KR102106150B1 - 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법 및 장비 - Google Patents

철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법 및 장비 Download PDF

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이수형
이일화
최영태
유민택
김준영
박재범
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한국철도기술연구원
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Abstract

교량, 터널 등 구조물과 토공이 접속되는 토공 접속부에서 충격하중 전달영역에 대하여 강성을 증가시킬 수 있도록 노반을 보강하고, 도로 또는 콘크리트궤도의 슬래브 하부와 노반 사이에 충진재를 가압 주입함으로써 슬래브 침하 이전의 원래의 높이로 철도선로나 도로를 복원할 수 있고, 또한, 철도선로 또는 도로의 침하 유발 원인인 하부노반의 보강과 이미 발생한 슬래브 침하의 복원을 동시에 급속 수행함으로써, 교통차단시간을 최소화할 수 있으며, 또한, 공용기간 중 발생하는 침하로 인하여 반복적인 수행이 불가피한 침하 정정공사를 단 1회의 공사로 해결할 수 있는, 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법 및 장비가 제공된다.

Description

철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법 및 장비 {RAPID CONSTRUCTION METHOD AND EQUIPMENT FOR REINFORCING ROADBED AND RESTORING SLAB SETTLEMENT IN EARTHWORK TRANSITIONAL ZONE OF RAILWAY OR ROADWAY}
본 발명은 토공 접속부의 노반 보강 및 슬래브 침하 복원에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 교량, 터널 등 구조물과 토공이 접속되는 토공 접속부에서 충격하중 전달영역에 대하여 강성을 증가시킬 수 있도록 노반을 보강하고, 도로 또는 콘크리트궤도의 슬래브 하부와 노반 사이에 충진재를 가압 주입하여 침하 이전의 원래의 높이로 철도선로나 도로를 복원하는 급속시공 방법 및 장비에 관한 것이다.
일반적으로, 열차 등이 주행하게 되는 궤도(Track)는 노반 위에 도상을 마련하고, 그 도상 위에 침목 및 레일을 배치한 것이 널리 알려져 있다. 여기서, 도상은 레일 및 침목으로부터 전달되는 열차하중을 넓게 분산시켜 노반에 전달하고, 침목을 소정 위치에 고정시키는 역할을 하는 궤도 재료로서, 자갈(또는 쇄석)이나 콘크리트가 사용된다.
이러한 궤도의 구조는, 노반 위에 형성한 도상에 침목을 배열하고, 그 위에 한 쌍의 레일을 일정 간격으로 평행하게 부착하는 것이 일반적이다. 이러한 궤도를 구성하는 도상으로는 밸러스트(Ballast), 슬라브(Slab) 등이 있으며, 노선의 다양한 조건을 고려하여 선정되고 있다. 특히, 자갈, 쇄석 등의 밸러스트를 이용한 밸러스트 도상 궤도가 널리 알려져 있다. 이러한 밸러스트를 이용한 도상은 그 성질상 무거운 차량의 주행을 합리적으로 지지하면서 경제적으로도 우수하기 때문에, 오랜 세월동안 채용되어 오고 있다. 이러한 자갈, 쇄석 등의 밸러스트는 침목을 확실히 유지하고, 열차로부터 레일 및 침목을 거쳐 전해지는 하중을 노반에 균등하게 분산시키며, 궤도에 탄성을 갖게 하며, 댐핑 등의 보수 작업을 용이하게 실시할 수 있어야 하고, 궤도의 배수를 좋게 하여 분니나 잡초의 발생을 방지하는 등의 기능을 갖고 있다.
