KR20120112984A - 지반보강을 위한 주입관 장치 및 지반보강 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지하의 공동내의 모래 등의 주입시에 공기압을 이용하여 주입재의 충전범위를 확장시켜 지반 공동을 보강하며, 넓은 범위의 공동부를 효율적인 주입작업으로 작업시간과 공사비용을 줄일 수 있는 지반보강을 위한 주입관 장치 및 지반보강 시스템를 제공하기 위한 것이다. 이를 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 지반보강을 위한 주입관 장치는, 지반 공동에 주입재를 주입하여 연약지반을 보강하는 지반보강을 위한 주입관 장치에 있어서, 지반 공동으로 인입되어 주입호스로부터 주입재를 공급받아 유동시키며 유동하는 주입재가 지반 공동으로 토출되도록 토출구가 형성되는 주입관부재; 및 상기 주입관부재에 장착되어 상기 토출구를 통해 토출되는 주입재를 통과시키며 상기 토출되는 주입재와 함께 에어를 분사함으로써 주입재의 토출 거리를 증가시키도록 하는 분사링 장치를 포함한다.

Description

지반보강을 위한 주입관 장치 및 지반보강 시스템{GROUTING DEVICE FOR GROUND REINFORCEMENT AND GROUND REINFORCEMENT SYSTEM}
본 발명은 지반보강을 위한 주입관 장치 및 지반보강 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 고압의 공기압에 의하여 지반 공동내의 모래 등의 주입재를 충전하는 범위를 증가시켜 지반을 견고하게 보강할 수 있는 지반보강을 위한 주입관 장치 및 지반보강 시스템에 관한 것이다.
지반의 지하에는 자연동굴, 폐광의 갱도와 같이 자연적 또는 인공적으로 형성된 빈공간인 공동부가 존재할 수 있으며, 이러한 공동부가 존재하는 지상공간 위에 구조물을 세우는 경우에 지반 침하 등 붕괴우려가 있으므로 공동부를 채우는 등의 지반보강을 수행할 필요가 있다.
일반적으로 지반 공동부를 채우기 위하여 지하 공동부 상부 지반을 주입관 등으로 천공한 후 물을 이용하여 모래 또는 잔골재를 주입관 내로 주입시켜 공동에 주입시켜 충전시킨다.
하지만, 이러한 주입공법은 수압을 이용하여 모래나 잔골재를 공동부에 주입시키기 때문에 모래 등의 주입재가 넓은 범위의 공동부에까지 이동되지 않으며, 공동부에 지하수나 침전물에 있는 경우 주입관 주위에만 충전되며 먼 거리의 공동부는 충전되지 않는 문제점이 있다.
또한, 넓은 범위의 공동부를 충전시키기 위하여는 다수개의 주입관을 공동부에 천공하여 모래등을 충전하여야 하기 때문에 공사비용와 공사기간이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 지하의 공동내의 모래 등의 주입시에 공기압을 이용하여 주입재의 충전범위를 확장시켜 지반 공동을 보강하며, 넓은 범위의 공동부를 효율적인 주입작업으로 작업시간과 공사비용을 줄일 수 있는 지반보강을 위한 주입관 장치 및 지반보강 시스템를 제공하기 위한 것이다.
