KR102232555B1 - 쉴드 tbm 터널용 하이브리드 세그먼트 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트는, TBM 터널의 벽면 구축에 사용하도록 콘크리트로 형성되는 원주형의 세그먼트 본체, 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 분산되게 배치된 구조용 합성섬유 보강재, 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 길이 방향으로 길게 배치되는 제1 패널형 플라스틱 보강재, 상기 세그먼트 본체의 폭 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 폭 방향으로 길게 배치되고 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재와 교차되는 구조로 연결된 제2 패널형 플라스틱 보강재, 및 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재에 형성되고 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재에 의해 구획된 상기 세그먼트 본체를 서로 연결시키도록 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재에 관통되게 배치된 관통홀부를 포함한다.

Description

쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트 {HYBRID SEGMENT FOR SHIELD TBM TUNNEL}
본 발명은 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트에 관한 것으로서, 더 상세하게는 부식에 취약한 기존의 철 보강재를 사용하지 않고서도 세그먼트의 강도와 인성을 충분히 확보할 수 있는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트에 관한 것이다.
일반적으로, 국가의 주요 기반시설에 포함되는 도로와 철도는 교통의 고속화 및 신속하고 원활한 물류 시스템의 구축을 위해 직선화와 수평화가 절실히 요구되는 분야이다.
그런데, 국내의 경우 지반환경의 특성상 도로와 철도 건설구간의 약 50 내지 70% 정도가 산악지형에 해당되어 터널공사가 필수적으로 요구되는 실정이다. 특히, 국내 건설시장에 있어서 경제발전과 국민복지시설의 확충에 따라 도로와 철도 및 지하철 등 교통망, 수자원이용 및 전력통신망 등에 대한 지속적인 확충으로 인하여 터널시공 수요가 급격히 증가되고 있다.
통상적으로, 터널 굴착을 위한 시공방법은 발파 굴착에 의한 Drill & Blast 시공방법과 비트(Bit) 및 디스크(Disk) 커터에 의해 전단면 굴착기로 굴착을 수행하는 터널 보오링 머신(Tunnel Boring Machine; 이하 "TBM"이라 함) 공법으로 나눌 수 있다.
재래식 시공방법인 Drill & Blast 공법에 의한 터널 굴착은 경제성에서 유리한 경우가 많으나, 도심지에 적용할 경우 과다한 용지보상비와 노무인력 확보의 어려움, 시공과정에서의 교통체증과 소음 및 진동에 의한 민원발생 등으로 인하여 현실적인 적용상의 문제점과 한계점을 지속적으로 드러내고 있다.
따라서, 주변 환경 및 지반조건에 따라 쉴드 TBM 터널 공법과 같이 기계화 시공이 요구되는 경우가 점차 늘고 있다. 특히, 근래 도심에서의 지하터널 시공은 인프라 시설 영향과 소음, 진동에 의한 민원발생, 환경 등의 문제가 점점 심각해지면서, 도시터널 굴착 공법으로써 쉴드 TBM 터널 공법의 채택이 일반화 되어가고 있다. 현재에는 도로, 철도뿐만 아니라 지하철, 전력구, 통신구, 상하수도의 다양한 터널에 쉴드 TBM 터널 공법이 널리 적용되고 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 쉴드(Shield) TBM 터널 공법은 TBM(2)의 굴착 및 추진에 의해 터널(1)을 시공하면서 TBM(2)의 전면부와 후면부에 굴착면을 보호하기 위한 쉴드 장비를 연결하여 막장 후방에서 터널 벽면 형상의 다수개의 원주형 세그먼트(Segment)(11)를 조립해 나가며 터널을 구축하는 공법이다.
상기한 쉴드 TBM 터널 공법은 도 2에 도시된 바와 같이 전방의 TBM(2)이 굴착한 길이만큼 굴착면의 지지를 위해 다수개로 분할되어 있는 세그먼트(11)를 원형으로 조립하여 원형 쉴드(10)를 형성해 나가면서 터널을 구축하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 세그먼트(11)는 일정한 두께를 가진 곡면의 육면체 부재로서, 기본적으로 콘크리트로 이루어진다. 세그먼트(11)의 모서리 부분에는 이웃하는 세그먼트와의 연결 및 고정을 위한 체결부(B)가 형성될 수 있다. 체결부(B)는 볼트 체결 방식 등으로 마련될 수 있다.
세그먼트(11)는 강재 세그먼트(steel segment) 및 콘크리트를 사용한 세그먼트가 사용되고 있다. 그런데, 초기에는 강재 세그먼트가 사용되었으나, 최근에는 콘크리트의 성능이 향상되어 RC(Reinforced Concrete, 철근 콘크리트) 세그먼트가 사용되는 것이 일반적이다. RC 세그먼트는 강재 세그먼트와 비교하여 부식의 위험이 상대적으로 적고, 제작비도 상대적으로 저렴하여 경제성이 높은 장점을 가지고 있다.
도 4 내지 도 6에는 기존에 사용되는 RC 세그먼트(20)의 일예가 도시되어 있다. 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, RC 세그먼트(20)는 콘크리트(22)의 내부에 철근을 이용한 철 보강재(24)가 배치된 구조이다. 상기와 같은 철근의 철 보강재는 철근을 적당한 크기로 잘라서 절곡시킨 후 원하는 형상으로 철근 구조물을 제작하고, 이를 세그먼트의 주형에 넣은 후 세그먼트의 주형에 콘크리트를 타설하여 제작한다.
따라서, RC 세그먼트(20)의 재료비는 약 50%가 철근이 차지하고 있으며, 노무비에서도 철근의 가공 및 조립 비율이 전체 노무비의 약 30% 수준을 차지한다. 따라서, 최근에는 RC세그먼트(20)의 철근 보강을 최소화하기 위한 연구 및 고강도 재료를 사용하여 세그먼트 설계 두께를 저감시키기 위한 기술적인 시도가 이루어지고 있다.
