KR20130121403A

KR20130121403A - 터널시공용 나선 격자 지보재

Info

Publication number: KR20130121403A
Application number: KR1020120044569A
Authority: KR
Inventors: 류승일; 류유진
Original assignee: 주식회사 옥타곤엔지니어링; 류승일
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-11-06

Abstract

발명은 터널 굴착면 등과 같은 곳에서 지반을 지지하거나 보강하는 용도로 사용하는 격자 지보재(Steel Lattice Girder)에 관한 것이다.
본 발명에 따른 터널 시공용 격자 지보재는, 서로 평행하게 이격 배치되는 2본의 제1강봉; 상기 제1강봉 위로 2본의 제1강봉 사이 위치에 배치되어 2본의 제1강봉과 삼각구도를 형성하는 1본의 제2강봉; 강봉을 나선으로 연속하게 감은 것으로, 상기 2본의 제1강봉과 1본의 제2강봉에 의한 삼각구도 내부에 내접하게 배치되어 접합되는 나선강봉;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

터널시공용 나선 격자 지보재{Steel Spiral Lattice Girder for Tunneling Work}

본 발명은 터널 굴착면 등과 같은 곳에서 지반을 지지하거나 보강하는 용도로 사용하는 격자 지보재(Steel Lattice Girder)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 삼각구도로 배치된 3본의 강봉을 나선강봉으로 연결 접합하여 나선형의 보강 격자구조로 완성한 격자 지보재에 관한 것이다.

터널공사에서 터널 굴착 후 복공을 완성하는 동안 굴착면을 보강하여 굴착지반을 조기에 안정시키기 위해 터널 지보공사를 실시한다.

터널 지보공사에는 도 1과 같이 H형강에 의한 강지보재를 사용하여 실시하는 것이 일반적인데, 이 방식은 H형강의 자재비가 비싸 공사비가 부담스럽고 또한 H형강의 무거운 중량으로 취급이 어려워 공사기간이 지연되는 문제가 있다. 뿐만 아니라 강지보재를 설치한 후 콘크리트를 타설하는 경우에는 H형강의 플랜지 배면으로 콘크리트 타설이 어려워 콘크리트와 완전하게 일체화되지 못할 우려가 컸다.

위와 같은 H형강에 의한 강지보재 사용에 따른 문제를 개선하기 위해 격자 지보재가 개발되었다. 격자 지보재는 강봉을 삼각형으로 엮어 만든 것인데, H형강 강지보재에 비해 가벼워 취급이 용이하고 인력과 장비소요가 적다. 격자 지보재에 관한 선행기술로는 공개특허 제10-2010-0100348호, 등록특허 제10-1028512호 등이 있다. 이들 특허문헌을 포함하여 종래의 격자 지보재는 삼각구도의 강봉을 스파이더로 연결 결합하는 구조가 되는데, 여기서 스파이더는 삼각 링 형태로 마련되어 강봉의 길이방향으로 따라 일정한 간격으로 설치된다. 이와 같은 종래 격자 지보재는 스파이더가 복잡한 구조를 가지고 강봉의 길이방향으로 단절되는 구조로 설치되기 때문에 작업공정이 복잡하고 제작시간이 길다는 단점이 있다.

본 발명은 종래 격자 지보재의 단점을 개선하고자 개발된 것으로서, 제작공정을 간소화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 것은 물론 강재량을 줄이면서도 구조내력을 향상시킬 수 있는 격자 지보재를 제공하는데 기술적 과제가 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 터널 굴착면에 대응하게 설치되어 보강하는 지보재로서, 서로 평행하게 이격 배치되는 2본의 제1강봉; 상기 2본의 제1강봉 사이 위치에 이격 배치되어 2본의 제1강봉과 삼각구도를 형성하는 1본의 제2강봉; 강봉을 나선으로 연속하게 감은 것으로, 상기 2본의 제1강봉과 1본의 제2강봉에 의한 삼각구도 내부에 내접하게 배치되어 접합되는 나선강봉;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 시공용 나선 격자 지보재를 제공한다. 여기서 나선강봉은 원형 나선 또는 삼각 나선으로 감은 것이거나, 상하부가 원호를 그리는 장방형 타원 나선으로 감은 것을 채택하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 본 발명의 나선 격자 지보재는 연속된 나선형 보강 격자구조를 형성하면서 트러스 격자형태를 이루기 때문에 최적의 구조성능을 확보할 수 있다.

