KR102413264B1 - 다기능 튜브 및 이를 이용한 충진 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 다기능 튜브는 다수의 관통 공간이 형성된 내부 튜브및 상기 내부튜브의 외주면을 감싸는 필터 시트를 포함하되, 상기 내부튜브는 직사각형 형상의 띠가 소정 간격을 두고 나선형으로 감겨서 구성되고, 상기 필터 시트는 상기 내부 튜브의 외주면에 구비되되, 직사각형 형상의 띠가 소정 영역에서 중첩되어 나선형 형태로 감겨서 형성되며, 또한, 상기 필터 시트는 다공성인 것을 특징으로 한다.

Description

다기능 튜브 및 이를 이용한 충진 방법{Multi-functional tube and injection method using thereof}

본 발명은 다기능 튜브 및 이를 이용한 충진 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 튜브를 통해 충진 영역 내부의 물과 공기를 흡입하고 이후 동일한 튜브를 통해 충진재를 주입하여 충진 영역 내부에 충진재를 채워 넣을 수 있도록 구성된 다기능 튜브 및 그것을 이용한 충진 방법에 관한 것이다.

일반적으로 도로나 철도 등에서 터널을 건설하는 방법은 크게 TBM(tunnel boring machine method)과 NAMT(New Austrian Tunneling Method) 로 나누어진다.

TBM 공법은 터널 굴착기를 동원해 암반을 압쇄하거나 절삭해 굴착하는 기계식 굴착공법이다. 기존 화약발파공법과는 달리 굴착 단면이 원형인 굴착기를 사용하여 굴진함으로써 소음과 진동으로 인한 환경피해를 최소화하고, 주변 암반을 지지대로 활용해 역학적으로 안정된 원형 구조를 형성하여 낙반이 적고 비교적 안전성이 높은 것이 특징이다. 이 공법은 장대 터널 공사 시 공기를 단축하고 공사비를 절감하는 효과가 있다.

NATM 공법은 1956년 오스트리아에서 개발된 터널 굴착공법의 하나로, 터널을 굴진하면서 기존암반에 콘크리트를 뿜어 붙이고 암벽 군데군데에 구멍을 뚫고 죔쇠를 박아서 파들어가는 공법으로서, 토질과 지반의 영향에 관계없이 공사를 할 수 있고, 굴진속도가 재래식보다 빠르며 지질에 관계없이 터널시공이 가능한 장점이 있으나, 비용이 고가인 단점이 있다.

우리나라는 암반의 강도가 좋고 절리나 파쇄대가 적어 대부분 NATM이 적용되는데, 1983년부터 NATM 이용이 본격화되어 서울·부산의 일부 지하철공사가 이 공법으로 시공되었다. NATM에 의한 터널 건설은 발파나 기계로 터널 단면을 굴착하는 단계, 굴착 측면을 숏크리트(10)와 록볼트(20) 등에 지지하는 1차 지보단계, 방수를 위한 방수시트(30) 시공 단계, 라이닝 콘크리트(40) 타설의 2차 지보 단계로 구성된다.

이때, 2차 지보재 및 후면의 방수시트와 1차 지보 사이의 공간은 안전한 터널을 위해서 시멘트 밀크 등의 충진재로 확실하게 채워져야 하며 이를 배면 충진이라 한다. 이들 사이에 공극이 있는 경우 1차 지보를 통해 지반에서 발생하는 하중을 2차 지보로 전달하지 못해 큰 변위가 발생할 수 있으며, 배면에 지하수가 차서 수압이 크게 발생할 수 있다.

따라서 배면 충진은 터널 전체의 안전을 위해 확실하게 수행되어야 한다. 배면 충진이 이루어지는 공간은 2차 라이닝 콘크리트 타설이 완료된 상태에서 이루어져야 하므로 방수시트(30)와 라이닝 콘크리트(40)에 의해 갇힌 공간이 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이 공간에는 이미 존재하고 있던 물과 공기가 충진재가 채워짐에 따라 위로 상승하여 한 공간(C)에 모이게 된다. 이러한 상황이 되면 내부 공간의 압력이 증가하게 되어 배면 충진 압력을 높이더라도 충진재가 주입되지 않고 압력만 높아지게 되는 상황이 발생하게 된다.

이러한 상태에서는 라이닝 콘크리트의 중앙부에 충진재가 제대로 충진되지 않아 취약하게 된다.

따라서 라이닝 콘크리트 중앙부에 모이게 되는 공기와 물을 적절히 배제시켜며 충진재를 주입할 수 있는 방법이 요구된다.

