KR20160074977A - 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널 및 그 시공방법 - Google Patents
콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널 및 그 시공방법 Download PDFInfo
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Abstract
낙석, 토사 또는 암반붕괴가 발생할 가능성이 높은 위치에 시공되는 피암터널(Rock Shed)을 콘크리트 충전강관(CFT)을 이용하여 형성함으로써 시공 속도를 향상시킬 수 있고, 또한, 콘크리트 충전강관(CFT)의 강관을 피암터널 길이방향에 대해서 직각 방향으로 설치하고, 강관을 개별 강관으로 설치한 후에 전체 강관을 강연선으로 긴장함으로써 피암터널 전체를 일체화시킬 수 있으며, 또한, 콘크리트 충전강관(CFT)의 강관 조립시, 공장에서 다수의 강관을 하나의 강관 세트로 일체화하고, 시공 현장에서는 강관 세트를 조립함으로써 시공성을 향상시킬 수 있는, 콘크리트 충전강관(CFT)을 이용한 피암터널 및 그 시공방법이 제공된다.
Description
본 발명은 피암터널에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 낙석, 토사 또는 암반붕괴가 발생할 가능성이 높은 위치에 시공되는 피암터널(Rock Shed)로서 콘크리트 충전강관(Concrete Filled Steel Tube: 이하 "CFT")을 이용하여 시공되는 피암터널 및 그 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 대형 산맥과 같은 산악지역을 통과하는 도로에서 낙석방지를 위해 피암터널(Rock Shed)이 활용되고 있으며, 도로뿐만 아니라 철도에서도 많이 활용되고 있다. 이때, 경사지의 일측을 절취하여 도로를 시공함에 있어서, 경사면의 붕괴, 낙석 등의 위험으로부터 도로를 보호하기 위하여 절취된 경사지에는 피암터널을 시공하는 경우가 많다. 특히, 철도 분야에서는 피암터널이 예전부터 활용되어 왔으며, 최근에 급격한 산업화와 도시의 발달 등으로 산악도로가 증가하면서 피암터널의 활용이 점차 증가하는 추세이다.
다시 말하면, 피암터널은 낙석, 토사 및 암반붕괴로부터 도로 및 철도 등의 구조물과 인명을 방호하기 위한 것으로, RC, PC, 강재 및 혼합형 등으로 이루어지며, 이러한 피암터널은 지형 등을 고려하여 낙석, 토사 및 암반붕괴가 발생할 가능성이 높은 위치를 파악하여 시공하여야 하며, 이러한 피암터널은 사용재료 및 구조형식에 따라서 콘크리트 피암터널(마제형, 라멘 구조형 등), 강재 피암터널 등이 있다.
구체적으로, 피암터널 시공방법은 강재나 철근 콘크리트 등으로 도로상에 셰드(Shed)를 설치하여 낙석을 셰드로 받아 내거나, 계곡으로 유도함으로써 낙석 발생에 따른 피해를 방지하는 사면 낙석방지 공법이다. 또한, 이러한 피암터널은 낙석반사면이 급경사로 형성되어 매우 불안정한 지역 중 보강공법이나 보호공법의 적용이 용이하지 않거나, 사면의 안정화를 완벽히 확보할 수 없는 경우에 적용되고 있다.
이러한 피암터널은 사면에서 계곡으로 경사진 지붕부와 지붕의 상부를 사면 낙석반에 정착시키는 앵커부, 지붕의 하부를 지지하는 기초부로 크게 구성되어 있으며, 피암터널의 상부는 일정한 경사를 주어 낙하하는 낙석이나 토사가 셰드를 타고 도로 밖으로 흘러내릴 수 있도록 완충재(자갈, 폐타이어, EPS(Expanded Poly-Styrene) 등)를 두어 설계된다. 이때, 낙하하는 낙석의 에너지와 피암터널의 에너지 흡수 가능량을 고려하여 낙석의 충격에 버틸 수 있도록 설계된다.
한편, 최근 피암터널은 운영 중인 도로상에 시공되는 예가 많으므로, 대부분 공장 제작용 상자형으로 설계되며, 이러한 피암터널은 상재 하중 및 측방토압을 그대로 피암터널이 받게 되므로 피암터널의 벽체를 매우 두껍게 설치해야 하는 단점이 있다. 또한, 현장 타설 피암터널의 경우, 시공할 수 있는 콘크리트 타설 제한으로 말미암아 시공속도의 지연이 발생되며, 콘크리트 타설시 건조수축 균열, 열팽창 등의 영향으로 그 품질과 신뢰성이 떨어진다는 문제점이 있다.
특히, 종래의 기술에 따른 피암터널에 사용되는 상자형 콘크리트는 자체 강도가 발휘되면 토압이나 수압에 대한 저항력을 가지게 되지만, 구조적으로는 상재 하중 및 측면토압의 집중으로 장기적인 관점에서는 유지관리의 어려움이 발생되며, 공사비의 과대, 공사기간의 장기화 등의 문제점이 있다.
