KR102289094B1

KR102289094B1 - 스마트 그라우트 시스템 및 이를 적용한 터널 보강방법

Info

Publication number: KR102289094B1
Application number: KR1020210010240A
Authority: KR
Inventors: 이평우; 이상원; 이상빈
Original assignee: 이평우; 이상원; 이상빈
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2021-08-12

Abstract

본 발명은 토목공사에서 지반을 깎아내거나 굴착을 할 때 지반이 붕괴되지 않게 하기 위하여 천공을 하고 천공홀에 그라우트 보강을 하는 스마트 그라우트 시스템에 관련되며, 이는 그라우트 압력과 그라우트 량이 천공홀에 균등하게 전달되도록 가압그라우팅을 하는 것과 그라우트 보강과 보강재 보강을 동일단면에서 동시에 시공할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 일실시 예에 따른 스마트 그라우트 시스템은, 길게 연장되어 선단이 뾰족하면서 폐쇄되고, 외주면에 복수의 관통구(110)가 형성되며, 선단은 천공홀(1) 내부로 삽입되고 후미는 천공홀(1) 입구 밖으로 연장되도록 설치되는 제1그라우트 호스(100); 및 제1그라우트 호스에 일정한 간격으로 설치되는 구속장치 및 상기 제1그라우트 호스(100) 후미에 연결되어 그라우트재를 주입하도록 하는 연결장치 및 개폐기(122), 압력계(124), 유량계(126), 믹싱펌프(128)를 포함하는 제1주입부재(120);를 포함한다.

Description

스마트 그라우트 시스템 및 이를 적용한 터널 보강방법{Smart grout system and tunnel reinforcement method using it}

본 발명은 스마트 그라우트 시스템 및 이를 적용한 터널 보강방법을 적용한 터널 보강방법에 관련되며, 보다 상세하게는 토목공사에서 지반을 깎아내거나 굴착을 할 때 지반이 붕괴되지 않게 하기 위하여 천공을 하고 천공홀에 그라우트 보강을 하는 스마트 그라우트 시스템 및 이를 적용한 터널 보강방법에 관한 것이다.

토목 공사 중에 지반을 깎거나 굴착을 하게 되면 굴착 면이 스스로 자립할 수 없기 때문에 붕괴되지 않도록 지반에 천공을 한 후 천공홀에 그라우트를 하여 지반보강을 하게 된다.

그라우트 방법으로서 멘젠 튜브관이나 케이싱파이프를 천공홀에 삽입하고 멘젠튜브와 천공홀사이를 실링한 후 관속에 에어 패커 호스를 넣고 후진하면서 다단으로 그라우팅하거나 선단부가 관통된 그라우트 호스의 선단이 보강재와 결합되어 천공홀 끝단에 위치하도록 하고 가압그라우팅을 하며 지반 보강을 한다.

즉, 그라우트 액이 분출되는 관통구가 하나이기 때문에, 그라우트 호스를 일정 거리만큼 후진 또는 인발 하면서 그라우트 하게되는데, 하나의 그라우트 호스 관통구에서 그라우트 되는 그라우트 범위가 상당히 큰 3-5m 간격이 된다.

이와같은 보강 방법은 실링공정 시간 및 실링재 양생대기시간으로 후속작업이 지연되고 다단으로 3-5회에 걸쳐 그라우트 함에 있어, 1회 그라우트 하는 범위가 3~5m간격이기 때문에 천공홀 내 균등한 압력이 전달되지 않는다.

또한, 보강재와 결합되어 설치되는 그라우트 호스의 관통구가 천공홀 맨 끝단에 위치한 상태에서 가압그라우트 되기 때문에 천공홀 입구와 끝단의 간격이 매우 커 천공홀 내 균등하게 압력이 전달되지 못하면서 시공시간이 많이 걸린다. 즉 그라우트 호스 관통구가 있는 천공홀 끝단은 압력을 크게 받고 먼 거리에 있는 천공홀 입구부분은 압력이 거의 전달되지 않는다.

또한, 혼화재를 추가 할 경우에도 그라우트 호스 선단 부근에서만 혼화재가 분출되기 때문에 천공홀 전체에 혼합되지 않고 끝부분만 혼합된다.

또한, 터널 내에서 차수그라우팅과 강관보강 그라우팅을 같은 구간 내 설치 할 경우 상기 그라우트 방법으로 차수 그라우팅을 먼저하고 이어서 강관 보강 그라우팅을 하고 있다.

강관보강을 위해 다시 같은 구역을 천공하여 차수를 흐트려 놓으면서 같은 구역을 중복되게 그라우트 하고 있다.

이와같이 실링공정에 의해 시간이 많이 걸리고 그라우트 호스의 분출구 간격이 길어 균등한 압력전달이 되지 않으며, 또한 터널 내 차수와 강관의 중복시공으로 작업시간이 많이 걸리면서 비용이 많이 발생한다.

KR

10-1580961

B1 (2015.12.22.)

KR

10-1665515

B1 (2016.10.16.)

이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 그라우트 압력과 그라우트 량이 천공홀에 균등하게 전달되도록 가압그라우팅을 하는 것과 그라우트 보강과 보강재 보강을 동일단면에서 동시에 시공할 수 있는 스마트 그라우트 시스템 및 이를 적용한 터널 보강방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 토목공사에서 지반을 깎아내거나 굴착을 할 때 지반이 붕괴되지 않게 하기 위하여 천공을 하고 천공홀에 그라우트 보강을 하는 스마트 그라우트 시스템에 있어서, 길게 연장되어 선단이 뾰족하면서 폐쇄되고, 외주면에 복수의 관통구(110)가 형성되며, 선단은 천공홀(1) 내부로 삽입되고 후미는 천공홀(1) 입구 밖으로 연장되도록 설치되는 제1그라우트 호스(100); 및 제1그라우트 호스에 일정한 간격으로 설치되는 구속장치 및 상기 제1그라우트 호스(100) 후미에 연결되어 그라우트재를 주입하도록 하는 연결장치 및 개폐기(122), 압력계(124), 유량계(126), 믹싱펌프(128)를 포함하는 제1주입부재(120);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1그라우트 호스(100) 후미에 Y관(Y)이 설치되고, 상기 Y관(Y)에 제1주입부재(120)와 제2주입부재(130)가 각각 연결되며, 제 2주입부재(130)는 연결장치, 개폐기(132), 압력계(134), 유량계(136), 믹싱펌프(138)를 포함하며, 상기 제 1, 2주입부재(120)(130)를 통하여 서로 상이한 그라우트재가 선택적으로 스마트 주입되도록 구비되는 것을 특징으로 특징으로 한다.

