직 인장재로 제작되어 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 차량진행 방향으로 소요 간격에 따라 설치되는 수직행어와; 수직행어에 조립되어 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 수직행어를 강결하는 상부 앵커볼트와; 수직행어와 세로보를 삽통하여 결합시키는 하부 연결볼트와; 세그멘트 풍도슬래브 상호간의 접합면에 충진되는 접합몰탈과; 터널라이닝 또는 지하차도 벽체와 세그멘트 풍도슬래브 단부 사이에 형성되는 공간에 타설하는 측면 마감콘크리트;를 포함한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 터널 또는 장대 지하차도의 횡류식 또는 반황류식 환기를 위해 설치되는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브에 있어서, 세그멘트 풍도슬래브에 작용하는 세그멘트 풍도슬래브의 자중, 세로보 자중, 작업하중 등이 고려된 1차 하중에 대해 단순보로 제작되어, 터널라이닝 또는 지하차도 벽체의 브라켓 위에 설치된 다수개의 세그멘트 풍도슬래브와; 세그멘트 풍도슬래브 중앙부의 상단에 터널 길이 방향으로 연속해서 설치되는 세로보와; 세로보에 조립되어 세그멘트 풍도슬래브와 세로보를 강결하는 하부 앵커볼트와; 세그멘트 풍도슬래브에 작용하는 풍하중, 접합몰탈 하중, 격벽하중, 작업하중 및 점검하중, 기타 하중이 고려된 2차 하중에 대해 수직 인장재로 제작되어 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 차량진행 방향으로 소요 간격에 따라 설치되는 수직행어와; 수직행어에 조립되어 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 수직행어를 강결하는 상부 앵커볼트와; 수직행어와 세로보를 삽통하여 결합시키는 하부 연결볼트와; 세그멘트 풍도슬래브 상호간의 접합면에 충진되는 접합몰탈과; 터널라이닝 또는 지하차도 벽체와 세그멘트 풍도슬래브 단부 사이에 형성되는 공간에 타설하는 측면 마감콘크리트;를 포함한 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 풍도슬래브 및 이의 시공방법에 관한 것으로, 특히 세그멘트 풍도슬래브 중앙부의 구조안전성을 증가시키고, 단면 두께의 감소로 설치 개수를 줄여 경제적 시공이 가능하며, 세그멘트 풍도슬래브의 솟음오차 제거가 이루어질 수 있도록 한 시공단계와 세로보를 갖는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브 및 이의 시공방법에 관한 것이다.
터널 구조물(지하 도로, 지하 터널 등)은 그 규모의 장대화로 인하여 터널 내 매연, 유해가스, 먼지, 화재 등의 위급상황으로부터 터널이용자를 보호하기 위해 교통량과 터널길이에 따라 효율성을 고려한 터널 환기설비를 갖추어야 한다. 또한 터널 구조물은 그 내부를 주행하는 자동차 배출가스로 인한 대기 오염이 터널 통행자 및 운전자의 인체에 심각한 영향을 미치므로 이를 방지하기 위해서는 적정한 환기 설비를 갖추어야 한다.
이같이 터널에 환기를 위해 자연환기 방식, 종류식, 반횡류식, 횡류식 등이 적용된다. 여기서 반횡류식과 횡류식의 경우 터널 내 풍도슬래브를 시공하여 환기를 수행한다.
기존의 대표적인 세그멘트 풍도슬래브(10)의 구축 방법 중 하나인 도 1a에 도시된 방식이 있다. 도 1a는 터널내 브라켓(Ra, Rb) 위에 단순지지 형식으로 설치된 기존 방식의 세그멘트 풍도슬래브의 횡단면도와 모멘트도를 도시한 것이며, Line a(BMD)는 1차 하중인 ① 세그멘트 풍도슬래브의 자중, ② 접합몰탈 하중, ③ 작업하중의 합에 대한 모멘트도이며, Line b(BMD)는 기존 1차 하중과 2차 하중인 ① 풍하중, ② 작업하중 및 점검하중, ③ 수직격벽 하중, ④ 기타하중(지장물, 댐퍼 등) 등의 합에 대한 모멘트도이다.
특히, 도 1a의 방식은 등록특허1: 제10-1152419호(터널과 지하차도를 포함하는 지중 도로 구조물의 풍도 및 이 시공 방법), 등록특허2: 제10-1646152호(터널 환기용 풍도 구조의 시공 방법)에서 적용하고 있다.