일례로, 한국등록특허 제10-1333096호(발명의 명칭: 실드터널의 세그먼트 조립을 위한 강선체결 장치 및 그 방법, 등록일: 2013.11.20.)에는, 실드터널(Shield Tunnel) 공법이 적용되는 세그먼트 터널(Segment Tunnel) 시공시에 각각의 세그먼트(Segment)를 조립 체결하기 위해 강선(Steel Wire) 또는 강연선(Strand)을 삽입 및 인장하는 기술이 개시되어 있다. 상기와 같은 한국등록특허 제10-1333096호는 실드터널(Shield Tunnel) 공법에 강선체결 장치를 적용함으로써 강선공급, 인장 및 절단에 따른 소요공기를 감소시킬 수 있고, 시공성 및 경제성을 확보하기 위한 발명이다
다른 예로, 강섬유 보강 콘크리트(Steel Fiber Reinforced Concrete, 이하 SFRC) 세그먼트가 있다. 상기와 같은 강섬유 보강 콘크리트는 SFRC 세그먼트를 사용하여 철근보강을 생략하거나 최소화하기 위한 것으로서, 균열저항성과 인성 등의 구조적 향상을 기대할 수 있으며, 뿐만 아니라 철근의 사용량 저감을 통한 비용 절감을 도모할 수 있는 장점을 가지고 있다.
세그먼트의 파손은 대부분 세그먼트의 모서리 부분에서 발생하는데, TBM이 굴진할 때에 발생하는 추진력에 의하여 세그먼트의 모서리 부분 파손되는 것으로 추정되고 있다. 특히, 곡선부를 시공할 때 TBM의 유압 잭 또는 추진 잭의 편심에 의하여 세그먼트의 모서리 부분에 심각한 파손이 발생할 우려가 있다. 따라서, 세그먼트의 강도 증진 및 충격 저항성이 필요하다. SFRC 세그먼트는 철근의 피복이 필요하지 않기 때문에 세그먼트 모서리 부분의 파손 등 국부적인 손상을 방지 할 수 있다.
특히, 터널의 급곡 구간에서 사용되는 급곡 구간용 세그먼트의 경우에는, 테일 클리어런스(tail clearance)의 확보를 위하여 세그먼트의 폭을 작게 만들 필요가 있다. 그로 인해서, 기존의 RC 세그먼트에서는 철근의 배근 문제 및 세그먼트 간의 볼트 조립이 어려워져서 강재 세그먼트를 사용하고 있다. 하지만, 급곡 구간 시공시 사용하는 강재 세그먼트의 경우에는, 지수재를 사용하지 못하고, 그로 인하여 누수가 발생하여 세그먼트 내부 표면에 부식이 발생하며, 세그먼트 외부의 경우에도 부식이 발생할 가능성이 높다.
한편, 기존의 SFRC 세그먼트도, RC 세그먼트와 비교하여 부식 성능이 우수하지만, 강섬유가 수분 또는 습기에 부식되기 때문에 부식에 의한 내구성 저하 문제가 발생할 수 있으며, 그로 인하여 SFRC 세그먼트의 내구연한이 줄어드는 문제점을 가지고 있어 급곡 구간용으로 사용하는데 한계가 있다.
따라서, 기존의 RC 세그먼트나 SFRC 세그먼트와 비교하여 동일 유사한 수준의 강도를 가지면서도 부식에 대한 저항성도 충분히 구비함과 아울러 터널의 급곡 구간용으로 사용할 수 있는 새로운 세그먼트의 개발이 절실한 실정이다.
본 발명의 실시예는, 철근이나 강섬유 등과 같은 부식에 취약한 철 보강재를 사용하지 않고서도 세그먼트의 강도와 인성을 충분히 확보할 수 있는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 세그먼트의 부식 성능을 높여 세그먼트의 내구성을 향상시킬 수 있고, 높은 비용의 철 보강재를 사용하지 않아 제조 비용과 제조 공정을 저감할 수 있는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 터널의 급곡 구간에서 벽체의 구축에 사용할 수 있는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, TBM 터널의 벽면 구축에 사용하도록 콘크리트로 형성되는 원주형의 세그먼트 본체, 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 분산되게 배치된 구조용 합성섬유 보강재, 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 길이 방향으로 길게 배치되는 제1 패널형 플라스틱 보강재, 상기 세그먼트 본체의 폭 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 폭 방향으로 길게 배치되고 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재와 교차되는 구조로 연결된 제2 패널형 플라스틱 보강재, 및 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재에 형성되고 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재에 의해 구획된 상기 세그먼트 본체를 서로 연결시키도록 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재에 관통되게 배치된 관통홀부를 포함하는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트를 제공한다.
일측면에 따르면, 상기 관통홀부는 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재에 복수개가 이격되게 형성될 수 있다. 상기와 같은 관통홀부들은, 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재에 동일 형상으로 형성될 수 있고, 상기 세그먼트 본체의 폭 방향을 따라 설정 간격으로 이격되게 배치될 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 관통홀부들은, 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재에 의해 구획된 상기 세그먼트 본체를 서로 연결하도록 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재에도 관통되게 배치될 수 있다. 상기와 같은 관통홀부들은 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재에 복수개가 이격되게 형성될 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 폭 방향으로 복수개가 서로 평행하게 배치될 수 있고, 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 복수개가 서로 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재들과 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재들은 서로 교차되는 구조로 연결될 수 있다. 상기 관통홀부는 상기 제1,2 패널형 플라스틱 보강재들의 연결부 사이에 단수개가 각각 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, TBM 터널의 벽면 구축에 사용하도록 콘크리트로 형성되는 원주형의 세그먼트 본체, 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 분산되게 배치된 구조용 합성섬유 보강재, 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 길이 방향으로 길게 배치되는 제1 패널형 플라스틱 보강재, 및 상기 세그먼트 본체의 폭 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 폭 방향으로 길게 배치되고 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재와 교차되는 구조로 연결된 제2 패널형 플라스틱 보강재를 포함하는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트를 제공한다. 여기서, 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재는, 상기 세그먼트 본체의 두께 방향으로 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재보다 작은 길이로 형성될 수 있고, 상기 세그먼트 본체에 두께 방향을 따라 복수개가 이격되게 배치될 수 있다. 그리고, 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재들의 사이에는, 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 상기 세그먼트 본체를 연결시키도록 상기 세그먼트 본체가 관통되게 배치되는 연결 영역이 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, TBM 터널의 벽면 구축에 사용하도록 콘크리트로 형성되는 원주형의 세그먼트 본체, 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 분산되게 배치된 구조용 합성섬유 보강재, 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 길이 방향으로 길게 배치되는 제1 패널형 플라스틱 보강재, 및 상기 세그먼트 본체의 폭 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 폭 방향으로 길게 배치되고 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재와 교차되는 구조로 연결된 제2 패널형 플라스틱 보강재를 포함하는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트를 제공한다. 여기서, 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재는, 상기 세그먼트 본체의 두께 방향으로 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재보다 작은 길이로 형성될 수 있고, 상기 세그먼트 본체의 중간 부위에 단수개가 배치될 수 있다. 그리고, 상기 세그먼트 본체의 두께 방향을 기준으로 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재의 상측 또는 하측 중 어느 한 부위에는, 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 상기 세그먼트 본체를 연결시키도록 상기 세그먼트 본체가 배치되는 연결 영역이 형성될 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 폭 방향으로 복수개가 서로 평행하게 배치될 수 있고, 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 복수개가 서로 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재들과 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재들은 서로 교차되는 구조로 연결될 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재와 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 표면에서 설정 깊이로 이격되도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 매립될 수 있다.
