KR100817627B1 - 선행인장타입 록 볼트 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파이프(10)와; 상기 파이프(10)의 한쪽끝단에 분리가능하게 설치되되, 2개 이상의 부채꼴로 균등 분할되고 이렇게 분할된 경계면을 중심으로 하여 인장재공(21)과 추형홀(22)이 형성된 확장부재(20)와; 상기 파이프(10)와 확장부재(20)를 관통하여 설치되되 파이프(10)와 확장부재(20)가 조립된 양쪽단부에서 돌출되게 설치되는 인장재(30); 상기 인장재(30)의 한쪽끝단에 체결 고정되며 확장부재(20)를 확장시킬 수 있도록 확장부재(20)의 추형홀(22)에 삽입 설치되는 쐐기(40)를 포함하는 선행인장타입 록 볼트에 관한 것이다.

본 발명의 선행인장타입 록 볼트는 인장재의 끝단에 장착된 쐐기가 당겨지면 확장부재를 그 외측, 즉 방사상으로 확장시키면서 인장재와 파이프가 완전 분리된 후 천공구멍의 내주면에 견고하게 고정되며, 상기 확장부재가 천공구멍의 내면에 고정된 상태에서 인장재에 가했던 인장하중을 해제한 후 파이프를 빼내어 분리한 다음 인장재에 인장력을 부여하여 유지시킴으로써 그라우팅재를 주입하기 전에 확장부재와 인장재를 이용하여 암반에 선행하중을 먼저 재하할 수 있으며, 이로 인하여 별도의 그라우팅 작업을 생략하고 계속하여 추가 천공작업을 수행하거나 주입된 그라우팅재의 양생기간 없이 바로 추가적인 굴착작업을 진행할 수 있음에 따라 공사기간이 단축되는 것이다.

선행인장, 록 볼트, 확장부재, 인장재, 그라우팅

Description

선행인장타입 록 볼트 및 이를 이용한 시공방법{preceding tension type lock bolt and construction method by using it}

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 선행인장타입 록 볼트를 개략적으로 나타낸 구성도,

도 2a는 본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트에서 천공구멍 내의 매립정착부분을 발췌하여 나타낸 분해 사시도,

도 2b는 도 2a의 조립 단면도,

도 2c는 도 2b에서 웨지캡을 분리제거한 상태의 측면도,

도 3a는 본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트에서 천공구멍의 입구에 장착되는 외측장착부분을 발췌하여 나타낸 분해 사시도,

도 3b는 도 3a의 조립 단면도,

도 4a 내지 4e는 본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트를 이용하여 시공하는 과정을 나타낸 공정도,

도 5a와 도 5b는 본 발명의 선행인장타입 록 볼트에서 매립정착부분에 대한 다른 실시 예를 나타낸 단면도,

도 6a, 도 6b와 도 7a, 도 7b는 본 발명의 선행인장타입 록 볼트에서 매립정착부분의 쐐기에 대한 또 다른 실시 예들을 나타낸 단면도,

도 8은 본 발명의 선행인장타입 록 볼트에서 외측장착파트에 대한 다른 실시 예를 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 파이프 12: 플랜지

14: 볼트 20: 확장부재

21,46: 인장재공 22,45: 추형홀

24: 스냅링 25: 이음부

30: 인장재 40,40a,40b: 쐐기

41: 라이너 42,42a: 추체웨지

43: 웨지캡 43a: 라이너캡

43b: 추체캡 50: 외측정착부재

51: 지압판재 52: 인장재공

53,62: 호스구멍 55: 인장유지부재

56: 고정몸체 57: 외측웨지

58: 몸체캡 60: 패커

본 발명은 터널 굴착공사시나 암반 공사시에 불연속적인 암반의 지지력을 강 화하기 위하여 사용되는 선행인장타입 록 볼트 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 먼저 확장부재를 확장시켜 천공구멍의 내면에 정착 고정시킨 후 파이프를 제거하고 인장재에 인장력을 부여 유지, 선행하중을 재하(在荷)하여 암반의 불연속면이 구속되어 사면의 안전성이 강화되므로 그라우팅재의 양생기간 없이 바로 추가 굴착작업이 가능하여 공사기간을 단축할 수 있는 선행인장타입 록 볼트 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 록 볼트는 지하구조물, 터널 등의 지반보강공법(地盤補强工法)의 일종, 또는 이에 사용되는 볼트 또는 록 볼트라고 하는 것으로, 이는 터널 주위의 암반에 소정의 지름으로 소정깊이만큼 천공을 하고 그 천공구멍에 볼트를 끼워 고정시키는 공법이다.

이러한 록 볼트는 토목건축공사, 특히 터널공사 등에 있어서는 산의 암반을 포함하는 지중에 구멍을 천공하게 된다. 이와 같이 천공된 구멍에 소정의 폭발물, 예를 들어 다이너마이트와 같은 폭발물을 터뜨려 암반을 깨면서 터널의 기초구멍을 넓혀 나아가게 되는 것으로, 일정한 높이와 넓이로 기초터널을 뚫고 난 후, 이 기초터널의 붕괴를 방지하기 위하여 기초터널의 안쪽 면에 무수히 많은 록 볼트(기초볼트)를 박고 격자형상의 망을 설치한 다음, 최종적으로 콘크리트를 타설하여 보강막 공사를 수행하게 된다.

상기 보강막 공사는 먼저 착암기나 파쇄기를 이용하여 암반에 록 볼트가 삽입될 구멍을 천공한 다음, 이 천공구멍에 시멘트몰탈을 타설하고 록 볼트를 삽입하거나 록 볼트를 삽입한 후 시멘트몰탈을 타설하는 것으로, 상기 시멘트몰탈이 양생 되면 록 볼트는 암반 속에 견고하게 고정된다. 여기서 록 볼트는 소정간격마다 설치되므로 망에 분사된 콘크리트 하중을 충분히 견디면서 견고하게 고정 상태를 유지하게 된다.

