KR20220089267A

KR20220089267A - Tbm 터널용 가스켓

Info

Publication number: KR20220089267A
Application number: KR1020200179730A
Authority: KR
Inventors: 서복선
Original assignee: 대룡공업주식회사
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-06-28

Abstract

일 실시예의 지수 가스켓은 세그먼트에 둘러 써면서 설치할 때 절곡되는 과정에서 레그부에 주름이 발생되는 것을 방지하는 효과를 달성할 수 있다.
또한, 주름방지부를 점선으로 형성하여 세그먼트에 가스켓을 둘러쌀 때 모서리부가 있는 부분을 점선으로 뜯어 낼 수 있도록 하여 세그먼트의 치수에 관계없이 가스켓을 사용할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.

Description

TBM 터널용 가스켓 {Gasket for Tunnels Made by Tunnel Boring Machine}

본 발명은 터널 외부로부터 터널벽을 통해 터널 내부로 물이 침입하는 것을 방지하는 세그먼트용 수팽창 지수재에 관한 것이다.

초장대의 터널 공사에 이용되는 공법은 크게, 발파 공법과 기계식 공법이 있다. 발파 공법의 대표적인 공법은 NATM(New Austrian Tunneling Method) 공법이 있으며, 기계식 공법의 대표적인 공법은 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법이 있다.

TBM 공법은 TBM 기계로 굴착 작업을 진행해 나가며 그 후방에서 미리 만들어진 콘크리트 세그먼트(이하 간단히 '세그먼트'라 함)를 조립하여 터널벽을 형성하는 공법이다.

이러한 TBM 공법은 수분이 많이 함유된 연약 지반 등의 터널 공사에 적합하기 때문에, 특히, 해저터널 공사에 많이 이용되고 있다.

TBM 공법은, 최근 고가 장비이던 TBM 기계의 가격이 큰 폭으로 감소하였으며, 발파 작업을 필요로 하지 않기 때문에 소음이 적어서 도심지 터널 공사 등에 적합하여 최근 그 이용이 더욱 증가하고 있다.

현재 세그먼트에는 지하수를 차단하도록 지수재를 설치하는데 세그먼트에 지수재를 설치하면 4면의 모서리부분이 절곡되면서 곡률이 형성되는데 지수재가 절곡되는 부분의 하부가 졀곡될 때 겹치면서 주름이 형성되는 문제가 있어 이를 해결하기 위한 방안이 필요한 실정이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로 세그먼트에 가스켓을 설치할 때 절곡되는 부분에 횡방향 절개부를 형성하고 필요에 따라 절곡부를 형성할 수 있도록 하는 새로운 방식의 지수재를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 따르면, TBM 또는 쉴드 머신으로 굴착하면서 굴착된 벽면에 설치되어 터널벽을 형성하는 복수의 세그먼트 중 적어도 일부 세그먼트 각각의 4개 사이드면들에 형성된 세그먼트 그루브에 설치되어 세그먼트와 세그먼트 사이로의 침수를 막으며, 수축 가능한 탄성 재질로 만들어진 터널용 지수 가스켓에 있어서, 상기 세그먼트 그루브의 바닥면에 안착되며, 각각 위로 갈수록 폭이 크게 형성되며, 제1 최외곽 레그와 제2 최외곽 레그와 상기 제1 최외곽 레그 및 상기 제2 최외곽 레그 사이에 형성된 적어도 하나의 중간 레그를 포함하고, 상기 제1 최외곽 레그의 하단 외측 모서리와 상기 제2 최외곽 레그의 하단 외측 모서리 사이의 넓이(W)는 상기 세그먼트 그루브의 바닥면 넓이(Ws)보다 더 크게 형성된 복수의 레그; 내부가 빈 공간으로 형성되며 상기 복수의 레그들 위에 형성되되, 적어도 일부는 상기 복수의 레그들 직상부에 위치하고, 적어도 일부는 상기 레그들 사이의 상부에 위치하는 복수의 채널; 상기 제1 최외곽 레그의 바깥측 외면과 제2 최외곽 레그의 바깥측 외면의 각 외면에 상하로 형성된 2 이상의 홈과, 상기 홈과 홈 사이에 돌출 형성되며 단부로 갈수록 얇게 형성되어 상기 세그먼트 그루브의 각 사이드면에 유연하게 밀착되는 적어도 하나의 돌기를 포함하는 고정강화부; 및 상기 제1 최외곽 레그, 제2 최외곽 레그 및 중간 레그에는 횡방향으로 형성된 주름 방지부를 포함하고, 상기 주름방지부는 점선으로 형성된 것을 특징으로 하는 터널용 지수 가스켓을 제공한다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 주름방지부는 제1절곡면과 제2절곡면을 포함하고 상기 제1절곡면과 상기 제2절곡면은 절곡될 때 서로 면 접촉한다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 제1절곡면과 상기 제2절곡면이 만나는 지점은 90도이다.

