KR102750252B1

KR102750252B1 - 경량기포콘크리트를 이용한 철도노반침하 보강공법

Info

Publication number: KR102750252B1
Application number: KR1020240061488A
Authority: KR
Inventors: 이호준
Original assignee: 제일기포이엔지 주식회사
Priority date: 2024-05-09
Filing date: 2024-05-09
Publication date: 2025-01-08
Anticipated expiration: 2044-05-09

Abstract

본 발명은 경량기포콘크리트를 이용한 철도노반침하 보강공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도 성토노반의 보강을 위해 사용되던 가설플랫폼의 설치 운용에 대한 불편함을 없애기 위해 가설플랫폼을 사용하지 않으면서도 현장에서 직접 타설하는 방식으로 철도노반 침하를 즉시 보강할 수 있어 신속한 보강이 가능하고 균열부위 깊숙이까지 침투 보강이 가능하므로 내구성도 향상시킬 수 있도록 개선된 경량기포콘크리트를 이용한 철도노반침하 보강공법에 관한 것이다.

Description

경량기포콘크리트를 이용한 철도노반침하 보강공법{Railway roadbed subsidence reinforcement method using lightweight foam concrete}

일반적으로, 철도는 다른 교통수단과 달리 우회할 수 있는 교통수단이 아니기 때문에 유실이 발생하면 복구하기 전까지 많은 비용이 소요되며, 긴급 복구가 절실하게 요구된다.

또한, 국지성 호우나 게릴라성 집중 호우에 의한 선로나 그 연변 사면의 붕괴나 유실로 인하여 이를 복구하기 위해 소요되는 비용이 점점 증가하고 있고, 그 피해 또한 크며, 유지보수가 만만치 않은 실정이다.

이러한 선로를 복구하기 위해서 현재까지의 긴급 보수 방법으로는 많은 비용이 소요될 뿐만 아니라 그 품질관리와 유지보수면에서도 많은 문제가 발생하고 있다.

또한, 철도노반은 궤도를 충분히 견고하게 지지하고 적당한 탄성을 부여하며, 상부노반 연약화를 방지하고, 노상으로 열차 하중을 분산 및 전달하는 기능을 가지고 있다.

철도노반이 사용년수의 경과, 열차의 반복충격하중, 우수의 침입 등에 의해 내구성과 지지력이 저하됨으로써 노반의 침하 등에 의해 궤도틀림을 유발할 수 있고, 이로 인한 안전사고가 발생될 수 있다.

따라서 안전, 신속, 정확한 물류 수송과 열차 운행상의 안정성 확보를 위해 철도노반의 내구성 및 지지력을 강화할 수 있는 적극적인 대책 수립이 요구된다.

예컨대, 도 1의 예시와 같이 철도는 철도노반(10) 상에 도상(31), 침목(32)이 설치되고 그 위에 레일이 설치된 상태에서 이 레일을 따라 열차(33)가 운행된다.

이러한 노반(10)은 안전율 확보를 위하여 10:15~20의 기울기를 갖는 사면(20)으로 되어 있기 때문에 선로의 높이(H)가 높아질수록 많은 면적의 부지를 차지한다. 즉, 현재 철도 및 도로의 노반(10)의 측면은 안전을 확보하기 위하여 10:15~20의 경사법면(20)을 이루고 있기 때문에 이러한 사면(20)이 차지하는 부지의 넓이는 노반의 성토 높이(H)에 비례하여 점점 넓어지게 된다.

예를 들면, 높이(H)가 5m인 경우에 30m의 복선 폭(L)을 점유하거나, 또는 높이(H) 10m인 경우에 53m의 복선 폭(L)을 점유하도록 노반(10)을 형성할 수 있다.

또한, 철도선로를 구축하는 경우, 천연지반을 잘라 내거나 또는 성토(Embanking)에 의해서 노반(10)을 형성하는 것이 많고, 그 사면(Slope)을 법면(face of slope)이라 한다.

이와 같은 사면(20)의 각도가 크면 우천시 무너지기 쉽다는 문제점이 있다.

이에, 지반을 보강하는 공법으로 파일(Pile) 공법, 소일네일링(Soil Nailing) 공법, 어스앵커(Earth Anchor) 공법 등 다양한 공법이 있고, 이러한 공법들은 모두 유압드릴이나 각종 굴착 천공기를 이용하여 굴착 천공작업을 수행한 후 지반보강재로서 파일, 네일, 강선 등을 천공홀에 삽입한 후 그라우팅재를 주입하는 과정으로 진행된다.

