KR19990079056A - 프리스트레스를 도입하여 터널구조물을 보강하는방법 - Google Patents

Abstract

터널구조물을 신축하거나 사용 중 보강할 필요가 생길 때 프리스트레스를 도입하여 효과적으로 보강하는 방법에 관한 것으로, 터널구조물을 보강할 경우에 통상 내부에 철구조물을 추가 설치하거나 철근콘크리트 단면을 증설하여 보강하고 있다. 이들 보강방법은 보강대상 구조물이 항복한 다음 보강구조물이 하중을 부담하므로 보강구조물이 대부분 하중을 부담하여야 하고, 따라서 보강구조물이 비대해지고 설치간격이 촘촘해진다. 이러한 보강방법을 채택할 경우 보강대상 구조물이 가진 구조 역학적 성능을 제대로 이용하지 못하여 결과적으로 보강비용이 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 보강대상구조물(기존 터널구조물)과 보강구조물이 동시에 저항하여 전체적으로 하중에 대한 구조성능을 향상시킬 수 있는 보강방법으로, 보강 구조물에 상하 보조판을 설치하고 유압잭으로 보강구조물에 프리스트레스(prestress)를 도입하여 보강효율과 신뢰성을 높일 수 있는 터널구조물 보강방법이다.

Description

프리스트레스를 도입하여 터널구조물을 보강하는 방법

본 발명은 터널구조물 보강방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 터널구조물을 신축하거나 사용 중 보강할 필요가 생길 때 프리스트레스를 도입하여 효과적으로 보강하는 방법에 관한 것이다.

터널구조물을 보강할 경우에 통상 내부에 철구조물을 추가 설치하거나 철근콘크리트 단면을 증설하여 보강하고 있다. 이들 보강방법은 보강대상 구조물이 항복한 다음 보강구조물이 하중을 부담하므로 보강구조물이 대부분 하중을 부담하여야 하고, 따라서 보강구조물이 비대해지고 설치간격이 촘촘해진다. 이러한 보강방법을 채택할 경우 보강대상 구조물이 가진 구조 역학적 성능을 제대로 이용하지 못하여 결과적으로 보강비용이 상승하는 문제점이 있다.

발명자는 기존의 보강방법이 안고 있는 문제점을 해결하기 위하여 보강구조물에 프리스트레스(prestress)를 도입하여 보강대상구조물과 보강구조물이 동시에 저항하여 전체적으로 하중에 대한 구조성능을 향상시킬 수 있는 보강방법을 개발하게 되었다.

본 발명은 수압, 토압, 기타 외력을 받는 터널구조물을 효율적으로 보강하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 터널구조물을 효율적으로 보강하여 보강공사비가 저렴해지고 보강의 신뢰성을 높일 수 있는 터널구조물 보강방법을 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명으로 보강한 터널구조물의 단면도이다.

제2도는 터널구조물 정점부의 처리 상세도이다.

제3도는 터널구조물 측면부의 처리 상세도이다.

제4도는 터널구조물을 보강한 상태의 일반 단면도이다.

제5도는 터널구조물 보강장치를 나타내는 도면이다.

〈 도면의 주요부호에 대한 설명 〉

1: 터널구조물 10: 원형 보강구조물(ring beam)

11, 12, 13, 14, 15: 보강부재 31: 끝판

32: 볼트구멍 33: 볼트

40: 프리스트레스 도입장치 41a, 41b: 보조판

42a, 42b: 보조판 61: 뒷채움

62: 주입구 A, B, C: 연결점

제1도는 본 발명의 보강방법으로 터널구조물을 보강한 상태를 나타내는 단면도이다. 종래에는 터널구조물을 보강하기 위하여 터널내부에서 철근콘크리트 구조물을 덧씌워 설치하거나 철골재를 원형으로 가공한 원형 보강재(ring beam)를 보강부위에 설치하였다. 종래 방법으로 보강할 경우 기존 구조물과 구조적으로 완전히 일체가 되지 않기 때문에 기존구조물에 하중이 작용하여 일정 변형량이 발생한 후 보강구조물이 하중을 받게되어 하중을 보강구조물이 대부분 지탱하여야 하였다.

