KR102290394B1 - 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망, 그 섬유 그물망의 제조방법 및, 그 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망, 그 섬유 그물망의 제조방법 및, 그 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 숏크리트에 매립되어 구조물을 보강하는 섬유그물망에 있어서, 고분자 섬유로 이루어진 경사(經絲)와 상기 경사에 대해 횡방향으로 배치되는 고분자 섬유로 이루어진 위사(緯絲)를 포함하는 섬유 그물망 본체; 상기 섬유 그물망 본체의 표면을 피복하여 상기 섬유 그물망 본체에 강성을 부여하는 1차 코팅막; 및 상기 1차 코팅막이 형성된 섬유 그물망 본체 표면을 피복하여 숏크리트와의 부착력을 부여하는 2차 코팅막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망에 관한 것이다.
Description
본 발명은 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망, 그 섬유 그물망의 제조방법 및, 그 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법에 관한 것이다.
터널의 시공은 터널 굴착면의 보강, 배수층의 설치 및 터널 라이닝 설치 등의 순서로 이루어진다.
발파 등으로 인해 터널이 굴착되면 지반 내에 이완영역이 존재하여 굴착암이 낙하하거나 터널에 변형이 발생할 수 있어 터널 굴착면은 지보재 등으로 보강하여야 한다.
일반적으로는 터널의 내벽을 따라 지반 방향으로 록볼트(Rock bolt)를 설치하고 터널면을 따라 와이어 메쉬를 설치한 후 터널면에 숏크리트를 뿜어 타설하여 터널 굴착면을 보강하게 된다.
터널 굴착면에 대한 보강이 이루어지면, 숏크리트 면을 따라 부직포, 방수막 시트 등을 설치하여 배수층을 형성하고, 배수층의 표면에 콘크리트를 타설하여 터널의 라이닝을 형성하게 된다.
터널의 지보재로 사용되는 와이어 메쉬는 타설된 숏크리트가 자중으로 인해 박리될 가능성이 있는 경우나 숏크리트의 인장강도 및 전단강도를 향상시키기 위하여 사용되지만, 시공 공정이 매우 복잡하여 현재 터널 시공에서는 거의 사용되지 않고 있는 실정이다.
최근 터널의 지보재로서 와이어 메쉬를 사용하지 않는 추세에 따라 강섬유 혼입 숏크리트를 사용하기도 하는데, 숏크리트의 이송 과정에서 강섬유 간의 자성으로 인해 이송호스에서 뭉침 현상이 자주 발생하여 시공성이 저하되는 문제가 있고, 숏크리트의 뿜기 과정에서 리바운드가 발생하게 되어 강섬유가 암버럭과 같이 배출되기 때문에 환경적인 문제를 야기하기도 한다.
터널의 초기 지보재로서 철재 소재의 와이어 메쉬를 사용하지 않고, 고분자 섬유로 이루어진 섬유 그물망을 사용할 수 있는데, 섬유 그물망을 사용하는 경우 역학적 성능을 확보하기 위해 숏크리트와의 부착이 매우 중요하다.
섬유 그물망(fiber-net)은 산업용 섬유 원사를 코팅하여 격자 형식으로 직조한 재료로써, 종래에는 주로 옹벽보강, 사면보강, 지반보강 등의 용도로 사용되어왔다. 이와 같은 섬유 그물망의 경우, 섬유 원사 자체의 역학적 특성 강화 및 적절한 표면처리에 의해 숏크리트 인장부재로의 요구 성능을 충분히 확보할 수 있어 터널 구조물에 적용했을 때 터널의 구조적 안정성에 기여할 수 있다.
종래에 옹벽보강, 사면보강, 지반보강 등의 보강재로 사용되는 지오그리드는 플라스틱을 이용한 플라스틱 지오그리드와 섬유를 이용한 텍스타일 지오그리드의 두 종류가 있다. 이 중, 텍스타일 지오그리드는 고강도 섬유를 이용하여 격자 형태의 직물로 제직한 텍스타일 지오그리드 원단을 준비한 다음, 수지 코팅액으로 그 표면을 피복한 후 고온 열처리하여 제조한다. 이와 같이 제조된 지오그리드는 섬유를 이용하는 특성으로 인하여 인장강도가 높고 인장 변형률이 낮은 특성을 나타내며, 제품이 유연하여 포장, 운반 및 시공 면에서 우수하다는 장점을 갖는다.
종래에 보강재로 사용되던 텍스타일 지오그리드(즉, 섬유 그물망)가 갖는 다양한 장점들에 기인하여, 이를 터널 구조물에 적용시키는 기술이 개발 중에 있다. 섬유 그물망이 터널의 1차 지보재로 사용될 경우, 구조적 안정성을 향상시키기 위하여 터널 발파 직후 타설된 1차 숏크리트에 부착된다. 이 때, 아치 형상의 터널 내부에 섬유 그물망을 설치하기 위해서는 섬유 그물망 자체가 적절한 강성을 보유해야 하고, 섬유 그물망과 숏크리트 사이에 적절한 부착 성능이 발휘되어야 한다.
도 1은 종래 와이어메쉬, 강섬유, PE,PP,유리섬유를 활용한 숏크리트용 섬유 기술의 특징을 정리한 것이다. 와이어메쉬는 여굴 전재시 설치가 곤란하며, 터널 지보 적용 시 중량 및 재료비 절감이 필요하며 설치과정이 복잡하여 공사비가 증대되는 단점을 가지고 있다. 또한, 강섬유는 현재 일반화된 공법이나, 혼입량 증가에 따른 가격이 상승하고 타설시 리바운드에 의한 환경문제와 구조적 안전성이 낮다는 단점을 갖는다. 또한, PE,PP,유리섬유는 원재료 자체의 높은 단가로 인해 경제성확보가 어려우며, 강섬유와 유사하게 환경오염을 유발한다는 문제점이 존재한다.