한편, 도 1은 종래의 기술에 따른 피암터널 시공방법을 보여주는 개략적인 종방향 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 경사지의 일측에 도로를 시공하기 위해서는 원지반으로부터 도로 폭만큼 내측으로 사면 굴착선(11)을 설정하고, 사면굴착선(11)까지 절토를 하게 된다. 이후, 절토된 상태의 사면안정을 위해서는 앵커, 록볼트 등과 같은 정착구(12)를 이용한 일반적인 사면보호공을 시공하게 되고, 이후, 콘크리트로 이루어진 피암터널(14)을 절토부에 설치함으로써 피암터널을 시공하게 된다. 이때, 사면보호를 위해 패널(13)이 설치될 수 있다.
종래의 기술에 따른 피암터널 시공방법의 경우, 먼저, 절토 후 사면보호공을 완료한 후에야 비로소 피암터널(14)을 설치할 수 있다. 즉, 사면보호를 위한 패널이나 옹벽 등을 설치한 후, 그와 별개의 구조물인 피암터널(14)을 시공하게 되는 것이다. 2가지의 별개 구조물의 순차적인 시공이 수행되므로 그 만큼 공기가 길어지게 되고, 별개의 작업 수행에 따른 시공비도 많이 소요된다는 단점이 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 피암터널 시공방법의 경우, 사면 절토량이 많다는 문제가 있다. 구체적으로, 피암터널(14) 내에서 차량이 왕복으로 교행하여야 하며, 이를 위해서는 충분한 터널 구조물 폭을 확보하여야 하는데, 그 결과 상당히 넓은 폭으로 원지반을 절취해야 한다. 이에 따라 절취에 따른 토공량이 증가하게 되어, 이를 위하여 상당한 절취작업비용 및 절취토 처리비용이 소모됨은 물론이고 오랜 작업기간이 소요되고, 자연환경에도 큰 훼손이 가해지는 문제점이 있다.
한편, 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-436781호에는 "피암터널용 새들구조물 및 이를 이용한 터널 시공방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 피암터널용 새들구조물이 설치된 것을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 피암터널용 새들구조물의 경우, 낙석 등이 선로나 도로상으로 떨어지는 것을 방지하기 위해 양옆에 설치된 50m의 옹벽(33) 안쪽으로는 덮개를 씌우기 위해 좌우측의 기둥형강(31)과 지붕형강(32)이 결합 형성된 ∩형 새들(30)이 일정한 간격으로 다수 개 설치되고 있다. 이들 새들(30)을 고정시키기 위해 여러 종류의 수평체(34)를 이용하여 견고하게 체결하고, 이렇게 고정된 새들(30)은 약 10~15m로, 예를 들면, 10개 전후로 하여 새들구조물(40)이 형성된다.
종래의 기술에 따른 피암터널용 새들구조물에 따르면, 새들(30)에서의 중앙 이음부재(50)와 양쪽 이동부재(20)를 이용하여 완성된 새들구조물(40)을 해체하지 않고, 도 2에 도시된 바와 같이, 레일 상에 이동부재(20)의 바퀴를 올려놓고 전체적으로 이동시켜 2번 이상 재사용하여 작업공정 및 경제적인 피암터널을 시공할 수 있다.
한편, 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-978315호에는 "파형 강판과 지오텍스타일을 이용한 피암터널 및 그 시공방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 종래의 기술에 따른 파형 강판과 지오텍스타일을 이용한 피암터널의 시공 정면도이다.
도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 파형 강판과 지오텍스타일을 이용한 피암터널은, 낙석방지를 위해 사면(61)과 계곡부(62)가 위치된 산악도로(63)에 설치된다.
종래의 기술에 따른 파형 강판과 지오텍스타일을 이용한 피암터널은 산악도로(63) 위에 설치되는 파형 강판 구조물(70)을 포함하는데, 상기 파형 강판 구조물(70)은 그 양측 하단에 기초 콘크리트 부(71)를 형성하여 산악도로(63)에 안정적으로 구축된다.
또한, 종래의 기술에 따른 파형 강판과 지오텍스타일을 이용한 피암터널은, 공장에서 사전 제작할 수 있는 파형 강관(Corrugated Steel Pipe), 파형 강판(Corrugated Steel Plate)을 의미하며, 이러한 구조를 통하여 구조적 강도 측면에서 유리한 아치형 단면으로 제작된다. 이와 같은 파형 강판 구조물(70)은 종래의 콘크리트 구조에 비해 두께를 크게 줄여서 산악도로(63)의 여유 공간을 크게 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 훨씬 안정적인 단면을 형성할 수 있다.
