KR102186791B1 - 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중의 굴착공 내부에 설치되는 그라우팅 케이싱의 외주면에 구비되고, 상기 굴착공의 공벽에 밀착되도록 압축되는 차폐부와, 상기 그라우팅 케이싱의 외주면에 설치되고, 상기 차폐부를 향해 하강하도록 형성되며, 상기 차폐부를 상기 굴착공 공벽에 밀착시켜 상기 굴착공을 밀봉하도록 가이드 하는 압착부 및 상기 그라우팅 케이싱의 외주면에서 상기 압착부와 연결되며, 물 공급관을 통해 외부로부터 물이 공급됨에 따라 발생되는 수압에 의해 상기 압착부를 하강시키는 균압 주입관부를 포함한다.

Description

고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치{Apparatus for shielding high depth groundwater well prevention grouting}

본 발명은 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지하수 굴착공(지하수 관정, 지하수 수질측정망, 지열 지중열교환기 굴착공 등)의 상층부에서 유입되는 오염된 지하수 유입을 차단하거나, 일부 오염에 의해 탁도나 오염인자가 극심하게 유입되는 구간에 대한 오염지하수 차단을 위해 구간차폐가 가능하도록 하는 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 호수나 댐건설을 통한 인공호수, 하천이나 강물 등 지표수는 인류의 물 사용량의 폭발적인 증가로 이미 그 고갈이 예견되고 있으며, 대한민국 역시 미래의 물 기근 국가로 분류되어 있는 실정이다.

이에 따라, 지하수는 미래 인류의 새로운 수자원으로서 조명되고 있고, 한국 또한 지하수의 사용량이 계속 증가 추세에 있어 그 사용량 비율이 전체 용수 사용량의 약 12%에 육박하고 있으나, 선진각국의 개발 현황과 대비하여 보면 향후 국내 지하수 사용 비율은 지속적으로 증가되어 20%를 상회할 것이라는 예측이 가능하여 현재의 지하수 사용량에 비해 약 2.5 배가 넘는 약 60억 톤의 개발 잠재량을 보유하고 있다고 분석되고 있다.

그러나, 국가의 중요한 지하자원의 하나로서 후세에 길이 물려줄 지하수가 개발과정과 사용과정에서 제대로 관리되지 못함으로써, 고갈 되어지고, 재개발에 따른 무분별한 굴착 등으로 인해 황폐화 되어가고 있다는 것은 국가적 재앙이라 해도 과언이 아닐 것이다.

종래 지하수 심정이나 수질측정망, 지열 지중열교환기용 굴착공을 형성하는 과정에서 상층 오염지하수의 유입을 방지하여 지하수 수질을 보전하기 위해서 지표하부보호벽(케이싱)을 암반선 1m 이상 깊이까지 삽입설치하고 5cm 이상 두께로 차수벽을 형성하도록 규정하여 시행하고 있다.

이때, 사용되어 온 차폐장치는 압축공기를 주입하면, 팽창되는 팽창튜브를 케이싱 하단에 결합하여 목표깊이까지 삽입설치하고 압축공기를 주입하여 굴착공 공벽과 케이싱 사이를 차폐할 수 있도록 한 후 속경성시멘트를 주입하여 신속히 경화시킴으로써 효과적인 차폐가 달성되도록 하였다.

또한, 다른 차폐장치는 상호 슬라이딩이 가능한 케이싱 사이에 압축이 변형이 가능한 원통형 압축튜브를 끼워 설치한 후 목표깊이까지 내려 설치된 상태에서 안전잠금장치를 해제한 후 압박하여 케이싱이 상호 슬라이딩하면서 수축하는 과정에서 압축튜브의 형태가 오므라지면서 굴착공 공벽과 케이싱 사이를 차폐하였다.

이러한 형태는 모두 케이싱과 굴착공 공벽을 효과적으로 차폐할 수 있는 효과가 있었던 반면에, 팽창튜브의 경우 굴착공 내부에 삽입되는 과정에서 팽창튜브가 파손되는 일이 잦아 작업성이 크게 떨어지는 문제가 있었으며, 압축튜브의 경우에는 케이싱을 압축하여 슬라이딩시키는 과정에서 케이싱 하단이 굴착공 바닥에 위치하여 버팀이 가능하거나 별도의 케이싱을 잡아주기 위한 로프를 설치하여야 하는 문제점이 있었다.

한편, 본 발명과 관련된 선행기술로서 본 발명인에 의해 발명되어 특허받은 특허 제0334451호(발명의 명칭 : 지하수 심정의 그라우팅 파이프장치 및 그라우팅 방법)외 다수의 특허와 실용신안을 출원 등록한 바 있으며 현장에서의 성공적인 기술접목과 사업화를 달성하여 국가 지하수 개발과 오염방지 관련 분야에 공헌하여 온 바 있다.

