KR102130612B1 - 세트화된 골조유닛을 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 세트화된 골조유닛을 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트에 관한 것으로서, 터널 벽(lining)을 형성하는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트에 있어서, 제1 설정곡률반경을 갖는 내주면과, 상기 제1 설정곡률반경보다 큰 제2 설정곡률반경을 갖는 외주면과, 상기 내주면과 상기 외주면을 연결하는 측면들을 포함하며, 콘크리트로 형성되는 세그먼트 몸체; 상기 세그먼트 몸체의 폭 방향을 따라 적어도 하나 이상 배치되는 동시에 상기 세그먼트 몸체의 길이방향을 따라 적어도 하나 이상 배치되되, 상기 세그먼트 몸체의 내부에 매립되어 상기 외주면에 작용하는 인장력에 저항하여 상기 외주면의 휨 모멘트에 의한 균열의 발생을 방지하는 세트화된 트러스거더를 포함하며, 상기 세트화된 트러스거더는, 상기 제1 설정곡률반경보다는 크고 상기 제2 설정곡률반경보다 작은 제3 설정곡률반경을 갖도록 구부러져 형성되되, 상기 내주면으로부터 상기 외주면을 향해 설정 거리 이격되어 배치되는 제1 주근; 상기 제2 설정곡률반경보다 작고 상기 제3 설정 곡률반경보다 큰 제4 설정곡률반경을 갖도록 구부러져 형성되되 상기 제1 주근으로부터 상기 외주면을 향해 설정거리 이격되어 배치되며, 상기 제1 주근을 기준으로 설정 거리 이격되어 상호 대칭으로 마주하는 한 쌍의 제2 주근들; 상기 제1 주근과 어느 하나의 상기 제2 주근, 상기 제1 주근과 다른 하나의 상기 제2 주근을 각각 연결하되, 상기 제1 주근 및 상기 제2 주근들의 길이방향을 따라 길게 연장 형성되는 래티스를 포함한다.

Description

세트화된 골조유닛을 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트{Precast concrete segments using the framing unit set}

본 발명은 세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 현장에서 시공하지 않고 공장에서 미리 제작되어 터널 벽(lining)을 형성할 수 있는 세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트에 관한 것이다.

일반적으로 TBM 장비를 이용하여 터널 굴착 시, 프리캐스트 콘크리트 세그먼트는 공장에서 제작한 후 현장에서 조립하는 것으로서, 현장에서 발생되는 소음 및 민원 발생을 줄이고, 작업 시간을 단축하여 공기의 단축을 가능하게 한다.

종래의 프리캐스트 콘크리트 세그먼트는 도 1a에 도시된 바와 같이, 길이 방향 및 폭 방향으로 상호 이격되어 배치되는 복수 개의 철근(3, 5)들이 서로 엮어져 배근되면, 이들이 매립되도록 콘크리트를 타설하여 몸체(1)가 제작한다. 이렇게 제작되는 종래의 프리캐스트 콘크리트 세그먼트는 전술한 바와 같이 복수 개의 철근(3,5)들을 제작하고자 하는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 형태로 배근해야 때문에 상당히 많은 양의 철근이 소모되는 단점과, 이로 인해 비용이 증가하는 단점을 가졌다.

또한, 별도의 지그가 필요하고 철근의 접합부를 작업자가 일일이 용접해야 하기 때문에 많은 인건비가 발생하는 단점을 가졌으며, 많은 양의 철근이 소모됨에도 불구하고 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 전단력에 효과적으로 저항하지 못하는 단점을 갖는다. 또한, 이렇게 제작된 프리캐스트 콘크리트 세그먼트는 복수 개가 연속적으로 배치될 때, 이웃하는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 연결하기 위해 별도의 연결유닛이 더 필요하였다.

프리캐스트 콘크리트 세그먼트는 전력구, 가스관, 발전소 취배수, 지하철 등과 같은 터널을 시공하는데 많이 적용이 되는데, 이러한 터널을 시공하는데 사용되는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트는 곡률을 가지며 각각의 세그먼트가 조립 시공 완료되면, 완벽한 원 형태의 구조물을 형성하게 된다.

도 1b에는 곡률을 갖는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트와 이를 보강하는 골조유닛에 대한 단면도가 도시되어 있다. 그런데 도 1a 및 도 1b를 참조하는 바와 같이, 곡률을 갖는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트는 내주면이 압축력(A)이 작용하고 외주면에 인장력(B)이 작용하는데, 특히 인장력(B)이 작용하는 외주면에 인장력(B)으로 인한 휨 모멘트가 작용한다. 그렇기 때문에 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 호 방향 양 측 상부(C)가 균열에 취약해지는 문제점이 있으며, 따라서 외주면에 대한 보강이 더 필요하다.