또한, 상기 제1그라우트 호스(100) 길이방향으로 형성되어 선단이 뾰족하면서 폐쇄되고, 외주면에 복수의 관통구(210)가 형성되며, 선단은 천공홀(1) 내부로 삽입되고 후미는 천공홀(1) 입구 밖으로 연장되도록 설치되는 제2그라우트 호스(200); 상기 제1그라우트 호스(100)와 제2그라우트 호스(200)를 서로 결속하도록 구비되는 구속부재(202); 및 상기 제2그라우트 호스(200) 후미에 연결되어 그라우트재를 주입하도록 연결장치, 개폐기(222), 압력계(224), 유량계(226), 믹싱펌프(228)를 포함하는 제3주입부재(220);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2그라우트 호스(200)의 관통구(210)에 역류방지부재(212)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1그라우트 호스(100) 길이방향으로 배치되어 선단이 개방되고, 길이가 서로 상이한 복수 라인으로 형성되며, 외주면에 복수의 관통구(310)가 형성되고, 선단은 천공홀(1) 내부로 삽입되고 후미는 천공홀(1) 입구 밖으로 연장되도록 설치되는 제3그라우트 호스(300); 상기 제1그라우트 호스(100)와 제3그라우트 호스(300)를 서로 결속하도록 구비되는 구속부재(302); 및 상기 제3그라우트 호스(300) 후미에 연결되어 그라우트재를 주입하도록 개폐기(322), 압력계(324), 유량계(326), 믹싱펌프(328)를 포함하는 제4주입부재(320);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천공홀(1) 내에 강관(400)이 삽입되고, 상기 강관(400)은 내부에 그라우트 호스가 수용된 상태로 함께 삽입되거나, 강관(400)을 천공홀(1) 내에 삽입 후 강관(400) 내부로 그라우트 호스를 삽입하도록 구비되며, 상기 그라우트 호스를 천공홀(1) 내에 삽입하고 강관(400)을 제거한 후 그라우트재를 주입하거나, 그라우트재를 주입하여 강관(400)과 그라우트 호스를 매립할 수 있고, 상기 천공홀(1) 내에 매립되는 강관(400)은 외주면에 나선형태로 복수의 통공(410)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천공홀(1) 내부 공기를 배기하는 에어분출호스(500)가 구비되고, 상기 에어분출호스(500)는 천공홀(1)이 상향 경사각일 경우 선단이 천공홀(1) 끝단부에 배치되고, 천공홀(1)이 하향 경사각일 경우 선단이 천공홀(1) 입구 측에 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천공홀(1) 내부로 주입되는 그라우트 압력 및 그라우트 주입양은 주입부재에 의해 자동으로 제어 및 기록 관리되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1주입부재(120) 또는 제2주입부재(220)는 개폐기(122)(222)와 믹싱펌프(128)(228) 사이에 유턴관(600) 일단이 연결되고, 상기 유턴관(600) 다른 일단은 믹싱펌프(128)(228)에 연결되며, 상기 유턴관(600)은 유턴밸브 또는 압력밸브에 의해 개폐되어 믹싱펌프(128)(228)를 통하여 공급되는 그라우트 오버압력을 흡수하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 스마트 그라우트 시스템을 적용한 터널 보강방법은, 터널 막장 면에서 터널진행방향으로 서로 상이한 경사각 또는 일정한 경사각을 가진 1~N번열 천공홀(1)을 상향 경사각으로 천공하고, 상기 1번열 천공홀(1)에서 N번열 천공홀(1)로 갈수록 천공 길이가 단계적으로 길게 형성하는 천공홀 형성단계(S1); 상기 막장 면에서 부터 미굴착된 터널영역에 대응하는 천공홀(1) 입구영역을 마감하는 홀채움단계(S2); 및 상기 천공홀(1) 내부로 그라우트재를 스마트 주입하는 그라우팅단계(S3);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천공홀 형성단계(S1)에서 이웃하는 천공홀(1)은 지름이 서로 상이하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천공홀(1) 내부는 강관(400)에 의해 보강되고, 상기 강관(400)의 후미는 미굴착된 터널영역에 대응하는 천공홀(1) 영역에 위치되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 강관(400) 내부에 보강강관, 보강선재를 포함하는 보조보강재가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 강관(400) 후미에 개방구(422)가 형성된 덮개(420)가 설치되고, 상기 개방구(422)를 통하여 그라우트 호스 일단이 천공홀(1) 내부로 삽입된 상태로 다른 일단이 천공홀(1) 외부로 연장되어 주입부재에 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천공홀(1) 입구 밖에서부터 강관(400) 후미까지 구간에서 보조관(430)이 설치되고, 상기 보조관(430)이 강관(400)과 연결되는 경우, 강관(400)과 연결되는 단부 길이를 조절할 수 있도록 차단선이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 강관(400)은 천공홀(1)을 천공함과 동시에 삽입되는 직천공방식으로 시공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 터널을 굴착하면서 일정구간이 중첩되도록 보강을 반복 시공함에 있어, 첫 번째 막장 면에 형성되는 1~N번열 천공홀(1)을 천공하여 그라우팅하고, 그라우팅 완료 후 터널을 굴삭하여 형성되는 두 번째 막장면에 노출되는 마지막 번째 천공홀(1) 다음 위치에 천공홀(1)을 1열만 반복 시공하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 홀채움단계(S2)는, 막장 면에서 부터 미굴착된 터널영역에 대응하는 천공홀(1) 입구영역에 그라우트, 패커, 주머니, 토목섬유, 토목 재료 중 적어도 1종 이상의 코킹재(440)를 사용하여 마감하거나, 상기 그라우트 호스를 천공홀(1)에 삽입 후 후진시키면서 급속 그라우팅하여 홀채움 하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천공홀 형성단계(S1)에서 천공홀(1)은 8~15°상향 경사각으로 천공되고, 천공홀(1) 전체 또는 선택적으로 강관(400)을 삽입하고 그라우트재를 주입하여 가압 그라우팅하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그라우트재에 자기치유 역할과 수중 불분리 역할과 급속양생이 가능한 혼화제(재)를 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그라우트 호스를 강관(400) 내부 또는 외부에 1개 이상 더 추가하여 시공완료 후 재그라우팅하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 천공홀(1) 내부로 강관(400) 또는 철근 보강재 또는 강관(400)과 철근 보강재가 배근된 상태로 가압 그라우팅되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 강관(400)이 천공홀(1)내에서 그라우트재와 함께 매립될 경우 천공홀(1)의 일정한 깊이에 강관(400) 후미가 위치하고, 강관(400) 후미에 뚜껑이나 캡등의 덮개(420)가 설치되고, 천공홀(1)입구부터 강관(400)후미 사이에 코킹수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.

이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 토목공사의 절취와 굴착으로 인하여 느슨해지는 지반을 보강하여 붕괴나 사태가 일어나지 않도록 하기 위한 방법에 있어서 그라우트 호스에 일정한 간격으로 관통구를 형성시키고 그라우트 호스 선단은 폐쇄하여 천공홀 내 균등한 압력과 균등한 물량이 전달되도록 하여 품질을 향상시키고, 실링 공정을 생략하는 간편한 그라우트 시공으로 공기가 단축 및 시공성과 공사비용이 절감되는 경제성을 확보하고, 또한, 터널 내에서 차수 그라우팅과 강관 보강 그라우팅을 동시에 시공함으로써 중복시공을 제거하고 차수그라우팅과 강관보강 그라우팅의 시공으로 인하여 발생되는 터널 굴착 장비의 대기의 횟수를 현저하게 단축 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 터널에서 차수그라우팅 범위를 나타낸 기존방법의 단면도.
도 2는 터널에서 차수그라우팅 시공 단면을 나타낸 기존방법의 단면도.
도 3은 터널에서 차수그라우팅시공 순서도를 나타낸 기존방법의 단면도.
도 4는 터널에서 기존방법의 강관보강 설치 단면도.
도 5는 터널에서 기존방법의 강관보강 설치 종단도.
도 6은 터널에서 기존방법의 강관보강 그라우팅 시공 순서도.
도 7은 본 발명의 스마트 그라우트 시스템 개념도.
도 8은 본 발명의 스마트 그라우트 시스템의 다른 예.
도 9는 본 발명의 스마트 그라우트 시스템의 다른 예.
도10은 본 발명의 스마트 그라우트 시스템의 다른 예.
도11은 본 발명의 터널에서의 시공 예.
도12는 본 발명의 터널에서의 다른 시공 예.
도13은 본 발명의 터널에서의 다른 시공 예.
도14는 본 발명의 터널에서의 다른 시공 예.
도15는 본 발명의 터널에서의 Y관 설치의 다른 예.
도16은 본 발명의 에어분출호스를 나타내는 구성도.
도17은 본 발명의 스마트 그라우트 시스템 및 이를 적용한 터널 보강방법을 개략적으로 나타내는 블록도.
도18은 본 발명의 보조관을 나타내는 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

본 발명은 토목공사에서 지반을 깎아내거나 굴착을 할 때 지반이 붕괴되지 않게 하기 위하여 천공을 하고 천공홀에 그라우트 보강을 하는 스마트 그라우트 시스템에 관련되며, 이는 그라우트 압력과 그라우트 량이 천공홀에 균등하게 전달되도록 가압그라우팅을 하는 것과 그라우트 보강과 보강재 보강을 동일단면에서 동시에 시공할 수 있도록 구성된다. 또한, 스마트 그라우트 시스템을 이용한 그라우트는 차수그라우팅 보강과 지반 그라우팅 보강 등이 포함된다.

