KR101039316B1 - 터널 배수 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 배수 구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터널 내부의 배수 구조를 개선하여 시멘트의 용해로 인한 고화현상을 방지하고, 원활한 배수 체계를 갖춰 터널의 내구성을 향상시킴과 아울러, 독립적인 배수관 운용으로 인한 효율적인 유지관리를 가능하게 하고 공사 비용을 절감하며 시공성을 향상시킬 수 있는 터널 배수 구조물에 관한 것이다.

Description

터널 배수 구조물{Drainage structure for tunnel}

본 발명은 터널 배수 구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도로의 터널 배수방식을 개선하여 배수계통의 막힘현상을 최소화하고, 터널의 내구성을 향상시킬 수 있는 터널 배수 구조물에 관한 것이다.

일반적으로 지반을 굴착하여 터널을 건설하는 공사는, 굴착을 한 후 보강 과정을 거쳐 라이닝 콘크리트를 설치하는 공정을 거쳐 완성된다.

이와 같이 터널을 시공하는 방법으로는, 화약류 발파에 의한 NATM(New Austrian Tunneling Method)공법, TBM(Tunnel Boring Machine)공법 등을 이용한 굴착식 및 개착식 터널 공법 등으로 크게 구분되어 질 수 있으며, 이 가운데 NATM 공법은 화약발파에 의하여 터널굴착을 진행하면서 숏크리트(shotcrete)를 굴착 단면에 타설하여 굴착된 주위 지반 자체를 지보재로 이용하되, 곧바로 라이닝 콘크리트(lining concrete)를 숏크리트면에 형성시키는 굴착방법으로서, 경제성 및 안전성이 검증되어 터널의 설계 및 시공에 있어 국내에서는 주류를 이루고 있다.

이러한 터널 내부로는 주변에서 가해지는 압력에 따라 암반에서 방출되는 용출수 및 지하에서 방출되는 지하수가 필수적으로 유입될 수 밖에 없으며, 이에 따라 숏크리트 및 라이닝 콘크리트의 용해로 인하여 배수관에서 시멘트가 굳어지는 고화현상이 발생되어 원활한 배수가 이루어지지 못할 뿐만 아니라, 라이닝 콘크리트의 균열로 인하여 터널의 내구성이 저하되었으며, 비 또는 눈이 많이 오게 되면 더욱 많은 양의 수분이 터널로 유입되어 이러한 현상이 더욱 심화된다는 문제가 있었다.

따라서, 터널 경계면의 상부에는 방수막을 설치하고 하부에서 지하수 등을 집수 및 배출하는 부분 배수형 터널을 대부분 적용하고 있으며, 도1 에 도시된 바와 같은 종래의 터널 배수 구조물은, 암반에 숏크리팅이라 불리는 방법에 의하여 타설된 숏크리트(1)와, 상기 숏크리트(1)의 내측에 거푸집에 의해 타설된 라이닝 콘크리트(3)와, 상기 숏크리트(1)와 라이닝 콘크리트(3) 사이에 위치하여 상기 숏크리트(1)를 통하여 침투된 물을 터널의 하부로 흐르도록 유도하는 방수막(2)과, 상기 숏크리트(1)와 라이닝 콘크리트(3) 사이에 위치한 상기 방수막(2)을 타고 흐르는 물이 통과될 수 있도록 다수개의 구멍이 형성되어 있는 유공관(4)이 골재과 콘크리트가 혼합된 필터 콘크리트(filter concrete)(5)로 채워져 고정된다.

또한, T자형 이음관에 의하여 상기 유공관(4)에 일정 간격으로 연결된 횡방향 배수관(6), 상기 횡방향 배수관(6)과 연결되어 터널 외부로 물을 배출시킬 수 있는 종방향 배수관(주 배수관)(7), 터널 내부의 하수 및 터널로 유입된 빗물을 집하하여 상기 종방향 배수관(7)으로 배출할 수 있는 공동구(8) 및 지하에서 용출되는 지하수를 집하하여 배출할 수 있는 맹암거 배수관(9)을 포함하여 이루어진다.

즉, 암반을 통하여 숏크리트(1) 내부로 침투하는 물은 숏크리트(1)와 라이닝 콘크리트(3) 사이에 형성된 방수막(2)을 통과하지 못하여 방수막(2) 외부를 타고 흘러내리게 되고, 흘러내린 물은 방수막(2)의 끝단에 위치하는 필터 콘크리트(5)를 통과한 후 유공관(4) 내부로 유입되며, 유입된 물은 횡방향 배수관(6)을 통해 종방향 배수관(7)으로 모여 터널 외부로 배출된다.

이와 같은 시공 방법에 따라 터널 내부로 침투되는 물을 터널 외부로 배출할 수 있어, 라이닝 콘크리트의 균열 및 부식 현상을 감소시킬 수는 있지만, 터널 측벽을 타고 내부로 침투되는 깨끗한 물과 터널 내부의 하수 및 터널로 유입된 빗물을 구분하지 않고 하나의 종방향 배수관(주 배수관)으로 한꺼번에 배출하게 되어, 깨끗한 물을 재활용하지 못하고 폐수로 버리게 되는 문제가 있었다.

이에 따라, 터널의 내부로 침투되어 숏크리트(10)와 라이닝 콘크리트(30) 사이의 방수막(20)을 타고 흘러내려 필터 콘크리트(50)를 통과하여 유공관(40)에 집하되어 종방향 배수관(70)을 통하여 외부로 배출되는 물과, 공동구(80)를 통하여 집하되어 별도의 배수로(81)를 통하여 배출되는 터널의 하수 및 터널로 유입된 오염된 물을 구별하기 위하여 도2 에 도시된 바와 같이 별도의 배수로(81)를 설치하여 깨끗한 물과 오염된 물을 구별하여 터널 외부로 배출하도록 하고 있다.

