KR20160030406A - 터널형 박스 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부 슬래브와 측벽의 결합구조를 개선하여 상부 슬래브와 측벽의 접촉부위에 대한 마찰력을 경감시킴과 아울러, 상부 슬래브와 측벽의 결합력을 견고하게 증대시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 터널형 박스 구조물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 터널형 박스 구조물은, 지중 터널 형태의 지표면 바닥에 수평으로 배치되는 바닥 슬래브와, 바닥 슬래브의 좌,우 양측에 수직으로 기립되게 배치되며 상단에 라운드진 반구형의 돌출부가 상측으로 형성되는 좌,우 측벽과, 상기 좌,우 측벽의 상단에 안착되고 양측 하단에 상기 돌출부와 대응되는 형태의 요홈부가 형성되는 상부 슬래브와, 상기 좌,우 측벽과 상부 슬래브를 일체로 결합시키는 결합수단으로 구성된다.

Description

터널형 박스 구조물{TUNNEL BOX STRUCTURE}

본 발명은 터널형 박스 구조물에 관한 것으로, 특히 상부 슬래브와 측벽의 결합구조를 개선하여 조립성을 향상시키고 상부 슬래브와 측벽의 접촉부위에 대한 마찰력을 경감시킴과 아울러, 상부 슬래브와 측벽의 결합력을 견고하게 증대시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 터널형 박스 구조물에 관한 것이다.

일반적으로 지하도, 터널 등의 터널 구조물을 시공하기 위해서 다양한 시공방법이 사용되고 있다.

대표적인 터널 구조물 시공방법으로는 터널을 시공하고자 하는 곳의 땅을 완전히 개착(開鑿)하여 터널 구조물을 시공한 후, 개착되어진 토사를 시공된 터널 구조물의 위로 덮어 시공을 완성하는 오픈 트렌치 공법(Open Trench Method:이하 O.T.M)이 있다. 또한, 터널을 시공하고자 하는 곳의 땅을 개착(開鑿)하지 않고 쉴드 터널링 머신(Shield Tunneling Machine)을 사용하여 비개착 방식으로 터널을 형성한 후, 형성된 터널 내측에 터널 구조물을 시공하여 완성하는 터널 보링 공법(Tunneling Boring Method: 이하 T.B.M)이 있다.

그밖에 도로 또는 철도 레일 밑에 터널을 구축하는 방법으로써, 파이프를 이용하여 상부의 토층을 지지한 상태에서 그 하부에 지하 구조물을 시공하는 파이프 루프 공법(Pipe Roof Method) 등이 있다.

상기한 오픈 트렌치 공법(O.T.M)과 터널 보링 공법(T.B.M) 중에서 현재 대표적으로 쓰이는 공법은 터널 보링 공법이다.

상기 터널 보링 공법은 주로 도시지역 또는 지반이 암반층으로 이루어진 곳에서 널리 사용되는데, 이는 터널을 시공하는 과정에서 지상 구조물(도로, 건물 등)과 지하 구조물(하수도, 가스관 등) 및 지상의 교통흐름에 최소한의 영향을 끼치면서 터널을 시공할 수 있기 때문이다.

그러나, 이같은 오픈 트렌치 공법과 쉴드 보링 공법은 다음과 같은 시공상의 문제점이 있게 된다.

즉, 상기 오픈 트렌치 공법은 터널 시공 시에 지반을 개착한 상태에서 터널 시공이 진행되는 것이므로, 이는 지상의 도로나 건물 등에 의해 터널 시공장소가 큰 제약을 받게되는 문제점이 있었다.

그리고, 쉴드 보링 공법은 주로 암반층에 터널을 비개착 상태로 시공하는 방식으로 지중에는 적용하기 어렵다.