본 발명의 일실시 예에 따른 스마트 그라우트 시스템은, 도 7과 같이 길게 연장되어 선단이 뾰족하면서 폐쇄되고, 외주면에 복수의 관통구(110)가 형성되며, 선단은 천공홀(1) 내부로 삽입되고 후미는 천공홀(1) 입구 밖으로 연장되도록 설치되는 제1그라우트 호스(100); 및 제1그라우트 호스에 일정한 간격으로 설치되는 구속장치 및 상기 제1그라우트 호스(100) 후미에 연결되어 그라우트재를 주입하도록 하는 연결장치 및 개폐기(122), 압력계(124), 유량계(126), 믹싱펌프(128)를 포함하는 제1주입부재(120);를 포함한다.

그리고 상기 제1그라우트 호스(100)의 몸통에 일정한 간격으로 형성된 관통구(110)에서 분출되는 그라우트 액의 압력은 천공홀(1) 내부 공간이 다 채워진 다음부터 천공홀(1) 내에 균등한 압력이 전달되어 천공홀(1)과 접하는 지반에 일정한 량의 그라우트재가 침투된다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 스마트 그라우트 시스템은 도 8과 같이, 상기 제1그라우트 호스(100) 후미에 Y관(Y)이 설치된다.

상기 Y관(Y)에 제1주입부재(120)와 제2주입부재(130)가 각각 연결되며, 제 2주입부재(130)는 연결장치, 개폐기(132), 압력계(134), 유량계(136), 믹싱펌프(138)를 포함하며, 상기 제 1, 2주입부재(120)(130)를 통하여 서로 상이한 그라우트재가 선택적으로 스마트 주입되도록 구비된다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 스마트 그라우트 시스템은, 도 9처럼 상기 제1그라우트 호스(100) 길이방향으로 형성되어 선단이 뾰족하면서 폐쇄되고, 외주면에 복수의 관통구(210)가 형성되며, 선단은 천공홀(1) 내부로 삽입되고 후미는 천공홀(1) 입구 밖으로 연장되도록 설치되는 제2그라우트 호스(200); 상기 제1그라우트 호스(100)와 제2그라우트 호스(200)를 서로 결속하도록 구비되는 구속부재(202); 및 상기 제2그라우트 호스(200) 후미에 연결되어 그라우트재를 주입하도록 연결장치, 개폐기(222), 압력계(224), 유량계(226), 믹싱펌프(228)를 포함하는 제3주입부재(220);를 포함한다.

이때, 상기 구속부재(202)는 그라우트 호스를 결합시키는 역할 뿐만 아니라 호스의 처짐을 방지하고 간격재 역할을 한다.

그리고 상기 제2그라우트 호스(200)의 관통구(210)에 역류방지부재(212)가 구비된다. 역류방지부재(212)는 제1그라우트 호스(100)에서 분출된 그라우트재가 제2그라우트 호스(200) 안으로 들어오지 않도록 하는 구성으로, 밸브, 테이프 및 탄성튜브 중 어느 1종 이상으로 구성된다.

또한, 그라우트 완료후 발파등의 외부충격에 의하여 그라우트재가 크렉등의 손상이 발생되었을 경우 제2그라우트호스(200)로 재그라우트를 할 수도 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 스마트 그라우트 시스템은, 도 10과 같이, 상기 제1그라우트 호스(100) 길이방향으로 배치되어 선단이 개방되고, 길이가 서로 상이한 복수 라인으로 형성되며, 외주면에 복수의 관통구(310)가 형성되고, 선단은 천공홀(1) 내부로 삽입되고 후미는 천공홀(1) 입구 밖으로 연장되도록 설치되는 제3그라우트 호스(300); 상기 제1그라우트 호스(100)와 제3그라우트 호스(300)를 서로 결속하도록 구비되는 구속부재(302); 및 상기 제3그라우트 호스(300) 후미에 연결되어 그라우트재를 주입하도록 개폐기(322), 압력계(324), 유량계(326), 믹싱펌프(328)를 포함하는 제4주입부재(320);를 포함한다.

이때, 상기 각각의 그라우트 호스는 각각의 주입부재에 연결되어, 동일한 재질, 성능의 그라우트 액이 주입되거나, 서로 상이한 재질, 성능의 그라우트 액이 공급되도록 구성된다.

또한, 도 15에서 상기 천공홀(1) 내에 강관(400)이 삽입되고, 상기 강관(400)은 내부에 그라우트 호스가 수용된 상태로 함께 삽입되거나, 강관(400)을 천공홀(1) 내에 삽입 후 강관(400) 내부로 그라우트 호스를 삽입하도록 구비된다. 한편, 또한, Y관은 천공홀(1) 속 또는 강관(400) 후미쪽에 설치된다.

상기 그라우트 호스를 천공홀(1) 내에 삽입하고 강관(400)을 제거한 후 그라우트재를 주입하거나, 그라우트재를 주입하여 강관(400)과 그라우트 호스를 매립할 수 있고, 상기 천공홀(1) 내에 매립되는 강관(400)은 외주면에 나선형태로 복수의 통공(410)이 형성된다. 그리고 후미에 덮개(420)가 설치되어 천공홀(1) 입구를 마감하는 구성도 가능하고, 강관(400) 외주면 복수의 통공(410)은 일정한 간격으로 나선형 형태이면 더 유리하다.

상기 강관(400)은 원형모양의 모든 재질이 사용가능하며, 주로 멘젠튜브관, PVC관, 철강관, 원형상태로 만들어진 토목섬유관 등이 목적에 따라 선택적으로 사용할 수가 있다.

한편, 상기 강관(400) 외부에 그라우트 호스를 더 추가하여, 상기 제1, 2, 3그라우트 호스(100)(200)(300)를 통하여 그라우트재를 주입 완료 후 재그라우팅하도록 구비된다.

또한, 상기 천공홀(1) 내부 공기를 배기하는 에어분출호스(500)가 구비된다. 에어분출호스(500)의 선단은 뾰족한 형상으로 이루어지고 그라우트 호스와 구속장치에 의해서 고정된다.

상기 에어분출호스(500)는 천공홀(1)이 상향 경사각일 경우 선단이 천공홀(1) 끝단부에 배치되고, 천공홀(1)이 하향 경사각일 경우 선단이 천공홀(1) 입구측에 배치된다.

또한, 상기 천공홀(1) 내부로 주입되는 그라우트 압력 및 그라우트 주입양은 주입부재에 의해 자동으로 제어 및 기록 관리되도록 구비된다. 그리고 주입부재는 통신모듈에 의해 관리자 서버와 연결되어 데이터를 송수신하므로 차수 그라우트 주입 상황을 실시간 관리감독할 수 있는 스마트 주입시스템을 구축하게 된다.