그리고 섬유 그물망은 그 자체의 강성에 따라 시공성이 달라진다. 섬유 그물망 및 이를 활용한 섬유 그물망 보강 숏크리트가 역학적인 요구 성능을 충분히 나타내기 위해서는 시공 과정에서 섬유 그물망의 설치 시공성이 충분히 발휘되어야 하며, 이를 위해서는 섬유 그물망 자체의 적절한 강성이 필요하다.
또한 구조물의 보강재로서 섬유 그물망을 사용했던 종래 기술에서는 터널 구조물의 시공에 필요한 적절한 강성 및 부착성능을 도출하지 못한다는 문제점을 갖는다. 이로 인하여 종래 기술을 활용할 경우, 터널 지보용 섬유 그물망의 요구 성능이 충분히 도출되지 못하고 있는 현실이다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 터널의 시공성을 확보하고, 섬유 그물망 및 섬유 그물망 보강 숏크리트가 역학적 성능을 충분히 발휘할 수 있는 터널 지보용 고성능 섬유 그물망 강성 적용 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 섬유 그물망 자체의 강성이 외력을 가하면 형상의 변형이 가능하지만 외력이 가해지지 않은 상황에서도 자체적으로 형상의 유지가 가능하며, 섬유 그물망과 숏크리트와의 부착 효과를 높여 궁극적으로 섬유 그물망의 설치 시공성 및 역학적 성능을 향상시키는 데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 1차 코팅 과정을 통해 섬유 그물망에 자체적인 강성을 부여하고, 2차 코팅 과정을 통해 숏크리트와의 부착 효과를 증진시켜 고성능 섬유 그물망이 시공 및 역학적 측면에서 그 기능을 충분히 발휘할 수 있는, 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망, 그 섬유 그물망의 제조방법 및, 그 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 시공성 및 역학적 성능 발휘를 고려한 터널 지보용 고성능 섬유 그물망의 강성 적용 기술로써, 현재 터널 시공 시 발파 이후 1차 지보재의 역할을 하는 강섬유 보강 숏크리트를 대체할 수 있는 재료로 활용될 수 있는, 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 숏크리트에 매립되어 구조물을 보강하는 섬유그물망에 있어서, 고분자 섬유로 이루어진 경사(經絲)와 상기 경사에 대해 횡방향으로 배치되는 고분자 섬유로 이루어진 위사(緯絲)를 포함하는 섬유 그물망 본체; 상기 섬유 그물망 본체의 표면을 피복하여 강성을 부여하는 1차 코팅막; 및 상기 1차 코팅막이 형성된 섬유 그물망 본체 표면을 피복하여 숏크리트와의 부착력을 부여하는 2차 코팅막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 고분자 섬유는, 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra High Molecular Weight Polyethylene)인 섬유인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 1차 코팅막은 저온 경화형 에폭시를 포함하는 재질로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 2차 코팅막은 우레탄을 포함하는 재질로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 경사는, 5000 denier(5000d) 단사가 4가닥 내지 20가닥으로 이루어지며, 상기 위사는, 2000 denier(2000d) 단사가 6가닥 내지 12가닥으로 이루어지고, 상기 경사가 상기 위사 보다 강성이 크도록 상기 경사 및 상기 위사의 가닥 개수가 설정되며, 상기 경사 및 상기 위사는 각각 꼬이지 않으며, 상기 경사 및 상기 위사는 상하로 서로 교번하여 교차되도록 제직되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 격자 그물망 본체의 하나의 격자의 크기는, 상기 숏크리트가 상기 숏크리트에 포함되는 골재의 최대 크기가 5mm이하인 모르타르 배합인 경우 5mm×5mm 초과 1.5cm × 1.5cm 이하이며, 상기 숏크리트가 상기 숏크리트에 포함되는 골재의 최대 크기가 1.3cm이하인 콘크리트 배합인 경우, 5mm×5mm 초과 4cm × 4cm 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 숏크리트에 매립되어 구조물을 보강하는 섬유그물망의 제조방법에 있어서, 고분자 섬유로 이루어진 경사에 대해 횡방향으로 고분자 섬유로 이루어진 위사를 교차 설치하여 격자 형태의 섬유 그물망 본체를 제직하는 제1단계; 상기 제직된 섬유 그물망 본체를 저온 경화형 에폭시를 포함하는 재질로 도포하여 1차 코팅막을 형성하는 제2단계; 및 상기 1차 코팅막이 형성된 섬유 그물망 본체를 우레탄을 포함하는 재질로 도포하여 2차 코팅막을 형성하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망의 제조방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 제2단계는, 상기 섬유 그물망 본체에 강성을 부여하기 위하여, 저온 경화형 에폭시를 포함하는 재질로 도포하고, 40 ~ 50℃의 온도 조건에서 열처리한 후, 건조하여 1차 코팅막을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제3단계는, 상기 섬유 그물망 본체에 숏크리트와의 부착성을 부여하기 위하여, 우레탄을 포함하는 재질로 도포하고, 110 ~ 120℃의 온도 조건에서 열처리하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 고분자 섬유는, 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra High Molecular Weight Polyethylene)를 포함하는 재질로 이루어지고, 상기 경사는, 5000 denier(5000d) 단사가 4가닥 내지 20가닥으로 이루어지고, 상기 위사는, 2000 denier(2000d) 단사가 6가닥 내지 12가닥으로 이루어지며, 상기 제1단계는, 상기 경사 및 상기 위사는 각각 꼬이지 않으며, 상기 경사 및 상기 위사는 상하로 서로 교번하여 교차되도록 제직하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 경사가 상기 위사 보다 강성이 크도록 상기 경사 및 상기 위사의 가닥 개수가 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법에 있어서, 터널을 굴착하는 제1단계와; 상기 터널의 굴착면에 1차 숏크리트를 타설하는 제2단계; 상기 1차 숏크리트의 타설면에 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 포설하고 고정하는 제3단계; 숏크리트 보강용 섬유 그물망이 포설된 상기 1차 숏크리트의 타설면에 2차 숏크리트를 타설하여 일체화하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 이용한 터널 시공 방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 제2단계 이후에, 상기 1차 숏크리트의 타설면에 락볼트를 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제3단계는. 