한편, 철도 교량에 연결되는 궤도가 자갈 궤도인 경우, 철도 교량과 토공 접속부는 토공부의 자갈 궤도에서 강성 지지체인 콘크리트 궤도, 즉, 교량으로 옮겨가면서 궤도 하부구조의 강성이 변화된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 철도 교량과 토공 접속부의 노반 상태를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 철도 교량과 토공부가 연결되는 토공 접속부는 궤도 시스템의 구조 강성이 변화되는 구간으로서 철도의 안정성과 신뢰성에 큰 영향을 미치는 궤도 취약부이며, 이러한 궤도 취약부는, 도 1에서 도면부호 A로 도시된 바와 같이, 노반 연약화 영역 및 배수 불량 영역으로 이루어진다. 이러한 토공 접속부는, 통상적으로 교량(14)이 끝나는 지점에 토공부가 직접 연결되며, 이때, 교대(12)는 변위가 발생하지 않는 강성 지지체인데 반하여, 토공부는 콘크리트로 된 교대(12)나 교량(14)에 비해 그 강성이 매우 약하다.
토공부는 원지반(11) 위에 성토층을 형성하고, 그 상부에 도상자갈(17)을 깔고, 그 위에 침목(18)을 일정간격을 두고 설치한 다음 레일(19)이 설치된 구조를 가지고 있다.
이러한 토공부는 교대(12)에 비해 그 강성이 비교적 약하므로 열차 통과 하중에 의해 변위가 반복적으로 발생하여 소성 침하가 발생함은 물론 탄성 변위의 크기도 교량(14)에 비해 매우 크다.
또한, 잦은 열차 운행에 따른 반복적인 열차하중은 토공부의 노반 조건을 악화시키는데, 주요 원인은 접속부에서 발생되는 충격하중으로 열차속도가 증가할수록 충격률이 커지게 된다.
이와 같은 접속부 노반에서 발생되는 현상은 탄성변위가 커지면서 도상자갈(17)의 마모 파쇄가 빨라지고, 이러한 마모 파쇄에서 발생된 미립분이 노반의 공극을 채우게 되어 교대(12) 배면에서의 배수 불량이 유발됨은 물론 그로 인해 노반 불량으로 이어지고, 또한, 반복하중에 의한 소성 및 탄성 침하와 더불어 토공 접속부에서 연장된 노반을 취약하게 만들어 침목이 들뜨게 되는 등의 문제점이 발생한다.
이러한 침목 들뜸, 탄소성 변위의 증가, 배수불량 등은 열차가 고속화되면서 진행속도가 빨라져 심할 경우 레일이 파손될 우려가 있다.
다시 말하면, 교대 등과 같은 구조물과 접속되는 토공부와 구조물의 강성 차이에 의해 부등침하가 발생되거나, 시공기면에 단차를 일으키고, 또한, 노반 강도의 급격한 변화에 의한 침목 들뜸 등에 의해 열차 주행 시 궤도 틀림의 진행으로 승차감 악화 등을 일으키기 쉬우며, 불균등 침하의 발생에 의한 충격하중이 발생하여 진입구간인 토공부분에 상대적인 과대 침하가 발생하여 지속적인 유지 보수가 필요함은 물론 그로 인한 유지 보수비가 많이 들고 있는 실정이다.
한편, 고속철도 등의 궤도를 부설함에 있어서, 궤도틀림 발생이 큰 문제가 되고, 자갈을 이용한 일반 자갈도상 궤도의 경우, 열차 통행시의 자갈 비산 등의 문제가 크게 대두되고 있기 때문에, 토사 지반에 대해서도 콘크리트 궤도를 이용하는 방안이 고려되고 있는 실정이다. 토사 지반으로 이루어진 노반에 콘크리트 궤도를 사용함에 있어서 가장 중요한 사항 중 하나는 노반의 침하를 사전에 정한 기준값 이내로 유지함으로써, 열차 차량의 주행 안정성 및 궤도의 구조적인 안정성을 확보하고, 이에 필요한 유지보수 노력을 최소화하는 것이다. 이러한 콘크리트 궤도는 종래의 자갈도상 궤도와 달리 침하가 발생하였을 경우, 궤도의 사용성 저하가 큰데 반하여 이에 대처할 수 있는 방안이 매우 제한적이므로, 침하의 계측이 매우 중요하다.
