KR101032745B1

KR101032745B1 - 코킹모듈 및 이를 구비한 그라우팅 장치, 이를 이용한 터널 보강공법

Info

Publication number: KR101032745B1
Application number: KR1020100091138A
Authority: KR
Inventors: 배진령; 최상철
Original assignee: 배진령
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2011-05-06

Abstract

본 발명은 코킹모듈 및 이를 구비한 그라우팅 장치, 이를 이용한 터널 보강공법에 관한 것으로, 모듈 형태로 제품이 제작된 상태에서 신속한 설치가 가능한 것은 물론 발포우레탄이나 초속형 시멘트 등의 급결성 팽창제를 주입하여 팽창시키는 방식으로 코킹에 소요되는 시간이 짧으며 고품질의 코킹이 가능하게 된다.
이러한 본 발명의 코팅모듈의 경우, 강관보다 작은 직경으로 이루어지고, 선단부가 상기 강관의 후단부 내측에 삽입되는 플라스틱관과; 상기 천공홀의 입구 내측에서 상기 플라스틱관의 외측에 상호 이격되게 설치되는 한 쌍의 고무패커와; 상기 한 쌍의 고무패커 사이에 형성된 이격공간을 감싸 밀봉하는 부직포와; 상기 이격공간에 팽창제를 주입할 수 있도록 상기 한 쌍의 고무패커 중 후측에 위치한 고무패커를 관통하여 상기 이격공간으로 들이어진 팽창제 주입용 호스를 포함하여 이루어진다.

Description

코킹모듈 및 이를 구비한 그라우팅 장치, 이를 이용한 터널 보강공법{CAULKING MODULE AND GROUTING APPARATUS WITH THE SAME AND TUNNEL REINFORCEMENT METHOD USING THE SAME}

본 발명은 터널 보강을 위한 그라우팅 장치 및 터널 보강공법에 관한 것으로, 특히 모듈 형태로 제작된 상태에서 신속한 설치가 가능한 것은 물론 발포우레탄이나 초속형 시멘트 등의 급결성 팽창제를 주입하여 팽창시키는 방식으로 코킹에 소요되는 시간이 짧으며 고품질의 코킹이 가능한 코킹모듈 및 이를 구비한 그라우팅 장치, 이를 이용한 터널 보강공법에 관한 것이다.

일반적으로, 터널 보강공법은 터널 굴착 공사에서 충적토층, 파쇄대 또는 활동 가능면을 봉합하여 터널 굴착 예정 단면 주위의 지반 이완을 방지하고 사력층 및 파쇄 연암층과 암반 절리면을 통하여 유출되는 지하수를 차단하기 위하여 시행한다.

현재 터널 시공에 있어 일반적으로 사용되는 일반 강관 그라우팅 공법(천공 후 강관을 삽입하고 그라우팅을 시행하는 공법) 및 직천공 강관 보강 공법(천공과 동시에 강관을 삽입하고 그라우팅을 시행하는 공법)은 연약 지반에 터널을 굴착하는 경우에 널리 채택되는 보강 공법이며, 이를 시행함으로써 굴착 예정 지반 주변을 선행하여 강화시키고 차수성을 향상시키게 된다.

도 1 및 도 2는 종래기술에 의한 터널 보강공법을 설명하기 위한 참조도이다.

종래기술에 의한 터널 보강공법을 진행하기 위해서는 먼저, 도 1에서 볼 수 있는 것처럼 천공 장비(110)를 이용하여 천공홀(102)을 천공하고, 천공홀(102)의 내부에 강관(120)을 삽입하고서는, 코킹 공정을 거친 후에 강관(120)에 형성된 주입공(121b)을 통하여 그라우팅재(153)를 압력 분사시켜서 지반 내로 침투시킨다. 이때 에어패커(151)에 의해 다단식으로 그라우팅재(153)을 주입한다. 그러면 상기 그라우팅재(153)에 의한 지반의 고결로 강관(120)과 주변 지반이 일체화되면서 굴착 예정 지반 주위의 인장 강도가 증가되어 전단 저항이 강화되고, 지반 차수성이 증대된다. 따라서, 추가적인 굴착 공정이 안정적으로 계속 진행된다.