종래 기술은 지하수 심정 벽체와 그라우팅 케이싱 외주면과의 다양한 간격에서도 높은 차폐성을 확보할 수 있어, 그 기술의 우수성에 대한 평가가 높아 신기술로 인정됨과 동시에 국가 지하수업무수행지침서에 등재됨은 물론, 제주도의 경우에는 특별법 제정을 통해 적용의 강제를 취하여 온 바도 있다

그러나, 전술한 바와 같이 팽창튜브의 특성상 팽창을 시키기 위해서는 압축공기의 주입이 필요하고, 지표로부터 통상 30미터 또는 그 이하의 깊이까지 그라우팅 케이싱에 장착하여 투입하여야 하는 과정에서 지하수법에서 규정하고 있는 그라우팅 두께가 50 밀리미터(mm)밖에 이르지 않는 간극이 좁은 지하수 심정 벽체와의 마찰과 충격으로 파열될 수 있는 가능성이 늘 존재하고 있었던 문제가 있었다.

또한, 수직상으로 설치되는 특성 상 팽창튜브에는 물을 주입하여 팽창시키게 되면, 수두압현상(물 높이 10미터당 약1.033kg/cm² 압력 발생)으로 지하수 심정마다 일정하지 않은 지하수 수위로 인해 계획된 정확한 팽창력을 조정하거나 확보하기 어려운 문제가 있어, 이러한 불편을 해소하기 위해 압축공기를 사용하게 되는데 압축공기의 압력은 팽창튜브가 연질의 팽창성이 높은 특성 상 0.1 kg/cm 이상에서도 팽창이 시작됨으로 팽창튜브가 설치된 깊이에서 지하수 수위를 뺀 깊이에 수두압을 고려하여 적정 공급 공기압력을 결정하여야 하기 때문에, 장치를 처음 접하는 초보자들은 어려워하는 문제가 있을뿐더러, 이론보다는 실무에 더 비중을 두고 있는 지하수 개발업체에 직접 공급하여 시공하는 과정에서는 이러한 기술의 이해와 현장적응이 어렵다는 현실을 확인하였으며, 이러한 이유로 인해 보다 폭 넓은 기술적용에 한계를 가지고 있을 수 밖에 없었다.

또한, 특허 제10-0715746호(발명의 명칭 : 지하수 심정 오염방지를 위한 그라우팅장치 및 그 시공방법)는 지하수 심정에 오염된 지표수가 유입되지 못하도록 지표하부보호벽을 구성하는 장치와 시공방법을 발명한 바 있으나, 이 장치와 방법은 인케이싱과 아웃케이싱 사이 간극의 하부면을 차폐하도록 환형의 정착 플레이트와, 정착 플레이트 상면에 안착되며, 분할된 구조체로서 이격거리가 멀어짐으로써 인케이싱 외주면과 아웃케이싱 내주면에 각각 밀착되도록 수성한 인너팩킹 및 아웃터팩킹, 그리고 인너팩킹과 아웃터팩킹의 이격거리를 제어하는 제어수단으로 구성된 장치로 구성되어 있다.

그러나, 이는 그라우팅을 위해 사용되는 인케이싱과 지하수 굴착공벽이 극이 좁은 공간에서는 인너팩킹와 아웃터 팩킹이 그 기능을 다하지 못할 수 있는 한계를 가질 수 밖에 없으며, 인케이싱과 지하수 굴착 공벽의 간극의 크기에 따라 인너팩킹과 아웃터팩킹의 두께 값을 수시로 조정 설치해야 하는 불편함이 따를 수밖에 없는 문제를 안고 있음은 물론, 웨지부재를 삽입하기 위해서는 인너팩킹과 아웃터팩킹의 높이를 제한 할 수 밖에 없는데, 그 결과 차폐의 길이가 짧아지게 되어 차폐면적이 작아지게 됨으로써, 효과적인 차폐의 성능을 확보하기에는 부족함이 있을 수 밖에 없었다.

더욱 중요한 것은, 인너팩킹과 아웃터팩킹 간의 이격거리를 제어하기 위한 제어수단인 웨지부재를 통상 50 밀리미터 내외로 좁게 형성된 인케이싱과 지하수 굴착 공벽의 사이의 간극에서 어떻게 작동시킬 것인가에 대한 고찰이 전혀 없다는 문제점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은, 차수층의 형성을 위하여 압축에 의해 팽창하는 차폐체를 구비하고, 실린더가 수압에 의해 그라우팅 케이싱의 외주면을 따르며 하강하여 차폐체를 압착, 그에 따른 팽창이 이루어지도록 함으로써, 차폐체의 모든 부분을 균일하게 팽창시킬 수 있으며, 결과적으로는 지하수 굴착공(지하수 관정, 지하수 수질측정망, 지열 지중열교환기 굴착공 등)의 상층부에서 유입되는 오염된 지하수 유입을 차단하거나, 일부 오염에 의해 탁도나 오염인자가 극심하게 유입되는 구간에 대한 오염지하수 차단을 위해 확실한 구간차폐가 가능하도록 하는 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치는 지중의 굴착공 내부에 설치되는 그라우팅 케이싱의 외주면에 구비되고, 상기 굴착공의 공벽에 밀착되도록 압축되는 차폐부와, 상기 그라우팅 케이싱의 외주면에 설치되고, 상기 차폐부를 향해 하강하도록 형성되며, 상기 차폐부를 상기 굴착공 공벽에 밀착시켜 상기 굴착공을 밀봉하도록 가이드 하는 압착부 및 상기 그라우팅 케이싱의 외주면에서 상기 압착부와 연결되며, 물 공급관을 통해 외부로부터 물이 공급됨에 따라 발생되는 수압에 의해 상기 압착부를 하강시키는 균압 주입관부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 압착부는 상기 차폐부의 상면과 마주하도록 상기 그라우팅 케이싱 외주면에 설치되고, 테두리를 따르며 복수의 결합 홈이 구비되는 가압 플레이트 및 상기 결합 홈에 각각 결합되어 상기 균압 주입관부와 연결되며, 상기 균압 주입관부에 저장된 물이 내부로 공급됨에 따라 수압에 의해 상기 가압 플레이트를 하강시키도록 형성되는 실린더를 구비한다.