또한 지반 공동에 대한 보강을 함에 있어 지반 공동의 상태 또는 지반의 상태에 따라 적절한 주입재 배합이 이루어지도록 함으로써 효과적인 지반보강이 이루어지도록 하는 지반보강을 위한 주입관 장치 및 지반보강 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지반보강을 위한 주입관 장치는, 지반 공동에 주입재를 주입하여 연약지반을 보강하는 지반보강을 위한 주입관 장치에 있어서, 지반 공동으로 인입되어 주입호스로부터 주입재를 공급받아 유동시키며 유동하는 주입재가 지반 공동으로 토출되도록 토출구가 형성되는 주입관부재; 및 상기 주입관부재에 장착되어 상기 토출구를 통해 토출되는 주입재를 통과시키며 상기 토출되는 주입재와 함께 에어를 분사함으로써 주입재의 토출 거리를 증가시키도록 하는 분사링 장치를 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 분사링 장치는, 상기 주입관부재의 토출구에 착탈 가능하도록 고정되는 분사링과, 상기 분사링에 연결되어 소정의 압축 에어 공급원으로부터 상기 분사링으로 압축 에어를 공급하는 에어라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 분사링은, 상기 토출구와 연통되어 상기 토출구를 통해 토출되는 주입재를 통과시키는 토출공과, 상기 토출공의 둘레를 따라 소정 간격으로 형성되어 상기 에어라인으로부터 공급되는 압축 에어를 분사시키는 다수개의 분사공을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 분사링은, 상기 다수개의 분사공과 연통되어 상기 에이라인으로부터 공급되는 에어가 유동하는 에어유로가 내부에 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 지반보강을 위한 주입관 장치는, 지반 공동에 주입재를 주입하여 연약지반을 보강하는 지반보강을 위한 주입관 장치에 있어서, 제1주입재 및 제2주입재 중 어느 하나를 선택적으로 공급하기 위한 제1주입공급장치; 제3주입재 및 에어 중 어느 하나를 선택적으로 공급하기 위한 제2주입공급장치; 지반 공동으로 인입되며, 상기 제1주입공급장치와 연결되어 상기 제1주입재 및 제2주입재 중 어느 하나가 유동하는 주입관부재; 상기 주입관부재의 내부에 구비되며, 상기 제2주입공급장치와 연결되어 상기 제3주입재 및 에어 중 어느 하나가 유동하는 내부관; 및 상기 주입관부재의 내부의 상기 내부관 아래쪽에 형성되어 상기 주입관부재로 공급되는 주입재와 상기 내부관으로 공급되는 주입재가 서로 혼합되는 혼합공간을 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1주입공급장치는, 상기 제1주입재의 유동통로를 형성하는 제1연결관과, 상기 제1연결관을 선택적으로 개폐하는 제1개폐밸브와, 상기 제2주입재의 유동통로를 형성하는 제2연결관과, 상기 제2연결관을 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브를 포함하며, 상기 제2주입공급장치는, 상기 제3주입재의 유동통로를 형성하는 제3연결관과, 상기 제3연결관을 선택적으로 개폐하는 제3개폐밸브와, 상기 에어의 유통통로를 형성하는 제4연결관과, 상기 제4연결관을 선택적으로 개폐하는 에어개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 내부관은 그 하단이 상기 주입관부재의 토출구 보다 더 위쪽에 위치하는 길이로 형성되며, 상기 혼합공간은 상기 주입관부재의 하단과 상기 내부관의 하단 사이에 소정 크기로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 지반보강을 위한 주입관 장치는, 지반 공동에 주입재를 주입하여 연약지반을 보강하는 지반보강을 위한 주입관 장치에 있어서, 제1주입재 및 제2주입재 중 어느 하나를 선택적으로 공급하기 위한 제1주입공급장치; 제3주입재 및 에어 중 어느 하나를 선택적으로 공급하기 위한 제2주입공급장치; 지반 공동으로 인입되며, 상기 제1주입공급장치와 연결되어 상기 제1주입재 및 제2주입재 중 어느 하나가 유동하여 지반 공동으로 토출되도록 토출구가 형성되는 주입관부재; 및 상기 주입관부재에 장착되어 상기 토출구를 통해 토출되는 주입재를 통과시키며, 상기 제2주입공급장치와 연결되어 상기 제3주입재 및 에어 중 어느 하나를 상기 토출구를 통해 토출되는 주입재와 함께 분사하는 분사링 장치를 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1주입공급장치는, 상기 제1주입재의 유동통로를 형성하는 제1연결관과, 상기 제1연결관을 선택적으로 개폐하는 제1개폐밸브와, 상기 제2주입재의 유동통로를 형성하는 제2연결관과, 상기 제2연결관을 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브를 포함하며, 상기 제2주입공급장치는, 상기 제3주입재의 유동통로를 형성하는 