그러나, 상기와 같은 여러 가지 방법에 따르더라도, 숏크리트 및 필터 콘크리트를 통과하면서 터널 내부로 물이 침투되는 과정에서, 물에 여러 가지 부산물이 섞일 뿐만 아니라, 물과 접촉하는 시멘트가 용해되어 시멘트에 포함된 산화칼슘을 쓸고가, 자연 상태에서는 석회 성분이 없던 지하수가 높은 석회 성분을 함유한 채로 배수관으로 흘러가게 된다.

특히, 침투된 지하수가 유공관으로 집수되는 과정에서, 유공관을 일정하게 고정시키기 위하여 상기 유공관 주위에 필터 콘크리트가 위치하지만, 필터 콘크리트 또한 시멘트가 혼합되어 사용되므로 배수관 내부에 탄산칼슘 등을 침전시키는 상황을 더욱 악화시키는 원인이 되어 왔다.

따라서, 산화칼슘이 물과 접촉하여 수산화칼슘으로 변화하고, 대기 중의 이산화탄소와 결합하면 탄산칼슘으로 변화되어 터널 내부의 여러 배수관 및 유공관의 구멍에 점점 쌓이게 되는 고화현상(또는 백태현상)이 나타나게 되며, 궁극적으로는 배수계통의 기능이 저하되고, 라이닝에 수압이 작용하게 되어 터널의 안전성 및 내구성에 문제가 발생하게 될 우려가 있다.

또한, 숏크리트 및 필터 콘크리트를 통과하면서 터널 내부로 물이 침투되어 1차적으로 유공관에 저장된 후, 횡방향 배수관을 통하여 다시 종방향 배수관을 통하여 외부로 배출되기 때문에, 여러 개의 배수관 내부에 노폐물 및 석회성분이 연쇄적으로 쌓이게 되어 다수의 배수관을 주기적으로 청소해야만 하는 불편함이 있었으며, 도1 및 도2에 도시된 바와 같은 종래의 터널 배수 구조물에서는 하나의 공동구를 통하여 모든 배수관을 청소하는 것이 실질적으로 불가능할 뿐만 아니라, 배수관 내부의 침적된 석회성분을 임시적으로 제거할 뿐 궁극적인 외부 요인의 해결책이 되지 못하였다.

나아가, 유공관 및 공동구로부터 측면으로 연장되어 종방향의 주 배수관이 위치하여 터널 외부로 물을 배출하는 구조였기 때문에, 배수관이 위치한 상부는 차량이 진행할 수 없고 유지관리가 불가능하다는 점을 고려하면, 차량이 진행하는 도로의 경계 및 노견이 좁아져서 운전자의 심리적 부담감이 가중되며 안전사고의 발생이 빈번해진다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 터널 내부의 배수 구조물을 개선하여 시멘트의 용해로 인한 고화현상을 방지하고 원활한 배수 체계를 갖춤과 아울러, 독립적인 배수관 운용으로 인한 효율적인 유지관리를 가능하게 하고 공사 비용을 절감하며 시공성을 향상시킬 수 있는 터널 배수 구조물을 제공하고자 함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 터널 측벽의 내부에 위치하는 방수막을 타고 흘러내린 물이 유입되도록 복수개의 구멍이 형성되어 있는 유공관, 상기 유공관 주위를 감싸고 있는 골재, 상기 유공관 및 상기 골재을 고정시키기 위하여 일측이 터널의 하단에 결합되어 있고 타측이 상부 방향으로 연장되어 있는 고정장치 및 상기 골재 및 상기 고정장치의 외부를 감싸고 있는 방수막을 포함하여 이루어진다.

또한, 터널의 측벽으로부터 연장된 하부에 위치하여 터널 내부의 청소수를 집수하는 공동구, 상기 공동구의 측면에 형성되어 터널 내부의 청소수를 터널 외부로 방출하도록 홈이 형성된 배수구, 상기 공동구의 일측과 상기 배수구를 연결하여 상기 공동구에 집수된 청소수를 상기 배수구로 방출하는 복수개의 파이프 및 터널의 하부 끝단에 위치하여 유입되는 지하수를 터널 외부로 방출하는 맹암거 배수관을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 유공관의 직경은 200mm이고 상기 유공관에 형성된 구멍의 직경은 5mm 인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 유공관의 상측으로 형성되어 터널의 내벽까지 연장된 제1점검구 및 상기 맹암거 배수관의 상측으로 형성되어 터널의 내벽까지 연장된 제2점검구를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 상기 고정장치는, 터널의 하부에 고정되며 일측에 수직방향으로 이루어진 홈인 끼움부가 형성되어 있는 하부 고정부재 및 하단이 상기 하부 고정부재의 끼움부에 삽입되어 결합되며 상부 측면에는 일정한 경사를 가지며 연장된 연장부가 형성되어 있는 상부 고정부재를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하부 고정부재의 상단에는 일측이 내부로 오목하게 함몰되어 유공관이 결착될 수 있는 결착홈이 형성되어 있는 상부 돌출부가 연결되어 있는 것이 바람직하고, 상기 하부 고정부재의 하단에는 중심에 복수개의 구멍이 형성되어 있는 하부 돌출부가 연결되어 있는 것이 바람직하며, 상기 상부 고정부재 및 상기 연장부의 단면은 굴곡된 요철형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상부 고정부재의 일측면과 이에 인접하는 다른 상부 고정부재의 일측면 사이에 제1가로막이 끼움 결합되고, 상기 연장부의 일측면과 이에 인접하는 다른 연장부의 일측면 사이에 제2가로막이 끼움 결합되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는, 터널 측면으로 침투되는 물을 유공관에 집수하는 과정에서, 유공관 주위에 사용되었던 필터 콘크리트를 사용하지 않고 골재만을 사용함으로서 시멘트의 용해를 방지할 수 있으므로, 배수관 내부의 고화현상을 방지할 수 있고 막힘현상을 최소화 할 수 있으며, 이로 인하여 별도의 청소과정 없이도 영구적인 배수기능을 확보할 수 있어 터널 구조의 안정성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 터널 내부로 침투되는 지하수와 터널 내부로 흐르는 청소수를 각각 다른 배수관을 통하여 터널 외부로 방출하기 때문에, 집수된 지하수는 농업용수, 청소수 및 소화용수 등으로 재활용 할 수 있고, 청소수는 별도 저장 후 처리과정을 거쳐 재활용 할 수 있으므로, 자원의 효율적인 사용이 가능할 뿐만 아니라, 최근의 강화된 환경기준에 부합하는 배수체계를 수립할 수 있다.

