KR20060073731A - 철도 교량과 토공 접속부의 노반 강화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도 교량과 토공 접속부의 노반 강화방법에 관한 것으로 특히, 드릴장비를 이용하여 철도 교량과 접촉되는 토공부의 일정 부위에 완충구간을 설정하고 이에 수개의 구멍을 정해진 간격을 두고 정해진 깊이까지 굴삭 천공해 가는 공정과; 드릴장비의 비트 또는 로드를 회수하는 공정과; 각각의 구멍에 그라우트재를 주입시켜 가압하여 마이크로파일을 형성시키는 공정과; 상기 마이크로파일의 상단부의 토공부 상면에 정해진 두께의 콘크리트층을 타설하는 공정과; 상기 콘크리트층 상부로 새로운 도상자갈을 채우는 공정;으로 실시하되, 필요에 따라서는 구멍에 그라우트재를 주입시키기 전에 철근을 삽입 설치하는 공정을 더 실시하여 토공부의 완충구간에서 점진적이고 자연스럽게 강성변화를 가질 수 있도록 하여 교량과 토공 접속부에서의 소성 및 탄성침하로 인한 침목 들뜸 및 궤도 틀림, 노반불량으로 인한 배수 불량, 침하 및 승차감 악화 등을 미연에 방지할 수 있도록 한 것이다.

교량, 토공부, 완충구간, 그라우트재, 마이크로파일

Description

철도 교량과 토공 접속부의 노반 강화방법 {Amethod for solidification of railroad bridge and public works-connection part}

도 1은 종래 철도 교량과 토공 접속부의 노반 상태도.

도 2는 본 발명 방법이 적용된 철도 교량과 토공 접속부의 노반 상태도.

도 3은 본 발명 방법을 철도 교량과 토공 접속부에 실시한 상태를 보인 사시도.

도 4는 본 발명 방법을 설명하기 위한 공정도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 교량 2 : 교대

3 : 토공부 4 : 도상자갈

5 : 침목 6 : 레일

7 : 구멍 8 : 철근

9 : 마이크로파일 10 : 콘크리트층

본 발명은 철도 교량과 토공 접속부의 노반 강화방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선로가 부설되는 교량의 단부와 접속되는 토공부에 마이크로파일을 적절히 배치시켜 점진적이고 자연스럽게 강성변화를 가질 수 있는 완충구간을 형성시켜 접속부에서의 소성 및 탄성침하로 인한 침목 들뜸 및 궤도 틀림, 노반불량으로 인한 배수 불량, 침하 및 승차감 악화 등을 미연에 방지할 수 있도록 발명한 것이다.

일반적으로 철도 교량과 토공 접속부는 토공부의 자갈 궤도에서 강성 지지체인 콘크리트 궤도(즉, 교량)로 옮겨가면서 궤도 하부구조의 강성이 변화된다.

즉, 철도 교량과 토공 접속부는 궤도 시스템의 구조 강성이 변화되는 구간으로서 철도의 안정성과 신뢰성에 큰 영향을 미치는 구간이며, 통상 교량(1)이 끝나는 지점에 토공부(3)가 직접 연결되어 있는데, 교대(2)는 변위가 발생하지 않는 강성 지지체인데 반하여, 토공부(3)는 콘크리트로 된 교대(2)나 교량(1)에 비해 그 강성이 매우 약하다.

그럼에도 불구하고 종래의 토공 접속부는 도 1과 같이 성토 등에 의해 형성된 원지반 위에 도상자갈(4)을 깔고 그 위에 침목(5)을 일정간격을 두고 설치한 다음 레일(6)이 설치된 구조를 가지고 있다.

이와 같이 상기 토공부(3)는 교대(2)에 비해 그 강성이 비교적 약하므로 열 차 통과 하중에 의해 변위가 반복적으로 발생하여 소성침하가 발생함은 물론 탄성 변위의 크기도 교량(1)에 비해 매우 크다.

한편, 잦은 열차 운행에 따른 반복적인 열차 하중은 토공부(3)의 노반 조건을 악화시키는데, 주 원인은 접속부에서 발생되는 충격하중으로 열차속도가 증가할수록 충격율이 커지게 된다.

이와 같은 접속부 노반에서 발생되는 현상은 탄성변위가 커지면서 도상자갈(4)의 마모파쇄가 빨라지고, 마모파쇄에서 발생된 미립분이 노반의 공극을 채우게 되어 교대(2) 배면에서의 배수 불량이 유발됨은 물론 그로 인해 노반불량으로 이어지고, 또 반복하중에 의한 소성 및 탄성침하와 더불어 접속부에서 연장된 노반을 취약하게 만들어 침목이 들뜨게 되는 등의 문제점이 발생된다.