제3연결관과, 상기 제3연결관을 선택적으로 개폐하는 제3개폐밸브와, 상기 에어의 유통통로를 형성하는 제4연결관과, 상기 제4연결관을 선택적으로 개폐하는 에어개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 분사링 장치는, 상기 주입관부재의 토출구에 착탈 가능하도록 고정되고, 상기 토출구와 연통되어 상기 토출구를 통해 토출되는 주입재를 통과시키는 토출공과, 상기 토출공의 둘레를 따라 소정 간격으로 형성되어 상기 제2주입공급장치로부터 공급되는 제3주입재 또는 에어가 분사되도록 하는 다수개의 분사공을 포함하는 분사링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 지반보강 시스템은, 지반 공동이 형성된 연약지반을 보강하는 지반보강 시스템에 있어서, 골재를 이송하는 이송컨베이어부와, 상기 이송컨베이어부로부터 이송된 골재가 일정량으로 이송되도록 하는 정량이송부와, 상기 정량이송부로부터 이송된 골재가 고압유체와 함께 이송되도록 하는 유체이동부를 포함하는 이송장치; 및 지반 공동으로 인입되어 상기 이송장치로부터 이송된 골재를 공급받아 유동시키며 지반 공동으로 토출되도록 토출구가 형성되는 주입관부재와, 상기 주입관부재에 장착되어 상기 토출구를 통해 토출되는 주입재를 통과시키며 상기 토출되는 주입재와 함께 에어를 분사함으로써 주입재의 토출 거리를 증가시키도록 하는 분사링 장치를 포함하는 주입관 장치를 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 유체이동부는, 물을 고압으로 토출하는 워터펌프와 연결되는 고압수파이프와, 상기 정량이송부로부터 공급되는 골재가 고압수와 혼합되어 이동되도록 하는 이송파이프와, 상기 이송파이프에 구비되어 골재와 고압수가 혼합된 주입재를 펌핑하여 이동속도를 증가시키도록 하는 고압펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 유체이동부는, 물을 고압으로 토출하는 워터펌프와 연결되는 고압수파이프와, 상기 고압수파이프와 연결되어 구비되며 상기 정량이송부로부터 공급되는 골재와 고압수를 혼합시키며 이동속도를 증가시키는 벤츄리관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 지반보강을 위한 주입관 장치 및 지반보강 시스템은 지하의 공동내의 모래 등의 주입시에 공기압을 이용하여 주입재의 충전범위를 확장시켜 지반 공동을 보강하며, 넓은 범위의 공동부를 효율적인 주입작업으로 작업시간과 공사비용을 줄일 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
또한 지반 공동에 대한 보강을 함에 있어 지반 공동의 상태 또는 지반의 상태에 따라 적절한 주입재 배합이 이루어지도록 함으로써 효과적인 지반보강이 이루어지도록 하는 효과를 갖는다.
도 1은 지하공동부 시공을 하는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반보강장치에 관하여 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 다른 실시예에 다른 이송장치에 관하여 나타낸 도면이다.
도 3는 도 1에 도시된 실시예에 따른 지반보강장치의 선단장치에 관하여 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 선단장치의 에어분사장치에 관하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선단장치에 관하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선단장치에 관하여 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 지반보강 시스템은 이송장치(100), 주입관 장치(300), 분사링장치(400)를 포함하여 구성된다.
상기 이송장치(100)는 모래 등의 잔골재를 이송하는 이송컨베이어부(120)와 상기 이송컨베이어부(120)로부터 이송된 모래가 일정량으로 이송되도록 하는 정량이송부(140)와 정량이송부(140)로부터 이송된 모래가 고압유체와 함께 이송되도록 하는 유체이동부(160)로 이루어질 수 있다.
상기 이송컨베이어부(120)는 골재케이싱(110)의 골재배출구(112)로부터 토출되는 모래를 전방으로 이송되도록 하는 컨베이어벨트(124)와 회전롤러(126)로 이루어질 수 있다.
상기 정량이송부(140)는 회전축(145)과 회전축의 둘레에 소정간격으로 형성된 복수개의 임펠러(142)가 임펠러케이싱(148) 내부에 회전가능하도록 설치되어, 이송컨베이어부(120)로부터 이송되는 모래가 일정량으로 배분되어 이송되도록 한다.
따라서, 이송컨베이어부(120)로부터 이송되는 모래가 임펠러케이싱(148) 상부의 개구부(146)를 통해 상기 각 임펠러(142)에 일정량으로 떨어지면서 임펠러(142)가 회전하며 임펠러케이싱(148) 하부의 배출구(149)를 통해 일정량의 모래가 이송된다.