또한, 다수개의 배수관을 사용하지 않고 물이 터널 외부로 집수되어 배출될 수 있는 최소한의 배수관 만을 사용함과 동시에, 점검 및 관리가 용이한 위치에 터널 구조와 저촉됨이 없이 다수개의 점검구를 설치하여 터널 배수 구조의 유지관리를 용이하게 하였다.

나아가, 종래 사용되던 횡방향 배수관 및 종방향 배수관을 사용하지 않고 침투된 물을 유공관 자체에 의하여 터널 외부로 배출하도록 배수 체계를 단순화함으로서, 필요로 하는 배수관의 수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, ABUT구조체의 크기를 줄일 수 있으므로 포장 단면이 늘어나 운전자가 느끼는 심리적 부담감을 해소할 수 있으며, 안전사고를 예방할 수 있다는 장점이 있다.

도1 은 종래 사용되던 터널 배수 구조물을 나타낸 단면도 및 부분확대도.
도2 는 종래 사용되던 터널 배수 구조물을 나타낸 단면도 및 부분확대도.
도3 은 본 발명의 일실시예에 따른 터널 배수 구조물을 나타낸 단면도 및 부분확대도.
도4 는 본 발명의 일실시예에 따른 터널 배수 구조물을 나타낸 단면도 및 부분확대도.
도5 는 본 발명의 일실시예에 따른 터널 배수 구조물의 부분확대도.
도6 은 본 발명의 일실시예에 따른 터널 배수 구조물을 나타낸 사시도.
도7 은 본 발명에 사용되는 고정장치를 나타낸 사시도.
도8 은 본 발명에 사용되는 고정장치의 하부 고정부재를 나타낸 사시도.
도9 는 본 발명에 사용되는 고정장치의 상부 고정부재를 나타낸 사시도.
도10 은 본 발명에 사용되는 고정장치에 제1가로막이 결합되는 과정을 나타낸 사시도.
도11 은 본 발명에 사용되는 고정장치에 제2가로막이 결합되는 과정을 나타낸 사시도.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명인 터널 배수 구조물의 일실시예를 나타낸 도3 을 참조하면, 본 발명은 터널 측벽의 내부에 위치하는 방수막(200)을 타고 물이 흐르도록 이루어진 부분 배수형 터널 배수 구조물에 있어서, 상기 방수막(200)을 타고 흘러내린 물이 유입되도록 복수개의 구멍이 형성되어 있는 유공관(400), 상기 유공관(400) 주위를 감싸고 있는 골재(500), 상기 유공관(400) 및 상기 골재(500)를 고정시키기 위하여 일측이 터널의 하단에 결합되어 있고 타측이 상부 방향으로 연장되어 있는 고정장치(600) 및 상기 골재(500) 및 상기 고정장치(600)의 외부를 감싸고 있는 방수막(200)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도3 에서는 상기 유공관(400), 골재(500) 및 고정장치(600)가 터널의 하부 끝단에 형성되어 있는 것을 도시하였으나, 필요에 따라 상기 유공관(400), 골재(500) 및 고정장치(600)가 터널의 내측으로 임의의 높이에 설치될 수도 있다.

상기 유공관(400)은 터널의 길이 방향을 따라 터널의 측면 내부에 위치하고 있으며, 상기 유공관(400)의 길이 방향을 따라 복수개의 구멍이 연속적으로 형성되어 있어, 그 내부로 물이 유입될 수 있다.

종래 사용되던 유공관은 형성된 구멍의 크기가 대략 1mm 내지 3mm 정도여서, 모세력(capillary force)에 의하여 지하수가 정체되는 현상이 발생하였고, 시멘트의 고화현상으로 인하여 구멍이 자주 막혔으며, 관 내부가 고화된 물질들로 막혔을 경우에는 고압의 워터젯(water jet)을 이용하여 청소해주어야 하지만, 1mm 내지 3mm 의 구멍 사이로 워터젯을 통과시켜 청소를 하는 것이 불가능하여, 지하수의 침투로 인한 배수기능이 저하될 뿐만 아니라 터널 구조의 안전성이 취약해진다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명과 같이 상기 유공관(400)에 형성된 구멍의 직경이 약 5mm 정도로 크게 형성하는 경우에는, 시멘트의 용해로 인한 석회 물질들의 침전으로 구멍이 막힐 염려가 없을 뿐만 아니라, 넓은 구멍을 통하여 물이 보다 쉽게 침투될 수 있으므로 지하수의 빠른 배출이 이루어질 수 있어 터널 구조의 안전성을 도모할 수 있다.

