KR102146923B1 - 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법 - Google Patents

신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 굴착 전에 배열 및 설치된 후 주입재를 주입시켜 강관과 터널 주변 지반을 일체화시켜 터널을 보강시킬 수 있도록 구현한 신 강관 동시주입 그라우팅 장치에 관한 것으로, 보강되어질 터널의 상측에 천공홀을 형성하는 천공홀 형성 단계; 상기 천공홀 형성 단계에 의해 형성된 천공홀에 주입 강관 및 공기 배출 호스를 설치하는 장치 설치 단계; 주입재의 역류를 방지할 수 있도록 방수천 팩커를 팽창시켜 상기 주입 강관의 외벽과 천공홀 내벽 사이에 코킹을 실시하는 코킹 단계; 상기 주입 강관의 내부에서 칸막이 고무에 의해 지지되는 다수 개의 주입 내관를 이용하여 주입재를 주입하는 주입 단계; 및 주입재에 의해 형성되는 압력이 기 설정된 한계 압력에 도달하면 주입재의 주입을 종료하는 주입 종료 단계;를 포함한다.

Description

신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법{TUNNEL REINFORCEMENT METHOD USING STEEL PIPE SIMULTANEAOUS INJECTION GROUTING DEVICE}
본 발명은 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터널 굴착 전에 배열 및 설치된 후 주입재를 주입시켜 강관과 터널 주변지반을 일체화시켜 터널을 보강시킬 수 있도록 구현한 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법에 관한 것이다.
현재 강관 동시 주입 그라우팅 기술은 다양하게 특허로 등장하고 있는데, 주입 강관 외부에 천 패커를 설치하는 방식과, 주입 강관 내부에 주입 내관을 설치하는 방식의 두 가지로 정리될 수 있다.
외부 패커를 사용하는 동시 주입 방식은, 천공홀과 강관 사이의 갇힌 공기를 배출할 수 없으므로 그라우트 주입시 암반의 절리 또는 토사층의 공극으로 시멘트 밀크 그라우팅을 충전하지 못하는 경향이 발생될 수 있다.
또한, 일반적으로 천공홀과 강관 사이의 코킹이 부실하여 시멘트 밀크 주입시 주입재의 누출이나 하계 압력을 견디지 못하여 강관이 돌출되는 경우가 자주 발생된다는 문제점을 가지고 있다.
또한, 코킹은 작업자의 숙련도에 따라 그 품질이 일정하지 않게 시공될 수 있다는 문제점을 가지고 있다.
한편, 전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
한국등록특허 제10-2015016호 한국등록특허 제10-1919084호
본 발명의 일측면은 강관의 돌출이나 주입재의 누출이 다수 발생됨을 방지하기 위해 주입 강관의 주입구 외부에 천 패커를 설치하여 코킹을 신속하고 일정한 품질로 시공될 수 있도록 구현한 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법을 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법은, 보강되어질 터널의 상측에 천공홀을 형성하는 천공홀 형성 단계; 상기 천공홀 형성 단계에 의해 형성된 천공홀에 주입 강관 및 공기 배출 호스를 설치하는 장치 설치 단계; 주입재의 역류를 방지할 수 있도록 방수천 팩커를 팽창시켜 상기 주입 강관의 외벽과 천공홀 내벽 사이에 코킹을 실시하는 코킹 단계; 상기 주입 강관의 내부에서 칸막이 고무에 의해 지지되는 다수 개의 주입 내관를 이용하여 주입재를 주입하는 주입 단계; 및 주입재에 의해 형성되는 압력이 기 설정된 한계 압력에 도달하면 주입재의 주입을 종료하는 주입 종료 단계;를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 주입 강관은, 터널의 천공홀을 통해 삽입되며, 내부 공간으로 주입되는 주입재를 터널의 천공홀로 분사시킬 수 있도록 외주면을 따라 일정한 간격으로 분사공들이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 칸막이 고무는, 상기 주입 강관의 내부 공간을 밀폐된 다수 개의 공간으로 구획시킬 수 있도록 상기 주입 강관의 내부 공간을 따라 서로 이격되어 다수 개가 설치되고, 상기 