또한, 파형 강판 등과 같은 기성품으로 구조체를 제작하면, 공장에서 현장으로 완제품을 운송하여 조립시공이 가능하므로 공기의 단축 등 경제적으로 많은 이점이 있다.
또한, 기초 성토부(80)는 분리재, 보강재, 여과재 기능을 갖는 지오텍스타일(Geotextile)을 이용하여 토사를 감싸는 형태로 제작함으로써 상기 파형 강판 구조물(70)에 미치는 상재 하중 및 측방토압을 분산하여 경량화할 수 있다.
그러나 종래의 기술에 따르면, 많은 시공비가 소요되고, 또한, 시공 속도가 떨어진다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 낙석, 토사 또는 암반붕괴가 발생할 가능성이 높은 위치에 시공되는 피암터널(Rock Shed)을 콘크리트 충전강관(CFT)을 이용하여 형성함으로써 시공 속도를 향상시킬 수 있는, 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널 및 그 시공방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 콘크리트 충전강관(CFT)의 강관을 피암터널 길이방향에 대해서 직각 방향으로 설치하고, 강관을 개별 강관으로 설치한 후에 전체 강관을 강연선으로 긴장함으로써 피암터널 전체를 일체화시킬 수 있는, 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널 및 그 시공방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 콘크리트 충전강관(CFT)의 강관 조립시, 공장에서 다수의 강관을 하나의 강관 세트로 일체화하고, 시공 현장에서는 강관 세트를 조립함으로써 시공성을 향상시킬 수 있는, 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널 및 그 시공방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널은, 터널 길이 방향을 따라 순차적으로 터널형태로 설치되는 강관; 및 상기 강관에 충전되는 콘크리트 충전재를 포함하는 콘크리트 충전강관을 포함하되, 상기 콘크리트 충전강관을 터널길이 방향으로 서로 연결하여 터널이 시공되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 강관은 다수개를 서로 일체화시킨 강관 세트로 하여 작업장에서 프리캐스트로 제작된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널은, 상기 강관에 긴장력이 도입하도록 상기 강관에 형성된 강연선 관통홀에 삽입 체결되도록 하는 강연선을 추가로 포함하며, 상기 강연선은 상기 강관 세트의 강연선 관통홀을 관통하도록 체결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널은, 상기 강관과 강관이 접촉하는 강관 접합부에 설치되어 상기 강관 접합부에서의 누수를 방지하도록 상기 강연선의 긴장력 도입시 압착되는 고무패드를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널은, 상기 피암터널의 외측부에서 지수를 위해 상기 강관 접합부 상에 타설되는 차수몰드; 상기 강관의 부식을 방지하도록 상기 차수몰드; 및 상기 강관 상의 노출된 전면에 타설되는 숏크리트를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널은, 지수를 위해 상기 숏크리트 상에 설치되는 방수포; 및 상기 강관을 파손시키는 것을 방지하는 완충재로서 상기 방수포 상에 설치되는 부직포를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널은, 상기 강연선이 상기 강연선 관통홀을 통해 상기 강관을 관통하는 경우, 상기 강관 내부에 충전되는 콘크리트 충전재의 누출을 방지하도록 상기 강연선 관통홀에 체결되는 고무패킹을 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 도로 선형이 곡선부 구간인 경우, 상기 강관은 상기 도로 선형의 곡선부 구간에 대응하는 곡선부가 형성되도록 상기 강관의 좌측 및 우측 길이가 달라지도록 하는 테이퍼(Tapper)를 더 형성시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널의 시공방법은, a) 도로 양측에 피암터널 형성을 위한 기초블록에 충전재 주입구가 형성된 다수의 강관을 터널 길이 방향을 따라 순차적으로 설치하는 단계; 및 b) 상기 강관 내부에 콘크리트 충전재를 주입하여 콘크리트 충전강관을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 콘크리트 충전강관을 터널길이 방향으로 서로 연결하여 터널이 시공되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 강관은 다수개를 서로 일체화시킨 강관 세트로 하여 작업장에서 프리캐스트로 제작된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 b) 단계의 콘크리트 충전강관을 형성하기 전에 상기 강관을 관통하도록 강연선을 체결하고, 소정의 인장장치를 사용하여 상기 강연선에 긴장력을 도입하며, 상기 강연선은 상기 강관 세트의 강연선 관통홀을 관통하도록 체결되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 강연선을 체결하기 전에 상기 강관과 강관이 접촉하는 강관 접합부에 고무패드를 설치하고, 상기 강연선의 긴장력 도입 시 상기 고무패드가 압착되어 상기 강관 접합부에서의 누수를 방지하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 강연선이 상기 강연선 관통홀을 통해 상기 강관을 관통하는 경우, 고무패킹을 상기 강연선 관통홀에 체결함으로서 상기 강관 내부에 충전되는 콘크리트 충전재의 누출을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널의 시공방법은, c) 피암터널 외측에서 상기 CFT 