상기 숏크리트 보강용 섬유 그물망의 경사가 상기 1차 숏크리트의 타설면의 아치를 따라 배치되도록 상기 숏크리트 보강용 섬유 그물망을 포설하는 단계; 및 상기 경사 또는 위사를 사이에 두고 상기 1차 숏크리트의 타설면에 U자형 체결핀을 삽입하여 상기 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 상기 1차 숏크리트의 타설면에 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제3단계는, 두 개 이상의 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 연결하여 포설하되, 선형의 체결로드를 서로 겹치는 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망의 경사에 교차하여 엮어 연결함으로써 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망, 그 섬유 그물망의 제조방법 및, 그 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법에 따르면, 터널의 시공성을 확보하고, 섬유 그물망 및 섬유 그물망 보강 숏크리트가 역학적 성능을 충분히 발휘할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망, 그 섬유 그물망의 제조방법 및, 그 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법에 따르면, 섬유 그물망 자체의 강성이 외력을 가하면 형상의 변형이 가능하지만 외력이 가해지지 않은 상황에서도 자체적으로 형상의 유지가 가능하며, 섬유 그물망과 숏크리트와의 부착 효과를 높여 궁극적으로 섬유 그물망의 설치 시공성 및 역학적 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망, 그 섬유 그물망의 제조방법 및, 그 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법에 따르면, 1차 코팅 과정을 통해 섬유 그물망에 자체적인 강성을 부여하고, 2차 코팅 과정을 통해 숏크리트와의 부착 효과를 증진시켜 고성능 섬유 그물망이 시공 및 역학적 측면에서 그 기능을 충분히 발휘할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망, 그 섬유 그물망의 제조방법 및, 그 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법에 따르면, 시공성 및 역학적 성능 발휘를 고려한 터널 지보용 고성능 섬유 그물망의 강성 적용 기술로써, 현재 터널 시공 시 발파 이후 1차 지보재의 역할을 하는 강섬유 보강 숏크리트를 대체할 수 있는 재료로 활용될 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 와이어메쉬, 강섬유, PE,PP,유리섬유를 활용한 숏크리트용 섬유 기술의 특징을 정리표,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유그물망을 간략히 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유그물망의 제조방법의 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이퍼 섬유그물망 지보재, 일반콘크리트, 강섬유 보강 숏크리트에 대한 휨강도와, 본딩스트레스 그래프,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 하이퍼 섬유그물망 사진,
도 6은 터널 모사 구조물에 설치된 본 발명의 실시예에 따라 제조된 하이퍼 섬유그물망 사진,
도 7은 본 발명의 실시시예에 따른 하이퍼 섬유그물망에 대한 휨 강도 그래프,
도 8은 도 7에 따른 휨 강도 그래프의 휨강도, 휨인성계수 표,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법의 흐름도,
도 10 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 이용한 터널 시공 방법의 흐름도,
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 고정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 숏크리트 보강용 섬유 그물망 간의 결합상태를 도시한 도면이다.
도 1은 종래 와이어메쉬, 강섬유, PE,PP,유리섬유를 활용한 숏크리트용 섬유 기술의 특징을 정리표,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유그물망을 간략히 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유그물망의 제조방법의 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이퍼 섬유그물망 지보재, 일반콘크리트, 강섬유 보강 숏크리트에 대한 휨강도와, 본딩스트레스 그래프,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 하이퍼 섬유그물망 사진,
도 6은 터널 모사 구조물에 설치된 본 발명의 실시예에 따라 제조된 하이퍼 섬유그물망 사진,
도 7은 본 발명의 실시시예에 따른 하이퍼 섬유그물망에 대한 휨 강도 그래프,
도 8은 도 7에 따른 휨 강도 그래프의 휨강도, 휨인성계수 표,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법의 흐름도,
도 10 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 이용한 터널 시공 방법의 흐름도,
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 고정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 숏크리트 보강용 섬유 그물망 간의 결합상태를 도시한 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유그물망의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유그물망을 간략히 도시한 도면을 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유그물망(21)은 격자 형태로 직조된 섬유 그물망 본체(19)와, 1차 코팅막(32), 2차 코팅막(33)을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유그물망(21)은, 고분자 섬유로 이루어진 경사(經絲)(28)와 상기 경사(28)에 대해 횡방향으로 배치되는 고분자 섬유로 이루어진 위사(緯絲)(30)를 포함하는 섬유 그물망 본체(19); 섬유 그물망 본체(19)의 표면을 피복하여 섬유 그물망(21)에 강성을 부여하는 1차 코팅막(32); 및 1차 코팅막(32)이 형성된 섬유 그물망 본체(19) 표면을 피복하여 숏크리트와의 부착력을 부여하는 2차 코팅막(33);을 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 섬유 그물망 본체(19)를 구성하는 고분자 섬유는, 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra High Molecular Weight Polyethylene)인 섬유로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이퍼 섬유 그물망(21)에 강성을 부여하기 위한 1차 코팅막(32)은 저온 경화형 에폭시를 포함하는 재질로 이루어진다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 하이퍼 섬유 그물망(21)에 대하여 숏크리트와의 부착성을 부여하여 시공성을 향상시키기 위한 2차 코팅막(33)은 우레탄을 포함하는 재질로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망(21)은 우레탄으로 구성되는 2차 코팅막(33)을 통하여 터널의 시공성을 확보하고, 저온 경화형 에폭시로 구성되는 1차 코팅막(32)을 통해 역학적 성능을 충분히 발휘할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망(21)에 따르면, 섬유 그물망(21) 자체의 강성이 외력을 가하면 형상의 변형이 가능하지만 외력이 가해지지 않은 상황에서도 자체적으로 형상의 유지가 가능하며, 섬유 그물망(21)과 숏크리트와의 부착 효과를 높여 궁극적으로 섬유 그물망의 설치 시공성 및 역학적 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망(21)에 따르면, 1차 코팅 과정을 통해 섬유 그물망에 자체적인 강성을 부여하고, 2차 코팅 과정을 통해 숏크리트와의 부착 효과를 증진시켜 고성능 섬유 그물망이 시공 및 역학적 측면에서 그 기능을 충분히 발휘할 수 있게 된다.