한국등록특허 제10-1139058호

본 발명은 현장에서 거푸집을 설치하여 콘크리트를 타설 시공하지 않고 공장에서 미리 제작되어 터널 벽(lining)을 형성할 수 있는 콘크리트 세그먼트를 제작하되, 콘크리트 세그먼트 내부에 역삼각형 단면의 세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 제공하여 공사기간 단축과 시공성 및 경제성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 개착식 터널 또는 TBM(Tunnel Boring machine) 공법을 이용한 터널 굴착 시, 터널 벽(lining)을 형성하는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트에 있어서, 제1 설정곡률반경을 갖는 내주면과, 상기 제1 설정곡률반경보다 큰 제2 설정곡률반경을 갖는 외주면과, 상기 내주면과 상기 외주면을 연결하는 측면들을 포함하며, 콘크리트로 형성되는 세그먼트 몸체; 상기 세그먼트 몸체의 폭 방향을 따라 적어도 하나 이상 배치되는 동시에 상기 세그먼트 몸체의 길이방향을 따라 적어도 하나 이상 배치되되, 상기 세그먼트 몸체의 내부에 매립되어 상기 외주면에 작용하는 인장력에 저항하여 상기 외주면의 휨 모멘트에 의한 균열의 발생을 방지하는 세트화된 트러스거더를 포함하며, 상기 세트화된 트러스거더는, 상기 제1 설정곡률반경보다는 크고 상기 제2 설정곡률반경보다 작은 제3 설정곡률반경을 갖도록 구부러져 형성되되, 상기 내주면으로부터 상기 외주면을 향해 설정 거리 이격되어 배치되는 제1 주근; 상기 제2 설정곡률반경보다 작고 상기 제3 설정 곡률반경보다 큰 제4 설정곡률반경을 갖도록 구부러져 형성되되 상기 제1 주근으로부터 상기 외주면을 향해 설정거리 이격되어 배치되며, 상기 제1 주근을 기준으로 설정 거리 이격되어 상호 대칭으로 마주하는 한 쌍의 제2 주근들; 상기 제1 주근과 어느 하나의 상기 제2 주근, 상기 제1 주근과 다른 하나의 상기 제2 주근을 각각 연결하되, 상기 제1 주근 및 상기 제2 주근들의 길이방향을 따라 길게 연장 형성되는 래티스를 포함하고, 상기 제1 주근 및 상기 제2 주근들이 형성하는 상기 세그먼트 몸체의 폭 방향과 나란한 가상의 단면이 역삼각형 형상인 세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 제공한다.

본 발명에 따른 세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 세트화된 트러스 거더는 세그먼트 몸체의 폭 방향과 나란한 단면이 역삼각형의 형태로 형성된다. 즉, 세그먼트 몸체 외주면과 가까이 배치되는 제2 주근들이 세그먼트 몸체의 내주면 가까이에 배치되는 제1 주근들보다 더 좁은 간격으로 더 많이 배치되기 때문에 세그먼트 몸체의 외주면에 작용하는 인장력으로 인해서 발생되는 휨 모멘트에 저항하여 세그먼트 몸체 외주면의 균열 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.

둘째, 철근의 사용량이 감소되면서 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 중량을 감소시킬 수 있으면서도, 경사부들을 갖는 래티스에 의해 전단력에 대한 저항력을 증가(약 20% 이상)시킬 수 있어 구조적으로 더욱 안전한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 제작할 수 있다.

셋째, 철근의 사용량이 감소되므로 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 제작하는 비용을 획기적으로 절감시키는 효과를 가질 수 있다.

넷째, 트러스거더는 별도의 공장에서 일체로 제작 후 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 제작 시 사용되므로 용접 및 가공비용, 제작기간을 획기적으로 줄이는 효과를 가질 수 있다.

다섯째, 구조적으로는 제1 주근과 제2 주근 사이 경사부 래티스와의 다우웰 작용으로 외부 충격 발생 시 연성거동을 극대화 하게 된다. 연성거동은 내진성능에 주요한 인자로 작용하여, 지진과 같은 외부 하중 발생 시 효과적인 저항성능을 가질 수 있다.