또한, 대부분의 쉴드 터널링 머신은 원형 터널구조나 아치형 터널구조만을 구축할 수 있으므로, 이같은 쉴드 터널링 머신을 사용한 쉴드 보링 공법으로 사각형태의 터널을 시공시에는 굴진된 터널의 내측으로 시공되는 터널 구조물의 직경보다 필요 이상으로 큰 터널을 굴진하게 되는 시공상의 비효율성이 지적되었고, 이같은 이유로 오픈 트렌치 공법 또는 파이프 루프 공법 등을 사용하여야 하므로써 터널을 시공하는데 번거로움과 시공비용이 증가되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기한 오픈 트렌치 공법과 쉴드 보링 공법의 문제점을 해결하기 위해 한국 등록특허공보 제 10-36056호 "비개착식 터널구조물 시공장치 및 그에따른 시공방법"(등록일자 : 2002.10.29) 및 제 99-18904 호에서 지중에 비개착식으로 터널을 시공하기 위해 터널 구조물을 지중 내부에 연속적으로 밀어 넣으면서 터널을 형성하는 시공방법을 제안한 바 있다.

그러나 이같은 선행기술에 따른 비개착식 터널 시공방법을 이용하여 문형의 터널을 시공하는 경우, 터널 시공에 따른 지반의 붕괴 내지는 침하를 방지하기 위하여 복수개의 파이프루프를 터널 형상에 상응하도록 문형으로 박음하고, 이같이 박음된 루프파이프에 그라우팅 등의 충진재를 충진시켜 지반을 보강한 후, 상기 루프파이프의 내측을 굴진하여 터널을 시공하게 된다.

이에 따라, 상기 파이프루프를 매설하는 작업이 시공될 터널의 상측 및 좌우 측면에 대해 여러 각도에서 이루어져야 하는 것이므로 복잡한 과정을 거치게 되고, 이는 터널의 시공 기간을 길게하는 요인으로 작용할 뿐만 아니라 공사비용의 상승을 초래하였다.

종래 터널 구조물과 관련된 다른 선행기술은 한국 등록특허공보 제 10-01278687호 "박스형 추진 강관 구조, 및 이를 이용한 지중구조물의 시공방법"(등록일자 : 2013.06.17)에 개시된 바와 같이, 박스형 추진 강관 구조는 상판 및 하판; 상기 상판과 하판의 양측에서 상하 직각으로 연결하는 좌측판 및 우측판; 상기 상판 및 하판의 양측부에는 길이방향으로 일정한 간격을 두고 강관 내측을 향하도록 부착된 다수의 고정용 볼트; 및 상기 좌측판 및 우측판에 길이방향으로 일정한 간격을 두고 형성되는 다수의 관통구를 포함하고, 상기 각 관통구를 통하여 연결지지판을 관통 삽입하여 상기 고정용 볼트와 연결시키고 용접함으로써 인접한 박스형 추진 강관의 상판은 상판끼리 하판은 하판끼리 연결되도록 한 것이다.

기존 조립식 PC 형태의 터널 구조물은 상부 슬래브와, 측벽 및 바닥 슬래브로 구성되어 있으나, 단순히 상부 슬래브가 측벽의 상부에 안착되어 요철 결합되는 구조로 되어 있으므로, 상부 슬래브와 측벽의 요철 부위가 정확하게 맞물림 결합되지 않을 경우 조립이 어려운 단점이 있을 뿐만 아니라, 상부 슬래브와 측벽의 결합시 전달되는 충격 또는 외부로부터 전달되는 진동이나 토압에 의해 측벽과 상부 슬래브의 결합부위가 마모되거나 파손되어 결합상태가 해제되거나 구조물이 붕괴되는 안전사고가 발생할 우려가 있었다.

한국 등록특허공보 제 10-36056호 "비개착식 터널구조물 시공장치 및 그에따른 시공방법"(등록일자 : 2002.10.29) 한국 등록특허공보 제 10-01278687호 "박스형 추진 강관 구조, 및 이를 이용한 지중구조물의 시공방법"(등록일자 : 2013.06.17)

본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 그 목적은 조립식 PC형태의 터널형 박스 구조물의 상부 슬래브와 측벽의 결합구조를 개선함으로써, 상부 슬래브와 측벽의 조립성을 향상시키고 결합력을 증대시킴과 아울러, 외부 하중이나 진동에 대한 내구성을 향상시킬 수 있도록 그 구조가 개선된 터널형 박스 구조물을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 바닥 슬래브와, 상기 바닥 슬래브의 좌,우 양측에 수직으로 기립되게 배치되며 상단에 라운드진 돌출부가 상측으로 형성되는 좌,우 측벽과, 상기 좌,우 측벽의 상단에 안착되고 양측 하단에 상기 돌출부와 대응되는 형태의 요홈부가 형성되는 상부 슬래브와, 상기 좌,우 측벽과 상부 슬래브를 일체로 결합시키는 결합수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 돌출부와 요홈부의 서로 마주보는 면에 각각 금속 소재의 제1,2라이너가 일체로 결합된다.