한편, 유체이동부(160)의 유체는 고압수를 포함할 수 있으며, 유체이동부(160)는 물을 고압으로 토출하는 워터펌프(164)와 연결되는 고압수파이프(166)와 상기 임펠러케이싱(148) 하부로 떨어지는 일정량의 모래와 고압수와 혼합되어 이동되는 이송파이프(165)로 이루어질 수 있다. 상기 이송파이프(165)는 고압펌프(162)를 연결시켜 모래와 고압수가 혼합된 주입재를 펌핑하여, 주입재의 이동속도를 증가시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
따라서, 상기 이송컨베이어부(120)와 상기 유체이동부(160)를 통해 이송된 일정량의 모래 등의 잔골재는 워터펌프(164)에서 토출되는 고압수와 고압펌프(162)로 물과 혼합된 모래를 이송파이프(165)로 이송되며, 이송파이프(164)와 연결된 주입호스(167)를 통해 몰과 혼합된 모래가 후술할 주입관부재(310)로 유입된다.
한편, 이송장치의 유체이동부(160)는 도 2에 도시된 바와 같이, 주입재의 이동속도를 증가시키기 위하여 별도의 고압펌프(162) 대신에 벤츄리관을 이용하여 주입재를 이동시킬 수 있다.
상기 벤츄리관은 고압수파이프(166)와 이송파이프(165) 사이에 좁은 유동통로인 벤츄리부(161)를 형성시켜 임펠러케이싱(148)의 배출관(167)에서 배출되는 모래가 고압수파이프(166)를 유동하는 고압수와 혼합되어 벤츄리부(161)에서 모래와 혼합된 고압수의 이송속도가 증가하게 된다.
한편, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 지반보강을 위한 주입관 장치에 대한 구체적인 구성에 대해 살펴본다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지반보강을 위한 주입관 장치(300)는 이송장치(100)로부터 이송된 주입재 공급을 위한 주입호스(167)와 연결되어 전달되는 주입재가 유동되는 주입관부재(310)와 상기 주입관부재(310)의 토출구(315)에 구비되어 에어가 분사되도록 구비되는 분사링장치(400)를 포함하여 구성된다.
상기 주입관부재(310)는 주입관호스(167)와 연결되어 상기 주입관호스(167)로부터 공급되는 주입재가 유동할 수 있도록 구성되며, 상기 주입관부재(310)의 하단부 외면에는 물과 모래로 혼합된 주입재가 지반공동(10)으로 토출되도록 다수개의 토출구(315)가 형성될 수 있다.
상기 분사링장치(400)는 에어펌프(420)와 연결되어 압축에어가 유동하는 적어도 하나의 에어라인(410)과, 각 에어라인(410)과 연결되어 에어를 분사시키는 적어도 하나의 분사링(450)으로 구성될 수 있다.
상기 에어라인(410)은, 도 3에 도시된 바와 같이 주입관부재(310)의 외면에 구비된 하나의 에어라인(410)에서 주입관부재(310) 내면으로 다수개의 에어라인(410)이 분지되어 주입관부재(310)의 토출구(315)에 마련된 다수개의 분사링(450)과 연결되도록 구성될 수 있다.
여기서 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 지반보강을 위한 주입관 장치에 이용되는 분사링에 관하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 4는 도 3에 도시된 분사링을 좀 더 확대하여 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 분사링의 정면도를 나타낸 것이다.
상기 에어라인(410)을 통해 압축된 에어를 공급하는 압축 에어 공급원으로서 에어펌프(420)는 공기를 압축시켜 토출하는 에어 컴프레서로서 구비될 수 있으며, 상기 분사링(450)은, 도 4에 도시된 바와 같이 그 중심부에 주입관부재(310)의 토출구(315)와 연통된 토출공(454)이 형성된 튜브형태로써 구성될 수 있다. 여기서 상기 에어라인(410)은 분사링(450)에 마련되는 연결부(453)에 결합되어 연결될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 분사링(450)은 에어라인(410)으로부터 공급되는 에어가 유동되는 에어유로(452-a,452-b)가 분사링(450) 내부둘레를 따라 형성될 수 있으며, 상기 에어유로(452-a,452-b)는 분사링(450)의 토출공(454) 둘레를 따라 소정 간격으로 형성된 다수개의 분사공(451)과 각각 연통되어 각 분사공(451)을 통해 공기가 지반공동(10)으로 분사될 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
따라서, 앞서 살펴본 이송장치(100)에 의하여 이송된 물과 모래가 혼합된 주입재는 주입호스를 통해 주입관부재(310) 내부로 유입되며, 상기 물과 모래는 주입관부재(310) 하부에 형성된 다수개의 토출구(315)를 통해 토출되며 상기 각 토출구(315)와 연통된 각 분사링(450)의 토출공(454)이 토출되는 주입재를 통과시킴으로써 주입재가 지반공동(10)으로 주입될 수 있게 된다.