이는 1) 세그멘트 풍도슬래브의 제작 시에 형성된 단면성능이 최종 설계하중에 대해 저항해야 하기 때문에 초기에 단면의 두께가 커지는 단점이 있다. 2) 특히, 장지간의 경우 단면 두께의 증가는 운반중량이나 가설중량을 고려해야 하기 때문에 세그멘트 풍도슬래브의 폭이 줄어들어 세그멘트 풍도슬래브(10)의 수량이 증가하는 단점이 있다. 3) 또한, 세그멘트 풍도슬래브(10)의 수량 증가는 접합면 또한 증가하여 현장작업이 늘어나며 공사비의 증가와 공사기간이 늘어나는 단점뿐 만 아니라 접합면의 하자요인 구간도 늘어나게 되는 문제가 있다.
기존의 대표적인 세그멘트 풍도슬래브(10)의 구축방법 중, 또 다른 도 1b의 방식이 있다. 도1b는 터널내 브라켓(Ra, Rb)과 수직행어(Rc) 위에 2경간 단순지지 형식으로 설치된 기존방식의 세그멘트 풍도슬래브의 횡단면도와 모멘트도를 도시한 것이며, Line a(BMD)는 1차 하중인 ① 세그멘트 풍도슬래브의 자중, ② 접합몰탈 하중, ③ 작업하중의 합에 대한 모멘트도이며, Line b(BMD)는 기존 1차 하중과 2차 하중인 ① 풍하중, ② 작업하중 및 점검하중, ③ 수직격벽 하중, ④ 기타하중(지장물, 댐퍼 등) 등의 합에 대한 모멘트도이다.
특히, 도 1b의 방식은 등록특허3: 제10-1522504호(터널 풍도슬래브의 시공방법), 등록특허4: 제10-1015379호(아치형태의 풍도 바닥 슬래브를 구비한 터널 풍도 및 그 형성방법), 등록특허5: 등록특허 제10-1633229호(프리캐스트 세그멘트를 이용한 터널 풍도 슬래브)에서 제시하고 있다.
이는, 1) 일본의 사사고 터널(2012년 12월 풍도슬래브 붕괴, 9명사망)에서 붕괴된 세그멘트 풍도슬래브의 구조형식으로 장기거동에 의한 구조안전성에 매우 취약하다. 2) 단면의 중앙부를 힌지 처리하여 2경간 단순지지 형식의 구조이기 때문에 세그멘트 풍도슬래브의 단면은 크게 줄어들게 되나, 라이닝의 천장에 설치되는 수직앵커가 하중을 모두 받게 되어 앵커의 인발력 손실시 아주 쉽게 붕괴되는 단점이 있다. 3) 또한 터널진행 방향으로 각각의 세그멘트 풍도슬래브 모두에 수직앵커를 풍도슬래브 가설 전에 선행작업으로 설치하기 때문에 시공공정이 매우 복잡하며, 시공상의 안전 문제도 크게 발생하였다.
따라서 세그멘트 단면의 두께 감소, 세그멘트 풍도슬래브(10)의 설치 수량 감소, 구조적 안전성의 향상 및 시공의 용이성이 요구된다.
본 발명은 세그멘트 풍도슬래브 중앙부의 구조안전성을 증가시키고, 단면 두께의 감소로 설치 개수를 줄여 경제적 시공이 가능하며, 세그멘트 풍도슬래브의 솟음오차 제거가 이루어질 수 있도록 한 시공단계와 세로보를 갖는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브 및 이의 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 터널 또는 장대 지하차도의 횡류식 또는 반황류식 환기를 위해 설치되는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브에 있어서, 세그멘트 풍도슬래브에 작용하는 세그멘트 풍도슬래브의 자중, 세로보 자중, 작업하중 등이 고려된 1차 하중에 대해 단순보로 제작되어, 터널라이닝 또는 지하차도 벽체의 브라켓 위에 설치된 다수 개의 세그멘트 풍도슬래브와; 세그멘트 풍도슬래브 중앙부의 상단에 터널 길이 방향으로 연속해서 설치되는 세로보와; 세로보에 조립되어 세그멘트 풍도슬래브와 세로보를 강결하는 하부 앵커볼트와; 세그멘트 풍도슬래브에 작용하는 풍하중, 접합몰탈 하중, 격벽하중, 작업하중 및 점검하중, 기타 하중이 고려된 2차 하중을 지지하는 수직 인장재로 제작되어 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 차량진행 방향으로 소요 간격에 따라 설치되는 수직행어와; 수직행어에 조립되어 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 수직행어를 강결하는 상부 앵커볼트와; 수직행어와 세로보를 삽통하여 결합시키는 하부 연결볼트와; 세그멘트 풍도슬래브 상호간의 접합면에 충진되는 접합몰탈과; 터널라이닝 또는 지하차도 벽체와 세그멘트 풍도슬래브 단부 사이에 형성되는 공간에 타설하는 측면 마감콘크리트;를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 세로보는 단면이 I형, 역T형, □형, U형 등의 단면 형상을 갖고 강재로 제작된 것을 특징으로 한다.
