KR20200132791A - 마름모형 단면의 지보재를 이용한 터널 굴착면의 지보구조물 및 그 시공방법 - Google Patents

마름모형 단면의 지보재를 이용한 터널 굴착면의 지보구조물 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마름모형 단면을 가진 각관으로 이루어진 지보재를 이용하되, 강재 각관의 일 모서리가 터널 굴착면을 향하도록 아치형태로 구부러진 상태로 지보재가 터널 굴착면에 마주하여 설치된 상태에서 지보재가 매립되도록 터널 굴착면에 숏크리트가 타설되어 숏크리트 라이닝이 형성됨으로써 지보재와 터널 굴착면 사이에서 숏크리트가 채워지지 않은 공동이 발생되는 것이 최소화되며, 지보재의 종방향의 측면에는 관통홀을 가지는 고정 부재를 설치하고 종방향으로 이웃하게 이격 배치된 지보재 사이에 간격재를 설치하고 간격재의 양단을 고정 부재에 체결되게 함으로써 간격재가 견고하고 용이하게 설치되도록 하며, 숏크리트 라이닝의 보강을 위하여 횡방향으로 배치되는 철근 등의 매립보강재를 고정 부재의 관통홀 내에 관통시켜서 용이하게 배치하게 되는 구성을 가짐으로써 시공성 개선은 물론 시공품질의 향상을 도모하게 되는 마름모형 단면의 지보재를 이용한 터널 굴착면의 지보구조물 및 그 시공방법에 관한 것이다.

Description

마름모형 단면의 지보재를 이용한 터널 굴착면의 지보구조물 및 그 시공방법{Support Structure for Tunnel and Construction Method for the same}
본 발명은 터널 굴착면의 지보(支保) 구조물과 이를 구축하기 위한 시공 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 마름모형 단면을 가진 각관으로 이루어진 지보재를 이용하되, 각관의 일 모서리가 터널 굴착면을 향하도록 아치(arch)형태로 구부러진 상태로 지보재가 터널 굴착면에 마주하여 설치된 상태에서 지보재가 매립되도록 터널 굴착면에 숏크리트가 타설되어 숏크리트 라이닝(lining)이 형성됨으로써 지보재와 터널 굴착면 사이에서 숏크리트가 채워지지 않은 공동(空洞)이 발생되는 것이 최소화되며, 지보재에서 터널이 연장되는 방향(“종방향”)의 측면에는 관통홀을 가지는 고정 부재를 설치하고 종방향으로 이웃하게 이격 배치된 지보재 사이에 간격재를 설치하여 이격 배치된 지보재가 간격재에 의해 서로 연결된 채로 안정적인 상태를 유지하게 만들되 간격재의 양단을 고정 부재에 체결되게 함으로써 간격재가 더욱 견고하게 그리고 용이하게 설치되도록 하며, 숏크리트 라이닝의 보강을 위하여 횡방향으로 배치되는 철근 등의 매립보강재를 고정 부재의 관통홀 내에 관통시켜서 용이하게 배치하게 되는 구성을 가짐으로써 시공성 개선은 물론 시공품질의 향상을 도모하게 되는 “마름모형 단면의 지보재를 이용한 터널 굴착면의 지보구조물 및 그 시공방법”에 관한 것이다.
터널을 시공함에 있어서, 터널 굴착면의 보강을 위해서 지보구조물이 터널 굴착면에 설치된다. 일반적으로는 터널 굴착면을 따라 아치형태의 지보재를 설치하고, 지보재가 매립되도록 터널 굴착면에 숏크리트를 타설하여 숏크리트 라이닝을 형성하는 방식으로 터널 굴착면의 지보구조물을 구축하게 된다.
아래의 특허문헌 1에는 ‘H’형강을 이용한 종래 지보재가 개시되어 있다. 종래의 ‘H’형강과 격자 지보재의 경우, 지보구조물의 시공을 위하여 터널 굴착면에 숏크리트를 타설할 때, ‘H’형강과 터널 굴착면 사이에 간격이 매우 좁기 때문에 숏크리트가 제대로 채워지지 않게 되며, 그에 따라 숏크리트 라이닝에서 ‘H’형강과 터널 굴착면 사이의 위치에는 숏크리트가 채워지지 않은 빈 공간 즉, “공동(空洞)”이 빈번하게 발생하게 된다. 숏크리트 라이닝에 발생한 공동은 터널 굴착면을 지지하는 지보구조물의 성능을 약화시키는 원인이 되어 터널 굴착면에서의 낙석 등의 위험이 증가되는 문제점이 야기된다.
대한민국 등록실용신안공보 제20-0241046호(2001.10.11 공고).