전술한 바와 같이, 토공 접속부는 교량과 토공, 터널과 토공, 유도상궤도와 무도상궤도 등 궤도를 지지하는 하부구조물(Sub-structure)의 지지 강성이 변화하는 구간을 말하며, 이러한 지지 강성의 차이에 의하여 시공기면(Formation level)에 단차가 발생하거나 동적 특성의 급변에 의하여 열차 주행시 궤도틀림의 진행, 승차감의 악화 등을 일으키기 쉽다.
이러한 문제점을 해결하고자 많은 연구를 하고 있지만, 현재까지 획기적인 해결 방안은 제시되지 못하고 있다. 그 이유는 실제 토공 접속부에서의 문제는 열차의 주행과 지지 강성의 불균형 이외에도 강우, 결빙, 배수 등의 환경적인 원인과 토공 및 교량의 구조적인 원인 등 다양한 원인을 내포하고 있기 때문이다.
또한, 이러한 토공 접속부는 교량, 궤도 및 노반의 상호작용 등으로 인해 매우 복잡하게 거동하며, 이에 따라 설계 단계에서 정확한 거동을 평가하는 것이 매우 어렵고 대부분 경험적으로 평가하고 있다. 따라서 이러한 토공 접속부의 정확한 이해와 성능을 개선하기 위해서는 다양한 접근과 노력이 필요한 실정이며, 이러한 토공 접속부의 보강 방안은 어프로치 블록, 어프로치 슬래브, 보조 슬래브 및 전단키 등이 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도로나 터널과 같은 구조물과 토공이 접속되는 구간에서는 열차나 자동차 하중을 지지하는 철도선로나 도로의 수직 지지강성 차이로 인해 구조물에 비해 상대적으로 지지강성이 약한 토공부에 더 큰 침하가 발생하게 된다. 이러한 부등침하로 인해 발생하는 철도선로나 도로의 단차로 인하여 충격하중이 발생하여 더 큰 부등침하가 유발된다.
도 2는 종래의 기술에 따른 도로 포장 덧씌우기를 통한 침하 복원을 나타내는 도면이고, 도 3은 종래의 기술에 따른 레일과 침목 사이 패드 삽입을 통한 침하 복원을 나타내는 도면이며, 도 4는 종래의 기술에 따른 슬래브와 노반 사이 경계에 재료 주입을 통한 침하 복원을 나타내는 도면이다.
전술한 부등침하로 발생된 슬래브의 복원을 위해서, 도 2에 도시된 바와 같이, 덧씌우기 포장(20)을 통해 도로의 높이를 원래의 높이로 증가시키거나, 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 레일체결장치(30)의 높이를 조절하거나, 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 자갈 및 콘크리트 도상과 노반 사이에 재료(40)를 추가로 투입하여 높이를 조절하는 방식이 적용되고 있다.
하지만, 전술한 도로를 덧씌우거나 궤도와 노반 사이나 레일과 침목 사이에 재료를 삽입하는 복원 공법은 침하의 원인이 되는 노반 강성을 증가시키는 공법이 아니기 때문에, 장기적인 자동차나 교통의 운행으로 인하여 지속적인 침하가 발생하여 침하 복원공법의 반복적인 적용이 불가피하다는 문제점이 있고, 이에 따라, 침하를 근본적으로 억제하게 위해서는 노반을 근본적으로 보강할 수 없는 공법의 적용이 필요하다. 또한, 노반보강 공법과 침하 복원이 별도로 시행되면 다중공사로 장기간 열차나 자동차 교통의 차단이 불가피하다는 문제점이 있다.