또한, 세그멘트 풍도슬래브는 충실단면, 중공 단면, T형 단면, 더블 T형 단면 중 어느 하나의 단면 형상을 갖고, 단면 내부에 PC강선 또는 보강철근이 배치되어 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 세그멘트 풍도슬래브가 설치된 일정 구간마다 배기를 위해 댐퍼가 형성되는 댐퍼 주위의 세그먼트 풍도슬래브 또는 터널의 시작과 끝에 설치되는 세그멘트 풍도슬래브에 추가의 수직행어가 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 터널라이닝 또는 지하차도 천장에 차량진행 방향으로 소요 간격에 따라 설치되는 수직행어의 사이에 세로보의 상부에 횡류식 환기를 위해 설치되는 수직격벽과; 수직격벽의 상단 및 하단을 고정하기 위해 설치되는 수직격벽 수평보강재와 수직격벽 연결볼트:를 더 포함한 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 터널 또는 장대 지하차도의 횡류식 또는 반황류식 환기를 위해 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브를 시공하는 방법은, 세그멘트 풍도슬래브에 작용하는 세그멘트 풍도슬래브의 자중, 세로보 자중, 작업하중 등이 고려된 1차 하중에 대해 단순보로 제작하는 단계와; 터널라이닝 또는 지하차도 벽체의 브라켓 위에 다수개의 세그멘트 풍도슬래브를 설치하는 단계와; 세그멘트 풍도슬래브 중앙부의 상단에 터널 길이 방향으로 연속해서 세로보를 설치하는 단계와; 세그멘트 풍도슬래브와 세로보를 하부 앵커볼트를 이용하여 강결하는 단계와; 세그멘트 풍도슬래브에 작용하는 풍하중, 접합몰탈 하중, 수직격벽 하중, 작업하중 및 점검하중, 기타 하중이 고려된 2차 하중에 대해 수직 인장재로 제작된 수직행어를 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 차량진행 방향으로 소요 간격에 따라 설치하는 단계와; 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 수직행어를 상부 앵커볼트로 강결하는 단계와; 수직행어와 세로보를 연결볼트로 강결하는 단계와; 세그멘트 풍도슬래브 상호간의 접합면에 접합몰탈을 충진하는 단계와; 터널라이닝 또는 지하차도 벽체와 세그멘트 풍도슬래브 단부 사이에 형성되는 공간에 측면 마감콘크리트를 타설하는 단계;로 시공되는 것을 특징으로 한다.
또한, 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 차량진행 방향으로 소요 간격에 따라 설치되는 수직행어의 사이에 세로보의 상부로 횡류식 환기를 위해 수직격벽을 설치하는 단계와; 수직격벽의 상단 및 하단을 고정하기 위해 수직격벽 수평보강재와 수직격벽 연결볼트를 설치하는 단계:가 더 포함된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 시공단계와 세로보를 갖는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브 및 이의 시공방법에 따르면, 세그멘트 풍도슬래브의 상부 중앙부에 세로보가 강결되어져 수직행어를 통해 천정부에 지지되어짐으로써 풍도슬래브의 구조적 안전성이 증가된다. 또한, 세그멘트 풍도슬래브의 단면 두께의 감소로 폭이 더 넓게 제작되어져 풍도슬래브의 설치 개수가 줄어들기 때문에 경제적 시공이 가능하다. 또한, 세그멘트 풍도슬래브가 세로보와 하부 앵커볼트를 통해 강결되어져 솟음오차 제거가 이루어져 시공 품질이 향상된다.
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 1a는 터널내 브라켓 위에 단순지지 형식으로 설치된 기존 방식의 세그멘트 풍도슬래브의 횡단면도와 모멘트도를 도시한 것이다.
도 1b는 터널내 브라켓과 수직행어 위에 2경간 단순지지 형식으로 설치된 기존방식의 세그멘트 풍도슬래브의 횡단면도와 모멘트도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 시공단계를 고려한 세그멘트 풍도슬래브의 최적화 구조를 설명하기 위한 모멘트도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 시공단계를 고려한 세그멘트 풍도슬래브의 최적화 구조의 횡단면도와 모멘트도를 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 "상세 a"를 나타탠 것이다.