여기서, 상기 압착부는 상기 균압 주입관부와 상기 실린더를 연결하는 연결관 상에 설치되며, 상기 균압 주입관부에 공급되는 물이 상기 실린더를 향해 동일한 시점 및 양으로 공급되어 복수의 상기 실린더가 동일 수압으로 하강하도록 개폐를 제어하는 제어 밸브를 더 구비한다.

그리고, 본 발명에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치는 복수의 상기 실린더 사이에 각각 길이를 가지며 고정 배치되고, 상기 가압 플레이트의 상부 테두리와 접하게 배치되어 상기 가압 플레이트의 상승을 차단하는 상승 차단부를 더 포함한다.

여기서, 상기 압착부는 상기 상승 차단부의 양면과 접하도록 상기 가압 플레이트의 상부에서 각각이 한 쌍을 이루며 복수로 결합되고, 상기 가압 플레이트 하강 시 하강 경로를 가이드 하는 가이드 부재를 더 구비한다.

또한, 상기 가압 플레이트는 상기 결합 홈이 형성된 위치의 테두리에 설치되며, 상기 실린더를 구성하는 피스톤 로드가 상기 결합 홈에 결합됨에 따라 측면으로 체결부재를 삽입하여 상기 실린더와 결합되도록 형성되는 체결 홀을 구비한다.

또한, 상기 가압 플레이트는 상기 차폐부를 향하여 외주면의 테두리가 하방으로 절곡되어 형성되며, 상기 차폐부가 선택적으로 내부에 수용되도록 형성되는 수용부재를 구비한다.

또한, 상기 그라우팅 케이싱은 상기 가압 플레이트와 마주하는 외주면을 따르며 복수로 형성되는 요(凹) 홈부재를 구비하고, 상기 가압 플레이트는, 상기 요 홈부재의 내부로 삽입되기 위한 돌출부재를 구비하여 상기 돌출부재가 상기 요 홈부재의 내부에 레일 결합되어 하강하도록 한다.

여기서, 상기 요 홈부재는 상기 가압 플레이트의 하강 구간을 형성하는 내주면이 라쳇(ratchet) 기어로 형성되며, 상기 돌출부재는 상기 요 홈부재의 내주면과 맞물리게 결합되어 상기 가압 플레이트의 상승이 제한되도록 한다.

한편, 상기 균압 주입관부는 상기 물 공급관을 통해 물이 공급되기 이전에 내부의 잔여 공기를 외부로 배출하도록 형성되는 공기 배출관을 구비한다.

이러한 상기 공기 배출관은 상기 잔여 공기의 배출 시 개방되며, 상기 균압 주입관부의 내부로 물이 공급됨에 따라 선택적으로 차단되도록 형성되는 차단 밸브를 구비한다.

또한, 상기 차폐부는 상기 압착부가 하강함에 따라 형상이 변형되어 선택적으로 상기 굴착공의 공벽에 밀착되도록 연질의 고무재질로 이루어진다.