본 발명의 최소한 하나의 실시예에 있어서, 상기 제1 최외곽 레그와 제2 최외곽 레그 각각은 바닥면이 수평으로부터 경사지며 서로 멀어지는 방향으로 벌려진 형태로 형성되어, 상기 세그먼트 그루브에 설치될 때 상기 넓이(W)가 상기 세그먼트 그루브 바닥면 넓이(Ws)가 되도록 서로 가까워지는 방향으로 수축 변형되어 설치된다.

일 실시예의 지수 가스켓은 세그먼트에 둘러 써면서 설치할 때 절곡되는 과정에서 레그부에 주름이 발생되는 것을 방지하는 효과를 달성할 수 있다.

또한, 주름방지부를 점선으로 형성하여 세그먼트에 가스켓을 둘러쌀 때 모서리부가 있는 부분을 점선으로 뜯어 낼 수 있도록 하여 세그먼트의 치수에 관계없이 가스켓을 사용할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.

도 1은 터널벽의 예시한 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 의한 지수 가스켓을 나타낸다.
도 4는 세그먼트에 도 3의 지수 가스켓이 설치된 모습을 나타낸다.
도 5는 세그먼트 그루브에 최외곽 레그가 안착된 모습의 부분 확대도이다.
도 6은 레그부에 형성된 주름방지부를 도시한 도면이다.

도 3 내지 도 5를 이용하여 일 실시예의 지수 가스켓(100)에 대해 상세히 설명한다. 이하 설명에서 상하좌우의 방향은 도면에 그려진 모습을 기준으로 하며, 본 지수 가스켓(100)에 대한 설명을 보다 명확하게 하기 위해 사용될 뿐이다.

먼저, 본 실시예의 지수 가스켓(100)은 대략 육각형 형상의 단면을 가진다.

상면의 좌우방향 폭은 베이스면의 좌우방향 폭(W)보다 작다. 상면은 실링면(150)이 되는데, 베이스면 폭보다 작기 때문에 베이스면으로부터의 압축력이 집중되어 실링면(150)에 작용되며 따라서 실링력을 강화시키는 역할을 한다.

본 실시예의 지수 가스켓(100)은 편의상 실링면(150)을 포함하는 상부와 채널들(111~113, 121~124)이 형성되어 있는 중간부와 세그먼트 그루브(11)의 바닥면에 안착되는 그루브(141~143) 및 레그들(131~134)을 포함하는 하부로 구분할 수 있다. 본 실시예에서 상기 채널들(111~113, 121~124)은 그 내부가 빈 공간이다.

실링면(150)은 인접하는 다른 지수 가스켓(100)의 실링면(150)과 서로 압축되면서 접하는 부분이다. 이와 같이 지수 가스켓(100)들의 실링면(150)과 실링면(150)이 압축되어 접촉함에 따라 세그먼트(10)들 사이로 물이 침입하는 것이 방지되게 된다.