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명은 터널 굴착면에 지보재와 숏크리트 라이닝에 의해 지보구조물을 시공함에 있어서, 숏크리트 라이닝에서 지보재와 터널 굴착면 사이 위치에 숏크리트가 채워져 있지 않은 상태의 공동이 발생하는 것을 최소화시킴으로써, 지보구조물이 우수한 터널 굴착면 지지성능을 발휘하게 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 종방향으로 이격 배치된 지보재 사이에서 간격재를 매우 간편하고 신속하게 설치할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
더 나아가, 지보구조물의 보강을 위하여 숏크리트 라이닝 내에 횡방향으로 매립보강재를 매우 용이하게 설치할 수 있게 되는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 터널 굴착면(110)을 따라 횡방향으로 아치형태를 이루면서 연장된 지보재(1)와, 지보재(1)가 매립되도록 터널 굴착면(110)에 숏크리트가 타설되어 소정 두께를 가지면서 형성된 숏크리트 라이닝(50)을 포함하여 구성되며; 지보재(1)는 마름모형 단면을 가지는 각관(10)으로 이루어지고; 지보재(1)의 각관(10)은 마름모형 단면의 일 모서리가 터널 굴착면(110)을 향하도록 아치형태로 구부러진 상태로 터널 굴착면(110)에 마주하여 설치되어; 터널 굴착면(110)에 숏크리트가 경사지게 분사되어 타설될 때, 숏크리트가 지보재(1)를 이루는 각관(10)의 경사면을 따라서 터널 굴착면(110)과 이를 마주하고 있는 각관(10)의 모서리의 간격까지 주입되어 채워져 있는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면의 지보구조물이 제공된다.
이때, 본 발명에 따른 지보구조물를 이루는 지보재(1)는 횡방향으로 연결된 복수개의 분절된 각관(10)으로 이루지고, 복수개의 분절된 각관(10)은 단부에 설치된 각 연결판(12)이 서로 마주하게 접한 상태에서 일체화되어 상호 연결될 수 있다. 또한, 지보재(1)의 종방향 측면에는 관통홀(135)을 갖는 복수개의 고정 부재(13)가 설치되고, 종방향으로 이격 배치된 지보재(1) 사이에는 이격 배치된 지보재(1)를 서로 연결하는 간격재(40)가 설치되는데, 간격재(40)의 양 단부는 이격 배치된 지보재(1) 각각의 고정 부재(13)의 관통홀(135)에 체결될 수 있다. 또한, 복수개의 고정 부재(13)는 관통홀(135)이 횡방향을 향하도록 서로 이격되게 설치되어 있고, 지보재(1)의 종방향 측면에는 매립보강재(30)가 고정 부재(13)의 관통홀(135)에 관통되어서, 지보재(1)에 인접하게 배치될 수 있다. 또한, 지보재(1)의 각관(10) 내부에는 충진재(11)가 채워질 수도 있다.
또한, 본 발명에서는, 터널 굴착면에 지보구조물을 시공하는 방법으로서, 각관(10)을 마름모형 단면의 일 모서리가 터널 굴착면(110)을 향하도록 아치형태로 구부려서 지보재(1)를 제작하고, 지보재(1)을 이루는 각관(10)의 마름모형 단면의 일 모서리가 터널 굴착면(110)에 마주하도록 터널 굴착면(110)을 따라 횡방향으로 지보재(1)를 배치하는 단계; 및 지보재(1)가 매립되도록 터널 굴착면(110)에 숏크리트를 타설하여 숏크리트 라이닝(50)을 형성하는 단계를 포함하고 있어서, 터널 굴착면(110)에 경사지게 분사된 숏크리트가 지보재(1)를 이루는 각관(10)의 경사면을 따라서 주입되어 터널 굴착면(110)과 이를 마주하고 있는 각관(10)의 모서리 사이의 간격까지 충실하게 채워진 상태의 지보구조물이 형성되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면의 지보구조물 시공방법이 제공될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 터널 굴착면의 지보구조물 시공방법은, 숏크리트 라이닝(50)을 시공하기에 앞서, 새로운 지보재(1)를 종방향으로 이격되게 설치하고, 이격 배치된 기존 지보재(1)와 신규 지보재(1) 사이에 간격재(40)를 설치하여 이격 배치된 지보재(1)를 서로 연결하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 지보구조물을 이루는 지보재(1)는 횡방향으로 연결된 복수개의 분절된 각관(10)으로 이루질 수 있고, 본 발명의 시공방법에서 지보재(1)를 형성하는 단계에는, 분절된 각관(10)의 단부에 설치된 연결판(12)이 마주하게 접한 상태에서 연결판(12)을 일체화시키는 과정이 더 포함될 수 있다. 또한, 상기 지보재(1)의 종방향 측면에는 관통홀(135)을 갖는 복수개의 고정 부재(13)가 설치되어 있고, 상기 시공방법에서 상기 이격 배치된 지보재(1)를 서로 연결하는 단계에는, 간격재(40)의 양 단부를 이웃하는 고정 부재(13)의 관통홀(135)에 각각 체결시켜 간격재(40)를 이격 배치된 지보재(1)에 연결하는 과정이 더 더 포함될 수 있다. 또한, 상기 복수개의 고정 부재(13)는, 관통홀(135)이 횡방향을 향하도록 서로 이격되게 설치되어 있고, 본 발명에 따른 시공방법에서 상기 지보재(1)를 배치하는 단계에는, 매입보강재(30)를 고정 부재(13)의 관통홀(135)에 관통시켜 지보재(1)의 종방향 측면에 인접하게 배치하는 과정이 더 포함될 수 있다.