그러나 이러한 종래의 록 볼트는, 천공구멍에 시멘트몰탈을 타설하여 이 시멘트몰탈이 양생될 때까지 기다렸다가 지압판을 대고 견고하게 록 볼트를 체결하고, 2-3주후에 시멘트몰탈이 완전히 굳게 되면 일정 하중 이상을 지탱할 수 있는지를 인발실험을 통하여 확인한 다음, 각종 자재나 구조물 등을 설치하므로 공사기간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 지지력의 향상을 위하여 다수의 록 볼트를 설치하여야 하는 문제점이 있었다.

이러한 록 볼트를 이용하여 보강하는 장치라든가 그 공법들이 지속적으로 제안 개발되고 있는 실정이며, 일예로, 대한민국 특허 제108419호의 '갱도암반용 고정용 록 볼트'가 제시되어 있다.

상기 특허의 특징은 그 청구범위에 의해 알 수 있듯이, 선단에 테이퍼형의 제1쐐기부재를 가지고 후단에 너트가 체결되는 나사부를 갖는 볼트동체와, 쐐기부재에 의하여 확장 가능한 확장부싱을 포함하는 갱도암반층 고정용 록 볼트에 있어서, 상기 확장부싱은 내부양측에 테이퍼형 쐐기접속면이 형성된 관상이고 양단외면에 일측 방향으로 경사진 나선형의 톱니링이 형성되면서 길이방향으로 절결되어 수개의 확장편으로 구성되는 톱니관을 가지며, 상기 볼트동체에 삽입된 확장부싱의 후단 측에는 제1쐐기부재에 대향된 테이퍼형의 제2쐐기부재가 삽입되며, 상기 제2쐐기부재를 확장부싱 측으로 전진시키는 가압관이 삽입되는 것이었다.

상기와 같은 구성의 특허에 있어서는 볼트동체에 제1쐐기부재가 일체로 마련되어 제작이 어렵고, 별도로 마련한다하여도 나사체결방식이나 용접에 의해 일체화시켜야 하는 등의 제작이 공정이 많고 번거롭다는 문제점이 있었다.

또한, 너트를 조일수록 볼트동체는 당겨지고 가압관은 밀리면서 볼트동체 끝단의 제1쐐기부재와, 제2쐐기부재가 확장부싱의 양쪽에 방사상으로 절개된 다수의 확장편을 외곽의 방사상으로 확장시키는 것이나 확장부싱의 확장편이 확장될수록 볼트동체와 가압관에 걸리는 부하가 급격하게 증대되는 과부하로 인해 너트를 죌 수 없고, 이로 인하여 확장부싱의 확장편을 제대로 확장시킬 수 없어 록 볼트 조립체가 천공구멍에 견고하게 고정되지 않는다는 문제점이 있었다.

특히, 볼트동체 끝단의 제1쐐기부재와, 가압관에 의해 밀리는 제2쐐기부재가 확장편을 외곽의 방사상으로 확장시키나 확장부싱의 양쪽에 방사상으로 절개된 다수의 조각편인 확장편이 일체로 마련되어 있기 때문에 쐐기와 같이 확장되어 천공구멍의 내주면과 확장편 전체가 면 접촉되지 않고 이로 인하여 고정력이 다소 약하므로 볼트동체에 인장력을 부여함에 제약이 따른다는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래 터널 굴착공사시나 암반 공사시에 시공되는 록 볼트가 지닌 문제점을 해결하기 위해 연구개발한 것으로서, 그 목적은 확장부재를 인장재 끝단의 쐐기로 확장시켜 천공구멍의 내면에 정착 고정시킨 후, 파이프를 제거하고 인장재에 인장력을 부여 유지, 즉 선행하중을 재하(在荷)함으로써 암반의 불연속면이 구속되어 사면의 안전성이 강화되게 되며, 이로 인하여 그라우팅재의 양생기간 없이 바로 추가 굴착작업이 가능하여 공사기간을 단축할 수 있도록 한 선행인장타입 록 볼트 및 이를 이용한 시공방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 확장부재를 확장시켜 천공구멍에 정착 고정시킨 후 파이프를 빼내어 제거함으로써 그 시공현장에서 곧바로 재조립하여 고가의 자재인 파이프를 다시 활용할 수 있으며, 이로 인하여 갈수록 심각하게 대두되고 있는 고가의 원자재로 인한 부담을 ⅓이상 줄일 수 있도록 한 선행인장타입 록 볼트 및 이를 이용한 시공방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트는, 파이프; 상기 파이프의 한쪽끝단에 분리가능하게 설치되되, 2개 이상의 부채꼴로 균등 분할되고 이렇게 분할된 경계면을 중심으로 하여 인장재공과 추형홀이 형성된 확장부재; 상기 파이프와 확장부재를 관통하여 설치되되 파이프와 확장부재가 조립된 양쪽단부에서 돌출되게 설치되는 인장재; 상기 인장재의 끝단에 체결 고정되며 확장부재를 확장시킬 수 있도록 확장부재의 추형홀에 삽입 설치되는 쐐기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트에서 확장부재는 완전 분리되지 않고 연결된 이음부에 의해 하나로 마련할 수 있으며, 상기 확장부재의 추형홀에는 그 단부에 링홈을 형성하고 이 링홈에는 추형홀에 삽입 설치되는 쐐기의 분리 이탈이 방지되도록 스냅링을 끼워 조립할 수 있다. 이 경우에는 인장재와 그 끝단의 쐐기가 확장부재와 파이프에서 분리 이탈되지 않아 운반 및 시공이 가능하므로 인장재에 외부정착부재를 조립하지 않은 상태로 출하가 가능하고 작업현장에서 시공할 때 조립하여 사용하면 된다.