상기 제1,2라이너는 일단부가 돌출부와 요홈부의 내부로 각각 삽입되고 횡방향으로 연장된 앵커부가 형성된 것이다.

상기 결합수단은 좌,우 측벽과 상부 슬래브의 외측에 단을 갖도록 형성되는 결합홈부와, 상기 결합홈부의 서로 마주보는 면에 각각 돌출되도록 형성되고 중간부위가 동일축 상에서 서로 겹쳐지도록 마련되는 제1,2결속구와, 상기 제1,2결속구의 겹쳐진 부위에 핀 결합되는 결속핀과, 상기 제1,2결속구와 결속핀의 결합 후 결합홈부 내에 콘크리트가 타설 양생되어 일체화되는 측면결속부를 구비한다.

상기 제1,2결속구는 상부 슬래브와 좌,우 측벽의 결합홈부에 단부가 체결되는 유볼트를 채용한다.

본 발명은 상부 슬래브와 좌,우 측벽의 접촉 부위에 돌출부와 요홈부를 형성시키고 돌출부와 요홈부의 서로 접하는 면에 제1,2라이너를 결합시킴으로써, 상부 슬래브와 좌,우 측벽의 결합시 조립성을 향상시킬 수 있으면서 마찰력을 경감시켜 마모를 최소화할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 상부 슬래브와 좌,우 측벽의 외측에 결합수단을 매개로 결합되어 견고한 결속력을 제공할 수 있는 이점을 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 터널형 박스 구조물의 구성을 나타낸 구성도.
도 2는 도 1의 사시도.
도 3은 본 발명 상부 슬래브와 좌,우 측벽의 결합 전 상태를 나타낸 분해 사시도.
도 4는 본 발명 상부 슬래브와 좌,우 측벽의 결합상태도.
도 5는 본 발명 결합수단의 결합 후 상태를 보인 단면도.
도 6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i는 본 발명의 시공 과정을 순차적으로 나타낸 도면.

본 발명에 따른 터널형 박스 구조물은, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 지중 터널 형태의 지표면 바닥에 수평으로 배치되는 바닥 슬래브(300)와, 바닥 슬래브(300)의 좌,우 양측에 수직으로 기립되게 배치되며 상단에 라운드진 반구형의 돌출부(510)가 상측으로 형성되는 좌,우 측벽(110,120)과, 상기 좌,우 측벽(110,120)의 상단에 안착되고 양측 하단에 상기 돌출부(510)와 대응되는 형태의 요홈부(520)가 형성되는 상부 슬래브(200)와, 상기 좌,우 측벽(110,120)과 상부 슬래브(200)를 일체로 결합시키는 결합수단(600)으로 구성된다.

더 상세히 설명하면, 상부 슬래브(200)와 좌,우 측벽(110,120)은 현장 시공이 아닌 공장에서 미리 제작된 고강도 콘크리트 프리캐스트 제품이며, 바닥 슬래브(300)는 좌,우 측벽(110,120)이 기립되도록 세워진 후에 콘크리트 타설로 인해 양생되는 구조물이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 좌,우 측벽(110,120)은 서로 마주보는 형태로 이격되며 노면에 대해 수직으로 각각 기립되도록 배치되고, 상부 슬래브(200)는 양측 단부의 하측면이 좌,우 측벽(110,120)의 상부에 안착되는 구조를 갖는다.

도 3을 참조하면, 좌,우 측벽(110,120)은 하부가 지면 또는 지중의 터널 노면과 면접촉되도록 폭이 넓은 구조를 가지며, 각각의 상단부에 라운드진 형태로 돌출된 돌출부(510)가 형성된 구조를 갖는다.

상부 슬래브(200)는 좌,우 측벽(110,120)의 상부에 복수 열을 갖도록 복수개가 안착되며, 좌,우 측벽(110,120)의 상부에 안착되는 양측 하부면에 라운드진 원호 형태의 요홈부(520)가 각각 형성된 구조를 갖는다.