또한, 숏크리트 보강용 섬유 그물망(21)을 제조하는 사용되는 경사(28)는, 5000 denier(5000d) 단사가 4가닥 내지 20가닥으로 이루어질 수 있으며, 위사(30)는 2000 denier(2000d) 단사가 6가닥 내지 12가닥으로 이루어질 수 있다.
예를 들면, 섬유 그물망(21)의 필요 강도에 따라, 경사(28)를 구성하는 단사의 가닥 수과 위사(30)를 구성하는 단사의 가닥 수를 설정하여 격자 그물망 본체(19)를 구성하는 것이다.
일 예로, 격자 그물망 본체(19) 제조 시 경사(28)는 위사(30)보다 강성이 크게 제작할 수 있는데, 동일한 원사를 사용하는 경우 5000d 단사를 10가닥 사용하여 경사(28)를 구성하고 2000d 단사를 10가닥 사용하여 위사(30)를 구성하는 경우 경사(28)의 단면 크기가 위사(30)의 단면보다 크게 된다.
한편, 경사(28)의 강성을 위사(30)보다 크게 하는 이유는, 섬유 그물망(21)의 경사(28)가 인장력의 지지가 필요한 방향으로 배치되도록 하여 인장력을 지지하기 하기 위함이다.
단사의 다발로 이루어지는 경사(28) 및 위사(30)는 여러 개의 단사가 꼬이지 않게 다발로 형성될 수 있는데, 저온 경화형 에폭시 재질로 이루어진 코팅액이 단사 사이에 침지되면서 표면에 1차 코팅막(32)이 형성되어 경사(28)와 위사(30)의 강도가 증진되도록 하기 위함이다. 또한, 우레탄 재질로 이루어진 코팅액이 단사 사이에 침지되면서 표면에 2차 코팅막(33)이 형성되어 섬유 그물망(21)과 숏크리트 단에 부착력이 증진되도록 하기 위함이다.
그리고, 묶음을 이루는 경사(28) 및 위사(30)는 상하로 서로 교번하여 교차되도록 제직된다. 즉, 도 2의 확대도를 참고하면, 좌측의 경사(28)은 위쪽 위사(30) 위에 놓이고 아래쪽 위사(30)의 아래 놓이며, 우측의 경사(28)은 위쪽 위사(30) 아래에 놓이고 위쪽 위사(30)의 위쪽에 놓이도록 상하로 서로 교번하여 교착되도록 제직되는 것이다. 이에 따라 코팅액에 의해 접점부에서 융착되면서 섬유 그물망(21)의 강도가 증진될 수 있다.
그리고, 섬유 그물망 본체(19)를 형성하는 각 격자의 크기는 숏크리트의 종류에 따라 달리 설정할 수 있다. 숏크리트에 포함되는 골재의 최대 크기가 5mm이하인 모르타르 배합으로 숏크리트를 구성하는 경우 골재가 격자를 통과할 수 있도록 각 격자의 크기를 5mm×5mm 초과 1.5cm × 1.5cm 이하로 설정할 수 있으며, 숏크리트에 포함되는 골재의 최대 크기가 1.3cm이하인 콘크리트 배합으로 숏크리트를 구성하는 경우는 골재가 격자를 통과할 수 있도록 각 격자의 크기를 5mm×5mm 초과 4cm × 4cm 이하로 설정할 수 있다.
격자의 크기에 따라 섬유 그물망(21)의 인장 강도가 달라질 수 있으므로 이 경우에는 경사를 이루는 단사의 가닥 개수, 위사를 이루는 단사의 가닥 개수가 설계에 따라 달리할 수 있다. 본 실시예에서는 격자 크기가 1cm × 1cm인 격자 그물망 본체(19)를 사용한 형태를 제시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유그물망의 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 숏크리트에 매립되어 구조물을 보강하는 하이퍼 섬유그물망(21)의 제조방법은, 먼저 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유로 이루어진 경사(28)에 대해 횡방향으로 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유로 이루어진 위사(30)를 교차 설치하여 격자 형태의 섬유 그물망 본체(19)를 제직하는 제1단계; 상기 제직된 섬유 그물망 본체(19)를 저온 경화형 에폭시를 포함하는 재질로 도포하여 1차 코팅막(32)을 형성하는 제2단계; 및 상기 1차 코팅막(32)이 형성된 섬유 그물망 본체(19)를 우레탄을 포함하는 재질로 도포하여 2차 코팅막(33)을 형성하는 제3단계;를 포함한다.