상기 제1 패널형 플라스틱 보강재와 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재의 설정 깊이는 40~60㎜로 형성될 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 제1,2 패널형 플라스틱 보강재의 표면에는 상기 세그먼트 본체와 상기 패널형 플라스틱의 부착성을 높이기 위하여 복수개의 요철부가 형성될 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 구조용 합성섬유 보강재는 상기 세그먼트 본체의 제조시 상기 콘크리트에 첨가되어 배합될 수 있다. 상기와 같은 구조용 합성섬유 보강재의 첨가량은 단위 중량으로 5~10㎏/㎥일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트는, 구조용 합성섬유 보강재와 제1,2 패널형 플라스틱 보강재를 동시에 사용하여 세그먼트 본체의 강도와 인성을 향상시키는 구조이므로, 철근이나 강섬유 등과 같이 부식에 취약한 철 보강재를 사용하지 않고서도 세그먼트의 강도와 인성을 충분히 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트는, 기존의 철 보강재와 비교하여 구조용 합성섬유 보강재와 제1,2 패널형 플라스틱 보강재의 내부식성이 우수하므로, 하이브리드 세그먼트의 부식 성능을 향상시켜 하이브리드 세그먼트의 내구성을 높일 수 있고, 철 보강재보다 적은 생산 비용과 작업 공정으로 하이브리드 세그먼트를 제조하여 하이브리드 세그먼트의 제조 비용과 제조 시간을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트는, 구조용 합성섬유 보강재에 의해 세그먼트 본체를 형성하는 콘크리트의 강도와 인성을 향상시킴과 아울러 제1,2 패널형 플라스틱 보강재를 세그먼트 본체의 보강 방향으로 배치시켜 강도 보강이 추가적으로 이루어지는 구조이므로, 구조용 합성섬유 보강재와 패널형 플라스틱 보강재가 철 보강재를 충분히 대체할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트는, 제1,2 패널형 플라스틱 보강재 중에서 세그먼트 본체의 폭 방향으로 배치된 제2 패널형 플라스틱 보강재에 관통홀부 또는 연결 영역을 형성시킨 구조이므로, 관통홀부 또는 연결 영역을 통해서 세그먼트 본체를 서로 연결시킬 수 있으며, 특히 세그먼트 본체의 콘크리트와 함께 구조용 합성섬유 보강재가 관통홀부 또는 연결 영역을 통과하거나 관통홀부 또는 연결 영역에 걸쳐지는 형태로 마련되기 때문에 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트의 강도를 원활하게 보강할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 제2 패널형 플라스틱 보강재를 기준으로 양측에 배치된 세그먼트 본체가 임의로 분리되거나 파손되는 현상을 방지할 수 있으며, 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트의 강도와 내구성 및 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트는, 터널의 급곡 구간과 같이 테일 클리어런스를 확보하기 위해 세그먼트의 폭이 감소되는 경우에도 적절하게 대응할 수 있고, 그에 따라 터널의 급곡 구간에서 벽체의 구축에 원활하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트는, 구조용 합성섬유 보강재와 제1,2 패널형 플라스틱 보강재의 부식 성능이 우수하기 때문에 급곡구간의 시공시 지수재의 사용이 가능하여 기존의 강재 세그먼트에서 발생되는 누수 문제를 미연에 해결할 수 있다.
도 1은 일반적인 쉴드 TBM 터널 공법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 쉴드 TBM 터널 공법에 사용되는 쉴드를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 쉴드에 사용되는 기존의 세그먼트를 나타낸 도면이다.
도 4와 도 5는 도 3에 도시된 기존의 세그먼트로 사용되는 RC 세그먼트를 나타낸 정면도와 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 A-A 선에 따른 단면을 나타낸 도면이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트가 도시된 정면도와 평면도이다.
도 9는 도 7과 도 8에 도시된 제1,2 패널형 플라스틱 보강재의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 7과 도 8에 도시된 제1,2 패널형 플라스틱 보강재의 표면을 확대시켜 나타낸 도면이다.
도 11은 도 8에 도시된 B-B 선에 따른 단면을 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 관통홀부의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 13과 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트가 도시된 단면도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 7과 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)가 도시된 정면도와 평면도이고, 도 9는 도 7과 도 8에 도시된 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)의 연결 구조를 나타낸 도면이며, 도 10은 도 7과 도 8에 도시된 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)의 표면을 확대시켜 나타낸 도면이다. 도 11은 도 8에 도시된 B-B 선에 따른 단면을 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11에 도시된 관통홀부(150, 152)의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)은 세그먼트 본체(110), 구조용 합성섬유 보강재(120), 제1 패널형 플라스틱 보강재(130), 제2 패널형 플라스틱 보강재(140), 및 관통홀부(150, 152)를 포함할 수 있다.