도 4를 참조하면, 돌출부(510)와 요홈부(520)는 서로 마주보도록 접촉되는 면에 외부로부터 전달되는 진동에 따른 마찰력을 감소시키기 위해 각각 금속 소재로 구성된 제1,2라이너(512,522)가 일체로 결합된다.

제1,2라이너(512,522)는 일단부에 돌출부(510)와 요홈부(520)의 내부로 각각 삽입되고 횡방향으로 연장된 앵커부(512a,522a)가 형성된 구조를 갖는다.

앵커부(512a,522a)는 콘크리트 구조인 상부 슬래브(200)와 좌,우 측벽(110,120)의 프리캐스트 제품 양생과정에서 일체화되며, 제1,2라이너(512,522)의 이탈을 방지하는 기능을 갖는다.

도 5를 참조하면, 결합수단(600)은 좌,우 측벽(110,120)과 상부 슬래브(200)의 외측에 내측으로 단을 갖도록 형성되는 결합홈부(610)와, 결합홈부(610)의 서로 마주보는 면에 각각 돌출되도록 형성되고 단부가 동일축 상에서 서로 겹쳐지도록 마련되는 제1,2결속구(620,630)와, 제1,2결속구(620,630)의 겹쳐진 부위에 핀 결합되는 결속핀(640)을 구비하여서, 제1,2결속구(620,630)와 결속핀(640)의 결합 후 결합홈부(610) 내에 콘크리트가 타설 양생되어 일체화되며 외측으로 돌출된 측면결속부(450)를 구비한다.

결합홈부(610)는 상부 슬래브(200)와 좌,우 측벽(110,120)의 경계부위에 외측으로 개구된 사각 단면 구조로 형성된다.

제1,2결속구(620,630)는 양측 단부가 절곡되어 상부 슬래브(200)와 좌,우 측벽(110,120)의 결합홈부(610)의 서로 마주보는 내측면에 일체화되도록 체결되고 중간 부위가 정면에서 볼 때 겹쳐지도록 배치되며, 겹쳐진 부위에 결속핀(640)이 관통 결합됨에 따라 상부 슬래브(200)와 좌,우 측벽(110,120)의 이탈을 방지하는 기능을 수행하게 된다.

이를 위해 제1,2결속구(620,630)는 U볼트를 채용할 수 있으며, 이 경우 제1,2결속구(620,630)의 양단부는 상부 슬래브(200)와 좌,우 측벽(110,120)에 파고 들어가 체결되는 구조를 갖는다.

또한, 본 발명은 도면에 미도시되어 있지만, 좌,우 측벽(110,120) 사이에 상부 슬래브(200)와 바닥 슬래브(300)를 수직으로 연결하는 격벽이 형성될 수 있다.

격벽은 터널을 복수의 공간으로 구획하는 기능을 갖는다.

이러한 구성을 갖는 본 발명은 도 6a에서와 같이 터널의 노면이나 지면에 수직으로 기립되는 좌,우 측벽(110,120)을 좌,우 양측으로 이격되게 배치시키고, 도 6b에서와 같이 좌,우 측벽(110,120)을 복수개가 서로 밀착되도록 배치한다.

이어서, 도 6c 및 도 6d에서와 같이 복수의 좌,우 측벽(110,120)의 상측에 복수 열의 상부 슬래브(200)를 안착시킨다.

이때, 상부 슬래브(200)는 좌,우 하측면이 좌,우 측벽(110,120)의 상단에 안착되도록 결합되며, 상부 슬래브(200)의 하측에 형성된 요홈부(520)가 좌,우 측벽(110,120)의 상단에 형성된 돌출부(510)에 안착됨에 따라 요철 결합된다.

돌출부(510)와 요홈부(520)는 서로 접촉되는 면에 금속 소재의 제1,2라이너(512,522)가 결합되어 있으므로, 접촉부위의 마찰력을 경감시켜 마모를 최소화할 수 있다.

이후에, 도 6e에서와 같이 좌,우 측벽(110,120) 사이의 노면이나 지면에 콘크리트를 현장 타설하여 바닥 슬래브(300)로 양생시킨다.

그후에 도 6f에서와 같이 밀착되도록 결합된 좌,우 측벽(110,120) 및 상부 슬래브(200)들 간의 틈새 부위에 방수처리한 후에, 도 6g에서와 같이 좌,우 측벽(110,120)의 양 외측에 흙 등의 채움재(10)을 채워서 좌,우 측벽(110,120)을 지지한다.