도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망 제조 방법을 설명하면, 먼저, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유로 이루어진 경사(28)에 대해 횡방향으로 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)로 이루어진 위사(30)를 교차 설치하여 격자 형태의 섬유 그물망 본체(19)를 제직한다(S1100)
그리고 숏크리트 타설이라는 극한 환경에서 사용되기 때문에 숏크리트 보강용 섬유 그물망(21)은 높은 강도를 요구하는데 이를 만족하기 위해 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra High Molecular Weight Polyethylene) 섬유로 그물망 본체를 제직한다.
숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망(21)을 제조하는 사용되는 경사(28)는, 5000 denier(5000d) 단사가 4가닥 내지 20가닥으로 이루어질 수 있으며, 위사(30)는 2000 denier(2000d) 단사가 6가닥 내지 12가닥으로 이루어질 수 있다.
섬유 그물망 본체(19) 제조 시 경사(28)는 위사(30)보다 강성이 크게 제작할 수 있는데, 동일한 원사를 사용하는 경우 5000d 단사를 10가닥 사용하여 경사(28)를 구성하고 2000d 단사를 10가닥 사용하여 위사(30)를 구성하는 경우 경사(28)의 단면 크기가 위사(30)의 단면보다 크게 된다.
단사의 다발로 이루어지는 경사(28) 및 위사(30)는 여러 개의 단사가 꼬이지 않게 다발로 형성하게 되는데, 도 2의 확대도에 도시된 바와 같이, 묶음을 이루는 경사(28) 및 위사(30)는 상하로 서로 교번하여 교차되도록 제직된다.
다음에, 1차 코팅을 위하여, 상기 제직된 격자 그물망 본체(19)를 저온 경화형 에폭시를 포함하는 재질로 이루어진 코팅액에 침지시킨다. 섬유 그물망 본체(19)를 구성하는 경사(28) 및 위사(30)의 단사 사이에 코팅액이 충분히 스며들도록 침지시키게 된다(S1200)
그리고 40 ~ 50℃의 온도 조건에서 열처리한 후(S1300), 건조하여 1차 코팅막(32)을 형성하게 된다(S1400)
이러한 1차 코팅막(32)을 통해 섬유 그물망에 강성이 부여되게 된다.
그리고 하이퍼 섬유 그물망에 숏크리트와의 부착성을 부여하기 위하여, 우레탄을 포함하는 재질로 도포하고(S1500), 110 ~ 120℃의 온도 조건에서 열처리하게 된다.
이 때, 섬유 그물망 본체인 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)은 내열성이 약해 200 ℃ 이상의 고온에서 열처리 시 섬유가 손상되므로, 2차 코팅액 도포 후 110-120℃의 온도 조건에서 열처리하게 된다. 따라서, 섬유 그물망(21) 자체의 강성을 확보하여 시공성을 향상시키고, 숏크리트와의 부착성능을 증진시켜 궁극적으로 터널 1차 지보재의 요구 성능을 만족시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이퍼 섬유그물망 지보재, 일반콘크리트, 강섬유 보강 숏크리트에 대한 휨강도와, 본딩스트레스 그래프를 도시한 것이다.
그리고 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 하이퍼 섬유그물망 사진을 도시한 것이다. 또한, 도 6은 터널 모사 구조물에 설치된 본 발명의 실시예에 따라 제조된 하이퍼 섬유그물망 사진을 도시한 것이다.
그리고 도 7은 본 발명의 실시시예에 따른 하이퍼 섬유그물망에 대한 휨 강도 그래프를 도시한 것이고, 도 8은 도 7에 따른 휨 강도 그래프의 휨강도, 휨인성계수 표를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하이퍼 섬유 그물망(21)이 적용된 지보재는 일반콘크리트, 종래 강섬유 보강 숏크리트와 대비하여 높은 휨 강도를 가지게 됨을 알 수 있고, 동시에 숏크리트와의 부착성이 향상됨을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 제시한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망 강성 적용 기술을 활용하여 실내 시험 및 mock-up test를 수행하였다. 강성 적용 기술을 적용한 섬유 그물망(21)은 도 5a 및 도 5b에 나타난 바와 같이, 외력이 가해지지 않은 상태에서도 자체적으로 형상의 유지가 가능하며, 그림 6에 나타난 바와 같이 실제 터널을 모사한 구조물에 적용했을 때 곡선부 시공이 용이하여 시공성이 충분히 발휘됨을 확인하였다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이퍼 섬유 그물망을 활용한 섬유 그물망 보강 콘크리트 시편을 제작하여 28일간 수중 양생 후, 휨 시험을 통해 섬유 그물망 보강 콘크리트의 휨 강도 및 휨인성계수(등가 휨강도)를 확인하였다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 섬유 그물망 보강 콘크리트의 휨 강도 및 휨인성계수는 각각 5.32 MPa 및 3.57 MPa로 나타났다.
이와 같은 결과는 도로공사 표준시방 규정 (휨 강도 4.5 MPa, 휨인성계수 3.375 MPa)을 만족하는 것으로써, 역학적 성능 또한 충분히 발휘됨을 확인하였다.
이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 일 실시예에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법에 대해 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 이용한 터널 시공 방법의 흐름도이고, 도 10 내지 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 이용한 터널 시공 방법 각 단계의 구성도이다.