실링면(150)이 압축됨에 따라 중간부의 채널들(111~113, 121~124)이 변형되면서 압축되게 된다. 이때, 중간부의 변형이 일부에 집중되는 경우 실링면(150) 전체에 걸친 균일한 실링력을 얻기 힘들다. 본 실시예에서는, 도 3에 도시한 구조의 채널들(111~113, 121~124)을 가지기 때문에 중간부의 변형이 균일하게 변형될 수 있는 장점이 있다.

구체적으로, 중간부에 포함된 채널들(111~113, 121~124)은 제1 수평축(I)으로 배열되는 제1 채널들(111~113)과 제2 수평축(II)으로 배열되는 제2 채널들(121~124)을 포함한다. 여기서, 제1 수평축(I)과 제2 수평축(II)은 상하로 이격 되어 있다.

제1 채널들(111~113)은 모두 3개로 이루어지는데, 중앙 제1 채널(112)의 단면적이 좌우 외측 제1 채널들(111, 113) 단면적보다 작다. 중앙 제1 채널(112)은 역삼각형 형상이며, 외측 제1 채널들(111, 113)은 역삼각형 형상에서 바깥 측 꼭지점 부분이 가스켓의 외면과 평행을 이루도록 잘려진 형태이다. 이러한 제1 채널들(111~113) 각각은 후술하는 가스켓 그루브(141~143)에 대해 중앙 상부에 위치한다.

제2 채널들(121~124)은 모두 4개로 이루어지며, 중간 두 개의 제2 채널들(122, 123)의 형상은 서로 동일하고 좌우 외측의 제2 채널들(121, 124)의 형상은 서로 동일하다. 제2 채널들(121~124)은 대략 물방울 형상이며, 중간 두 개의 제2 채널들(122, 123) 단면적이 좌우 외측의 제2 채널들(121, 124) 단면적보다 더 크다. 제2 채널들(121~124) 각각은 후술하는 레그들(131~134) 바로 위에 위치한다. 제2 채널들(121~124)은 실링면(150)에 가까운 상부가 좁고 하부가 넓은 형상이기 때문에 실링면(150)에서 가해지는 압축 하중이 제2 채널(121~124) 하부에서는 넓게 퍼지게 된다. 즉, 실링면(150)으로부터 가해진 압축 하중이 제2 채널(121~124)의 하부를 통해 넓게 분산되게 된다.

제1 채널들(111~113)과 제2 채널들(121~124)은 서로 완전히 이격되어 배치되는 것이 아니라, 상하방향에서 일부 중첩되며 배치된다. 즉, 제1 채널(111)과 제1 채널(112) 사이에 제2 채널(122)이 배치되고, 제2 채널(122)과 제2 채널(123) 사이에 제1 채널(112)이 배치되는 형태의 배열구조로 배치된다. 이러한 배열구조를 통해, 실링면(150)에 가해지는 압축 하중의 일부는 제1 채널들(111~113)을 통해 가스켓 하부로 전달되고, 압축 하중의 다른 일부는 제2 채널들(121~124)을 통해 가스켓 하부로 전달되게 된다.

도 3에서 제1 채널들(111~113)과 제2 채널들(121~124)은 지그재그로 배치된 구조이며, 각 채널들(111~113, 121~124) 사이의 웹 두께(t1)는 동일하다. 채널들(111~113, 121~124) 사이의 웹 두께(t1)가 동일하기 때문에 압축 변형이 균일하게 이루어질 수 있으며, 또한, 가스켓 하부로의 하중 전달이 균일하게 이루어질 수 있다.

한편, 지수 가스켓(100)의 하부는 복수의 가스켓 그루브(141~143)들과 복수의 레그들(131~134)을 포함한다.