도 5는 도 1a의 “A - A” 단면의 횡단면도를 도시한 것이다.
도 6은 도 3의 “B - B” 단면의 횡단면도를 도시한 것이다.
도 7은 도 3의 “C - C” 단면의 횡단면도를 도시한 것이다.
도 8은 도 3의 “C - C” 단면에 추가의 댐퍼 설치구간을 보강하기 위한 일 실시 예를 도시한 것이다.
도 9는 도 3의 “D - D” 단면의 횡단면도에 횡류식 풍도슬래브의 수직격벽 설치를 도시한 것이다.
도 1a는 터널내 브라켓 위에 단순지지 형식으로 설치된 기존 방식의 세그멘트 풍도슬래브의 횡단면도와 모멘트도를 도시한 것이다.
도 1b는 터널내 브라켓과 수직행어 위에 2경간 단순지지 형식으로 설치된 기존방식의 세그멘트 풍도슬래브의 횡단면도와 모멘트도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 시공단계를 고려한 세그멘트 풍도슬래브의 최적화 구조를 설명하기 위한 모멘트도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 시공단계를 고려한 세그멘트 풍도슬래브의 최적화 구조의 횡단면도와 모멘트도를 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 "상세 a"를 나타탠 것이다.
도 5는 도 1a의 “A - A” 단면의 횡단면도를 도시한 것이다.
도 6은 도 3의 “B - B” 단면의 횡단면도를 도시한 것이다.
도 7은 도 3의 “C - C” 단면의 횡단면도를 도시한 것이다.
도 8은 도 3의 “C - C” 단면에 추가의 댐퍼 설치구간을 보강하기 위한 일 실시 예를 도시한 것이다.
도 9는 도 3의 “D - D” 단면의 횡단면도에 횡류식 풍도슬래브의 수직격벽 설치를 도시한 것이다.
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.
본 발명은 터널 또는 장대 지하차도의 횡류식 또는 반황류식 환기를 위해 설치되는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브에 적용된다.
도 3 내지 도 7과 같이 터널라이닝(1)(또는 지하차도 벽체)의 브라켓(2) 위에 다수 개의 세그멘트 풍도슬래브(10)가 설치된다. 세그멘트 풍도슬래브(10)는 세그멘트 풍도슬래브(10)의 자중, 세로보(20) 자중, 작업하중 등이 고려된 1차 하중에 대해 단순보로 제작되어진다.
세그멘트 풍도슬래브(10)는 충실단면, 중공 단면, T형 단면, 더블 T형 단면 중 어느 하나의 단면 형상을 갖는다. 충실단면의 경우 직사각단면이고, 중공 단면의 경우 직사각형 단면 내부에 원형, 사각형 등으로 중공이 형성될 수 있다. 또한 세그멘트 풍도슬래브(10)는 단면 내부에 PC강선 또는 보강철근(11)이 배치되어 구성될 수 있다.
세그멘트 풍도슬래브(10) 중앙부의 상단에 터널 길이 방향으로 연속해서 세로보(20)가 설치된다. 즉, 세로보(20)는 세그멘트 풍도슬래브(10) 지간 직각방향으로 설치된다. 세로보(20)는 콘크리트로 제작될 수 있으나 상대적으로 인장강도가 우수한 강재가 바람직하다. 이때 세로보(20)의 단면은 I형, 역T형, □형, U형 등의 단면 형상을 갖는다.
여기서, 세로보(20)와 합성된 세그멘트 풍도슬래브(10)는 2차 하중(풍하중, 점검하중, 접합몰탈 하중 등) 작용 시에 세로보(20)와 수직행어(50)가 지점부 역할을 수행하여 부모멘트 발생을 유도한다. 이로 인해 세그멘트 풍도슬래브(10)의 중앙부는 모멘트가 감소하도록 유도된다. 또한 세로보(20)는 수직격벽(51)의 설치를 위한 받침블럭의 역할을 수행한다.
세그멘트 풍도슬래브(10)와 세로보(20)의 합성단면은 하부 앵커볼트(30b)를 통해 이루어진다. 세로보(20)와 하부 앵커볼트(30b)는 PS 긴장력 도입시 세그멘트 풍도슬래브(10)의 솟음변위에 대한 오차를 보정해 주는 역할을 수행한다.(도 6 참조)
도 5는 도 1a의 'A-A' 단면의 횡단면도를 도시한 것으로, 기존 방식으로 제작된 세그멘트 풍도슬래브는 제작오차에 의해 솟음량이 다르게 발생하여 현장에서 풍도슬래브 간에 단차가 발생하게 되며, 세로보(20)는 이를 보정하는 역할을 수행한다.