본 발명은, 차수층의 형성을 위하여 압축에 의해 팽창하는 차폐체를 구비하고, 실린더가 수압에 의해 그라우팅 케이싱의 외주면을 따르며 하강하여 차폐체를 압착, 그에 따른 팽창이 이루어지도록 함으로써, 차폐체의 모든 부분을 균일하게 팽창시킬 수 있으며, 결과적으로는 지하수 굴착공(지하수 관정, 지하수 수질측정망, 지열 지중열교환기 굴착공 등)의 상층부에서 유입되는 오염된 지하수 유입을 차단하거나, 일부 오염에 의해 탁도나 오염인자가 극심하게 유입되는 구간에 대한 오염지하수 차단을 위해 확실한 구간차폐가 가능하도록 하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 종래의 팽창튜브에서 대체한 합성수지로 이루어진 차폐체를 적용하기 때문에, 찢어짐 등과 같은 손상으로 인한 차폐 기능 저하 문제를 미연에 방지할 수 있고, 그에 따라 제품의 품질과 시공의 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치의 동작을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치의 종래 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치의 압착부 및 균압 주입관부의 구조를 보여주는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치에 대한 실린더의 구조를 보여주는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치의 가이드 부재를 보여주는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치에 대한 수용부재의 구조를 보여주는 도면이다.
도 8 은 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치에 대한 요 홈부재 및 돌출부재의 레일 결합을 보여주는 도면이다.
도 9 는 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치에 대한 돌출부재의 하강을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치의 동작을 개략적으로 보여주는 도면이며, 도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치의 종래 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치는 지중의 굴착공(1)(지하수의 양수를 위한 굴착공, 개방형 열교환기의 지열 교환을 위한 굴착공 등 지중에 형성되는 모든 구멍을 의미, 즉 지중에 천공된 모든 용도의 구멍을 차폐하는 것을 의미함)에 삽입되는 그라우팅 케이싱(10)의 외주면에 장착되는 것으로, 차폐부(100), 압착부(200) 및 균압 주입관부(300)를 포함한다.

차폐부(100)는 지중의 굴착공(1) 내부에 설치되는 그라우팅 케이싱(10)의 외주면에 구비되고, 굴착공(1)의 공벽에 밀착되도록 압축된다.

바람직하게는, 차폐부(100)는 압착부(200)가 하강함에 따라 형상이 변형되어 선택적으로 굴착공(1)의 공벽에 밀착되도록 연질의 고무재질로 이루어진다.

이러한 차폐부(100)는 그라우팅 케이싱(10)의 외주면으로 돌출되도록 고정 설치된 가이드 플레이트(12)에 안착되며, 그에 따라 압착부(200)에 의해 가이드 플레이트(12)와의 사이 영역에서 그 위치가 고정될 수 있다.

압착부(200)는 그라우팅 케이싱(10)의 외주면에 설치되고, 차폐부(100)를 향해 하강하도록 형성되며, 차폐부(100)를 굴착공(1) 공벽에 밀착시켜 굴착공(1)을 밀봉하도록 가이드 한다.

여기서, 압착부(200)는 균압 주입관부(300)에 의해 내부로 물이 공급됨에 따라 발생되는 수압에 의해 하강하도록 형성된다.

한편, 균압 주입관부(300)는 그라우팅 케이싱(10)의 외주면에 고정 배치된 상태로 압착부(200)와 연결되며, 물 공급관(310)을 통해 외부로부터 물이 공급됨에 따라 발생되는 수압에 의해 압착부(200)를 하강시키도록 형성된다.

즉, 균압 주입관부(300)는 물 공급관(310)을 통해 내부로 물이 공급되어 그 내부에 물이 수용된 상태에서, 압착부(200)와 연결된 복수의 연결관(202)을 동시에 개방하게 되면, 이때 발생된 수압에 의해 도 2에 도시된 바와 같이 압착부(200)를 하강시키게 되고, 그에 따라 압착부(200)의 하강에 의해 차폐부(100)가 압착되어 굴착공(1)의 공벽에 밀착되게 할 수 있다.

종래에는, 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예와 같은 실린더의 구조가 아닌 스프링(S)을 가압하여 차폐부(100)를 압착, 굴착공(1)의 공벽에 밀착될 수 있도록 하였으나, 이러한 구조의 경우 스프링(S)의 구조적 특성 상 압착부(200)가 수평을 유지하며 하강하는데 어려움이 발생될 수 있기 때문에, 차폐부(100) 상면의 전(全) 영역으로 탄성력을 균일하게 전달하기 어려우며, 그에 따라 차폐부(100)를 확실히 굴착공(1)의 공벽에 밀착되게 하기 어렵다.

따라서, 본 실시예에서는 실린더 구조로 형성된 압착부(200)가 수압 펌프에 의해 형성되는 수압에 의해 그라우팅 케이싱(10)의 외주면을 따르며 하강하여 차폐부(100)를 압착, 그에 따른 팽창이 이루어지도록 함으로써, 차폐부(100)의 모든 부분을 균일하게 팽창시킬 수 있으며, 결과적으로는 지하수 굴착공(1)(지하수 관정, 지하수 수질측정망, 지열 지중열교환기 굴착공 등)의 상층부에서 유입되는 오염된 지하수 유입을 차단하거나, 일부 오염에 의해 탁도나 오염인자가 극심하게 유입되는 구간에 대한 오염지하수 차단을 위해 확실한 구간차폐가 가능하게 할 수 있다.

이하, 도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치의 압착부 및 균압 주입관부의 구조를 보여주는 도면이고, 도 5 은 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치에 대한 실린더의 구조를 보여주는 도면이며, 도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치의 가이드 부재를 보여주는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치는 압착부(200)를 포함하며, 이러한 압착부(200)는 가압 플레이트(210) 및 실린더(220)를 구비한다.