하지만, 이러한 공법을 사용하여 지반을 보강할 때 열차가 운행되지 않는 야간에만 작업이 가능하고, 주간에는 장비를 철수해야 하므로 장비의 이동 및 배치에 과도한 시간이 요구되어 작업상 많은 제약이 있다.

이를 보완하기 위해, 등록특허 제10-2073907호(2020.01.30.) 가설 플랫폼을 이용한 철도 성토노반 보강 공법이 개시되었다.

하지만, 이 공법은 작업시간에 구애를 받지 않는 장점은 있으나 별도로 가설플랫폼을 설치해야 하는 번거로움과, 그에 따른 시간과 비용이 추가로 발생되며, 작업 후에는 철거해야하고, 철거하는데에 따른 시간과 비용이 별도로 발생하는 등 또다른 문제점이 발생되었다.

국내 등록특허 제10-1666673호(2016.10.10.) 이동식 경량기포콘크리트 제조장치 국내 등록특허 제10-2073907호(2020.01.30.) 가설 플랫폼을 이용한 철도 성토노반 보강 공법

본 발명은 상술한 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 철도 성토노반의 보강을 위해 사용되던 가설플랫폼의 설치 운용에 대한 불편함을 없애기 위해 가설플랫폼을 사용하지 않으면서도 현장에서 직접 타설하는 방식으로 철도노반 침하를 즉시 보강할 수 있어 신속한 보강이 가능하고 균열부위 깊숙이까지 침투 보강이 가능하므로 내구성도 향상시킬 수 있도록 개선된 경량기포콘크리트를 이용한 철도노반침하 보강공법를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 이동식 경량기포콘크리트 제조장치를 보강할 노반 측면의 경사면을 향해 배치하는 제1단계; 지반 침하 및 침식이 발생한 노반 측면의 경사면에 그라우트 주입부를 형성하는 제2단계; 이동식 경량기포콘크리트 제조장치를 통해 경량기포콘크리트 그라우트를 만드는 제3단계; 제조된 경량기포콘크리트 그라우트를 그라우트 주입부에 주입시공하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량기포콘크리트를 이용한 철도노반침하 보강공법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 철도 성토노반의 보강을 위해 사용되던 가설플랫폼의 설치 운용에 대한 불편함을 없애기 위해 가설플랫폼을 사용하지 않으면서도 현장에서 직접 타설하는 방식으로 철도노반 침하를 즉시 보강할 수 있어 신속한 보강이 가능하고 균열부위 깊숙이까지 침투 보강이 가능하므로 내구성도 향상시킬 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 철도 노반 구조를 보인 예시적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 철도노반침하 보강공법을 설명하는 작업예시도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 전에, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 경량기포콘크리트를 이용한 철도노반침하 보강공법은 본 출원인의 특허기술인 "이동식 경량기포콘크리트 제조장치"를 이용하여 현장에서 실시간 타설이 가능하므로 선행기술과 같은 별도의 가설플랫폼을 설치하지 않고도 신속하고 정확한 철도노반침하 보강이 가능한 특장점을 가진다.

또한, 본 발명에서 설명되는 철도노반은 도 2의 예시와 같이, 하부노반(100) 상부에 상부노반(200)이 경사면을 갖도록 적층 형성되고, 상기 상부노반(200) 상부에는 강한 지지력과 버팀력을 제공하는 강화노반(300)이 마련되며, 상기 강화노반(300) 상부에 기초콘크리트층(400)이 형성되고, 상기 기초콘크리트층(400) 위에 침목(500)이 설치된다.

이때, 지반 침하나 침식은 주로 하중을 직접 받는 강화노반(300)에서 발생하며, 지반 침하나 침식이 발생하면 내부에 크랙이 반드시 수반되게 된다.

본 발명에서는 종래와 같은 가설플랫폼을 설치하지 않고 보강작업이 필요한 경우 이동식 경량기포콘크리트 제조장치(600)를 보강 작업할 노반 인근으로 이동시킨 후 현장에서 직접 경량기포콘크리트 그라우트를 제조한 다음 주입관(610)을 통해 그라우트 주입부(620)로 직접 경량기포콘크리트 그라우트(G)를 주입함으로써 아주 쉽고 빠르게 보강시공할 수 있고, 열차의 운행여부와 상관없이 시공할 수 있다는 것이 가장 큰 특징이다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 경량기포콘크리트를 이용한 철도노반침하 보강공법은 이동식 경량기포콘크리트 제조장치를 보강할 노반 측면의 경사면을 향해 배치하는 제1단계; 지반 침하 및 침식이 발생한 노반 측면의 경사면에 그라우트 주입부를 형성하는 제2단계; 이동식 경량기포콘크리트 제조장치를 통해 경량기포콘크리트 그라우트를 만드는 제3단계; 제조된 경량기포콘크리트 그라우트를 그라우트 주입부에 주입시공하는 제4단계;를 포함한다.

