KR102138971B1

KR102138971B1 - 터널 상부 선행지보 구조체

Info

Publication number: KR102138971B1
Application number: KR1020180077089A
Authority: KR
Inventors: 이석진; 박스칸; 도남영; 김봉찬; 이준호
Original assignee: 롯데건설 주식회사
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2020-07-28
Also published as: KR20200004078A

Abstract

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 터널 굴착시 선행지보 구조체와 간섭되지 않으면서 터널 상부 지반을 효과적으로 보강할 수 있는 선행지보 구조체 시공방법을 제공하고자 하는 것이다.

Description

터널 상부 선행지보 구조체{Pre-support Structure for Reinforing Upper part of Tunnel}

본 발명은 터널 상부 선행지보 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터널 굴착전 터널 상부에 선행지보 구조체를 설치하여 구조적 안정을 확보할 수 있도록 한 터널 상부 선행지보 구조체에 관한 것이다.

터널 상부와 지표면과의 두께가 충분하지 않은 경우 이에 대한 구조적인 안정성을 확보할 필요성이 존재하게 된다.

종래의 NATM(New Austria Tunneling Method) 터널 공법에서는 터널의 굴착에 선행하여 터널 상부의 지표면에서 하향으로 터널 굴착단면 상부의 일정 높이까지 지보재를 설치하거나, 터널의 위치에 보다 작은 사이즈의 선진도갱을 하고 선진도갱 속에서 상향으로 터널 굴착단면 상부의 일정 높이까지 지보재를 설치하고 이후에 선진도갱을 바탕으로 터널을 굴착하여 상기 NATM터널이 안정적으로 굴착되도록 하고 있다.

한국등록특허 제10-0740200호(발명의 명칭: 선지보 터널 공법 및 이에 적합한 장치)는 상기한 선행지보 구조체의 설치와 그라우팅 방법에 대한 구체적인 실시예를 설명하고 있다.

하지만, 상기한 종래의 발명은 선행지보 구조체를 설치함에 있어서, 터널 굴착 시 선행지보 구조체가 터널 굴착면보다 하향으로 길게 돌출되어야 했다. 이는 선행지보 구조체가 굴착단면에 압착되는 지압판에 의하여 압착되어야만 하기 때문이다.

따라서, 상기 선행지보 구조체는 발파장약 설치를 위한 천공시나 라인드릴링을 위한 천공시 형성되는 천공비트와 상호 간섭하게 되고, 천공비트가 파손됨은 물론, 구조체에도 심각한 문제가 발생하였다.

구체적으로 선행지보 구조체가 파손되거나 꺽여져 강성이 저하되고, 천공비트와 선행지보 구조체가 교차되는 경우 상당기간 진동을 받게 되므로 그라우트가 떨어져 파괴되며, 굴착을 위한 발파시 구조체가 꺽이거나 절단되는 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 터널 굴착시 선행지보 구조체와 간섭되지 않으면서 터널 상부 지반을 효과적으로 보강할 수 있는 선행지보 구조체에 대한 것이다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해, 터널 상부를 지지하기 위한 선행지보 구조체로서, 터널 상부에 형성된 천공홀의 높이(h)와 동일한 높이를 가지도록 형성되는 강관부와, 상기 강관부의 하부 단부에 고정되고 높이(h2)를 가지며 상기 강관부보다 파손이 용이한 소재로 이루어지는 인식부로 이루어지는 보강관으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 터널 상부 지지를 위한 선행지보 구조체에서, 상기 인식부의 상단부에는 상기 강관부의 내부로 삽입되어 체결되기 위한 나사부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 터널 상부 지지를 위한 선행지보 구조체에서, 상기 보강관의 상단부에 설치되는 상부 지압판을 더 구비하며, 상기 상부 지압판은, 상기 보강관의 내부로 삽입되는 중공부와, 상기 중공부의 상부에 형성되는 플랜지부와, 상기 플랜지부에서 상방으로 연장되어 형성되는 고정부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 터널 상부 지지를 위한 선행지보 구조체에서, 상기 상부 지압판의 내부로 삽입되어 설치되는 구조체를 더 구비하며, 상기 구조체는, 상기 중공부의 저면에 형성된 지지홀을 관통하여 상기 인식부를 지나는 길이를 가지도록 연장되는 인장재와, 상기 인장재를 상기 중공부의 저면에 체결하는 상부 체결부와, 상기 상부 체결부의 외측으로 연장되도록 형성되며 탄성변형가능한 지지부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 터널 상부 지지를 위한 선행지보 구조체에서, 상기 지지부는 상기 상부 체결부를 중심으로 복수 개로 분할되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 터널 상부 지지를 위한 선행지보 구조체에서, 상기 인식부의 하부 단부에 설치되는 하부 지압판을 더 구비하며, 상기 하부 지압판은, 중앙에 인장재가 삽입하기 위한 관통홀이 형성된 바닥판과, 상기 바닥판의 상방으로 연장되는 측판으로 이루어지며, 상기 인장재의 하부 단부가 상기 관통홀을 통과하여 체결부에 의해 프리스트레스되도록 체결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 터널 상부 지지를 위한 선행지보 구조체에서, 상기 상부 지압판은 서로 고정부에서 상부 인장재에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 터널 상부 지지를 위한 선행지보 구조체에서, 상기 하부 지압판은 서로 측판에서 하부 인장재에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명이 전술한 기술적 해결수단에 의해 터널 굴착 시 천공비트와 선행지보 구조체가 서로 간섭하지 않게 되는 바, 천공비트를 보호하면서 터널 굴착작업을 수행하는 장점을 가지게 된다.

