KR102116480B1 - 강수량 수심비에 따라 최적 수리특성을 구비하면서 제작이 용이한 난형관거 배수구조물과 그 시공방법 - Google Patents

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KR102116480B1 KR1020190175533A KR20190175533A KR102116480B1 KR 102116480 B1 KR102116480 B1 KR 102116480B1 KR 1020190175533 A KR1020190175533 A KR 1020190175533A KR 20190175533 A KR20190175533 A KR 20190175533A KR 102116480 B1 KR102116480 B1 KR 102116480B1
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뉴콘텍이앤씨(주)
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    • F16L9/006—Rigid pipes specially profiled

Abstract

본 발명은 강수량 수심비에 따라 최적 수리특성을 구비하면서 제작이 용이한 난형관거 배수구조물과 그 시공방법에 관한 것으로 그 목적은 단면형상의 단순화를 통해 관거곡률에 대한 정밀설계 및 가공없이 간단하게 거푸집에 의해 손쉽게 제조될 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 관거단면 높이가 3R로 이루어지고 관거단면 폭이 2R로 이루어진 관거홀을 구비한 난형관거 배수구조물에 있어서; 관거홀의 난형관거단면은 관거 내 한 원점 O를 중심으로 폭방향을 X축으로 하고, 높이방향을 Y축으로 하여, 상기 원점 O를 기점으로 한 X축 상에 상측인 상부관거단면과 하측인 하부관거단면으로 이루어지되, 상부관거단면은 폭방향 X 축을 장축으로 하여 길이가 a이고, 높이방향 Y축을 단축으로 하여 길이가 b1로 구성되는 타원방정식이 좌우측 대칭 쌍으로 이루어지고, 하부관거단면은 폭방향 X축을 단축으로 하여 길이가 a이고, 높이방향 Y축을 장축으로 하여 길이가 b2로 구성되는 타원방정식이 좌우측 대칭 쌍으로 이루어지며, 상부관거단면의 타원방정식과 하부관거단면의 또 다른 타원방정식은 하나의 중점을 구비하고, X축 상의 타원방정식 분모상수 a가 동일하게 형성됨으로써, 상기 원점 O를 기점으로 한 X축과 교차하는 접점과 일치하게 될 뿐 아니라, 원형관거와 같이 하나의 관 내 원점과 최소 2개 곡률로서 난형관거를 형성되도록 되어 있다.

Description

강수량 수심비에 따라 최적 수리특성을 구비하면서 제작이 용이한 난형관거 배수구조물과 그 시공방법{Drainage system by the Acorn-shaped pipe which have the optimum hydraulic characteristic according to rainfall and easy manufacture, Construction method by its}
본 발명은 강수량 수심비에 따라 최적 수리특성을 구비하면서 제작이 용이한 난형관거 배수구조물과 그 시공방법에 관한 것으로, 관거단면이 강수량 수심비에 따라 최적의 수리특성을 갖도록 하는 관거내 한 원점에서 대칭 쌍 2개의 타원방정식으로만의 곡률에 의해 심플한 도토리 난형 형상으로 이루어진 난형관거단면을 형성하여, 우리나라 강수량 특성에 가장 맞게 저수심비 일수록 유속을 더욱 증가시켜 고형물 침전 최소화로 청소횟수를 감소시키고, 고수심비에서는 최대의 통수량을 확보하여 경제성을 향상시키는 최적의 수리특성을 확보할 뿐 아니라, 관거내 한 원점에서 이루어진 대칭 쌍 타원곡률에 의한 단순해진 난형관거 배수구조물을 통해, 상기 단면 내 배근되는 철근의 가공과 배치가 단순하면서, 난형관거 성형용 내부거푸집의 선형 가공과 제작 및 장탈착이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 강수량에 따라 최적 수리특성을 구비하면서 제작이 용이한 난형관거 배수구조물과 그 시공방법에 관한 것이다.
기상청에서 발표하는 우리나라 강수특성을 살펴보면, 5mm와 15mm 이하의 강수일수가 약 69%와 약 82%로서 상기 강우량이 대부분을 차지하고 있다. 또한, 이 강수량은 우리나라에서 설계에 적용하고 있는 설계강우강도에 의해 설계된 관거에서의 수심비는 약 7% 이하의 저수심비 상태에서 대부분의 강수가 유출되고 있다. 이와 같이 저수심비에서 유출되는 경우에 유속이 저수심비일수록 유속이 상당히 늦게 되는 경향이 있으며, 이와 같은 늦은 유속은 세정력 약화로 고형물 퇴적으로 청소주기가 짧아지는 등에 의해 유지관리비 증가 등의 문제점이 있다.
또한, 30mm이상의 강수일수는 약 10%정도이나, 이 때의 강수량이 우리나라 년 누계강수량을 지배하고 있으며, 집중호우 및 돌발성 폭우 형태를 갖고 있다. 이와 같은 강수 일 경우에, 노면수 집수를 집수정을 통해 이루어지는 점배수시스템에서는 집중강우시에 집수능력 저하로 체수로 인해 수막, 차량분사 및 안전사고 등의 여러가지 문제점을 노출하고 있는 실정이다.
일반적으로 원형관거는 형상에 따른 구조적 안전성이 우수하기 하나, 우리나라와 같은 5mm이하가 대부분인 강수일수 특성에 따라 외부에서 유입되는 유량이 작아 저수심비로 통수되는 경우에 유속이 느려 퇴적물 수송력 저하로 침전에 따른 청소횟수 증가 등 유지관리비가 증가하는 문제가 있으며, 고수심비에서는 유속의 증가로 세굴현상 발생에 따른 내구성 저하가 예상되는 등 수리적 특성이 다소 비효율적 측면이 있다.
그리고, 사각형 관거는 관로단면이 사각형상으로 이루어져 있어, 현장타설 등 시공 용이성을 구비하고 있어 규격이 큰 관거에서는 유리하나, 이와 같은 사각형 관로는 저수심비에서의 유속이 가장 늦어 세정력 약화에 따른 고형물 퇴적 현상이 더욱 증가되는 문제점과, 관거 폭원이 원형관거보다 증가로 물량 및 토공량 상승으로 경제성이 다소 저하와 구조적 안전성이 다소 저하하는 등의 문제점이 있다.
상기와 같은 원형관거 및 사각형 관거의 수리학적 문제점을 개선하면서, 이 관거들의 장점을 활용하기 위하여 중소규모의 관거단면에서 도 1 (a)와 (b)와 같은 관거 내ㅇ외에 원점을 갖는 3심원의 계란형관거 및 3심원과 복합곡선으로 이루어진 난형관거가 종래에 사용되어지고 있다.
상기 도 1 (a)의 종래 일반 계란형관거는 관로단면이 횡단면 상의 수평방향 즉, 폭 방향을 포함하는 X 축과, 횡단면 상의 수직방향 최대높이(H)를 포함하는 Y 축, 상기 X 축과 Y 축의 관거내 교차하는 원점 O1을 관거 전 높이의 약 60% 정도로 하고, X 축 상측에 위치하는 관거단면 상부 내면은 상기 원점 O1에서의 반지름 R 의 원형으로 이루어지고, X축 하측에 위치하는 관거단면 하부 내면은 상기 원점 O1 으로부터 이어진 X 축상에 관거 밖 원점 O2와 상기 원점으로부터 이어진 Y 축상에 관거 내 원점 O3를 기점으로 하는 부채꼴 형상인 3R 과 R/2 의 조합단면으로 이루어지도록 형성된다.
이와 같은 관거단면을 구비한 종래 일반 계란형관거는, 강수 유입시 초기 유량이 적은 경우나 강수량이 작은 일수일 경우 즉, 저수심비시에 원형관거 및 사각형 관거에 비하여 상대적으로 유속이 빨라 내부에 축적되는 침전물을 최소화할 수 있으며, 만류시에는 원형관거에 비해 유속이 다소 느려 관로 내부의 세굴을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 일반 계란형관거는, 강수량이 아주 작은 경우 즉 저저수심비 일 경우에 원형관거에 비하여 상대적으로 유속은 증가하나, 증가되는 유속의 차가 크지 않아, 5mm이하의 강수시에 고형물 퇴적 현상을 제어하는데 세정력이 부족한 문제가 있다.
이와 같은 우리나라의 강수특성과 종래 관거들의 문제를 해결하기 위해, 최근에는 특허등록 10-0715823 호와 같이, 상기 일반 계란형관거의 관거단면 형상을 개선한 관거 내ㅇ외에 원점을 갖는 4심원과 복합곡선으로 이루어진 도 1 (b)와 같은 난형관거 배수구조물에 대한 연구가 이루어지고 있다.
상기 종래 난형관거 배수구조물은 관거단면의 형상의 외부단면은 일반적으로 상단과 하단이 사각형상 및 사다리꼴 형상으로 이루어지는 것이 보통이다.
