KR20120047438A

KR20120047438A - 표면 가압식 락볼팅 공법

Info

Publication number: KR20120047438A
Application number: KR1020100108994A
Authority: KR
Inventors: 김용기; 신상훈; 박태규
Original assignee: (주) 효창이엔지
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-05-14

Abstract

본 발명은 락볼팅 공법으로 암사면 지반을 보강하면서, 락볼트를 와이어로프와 연계시키고, 암사면 지반의 안정화를 위해 설치하는 상기 락볼트의 후두부에는 탄성을 갖는 가압판을 압축고정시켜, 와이어로프가 암사면 지반의 표면을 엮어 매는 방식으로 낙석을 방지하도록 구성된 암사면 지반 안정공법과 낙석방지공법의 복합공법에 관한 것이다.

Description

표면 가압식 락볼팅 공법{Surface pressing rock-bolting method}

락볼팅 공법은 종래 굴(터널) 내면의 암반의 보강 및 붕괴방지, 암사면의 보강 및 붕괴방지, 암반에 물체를 취부하는 등의 수단으로 사용되어 왔으며, 본 발명은 터널 및 암사면의 보강기술에 관한 것이다.

터널 및 암사면 보강을 위한 락볼팅 공법은 불연속면을 따라 붕괴가능성이 큰 암괴를 강봉으로 서로 묶어줌으로써 지반을 안정시키는 공법이다. 이러한 락볼팅 공법을 암사면 등에 시공하면 전체적인 안전성이 높아진다. 그러나 종래의 락볼팅 공법만으로는 표면부의 낙석에 대한 대책은 미흡하였다. 따라서, 종래에는 암사면 지반의 낙석방지를 위해 철망, 와이어로프 등을 암사면 표면에 설치하였으며, 터널에서는 숏크리트를 병행하여 시공하였다.

다만, 이러한 종래의 공법은 돌이 암사면에서 굴러 떨어지는 하부 구조물이나 교행차량 및 통행자에 대한 2차 피해를 막아주기만 할 뿐 철망이나 와이어로프 등의 부재가 암사면 자체의 안정성을 더욱 강화하는 부재로 활용되지는 못하였다. 따라서, 발생한 낙석은 하부에 퇴적되어 위화감을 조성할 뿐만 아니라 지속적으로 낙석이 발생할 경우 대규모 붕괴로 이어져 막대한 사회적 비용이 발생하곤 하였다.

본 발명은 상기한 락볼팅 공법과 낙석방지 수단 간의 연계성을 향상시켜 락볼트 시공과정에서 암사면 지반 자체와 암사면 지반의 표면을 동시에 보강할 수 있도록 함으로서 공기단축 및 경비절감을 실현해 낼 수 있으며, 낙석 및 국부적인 소규모 붕괴가 사면 전체붕괴로 확대되는 것을 억제함은 물론 지반의 안정성을 강화시키는 보강공법을 제공함을 그 목적으로 한다.

이하는 본 발명의 과제실현을 위해서 도출한 과제 해결 수단이다.

1. 터널 보강을 위한 락볼트 시공시 락볼트의 후두부에 탄성을 갖는 가압판을 눌러 고정시킴으로서, 락볼트가 설치된 부위 주변 표면부의 변위 발생을 억제한다.

2. 암사면 지반의 표면에 와이어로프를 격자형으로 배치한 후 1차적으로 긴장시키고, 상기 와이어로프의 교차점을 커버하는 탄성을 갖는 가압판이 락볼트 후두부에 체결되는 고정너트의 너트조임에 의해 압축되어 이에 따른 복원력으로 암사면 지반 표면을 압착하도록 하여, 기존의 낙석 방지망과 같은 수동형태(Passive type)의 표면보강에서 탈피하여 표면 변위를 적극적으로 억제하는 주동형태(Active type)의 표면보강을 가능하게 한다.

3. 락볼트의 후두부에 끼워지는 탄성을 갖는 가압판을 눌러 고정시킴으로서, 암사면 지반 표면에 설치된 와이어로프도 아래로 눌려지며 2차적으로 강하게 긴장된 상태로 고정시키는 구조를 취함으로서, 결과적으로 상기 와이어로프가 암사면 지반을 엮어 매는 형태로 설치되도록 하여 암사면 지반의 보강효과를 극대화시킨다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

1. 본 발명에 따른 터널 보강시 락볼트의 후두부에 끼워진 채 눌려 고정되는 탄성을 갖는 가압판의 복원력에 의해 락볼트 설치 부위 주변을 억누르게 되고, 이에 따라 터널 표면의 전체적인 변위 발생이 억제된다.