도17은 본 발명의 스마트 그라우트 시스템 및 이를 적용한 터널 보강방법을 개략적으로 나타내는 블록도이다.

본 발명에 따른 스마트 그라우트 시스템을 적용한 터널 보강방법은, 터널 막장 면에서 터널진행방향으로 일정한 경사각을 가진 1~N번열 천공홀(1)을 상향 경사각으로 천공하고, 상기 1번열 천공홀(1)에서 N번열 천공홀(1)로 갈수록 천공 길이가 단계적으로 길게 형성하는 천공홀 형성단계(S1); 상기 막장 면에서 부터 미굴착된 터널영역에 대응하는 천공홀(1) 입구영역을 마감하는 홀채움단계(S2); 상기 천공홀(1) 내부로 그라우트재를 스마트 주입하는 그라우팅단계(S3);를 포함한다.

이때, 상기 천공홀 형성단계(S1)에서 이웃하는 천공홀(1)은 지름이 서로 상이하게 형성될 수도 있다.

또한, 상기 천공홀(1) 내부는 강관(400)에 의해 보강되고, 상기 강관(400)의 후미는 미굴착된 터널영역에 대응하는 천공홀(1) 영역에 위치되도록 구비된다.

그리고 상기 강관(400) 내부에 보강강관, 보강선재를 포함하는 보조보강재를 더 설치하여 보강력을 증대시키는 구성도 가능하다.

또한, 상기 강관(보강재, 400) 후미에 개방구(422)가 형성된 덮개(뚜껑, 420)가 설치되고, 상기 개방구(422)를 통하여 그라우트 호스 일단이 천공홀(1) 내부로 삽입된 상태로 다른 일단이 천공홀(1) 외부로 연장되어 주입부재에 연결된다.

여기서, 그라우트 목적으로 강관(400) 후미에 관통구가 형성된 덮개와 강관(400) 속에 1개 이상의 그라우트 호스를 고정 설치한 다음, 천공홀(1) 속에 삽입시키며 그라우트 호스 후미는 천공홀(1) 밖으로 연장되도록 설치하고 강관(400) 후미부터 천공홀(1) 입구 사이까지는 홀채움을 한다.

이때, 상기 덮개(420)는 강관(400) 후미에 부착되어 그라우트를 하기 위한 방법이나 모양이면 모두 무방하다. 또한, 강관(400) 후미에 덮개이나 캡이 꼭 필요하지는 않다.

또한, 상기 천공홀(1) 입구 밖에서부터 강관(400) 후미까지 구간에서 보조관(430)이 설치되고, 상기 보조관(430)이 강관(400)과 연결되는 경우, 강관(400)과 연결되는 단부 길이를 조절할 수 있도록 차단선이 형성된다. 즉, 차단선은 터널 굴착시 굴착 면 아래에 노출되는 보조관(430)을 쉽게 제거하기 위함이다.

한편, 보조관은 터널 굴착후 제거되는 구간이며 천공홀의 붕락을 막아주고 그라우트 호스 삽입을 원활하게 하며, 그라우트를 편리하게 하기 위함이다. 또한, 꼭 강관후미와 연결시킬 필요는 없다.

상기 보조관은 강관, PVC관, 토목섬유관 등에서 선택적으로 사용할 수가 있다.

또한, 상기 강관(400)은 천공홀(1)을 천공함과 동시에 삽입되는 직천공방식으로 시공된다.

그리고 터널을 굴착하면서 일정구간이 중첩되도록 보강을 반복 시공함에 있어, 첫 번째 막장 면에 형성되는 1~N번열 천공홀(1)을 천공하여 그라우팅하고, 그라우팅 완료 후 터널을 굴삭하여 형성되는 두 번째 막장면에 노출되는 마지막 번째 천공홀(1) 다음 위치에 천공홀(1)을 1열만 반복 시공하도록 구비된다.

또한, 상기 홀채움단계(S2)는, 막장 면에서 부터 미굴착된 터널영역에 대응하는 천공홀(1) 입구영역에 그라우트, 패커, 주머니, 토목섬유, 토목 재료 중 적어도 1종 이상의 코킹재(440)를 사용하여 마감하거나, 상기 그라우트 호스를 천공홀(1)에 삽입 후 후진시키면서 급속 그라우팅하여 홀채움하도록 구비된다.

이때, 상기 천공홀 형성단계(S1)에서 천공홀(1)은 8~15°상향 경사각으로 천공되고, 천공홀(1) 전체 또는 선택적으로 강관(400)을 삽입하고 그라우트재를 주입하여 가압 그라우팅하도록 구비된다.

또, 상기 그라우트재에 자기치유 역할과 수중 불분리 역할과 급속양생이 가능한 혼화제(재)를 포함시켜 그라우트 후 그라우트 구조체의 복원과 수중 불 분리 및 급속양생을 할 수 있도록 하는 구성도 가능하다.

즉, 충격에 의한 크렉 부분이 채워져 구조적 안전성을 회복하고 물과 접촉 시 시멘트 재료가 분리되지 않아 처음의 상태를 그대로 유지할 수 있으며 그라우트재를 빠르게 굳도록 할 수가 있다.

또한, 상기 강관(400) 후미와 천공홀(1) 입구 사이에 천공홀을 차단하는 차단시설 또는 강관(400) 후미에 뚜껑이 설치되고 1개이상의 그라우트 호스가 관통되어 설치될 수도 있다. 차단시설과 덮개(뚜껑)은 함께 설치될 수도 있고 각자 설치될 수도 있다.

그리고 상기 천공홀(1) 내부로 강관(400) 또는 철근 보강재 또는 강관(400)과 철근 보강재가 배근된 상태로 가압 그라우팅되도록 구비된다.

또한, 상기 강관(400)이 천공홀(1)내에서 그라우트재와 함께 매립될 경우 천공홀(1)의 일정한 깊이에 강관(400) 후미가 위치하고, 강관(400) 후미에 뚜껑이나 캡등의 덮개(420)가 설치되고, 천공홀(1)입구부터 강관(400)후미 사이에 코킹수단이 설치된다.

본 발명에 따른 스마트 그라우트 시스템 및 이를 적용한 터널 보강방법의 구체적인 실시 예를 살펴보면, 도 1은 터널 내에서의 차수그라우팅의 범위를 표시한 기존방법의 도면이고, 도 2는 도1의 차수그라우팅을 터널 진행방향으로 시공하는 시공선을 나타낸 기존방법의 도면이며, 도 3은 도2의 시공선 안의 천공홀에 그라우트하는 시공순서를 나타낸 기존방법의 도면이다.

도 1에서 음영선은 차수 보강 구역을 나타낸 것이고 격자지점과 ○로 표시된 하나하나는 천공홀을 표시한 것이다.

또한, ①,②,③,④는 천공장비가 서있는 위치를 표시한 것이다.

도 1을 보면 천공장비가 ①~④까지 위치에 고정 셋팅되어 72개의 천공홀을 형성시키고 있다. 또한, 제원표에서 보는 것과 같이 천공홀 72개 모두가 천공장비로부터 수평각과 수직각이 거의 모두 다르고 천공 길이가 거의 모두 다르다.

또한, 도 2a, 도 2b, 도 2c의 표시된 천공홀 길이가 보는 것과 같이 1.3~1.7m를 그라우트 하기 위해 7.5~7.9m를 천공하는 능률적이지 못한 시공을 하고 있다.

도 1, 도 2 도면에서 보는 바와 같이 간격이 일정하지 못하고 짧은 간격, 넓은 간격, 긴 구간, 짧은 구간 등 너무 비효율 적이면서 너무 많은 천공홀을 형성하고 있다.