주입 강관을 압착시켜 상기 주입 강관의 내측에 고정 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 주입 내관은, 상기 칸막이 고무에 의해 구획되는 다수 개의 각각의 공간으로 주입재를 개별적으로 동시에 주입할 수 있도록 상기 주입 강관의 내부 공간으로 삽입되어 상기 칸막이 고무에 의해 다수 개가 지지될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방수천 팩커는, 상기 주입 강관의 입구측 외주면을 따라 설치되며, 상기 주입 강관과 터널의 천공홀의 내벽 사이로 분사되는 주입재의 역류를 방지할 수 있도록 상기 주입 강관으로 주입되어 상기 분사공을 통해 배출되는 주입재가 수용됨에 따라 팽창되어 터널의 천공홀의 입구를 밀폐시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방수천 팩커는, 방수 재질의 천으로 제작되어 상기 주입 강관의 외주면을 둘러싸며, 전단 내측면이 상기 주입 강관의 입구측 외주면을 감싸고 안착되고, 후단 외측면이 상기 주입 강관과 대향하도록 내측 방향으로 뒤집혀 상기 주입 강관의 외주면을 감싸고 안착되는 방수천; 상기 주입 강관에 안착된 상기 방수천의 전단 외측면을 따라 설치되어 상기 방수천의 전단을 상기 주입 강관에 체결하는 전단 체결 밴드; 고무 재질로 형성되며, 상기 주입 강관에 안착된 상기 방수천의 후단 내측면을 따라 설치되어 상기 방수천의 후단을 상기 주입 강관에 체결하는 제1 후단 체결 밴드; 및 상기 제1 후단 체결 밴드의 외측을 따라 설치되어 상기 제1 후단 체결 밴드를 상기 방수천의 후단에 체결하는 제2 후단 체결 밴드;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분사공은, 상기 주입 강관의 외부로 분사된 주입재가 상기 주입 강관의 내부로 다시 유입되는 것을 방지할 수 있도록 원웨이 벨브로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 칸막이 고무는, 상기 주입 강관의 선단에 위치하는 제1 칸막이; 상기 주입 강관의 선단으로부터 두 번째 위치하는 제2 칸막이; 상기 주입 강관의 선단으로부터 세 번째 위치하는 제3 칸막이; 상기 주입 강관의 선단으로부터 네 번째 위치하는 제4 칸막이; 및 상기 주입 강관의 입구를 막고 마지막에 위치하는 제5 칸막이;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 칸막이는, 하나의 주입 내관이 통과할 수 있도록 하나의 관통홀이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 칸막이는, 두 개의 주입 내관이 통과할 수 있도록 두 개의 관통홀이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제3 칸막이는, 세 개의 주입 내관이 통과할 수 있도록 세 개의 관통홀이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제4 칸막이는, 경우에는 네 개의 주입 내관이 통과할 수 있도록 네 개의 관통홀이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제5 칸막이는, 다섯 개의 주입 내관이 통과할 수 있도록 다섯 개의 관통홀이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 칸막이는, 상기 제2 칸막이와 3m의 간격으로 설치되고, 상기 제3 칸막이와 3m의 간격으로 설치되고, 상기 제5 칸막이와 6m의 간격으로 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제5 칸막이는, 상기 제4 칸막이와 0.6m의 간격으로 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방수천 팩커는, 상기 제4 칸막이와 상기 제5 칸막이 사이의 상기 주입 강관의 입구측 외주면을 따라 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법은, 상기 코킹 단계 이전에, 다수 개의 팩커 지지 유닛을 개별적으로 신장시켜 천공홀의 형태에 대응하여 상기 방수천 팩커의 형상을 조절하는 주는 패커 조절 단계;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 