또한, 미소량의 석회 물질의 침전에 의하여 상기 유공관(400) 및 구멍이 막힌다고 하더라도, 넓은 구멍으로 워터젯을 통과시켜 침전물을 제거할 수 있으므로, 터널 내부의 청소 빈도가 줄어들 뿐만 아니라, 부분 배수 터널의 배수 기능을 원활하게 유지할 수 있다.

상기 유공관(400) 주위에는 골재(500)가 위치하고 있는데, 종래 골재와 콘크리트가 혼합되어 사용되었던 필터 콘크리트 대신 순수한 골재(500)만을 사용하여, 상기 유공관(400)을 고정시킴은 물론, 상기 유공관(400)으로 유입되는 지하수의 불순물을 걸러내고 석회 물질의 유입을 방지할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 유공관(400) 주위의 필터 콘크리트에 사용되었던 시멘트 재질이 지하수에 용해됨에 따라 가속화되었던 고화현상을 최소화 할 수 있어 지속적인 유지관리 비용이 소요되지 않아 경제적이며, 터널 배수관의 막힘 현상의 원인을 근본적으로 제거할 수 있으므로 영구적인 배수기능의 안전성을 확보할 수 있다.

상기 골재(500)로는 조립질의 골재가 사용되는 것이 바람직하며, 골재(500) 사이의 공극을 최소로 하기 위하여 크고 작은 다양한 크기의 골재(500)를 섞어서 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

이와 같이, 시멘트가 혼합되어 있는 필터 콘크리트를 사용하지 않고 순수한 골재(500)만을 사용할 경우, 통과한 물의 PH를 측정한 결과 종래에 비하여 상대적으로 낮은 PH값을 나타내는 것을 알 수 있는데, 이는 시멘트화 되지 않은 순수한 골재(500)만을 이용하여 상기 유공관(400) 주위를 감싸서 포장하였기 때문이다.

즉, 종래에는 시멘트가 혼합되어 있는 필터 콘크리트를 사용하였기 때문에 침투되는 물에 시멘트가 용해되는 수화반응이 일어나고, 이에 따라 생성되는 수산화칼슘에 의하여 PH 약 12.5 의 강알칼리성을 띠게 되었으며, 이러한 수산화칼슘이 공기중의 이산화탄소와 결합하는 탄산화 과정을 거쳐 흰색의 고체가 되는 백태현상이 발생하였다.

따라서, 터널 내부의 배수관에 침전물이 쌓이게 되어 배수가 원활하게 일어나지 못한다는 문제와 더불어, 터널 내부의 철근 주위에 부동태 피막을 형성하여 철근의 부식을 가속화시켜 터널 구조의 안전성에 좋지 않은 영향을 미쳐왔다.

본 발명에 따른 터널 배수 구조물에서 방출되는 물의 PH가 상대적으로 낮은 7~8 정도의 중성을 띠는 것으로 보아 시멘트 및 수산화칼슘을 거의 포함하고 있지 않다는 것을 알 수 있으며, 따라서 백태현상의 방지 및 터널 구조의 안전성 유지에 보다 유리한 것이다.

또한, 종래에는 외부 서포터 없이 점착성이 있는 필터 콘크리트를 사용하여 유공관 상단을 경사채움으로 시공함으로서 상기 유공관을 고정시켰으나, 본 발명에서는 필터 콘크리트 대신 점착성이 없는 순수한 골재(500)만을 사용하기 때문에 골재(500)를 일정하게 위치시키고 고정하기 위한 별도의 고정장치(600)가 더 필요하다.

따라서 상기 고정장치(600)가 상기 유공관(400)의 외부에 위치하는 것이 바람직하며, 상기 고정장치(600)의 일측은 터널의 하단인 바닥 콘크리트면에 고정 결합되고, 타측은 터널의 상부를 향하여 굴곡되게 연장되어 있는 것이 더욱 바람직하다.

즉, 상기 고정장치(600)를 형성함에 따라, 상기 유공관(400)을 안정되게 고정시키고 상기 유공관(400) 주위에 채워지는 점착성이 없는 골재(500)를 일정하게 고정시킬 수 있으며, 구조적 안전성을 유지할 수 있다.

상기 고정장치(600)는 바닥 콘크리트가 타설된 후 볼트 또는 핀 등에 의하여 바닥 콘크리트면에 고정 결합될 수 있고, 바닥 콘크리트의 레벨링(leveling)시 그 내부에 끼워져서 동시에 매설되어 고정될 수도 있다.

상기 고정장치(600)는 침투되는 지하수와 직접적으로 접촉할 수 있기 때문에 산화되거나 부식되지 않는 다양한 강화 플라스틱 등의 재질로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

나아가, 상기 유공관(400) 주위로 골재(500)를 채워넣더라도, 원통 형상의 상기 유공관(400)을 상기 고정장치(600)의 평평한 바닥면의 일정한 위치에 움직이지 않도록 고정시키기 위하여, 상기 유공관(400)을 고정장치(600)의 바닥면에 위치시킨 후 와이어 등으로 묶어 상기 유공관(400)의 위치를 고정시키는 것이 더욱 바람직하다.

상기 고정장치(600) 및 골재(500)의 외측 둘레로는 방수막(200)이 감싸져 있어 상기 방수막(200)의 내부 즉, 라이닝 콘크리트(300) 내부로 물이 침투되지 못하고 상기 유공관(400)을 통하여 외부로 방출될 수 있도록 함으로서, 원활한 배수과정의 유지 및 터널의 내구성 향상을 달성할 수 있다.

