KR20030096697A - 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 구조체 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴착된 터널의 기초암반의 내벽을 마감 처리하는 터널 라이닝 구조체 및 그 시공방법에 관한 것으로, 그 기술적인 구성은 굴착된 터널의 기초암반의 안정성을 확보하기 위해 타설되는 쇼트 크리트(short crete)층과, 상기 쇼트 크리트층과 일정거리 이격되며 소정의 곡률을 갖는 파형강판을 연속체결하여 터널의 내벽을 형성토록하며, 상기 쇼트크리트층과 내벽사이로 무근형 콘크리트를 타설하는 것을 요지로 한다.

따라서, 본 발명은 파형강판과 무근형 콘크리트의 일체화를 통해 상재하중에 저항하는 저항강도를 증가시켜 터널의 안정성을 확보함은 물론, 공기를 단축시켜 경비를 절감 시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 구조체 및 그 시공방법{A tunnel lining structure system using curved corrugated steel plates and consrution method therof}

본 발명은 굴착된 터널의 기초암반의 내벽을 마감 처리하는 터널 라이닝 구조체 및 그 시공방법에 관한 것으로 이는 특히, 굴착된 터널의 기초암반의 안정성을 확보하기 위해 타설되는 쇼트크리트(short crete)층과 일정거리 이격되며 소정의 곡률을 갖는 파형강판을 연속체결하여 터널의 내벽을 형성토록하여, 상기 쇼트크리트층과 내벽사이로 무근형 콘크리트를 채움작업 함으로써, 파형강판과 무근형 콘크리트의 일체화를 통해 상재하중에 저항하는 저항강도를 증가시켜 터널의 안정성을 확보함은 물론, 공기를 단축시켜 경비를 절감 시킬 수 있도록 한 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 구조체 및 그 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 우리나라의 지형특성상 고속도로, 국도, 철도 그리고 도심지의 도로건설에서 산지를 관통해야하는 터널의 시공은 거의 필수적인 공사라 할 수 있다.

통상적으로 상기와 같은 터널을 시공함에 있어서는 발파에 의해 암반을 굴진해가면서 일정한 간격으로 H-beam의 아아치형 스틸리브(Steel rib)를 설치하고 암벽면에 와이어 매쉬를 현설하면서 건조상태의 모래와 자갈, 시멘트의 혼합물을 분사하면서 별도의 노즐을 통하여 물을 분사하는 소위 쇼트크리팅(Shotcreting)시공을 통해 1차 지보를 형성한 다음 배수재로서 상기 1차 지보 내벽을 따라 부직포를 부착시키고, 이 부착된 부직포위에 다시 방수막 시트를 부착 및 고정시킨다.

다음으로, 상기와 같이 1차 지보 내벽으로 부직포 및 방수막 시트를 부착·고정시킨 후 에는 다시 30cm ~ 40cm내외의 두께로 터널 라이닝 콘크리트(lining concret)를 타설하게 되며, 상기 라이닝 콘크리트내에는 철근등을 매설하여 2차 지보를 형성하게 되는데, 이때 상기 2차 지보를 타설하기 위해서는 이를 지지하기 위한 거푸집이 제작 및 설치된다.

계속해서, 상기 2차 지보를 형성하기 위해 제작된 거푸집으로는 타설된 콘크리트의 형태유지를 위해 일정시간동안 거푸집의 밑면에 수개의 강재 동바리 서포트(support)작업을 하게 되는 것으로, 상기 강재 동바리는 아치형태로 거푸집의 밑면을 따라 설치된다.

따라서, 상기와 같이 2차 지보를 형성하기 위한 라이닝 콘크리트가 완전히 굳어 그 형태가 형성된 후에는 거푸집 및 동바리를 철수시키게 되고, 마감타일로써 일련의 터널시공을 완료하게 된다.