이와 같은 침목들뜸, 탄소성 변위의 증가, 배수불량 등은 열차가 고속화되면서 진행속도가 빨라져 심할 경우 레일이 파손될 우려가 있다.

다시 말해서 교대 등과 같은 구조물과 접속되는 토공부와 구조물의 강성 차이에 의해 부등침하가 발생되거나, 시공기면에 단차를 일으키고, 또 노반 강도의 급격한 변화에 의한 침목 들뜸 등에 의해 열차 주행 시 궤도 틀림의 진행으로 승차감 악화 등을 일으키기 쉬우며, 불균등 침하의 발생에 의한 충격하중이 발생하여 진입구간인 토공부분에 상대적인 과대 침하가 발생하여 지속적인 유지 보수가 필요함은 물론 그로 인한 유지 보수비가 많이들고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 교대 부근의 토공부에 드릴장비를 이용하여 구멍들을 천공하고 이에 그라우트재를 주입 가압하는 방식을 통해 수개의 마이크로파일을 타설시켜 지반 강성을 점진적이고 자연스럽게 증강하여 교량과 토공 접속부 사이에서 발생되는 소성 및 탄성침하로 인한 침목 들뜸 및 궤도 틀림, 노반불량으로 인한 배수 불량, 침하 및 승차감 악화 등을 미연에 방지할 수 있는 철도 교량과 토공 접속부의 노반 강화방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양은, 드릴장비를 이용하여 철도 교량과 접촉되는 토공부의 일정 부위에 완충구간을 설정하고 이에 수개의 구멍을 정해진 간격을 두고 정해진 깊이까지 굴삭 천공해 가는 공정과; 드릴장비의 비트 또는 로드를 회수하는 공정과; 각각의 구멍에 그라우트재를 주입시켜 가압하여 마이크로파일을 형성시키는 공정과; 상기 마이크로파일의 상단부의 토공부 상면에 정해진 두께의 콘크리트층을 타설하는 공정과; 상기 콘크리트층 상부로 새로운 도상자갈을 채우는 공정;으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서 구멍에 그라우트재를 주입시키기 전에 철근을 구멍에 삽입 설치하는 공정을 더 실시하는 것을 특징으로 한다.

상기 마이크로파일은 교량의 교대에 근접할수록 더 많이(즉, 조밀하게) 설치함은 물론, 더 깊게 형성시켜 교대에 근접할수록 지반 강성이 높이지게 한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 마이크로파일의 직경, 길이, 그라우트재의 종류 및 주입 압력 등은 파일을 설치하고자 하는 지반의 조건에 의해 변경 가능함은 물론 그에 의해 결정되어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 방법이 적용된 철도 교량과 토공 접속부의 노반 상태도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명 방법을 철도 교량과 토공 접속부에 실시한 상태를 보인 사시도를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명 방법을 설명하기 위한 공정도를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명 방법은, 드릴장비를 이용하여 철도 교량(1)과 근접된 토공부(3)의 일부 구간에 완충구간을 설정하여 이에 수개의 구멍(7)을 정해진 간격 및 깊이로 굴삭 천공하는 공정과;

드릴장비의 비트 또는 로드를 구멍(7)으로부터 회수하는 공정과;

각각의 구멍(7)에 그라우트재를 주입시켜 가압하여 마이크로파일(9)을 형성시키는 공정과;

상기 마이크로파일(9) 상단부의 토공부(3) 상면에 정해진 두께로 콘크리트층(10)을 타설하는 공정과;

상기 콘크리트층(10) 상부로 새로운 도상자갈(4)을 채우는 공정;으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서 드릴장치로 굴삭 천공한 구멍(7)에 그라우트재를 주입시키기 전에 철근(8)들을 구멍(7)내로 삽입 설치하는 공정을 더 실시하여 마이크로파일(9)의 강도를 더 증가시켜 주는 것을 부가적인 특징으로 한다.

상기에 있어서 마이크로파일(9)은 교량(1)의 교대(2)에 근접할수록 조밀하게 설치함과 동시에 그 깊이도 더 깊게 설치하여 교대(2)에 근접할수록 지반 강성이 높도록 한 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 마이크로파일(9)의 직경과 길이를 포함하여 시멘트, 모래 벤트나이트, 물유리 등의 약액을 섞어서 만들어지는 그라우트재의 종류나 주입 압력 등은 파일을 설치하고자 하는 지반의 조건에 의해 변경 가능함은 물론 그에 의해 결정되어지는데, 통상 지반의 지지강성이 약할수록 마이크로파일의 직경과 길이(즉, 설치 깊이)는 크고 길게 하는 것이 좋으며, 그 직경은 최대 300mm 이하로 형성한다.