상기 확장부재의 인장재공과 추형홀은 확장부재의 중심선상에 마련할 수 있고, 상기 확장부재를 3개 이상으로 균등 분할한 경우엔 그 분할개수만큼 서로 이웃하는 확장부재 사이의 분할경계면을 중심으로 하여 형성할 수도 있다.

본 발명의 선행인장타입 록 볼트에서 상기 쐐기는 확장부재의 추형홀로 삽입되어 인장재의 외면을 파지하며 적어도 2개 이상으로 분할되면서 속이 빈 형상의 추체웨지; 이 추체웨지가 이탈되지 않도록 직경이 큰 외면에 체결되는 웨지캡으로 구성된다.

또한, 상기 쐐기는 확장부재의 추형홀로 삽입되며 내면이 추형홀이고 이 추형홀에 대하여 거의 일정한 두께의 추형외면을 갖는 원추통형의 라이너; 이 라이너의 추형홀로 삽입되어 인장재의 외면을 파지하며 적어도 2개 이상으로 분할되면서 속이 빈 형상의 추체웨지; 상기 라이너의 한쪽인 직경이 큰 외면에 체결되어 추체웨지가 이탈되지 않도록 씌워지는 라이너캡으로 구성된다.

또한 본 발명의 선행인장타입 록 볼트에서 상기 쐐기는 확장부재의 추형홀과 상응하는 형상으로 형성되되, 3개 이상으로 등분된 위치에 추형홀이 형성되고 이 추형홀에서 3개 이상의 인장재가 하나의 원을 이루도록 모아주는 인장재공을 갖는 원추통형의 추체와, 이 추체의 각 추형홀 내에 설치되어 그 내부로 관통하는 인장 재를 의 외면을 파지하며 적어도 2개 이상으로 분할되면서 속이 빈 형상의 추체웨지 및 상기 추체에 씌워져 추체웨지가 분리 이탈되지 않도록 하는 추체캡으로 구성될 수 있다.

상기 인장재가 인장되는 쪽의 추체 끝단부분의 인장재공은 3개 이상의 인장재가 모아져 통과될 때 그 길이방향으로 인장재의 꺾임이 발생되지 않도록 곡면(라운딩 처리)으로 마련됨이 바람직하다.

상기 쐐기의 각 실시 예에서 웨지캡, 라이너캡 및 추체캡들은 모두 인장재가 추체웨지의 후방으로 더 돌출되어 씌워지도록 인장재수용부가 마련될 수 있다.

본 발명의 선행인장타입 록 볼트에서 상기 확장부재는 파이프 끝단의 플랜지에 각각 분할된 확장부재마다 하나이상의 볼트로 체결되며, 상기 볼트는 쐐기에 의해 확장부재를 방사상으로 밀어내는 힘(추력)에 의해 보다 원활한 확장이 이뤄지도록 확장부재와 플랜지가 만나는 부위에 볼트의 호칭지름보다 작은 지름의 목부를 마련할 수 있다.

본 발명의 선행인장타입 록 볼트에서 인장재의 다른 한쪽끝단에는 인장재를 인장하중을 부여한 상태로 유지시킬 수 있는 외측정착부재가 부가 설치될 수 있다. 상기 외측정착부재는 인장재가 관통되는 인장재공을 가진 지압판재와, 이 지압판재를 관통하여 인출된 인장재의 끝단에 설치되어 인장재를 인장한 상태로 유지시키는 인장유지부재로 마련하거나, 천공구멍 내에 충진되는 그라우팅재의 누출을 방지하기 위해 천공구멍 입구에 설치되는 패커를 부가할 수도 있다. 이때, 상기 패커와 지압판재에는 천공구멍으로 그라우팅재를 주입하고 이물질제거를 위한 2개의 호스 구멍을 마련하여야 한다.

상기 인장유지부재는 인장재공과 추형홀이 형성되어 있는 고정몸체와, 이 고정몸체의 추형홀에 삽입되어 인장재를 파지 고정하는 2개 이상의 외측웨지 및 이 외측웨지와 인장재의 끝단을 덮어씌우도록 상기 고정몸체에 체결되는 몸체캡으로 구성된다.

또한 본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트를 이용한 시공방법은, 암면에 구멍을 천공하는 천공단계; 이 천공단계에 의해 천공된 구멍으로 록 볼트의 매립정착파트를 장입하는 록 볼트 장입단계; 이 장입단계에 의해 장입된 록 볼트에서 파이프를 지지하면서 인장재를 당겨 인장하는 인장단계; 이 인장단계에 의해 인장되는 인장재 끝단부분의 쐐기가 확장부재를 확장시키고 이렇게 확장되면서 볼트가 절단되어 확장부재와 파이프가 분리된 후 확장부재가 더욱 확장되어 천공구멍의 내주면에 밀착 고정되는 내부고정단계; 이 내부고정단계에 의해 확장부재를 천공구멍에 고정한 인장재에 가했던 인장력을 해제한 후 파이프를 천공구멍으로 빼내어 제거하는 파이프제거단계; 이후에 천공구멍의 입구에서 지지되도록 인장재의 끝단에 지압판과 인장유지부재를 끼워 설치한 후 인장재를 당겨 인장재에 인장력이 걸린 인장상태를 그대로 유지하면서 고정하는 외부고정단계가 포함되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징으로 이루어진 본 발명인 선행인장타입 록 볼트 및 이를 이용한 시공방법은, 확장부재를 인장재 끝단의 쐐기로 확장시켜 천공구멍의 내면에 정착 고정시킨 후, 파이프를 제거하고 인장재에 인장력을 부여 유지, 즉 선행하중 을 재하(在荷)함으로써 암반의 불연속면이 구속되어 사면의 안전성이 강화되게 되며, 이로 인하여 그라우팅재의 양생기간 없이 바로 추가 굴착작업이 가능하여 공사기간을 단축할 수 있기 때문에 공사비용의 감소는 물론 작업효율성이 향상된다.