그러나, 상기 종래 난형관거 배수구조물의 내부단면은 상기 종래 일반 계란형관거보다 많은 관거 내외의 다원점과 다심원에 완화곡선이 조합된 난형관거 단면형상의 중공내부로 이루어지되, 관거중심 O1을 관거 전 높이의 약 60% 정도로 하고, 하부관거단면은 상기 관거중심 O1의 X 축상 관거 밖 원점 O2에서 약 2.2R 원곡선 접점과 접하고, 이 원곡선의 접선과 Y 축이 교차하는 원점 O3에서 약 0.20∼0.25R의 원곡선으로 이루어진 부채꼴 형상단면을 갖도록 되어 있다.
또한 상기 관거의 상부관거단면은 원점 O2에서 약 2.2R 원곡선 접점과 접하도록, 이 원곡선 접선상의 원점 O4에서 약 0.8∼0.90.R의 원곡선을 이루도록 하고, 상기 원곡선의 접점과 연이어진 완화곡선을 조합하여 이루어진 풍선꼴 형상단면을 갖도록 형성된다.
이와 같이 개량된 난형관거 배수구조물은 유출수가 작아 수심비가 적을 경우, 일반 계란형관거에 비해 보다 유속이 빠르게 하여 세정력 강화로 침전물의 퇴적이 축소되나, 수심비가 큰 경우에는 통수단면적이 다소 적어 통수량이 일반 계란형관거에 비해 다소 떨어지는 수리특성을 구비하게 된다.
그러나, 이와 같이 구성된 난형관거 배수구조물은 관로단면의 중심 즉, 관거홀의 중심이 수심비 약 60% 범위내에 위치하도록 되어 있어, 평균 수심비인 약 60%까지는 유속이 다소 빠르게 이루어지어 통수 능력은 일반 계란형관거 통수량 과 유사하나, 그 이상을 넘어갈 경우, 통수단면적이 다소 작아 유량 수송능력 저하현상이 발생될 수 있는 문제점이 있었다.
특히, 종래 일반 계란형관거는 상기와 같이 관거 내외의 다수의 원점으로부터 구성되는 다심원 연결에 따른 조합단면으로 이루어지고, 개선된 종래 난형관거 배수구조물도 상기 종래 일반 계란형관거보다 많은 원점과 다심원 및 클로소이드 곡선 등 완화곡선 등의 연결에 따른 조합단면을 갖도록 되어 있어, 그 형상구조가 매우 복잡함에 따라, 몰드 제작성 및 많은 단면 변화점에 의한 안전성 등 여러 측면에서 문제점들이 노출되고 있는 실정이다.
즉, 종래 일반 계란형관거와 종래 난형관거 배수구조물은 관거 내부단면을 형성하기 위하여 관거 내외 3개 이상의 원점을 통한 다심원으로 복잡한 관거 내부단면 형상을 이루고 있을 뿐 아니라, 종래 난형관거는 저수심비시 유속 증가와 통수단면을 종래 일반 계란형관거 단면적과 유사하게 하기 위하여, 부채꼴과 풍선 등의 형상단면을 이루도록 상기 다심원에 복합 클로소이드 곡선 등 조합 등, 보다 복잡하게 관거 내부단면 형상을 이루어지므서, 제작시 상기 관거단면 선형 형성을 유지하기 위한 거푸집 몰딩 및 제조에 어려움이 발생되고, 이의 부정확한 관거단면 성형이 되게 되면 수리특성의 변화로 통수능력이 저하되는 현상이 있었다.
또한, 종래 일반 계란형관거와 난형관거 배수구조물은 관거 내외의 다중 원점에 다심원 곡선 및 복합곡선으로 인해, 그 단면형상의 변화점이 많이 발생되고, 이와 같은 상기 단면변화부에 응력집중 현상을 유발하므로서 여러가지 구조적 유해성이 원인이 되게 되어 안전성 저하와 더불어, 거푸집 내에 배치되는 철근 가공이 복잡하게 되며, 그에 따른 철근 배치도 어려움이 발생하는 등 안전성 및 제작 시공성 측면에서 여러가지 문제점 등이 있었다.
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본 발명의 목적은 단면형상의 단순화를 통해 관거곡률에 대한 정밀설계 및 가공없이 간단하게 거푸집에 의해 손쉽게 제조될 수 있는 강수량 수심비에 따라 최적 수리특성을 구비하면서 제작이 용이한 난형관거 배수구조물과 그 시공방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 관거단면 높이가 3R로 이루어지고 관거단면 폭이 2R로 이루어진 관거홀을 구비한 난형관거 배수구조물에 있어서; 상기 관거홀의 난형관거단면은 관거 내 한 원점 O를 중심으로 폭방향을 X 축으로 하고, 높이방향을 Y 축으로 하여, 상기 원점 O를 기점으로 한 X축 상에 상측인 상부관거단면과 하측인 하부관거단면으로 이루어지되, 상부관거단면은 폭방향 X 축을 장축으로 하여 그 길이가 a 이고, 높이 방향 Y축을 단축으로 하여 그 길이가 b1 로 구성되는 타원방정식이 좌우측 대칭 쌍으로 이루어지고, 하부관거단면은 폭방향 X 축을 단축으로 하여 그 길이가 a 이고, 높이 방향 Y축을 장축으로 하여 그 길이가 b2 로 구성되는 타원방정식이 좌우측 대칭 쌍으로 이루어지며, 상기 상부관거단면의 타원방정식과 하부관거단면의 또 다른 타원방정식은 하나의 중점(중심)을 구비하고, X축 상의 타원방정식 분모상수 a가 동일하게 형성됨으로써, 상기 원점 O를 기점으로 한 X축과 교차하는 접점과 일치하게 될 뿐 아니라, 원형관거와 같이 하나의 관 내 원점과 최소 2개 곡률로서 난형관거를 형성되도록 되어 있다.
본 발명은 관거단면이 강수량 수심비에 따라 최적의 수리특성을 갖도록 하는 관거내 한 원점에서 대칭 쌍 2개의 타원방정식으로만의 곡률에 의해 심플한 도토리 난형 형상으로 이루어진 난형관거단면을 형성하여, 우리나라 강수량 특성에 가장 맞게 저수심비 일수록 유속을 더욱 증가시켜 고형물 침전 최소화로 청소횟수를 감소시키고, 고수심비에서는 최대의 통수량을 확보하여 경제성을 향상시키는 최적의 수리특성을 확보할 뿐 아니라, 관거내 한 원점에서 이루어진 대칭 쌍 타원곡률에 의한 단순해진 난형관거 배수구조물을 통해, 상기 단면 내 배근되는 철근의 가공과 배치가 단순하면서, 난형관거 성형용 내부거푸집의 선형 가공과 제작 및 장탈착이 용이하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 관거홀의 관로단면이 상부관거단면과 하부관거단면으로 이루어지되, 상기 상부관거단면(20)과 하부관거단면(30)은 X축과 Y축의 교차점 관거 내 중심인 한 원점 O를 기점으로 하여, 상기 두 관거단면 관거 폭(Ｗ)의 1/2 즉, 관거 반지름 R인 'a'를 동일하게 분모상수를 구비하는 타원방정식의 관거곡률로 이루어진 난형관거단면을 구비하도록 되어 있어, 약 3% 정도 즉, 아주 낮은 저수심비 상태에서의 유속이 종래 원형관거 보다는 최대 1.8배 정도, 종래 일반 계란형관거 보다는 최대 1.25 배 정도 및 종래 난형 관거와 대비하여 유속이 1.11배 보다 빠르며, 이를 통해 세정력이 강화되어 관거 내 고형물 퇴적이 효율적으로 방지되고, 유지관리가 용이하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 관거홀의 난형관거단면이 관거 내 하나의 원점 O과 폭방향에 대한 타원방정식 분모상수를 동일하게 갖는 좌우 대칭 쌍 타원방정식으로 이루어진 난형 관거곡률 및 관거단면의 단순화를 구비하고 있어, 관거단면 전체형상이 절곡이 없으며, 이로 인해 응력집중 현상이 완화되고, 제작 몰드의 선형이 심플하게 몰딩될 수 있을 뿐 아니라, 관거단면에 배근되는 철근 가공 형상이 단순하게 되어 벤딩 및 설치가 용이하게 이루어지는 많은 효과가 있다.
본 발명은 관거 중심이 수심비 75％에 위치하면서 열기구 형상의 상부관거단면을 이루어 통수단면적 증대에 의하여, 종래기술에 비하여 통수량이 약 1.05배 정도까지 증가하는 수리특성 효과가 있다.
본 발명은 관거홀 형성을 위한 내부거푸집 장탈착을 위한 슬라이딩홈 공간 높이를 포함하여 관거 내주면을 형성함으로서 상기와 같은 통수량 증대르 이루고, 관거홀과 슬라이딩홀의 연결부위에 단면결손이 없어 강성 유지와 응력집중 현상을 완화하여 구조 안전성을 증대하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 슬라이딩홀을 구비하여 凹레일 기능을 보유하므로서 내부거푸집 장착 및 탈착이 용이하도록 안내부 및 공간 기능을 갖는 효과가 있다.