하지만, 종래기술에 의한 터널 보강공법에 따르면 주입되는 그라우팅재(153)가 천공홀(102) 외부로 유출되는 역류를 방지하기 위한 목적으로 시행하는 코킹작업에 많은 문제점이 있었다. 즉, 종래기술에 따른 코킹작업은 천공홀(102) 입구에 CX-1, 우레탄 또는 면닛트 등의 코킹재(130)를 사용하여 강관(120)을 감싸서 밀봉하는 방식으로 이루어졌는데, 이는 코킹의 정도가 천공홀(102)에 따라 불확실하게 이루어져 품질관리가 용이하지 않았으며 그라우팅재(153)의 다단주입식 압력을 견디지 못하고 코킹재(130)가 밀려나오면서 그라우팅재(153)가 천공홀(102) 밖으로 역류하는 문제가 재발되곤 하였다.

뿐만 아니라 종래기술에 의한 코킹작업은 도 2의 상세도에 나타난 것처럼 코킹재(130)로 강관(120) 외측을 둘러싸는 형태로 이루어지기 때문에 코킹재(130)의 설치공간을 확보하기 위해 천공홀(102)의 입구나 천공홀(102) 전체를 확공하는 작업이 불가피 하였다. 만일 천공홀(102) 입구를 확공한다면 리빙바트 등의 장비를 사용하여 추가적인 확공작업이 불가피하고, 아예 천공홀(102) 전체를 처음부터 확공한다 할지라도 그라우팅재(153)의 낭비가 심해지는 문제점이 야기될 수밖에 없는 것이다.

한편, 첨부된 도 3 내지 도 4를 참조하여 또 다른 문제점을 설명하고자 한다.

종래기술에 의한 터널 보강공법에서는 굴착되어지는 막장 자유면에 지보재(210)를 설치하고, 그 주변에 숏크리트층(300)을 타설하여야만 터널의 안정성을 꾀할 수 있게 되는데, 통상의 경우에 지반에 설치된 강관 후단부가 이러한 지보재(210) 위에 접하여 걸쳐져야만 보강효과를 극대화시킬 수가 있다.

그러나, 종래기술에서는 현장 여건상 천공 장비의 드리프터(114)와 지보재(210) 사이의 간섭 및 강관(120) 단위길이 등으로 인하여 터널 설계도에서 예시하는 강관 설치 각도(5ㅀ~ 15ㅀ)를 그대로 적용 및 설치하기 어려운 상황이며, 이를 준수하기 위해서는 도 3과 같이 매 굴착 단면을 강관 설치 각도에 맞추어 변단면 형식으로 설계하고 이에 따라 시공하여야만 한다. 하지만 이는 강관(120)의 설치 각도와 맞게 터널 굴착 단면 크기를 변화시키면서 터널 굴착을 진행하여야 하기에 터널 굴착 방향으로 일정 간격마다 설치하게 되는 지보재(210)의 크기가 달라 지보재(210)의 제작 경비가 많이 들며 또한 설치 공정이 복잡하여져서 공사비 및 공사 기간이 증가하는 단점이 있었다. 또한 굴착 완료 후에 굴곡진 전 굴착 단면에 대하여 상당량을 숏크리트층(300)으로 채워야 하므로 재료의 소모가 커지는 문제점이 있었다.

따라서, 터널 보강 공사의 경비 절감 및 공정의 단순화를 위해서는 변단면 형태의 굴착 및 보강을 시행하지 않고, 일반적으로 일정 단면으로 굴착하는 조건하에 강관(120)의 설치 각도를 제한하는 설계를 채택하게 된다.

이러한 실정을 고려하여 종래기술에 의한 터널 보강공법에서는, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 강관(120)의 설치 각도에 따른 설계상의 제한 조건(예컨대, 5ㅀ~ 15ㅀ)을 만족시키면서도 막장면에서 강지보(210) 설치 및 숏크리트(300) 타설 두께 확보를 위하여, A로 표시된 강관(120)의 돌출부를 강지보(210)와 간섭되지 않을 정도(약 1m)로 산소 절단기 등의 특수장비를 사용하여 절단하는 대안적 공법을 사용하기도 한다.