팩커 지지 유닛은, 상기 방수천 팩커에 의하여 감싸진 상기 주입 강관의 외주면을 일주면서 다수 개가 설치되되, 상기 주입 강관의 전후 방향으로 다른 열과 등간격으로 서로 이격되어 격자무늬와 같이 다수 개의 열로 배치되어 설치되며, 상기 주입 강관으로부터 분사되는 주입재에 의하여 개별적으로 신장되어 상기 방수천 패커를 지지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 팩커 지지 유닛은, 상기 방수천 패커의 내측면을 지지할 수 있도록 상부가 평평한 원판 형태로 형성되고, 상부 테두리로부터 하측으로 갈수록 직경이 좁아지는 깔때기 형태로 형성되는 지지 헤드; 상하 방향으로 신축 가능한 재질로 형성되어 상기 주입 강관의 외주면으로부터 상기 지지 헤드까지 연장 형성되며, 상기 분사공으로부터 분사되는 주입재에 의하여 내부 공간이 충진되면서 상기 주입 강관으로부터 멀어지는 방향으로 상기 주입 강관과 터널의 천공홀의 내벽 사이의 간격에 대응하는 길이까지 신장되어 지지 헤드를 지지하는 신축성 튜브; 및 상기 지지 헤드의 경사진 측면을 따라 다수 개가 서로 이격되어 설치되며, 상기 지지 헤드 및 상기 신축성 튜브의 내부 공간에 주입재가 모두 충진되면 상기 방수천 팩커의 내부 공간에 충진재가 수용될 수 있도록 상기 지지 헤드의 외부로 충진재를 배출시키는 배출 벨브;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분사공은, 상기 신축성 튜브가 위치하는 곳마다 상기 주입 강관에 형성될 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 강관의 돌출이나 주입재의 누출이 다수 발생됨을 방지하기 위해 주입 강관의 주입구 외부에 천 패커를 설치하여 코킹을 신속하고 일정한 품질로 시공되는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 코킹 대용 외부 방수 천 패커를 사용함에 따라 공사 기간을 단축시킬 수 있고, 코킹이 확실하여 품질이 일정하고, 작업자의 숙련도에 의해 코킹의 품질이 좌우되지 아니하며, 작업 공정이 단순하여 공사 기간이 짧아진다는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법을 설명하는 순서도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 본 발명의 일 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치에 사용되는 신 강관 동시주입 그라우팅 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면들이다.
도 4는 도 2의 칸막이 고무를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법의 개략적인 구성이 도시된 도면들이다.
도 9는 도 7의 팩커 지지 유닛을 보여주는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법을 설명하는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법은, 우선, 보강되어질 터널의 상측에 천공홀을 형성한다(S110).
상술한 단계 S110에서 사용되는 천공장비는 ø105m/m 이상의 천공이 가능한 천공장비를 선택하여 천공해야 하며, 천공각도는 설계각도에서 ±3°이상 오차가 생기지 않도록 한다.
그리고, 천공 길이는 설계심도로 천공한다.
천공이 완료된 후 후술하는 주입 강관(100)을 삽입하기 전에 공내부에 이물질 존재여부를 확인하고 이물질이 남아있을 경우 천공홀의 내부를 청소하여야 한다.
상술한 단계 S110에서 형성된 형성된 천공홀에 주입 강관(100) 및 공기 배출 호스를 설치한다(S120).
이때, 주입 강관(100)은, 천공홀로부터 돌출 길이가 최소 10cm를 넘지 않도록 하여야 할 것이다.
상술한 단계 S120에 의해 천공홀에 주입 강관(100) 및 공기 배출 호스의 설치가 완료되면, 주입재의 역류를 방지할 수 있도록 방수천 팩커(400)를 팽창시켜 주입 강관(100)의 외벽과 천공홀 내벽 사이에 코킹을 실시한다(S130).
상술한 S130 단계는, 기존의 작업자의 수작업으로 수행되던 코킹 작업을 외부 방수천 팩커(400)로 대신하여 수행되는 것이다.