그리고 이와 동시에 분사공(451)을 통하여 고압의 에어가 분사되면서 공기압에 의하여 주위의 주입재의 토출되는 속도를 증가시켜 지반공동(10) 내의 먼 거리까지 주입재가 토출되며 충전시킬 수 있게 된다.
한편, 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 지반보강을 위한 주입관 장치의 구성에 대하여 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 주입관 장치는 제1주입공급장치(500)와 제2주입공급장치(600) 및 주입관부재(310)를 포함할 수 있으며, 상기 주입관부재(310)의 내부에 구비되는 내부관(320)과, 상기 주입관부재(310) 내부에 형성되는 혼합공간(S)을 포함하여 구성된다.
상기 주입관부재(310)는 제1주입공급장치(500) 및 제2주입공급장치(600)와 연결되어 제1주입재, 제2주입재, 제3주입재 및 에어가 선택적으로 유동되며 혼합되는 내부공간이 형성됨이 바람직하며, 상기 주입관부재(310)의 하단부에 다수개의 토출구(315)가 형성될 수 있다.
상기 제1주입공급장치(500)는 제1주입재와 제2주입재 중 어느 하나를 선택적으로 공급하기 위한 장치로서, 제1주입재를 공급하는 제1주입재공급부(512) 및 제2주입재를 공급하는 제2주입재공급부(522)를 포함할 수 있다.
상기 제1주입재는 물과 모래 등의 골재를 포함할 수 있으며, 제1주입재공급부(512)는 앞서 살펴본 이송장치(100)가 될 수도 있으며, 별도의 물이나 모래를 펌핑하는 고압펌프나 워터펌프를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1주입재공급부(512)는 상기 제1주입재공급부(512)에서 공급되는 물 및 모래가 유동하는 유동통로를 형성하는 제1연결관(510)과 상기 제1연결관(510)에 구비되어 상기 제1연결관(510)을 선택적으로 개폐하는 제1개폐밸브(515)를 구비할 수 있다.
상기 제2주입재는 몰탈 또는 시멘트파우더 등을 포함할 수 있으며, 제2주입재공급부(522)는 몰탈을 펌핑하는 몰탈펌프나 시멘트파우더를 펌핑하는 시멘트파우더공급부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제2주입재공급부(522)는 제2주입재공급부(522)에서 공급되는 몰탈 또는 시멘트파우더 등의 제2주입재가 유동하는 제2연결관(520)과 상기 제2연결관(520)에 구비되어 유동통로를 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브(525)를 구비하도록 구성될 수 있다.
상기 제1연결관(510)과 상기 제2연결관(520)은, 도 7에 도시된 바와 같이 병렬로 연결되어 제1주입재 또는 제2주입재가 선택적으로 유동되어 상기 주입관부재(310)의 상부에 연결되어 유입되도록 할 수 있다.
한편, 제3주입재는 몰탈이나 시멘트 등을 빨리 응고시키기 위한 급결제 등을 포함할 수 있으며, 제3주입재공급부(622)와 연결되어 급결제가 유동하는 제3연결관(620)과 상기 제3연결관(620)에 구비되어 유동통로를 선택적으로 개폐하는 제3개폐밸브(625)를 구비할 수 있다.
상기 에어공급부(612)는 에어컴프레셔등을 포함할 수 있으며, 에어가 유동하는 제4연결관(610)과 상기 제4연결관(610)에 구비되어 유동통로를 선택적으로 개폐하는 제4개폐밸브(615)를 구비할 수 있다.