2. 본 발명에 따른 암사면 보강시 턴버클 조임 등에 의해 1차적으로 긴장되고, 락볼트의 후두부에 끼워진 채 눌려 고정되는 탄성을 갖는 가압판의 복원력에 의해 2차적으로 긴장되는 와이어로프가 암사면 지반을 강하게 엮어 매어, 락볼트에 의한 암사면 보강과 함께 암사면 지반의 보강효과를 극대화시킨다.

3. 비탈면 붕괴사고 사례의 대부분을 차지하는 낙석 발생이나 표면 세굴의 얕은 파괴를 적극적으로 억제하며, 이로 인해 사고처리나 유지관리 횟수를 감소시켜 사회적 비용을 절감시킬 수 있다.

[도 1]은 본 발명에 사용되는 가압판, 락볼트, 와이어로프 및 고정너트가 결합된 상태를 도시한 것이다.
[도 2a] 내지 [도 2d]는 본 발명에 적용되는 가압판의 여러 가지 실시예를 도시한 것이다.
[도 3a] 내지 [도 3e]는 본 발명에 따른 표면 가압식 락볼팅 공법을 시공단계별로 도시한 것이다.
[도 4a] 및 [도 4b]는 본 발명에 따라 암사면 지반을 보강한 상태를 도시한 것이다.

본 발명은 중앙부에 통공이 형성된 평판부와 상기 평판부의 가장자리에서 양측방향 또는 4변방향으로 연장되어 하향 절곡된 탄성편으로 구성되어, 압축변형에 대한 복원력을 갖는 가압판을 이용하여 터널 내 암면 또는 암사면 지반을 보강하는 공법으로서, (a) 암면 지반을 천공하여 천공홀을 필요 간격으로 다수개 형성시키는 단계; (b) 몸체부와 후두부로 구성된 락볼트를 상기 천공홀 마다 삽입하여 상기 후두부를 암면 외부로 돌출시킨 상태에서, 상기 천공홀 내에 정착재를 주입하여 고착시키는 단계; (c) 상기 가압판을 상기 락볼트의 후두부에 끼우는 단계; 및 (d) 상기 후두부에 고정너트를 결합시킨 채 너트조임하여, 상기 가압판의 평판부를 눌러 고정시키는 단계; 를 포함하는 표면 가압식 락볼팅 공법을 제공한다.

또한, 본 발명은 암사면 지반을 보강하는 공법으로서, 상기 가압판의 탄성편 단부에는 볼트체결공이 형성되어 있고, 상기 (b)단계 시행 후에는, (b-1) 암사면 지반 표면에 와이어로프를 가로, 세로로 배치하여 격자형으로 압박하도록 긴장시키며 설치하되, 상기 천공홀이 형성된 지점마다 교차점이 형성되도록 설치하는 단계; 를 더 포함하여 시행하고, 상기 (c)단계에서는 상기 가압판을 상기 락볼트의 후두부에 끼워 상기 평판부가 상기 와이어로프의 교차점을 덮도록 하고, 상기 탄성편과 와이어로프를 U볼트로 체결하고, 상기 (d)단계에서는 상기 평판부를 눌러 고정시킴으로써 상기 와이어로프도 아래로 눌려지며 2차적으로 긴장되도록 하는 것을 특징으로 하는 표면 가압식 락볼팅 공법을 함께 제공한다.

이 때, 상기 와이어로프로는 소정의 길이마다 턴버클로 연결된 것을 적용하여, 상기 (b-1)단계는 상기 와이어로프를 암사면 지반 표면에 격자형으로 설치한 상태에서 상기 턴버클을 조여 상기 와이어로프를 긴장시키는 작업을 더 포함하여 이루어지도록 할 수 있으며, 상기 (b-1)단계는, 상기 와이어로프를 설치하기 전에 암사면 지반에 능형망 깔기 작업을 더 포함하여 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 (c)단계에서 상기 가압판을 상기 락볼트의 후두부에 복수겹으로 겹쳐 끼우는 것을 특징으로 하는 표면 가압식 락볼팅 공법을 함께 제공한다.

이하에서는 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

Ⅰ. 본 발명에 사용되는 부재

[도 1]은 본 발명에 사용되는 가압판(100), 락볼트(200), 와이어로프(300) 및 고정너트(400)가 결합된 상태를 도시한 것이다. 각 구성요소를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

1. 가압판

상기 가압판(100)은 [도 2a] 내지 [도 2d]에 도시된 바와 같이 중앙부에 통공(111)이 형성된 평판부(110)와 상기 평판부(110)의 가장자리에서 양측방향 또는 4변방향으로 연장되어 하향 절곡된 탄성편(120)으로 구성되어, 압축변형에 대한 복원력을 갖는 부재이다.