상술한 단계 S130에 의해 주입 강관(100)의 내부에서 칸막이 고무(200)에 의해 지지되는 다수 개의 주입 내관(300)를 이용하여 주입재를 주입한다(S130).
상술한 단계 S130에 의한 주입플랜트 및 장비는, 시멘트 현탁액과 급결재 병행주입을 위해 3조 교반기를 사용하며, 주입펌프는 등압식 정밀 펌프를 사용하고, 각각의 주입펌프에는 전자유량계와 압력감시 장치를 설치한다.
그리고, 주입펌프의 주입호스와 강관의 주입내관은 원터치 니플로 연결하여 그라우트재가 누출 되지 않도록 하며, 그라우트재는 시멘트를 주재료로 하고 현장여건에 따라 급결재를 병행 사용한다.
이때, 주입압력은 △_P=10kg/㎠로 하고, 후술하는 S140에 의한 주입 종료 시기는 설정된 한계 압력에 도달시 주입을 종료한다.
여기서, 주입재인 그라우트재의 배합비는 하기의 표 1과 같다.
Figure 112020064826394-pat00001
그리고, 주입재에 포함되는 급결재의 배합비는 하기의 표 2와 같다.
Figure 112020064826394-pat00002
주입재에 의해 형성되는 압력이 기 설정된 한계 압력에 도달하면 주입재의 주입을 종료한다(S140).
상술한 바와 같은 단계를 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법은, 강관의 돌출이나 주입재의 누출이 다수 발생됨을 방지하기 위해 주입 강관의 주입구 외부에 천 패커를 설치하여 코킹을 신속하고 일정한 품질로 시공될 수 있다.
또한, 코킹 대용 외부 방수 천 패커를 사용함에 따라 공사 기간을 단축시킬 수 있고, 코킹이 확실하여 품질이 일정하고, 작업자의 숙련도에 의해 코킹의 품질이 좌우되지 아니하며, 작업 공정이 단순하여 공사 기간이 짧아지도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은 단계를 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법은, 코킹 단계(S130) 이전에, 다수 개의 팩커 지지 유닛을 개별적으로 신장시켜 천공홀의 형태에 대응하여 방수천 팩커의 형상을 조절하는 주는 패커 조절 단계(설명의 편의상 도면에는 도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1의 본 발명의 일 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치에 사용되는 신 강관 동시주입 그라우팅 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면들이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치(10)는, 주입 강관(100), 다수 개의 칸막이 고무(200) 및 다수 개의 주입 내관(300)을 포함한다.
주입 강관(100)은, 터널의 천공홀을 통해 삽입되며, 내부 공간으로 주입되는 주입재(예를 들어, 물+시멘트+규산 등)를 터널의 천공홀로 분사시킬 수 있도록 도 4의 (f)에 도시된 바와 같이 외주면을 따라 일정한 간격으로 분사공(N)들이 형성된다.
본 발명에 따른 강관의 재료적 특성은, 구조용 탄소 강관(STK-400)으로서, 최소 인장강도는 400 N/㎟이상, 최소 항복강도는 235 N/㎟이상, 연신율을 23% 이상에 해당하여야 할 것이며, 외경은 Φ60.5m/m와 Φ114m/m에 해당한다.
일 실시예에서, 분사공(N)은, 주입 강관(100)의 외부로 분사된 주입재가 주입 강관(100)의 내부로 다시 유입되는 것을 방지할 수 있도록 원웨이 벨브로 형성될 수 있다.
칸막이 고무(200)는, 주입 강관(100)의 내부 공간을 밀폐된 다수 개의 공간으로 구획시킬 수 있도록 주입 강관(100)의 내부 공간을 따라 서로 이격되어 설치되며, 주입 강관(100)의 내부 공간에 안착되는 주입 내관(300)을 지지한다.