본 발명은 난형관거 배수구조물의 상면을 배수 및 집수로를 겸하는 측구와 일체로 이루도록 하고, 노면수를 난형관거 내로 배수하도록 집수슬릿홀 형성하는 선배수시스템을 이루므로서 집수 효율의 극대화를 통해, 최근 강우 특성인 폭우시에도 노면에 체수가 없도록 하여, 이에 따른 수막, 분사, 사고 및 주변시설 열화 현상을 제어하는 효과가 있다.
본 발명은 난형관거 배수구조물에 지하수 보존을 위한 침투홀, 누수수 및 용출수 유도용 배수홀 및 유공홀 등을 구비할 수 있어, 포장구조의 소성균열 및 포트홀 등을 지양하는 효과가 있다.
본 발명은 관거홀 주변을 따라 철(
Figure 112019134309318-pat00001
) 전단키와 요(
Figure 112019134309318-pat00002
) 전단키홈이 더 형성되는 경우에, 이웃하는 난형관거 배수구조물의 관거홀이 정확하게 연결될 수 있는 효과가 있다.
도 1 (a)와 (b)는 종래 일반 계란형관거 및 종래 복합 난형관거 배수구조물의 구성을 나타낸 예시도
도 1 (c)는 종래 일반 계란형관거 및 종래 복합 난형관거 배수구조물에서 관거홀 내부거푸집 슬라이딩홀 구성을 나타낸 예시도
도 2 는 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물의 구성을 보인 예시도
도 3 은 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물의 변형된 구성을 보인 예시도
도 5 는 본 발명에 따른 노면측구와 집수 슬릿홀이 구비된 난형관거 배수구조물의 구성을 보인 예시도
도 6 은 본 발명에 따른 침투홀, 유공홀 및 배수홀이 구비된 난형관거 배수구조물의 구성을 보인 예시도
도 7 은 본 발명에 따른 노면측구와 청소수 배수로가 구비된 난형관거 배수구조물의 구성을 보인 예시도
도 8 은 본 발명 난형관거 배수구조물 양단부에 요철의 전단키 구성을 보인 예시도
도 9 는 본 발명에 따른 시공방법 및 순서를 나타낸 흐름도
도 10은 본 발명에 따른 평탄지형에서 동일한 규격의 관로에 구배를 조성하기 위해 제작하는 난형관거 배수구조물의 예시도
도 11은 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물의 결합관계를 보인 예시도
도 12 는 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물과 연결지반과의 단차가 조성하도록 하기 위한 시공상태를 보인 예시도
도 13은 본 발명에 따른 난형관거와 종래 관거 배수구조물과의 저수심비에서 유속 관계 수리특성곡선을 보인 예시도
도 2 는 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물의 구성을 보인 예시도를, 도 3 은 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물의 변형된 구성을 보인 예시도를, 도 5 는 본 발명에 따른 노면측구와 집수 슬릿홀이 구비된 난형관거 배수구조물의 구성을 보인 예시도를, 도 6 은 본 발명에 따른 침투홀, 유공홀 및 배수홀이 구비된 난형관거 배수구조물의 구성을 보인 예시도를, 도 7 은 본 발명에 따른 노면측구와 청소수 배수로가 구비된 난형관거 배수구조물의 구성을 보인 예시도를, 도 8 은 본 발명 난형관거 배수구조물 양단부에 요철의 전단키 구성을 보인 예시도 도시한 것으로, 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물(100)은 난형관거 단면을 구비하는 관거, 노면 겸용 측구관거 및 터널형 관거 등등을 의미한다.
본 발명은 관거단면 높이가 3R로 이루어지고 관거단면 폭이 2R로 이루어진 관거홀(110)을 구비한 난형관거 배수구조물(100)에 있어서;
관거홀(110)의 난형관거단면(10)은, 관거 내 한 원점 O 를 중심으로 폭방향을 X 축으로 하고, 높이방향을 Y 축으로 하며, 상기 원점 O 를 기점으로 한 X축 상에 상측인 상부관거단면(20)과 하측인 하부관거단면(30)으로 이루어지되,
상부관거단면(20)은, 폭방향 X 축을 장축으로 하여 그 길이가 a 이고, 높이 방향 Y축을 단축으로 하여 그 길이가 b1 으로 구성되는 타원방정식이 좌우측 대칭 쌍으로 이루어지고,
하부관거단면(30)은, 폭방향 X 축을 단축으로 하여 그 길이가 a 이고, 높이 방향 Y축을 장축으로 하여 그 길이가 b2 로 구성되는 타원방정식이 좌우측 대칭 쌍으로 이루어지며,
상부관거단면(20)의 타원방정식과 하부관거단면(30)의 또 다른 타원방정식은 하나의 중점(중심)을 구비하고,
X축 상의 타원방정식 분모상수 a가 동일하게 형성됨으로써, 원점 O 를 기점으로 한 X축과 교차하는 접점과 일치될 뿐 아니라, 원형관거와 같이 하나의 관 내 원점과 최소 2개 곡률로서 난형관거가 형성된 국내외 최초의 난형관거 배수구조무로 이루어져 있다.
이때, 상기 R 은 난형관거에서의 관거반경 즉, 관거폭의 1/2에 해당되므로서, a 와 R 과는 동일하도록 되어 있다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 연계하여 상세히 설명한다.
도 2 는 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물의 구성을 보인 예시도를 도시한 것으로, 난형관거 배수구조물(100)에 있어서, 관거홀(110)의 난형관거단면(10)은, 관거 내 한 원점 O을 중심으로 관거단면의 높이(Ｈ)방향을 Ｙ축으로 하고, 관거단면 폭(Ｗ) 방향을 Ｘ축으로 하여, 상기 Ｘ축 상측에 위치하는 대칭 쌍 타원단면구조의 상부관거단면(20)과, 상기 타원단면의 X축과 교차하는 접점에 연이어서 Ｘ축 하측에 위치하는 대칭 쌍 타원단면구조의 하부관거단면(30)으로 이루어지되,
상부관거단면(20)은, 장축인 Ｘ축 상 분모상수 a와 단축인 Y축 상 분모상수 b1으로 이루어진 타원방정식의 곡률단면이 좌우측 대칭 쌍으로 형성되고,
하부관거단면(30)은, 단축인 Ｘ축 상 분모상수 a와 장축인 Y축 상 분모상수 b2으로 이루어진 또 다른 타원방정식에 따른 곡률단면이 좌우측 대칭 쌍으로 형성되며,
대칭 쌍으로 하는 타원단면구조의 상부관거단면(20)과 하부관거단면(30)은, 관거 내 Ｘ축과 Ｙ축의 교차점이 관거 중심인 한 원점(O)을 기점으로 하고, X축에서 분모상수가 동일한 타원방정식이 최소 2개 곡률로 이루어지도록 되어 있다.
상기 상부관거단면(20)은, Ｘ축을 기준으로 Ｘ축 상측에 위치하는 단면 즉, 관거중심인 원점(O) 상측에 위치하는 단면을 의미하는 것으로, Ｘ축 상측에 위치된 상측관거곡률(21)은 X축 즉, 폭(Ｗ) 방향을 장축의 길이 a 를 분모상수로 하고, Y축 즉, 높이(H) 방향을 단축의 길이 b1 을 분모상수로 하는 타원방정식인 타원형 곡률을 구비하도록 형성되어 있다.
이와 같이 형성된 상부관거단면은, Y축 중심으로 좌우 대칭 쌍으로 형성되어지며, X축 관련 분모상수 a(폭)가 Y축 관련 분모상수 b1(높이) 보다 더 큰 타원형 단면구조를 구비하게 되므로, 열기구 형상을 이루게 되어 통수단면적이 증대되고, 통수유량이 최대화되게 된다.
상기 하부관거단면(30)은, Ｘ축을 기준으로 Ｘ축 하측에 위치하는 단면 즉, 관거중심인 원점(O) 하측에 위치하는 단면을 의미하는 것으로, Ｘ축 하측에 위치된 관거홀 하측관거곡률(31)은 X 축 즉, 폭 방향을 단축의 길이 a 를 분모상수로 하므로서 상측관거곡률(21)을 이루는 X축 장축 길이 a와 일치시키고, Y 축 즉, 높이 방향을 장축의 길이 b2 를 분모상수로 하는 타원방정식에 따른 타원형 곡률을 구비하도록 형성되어 있다.
이와 같이 형성된 하부관거단면(30)은 Y축 중심으로 좌우 대칭 쌍으로 형성되어지며, a(폭)가 b2(높이) 보다 더 작은 타원형 단면구조를 구비하게 되어, 콘 형상의 부채꼴을 이루게 되어, 경심이 증가되고 저수심비시 유속이 더욱 증가되게 된다.
즉, 본 발명의 난형관거 배수구조물(100)은 난형관거단면(10)이, 관거 내 Ｘ축과 Ｙ축의 교차점이 관거 중심인 한 원점(O)을 기점으로 하여 2개의 상하 대칭 쌍 타원형 단면구조로 이루어지되, 상부관거단면(20)은 장축이 Ｘ축 상에 위치되고 단축이 Ｙ축 상에 위치하는 좌우 대칭 쌍 타원단면구조로 이루어지며, 하부관거단면(30)도 상부관거단면(20)과 일치되도록 단축이 X축 상에 위치되고 장축이 Y축 상에 위치되는 좌우 대칭 쌍 타원단면구조로 이루어지도록 되어 있다. 이를 수식에 의해 표현하면 아래와 같다.