둘째, 본 발명의 나선 격자 지보재는 삼각구도의 강봉을 연속된 나선구조의 나선강봉으로 연결하는 구조이기 때문에 지보공사에서 콘크리트와 합성시키면 콘크리트를 효과적으로 구속하여 콘크리트의 인장파열을 억제하는데 기여한다. 콘크리트에 압축력이 작용하면 콘크리트를 감싸는 나선강봉이 구속효과(Confinement effect)를 발휘하여 압축강도를 증가시키므로 추가 보강 없이도 구조성능을 향상시키는 것이다.

셋째, 본 발명의 나선 격자 지보재는 종래 단절구조의 스파이더를 사용한 격자 지보재와는 달리 연속된 나선구조를 가지기 때문에 하중 분산효과가 우수하여 터널 지보공사에 유리하게 적용할 수 있다.

넷째, 본 발명의 나선 격자 지보재는 스파이더 대신 연속된 나선구조의 나선강봉을 이용하기 때문에 지보재 제작에서 상대적으로 적은 강재량을 사용하면서 생산성을 향상시킬 수 있어 제작원가를 절감할 수 있다.

도 1은 터널의 지보구조를 도시한다.
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 나선 격자 지보재의 제1실시예에 대한 상세도와 설치상태도이다.
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 나선 격자 지보재의 제2,3실시예에 대한 상세도이다.

이하 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 나선 격자 지보재(A, B, C)의 다양한 실시예에 대한 상세도와 설치상태도이다. 본 발명은 터널 굴착면에 대응하게 설치되어 보강하는 지보재에 관한 것으로, 삼각구도의 배치된 직선의 제1,2강봉(10, 20)이 연속된 나선구조의 나선강봉(30)으로 연결 접합되어 제작된다는데 특징이 있다.

구체적으로 본 발명은, 서로 평행하게 이격 배치되는 2본의 제1강봉(10); 2본의 제1강봉(10) 사이 위치에 이격 배치되어 2본의 제1강봉(10)과 삼각구도를 형성하는 1본의 제2강봉(20); 강봉을 나선으로 연속하게 감은 것으로, 2본의 제1강봉(10)과 1본의 제2강봉(20)에 의한 삼각구도 내부에 내접하게 배치되어 접합되는 나선강봉(30);을 포함하여 구성된다. 2본의 제1강봉(10) 사이와 1본의 제2강봉(20) 아래에 연속 나선구조의 나선강봉(30)을 배치하여 접합하는 것이다.

여기서 제2강봉(20)은 제1강봉(10)보다 큰 직경의 강봉으로 마련하고, 제1,2강봉(10, 20)과 나선강봉(30)은 원형강봉이나 이형철근 등으로 마련하여 용접접합하면 적절하다. 또한 나선강봉(30)은 제1강봉(10)과 제2강봉(20) 사이를 45도~75도 나선각으로 연결하도록 접합되는 것이 바람직한데, 이는 적절한 피치로 나선을 형성시켜 나선강봉(30)을 용접접합하면서 나선강봉(30)에 의한 최적의 구조성능을 효율적으로 확보하기 위함이다. 더욱 바람직하게는 나선강봉(30)을 45도 나선각으로 연결 접합한다.

이로써 본 발명에 따른 나선 격자 지보재(A, B, C)는 나선강봉(30)에 의해 길이방향으로 삼각 트러스가 연속되는 구조로 완성되며, 이에 따라 하중분산이 효과적으로 유도되는 것은 물론 사선방향의 전단파괴에도 효과적으로 대응하게 된다.