복수의 레그들(131~134)은 좌측 최외곽에 위치한 제1 최외곽 레그(131)와 우측 최외곽에 위치한 제2 최외곽 레그(134)와 그들 사이에 위치한 두 개의 중간 레그들(132, 133)을 포함한다. 이러한 레그들(131~134)은 그 바닥면에서 상부로 갈수록 두께가 두껍다.

그리고, 레그(132)와 레그(133) 사이에는 역 U자형 가스켓 그루브(141~143)가 포함된다. 이러한 가스켓 그루브(141~143)들 각각에 대해 그 중앙 상부에 전술한 제1 채널들(111~113)이 위치된다. 제1 채널(111~113)은 그 상부가 폭이 넓고 하부가 폭이 좁게 형성되어 있어서, 실링면(150)을 통한 압축 하중이 제1 채널(111~113)의 하부에서 집중되지만, 역 U자형 가스켓 그루브(141~143)에 의해 좌우로 분산되게 된다.

제1 채널들(111~113), 제2 채널들(121~124), 레그들(131~134), 그리고 가스켓 그루브(141~143)들의 위와 같은 형상 및 배열 구조는 실링면(150)에 가해지는 압축 하중이 레그들(131~134)에 균일하게 분산되어 전달되도록 할 뿐만 아니라, 가스켓 중간부의 한정된 공간 내에서 요구되는 수의 채널들(111~113, 121~124)을 수용시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 도시되는 바와 같이, 하나의 가스켓 그루브(141~143) 당 두 개의 제2 채널(121/122, 122/123, 123/124)이 좌우로 배치되어 있는데, 가스켓 그루브(141~143)와 제2 채널(121~124) 사이 웹의 최소두께(t2)는 모두 서로 동일하다. 이는 균일한 변형 및 하중 전달에 유리하다.

도 3에서 각 가스켓 그루브(141~143) 위에 형성된 웹의 형상 구조를 살펴보면, 상부에 V자형 웹 구조(115)가 있으며, 그 하부로는 위로 볼록한 역 U자형 곡면 웹 구조(125)가 형성되어 있다. V자형 웹 구조(115)에 의한 집중 하중은 하부의 역 U자형 웹 구조(125)에 의해 완화되어 레그(131~134)로 전달되게 된다.

한편, 제1 최외곽 레그(131)와 제2 최외곽 레그(134)는 각각 바깥 방향으로 벌려진 구조를 가지며, 도 4와 같이 세그먼트 그루브(11)에 설치될 때 안쪽으로 수축되게 된다. 제1 최외곽 레그(131)와 제2 최외곽 레그(134)는 설치될 때 안쪽으로 회전 변형(δ)되어 설치되므로, 설치된 후에 탄성 복원력에 의해 세그먼트 그루브(11)의 사이드면과 더욱 밀착되게 된다.

제1 최외곽 레그(131)와 제2 최외곽 레그(134)는 설치시에 안쪽으로 회전 변형되므로 설치 전의 그 바닥면들은 수평면에 대해 일정한 각도(α)를 가지고 바깥 방향으로 경사져 있다.

또한, 제1 최외곽 레그(131)와 제2 최외곽 레그(134)의 각각의 바깥 측 외면에는 고정강화부(160)가 포함된다.

고정강화부(160)는 복수의 홈(161)과 복수의 돌기(162)를 포함한다. 그리고, 돌기(162)들은 그 꼭지점이 상향으로 편심된 삼각형 형상들로서 톱니 형상을 가진다.

이러한 돌기(162)들의 끝단은 상대적으로 얇기 때문에 유연하게 변형될 수 있다. 그래서, 고정강화부(160)의 돌기(162)들 단부가 세그먼트 그루브(11)의 사이드면과 최외곽 레그(131, 134)의 외면 사이의 틈을 메워 그 밀착력을 더욱 강화시키게 된다.