이하, 본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 선행인장타입 록 볼트를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트에서 천공구멍 내의 매립정착파트를 나타낸 도면이며, 도 3a는 본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트에서 천공구멍의 입구에 장착되는 외측장착부분을 발췌하여 나타낸 분해 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 조립 단면도이다.

도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 선행인장타입 록 볼트는, 한쪽끝단에 플랜지(12)가 장착된 긴 파이프(10), 이 파이프(10)의 플랜지(12)에는 볼트(14)를 통해 고정된 확장부재(20), 이 확장부재(20)에는 이 확장부재(20)를 확장시키기 위해 마련된 쐐기(40), 이 쐐기(40)에 한쪽끝단이 고정되어 파이프(10)를 관통하여 마련된 인장재(30) 및 이 인장재(30)의 끝단에 파이프(10)끝단과 접하도록 마련된 외부정착부재(50)를 포함하여 구성된다.

상기 확장부재(20)는 그 중심선상에 동심을 이루고 인장재공(21)과 추형홀(22)이 형성되고 상기 인장재공(21)을 중심으로 하여 균등 분할되되 3개의 부채꼴형상으로 분할되어 있다. 상기 확장부재(20)는 분할된 각각의 확장부재(20)마다 볼트(14)를 통해 플랜지(12)에 하나의 원을 이루도록 장착되어야 한다.

상기 확장부재(20)는 3개의 부채꼴형상으로 균등 분할된 것으로 도시하였으나, 직경이 작은 경우엔 2개의 반원형으로 균등 분할할 수도 있고 직경이 큰 경우엔 4개 이상의 부채꼴형상으로 균등 분할하여도 무방하다.

상기 인장재(30)는 상기 파이프(10)와 그 한쪽끝단에 설치된 확장부재(20)를 관통하여 설치되되, 상기 파이프(10)와 확장부재(20)의 양쪽끝단에서 돌출되게 마련되어야 하며, 상기 인장재(30)는 중앙에 하나의 강선이 위치되고 그 주위에 6개의 강선이 배열된 상태로 꼬아져 있다. 또한 상기 인장재(30)는 강으로 된 봉으로 대체하여 사용할 수도 있다.

상기 쐐기(40)는 인장재(30)의 한쪽끝단에 고정되어 확장부재(20)의 추형홀(22)에 삽입 설치되는 것으로, 인장재(30)와 함께 당겨짐에 따라 인장재(30)의 인장방향인 확장부재(20)의 추형홀(22) 내측으로 삽입될수록 확장부재(20)를 확장시킬 수 있어야 한다.

상기 쐐기(40)는 확장부재(20)의 추형홀(22)로 삽입되어 인장재(30)의 외면을 파지하며 적어도 3개로 균등 분할됨과 동시에 속이 빈 형상의 추체웨지(42)와, 이 추체웨지(42)의 직경이 큰 외면에 체결되어 추체웨지(42)가 이탈되지 않도록 씌워지는 웨지캡(43)으로 구성된다. 상기 추체웨지(42)의 내면은 인장재(30)의 외면을 파지하는 주면이므로 미끄럼 없이 확실한 파지가 이뤄지도록 다수의 톱니가 형성된다.

상기 쐐기(40)는 확장부재(20)를 외측으로 확장시킬 수 있는 것이면 어떠한 방식이라도 무방하므로, 인장재(20)의 끝단에 직접 고정하거나 간접적으로 나사 체 결하여 고정할 수도 있다.

상기 볼트(14)는 쐐기(40)에 의해 확장부재(20)를 방사상으로 밀어내는 힘(추력)에 의해 볼트(14)가 용이하게 절단되어 보다 원활한 확장이 이뤄지도록 확장부재(20)와 플랜지(12)가 만나는 부위에 볼트(14)의 호칭지름보다 작은 지름의 목부를 마련할 수 있다.

상기 외측정착부재(50)는 인장재(30)가 관통되는 인장재공(52)을 갖는 지압판재(51)가 마련되고, 이 지압판재(51)를 관통하여 인출된 인장재(30)의 끝단에는 상기 인장재(30)에 인장력을 부여한 상태로 유지하기 위한 인장유지부재(55)가 마련되어 있다. 상기 인장유지부재(55)는 인장재공(56a)과 추형홀(56b)을 형성시킨 고정몸체(56)가 마련되어 있고, 이 고정몸체(56)의 추형홀(56b)에는 인장재공(56a)을 통해 관통되는 인장재(30)를 고정하기 위한 3개의 외측웨지(57)가 삽입 설치되어 있으며, 상기 고정몸체(56)에는 상기 외측웨지(57)가 이탈되지 않도록 인장재(30)의 끝단을 덮어씌우도록 몸체캡(58)이 체결되어 있다.

도면 중 미설명 부호 80은 암면의 불연속면을 보강하기 위해 암면에 천공된 천공구멍이고, 82는 인장재(30)에 인장력을 부여하기 위해 인장하는 인장재인장기구이며, 84는 외부정착부재(50)의 외측웨지(57)를 삽입하기 위한 외측웨지삽입기구이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트를 이용하여 시공하는 방법을 상세하게 설명하고자 한다.

먼저, 터널굴착공사나 암반 공사 등의 불연속적인 암면에 본 발명의 선행인 장타입 록 볼트가 장입될 수 있는 천공구멍(80)을 천공하고, 이 천공구멍(80)의 내측에 록 볼트의 매립정착부분이 위치되게 도 4a와 같이 장입한다.