즉, 강재 세로보(20)가 하부 앵커볼트(30b)로 강결될 때 솟음이 각기 다른 세그멘트 풍도슬래브(10)의 솟음을 서로 균일하게 맞춘다.
세그멘트 풍도슬래브(10)와 세로보(20)는 하부 앵커볼트(30b)를 통해 강결되어 있다. 하부 앵커볼트(30b)는 세그멘트 풍도슬래브(10)과 세로보(20)를 강결하여 세그멘트 풍도슬래브(10)와 세로보(20)가 합성단면으로 거동하도록 한다.
하부 앵커볼트(30b)는 통상 세그멘트 풍도슬래브(10) 제작시에 사전 매입되어 설치되거나, 후에 드릴링 등에 의한 세트 앵커로 설치될 수 있다.
세로보(20)는 터널라이닝(또는 지하차도 천장부)에 지지하는 수직행어(50)에 설치된다. 수직행어(50)는 터널라이닝(또는 지하차도 천장부)에 차량 진행 방향으로 소요 간격(L)에 따라 설치된다. 수직행어(50)는 세그멘트 풍도슬래브(10)에 작용하는 풍하중, 접합몰탈 하중, 수직격벽(51) 하중, 작업하중 및 점검하중, 기타 하중(지장물, 댐퍼 등)이 고려된 2차 하중을 지지하는 수직 인장재로 작용한다. 수직행어(50)는 예로 H형강, T형강, □형강, 채널 강 등으로 제작될 수 있다.
또한, 수직행어(50)의 소요의 간격(L)은 세로보(20)과 수직행어(50)가 충분한 지점(Rc) 역할을 수행하는지 구조해석을 통해서 그 최대 소요 간격(L)을 정할 수 있게 된다.
수직행어(50)는 터널라이닝(1) 또는 지하차도 천장부에 상부 앵커볼트(40)에 의해 강결된다. 상부 앵커볼트(40)는 통상 터널 라이닝 천정부 또는 지하차도 상부슬래브(1) 제작시에 사전 매입되어 설치되거나, 후에 드릴링 등에 의한 세트 앵커로 설치될 수 있다.
수직행어(50)와 세로보(20)는 하부 연결볼트(30a)에 의해 결합되어 있다.
세그멘트 풍도슬래브(10와 10) 상호간의 접합면에 접합몰탈(60)이 충진되어 있다. 접합몰탈(60)은 세그멘트 풍도슬래브(10) 상호간을 접합하여 연속성을 확보하며 누기를 방지한다.
도 7 및 도 8과 같이 터널라이닝(1) 또는 지하차도 벽체와 세그멘트 풍도슬래브(10) 단부 사이에 형성되는 공간에 측면 마감콘크리트(70)가 타설된다. 측면 마감콘크리트(70)는 터널라이닝 또는 지하차도 벽체와 세그멘트 풍도슬래브(10) 단부 사이에 형성되는 공간에 타설되어 누수 및 누기를 방지한다.
한편, 도 8과 같이 세그멘트 풍도슬래브(10)가 설치된 일정 구간마다 급기를 위해 댐퍼(80)가 형성되는 댐퍼(80) 주위의 세그멘트 풍도슬래브(10) 또는 터널의 시작과 끝에 설치되는 세그멘트 풍도슬래브(10)에는 보강데크(81) 또는 마감벽(미도시)과 같은 추가의 큰 하중이 작용하기 때문에, 이에 저항 할 수 있는 추가의 수직행어(50A)가 더 설치될 수 있다.
또한, 도 9와 같이 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 차량 진행 방향으로 소요 간격에 따라 설치되는 수직행어(50와 50)의 사이로 세로보(20)의 상부에 횡류식 환기를 위해 설치되는 수직격벽(51)과, 수직격벽(51)의 상단 및 하단을 고정하기 위해 수직격벽 수평보강재(52)와 수직격벽 연결볼트(53)를 더 설치할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 풍도슬래브의 시공단계에 따른 하중은 다음과 같다. 1차 하중과 2차 하중으로 나눠볼 수 있다. 1차 하중은 ① 세그멘트 풍도슬래브의 자중, ② 세로보 자중, ③ 세로보 및 수직행어 작업하중의 합이며, 2차 하중은 ① 풍하중, ② 접합몰탈 하중, ③ 수직격벽 하중, ④ 작업하중 및 점검하중, ⑤ 기타하중(지장물, 댐퍼 등) 등의 합이 될 수 있다.