본 발명의 보강방법을 이용하여 터널구조물을 보강할 때에는 보강하려는 터널구조물(1)의 단면형상에 맞게 철골재를 여러 개로 분할하여 제작한다. 제1도에서는 5개(11, 12, 13, 14, 15)로 분할하고 각 부재는 연결되는 점(A, B, C)에서 서로 연결되어 전체적으로 원형의 보강 구조물(ring beam)을 이룬다. 각 부재의 끝에는 평판(end plate)을 용접 설치하여 각 연결점에서 볼트 접합된다.

제2도는 보강구조재 정점부(A)의 입면도(a)와 단면도(b)이다. 원형보강구조물(ring beam)을 구성하는 보강부재(13, 14)의 끝에는 끝판(end plate, 31)이 용접되어 있고, 상기 끝판에는 서로 볼트(33)로 접합할 수 있도록 볼트구멍(32)이 각각 뚫려 있다. 제1도의 연결점(c)도 비슷한 방법으로 접합된다.

제3도는 보강구조재 측면부(B)의 입면도(a)와 단면도(b)이다. 원형보강구조물(ring beam)을 구성하는 보강부재(12, 13)의 끝에는 끝판(31)이 각각 용접되어 있고, 끝판에는 서로 볼트로 접합할 수 있도록 볼트구멍(32)이 각각 뚫려 있다. 끝판(31)들 사이에는 제5도의 방법으로 프리스트레스를 도입한 후 생긴 공간에 채움판(shim plate, 45)이 끼워져 있다.

제4도는 원형보강구조물(10)과 보강대상인 터널구조물(1) 틈새를 처리하는 방법을 나타내는 단면도이다. 틈새가 5㎜ 이하로 비교적 작을 때에는 뒷채움(61)을 에폭시 수지를 주입구(62)를 통하여 주입하여 처리한다. 만약 틈새가 5㎜ 이상으로 비교적 클 때에는 무수축몰탈(non-shrinkage mortar)을 채워 처리한다. 틈새를 밀실하게 처리하므로서 본 발명의 효과를 높일 수 있다.

제5도는 본 발명에서 프리스트레스를 도입하는 장치의 입면도(a)와 사시도(b)이다. 프리스트레스 도입장치(40)는 원형보강구조물(10)을 구성하는 부재(12, 13)에 프리스트레스를 전달하기 위한 하 보조판의 쌍(41a, 41b), 상 보조판의 쌍(42a, 42b)과 유압잭(44)으로 구성된다. 하 보조판과 상 보조판의 쌍은 통상 H형상으로 제작되는 구성부재(12, 13)의 형상에 부합되도록 'ㄷ'자형 홈을 갖도록 제작된다. 'ㄷ'형 홈에 H형강의 플랜지가 삽입되고 보조판 쌍을 고장력 볼트(43)로 죄면 보조판과 H형강 사이는 마찰력으로 단단히 결합된다. 또한 상하 보조판의 쌍(41a와 41b, 42a와 42b)에서 중앙 방향으로는 평판이 형성되어 유압잭(44)의 유압을 보강부재(12, 13)로 전달할 수 있도록 제작되어 있다.

제1도와 제5도에 따라 본 발명의 프리스트레스 도입방법을 설명한다. 보강대상이 되는 터널구조물의 형상에 맞게 철제의 H형강을 5개 정도로 분할하여 제작한다. 각 연결점(A, B, C)에서 끝판끼리 볼트로 고정 연결한다. 프리스트레스를 도입할 연결점(A)에서 상하 2개의 부재(12와 13)의 상하에 제5도와 같이 상하보조판의 쌍(41a와 41b, 42a와 42b)을 설치하고 각 쌍을 고장력 볼트(43)로 죈다. 각 보조판의 쌍은 고장력볼트의 장력에 의해 상하부재(12와 13)에 마찰력으로 단단히 결합된다. 상하 보조판 사이에 유압잭 또는 이에 상응하는 가력장치로 힘을 도입하여 부재에 압축력을 가한다. 압축력에 의하여 부재사이에는 틈이 생기고 그 틈새에 채움판(45)을 끼운다. 채움판은 여러 가지 두께로 제작되며 틈새의 크기에 따라 한 개 이상을 삽입한다. 채움판(45)을 끼운 뒤 유압잭을 해제하고 상하 보조판을 해체한다. 터널구조물이 대형인 경우 한쪽에서 프리스트레스를 도입하는 것으로 부족할 경우 반대쪽으로 옮겨 위에서 설명한 방법을 반복하여 프리스트레스를 도입하는 과정을 밟는다.