상기 제3연결관(620)과 상기 제4연결관(610)은 병렬로 연결되어 상기 제3주입재와 에어가 선택적으로 주입관부재(310)에 유입되며, 병렬로 연결된 제3연결관(620)과 상기 제4연결관(610)은 주입관부재(310) 내부에 구비되는 내부관(320)과 연결됨이 바람직하다.
즉 상기 제1주입공급장치(500)를 통해 공급되는 주입재는 주입관부재(310) 내부로 유입되고 상기 제2주입공급장치(600)를 통해 공급되는 주입재 또는 에어는 내부관(320)을 통해 유동되도록 구성된다.
이때 상기 제1주입공급장치(500)를 통해 공급되는 주입재와 상기 내부관(320)을 통해 유동하는 급결재 또는 에어는 혼합공간(S)에서 서로 혼합되어 토출구(315)를 통해 토출되도록 함이 바람직하다.
여기서 상기 주입관부재(310)는 그 내부로 공급되는 제1주입재 또는 제2주입재와, 상기 내부관(320)을 통해 공급되는 제3주입재 또는 에어를 외부로 토출하는 토출구(315)가 다수개 형성되고, 상기 내부관(320)은 그 하단이 상기 주입관부재(310)의 토출구 보다 더 위쪽에 위치하는 길이로 형성되어, 상기 혼합공간(S)은, 상기 토출구(315)와 상기 내부관(320)의 하단 사이에 소정 크기로 형성되도록 구성됨이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 주입관 장치의 제1주입공급장치(500) 및 제2주입공급장치(600)에 의하여 지반공동(10)에 주입재가 주입되는 과정을 도 6에 따라 살펴보기로 한다.
먼저, 지반공동(10)의 상태에 따라 제1주입재를 충전시키는 경우에는 제1개폐밸브(515)를 개방시켜 제1주입재가 제1연결관(510)을 유동하여 주입관부재(310) 내부의 혼합공간(S)으로 유입되도록 하며, 동시에 제4개폐밸브(615)를 개방시켜 에어가 제4연결관(610)과 내부관(320)을 유동하여 주입관부재(310) 내부의 혼합공간(S)으로 유입되면, 혼합공간(S)에서 제1주입재가 에어와 섞여 에어의 공기압력으로 주입관부재(310)에 형성된 다수개의 토출구(315)를 통하여 지반공동(10)에 토출되며 고압의 에어에 의하여 지반공동(10)의 먼 거리까지 제1주입재가 이동되며 충전된다.
또한, 지반공동(10)의 상태에 따라 제2주입재를 주입시킬 경우에는 제2개폐밸브(525)를 개방시켜 제2주입재가 제2연결관(520)을 유동하여 주입관부재(310) 내부의 혼합공간(S)으로 유입되도록 하며, 동시에 제4개폐밸브(615)를 개방시켜 에어를 내부관(320)을 통해 혼합공간(S)으로 공급시켜 혼합공간(S)에서 제2주입재와 에어가 서로 섞이면서 에어의 압력에 의해 상기 제2주입재가 더 먼 거리를 토출할 수 있게 된다.
이때 에어의 압력을 조절함으로써 제2주입재의 토출 거리를 조절할 수도 있다.
도 6에 도시된 실시예에 따른 주입관 장치는 보강하려는 지반 공동의 다양한 상태에 융통성 있게 대응할 수 있도록 하는 특장점이 있다.
예컨대 지반 공동이 지하수로 가득 차 있는 경우, 제1주입공급장치(500)에서 물과 골재를 공급하면서 제2주입공급장치(600)에서 고압의 에어를 공급함으로써 혼합공간(S)에서 토출구(315)를 통해 외부로 토출될 때 에어의 압력에 의해 물과 골재가 더 먼 거리까지 토출될 수 있도록 할 수 있다.
또한 지반 공동에 몰탈과 급결재를 주입하여 그라우팅을 하게 되는 경우에는 제1주입공급장치(500)에서 몰탈을 공급하면서 제2주입공급장치(600)에서 급결재를 공급함으로써 혼합공간(S)에서 몰탈과 급결재가 서로 혼합되어 토출구(315)를 통해 지반 공동으로 토출되도록 할 수 있다.