또한, 구조물-토공 접속부에는 어프로치 슬래브 등 다른 구간에 비하여 자중이 큰 침하방지용 구조물이 적용되므로, 침하 복원을 위하여 도로 또는 철도선로 슬래브 인상시, 큰 반력이 필요하며, 슬래브 인상을 위한 지지부 역할을 하는 노반의 강도를 증가시켜야 한다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-683589호(출원일: 2004년 12월 24일), 발명의 명칭: "철도 교량과 토공 접속부의 노반 강화방법" 대한민국 등록특허번호 제10-620057호(출원일: 2004년 12월 24일), 발명의 명칭: "철도 교량과 토공 접속부의 지지강성 보강방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1507523호(출원일: 2013년 5월 7일), 발명의 명칭: "격자형 어프로치 블록을 구비한 철도 슬래브 궤도 구조물 및 그 시공 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1543593호(출원일: 2013년 5월 21일), 발명의 명칭: "철도노반 보강 방법 및 이에 의해 보강된 구조물" 대한민국 등록특허번호 제10-870988호(출원일: 2008년 1월 18일), 발명의 명칭: "천공장치 및 이를 이용한 지반 보강방법" 대한민국 등록특허번호 제10-768777호(출원일: 2006년 11월 8일), 발명의 명칭: "콘크리트 도상 철도의 지반 보강 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-656142호(출원일: 2004년 9월 22일), 발명의 명칭: "지반굴착 및 그라우트재 주입용 장치와 이를 이용한 지반그라우팅 공법"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 교량, 터널 등 구조물과 토공이 접속되는 토공 접속부에서 충격하중 전달영역에 대하여 강성을 증가시킬 수 있도록 노반을 보강하고, 도로 또는 콘크리트궤도의 슬래브 하부와 노반 사이에 충진재를 가압 주입하여 침하 이전의 원래의 높이로 철도선로나 도로를 복원할 수 있는, 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법 및 장비를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 철도선로 또는 도로의 침하 유발 원인인 하부노반의 보강과 이미 발생한 슬래브 침하의 복원을 동시에 급속 수행할 수 있는, 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법 및 장비를 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법은, 노반 상에 슬래브가 형성된 철도선로 또는 도로의 노반을 보강하고 슬래브 침하를 복원하는 방법에 있어서, a) 철도선로 또는 도로 상부로부터 보강재와 충진재 주입을 위한 주입공을 상기 노반의 하중 작용영역까지 천공하는 단계; b) 제1 주입관 및 제2 주입관으로 이루어진 이중 주입관을 상기 주입공에 삽입하는 단계; c) 노반 보강 및 슬래브 침하 복원용 급속시공 장비를 사용하여 보강재 및 충진재를 일괄 공급하는 단계; d) 노반 구간까지 삽입된 상기 제1 주입관을 통해 보강재를 주입 보강하는 단계; 및 e) 슬래브와 노반 사이까지 삽입된 상기 제2 주입관을 통해 충진재를 가압 주입하여 상기 슬래브를 침하 이전의 위치로 복원하는 단계를 포함하되, 상기 주입공에 삽입된 상기 이중 주입관을 통해 상기 보강재 및 충진재를 일괄 주입하여 철도선로 또는 도로를 보강 및 복원하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 e) 단계는 상기 보강재에 의해 강도와 강성이 보강된 노반을 반력 지지점으로 이용하여 충진재를 가압 주입하여 슬래브를 인상할 수 있다.
여기서, 상기 이중 주입관은 상기 노반 보강용 보강재 주입을 위한 제1 주입관 및 슬래브 침하 복원용 충진재 주입을 위한 제2 주입관을 포함하며, 상기 제1 주입관을 관통하도록 상기 제2 주입관이 체결될 수 있다.