이와 같이 본 발명의 선행인장타입 록 볼트를 장입한 후, 외부정착부재(50)중의 인장유지부재(55)를 분리시켜 제거하고 인장재(30)의 끝단부분에 인장재인장기구(82)를 설치한다. 이때, 상기 인장재인장기구(82)는 파이프(10) 끝단이나 지압판재(51)에 지지되어야 한다.

이러한 상태에서 상기 인장재인장기구(82)를 작동시키면 인장재인장기구(82)의 웨지가 인장재(30)를 파지하고 난 후 잡아당김으로써 인장재(30)와 함께 그 끝단의 쐐기(40)만이 당겨지게 되고, 이러한 인장재인장기구(82)의 인장하중이 더욱 세게 부여될수록 인장재(30)만을 지속적으로 당기게 된다. 이와 같이 인장재(30)가 당겨질수록 그 끝단의 쐐기(40)가 확장부재(20)의 추형홀(22)을 파고들어가 그 외측으로 밀어 확장시키는 힘에 의해 확장부재(20)를 체결하고 있는 볼트(14)가 절단되면서 확장되므로 천공구멍(80)의 내면에 견고하게 고정된다(도 4b참조). 이때, 확장부재(20)를 체결하고 있는 볼트(14)가 절단되면 파이프(10)와 별도로 분리된 상태이다.

이러한 상태에서 인장재(30)에 부여했던 인장력을 해제하고 도 4c와 같이, 상기 인장재(30)로부터 파이프(10), 지압판재(51) 및 인장재인장기구(82)를 빼내어 제거한다. 이렇게 빼내어 제거한 파이프(10)는 그 시공현장에서 곧바로 재조립하여 다시 활용할 수 있으며, 이로 인하여 갈수록 심각하게 대두되고 있는 고가의 원자재로 인한 부담을 ⅓이상 줄일 수 있다.

이렇게 파이프(10)를 제거한 인장재(30)에는 도 4d와 같이, 외측정작부재(50)와 외측웨지삽입기구(84) 및 인장재인장기구(82)를 순차적으로 설치하고, 상기 인장재인장기구(82)를 작동시켜 인장재(30)를 당겨서 인장재(30)에 소정의 인장력이 부여되도록 한다. 이와 같이 인장재(30)를 인장할 때에는 외부정착부재(50)의 외측웨지(57)를 누르지 않도록 하여야 한다. 이러한 상태에서 외측웨지삽입기구(84)를 일시적으로 작동시키면, 고정몸체(56)의 추형홀(56b)에 외측웨지(57)를 밀어 넣어 넣음으로써 외측웨지(57)가 인장재(30)를 파지하게 되고 이로 인하여 인장재(30)에 인장력이 부여된 상태로 유지되게 된다.

이때, 인장재(30)가 당겨질수록 인장재(30)끝단의 쐐기(40)에 의해 파이프(10)끝단의 확장부재(20)가 더욱 확장되므로 천공구멍(80)의 내면에 더욱 견고하게 고정되면서 인장재(30)에 선행인장하중이 재하될 수 있는 것이며, 이로 인하여 암반의 불연속면을 가압하는 등의 강도보강이 이뤄지기 때문에, 암면에 대한 하중을 지지함은 물론 그라우팅재를 주입하여 양생시키기 전에도 또 다른 굴착작업을 지속적으로 진행할 수 있는 것이다.

이후에 인장재(30)에 인장력을 인가하고 있는 인장재인장기구(82)의 작동을 정지시킨 후 인장재인장기구(82)와 외측웨지삽입기구(84)를 빼내어 제거하고, 고정몸체(56)에서 노출된 인장재(30)를 잘라낸 다음, 도 4e와 같이, 고정몸체(56)에 몸체캡(58)을 씌워 외측웨지(57)가 이탈되지 않도록 한다.

상기 본 발명의 선행인장타입 록 볼트에 선행하중이 재하되는 과정을 좀 더 구체적으로 설명하여 본다. 인장재(30)의 인장방향, 즉 천공구멍(80)의 입구 쪽으 로 당겨질수록 인장재(30)의 끝단에 쐐기(40)를 이루는 추체웨지(42)가 자연스럽게 확장부재(20)의 추형홀(22)내측으로 삽입되게 되고, 이로 인하여 상기 확장부재(20)는 그 외측방향, 즉 천공구멍(80)의 내면을 향하여 확장시키게 된다.

상기 확장부재(20)가 확장되게 되면 확장부재(20)의 외주면이 상기 천공구멍(80)의 내면과 접촉되고 이후에는 확장부재(20)가 더욱 확장될수록 상기 인장재(30)를 인장하는 과정에서 천공구멍(80)의 내면을 파고들어가 박히게 되면서 상기 확장부재(20)가 천공구멍(80)의 내면에 견고하게 고정되는 것이다.

상기와 같이 확장부재(20)를 천공구멍(80)의 내면에 고정하고 인장재(30)를 인장시켜 선행인장하중을 재하 함으로써, 그라우팅재를 주입하기 이전에 불연속면의 암면에 걸리는 하중을 지지하게 되며, 이로 인하여 천공구멍에 그라우팅을 수행하지 않거나 선택적으로 그라우팅을 행하였다 하더라도 그라우팅재가 양생되지 않은 상태에서 또 다른 굴착작업을 진행할 수 있어 작업능률의 향상과 공기를 획기적으로 단축할 수 있는 것이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 선행인장타입 록 볼트에서 다른 실시예의 매립정착부분을 나타낸 도면이다. 여기에서, 확장부재(20)는 완전 분리되지 않도록 부분적으로 연결된 이음부(25)에 의해 하나로 마련되어 있으며, 상기 추형홀(22)에는 그 단부에 링홈(23)을 형성하고 이 링홈(23)에는 추형홀(22)에 삽입 설치되는 쐐기(40)의 이탈 분리되지 않도록 스냅링(24)을 끼워 조립한 것이다.