그러나, 종래 터널시공방법은 상술한 바와같은 다단계 및 복합공정에 기인하여 시공됨으로써, 공기가 지연됨은 물론, 이로인해 공사비용의 상승을 초래하였으며, 또한 상기한 바와같이 철근 콘크리트를 이용하여 2차 지보를 형성하기 위한 시공방법은 상대적인 대단면의 굴착공사시 터널의 단면방향뿐만 아니라 터널의 길이방향으로 지반이완범위가 확대되는 단점이 있었으며, 콘크리트의 균열로 인해 미관이 불량하고, 콘크리트의 백화, 박리 등 장기 열화로 인한 하자시에 유지보수가 곤란하다는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 터널시공방법의 여러가지 문제점들을 개선시키기 위하여 안출한 것으로서 그 목적은, 굴착된 터널의 기초암반의 안정성을 확보하기 위해 타설되는 쇼트크리트(short crete)층과 일정거리 이격되며 소정의 곡률을 갖는 파형강판을 연속체결하여 터널의 내벽을 형성토록하여, 상기 쇼트크리트층과 내벽사이로 무근형 콘크리트를 타설 함으로써, 파형강판과 무근형 콘크리트의 일체화를 통해 상재하중에 저항하는 저항강도를 증가시켜 터널의 안정성을 확보함은 물론, 공기를 단축시켜 경비를 절감 시킬 수 있도록 하고, 터널의 유지보수가 용이하도록 하는 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 구조체 및 그 시공방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 구조체의 횡단면도.

도 2는 본 발명에 따른 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 구조체에 있어서 곡면 파형강판을 도시한 사시도.

도 3은 본 발명의 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 구조체의 곡면 파형강판의 체결상태를 도시한 체결상태 사시도.

*도면의 주요부위에 대한 부호설명*

1...터널 라이닝 구조체2...기초 암반

3...숏크리트층4...무근형 콘크리트층

5...내벽6...인버트

7...기초 콘크리트50...곡면 파형강판

52...원주방향 이음부54...길이방향 이음부

N...너트B...볼트

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로서 본 발명은, 굴착 터널의 기초암반 내벽을 마감 처리하는 터널라이닝 구조체에 있어서;

상기 굴착된 터널의 기초암반을 안정화 시키기위해 암반 표면에 숏크리트층이 타설되고, 굴착된 터널의 곡률과 설계하중에 대응되는 판 두께와 파형 형상을 지닌 곡면 파형강판의 골과 마루의 길이방향이 원주방향으로 향하도록 서로겹쳐지게 배열하면서 상기 곡면 파형강판의 내측에서 외측을 향하여 볼트로서 연속 체결된 내벽이 상기 숏크리트층과 일정간격 이격 형성되며, 상기 숏크리트층과 내벽이 이격된 이격공간으로 무근형 콘크리트층이 타설되는 것을 특징으로 하는 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 구조체를 마련함에 의한다.

또한, 본 발명은 굴착 터널의 기초암반 내벽을 마감 처리하는 터널라이닝 시공방법에 있어서;

곡면 파형강판의 체결로 이루어진 내벽의 자립 및 지지기반을 확보하기 위해 터널내 바닥면의 모서리 부위로 기초 콘크리트를 형성하는 기초 콘크리트 형성단계;

굴착된 터널의 기초암반을 안정화 시키기 위하여 기초암반의 표면에 숏크리트를 타설하여 숏크리트층을 형성하는 숏크리트 타설단계;

상기 숏크리트가 타설된 터널내의 곡률과 설계하중에 적합한 두께 및 파형 형상을 지닌 다수 파형강판의 골과 마루의 길이방향이 터널의 횡단면 원주방향을 향하도록 서로 겹쳐지게 배열하며, 상기 겹체진 곡면 파형강판간의 길이 및 원주 방향의 이음부로 볼트를 삽입하여 체결함으로써 곡면 파형강판을 조립하는 조립단계;

상기 다수의 곡면 파형강판이 볼트로서 체결되어 형성된 내벽과 숏크리트층 사이로 콘크리트를 채워넣어 콘크리층을 형성하는 무근형 콘트리트층 형성단계;

상기 굴착된 터널내의 바닥면을 형성하기 위해 콘크리트가 타설되는 인버트 형성단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 시공방법을 마련함에 의한다.

이하 첨부도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 구조체의 횡단면도 이며, 도 2는 본 발명에 따른 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 구조체에 있어서 곡면 파형강판을 도시한 사시도 로서, 본 발명의 곡면 파형강판을 이용한 터널 라이닝 구조체는 굴착된 터널의 기초암반(2)에 직접 타설되는 숏크리트층(3)이 형성되며, 상기 숏크리트층(3)과 일정간격 이격되며 굴착된 터널의 곡률과 설계하중에 대응되는 판 두께와 파형 형상을 지닌 다수개의 곡면 파형강판(50)이 서로겹쳐지게 배열하면서 상기 곡면 파형강판(50)의 내측에서 외측을 향하여 볼트(B)로서 연속 체결된 내벽(5)이형성된다.

여기서, 상기 곡면 파형강판(50)은 곡면 파형강판(50) 외주면의 원주방향과 길이방향의 이음부(52)(54)에 시공성을 확보하기 위하여 적정간격으로 너트(N)가 미리 용접된다.