대한민국 공개특허공보 제10-1536209호

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 터널 시공시 물과 공기를 적절히 배제하여 2차 라이닝 콘크리트와 방수시트 및 1차 지보 사이를 충진재로 완전히 채워져 터널의 안정성을 확보할 수 있도록 하는 다기능 튜브 및 이를 이용한 충진 방법에 관한 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 다기능 튜브는 다수의 관통 공간이 형성된 내부 튜브 및 상기 내부튜브의 외주면을 감싸는 필터 시트를 포함하되, 상기 내부튜브는 상기 내부튜브의 내부 및 외부를 연결하는 복수의 관통영역을 포함하고, 상기 필터 시트는 상기 내부 튜브의 외주면에 구비되되, 직사각형 형상의 띠가 소정 영역에서 중첩되어 나선형 형태로 감겨서 형성되며, 또한, 상기 필터 시트는 다공성인 구성을 포함할 수 있다.

또한, 상기 내부튜브는 직사각형 형상의 띠가 소정 간격을 두고 나선형으로 감겨서 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 다기능 튜브를 이용한 충진 방법은 터널면을 굴착하는 단계, 굴착면에 숏크리트를 타설하는 단계, 상기 굴착면에 록볼트를 설치하는 단계, 상기 숏크리트 타설 면에 상기 다기능 튜브를 설치하는 단계, 상기 숏크리트 타설 면에 라이닝 콘크리트를 타설하는 단계, 상기 다기능 튜브에 흡입력을 인가하는 단계, 상기 터널면 하부에서 상기 숏크리트와 상기 라이닝 콘크리트 사이에 충진재를 주입하는 단계 및 상기 다기능 튜브에 충진재를 주입하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 라이닝 콘크리트를 타설하는 단계 이전에 방수시트를 설치하는 단계를 더 포함하고, 상기 다기능 튜브는 상기 방수시트에 설치될 수 있다.

또한, 다기능 튜브에 흡입력을 인가하는 단계와 상기 숏크리트와 상기 라이닝 콘크리트 사이에 충진재를 주입하는 단계는 동시에 이루어질 수 있다.

또한, 내부튜브는 흡입력 및 충진재가 주입되는 과정에서 변형되지 않을 수 있다,

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다기능 튜브 및 이를 이용한충진재 주입방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 하나의 튜브를 이용하여 배수와 충진재 주입이 동시에 이루어지므로 작업이 용이하고 시공시간이 단축된다.

둘째, 튜브를 이용하여 터널 상부에 물과 공기를 모두 배출한 이후 충진이 수행되므로, 충진에 의해 형성되는 구조물의 안정성이 향상된다.

셋째, 튜브에 의해 터널 상부에 물이 모두 배수되므로, 주입된 충진제와 물이 혼합되어 충진제의 농도가 낮아지는 문제를 방지할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 NATM 시공에 따른 상부 공극 발생 현상을 나타내는 사시도
도 2는 본 발명에 따른 다기능 튜브를 나타내는 단면도
도 3은 본 발명에 따른 내부 튜브의 일 실시예를 나타내는 사시도
도 4는 본 발명에 따른 충진 방법을 나타내는 사시도
도 5는 본 발명에 따른 다기능 튜브의 내부 충진 과정을 나타내는 단면도

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.

또한, 본 발명의 실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시 예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

먼저, 도 2를 통해 본 발명에 따른 다기능 튜브에 대해 살펴본다.

다기능 튜브(100)는 복수의 관통공이 형성된 내부튜브(200) 및 상기 내부튜브(200)의 외주면을 감싸는 필터시트(300)로 구성될 수 있다.

바람직하게는 상기 내부튜브(200)는 플라스틱으로 형성되고 외주면에 복수의 관통공이 형성된 형태일 수 있다. 상기 내부튜브(200)를 감싸는 필터시트(300)는 소정 폭을 갖는 직사각형의 띠 형태이고, 상기 내부튜브(200)의 외주면을 나선형으로 감싸도록 구성될 수 있다. 이때 상기 필터시트(300)는 소정영역이 겹쳐지게 감싸지는 것이 바람직하다. 이와 같이 필터시트(300)가 나선형 형태로 겹쳐져 구비되면 내부튜브(200)의 내부에서 외부로 발생하는 압력에 의해 필터시트(300)가 쉽게 벗겨지거나 이탈되지 않는다. 경우에 따라서는 상기 필터시트(300)가 겹쳐지는 부분을 접착제를 이용하여 고정시킬 수도 있다.