상기 이음부(25)는 쐐기(40)에 의해 외력이 가해지면 쉽게 절단되어야 하며, 따라서 이음부(25)의 두께는 1~3㎜정도가 바람직하다. 이렇게 이음부(25)의 두께가 1㎜미만이면 작은 충돌에도 변형 내지 절단될 수 있어 바람직하지 못하고, 3㎜이상이면 시공시 확장부재(20)가 방사상으로 확장시키기 위한 과다한 초기외력이 필요하여 바람직하지 못하다.

상기와 같은 실시예의 구성에 의하면, 확장부재(20)가 이음부(25)에 의해 일체로 된 것이어서 파이프(10)의 플랜지(12)에 확장부재(20)를 볼트(14)로 체결할 때 조립작업이 용이하게 이뤄지며, 인장재(30)의 끝단에 고정된 쐐기(40)가 확장부재(20)의 추형홀(22)내에 유동되지 않게 고정되어 인장재와 그 끝단의 쐐기가 확장부재(20)와 파이프(10)에서 분리 이탈되지 않으므로 인장재(30)에 외부정착부재(50)를 조립하지 않은 상태로 출하가 가능하고 작업현장에서 시공할 때 조립하여 사용할 수 있는 것이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 선행인장타입 록 볼트에서 다른 실시예의 매립정착부분을 나타낸 도면이다. 여기에서, 쐐기(40a)는 내면이 추형홀(41a)이고 이 추형홀(41a)에 대하여 거의 일정한 두께의 추형외면(41b)을 갖는 원추통형의 라이너(41)가 마련되고, 이 라이너(41) 내면의 추형홀(41a)에는 인장재(30)의 외면을 파지하도록 적어도 3개로 균등 분할되어 속이 빈 형상의 추체웨지(42)가 삽입 설치되며, 상기 라이너(41)의 한쪽인 직경이 큰 외면에 체결되어 추체웨지(42)가 이탈되지 않도록 씌워지는 라이너캡(43a)으로 구성되어 있다. 상기 라이너캡(43a)은 인장재(30)가 추체웨지(42)의 후방으로 더 돌출되어 씌워지도록 인장재수용부(431)를 마련할 수 있다.

상기와 같은 다른 실시예의 구성에 의하면, 라이너(41)의 추형홀(41a) 내에 추체웨지(42)가 삽입되어 라이너캡(43a)에 의해 이탈이 방지되게 마련되므로, 확장부재(20)의 추형홀(22)에 조립하거나 본원발명의 록 볼트를 암반 등의 천공구멍에 삽입하여 인장재를 인장하기까지 발생될 수 있는 추체웨지(42)의 분리이탈을 확실하게 방지할 수 있다.

또한 상기 라이너캡(43a)에 인장재수용부(431)를 마련한 경우에는 추체웨지(42)가 라이너(41)의 추형홀(41a)에 삽입될수록 인장재(30)를 더욱 강력하게 파지함에 따라 추체웨지(42)후방의 인장재(30)인 와이어들이 풀려 인장재(30)의 직경이 확장되는 효과를 얻을 수 있고 이와 같이 인장재(30)의 직경이 확장되면 인장재(30)가 추체웨지(42)에 걸려 더욱 확실한 파지가 이뤄지게 된다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 선행인장타입 록 볼트에서 또 다른 실시예의 매립정착부분을 나타낸 도면이다. 여기에서, 쐐기(40b)는 확장부재(20)의 추형홀(22)과 상응하는 형상으로 형성되되 3개로 등분된 위치에 추형홀(45)이 형성되고 이 추형홀(45)에서 3개의 인장재(30)를 하나의 원을 이루도록 모아주는 인장재공(46)을 갖는 원추통형의 추체(44)가 마련되어 있으며, 이 추체(44)의 각 추형홀(45) 내에는 그 내부로 관통하는 인장재(30)의 외면을 파지하며 적어도 2개 이상으로 분할되면서 속이 빈 형상의 추체웨지(42)가 설치되고, 상기 추체(44)에는 추체웨지(42)가 분리 이탈되지 않도록 하는 추체캡(43b)이 씌워져 있다.

상기 인장재(30)가 모아지는 쪽, 즉 인장되는 쪽의 추체(20) 끝단부분의 인장재공(46)은 3개의 인장재가 통과될 때 그 길이방향으로 인장재의 꺾임이 발생되지 않도록 곡면(라운딩 처리)으로 마련되어야 한다. 상기 인장재(30)에 꺾임이 발 생되면 인장재를 인장할 때 국부적으로 집중적인 하중이 걸리므로 인장재의 절단이 초래될 수 있기 때문이다.

상기와 같은 다른 실시 예의 선행인장타입 록 볼트에 의하면, 확장부재(20a)의 중심선상에 1개의 쐐기(40b)를 마련하되 이 쐐기(40b)는 추체(44)에 3개의 인장재(30)를 관통시켜 각각의 추체웨지(42)로 파지 고정시킨 것이므로 일실시 예와 같이 1개의 쐐기(40a)가 마련되는 확장부재(20)보다 확장부재(20a)가 대략 1.3배로 대형화되며, 이로 인하여 천공홀의 직경이 105㎜~140㎜에 적용할 수 있고 3개의 인장재(30)로 보다 큰 인장력을 부여할 수 있어 록 볼트간의 유격을 넓힐 수 있음은 물론 록 볼트설치용 천공홀의 개수를 줄여 공사비의 절감을 꾀할 수 있는 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트에서 천공구멍의 입구에 장착되는 외측장착부재의 다른 실시 예를 나타낸 도면이다. 여기서는, 천공구멍(80)의 입구를 인장재구멍(61)과 호스구멍(62)이 형성된 패커(60)로 막고 그 외측에 지압판재(51)를 마련한 것이며, 이 패커(60)와 지압판재(51)에는 천공구멍으로 그라우팅재를 주입하고 이물질제거를 위한 2개의 호스구멍(61)(53)이 형성된 것이다.