본 발명에 의하면, 지보재와 터널 굴착면 사이 공간에 숏크리트 타설로 인해 발생 가능한 공동이 효과적으로 예방되어, 지보재와 숏크리트 라이닝으로 이루어진 지보구조물과 터널 굴착면의 일체화가 보장되고, 그에 따라 터널 지보공의 성능이 향상되는 효과가 발휘된다.
또한 본 발명에서는 종방향으로 이격 배치된 지보재 사이에서 간격재를 설치할 때 지보재에 고정 부재를 부착 설치하고 고정 부재를 이용하여 간격재를 설치하게 되는 바, 이를 통해서 간격재의 설치작업을 매우 간편하고 신속하게 수행할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
더 나아가, 본 발명에서는 지보구조물의 보강을 위하여 숏크리트 라이닝 내에 횡방향으로 매립보강재를 설치하되, 간격재를 설치함에 있어서, 지보재에 설치된 고정 부재를 이용함으로써 매립보강재를 매우 용이하게 설치할 수 있게 되고, 그에 따라 지보구조물의 시공 효율이 크게 향상되는 효과가 발휘된다.
도 1은 본 발명에 따른 지보재가 설치된 터널의 개략적인 정면도이다.
도 2는 도 1의 원 A에 대한 개략적인 확대도이다.
도 3은 도 2의 선 B-B에 대한 개략적인 횡방향의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 지보재가 설치되는 모습을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시에에 따라 연결판이 구비된 지보재의 분절된 각관 단부에 대한 개략적인 횡방향 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 한 쌍의 분절된 각관이 연결판에 의해 조립되어 지보재를 이루는 상태를 확대하여 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
도 7은 기존 지보재에 이웃하여 새로 설치된 지보재에 숏크리트가 분사되는 것을 보여주는 개략적인 횡방향의 단면도이다.
도 8은 종래의 ‘H’형강의 지보재에 숏크리트가 분사되는 상태를 보여주는 개략적인 횡방향의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 마름모형 단면을 갖는 지보재에 숏크리트가 분사될 때의 상태를 보여주는 도 8에 대응되는 개략적인 횡방향의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 4의 선 C-C에 따른 지보재의 개략적인 단면 사시도이다.
도 11은 도 7의 고정 부재를 통해 매립보강재가 간격재와 함께 장착된 상태의 지보재의 개략적인 부분 사시도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 도 4의 선 C-C에 따른 지보재의 개략적인 단면 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 앞서 언급한 것처럼 청구범위를 포함한 본 명세서 전반에 걸쳐서, “종방향”은 터널이 연장되는 방향을 의미하고, 도면에 화살표 P로 표시되어 있다. 그리고 “횡방향”은 종방향으로 바라본 터널 단면에서 아치형상을 따라가는 방향을 의미한다.
도 1에는 본 발명에 따른 지보재(1)가 설치된 터널(100)의 개략적인 종방향 정면도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 원 A 부분에 대한 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 도 3에는 도 2의 선 B-B에 따른 개략적인 횡방향의 단면도가 도시되어 있다. 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따라 지보재(1)가 설치되는 모습을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 지보구조물은, 터널 굴착면(110)을 따라 횡방향으로 아치형태를 이루면서 연장된 지보재(1)와, 지보재(1)가 매립되도록 터널 굴착면(110)에 숏크리트가 타설되어 소정 두께를 가지면서 형성된 숏크리트 라이닝(50)을 포함하여 구성된다.