여기서, 상기 이중 주입관의 제1 주입관은 노반 보강용 보강재 주입을 위해 노반 구간의 하중 작용영역까지 삽입되고, 상기 이중 주입관의 제2 주입관은 슬래브 침하 복원용 충진재의 주입을 위해 슬래브의 하부 및 노반의 상부 사이에 삽입될 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 장비는, 노반 상에 슬래브가 형성된 철도선로 또는 도로의 노반을 보강하고 슬래브 침하를 복원하는 장비에 있어서, 노반 보강용 보강재 및 슬래브 침하 복원용 충진재를 믹싱하여 공급하는 믹싱 플랜트; 상기 믹싱 플랜트에서 믹싱된 노반 보강용 보강재 및 슬래브 침하 복원용 충진재를 이중 주입관에 공급하는 주입펌프; 압력계에서 측정된 압력에 대응하여 상기 주입펌프의 구동을 제어하고, 분전반의 구동을 제어함으로써 상기 노반 보강용 보강재 및 슬래브 침하 복원용 충진재의 주입을 관리하는 중앙제어장치; 상기 주입펌프로부터 공급되는 상기 노반 보강용 보강재 및 슬래브 침하 복원용 충진재의 압력을 측정하여 상기 중앙제어장치로 전송하는 압력계; 각각 자동개폐밸브의 구동을 위한 전원을 공급하는 분전반; 상기 노반 보강용 보강재 주입을 위한 제1 주입관 및 슬래브 침하 복원용 충진재 주입을 위한 제2 주입관을 포함하며, 상기 제1 주입관을 관통하도록 상기 제2 주입관이 체결되는 이중 주입관; 및 상기 분전반으로부터 공급되는 전원에 따라 상기 제1 주입관 및 제2 주입관을 개폐하는 자동개폐밸브를 포함하며, 상기 중앙제어장치는 상기 노반 구간에 노반 보강용 보강재를 주입하고, 슬래브 인상을 위한 충진재의 주입을 동시에 제어하게 된다.
본 발명에 따르면, 교량, 터널 등 구조물과 토공이 접속되는 토공 접속부에서 충격하중 전달영역(하중 작용역역)에 대하여 강성을 증가시킬 수 있도록 노반을 보강하고, 도로 또는 콘크리트궤도의 슬래브 하부와 노반 사이에 충진재를 가압 주입함으로써 슬래브 침하 이전의 원래의 높이로 철도선로나 도로를 복원할 수 있다.
본 발명에 따르면, 철도선로 또는 도로의 침하 유발 원인인 하부노반의 보강과 이미 발생한 슬래브 침하의 복원을 동시에 급속 수행함으로써, 교통차단시간을 최소화할 수 있으며, 또한, 공용기간 중 발생하는 침하로 인하여 반복적인 수행이 불가피한 침하 정정공사를 단 1회의 공사로 해결할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 철도 교량과 토공 접속부의 노반 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 도로 포장 덧씌우기를 통한 침하 복원을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 레일과 침목 사이 패드 삽입을 통한 침하 복원을 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 슬래브와 노반 사이 경계에 재료 주입을 통한 침하 복원을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법의 원리를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 하나의 이중 주입관을 적용하여 토공 접속부의 하부노반을 보강하고 어프로치 슬래브 침하를 복원하는 것을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법의 동작흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 장비의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 장비에서 이중 주입관을 구체적으로 예시하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법]
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법의 원리를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법은, 교량, 터널 등 구조물과 토공이 접속되는 구간에서의 지지강성 차이로 인해 발생하는 열차나 자동차로 인한 충격하중에 의한 부등침하를 방지하기 위하여, 하중 작용영역에 대하여 강성을 증가시킬 수 있도록 보강재(210)를 주입하여 노반(310)을 강화하고, 또한, 도로 또는 콘크리트 궤도의 슬래브(320) 하부면과 노반(310) 사이에 충진재(220)를 가압 주입함으로써, 침하 이전의 원래의 높이로 철도선로나 도로(300)를 복원할 수 있다.
이때, 동일한 주입공을 사용하여 이중 주입관(160)을 삽입하고, 상기 이중 주입관(160)을 통해 보강재(210) 및 충진재(220)를 주입할 수 있고, 이와 같이 노반 보강과 침하 복원을 일괄 실시함으로써 공사로 인한 교통차단을 최소화할 수 있다.
특히, 보강재(210)에 의해 강도와 강성이 보강된 노반(310)을 반력 지지점으로 이용하고, 충진재(220)를 가압 주입하여 슬래브(320)를 인상함으로써 안정적이고 정밀하게 슬래브 침하를 복원할 수 있다.