도5 의 확대도를 참조하면, 상기 방수막(200)은 터널의 상부로부터 상기 숏크리트(100)를 침투하는 지하수를 터널 하부로 유도하여 터널 외부로 방출할 수 있도록 하기 위하여, 상기 숏크리트(100)와 라이닝 콘크리트(300)의 사이의 면을 따라서 위치하고 있으며, 상기 방수막(200)의 외부 즉, 상기 숏크리트(100)와 맞닿는 면에는 부직포 등이 더 위치하여 터널 내부로 유입되는 불순물을 걸러주는 것이 더욱 좋다.

상기 방수막(200)은 상기 골재(500) 및 고정장치(600)가 상기 라이닝 콘크리트(300)와 마주하는 면을 따라서 연장되어 위치하고 있으며, 상기 골재(500)와 상기 숏크리트(100)가 만나는 면에는 지하수가 흘러내려 물이 상기 유공관(400) 내부로 침투되어야 하기 때문에, 상기 방수막(200) 대신 부직포만 부착하여 불순물이 없는 지하수를 상기 유공관(400) 내부로 침투될 수 있도록 하는 것이 좋다.

따라서, 본 발명과 같은 배수 시스템을 이용하여 터널을 시공하는 과정은, ⅰ)굴착 후 숏크리트 타설, ⅱ)ABUT 기초 콘크리트 타설, ⅲ)고정장치 설치, ⅳ)유공관 위치 후 와이어로 고정, ⅳ)유공관 주위에 골재 채움, ⅴ)방수막 설치 의 과정을 거쳐 완성된다.

상기에서 설명한 바와 같은 터널 배수 구조물은, 터널을 시공하는 과정에서 직접 현장 타설하는 방법으로 제작되는 과정을 설명하였으나, 상기 유공관(400), 골재(500) 및 고정장치(600) 등이 형성되어 있는 ABUT 구조를 외부에서 미리 제작한 후, 이를 터널의 시공 과정에서 삽입할 수도 있다.

즉, 도3 및 도4 의 확대도에 도시된 바와 같이, 터널의 하부 끝단에 위치하여 터널 내부로 유입되는 물을 배출하기 위한 ABUT 구조는, 숏크리트(100), 방수막(200) 및 라이닝 콘크리트(300)를 포함하여 이루어지며, 그 내부에 상기 유공관(400), 골재(500), 고정장치(600), 공동구(700) 및 배수로(800) 등이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

따라서, 터널의 굴착 후 상기와 같은 배수 시스템을 형성하기 위하여 별도의 공정 및 시간을 필요로 하였으나, 상기와 같은 배수 시스템이 포함되어 있는 ABUT 구조를 외부에서 미리 제작한 후 터널의 내벽 및 하단부와 연결하게 되면, 터널의 시공 과정을 간단하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 공사 기간을 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.

도4, 도5 및 도6 을 참조하면, 본 발명인 터널 배수 구조물은 터널의 내벽으로부터 연장된 하부에 위치하여, 터널 내부의 청소수를 집수하는 공동구(700), 상기 공동구(700)의 측면에 형성되어 터널 내부의 청소수를 터널 외부로 방출하도록 홈이 형성된 배수구, 상기 공동구(700)의 일측과 상기 배수구를 연결하여 상기 공동구(700)에 집수된 청소수를 상기 배수구로 방출하는 복수개의 파이프 및 터널의 하부 끝단에 위치하여 유입되는 지하수를 터널 외부로 방출하는 맹암거 배수관(900)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

즉, 터널의 측벽을 통하여 침투되는 오염되지 않은 지하수는 상기에서 검토한 바와 같이 상기 유공관(400)을 통하여 터널 외부로 독립적으로 배출하게 되며, 터널 내벽을 청소하여 발생되는 오염된 청소수와 터널의 외부로부터 유입되는 빗물 등은 상기 공동구(700)를 통하여 집수된 후, 지하수와 섞이지 않은 상태로 별도의 배수로(800)를 통하여 터널 외부로 배출된다.

또한, 터널의 하단으로부터 침투되는 지하수는 터널의 하부 끝단에 위치하여 골재로 둘러쌓여진 맹암거 배수관(900)을 통하여 집수되어 터널 외부로 방출될 수 있고, 상기 맹암거 배수관(900) 또한 상기 유공관(400)과 마찬가지로 길이 방향을 따라 다수개의 구멍이 형성되어 있어 침투되는 지하수가 상기 맹암거 배수관(900) 내부로 유입될 수 있으며, 터널의 하단으로부터 유입되는 지하수의 양을 고려하여 직경이 150mm 인 관을 이용하는 것이 더욱 바람직하다.

이와 같은 배수관의 분리를 통하여 터널 내부로 침투되는 지하수와 터널 내부로 흐르는 청소수를 각각 다른 배수관으로 터널 외부로 방출하기 때문에, 집수된 지하수는 농업용수, 청소수 및 소화용수 등으로 재활용 할 수 있고, 청소수는 별도 저장 후 처리과정을 거쳐 재활용 할 수 있으므로, 자원의 효율적인 사용이 가능할 뿐만 아니라, 최근의 강화된 환경기준에 부합하는 배수체계를 수립할 수 있다.

나아가, 본 발명인 터널 배수 구조물에서는 배수 체계를 단순화 시킴으로서, 각각의 배수관이 상호 저촉없이 독립적인 배수기능을 수행할 수 있도록 하였고, 유지관리의 용이성을 도모하기 위하여 다수의 점검구를 설치하였으며, 이에 따라 종래의 터널 배수 구조물에 비하여 좁은 설치면적이 요구되므로, ABUT 구조체의 넓이를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 시공 비용의 절감 등의 효과를 달성할 수 있다.