먼저, 가압 플레이트(210)는 차폐부(100)의 상면과 마주하도록 그라우팅 케이싱(10)의 외주면에 설치되고, 테두리를 따라 실린더(220)가 결합되기 위한 복수의 결합 홈(210a)이 구비된다.

이러한 가압 플레이트(210)에는 결합 홈(210a)에 실린더(220), 다시 말해 실린더(220)를 구성하는 피스톤 로드(226)가 삽입된 상태에서 그 위치를 고정하기 위하여 체결 홀(H)이 구비된다.

여기서, 체결 홀(H)은 결합 홈(210a)이 형성된 위치에 해당하는 가압 플레이트(210)의 테두리에 설치되며, 피스톤 로드(226)가 결합됨에 따라 측면으로 체결부재(250)가 삽입되도록 가이드 하여 실린더(220)에 확실히 결합되게 한다.

실린더(220)는 결합 홈(210a)에 각각 결합되어 균압 주입관부(300)와 연결되며, 균압 주입관부(300)에 저장된 물이 내부로 공급됨에 따라 수압에 의해 가압 플레이트(210)를 하강시키도록 형성된다.

이러한 실린더(220)의 구조는 일반적인 실린더의 구조로서, 실린더(222), 피스톤(224) 및 피스톤 로드(226)로 이루어지며, 가압 플레이트(210)의 테두리를 따르며 복수로 결합되어 모두가 균압 주입관부(300)와 수직 방향으로 연결된다.

실린더(220)는 균압 주입관부(300)와 연결된 복수의 모두가 동일한 압력으로 하강, 가압 플레이트(210)를 통해 차폐부(100)의 모든 영역을 균일하게 압착시키기 위한 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이 제어 밸브(230)을 구비한다.

즉, 제어 밸브(230)는 균압 주입관부(300)와 실린더(220)를 연결하는 연결관(202)에 설치되는 것으로, 균압 주입관부(300)에 공급되는 물이 실린더(220)를 향해 동일한 시점 및 동일한 양으로 공급되어 복수의 실린더(220)가 동일 수압으로 하강하도록 개폐를 제어한다.

다시 말해, 제어 밸브(230)는 초기에는 닫힘 상태로 유지되어 있으며, 이후 가압 플레이트(210)를 하강시켜 차폐부(100)를 압착시키고자 하는 경우에는, 균압 주입관부(300)의 내부로 소정의 양만큼 물이 수용된 상태가 된 것으로 확인되면, 복수의 연결관(202)을 동시에 개방하도록 제어 밸브(230)의 동작을 제어함으로써, 동일한 수압에 의해 복수의 실린더(220)가 수평 상태를 유지하며, 즉 동일한 하강 높이를 따르며 하강할 수 있도록 한다.

이때, 실린더(220)를 수압에 의해 하강시키기 위하여 내부로 물을 공급하는 것은, 만일 굴착공(1) 공벽이 약해진 상황 등으로 인하여 실린더(220)의 파손이 발생하게 되면, 실린더(220) 내부로 유압용 오일을 유체로 공급하여 사용하는 경우 유체가 밖으로 유출되어 굴착공(1)의 내부를 오염시킬 수 있기 때문에, 물을 공급하여 이와 같은 문제 발생을 미연에 방지하기 위한 것이다.

한편, 도 4에 도시된 압착부(200)의 구성을 바탕으로 그 동작을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 물 공급관(310)을 통해 외부로부터 균압 주입관부(300)의 내부로 물이 공급되도록 하는데, 이때 균압 주입관부(300)에는 물 공급관(310)을 통해 물이 공급되기 이전에 내부의 잔여 공기를 배출하도록 형성되는 공기 배출관(320)이 설치되어 있기 때문에, 물 공급시도와 함께 균압 주입관부(300) 내부의 잔여 공기가 물의 주입이 되어지는 만큼 외부로 배출시키도록 함으로써, 물 공급이 원활하게 이루어지도록 한다.

이러한 공정의 이유는 설치 초기부터 물 공급관(310)에 물을 채우게 됨에 따라 자연수위가 낮아지게 되는 경우, 물 공급관(310)의 수두가 높게 형성될 수 있고, 이러한 수두로 인해 계획되지 않은 깊이에서 압착부(200)를 불시에 구동시켜 차폐의 목적을 달성시킬 수 없도록 하는 문제를 예방하기 위해 설치 초기에는 적정한 깊이까지는 물 공급을 제한하도록 한 것이다.

이이서, 물 공급이 시작되면, 공기 배출관(320)에 마련된 차단 밸브(322)를 차단하고, 물 공급이 진행됨에 따라 균압 주입관부(300)의 내부로 실린더(220)의 하강을 위한 소정의 양만큼 물이 수용되게 되면, 물 공급관(310)의 체크 밸브(312) 또한 차단하도록 제어한다.