[수식1]
상부관거단면 :
Figure 112019134309318-pat00003
하부관거단면 :
Figure 112019134309318-pat00004
위의 [수식1]에서와 같이, 상부관거단면(20)과 하부관거단면(30)은 X축과 Y축의 교차점 관거 내 중심인 한 원점 O를 기점으로 하여, 상기 두 관거단면 관거 폭(Ｗ)의 1/2 즉, 관거 반지름 R인 'a'를 동일하게 분모상수를 구비하는 타원방정식의 관거곡률로 이루어진 난형관거단면을 구비하도록 되어 있다.
우리나라 강수일수 중 약 65%이상 되는 일 강수량 5㎜ 이하가 관거단면에서 유출되는 수심비는 관거높이(H) 중 약 3% 정도 즉, 아주 낮은 저수심비 상태에서 유출되게 된다. 따라서, 이와 같은 난형관거단면(10)으로 이루어진 관거홀(110)을 구비한 난형관거 배수구조물(100)은 저수심비 상태에서의 유속이 종래 원형관거 보다는 최대 1.8배 정도, 종래 일반 계란형관거 보다는 최대 1.25 배 정도 및 종래 난형 관거와 대비하여 유속이 1.11배 보다 빠르게 됨으로써, 이로 인한 세정력 강화로 관거 내 고형물 퇴적이 효율적으로 방지되어 유지관리 측면에서 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 관거홀(110)의 난형관거단면(10)이 관거 내 하나의 원점 O과 폭방향에 대한 타원방정식 분모상수를 동일하게 갖는 좌우 대칭 쌍 타원방정식으로 이루어진 난형 관거곡률 및 관거단면이 단순화되도록 되어 있어, 전 관거단면 형상이 절곡이 없으며, 이를 통해, 응력집중 현상이 완화되고, 제작 몰드의 선형을 심플하게 몰딩할 수 있으며, 관거단면에 배근되는 철근 가공 형상이 단순하게 되어 벤딩 및 설치가 용이하게 이루어지는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물(100)은 관거홀(110)의 관거 중심이 수심비 약 75％ 되는 원점 O를 기점으로 상부관거단면(20)과 하부관거단면(30)이 형성되어 있으며, 하부관거단면(30)은 콘 형상의 부채꼴을 이루어 저수심비시 유속이 더욱 증가되고, 상부관거단면(20)은. 열기구 형상을 이루어 통수단면적을 증대시켜 통수유량을 최대화를 통해 종래 관거들 보다 수리특성이 우수하도록 개선되어 있다.
즉, 상부관거단면(20)은 수심비 약 75∼100％ 범위내의 관거단면에 해당되고, 하부관거단면(30)은 수심비 약 0∼75％ 범위내의 관거단면에 해당되도록 형성되며, 이와 같은 난형관거단면(10)으로 구비된 난형관거 배수구조물은 도 13 및 [표1] 과 같은 우수한 수리특성 효과가 도출될 뿐 아니라, 상기 관거중심에서 보다 근접한 수심비에서의 통수량이, 만류시 통수량과 유사한 통수량을 구비하게 되어, 관거단면 중 비효율적인 단면이 최소화되어 최대의 통수량과 더불어 경제성이 확보되는 효과가 있다.
또한, 관거의 중심이 위치하는 수심비 75％ 까지 상승함에 따라, 하측관거곡률을 이루는 타원방정식의 분모상수 b2가 증가된 단면구조를 구비한 하부관거단면(30)이 저수심비 일수록 보다 날렵한 성형을 이루어 경심을 증가시킴으로써, 유속을 보다 증진시켜 소류력 증가를 통한 고형물 퇴적 현상이 저하되어 청소횟수가 감소되고 이를 통한 유지관리비 절감 효과를 구비하게 된다.
그리고, 종래의 일반 계란형관거 및 종래 난형관거는 관거중심이 수심비 60∼67％ 범위내에서 위치하도록 되어 있어, 만류시 통수량과 유사한 통수량을 갖는 수심비 즉, 일반적 수심비인 약 87% 와의 차이가 크게 됨에 따라, 관거단면의 형상이 관거중심(Ｏ)에서 기점으로 상측으로 높이가 올라 갈수록 관거의 단면적 폭이 작아지게 되므로, 단면적 감소에 의한 통수량이 감소되거나, 유속도 다소 증가하여 세굴력 증대에 의한 관거단면에 손상(마모) 등이 발생하여 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 반하여, 본 발명은 관거 중심(Ｏ)이 수심비 75％에 위치하면서 열기구 형상의 상부관거단면에 있어, 만류시 통수량에 해당하는 통수량 관련 수심비인 관거높이(H)의 약 87%와 관거중심(O) 수심비 차이가 작아, 관거단면의 형상이 관거중심(Ｏ)에서 기점으로 상측으로 높이가 올라 갈수록 관거의 단면적 폭이 작아짐에 따른 단면적 감소량이 축소되어, 종래기술에 비하여 통수량이 약 1.05배 정도까지 증가하는 수리특성 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물은 도 3 에 도시된 바와 같이, 관거홀(110)의 하단(111) 즉, 하부관거단면(30)의 형상에 있어서, 우리나라 강수특성을 지배하는 5mm 강우강도 이하에서 유출되는 유속을 보다 증가시키도록 경심이 큰 난형관거단면이 필요한 평탄지형인 경우에, 하부관거단면(30)을 이루는 곡률인 타원방정식 좌표 중, 상기 5mm 강우강도에 대한 설계 강우강도 비 관련 수심비에 해당하는 약 3.3∼2.5%, 바람직하게는 약 3.0％ 와 교차되는 타원방정식의 접점(34)에서 접선방향을 따라 Y축까지 연장되어 상호 연결되어지는 한쌍의 연장선(32)을 통해, 하부단면의 하단부가 'Ｖ'자 형상으로 형성되도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 관거홀의 하단(111)이 'Ｖ'자 형상의 단면구조로 이루어질 경우, 종래 일반 계란형관거와 종래 난형관거 대비 저수심비에서의 유속이 약 1.25 배 및 1.11배 정도 상승하게 되어, 관로 내 고형물의 퇴적현상이 최소화되고, 이로 인해 청소횟수 및 유지관리비용이 절감되어지는 효과를 구비하게 된다.
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또한, 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물(100)의 난형측구관거(100a)는, 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 난형관거 배수구조물(100)의 상면은 유역면적 내의 강수를 표면에서 배수 및 집수로를 겸하는 측구(101)와 일체로 이루어지며, 상기 노면수를 난형관거 내로 배수하도록 하나 이상의 연속 집수슬릿홀(140)이 관거홀(110) 상측과 연통되어지도록 형성될 수 있으며, 상기 집수슬릿홀(140)이 구비된 측구(101) 상면은 집수슬릿홀(140) 방향으로 소정의 구배를 구비하도록 형성되어, 노면수의 집수가 원활하게 이루어지도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 집수슬릿홀(140)의 규격과 사용 지형에 따라 체널이나 그레이팅(grating)으로 결합하거나 개구 상태 유지 등이 구비된 선배수시스템을 이루므로서 집수 효율의 극대화를 이루도록 한 것이다. 이와 같은 선배수시스템으로 인한 극대회된 집수효율을 이루므로서, 최근 강우 특성인 폭우시에도 노면에 체수가 없도록 하여, 이에 따른 수막, 분사, 사고 및 주변시설 열화 현상을 제어하는 효과가 있다.
상기 연속 집수슬릿홀(140)의 형태는 관거홀(110) 상의 폭원이 측구(101) 상면의 폭원 보다 크게 하는 사다리꼴을 이루어, 노면에 낙하된 골재나 쓰레기 등이 관거 내부로 침입이 최소화도록 하며, 상기 집수슬릿홀(140)의 일정 간격마다 난형관거 양측을 강결하는 타이빔(116)을 설치를 통해 전체 프레임구조계를 이루어 구조적 안전성을 향상하도록 한다.
본 발명에 따른 난형관거 배수구조물(100) 중 난형측구관거(100a) 상면 즉, 측구(101) 한 측에 보차도나 경계용 블록 및 연석을 설치하는 경우에, 상기 고정용 연석설치홈(117)을 구비하여, 상기 블록 및 연석 이탈을 제어하도록 한다.
본 발명에 따른 난형관거 배수구조물(100)의 난형측구관거(100a) 외부단면은 직사각형으로 하거나, 제형, 및 제작된 난형관거 배수구조물(100) 양단부에 직사각형으로 이뤄진 부벽과 제형이 조합된 형태로도 할 수 있으며, 이에 대한 형태는 국한하지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물(100)은 도 6의 (a) 에 도시된 바와 같이, 관거홀(110)의 하단부에 지하수 보존을 위한, 하나 이상의 침투홀(120`)이 형성될 수 있으며, 상기 침투홀(120`)은 일측단이 관거홀(110)과 연통되고 타측이 난형관거 배수구조물(100)의 외부와 연통되도록 형성되도록 하여, 관거 내 우수가 관거 밖의 지반으로 침투하도록 하는 침투통을 겸하도록 한 것이다.