여기서, 1차 하중과 2차 하중의 구성은 시공단계를 고려하는 설계자의 의도에 따라 변경 될 수 있음을 밝혀 둔다.
이와 같이 세로보(20)와 수직행어(50)를 갖는 풍도슬래브는 도 2에 도시된 모멘트 합성도에 나타난 것처럼, 세그멘트 풍도슬래브에 작용하는 모멘트 중에서, 1차 하중에 의해 발생하는 (A) 1차 하중 모멘트도와, (B) 2차 하중모멘트도가 시공단계에 따라서 발생하게 된다.
이때, (A) 1차 하중 모멘트도는 브라켓(Ra, Rc) 위에 놓여지는 풍도슬래브의 단순지간에 대한 하향의 포물선 Line c(BMD) 형상으로 발생하고, (B) 2차 하중 모멘트도는 세로보(20)와 수직행어(50)가 설치되는 지점(Rc)에서 부모멘트가 발행하는 2경간 연속교의 포물선 Line d(BMD) 형상으로 발생한다.
또한, (C) 1+2차 하중 모멘트도의 합으로 나타나는 포물선 Line e(BMD)는, (A) 1차 하중에 의해 발생한 모멘트도(Line c(BMD))에 추가의 (B) 2차 하중이 작용할 때, 정모멘트 구간에서는 ▥ 영역의 모멘트가 소량 증가하고, 부모멘트 구간에서는 ■ 영역만큼의 부모멘트가 발생하여 풍도슬래브 중앙부 정모멘트를 감소시키는 효과가 발생하기 때문에 풍도슬래브의 구조 안정성을 크게 향상시키게 된다. 물론, 세로보(20)와 수직행어(50)가 설치되는 지점(Rc)가 존재 하지 않을 경우에는 포물선 Line b(BMD) 형상으로 모멘트가 크게 증가하는 것을 알수 있다.
다시 말해, 두 모멘트(1차 하중 모멘트 + 2차 하중 모멘트)를 합한 정모멘트 구간에서는 모멘트가 다소 증가하지만 세그멘트 풍도슬래브(10)의 단면이 일정하다면, 그 구간은 단면저항력이 크게 남아 있어 안전성이 확보되며, 중앙부의 가장 불리한 단면에서는 오히려 정모멘트가 감소하는 포물선 Line d(BMD)가 발생하여 구조물의 안전율이 크게 올라가게 된다. 즉, 세그멘트 풍도슬래브(10)와 합성된 세로보(20)가 수직행어(50)를 통해 지점(Rc) 역할을 하게 되면, 2차 하중이 증가 할수록 지간 중앙부는 모멘트가 포물선 Line e(BMD)와 같이 더욱 감소하여 구조 안정성이 증가하게 되는 것이다.
따라서 본 발명은, 2차 고정하중이 증가할수록 세그멘트 중앙부의 구조안전성을 증가시킬 수 있다. 또한 세그멘트 풍도슬래브(10)의 단면두께를 감소시킬 수 있다. 또한 세그멘트 풍도슬래브(10) 자중에 대한 구조 안전성이 1차 하중 설계 단계에서 확보되었기 때문에, 수직행어의 급격한 탈락 발생시에도 구조물의 급격한 붕괴를 막을 수 있으며, 충분한 사전 점검 시간을 확보 할 수 있다. 또한, 세그멘트 풍도슬래브(10)와 세로보(20)와의 강결로 솟음오차를 제거할 수 있다. 또한, 일부 세그멘트 풍도슬래브에 집중하중을 받는 댐퍼구간, 기타하중 등의 추가하중에 대해 수직행어(50A)를 더 설치하여 문제를 해결하기 매우 용이하다. 또한, 세그멘트 풍도슬래브(10)의 중량이 감소되어 운반중량, 가설 중량이 감소된다. 또한, 세그멘트 풍도슬래브(10)의 두께감소는 폭 방향의 넓이를 증가시켜 풍도슬래브 세그멘트의 개수를 줄일 수 있으며, 접합부 면적도 줄어들게 된다.
이와 같이 구성된 풍도슬래브의 시공 방법을 설명한다.
먼저, 세그멘트 풍도슬래브(10)에 작용하는 세그멘트 풍도슬래브(10)의 자중, 세로보(20) 자중, 작업하중 등이 고려된 1차 하중에 대해 단순보로 제작하는 단계를 갖는다.