또한, 도 16은 본 발명의실시예에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 고정하는 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 숏크리트 보강용 섬유 그물망 간의 결합상태를 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 15에는, 지반(12), 터널(13), 굴착면(14), 1차 숏크리트(16), 1차 숏크리트 타설면(18), 락볼트(20), 하이퍼 섬유 그물망(21), 2차 숏크리트(22), 배수층(24), 콘크리트 라이닝(26), 체결핀(34), 체결로드(36)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망(21)을 이용한 터널 시공 방법은, 터널(13)을 굴착하는 단계와; 상기 터널(13)의 굴착면(14)에 1차 숏크리트(16)를 타설하는 단계와; 상기 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망(21)을 포설하고 고정하는 단계와; 상기 숏크리트 보강용 섬유 그물망(21)이 포설된 상기 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 2차 숏크리트(22)를 타설하여 일체화하는 단계를 포함한다.
터널(13)의 굴착이 이루어지면 굴착에 따른 이완영역의 붕괴를 방지하기 위해 터널(13)에 지보재를 설치하여야 한다. 본 발명에서는 터널(13) 굴착 후 지보재를 형성할 때 철재로 이루어진 와이어 메쉬를 사용하지 않고 초고분자량 폴리에틸렌 섬유 그물망 본체(19)에 저온경화형 에폭시 재질의 1차 코팅막과, 우레탄 재질의 2차 코팅막을 갖는 섬유 그물망(21)을 터널(13)의 굴착면(14)에 부착하고 숏크리트(16, 22)를 뿜고 타설하여 터널(13)의 지보를 수행한다.
이하에서는 도 10 내지 도 15를 참고하여 본 실시예에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 이용한 터널 시공 방법을 설명한다.
먼저, 도 10에 도시된 바와 같이, 터널(13)을 굴착한다(S100) 터널(13)의 굴착 방식의 선정은 지형, 지질, 시공성, 터널(13)의 길이 등을 고려하여 안전하고 경제적인 방식을 선정하도록 한다.
본 실시예에서는 NATM 공법(new austrian tunneling method)을 중심으로 설명한다. NATM 공법은 지반(12) 자체를 주지보재로 이용하는 공법으로, 터널(13)의 굴착면(14)에서 암반을 락볼트로 고정하고 표면을 숏크리트(shotcrete)로 굳혀 암반의 붕괴를 방지하면서 터널(13)을 굴진하는 방법을 말한다.
터널(13)의 굴착을 위해서 터널(13)의 형성 영역에 맞게 폭약을 작약하고 폭파하면서 터널(13)을 굴착한다.
다음에, 도 11에 도시된 바와 같이, 터널(13)의 굴착면(14)에 1차 숏크리트(16)를 타설한다(S200) 폭파 등에 의해 터널(13)을 굴착하면 터널(13)의 굴착면(14)이 고르지 못하므로 굴착 완료 후 바로 1차 숏크리트(16)를 굴착면(14)에 뿜어 밀착시킨다. 숏크리트는 시멘트를 모르타르를 압축공기를 이용하여 시공면에 뿜어 붙이는 콘크리트로서, 접착력과 초기 응결이 빨리 이루어지도록 배합이 이루어진다.
다음에, 도 12에 도시된 바와 같이, 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 락볼트(20)를 설치한다(S300) 터널(13)의 굴착면(14)의 암반의 붕괴를 막고 터널(13)의 유지를 위하여 락볼트(20)를 굴착면(14)의 여러 개소에 설치한다. 락볼트(20)의 설치를 위하여 터널(13)의 굴착면(14)에 일정 길이의 암반공을 형성하고, 암반공에 락볼트(20)를 삽입하여 고정한다. 암반공에는 시멘트 모르타르를 그라우팅하여 락볼트(20)를 지반(12)에 견고하게 고정할 수 있다.
본 실시예에서는 NATM 공법에 따라 지보재로서 락볼트(20)를 설치하는 것을 제시하고 있으나, 터널(13)의 굴착면(14)을 따라 강지보재를 설치하여 터널(13)의 굴착면(14)을 지지하도록 구성하는 것도 가능하다.
다음에, 도 13에 도시된 바와 같이, 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망(21)을 포설하고 고정한다(S400) 본 실시예에서는 철재로 이루어진 와이어 메쉬를 사용하지 않고 초고분자량 폴리에틸렌 섬유의 본체(19)에 에폭시 1차 코팅막(32)과 우레탄 2차 코팅막(33)으로 이루어진 숏크리트 보강용 섬유 그물망(21)을 이용하여 숏크리트의 인장력을 보강하게 된다.
도 16은 본 실시예에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망(21)을 고정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 하이퍼 섬유 그물망(21)을 1차 숏크리트의 타설면(18)에 포설하는 방법은, 섬유 그물망(21)의 경사(28)가 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)의 아치를 따라 배치되도록 섬유 그물망(21)을 포설하고, 경사(28) 또는 위사(30)를 사이에 두고 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 U자형 체결핀(34)을 삽입하여 섬유 그물망(21)를 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 고정한다.
섬유 그물망(21)는 고분자 섬유로 이루어져 유연하여 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 밀착되도록 설치할 수 있고, U자형 체결핀(34)은 에어 택커(air tacker)를 이용하여 빠르게 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 삽입 설치할 수 있다. 즉, 격자 그물망(19)은 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 밀착시키고 U자형 체결핀(34)의 두 철심 사이에 경사(28)나 위사(30)가 위치하도록 한 상태에서 에어 택커에 의해 U자형 체결핀(34)을 1차 숏크리트(16)에 타격시켜 삽입시킴으로써 격자 그물망(19)을 용이하게 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 포설하고 고정할 수 있다.