이하, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 도 7의 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)를 전방에서 바라본 것으로 설정하여 상하 방향과 좌우 방향을 설명하기로 한다. 또한, 도 7를 기준으로 설명하면, 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)의 상하 길이가 하이브리드 세그먼트(100)의 두께(T)에 해당되고, 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)의 좌우 길이가 하이브리드 세그먼트(100)의 길이(L)에 해당되며, 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)의 전후 길이가 하이브리드 세그먼트(100)의 폭(W)에 해당되는 것으로 설정한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)은, TBM 터널의 벽면 구축에 사용하기 위한 것으로써, 특히 TBM 터널의 급곡 구간에도 적용할 수 있는 급곡 구간용 세그먼트로 사용될 수 있다. 즉, TBM 터널의 급곡 구간에 사용되는 세그먼트는 테일 클리어런스의 확보하기 위하여 다른 구간의 세그먼트보다 폭(W)이 감소되는 구조로 형성된다. 그런데, 본 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)는, 구조용 합성섬유 보강재(120)와 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)에 의해서 세그먼트의 폭(W) 감소에 따른 강도의 저하를 충분히 대처할 수 있으므로, TBM 터널의 급곡 구간에서 TBM 터널의 벽체의 구축에 원활하게 사용될 수 있다.
도 7, 도 8 및 도 11을 참조하면, 본 실시예의 세그먼트 본체(110)는 TBM 터널의 벽면 구축에 사용하도록 TBM 터널의 벽면에 대응하는 원주형 구조로 형성될 수 있다. 상기와 같은 세그먼트 본체(110)는 콘크리트를 사용하여 제조될 수 있다. 세그먼트 본체(110)의 절달된 단면의 형상은 전후 방향으로 길게 형성된 직사각형 모양으로 형성될 수 있다.
도 7, 도 8 및 도 11을 참조하면, 본 실시예의 구조용 합성섬유 보강재(120)는 세그먼트 본체(110)를 보강하도록 세그먼트 본체의 내부에 분산되게 배치될 수 있다. 이를 위하여, 구조용 합성섬유 보강재(120)는 세그먼트 본체(110)의 제조시 콘크리트에 첨가되어 함께 배합된 후 세그먼트 본체(110)의 주형에 타설될 수 있다.
상기와 같은 구조용 합성섬유 보강재(120)는 짧은 길이의 합성 섬유로서, 강도와 인성이 우수한 소재로 형성될 수 있다. 구조용 합성섬유 보강재(120)의 첨가로 인하여 세그먼트 본체(110)를 형성하는 콘크리트는 고강도와 고인성으로 형성될 수 있다. 구조용 합성섬유 보강재는 콘크리트의 단위 중량으로 5~10㎏/㎥ 정도가 첨가될 수 있다
도 7 내지 도 11을 참조하면, 본 실시예의 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)는 세그먼트 본체(110)의 강도를 제1 방향으로 더 보강하기 위한 보강 부재이다. 즉, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)는, 세그먼트 본체(110)에 제1 방향으로 작용되는 하중이나 진동에 대응하기 위하여 세그먼트 본체(110)의 내부에 배치될 수 있다.
제1 패널형 플라스틱 보강재(130)는 구조용 합성섬유 보강재(120)를 첨가한 콘크리트의 내부에 매립된 형상으로 배치될 수 있다. 이를 위하여, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)는 세그먼트 본체(110)의 제조시 세그먼트 본체(110)의 주형에 콘크리트를 타설하기 이전에 세그먼트 본체(110)의 주형 내부에 미리 배치한다.
또한, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)는 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 수지로 사출 성형될 수 있다. 상기와 같은 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)는 세그먼트 본체(110)의 정면 형상과 동일한 형상으로 형성되되, 세그먼트 본체(110)의 내부에 매립되기 위하여 세그먼트 본체(110)보다 상대적으로 작게 형성될 수 있다.
또한, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)는 세그먼트 본체(110)의 보강 방향에 대응하여 세그먼트 본체(110)의 내부에 제1 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)는 제1 방향으로 길게 형성되어 세그먼트 본체(110)의 보강 방향과 동일한 방향으로 배치될 수 있다.
예를 들면, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)의 제1 방향은 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향에 대응하는 세그먼트 본체(110)의 보강 방향에 해당할 수 있다. 즉, 도 7를 기준으로 설명하면, 하이브리드 세그먼트(100)의 상측에서 하측으로 하이브리드 세그먼트(100)에 외력이 작용하고, 그로 인해서 하이브리드 세그먼트(100)의 좌우 방향인 길이(L) 방향으로 강도 보강이 필요하다. 따라서, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)는 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향과 평행한 제1 방향으로 세그먼트 본체(110)에 배치될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)의 보강 방향은 다양하게 설정될 수 있다.
또한, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)는 세그먼트 본체(110)의 내부에 복수개가 서로 이격되게 배치될 수 있다. 상기와 같은 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)들은, 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향에 대응되는 제1 방향을 따라 길게 배치될 수 있고, 세그먼트 본체(110)의 폭(W) 방향에 대응되는 후술하는 제2 방향으로 서로 평행하게 배치될 수 있다.
이하, 본 실시예에서는 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)가 세그먼트 본체(110)의 폭(W) 방향으로 4개가 서로 이격되게 배치된 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양한 개수가 배치될 수 있다.
도 7 내지 도 11을 참조하면, 본 실시예의 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)는 세그먼트 본체(110)의 강도를 제2 방향으로 더 보강하기 위한 보강 부재이다. 즉, 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)는, 세그먼트 본체(110)에 제2 방향으로 작용되는 하중이나 진동에 대응하기 위하여 세그먼트 본체(110)의 내부에 배치될 수 있다.
제2 패널형 플라스틱 보강재(140)는 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)와 마찬가지로 구조용 합성섬유 보강재(120)를 첨가한 콘크리트의 내부에 매립된 형상으로 배치될 수 있다. 이를 위하여, 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)는 세그먼트 본체(110)의 제조시 세그먼트 본체(110)의 주형에 콘크리트를 타설하기 이전에 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)와 함께 세그먼트 본체(110)의 주형 내부에 미리 배치한다.