상부에 차수몰드 및 숏크리트를 타설하는 단계; 및 d) 피암터널 외측에서 상기 숏크리트 상에 방수포 및 부직포를 순차적으로 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 d) 단계의 방수포는 지수를 위해 상기 숏크리트 상에 설치되고, 상기 d) 단계의 부직포는 강관을 파손시키는 것을 방지하는 완충재로서, 상기 방수포 상에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 낙석, 토사 또는 암반붕괴가 발생할 가능성이 높은 위치에 시공되는 피암터널(Rock Shed)을 콘크리트 충전강관(CFT)을 이용하여 형성함으로써 시공 속도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 콘크리트 충전강관(CFT)의 강관을 피암터널 길이방향에 대해서 직각 방향으로 설치하고, 강관을 개별 강관으로 설치한 후에 전체 강관을 강연선으로 긴장함으로써 피암터널 전체를 일체화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 콘크리트 충전강관(CFT)의 강관 조립시, 공장에서 다수의 강관을 하나의 강관 세트로 일체화하고 시공 현장에서는 강관 세트를 조립함으로써 시공성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 100m 기준으로 하부 기초블록의 시공을 완료한 후, 콘크리트 충전강관(CFT) 설치 작업까지 2~3일이 소요되므로 시공 속도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 현장 타설되는 박스 구조물 형태의 시공비와 유사하고, 기존의 PC 패널을 이용한 피암터널 공법에 비해 경제성이 뛰어나다.
본 발명에 따르면, 교통을 전면적으로 차단하지 않고 단지 1차선 차단만으로도 시공이 가능하다. 즉, 강관을 설치한 후, 도로 2차선 운영이 가능하며, 강관 충전 작업과 강관 배면 상의 숏크리트 작업을 전면적인 교통 통제 없이도 시공할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 피암터널 시공방법을 보여주는 개략적인 종방향 단면도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 피암터널용 새들구조물이 설치된 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 파형 강판과 지오텍스타일을 이용한 피암터널의 시공 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 A-A 라인을 절개선으로 하는 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널에서 도로 곡선부의 강관의 형태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널에서 강관 체결 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널에서 강관을 관통하는 강연선을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널 시공방법의 동작흐름도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 피암터널용 새들구조물이 설치된 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 파형 강판과 지오텍스타일을 이용한 피암터널의 시공 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 A-A 라인을 절개선으로 하는 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널에서 도로 곡선부의 강관의 형태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널에서 강관 체결 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널에서 강관을 관통하는 강연선을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널 시공방법의 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[CFT를 이용한 피암터널]
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 A-A 라인을 절개선으로 하는 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널(100)은, 낙석, 토사 또는 암반붕괴가 발생할 가능성이 높은 위치에 시공되는 피암터널(Rock Shed)로서, 기초블록(110), 콘크리트 충전강관(CFT: 120), 강연선(130), 고무패드(140), 숏크리트(150), 방수포(160), 부직포(170) 및 차수몰드(180)를 포함하며, 상기 콘크리트 충전강관(CFT: 120)은 강관(121), 콘크리트 충전재(122) 및 강연선 관통홀(123)을 포함한다.
기초블록(110)은 도로의 양측 하부에 콘크리트를 타설하여 각각 시공되며 프리캐스트 방식으로 시공해도 상관은 없다.
콘크리트 충전강관(CFT: 120)를 구성하는 상기 강관(121)은 강연선 관통홀(123) 및 충전재 주입구가 형성된 다수의 강관으로서, 피암터널 길이 방향을 따라 상기 기초블록(110) 상에 터널형태로 순차적으로 설치된다.
이때, 상기 강관(121)은 예컨대 5~10개를 하나의 강관 세트로 하여 작업장에서 프리캐스트 방식으로 제작되고, 상기 강연선(130)은 상기 강관 세트의 강연선 관통홀(123)을 관통하도록 체결된다. 또한, 상기 강관(1201)은 한 개씩 조립할 수 있지만, 또한, 5~10 개의 강관(121)을 하나의 강관 세트로 하여 작업장에서 미리 체결한 후, 0.5 내지 1m의 피암터널 길이에 해당하는 5~10 강관 세트를 체결할 수 있다. 이때, 5개의 강관 세트의 중량은 880㎏이고, 10개의 강관 세트의 중량은 1.6 Ton 정도가 된 것을 이용할 수 있다.