또, 상기 콘크리트층(10)은 마이크로파일과 달리 자갈이 희석된 시멘트를 이용하여 양생하게 되는데, 이 때 상기 콘크리트층(10)의 두께 역시 지반의 조건에 따라 그 두께를 달리하게 된다.

이와 같은 방법으로 이루어진 본 발명 방법에 대한 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 철도 교량(1)과 접속되는 토공부(3)에 도상자갈(4)을 깔기에 앞서 급격한 강성변화를 갖는 부위를 완충구간으로 설정하여 지반 강화를 위한 마이크로파일(9)을 성형하기 위한 기초 작업으로 드릴장비를 이용하여 교대(2)와 근접된 토공 부(3)의 일부 구간에 정해진 지름을 갖는 수개의 구멍(7)들을 정해진 깊이까지 굴삭 천공하게 된다.

이 때, 상기 구멍(7)의 간격은 교대(2)에 근접되어 가면 갈수록 가로, 세로 양방향에 대해 그 간격이 점차 좁아지도록 하여 조밀하게 천공함과 동시에 그 깊이도 서서히 더 깊도록 천공하여 이 완충구간에서 자연스럽게 강성 변화가 이루어질 수 있도록 한다.

상기와 같이 드릴 장비를 이용한 구멍(7)들의 천공이 완료되면 해당 구멍으로부터 드릴장비의 비트 또는 로드를 회수한 다음 각각의 구멍(7)에 시멘트, 모래 벤트나이트, 물유리 등의 약액을 섞어서 만들어진 그라우트재를 곧 바로 주입함과 동시에 가압하거나, 철근(8)들을 삽입 설치한 후 그라우트재를 주입, 가압시켜 각각의 구멍내에서 해당 구멍의 지름 및 깊이에 대응하는 굵기 및 길이를 갖는 마이크로파일(9)들이 성형되도록 한다.

이와 같이 그라우팅 공법에 의해 성형된 마이크로파일(9)의 지지력은 선단 지지 보다는 구멍(7) 내면과 접촉되는 외주면 마찰력에 의해 발휘되는데, 상기 마이크로파일(9)이 구멍내에서 지반과 일체로 거동하므로 지반 개량 효과를 얻을 수 있다.

특히, 상기에 있어서 구멍(7)을 천공할 때 교대(2)로부터 먼 거리에 위치한 토공부(3)의 일정 부분으로부터 교대에 근접되어 갈수록 그 거리를 좁혀가며 조밀하게 천공시켜 줌과 동시에 그 깊이를 깊게 형성시켜 줌으로써 상기 구멍(7)에 그라우트재를 주입, 가압하여 형성시킨 마이크로파일(9)의 간격 및 길이가 교대에 근 접할수록 조밀하면서 깊게 형성된다.

따라서, 교량(1)과 토공부(3)가 접속되는 일정 구간(즉, 완충구간)의 토공부(3)에 대한 지반 강성을 교대(2)로 갈수록 점진적이고 자연스럽게 증강시킬 수 있어 교량과 토공 접속부 사이에서 발생되는 소성 및 탄성침하로 인한 침목 들뜸 및 궤도 틀림, 노반불량으로 인한 배수 불량, 침하 및 승차감 악화 등을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 상기에 있어서 구멍(7)속에 그라우트재만 주입, 가압하는 방식을 통해 마이크로파일(9)을 성형하는 방식 보다는 구멍(7)에 철근(8)들을 삽입 설치하고 나머지 공간부에 그라우트재를 충진, 가압하는 방식을 통해 마이크로파일(9)을 성형하면 그 강도가 더욱 증강된다.

이와 같은 철근(8)의 설치 여부는 마이크로파일(9)의 지름과 길이 및 설치 갯수를 포함하여 지반 강도의 정도 등에 따른 데이타에 의해 결정된다.

한편, 상기와 같이 구멍(7)속에 철근(8) 및 그라우트재를 주입하고 가압하여 마이크로파일(9)들을 성형한 후 그 상면에 곧 바로 도상자갈(4)을 깔 경우 토공부(3)의 지지강성이 마이크로파일(9)이 설치된 주위에 집중되고 마이크로파일 사이의 공간부는 연약지반의 형태를 그대로 가질 우려가 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기 마이크로파일(9) 상단부의 토공부(3) 상면에 정해진 두께로 콘크리트층(10)을 타설하고, 그 상부로 새로운 도상자갈(4)을 채워주는 형태를 채택하여 이를 방지할 수 있도록 하였다.