그러나, 이러한 경우 그라우트재와 강관(120)의 이질재료 특성상 절단이 용이하지 않아 절단시간이 증가할 가능성이 높은 가운데 한 단면 당 수십 개씩 설치되는 강관(120)을 모두 절단하여 제거하는 것이 용이하지 않으므로 상당한 경비 증가와 시간 손실을 초래할 수밖에 없다. 또한, 강관(120) 절단시 당초 설계에서 요구하는 보강길이를 확보하지 못하므로 안전상의 문제점도 야기될 수 있는 실정이었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 모듈 형태로 제작된 상태에서 신속한 설치가 가능한 것은 물론 발포우레탄이나 초속형 시멘트 등의 급결성 팽창제를 주입하여 팽창시키는 방식으로 코킹에 소요되는 시간이 짧으며 고품질의 코킹이 가능한 코킹모듈 및 이를 구비한 그라우팅 장치, 이를 이용한 터널 보강공법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 코킹모듈은, 강관보다 작은 직경으로 이루어지고, 선단부가 상기 강관의 후단부 내측에 삽입되는 플라스틱관과; 상기 천공홀의 입구 내측에서 상기 플라스틱관의 외측에 상호 이격되게 설치되는 한 쌍의 고무패커와; 상기 한 쌍의 고무패커 사이에 형성된 이격공간을 감싸 밀봉하는 부직포와; 상기 이격공간에 팽창제를 주입할 수 있도록 상기 한 쌍의 고무패커 중 후측에 위치한 고무패커를 관통하여 상기 이격공간으로 들이어진 팽창제 주입용 호스를 포함하여 이루어지며, 상기 팽창제 주입용 호스를 통해 상기 이격공간으로 팽창제가 주입되면 상기 부직포가 외측으로 팽창되면서 상기 천공홀 입구를 코킹할 수 있도록 한 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 의한 그라우팅 장치는, 터널 굴착 단면의 전방으로 천공홀을 천공하여 삽입되고, 그라우팅재를 지반으로 주입하여 침투시키기 위한 다수의 주입공이 형성된 강관과; 상기 강관과 연결되고, 상기 천공홀의 입구 내측에 설치되어 코킹을 수행하는 제1항의 코킹모듈과; 상기 강관 내부에 삽입되고, 팽창시 강관의 내부 공간을 전후로 격리시켜주는 에어패커와; 상기 에어패커의 앞쪽으로 들이어져 그라우팅재를 주입해주는 그라우팅 주입호스를 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 터널 보강공법은, 굴착 지반의 천정부에 천공홀을 천공하는 단계와; 상기 천공홀에 주입공이 형성된 강관을 삽입하는 단계와; 상기 천공홀의 입구를 코킹하는 단계와; 상기 강관의 주입공을 통하여 그라우팅재를 지반에 침투시키는 단계를 포함하고, 상기 천공홀의 입구를 코킹하는 단계는, 제1항의 코킹모듈을 상기 천공홀 입구에 삽입하여 설치하되, 상기 플라스틱관의 선단부가 상기 강관의 후단부 내측에 삽입되도록 설치하는 단계와; 상기 팽창제 주입용 호스를 통해 상기 이격공간으로 팽창제를 주입함으로써 상기 부직포를 외측으로 팽창시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 기술적 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 팽창제는 겔화에 따라 부피 팽창을 수반하는 발포우레탄이나 조기강도가 발현되는 초속형 시멘트인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 코킹모듈의 플라스틱관은 상기 강관보다 관경이 작은 것으로 구비되어 상기 천공홀의 입구를 확공하지 않도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 그라우팅재를 지반에 침투시키는 단계는 에어패커에 의해 단계적으로 실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 터널지반의 굴착이 진행됨에 따라 굴착 예정 지반의 천정부로부터 하방으로 돌출된 플라스틱관의 일부를 제거하는 단계와, 지보재를 설치하고 숏크리트를 타설하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 코킹모듈 및 이를 구비한 그라우팅 장치, 이를 이용한 터널 보강공법은, 모듈 형태로 제작된 상태에서 신속한 설치가 가능한 것은 물론 발포우레탄이나 초속형 시멘트 등의 급결성 팽창제를 주입하여 팽창시키는 방식으로 코킹에 소요되는 시간이 짧으며 고품질의 코킹작업이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 팽창제로 사용되는 발포우레탄이나 초속형 시멘트는 고결시간이 빨라 코킹직후 그라우팅재의 주입이 가능하다.

또한, 본 발명에 의한 코킹모듈은 결딜 수 있는 최대압력이 40kg/cm² 이상을 발휘할 수 있으므로 그라우팅재의 주입압력을 안정적으로 견딜 수 있다.