콘크리트 충전재(122)는 상기 강관(121)에 형성된 충전재 주입구를 통해 충전되고, 상기 강관(121) 내부에 상기 콘크리트 충전재(122)가 충전되어 콘크리트 충전강관(CFT: 120)을 형성하게 된다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 피암터널(100)의 사면측으로 되메우기를 할 경우, 종래의 기술에 따른 파형 강판을 이용한 피암터널과 동일하게 편토압(Eccentric Load)에 의하여 피암터널(100)이 뒤틀릴 수 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 CFT(120)는 종래의 기술에 따른 파형 강판보다는 그 저항성이 높다는 특징이 있다.
강연선(130)은 상기 강관(121)에 긴장력을 도입하도록 상기 강관(121)에 형성된 강연선 관통홀(123)에 삽입 체결된다. 예를 들면, 0.5인치 직경의 강연선(130)으로 조립할 경우, 12톤의 인장력으로 긴장시킬 필요가 없고, 상기 강관(121)이 전도되지 않을 정도인 강관 접합부에 설치된 고무패드(140)가 압착할 정도인 5~7톤 정도의 인장력으로 긴장하여도 된다. 이때, 상기 강연선(130)에 대한 긴장량에 여유를 두는 이유는, 예를 들면, 지진 발생시 상기 강연선(130)이 지진에 의하여 영향을 받는 긴장력에 대한 여유분이다. 한편, 상기 강관(121)의 연결 방법은 전술한 강연선(130)뿐만 아니라 용접도 가능하다. 예를 들면, 피암터널(100) 내측면에서 강관 접합부에 지수를 위해서 용접을 실시할 수도 있다.
고무패드(140)는 상기 강관(121)과 강관(121)이 접촉하는 강관 접합부에 설치되어 상기 강관 접합부에서의 누수를 방지하도록 상기 강연선(130)의 긴장력 도입시 압착된다. 구체적으로, 상기 강관 접합부는 누수 가능성이 있으므로, 지수재의 설치가 필요하므로, 공장에서 강관 접합부에 고무패드(140)를 설치한 후, 상기 강관(121)을 강연선(130)으로 긴장시키면 고무패드(140)가 압착되면서 차수 역할을 한다. 또한, 상기 강관 접합부에 고무패드(140)를 설치한 후, 강연선(130)으로 긴장하고, 이후 수압 시험을 실시할 수 있다. 이때, 상기 강관 접합부를 사전에 용접 처리할 수도 있다.
차수몰드(180)는 상기 피암터널의 외측부에서 지수를 위해 상기 강관 접합부 상에 타설된다. 즉, 상기 고무패드(140)를 설치한 후, 상기 강연선(130)으로 긴장시키고, 이후, 터널 외측부의 강관 접합부에 2차 지수재인 콘크리트 페이스트 형태의 차수몰드(180)를 타설한다.
숏크리트(150)는 상기 강관(121)의 부식을 방지하도록 상기 차수몰드(180) 및 상기 강관(121) 상의 노출된 전면에 타설된다. 즉, 상기 강관(121)의 외부에 부식 방지 및 강관 일체화를 위해 예를 들면, 50㎜ 두께의 숏크리트(150)를 타설하는 것이 바람직하다.
방수포(160)는 지수를 위해 상기 숏크리트(150) 상에 설치되고, 부직포(170)는 낙석, 토사 또는 암반이 상기 강관(121)을 파손시키는 것을 방지하는 완충재로서, 상기 방수포(160) 상에 설치된다. 즉, 상기 숏크리트(150) 상부에 방수포(160) 및 부직포(170)를 순차적으로 설치하며, 이후, 상기 부직포(170)를 통해 사면과 터널 측벽부에 설치된 배수관(도시되지 않음)을 통해서 유입 지하수를 배수시킬 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널에서 도로 곡선부의 강관의 형태를 나타내는 도면이다.
즉, 도로 선형 곡선부 구간에 대한 피암터널 시공방법으로서, 상기 강관(121)은 공장에서 좌우측의 직경을 다르게 제작하지 않기 때문에, 도로 선형이 곡선부인 구간에 대해서는 강관(121)에 태퍼(Tapper)를 설치하여 인위적으로 상기 강관(121)의 크기를 다르게 함으로써, 즉, 강관 세트의 좌측 및 우측의 전체 길이를 다르게 함으로써 상기 도로 선형이 곡선부 구간에 대응하는 곡선부를 형성할 수 있다.
이에 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널에서, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 도로 선형이 곡선부 구간인 경우, 상기 강관(121)은 상기 도로 선형의 곡선부 구간에 대응하는 곡선부가 형성되도록 상기 강관(121)의 좌측 및 우측 길이가 달라지도록 테이퍼(Tapper)를 형성할 수 있고, 이때, 상기 테이퍼는 스틱형 테이퍼(190b)인 것이 바람직하다.