여기서, 체크 밸브(312)는 일차 공급된 수압에 의해 균압 주입관부(300)의 내부로 실린더(220)의 하강이 이루어진 이후 공급된 물이 역류하여 가압 플레이트(210)의 상승이 발생되지 않도록 막아주는 기능을 하게 된다.

이후, 상기와 같은 상태가 되면, 복수의 실린더(220)와 하강 가이드(300)를 각각 연결하는 연결관(202)에 구비된 제어 밸브(230)가 개방되도록 그 동작을 제어, 하강 가이드(200) 내부의 물이 복수의 연결관(202)을 통해 각각의 실린더부(222)의 내부로 동시에 이동하게 함으로써, 동일한 수압에 의해 가압 플레이트(210)가 동일 속도 및 수평 상태를 유지하며 하강하도록 가이드 할 수 있다.

더 자세히 설명하면, 연결관(202)에 구비된 복수의 제어 밸브(230)가 모두 개방되면, 하강 가이드(300)에 수용된 물이 공급됨에 따라 발생되는 동일한 수압에 의해 피스톤(224)이 실린더부(222)의 내부에서 하강하게 하게 되고, 그에 따른 피스톤 로드(226)의 하강에 의해 피스톤 로드(226)와 체결부재(250)를 통해 결합된 가압 플레이트(210)가 차폐부(100)를 향하여 수평 상태를 유지하며 하강, 차폐부(100)를 압착함으로써, 변형된 차폐부(100)를 통해 굴착공(1)을 확실하게 밀봉할 수 있도록 한다.

이러한 제어밸브(230)는 사전에 개폐 작동압력을 세팅하여 설치하도록 하며 필요 시 설치 구성을 생략할 수도 있다.

이 상태에서, 차폐부(100)에 의해 밀봉된 굴착공(1) 내부의 공벽과 그라우팅 케이싱(10) 사이공간으로 그라우팅 주입관(미도시)을 통해 시멘트와 같은 충전재가 공급되어 굴착공(1) 내부가 밀폐 상태가 되도록 함으로써, 그라우팅 케이싱(10)의 내부로 상층 오염지하수가 유입되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치는 상승 차단부(400)를 더 포함하며, 이러한 상승 차단부(400)는 복수의 실린더(220)들 사이에 각각 길이를 가지며 고정 배치되고, 가압 플레이트(210)의 상부 테두리와 접하도록 배치되어 가압 플레이트(210)의 상승을 차단할 수 있다.

이러한 상승 차단부(400)는 두 가지 타입으로 형성되는데, 이중 하나의 상승 차단부(400')는 가압 플레이트(210)의 상부 테두리와 마주하는 일단부가 소정의 면적을 가지도록 형성되어 가압 플레이트(210)의 하강 시 차폐부(100)가 변형됨에 따라 탄성의 의한 반작용 또는 압력에 의해 가압 플레이트(210)가 상승하게 되는 경우, 이를 효과적으로 차단할 수 있으며, 다른 하나의 상승 차단부(400)는 후술 될 가이드 부재(240)와 함께 가압 플레이트(210)의 하강 경로를 가이드 할 수 있다.

즉, 상승 차단부(400, 400')는 복수의 실린더(220) 사이에 각각 설치되는데, 이 중 일단부가 소정의 면적을 가지는 상승 차단부(400')의 경우, 후술 될 가이드 부재(240)가 설치됨에 따라 간섭이 발생될 수 있기 때문에, 그라우팅 케이싱(10) 외주면에서 서로 마주보며 한 쌍으로만 구비될 수 있다.

한편, 가이드 부재(240)는 도 4 및 도 6 에 도시된 바와 같이 두 가지 타입 중 일단부가 소정의 면적을 가지도록 하는 상승 차단부(400')를 제외한 나머지 상승 차단부(400)의 양면과 각각 접하도록 가압 플레이트(210)의 상부에서 각각이 한 쌍을 이루며 복수로 결합된다.

그에 따라, 가이드 부재(240)는 가압 플레이트(210)의 하강 시 하강 경로를 가이드 할 수 있으며, 결과적으로는 수압에 의한 가압 플레이트(210)의 하강 시 소정의 길이를 가지는 가이드 부재(240)가 상승 차단부(400)를 따르며 하강하도록 함으로써, 용이하게 동일한 수평 상태를 유지하며 하강할 수 있도록 가이드 한다.

이하, 도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치에 대한 수용부재의 구조를 보여주는 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치는 차폐부(100)을 압착시키기 위한 가압 플레이트(210)를 구비하며, 이러한 가압 플레이트(210)는 수용부재(212)를 구비할 수 있다.

즉, 수용부재(212)는 차폐부(100)를 향하여 외주면의 테두리가 하방으로 절곡되어 형성되며, 차폐부(100)가 선택적으로 내부에 수용되도록 형성된다.