또한, 본 발명은 천공홀 확공에 따른 번거로움과 시간을 절약할 수 있다.

또한, 본 발명은 천공관 밖으로 돌출되는 플라스틱관 혹은 코킹모듈을 제거하기가 용이하여 지보재 설치를 위해 터널확공이나 강관절단이 전혀 필요없다.

도 1 내지 도 4는 종래기술에 의한 터널 보강공법을 설명하기 위한 참조도이다.
도 5는 본 발명에 의한 코킹모듈 및 이를 구비한 그라우팅 장치를 설명하기 위한 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 코킹모듈의 분해사시도.
도 7은 본 발명에 의한 터널 보강공법을 설명하기 위한 흐름도.
도 8a 내지 도 8f는 터널 보강 공법을 설명하기 위한 일련의 과정을 보여주는 참조도.

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 의한 코킹모듈 및 이를 구비한 그라우팅 장치를 설명하기 위한 단면도이며, 도 6은 본 발명에 의한 코킹모듈의 분해사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 코킹모듈(100)은 플라스틱관(20)과, 한 쌍의 고무패커(31)와, 부직포(32)와, 팽창제 주입용 호스(34)를 포함하여 이루어지며, 상기 코킹모듈(100)에 강관(10)과, 에어패커(40)와, 그라우팅 주입호스(50)를 추가적으로 더한다면 본 발명에 의한 그라우팅 장치가 된다.

아래에서는 상기 각 구성요소들을 중심으로 본 발명에 의한 코킹모듈(100)과 이를 구비한 그라우팅 장치의 구성을 설명한다.

상기 플라스틱관(20)은, 상기 강관(10)보다 작은 직경으로 이루어지고, 선단부가 상기 강관(10)의 후단부 내측으로 삽입된다. 이처럼 플라스틱관(20)이 구비되면 종래기술과 같이 강관(10) 외측에 코킹재를 설치하지 않아도 되기 때문에 천공홀(H) 입구를 확공하지 않아도 된다. 따라서 코킹모듈(100)이 설치되는 천공홀(H)의 입구를 확공하는 추가작업이 불필요해지는 것이다.

상기 한 쌍의 고무패커(31)는 원판 형태의 부재로서 상기 천공홀(H)의 입구 내측에서 플라스틱관(20)의 외측에 상호 이격되게 설치된다. 상기 한 쌍의 고무패커(31)에는 플라스틱관(20)이 관통하여 장착되는 장착홀(31b)이 공통적으로 형성되고, 이 중 후측(도면에서 좌측)에 위치한 고무패커(31)에는 팽창제 주입용 호스(34)가 관통하는 관통홀(31b)이 추가적으로 형성된다. 여기서, 상기 고무패커(31)의 재질은 고무로만 국한되지 않고 연질 플라스틱, 나무, 철판 등으로 대체될 수 있으나 현재로서는 성능과 가격측면을 고려할 때 고무재질이 가장 바람직하다.

상기 부직포(32)는 상기 한 쌍의 고무패커(31) 사이에 형성된 이격공간(35)을 감싸 밀봉한다. 이를 위해 상기 부직포(32)는 상기 한 쌍의 고무패커(31)의 외주면을 둘러 감싼 형태로 설치되고, 체결링(33)에 의해 상기 고무패커(31)에 고정된다. 여기서 상기 부직포(32)는 팽창제의 부피 팽창에 따른 압력을 충분히 견디면서 신축성이 있는 재질의 것이라면 다른 것으로 대체 가능하다. 즉, 나일론이나 천막지 등이 대체용으로 사용될 수 있다.

상기 팽창제 주입용 호스(34)는 상기 한 쌍의 고무패커(31) 사이에 형성되는 이격공간(35)에 팽창제를 주입할 수 있도록 상기 한 쌍의 고무패커(31) 중 후측에 위치한 고무패커(31)의 관통홀(31b)을 관통하여 상기 이격공간(35)으로 들이어진다.