계속해서, 상기 내벽(5)과 숏크리트층(3)이 이격된 이격공간 사이로는 무근형 콘크리트가 채움되어 무근형 콘크리트층(4)을 형성하는 구성으로 이루어진다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용 및 효과에 대해 설명하며 다음과 같다.

도 1 내지 도 2에서와 같이, 본 발명은 굴착된 터널의 기초암반(2)의 표면에 타설된 숏크리트층(3)은 주로 기초암반(2)의 안정화를 통하여 버럭의 붕락을 방지하기 위하여 시공되는 것인데, 암반수의 침투에 의한 알칼리성 부식의 1차적 보호막의 역할을 기대할 수 있다.

한편, 상기 숏크리트층(3)과 일정간격 이격되는 내벽(5)은 곡면을 지닌 파형강판(50)을 연속체결하여 내벽(5)을 구성토록하기 위한 구조체 로서, 상기 곡면 파형강판(50)은 용융 아연도금된 박강판에 파형의 골을 성형하여 일반강판에 비해 단면계수가 10~30배 높도록 제작되어 매우 뛰어난 하중 저항력을 갖도록 형성된 곡면 강판으로서, 곡면 파형강판(50) 외주면의 원주방향과 길이방향의 이음부(52)(54)에 시공성을 확보하기 위하여 적정간격으로 너트(N)가 미리 용접되어 있다.

따라서, 상기와 같이 너트(N)가 미리 부착된 곡면 파형강판(50)을 강판 파형의 요철부가 터널의 원주방향으로 향하도록 서로 겹쳐지게 배열하면서 곡면 파형강판의 내면에서 외측을 향하여 볼트(B)를 삽입하여 연속적으로 체결함으로써 터널의 내벽(5)을 구성하게 되며, 상기와 같이 곡면 파형강판(50)의 외주면에 너트(N)가 미리 용접되어 부착됨으로써, 볼트(B)체결 작업은 전적으로 터널의 내측공간에서 이루어지게 되는 것이다.

또한, 상기 곡면 파형강판(50)을 사용할 경우에는 기존의 현장 타설식 콘크리트 시공공법에서 요구되는 가설 내측 곡면판 즉, 거푸집을 필요로 하지 않으므로, 추가적인 거푸집의 제작 및 설치가 필요치 않게 된다.

더욱이, 상기 곡면 파형강판(50)은 시공초기에 지지대(거푸집)로 이용되어 지반이완을 최소화할 수 있어 구조적인 안전성을 확보함과 아울러 암반의 붕락으로 인한 안전사고를 미연에 예방하며, 터널작업환경을 획기적으로 개선하는 역할을 한다. 또한, 기초암반의 돌출부나 기타 지지대가 많지 않으므로 갱내 작업자들의 작업안전성이 개선된다.

계속해서, 상기 곡면 파형강판(50)의 체결로 이루어진 내벽(5)과숏크리트층(3) 사이에 뒤채움되는 무근형 콘크리트층(4)은 터널의 구조특성에 기인하여 주로 압축력의 부하를 받는 정역학적 기능을 수행하며 요구되는 설계저항을 제공하는 역할을 한다.

따라서, 상기와 같이 내벽(5)을 이루는 곡면 파형강판(50)과 무근형 콘크리트층(4)이 결합되어 이루어진 결합체는 뛰어난 하중저항력으로 인해 터널의 하중에 대한 안전성을 확보함과 동시에 뒤채움 무근형 콘크리트층(4)의 두께를 현저히 감소 시킬 수 있어 경제적이다.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 터널 라이닝 구조체를 형성하는 시공방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

굴착된 터널내에 곡면 파형강판이 체결되어 이루어지는 내벽의 자립 및 지지기반을 마련하기 위해 터널내의 바닥면의 모서리 부위로 기초 콘크리트를 형성하면서, 터널 기초암반의 표면에 숏크리트를 타설하여 기초암반을 안정화 시키기 위한 숏크리트층을 형성한다.

상기 숏크리트가 타설된 터널내의 곡률과 설계하중에 적합한 두께 및 파형 형상을 지닌 다수 곡면 파형강판의 요철부의 길이방향이 터널의 횡단면 원주방향을 향하도록 서로 겹쳐지게 배열하며, 상기 겹체진 곡면 파형강판간의 길이 및 원주 방향의 이음부로 볼트를 삽입하여 체결함으로써 곡면 파형강판을 조립하게 된다.