또한, 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)는 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 수지로 사출 성형될 수 있다. 상기와 같은 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)는 세그먼트 본체(110)의 절단된 단면 형상과 동일한 형상으로 형성되되, 세그먼트 본체(110)의 내부에 매립되기 위하여 세그먼트 본체(110)보다 상대적으로 작게 형성될 수 있다.
또한, 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)는 세그먼트 본체(110)의 보강 방향에 대응하여 세그먼트 본체(110)의 내부에 제2 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)는 제2 방향으로 길게 형성되어 세그먼트 본체(110)의 보강 방향과 동일한 방향으로 배치될 수 있다. 상기와 같은 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)가 배치되는 제2 방향은, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)가 배치되는 제1 방향과 소정의 각도로 교차되는 방향으로 형성될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)가 세그먼트 본체(110)의 내부에서 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)와 교차되는 구조로 배치되는 것으로 설명한다.
예를 들면, 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)의 제2 방향은 세그먼트 본체(110)의 폭(W) 방향에 대응하는 세그먼트 본체(110)의 보강 방향에 해당할 수 있다. 즉, 도 8를 기준으로 설명하면, 하이브리드 세그먼트(100)의 전후 방향인 폭(W) 방향으로 강도 보강이 필요한 경우, 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)는 세그먼트 본체(110)의 폭(W) 방향과 평행한 제2 방향으로 세그먼트 본체(110)에 배치될 수 있다.
또한, 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)는 세그먼트 본체(110)의 내부에 복수개가 서로 이격되게 배치될 수 있다. 상기와 같은 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들은, 세그먼트 본체(110)의 폭(W) 방향에 대응되는 제2 방향을 따라 길게 배치될 수 있고, 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향에 대응되는 제1 방향으로 서로 평행하게 배치될 수 있다.
이하, 본 실시예에서는 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)가 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향으로 10개가 서로 이격되게 배치된 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양한 개수가 배치될 수 있다.
도 8과 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)에서는, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)들과 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들이 서로 직교되게 배치되는 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양한 크기의 교차 각도로 교차될 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 세그먼트 본체(110)의 보강 방향이 하나의 방향으로만 설정되는 것이 아니라, 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향과 폭(W) 방향으로 각각 설정될 수 있다. 여기서, 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향에 대한 보강 방향이 제1 방향이고, 세그먼트 본체(110)의 폭(W) 방향에 대한 보강 방향이 제2 방향이다.
따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)와 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)는 사각형의 격자 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같은 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)와 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)의 교차 부위에는, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)와 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)를 연결 고정시키기 위한 연결부(142)가 형성될 수 있다.
여기서, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)들과 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들은, 일체로 사출 성형되거나, 융착 방식 또는 접착 방식으로 서로 결합되거나, 또는 끼움 방식으로 서로 연결될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)에서는, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130) 및 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)의 표면에 요철부(136)가 형성될 수 있다. 상기와 같은 요철부(136)는 세그먼트 본체(110)와 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)의 부착성을 높이기 위한 구조로 형성될 수 있다.
예를 들면, 요철부(136)는, 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)의 표면 거칠기를 증가시키는 구조로 형성되거나, 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)의 복수 위치에 함몰 구조 또는 융기 구조를 형성하도록 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)를 절곡시키는 구조로 형성되거나, 또는 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)의 표면에서 돌출된 구조로 형성될 수 있다.
이하, 본 실시예에서는, 요철부(136)가 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)의 표면 거칠기를 증가시키는 구조로 형성될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 콘크리트와의 결합력이 우수한 규사를 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)의 표면에 배치시켜 요철부(136)를 형성할 수 있다.
도 7, 도 8 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)에서는, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)들과 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들이 세그먼트 본체(110)의 표면에서 설정 깊이(D) 이상으로 이격되도록 세그먼트 본체(110)의 내부에 매립되게 배치될 수 있다. 상기와 같은 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들의 설정 깊이(D)는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양하게 설정될 수 있지만, 본 실시예에서는 40~60㎜인 것으로 설명한다.
만약에, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)들과 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들이 세그먼트 본체(110)의 표면에 너무 가깝게 배치되면, 세그먼트 본체(110)의 표면 강도가 저하되어 세그먼트 본체(110)의 표면에 존재하는 콘크리트가 파손될 가능성이 높고, 그로 인해서 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)가 외부로 노출될 가능성이 높다.
그에 반하여, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)들과 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들이 세그먼트 본체(110)의 중심에 너무 깊숙하게 배치되면, 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들에 의해 세그먼트 본체(110)의 중심부 강도만 보강되므로, 세그먼트 본체(110)의 두께(T) 방향으로 강도가 고르게 보강되지 않고, 세그먼트 본체(110)의 강도 보강 효과가 저하되어 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들의 수명과 내구성이 상대적으로 저하될 수 있다.
상기와 같은 이유로, 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들을 세그먼트 본체(110)의 내부에 최대한 넓은 간격으로 배치시킴과 아울러 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들로 인한 세그먼트 본체(110)의 표면 강도 저하를 방지하기 위하여, 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들은 세그먼트 본체(110)의 표면에서 적절한 깊이에 배치되어야한 한다. 즉, 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들은 세그먼트 본체(110)의 전면, 후면, 상면, 하면, 좌측면 및 우측면에서 설정 깊이(D)만큼 매립된 상태로 배치될 수 있다.
도 9 및 도 11을 참조하면, 본 실시예의 관통홀부(150, 152)는 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)에 의해 구획된 세그먼트 본체(110)를 서로 연결시키기 위한 구성이다. 즉, 관통홀부(150, 152)는 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)에 홀 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 세그먼트 본체(110)는 관통홀부(150, 152)에 의해 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)에 관통되게 배치될 수 있다.
관통홀부(150, 152)에는 세그먼트 본체(110)을 구성하는 콘크리트와 함께 구조용 합성섬유 보강재(120)가 관통되게 배치될 수 있다. 상기와 같은 구조용 합성섬유 보강재(120)는 관통홀부(150, 152)를 통과하는 구조로 배치되므로, 관통홀부(150, 152)에 걸쳐지거나 걸리는 형태로 마련되어 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)의 강도가 보강될 수 있다.