본 발명에서 지보재(1)는 횡방향으로 바라본 단면의 형상이 마름모형으로 이루어진 각관(10)으로 이루어진다. 지보재(1)는 각관(10)의 일 모서리가 터널 굴착면(110)을 향하도록 아치(arch)형태로 구부러진 상태로 터널 굴착면(110)에 마주하여 설치된다. 터널 굴착면(110)은 울퉁불퉁한 상태일 경우가 일반적이므로, 횡방향으로 가면서 지보재(1)의 모서리 일부는 터널 굴착면(110)에 직접 닿을 수도 있지만, 지보재(1)의 모서리와 터널 굴착면(110) 사이에는 간격이 존재할 수도 있다. 정사각형 단면을 가지도록 강재(鋼材)로 이루어진 각관(10)이 상업생산되고 있으므로, 이러한 정사각형 단면의 각관(10)을 사각 모서리의 어느 한 곳이 도 3에 도시된 것처럼 터널 굴착면(110)에 마주할 수 있도록 아치형태로 구부려서 가공함으로써 지보재(1)로 사용할 수 있다. 이와 같이 본 발명에서는 상용화된 정사각형 단면의 각관(10)을 간단한 가공을 통해서 지보재(1)로 활용할 수 있으므로 그만큼 제작 단가를 줄일 수 있게 되어 터널 시공의 경제성을 향상시킬 수 있게 된다.
지보재(1)는 복수개의 분절된 각관(10)이 횡방향으로 연결되어 사용될 수 있다. 이 때, 각관(10)의 단부에는 연결판(12)을 설치하여, 연결판(12)을 서로 일체 결합함으로써 복수개의 분절된 각관(10)을 횡방향으로 연결할 수 있다. 도 4에는 횡방향으로 2개의 분절된 각관(10)이 연결되어 1개의 지보재(1)를 이루고, 이러한 지보재(1)가 종방향(화살표 P로 표시된 방향)으로 이격 배치된 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따라 연결판(12)이 구비된 지보재(1)의 분절된 각관(10) 단부에 대한 개략적인 횡방향 측면도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따라 단부에 연결판(12)이 각각 구비된 한 쌍의 분절된 각관(10)이 조립되어 지보재(1)를 이루는 상태를 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다.
연결판(12)은 사각형의 판재로 이루어져서 분절된 각관(10)의 단부에 일체로 결합 설치되는데, 분절된 각관(10)의 단부에 접한 상태에서 분절된 각관(10)의 단부 가장자리를 용접함으로써, 도 5 및 도 6에 예시된 바와 같이 연결판(12)이 분절된 각관(10)에 결합될 수 있다. 연결판(12)에는 개방구가 형성될 수 있어서, 연결판(12)이 분절된 각관(10)에 결합되었을 때, 분절된 각관(10) 내부의 중공이 연결판(12)의 외측에서 보이게 될 수도 있다. 도면에서 부재번호 11은 분절된 각관(10)의 내부에 채워진 무수축 몰탈 등의 충진재(11)이다. 이와 같이 각관(10)의 내부에는 충진재(11)가 채워질 수 있는데, 충진재(11)가 채워지게 되면 각관(10)의 압축강도 및 국부좌굴 변형이 억제 성능이 향상되는 이점이 있다. 물론, 충진재(11)는 채워지지 않을 수도 있다.
분절된 각관(10)이 횡방향으로 연결 조립될 때, 각 분절된 각관(10)에 구비된 연결판(12)은 서로 마주접하게 되며, 연결판(12) 끼리 용접, 볼트결합 등에 의해 일체화됨으로써 분절된 각관(10)이 횡방향으로 일체화되어 지보재(1)를 이루게 된다. 이 때, 도면에 예시된 것처럼 연결판(12)을 사각형 판재로 이루어지되 분절된 각관(10)의 마름모형 단면 형상과는 소정 각도를 가지고 어긋난 형태로 분절된 각관(10)의 단부에 결합되는 것이 바람직하다. 이는 연결판(12)과 분절된 각관(10)의 각 단면의 모서리가 서로 평행하게 결합되거나, 통상의 플랜지를 이용하여 결합되는 경우보다 지보재(1)가 터널 굴착면(110)에 더 인접하게 배치될 수 있어 유리하기 때문이다.
구체적으로, 터널 굴착면(110)은 일반적으로 암석 등에 의해 불규칙한 요철면으로 이루어지는데, 연결판(12)이 분절된 각관(10)에 돌출되는 형태로 결합될수록 연결판(12)과 터널 굴착면(110) 요철의 간섭이 증가한다. 이러한 결합의 일 예로서, 연결판(12)과 분절된 각관(10)의 각 단면의 모서리가 서로 평행하게 결합되는 형태가 있다. 이 경우, 터널 굴착면(110)과 이를 마주하고 있는 각관의(10) 모서리 사이에 숏크리트로 채워야 하는 공간이 크게 형성되므로, 양 요소 간 일체화에 불리하다. 반면에, 연결판(12) 분절된 각관(10)이 예컨대 45˚의 각도를 가지며 어긋나게 결합되는 경우, 다른 결합 방식에 비하여 분절된 각관(10) 주위, 특히 터널 굴착면(110)을 향해 돌출되는 연결판(12)의 면적을 줄여서 연결판(12)과 터널 굴착면(110) 요철의 간섭이 감소되므로, 터널 굴착면(110)과 지보재(1)가 밀접한 상태로 일체화될 수 있다. 그에 따라, 배면지반 하중의 지지 성능을 확보하기에도 유리하다.
