KR20120031377A - 터널 붕락 방지구 및 이를 이용한 터널 시공법 - Google Patents

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KR20120031377A KR1020100092872A KR20100092872A KR20120031377A KR 20120031377 A KR20120031377 A KR 20120031377A KR 1020100092872 A KR1020100092872 A KR 1020100092872A KR 20100092872 A KR20100092872 A KR 20100092872A KR 20120031377 A KR20120031377 A KR 20120031377A
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Abstract

터널 굴착 공사의 측벽 붕괴를 방지하기 위한 터널붕락방지구에 있어서, 단부에 락볼트나사(211)가 형성되며 터널측벽에 삽입되는 락볼트(210); 와 터널 굴착면을 지지하기 위해 반원형태(터널단면형태)로 형성되는 강지보재의 단부면을 지지하는 받침부(231)와 상기 락볼트(210)를 수용하기 위해 상기 받침부(231) 양측으로부터 상방으로 절곡된 절곡부(232)로 이루어진 지지대(230); 와 상기 절곡부(232) 내부와 연통된 가이드판구멍(221)이 형성되어, 상기 락볼트(210)를 가이드판 구멍(221)으로 수용하며, 상기 가이드판구멍(221)이 형성된 부위가 절곡되어, 상기 지지대(230)의 절곡부(232) 내부로 인입될 수 있도록 형성된 락볼트가이드판(220); 과 상기 락볼트(210) 일측 단부와 체결되며, 터널측벽에 인입되는 말단부인 터널측벽고정부(240); 및 상기 락볼트(210) 타측 단부와 체결되며, 락볼트(210)를 상기 락볼트가이드판(220)에 고정시키는 너트(205) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널붕락방지구가 제공된다.

Description

터널 붕락 방지구 및 이를 이용한 터널 시공법{APPARAUS FOR PREVENTING TUNNEL-CAVING IN AND TUNNEL-CONSTRUCTING METHOD THEREBY}
본 발명은 터널 굴착 공사에서 터널 굴착면의 붕락을 방지하기 위한 강지보공 하단부를 지지함과 동시에, 터널 측벽으로부터 강지보공에 가해지는 측압을 견뎌낼 수 있는 터널 붕락 방지구 및 이를 이용한 터널 시공법에 관한 것이다.
터널 굴착공사에서 있어서, 터널 막장면의 안정성 확보를 위해서 통상적으로 강관다단그라우팅 또는 포아풀링 등의 보조 공법을 시공하고 터널 굴진 후에는 터널면에 1차 숏크리트 타설, 와이어 메쉬 설치, 강지보공 설치 및 2차 숏크리트 타설을 순차적으로 행하게 된다.
이러한 과정에서 지반 불량 혹은 과굴착이 원인이 되어 강지보공의 지지력이 부족하게 되거나, 터널 측면으로부터 가해지는 측압이 과다하게 되면, 터널의 측면부가 터널 굴착 공간 안으로 밀려들어 오면서, 터널 상반과 측벽이 붕괴되는 사고가 자주 발생되곤 하였다.
이러한 현상을 방지하기 위해서 종래에는, 터널 상반부 굴착 바닥면에 '가설인버터 콘크리트'를 타설하여 터널 측벽에서 가해지는 측압에 대응하는 것이 보편적인 방법이었다.
하지만, 가설인버터 콘크리트 타설에는 여러가지 문제점이 있었다.
즉, 가설인버터 콘크리트를 타설한 후 그 콘크리트가 굳기 전까지는, 터널 측압에 견뎌낼 수 있지 못하며, 콘크리트가 굳은 후에라도, 터널 하반부 굴착을 하기 위해서는 가설인버트 콘크리트를 파괴 및 제거해야 하므로, 이 시점 이후에는 터널 측압에 의해 터널 측벽부가 다시 거동하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 종래 터널 굴착 작업에서의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 종래 터널 측압에 대비하여 터널 바닥면에 넓은 영역에 걸쳐 시공 되던, 가설인버터 콘크리트 타설 공사 자체가 불필요한 터널 붕락 방지구와 이를 이용한 터널 시공법을 제공하는 것이다.
아울러, 가설인버터 콘크리트 타설공사에 수반되던, 시간적 손실 및 경제적 비용을 줄일 수 있는 것을 본 발명의 목적으로 한다.