[도 2a] 및 [도 2b]에 도시된 실시예는 평판부(110)의 양측방향으로 탄성편(120)이 구비된 예이다. 이 중 [도 2b]는 탄성편 말단에 볼트체결공이 형성되어 있어 이를 통해 상기 탄성편과 와이어로프를 U볼트로 체결할 수 있다.

[도 2c] 및 [도 2d]에 도시된 실시예는 평판부(110)의 4변방향으로 탄성편(120)이 구비된 예이다. 이 중 [도 2d]는 탄성편 말단에 볼트체결공이 형성되어 있어 이를 통해 상기 탄성편과 와이어로프를 U볼트로 체결할 수 있다.

상기 통공(111)으로는 락볼트(200)의 후두부(220)가 통과하며, 상기 평판부(110)는 상기 락볼트(200)의 후두부(220)에 결합되는 고정너트(400)의 조임으로 인한 압력을 직접 받게 된다. 이 때, 상기 탄성편(120)은 외압에 의한 변형에 대한 복원력을 갖는다. 즉, 상기 탄성편(120)이 천공홀(2) 입구 주변에 걸쳐진 상태에서 상기 평판부(110)에 압력을 가하면 상기 평판부(110)가 눌려짐에 따라 상기 탄성편(120)이 펴지고, 이러한 변형에 상응하는 복원력이 발생하게 되는데, 이 복원력은 터널 내 암면 또는 암사면 지반을 가압하여 표면부 변위 발생을 억제하는 힘으로 사용되며, 암사면 지반에 설치되는 와이어로프(300)를 2차적으로 긴장시키는 힘으로도 활용된다. 따라서, 상기 가압판(100)은 되도록 고탄성을 갖는 것을 사용하는 것이 좋다.

한편, 상기 가압판(100)은 그 두께가 너무 두꺼우면 복원력이 발생하지 않을 수 있고, 그 두께가 너무 얇으면 복원력은 발생하되 그 힘이 너무 미약할 수 있다. 따라서, 상기 가압판은 복수개를 겹쳐서 사용함으로써, 시공 현장에서 요구되는 강성과 복원력을 충족시킬 수 있다.

탄성편이 평판부의 가장자리에서 양측방향으로 연장된 가압판과 4변방향으로 연장된 가압판을 각각 겹쳐서 사용하거나 이들을 조합하여 사용할 수 있다.

2. 락볼트

상기 락볼트(200)로서는 재질에 따라 이형철근, 나사철근, 나사강봉 등이 사용된다. 상기 락볼트(200)는 천공홀(2)에 삽입되어 암사면 지반(1)의 전단력을 보강하는 몸체부(210)와 암사면 지반(1) 밖으로 돌출되는 후두부(220)로 구성된다. 상기 후두부(220)에는 전산가공으로 나사산을 형성시켜 둘 수 있다.

3. 와이어로프

상기 와이어로프(300)는 여러 가닥의 강선을 꼬아서 제작한 것으로서, 케이블카나 로프웨이의 현수선을 비롯하여 엘리베이터, 기중기 등 무거운 것을 매달거나 끌어올리는 데 많이 사용되는 것이다. 본 발명에서는 이런 와이어로프(300)를 암사면 지반(1) 표면을 압박수단으로 적용한다. 이에 대한 자세한 내용은 후술하기로 한다.

4. 고정너트

상기 고정너트(400)는 상기 락볼트(200)의 후두부(220)에 나사결합하여, 상기 가압판(100)을 눌러 고정시키는 구성요소이다. 상기 고정너트(400)의 너트조임을 통해 상기 가압판(100)의 평판부(110)가 천공홀(2) 입구쪽으로 밀려들어가며 이에 따라 탄성편(120)에 복원력이 발생하게 된다.

Ⅱ. 표면 가압식 락볼팅 공법

본 발명이 제공하는 표면 가압식 락볼팅 공법은 터널 내 암면 또는 암사면 지반을 보강하는 공법으로 각각 적용될 수 있다.

터널 내 암면을 보강하는 경우에는 전술한 (a)단계 내지 (d)단계에 따라 지반 천공 공정 → 락볼트 설치 공정 → 락볼트 후두부에 가압판을 끼우는 공정 → 고정너트를 후두부에 결합시켜 가압판의 평판부를 눌러 고정시키는 공정을 순차적으로 시행함으로써 상기 가압판이 터널 내 암면의 표면을 가압하여 안정화시킬 수 있다.