또한, 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물(100)은 도 6 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 터널 라이닝에서 등과 같은 누수수를 유도하거나, 지하수 상승시나 포장층 포화시에 포장구조나 지반의 약화를 방지하기 위하여, 관거홀(110)과 연통되어지도록 복수의 배수홀(120) 또는 용수용 유공홀(130)의 일측단이 난형관거 배수구조물(100)의 외부와 연통되고 타측이 관거홀(110)과 연통되도록 구비될 수 있으며, 상기 배수홀(120) 또는 용수용 유공홀(130)은 외부에 있는 물을 관거홀 내로 집수를 위한 것으로, 난형관거 배수구조물(100)에 복수개가 관통 형성될 수 있다.
이때, 상기 포장용 배수홀(120)은 도로포장층(300)에 포화된 노면수를 관거홀 내로 유입이 이루어지도록 즉, 도로포장층 하부에 여과통(310)이 설치되고, 상기 여과통(310)에 포장용 배수홀(120)이 연통되어지도록 형성되어, 포장구조에 포화된 물을 배수시켜 포장의 소성균열 및 포트홀 등을 지양하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물(100)의 난형측구관거(100a)는 도 7 에 도시된 바와 같이, 상면인 측구(101)에 관거홀(110)과 연통되지 않는 별도의 배수로(150)가 더 형성되어질 수 있다. 상기 배수로(150)는 터널 등에서 발생되어지는 청소수 및 지표수 등이 용수용 유공홀(130) 및 누수 유도용 배수홀(120)을 통해 관거홀(110) 내로 집수된 청정수와 합치는 것을 방지하기 위해, 별도로 배수하기 위한 것으로, 관거홀(110)의 길이방향으로 형성된다.
또한, 상기 난형관거 배수구조물(100)은 도 8 에 도시된 바와 같이, 한 측의 벽판에는 관거홀 주변을 따라 철(
Figure 112019134309318-pat00005
) 전단키(160)를, 다른 측의 벽판에는 상기 관거 돌출 전단키에 대응하도록 요(
Figure 112019134309318-pat00006
) 전단키홈(170)이 더 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 타설 성형된 난형관거의 전/후 양벽판에 결합돌기 철(
Figure 112019134309318-pat00007
) 전단키(160) 및 요(
Figure 112019134309318-pat00008
) 전단키홈(170)이 형성되도록 하여, 난형관거 연결시, 상기 철(
Figure 112019134309318-pat00009
)전단키(160)와 요(
Figure 112019134309318-pat00010
)전단키홈(170)의 암수결합에 의해, 일측 난형관거 배수구조물의 관거홀과, 이에 이웃하는 또다른 난형관거 배수구조물의 관거홀이 정확하게 연결될 수 있도록 되어 있다. 또한, 본 발명은 상기 철(
Figure 112019134309318-pat00011
) 전단키(160)와 요(
Figure 112019134309318-pat00012
) 전단키홈 사이에 지수재(도시없음)가 더 삽입될 수도 있다.
도 9 는 본 발명에 따른 시공방법 및 순서를 나타낸 흐름도를 도시한 것으로, 본 발명은
난형관거 배수구조물이 타설/성형되는 난형관거 배수구조물 성형단계;
난형관거 배수구조물이 설치위치로 이송운반되는 난형관거 배수구조물 운반단계;
설치위치의 지면을 터파기하고 기초지반이 시공되는 기초단계;
기초지반에 복수의 난형관거 배수구조물이 연결설치되는 난형관거 배수구조물 설치단계;
난형관거 배수구조물 설치단계 후, 배수구조물이 지중에 매립되어지거나, 배수구조물의 상면이 외부로 노출되어지도록 난형관거 배수구조물의 주변이 정리되는 정리단계;를 포함하되,
상기 난형관거 배수구조물 설치단계는,
지반이 연약할 경우, 기초지반에 보호콘크리트의 하단콘크리트(405)가 타설되고, 하단콘크리트(405)에 난형관거 배수구조물(100)이 배치되어 클립에 의해 조립설치되며, 보호콘크리트의 측부콘크리트 상면(420)이 난형관거 배수구조물(100)의 상면(101) 보다 높도록 보호콘크리트의 측부콘크리트(410)가 타설되어 양생되고,
지반이 연약하지 않을 경우, 기초지반에 지반강화층(600)이 시공되고, 난형관거 배수구조물의 상면(101)이 도로포장층(300)보다 낮게 위치하도록 지반강화층 상면에 레베링 모래층(500)의 두께가 조정 포설되며, 레벨링 모래층(500)에 난형관거 배수구조물(100)이 배치되어 클립에 의해 조립설치되도록 되어 있다.
상기 배수구조물 성형단계는, 거푸집 장치에 의해 난형관거 배수구조물의 관거홀(110)이 2개의 반타원곡률 및 단면적에 의해 이루어지도록 난형관거 배수구조물이 타설성형된다.
즉, 상기 배수구조물 성형단계는, 관거단면 높이가 3R로 이루어지고 관거단면 폭이 2R로 이루어진 관거홀(110)을 구비한 난형관거 배수구조물(100)에 있어서;
상기 관거홀(110)의 난형관거단면(10)은 관거 내 한 원점 O를 중심으로 폭방향을 X 축으로 하고, 높이방향을 Y 축으로 하여, 원점 O를 기점으로 한 X축 상에 상측인 상부관거단면(20)과 하측인 하부관거단면(30)으로 이루어지되,
상부관거단면(20)은 폭방향 X 축을 장축으로 하여 그 길이가 a 이고, 높이 방향 Y축을 단축으로 하여 그 길이가 b1 로 구성되는 타원방정식이 좌우측 대칭 쌍으로 이루어지고,
하부관거단면(30)은 폭방향 X 축을 단축으로 하여 그 길이가 a 이고, 높이 방향 Y축을 장축으로 하여 그 길이가 b2 로 구성되는 타원방정식이 좌우측 대칭 쌍으로 이루어지며,
상기 상부관거단면(20)의 타원방정식과 하부관거단면(30)의 또 다른 타원방정식은 하나의 중점(중심)을 구비하고,
X축 상의 타원방정식 분모상수 a가 동일하게 형성됨으로써, 상기 원점 O를 기점으로 한 X축과 교차하는 접점과 일치하게 될 뿐 아니라, 원형관거와 같이 하나의 관 내 원점과 최소 2개 곡률로서 난형관거가 형성되도록 거푸집 장치에 의해 난형관거 배수구조물이 타설성형 및 양생된다. 이때, 상기 R 은 난형관거에서의 관거직경 즉, 관거폭의 1/2에 해당되므로서, a 와 R 과는 동일하도록 되어 있다.
상기와 같은 관로단면의 형성은, 일 예로, 특허등록 제 10-1993772 호에 게재되어 있는 바와 같이, 외부거푸집과 내부거푸집 및 레일거푸집으로 이루어진 거푸집장치 등에 의해 이루어질 수 있다.
즉, 내부거푸집의 외면곡률 및 단면형상과, 내부거푸집이 삽입되어 밀착접촉되는 외부거푸집의 전후홀의 내면곡률 및 단면형상 및 레일거푸집의 곡률 및 단면형상이, 2개의 타원방정식에 따른 곡률 및 단면적을 구비하도록 형성되고, 이와 같이 형성된 거푸집장치에 의해 철근이 설치된 후, 콘크리트의 타설/성형에 의해 이루어질 수 있다. 상기 내부거푸집과 외부거푸집 및 레일거푸집의 형상은 설계에 의해 이루어지므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 타설성형된 난형관거 배수구조물(100)은, 관거홀(110)의 관로단면(10)이 2개의 반타원곡률로 이루어져 있어, 관로단면의 변화가 거의 없으며, 종래 난형관거 배수구조물과 대비할 경우, 철근 배치 및 콘크리트 타설이 용이하게 이루어져, 전체 작업성 및 생산성이 증대되어지게 된다.
또한, 상기 난형관거 배수구조물 성형단계는, 도 10 에 도시된 바와 같이, 동일한 관거홀의 규격(크기)가 일정하게 유지 즉, 배수구조물의 상부두께(ｔ,ｔ′,ｔ″, 측구 상면에서 관거홀 내면까지의 두께)만 차이가 나고, 관거홀(110)의 높이(H)를 포함한 나머지 칫수가 유지되도록 난형관거 배수구조물이 성형될 수 있다.
이와 같이 상부두께만 변화되고, 관거홀 규격을 포함한 나머지 칫수가 일정규격으로 타설성형된 난형관거 배수구조물은, 동일한 관거홀에 종단상 구배를 형성하게 되므로, 노면 구배가 거의 없는 구간(구배가 없어 유속이 정체되는 지역)에서도 일정한 규격의 난형관거 배수구조물의 시공에 의해 유속이 발생되어 물 흐름이 원활하게 이루어지게 된다.
상기 난형관거 배수구조물(100) 설치단계는, 일렬로 배치된 난형관거 배수구조물(100)이 클립에 의해 기계적으로 밀착결합되어지도록 되어 있다.