이러한 문제로 시공비용뿐만 아니라 시공시간 역시 많이 소요되며 천공홀을 형성하기가 복잡하면서 매우 어렵다.

또한, 도 3에서 보는 바와 같이 그라우트 순서로는, 천공을 하고, pvc pipe로 만들어진 주입관을 제작하여 삽입하고, 주입관 후미와 천공홀 사이를 코킹하고, 천공홀 입구의 코킹부분부터 천공홀 끝단까지 주입관과 천공홀 사이에 실링 작업을 한 후 실링재가 갤타입이 될 때까지 양생을 한 후 주입관 속 끝단에 에어패커를 삽입하여 일정거리씩 후진하면서 그라우트를 한다.

주입관은 몸통에 일정한 간격의 관통구(주입공)가 형성되어 있고 이 관통구(주입공)에는 역류방지 밸브가 설치되어 있다.

주입관은 천공홀의 붕괴를 막아주고 에어패커를 천공홀 선단부터 후미까지 이동 시킬 수 있는 공간을 만들어 주기 위해 설치한다.

또한, 일정거리씩 후진하면서 그라우팅할 때는 에어패커를 주입관 벽에 밀착 되도록 에어를 주입하여 에어패커가 팽창되도록 한 후 에어패커를 관통해서 설치된 그라우트 분출구로 그라우팅을 하고, 그라우팅이 끝나면 압력이 소산되고 그라우트액이 일정한 굳기가 유지 될 때까지 기다렸다가 에어패커 공기를 제거한 후 일정거리 후진하며 에어패커에 다시 공기를 넣어 팽창시키는 방법을 반복적으로 시행하고 있다.

또한, 에어패커와 함께 형성된 분출구가 선단에 1개 밖에 없기 때문에 혼화재를 섞어 시공 할 경우 갤타임의 시간이 길어 그라우트 호스가 막히거나 갤타임 시간 없이 시공이 어렵기 때문에 그라우트가 굳기전에 바로 에어패커를 후진시키는 문제가 발생한다. 에어패커 후진시 굳지 않은 그라우트재도 함께 뒤로 흘러내린다.

도 3의 A-A단면도를 보면 천공홀① 안에 파이프로 만들어진 주입관②, 주입관속에 에어패커③, 에어패커 안에 그라우트 호스④로 형성되며 주입관과 천공홀 사이를 실링재⑤로 충진한다.

이와 같이 복잡하게 형성되어 있으며 그라우트에 따른 시공시간과 품질관리에 많은 어려움이 있다.

도 4는 터널에서 기존방법의 강관보강 설치 단면도이고 도 5는 터널에서 기존방법의 강관 보강 설치 종단면도를 표시한 도면이다.

강관보강은 터널 굴착면 상부에 약 50cm간격으로 일정 수량을 일정한 터널 굴착 거리에 따라 반복적으로 설치를 한다.

터널 내에서 차수보강과 강관보강이 동시에 설치되는 구간에서는 차수보강을 한 후 나중에 강관 보강을 한다.

도 6은 도 4와 도 5 도면과 같이 설치되는 기존방법의 강관 보강에 그라우트하는 시공순서도를 표시한 것으로서 터널 굴착선 상부에 일정한 간격으로 천공을 하고, 천공홀 속에 강관 보강재를 삽입하고 천공홀 입구에서 강관과 천공홀 사이를 코킹하고 천공홀 입구의 코킹 부분에서부터 천공홀 선단까지 강관과 천공홀 사이를 실링한 후 갤타입이 될 때까지 양생한 후 에어패커를 강관 내부 선단에서부터 일정한 거리만큼 후진하면서 그라우팅하는 시공 방법이다.

차수보강에서 사용되는 주입관 대신 강관을 사용하는 것으로 그 나머지는 차수보강과 똑같고 그에 따른 문제점도 똑같다.

또한, 강관보강 그라우트 후 터널을 굴착하기 위해서는 그라우트재가 양생되는 24시간 동안을 굴착하지 않고 대기 하여야 한다. 5~6대의 터널 굴착 장비가 굴착작업을 할 수가 없다. 이로인한 경제적 손실과 공기지연이 매우 많이 발생한다.

도 7은 본 발명인 스마트 그라우트 시스템 개념도이다.

제1주입부재와 제1그라우트 호스로 크게 구분된다.

제1주입부재는 믹서와 믹싱펌프에서 길게 연장되는 관의 끝단이 제1그라우트 호스 후미와 연결구에 의해 체결되고 믹서믹싱펌프와 연결구 사이에 유량계와 압력계와 개폐기가 설치된다.

연결장치는 제1주입부재의 관과 제1그라우트 호스 사이를 관 형태로 연결시켜 그라우트 재가 유출 없이 천공홀에 전달되도록 하는 것이다.

주입부재의 관직경과 그라우트 호스의 직경이 같거나 다를수 있으며 주입부재의 그라우트재가 그라우트 호스를 통하여 보강재속에 전달할 수 있으면 방법에 제한받지 않는다.

믹서에서는 시멘트와 물 또는 혼화제(재) 등을 섞는 탱크이고 믹싱펌프는 그라우트재를 믹서에서 나온 관을 타고 제1그라우트 호스를 통과하면서 천공홀과 천공홀 주변 지반에 침투되도록 가압하는 장치이다.

믹싱펌프에서 나오는 압력이 얼마인지 물량은 얼마인지 확인 할 수 있는 장치가 압력계와 유량계이다. 압력계와 유량계는 자동으로 체크되고 자동으로 설계된 물량을 주입하는 자동 주입 장치가 함께 사용 될 수도 있다.

또한, 압력계와 개폐기 사이에서 관이 분리되어 그라우트재가 유턴할 수 있도록 믹서기에 연장될 수도 있다. 이 관을 유턴관이라 하며 유턴관 어느 한 위치에 개폐기를 설치하여야 한다.

제1그라우트 호스를 천공홀에 삽입 시 그라우트 호스 선단이 천공홀 끝보다는 조금 떨어져 설치되는 것이 좋다.

유턴관은 믹싱펌프에서 압력을 가하는데 돌발적인 상황이 발생하였을 경우 제1주입부재의 개폐기는 폐쇄하고 유턴관의 개폐기는 개방하여 믹싱펌프의 과 부화에 따른 파손을 방지할 수 있도록 하였다.

제1그라우트 호스는 길게 연장된 호스로서 후미는 연결장치에 의해 제1주입부재에서 연장된 관과 체결되고 선단은 뾰족한 형태이면서 폐쇄되어 있다.

뾰족한 형태는 타원형, 삼각형, 원형 등과 같이 관 절단면보다 끝단이 작아서 관에 삽입시 걸림이 적으면 어떠한 형태이던 무방하다.

또한, 몸통은 일정한 간격을 두고 나선형 형태로 관통구가 형성되며 이 관통구를 통하여 그라우트 재가 천공홀 전체에 균등한 압력으로 균등하게 침투된다.

나선형 형태의 관통구는 그라우트액이 한쪽 방향으로만 분출되지 않고 돌아가면서 분출되도록 하여 편중되는 것을 줄이기 위함이다.

그라우트호수가 복수일때는 한쪽으로만 분출구를 형성시킬 수도 있다.

또한, 제1그라우트 호스에 일정한 간격으로 구속부재가 설치되는데 구속부재는 제1그라우트 외의 다른 호스와 고정시키고 또는 제1그라우트 호스가 천공홀 중앙부에 위치하도록 간격재 역할을 하도록 하였다.