즉, 종래의 배수 방식은 유공관이 지하수의 집수 역할만을 할 뿐, 측방향 배수관을 거쳐 종방향의 주 배수관을 통하여 터널 외부로 지하수를 방출하였기 때문에, 각각의 배수관이 유지보수가 곤란한 경우 석회 침전물의 고화현상 발생으로 인하여 유공관, 측방향 배수관, 종방향 배수관 모두 영향을 미쳤기 때문에, 유지보수를 하여야 할 범위가 많아짐은 물론, 연쇄적인 배수기능의 악화를 초래하였다.

반면, 본 발명에서는 유공관(400)에 지하수를 집수하여 터널 외부까지 상기 유공관(400)을 연장하여 직접 방출할 수 있도록 함으로서, 시공 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 유공관(400)이 주 배수관으로 독립적 역할을 담당하게 되므로, 타 배수관으로 침전물 및 노폐물이 전이되지 않아 유지보수가 간편하게 되어 터널 구조의 안전성을 도모할 수 있다.

상기 유공관(400)의 직경은 약 200mm 정도로 형성되는 것이 바람직하며, 터널 내부로 유입되는 물의 양을 고려하여 다양한 직경의 유공관(400)을 설치할 수 있음은 당연하다.

따라서, 종래 100mm 내지150mm 의 직경을 갖는 유공관 대신, 직경이 약 200mm 의 유공관(400)을 사용하여 그 단면적을 크게 증가시킴으로서, 배수 구조를 단순화시킬 수 있고 유지관리를 용이하게 할 수 있으며, 종방향 배수관의 생략에 따라 터널의 측방여유폭에서 터널 바닥의 포장 단면이 늘어나 도로 경계면이 터널 측벽쪽으로 더욱 확대되므로 운전자가 느끼는 심리적 부담감을 해소할 수 있고, 안전사고를 예방할 수 있다.

또한, 도4, 도5 및 도6 에 도시된 바와 같이, 상기 유공관(400)의 상측으로 연장되어 터널의 내벽까지 제1점검구(510)를 설치하고, 상기 맹암거 배수관(900)의 상측으로 연장되어 터널의 내벽까지 제2점검구(910)를 설치하여, 차량의 통행을 방해하지 않으면서도 점검구를 개방하여 관리자가 쉽게 배수관의 유지보수를 할 수 있기 때문에, 원활한 배수를 달성할 수 있고, 궁극적으로 터널 구조의 안정적인 유지가 가능하다.

상기 제1점검구(510)는 상기 유공관(400)의 길이 방향을 따라 약 50m 간격으로 형성하여, 육안 관찰 및 배수관 접근을 용이하게 하는 것이 바람직하고, 유지관리 장비 및 청소장비 등을 직접 투입하여 상기 유공관(400)을 세척할 수 있도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 제1점검구(510)는 상기 유공관(400)의 위치에 따라 그 높이 및 위치가 변경될 수 있으며, 상기 유공관(400)의 배수 부담과 라이닝 콘크리트(300)의 단면 축소를 감안하여 적절한 높이 및 위치로 변형하여 사용하는 것이 좋다.

상기 제2점검구(910)는 터널의 하부에 위치한 맹암거 배수관(900)을 유지보수하기 위한 것으로, 종래의 터널 구조에서는 맹암거 배수관의 상측이 모두 포장되어 있어 개방할 수 없는 구조였기 때문에 맹암거 배수관 내부의 유지보수가 전혀 불가능하였으나, 본 발명에서는 ABUT 구조체의 넓이 감소에 따라 상기 맹암거 배수관(900)이 터널의 측벽쪽으로 보다 밀착하여 위치하기 때문에 유지관리를 위한 맨홀인 제2점검구(910)를 설치하여 차선 차단 등 별도의 교통흐름 방해없이 유지보수를 할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 제2점검구(910)의 뚜껑 둘레에 홈을 설치하여 터널 내부의 청소수 및 터널로 유입되는 노면수의 유입을 차단할 수 있으므로 더욱 효과적인 지하수의 활용이 가능하다.

나아가, 본 발명인 터널 배수 구조물에 사용되는 고정장치(600)에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명인 터널 배수 구조물에 사용되는 고정장치(600)는, 터널의 하부에 고정되며, 일측에 수직방향으로 이루어진 홈인 끼움부(611)가 형성되어 있는 하부 고정부재(610) 및 하단이 상기 하부 고정부재(610)의 끼움부(611)에 삽입되어 결합되며, 상부 측면에는 일정한 경사를 가지며 연장된 연장부(621)가 형성되어 있는 상부 고정부재(620)를 포함하여 이루어진다.

즉, 도7 및 도8 에 도시된 바와 같이, 상기 하부 고정부재(610)는 터널의 하부에 고정될 수 있도록 넓은 판 형상으로 이루어져 있으며, 상기 하부 고정부재(610)는 바닥 콘크리트가 타설된 후 볼트 또는 핀 등에 의하여 바닥 콘크리트면에 고정 결합될 수도 있고, T자 형태의 단면을 가지도록 이루어져 바닥 콘크리트의 레벨링(leveling)시 바닥 콘크리트 내부에 끼워져서 동시에 매설되어 고정될 수도 있다.

즉, 상기 하부 고정부재(610)는 바닥 콘크리트가 완전히 굳기 이전에 바닥 콘크리트에 삽입되는 것이 바람직하며, 상기 하부 고정부재(610)의 판(날개) 부위는 굳지 않아 유동적인 바닥 콘크리트의 높이와 동일한 높이를 유지하면서 고정되어 레벨링 될 수 있도록 한다.