도 1 은 본 발명의 시공방법의 일 실시예를 설명하는 흐름도이다.
도 2 는 본 발명의 시공방법에서 단계(s10)를 도시하는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 시공방법에서 보강관의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 시공방법에서 단계(s20)를 도시하는 도면이다.
도 5 은 본 발명의 시공방법에서 상부 지압판의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6 는 본 발명의 시공방법에서 단계(s40)를 도시하는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 시공방법에서 구조체의 구성을 도시하는 도면이다.
도 8 는 본 발명의 시공방법에서 단계(s50)를 도시하는 도면이다.
도 9 는 본 발명의 시공방법에서 단계(s60)를 도시하는 도면이다.
도 10 은 본 발명의 시공방법에서 단계(s70)를 도시하는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

도 1 은 본 발명의 시공방법의 일 실시예를 설명하는 흐름도이다.

도 2 는 본 발명의 시공방법에서 단계(s10)를 도시하는 도면이다.

천공 단계(s10)는 지표면(10)에서 하방으로 높이(h)를 가지는 복수 개의 천공홀(20)을 형성하는 단계이다.

지표면(10)에서 천공홀(20)이 형성되는 부분에서는 터널 상부 지반 강화를 위한 선행지보 구조체의 설치를 위한 작업공간(30)을 형성할 수도 있다.

도 3 은 본 발명의 시공방법에서 보강관의 구성을 도시하는 도면이다. 도 4 는 본 발명의 시공방법에서 단계(s20)를 도시하는 도면이다.

보강관(100)은 강관부(110)와 상기 강관부(110)에 체결되는 인식부(120)로 이루어진다.

강관부(110)는 금속 소재로 이루어지며 하단 내부에 숫나사부(111)가 형성되어 있으며 소정의 높이(h1)를 가지도록 형성된다.

여기서 강관부(110)의 높이(h1)는 작업공간(30)의 지표면에서 터널(40)의 작업공간(30)까지의 높이에 해당한다.

인식부(120)는 금속 소재 외의 파손이 용이한 소재로 이루어지며, 천공홀(20)에 삽입하는 데 간섭이 발생하지 않도록 강관부(110)의 동일한 외경을 가진다.

인식부(120)의 상단부에는 상기 강관부(110)의 나사산(111)에 체결되는 암나사부(121)가 형성되며, 상기 암나사부(121)의 하부에는 소정의 높이(h2)를 가지는 본체부(122)가 형성된다.

본체부(122)의 높이(h2)는 보강관(100)이 작업공간(30)을 지나 하방으로 돌출되는 높이로 결정된다.

이러한 구성으로 인해 보강관(100)은 강관부(110)의 높이(h1)와 인식부(120)의 높이(h2)를 더한 높이(h)를 가지게 되며 이는 천공홀(20)의 높이(h=h1+h2)와 동일하게 형성된다.