본 발명으로 수압, 토압, 기타 외력을 받는 터널구조물을 효율적으로 보강하는 방법을 제공하게 되었고, 터널구조물을 효율적으로 보강하여 보강공사비가 저렴해지고 보강의 신뢰성을 높일 수 있는 터널구조물 보강방법을 제공하게 되었다.

Claims (3)

1. 통상 H형강으로 제작되는 원형보강구조물(10)의 구성부재(12, 13)의 형상에 부합되도록 'ㄷ'자형 홈을 갖고 고장력 볼트(43)로 서로 결합되는 하 보조판의 쌍(41a, 41b);

   상기 구성부재의 형상에 부합되도록 'ㄷ'자형 홈을 갖고 고장력 볼트(43)로 서로 결합되는 상 보조판의 쌍(42a, 42b); 그리고

   유압잭(44);

   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스 도입장치(40).
2. 보강대상이 되는 터널구조물(1)의 형상에 맞게 철제의 H형강을 5개 정도로 분할하여 구성부재(11,12,13,14,15)를 제작하고 상기 구성부재끼리 각 연결점(A, B, C)에서 끝판(31)끼리 볼트(33)로 고정 연결하고;

   프리스트레스를 도입할 연결점(A)에서 상하 2개의 부재(12와 13)의 상하에 제1항의 상하보조판의 쌍(41a와 41b, 42a와 42b)을 설치하고 각 쌍을 고장력 볼트(43)로 죄고;

   상기 상하 보조판 사이에 유압잭(44) 또는 이에 상응하는 가력장치로 힘을 도입하여 상기 상하 2개의 부재(12,13)에 압축력을 가하고, 상기 압축력에 의하여 상기 상하 2개의 부재(12,13) 사이에 생긴 틈새에 채움판(45)을 끼우고;

   상기 채움판(45)을 끼운 뒤 상기 유압잭(44)을 해제하고 상기 상하 보조판을 해체하는 단계;

   로 터널구조물을 보강하는 것을 특징으로 하는 터널구조물 보강방법.
3. 보강대상이 되는 터널구조물(1)의 형상에 맞게 철제의 H형강을 5개 정도로 분할하여 구성부재(11,12,13,14,15)를 제작하고 상기 구성부재끼리 각 연결점(A, B, C)에서 끝판(31)끼리 볼트(33)로 고정 연결하고;

   프리스트레스를 도입할 연결점(A)에서 상하 2개의 부재(12와 13)의 상하에 제1항의 상하보조판의 쌍(41a와 41b, 42a와 42b)을 설치하고 각 쌍을 고장력 볼트(43)로 죄고;

   상기 상하 보조판 사이에 유압잭(44) 또는 이에 상응하는 가력장치로 힘을 도입하여 상기 상하 2개의 부재(12,13)에 압축력을 가하고, 상기 압축력에 의하여 상기 상하 2개의 부재(12,13) 사이에 생긴 틈새에 채움판(45)을 끼우고;

   상기 채움판(45)을 끼운 뒤 상기 유압잭(44)을 해제하고 상기 상하 보조판을 해체하는 단계;

   상기 구성부재(11,12,13,14,15)와 상기 터널구조물(1) 사이의 틈새에 에폭시 수지 또는 무수축몰탈을 채우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터널구조물 보강방법.