이로써, 상기 팽창제 주입용 호스(34)를 통해 부직포(32)가 둘러싼 이격공간(35)으로 팽창제가 가압주입되면 상기 부직포(32)가 외측으로 팽창되면서 상기 천공홀(H) 입구를 간단히 코킹할 수 있게 된다. 여기서, 상기 팽창제로는 약액으로 주입되어 겔화되면서 부피 팽창을 수반하는 발포우레탄이나 조기강도가 발현되는 초속형 시멘트면 바람직하며, 혹은 이와 동등한 성질을 갖는 재료라면 팽창제로 사용하는데 제한을 두지 않는다. 일반적으로 우레탄 약액은 발포 배율, 기계적 강도 등 제반물성을 매우 다양하게 조절할 수 있는 장점이 있고, 겔화되면서 팽창하는 시간은 불과 수분 정도에 지나지 않으므로 부직포(32) 내측의 밀폐된 이격공간(35)에 주입하여 충진할 경우 얼마 지나지 않아 그라우팅재를 주입하는 본 작업에 신속히 돌입할 수 있다. 또한, 조기강도가 발현되는 초속형 시멘트의 경우도 부직포(32) 내측의 밀폐된 이격공간(35)에 주입하여 충진할 경우 거의 기다릴 필요 없이 그라우팅재를 주입하는 본 작업에 곧바로 돌입할 수 있는 장점이 있다.

상기와 같이 구성된 코킹모듈(100)은 초기에 조립되어 모듈화된 형태로 구비되어 있다가 천공홀(H)에 강관(10)이 삽입된 직후 확공과 같은 별다른 작업 없이 곧바로 천공홀(H) 입구에 설치되며 팽창제 주입과 팽창에 따른 시간이 수분 정도면 충분하기 때문에 팽창제 주입과 거의 동시에 코킹을 완료할 수 있다. 더욱이 개방된 상태에서 설치되던 종래의 코킹재와 달리 그라우팅재의 압력에 의해 천공홀(H) 입구로부터 밀려나 빠져버릴 염려가 전혀 없기 때문에 안정적이면서도 고품질의 코킹을 보장받을 수 있는 것이다. 본 발명에 의한 코킹모듈(100)은 팽창제의 팽압이 부직포에 의해 가두어진 상태에서 일어나면서 주로 천공홀(H)의 내벽방향으로 집중되기 때문에 40kg/cm² 이상의 압력도 안정적으로 견딜 수 있다. 하지만 종래기술의 경우 코킹재의 종류에 따라 코킹재의 접착력이나 팽압을 이용한 코킹이 이루어지는데 팽압을 이용하더라도 그 팽압이 천공홀(H)의 내벽방향으로 집중되지 못하고 개방된 길이방향(전후방향)으로 분산되면서 40kg/cm² 이상의 압력은 견딜 수 없는 실정이다.

계속해서 본 발명에 의한 그라우팅 장치의 구성을 설명한다.

본 발명에 따른 그라우팅 장치는 전술된 바와 같이, 상기 코킹모듈(100)에 더해 강관(10)과 에어패커(40)와 그라우팅 주입호스(50)의 조합으로 이루어진다.

상기 강관(10)은 터널 굴착 단면의 전방으로 천공홀(H)을 천공하여 삽입되고, 그라우팅재를 지반으로 주입하여 침투시키기 위한 다수의 주입공(11)이 형성된다.

상기 코킹모듈(100)은 이미 전술된 것처럼 상기 강관(10)에 일부가 삽입되는 정도로만 연결되고, 상기 천공홀(H)의 입구 내측에 설치되어 코킹을 수행하게 된다.

상기 에어패커(40)는 에어를 주입하면 팽창하는 에어백으로서 상기 강관(10) 내부에 삽입되고, 팽창시 강관(10)의 팽압에 의해 강관(10) 내벽에 강하게 밀착되면서 내부 공간을 전후로 분리시켜주는 역할을 한다. 상기 에어패커(40)에는 중앙에 홀이 형성되어 상기 그라우팅 주입호스(50)가 관통될 수 있도록 한다. 또한, 상기 에어패커(40)에 에어를 공급하고 회수하기 위한 에어호스(41)가 연결된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 코킹모듈(100) 및 그라우팅 장치를 이용한 본 발명의 터널 보강공법을 도 7, 도 8a 내지 도 8f를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 첨부된 도 7은 본 발명에 의한 터널 보강공법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 8a 내지 도 8f는 터널 보강 공법을 설명하기 위한 일련의 과정을 보여주는 참조도이다.