상기 필터시트(300)는 물과 공기(W)는 내부튜브(200)의 외부에서 내부로 통과하되, 돌과 모래 등의 이물질(D)은 통과하지 못하는 다공성의 필터재료가 이용될 수 있다. 필터재료에 특별한 제한은 없으나, 충진재의 입자 크기 및 상기 내부튜브(200)에 인가되는 압력, 상기 내부튜브(200)에 형성된 관통홀의 크기 및 개수 등에 따라 필터재료의 공극률이 달라질 수 있음은 자명한 것이다.

또한, 상기 내부튜브(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 소정 폭을 갖는 직사각형 띠 형태의 플라스틱이 나선형으로 감긴 형태일 수 있다. 반드시 플라스틱일 필요는 없고 금속 등이 사용될 수도 있다. 이와 같이 나선형으로 감긴 형태의 내부튜브(200)는 띠 사이와 사이에 공극이 형성되어 상기 공극을 통해 물과 공기(W)가 드나들 수 있다.

이상에서 내부튜브(200)의 바람직한 실시예에 대해 살펴보았으나, 내부튜브(200)가 반드시 상기 구성에만 한정되는 것은 아니고, 물과 공기가 드나들 수 있는 관통부가 형성된 형태라면 상기 내부튜브(200)는 어떤 형태라도 가능하다.

다음으로 도 4를 통해, 다기능 튜브(100)를 이용한 충진재 주입방법에 대해 설명한다.

도 4(a)에 도시된 바와 같이, 먼저 발파나 기계를 이용하여 터널 단면을 굴착한다. 이후, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 굴착 측면에 숏크리트(10)를 타설하고 록볼트(20)를 설치하여 굴착면을 1차 지지할 수 있다. 이후 방수를 위한 방수시트(30)를 설치할 수 있다.

이후, 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 방수시트(30)를 설치한 이후 라이닝 콘크리트(40)를 타설하여 굴착면을 2차 지지할 수 있다. 이때 상기 2차 지지를 위한 라이닝 콘크리트(40) 타설 이전에 본 발명에 따른 다기능 튜브(100)를 방수시트(30)에 결합시키거나 볼트 등을 이용하여 터널 길이 방향으로 설치한다. 이후 다기능 튜브(100)가 라이닝 콘크리트(40) 내부에 매설되도록 상기 라이닝 콘크리트(40)를 타설한다. 라이닝 콘크리트(40) 타설 이후 다기능 튜브(100)의 양단부가 터널의 양 단부에 돌출되도록 구성될 수 있다. 또는, 터널 길이가 긴 경우에는 다기능 튜브(100)의 중간에 연결튜브(110)를 구성하여 연결튜브(110)가 라이닝 콘크리트(40) 타설면의 외부로 도출되도록 구성할 수도 있다.

이와 같이 다기능 튜브(100)가 라이닝 콘크리트(40) 내에 매설된 상태로 2차 지지부의 구성이 완료된 이후, 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 2차 지지부와 1차 지지부 사이 공간에 충진재를 주입하게 된다. 충진재는 터널 하부의 양측면에 위치한 충진재 주입구(A)에서 수행되는데 앞서 살펴본 바와 같이 상기 공간에는 물과 공기가 갇힌 상황이므로, 충진재가 주입됨에 따라 물과 공기가 상승하여 상부면에 모이게 되고, 충진 압력이 증가하더라도 충진재가 주입되지 않고 라이닝 콘크리트(40)와 방수시트(30) 사이에 빈공간이 발생하게 된다.

그러나 본 발명에서는 상부에 다기능 튜브(100)가 삽입된 상태이므로, 충진재를 주입하면서, 다기능 튜브(100)의 양단부 및/또는 연결튜브(110)를 통해 상기 공간의 물 및 공기를 흡입하여 외부로 배출시킨다. 이때 다기능 튜브(100)의 필터시트(300)에 의해 돌 등의 이물질은 걸러지고 물과 공기만이 다기능 튜브(100)의 내부튜브(200)로 유입되어 외부로 배출될 수 있다

그러므로 충진시 압력이 과도하게 증가하지 않고, 상부에 물과 공기가 갇힌 공간이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

충진재가 충분히 채워져 충진압이 증가하게 되면, 충진을 멈추고, 상기 상부에 매설된 다기능 튜브(100)의 일단에 충진재를 주입하게 된다. 충진재를 주입하게 되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 내부튜브(200)의 관통공을 통해 충진재가 내부튜브의 외부로 압력을 가하게 되고, 압력이 상승하면 상기 내부튜브(200)의 외주면에 감긴 필터시트(300)의 경계면이 분리되면서 충진재가 다기능 튜브(100)를 통과하여, 충진재가 충분히 채워지지 못한 라이닝 콘크리트(40)와 방수시트(30) 사이의 공간을 충진하게 된다.