또한, 관통홀부(150, 152)는 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)에 복수개가 이격되게 형성될 수 있다. 여기서, 관통홀부(150, 152)들은, 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)에 동일 형상으로 형성될 수 있고, 세그먼트 본체(110)의 폭(W) 방향을 따라 설정 간격으로 이격되게 배치될 수 있다. 예를 들면, 관통홀부(150, 152)는 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들의 연결부(142) 사이에 단수개가 각각 배치될 수 있다.
한편, 세그먼트 본체(110)의 제조하는 과정에서 콘크리트의 타설시 콘크리트가 관통홀부(150, 152)에 관통되게 배치될 수 있다. 따라서, 세그먼트 본체(110)는 관통홀부(150, 152)를 통해서 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향으로 연결되는 구조이므로, 세그먼트 본체(110)와 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들이 더욱 안정적으로 결합될 수 있고, 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들을 기준으로 양측에 배치된 세그먼트 본체(110)가 균열, 파손 및 분리되는 현상도 미연에 방지될 수 있다.
상기와 같은 관통홀부(332)는 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들과 세그먼트 본체(110)의 결속력이 향상되면서도, 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들의 보강 효과가 크게 약화되지 않는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 관통홀부(150, 152)의 형상, 크기, 개수, 배열 형상, 및 위치에 따른 배치 밀도의 변화 등은 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(300)의 설계 조건 및 상황에 따라 적절하게 설정될 수 있다.
예를 들면, 도 9와 도 11에 도시된 바와 같이, 관통홀부(150)는 세그먼트 본체(110)의 두께(T) 방향을 기준으로 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들의 중간 부위에 원형으로 형성될 수 있다.
상기와 다르게, 도 12에 도시된 바와 같이, 관통홀부(152)는 세그먼트 본체(110)의 두께(T) 방향을 기준으로 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들의 하측 부위에 타원형으로 형성될 수 있다. 상기와 같이 관통홀부(152)는, 세그먼트 본체(110)의 보강 방향에 따라 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들에 편심된 위치에 형성될 수 있으며, 세그먼트 본체(110)의 보강 방향에 따라 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들에 편심된 형상으로 형성될 수 있다. 일례로, 관통홀부(152)는, 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향 또는 두께(T) 방향 중 적어도 한 방향을 기준으로 한쪽에 편심된 위치되거나, 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향 또는 두께(T) 방향 중 적어도 한 방향을 기준으로 한쪽에만 형성될 수 있다. 또는, 관통홀부(152)는, 세그먼트 본체(110)의 보강 방향에 따라 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들에 편심된 형상, 즉 타원형, 직사각형, 삼각형, 부채꼴 등으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는, 관통홀부(152)가 세그먼트 본체(110)의 폭(W) 방향으로 길게 형성된 타원 형상으로 형성된 것으로 설명하며, 그로 인해서 관통홀부(152)는 도 11에 도시된 원형의 관통홀부(150)에 비하여 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)의 길이 방향에 대한 보강 효과를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 관통홀부(150, 152)가 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들에 형성된 것으로 설명하였지만, 이에 한정된 것은 아니며, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)들에만 형성되거나 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들에 모두 형성될 수도 있다.
즉, 관통홀부(150, 152)들은, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)에 의해 구획된 세그먼트 본체(110)를 서로 연결하는 구성으로서, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)에도 관통되게 배치될 수 있다. 상기와 같은 관통홀부(150, 152)들은 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)에 복수개가 이격되게 형성될 수 있다.
관통홀부(150, 152)이 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)들에 형성되면, 세그먼트 본체(110)의 폭(W) 방향에 대한 강도를 충분히 확보할 수 있으며, 그에 따라 세크먼트 본체(110)가 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)들을 기준으로 균열, 파손 또는 분리되는 문제도 미연에 방지할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)에 대한 제조 방법 및 성능 실험 결과를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)에 대한 제조 방법을 살펴보면, 세그먼트 본체(110)를 제조하기 위한 콘크리트의 배합시 구조용 합성섬유 보강재(120)를 첨가한 후 구조용 합성섬유 보강재(120)와 콘크리트를 함께 배합한다.
아울러, 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들을 개별적으로 사출 성형한 후 사각형의 격자 형상으로 결합시키거나, 또는 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들을 사각형의 격자 형상으로 사출 성형한다.
한편, 관통홀부(150, 152)는, 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들의 사출 성형시 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들과 함께 성형하거나, 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들의 사출 성형 후 별도의 가공을 통하여 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들에 형성한다.
상기와 같이 완성된 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들을 별도의 가이드 기구에 고정시킨 상태로 세그먼트 본체(110)의 주형 내부에 배치시킨다.
그런 다음에, 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들 설정 깊이(D)로 매립시킬 때까지 세그먼트 본체(110)의 주형에 콘크리트를 타설하고, 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들을 설정 깊이(D)가 매립된 상태에서 콘크리트를 양생한다.
상기와 같이 콘크리트가 세그먼트 본체(110)의 주형에 타설하면, 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)들에 형성된 관통홀부(150, 152)에도 콘크리트 및 구조용 합성섬유 보강재(120)가 배치된다.
따라서, 콘크리트는 관통홀부(150, 152)을 통과하는 상태로 굳어서 세그먼트 본체(110)를 형성하고, 그에 따라 세그먼트 본체(110)은 관통홀부(150, 152)을 통해 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향으로 연결된 구조로 보강된 상태이다.
또한, 구조용 합성섬유 보강재(120)도 관통홀부(150, 152)을 통과하는 상태로 마련되므로, 구조용 합성섬유 보강재(120)가 관통홀부(150, 152)에 걸쳐지거나 걸려서 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)를 보강한다.