도 2와 도 3은 본 발명에 따른 나선 격자 지보재(A)의 제1실시예에 대한 상세도와 설치상태도로서, 원형 나선으로 감은 나선강봉(30)을 채택한 예가 된다. 도 2의 제1실시예는 45도 나선각으로 감은 원형 나선강봉(30)의 아래 양쪽으로 2본의 제1강봉(10)을 각각 외접하게 접합하고 상부 원호 고점에 1본의 제2강봉(20)을 외접하게 접합하는 형태인데, 이로써 제1,2강봉(10, 20)이 2등변 삼각구도로 배치되고 그 내부에 원형 나선강봉(30)이 내접된 나선 격자 지보재(A)로 완성되고 있다. 이러한 나선 격자 지보재(A)는 터널 굴착면에 대응하게 적절한 휨곡률로 제작하여 도 3과 같이 터널 지보재로 설치하면 된다. 도 3에서는 제2강봉(20)을 터널 굴착면에 맞대어 설치하고 있는데, 휨곡률 방향을 바꾸어 제1강봉(10)을 터널 굴착면에 맞대어 설치하는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 나선 격자 지보재(B)의 제2실시예에 대한 상세도이다. 제2실시예는 강봉을 상하부가 원호를 그리는 장방형 타원 나선으로 감아 제작한 장방형 타원 나선강봉(30)이 채택된 예이다. 제2실시예는 장방형 타원 나선강봉(30)의 하부 원호 양쪽 아래에 2본의 제1강봉(10)을 각각 외접하게 접합하고 상부 원호의 고점 위에 1본의 제2강봉(20)을 외접하게 접합한 형태이다. 특히 도 4의 제2실시예는 장방형 타원 나선강봉(30)에 의해 2본의 제1강봉(10) 사이가 직각 연결되고 제1강봉(10)과 제2강봉(20) 사이가 45도 나선각으로 연결되는 구조로 완성되고 있는데, 그 결과 나선강봉(30)에 의한 구조성능이 최적화된 형태로 완성할 수 있다. 제2실시예에 따른 나선 격자 지보재(B)도 제1실시예와 마찬가지로 적절한 휨곡률을 가지도록 제작하여 터널 굴착면에 설치한다.

도 5는 본 발명에 따른 나선 격자 지보재(C)의 제3실시예에 대한 상세도이다. 제3실시예는 삼각 나선강봉(30)이 채택된 예로서, 삼각 나선강봉(30)의 세 절점에 제1,2강봉(10, 20)이 접합되는 형태가 된다. 도 5의 제3실시예도 제2실시예와 마찬가지로 나선강봉(30)에 의한 구조성능을 최적화하기 위해, 삼각 나선강봉(30)에 의해 2본의 제1강봉(10) 사이가 직각 연결되고 제1강봉(10)과 제2강봉(20) 사이가 45도 나선각으로 연결되는 구조로 완성되고 있다. 제3실시예의 나선 격자 지보재(C)도 제1실시예와 마찬가지로 터널 지보재로 설치한다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

A, B, C: 나선 격자 지보재
10: 제1강봉
20: 제2강봉
30: 나선강봉

Claims

터널 굴착면에 대응하게 설치되어 보강하는 지보재로서,
서로 평행하게 이격 배치되는 2본의 제1강봉(10);
상기 2본의 제1강봉(10) 사이 위치에 이격 배치되어 2본의 제1강봉(10)과 삼각구도를 형성하는 1본의 제2강봉(20);
강봉을 나선으로 연속하게 감은 것으로, 상기 2본의 제1강봉(10)과 1본의 제2강봉(20)에 의한 삼각구도 내부에 내접하게 배치되어 접합되는 나선강봉(30);
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 시공용 나선 격자 지보재.
제1항에서,
상기 나선강봉(30)은, 제1강봉(10)과 제2강봉(20) 사이를 45~75도 나선각으로 연결하도록 배치되어 접합되는 것을 특징으로 하는 터널 시공용 나선 격자 지보재.
제1항 또는 제2항에서,
상기 나선강봉(30)은, 원형 나선 또는 삼각 나선으로 감은 것이거나, 상하부가 원호를 그리는 장방형 타원 나선으로 감은 것임을 특징으로 하는 터널 시공용 나선 격자 지보재.
제3항에서,
상기 나선강봉(30)은, 삼각 나선 또는 장방형 타원 나선으로 감은 것으로, 2본의 제1강봉(10) 사이를 직각으로 연결하도록 배치되어 접합되는 것을 특징으로 하는 터널 시공용 나선 격자 지보재.