본 발명에 의한 터널 보강공법은 도 7에 도시된 바와 같이, 천공홀 천공단계(S101), 강관 삽입단계(S102), 코킹모듈 설치단계(S103)와 팽창제 주입단계(S104)로 이루어진 코킹단계(S103,104), 그라우팅단계(105), 플라스틱관 제거단계(S106), 지보재 설치단계(S107), 숏크리트 타설단계(S108)로 이루어지며 아래에서는 각 단계를 구체적으로 설명한다.

먼저, 천공홀 천공단계(S101)가 진행된다. 이 단계에서는 도 8a와 같이 천공장비를 사용하여 굴착 지반의 천정부에 천공홀(H)을 천공한다. 상기 천공홀(H)의 내부는 강관(10)이 삽입될 정도면 충분하며 코킹모듈(100)을 이용하는 본 발명에서는 코킹작업을 위해 더 넓힐 필요가 전혀 없다.

이후, 강관 삽입단계(S102)가 진행된다. 이 단계에서는 도 8b와 같이 강관(10)이 천공홀(H) 밖으로 돌출되지 않도록 천공홀(H)보다 길지 않은 길이의 것으로 구비하여 천공홀(H)로 밀어넣어 삽입한다. 물론, 상기 강관(10)에는 지반에 그라우팅재를 주입하기 위해 주입공(11)이 형성되어 있다.

이후, 상기 코킹단계(S103,S104)가 진행되는데 상기 코킹단계(S103,S104)는 코킹모듈 설치단계(S103)와, 팽창제 주입단계(104S)로 세분화된다.

먼저, 상기 코킹모듈 설치단계(S103)는 도 8c에 도시된 것처럼 완전히 기 조립된 코킹모듈(100)을 이미 준비하고 있다가 상기 코킹모듈(100)을 천공홀(H) 입구에 삽입하는 것으로 간단히 완료된다. 코킹모듈(100)이 천공홀(H) 입구에 삽입되어 설치된 모습은 도 8d에 나타나 있다. 이때 코킹모듈(100)의 플라스틱관(20) 선단부가 상기 강관(10)의 후단부 내측에 삽입된다.

또한, 상기 팽창제 주입단계(S104)는 도 8e와 같이 팽창제 주입용 호스(34)를 통해 부직포(32) 내측의 이격공간(35)으로 팽창제(36)를 주입한다. 그러면 상기 팽창제가 부직포(32) 내측의 이격공간(35)에 충진된 후 부피가 팽창하면서 부직포(32)를 외측으로 밀어 팽창시킨다. 이처럼 팽창제(36)에 의해 부직포(32)가 외측으로 팽창되면 천공홀(H) 입구 내벽에 팽압에 의해 긴밀하게 밀착되면서 코킹이 완료된다.

이같은 코킹단계(S103,S104)는 불과 수분만에 진행되어 다음 단계인 그라우팅단계(S105)를 곧바로 수행할 수 있게 된다.

이후 진행되는 그라우팅단계(S105)는 도 8f에 도시된 것처럼 에어패커(40)에 에어를 주입하여 팽창시킨 후 그라우팅 주입호스(50)를 통해 그라우팅재(G)를 가압 주입해준다. 그러면 그라우팅재(G)는 그라우팅 주입호스(50)를 통해 에어패커(40)를 통과한 후 강관(10) 내부에 포설되고 이후 강관(10)의 주입공(11)을 통하여 지반에 침투된다. 참고로 이같은 그라우팅재(G) 주입은 천공홀(H) 깊숙한 곳에서부터 단계적으로 이루어지는데, 이를 위해 상기 에어패커(40)에 에어를 주입하고 회수하하면서 강관(10) 내부에서 단계적으로 이동시켜준다.

이후, 플라스틱관 제거단계(S106)가 진행된다. 이 단계에서는 터널지반의 굴착이 진행됨에 따라 굴착 예정 지반의 천정부로부터 하방으로 돌출된 플라스틱관(20)의 일부를 제거하게 되는데, 플라스틱관(20)의 제거는 장비를 이용한 타격 등의 간단한 방법으로 이루어질 수 있다. 이처럼 간단한 방법에 의해 하방으로 돌출된 플라스틱관(20)의 일부가 제거되면 뒤이어 진행되는 지보재의 설치가 방해 없이 원활하게 이루어질 수 있다.

이후, H형 강 등의 지보재를 설치하는 지보재 설치단계(S107)와 굴곡진 터널의 굴착단면에 숏크리트층을 타설하여 터널의 안정성을 꾀하는 숏크리트 타설단계(S108)가 순차적으로 진행되어 본 발명에 의한 터널 보강 공법이 완료된다.