이 때, 상기 콘크리트층(10)은 그라우트재를 이용하여 성형하는 마이크로파 일(9)과 달리 자갈이 섞인 시멘트를 이용하여 양생하는 것이 좋으며, 그 두께는 지반의 조건에 따라 결정되어진다.

물론, 상기에 있어서 마이크로파일(9)의 직경, 길이, 주입재의 종류 및 주입 압력 등의 제원은 파일 설치 및 지반조건에 따른 토공부(3)의 지지강성 증가 효과를 해석적인 방법을 통해 평가하여 교량(1)에서 토공부(3)로의 자연스러운 지지강성 변화가 이루어질 수 있게 결정된다.

또한, 마이크로파일(9)의 배치는 교량(1)의 교대(2)에서 토공부(3)로 자연스럽게 강성 변화가 이루어질 수 있도록 완충구간에서 교대(2)에 근접할수록 조밀하면서도 깊게 배치하고, 토공부(3)측으로 진행하면서 차츰 그 갯수가 감소되면서 얕게 배치될 수 있도록 한다.

이 때, 말뚝 형태를 갖는 상기 마이크로파일(9)의 배치에 따른 노반 강성의 변화는 3차원 유한 요소 해석 등으로 적용한 수치해석 방법으로 평가된다.

한편, 본 발명 방법은 마이크로파일(9)의 성형 후 지반 그라우팅도 병행할 수 있으며, 소형 장비를 사용하기 때문에 협소한 공간에서도 시공이 용이한 장점이 있다.

이와 같이 본 발명을 적용하여 기본 궤도의 하부에 마이크로파일을 설치하면 교량과 접속되는 부위의 토공부 지지 강성을 자연스럽고 점진적으로 증가시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 상기와 같이 마이크로파일을 이용한 지반 보강효과는 기존의 보강방법에 비해 비교적 정확하고 정량적인 평가가 가능함에 따라 합리적인 교량- 토공 접속부 보강이 가능하다.

상술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 철도 교량과 토공 접속부의 노반 강화방법에 의하면, 교대와 접촉되는 토공부의 완충구간에 드릴장비를 이용하여 구멍들을 천공하고 이에 필요에 따라서는 철근을 삽입 설치한 후 그라우트재를 주입 가압하는 방식을 통해 수개의 마이크로파일을 타설시켜 줌으로써, 완충구간에서의 토공부 지반 강성을 점진적이고 자연스럽게 증강시킬 수 있어, 교량과 토공 접속부 사이에서 발생되는 소성 및 탄성침하로 인한 침목 들뜸 및 궤도 틀림, 노반불량으로 인한 배수 불량, 침하 및 승차감 악화 등을 미연에 방지할 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (6)

1. 철도 교량과 근접된 토공부의 일부에 완충구간을 설정하고 이에 드릴장비를 이용하여 수개의 구멍을 정해진 간격 및 깊이로 굴삭 천공하는 공정과;

   각각의 구멍에 그라우트재를 주입하며 가압시켜 마이크로파일을 성형시키는 공정과;

   상기 마이크로파일 상단부의 토공부 상면에 정해진 두께로 콘크리트층을 타설하는 공정과;

   상기 콘크리트층 상부로 새로운 도상자갈을 채우는 공정;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도 교량과 토공 접속부의 노반 강화방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 구멍에 그라우트재를 주입시키기 전에 철근들을 구멍내로 삽입 설치하는 공정을 더 실시하는 것을 특징으로 하는 철도 교량과 토공 접속부의 노반 강화방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 마이크로파일은 교량의 교대에 근접할수록 조밀하게 설치하는 것을 특 징으로 하는 철도 교량과 토공 접속부의 노반 강화방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 마이크로파일은 교량의 교대에 근접할수록 더 깊게 설치하는 것을 특징으로 하는 철도 교량과 토공 접속부의 노반 강화방법.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 마이크로파일의 직경과 길이를 포함하여 그라우트재의 종류나 주입 압력은 마이크로파일을 설치하고자 하는 지반의 조건에 의해 결정되어지는 것을 특징으로 하는 철도 교량과 토공 접속부의 노반 강화방법.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 콘크리트층은 자갈이 정해진 비율로 희석된 시멘트를 이용하여 양생한 것을 특징으로 하는 철도 교량과 토공 접속부의 노반 강화방법.

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