그 다음, 터널라이닝 또는 지하차도 벽체의 브라켓(2) 위에 다수개의 세그멘트 풍도슬래브(10)를 설치한다.
그 다음, 세그멘트 풍도슬래브(10) 중앙부의 상단에 터널 길이 방향으로 연속해서 세로보(20)를 설치한다.
그 다음, 세그멘트 풍도슬래브(10)와 세로보(20)를 하부 앵커볼트(30b)를 이용하여 강결한다.
그 다음, 세그멘트 풍도슬래브(10)에 작용하는 풍하중, 접합몰탈 하중, 수직격벽 하중, 작업하중 및 점검하중, 기타 하중(지장물, 댐퍼 등) 등이 고려된 2차 하중에 대해 수직 인장재로 제작된 수직행어(50)를 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 차량진행 방향의 소요 간격(L)에 따라 설치한다.
그 다음, 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 수직행어(50)를 상부 앵커볼트(40)로 강결한다.
그 다음, 수직행어(50)와 세로보(20)를 하부 연결볼트(30a)로 강결한다.
그 다음, 세그멘트 풍도슬래브(10) 상호간의 접합면에 접합몰탈(60)을 충진한다.
그 다음, 터널라이닝 또는 지하차도 벽체와 세그멘트 풍도슬래브(10) 단부 사이에 형성되는 공간에 측면 마감콘크리트(70)를 타설한다.
여기서, 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 소요의 간격에 따라 설치되는 수직행어(50와 50)의 사이에 세로보(20)의 상부로 횡류식 환기를 위해 수직격벽(51)을 설치하고, 수직격벽(51)의 상단 및 하단을 고정하기 위해 수직격벽 수평보강재(52)와 수직격벽 연결볼트(53)를 설치하는 단계가 더 추가될 수 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.
1: 터널 라이닝 또는 지하차도 벽체
2: 브라켓
10: 세그멘트 풍도슬래브
11: PC강선 또는 보강철근
20: 세로보
30a: 하부 연결볼트
30b: 하부 앵커볼트
40: 상부 앵커볼트
50: 수직행어
51: 수직격벽
52: 수직격벽 수평보강재
53: 수직격벽 연결볼트
60: 접합몰탈
70: 측벽 채움 콘크리트
80: 댐퍼
81: 보강데크
2: 브라켓
10: 세그멘트 풍도슬래브
11: PC강선 또는 보강철근
20: 세로보
30a: 하부 연결볼트
30b: 하부 앵커볼트
40: 상부 앵커볼트
50: 수직행어
51: 수직격벽
52: 수직격벽 수평보강재
53: 수직격벽 연결볼트
60: 접합몰탈
70: 측벽 채움 콘크리트
80: 댐퍼
81: 보강데크
Claims (7)
- 터널 또는 장대 지하차도의 횡류식 또는 반황류식 환기를 위해 설치되는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브에 있어서,
세그멘트 풍도슬래브(10)에 작용하는 세그멘트 풍도슬래브(10)의 자중, 세로보(20) 자중, 작업하중이 고려된 1차 하중에 대해 단순보로 제작되어, 터널라이닝(1) 또는 지하차도 벽체의 브라켓(2) 위에 설치된 다수 개의 세그멘트 풍도슬래브(10)와;
세그멘트 풍도슬래브(10) 중앙부의 상단에 터널 길이 방향으로 연속해서 설치되어 풍하중, 점검하중, 접합몰탈 하중이 고려된 2차 하중의 작용시 부모멘트 발생을 유도하여 중앙부 모멘트를 감소시킴과 동시에 수직격벽(51)의 설치를 위한 받침기능을 하는 세로보(20)와;
세로보(20)에 조립되어 세그멘트 풍도슬래브(10)와 세로보(20)를 강결하고, 세그멘트 풍도슬래브(10)의 PS 긴장력 도입시 세그멘트 풍도슬래브(10)의 솟음변위에 대한 오차를 보정하여 솟음을 균일하게 맞추도록 하는 하부 앵커볼트(30b)와;
세그멘트 풍도슬래브(10)에 작용하는 풍하중, 접합몰탈 하중, 격벽하중, 작업하중 및 점검하중, 기타 하중이 고려된 2차 하중을 지지하는 수직 인장재로 제작되어 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 차량진행 방향으로 소요 간격(L)에 따라 설치되는 수직행어(50)와;
수직행어(50)에 조립되어 터널라이닝(1) 또는 지하차도 천장부에 수직행어(50)를 강결하는 상부 앵커볼트(40)와;
수직행어(50)와 세로보(20)를 삽통하여 결합시키는 하부 연결볼트(30a)와;
세그멘트 풍도슬래브(10) 상호간의 접합면에 충진되는 접합몰탈(60)과;