이때, 상기 제1단계는 이동식 경량기포콘크리트 제조장치를 현장으로 이동 배치하는 단계로서, 현장에서 경량기포콘크리트 그라우트 제조 및 실시간 직접 타설이 가능한 장점을 갖는다.

이러한 이동식 경량기포콘크리트 제조장치는 본 출원인의 특허기술을 그대로 이용할 수 있다.

그리고, 상기 제2단계는 경량기포콘크리트 그라우트를 강화노반 깊숙이까지 주입시킬 수 있도록 하는 단계이다.

이를 위해, 강화노반 측면인 경사면에 크라우트 주입부를 형성하게 되는데, 이미 침식이나 침하가 일어나 그라우트를 주입할 수 있는 환경이라면 그 자체를 그라우트 주입부로 사용할 수 있다.

또한, 침식이나 침하가 일어난 경우라면 반드시 크랙이 수반되기 때문에 그라우트 주입부를 통해 그라우트가 주입되면 주입된 그라우트는 크랙을 타고 강화노반 깊숙이까지 침투하여 경화되면서 보다 견고하고 내구성 강한 그라우팅부를 형성하여 강화노반의 지반 침하를 차단하고, 노반침하 보강이 가능하게 된다.

아울러, 상기 제3단계는 다음과 같이 경량기포콘크리트 그라우트를 조성하게 된다.

예컨대, 본 발명에 따른 경량기포콘크리트 그라우트는 물 100중량부에 대해, 알루미나시멘트 20중량부, 포틀랜트시멘트 20중량부, 소듐라우릴설페이트 10중량부, 벤토나이트 15중량부, 폴리에틸렌 글리콜 페닐에테르 25중량부, 푸미카트(Pumicite) 10중량부, 블로운(Blown) 아스팔트 15중량부가 혼합되어 조성된다.

이 경우, 알루미나시멘트와 포틀랜트시멘트는 속경성을 유도하는 시멘트로서 초기 강도 확보 및 초기 경화 촉진에 유리하다.

또한, 소듐라우릴설페이트는 기포를 발생시켜 경량화를 유도한다.

그리고, 벤토나이트는 수분과의 상호작용으로 구조 팽창 및 분산 특성에 의해 방수 및 강도 보강 기능을 급격히 향상시킨다.

또한, 폴리에틸렌 글리콜 페닐에테르는 입자의 응집을 방지하여 주입성(흐름성)을 좋게 하여 크랙을 통한 침투성을 향상시키면서 균일한 분산성을 확보하여 몰탈 성분간 긴밀한 결합을 유도하여 고강도를 실현하고, 특히 방수, 단열 구현 성분의 분산안정화를 유지한다.

뿐만 아니라, 푸미카트는 포졸란 반응을 통해 블럭의 초기 경화를 형성하도록 에트링가이트를 형성하고 신속한 경화를 촉진한다.

아울러, 블로운(Blown) 아스팔트는 가열한 스트레이트 아스팔트 또는 경질의 감압증류잔사유(VR)에 압축공기를 불어넣어 아스팔트 구성 분자끼리 축중합반응을 일으켜 분자량을 크게 한 것으로, 감온성이 적어 상온에서 고체상태이나 내열성, 내구성이 뛰어나 채움재(Joint Filler) 특성을 향상시키고 이를 통해 지반 침하 방지용 보강기능을 강화시킨다.

이에 더하여, 상기 물 100중량부에 대해, 아세트산에틸(Ethyl Acetate) 10중량부, 칼슘메틸실란트리오레이트(Calcium methylsilanetriolate) 6.5중량부를 더 첨가하여 혼합할 수 있다.

이 경우, 아세트산에틸(Ethyl Acetate)은 CAS No. 141-78-6에 해당하는 물질로서, 무기물과 유기물의 분산안정도를 높이면서 엉김현상을 억제하여 고분산성을 유지하고, 경화를 유도하는데 기여한다.

또한, 칼슘메틸실란트리오레이트(Calcium methylsilanetriolate)는 CAS No. 31795-24-1에 해당하는 물질로서, 결속력을 높여 내구성을 강화시키고 인장력을 증가시키는 특성이 있다.

한편, 상기 제4단계는 주입관을 이용하여 고압으로 분사하여 시공한다.