일 실시예에서, 칸막이 고무(200)는, 주입 강관(100)을 압착시켜 주입 강관(100)의 내측에 고정 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 칸막이 고무(200)는, Φ52m/m, t=70m/m에 해당하여야 할 것이다.
주입 내관(300)은, 칸막이 고무(200)에 의해 구획되는 다수 개의 각각의 공간으로 주입재를 개별적으로 동시에 주입할 수 있도록 주입 강관(100)의 내부 공간으로 삽입되어 칸막이 고무(200)에 의해 지지하며, 외경 12m/m, 내경 10m/m로 형성된다.
일 실시예에서, 칸막이 고무(200)는, 제1 칸막이(210), 제2 칸막이(220), 제3 칸막이(230), 제4 칸막이(240) 및 제5 칸막이(250)를 포함할 수 있다.
제1 칸막이(210)는, 도 4의 (e)에 도시된 바와 같이 하나의 주입 내관(300)이 통과할 수 있도록 하나의 관통홀(H1)이 형성되며, 주입 강관(100)의 선단에 위치한다.
일 실시예에서, 제1 칸막이(210)는, 제2 칸막이(220)와 3m의 간격으로 설치되고, 제3 칸막이(230)와 3m의 간격으로 설치되고, 제5 칸막이(250)와 6m의 간격으로 설치될 수 있다.
제2 칸막이(220)는, 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이 두 개의 주입 내관(300)이 통과할 수 있도록 두 개의 관통홀(H1, H2)이 형성되며, 주입 강관(100)의 선단으로부터 두 번째 위치한다.
제3 칸막이(230)는, 제3 칸막이(230)는, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 세 개의 주입 내관(300)이 통과할 수 있도록 세 개의 관통홀(H1, H2, H3)이 형성되며, 주입 강관(100)의 선단으로부터 세 번째 위치한다.
제4 칸막이(240)는, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 네 개의 주입 내관(300)이 통과할 수 있도록 네 개의 관통홀(H1, H2, H3, H4)이 형성되며, 주입 강관(100)의 선단으로부터 네 번째 위치한다.
제5 칸막이(250)는, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 다섯 개의 주입 내관(300)이 통과할 수 있도록 다섯 개의 관통홀(H1, H2, H3, H4, H5)이 형성되며,
일 실시예에서, 제5 칸막이(250)는, 제4 칸막이(240)와 0.6m의 간격으로 설치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법(20)는, 주입 강관(100), 다수 개의 칸막이 고무(200), 다수 개의 주입 내관(300) 및 방수천 팩커(400)를 포함한다.
여기서, 주입 강관(100), 다수 개의 칸막이 고무(200) 및 다수 개의 주입 내관(300)은, 도 2의 구성요소와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
방수천 팩커(400)는, 주입 강관(100)의 입구측 외주면을 따라 설치되며, 주입 강관(100)과 터널의 천공홀의 내벽 사이로 분사되는 주입재의 역류를 방지할 수 있도록 주입 강관(100)으로 주입되어 분사공(N)을 통해 배출되는 주입재가 수용됨에 따라 팽창되어 터널의 천공홀의 입구를 밀폐시킨다.
일 실시예에서, 방수천 팩커(400)는, 방수천(410), 전단 체결 밴드(420), 제1 후단 체결 밴드(430) 및 제2 후단 체결 밴드(440)를 포함할 수 있다.
방수천(410)은, 방수 재질의 천으로 제작되어 주입 강관(100)의 외주면을 둘러싸며, 전단 내측면이 주입 강관(100)의 입구측 외주면을 감싸고 안착되고, 후단 외측면이 주입 강관(100)과 대향하도록 내측 방향으로 뒤집혀 주입 강관(100)의 외주면을 감싸고 안착된다.
전단 체결 밴드(420)는, 주입 강관(100)에 안착된 방수천(410)의 전단 외측면을 따라 설치되어 방수천(410)의 전단을 주입 강관(100)에 체결한다.