이처럼 본 발명에 의한 터널 보강 공법이 완료되면 지반 내에 침투된 그라우팅재(G)에 의해 지반이 고결되어 강관(10)과 주변 지반이 일체화되고 굴착 예정 지반 주위의 인장강도 및 전단저항이 강화된다. 그리고 지반 차수성도 증대된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

10 : 강관 11 : 주입공
20 : 플라스틱관 31 : 고무패커
32 : 부직포 33 : 체결링
34 : 팽창제 주입용 호스 35 : 이격공간
40 : 에어패커 41 : 에어호스
50 : 그라우팅 주입호스 100 : 코킹모듈

Claims

터널 굴착 단면의 전방으로 천공홀을 천공하여 강관을 삽입하고, 삽입된 강관을 통해 그라우팅재를 지반에 침투시킴으로써 터널 굴착면을 보강하는 터널 보강공법에 사용되기 위한 코킹모듈로서.
상기 강관보다 작은 직경으로 이루어지고, 선단부가 상기 강관의 후단부 내측에 삽입되는 플라스틱관과;
상기 천공홀의 입구 내측에서 상기 플라스틱관의 외측에 상호 이격되게 설치되는 한 쌍의 고무패커와;
상기 한 쌍의 고무패커 사이에 형성된 이격공간을 감싸 밀봉하는 부직포와;
상기 이격공간에 팽창제를 주입할 수 있도록 상기 한 쌍의 고무패커 중 후측에 위치한 고무패커를 관통하여 상기 이격공간으로 들이어진 팽창제 주입용 호스를 포함하여 이루어지며,
상기 팽창제 주입용 호스를 통해 상기 이격공간으로 팽창제가 주입되면 상기 부직포가 외측으로 팽창되면서 상기 천공홀 입구를 코킹할 수 있도록 한 코킹모듈.
터널 굴착 단면의 전방으로 천공홀을 천공하여 삽입되고, 그라우팅재를 지반으로 주입하여 침투시키기 위한 다수의 주입공이 형성된 강관과;
상기 강관과 연결되고, 상기 천공홀의 입구 내측에 설치되어 코킹을 수행하는 제1항의 코킹모듈과;
상기 강관 내부에 삽입되고, 팽창시 강관의 내부 공간을 전후로 격리시켜주는 에어패커와;
상기 에어패커의 앞쪽으로 들이어져 그라우팅재를 주입해주는 그라우팅 주입호스를 포함하여 구성되는 그라우팅 장치.
그라우팅재를 지반에 침투시킴으로써 터널 굴착면을 보강하는 터널 보강공법에 있어서,
굴착 지반의 천정부에 천공홀을 천공하는 단계와;
상기 천공홀에 주입공이 형성된 강관을 삽입하는 단계와;
상기 천공홀의 입구를 코킹하는 단계와;
상기 강관의 주입공을 통하여 그라우팅재를 지반에 침투시키는 단계를 포함하고,
상기 천공홀의 입구를 코킹하는 단계는,
제1항의 코킹모듈을 상기 천공홀 입구에 삽입하여 설치하되, 상기 플라스틱관의 선단부가 상기 강관의 후단부 내측에 삽입되도록 설치하는 단계와;
상기 팽창제 주입용 호스를 통해 상기 이격공간으로 팽창제를 주입함으로써 상기 부직포를 외측으로 팽창시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널 보강공법.
제3항에 있어서,
상기 팽창제는 겔화에 따라 부피 팽창을 수반하는 발포우레탄이나 조기강도가 발현되는 초속형 시멘트인 것을 특징으로 하는 터널 보강 공법.
제3항에 있어서,
상기 코킹모듈의 플라스틱관은 상기 강관보다 관경이 작은 것으로 구비되어 상기 천공홀의 입구를 확공하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 터널 보강 공법.
제3항에 있어서,
상기 그라우팅재를 지반에 침투시키는 단계는 에어패커에 의해 단계적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 터널 보강 공법.
제3항에 있어서,
터널지반의 굴착이 진행됨에 따라 굴착 예정 지반의 천정부로부터 하방으로 돌출된 플라스틱관의 일부를 제거하는 단계와, 지보재를 설치하고 숏크리트를 타설하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 보강 공법.