또한, 연결판(12)의 사각형 단면 형상과 분절된 각관(10)의 마름모형 단면 형상이 서로 어긋나 있게 되면, 연결판(12)에는 분절된 각관(10)에 의해 가려지지 않는 부분이 존재하게 되고, 이렇게 가려지지 않은 부분을 이용하여 연결판(12)을 볼트 수단에 의해 매우 용이하게 볼트 결합할 수 있게 된다. 즉, 도면에 예시된 것처럼 연결판(12)에서 분절된 각관(10)에 의해 가려지지 않는 부분에 볼트 구멍을 관통 형성하고, 양측 연결판(12)이 접한 상태에서, 도 6에 도시된 바와 같이 볼트 수단을 볼트 구멍에 관통시켜서 상호 견고하게 볼트 결합할 수 있는 것이다.
도 4의 실시예에서는 횡방향으로 2개의 분절된 각관(10)이 연결되어 1개의 지보재(1)를 이루는 것으로 예시되어 있으나, 3개 또는 그 이상의 복수개의 분절된 각관(10)이 위와 같은 연결판(12)을 이용한 결합 방식에 의해 일체 연결되어 1개의 지보재(1)를 구성하게 될 수도 있다.
위와 같은 구성을 가지는 마름모형 단면을 가지는 아치형태의 지보재(1)가 터널 굴착면(110)에 밀접하게 배치된 상태에서 숏크리트가 터널 굴착면(110)을 향하여 가압 분사됨으로써, 지보재(1)가 숏크리트에 매립된 상태로 숏크리트 라이닝(50)이 형성된다. 터널(100)이 진행하는 종방향으로 터널(100)을 굴착시켜 가면서, 연장되는 터널 굴착면(110)을 따라 새로운 지보재(1)를 기 설치된 지보재(1)에 이격되게 순차적으로 배치한다. 기설치된 지보재(1)는 이미 숏크리트 라이닝(50)에 매립된 상태로 존재할 수도 있다. 따라서 새로 설치된 지보재(1)가 매립되도록 터널 굴착면(110)을 향하여 숏크리트를 가압 분사함에 있어서는 수평방향이 아닌 경사진 방향으로 숏크리트가 분사될 수밖에 없다.
도 7에는 기존 지보재(1)에 이웃하여 새로 설치된 지보재(1)에 숏크리트가 분사되는 것을 보여주는 개략적인 횡방향의 단면도가 도시되어 있다. 도 7에서 부재번호 300은 숏크리트의 분사를 위한 분사장비(300)이고, 숏크리트가 가압 분사되는 방향은 화살표 N으로 표시되었다. 도면에 예시된 것처럼, 이미 설치된 지보재(1) 또는 기 설치 지보재(1)가 매립되도록 이미 구축된 지보구조물로 인하여 새로 설치된 지보재(1)에 대해서 숏크리트를 경사지게 분사할 수밖에 없다. 그런데 본 발명에서는 지보재(1)는 마름모형 단면의 각관(10)으로 이루어지고, 특히 각관(10)의 마름모형 단면에서 일 모서리가 터널 굴착면(110)을 향하게 되어 있어서 터널 굴착면(110)을 마주하는 모서리의 양측으로는 경사면이 존재하게 된다. 숏크리트가 경사지게 분사될 때 지보재(1)를 이루는 각관(10)의 경사면을 따라서 터널 굴착면(110)과 이를 마주하고 있는 각관(10) 모서리의 간격까지 주입되어 채워지게 된다.
도 8에는 종래 기술에 따라 ‘H’형강의 지보재(1)가 설치되고 숏크리트가 분사될 때의 상태를 보여주는 개략적인 횡방향의 단면도가 도시되어 있다. 도면에서 숏크리트가 가압 분사되는 방향은 화살표로 표시되었다. 앞서 설명한 것처럼 지보재(1)에 대해 숏크리트는 경사지게 분사될 수 밖에 없는데, ‘H’형강으로 이루어진 종래의 지보재는 도 8에 도시된 것처럼 H형강의 플랜지 부분으로 인하여 H형강과 터널 굴착면(110) 사이에 숏크리트가 채워지지 않은 공동(空洞)이 발생할 수 있다. 도 9에는 본 발명에 따라 마름모형 단면의 각관(10)으로 이루어진 지보재(1)가 설치되고 숏크리트가 분사될 때의 상태를 보여주는 도 8에 대응되는 개략적인 횡방향의 단면도가 도시되어 있다. 본 발명에서는 앞서 설명한 것처럼 각관(10)의 마름모형 단면에서 일 모서리가 터널 굴착면(110)을 향하게 되어 있어서 터널 굴착면(110)을 마주하는 모서리의 양측으로는 경사면이 존재하게 되므로, 경사지게 분사된 숏크리트는 각관(10)의 경사면을 따라서 터널 굴착면(110)과 이를 마주하고 있는 각관(10)의 모서리의 간격까지 충실하게 주입되어 채워지게 된다. 즉, 본 발명에서는 마름모형 단면의 지보재(10)가 위와 같이 배치됨으로써, 종래 기술의 경우와는 달리, 숏크리트 라이닝(50) 내에 공동이 발생하지 않거나 최소화되는 것이다. 그에 따라, 본 발명에서는 숏크리트 라이닝(50) 내에 공동의 감소로 인해 지보구조물의 지보 능력이 크게 향상되는 장점이 발휘된다.