도 17은 본 실시예에 따른 섬유 그물망(21) 간의 결합상태를 도시한 도면이다. 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망(21)으로 하여 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)의 아치를 따라 설치할 때 여러 개의 섬유 그물망(21)을 연결하여 설치할 수 있다. 터널(13)의 사용 시에는 숏크리트(16, 22) 내에 배치되는 섬유 그물망(21)에는 인장력이 발생하게 되므로 여러 개의 섬유 그물망(21)을 연결하여 설치하는 경우에는 인장력의 전달을 위하여 단부의 연결이 중요하다.
본 실시예에서는 도 17에 도시된 바와 같이, 두 개 이상의 섬유 그물망(21)을 연결하여 포설할 때, 선형의 체결로드(36)를 서로 겹치는 섬유 그물망(21)의 경사(28)에 교차하여 엮어 연결하도록 하였다. 체결로드(36)가 서로겹치는 격자 그물망(19)의 경사(28)에 교차하여 삽입 설치된 상태에서 격자 그물망(19)을 팽팽하게 당겨 U자형 체결핀(34)으로 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 고정하는 방식으로 두 개 이상의 섬유 그물망(21)을 연결하여 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 설치할 수 있다.
다음에, 도 14에 도시된 바와 같이, 섬유 그물망(21)이 포설된 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 2차 숏크리트(22)를 타설하여 일체화한다(S500) 1차 숏크리트(16)의 타설면(18)에 섬유 그물망(21)의 포설이 완료되면 바로 2차 숏크리트(22)를 뿜어 타설한다. 2차 숏크리트(22)가 섬유 그물망(21)의 메쉬를 통과하여 1차 숏크리트(16)와 일체화되면서, 하이퍼 섬유 그물망(21)이 1차 및 2차 숏크리트(22)의 내부에 매설되게 된다. 1차 숏크리트(16)와 2차 숏크리트(22)는 일체화되면서 터널(13)의 굴착면(14)을 따라 형성되어 지보재로서의 역할을 수행하게 된다.
숏크리트 내부에 매설된 하이퍼 섬유 그물망(21)은 인장재로의 역할을 수행하며 숏크리트에서 균열의 발생을 억제한다.
섬유 그물망(21)이 인장재로서의 역할을 수행하기 때문에 숏크리트의 배합 시 강섬유를 혼입하지 않을 수 있다.
한편, 2차 숏크리트(22)의 경우 공기압에 의해 뿜어져 나와 섬유 그물망(21)을 그리드를 통과하여 1차 숏크리트(16)에 도달해야 하기 때문에 2차 숏크리트(22)에 배합되는 골재의 크기를 그리드의 크기보다 작게 해야 한다.
본 실시예에서는 그리드의 크기를 1cm × cm 정도로 형성하고 그리드를 통과할 수 있도록 2차 숏크리트(22)의 포함되는 골재의 최대 크기를 5mm이하로 제한하여 배합하였다.
2차 숏크리트(22)의 양생이 완료되면, 섬유 그물망(21)이 내장되어 1차 숏크리트(16)와 2차 숏크리트(22)가 일체화되고, 이와 함께 락볼트(20)가 숏크리트와 결합되어 터널(13)의 지보재로서의 역할을 수행하게 된다.
다음에, 도 15에 도시된 바와 같이, 2차 숏크리트(22)의 타설면(18)에 부직포(미도시)를 부착시키고, 부직포의 표면에 방수막 시트(미도시)를 고정하여 배수층(24)을 형성한다(S600) 그리고 배수층(24)에 콘크리트 라이닝(26)을 형성한다(S700) 터널(13) 내공에 대한 지보가 이루어지면 터널(13) 내부를 마감하게 되는데, 2차 숏크리트(22)의 타설면(18)을 따라 부직포를 부착시키고 부직포의 표면에 방수막 시트를 고정한다. 터널(13) 시공 후 사용 시에는 지반(12)에 유입되는 지하수는 부직포에 흡수되어 방수막 시트를 따라 터널(13)의 양단으로 이동하여 배수가 이루어진다.
배수층(24) 형성이 완료되면 그 위에 다시 콘크리트 라이닝(26)을 형성한다. 라이닝 형성을 위한 콘크리트 타설을 위해 터널(13)의 아치벽면을 따라 거푸집이 형성될 수 있다. 거푸집 내에 콘크리트를 타설한 후 양생이 이루어지면 거푸집을 탈형하여 콘크리트 라이닝(26)을 형성하게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
12: 지반
13: 터널
14: 굴착면
16: 1차 숏크리트
18: 1차 숏크리트 타설면
19: 섬유 그물망 본체
20: 락볼트
21: 하이퍼 섬유 그물망
22: 2차 숏크리트
24: 배수층
26: 콘크리트 라이닝
28: 경사
30: 위사
32: 1차 코팅막
33: 2차 코팅막
34: 체결핀
36: 체결로드
13: 터널
14: 굴착면
16: 1차 숏크리트
18: 1차 숏크리트 타설면
19: 섬유 그물망 본체
20: 락볼트
21: 하이퍼 섬유 그물망
22: 2차 숏크리트
24: 배수층
26: 콘크리트 라이닝
28: 경사
30: 위사
32: 1차 코팅막
33: 2차 코팅막
34: 체결핀
36: 체결로드
Claims (15)
- 숏크리트에 매립되어 구조물을 보강하는 섬유그물망에 있어서,
고분자 섬유로 이루어진 경사(經絲)와 상기 경사에 대해 횡방향으로 배치되는 고분자 섬유로 이루어진 위사(緯絲)를 포함하는 섬유 그물망 본체;
상기 섬유 그물망 본체의 표면을 피복하여 강성을 부여하는 1차 코팅막; 및
상기 1차 코팅막이 형성된 섬유 그물망 본체 표면을 피복하여 숏크리트와의 부착력을 부여하는 2차 코팅막;을 포함하고,
상기 1차 코팅막은 저온 경화형 에폭시를 포함하는 재질로 이루어고,
상기 2차 코팅막은 우레탄을 포함하는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망.