다시 말해, 수용부재(212)는 가압 플레이트(210)의 외주면에서 절곡되도록 형성되는 것으로, 만일 가압 플레이트(210)가 하강하여 차폐부(100)를 압착하게 되면, 가압 플레이트(210)의 직경이 굴착공(1)의 내부 직경 보다 작기 때문에, 그 사이 공간으로 변형된 차폐부(100)의 일부가 압력에 의해 상기 사이 공간을 통하여 배출될 수 있으므로, 가압 플레이트(210)의 외주면에 수용부재(212)가 설치되도록 함으로써, 상기와 같은 차폐부(100) 배출과 같은 문제를 미연에 방지할 수 있다.

여기서, 수용부재(212)는 그 각도가 가압 플레이트(210)의 외주면에서 90 도 각도를 이루도록 절곡 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐 효과적으로 차폐부(100)의 배출을 차단하기 위해 가압 플레이트(210)의 외주면에서 굴착공(1)의 내부를 향하여 하향 경사지는 형태로 형성될 수도 있다.

이하, 도 8 은 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치에 대한 요 홈부재 및 돌출부재의 레일 결합을 보여주는 도면이고, 도 9 는 본 발명의 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치에 대한 돌출부재의 하강을 보여주는 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치에서 그라우팅 케이싱(10)은 가압 플레이트(210)와 마주하는 외주면을 따르며 복수로 형성되는 요(凹) 홈부재(10a)를 구비한다.

또한, 가압 플레이트(210)는 요 홈부재(10a)의 내부로 삽입되기 위한 돌출부재(214)를 구비할 수 있으며, 그에 따라 돌출부재(214)가 요 홈부재(10a)의 내부에 레일 결합되어 하강하도록 한다.

즉, 그라우팅 케이싱(10)의 외주면에는 소정의 간격을 가지며 형성되는 요 홈부재(10a)가 마련되어 있고, 가압 플레이트(210) 내주면에는 요 홈부재(10a)의 간격에 대응되는 간격을 가지는 복수의 돌출부재(214)가 구비되는데, 그에 따라 돌출부재(214)가 요 홈부재(10a)의 내부에 레일 결합되어 요 홈부재(10a)의 길이 방향을 따라 하강하도록 함으로써, 수압에 의한 실린더(220)의 동작, 다시 말해 가압 플레이트(210)의 하강 시 용이하게 동일한 수평 상태를 유지하며 하강할 수 있도록 가이드 한다.

이와 함께, 상기와 같이 복수의 돌출부재(214)가 복수의 요 홈부재(10a)의 내부에 레일 결합되어 있기 때문에, 동시에 모든 돌출부재(214)가 함께 상승하는 경우를 제외하고는, 어느 하나의 돌출부재(214) 만이 상승하게 되는 경우, 레일 결합 구조를 통해 나머지 돌출부재(214)가 요 홈부재(10a) 상에 걸림 위치되므로, 가압 플레이트(210)의 상승을 용이하게 차단할 수 있다.

한편, 요 홈부재(10a)는 도 9에 도시된 바와 같이 가압 플레이트(120)의 하강 구간을 형성하는 내주면이 라쳇(ratchet) 기어의 형태로 형성될 수 있으며, 이에 대응하도록 돌출부재(214)는 요 홈부재(10a)의 내주면과 맞물리게 결합되어 가압 플레이트(210)의 상승이 제한되도록 할 수 있다.

더 자세하게는, 가압 플레이트(210)는 수압에 의해 하강하여 차폐부(100)를 압착함에 있어서, 차폐부(100)가 변형됨에 따라 탄성의 의한 반작용 또는 압력에 의해 가압 플레이트(210)가 상승하게 될 수 있는데, 이렇게 되면 차폐의 효과가 감소하게 되는 문제가 발생할 수 있게 된다.

이를 위해, 가압 플레이트(120)에 마련된 돌출부재(214)가 요 홈부재(10a)의 내부에 기계적으로 결합, 다시 말해 라쳇 기어로 형성된 내부에 맞물리게 결합되어 가압 플레이트(210)의 상승을 차단하도록 함으로써, 1 차적으로 레일 결합 구조를 통하여 가압 플레이트(210)가 상승되는 것을 방지할 수 있으며, 이와 동시에 2 차적으로 단순한 라쳇 기어의 결합 구조를 통해 차폐부(100)에 변형으로 인한 가압 플레이트(210)의 상승을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명은, 차수층의 형성을 위하여 압축에 의해 팽창하는 차폐체를 구비하고, 실린더가 수압에 의해 그라우팅 케이싱의 외주면을 따르며 하강하여 차폐체를 압착, 그에 따른 팽창이 이루어지도록 함으로써, 차폐체의 모든 부분을 균일하게 팽창시킬 수 있으며, 결과적으로는 지하수 굴착공(지하수 관정, 지하수 수질측정망, 지열 지중열교환기 굴착공 등)의 상층부에서 유입되는 오염된 지하수 유입을 차단하거나, 일부 오염에 의해 탁도나 오염인자가 극심하게 유입되는 구간에 대한 오염지하수 차단을 위해 확실한 구간차폐가 가능하도록 하는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 종래의 팽창튜브에서 대체한 합성수지로 이루어진 차폐체를 적용하기 때문에, 찢어짐 등과 같은 손상으로 인한 차폐 기능 저하 문제를 미연에 방지할 수 있고, 그에 따라 제품의 품질과 시공의 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