다기능 튜브(100)를 통한 충진재 주입을 용이하게 하게 위하여, 다기능 튜브(100)의 일단 또는 연결튜브(110)에서는 충진재를 주입하고 상기 다기능 튜브(100)의 주입이 이루어지지 않는 타단 또는 연결튜브(110)에서는 소정시간 흡입력을 인가하여 상기 공간에 충진재 주입을 촉진시킬 수 있다.

한편, 내부튜브(200)는 물과 공기(W)를 흡입하는 동안 및 충진재가 주입되는 동안 흡입압 및 주입압에 의해 내부튜브(200)의 형상이 변형되지 않는 것이 바람직하다

이후, 다기능 튜브(100)를 통한 충진재의 충진이 완료되면 외부로 도출된 다기능 튜브(100)를 절단하여 시공을 마무리한다. 상기 다기능 튜브(100)의 외부 공간은 물론 다기능 튜브(100) 내부도 충진재가 충분히 채워져 있으므로, 1차 지지부와 2차 지지부 사이의 빈 공간에 의한 지지력 약화가 발생하지 않는다.

상기 실시예에서는 방수시트(30)를 설치하는 것으로 설명하였으나, 방수시트(30)를 설치하지 않는 경우에는 숏크리트(10) 타설면에 다기능 튜브(100)를 설치하고, 상기 숏크리트(10)와 라이닝 콘크리트(40) 사이에 충진재를 주입할 수도 있다.

또한, 상기 실시예에서는 터널 시공시 본 발명에 따른 다기능 튜브를 이용하는 방법만을 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 지반면에 콘크리트 등의 충진이 요구되는 다양한 시공과정에서 본 발명의 다기능 튜브를 이용하여 지반의 물과 공기를 흡입하고, 동시에 상기 다기능 튜브를 통해 콘크리트 등의 충진재를 충진하는 방법이 사용될 수 있음은 자명하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

10: 숏크리트
20: 록볼트
30: 방수 시트
40: 라이닝 콘크리트
100: 다기능 튜브 110: 연결튜브
200: 내부 튜브
300: 필터 시트
A: 충진재 주입구

Claims (4)

1. 내부튜브; 및
   상기 내부튜브의 외주면을 감싸는 필터 시트;를 포함하되,
   상기 내부튜브는 상기 내부튜브의 내부 및 외부를 연결하는 관통영역을 포함하고,
   상기 필터 시트는 상기 내부튜브의 외주면에 구비되되, 직사각형 형상의 띠가 소정 영역에서 중첩되어 나선형 형태로 감겨서 형성되며,
   또한, 상기 필터 시트는 다공성으로 구성되고,
   한편, 상기 내부튜브는 소정 폭을 갖는 직사각형 띠 형태의 플라스틱이 나선형으로 감겨서 구성되되,
   상기 나선형으로 감긴 형태의 내부튜브는 감겨 있는 띠와 띠 사이에 공극이 형성되도록 구성되어 상기 관통영역을 이루는 것을 특징으로 하는 다기능 튜브를 이용한 충진 방법으로서,
   터널면을 굴착하는 단계;
   굴착면에 숏크리트와 록볼트를 설치하는 단계;
   상기 숏크리트 타설 면에 상기 다기능 튜브를 설치하는 단계;
   상기 숏크리트 타설 면에 라이닝 콘크리트 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하는 단계;
   상기 다기능 튜브에 흡입력을 인가하는 단계;
   상기 터널면 하부에서 상기 숏크리트와 상기 라이닝 콘크리트 사이에 충진재를 주입하는 단계; 및
   상기 다기능 튜브에 충진재를 주입하는 단계;를 포함하는 다기능 튜브를 이용한 충진 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 라이닝 콘크리트를 타설하는 단계 이전에 방수시트를 설치하는 단계를 더 포함하고, 상기 다기능 튜브는 상기 방수시트에 설치되는 다기능 튜브를 이용한 충진 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   다기능 튜브에 흡입력을 인가하는 단계와 상기 숏크리트와 상기 라이닝 콘크리트 사이에 충진재를 주입하는 단계는 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 다기능 튜브를 이용한 충진 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   내부튜브는 흡입력 및 충진재가 주입되는 과정에서 형상이 변형되지 않는 것을 특징으로 하는 다기능 튜브를 이용한 충진 방법.
   

Images