둘째, 터널 측벽으로부터 가해지는 측압에 효과적으로 대응하면서도, 설치가 매우 용이한 터널 붕락방지구 및 이를 이용한 터널 시공법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 그 구성을 살펴보면 다음과 같다.
즉 터널 굴착 공사의 측벽 붕괴를 방지하기 위한 터널붕락방지구에 있어서,
단부에 락볼트나사(211)가 형성된 락볼트(210); 와
터널 굴착면을 지지하기 위해 반원형태(터널단면형태)로 형성되는 강지보재의 단부면을 지지하는 받침부(231)와 상기 락볼트(210)를 수용하기 위해 상기 받침부(231) 양측으로부터 상방으로 절곡된 절곡부(232)로 이루어진 지지대(230); 와
상기 절곡부(232) 내부와 연통된 가이드판구멍(221)이 형성되어, 상기 락볼트(210)를 가이드판구멍(221)으로 수용하며, 상기 가이드판구멍(221)이 형성된 부위가 절곡되어, 상기 지지대(230)의 절곡부(232) 내부로 인입될 수 있도록 형성된 락볼트가이드판(220); 과
상기 락볼트(210) 일측 단부와 체결되며, 터널측벽에 인입되는 말단부인 터널측벽고정부(240); 및
상기 락볼트(210) 타측 단부와 체결되며, 락볼트(210)를 상기 락볼트가이드판(220)에 고정시키는 너트(205) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널붕락방지구.
상기 절곡부(232)의 구조를 보다 상세히 설명하면, 그 형태는 'ㄷ'자로 절곡되며, 상기 락볼트가이드판(220)의 가이드판구멍(221)이 형성된 부위의 절곡된 부분도 'ㄷ'자 형태로 형성됨과 동시에, 상기 'ㄷ'자 형태의 절곡부(232)의 내부 크기에 대응한 크기로 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 터널측벽고정부(240)에는, 일측 방향으로는 락볼트나사(211)를 수용하며, 단부는 원뿔면(244)이 형성된 피스톤헤드(243); 와,
상기 피스톤헤드 원뿔면(244)과 접촉하며, 상기 피스톤헤드 원뿔면(244)로부터 가해진 힘(force)이 비트원뿔면(246)을 통해 전달됨으로써, 돌출비트구멍(242)을 통해 터널측벽고정부(240) 길이방향과 수직하게 돌출되는 돌출비트(241)
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 터널붕락방지구를 이용한 터널 시공법을 제시하고자 한다.
기타 자세한 사항은 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용' 부분에서 설명한다.
본 발명에 의하여, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
즉, 기존 터널의 상반부 굴착 바닥면에 시행하던 가설인버터 콘크리트 타설 작업이 불필요하게 되므로, 상기 작업에 소요되던 시간과 비용적인 문제점을 일거에 해소할 수 있게 되었다.
특히, 가설인버터 콘크리트가 굳어지기 전에는 터널 측압에 의한 터널 붕괴의 우려를 불식시킬 수 없었는데, 본 발명에 의하여 터널 붕괴의 위험성은 대폭 감소되었다.
또한, 터널 하반부 굴착을 위해서는 상기 가설인버터 콘크리트를 깨뜨려 제거해야만 하는 문제점 역시 본 발명에 의하여 해소할 수 있게 되었다.
본 발명의 터널 붕락 방지구 및 이를 이용한 터널 시공법은 그 구조와 시공방법이 간단하면서도 터널 측압에 매우 효과적으로 대응 가능하며, 설치가 매우 용이하여 공사기간 및 공사비용 절감에 현저한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 가설인버터콘크리트 타설 시공방법을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 터널붕락방지구가 설치되는 위치를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 터널붕락방지구가 결합되어 있는 사시도,
도 4는 도 3의 분해사시도,
도 5는 터널측벽고정부의 자세한 구조를 나타낸 도면,
도 6 내지 도 10은 본 발명의 터널붕락방지구를 사용하여 시공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.
다만 본 발명의 기술적 사상은 이하의 실시예에 국한되는 것은 아니며, 청구항으로부터 파악되는 균등 발명 수준의 여하한 발명은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 것을 미리 밝혀둔다.
도 1은 종래의 가설인버터콘크리트 타설 시공방법을 설명하기 위한 도면이고 도 2는 본 발명의 터널붕락방지구가 설치되는 위치를 설명하기 위한 도면이며 도 3은 본 발명의 터널붕락방지구가 결합되어 있는 사시도이고 도 4는 도 3의 분해사시도이며 도 5는 터널측벽고정부의 자세한 구조를 나타낸 도면이다.