단계(S10)에서 형성된 천공홀(20)의 내부에 보강관(100)을 삽입하여 고정하는 단계(s20)를 수행하게 된다.

단계(s20)에서 천공홀(20)의 높이(h)와 보강관(100)에서 강관부(110)의 높이가 동일하므로 보강관(100)에서 인식부(120)의 높이(h2)만큼 작업공간(30)의 외부로 돌출되도록 설치된다.

다음으로 터널(40)을 굴착하는 단계(s50)를 수행한다.

터널(40)의 굴착단면 외부에는 보강관(100)의 강관부(110)보다 강도가 약해 파손이 용이하도록 약한 강도를 가지는 인식부(120)만이 노출되어 있는 바, 터널 굴착 작업 시 천공비트가 인식부(120)와 간섭되더라도 천공비트가 손상되는 일이 방지되는 작용을 하게 된다.

터널(40)의 굴착작업이 완료된 후에는 하부 지압판(400)이 작업공간(30)에 접촉이 용이하도록 인식부(120)를 탈거하거나 파손 등으로 탈거가 용이하지 않은 경우 작업공간(30)과 동일한 면이 되도록 인식부(120)를 변형하는 작업을 수행하게 된다.

도 5 은 본 발명의 시공방법에서 상부 지압판의 구성을 도시하는 도면이다.도 6 는 본 발명의 시공방법에서 단계(s40)를 도시하는 도면이다.

상부 지압판(200)는 도 5 에 도시된 바와 같이, 플랜지부(210)와 상기 플랜지부(210)의 하부로 연장되어 형성되는 중공부(220)로 이루어진다.

플랜지부(210)는 평판형상으로 형성되며 보강관(100)의 상부에 걸쳐지도록 보강관(100)의 직경보다 큰 폭을 가지도록 형성된다.

중공부(220)는 내부에 공간이 형성되도록 구성되며 하단부의 중앙에는 상부 체결부(320)를 지지하기 위해 관통되는 형상을 가지는 지지홀(221)이 형성되어 있다.

또한, 지지홀(221)의 주변에는 향후 그라우팅 작업을 위한 호스가 삽입되기 위한 삽입홀(222)이 형성되어 있다.

중공부(220)가 하방으로 연장되는 높이(h3)는 적어도 보강관(100)의 인식부(120)의 높이(h2)와 적어도 같거나 더 크게 형성되어야 한다.

한편, 플랜지부(210)의 상면에는 인장재(미도시)를 고정하기 위해 상방으로 연장되는 고정부(230)가 형성되고 상기 고정부(230)의 내부에는 고정홀(231)이 형성되어 있다.

단계(s20)에서 설치된 보강관(100)의 내부로 상부 지압판(200)을 설치하는 단계(s40)를 수행한다.

이때, 상부 지압판(200)의 플랜지부(210)의 횡방향 폭은 보강관(100)의 외경보다 크게 되므로 상부 지압판(200)은 보강관(100)의 상부에 걸쳐진 상태가 된다.

도 7 은 본 발명의 시공방법에서 구조체의 구성을 도시하는 도면이다.도 8 는 본 발명의 시공방법에서 단계(s50)를 도시하는 도면이다.

구조체(300)는 인장재(310)와, 상기 인장재(310)를 체결하는 상부 체결부(320)와, 상기 상부 체결부(320)의 외부에 형성되는 지지부(330)로 이루어진다.

인장재(310)는 통상적으로 와이어 등의 강선으로 이루어지며 강관부(110)의 높이(h)와 동일한 높이를 가지도록 형성된다.

상부 체결부(320)는 인장재(310)가 삽입되는 내부 쐐기부(321)와 상기 내부 쐐기부(321)의 외측에 설치되는 외부 쐐기부(322)로 이루어진다.

외부 쐐기부(322)는 상부 체결부(320)의 하방이동 시 중공부(220)의 지지홀(221)에 의해 지지될 수 있도록 지지홀(221)보다 크게 형성된다.

지지부(330)는 외부 쐐기부(322)의 외측으로 연장되며 상부 지압판(200)의 중공부(220)의 폭보다 더 큰 폭을 가지도록 형성된다.