한편, 기 설치된 지보재(1)에 대해 종방향으로 이격되게 새로운 지보재(1)를 배치함에 있어서, 서로 이웃하는 지보재(1) 사이에 간격재(40)를 설치하여 지보재(1)를 상호 연결할 수도 있다. 도 10에는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 4의 선 C-C에 따른 지보재(1)의 개략적인 단면 사시도가 도시되어 있고, 도 11에는 도 10의 고정 부재(13)를 통해 매립보강재(30)가 간격재(40)와 함께 장착된 상태의 지보재(1)의 개략적인 부분 사시도가 도시되어 있다. 도 12에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 도 4의 선 C-C에 따른 지보재(1)의 개략적인 단면 사시도가 도시되어 있다.
지보재(1)의 종방향 측면에는 간격재(40)를 수용하기 위한 관통홀(135)이 형성된 고정 부재(13)가 더 구비될 수 있다. 고정 부재(13)는 원통형이나 폐쇄 고리 형태 등으로 이루어짐으로써 관통홀(135)이 형성된 구조를 가질 수 있다. 도 10에 예시된 바와 같이 원통형의 고정 부재(13)의 경우, 시중의 원형관을 단순히 절단 가공하여 제작할 수 있다. 간격재(40)는 도면에 예시된 바와 같이, ‘ㄱ’자 형상의 양 단부를 가질 수 있다. 이 경우, 간격재(40)는 종방향으로 이격 배치된 지보재(1) 사이에서 종방향으로 연장되도록 배치된 후, 지보재(1) 각각에 구비된 고정 부재(13)의 관통홀(135) 내에 구부러진 양 단부가 각각 끼워져 체결되는 형태로 설치되어, 이격 배치된 지보재(1) 사이를 연결할 수 있다.
도 10에 도시된 실시예에 의하면, 고정 부재(13)는 관통홀(135)이 횡방향을 향하도록 지보재(1)의 종방향 측면에 복수개가 서로 이격되게 설치될 수 있다. 이 경우, 숏크리트 라이닝(50)의 보강을 위한 매립보강재(30)는 고정 부재(13)를 통해 지보재(1)의 종방향 측면에 인접하게 배치될 수 있다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 매립보강재(30)를 고정 부재(13)의 관통홀(135)에 차례로 관통시켜 횡방향으로 연장되는 형태로 지보재(1)의 각관(10)에 연결되도록 할 수 있다. 이때, 관통홀(135)은 매립보강재(30)와 간격재(40)의 단부를 함께 수용 가능한 크기의 직경을 갖는다. 매립보강재(30)는 숏크리트에 매설되어 숏크리트 라이닝(50)과 일체화되기 전까지, 지보재(1)에 인접하게 유지될 필요가 있는데, 상술한 실시예에 의하면, 별도 부품을 부착할 필요 없이, 매립보강재(30)를 지보재(1)를 이루는 각관(10)에 용이하게 고정시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 고정 부재(13)는, 도 12에 도시된 또 다른 실시예와 같이, 관통홀(135)이 횡방향에 수직한 방향을 향하도록 지보재(1)의 종방향 측면에 복수개가 서로 이격되게 설치될 수 있다. 간격재(40)의 구부러진 단부는 도 10 및 도 12에 각각 도시된 화살표 방향으로 고정 부재(13)에 끼워질 수 있다. 도 10의 실시예의 경우 도 12의 실시예에 비하여, 지보재(1)가 이미 설치된 상태에서도 간격재(40)를 설치하기에 용이한 이점이 있다. 즉, 도 10의 실시예의 경우, 터널(100) 내측에서 터널 굴착면(110)을 향하여 간격재(40)를 고정 부재(13)의 관통홀(135) 내에 끼울 수 있어, 기 설치된 지보재(1) 내측에서 시공하는 작업자에게 비교적 여유로운 작업 공간이 확보되는 이점이 있다.
이하에서는, 상술한 본 발명에 따라 지보재(1)를 터널 굴착면(110)에 설치하여 본 발명에 따른 지보구조물을 시공하는 방법을 살펴본다. 앞서 설명한 본 발명의 구성에 따른 기술적 효과에 대한 반복 설명은 이하 생략하였다.