통상적인 터널 굴착 및 강지보재 설치과정을 간단히 살펴보면, 우선 막장안정용 강관다단그라우팅 작업을 한 뒤, 터널 상반부를 굴착하며, 이어서 1차 숏크리트 및 와이어 메쉬를 설치한다.(미도시)
그 다음 도 1과 같이, 터널 굴착면(100)을 따라서 강지보재(110, 도 2 참조)들을 일정 간격을 두면서 설치하게 된다. 도 2에서는 H형강 강지보재를 도시하고 있으나, 격자형 강지보재를 설치할 수도 있다.
강지보재(110) 설치 후에는 2차 숏크리트를 설치하며, 이어서 도 1의 바닥면과 같은 가설인버터콘크리트(150) 타설 작업을 하게 된다.
터널의 측벽 하단부에서는 도 1의 A 및 A' 방향의 측압이 강지보재(110) 쪽으로 가해지게 되는데, 가설인버터콘크리트(150)는 이러한 측압에 저항하는 힘을 발휘하도록 하여, 강지보재(110)가 터널 안쪽으로 밀려남에 따른 터널 붕괴 사고를 막기 위한 작업인 것이다.
하지만, 상술한 바와 같이 가설인버터콘크리트(150)를 타설한 후, 그 콘크리트가 굳기 전까지는, 터널 측압에 견뎌낼 수 있지 못하여 터널 붕괴의 우려가 남아 있으며, 콘크리트가 굳은 후에라도, 터널 하반부 굴착을 하기 위해서는 가설인버트 콘크리트(150)를 파괴 및 제거해야 하므로, 이 시점 이후에는 터널 측압에 의해 터널 측벽부가 다시 거동하게 되는 문제점이 있었다.
게다가 가설인버터콘크리트(150)는 터널 바닥면(155) 넓은 영역에 걸쳐 행하여 지기 때문에, 시간적, 경제적 비용이 많이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터널붕락방지구(200)는 도 3과 도 4에 구체적으로 나타나 있고 도 2에는 강지보재(110)의 양측 하단부 각각에 터널붕락방지구(200)가 설치되어 있는 것을 파악할 수 있다.
먼저, 개괄적인 본 발명의 터널붕락방지구(200)의 구조와 기능을 살펴보면 다음과 같다.(도 2 내지 도 4 참조)
즉, 터널붕락방지구(200)는 도 4와 같이, 락볼트(210)와 락볼트 일측에 결합되는 너트(205)와 강지보재를 떠받치는 지지대(230)와 락볼트를 지지대(230)로 가이드하는 락볼트가이드판(220) 및 가장 우측의 터널측벽고정부(240)로 이루어진다.
도 2와 같이, 강지보재(110)의 단부는 받침부(231)에 얹혀져 지지되며, 락볼트(210)는 터널 측벽으로 파고 들어가게 되며, 터널측벽고정부(240) 측면의 돌출비트(241)는 락볼트가 터널 측벽으로부터 빠져 나오는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.
본 발명의 터널 붕락방지구(200)의 구성을 다시 요약한다.
일측 단부에 락볼트나사(211)가 형성되며, 터널 측벽에 삽입되는 락볼트(210); 와
터널 굴착면을 지지하기 위해 반원형태(터널단면형태)로 형성되는 강지보재(110)의 단부면을 지지하는 받침부(231)와 상기 락볼트(210)를 수용하기 위해 상기 받침부(231) 양측으로부터 상방으로 절곡된 절곡부(232)로 이루어진 지지대(230); 와
상기 절곡부(232) 내부와 연통된 가이드판구멍(221)이 형성되어, 상기 락볼트(210)를 가이드판구멍(221)으로 수용하며, 상기 가이드판구멍(221)이 형성된 부위가 절곡되어, 상기 지지대(230)의 절곡부(232) 내부로 인입될 수 있도록 형성된 락볼트가이드판(220); 과
상기 락볼트(210) 일측 단부와 체결되며, 터널측벽에 인입되는 말단부인 터널측벽고정부(240); 및
상기 락볼트(210) 타측 단부와 체결되며, 락볼트(210)를 상기 락볼트가이드판(220)에 고정시키는 너트(205) 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
터널 측압을 견디는 원리를 설명하면, 도 2와 같이 강지보재(110)가 받침부(231) 위에 놓여진 후에는, 터널 측벽으로부터 압력을 받게 되는데, 이때 락볼트가이드판(220) 부분이 이러한 터널 측벽의 측압에 대응하게 되는 것이다.