도 1a는 종래의 세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 구조가 도시된 부분 단면 사시도이며, 도 1b는 종래의 다른 실시예에 따른 세트화된 트러스거더가 적용된 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 단면이 도시된 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 구조가 도시된 부분 단면 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A`의 단면도이다.
도 4는 도 2에 따른 프리캐스트 콘크리트 세그먼트가 연속 배치된 구조가 도시된 사시도이다.
도 5는 도 2에 따른 세트화된 트러스거더의 일부가 도시된 사시도이다.
도 6은 다른 실시 형태에 따른 트러스거더가 도시된 사시도이다.
도 7은 도 6에 따른 트러스거더가 매립된 세그먼트의 구조가 도시된 단면도이다.
도 8은 또 다른 실시 형태에 따른 트러스거더가 도시된 정면도이다.
도 9는 도 8에 따른 트러스거더를 이용한 또 다른 실시 형태가 도시된 정면도이다.
도 10은 또 다른 실시 형태에 따른 트러스거더가 도시된 사시도이다.
도 11은 터널 벽을 형성하기 위해 도 2에 따른 세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트들이 결합된 상태가 도시된 단면도이다.
도 12는 도 11에 따라 프리캐스트 세트화된 트러스거더를 적용한 콘크리트 세그먼트들이 결합된 상태가 도시된 사시도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 구조가 도시된 부분 단면 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 제작과정 일부가 도시된 사시도이다.
도 15는 도 14에 의해 제작된 세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트가 도시된 부분 사시도이다.

도 2 내지 도 13에는 본 발명에 따른 세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(이하, 프리캐스트 콘크리트 세그먼트)에 대해 도시되어 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트 세그먼트는 개착식 터널 또는 TBM(Tunnel Boring machine) 공법을 이용하여 전력구, 가스관, 발전소 취배수, 지하철 등과 같은 터널 굴착과 동시에 터널 벽(lining)을 형성하기 위해 공장에서 분할 제작되어 현장으로 이송 후, 현장에서 하나의 링(ring)으로 조립하여 터널 벽을 형성하기 위한 것이다. 따라서 이하의 설명에서는 설정 곡률을 갖는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트로 한정하여 설명한다.

먼저, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 설명하면 다음과 같다. 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)는 세그먼트 몸체(100), 트러스거더(300)를 포함한다.

상기 세그먼트 몸체(100)는 콘크리트로 형성된다. 상기 세그먼트 몸체(100)는 제1 설정곡률반경(R1, 도 9 참조)을 갖는 내주면(110)과, 상기 제1 설정곡률반경(R1)보다 큰 제2 설정곡률반경(R2, 도 9 참조)을 갖는 외주면(120)과, 상기 내주면(110)과 상기 외주면(120)을 연결하는 측면들을 포함한다. 여기서 상기 측면들은 전면(130), 후면(140), 좌측면(150) 및 우측면(160)을 포함한다. 따라서 상기 세그먼트 몸체(100)는 곡률을 갖는 직육면체의 형태로 형성된다.

상기 트러스거더(300)는 상기 세그먼트 몸체(100)의 폭 방향 및 길이 방향을 따라 하나 또는 복수 개 배치되며, 상기 세그먼트 몸체(100)의 내부에 매립된다. 전술한 바와 같은 상기 세그먼트 몸체(100)는 상기 내주면(110)은 압축력이 작용하고, 상기 외주면(120)은 인장력이 작용한다. 특히, 상기 외주면(120)은 인장력에 의해 휨 모멘트가 발생하기 때문에 상기 세그먼트 몸체(100)의 폭 방향 양 측 상부가 균열에 취약하다.

따라서 상기 세그먼트 몸체(100)의 내부에 매립된 상기 트러스거더(300)는 상기 내주면(110)에 작용하는 압축력에 저항하고, 상기 외주면(120)에 작용하는 인장력에 저항한다.

본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 세그먼트 몸체(100)에 4개의 상기 트러스거더(300)들이 상호 이격되어 배치되어 구비되는 것을 예로 들어 설명한다.

상기 트러스거더(300)를 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 트러스거더(300)는 제1 주근(310), 제2 주근(330)들, 래티스(320)들 및 결합 플레이트(350)들을 포함한다.

상기 트러스거더(300)는 상기 제1 주근(310), 상기 제2 주근(330)들, 상기 래티스(320) 및 상기 결합 플레이트(350)가 일체로 제작되어 세트(set)화된 상태로 공급된다. 즉, 별도의 공장에서 세트화된 상기 트러스거더(300)가 제작되어 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(100)를 제작하는 공장으로 공급되고, 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 제작하기 위한 거푸집(200)에 안착하기만 하면 된다.

상기 제1 주근(310)은 상기 제1 설정곡률반경(R1)보다는 크고 상기 제2 설정곡률반경(R2)보다는 작은 제3 설정곡률반경(R3, 도 9 참조)을 갖도록 구부러져 형성된다. 이와 같은 상기 제1 주근(310)은 상기 내주면(110)으로부터 상기 외주면(120)을 향해 설정 거리 이격되어 배치된다.