또한, 고정강화부(160)의 홈(161)들에는 지수 가스켓(100)을 세그먼트 그루브(11)에 본딩 시킬 때 그 본드가 함유될 수 있는 공간을 제공하기 때문에 접착력을 더욱 강화시키는 역할을 한다.

본 실시예의 지수 가스켓(100)은 또한 실링면(150)에 수팽창 지수재(151)가 포함된다. 실링면(150)이 수팽창 지수재(151)로 형성되고 그 이외 부분은 EPDM 고무로 형성된다. 실링면(150)에 수팽창 지수재(151)를 포함하기 때문에 실링면(150)과 실링면(150) 사이에 틈이 발생하여 물의 침입이 발생하더라도 수팽창 지수재(151)가 팽창하여 물의 침입을 저지하게 된다.

이러한 수팽창 지수재(151)의 재질은 종래에 잘 알려져 있으므로 재질과 관련된 상세한 설명은 생략한다.

실링면(150)에 수팽창 지수재(151)를 형성함에 있어서는 EPDM 고무 재질 부분과 수팽창 지수재(151) 부분을 함께 사출성형함으로써 지수 가스켓(100)에 일체적으로 형성되도록 할 수 있다.

도 6의 (a) 및 (b)는 지수가스켓의 측면을 도시한 도면이다. 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 절곡되는 부분에 주름방지부(170)가 형성되어 있어 세그먼트의 모서리부(미도시)에서 절곡이 일어날때 레그(131~134)에 주름이 발생되는 것을 방지한다.

1 : 터널벽 10 : 터널벽 세그먼트
11 : 세그먼트 그루브 100 : 지수 가스켓
111 ~ 113 : 제1 채널 115 : V자형 웹구조
121~124 : 제2 채널 125 : 역 U자형 웹구조
131~134 : 레그 141~143 : 가스켓 그루브
150 : 실링면 (상면) 151 : 수팽창 지수재
160 : 고정강화부 161 : 홈
161 : 돌기 170: 주름 방지부