상기와 같이 구성된 다른 실시예의 구성에 의하면, 천공구멍(80)의 입구부분이 패커(60)에 의해 긴밀하게 폐쇄되므로, 위에서 설명한 바와 같은 방법에 의해 확장부재(20)를 천공구멍(80)의 내면에 고정시킨 후 인장재(30)에 인장력을 부여하여 선행하중을 재하하고, 상기 패커(60)와 지압판재(50)의 호스구멍(62,53)중 한쪽의 호스구멍을 통해 그라우팅재인 시멘트몰탈을 주입하되 다른 한쪽의 호스구멍으로는 천공구멍 내의 공기나 이물질을 빼내면서 가압그라우팅을 시행할 수 있는 것 이다. 이때, 불연속면의 암반 사이에도 시멘트몰탈이 확실하게 침투된 상태로 양생이 이루어지게 된다.

이와 같이 그라우팅재인 시멘트몰탈이 양생되고 나면 불연속면의 암반 사이에도 시멘트몰탈이 침투하여 양생되기 때문에 더욱 암반에의 강도보강이 이뤄지는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트를 이용한 시공방법에서는 확장부재(20)가 장착되지 않은 파이프(10) 끝단의 인장재(30)에 외측장착파트를 임시로 설치한 록 볼트를 천공구멍(80)으로 삽입하고, 위에서 설명한 바와 같이 인장재인장기구를 이용하여 인장재(30)를 당김에 따라 인장재(30)끝단의 쐐기(40)가 파이프(10)끝단의 확장부재(20)를 확장시키므로 천공구멍(80)의 내면에 매립정착파트가 견고하게 고정된다.

이와 같이 확장되는 확장부재(20)는 쐐기(40)에 의해 확장되면서 파이프(10)와 확장부재(20)를 체결하고 있는 볼트(14)를 절단하게 되며, 이렇게 볼트(14)가 절단됨에 따라 별도로 분리된 파이프(10)를 제거하지 않고 그대로 남겨둔 채로 시공을 마무리하거나 이후에 천공구멍(80)내부에 그라우팅재인 시멘트몰탈을 주입할 수도 있는 것이다.

이러한 시공방법은 파이프(10)의 제거에 따른 인장재인장기구를 제거하고 파이프를 빼내어 제거한 후에 다시 인장재인장기구를 설치하여야 하는 번거로움을 해소할 수 있어 작업이 수월하며, 상기에서 언급한 인장재(30)에 그대로 선행인장하중을 부여할 수 있어 추가 굴착작업을 연속적으로 수행할 수 있어 시공기간을 단축 할 수 있음은 물론이고 천공구멍(80)내의 파이프(10)가 보강재로서의 기능을 수행하므로 보다 강도보강이 이루어져 록 볼트의 시공간격을 넓히거나 안전도를 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트는 도시하고 설명한 것 이외에도 다양하게 변형실시 가능한 것인바, 본 발명의 목적범위를 이탈하지 않는 한 변형되는 실시 예들은 모두 본 발명의 권리범위에 포함되어 해석되어야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 선행인장타입 록 볼트 및 이를 이용한 시공방법에 의하면, 확장부재를 인장재 끝단의 쐐기로 확장시켜 천공구멍의 내면에 정착 고정시킨 후, 파이프를 제거하고 인장재에 인장력을 부여 유지, 즉 선행하중을 재하(在荷)함으로써 암반의 불연속면이 구속되어 사면의 안전성이 강화되게 되며, 이로 인하여 그라우팅재의 양생기간 없이 바로 추가 굴착작업이 가능하여 공사기간을 단축할 수 있는 특유한 효과가 기대된다.

또한 본 발명은 확장부재를 확장시켜 천공구멍에 정착 고정시킨 후 파이프를 빼내어 제거함으로써 그 시공현장에서 곧바로 재조립하여 고가의 자재인 파이프를 다시 활용할 수 있으며, 이로 인하여 갈수록 심각하게 대두되고 있는 고가의 원자재로 인한 부담을 ⅓이상 줄일 수 있는 효과가 기대된다.

Claims (19)

1. 일단부에 플랜지(12)가 마련된 파이프(10);

   상기 파이프(10)의 플랜지(12)에 분리 가능하게 결합되고, 중심축선을 기준으로 2개 이상의 부채꼴기둥 형상으로 균등 분할되되 분할된 각각의 분할부위 사이로 축 방향을 따라 인장재공(21)이 형성되며 그 후단부에 연속해서 추형홀(22)이 관통 형성된 확장부재(20);

   상기 파이프(10)와 확장부재(20)를 관통하여 설치되되 파이프(10)와 확장부재(20)가 조립된 양쪽단부에서 돌출되게 설치되는 인장재(30);

   상기 인장재(30)의 한쪽끝단에 체결 고정되며 확장부재(20)를 확장시킬 수 있도록 확장부재(20)의 추형홀(22)에 삽입 설치되는 쐐기(40,40a,40b); 및

   상기 플랜지(12)와 이에 대응되어 각각 분할된 확장부재(20)를 체결되고 이 확장부재(20)와 플랜지(12)가 만나는 부위에 호칭지름보다 작은 지름의 목부가 마련된 하나 이상의 볼트(14);

   를 포함하여 구성되는 선행인장타입 록 볼트.
2. 제1항에 있어서,

   상기 추형홀(22)에는 그 단부에 링홈(23)을 형성하고 이 링홈(23)에는 추형홀(22)에 삽입 설치되는 쐐기(40)가 이탈 분리되지 않도록 스냅링(24)을 끼워 조립한 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
3. 제1항에 있어서,