절곡부(232)는 상부가 덮힌 반원형 또는 다각형(삼각, 사각 등등) 형태로 절곡되며, 상기 락볼트가이드판(220)의 가이드판구멍(221)이 형성된 부위의 절곡된 부분도 상기 절곡부(232)에 대응한 형상과 크기로 형성되어져, 상기 절곡부(232) 내부에 함입되어 유격이 최소화될 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
도 4에서는 절곡부(232)가 'ㄷ'자 형태로 절곡되어 있으며, 상기 락볼트가이드판(220)의 가이드판구멍(221)이 형성된 몸체(락볼트가이드판 몸체) 부위의 절곡된 부분도 'ㄷ'자 형태로 형성되어, 'ㄷ'자 형태의 절곡부(232)의 내부에 대응한 크기로 형성되어 있다. 상술한 바와 같이 이는 락볼트가이드판(220)의 'ㄷ'자로 절곡된 부분이 지지대(230)의 절곡부(232) 내부에 끼워진 다음 흔들림이 최소화될 수 있도록 하기 위함이다.
상술한 바대로, 절곡부의 구조는 반드시 'ㄷ'자 형태에 국한됨은 아니고 락볼트(210)를 내부로 수용할 수 있는 다양한 형태의 변형이 가능할 것이다.
상기 터널측벽고정부(240)에는, 일측 방향으로는 락볼트나사(211)를 수용한다. 터널측벽고정부(240)라는 명칭은 터널 측벽으로부터 락볼트(210)가 쉽게 빠지지 않도록 터널 측벽에 락볼트를 고정시키는 부재라는 것을 의미한다.
터널측벽고정부(240)의 단부는 편평하거나 뾰족하거나 혹은 다른 형상으로 제작될 수도 있다.
터널측벽고정부(240) 내부에는 일측에 원뿔면(244)이 형성된 피스톤헤드 (243) 및 돌출비트(241)가 다수 형성되어 있다.
돌출비트(241)가 돌출되는 원리는 다음과 같다.(도 5 참조)
즉, 상기 피스톤헤드의 원뿔면 (244)과 접촉하며, 상기 피스톤헤드 원뿔면(244)로부터 가해진 힘(force)이 비트원뿔면(246)을 통해 전달됨으로써, 돌출비트구멍(242)을 통해 터널측벽고정부(240) 길이방향과 수직하게 돌출비트(241)가 밖으로 빠져나오게 되는 것이다. 이러한 돌출비트에 의해 락볼트(210)이 터널측벽 밖으로 인출되려고 하는 것을 유효히 방지할 수 있게 된다.
본 돌출비트(241)의 구조는 본 출원인의 특허(등록번호: 10-0820642호, 출원일:2007년 9월 15일)에 상세히 제시된 것으로서 터널 측벽 붕락방지구로서 본 출원 발명에 이를 적용시킨 것이다.
한편, 상기 락볼트(210)의 외부면에는 저항력 발휘를 위해서 요철형상으로 형성됨이 바람직하며, 30 내지 80 센티미터 정도의 길이로 제작됨이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 터널붕락방지구(200)을 터널 측벽에 설치하는 과정을 도 6 내지 도 10을 참조하면서 설명한다.
우선, 도 6과 같이 터널 측벽에 락볼트(210)가 삽입될 수 있는 천공홀(도 6 참조)를, 반원형상으로 터널 벽과 나란히 설치된 강지보재를 사이에 두고 뚫게 된다.
다음, 도 7과 같이 천공홀 내부에 락볼트를 삽입하게 되며, 도 8에서는 그라우팅 작업을 하여 락볼트 주위의 공간을 메우게 된다.
그다음, 도 9에서는 지지대와 락볼트가이드판을 차례로 설치하고, 마지막으로 너트와 락볼트를 단단히 체결하게 된다.(터널 측벽으로 박힌 락볼트 부분은 도시 안함)
상술된 시공방법에 의해서 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
즉, 기존 터널의 상반부 굴착 바닥면에 시행하던 가설인버터 콘크리트 타설 작업이 불필요하게 되므로, 상기 작업에 소요되던 시간과 비용적인 문제점을 일거에 해소할 수 있게 되었다.