콘크리트의 양생이 완료되면, 세그먼트 본체(110)의 주형으로부터 탈형하여 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)를 완성한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에서는 구조용 합성섬유 보강재(120)를 이용하여 세그먼트 본체(110)를 형성하는 콘크리트의 강도와 인성을 향상시킴과 아울러 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들을 이용하여 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)를 제1 방향과 제2 방향으로 추가 보강시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 제2 패널형 플라스틱 보강재(140)에 형성된 관통홀부(150, 152)에 관통되게 배치된 세그먼트 본체(110)와 구조용 합성섬유 보강재(120)에 의해서 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)의 강도와 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)는 기존의 철 보강재를 사용하는 경우와 비교하여 내부식성이 우수한 구조용 합성섬유 보강재(120) 및 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들을 사용하므로, 하이브리드 세그먼트(100)의 부식 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1,2 패널형 플라스틱 보강재(130, 140)들이 플라스틱 소재로서 사출 성형 방법에 의해서 저렴한 가격으로 대량 생산이 가능하므로, RC 콘크리트 또는 강재로 형성된 세그먼트보다 제조 비용과 제조 시간을 절감할 수 있다.
도 13과 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(200, 300)가 도시된 단면도이다.
도 13 및 도 14에서 도 7 내지 도 11에 도시된 참조부호와 동일 유사한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는 도 7 내지 도 11에 도시된 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)와 상이한 점을 중심으로 서술하도록 한다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(200, 300)가 도 7 내지 도 11에 도시된 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(100)와 상이한 점은, 관통홀부(150, 152)를 생략하되, 제2 패널형 플라스틱 보강재(240, 340)의 형상과 배치 구조를 변경하여 관통홀부(150, 152)의 기능을 수행하기 위한 연결 영역(250, 350)을 형성한다는 점에 있다.
즉, 본 실시예에서는, 제2 패널형 플라스틱 보강재(240, 340)가 세그먼트 본체(110)의 두께(T) 방향으로 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)보다 작은 길이로 형성될 수 있다. 이하, 본 발명의 다른 실시예에서는, 설명의 편의를 위하여 세그먼트 본체(110)의 두께(T) 방향을 '상하 방향'으로 기재하기로 한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(200)에서는, 제2 패널형 플라스틱 보강재(240)가 세그먼트 본체(110)에 상하 방향으로 복수개가 이격되게 배치될 수 있다.
여기서, 제2 패널형 플라스틱 보강재(240)는 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)와 교차되게 연결된 상태이므로, 복수개의 제2 패널형 플라스틱 보강재(240)는 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)에 상하 방향으로 이격된 상태로 연결될 수 있다. 따라서, 제2 패널형 플라스틱 보강재(240)의 상하 길이는, 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)의 상하 길이의 절반보다 더 작게 형성되는 것이 바람직하며, 그로 인하여 제2 패널형 플라스틱 보강재(240)들이 상하 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다.
상기와 같은 제2 패널형 플라스틱 보강재(240)는 상하 방향으로 복수개가 이격된 구조로 배치될 수 있지만, 본 실시예에서는 제2 패널형 플라스틱 보강재(240)가 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)의 상부와 하부에 각각 교차되게 연결된 것으로 설명한다.
그리고, 제2 패널형 플라스틱 보강재(240)들의 사이에는, 세그먼트 본체(110)를 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향으로 연결시키기 위한 연결 영역(250)이 형성될 수 있다. 상기와 같은 연결 영역(250)은 2개의 제2 패널형 플라스틱 보강재(240) 사이에 이격되게 형성된 개구 영역이다.
세그먼트 본체(110)는 연결 영역(250)에 관통되게 배치될 수 있다. 따라서, 연결 영역(250)은 도 7 내지 도 11에 도시된 관통홀부(150, 152)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 상기와 같은 세그먼트 본체(110)는 연결 영역(250)을 통해서 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향으로 연속적으로 연결되므로, 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향에 따른 강성이 보강될 수 있다.
한편, 연결 영역(250)은 복수개의 제1 패널형 플라스틱 보강재(130) 사이에 각각 형성될 수 있다. 연결 영역(250)의 크기는 제2 패널형 플라스틱 보강재(240)들의 상하 길이에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트(300)에서는, 제2 패널형 플라스틱 보강재(340)가 세그먼트 본체(110)의 상하 방향으로 중간 부위에 단수개가 배치될 수 있다.
여기서, 제2 패널형 플라스틱 보강재(340)는 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)와 교차되게 연결된 상태이므로, 단수개의 제2 패널형 플라스틱 보강재(340)는 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)의 중앙 부위에 연결될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 제2 패널형 플라스틱 보강재(340)가 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)의 중앙 부위에 단수개가 교차되게 연결되는 것으로 설명한다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 패널형 플라스틱 보강재(340)가 제1 패널형 플라스틱 보강재(130)의 상부 또는 하부에 편심되게 연결될 수도 있다.
그리고, 제2 패널형 플라스틱 보강재(340)의 상측과 하측에는, 세그먼트 본체(110)를 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향으로 연결시키기 위한 연결 영역(350)이 형성될 수 있다. 상기와 같은 연결 영역(350)은 2개의 제1 패널형 플라스틱 보강재(130) 사이에 형성된 개구 영역이다.
세그먼트 본체(110)는 연결 영역(350)에 관통되게 배치될 수 있다. 따라서, 연결 영역(350)은 도 7 내지 도 11에 도시된 관통홀부(150, 152)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 상기와 같은 세그먼트 본체(110)는 연결 영역(350)을 통해서 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향으로 연속적으로 연결되므로, 세그먼트 본체(110)의 길이(L) 방향에 따른 강성이 보강될 수 있다.