먼저, 지보재(1)는 마름모형 단면을 갖는 각관(10)을 이용하여 제작하는데, 터널 굴착면(110)에 설치되었을 때, 각관(10)의 마름모형 단면의 일 모서리가 터널 굴착면(110)을 향할 수 있도록 각관(10)을 아치형태로 구부려서 가공하여 제작한다. 이때, 지보재(1)의 각관(10) 내부에 충진재(11)를 채워 넣을 수도 있다. 후속하여, 지보재(1)를 각관(10)의 마름모형 단면의 일 모서리가 터널 굴착면(110)을 향해 마주하도록 터널 굴착면(110)을 따라 횡방향으로 배치한다.
앞서 설명한 바와 같이 지보재(1)는 단일한 각관(10)으로 형성할 수도 있고, 복수개의 분절된 각관(10)이 횡방향으로 연결하여 형성할 수 있다. 분절된 각관(10)을 이용하는 경우, 도 5 및 도 6에 예시된 바와 같이, 사각형의 판재로 이루어진 연결판(12)을 분절된 각관(10)의 단부에 접한 상태에서 용접하여 상호 결합시킬 수 있다. 또한, 두 개의 분절된 각관(10)의 연결판(12)을 마주 접한 상태에서 서로 용접 또는 볼트결합시킴으로써, 분절된 각관(10)을 횡방향으로 일체화시켜 지보재(1)를 형성할 수 있다.
지보재(1)가 일체로 설치된 상태에서 숏크리트를 타설하는데, 각관(10)과 터널 굴착면(110) 사이 공간이 채워지고 지보재(1)가 매립되도록 숏크리트를 소정 두께로 타설하여 숏크리트 라이닝(50)을 형성한다. 특히, 숏크리트를 경사지게 분사할 때, 숏크리트가 지보재(1)를 이루는 각관(10)의 경사면을 따라서 터널 굴착면(110)과 이를 마주하고 있는 각관(10)의 모서리의 간격까지 주입되도록 한다. 지보재(1) 간의 공간이 매워지도록 숏크리트를 1차로 타설하고, 지보재(1) 하부에 추가적으로 숏크리트를 더 분사하여 소정 두께로 숏크리트 라이닝(50)을 형성하는 방법도 가능하다.
한편, 터널(100)의 막장면 방향으로 지보재(1)를 연속하여 배치하게 되므로, 숏크리트의 분사에 의해 숏크리트 라이닝(50)을 완성하기에 앞서, 서로 이웃하는 지보재(1) 사이를 간격재(40)에 의해 서로 연결한 후 숏크리트 라이닝(50)을 구축할 수도 있다. 지보재(1)를 형성할 때, 앞서 설명한 바와 같이 지보재(1)의 종방향 측면에 간격재(40)를 수용하기 위한 관통홀(135)이 형성된 복수개의 고정 부재(13)를 장착해두고, 종방향으로 기존 지보재에 이웃하여 새로운 지보재를 추가로 설치한 후, 이웃하는 지보재 사이에 ‘ㄱ’자 형상의 구부러진 양 단부를 가지는 간격재(40)를 설치하여 연속 배치된 지보재를 서로 연결하여 일체화시킨 후 숏크리트 라이닝(50)을 상기한 방법으로 구축할 수 있는 것이다. 이 때, 앞서 설명한 것처럼 종방향으로 이격 배치된 지보재 각 고정 부재(13)의 관통홀(135) 내에 간격재(40)의 양 단부를 각각 끼워 체결시키기만 하면, 이격 배치된 지보재(1) 사이에 간격재(40)를 용이하게 설치하여 일체화시킬 수 있게 된다.
추가적으로 숏크리트를 타설할 때, 지보재(1)의 종방향 측면에 매립보강재(30)를 인접하게 배치시킨 상태에서 지보재(1)와 매립보강재(30)가 매립되도록 숏크리트를 타설하여 숏크리트 라이닝(50)을 보강할 수도 있다. 앞서 설명한 것처럼 간격재(40)의 설치를 위하여 고정 부재(13)를 지보재(1)의 종방향 측면을 따라 설치할 때, 고정 부재(13)의 관통홀(135)이 횡방향을 향하게 만들면 매립보강재(30)를 별도 부재 없이 각관(10)의 부근에 안정적으로 배치할 수 있다. 즉, 매립보강재(30)를 복수개의 고정 부재(13)의 관통홀(135)에 차례로 관통시켜서 지보재(1)의 횡방향 측면에 용이하게 배치할 수 있고, 이를 통해서 숏크리트 라이닝(50)을 더욱 견고하게 보강할 수 있는 것이다.