제1 후단 체결 밴드(430)는, 고무 재질로 형성되며, 주입 강관(100)에 안착된 방수천(410)의 후단 내측면을 따라 설치되어 방수천(410)의 후단을 주입 강관(100)에 체결한다.
제2 후단 체결 밴드(440)는, 제1 후단 체결 밴드(430)의 외측을 따라 설치되어 제1 후단 체결 밴드(430)를 방수천(410)의 후단에 체결한다.
일 실시예에서, 방수천 팩커(400)는, 제4 칸막이(240)와 제5 칸막이(250) 사이의 주입 강관(100)의 입구측 외주면을 따라 설치될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법(20)는, 주입 강관(100)을 천공홀에 삽입하고, 천공홀과 주입 강관(100) 사이에 공기 배출 호스를 삽입한 뒤, 주입 강관(100)의 주입구 중앙에 위치한 LW 주입 호스로 주입재를 주입하며, 주입 강관(100) 외부에 설치된 방수천 팩커(400)가 확장되면서 일정 압력에 도달하면 해당 주입 내관(300)을 꺾어 주입재의 충진이 멈추도록 한다.
이때, 주입재의 고결 시간은 60초 내지 90초 정도이며, 그 후 주입 강관(100)에 설치된 주입 내관(300)을 통하여 시멘트 밀크 그라우팅을 하여 기 설정된 한계 압력에 도달할 때까지 충진되며, 각 주입재의 호스를 꺾어 주입재의 역류를 방지하게 된다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 다른 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법(20)는, 도 6의 410a와 같이 수축된 상태에서 내부 공간이 충진됨에 따라 도 6의 410b와 같이 팽창되어 터널의 천공홀의 내벽 사이로 분사되는 주입재의 역류를 방지할 수 있다.
이에 따라, 강관의 돌출이나 주입재의 누출이 다수 발생됨을 방지하기 위해 주입 강관의 주입구 외부에 방수천 팩커(400)를 설치하여 코킹을 신속하고 일정한 품질로 시공되도록 할 수 있다.
또한, 코킹 대용 외부 방수 천 패커를 사용함에 따라 공사 기간을 단축시킬 수 있고, 코킹이 확실하여 품질이 일정하고, 작업자의 숙련도에 의해 코킹의 품질이 좌우되지 아니하며, 작업 공정이 단순하여 공사 기간이 짧아지도록 할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법의 개략적인 구성이 도시된 도면들이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법(30)는, 주입 강관(100), 다수 개의 칸막이 고무(200), 다수 개의 주입 내관(300), 방수천 팩커(400) 및 다수 개의 팩커 지지 유닛(500)을 포함한다.
여기서, 주입 강관(100), 다수 개의 칸막이 고무(200), 다수 개의 주입 내관(300) 및 방수천 팩커(400)는, 도 2 또는 도 5의 구성요소와 동일하므로 설명의 중복을 피하기 위해 그 설명을 생략하기로 한다.
팩커 지지 유닛(500)은, 상술한 패커 조절 단계에 사용되는 유닛으로서, 방수천 팩커(400)에 의하여 감싸진 주입 강관(100)의 외주면을 일주면서 다수 개(500-1a 내지 500-1h)가 설치되되, 주입 강관(100)의 전후 방향으로 다른 열과 등간격으로 서로 이격되어 격자무늬와 같이 다수 개의 열(500-1 내지 500-3)로 배치되어 설치되며, 주입 강관(100)으로부터 분사되는 주입재에 의하여 개별적으로 신장되어 방수천(410) 패커를 지지한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법(30)는, 터널의 천공홀의 입구의 형태에 대응하여 자유롭게 신장이 가능한 팩커 지지 유닛(500)을 이용하여 방수천 팩커(400)에 의한 코킹 성능을 향상시켜 내벽 사이로 분사되는 주입재가 유출되는 것을 보다 효율적으로 방지할 수 있다.
도 9는 도 7의 팩커 지지 유닛을 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 팩커 지지 유닛(500)은, 지지 헤드(510), 신축성 튜브(520) 및 배출 벨브(530)를 포함한다.