상기 클립은 회전식 클립 또는 강결클립을 포함하며, 상기 회전식 클립은 도 11 의 (c)에서와 같이, 일측 난형관거 배수구조물에 설치된 고정핀(170)에 타측 난형관거 배수구조물에 설치된 클립바(180)를 회전에 의해 결합시켜 난형관거 배수구조물이 연결되도록 되어 있다.
상기와 같은 회전식 클립은, 난형관거 배수구조물을 밀착결합시킬 수 있으나, 클립바가 원호를 그리며 회전됨에 의해 따라 오픈/결합되어지도록 되어 있어, 난형관거 배수구조물(100)에 침하가 발생될 경우, 이웃하는 난형관거 배수구조물(100)간에 지반침하로 인한 단차 발생 우려가 있다.
상기 강결클립(40)은, 난형관거 배수구조물을 간단하게 밀착결합시키면서도 지반침하로 인한 단차가 발생되지 않도록 구성되어 있다.
즉, 상기 강결클립(40)은 도 11 의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 일측 난형관거 배수구조물에 고정설치되는 제1클립(50)과, 타측 난형관거 배수구조물에 고정설치되는 제2클립(60)과, 제1,2클립(50,60)에 수직 결합되어 제1,2클립을 일체로 결합시키는 쇄기형 결합대(70)를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 제1클립(50)은 난형관거 배수구조물(100)에 볼트체결되어 고정설치되는 제1수직패널(51)과, 제1수직패널(51)에 직교하도록 제1수직패널(51)의 상측에 일체로 돌출형성된 제1수평패널(52)을 포함하고, 상기 제1수평패널(52)에는 제1수직장홈(53)이 관통 형성되어 있다.
또한, 상기 제1수평패널(52)은 길이(Ｌ2)가, 제1수직패널의 길이(Ｌ1) 보다 더 길도록 바람직하게는, 제1수직패널의 길이(Ｌ1)보다 약 2배의 길이를 구비하도록 형성되어 있으며, 상기 제1수직장홈(53)은 제1수평패널(52)의 중간에 위치하도록 형성되어 있다.
상기 제2클립(60)은 난형관거 배수구조물에 볼트체결되어 고정설치되는 제2수직패널(61)과, 제2수직패널(61)에 직교하도록 제2수직패널(61)의 하측에 일체로 돌출형성된 제2수평패널(62)을 포함하고, 상기 제2수평패널(62)에는 제2수직장홈(63)이 관통 형성되어 있다.
또한, 상기 제2수평패널(62)은 길이(Ｌ4)가, 제2수직패널의 길이(Ｌ3) 보다 더 길도록, 바람직하게는, 제2수직패널의 길이(Ｌ3)보다 약 2배의 길이를 구비하도록 형성되어 있으며, 상기 제2수직장홈(63)은 제2수평패널(62)의 중간에 위치하도록 형성되어 있다.
즉, 상기 제1,2수평패널은 이웃하도록 배치된 2개의 난형관거 배수구조물에 고정설치될 시, 제1클립의 제1수평패널(52)이 제2클립의 제2수직패널(61)에 접촉되고, 제2클립의 제2수평패널(62)이 제1클립의 제1수직패널(51)에 접촉되어지도록 소정의 길이(Ｌ2,Ｌ4)를 구비한다.
상기 쇄기형 결합대(70)는 양측이 테이퍼진 형상으로 이루어져 있으며, 최대폭(Ｗ1)이 제1,2수직장홈의 길이방향 폭(Ｗ2)과 동일하거나, 더 크도록 형성된다.
상기와 같이 구성된 제1,2클립(50,60)는 일측 난형관거 배수구조물에 제1클립의 제1수직패널(51)이 볼트고정되고, 타측 난형관거 배수구조물에 제2클립의 제2수직패널(61)이 볼트고정된다.
이와 같이 인접한 양측 난형관거 배수구조물의 마주하는 끝단에 제1,2클립의 제1,2수직지지패널이 각각 볼트/너트에 의해 고정될 경우, 제1클립의 제1수평패널(52)은 돌출된 부분이 제2클립의 제2수직패널(61) 상측에 직교하며 접하게 되고, 제2클립의 제2수평패널(62)은 제1클립의 제1수직패널(51) 하측에 직교하며 접하게 되며, 제1클립의 제1수직장홈(53)과 제2클립의 제2수직장홈(63)은 상하방향으로 관통되어지도록 배치되게 된다.
이와 같이 제1,2클립(50,60)이 설치된 상태에서, 제1클립의 제1수직장홈(53)을 통해 제2클립의 제2수직장홈(63) 방향으로 쇄기형 결합대(70)가 삽입되어지면, 제1클립의 제1수직장홈 일측에 쇄기형 결합대의 일측이 접촉되고, 제2클립의 제2수직장홈 타측에 쇄기형 결합대의 타측이 접촉되어지면서, 쇄기형 결합대의 하강이동이 이루어지게 되어, 제1,2클립(50,60)가 밀착결합되어지게 된다. 즉, 제1클립이 설치된 일측 난형관거 배수구조물과 제2클립이 설치된 타측 난형관거 배수구조물이 밀착결합되어지게 된다.
상기와 같은 제1,2클립과 쇄기형 결합대(70)의 구조 및 결합에 의해 회전식 클립을 포함하는 종래 클립방식의 문제점 즉, 침하현상으로 인하여, 일측 난형관거 배수구조물과 이에 인접하는 또다른 난형관거 배수구조물간에, 단차가 발생되는 현상이 방지되면서, 난형관거 배수구조물간의 밀착결합이 이루어지게 된다.
또한, 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물(100)은 클립 뿐 아니라, 강선에 의해 기계적으로 연결되어질 수 있으며, 상기 강선에 의한 배수구조물의 연결은 공지의 기술이므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
또한, 상기 난형관거 배수구조물 설치단계는, 난형관거 배수구조물이 접촉되는 지반 즉, 도로포장 또는, 보도블럭 또는, 지표면 보다 낮게 단차를 구비하도록 설치되어, 집수효율이 높아지도록 되어 있다.
도 12 의 (a)는 지반이 연약한 경우에 인케이스먼트 보호콘크리트(400)가 접촉지반에 단차를 구비하도록 설치된 상태를 도시한 것으로, 난형관거 배수구조물(100)과 접속되는 보도블록층(300a)과 도로포장층(300) 등의 경계지점에 난형관거 배수구조물(100)이 안착될 수 있도록 보호콘크리트(400)가 타설되어 있다.
이때, 상기 보호콘크리트(400)는 기초지반에 하부콘크리트(405)가 우선 타설되고, 상기 하부콘크리트(405)에 난형관거 배수구조물(100)이 설계기면에 따라 일렬로 복수개가 설치된 다음, 보호콘크리트의 측부콘크리트 상면(420)이 난형관거 배수구조물의 상면(101)보다 약간 높게 위치하도록 즉, 난형관거 배수구조물의 상면(101)과 보호콘크리트의 측부콘크리트 상면(420)이 단차를 구비하도록 보호콘크리트의 측부콘크리트(410)이 타설 양생된다.
상기와 같이 보호콘크리트(400)가 타설양생되면, 보호콘크리트 측부콘크리트(410)와 동일한 높이를 구비하도록 되메우기 한 후, 보도블록층(300a) 및 도로포장층(300)이 시공되어, 난형관거 배수구조물이 이에 접촉되는 지반(도로포장 또는, 보도블럭 또는, 지표면)과 단차를 구비하며 설치되게 된다.
이와 같이 보호콘크리트(400)내에 난형관거 배수구조물(100)이 안착설치될 경우, 난형관거 배수구조물(100)의 지지력이 향상되어질 뿐 아니라, 보호콘크리트(400)로 인해 난형관거 배수구조물(100)의 손상이 방지되게 된다. 미설명부호 301 은 신축이음이다.
도 12 의 (b)도는 기초지반이 양호한 경우에, 레벨링 모래층 의해 난형관거 배수구조물이 지반과 단차를 구비하도록 설치된 상태를 도시한 것으로, 난형관거 배수구조물이 설치되는 기초지반에 통상적으로 시공하는 것과 같이 잡석다짐이나 버림콘크리트 등 지반강화층(600)이 시공되고, 상기 지반강화층 상면에 일정두께의 레벨링 모래층(500)이 포설되며, 난형관거 배수구조물이 이에 접촉되는 지반(도로포장 또는, 보도블럭 또는, 지표면) 보다 다소 낮게 위치하도록 레벨링 모래층의 높이가 조정된 다음, 난형관거 배수구조물이 난형관거 배수구조물(100)이 설계기면에 따라 일렬로 복수개가 설치된다.
상기와 같이 난형관거 배수구조물(100)이 설치되면, 그 주위가 되메우기 된 후, 보도블록층(300a) 및 도로포장층(300)이 시공되어, 난형관거 배수구조물이 이에 접촉되는 지반(도로포장 또는, 보도블럭 또는, 지표면)과 단차를 구비하며 설치되게 된다. 즉, 상기 난형관거 배수구조물 상면보다 지반(도로포장 또는, 보도블럭 또는, 지표면)이 다소 높게 시공된다.