   상기 확장부재(20)는 완전 분리되지 않고 연결되는 이음부(25)에 의해 하나로 마련되는 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
4. 제1항에 있어서,

   상기 확장부재(20)의 인장재공(21)과 추형홀(22)이 확장부재(20)의 중심선상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
5. 제1항에 있어서,

   상기 확장부재(20)의 인장재공(21)과 추형홀(22)이 상기 확장부재(20)를 3개 이상으로 균등 분할한 경우 그 분할개수만큼 서로 이웃하는 확장부재(20) 사이의 분할경계면을 중심으로 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
6. 제1항에 있어서,

   상기 쐐기(40)는 확장부재(20)의 추형홀로 삽입되어 인장재(30)의 외면을 파지하며 적어도 2개 이상으로 분할된 속이 빈 형상의 추체웨지(42); 이 추체웨지(42)가 이탈되지 않도록 직경이 큰 외면에 체결되는 웨지캡(43)으로 구성된 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
7. 제6항에 있어서,

   상기 웨지캡(43)은 인장재(30)가 추체웨지(42)의 후방으로 더 돌출되어 씌워지도록 인장재수용부(431)가 마련되는 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
8. 제1항에 있어서,

   상기 쐐기(40a)는 확장부재(20)의 추형홀(22)로 삽입되며 내면이 추형홀(41a)이고 이 추형홀(41a)의 외측에 추형외면(41b)을 갖는 원추통형의 라이너(41); 이 라이너(41)의 추형홀로 삽입되어 인장재(30)의 외면을 파지하며 적어도 2개 이상으로 분할되면서 속이 빈 형상의 추체웨지(42a); 상기 라이너(41)의 한쪽인 직경이 큰 외면에 체결되어 추체웨지(42a)가 이탈되지 않도록 씌워지는 라이너캡(43a)으로 구성된 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
9. 제8항에 있어서,

   상기 라이너캡(43a)은 인장재(30)가 추체웨지(42)의 후방으로 더 돌출되어 씌워지도록 인장재수용부(431)가 마련되는 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1항에 있어서,

    상기 쐐기(40b)는 3개 이상으로 등분된 위치에 추형홀(45)이 형성되고 이 추형홀(45)에서 3개 이상의 인장재(30)가 하나의 원을 이루도록 모아지는 인장재공(46)을 갖는 원추통형의 추체(44)와, 이 추체(44)의 각 추형홀(45) 내에 설치되어 그 내부로 관통하는 인장재(30)를 파지 고정하는 추체웨지(42a) 및 상기 추체(44)에 씌워져 추체웨지(42a)가 분리 이탈되지 않도록 하는 추체캡(43b)으로 구성된 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
13. 제12항에 있어서,

    상기 인장재(30)가 인장되는 쪽의 추체(44) 끝단부분의 인장재공(46)은 3개 이상의 인장재(30)가 통과될 때 그 길이방향으로 인장재의 꺾임이 발생되지 않도록 곡면으로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
14. 제12항에 있어서,

    상기 추체캡(43b)은 인장재(30)가 추체웨지(42)의 후방으로 더 돌출되어 씌워지도록 인장재수용부(431)가 마련되는 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
15. 제1항에 있어서,

    상기 인장재(30)의 다른 한쪽끝단에는 인장재(30)에 인장하중을 부여한 상태로 유지시킬 수 있는 외측정착부재(50)가 부가 설치된 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
16. 제15항에 있어서,

    상기 외측정착부재(50)는 인장재(30)의 다른 한쪽끝단인 천공구멍의 입구부분에 인장재(30)가 관통되는 인장재공(52)을 가진 지압판재(51)가 설치되고 이 지압판재(51)를 관통하여 인출된 인장재(30)의 끝단에 설치되어 인장재를 인장한 상태로 유지하기 위한 인장유지부재(55)가 부가 설치된 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서,

    상기 외부정착부재(50)의 전방에는 천공구멍의 입구를 기밀이 유지되게 막는 패커(60)가 부가 설치된 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트.
18. 암면에 구멍을 천공하는 천공단계; 이 천공단계에 의해 천공된 구멍으로 록 볼트의 매립정착파트를 장입하는 록 볼트 장입단계; 이 장입단계에 의해 장입된 록 볼트에서 파이프를 지지하면서 인장재를 당겨 인장하는 인장단계; 이후에 천공구멍의 입구에서 지지되도록 인장재의 끝단에 지압판과 인장유지부재를 끼워 설치한 후 인장재를 당겨 인장재에 인장력이 걸린 인장상태를 그대로 유지하면서 고정하는 외부고정단계를 포함하는 선행인장타입 록 볼트를 이용한 시공방법에 있어서,

    상기 인장단계는 인장재가 인장되면서 그 끝단부분의 쐐기가 확장부재를 확장시키고 이렇게 확장되면서 볼트가 절단되어 확장부재와 파이프가 분리된 후 확장부재가 더욱 확장되어 천공구멍의 내주면에 밀착 고정되는 내부고정단계를 포함하며, 이 내부고정단계에서 확장부재를 천공구멍에 고정하기 위해 인장재에 가했던 인장력을 해제한 후 파이프를 천공구멍으로 빼내어 제거하는 파이프제거단계가 부가되어 이루어진 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트를 이용한 시공방법.
19. 제18항에 있어서,

    상기 외부고정단계에서 천공구멍의 입구부분을 패커로 긴밀하게 폐쇄시킨 후, 패커와 지압판재의 호스구멍 중 한쪽의 호스구멍을 통해 그라우팅재인 시멘트몰탈을 주입하고 다른 한쪽의 호스구멍으로는 천공구멍 내의 공기나 이물질을 빼내면서 가압그라우팅을 시행하는 것을 특징으로 하는 선행인장타입 록 볼트를 이용한 시공방법.

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