터널라이닝(1) 또는 지하차도 벽체와 세그멘트 풍도슬래브(10) 단부 사이에 형성되는 공간에 타설하는 측면 마감콘크리트(70);를 포함한 것을 특징으로 하는 시공단계와 세로보를 갖는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브. - 제 1항에 있어서,
세로보(20)는 단면이 I형, 역T형, □형, U형 등의 단면 형상을 갖고 강재로 제작된 것을 특징으로 하는 시공단계와 세로보를 갖는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브. - 제 1항에 있어서,
세그멘트 풍도슬래브(10)는 충실단면, 중공 단면, T형 단면, 더블 T형 단면 중 어느 하나의 단면 형상을 갖고, 단면 내부에 PC강선 또는 보강철근(11)이 배치되어 구성된 것을 특징으로 하는 시공단계와 세로보를 갖는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브. - 제 1항에 있어서,
세그멘트 풍도슬래브(10)가 설치된 일정 구간마다 배기를 위해 댐퍼(80)가 형성되는 댐퍼(80) 주위의 세그먼트 풍도슬래브(10) 또는 터널의 시작과 끝에 설치되는 세그멘트 풍도슬래브(10)에 추가의 수직행어(50A)가 설치된 것을 특징으로 하는 시공단계와 세로보를 갖는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브. - 제 1항에 있어서,
터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 차량진행 방향으로 소요 간격에 따라 설치되는 수직행어(50와 50)의 사이에 세로보(20)의 상부에 횡류식 환기를 위해 설치되는 수직격벽(51)과;
수직격벽(51)의 상단 및 하단을 고정하기 위해 설치되는 수직격벽 수평보강재(52)와 수직격벽 연결볼트(53):를 더 포함한 것을 특징으로 하는 시공단계와 세로보를 갖는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브. - 터널 또는 장대 지하차도의 횡류식 또는 반황류식 환기를 위해 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브를 시공하는 방법에 있어서,
세그멘트 풍도슬래브(10)에 작용하는 세그멘트 풍도슬래브(10)의 자중, 세로보(20) 자중, 작업하중 등이 고려된 1차 하중에 대해 단순보로 제작하는 단계와;
터널라이닝 또는 지하차도 벽체의 브라켓(2) 위에 다수개의 세그멘트 풍도슬래브를 설치하는 단계와;
세그멘트 풍도슬래브(10) 중앙부의 상단에 터널 길이 방향으로 연속해서 세로보(20)를 설치하여 풍도슬래브의 중간부에서 지점 역할을 수행하도록 하는 단계와;
세그멘트 풍도슬래브(10)와 세로보(20)를 하부 앵커볼트(30b)를 이용하여 강결하는 단계와;
세그멘트 풍도슬래브(10)에 작용하는 풍하중, 접합몰탈 하중, 수직격벽 하중, 작업하중 및 점검하중, 기타 하중이 고려된 2차 하중에 대해 수직 인장재로 제작된 수직행어(50)를 터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 차량진행 방향으로 소요 간격(L)에 따라 설치하는 단계와;
터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 수직행어(50)를 상부 앵커볼트(40)로 강결하는 단계와;
수직행어(50)와 세로보(20)를 하부 연결볼트(30a)로 강결하고, 세그멘트 풍도슬래브의 PS 긴장시 솟음 변위에 대한 오차를 보정하여 솟음을 균일하게 맞추는 단계와;
세그멘트 풍도슬래브(10) 상호간의 접합면에 접합몰탈(60)을 충진하는 단계와;
터널라이닝 또는 지하차도 벽체와 세그멘트 풍도슬래브(10) 단부 사이에 형성되는 공간에 측면 마감콘크리트(70)를 타설하는 단계;로 시공되는 것을 특징으로 하는 시공단계와 세로보를 갖는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브의 시공방법. - 제 6항에 있어서,
터널라이닝 또는 지하차도 천장부에 차량진행 방향으로 소요 간격에 따라 설치되는 수직행어(50와 50)의 사이에 세로보(20)의 상부로 횡류식 환기를 위해 수직격벽(51)을 설치하는 단계와;
수직격벽(51)의 상단 및 하단을 고정하기 위해 수직격벽 수평보강재(52)와 수직격벽 연결볼트(53)를 설치하는 단계:가 더 포함된 것을 특징으로 하는 시공단계와 세로보를 갖는 프리캐스트 세그멘트 풍도슬래브의 시공방법.
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