지지 헤드(510)는, 방수천(410) 패커의 내측면을 지지할 수 있도록 상부(511)가 평평한 원판 형태로 형성되고, 상부(511) 테두리로부터 하측으로 갈수록 직경이 좁아지는 깔때기 형태(512)로 형성되며, 신축성 튜브(520)에 의해 지지된다.
신축성 튜브(520)는, 상하 방향으로 신축 가능한 재질로 형성되어 주입 강관(100)의 외주면으로부터 지지 헤드(510)까지 연장 형성되며, 도 7에 도시된 바와 같이 각 분사공(N-1 내지 N-4)으로부터 분사되는 주입재에 의하여 내부 공간이 충진되면서 주입 강관(100)으로부터 멀어지는 방향으로 주입 강관(100)과 터널의 천공홀의 내벽 사이의 간격에 대응하는 길이까지 신장되어 지지 헤드(510)를 지지한다.
배출 벨브(530)는, 지지 헤드(510)의 경사진 측면을 따라 다수 개가 서로 이격되어 설치되며, 지지 헤드(510) 및 신축성 튜브(520)의 내부 공간에 주입재가 모두 충진되면 방수천 팩커(400)의 내부 공간에 충진재가 수용될 수 있도록 지지 헤드(510)의 외부로 충진재를 배출시킨다.
일 실시예에서, 분사공(N-1 내지 N-4)은, 도 7에 도시된 바와 같이 신축성 튜브(520)가 위치하는 곳마다 주입 강관(100)에 형성될 수 있다.
상술된 실시예들은 예시를 위한 것이며, 상술된 실시예들이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상술된 실시예들이 갖는 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 명세서를 통해 보호받고자 하는 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10, 20, 30: 신 강관 동시주입 그라우팅 장치
100: 주입 강관
200: 칸막이 고무
300: 주입 내관
400: 방수천 팩커
500: 팩커 지지 유닛

Claims (3)

  1. 보강되어질 터널의 상측에 천공홀을 형성하는 천공홀 형성 단계;
    상기 천공홀 형성 단계에 의해 형성된 천공홀에 주입 강관 및 공기 배출 호스를 설치하는 장치 설치 단계;
    다수 개의 팩커 지지 유닛을 개별적으로 신장시켜 천공홀의 형태에 대응하여 방수천 팩커의 형상을 조절하는 주는 패커 조절 단계;
    주입재의 역류를 방지할 수 있도록 방수천 팩커를 팽창시켜 상기 주입 강관의 외벽과 천공홀 내벽 사이에 코킹을 실시하는 코킹 단계;
    상기 주입 강관의 내부에서 칸막이 고무에 의해 지지되는 다수 개의 주입 내관를 이용하여 주입재를 주입하는 주입 단계; 및
    주입재에 의해 형성되는 압력이 기 설정된 한계 압력에 도달하면 주입재의 주입을 종료하는 주입 종료 단계;를 포함하며,
    상기 팩커 지지 유닛은,
    상기 방수천 팩커에 의하여 감싸진 상기 주입 강관의 외주면을 일주면서 다수 개가 설치되되, 상기 주입 강관의 전후 방향으로 다른 열과 등간격으로 서로 이격되어 격자무늬와 같이 다수 개의 열로 배치되어 설치되며, 상기 주입 강관으로부터 분사되는 주입재에 의하여 개별적으로 신장되어 상기 방수천 패커를 지지하는, 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주입 강관은,
    터널의 천공홀을 통해 삽입되며, 내부 공간으로 주입되는 주입재를 터널의 천공홀로 분사시킬 수 있도록 외주면을 따라 일정한 간격으로 분사공들이 형성되며,
    상기 칸막이 고무는,