또한, 작업자는 상부 슬래브(200)와 좌,우 측벽(110,120)을 결속시키기 위해 상부 슬래브(200)와 좌,우 측벽(110,120)의 경계부위에 형성된 결합홈부(610) 내에 배치된 제1,2결속구(620,630)의 겹쳐진 부위에 결속핀(640)을 관통시켜 결합함으로써, 상부 슬래브(200)와 좌,우 측벽(110,120)을 결속시킨다.

이어서, 도 6h에서와 같이 결합홈부(610) 내에 콘크리트를 타설하여 양생함으로써, 좌,우 측벽(110,120)의 외측에 상부 슬래브(200)와의 결속을 위해 돌출된 측면결속부(450)가 형성된다.

이후에, 도 6i에서와 같이 상부 슬래브(200)의 상측에 채움재를 채워서 좌,우 측벽(110,120)의 외측에 마련된 채움재와 연결시키거나 도로를 시공하여 터널형 박스 구조물을 완성한다.

따라서, 본 발명은 상부 슬래브(200)와 좌,우 측벽(110,120)의 접촉 부위에 돌출부(510)와 요홈부(520)를 형성시키고 돌출부(510)와 요홈부(520)의 서로 접하는 면에 제1,2라이너(512,522)를 결합시킴으로써, 상부 슬래브(200)와 좌,우 측벽(110,120)의 결합시 조립성을 향상시킬 수 있으면서 마찰력을 경감시켜 마모를 최소화할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 상부 슬래브(200)와 좌,우 측벽(110,120)의 외측에 결합수단(600)을 매개로 결합되어 견고한 결속력을 제공할 수 있는 이점을 갖는다.

10 : 채움재 110,120 : 좌,우 측벽
200 : 상부 슬래브 300 : 바닥 슬래브
450 : 측면결속부 510 : 돌출부
520 : 요홈부 512,522 : 제1,2라이너
512a,522a : 앵커부 600 : 결합수단
610 : 결합홈부 620,630 : 제1,2결속구
640 : 결속핀

Claims (5)

1. 바닥 슬래브(300)와,
   상기 바닥 슬래브(300)의 좌,우 양측에 수직으로 기립되게 배치되며 상단에 라운드진 돌출부(510)가 상측으로 형성되는 좌,우 측벽(110,120)과,
   상기 좌,우 측벽(110,120)의 상단에 안착되고 양측 하단에 상기 돌출부(510)와 대응되는 형태의 요홈부(520)가 형성되는 상부 슬래브(200)와,
   상기 좌,우 측벽(110,120)과 상부 슬래브(200)를 일체로 결합시키는 결합수단(600)을 구비한 것을 특징으로 하는 터널형 박스 구조물.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 돌출부(510)와 요홈부(520)의 서로 마주보는 면에 각각 금속 소재의 제1,2라이너(512,522)가 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 터널형 박스 구조물.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1,2라이너(512,522)는 일단부에 돌출부(510)와 요홈부(520)의 내부로 각각 삽입되고 횡방향으로 연장된 앵커부(512a,522a)가 형성된 것을 특징으로 하는 터널형 박스 구조물.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 결합수단(600)은 좌,우 측벽(110,120)과 상부 슬래브(200)의 외측에 단을 갖도록 형성되는 결합홈부(610)와,
   상기 결합홈부(610)의 서로 마주보는 면에 각각 돌출되도록 형성되고 중간부위가 동일축 상에서 서로 겹쳐지도록 마련되는 제1,2결속구(620,630)와,
   상기 제1,2결속구(620,630)의 겹쳐진 부위에 핀 결합되는 결속핀(640)과,
   상기 제1,2결속구(620,630)와 결속핀(640)의 결합 후 결합홈부(610) 내에 콘크리트가 타설 양생되어 일체화되는 측면결속부(450)를 구비한 것을 특징으로 하는 터널형 박스 구조물.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1,2결속구(620,630)는 상부 슬래브(200)와 좌,우 측벽(110,120)의 결합홈부(610)에 단부가 체결되는 유볼트인 것을 특징으로 하는 터널형 박스 구조물.

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