- 제 1항에 있어서,
상기 고분자 섬유는, 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra High Molecular Weight Polyethylene)인 섬유인 것을 특징으로 하는 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 경사는, 5000 denier(5000d) 단사가 4가닥 내지 20가닥으로 이루어지며, 상기 위사는, 2000 denier(2000d) 단사가 6가닥 내지 12가닥으로 이루어지고,
상기 경사가 상기 위사 보다 강성이 크도록 상기 경사 및 상기 위사의 가닥 개수가 설정되며,
상기 경사 및 상기 위사는 각각 꼬이지 않으며, 상기 경사 및 상기 위사는 상하로 서로 교번하여 교차되도록 제직되는 것을 특징으로 하는 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망.
- 제 1항에 있어서,
상기 격자 그물망 본체의 하나의 격자의 크기는,
상기 숏크리트가 상기 숏크리트에 포함되는 골재의 최대 크기가 5mm이하인 모르타르 배합인 경우 5mm×5mm 초과 1.5cm × 1.5cm 이하이며,
상기 숏크리트가 상기 숏크리트에 포함되는 골재의 최대 크기가 1.3cm이하인 콘크리트 배합인 경우, 5mm×5mm 초과 4cm × 4cm 이하인 것을 특징으로 하는 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망.
- 제 1항에 따른 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망의 제조방법에 있어서,
고분자 섬유로 이루어진 경사에 대해 횡방향으로 고분자 섬유로 이루어진 위사를 교차 설치하여 격자 형태의 섬유 그물망 본체를 제직하는 제1단계;
상기 제직된 섬유 그물망 본체를 저온 경화형 에폭시를 포함하는 재질로 도포하여 1차 코팅막을 형성하는 제2단계; 및
상기 1차 코팅막이 형성된 섬유 그물망 본체를 우레탄을 포함하는 재질로 도포하여 2차 코팅막을 형성하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 제2단계는,
상기 섬유 그물망 본체에 강성을 부여하기 위하여, 저온 경화형 에폭시를 포함하는 재질로 도포하고, 40 ~ 50℃의 온도 조건에서 열처리한 후, 건조하여 1차 코팅막을 형성하는 것을 특징으로 하는 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망의 제조방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 제3단계는,
상기 섬유 그물망 본체에 숏크리트와의 부착성을 부여하기 위하여, 우레탄을 포함하는 재질로 도포하고, 110 ~ 120℃의 온도 조건에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망의 제조방법.
- 제 7항에 있어서,
상기 고분자 섬유는, 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra High Molecular Weight Polyethylene)를 포함하는 재질로 이루어지고,
상기 경사는, 5000 denier(5000d) 단사가 4가닥 내지 20가닥으로 이루어지고, 상기 위사는, 2000 denier(2000d) 단사가 6가닥 내지 12가닥으로 이루어지며,
상기 제1단계는,
상기 경사 및 상기 위사는 각각 꼬이지 않으며, 상기 경사 및 상기 위사는 상하로 서로 교번하여 교차되도록 제직하는 것을 특징으로 하는 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망의 제조방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 경사가 상기 위사 보다 강성이 크도록 상기 경사 및 상기 위사의 가닥 개수가 설정되는 것을 특징으로 하는 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망의 제조방법.
- 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법에 있어서,
터널을 굴착하는 제1단계;
상기 터널의 굴착면에 1차 숏크리트를 타설하는 제2단계;
상기 1차 숏크리트의 타설면에 제1항 내지 제2항 및 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 포설하고 고정하는 제3단계; 및
상기 숏크리트 보강용 섬유 그물망이 포설된 상기 1차 숏크리트의 타설면에 2차 숏크리트를 타설하여 일체화하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 이용한 터널 시공 방법.
- 제 12항에 있어서,
상기 제2단계 이후에,
상기 1차 숏크리트의 타설면에 락볼트를 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 이용한 터널 시공 방법.
- 제13항에 있어서,
상기 제3단계는.
상기 숏크리트 보강용 섬유 그물망의 경사가 상기 1차 숏크리트의 타설면의 아치를 따라 배치되도록 상기 숏크리트 보강용 섬유 그물망을 포설하는 단계; 및
상기 경사 또는 위사를 사이에 두고 상기 1차 숏크리트의 타설면에 U자형 체결핀을 삽입하여 상기 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 상기 1차 숏크리트의 타설면에 고정하는 단계;를 포함하는 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 이용한 터널 시공 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 제3단계는,
두 개 이상의 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 연결하여 포설하되, 선형의 체결로드를 서로 겹치는 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망의 경사에 교차하여 엮어 연결함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망을 이용한 터널 시공 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020190165816A KR102290394B1 (ko) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망, 그 섬유 그물망의 제조방법 및, 그 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법 |
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| KR1020190165816A KR102290394B1 (ko) | 2019-12-12 | 2019-12-12 | 시공성 향상을 위한 숏크리트 보강용 하이퍼 섬유 그물망, 그 섬유 그물망의 제조방법 및, 그 섬유 그물망을 이용한 터널 시공방법 |
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| KR102029186B1 (ko) | 2018-03-20 | 2019-10-07 | (주)콘텍이엔지 | 긴급 보수용 콘크리트 및 그것의 시공 방법 |
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