다만, 이하에서는 본 발명을 암사면 지반 보강 목적으로 이용하는 경우를 기준으로 [도 3a] 내지 [도 3e]와 함께 자세히 설명하기로 한다. 이하의 설명 중 (a)단계 및 (b)단계는 통상의 락볼팅 공정과 동일한 것이며, 터널 내 암면 보강의 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.

1. (a)단계

본 단계는 암사면 지반(1)을 천공하여 천공홀(2)을 필요 간격으로 다수개 형성시키는 단계이다([도 3a] 참조).

상기 천공홀(2)은 암사면 지반(1) 굴착면에 직각이 되도록 천공하는 것이 바람직하다. 단, 절리의 발달방향이 천공홀의 천공방향과 일치하여 부분적으로 락볼트 설치효과가 감소되는 부위에서는 굴착면에 경사지게 락볼트를 추가로 설치할 수 있다.

천공작업은 천공홀의 간격, 지름, 위치, 방향, 깊이 등에 주의하며 시행하여야 한다. 또한 천공작업이 이루어진 후에는 반드시 천공홀 내부를 깨끗하게 해줘야 한다.

2. (b)단계

본 단계는 몸체부(210)와 후두부(220)로 구성된 락볼트(200)를 상기 천공홀(2) 마다 삽입하여 상기 후두부(220)를 암사면 지반(1) 외부로 돌출시킨 상태에서, 상기 천공홀(2) 내에 정착재(3)를 주입하여 고착시키는 단계이다([도 3b] 참조).

상기 정착재(3)는 상기 천공홀(2)에 주입되어 락볼트(200)를 정착시키는 것으로서 암사면 지반(1)의 특성 및 요구되는 상황에 따라 수지(Resin)형 정착재, 시멘트 모르터(Cement mortar)형 정착재, 시멘트 페이스트(Cement paste)형 정착재, 시멘트 카트리지형 정착재 중에 택일하여 적용할 수 있다.

상기 락볼트(200)의 몸체부(210)는 정착재(3)와의 부착을 위해 접촉면의 녹이나 이물질은 미리 제거되어야 한다. 또한 상기 몸체부(210)는 부식에 대비하여 에폭시 코팅 등으로 방청처리할 수 있다. 상기 정착재(3)는 천공홀(2)의 입구 부분 밑으로는 완전히 충진되도록 채워야 한다.

3. (b-1)단계

본 단계는 암사면 지반(1) 표면에 와이어로프(300)를 가로, 세로로 배치하여 격자형으로 압박하도록 긴장시키며 설치하되, 상기 천공홀(2)이 형성된 지점마다 교차점이 형성되도록 설치하는 단계이다([도 3c] 참조).

본 단계에 의해 와이어로프(300)에 1차적인 긴장력이 도입되며, 상기 와이어로프(300)를 소정의 길이마다 턴버클(310)로 연결시킨 후 상기 턴버클(310)을 조여 상기 와이어로프(300)가 팽팽하게 긴장되도록 할 수 있다.

한편, 상기 암사면 지반에 상기 와이어로프(300)를 설치하기 전에 능형망(500) 깔기 작업을 더 포함하여 이루어지도록 하여 낙석을 예방할 수 있다. 상기 능형망(500)은 PVC소재로 제작할 수 있으며, 경사지반 표면에 펼쳐 깐 후 와이어로프(300)를 가로 세로 방향으로 교차하도록 설치한다.

4. (c)단계

본 단계는 상기 가압판(100)을 상기 락볼트(200)의 후두부(220)에 끼워, 상기 탄성편(120)이 상기 천공홀(2) 주변에 걸쳐지도록 배치하는 단계이다([도 3d] 참조). 본 단계에 따라 상기 가압판(100)은 가로, 세로로 배치된 와이어로프(300)의 교차점을 덮게 된다. 또한, 본 단계에서는 상기 탄성편과 와이어로프를 U볼트로 체결하여 상기 양 부재의 일체성을 부여할 수 있다. 이에 따라 하기 (d)단계에서 가압판이 눌릴 때, 와이어로프도 함께 눌리면서 2차적인 긴장력이 효과적으로 전달될 수 있게 된다.

5. (d)단계

본 단계는 상기 후두부(220)에 고정너트(300)를 결합시키고 너트조임하여 상기 평판부를 눌러 고정시킴으로써 상기 와이어로프도 아래로 눌려지며 2차적으로 긴장되도록 하는 단계이다([도 3e] 참조).