상기 제2 주근(330)은 상기 제2 설정곡률반경(R2)보다 작고 상기 제3 설정곡률반경(R3)보다는 큰 제4 설정곡률반경(R4, 도 9 참조)을 갖도록 구부러져 형성된다. 상기 제2 주근(330)은 상기 제1 주근(310)으로부터 상기 외주면(120)을 향해 설정 거리 이격되어 배치되며, 상기 제1 주근(310)을 기준으로 설정 거리 이격되어 상호 대칭으로 마주하는 한 쌍으로 구비된다.

따라서 상기 트러스거더(300)의 상기 제1 주근(310) 및 상기 제2 주근(330)들이 형성하는 상기 세그먼트 몸체(100)의 폭 방향과 나란한 가상의 단면은 역삼각형 형상이다.

전술한 바와 같이, 상기 세그먼트 몸체(100)는 상기 내주면(110)에 압축력이 작용하고 상기 외주면(120)에 인장력이 작용하기 때문에 상기 내주면(110) 측에 비해 상기 외주면(120) 측에 더 많은 보강이 필요하다.

상기 세그먼트 몸체(100)의 폭 방향으로 상기 트러스거더(300)가 복수 개 구비될 때, 본 실시예에서는 상기 트러스거더(300)의 상기 제1 주근(310) 및 상기 제2 주근(330)들이 역삼각형의 형상으로 배치되고, 상기 제2 주근(330)들의 사이의 간격이 상기 제1 주근(310)들 사이의 간격보다 더 가깝게 배치된다. 즉, 상기 외주면(120) 측에 상기 제2 주근(330)들이 더 많이 배치되어 상기 외주면(120)에 작용하는 인장력에 저항하여 상기 외주면(120)에 휨 모멘트가 발생하는 것을 방지한다.

상기 래티스(320)는 상기 제1 주근(310)과 하나의 상기 제2 주근(330)을 연결하고, 상기 제1 주근(310)과 다른 하나의 상기 제2 주근(330)을 연결하는 역할을 한다. 일측은 상기 제1 주근(310)에 접하고 타측은 상기 제2 주근(330)에 접하여 용접 등의 방법으로 고정된다.

본 실시예에 따른 상기 래티스(320)를 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 제2 주근(330)에서 상기 제1 주근(310)을 향해 하향 경사지며 상기 제1 주근(310) 및 상기 제2 주근(330)들의 길이방향을 따라 상호 이격되는 복수 개의 제1 경사부(321)들, 이웃하는 상기 제1 경사부(321)들 사이에 배치되며 상기 제1 경사부(321)와 대칭되는 복수 개의 제2 경사부(323)들, 이웃하는 상기 제1 경사부(321)의 상측과 상기 제2 경사부(323)의 상측을 연결하는 상측 절곡부(322) 및 이웃하는 상기 제1 경사부(321)의 하측과 상기 제2 경사부(323)의 하측을 연결하는 하측 절곡부(324)를 포함한다.

상기 제1 경사부(321), 상기 제2 경사부(323), 상기 상측 절곡부(322) 및 상기 하측 절곡부(324)는 'W'자 형상으로 형성되며, 상기 래티스(320)는 'W'자 형상이 연속되어 형성된다.

상기 상측 절곡부(322)와 상기 상측 절곡부(322) 사이의 피치 및 상기 하측 절곡부(324)와 상기 하측 절곡부(324) 사이의 피치는 150 mm 내지 250 mm 이며, 본 실시예에서는 상기 피치가 200mm 인 것을 예로 들어 설명한다.

상기 제1 주근(310)과 상기 제2 주근(330) 사이의 거리는 110 내지 130 mm의 범위 내에서 설정되고, 상기 제2 주근(330)들 사이의 거리는 80 내지 100 mm의 범위 내에서 설정된다. 본 실시예에서는 상기 제1 주근(310)과 상기 제2 주근(330) 사이의 거리가 120 mm이며, 상기 제2 주근(330)들 사이의 거리가 90 mm이다.

한편, 상기 제1 주근(310) 및 상기 제2 주근(330)의 두께는 상기 래티스(320)를 형성하는 철근의 두께보다 더 두껍다. 상기 세그먼트 몸체(100)의 상기 내주면(110)에 작용하는 압축력과 상기 외주면(120)에 작용하는 인장력에 실질적으로 저항하는 것은 상기 제1 주근(310) 및 상기 제2 주근(330)이므로, 상기 래티스(320)를 형성하는 철근보다 더 두꺼운 철근이 사용된다. 그리고 상기 래티스(320)를 형성하는 철근은 상기 제1 주근(310) 및 상기 제2 주근(330)의 두께보다 얇은 두께의 철근을 사용함으로써 상기 트러스거더(300)의 중량을 절감한다.