이와 같이, 본 발명은 접속지표면과 난형관거 배수구조물의 상면(101)이 높이차를 구비하도록 되어 있어, 노면수가 신속하게 난형관거 배수구조물(100)의 집수슬릿홀(140)로 이동되어지게 되므로 집수효율이 향상된다.
도 13 은 본 발명에 따른 난형관거 배수구조물의 수리특성곡선을 보인 예시도를 도시한 것으로, ｉ= 0.3% (구배 0.3%)에서의 수리특성곡선 즉, 본 발명에 따른 난형관거와 종래의 일반 계란형관거 및 종래 난형관거에 대한 저수심비에서의 수리특성 즉, 수심비별 유량(Q) 과 유속(V) 관계가 도시되어 있다.
도 13 의 유속비 분석결과는 종래 일반 계란형관거의 수심비에 따른 동일 유량을 기준으로 하여, 본 발명 난형관거와 종래 일반 계란형관거 및 종래 난형관거에 대한 유속을 살펴본 결과로서,
수심비별 동일한 유량을 기준으로 할 경우, 본 발명 난형관거는 종래 일반 계란형관거 및 난형관거에 비하여 수심비 1.0%에서의 유속은 1.25배 및 1.11배 정도 증가하고, 수심비 2.0%에서는 1.10 배 및 1.04 배 정도 증가함을 알 수 있다.
본 발명 난형관거는 수심비 5.0%에서의 유속이 종래 일반 계란형관거에 비하여 1.02배 증가하고, 종래 난형관거의 유속과는 유사한 관계임을 알 수 있으며, 본 발명 난형관거의 유속과 종래 일반 계란형 관거의 유속이 유사한 수심비는 7.5% 정도임을 알 수 있다.
상기에서 동일한 유량의 수심비로 유속을 비교하는 것은 관로의 유역면적 상에서 유츌되는 강수량이나 하수량이 동일하게 관로에서 유출되기 때문에, 동일한 유량에 대해 관거별 등가 수심비의 유속을 비교하게 된다.
이와 같이, 본 발명 난형관거는 강수량이나 하수량이 작아 낮은 수심비에서 유출되는 경우, 종래 일반 계란형관거 및 난형관거에 비해 유속이 빠름을 확인하였다. 특히, 우리나라의 일일 평균 강수량이 약 5.0 ㎜ 이하가 대부분으로, 이 강수량은 관거 설계를 위한 설계강우강도 약 150∼180mm에 대해서, 관거의 수심비가 약 3.3∼2.5% 정도에 해당됨을 고려할 경우, 본 발명은 일일 평균 강수량이 약 5.0 ㎜ 이하에서, 종래 계란형 관거에 비해서 현저하게 더 빠른 유속을 구비하고 있고, 종래 난형관거에 비해서도 유속이 빠름을 확인을 통해, 세정력 강화에 의한 퇴적물 최소로 청소횟수 감소 등 유지관리 측면에서 아주 우수한 효과가 있음과 더불어 우리나라 강수특성에도 가정 최적의 관거임을 알 수 있다.
[표1]
Figure 112019134309318-pat00013
상기 [표1]은 반경 또는 반폭원 R = 150(㎜), 구배 ｉ= 0.3% 에 대한 수심비별 유량(Ｑ)과 유속(V)를 나타낸 것이며, 상기 종래 난형관거는 본 발명의 출원인이 등록받은 특허등록 10-0715823 호에 따른 관거내외 원점으로 하는 다심원과 복합곡선으로 이루어진 난형관거 배수구조물이고, 일반 계란형 관거는 관거내외 원점으로 하는 다심원으로 이루어진 종래 이론적으로 사용되어지고 있는 일반적인 계란형 관거를 의미한다.
구배 ｉ가 0.3%인 경우, 본 발명의 난형관거 통수 유량은 0.10603m3/sec 이고, 종래 일반 계란형관거 통수 유량은 0.1010m3/sec 이며, 종래 난형관거 통수 유량은 0.1013m3/sec 으로서, 본 발명의 난형관거 통수 유량이 종래 일반 계란형관거 및 난형관거에 비해서 약 1.05배 상승하여, 통수 유량도 보다 많아지게 되므로, 통수 유량 측면에서도 효과가 우수함을 알 수 있다.
또한, 상기 만류시의 유량과 동일한 수심비가 본 발명 난형관거인 경우는 약 87.8% 이고, 종래 일반 계란형관거는 86.5% 이며, 종래 난형관거는 87.0%으로서, 이 수심비 상승에 따라서도 본 발명의 통수 유량이 증가됨을 알 수 있다.
종래 난형관거나 종래 일반 계란형관거의 관거 중심이 위치하는 수심비가 60∼67％를 기준으로 하는 바, 상기 관거들은 상기 원점을 기준으로 상부단면은 폭이 감소하는 곡선을 갖게 되므로서 면적이 감소하게 되어 통수 유량의 증가 비율이 수심비가 상승할수록 저하함을 알 수 있다. 그에 비하여 본 발명의 난형관거는 관거 중심이 위치하는 수심비가 75％를 기준으로 하는 바, 상기 종래 관거 중심의 수심비이상에서도 면적의 증가로 통수 유량의 증가 비율이 수심비가 상승할수록 더 증가함을 알 수 있다.
상기에서와 같이, 본 발명은 고수심비에서 종래의 난형 관거에 비해 약 1.05 배의 유량증가 즉, 뉴그린 및 일반 난형 관거에 비해 우수한 유량 수송능력을 구비하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 유량 수송능력의 향상은 관거단면이 한정(높이 및 폭)되어 있음을 고려할 경우, 현저한 차이임을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 난형관거 배수구조물(100)은 무근 콘크리트, 철근 콘크리트, 폴리모 콘크리트 및 수지 등에 의해 제작될 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
(10) : 난형관거단면 (20) : 상부관거단면
(21) : 상측관거곡률 (30) : 하부관거단면
(31) : 하측관거곡률 (32) : 연장선
(34) : 하측접점 (36) : 상측접점
(40) : 강결클립 (50) : 제1클립
(51) : 제1수직패널 (52) : 제1수평패널
(53) : 제1수직장홈 (60) : 제2클립
(61) : 제2수직패널 (62) : 제2수평패널
(63) : 제2수직장홈 (70) : 쇄기형 결합대
(100): 난형관거 배수구조물 (100a): 난형측구관거
(101) : 측구 (110) : 관거홀
(111) : 관거홀 하단 (115) : 슬라이딩홈
(116) : 타이빔 (117) : 연석설치홈
(120`): 침투홀 (120) : 배수홀
(130) : 용수용 유공홀 (140) : 집수슬릿홀
(150) : 배수로 (300) : 도로포장층
(300a) : 보도포장층 (310) : 여과통
(400) : 보호콘크리트 (500) : 레벨링모래층
(600) : 지반강화층

Claims (15)

  1. 관거단면 높이가 3R로 이루어지고 관거단면 폭이 2R로 이루어진 관거홀(110)을 구비한 난형관거 배수구조물(100)에 있어서;
    관거홀(110)의 난형관거단면(10)은, 관거 내 한 원점 O를 중심으로 폭방향을 X 축으로 하고, 높이방향을 Y 축으로 하여, 상기 원점 O를 기점으로 한 X축 상에 상측인 상부관거단면(20)과 하측인 하부관거단면(30)으로 이루어지되,
    상부관거단면(20)은, 폭방향 X 축을 장축으로 하여 그 길이가 a 이고, 높이 방향 Y축을 단축으로 하여 그 길이가 b1 으로 구성되는 타원방정식이 좌우측 대칭 쌍으로 이루어지고,
    하부관거단면(30)은, 폭방향 X 축을 단축으로 하여 그 길이가 a 이고, 높이 방향 Y축을 장축으로 하여 그 길이가 b2 로 구성되는 타원방정식이 좌우측 대칭 쌍으로 이루어지며,
    상기 상부관거단면(20)의 타원방정식과 하부관거단면(30)의 또 다른 타원방정식이 하나의 중점(중심)으로 이루어지고, X축 상의 타원방정식 분모상수 a가 동일하게 형성되어, 원점 O 를 기점으로 한 X축과 교차하는 접점과 일치되고, 하나의 관 내 원점과 최소 2개 곡률로서 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물.
  2. 청구항 1 에 있어서;
    상부관거단면(20)은, 관거중심인 원점(O) 상측에 위치하는 단면으로 이루어지며, Ｘ축 상측에 위치된 상측관거곡률(21)은 X축 방향 장축의 길이 a 를 분모상수로 하고, Y축 방향 단축의 길이 b1을 분모상수로 하는 타원방정식인 타원형 곡률이 구비되도록 형성되고,
    하부관거단면(30)은, 관거중심인 원점(O) 하측에 위치하는 단면으로 이루어지며, Ｘ축 하측에 위치된 관거홀 하측관거곡률(31)은, X 축 방향 단축의 길이 a 를 분모상수로 하여, 상측관거곡률(21)을 이루는 X축 장축 길이 a와 일치되고, Y 축 방향을 장축의 길이 b2 를 분모상수로 하는 타원방정식에 따른 타원형 곡률이 구비되도록 형성되며,
    상부관거단면(20)과 상기 하부관거단면(30)은 아래 [수식1]로 표현되는 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물.