    상기 주입 강관의 내부 공간을 밀폐된 다수 개의 공간으로 구획시킬 수 있도록 상기 주입 강관의 내부 공간을 따라 서로 이격되어 다수 개가 설치되고, 상기 주입 강관을 압착시켜 상기 주입 강관의 내측에 고정 설치되며,
    상기 주입 내관은,
    상기 칸막이 고무에 의해 구획되는 다수 개의 각각의 공간으로 주입재를 개별적으로 동시에 주입할 수 있도록 상기 주입 강관의 내부 공간으로 삽입되어 상기 칸막이 고무에 의해 다수 개가 지지되며,
    상기 방수천 팩커는,
    상기 주입 강관의 입구측 외주면을 따라 설치되며, 상기 주입 강관과 터널의 천공홀의 내벽 사이로 분사되는 주입재의 역류를 방지할 수 있도록 상기 주입 강관으로 주입되어 상기 분사공을 통해 배출되는 주입재가 수용됨에 따라 팽창되어 터널의 천공홀의 입구를 밀폐시키며,
    상기 방수천 팩커는,
    방수 재질의 천으로 제작되어 상기 주입 강관의 외주면을 둘러싸며, 전단 내측면이 상기 주입 강관의 입구측 외주면을 감싸고 안착되고, 후단 외측면이 상기 주입 강관과 대향하도록 내측 방향으로 뒤집혀 상기 주입 강관의 외주면을 감싸고 안착되는 방수천;
    상기 주입 강관에 안착된 상기 방수천의 전단 외측면을 따라 설치되어 상기 방수천의 전단을 상기 주입 강관에 체결하는 전단 체결 밴드;
    고무 재질로 형성되며, 상기 주입 강관에 안착된 상기 방수천의 후단 내측면을 따라 설치되어 상기 방수천의 후단을 상기 주입 강관에 체결하는 제1 후단 체결 밴드; 및
    상기 제1 후단 체결 밴드의 외측을 따라 설치되어 상기 제1 후단 체결 밴드를 상기 방수천의 후단에 체결하는 제2 후단 체결 밴드;를 포함하며,
    상기 분사공은,
    상기 주입 강관의 외부로 분사된 주입재가 상기 주입 강관의 내부로 다시 유입되는 것을 방지할 수 있도록 원웨이 벨브로 형성되며,
    상기 칸막이 고무는,
    상기 주입 강관의 선단에 위치하는 제1 칸막이;
    상기 주입 강관의 선단으로부터 두 번째 위치하는 제2 칸막이;
    상기 주입 강관의 선단으로부터 세 번째 위치하는 제3 칸막이;
    상기 주입 강관의 선단으로부터 네 번째 위치하는 제4 칸막이; 및
    상기 주입 강관의 입구를 막고 마지막에 위치하는 제5 칸막이;를 포함하며,
    상기 제1 칸막이는,
    하나의 주입 내관이 통과할 수 있도록 하나의 관통홀이 형성되며,
    상기 제2 칸막이는,
    두 개의 주입 내관이 통과할 수 있도록 두 개의 관통홀이 형성되며,
    상기 제3 칸막이는,
    세 개의 주입 내관이 통과할 수 있도록 세 개의 관통홀이 형성되며,
    상기 제4 칸막이는,
    경우에는 네 개의 주입 내관이 통과할 수 있도록 네 개의 관통홀이 형성되며,
    상기 제5 칸막이는,
    다섯 개의 주입 내관이 통과할 수 있도록 다섯 개의 관통홀이 형성되며,
    상기 제1 칸막이는,
    상기 제2 칸막이와 3m의 간격으로 설치되고, 상기 제3 칸막이와 3m의 간격으로 설치되고, 상기 제5 칸막이와 6m의 간격으로 설치되며,
    상기 제5 칸막이는,
    상기 제4 칸막이와 0.6m의 간격으로 설치되며,
    상기 방수천 팩커는,
    상기 제4 칸막이와 상기 제5 칸막이 사이의 상기 주입 강관의 입구측 외주면을 따라 설치되는, 신 강관 동시주입 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강 공법.
  3. 삭제
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