상기 래티스(320)의 상기 상측 절곡부(322)는 상기 제2 주근(330)에 접하여 용접 등의 방법으로 고정되고, 상기 하측 절곡부(324)는 상기 제1 주근(310)에 접하여 용접 등의 방법으로 고정된다.

상기 결합 플레이트(350)는 상기 제1 주근(310) 및 상기 제2 주근(330)들의 양 단부에 접하여 용접으로 고정된다. 상기 결합 플레이트(350)는 상기 트러스거더(300)가 상기 세그먼트 몸체(100)에 매립될 때, 상기 결합 플레이트(350)의 외측면이 상기 세그먼트 몸체(100)의 길이 방향 측면과 동일면을 형성한다.

따라서 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)가 상기 세그먼트 몸체(100)의 길이 방향을 따라 연속적으로 배치될 때, 이웃하는 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)는 상호 마주하는 상기 결합 플레이트(350)를 체결부재로 체결함으로써 고정된다. 이를 위해 상기 결합 플레이트(350)에는 상기 체결부재가 체결 결합될 수 있는 체결홀(351)이 형성되어 있다.

상기 트러스거더(300)가 상기 세그먼트 몸체(100)의 폭 방향을 따라 상호 이격되어 복수 개 배치될 때, 복수 개의 상기 트러스거더(300)들을 연결하여 고정시킬 수 있도록 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)는 고정철근(200)을 더 포함할 수 있다.

상기 고정철근(200)은 상기 세그먼트 몸체(100)의 폭 방향을 따라 길게 형성되며, 상기 트러스거더(300)의 상기 제2 주근(330)들에 접하여 용접 등의 방법으로 고정된다. 상기 트러스거더(300)에 의하여 상기 세그먼트 몸체(100)의 상기 외주면(120)에 작용하는 인장력에 효과적으로 저항하기 위해서는 상기 제2 주근(330)들 사이의 이격 간격이 균일하게 유지되는 것이 중요하다.

특히, 전술한 바와 같이 상기 세그먼트 몸체(100)의 폭 방향 양 측 상부가 균열에 취약하기 때문에 상기 세그먼트 몸체(100)의 폭 방향 양 측으로부터 상기 제2 주근(330)이 너무 멀리 이격되지 않아야 한다. 전술한 바와 같이, 상기 고정철근(200)으로 상기 트러스거더(300)들을 고정시키면 상기 제2 주근(330)들 사이의 이격 간격을 균일하게 유지할 수 있으며, 상기 세그먼트 몸체(100)의 폭 방향 양측으로부터 상기 제2 주근(330)이 설정 거리 이상 멀리 이격되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 상기 세그먼트 몸체(100)의 폭 방향 양 측 상부의 균열발생을 방지할 수 있다.

또한, 복수 개의 상기 트러스거더(300)가 상기 고정철근(200)에 의해 고정되면, 상기 트러스거더(300)들의 높이가 동일하게 배치되므로 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)의 구조가 더욱 안정될 수 있으며, 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)를 제작할 때에도 상기 트러스거더(300)들과 상기 고정철근(200)이 모듈화되어 공급되므로 제작이 더욱 편리해지는 장점이 있다.

상기 고정철근(200)은 상기 트러스거더(300)의 호 방향을 따라 상호 이격되어 복수 개 구비될 수 있다.

도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 트러스거더의 다른 실시 형태가 도시되어 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 상기 트러스거더(300`)는 도 5에 도시된 상기 트러스거더(300)와 모든 구성 및 형태가 동일하다. 따라서 각 구성의 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 도 6 및 도 7에 도시된 상기 트러스거더(300`)는 상기 래티스(200)들이 상기 제1 주근(310)과 상기 제2 주근(330)의 외측에 접하여 고정된 형태이다.

한편, 도 8에는 상기 트러스거더(300a)의 다른 실시 형태가 도시되어 있다. 상기 트러스거더(300a)는 전술한 일 실시예와 비교하여 상기 래티스(320a)가 상이하다.

도 8을 참조하여 보면, 상기 래티스(320a)는 상기 트러스거더(300a)의 길이 방향을 따라 상호 이격되는 복수 개의 수직부(321a)들, 이웃하는 상기 수직부(321a)들 사이에 배치되는 복수 개의 경사부(323a), 이웃하는 상기 수직부(321a) 상측과 상기 경사부(323a) 상측을 연결하는 상측 절곡부(322a) 및 이웃하는 상기 경사부(323a) 하측과 상기 수직부(321a) 하측을 연결하는 하측 절곡부(324a)를 포함한다.