특히, 가설인버터 콘크리트가 굳어지기 전에는 터널 측압에 의한 터널 붕괴의 우려를 불식시킬 수 없었는데, 본 발명에 의하여 터널 붕괴의 위험성은 대폭 감소되었다.
또한, 터널 하반부 굴착을 위해서는 상기 가설인버터 콘크리트를 깨뜨려 제거해야만 하는 문제점 역시 본 발명에 의하여 해소할 수 있게 되었다.
본 발명의 터널 붕락 방지구 및 이를 이용한 터널 시공법은 그 구조와 시공방법이 간단하면서도 터널 측압에 매우 효과적으로 대응 가능하며, 설치가 매우 용이하여 공사기간 및 공사비용 절감에 현저한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 국한되는 것은 아니고 당업자 수준에서 파악할 수 있는 균등 수준의 발명은 모두 본 발명의 권리 범위에 속한다.
A, A' : 터널 측벽압(측압)
100:터널굴착면 110:강지보재
150:가설인버터콘크리트
155:터널바닥면
200:붕락방지구 205:너트
210:락볼트 211:락볼트나사
220:락볼트가이드판
221:가이드판구멍 230:지지대
231:받침부 240:터널측벽고정부
241:돌출비트 242:돌출비트구멍
243:피스톤헤드 244:피스톤헤드원뿔면
245:락볼트나사수용부
246:비트원뿔면

Claims (4)

  1. 터널 굴착 공사의 측벽 붕괴를 방지하기 위한 터널붕락방지구에 있어서,
    단부에 락볼트나사(211)가 형성되며 터널측벽에 삽입되는 락볼트(210); 와
    터널 굴착면을 지지하기 위해 반원형태(터널단면형태)로 형성되는 강지보재의 단부면을 지지하는 받침부(231)와 상기 락볼트(210)를 수용하기 위해 상기 받침부(231) 양측으로부터 상방으로 절곡된 절곡부(232)로 이루어진 지지대(230); 와
    상기 절곡부(232) 내부와 연통된 가이드판구멍(221)이 형성되어, 상기 락볼트(210)를 가이드판구멍(221)으로 수용하며, 상기 가이드판구멍(221)이 형성된 부위가 절곡되어, 상기 지지대(230)의 절곡부(232) 내부로 인입될 수 있도록 형성된 락볼트가이드판(220); 과
    상기 락볼트(210) 일측 단부와 체결되며, 터널측벽에 인입되는 말단부인 터널측벽고정부(240); 및
    상기 락볼트(210) 타측 단부와 체결되며, 락볼트(210)를 상기 락볼트가이드판(220)에 고정시키는 너트(205) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널붕락방지구.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 절곡부(232)는 상부가 덮힌 반원형 또는 다각형 형태로 절곡되며,
    상기 락볼트가이드판(220)의 가이드판구멍(221)이 형성된 부위의 절곡된 부분도 상기 절곡부(232)에 대응한 형상과 크기로 형성되어져, 상기 절곡부(232) 내부에 함입될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 터널붕락방지구.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 터널측벽고정부(240)에는,
    일측 방향으로는 락볼트나사(211)를 수용하며, 단부는 원뿔면(244)이 형성된
    피스톤헤드(243); 와,
    상기 피스톤헤드 원뿔면(244)과 접촉하며, 상기 피스톤헤드 원뿔면(244)로부터 가해진 힘(force)이 비트원뿔면(246)을 통해 전달됨으로써, 돌출비트구멍(242)을 통해 터널측벽고정부(240) 길이방향과 수직하게 돌출되는 돌출비트(241)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널붕락방지구.
  4. 청구항 1의 터널붕락방지구를 사용하여, 터널 측벽 붕괴를 방지하기 위한 시공방법에 있어서,
    터널 측벽에 락볼트(210)가 삽입될 수 있는 천공홀을, 반원형상으로 터널 벽과 나란히 설치된 강지보재(110)를 사이에 두고 뚫는 단계;
    천공홀 내부에 락볼트(210)를 삽입하는 단계;
    그라우팅 작업을 하여 락볼트(210) 주위의 공간을 메우는 단계;
    지지대(230)와 락볼트가이드판(220)을 차례로 설치한 후, 너트(205)와 락볼트(210)를 체결하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 시공방법.
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