1: 지보재
10: 각관
11: 충진재
12: 연결판
13: 고정 부재
135: 관통홀
30: 매립보강재
40: 간격재
50: 숏크리트 라이닝
100: 터널
110: 터널 굴착면

Claims (9)

  1. 터널 굴착면(110)을 따라 설치된 지보재(1)와, 상기 지보재(1)가 매립되도록 터널 굴착면(110)에 숏크리트가 타설되어 형성된 숏크리트 라이닝(50)을 포함하며;
    지보재(1)는 마름모형 단면을 가지며 횡방향으로 연장된 각관(10)으로 이루어지고;
    지보재(1)의 각관(10)은 마름모형 단면의 일 모서리가 터널 굴착면(110)을 향하도록 아치형태로 구부러진 상태로 터널 굴착면(110)과 마주하여 설치되어;
    터널 굴착면(110)에 숏크리트가 경사지게 분사되어 타설될 때, 숏크리트가 지보재(1)를 이루는 각관(10)의 경사면을 따라서 터널 굴착면(110)과 이를 마주하고 있는 각관(10)의 모서리 사이의 간격까지 주입되어 채워져 있는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면의 지보구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    지보재(1)는 횡방향으로 연결된 복수개의 분절된 각관(10)으로 이루지고,
    복수개의 분절된 각관(10)은 단부에 설치된 각 연결판(12)이 서로 마주하게 접한 상태에서 일체화되어 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면의 지보구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    지보재(1)의 종방향 측면에는 관통홀(135)을 갖는 복수개의 고정 부재(13)가 설치되고,
    종방향으로 이격 배치된 지보재(1) 사이에는 이격 배치된 지보재(1)를 서로 연결하는 간격재(40)가 설치되는데,
    간격재(40)의 양 단부는 이격 배치된 지보재(1) 각각의 고정 부재(13)의 관통홀(135)에 체결되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면의 지보구조물.
  4. 제3항에 있어서,
    복수개의 고정 부재(13)는, 관통홀(135)이 횡방향을 향하도록 서로 이격되게 설치되어 있고,
    지보재(1)의 종방향 측면에는 매립보강재(30)가 고정 부재(13)의 관통홀(135)에 관통되어서, 지보재(1)에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면의 지보구조물.
  5. 터널 굴착면에 지보구조물을 시공하는 방법으로서,
    각관(10)을 마름모형 단면의 일 모서리가 터널 굴착면(110)을 향하도록 아치형태로 구부려서 지보재(1)를 제작하고, 지보재(1)을 이루는 각관(10)의 마름모형 단면의 일 모서리가 터널 굴착면(110)에 마주하도록 터널 굴착면(110)을 따라 횡방향으로 지보재(1)를 배치하는 단계; 및
    지보재(1)가 매립되도록 터널 굴착면(110)에 숏크리트를 타설하여 숏크리트 라이닝(50)을 형성하는 단계를 포함하고 있어서,
    터널 굴착면(110)에 경사지게 분사된 숏크리트가 지보재(1)를 이루는 각관(10)의 경사면을 따라서 주입되어 터널 굴착면(110)과 이를 마주하고 있는 각관(10)의 모서리 사이의 간격까지 충실하게 채워진 상태의 지보구조물이 형성되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면의 지보구조물 시공방법.
  6. 제5항에 있어서,
    숏크리트 라이닝(50)을 시공하기에 앞서,
    새로운 지보재(1)를 종방향으로 이격되게 설치하고, 이격 배치된 기존 지보재(1)와 신규 지보재(1) 사이에 간격재(40)를 설치하여 이격 배치된 지보재(1)를 서로 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면의 지보구조물 시공방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    지보재(1)는 횡방향으로 연결된 복수개의 분절된 각관(10)으로 이루지고,
    상기 지보재(1)를 형성하는 단계에는, 분절된 각관(10)의 단부에 설치된 연결판(12)이 마주하게 접한 상태에서 연결판(12)을 일체화시키는 과정이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면의 지보구조물 시공방법.
  8. 제7항에 있어서,
    지보재(1)의 종방향 측면에는 관통홀(135)을 갖는 복수개의 고정 부재(13)가 설치되어 있고,
    상기 이격 배치된 지보재(1)를 서로 연결하는 단계에는, 간격재(40)의 양 단부를 이웃하는 고정 부재(13)의 관통홀(135)에 각각 체결시켜 간격재(40)를 이격 배치된 지보재(1)에 연결하는 과정이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면의 지보구조물 시공방법.
  9. 제8항에 있어서,
    복수개의 고정 부재(13)는, 관통홀(135)이 횡방향을 향하도록 서로 이격되게 설치되어 있고,
    상기 지보재(1)를 배치하는 단계에는, 매입보강재(30)를 고정 부재(13)의 관통홀(135)에 관통시켜 지보재(1)의 종방향 측면에 인접하게 배치하는 과정이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 터널 굴착면의 지보구조물 시공방법.
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