또한, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 하나의 이중 주입관을 적용하여 토공 접속부의 하부노반을 보강하고 어프로치 슬래브 침하를 복원하는 것을 나타내는 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법은, 도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 이중 주입관(160)을 적용하여 토공 접속부(300a)의 하부노반(310)을 보강하고 어프로치 슬래브(320) 침하를 복원할 수 있다.
구체적으로, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법의 동작흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법은, 노반(310) 상에 슬래브(320)가 형성된 철도선로 또는 도로(300)의 노반을 보강하고 슬래브 침하를 복원하는 방법으로서, 먼저, 철도선로 또는 도로(300) 상부로부터 보강재와 충진재 주입을 위한 주입공을 상기 노반(310)의 하중 작용영역까지 천공한다(S110).
다음으로, 제1 주입관(161) 및 제2 주입관(162)으로 이루어진 이중 주입관(160)을 상기 주입공에 삽입한다(S120). 여기서, 상기 이중 주입관(160)은 상기 노반 보강용 보강재(210) 주입을 위한 제1 주입관(161) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220) 주입을 위한 제2 주입관(162)을 포함하며, 상기 제1 주입관(161)을 관통하도록 상기 제2 주입관(162)이 체결된다. 또한, 상기 이중 주입관(160)의 제1 주입관(161)은 노반 보강용 보강재(210)의 주입을 위해 노반(310) 구간의 하중 작용영역까지 삽입되고, 상기 이중 주입관(160)의 제2 주입관(162)은 슬래브 침하 복원용 충진재(220)의 주입을 위해 슬래브(320)의 하부 및 노반(310)의 상부 사이에 삽입된다.
다음으로, 후술하는 도 8에 도시된 노반 보강 및 슬래브 침하 복원용 급속시공 장비(100)를 사용하여 보강재(210) 및 충진재(220)를 일괄 공급한다(S130). 이때, 상기 노반 보강 및 슬래브 침하 복원용 급속시공 장비(100)의 중앙제어장치(130)는 상기 노반(310) 구간에 노반 보강용 보강재(210)를 주입하고, 또한, 슬래브(320) 인상을 위한 충진재(220)의 주입을 동시에 제어할 수 있다.
다음으로, 노반(310) 구간까지 삽입된 상기 제1 주입관(161)을 통해 보강재(210)를 주입 보강한다(S140).
다음으로, 슬래브(320)와 노반(310) 사이까지 삽입된 상기 제2 주입관(162)을 통해 충진재(220)를 가압 주입하여 상기 슬래브(320)를 침하 이전의 위치로 복원한다(S150). 이때, 상기 보강재(210)에 의해 강도와 강성이 보강된 노반(310)을 반력 지지점으로 이용하여 충진재(220)를 가압 주입하여 슬래브(320)를 인상할 수 있다.
이에 따라, 상기 주입공에 삽입된 상기 이중 주입관(160)을 통해 상기 보강재(210) 및 충진재(220)를 일괄 주입하여 철도선로 또는 도로를 보강 및 복원할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 교량, 터널 등 구조물과 토공이 접속되는 토공 접속부(300a) 구간에서 충격하중 전달영역(하중 작용영역)에 대하여 강성을 증가시킬 수 있도록 노반(310)을 보강하고, 도로 또는 콘크리트궤도의 슬래브(320) 하부와 노반(310) 사이에 콘크리트재료를 가압 주입함으로써 슬래브 침하 이전의 원래의 높이로 철도선로나 도로를 복원할 수 있다.
[철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 장비(100)]
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 장비의 구성도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 장비에서 이중 주입관을 구체적으로 예시하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 장비(100)는, 믹싱 플랜트(110), 주입펌프(120), 중앙제어장치(130), 압력계(140), 분전반(150), 이중 주입관(160) 및 자동개폐밸브(170)를 포함하며, 상기 이중 주입관(160)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 노반 보강용 보강재(210)를 주입하기 위한 제1 주입관(161) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220) 주입을 위한 제2 주입관(162)을 포함한다.
믹싱 플랜트(110)는 노반 보강용 보강재(210) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220)를 믹싱(Mixing)하여 공급한다.