Claims

TBM 또는 쉴드 머신으로 굴착하면서 굴착된 벽면에 설치되어 터널벽을 형성하는 복수의 세그먼트 중 적어도 일부 세그먼트 각각의 4개 사이드면들에 형성된 세그먼트 그루브에 설치되어 세그먼트와 세그먼트 사이로의 침수를 막으며, 수축 가능한 탄성 재질로 만들어진 터널용 지수 가스켓에 있어서,
상기 세그먼트 그루브의 바닥면에 안착되며, 각각 위로 갈수록 폭이 크게 형성되며, 제1 최외곽 레그와 제2 최외곽 레그와 상기 제1 최외곽 레그 및 상기 제2 최외곽 레그 사이에 형성된 적어도 하나의 중간 레그를 포함하고, 상기 제1 최외곽 레그의 하단 외측 모서리와 상기 제2 최외곽 레그의 하단 외측 모서리 사이의 넓이(W)는 상기 세그먼트 그루브의 바닥면 넓이(Ws)보다 더 크게 형성된 복수의 레그;
내부가 빈 공간으로 형성되며 상기 복수의 레그들 위에 형성되되, 적어도 일부는 상기 복수의 레그들 직상부에 위치하고, 적어도 일부는 상기 레그들 사이의 상부에 위치하는 복수의 채널;
상기 제1 최외곽 레그의 바깥측 외면과 제2 최외곽 레그의 바깥측 외면의 각 외면에 상하로 형성된 2 이상의 홈과, 상기 홈과 홈 사이에 돌출 형성되며 단부로 갈수록 얇게 형성되어 상기 세그먼트 그루브의 각 사이드면에 유연하게 밀착되는 적어도 하나의 돌기를 포함하는 고정강화부; 및
상기 제1 최외곽 레그, 제2 최외곽 레그 및 중간 레그에는 횡방향으로 형성된 주름 방지부
를 포함하고,
상기 주름방지부는 점선으로 형성된 것을 특징으로 하는 터널용 지수 가스켓.
제1 항에 있어서,
상기 주름방지부는 제1절곡면과 제2절곡면을 포함하고 상기 제1절곡면과 상기 제2절곡면은 절곡될 때 서로 면 접촉하는 것을 특징으로 하는 터널용 지수 가스켓.
제1 항에 있어서,
상기 제1절곡면과 상기 제2절곡면이 만나는 지점은 90도인 것을 특징으로 하는 터널용 지수 가스켓.
제1 항에 있어서,
상기 제1 최외곽 레그와 제2 최외곽 레그 각각은 바닥면이 수평으로부터 경사지며 서로 멀어지는 방향으로 벌려진 형태로 형성되어, 상기 세그먼트 그루브에 설치될 때 상기 넓이(W)가 상기 세그먼트 그루브 바닥면 넓이(Ws)가 되도록 서로 가까워지는 방향으로 수축 변형되어 설치되는 것을 특징으로 하는 터널용 지수 가스켓.
TBM 또는 쉴드 머신으로 굴착하면서 굴착된 벽면에 설치되어 터널벽을 형성하는 복수의 세그먼트 중 적어도 일부 세그먼트 각각의 4개 사이드면들에 형성된 세그먼트 그루브에 설치되어 세그먼트와 세그먼트 사이로의 침수를 막으며, 수축 가능한 탄성 재질로 만들어진 세그먼트에 있어서,
상기 세그먼트 그루브의 바닥면에 안착되며, 각각 위로 갈수록 폭이 크게 형성되며, 제1 최외곽 레그와 제2 최외곽 레그와 상기 제1 최외곽 레그 및 상기 제2 최외곽 레그 사이에 형성된 적어도 하나의 중간 레그를 포함하고, 상기 제1 최외곽 레그의 하단 외측 모서리와 상기 제2 최외곽 레그의 하단 외측 모서리 사이의 넓이(W)는 상기 세그먼트 그루브의 바닥면 넓이(Ws)보다 더 크게 형성된 복수의 레그;
내부가 빈 공간으로 형성되며 상기 복수의 레그들 위에 형성되되, 적어도 일부는 상기 복수의 레그들 직상부에 위치하고, 적어도 일부는 상기 레그들 사이의 상부에 위치하는 복수의 채널;
상기 제1 최외곽 레그의 바깥측 외면과 제2 최외곽 레그의 바깥측 외면의 각 외면에 상하로 형성된 2 이상의 홈과, 상기 홈과 홈 사이에 돌출 형성되며 단부로 갈수록 얇게 형성되어 상기 세그먼트 그루브의 각 사이드면에 유연하게 밀착되는 적어도 하나의 돌기를 포함하는 고정강화부; 및
상기 제1 최외곽 레그, 제2 최외곽 레그 및 중간 레그에는 횡방향으로 형성된 주름 방지부
를 포함하고,
상기 주름방지부는 점선으로 형성된 것을 특징으로 하는 세그먼트.
제5 항에 있어서,
상기 주름방지부는 제1절곡면과 제2절곡면을 포함하고 상기 제1절곡면과 상기 제2절곡면은 절곡될 때 서로 면 접촉하는 것을 특징으로 하는 세그먼트.
제5 항에 있어서,
상기 제1절곡면과 상기 제2절곡면이 만나는 지점은 90도인 것을 특징으로 하는 세그먼트.
제5 항에 있어서,
상기 제1 최외곽 레그와 제2 최외곽 레그 각각은 바닥면이 수평으로부터 경사지며 서로 멀어지는 방향으로 벌려진 형태로 형성되어, 상기 세그먼트 그루브에 설치될 때 상기 넓이(W)가 상기 세그먼트 그루브 바닥면 넓이(Ws)가 되도록 서로 가까워지는 방향으로 수축 변형되어 설치되는 것을 특징으로 하는 세그먼트.