또한, 상기 하부 고정부재(610)의 하단에는 상기 하부 고정부재(610)와 수직 방향으로 하부 돌출부(614)가 연결될 수 있는데, 이에 따라 상기 하부 고정부재(610)가 굳지 않은 유동적인 바닥 콘크리트 위에서 움직이지 않고 일정한 위치에 고정되는 것을 용이하게 할 수 있다.

나아가 상기 하부 돌출부(614)의 두께를 관통하도록 복수개의 구멍을 형성함으로서, 유동적인 바닥 콘크리트가 상기 하부 돌출부(614)의 구멍 사이를 관통하는 상태로 굳을 수 있으므로, 바닥 콘크리트가 굳은 후 상기 하부 고정부재(610)가 위쪽으로 움직이거나 제거될 수 없도록 할 수 있다.

상기 하부 고정부재(610)의 일측면에는 수직방향으로 홈이 형성되어 있는데, 상기 홈은 상기 상부 고정부재(620)가 끼워져 흔들리지 않고 결합될 수 있도록 충분한 깊이를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 홈의 단면은 결합되는 상기 상부 고정부재(620)의 단면 형상에 따라 사각형, 육각형, 원 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.

나아가, 상기 하부 고정부재(610)의 위쪽으로는 유공관(400)이 놓여져서 골재(500)에 의하여 둘러쌓이게 되는데, 상기 유공관(400)을 설치하는 초기 작업을 보다 용이하게 하기 위하여, 상기 하부 고정부재(610)의 상단에는 일측이 내부로 오목하게 함몰되어 상기 유공관(400)이 결착될 수 있는 결착홈(612)이 형성되어 있는 돌출부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 결착홈(612)의 크기는 놓여지는 상기 유공관(400)의 직경에 맞추어 다양하게 형성될 수 있으며, 이와 같이 결착홈(612)이 형성된 돌출부를 형성함으로서, 상기 유공관(400)의 결착 및 골재(500)의 채움을 보다 쉽게 할 수 있으므로, 터널 배수 구조물의 시공 과정을 보다 간편하고 용이하게 할 수 있다.

도9 에 도시된 바와 같은 상기 상부 고정부재(620)는 하단이 상기 하부 고정부재(610)의 끼움부(611)에 삽입되어 결합되도록 형성되며, 수직 방향으로 일정한 단면 및 직경을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상부 고정부재(620)의 상단에는 연장부(621)가 형성되어 있는데, 상기 연장부(621)는 상기 상부 고정부재(620)의 내측면을 향하여 일정한 경사를 가지며 결합되는 것이 좋다.

즉, 상기 상부 고정부재(620)의 상부 끝단의 내부 측면으로부터 연장되어 상기 상부 고정부재(620) 끝단의 단면이 개방되도록 연결되어야 하는데, 이는 상기 상부 고정부재(620)와 이웃하는 다른 상부 고정부재(620) 사이에 가로막을 끼워 넣을 때, 순차적으로 결합되는 것을 보다 용이하게 하기 위한 것이다.

상기 상부 고정부재(620) 및 상기 연장부(621)의 단면은 사각형, 육각형, 원 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 상부 고정부재(620) 및 상기 연장부(621)의 양측면에는 그 길이방향을 따라 홈이 형성되어, 상부 고정부재(620) 및 상기 연장부(621)의 단면이 굴곡된 요철형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

도7 및 도9 에 도시한 상기 상부 고정부재(620) 및 상기 연장부(621)의 단면은 사각형 형상의 양 측면이 내측으로 홈이 형성되어 있는 'H' 자 형상으로 이루어진 것을 도시하였으나, 상기 상부 고정부재(620)의 단면 형상에 따라 변형 가능한 다양한 형상으로 이루어질 수 있음은 자명하다.

이에 따라, 상기 상부 고정부재(620) 및 상기 연장부(621) 사이에는 각각 제1가로막(630) 및 제2가로막(640)이 결합될 수 있는데, 도10 및 도11 에 제1가로막(630) 및 제2가로막(640)이 결합되는 과정이 도시되어 있다.

즉, 바닥 콘크리트 타설 시 상기 하부 고정부재(610)를 매설하여 상기 하부 고정부재(610)를 일정한 위치에 결합시키고, 상기 유공관(400)을 상기 하부 고정부재(610)의 결합홈에 위치시켜 고정하고, 상기 상부 고정부재(620)를 상기 하부 고정부재(610)의 끼움부(611)에 결합시킨 후, 상기 상부 고정부재(620)의 일측면과 이에 인접하는 다른 상부 고정부재(620)의 일측면 사이에 상기 제1가로막(630)을 위로부터 아래로 끼워 넣음으로서, 터널 배수 구조물에 사용되는 고정장치(600)의 일측면이 완성된다.

이와 같이 모든 상부 고정부재(620)들 사이에 제1가로막(630)의 결합이 완성된 후, 상기 유공관(400) 주위에 골재(500)를 부가하여 상기 제1가로막(630)의 높이까지 골재(500)를 고정시킨다.

종래에 사용되던 터널 배수 구조물에서는 점착성이 없는 골재(500)를 고정시키기 위하여 시멘트를 사용한 필터 콘크리트를 이용하였기 때문에 상기 유공관(400) 및 다수의 배수관에 석회 침전물이 쌓이는 고화현상이 심화되었으나, 본 발명에서와 같이 순수한 골재(500)만을 고정시킬 수 있는 간단하고 편리한 구조의 고정장치(600)를 사용하면, 점착성이 있는 시멘트를 사용하지 않더라도 사용자가 원하는 넓이 및 높이까지 골재(500)를 위치시켜 고정할 수 있으므로, 고화현상의 주된 원인이 되어왔던 석회 물질의 유입을 근본적으로 해소할 수 있다는 장점이 있다.