즉, 도로 선형이 곡선부인 경우, 강관 접합부에 테이퍼(190a, 190b)를 설치하여 곡선부 처리가 가능하며, 상기 테이퍼(190a)는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 공장에서 강관 제작시에 상기 강관(121)에 부착하거나 또는 용접이 가능하다. 예를 들면, 상기 강관(121)의 직경이 R인 경우, 좌측의 길이는 5R이 되지만, 우측에 각각 T만큼의 테이퍼(190a)를 형성하면 우측의 길이는 5R+4T가 되므로, 좌측 및 우측 길이가 달라져서 상기 도로 선형이 곡선부 구간인 경우에 대응할 수 있게 된다.
또한, 경우에 따라서는 도 6b에 도시된 바와 같이, 스틱형 테이퍼(190b)로 강관 접합부에 몇 개를 설치한 후, 강관 접합부를 용접 처리할 수도 있다. 이때, 상기 스틱형 테이퍼(190b)는 비용이 저렴하지만, 누수 문제를 고려해야 한다.
이때, 상기 강관(121)에 곡선부가 형성되어도 상기 강연선(130)의 긴장에는 문제가 없다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널에서 강관 체결 방식을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널에서 강관(121) 체결 방식은, 도 7에 도시된 바와 같이, 다수의 강연선 관통홀(123)이 형성된 강관(121)에 강연선(130)을 관통시키고, 상기 강연선(130)을 강연선 정착부재(131)에 고정시키며, 예를 들면, 도면부호 A, B 및 C로 도시된 바와 같이 체결할 수 있다. 여기서, 도면부호 A는 공장체결 강연선(130)을 나타내며, 시공전에 상기 강관(121)을 공장에서 미리 설치하는 강연선(130)으로서, 5~10개의 강관 일체화용 강연선(130)이다. 또한, 도면부호 B는 N열과 N+1열 현장체결 강연선을 나타내고, 도면부호 C는 N-1열과 N열 현장체결 강연선을 나타내며, 이때, N열과 N+1열을 연결시키는 강연선(130)은 시공 지점에서 N+1열 위치를 정렬하기 전에 강연선(130)을 N+1열에 삽입한다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널에서 강관을 관통하는 강연선을 예시하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널에서, 상기 강연선(130)의 긴장을 위해서 강연선 관통홀(123)을 통해 삽입시, 상기 강연선 관통홀(123)에서 콘크리트 충전재(122)가 누출할 우려가 있다. 이에 따라 상기 콘크리트 충전재(122)가 누출되지 않도록 상기 강연선 관통홀(123)에 고무패킹(124) 또는 고무 플러그를 설치하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 5~10의 강관(121)을 하나의 강관 세트로 하여 강연선(130)을 관통 및 긴장시킨 후, 상기 강관(121) 내부에 콘크리트 충전재(122)를 충전할 때, 상기 콘크리트 충전재(122)가 누출될 수 있으므로, 상기 강연선(130)을 관통시키고 상기 콘크리트 충전재(122)를 누출시키지 않는 고무패킹(124) 또는 고무 플러그가 필요하다.
본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널(100)은, 강관(121)을 피암터널 길이방향에 대해서 직각 방향으로 설치함으로써 기존의 파형 강판과 같은 형태의 피암터널을 형성할 수 있는데, 이때, 상기 강관(121)을 개별 강관으로 설치한 후, 전체 강관(121)을 강연선(130)으로 긴장함으로써 피암터널(100) 전체를 일체화시킬 수 있다.
또한, 강관(121) 조립시, 공장에서 5~10개의 강관(121)을 하나의 강관 세트로 시공전에 일체화함으로써 시공 현장에서는 강관 세트를 조립하여 시공성을 높일 수 있다. 이때, 하부 구조물은 기존의 PC 패널 공법과 같은 방식으로 하부 구조물과 CFT(120)를 일체화시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 현장 타설되는 박스 구조물 형태의 시공비와 유사하고, 기존의 PC 패널을 이용한 피암터널 공법에 비해 경제성이 뛰어나다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 예를 들면, 100m 기준으로 하부 기초블록(110)의 시공을 완료한 후, CFT(120) 설치 작업까지 2~3일이 소요되므로 시공 속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 교통을 전면적으로 차단하지 않고 단지 1차선 차단만으로도 시공이 가능하다. 즉, 강관(121)을 설치한 후 도로 2차선 운영이 가능하며, 강관 충전 작업과 강관 배면 상의 숏크리트 작업을 전면적인 교통 통제 없이도 시공할 수 있다.
[CFT를 이용한 피암터널의 시공방법]
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널 시공방법의 동작흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널 시공방법은, 낙석, 토사 또는 암반붕괴가 발생할 가능성이 높은 위치에 시공되는 피암터널(Rock Shed) 시공방법으로서, 먼저, 도로 양측에 피암터널 형성을 위한 기초블록(110)을 시공한다(S110).