또한, 기존 방법인 도 3의 A-A단면도에서 보면 ① 천공홀에 pvc pipe로 만들어진 ②주입관, 주입관안에 ③에어패커, 에어패커안에 ④그라우트 호스, 주입관과 천공홀 사이에 ⑤실링재의 다섯 공종으로 이루어져 있고, 또한, 그라우트 함에 있어 4-5회에 걸쳐 에어패커를 후진하면서 다단 그라우팅을 하는 반면, 본 발명인 도 7의 A-A단면도를 보면 ① 천공홀속에 관통구가 몸통에 형성되어 있는 ② 제1그라우트 호스, 즉 천공홀과 그라우트호스 두 공종만으로 이루어지며 다단없이 한번에 동시 가압그라우팅 한다.

기존은 천공홀, 주입관, 에어패커, 그라우트호스, 실링재의 5개 공종으로 이루어진 반면 본 발명은 천공홀과 제1그라우트 호스 단2개 공종으로 이루어져 있다.

도 8은 본 발명인 스마트 그라우트 시스템의 다른 예를 표시한 것으로서 제1주입부재와 제2주입부재 그리고 제1그라우트 호스로 이루어졌다

제2주입부재는 앞에 설명한 제1주입부재와 동일한 구조이며 다만 제1주입부재의 그라우트 재와 제2주입부재의 그라우트재의 성분과 효과가 다른 그라우트재가 사용된다. 또한, 제1주입부재의 관과 제2주입부재의 관이 Y관으로 연결되며 그 나머지 부분은 제1그라우트 호스 후미와 연결장치에 의해 체결된다.

제1그라우트 호스는 앞에서 설명한 내용과 동일하다.

제1 주입부재를 통하여 주입되는 재료와 제2주입부재를 통하여 주입되는 재료는 Y관을 통과하여 합류되는 지점부터 혼합되어 제1그라우트 호스의 관통구를 통하여 천공홀 내 와 천공홀 지반에 침투되도록 하였다.

Y관은 꼭 Y자 형태일 필요는 없다. 제1주입부재와 제2주입부재를 통하여 그라우트재가 혼합되어 천공홀속과 보강재 속에 그라우트 되면 된다. 혼합되는 위치를 Y관이라 표현한 것이다. 또한, 혼합되는 위치가 천공홀속과 보강재 후미쪽 일수도 있다. 제1그라우트 호스와 제2그라우트 호스를 통하여 유입되는 그라우트가 혼합되는 역할이 가능한 형태나 모양이면 어떠한 것도 무방하다. 터널의 강관보강에 있어서 천공홀속의 보강재 후미쪽에 Y관을 설치할 때는 천공에 따른 터널 지보재의 간섭 없이 15°이내 시공이 가능하여 매우 유용하게 사용될 수도 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 예를 표시한 도면으로서 제1주입부재와 제1그라우트 호스로 이루어진 것과 제2 주입부재와 제2그라우트 호스로 이루어진 것에서 제1그라우트 호스와 제2그라우트 호스를 구속부재(장치)에 의해 일정한 간격마다 구속 결합 시키고 제1주입부재와 제2주입부재는 별도로 분리 구분되어 설치되는 것이다.

또한, 구속부재(장치)는 그라우트호스를 천공홀 중앙에 위치시키고 구간내 간격을 구획하며 구간구간 차단하는 역할을 할수도 있다.

제2그라우트 호스는 제1그라우트 호스와 마찬가지로 선단은 뾰족하면서 폐쇄되어 있고 몸통에 일정한 간격으로 관통구가 형성되어 있으며 또한, 관통구에 역류방지부재가 부착된다.

1,2 그라우트 호스 선단의 뾰족한 부분은 구속장치에 의해 고정 결합되는데 합쳐져서 삼각형 모양의 뾰족한 형태가 되면 유리하다.

몸통보다 끝이 작은 모양으로 천공홀에 삽입시 걸림없이 쉽게 삽입하기 위한 모양이면 어떠한 모양이든 무방하다. 역류방지 장치는 테이핑 밸브 등을 사용하여 제1그라우트 호스를 통해서 분출된 그라우트재가 제2그라우트 호스로 들어오지 않으면 어떠한 방법이든 무방하다.

도10은 본 발명의 또 다른 예를 표시한 도면으로서 길이가 다른 복수의 제1그라우트 호스와 제1주입부재가 연결되고 제2그라우트 호스는 제2주입부재에 연결되는 형태를 나타낸다. 이때 그라우트 호스와 개방구의 틈새는 메워지는 것이 유리하다.

길이가 다른 복수의 제1그라우트 호스는 선단에 관통구가 형성되고 몸통에는 관통구가 없다. 제2그라우트 호스와 제2주입부재는 앞서 설명한 내용과 동일하다.

길이가 다른 복수의 그라우트 호스는 제1주입부재 하나에 연결되거나 각각의 제1주입부재에 연결될 수도 있다.

제1주입부재는 그라우트 재가 동일할 경우 여러 대가 있어도 제1주입부재로 표현한 것이고 제1주입부재와 다른 그라우트 재가 주입되는 것을 제2주입부재라 표현하였다. 모든 그라우트 호스는 뾰족한 형태이면서 각 그라우트 호스와 접하는 부분은 더 길게 된 부분이 결합되도록 하여 천공홀에 삽입 시 걸림 없이 잘 진입되도록 하였다.

도11은 본 발명에서의 시공예를 표시한 도면이다.

도11의 횡단면도를 보면 터널 굴착면 안 막장면에 2열로 보강 시작 위치를 표시하였고 굴착하지 않는 터널 굴착면 상부의 보강 범위 구간을 실선으로 표시한 것이다. 도11의 종단면도는 도11의 횡단면도에서 설치된 보강재를 터널 진행 방향으로 표시한 것이다. 터널을 굴착하고 생기는 터널 굴착면과 맞닿은 막장면에서 2열로 설계된 각도로 보강하는 것을 나타낸 것이다. 2열씩 일정한 간격으로 터널을 굴착한 후 처음과 동일하게 반복해서 보강하는 시공 예를 표시한 것이다.

터널이 굴착된 막장면 이전의 보강 범위에는 이미 보강이 이루어진 상태를 나타낸다.

도11 횡단면도에서 보는 것과 같이 본 발명은 차수보강과 강관보강을 동일 막장면에서 동시에 시공할 수 있는 시공 예를 도면으로 표시하였다.

첫 번째 열과 2번째 열의 동일 선상이 아닌 지그재그 형태로 차수와 강관보강을 할 수가 있다. 검정으로 표시된 것은 강관보강 홀이고 흰색으로 표시된 것은 차수보강홀을 표시한 것이다. 강관 보강재가 삽입된 천공홀을 그라우트 함에 있어 역시 차수 보강의 효과가 동시에 이루어지도록 하였다. 강관보강과 차수보강이 1열과 2열 아래 위로 같이 시공하여도 문제는 없다.

아직 굴착하지 않은 터널 굴착면에서 상부로 천공된 천공홀에는 차수보강이나 강관보강이 이루어지고 아직 굴착되지 않은 터널 굴착면 아래로 형성된 천공홀은 홀채움만 이루어진다. 차수보강과 강관보강 구간은 가압그라우팅을 하여야 한다. 또한, 막장면에서 아래로 내려갈수록 천공길이는 길어진다. 또한, 천공홀내에서 천공경을 다르게 할 수도 있고 인접홀간의 천공홀 규격이 다를 수도 있다. 강관보강 구간과 차수보강만 하는 천공홀에서 차수보강만하는 천공홀은 강관보강홀보다 작게 하는 것이 유리하다. 또한, 강관보강선단에서부터 추가하여 차수보강을 할 경우에는 차수보강 구간은 강관보강 구간보다 천공홀을 작게할 수가 있다. 또한, 보강재 설치구간에서 보강재 내부에 보조보강재를 추가 설치하여 보강재의 강성이 더 크게 할수도 있다. 보조보강재는 철근, 철재빔, 토목재료, 토목섬유등에서 강성을 더 크게 할수 있으면 어느 종류이어도 무방하다.