    [수식1]
    상부관거단면 :
    Figure 112019134309318-pat00014

    하부관거단면 :
    Figure 112019134309318-pat00015

  3. 청구항 1 에 있어서;
    관거홀의 하부관거단면(30)의 하단은,
    하부관거단면(30)을 이루는 곡률인 타원방정식 좌표 중, 5mm 강우강도에 대한 설계 강우강도 비 관련 수심비에 해당하는 수심비 3.3∼2.5% 와 교차되는 타원방정식의 접점(34)에서 접선방향을 따라 Y축까지 연장되어 상호 연결되어지는 한쌍의 연장선(32)을 통해, 'Ｖ'자 형상으로 형성되도록 구성된 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 에 있어서;
    난형관거 배수구조물(100)은,
    관거홀(110)의 지하수 보존을 위한, 하나 이상의 침투홀(120) 또는, 누수수의 유도를 위한 복수의 배수홀(120) 또는, 지하수 상승시나 포장층 포화시에 포장구조나 지반의 약화를 방지하기 위한 용수용 유공홀(130)이 관거홀(110)과 연통되도록 구비된 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물.
  6. 청구항 1 에 있어서;
    난형관거 배수구조물(100)은, 상면이 유역면적 내의 강수를 표면에서 배수 및 집수로를 겸하는 측구(101)와 일체로 이루어지고, 노면수가 난형관거 내로 배수되도록 하나 이상의 연속 집수슬릿홀(140)이 타이빔(116)이 구비되도록 관거홀(110) 상측과 연통되어지도록 형성되되,
    집수슬릿홀(140)이 구비된 측구(101) 상면은, 집수슬릿홀(140) 방향으로 소정의 구배를 구비하도록 형성되어, 노면수의 집수가 원활하게 이루어지도록 형성된 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물.
  7. 청구항 1 에 있어서;
    난형관거 배수구조물(100)은, 양단 측 벽판에, 한 측의 벽판에는 관거홀 주변을 따라 철(
    Figure 112020048199041-pat00016
    ) 전단키(160)를, 다른 측의 벽판에는 철(
    Figure 112020048199041-pat00017
    ) 전단키(160)에 대응하도록 요(
    Figure 112020048199041-pat00018
    ) 전단키홈(170)이 더 형성되어,
    난형관거 배수구조물의 연결시, 철(
    Figure 112020048199041-pat00019
    ) 전단키(160)와 요(
    Figure 112020048199041-pat00020
    ) 전단키홈(170)의 암수결합에 의해, 일측 난형관거 배수구조물의 관거홀과 이에 인접하는 또다른 난형관거 배수구조물의 관거홀이 정확하게 연결되는 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물.
  8. 청구항 1 에 있어서;
    난형관거 배수구조물(100)의 난형측구관거(100a)는, 상면에 측구(101)에 관거홀(110)과 연통되지 않는 별도의 배수로(150)가 더 형성된 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물.
  9. 청구항 1,2,3,5,6,7,8 중 어느 한 항에 있어서;
    난형관거 배수구조물(100)은 관거, 측구관거, 노면겸용 관거, 보차도 설치용 노면관거, 터널형 관거 중 선택된 하나 인 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물.
  10. 청구항 1,2,3,5,6,7,8 중 어느 한 항에 있어서;
    난형관거 배수구조물(100)은 무근 콘크리트, 철근 콘크리트, 폴리머 콘크리트 및 수지 중 선택된 하나에 의해 제작된 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물.
  11. 난형관거 배수구조물이 타설/성형되는 난형관거 배수구조물 성형단계;
    난형관거 배수구조물이 설치위치로 이송운반되는 난형관거 배수구조물 운반단계;
    설치위치의 지면을 터파기하고 기초지반을 시공하는 기초단계;
    기초지반에 복수의 난형관거 배수구조물이 연결설치되는 난형관거 배수구조물 설치단계;
    난형관거 배수구조물 설치단계 후, 배수구조물이 지중에 매립되어지거나, 배수구조물의 상면이 외부로 노출되어지도록 난형관거 배수구조물의 주변이 정리되는 정리단계;를 포함하되,
    상기 난형관거 배수구조물 설치단계는,
    지반이 연약할 경우, 기초지반에 보호콘크리트의 하단콘크리트(405)가 타설되고, 하단콘크리트(405)에 난형관거 배수구조물(100)가 배치되어 클립에 의해 조립설치되며, 보호콘크리트의 측부콘크리트 상면(420)이 난형관거 배수구조물(100)의 상면(101) 보다 높도록 보호콘크리트의 측부콘크리트(410)가 타설되어 양생되고,
    지반이 연약하지 않을 경우, 기초지반에 지반강화층(600)이 시공되고, 난형관거 배수구조물의 상면(101)이 도로포장층(300)보다 낮게 위치하도록 지반강화층 상면에 레베링 모래층(500)의 두께가 조정 포설되며, 레벨링 모래층(500)에 난형관거 배수구조물(100)가 배치되어 클립에 의해 조립설치되는 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물 시공방법.
  12. 청구항 11 에 있어서;
    배수구조물 성형단계는, 관거단면 높이가 3R로 이루어지고 관거단면 폭이 2R로 이루어진 관거홀(110)을 구비한 난형관거 배수구조물(100)에 있어서;
    상기 관거홀(110)의 난형관거단면(10)은 관거 내 한 원점 O를 중심으로 폭방향을 X 축으로 하고, 높이방향을 Y 축으로 하여, 상기 원점 O를 기점으로 한 X축 상에 상측인 상부관거단면(20)과 하측인 하부관거단면(30)으로 이루어지되,
    상부관거단면(20)은 폭방향 X 축을 장축으로 하여 그 길이가 a 이고, 높이 방향 Y축을 단축으로 하여 그 길이가 b1 로 구성되는 타원방정식이 좌우측 대칭 쌍으로 이루어지고,
    하부관거단면(30)은 폭방향 X 축을 단축으로 하여 그 길이가 a 이고, 높이 방향 Y축을 장축으로 하여 그 길이가 b2 로 구성되는 타원방정식이 좌우측 대칭 쌍으로 이루어지며,
    상기 상부관거단면(20)의 타원방정식과 하부관거단면(30)의 또 다른 타원방정식은 하나의 중점(중심)을 구비하고,
    X축 상의 타원방정식 분모상수 a가 동일하게 형성됨으로써, 상기 원점 O를 기점으로 한 X축과 교차하는 접점과 일치하게 될 뿐 아니라, 원형관거와 같이 하나의 관 내 원점과 최소 2개 곡률로서 난형관거가 형성되도록 거푸집 장치에 의해 난형관거 배수구조물이 타설성형 및 양생된 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물 시공방법.
  13. 청구항 11 에 있어서;
    난형관거 배수구조물 성형단계는, 관거홀(110)의 크기는 동일하게 유지되면서
    상부두께(ｔ,ｔ′,ｔ″, 측구 상면에서 관거홀 내면까지의 두께)만 차이가 나도록 성형되는 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물 시공방법.
  14. 청구항 11 에 있어서;
    클립은 강결클립(40)으로 이루어지고,
    강결클립(40)은, 일측 난형관거 배수구조물에 고정설치되는 제1클립(50)와, 타측 난형관거 배수구조물에 고정설치되는 제2클립(60)와, 제1,2클립에 수직 결합되어 제1,2클립을 일체로 결합시키는 쇄기형 결합대(70)를 포함하되,
    상기 제1클립(50)은 난형관거 배수구조물(100)에 볼트체결되어 고정설치되는 제1수직패널(51)과, 제1수직패널(51)에 직교하도록 제1수직패널(51)의 상측에 일체로 돌출형성된 제1수평패널(52)을 포함하고,
    상기 제2클립(60)은 난형관거 배수구조물에 볼트체결되어 고정설치되는 제2수직패널(61)과, 제2수직패널(61)에 직교하도록 제2수직패널(61)의 하측에 일체로 돌출형성된 제2수평패널(62)을 포함하며,
    상기 제1수평패널(52)에는 제1수직장홈(53)이 관통 형성되고, 상기 제2수평패널(62)에는 제2수직장홈(63)이 관통 형성된 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물 시공방법.
  15. 청구항 14 에 있어서;
    제1수평패널(52)은 길이(Ｌ2)가, 제1수직패널의 길이(Ｌ1) 보다 더 길도록 형성되고, 제2수평패널(62)은 길이(Ｌ4)가, 제2수직패널의 길이(Ｌ3) 보다 더 길도록 형성되어,
    상기 제1,2수평패널이 이웃하도록 배치된 2개의 난형관거 배수구조물에 고정설치될 시, 제1클립의 제1수평패널(52)이 제2클립의 제2수직패널(61)에 접촉되고, 제2클립의 제2수평패널(62)이 제1클립의 제1수직패널(51)에 접촉되어지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 난형관거 배수구조물 시공방법.
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