상기 제1가로막(630)의 높이까지 골재(500)가 고정된 후에는, 상기 연장부(621)의 일측면과 이에 인접하는 다른 연장부(621)의 일측면 사이에 비스듬한 방향으로 상기 제2가로막(640)을 위로부터 아래로 끼워 넣음으로서, 상기 상부 고정부재(620)의 측면부가 모두 폐쇄될 수 있다.

상기 제2가로막(640)이 모두 위치된 후 골재(500)를 다시 부가하여 상기 제2가로막(640)의 높이까지 골재(500)를 위치시킨 후 그 외부를 방수막(200)으로 둘러싸서, 터널의 내부로 지하수가 침투될 수 없도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 골재(500)를 단계별로 부가하며, 제1가로막(630) 및 제2가로막(640)을 순차적으로 결합시키는 것을 용이하게 하기 위하여, 상기 상부 고정부재(620)의 상부 끝단의 단면이 개방되어 상기 제1가로막(630)을 끼워 넣을 수 있도록 상기 연장부(621)가 상기 상부 고정부재(620)의 내측에 결합되는 것이다.

상기 고정장치(600)는 터널의 측면으로부터 침투되는 지하수와 계속해서 닿기 때문에 녹이 슬거나 부식되지 않는 플라스틱, 강화 플라스틱 등의 재질로 이루어지는 것이 좋고, 이와 같이 시공이 간편한 고정장치(600)를 통하여 점착력이 없는 순수한 골재(500)를 상기 유공관(400)의 주위에 고정시킬 수 있어, 시멘트의 용해로 인한 고화현상을 근본적으로 방지할 수 있으며, 종래와 같은 복잡한 배수 시스템을 형성하지 않으므로 터널의 시공 시간을 단축할 수 있음은 물론, 비용도 절감할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100 : 숏크리트 200 : 방수막
300 : 라이닝 콘크리트 400 : 유공관
500 : 골재 510 : 제1점검구
600 : 고정장치 700 : 공동구
800 : 배수로 900 : 맹암거 배수관
910 : 제2점검구
610 : 하부 고정부재 611 : 끼움부
612 : 결착홈 613 : 상부 돌출부
614 : 하부 돌출부 620 : 상부 고정부재
621 : 연장부 630 : 제1가로막
640 : 제2가로막

Claims (9)

1. 터널 측벽의 내부에 위치하는 방수막(200)을 타고 물이 흐르도록 이루어진 부분 배수형 터널 배수 구조물에 있어서,
   상기 방수막(200)을 타고 흘러내린 물이 유입되도록 복수개의 구멍이 형성되며, 터널의 길이 방향으로 외부를 향하여 연장되어 유입된 물을 터널 외부로 방출하는 유공관(400);
   상기 유공관(400) 주위를 감싸고 있는 골재(500);
   상기 유공관(400) 및 상기 골재(500)를 고정시키기 위하여 일측이 터널의 하단에 결합되어 있고 타측이 상부 방향으로 연장되어 있는 고정장치(600);
   터널의 측벽으로부터 연장된 하부에 위치하여, 터널 내부의 청소수를 집수하는 공동구(700);
   상기 공동구(700)의 측면에 형성되어 터널 내부의 청소수를 터널 외부로 방출하도록 홈이 형성된 배수로(800);
   상기 공동구(700)의 일측과 상기 배수로(800)를 연결하여 상기 공동구(700)에 집수된 청소수를 상기 배수로(800)로 방출하는 복수개의 파이프 및
   터널의 하부에 위치하여 유입되는 지하수를 터널 외부로 방출하는 맹암거 배수관(900)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널 배수 구조물.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 유공관(400)의 직경은 200mm이고, 상기 유공관(400)에 형성된 구멍의 직경은 5mm 인 것을 특징으로 하는 터널 배수 구조물.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 유공관(400)의 상측으로 형성되어 터널의 내벽까지 연장된 제1점검구(510) 및 상기 맹암거 배수관(900)의 상측으로 형성되어 터널의 내벽까지 연장된 제2점검구(910)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널 배수 구조물.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 고정장치(600)는, 터널의 하부에 고정되며, 일측에 수직방향으로 이루어진 홈인 끼움부(611)가 형성되고, 상단에는 일측이 내부로 오목하게 함몰되어 상기 유공관(400)이 결착될 수 있는 결착홈(612)이 형성되어 있는 상부 돌출부(613)가 연결되며, 하단에는 중심에 복수개의 구멍이 형성되어 있는 하부 돌출부(614)가 연결되어 있는 하부 고정부재(610) 및
   하단이 상기 하부 고정부재(610)의 끼움부(611)에 삽입되어 결합되며, 상부 측면에는 일정한 경사를 가지도록 연장된 연장부(621)가 형성되어 있는 상부 고정부재(620)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널 배수 구조물.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 상부 고정부재(620) 및 상기 연장부(621)의 단면은 굴곡된 요철형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널 배수 구조물.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 상부 고정부재(620)의 일측면과 이에 인접하는 다른 상부 고정부재(620)의 일측면 사이에 끼움 결합되는 제1가로막(630) 및 상기 연장부(621)의 일측면과 이에 인접하는 다른 연장부(621)의 일측면 사이에 끼움 결합되는 제2가로막(640)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널 배수 구조물.
   
   

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