도12는 한 막장면에서 3열씩 일정한 터널 굴착 간격마다 시공하는 예를 표시한 것이다 한 막장에서 보강하는 열 수가 많을수록 다음 보강하는 터널 굴착 막장면 거리가 길어진다. 또한, 불필요한 천공 길이도 길어진다.

도13은 첫 막장은 2열 시공을 하고 다음 막장부터는 1열씩 시공하는 것을 예로 표시한 도면이다.

도14는 막장마다 1열씩 시공하는 것을 예로 표시한 도면이다.

상기 도11 도면에 표시된 ①과 ②는 터널 굴착과 함께 제거되는 구간으로서 그라우트시 천공홀에 홀 채움이 이루어지는 구간이다.

③과④는 보강구간으로서 차수 또는 강관이 삽입된 상태에서 가압그라우팅으로 천공홀과 천공홀 지반까지 그라우트재가 침투되도록 하며 ③,④의 길이는 모두 일정하다.

①과③ ②와④의 경계는 아직 굴착하지 않은 터널 굴착면 부근에 형성되고 꼭 일정한 위치일 필요는 없다.

본 발명인 도7의 제1그라우트 호스를 천공홀에 삽입함에 있어 천공홀 끝단 부근에 제1그라우트 호스 선단이 위치하고 제1그라우트 호스 후미는 천공홀 밖으로 연장되어 제1주입부재와 연결구에 의해 체결된다.

제1그라우트 호스 몸통에 관통된 분출구는 아직 굴착하지 않은 터널 굴착 면 부근부터 천공홀 끝단까지 설치되는 그라우트 호스구간(구간)에만 형성되고 아직 굴착하지 않은 터널 굴착면 부근부터 천공홀 입구 밖의 연결구까지는 관통구가 없는 것이 유리하다.

이와 같이 아직 굴착하지 않은 터널 굴착면부터 천공홀 입구까지는 제1그라우트 호스를 삽입한 상태에서 홀채움을 하게 되는데 홀채움 방법으로는 그라우트, 패커,주머니, 토목섬유, 토목재료 중에서 1개 이상을 이용하거나 천공홀 입구에 코킹없이 1개의 그라우트 호스를 후진시키면서 그라우트 액이 바로 응결되도록하며 홀채움하는 방법이 사용될 수도 있다. 또한, 보강재 후미에 덮개이나 캡등을 설치할 수도 있는데 꼭 필요한 것은 아니며 필요에 의하여 설치할 수도 있다. 덮개나 캡 등은 보강재 후미 또는 보강재 후미부분의 천공홀을 차단하는 목적으로 모양이나 재료에 구애받지 않는다. 또한, 그라우트 호스를 관통시켜야 하며 그라우트 호스와 관통구 사이는 밀폐시키는 것이 유리하다.

또한, 그라우트 호스와 함께 천공홀에 보조관을 설치할 수 있는데 보조관과 조립하여 동시에 천공홀에 삽입할 수도 있고 보조관과 그라우트 호스를 보조관 삽입 후 그라우트 호스를 삽입하는 순서로 할 수도 있다.

천공홀(1)입구부터 강관(400)후미사이에 코킹수단이 설치되는데 코킹수단이란 강관후미부터 강관(400)선단까지 그라우팅함에 있어 그라우트액이 천공홀을 통하여 밖으로 유출되지 않게 하는 목적이면 어떠한 방법이나 모양에 구애받지 않는다. 주로 패커, 주머니, 급결그라우트 등의 코킹부재가 사용된다. 또한 코킹수단을 이용하여 홀채움을 할수도 있다.

또한, 그라우트 전에 보조관을 제거할 수도 있고 그라우트 호스와 함께 그라우트재에 의해 매립될 수도 있다.

그라우트재에 의해 그라우트 호스와 함께 보조관이 천공홀안에 매립될 경우 보조관 후미는 그라우트 호스를 관통시키는 덮개가 설치되어야 하고 몸체에는 관통구가 일정한 간격으로 형성된다. 천공홀이 형성되지 않을 경우에는 보조관을 직접 천공하면서 설치할 수 있는 직천공 방식으로 시공할 수도 있다. 관통구는 나선형 형태이면 전단력 및 그라우트 분포등에서 유리하다. 보조관은 원형상태의 모든관을 의미하며 주로 강관, 멘젠튜브관, pvc관, 토목섬유관등이 사용된다.

또한, 하향 천공일때는 천공홀 입구에, 상향 천공일때는 천공홀 끝단에 선단이 설치되고 후미는 천공홀 밖으로 연장되면서 선단과 후미는 관통된 상태인 에어분출 호스를 천공홀에 설치할 수가 있다.

천공홀을 그라우트 함에 있어 천공홀 내 공기가 몰리는 부분에 에어분출 호스의 선단이 위치하도록 하면 된다. 또한, 보조관은 강관(400)이거나 토목재료로 만들어진 관 형태이면 무방하다. 또한, 보강 구간내 보강재 후미에서부터 아직 굴착하지 않은 터널 굴착면 아래쪽의 천공홀 입구 밖으로 보조관이 보강재 후미와 고정되거나 분리되어 설치되는데, 보조관은 토목재료이면 무방하며 보강재와 같은 재질로 이루어질 경우 절단될 위치에 차단선이 형성될 수도 있다. 고정되지 않을 경우에는 그라우트 전에 제거하는 것이 좋다. 또는 관형태가 아닌 철근을 보강재로 사용할 경우에는 각각 철근과 그라우트 호스와 결합시키거나 함께 그라우트 호스와 결합시켜 천공홀에 삽입하고 천공홀 입구를 코킹한 후 가압그라우팅 한다. 또한, 스마트 그라우트 시스템이 의하여 그라우트재가 천공홀에 삽입됨에 있어서 그라우트 재에 자기치유역할과 수중 불 분리 역할과 급속양생이 가능케 하는 혼화제(재)를 추가로 첨가하여 그라우트 할 수도 있다.

자기치유역할은 그라우트재가 양생 후 또는 양생 진행중에 충격에 의해 크렉 등의 미세 파손이 되었을 경우 시간이 지나면서 크렉 등의 미세파손 부위가 원래대로 원상복구되는 것을 말한다.

수중 불 분리 역할이란 시멘트 계열의 그라우트재가 물과 접하면서 시멘트가 씻겨 나가는 것을 막아주는 것을 말한다.

급속양생은 2-6시간 이내에 그라우트재가 일정한 압축강도를 발현되도록 하는 것이다. 또한, 그라우트 호스를 1개 이상 더 추가하여 시공완료 후 재 그라우팅 할 수도 있다. 보강재의 내부 또는 외부에 설치할 수 있으며 몸통에 형성된 일정한 간격의 관통구에 역류방지 장치를 설치하면 더욱 효과적이다. 또한, 이중관 형태로 재시공 그라우트 호스 몸체에 일정한 공간을 띄워서 설치되며, 외부관은 길게 홈이 형성되어 그라우트 액이 분출될 수 있도록 할 수도 있다.