다음으로, 강연선 관통홀(123) 및 충전재 주입구가 형성된 다수의 강관(121)을 피암터널 길이 방향을 따라 상기 기초블록(110) 상에 순차적으로 설치한다(S120). 예를 들면, 상기 강관(121)은 5~10개를 하나의 강관 세트로 하여 작업장에서 프리캐스트 제작되고, 상기 강연선(130)은 상기 강관 세트의 강연선 관통홀(123)을 관통하도록 체결된다.
다음으로, 상기 강관(121)을 관통하도록 강연선(130)을 체결한다(S130). 즉, 상기 강연선 관통홀(124)이 형성된 강관(121)을 관통하도록 강연선(130)을 체결한다. 이때, 상기 강연선(130)을 체결하기 전에 상기 강관(121)과 강관(121)이 접촉하는 강관 접합부에 고무패드(140)를 설치하고, 상기 강연선(130)의 긴장력 도입시 상기 고무패드(140)가 압착되어 상기 강관 접합부에서의 누수를 방지할 수 있다. 또한, 상기 강연선(130)이 상기 강연선 관통홀(123)을 통해 상기 강관(121)을 관통하는 경우, 고무패킹(124)을 상기 강연선 관통홀(123)에 체결함으로써 상기 강관(121) 내부에 충전되는 콘크리트 충전재(122)의 누출을 방지할 수 있다.
다음으로, 소정의 인장장치를 사용하여 상기 강연선(130)에 긴장력을 도입한다(S140).
다음으로, 상기 강관(121) 내부에 콘크리트 충전재(122)를 충전하여 콘크리트 충전강관(CFT: 120)을 형성한다(S150). 구체적으로, 상기 강관(121)에 형성된 충전재 주입구를 통해 콘크리트 충전재(122)를 충전함으로써 CFT(120)을 형성한다.
다음으로, 피암터널 외측에서 상기 콘크리트 충전강관(CFT: 120) 상부에 차수몰드(140) 및 숏크리트(150)를 타설한다(S160). 구체적으로, 상기 차수몰드(180)는 상기 피암터널의 외측부에서 지수를 위해 상기 강관 접합부 상에 타설되고, 상기 숏크리트(150)는 상기 차수몰드(180) 및 상기 강관(121) 상의 노출된 전면에 예를 들면, 50㎜ 두께로 타설되어 상기 강관(121)의 부식을 방지할 수 있다.
다음으로, 피암터널 외측에서 상기 숏크리트(150) 상에 방수포(160) 및 부직포(170)를 순차적으로 형성한다(S170). 예를 들면, 상기 방수포(160)는 지수를 위해 상기 숏크리트(150) 상에 설치되고, 상기 부직포(170)는 낙석, 토사 또는 암반이 상기 강관(121)을 파손시키는 것을 방지하는 완충재로서, 상기 방수포(160) 상에 설치될 수 있다.
다음으로, 토사로 되메우기를 실시하여 피암터널(100)을 완성한다(S180).
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 낙석, 토사 또는 암반붕괴가 발생할 가능성이 높은 위치에 시공되는 피암터널을 콘크리트 충전강관(CFT)을 이용하여 형성함으로써 시공 속도를 향상시킬 수 있고, 또한, 콘크리트 충전강관(CFT)의 강관을 피암터널 길이방향에 대해서 직각 방향으로 설치하고, 강관을 개별 강관으로 설치한 후에 전체 강관을 강연선으로 긴장함으로써 피암터널 전체를 일체화시킬 수 있으며, 또한, 콘크리트 충전강관(CFT)의 강관 조립시, 공장에서 다수의 강관을 하나의 강관 세트로 일체화하고, 시공 현장에서는 강관 세트를 조립함으로써 시공성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널 시공 방법에 있어서, 상기 강관(121)의 연결 방법은 전술한 강연선(130)뿐만 아니라 용접도 가능하다. 예를 들면, 피암터널(100) 내측면에서 강관 접합부에 지수를 위해서 용접을 실시하고, 피암터널 외측면에서 터널 길이 방향으로 철근(도시되지 않음)을 설치한 후에 용접을 실시할 수도 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: CFT를 이용한 피암터널
110: 기초블록
120: 콘크리트 충전강관(CFT)
121: 강관 122: 콘크리트 충전재
123: 강연선 관통홀 124: 고무패킹
130: 강연선 131: 강연선 정착부재
140: 고무패드 150: 숏크리트
160: 방수포 170: 부직포
180: 차수몰드 190a, 190b: Tapper
110: 기초블록
120: 콘크리트 충전강관(CFT)
121: 강관 122: 콘크리트 충전재
123: 강연선 관통홀 124: 고무패킹
130: 강연선 131: 강연선 정착부재
140: 고무패드 150: 숏크리트
160: 방수포 170: 부직포
180: 차수몰드 190a, 190b: Tapper
Claims (11)
- 터널 길이 방향을 따라 순차적으로 터널 형태로 설치되는 강관(121); 및
상기 강관(121)에 충전되는 콘크리트 충전재(122)를 포함하는 콘크리트 충전강관(CFT: 120)을 포함하되,
상기 콘크리트 충전강관(CFT: 120)을 터널길이 방향으로 서로 연결하여 터널이 시공되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널. - 제1항에 있어서,