주입펌프(120)는 제1 및 제2 주입펌프를 포함하며, 상기 믹싱 플랜트(110)에서 믹싱된 노반 보강용 보강재(210) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220)를 이중 주입관(160)에 공급하며, 대용량 주입펌프일 수 있다.
중앙제어장치(Central Control System: 130)는 압력계(140)에서 측정된 압력에 대응하여 상기 주입펌프(120)의 구동을 제어하고, 분전반(150)의 구동을 제어함으로써 상기 노반 보강용 보강재(210) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220)의 주입을 관리한다. 즉, 상기 중앙제어장치(130)는 상기 노반(310) 구간에 노반 보강용 보강재(210)를 주입하고, 또한, 슬래브(320) 인상을 위한 충진재(220)의 주입을 동시에 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 노반 보강용 보강재(210)에 의해 강도와 강성이 보강된 노반(310)을 반력 지지점으로 이용하여 충진재(220)를 가압 주입하여 슬래브(320)를 인상할 수 있게 된다.
압력계(140)는 상기 주입펌프(120)로부터 공급되는 상기 노반 보강용 보강재(210) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220)의 압력을 측정하여 상기 중앙제어장치(130)로 전송한다.
분전반(150)은 각각 자동개폐밸브(170)의 구동을 위한 전원을 공급한다.
이중 주입관(160)은, 도 9의 a) 내지 c)에 도시된 바와 같이, 상기 노반 보강용 보강재(210) 주입을 위한 제1 주입관(161) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220) 주입을 위한 제2 주입관(162)을 포함하며, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제1 주입관(161)을 관통하도록 상기 제2 주입관(162)이 체결된다. 이때, 상기 제1 주입관(161)은 노반 보강용 보강재(210)의 주입을 위해 노반(310) 구간의 하중 작용영역까지 삽입되고, 상기 제2 주입관(162)은 슬래브 침하 복원용 충진재(220)의 주입을 위해 슬래브(320)의 하부 및 노반(310)의 상부 사이에 삽입된다.
자동개폐밸브(170)는 상기 분전반(150)으로부터 공급되는 전원에 따라 상기 노반 보강용 보강재(210) 주입을 위한 제1 주입관(161) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220) 주입을 위한 제2 주입관(162)을 개폐한다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 철도선로 또는 도로의 침하 유발 원인인 하부노반의 보강과 이미 발생한 슬래브 침하의 복원을 동시에 급속 수행함으로써, 교통차단 시간을 최소화할 수 있으며, 공용기간 중 발생하는 침하로 인하여 반복적인 수행이 불가피한 침하 정정공사를 1회의 공사로 해결할 수 있다. 즉, 종래 대비 주입관을 하부노반 보강용 및 침하복원용으로 별도로 사용하지 않아도 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 노반 보강 및 슬래브 침하 복원용 급속시공 장비
110: 믹싱 플랜트 120: 주입펌프
130: 중앙제어장치 140: 압력계
150: 분전반 160: 이중 주입관
161: 제1 주입관 162: 제2 주입관
170: 자동개폐밸브
210: 노반 보강용 보강재 220: 슬래브 침하 복원용 충진재
300: 철도선로 또는 도로 300a: 토공 접속부
310: 노반 320: 슬래브

Claims (8)

  1. 노반(310) 상에 슬래브(320)가 형성된 철도선로 또는 도로(300)의 노반을 보강하고 슬래브 침하를 복원하는 방법에 있어서,
    a) 철도선로 또는 도로(300) 상부로부터 보강재와 충진재 주입을 위한 주입공을 상기 노반(310)의 하중 작용영역까지 천공하는 단계;
    b) 제1 주입관(161) 및 제2 주입관(162)으로 이루어진 이중 주입관(160)을 상기 주입공에 삽입하는 단계;
    c) 노반 보강 및 슬래브 침하 복원용 급속시공 장비(100)를 사용하여 보강재 및 충진재를 일괄 공급하는 단계;
    d) 노반(310) 구간까지 삽입된 상기 제1 주입관(161)을 통해 보강재(210)를 주입 보강하는 단계; 및
    e) 슬래브(320)와 노반(310) 사이까지 삽입된 상기 제2 주입관(162)을 통해 충진재(220)를 가압 주입하여 상기 슬래브(320)를 침하 이전의 위치로 복원하는 단계를 포함하되,