지지부(330)는 탄성변형이 용이한 금속이나 플라스틱 등의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 지지부(330)는 원판 디스크 형상으로 형성될 수 있으나 탄성변형이 용이하도록 상부 체결부(320)를 중심으로 복수 개로 분할되어 형성되는 것도 가능하다.

단계(s50)에서는 상부 지압판(200)의 내부로 구조체(300)를 삽입하는 작업이 이루어진다.

이때, 지지부(330)의 폭은 상부 지압판(200)의 폭보다 크므로 구조체(300)는 상부 지압판(200)의 외부에 지지부(330)에 의해 걸쳐진 상태가 된다.

또한, 인장재(310)는 중공부(220)의 저면에 형성된 지지홀(221)을 관통하도록 설치된다.

도 9 는 본 발명의 시공방법에서 단계(s60)를 도시하는 도면이다.

단계(s50)에서 구조체를 삽입한 다음에는 보강관(100)의 내부에 있는 인장재(310)를 하방으로 인장하는 단계(s60)를 수행하게 된다.

보강관(100)의 내부로 연장된 인장재(310)를 하방으로 잡아당기게 되면, 탄성변형이 용이한 구조체(300)의 지지판(330)이 탄성변형되어 접힌 상태로 구조체(300)가 하방으로 이동하게 된다.

이때, 지지판(330)은 상부 체결부(320)가 중공부(220)의 내부에서 흔들리지 않고 연직하방으로 잘 이동할 수 있도록 가이드하는 작용을 하게 된다.

한편, 상부 체결부(320)는 하방으로 이동하여 그의 하부가 상부 지압판(200)의 중공부(220)의 저면에 형성된 관통홀(221)로 삽입된다.

이러한 작용으로 인해 인장재(310)는 중공부(220)의 높이(h3)만큼 하방으로 이동되는데, 중공부(220)의 높이(h3)는 인식부(120)의 높이(h2)보다 같거나 크게 형성되어 있는 바, 높이(h)를 가지는 인장재(310)는 인식부(120)의 하단부 또는 외부로 노출되어 프리스트레스 작업에 필요한 인장재(320)의 길이가 확보되는 작용을 하게 된다.

도 10 는 본 발명의 시공방법에서 단계(s70)를 도시하는 도면이다.

단계(s60)에서 인식부(120)의 외부로 노출된 인장재(310)를 하부 지압판(400)에 체결하는 단계(s70)를 수행한다.

하부 지압판(400)은 중앙에 관통홀(411)이 형성된 바닥판(410)과 상기 바닥판(410)에 대해 상방으로 연장되며 관통홀(421)이 형성된 측판(420)으로 이루어진다.

인장재(310)를 하부 지압판(400)에 형성된 관통홀(401) 및 체결부(500)를 관통시킨 다음, 인장기를 이용하여 인장재(310)를 인장시킨 다음 인장력을 해제시키면 인장재(310)가 탄성 복원되면서 상부 체결부(320) 및 하부 쐐기부(500)에 의해 인장재(310)가 프리 스트레스되는 작용을 하게 된다.

이러한 시공방법에 의해 복수의 천공홀(20)에서 각각 인장재(310)가 프리 스트레스된 상태로 체결되는 바, 터널 상부 지반 전체에 걸쳐 고르게 지반이 강화되는 작용을 하게 된다.

또한, 복수의 하부 지압판(400)들은 서로 여러 방향 예를 들어 전후좌우 등 4방향으로 체결부(500)를 통해 하부 인장재(430)에 의해 연결된다.

하부 인장재(430)는 인장기에 의해 프리 스트레스 되며, 체결부(500)는 인장기에 의해 하부 지압판(400)의 측판(420)에 형성된 관통홀(421)에 고정된다.

상부 지압판(200)들도 역시 서로 4방향 등의 여러 방향으로 각각 체결부(500)를 통해 상부 인장재(240)에 의해 연결된다.

상부 인장재(240)도 인장기에 의해 프리 스트레스 되며, 체결부(500)는 인장기에 의해 고정부(230)의 내부에 형성된 고정홀(231)에 고정된다.