본 단계에서는 상기 고정너트(400)의 너트조임에 의해 상기 가압판(100)의 평판부(110)에 압력이 가해지도록 하고 이에 따른 탄성편의 변형에 따라 복원력이 발생하게 된다. 상기 복원력은 의해 상기 평판부(110)가 다시 위로 올라가려는 힘으로 작용하나, 상기 고정너트(400)가 락볼트(200)의 후두부(220)에 고정되어 있으므로 상기 복원력에 대한 반력으로 상기 평판부(110)를 지반 쪽으로 지속적으로 미는 힘이 작용하게 된다. 이로써 상기 평판부(110) 하부를 지나는 와이어로프(300)도 아래로 눌려지며 가로, 세로로 배치된 와이어로프 모두에 2차적인 긴장력이 작용하게 된다. 즉, 상기 탄성편(120)의 복원력은 상기 평판부(110) 및 와이어로프(300)를 지속적으로 눌러주는 힘으로 작용하며, 이는 곧 상기 와이어로프(300)를 양쪽에서 잡아당기는 효과로 나타나는 것이다.

[도 4a]는 상기한 본 발명에 따라 암사면 지반(1)을 보강한 상태를 도시한 것으로서, 상기 와이어로프(300)는 암사면 지반 전체를 가로 세로로 강하게 엮은 형태로 나타난다. 특히 [도 4b]는 능형망(500) 설치작업을 추가한 공법의 실시상태를 도시한 것이다.

본 발명은 위에서 언급한 바와 같이 첨부된 도면과 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

1 : 암사면 지반 2 : 천공홀
3 : 정착재
100, 100a, 100b, 100c, 100d : 가압판
110 : 평판부 111 : 통공
120 : 탄성편
200 : 락볼트 210 : 몸체부(락볼트)
220 : 후두부(락볼트)
300 : 와이어로프 310 : 턴버클
400 : 고정너트
500 : 능형망

Claims

중앙부에 통공이 형성된 평판부와 상기 평판부의 가장자리에서 양측방향 또는 4변방향으로 연장되어 하향 절곡된 탄성편으로 구성되어, 압축변형에 대한 복원력을 갖는 가압판을 이용하여 터널 내 암면 또는 암사면 지반을 보강하는 공법으로서,
(a) 암면 지반을 천공하여 천공홀을 필요 간격으로 다수개 형성시키는 단계;
(b) 몸체부와 후두부로 구성된 락볼트를 상기 천공홀 마다 삽입하여 상기 후두부를 암면 외부로 돌출시킨 상태에서, 상기 천공홀 내에 정착재를 주입하여 고착시키는 단계;
(c) 상기 가압판을 상기 락볼트의 후두부에 끼우는 단계; 및
(d) 상기 후두부에 고정너트를 결합시킨 채 너트조임하여, 상기 가압판의 평판부를 눌러 고정시키는 단계; 를 포함하는 표면 가압식 락볼팅 공법.
제1항에서,
암사면 지반을 보강하는 공법으로서, 상기 가압판의 탄성편 단부에는 볼트체결공이 형성되어 있고, 상기 (b)단계 시행 후에는,
(b-1) 암사면 지반 표면에 와이어로프를 가로, 세로로 배치하여 격자형으로 압박하도록 긴장시키며 설치하되, 상기 천공홀이 형성된 지점마다 교차점이 형성되도록 설치하는 단계; 를 더 포함하여 시행하고,
상기 (c)단계에서는 상기 가압판을 상기 락볼트의 후두부에 끼워 상기 평판부가 상기 와이어로프의 교차점을 덮도록 하고, 상기 탄성편과 와이어로프를 U볼트로 체결하고,
상기 (d)단계에서는 상기 평판부를 눌러 고정시킴으로써 상기 와이어로프도 아래로 눌려지며 2차적으로 긴장되도록 하는 것을 특징으로 하는 표면 가압식 락볼팅 공법.
제2항에서,
상기 와이어로프는 소정의 길이마다 턴버클로 연결되어 있고,
상기 (b-1)단계는, 상기 와이어로프를 암사면 지반 표면에 격자형으로 설치한 상태에서 상기 턴버클을 조여 상기 와이어로프를 긴장시키는 작업을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면 가압식 락볼팅 공법.
제2항 또는 제3항에서,
상기 (b-1)단계는, 상기 와이어로프를 설치하기 전에 암사면 지반에 능형망 깔기 작업을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면 가압식 락볼팅 공법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
상기 (c)단계에는 상기 가압판을 상기 락볼트의 후두부에 복수겹으로 겹쳐 끼우는 것을 특징으로 하는 표면 가압식 락볼팅 공법.