상기 래티스(320a)는 상기 수직부(321a), 상기 경사부(323a), 상기 상측 절곡부(322a) 및 상기 하측 절곡부(324a)가 'N'형상으로 형성되며, 상기 'N' 형상이 연속된다.

상기 상측 절곡부(322a)와 상기 상측 절곡부(322a) 사이의 피치 및 상기 하측 절곡부(324a)와 상기 하측 절곡부(324a) 사이의 피치는 100 mm 내지 600 mm 이며, 본 실시예에서는 상기 피치가 300mm 인 것을 예로 들어 설명한다. 상기 경사부(323a)의 경사각도는 상기 제1 주근(310) 또는 상기 제2 주근(330)을 기준으로 25° 내지 60°의 각도를 갖는다.

도 9를 참조하여 보는 바와 같이, 상기 트러스거더(300a)에서 상기 래티스(320a)는 상기 트러스거더(300b)의 길이방향을 따라 복수 개 구비될 수 있다. 상기 트러스거더(300b)의 길이방향을 따라 상기 래티스(320a)가 복수 개가 구비될 때, 상기 제1 주근(310) 및 상기 제2 주근(330)들의 길이방향 중심을 기준으로 좌측에 배치되는 상기 래티스(320a)의 상기 경사부(323a) 경사방향과 우측에 배치되는 상기 래티스(320a)의 상기 경사부(323a) 경사방향이 상호 대칭되게 배치된다.

이와 같이 배치되면, 상기 트러스거더(300b)가 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 전단력에 대한 저항력을 보다 다양한 방향에서 보강하여 전단강도가 향상되는 효과를 가질 수 있다.

그러나 도 9와 같은 실시예에 한정되는 것은 아니므로, 상기 래티스(320a)가 복수 개 구비될 때 상기 래티스(320a)들은 상기 경사부(323a)의 경사방향이 모두 동일하도록 배치될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시에 따른 상기 트러스거더(300b)는 도 8을 참조하여 보면, 전술한 실시예와 마찬가지로 제1 주근(310), 제2 주근(330)들 및 래티스(300b)를 포함하지만, 상기 래티스(300b)의 형상이 차이점을 갖는다.

상기 래티스(300b)는 도 8을 참조하는 바와 같이 상기 제1 주근(310) 및 상기 제2 주근(330)들의 길이방향을 따라 상호 이격되는 복수 개의 수직부(321b)들과, 이웃하는 상기 수직부(321b)들의 하측을 연결하는 제1 가로부(322b)들 및 이웃하는 상기 수직부(321b)들의 상측을 연결하는 제2 가로부(323b)들을 포함한다. 이와 같은 구성들을 포함하는 상기 래티스(300b)는 요철 형상으로 형성된다.

도 11 및 도 12에는 터널 벽을 형성하기 위해 프리캐스트 콘크리트 세그먼트들이 결합된 상태가 도시되어 있다. 본 실시예에서는 5개의 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)들이 결합된 것이 예시적으로 도시되어 있다. 전력구용 터널을 시공하는 경우 도 11 및 도 12에서와 같이 5개의 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)들을 결합하여 시공하지만, 지하철과 같이 지름이 큰 터널을 시공하는 경우에는 7개의 프리캐스트 콘크리트 세그먼트들을 결합하여 시공할 수 있다. 즉, 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트들의 사용되는 개수는 시공되는 구조물의 크기에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

한편, 도 12를 참조하여 보면, 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)의 상기 세그먼트 몸체(100) 내측면에는 홈(111, 113)이 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)들이 연결될 때, 상기 결합 플레이트(350)에 형성된 상기 체결홀(351)에 상기 체결부재(미표기)가 관통되면서 결합되는데, 작업자는 상기 홈(111)을 통해 상기 체결부재(미표기)를 상기 체결홀(351)에 관통하여 결합시킬 수 있다. 또한, 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)들이 상기 세그먼트 몸체(100)의 폭 방향을 따라 연속적으로 배치되어 결합될 때에는 작업자가 상기 홈(113)을 통해 상기 체결부재(미표기)를 상기 접합 구조물(170)의 상기 관통홀(171)에 관통시켜 결합시킬 수 있다.

도 13에는 본 발명에 따른 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 13에 도시된 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000a)는 전술한 일 실시예에 따른 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(100)와 대부분의 구성이 동일하므로, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 기재하고 상세한 설명은 생략한다.

도 13에 도시된 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000a)는, 상기 세그먼트 몸체(100), 상기 트러스거더(300), 상기 고정철근(200) 뿐 아니라, 보조 트러스거더(400)를 더 포함한다. 상기 보조 트러스거더(400)도 상기 세그먼트 몸체(100)의 내부에 매립되며, 상기 트러스거더(300)들을 기준으로 상호 대칭으로 배치되어 구비된다. 상기 보조 트러스거더(400)는 제1 보조주근(410), 제2 보조구근(430) 및 상기 래티스(320)를 포함한다.