즉, 복수의 천공홀(20)의 내부에 형성된 각각의 인장재(310)의 상부는 상부 지압판(200)에 의해 상부 인장재(240)와 연결되고, 하부는 하부 지압판(400)에 의해 하부 인장재(430)들과 연결된다.

따라서, 상부 인장재(240), 인장재(310) 및 하부 인장재(430)가 서로 프리 스트레스된 상태로 일체로 고정됨으써, 터널 상부에 가해지는 하중에 대해 일체로 지지하는 작용을 하게 되어 터널 상부가 구조적으로 안정하게 되는 효과를 가지게 된다.

단계(s60)에서 하부 지압판(400)끼리 하부 인장재(430)에 의해 서로 연결하는 작업 및 상부 지압판(200)끼리 상부 인장재(240)에 의해 서로 연결하는 작업은 어느 하나의 작업만을 수행하거나 2가지 작업 모두 수행하는 것도 가능하다.

단계(s70)에서 인장재(310)의 체결작업이 완료된 후에는 중공부(220)의 삽입홀(222)을 통해 천공홀(20)의 내부를 그라우팅하고, 작업공간(30)도 덮는 작업을 수행하여 마무리한다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100:보강관 200:상부 지압판
300:구조체 400:하부 지압판
500:하부 쐐기부

Claims

터널 상부를 지지하기 위한 선행지보 구조체로서,
터널 상부에 형성된 천공홀의 높이(h)와 동일한 높이(h1)를 가지도록 형성되는 강관부와,
상기 강관부의 하부 단부에 고정되고 높이(h2)를 가지며 상기 강관부보다 파손이 용이한 소재로 이루어지는 인식부로 이루어져 높이 (h1 + h2) 를 가지도록 보강관으로 이루어지며,
상기 인식부의 상단부에는 상기 강관부의 내부로 삽입되어 체결되기 위한 나사부가 형성되고,

상기 보강관의 상단부에 설치되는 상부 지압판을 더 구비하며,
상기 상부 지압판은,
상기 보강관의 내부로 삽입되며 깊이(h3)를 가지는 중공부와,
상기 중공부의 상부에 형성되는 플랜지부와,
상기 플랜지부에서 상방으로 연장되어 형성되는 고정부로 이루어지고,
상기 중공부의 깊이(h3)는 상기 인식부의 높이(h2)와 같거나 더 크게 형성되며,

상기 상부 지압판의 내부로 삽입되어 설치되는 구조체를 더 구비하며,
상기 구조체는,
상기 중공부의 저면에 형성된 지지홀을 관통하여 하방으로 연장되며 상기 강관부와 동일한 길이(h)를 가지는 인장재와,
상기 인장재를 상기 중공부의 저면에 체결하는 상부 체결부와,
상기 상부 체결부의 외측으로 연장되며 상기 상부 체결부를 중심으로 복수 개로 분할되어 형성되며 상기 중공부의 상부에 배치되는 지지부로 이루어지며,
상기 지지부는 상기 인장재를 하방으로 인장하면 상기 구조체가 상기 중공부의 내부로 이동하도록 탄성변형가능하게 형성되며,
상기 구조체가 상기 중공부의 내부로 상기 중공부의 깊이(h3)만큼 이동하여 상기 인장재가 상기 강관부의 하방으로 깊이(h3)만큼 이동하는 것을 특징으로 하는, 터널 상부 지지를 위한 선행지보 구조체.
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청구항 1 에 있어서,
상기 인식부의 하부 단부에 설치되는 하부 지압판을 더 구비하며,
상기 하부 지압판은,
중앙에 인장재가 삽입하기 위한 관통홀이 형성된 바닥판과,
상기 바닥판의 상방으로 연장되는 측판으로 이루어지며,
상기 인장재의 하부 단부가 상기 관통홀을 통과하여 체결부에 의해 프리스트레스되도록 체결되는 것을 특징으로 하는, 터널 상부 지지를 위한 선행지보 구조체.
청구항 6 에 있어서,
상기 상부 지압판은 서로 고정부에서 상부 인장재에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 터널 상부 지지를 위한 선행지보 구조체.
청구항 7 에 있어서,
상기 하부 지압판은 서로 측판에서 하부 인장재에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 터널 상부 지지를 위한 선행지보 구조체.