100: 제 1그라우트 호스 120: 제 1주입부재
130: 제 2주입부재 200: 제 2그라우트 호스
220: 제 3주입주재 300: 제 3그라우트 호스
320: 제 4주입주재 400: 강관
410: 통공 420: 덮개
500: 에어분출호스 600: 유턴관

Claims

터널 막장 면에서 터널진행방향으로 지반을 깎아내거나 굴착을 할 때 지반이 붕괴되지 않게 하기 위하여 천공을 하고 천공홀에 그라우트 보강을 하는 스마트 그라우트 시스템에 있어서,
길게 연장되어 선단이 뾰족하면서 폐쇄되고, 외주면에 복수의 관통구(110)가 형성되며, 선단은 천공홀(1) 내부로 삽입되고 후미는 천공홀(1) 입구 밖으로 연장되도록 설치되는 제1그라우트 호스(100); 및
상기 제1그라우트 호스(100) 후미에 연결되어 그라우트재를 주입하도록 하는 연결장치 및 개폐기(122), 압력계(124), 유량계(126), 믹싱펌프(128)를 포함하는 제1주입부재(120);
상기 제1그라우트 호스(100) 길이방향으로 형성되어 선단이 뾰족하면서 폐쇄되고, 외주면에 복수의 관통구(210)가 형성되며, 선단은 천공홀(1) 내부로 삽입되고 후미는 천공홀(1) 입구 밖으로 연장되도록 설치되는 제2그라우트 호스(200);
상기 제1그라우트 호스(100)와 제2그라우트 호스(200)를 서로 결속하도록 구비되는 구속부재(202); 및
상기 제2그라우트 호스(200) 후미에 연결되어 그라우트재를 주입하도록 연결장치, 개폐기(222), 압력계(224), 유량계(226), 믹싱펌프(228)를 포함하는 제3주입부재(220);
상기 제1그라우트 호스(100) 길이방향으로 배치되어 선단이 개방되고, 길이가 서로 상이한 복수 라인으로 형성되며, 외주면에 복수의 관통구(310)가 형성되고, 선단은 천공홀(1) 내부로 삽입되고 후미는 천공홀(1) 입구 밖으로 연장되도록 설치되는 제3그라우트 호스(300);
상기 제1그라우트 호스(100)와 제3그라우트 호스(300)를 서로 결속하도록 구비되는 구속부재(302); 및
상기 제3그라우트 호스(300) 후미에 연결되어 그라우트재를 주입하도록 하는 연결장치, 개폐기(322), 압력계(324), 유량계(326), 믹싱펌프(328)를 포함하는 제4주입부재(320);를 포함하고,
상기 터널 막장 면에서 터널진행방향으로 서로 상이한 경사각을 가진 1~N번열 천공홀(1)을 상향 경사각으로 천공하고, 상기 1번열 천공홀(1)에서 N번열 천공홀(1)로 갈수록 천공 길이가 단계적으로 길게 형성되며,
상기 천공홀(1) 내부 공기를 배기하는 에어분출호스(500)가 구비되고, 상기 에어분출호스(500)는 천공홀(1)이 상향 경사각일 경우 선단이 천공홀(1) 끝단부에 배치되고, 천공홀(1)이 하향 경사각일 경우 선단이 천공홀(1) 입구측에 배치되며,
상기 제1주입부재(120) 또는 제2주입부재(220)는 개폐기(122)(222)와 믹싱펌프(128)(228) 사이에 유턴관(600) 일단이 연결되고, 상기 유턴관(600) 다른 일단은 믹싱펌프(128)(228)에 연결되며, 상기 유턴관(600)은 유턴밸브 또는 압력밸브에 의해 개폐되어 믹싱펌프(128)(228)를 통하여 공급되는 그라우트 오버압력을 흡수하도록 구비되고,
상기 천공홀(1) 내에 강관(400)이 삽입되고, 상기 강관(400) 외부에 그라우트 호스를 더 추가하여, 상기 제1, 2, 3그라우트 호스(100)(200)(300)를 통하여 그라우트재를 주입 완료 후 재그라우팅하도록 구비되며,
상기 천공홀(1) 입구 밖에서부터 강관(400) 후미까지 구간에서 보조관(430)이 설치되고, 상기 보조관(430)이 강관(400)과 연결되는 경우, 강관(400)과 연결되는 단부 길이를 조절할 수 있도록 차단선이 형성되고,
상기 터널 막장 면에서 부터 미굴착된 터널영역에 대응하는 천공홀(1) 입구영역은 그라우트 호스를 천공홀(1)에 삽입 후 후진시키면서 급속 그라우팅하여 홀채움하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 스마트 그라우트 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 제1그라우트 호스(100) 후미에 Y관(Y)이 설치되고,
상기 Y관(Y)에 제1주입부재(120)와 제2주입부재(130)가 각각 연결되며, 제 2주입부재(130)는 연결장치, 개폐기(132), 압력계(134), 유량계(136), 믹싱펌프(138)를 포함하며, 상기 제 1, 2주입부재(120)(130)를 통하여 서로 상이한 그라우트재가 선택적으로 스마트 주입되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 스마트 그라우트 시스템.
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제 1항에 있어서, 상기 제2그라우트 호스(200)의 관통구(210)에 역류방지부재(212)가 구비되는 것을 특징으로 하는 스마트 그라우트 시스템.
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제 1항에 있어서, 상기 천공홀(1) 내부로 주입되는 그라우트 압력 및 그라우트 주입양은 주입부재에 의해 자동으로 제어 및 기록 관리되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 스마트 그라우트 시스템.
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제 1항의 스마트 그라우트 시스템을 이용하고,
터널 막장 면에서 터널진행방향으로 서로 상이한 경사각 또는 일정한 경사각을 가진 1~N번열 천공홀(1)을 상향 경사각으로 천공하고, 상기 1번열 천공홀(1)에서 N번열 천공홀(1)로 갈수록 천공 길이가 단계적으로 길게 형성하는 천공홀 형성단계(S1);
상기 막장 면에서 부터 미굴착된 터널영역에 대응하는 천공홀(1) 입구영역을 마감하는 홀채움단계(S2); 및
상기 천공홀(1) 내부로 그라우트재를 스마트 주입하는 그라우팅단계(S3);를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 그라우트 시스템을 적용한 터널 보강방법.
제 10항에 있어서, 상기 천공홀 형성단계(S1)에서 이웃하는 천공홀(1)은 지름이 서로 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 스마트 그라우트 시스템을 적용한 터널 보강방법.
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제 10항에 있어서, 상기 강관(400) 내부에 보강강관, 보강선재를 포함하는 보조보강재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 스마트 그라우트 시스템을 적용한 터널 보강방법.
제 10항에 있어서, 상기 강관(400) 후미에 개방구(422)가 형성된 덮개(420)가 설치되고, 상기 개방구(422)를 통하여 그라우트 호스 일단이 천공홀(1) 내부로 삽입된 상태로 다른 일단이 천공홀(1) 외부로 연장되어 주입부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 스마트 그라우트 시스템을 적용한 터널 보강방법.
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제 10항에 있어서, 상기 강관(400)은 천공홀(1)을 천공함과 동시에 삽입되는 직천공방식으로 시공되는 것을 특징으로 하는 스마트 그라우트 시스템을 적용한 터널 보강방법.
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제 10항에 있어서, 상기 그라우트재에 자기치유 역할과 수중 불분리 역할과 급속양생이 가능한 혼화제(재)를 포함되는 것을 특징으로 하는 스마트 그라우트 시스템을 적용한 터널 보강방법.
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제 10항에 있어서,
상기 강관(400)이 천공홀(1)내에서 그라우트재와 함께 매립될 경우 천공홀(1)의 일정한 깊이에 강관(400) 후미가 위치하고, 강관(400) 후미에 뚜껑이나 캡등의 덮개(420)가 설치되고, 천공홀(1)입구부터 강관(400)후미 사이에 코킹수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 스마트 그라우트 시스템을 적용한 터널 보강 방법