상기 제1 보조주근(410)은 상기 세그먼트 몸체(100)의 길이 방향을 따라 연장되며, 상기 세그먼트 몸체(100)의 길이보다 짧게 형성되어 상기 세그먼트 몸체(100)의 내부에 완전히 매립된다. 상기 제2 보조주근(430)은 상기 제1 보조주근(410)의 길이와 동일하게 형성되며, 상기 제1 보조주근(410)의 하측에 이격되어 상기 제1 보조주근(410)과 평행하게 배치된다.

상기 래티스(320)는 전술한 일 실시예에 따른 상기 래티스(320)와 동일한 구성이다. 즉, `W` 형상이 연속되는 구조의 상기 래티스(320)가 적용된다. 상기 래티스(320)는 상기 트러스거더(300)와 마찬가지로 상기 제1 보조주근(410)과 상기 제2 보조주근(430)을 연결한다. 즉, 상기 상측 절곡부(322)가 상기 제2 보조주근(430)에 접하여 용접 등으로 고정되고, 상기 하측 절곡부(324)는 상기 제1 보조주근(410)에 접하여 용접 등으로 고정된다. 한편, 상기 래티스(320)는 도 8에 도시된 바와 같은 `N` 형상이 연속되는 구조의 래티스(320a)가 적용될 수도 있고, 도 8에 도시된 바와 같은 요철 형상이 연속되는 구조의 래티스(320b)가 적용될 수도 있다.

이러한 구성의 상기 보조 트러스거더(400)도 상기 트러스거더(300)와 마찬가지로 일체로 제작되어 세트화된 상태로 제공된다. 상기 보조 트러스거더(400)는 상기 고정철근(200)에 의해 상기 트러스거더(300)들과 함께 고정된다. 상기 보조 트러스거더(400)는 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000a)를 제작할 때, 상기 트러스거더(300)를 배치하기에는 부족한 공간에 배치되어 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000a)의 강성을 보강할 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리캐스트 콘크리트 세그먼트가 제작되는 과정 일부가 도시된 것으로, 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)가 제작되기 위해서 전술한 바와 같이 세트화된 상기 트러스거더(300)들을 상기 거푸집(10)의 내부에 안착한다. 본 실시예에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 몰드(10)의 내부에 4세트의 상기 트러스거더(300)들이 안착되며, 상기 트러스거더(300)들이 안착된 후 상기 몰드(10)의 내부로 콘크리트를 타설하면, 상기 트러스거더(300)들이 매립된 상기 세그먼트 몸체(100)가 형성된다.

도 15는 도 14에 도시된 바와 같은 제작 과정에 의해 제작된 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(100)가 도시된 것이다. 도 15를 참조하여 보면, 상기 트러스거더(300)에 포함되는 상기 결합 플레이트(350)의 외측면은 상기 세그먼트 몸체(100)의 길이 방향 측면과 동일면을 이룬다. 한편, 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)는 상기 세그먼트 몸체(100)의 폭 방향 측면에는 길이 방향을 따라 상호 이격되어 구비되는 복수 개의 접합 구조물(170)을 더 포함한다.

상기 접합 구조물(170)은 도 14에서와 같이, 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)를 제작하기 위한 상기 거푸집(10)의 내부에 상기 트러스거더(300)들과 함께 안착되어 있어 상기 거푸집(10)의 내부에 콘크리트가 타설되면 상기 세그먼트 몸체(100)에 매립되어 상기 세그먼트 몸체(100)와 일체로 형성된다.

복수 개의 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)들을 이용하여 터널 벽을 시공할 때, 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)의 폭 방향을 따라 연속적으로 배치되는 상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(1000)들은 상기 접합 구조물(170)에 의해 결합될 수 있다. 상기 접합 구조물(170)에도 상기 체결부재(미표기)가 관통하여 체결될 수 있도록 관통홀(171)이 형성된다. 상기 접합 구조물(170)은 한국등록특허 제10-0309100호에 개시된 바와 같은 공지된 기술의 다양한 접합 구조물이 적용될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1000, 1000a: 프리캐스트 콘크리트 세그먼트
100: 세그먼트 몸체 300, 300a, 300b: 트러스거더
310: 제1 주근 330: 제2 주근
320, 320a, 320b: 래티스 200: 고정철근
400: 보조 트러스거더 410: 제1 보조주근
430: 제2 보조주근

Claims (7)