한편, 연결 영역(350)은 제2 패널형 플라스틱 보강재(340)의 상측과 하측에 각각 형성되되, 복수개의 제1 패널형 플라스틱 보강재(130) 사이에도 각각 형성될 수 있다. 연결 영역(350)의 크기는 제2 패널형 플라스틱 보강재(340)의 상하 길이에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100, 200, 300: 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트
110: 세그먼트 본체
120: 구조용 합성섬유 보강재
130: 제1 패널형 플라스틱 보강재
140, 240, 340: 제2 패널형 플라스틱 보강재
150, 152: 관통홀부
250, 350: 연결 영역
D: 설정 깊이
L: 세그먼트 본체의 길이
T: 세그먼트 본체의 두께
W: 세그먼트 본체의 폭

Claims (11)

  1. TBM 터널의 벽면 구축에 사용하도록 콘크리트로 형성되는 원주형의 세그먼트 본체;
    상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 분산되게 배치된 구조용 합성섬유 보강재;
    상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 길이 방향으로 길게 배치되는 제1 패널형 플라스틱 보강재;
    상기 세그먼트 본체의 폭 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 폭 방향으로 길게 배치되고, 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재와 교차되는 구조로 연결된 제2 패널형 플라스틱 보강재; 및
    상기 제2 패널형 플라스틱 보강재에 형성되고, 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재에 의해 구획된 상기 세그먼트 본체를 서로 연결시키도록 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재에 관통되게 배치된 관통홀부;를 포함하고,
    상기 제1 패널형 플라스틱 보강재와 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 표면에서 설정 깊이로 이격되도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 매립되며,
    상기 제1 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 폭 방향으로 복수개가 서로 평행하게 배치되고, 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 복수개가 서로 평행하게 배치되며,
    상기 제1 패널형 플라스틱 보강재들과 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재들은 서로 교차되는 구조로 연결되고,
    상기 관통홀부는, 상기 제1,2 패널형 플라스틱 보강재들의 연결부 사이에 각각 배치되어 상기 세그먼트 본체의 폭 방향을 따라 복수개가 설정 간격으로 이격되도록 형성되며,
    상기 세그먼트 본체가 상기 관통홀부의 내부를 관통하는 구조로 연결되어 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 길게 마련되는 것을 특징으로 하는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀부들은,
    상기 제1 패널형 플라스틱 보강재에 의해 구획된 상기 세그먼트 본체를 서로 연결하도록 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재에도 관통되게 형성되되, 상기 제1,2 패널형 플라스틱 보강재들의 연결부 사이에 각각 마련되어 상기 세그먼트 본체의 길이 방향을 따라 복수개가 설정 간격으로 이격되게 배치된 것을 특징으로 하는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 관통홀부들은,
    상기 세그먼트 본체의 보강 방향에 따라 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재에 편심된 위치에 형성되거나, 또는 상기 세그먼트 본체의 보강 방향에 따라 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재에 편심된 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트.
  5. TBM 터널의 벽면 구축에 사용하도록 콘크리트로 형성되는 원주형의 세그먼트 본체;
    상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 분산되게 배치된 구조용 합성섬유 보강재;
    상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 길이 방향으로 길게 배치되는 제1 패널형 플라스틱 보강재; 및
    상기 세그먼트 본체의 폭 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 폭 방향으로 길게 배치되고, 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재와 교차되는 구조로 연결된 제2 패널형 플라스틱 보강재;를 포함하며,
    상기 제2 패널형 플라스틱 보강재는, 상기 세그먼트 본체의 두께 방향으로 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재보다 작은 길이로 형성되고, 상기 세그먼트 본체에 두께 방향을 따라 복수개가 이격되게 배치되며,
    상기 제2 패널형 플라스틱 보강재들의 사이에는, 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 상기 세그먼트 본체를 연결시키도록 상기 세그먼트 본체가 관통되게 배치되는 연결 영역이 형성되고,
    상기 제1 패널형 플라스틱 보강재와 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 표면에서 설정 깊이로 이격되도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 매립되며,
    상기 제1 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 폭 방향으로 복수개가 서로 평행하게 배치되고, 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 복수개가 서로 평행하게 배치되며,
    상기 제1 패널형 플라스틱 보강재들과 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재들은 서로 교차되는 구조로 연결되고,
    상기 세그먼트 본체가 상기 연결 영역을 통과하는 구조로 연결되어 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 길게 마련되는 것을 특징으로 하는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트.
  6. TBM 터널의 벽면 구축에 사용하도록 콘크리트로 형성되는 원주형의 세그먼트 본체;
    상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 분산되게 배치된 구조용 합성섬유 보강재;
    상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 길이 방향으로 길게 배치되는 제1 패널형 플라스틱 보강재; 및
    상기 세그먼트 본체의 폭 방향으로 상기 세그먼트 본체를 보강하도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 폭 방향으로 길게 배치되고, 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재와 교차되는 구조로 연결된 제2 패널형 플라스틱 보강재;를 포함하며,
    상기 제2 패널형 플라스틱 보강재는, 상기 세그먼트 본체의 두께 방향으로 상기 제1 패널형 플라스틱 보강재보다 작은 길이로 형성되고, 상기 세그먼트 본체의 중간 부위에 단수개가 배치되며,
    상기 세그먼트 본체의 두께 방향을 기준으로 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재의 상측 또는 하측 중 적어도 어느 한 부위에는, 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 상기 세그먼트 본체를 연결시키도록 상기 세그먼트 본체가 배치되는 연결 영역이 형성되고,
    상기 제1 패널형 플라스틱 보강재와 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 표면에서 설정 깊이로 이격되도록 상기 세그먼트 본체의 내부에 매립되며,
    상기 제1 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 폭 방향으로 복수개가 서로 평행하게 배치되고, 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재는 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 복수개가 서로 평행하게 배치되며,
    상기 제1 패널형 플라스틱 보강재들과 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재들은 서로 교차되는 구조로 연결되고,
    상기 세그먼트 본체가 상기 연결 영역을 통과하는 구조로 연결되어 상기 세그먼트 본체의 길이 방향으로 길게 마련되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 패널형 플라스틱 보강재와 상기 제2 패널형 플라스틱 보강재의 설정 깊이는 40~60㎜로 형성된 것을 특징으로 하는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트.
  10. 제1항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1,2 패널형 플라스틱 보강재의 표면에는 상기 세그먼트 본체와 상기 패널형 플라스틱의 부착성을 높이기 위하여 복수개의 요철부가 형성된 것을 특징으로 하는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트.
  11. 제1항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조용 합성섬유 보강재는 상기 세그먼트 본체의 제조시 상기 콘크리트에 첨가되어 배합되고,
    상기 구조용 합성섬유 보강재의 첨가량은 단위 중량으로 5~10㎏/㎥인 것을 특징으로 하는 쉴드 TBM 터널용 하이브리드 세그먼트.
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