여기에서, 본 발명은 상기 제2단계 후에 강화노반을 천공하여 그라우트를 주입할 수 있는 채널을 다수 형성하는 단계를 더 수행할 수 있다.

이것은 그라우트 주입부가 명확하지 않고 형성하기 어려운 경우 천공 방식으로 구멍을 뚫어 강화노반 내부 깊숙이까지 그라우트가 주입될 수 있도록 다수의 채널을 형성하는 방식일 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 제5단계 수행 후 주입부인 강화노반 측면의 경사부를 마감재로 도포하여 마감하는 단계를 더 수행할 수 있다.

이 경우, 상기 마감재는 물 100중량부에 대해, 포틀랜드시멘트 15중량부, 설포라판(sulforaphane) 5.5중량부, 수용성 폴리우레탄수지 20중량부, 산화나트륨(Na₂O) 3.5중량부, 소듐라우레스-6카복실레이트(SODIUM LAURETH-6CARBOXYLATE) 5.5중량부, 소디움벤조에이트(Sodium Benzoate) 4.5중량부가 혼합된 혼합액으로 구성된다.

이때, 포틀랜드시멘트는 몰탈을 구성하면서 속경성을 유도하고, 설포라판(sulforaphane)은 자외선에 의한 저항성을 증대시켜 내변색성을 강화시킨다.

그리고, 산화나트륨(Na₂O)은 알카리성 산화물로서 항장력을 증가시킨다.

또한, 소듐라우레스-6카복실레이트(SODIUM LAURETH-6CARBOXYLATE)는 CAS No. 33939-64-9에 해당하는 물질로서, 수분 함유량을 줄여 공극을 감소시키고 이를 통해 강도를 증진시킨다.

아울러, 소디움벤조에이트(Sodium Benzoate)는 CAS No. 532-32-1에 해당하는 물질로서, 곰팡이 방지 및 방부 특성을 제공한다.

덧붙여, 상기 수용성 폴리우레탄수지는 수지혼합물 형태로 첨가됨이 바람직한데, 이를 테면 폴리우레탄수지 50중량%, 데카브로모 디페닐옥시드 30중량%, 트리디마이트 20중량%로 조성된 상태로 사용됨이 특히 바람직하다.

이때, 데카브로모 디페닐옥시드는 내열성과 내산화성을 강화시켜 내구성을 증대시킨다.

또한, 트리디마이트(Tridymite)는 CAS 넘버 15468-32-3에 해당하는 물질로서, 방수성과 완충성 및 접착력을 강화시킨다.

이와 같이 구성함으로써 본 발명은 철도 성토노반의 보강을 위해 사용되던 가설플랫폼의 설치 운용에 대한 불편함을 없애기 위해 가설플랫폼을 사용하지 않으면서도 현장에서 직접 타설하는 방식으로 철도노반 침하를 즉시 보강할 수 있어 신속한 보강이 가능하고 균열부위 깊숙이까지 침투 보강이 가능하므로 내구성도 향상시킬 수 있게 된다.

100: 하부노반
200: 상부노반
300: 강화노반
400: 기초콘트리트층
500: 침목
600: 이동식 경량기포콘크리트 제조장치

Claims

이동식 경량기포콘크리트 제조장치를 보강할 노반 측면의 경사면을 향해 배치하는 제1단계; 지반 침하 및 침식이 발생한 노반 측면의 경사면에 그라우트 주입부를 형성하는 제2단계; 이동식 경량기포콘크리트 제조장치를 통해 경량기포콘크리트 그라우트를 만드는 제3단계; 제조된 경량기포콘크리트 그라우트를 그라우트 주입부에 주입시공하는 제4단계;를 포함하며,
상기 제3단계에서 제조되는 경량기포콘크리트 그라우트는 물 100중량부에 대해, 알루미나시멘트 20중량부, 포틀랜트시멘트 20중량부, 소듐라우릴설페이트 10중량부, 벤토나이트 15중량부, 폴리에틸렌 글리콜 페닐에테르 25중량부, 푸미카트(Pumicite) 10중량부, 블로운(Blown) 아스팔트 15중량부가 혼합되어 조성된 것을 특징으로 하는 경량기포콘크리트를 이용한 철도노반침하 보강공법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 물 100중량부에 대해, 아세트산에틸(Ethyl Acetate) 10중량부, 칼슘메틸실란트리오레이트(Calcium methylsilanetriolate) 6.5중량부를 더 첨가하여 혼합한 것을 특징으로 하는 경량기포콘크리트를 이용한 철도노반침하 보강공법.