1 : 굴착공 10 : 그라우팅 케이싱
10a : 요 홈부재 12 : 가이드 플레이트
100 : 차폐부 200 : 압착부
202 : 연결관 210 : 가압 플레이트
210a : 결합 홈 212 : 수용부재
214 : 돌출부재 220 : 실린더
222: 실린더부 224 : 피스톤
226 : 피스톤 로드 230 : 제어 밸브
240 : 가이드 부재 250 : 체결부재
300 : 균압 주입관부 310 : 물 공급관
312 : 체크 밸브 320 : 공기 배출관
322 : 차단 밸브 400, 400' : 상승 차단부
H : 체결 홀

Claims (12)

1. 지중의 굴착공 내부에 설치되는 그라우팅 케이싱의 외주면에 구비되고, 상기 굴착공의 공벽에 밀착되도록 압축되는 차폐부;
   상기 그라우팅 케이싱의 외주면에 설치되고, 상기 차폐부를 향해 하강하도록 형성되며, 상기 차폐부를 상기 굴착공 공벽에 밀착시켜 상기 굴착공을 밀봉하도록 가이드 하는 압착부; 및
   상기 그라우팅 케이싱의 외주면에서 상기 압착부와 연결되며, 물 공급관을 통해 외부로부터 물이 공급됨에 따라 발생되는 수압에 의해 상기 압착부를 하강시키는 균압 주입관부;를 포함하며,
   상기 압착부는,
   상기 차폐부의 상면과 마주하도록 상기 그라우팅 케이싱 외주면에 설치되고, 테두리를 따르며 복수의 결합 홈이 구비되는 가압 플레이트; 및
   상기 결합 홈에 각각 결합되어 상기 균압 주입관부와 연결되며, 상기 균압 주입관부에 공급되는 물이 내부로 공급됨에 따라 수압에 의해 상기 가압 플레이트를 하강시키도록 형성되는 실린더;를 구비하고,
   상기 그라우팅 케이싱은,
   상기 가압 플레이트와 마주하는 외주면을 따르며 복수로 형성되는 요(凹) 홈부재를 구비하고,
   상기 가압 플레이트는, 상기 요 홈부재의 내부로 삽입되기 위한 돌출부재를 구비하여 상기 돌출부재가 상기 요 홈부재의 내부에 레일 결합되어 하강하도록 하며,
   상기 요 홈부재는,
   상기 가압 플레이트의 하강 구간을 형성하는 내주면이 라쳇(ratchet) 기어로 형성되며,
   상기 돌출부재는, 상기 요 홈부재의 내주면과 맞물리게 결합되어 상기 가압 플레이트의 상승이 제한되도록 하는 것을 특징으로 하는 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 압착부는,
   상기 균압 주입관부와 상기 실린더를 연결하는 연결관 상에 설치되며, 상기 균압 주입관부에 저장된 물이 상기 실린더를 향해 동일한 시점 및 양으로 공급되어 복수의 상기 실린더가 동일 수압으로 하강하도록 개폐를 제어하는 제어 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   복수의 상기 실린더 사이에 각각 길이를 가지며 고정 배치되고, 상기 가압 플레이트의 상부 테두리와 접하게 배치되어 상기 가압 플레이트의 상승을 차단하는 상승 차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 압착부는,
   상기 상승 차단부의 양면과 접하도록 상기 가압 플레이트의 상부에서 각각이 한 쌍을 이루며 복수로 결합되고, 상기 가압 플레이트 하강 시 하강 경로를 가이드 하는 가이드 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 가압 플레이트는,
   상기 결합 홈이 형성된 위치의 테두리에 설치되며, 상기 실린더를 구성하는 피스톤 로드가 상기 결합 홈에 결합됨에 따라 측면으로 체결부재를 삽입하여 상기 실린더와 결합되도록 형성되는 체결 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 가압 플레이트는,
   상기 차폐부를 향하여 외주면의 테두리가 하방으로 절곡되어 형성되며, 상기 차폐부가 선택적으로 내부에 수용되도록 형성되는 수용부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치.
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 균압 주입관부는,
    상기 물 공급관을 통해 물이 공급되기 이전에 내부의 잔여 공기를 외부로 배출하도록 형성되는 공기 배출관을 구비하는 것을 특징으로 하는 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 공기 배출관은,
    상기 잔여 공기의 배출 시 개방되며, 상기 균압 주입관부의 내부로 물이 공급됨에 따라 선택적으로 차단되도록 형성되는 차단 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치.
    
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐부는,
    상기 압착부가 하강함에 따라 형상이 변형되어 선택적으로 상기 굴착공의 공벽에 밀착되도록 연질의 고무재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고심도 지하수 관정 오염방지 그라우팅용 차폐 장치.
    

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