1. 개착식 터널 또는 TBM(Tunnel Boring machine) 공법을 이용한 터널 굴착 시, 터널 벽(lining)을 형성하는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트에 있어서,
   제1 설정곡률반경을 갖는 내주면과, 상기 제1 설정곡률반경보다 큰 제2 설정곡률반경을 갖는 외주면과, 상기 내주면과 상기 외주면을 연결하는 측면들을 포함하며, 콘크리트로 형성되는 세그먼트 몸체;
   상기 세그먼트 몸체의 폭 방향을 따라 복수 개가 배치되는 동시에 상기 세그먼트 몸체의 길이방향을 따라 적어도 하나 이상 배치되되, 상기 세그먼트 몸체의 내부에 매립되는 세트화된 트러스거더를 포함하며,
   상기 세트화된 트러스거더는,
   상기 제1 설정곡률반경보다는 크고 상기 제2 설정곡률반경보다 작은 제3 설정곡률반경을 갖도록 구부러져 형성되되, 상기 내주면으로부터 상기 외주면을 향해 설정 거리 이격되어 배치되는 제1 주근;
   상기 제2 설정곡률반경보다 작고 상기 제3 설정 곡률반경보다 큰 제4 설정곡률반경을 갖도록 구부러져 형성되되 상기 제1 주근으로부터 상기 외주면을 향해 설정거리 이격되어 배치되며, 상기 제1 주근을 기준으로 설정 거리 이격되어 상호 대칭으로 마주하는 한 쌍의 제2 주근들;
   상기 제1 주근과 어느 하나의 상기 제2 주근, 상기 제1 주근과 다른 하나의 상기 제2 주근을 각각 연결하되, 상기 제1 주근 및 상기 제2 주근들의 길이방향을 따라 길게 연장 형성되는 래티스를 포함하고,
   상기 세그먼트 몸체의 길이 방향으로는 상기 제1 주근, 상기 제2 주근들 및 상기 래티스가 배치되되, 상기 외주면에 작용하는 인장력에 저항하여 상기 외주면의 휨 모멘트에 의한 균열의 발생을 방지하기 위해 상기 제2 주근들이 상기 제1 주근보다 더 많이 배치되도록, 상기 제1 주근 및 상기 제2 주근들이 형성하는 상기 세그먼트 몸체의 폭 방향과 나란한 가상의 단면이 역삼각형 형상인 상기 세트화된 트러스거더를 상기 세그먼트 몸체의 폭 방향을 따라 연속 배치되고,
   상기 세트화된 트러스거더는,
   상기 제1 주근 및 상기 제2 주근의 양 단부에 접하여 고정되는 결합 플레이트를 더 포함하고,
   상기 프리캐스트 콘크리트 세그먼트는,
   상기 세그먼트 몸체의 폭 방향을 따라 연장되며, 상기 외주면으로부터 상기 내주면을 향해 설정 거리 이격 배치되되 상기 제2 주근들과 접하여 연결되어 복수 개의 상기 트러스거더들을 동시에 고정시키며, 상기 세그먼트 몸체의 길이 방향을 따라 설정 간격 이격되어 배치되는 고정철근들; 및
   상기 세그먼트 몸체의 폭 방향 측면의 하부에서 상기 세그먼트 몸체의 길이 방향을 따라 복수 개가 상호 이격되어 구비되며, 상기 폭 방향으로 인접하는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트와 결합하는 접합 구조물들을 더 포함하고,
   상기 세그먼트 몸체의 폭 방향으로 따라 배치된 상기 복수 개의 세트화된 트러스거더의 제2 주근들 사이의 간격은 상기 고정철근들에 의하여 동일 간격으로 고정되고,
   상기 세그먼트 몸체의 폭 방향 양측으로부터 상기 제2 주근 사이의 이격 간격이, 상기 세그먼트 몸체의 폭 방향 양측으로부터 상기 제1 주근 사이의 이격 간격보다 작은,
   세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 래티스는,
   상기 제2 주근에서 상기 제1 주근을 향해 하향 경사지며, 상기 제1 주근 및 상기 제2 주근들의 길이방향을 따라 상호 이격되는 복수 개의 제1 경사부들;
   이웃하는 상기 제1 경사부들 사이에 배치되며, 상기 제1 경사부와 대칭되는 복수 개의 제2 경사부들;
   이웃하는 상기 제1 경사부의 상측과 상기 제2 경사부의 상측을 연결하는 상측 절곡부; 및
   이웃하는 상기 제1 경사부의 하측과 상기 제2 경사부의 하측을 연결하는 하측 절곡부를 포함하며, 'W'형상이 연속되는 세트화된 트러스거더를 적용한 프리캐스트 콘크리트 세그먼트.
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