    상기 주입공에 삽입된 이중 주입관(160)을 통해 상기 보강재(210) 및 충진재(220)를 일괄 주입하여 철도선로 또는 도로를 보강 및 복원하며,
    상기 e) 단계는 상기 보강재(210)에 의해 강도와 강성이 보강된 노반(310)을 반력 지지점으로 이용하여 충진재(220)를 가압 주입하여 슬래브(320)를 인상하는 것을 특징으로 하는 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이중 주입관(160)은 상기 노반 보강용 보강재(210) 주입을 위한 제1 주입관(161) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220) 주입을 위한 제2 주입관(162)을 포함하며, 상기 제1 주입관(161)을 관통하도록 상기 제2 주입관(162)이 체결되는 것을 특징으로 하는 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이중 주입관(160)의 제1 주입관(161)은 노반 보강용 보강재(210)의 주입을 위해 노반(310) 구간의 하중 작용영역까지 삽입되고, 상기 이중 주입관(160)의 제2 주입관(162)은 슬래브 침하 복원용 충진재(220)의 주입을 위해 슬래브(320)의 하부 및 노반(310)의 상부 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 방법.
  5. 노반(310) 상에 슬래브(320)가 형성된 철도선로 또는 도로(300)의 노반을 보강하고 슬래브 침하를 복원하는 장비에 있어서,
    노반 보강용 보강재(210) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220)를 믹싱(Mixing)하여 공급하는 믹싱 플랜트(110);
    상기 믹싱 플랜트(110)에서 믹싱된 노반 보강용 보강재(210) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220)를 이중 주입관(160)에 공급하는 주입펌프(120);
    압력계(140)에서 측정된 압력에 대응하여 상기 주입펌프(120)의 구동을 제어하고, 분전반(150)의 구동을 제어함으로써 상기 노반 보강용 보강재(210) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220)의 주입을 관리하는 중앙제어장치(130);
    상기 주입펌프(120)로부터 공급되는 상기 노반 보강용 보강재(210) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220)의 압력을 측정하여 상기 중앙제어장치(130)로 전송하는 압력계(140);
    각각 자동개폐밸브(170)의 구동을 위한 전원을 공급하는 분전반(150);
    상기 노반 보강용 보강재(210) 주입을 위한 제1 주입관(161) 및 슬래브 침하 복원용 충진재(220) 주입을 위한 제2 주입관(162)을 포함하며, 상기 제1 주입관(161)을 관통하도록 상기 제2 주입관(162)이 체결되는 이중 주입관(160); 및
    상기 분전반(150)으로부터 공급되는 전원에 따라 상기 제1 주입관(161) 및 제2 주입관(162)을 개폐하는 자동개폐밸브(170)를 포함하며,
    상기 중앙제어장치(130)는 상기 노반(310) 구간에 노반 보강용 보강재(210)를 주입하고, 슬래브(320) 인상을 위한 충진재(220)의 주입을 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 장비.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 보강재(210)에 의해 강도와 강성이 보강된 노반(310)을 반력 지지점으로 이용하여 충진재(220)를 가압 주입하여 슬래브(320)를 인상하는 것을 특징으로 하는 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 장비.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 이중 주입관(160)의 제1 주입관(161)은 노반 보강용 보강재(210)의 주입을 위해 노반(310) 구간의 하중 작용영역까지 삽입되고, 상기 이중 주입관(160)의 제2 주입관(162)은 슬래브 침하 복원용 충진재(220)의 주입을 위해 슬래브(320)의 하부 및 노반(310)의 상부 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 철도선로나 도로의 토공 접속부에서 노반 보강과 함께 슬래브 침하를 복원하는 급속시공 장비.
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