상기 강관(121)은 다수개를 서로 일체화시킨 강관 세트로 하여 작업장에서 프리캐스트로 제작된 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 강관(121)에 긴장력이 도입하도록 상기 강관(121)에 형성된 강연선 관통홀(123)에 삽입 체결되도록 하는 강연선(130)을 추가로 포함하며, 상기 강연선(130)은 상기 강관 세트의 강연선 관통홀(123)을 관통하도록 체결되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널. - 제3항에 있어서,
상기 강관(121)과 강관(121)이 접촉하는 강관 접합부에 설치되어 상기 강관 접합부에서의 누수를 방지하도록 상기 강연선(130)의 긴장력 도입시 압착되는 고무패드(140)를 추가로 포함하는 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널. - 제1항에 있어서,
상기 피암터널의 외측부에서 지수를 위해 상기 강관 접합부 상에 타설되는 차수몰드(180);
상기 강관(121)의 부식을 방지하도록 상기 차수몰드(180); 및
상기 강관(121) 상의 노출된 전면에 타설되는 숏크리트(150)
를 추가로 포함하는 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널. - 제5항에 있어서,
지수를 위해 상기 숏크리트(150) 상에 설치되는 방수포(160); 및
상기 강관(121)을 파손시키는 것을 방지하는 완충재로서 상기 방수포(160) 상에 설치되는 부직포(170)
를 추가로 포함하는 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널. - 제3항에 있어서,
상기 강연선(130)이 상기 강연선 관통홀(123)을 통해 상기 강관(121)을 관통하는 경우, 상기 강관(121) 내부에 충전되는 콘크리트 충전재(122)의 누출을 방지하도록 상기 강연선 관통홀(123)에 체결되는 고무패킹(124)을 추가로 포함하는 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널. - 제1항에 있어서,
상기 도로 선형이 곡선부 구간인 경우, 상기 강관(121)은 상기 도로 선형의 곡선부 구간에 대응하는 곡선부가 형성되도록 상기 강관(121)의 좌측 및 우측 길이가 달라지도록 하는 테이퍼(Tapper)를 더 형성시키는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널. - a) 도로 양측에 피암터널 형성을 위한 기초블록(110)에 충전재 주입구가 형성된 다수의 강관(121)을 터널 길이 방향을 따라 순차적으로 설치하는 단계; 및
b) 상기 강관(121) 내부에 콘크리트 충전재(122)를 주입하여 콘크리트 충전강관(CFT: 120)을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 콘크리트 충전강관(CFT: 120)을 터널길이 방향으로 서로 연결하여 터널이 시공되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널 시공방법. - 제9항에 있어서,
상기 (a)단계의 강관(121)은 다수개를 서로 일체화시킨 강관 세트로 하여 작업장에서 프리캐스트로 제작되며,
상기 b) 단계의 콘크리트 충전강관(CFT: 120)을 형성하기 전에 상기 강관(121)을 관통하도록 강연선(130)을 체결하고, 소정의 인장장치를 사용하여 상기 강연선(130)에 긴장력을 도입하며, 상기 강연선(130)은 상기 강관 세트의 강연선 관통홀(123)을 관통하도록 체결되며,
상기 강연선(130)을 체결하기 전에 상기 강관(121)과 강관(121)이 접촉하는 강관 접합부에 고무패드(140)를 설치하고, 상기 강연선(130)의 긴장력 도입 시 상기 고무패드(140)가 압착되어 상기 강관 접합부에서의 누수를 방지하며,
상기 강연선(130)이 상기 강연선 관통홀(123)을 통해 상기 강관(121)을 관통하는 경우, 고무패킹(124)을 상기 강연선 관통홀(123)에 체결함으로서 상기 강관(121) 내부에 충전되는 콘크리트 충전재(122)의 누출을 방지하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널 시공방법. - 제9항에 있어서,
c) 피암터널 외측에서 상기 CFT(120) 상부에 차수몰드(140) 및 숏크리트(150)를 타설하는 단계; 및
d) 피암터널 외측에서 상기 숏크리트(150) 상에 방수포(160) 및 부직포(170)를 순차적으로 형성하는 단계를 추가로 포함하며,
상기 d) 단계의 방수포(160)는 지수를 위해 상기 숏크리트(150) 상에 설치되고, 상기 d) 단계의 부직포(170)는 강관(121)을 파손시키는 것을 방지하는 완충재로서, 상기 방수포(160) 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 충전강관을 이용한 피암터널 시공방법.
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