이때, 상기 곡면 파형강판은 터널내측에서 이루어지는 내벽형성 작업을 원활하게 하기 위하여 곡면 파형강판의 외주면 원주방향과 길이 방향으로 이음부에 설계치수에 따라 적당한 간격으로 너트를 용접 접합함으로써, 간단한 볼트 체결작업을 통해 용이하게 곡면 파형강판을 연속 체결할 수 있는 것이다.

계속해서, 상기와 같은 다수의 곡면 파형강판이 볼트로서 체결되어 형성된 내벽과 숏크리트층 사이로 콘크리트를 타설하므로서, 무근형 콘트리트층(4)이 형성 되는 것이다.

따라서, 내벽을 이루는 곡면 파형강판과 무근형 콘크리트층이 결합되어 이루어진 결합체는 뛰어난 하중저항력으로 인해 터널의 하중에 대한 안전성을 확보함과 동시에 뒤채움 무근형 콘크리트층의 두께를 현저히 감소 시킬 수 있어 경제적인 잇점이 있다.

마지막으로, 상기 굴착된 터널내의 바닥면을 형성하기 위해 콘크리트가 타설되는 인버트를 형성하므로서 그 시공이 완료되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명인 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 구조체 및 그 시공방법에 의하면, 곡면 파형강판을 초기에 지지대(거푸집)로 이용하여 지반이완을 최소화함으로써 구조적인 안전성을 확보함과 아울러 암반의 붕락으로 인한 안전사고를 미연에 예방하며, 작업환경을 획기적으로 개선하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 곡면 파형강판을 공장 제작함에 따른 신속한 시공성 및 고품질의 균등한 터널건설이 용이하고, 곡면 파형강판과 뒤채움 무근형 콘크리트층과의 일체화를 통해 상호작용 및 강도보강 효과를 증대시킬 수 있으며, 주 하중의 상당부분을 파형강판이 분담함으로써 무근형 콘크리트층의 두께감소를 통해 구조적으로 안전하고 경제적인 구조체를 구현할 수 있는 우수한 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (3)

1. 굴착 터널의 기초암반 내벽을 마감 처리하는 터널라이닝 구조체에 있어서;

   상기 굴착된 터널의 기초암반을 안정화 시키기위해 기초암반(2) 표면에 숏크리트층(3)이 타설되고, 굴착된 터널의 곡률과 설계하중에 대응되는 판 두께와 파형 형상을 지닌 곡면 파형강판(50)의 골과 마루의 길이방향이 원주방향으로 향하도록 서로겹쳐지게 배열하면서 상기 곡면 파형강판(50)의 내측에서 외측을 향하여 볼트(B)로서 연속 체결된 내벽(5)이 상기 숏트리트층(3)과 일정간격 이격 형성되며, 상기 숏크리트층(3)과 내벽(5)이 이격된 이격공간으로 무근형 콘크리트층(4)이 타설되는 것을 특징으로 하는 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 구조체.
2. 제 1항에 있어서, 상기 내벽을 형성하는 곡면 파형강판(50)은 강판이 서로 겹체지는 외주면의 원주방향과 길이방향의 이음부(52)(54)에 일정간격으로 너트(N)가 용접에 의해 일체로 설치됨을 특징으로 하는 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 구조체.
3. 굴착 터널의 기초암반 내벽을 마감 처리하는 터널라이닝 시공방법에 있어서;

   곡면 파형강판의 체결로 이루어진 내벽의 자립 및 지지기반을 확보하기 위해 터널내 바닥면의 모서리 부위로 기초 콘크리트를 형성하는 기초 콘크리트 형성단계;

   굴착된 터널의 기초암반을 안정화 시키기 위하여 기초암반의 표면에 숏크리트를 타설하여 숏크리트층을 형성하는 숏크리트 타설단계;

   상기 숏크리트가 타설된 터널내의 곡률과 설계하중에 적당한 다수 곡면 파형강판의 요철부의 길이방향이 터널의 횡단면 원주방향을 향하도록 서로 겹쳐지게 배열하며, 상기 겹체진 곡면 파형강판간의 길이 및 원주 방향의 이음부로 볼트를 삽입하여 체결함으로써 곡면 파형강판을 조립하는 조립단계;

   상기 다수의 곡면 파형강판이 볼트로서 체결되어 형성된 내벽과 숏크리트층 사이로 콘크리트를 채워넣어 콘크리층을 형성하는 무근형 콘트리트층 형성단계; 및

   상기 굴착된 터널내의 바닥면을 형성하기 위해 콘크리트가 타설되는 인버트 형성단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면 파형강판을 이용한 터널라이닝 시공방법.