또한 지반 공동을 충전함에 있어서 물과 골재를 에어와 함께 주입하다가 일정 수준으로 주입이 완료되면 물과 골재 및 에어의 주입을 멈추고 시멘트파우더를 에어와 함께 주입할 수 있다. 시멘트파우더는 에어의 압력에 의해 매우 먼 거리까지 토출될 수 있고 지반 공동에 어느 정도 쌓인 골재 위에 시멘트파우더가 공급되면서 시멘트파우더가 물을 흡수하여 쌓인 골재를 더욱 견고하게 할 수 있다. 시멘트파우더를 일정 수준으로 주입한 후에는 다시 물과 골재를 에어와 함께 주입하고, 이를 반복하여 지반 공동에 대한 충전이 견고하고 안정적으로 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
한편, 도 7을 참조하여 본 발명이 또 다른 일 실시예에 따른 주입관 장치의 구성에 대하여 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 주입관 장치는 제1주입공급장치(500)와 제2주입공급장치(600), 주입관부재(310) 및 분사링장치(400)를 포함할 수 있다.
주입관부재(310)의 하단부 쪽에는 복수개의 토출구(315)가 형성되며 상기 각 토출구(315)에는 분사링(450)이 착탈 가능하도록 고정될 수 있다.
상기 제1주입공급장치(500)는 주입관부재(310)와 연결되고, 상기 제2주입공급장치(600)는 상기 분사링(450)과 연결될 수 있다.
여기서 제1주입공급장치(500)와 제2주입공급장치(600)에 관한 사항은 도 6에 도시된 실시예와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
그리고 상기 분사링장치(400)는 상기 제2주입공급장치(600)와 연결되는 에어라인(410)과 분사링(450)을 포함하여 구성되는데, 이에 대한 구체적인 사항은 도 3 내지 도 5에 도시된 것과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기 분사링(450)은 에어라인(410)과 연결되고 상기 에어라인(410)은 상기 제2주입공급장치(600)와 연결되어, 상기 제2주입공급장치(600)에서 공급하는 제3주입재(급결재 등) 또는 에어가 상기 에어라인(410)을 거쳐 상기 분사링(450)으로 공급되어 분사가 이루어질 수 있다.
예컨대 제1주입공급장치(500)에서 제1주입재가 공급되어 주입관부재(310) 내부를 유동하여 토출구(315)를 통해 토출될 때 상기 제2주입공급장치(600)는 고압의 에어를 분사링(450)으로 공급하여 토출되는 제1주입재 둘레를 따라 에어가 방사상으로 분사됨으로써 제1주입재가 지반 공동 내에서 더 먼 거리까지 토출될 수 있다.
또한 지반 공동을 그라우팅 하여야 할 경우, 제1주입공급장치(500)에서 제2주입재로서 몰탈을 공급하여 주입관부재(310) 내부를 유동하여 토출구(315)를 통해 몰탈이 지반 공동으로 토출되도록 할 수 있는데, 이때 급결이 필요하지 않은 경우라면 상기 제2주입공급장치(600)는 에어를 공급하여 분사링(450)을 통해 에어가 분사되도록 함으로써 몰탈의 토출 거리를 더 증가시킬 수 있고, 만약 몰탈의 급결이 필요한 경우라면 상기 제2주입공급장치(600)는 급결재를 공급하여 분사링(450)을 통과하는 몰탈이 급결재와 함께 지반 공동으로 주입될 수 있도록 할 수 있다.
100: 이송장치 120: 이송컨베이어부
140; 정량이송부 160: 유체이동부
300: 주입관 장치 310: 주입관부재
400; 분사링장치 410: 에어라인
450: 분사링 451: 분사공
500: 제1주입공급장치 600; 제2주입공급장치

Claims (13)

  1. 지반 공동에 주입재를 주입하여 연약지반을 보강하는 지반보강을 위한 주입관 장치에 있어서,
    지반 공동으로 인입되어 주입호스로부터 주입재를 공급받아 유동시키며 유동하는 주입재가 지반 공동으로 토출되도록 토출구가 형성되는 주입관부재; 및
    상기 주입관부재에 장착되어 상기 토출구를 통해 토출되는 주입재를 통과시키며 상기 토출되는 주입재와 함께 에어를 분사함으로써 주입재의 토출 거리를 증가시키도록 하는 분사링 장치;
    를 포함하는 지반보강을 위한 주입관 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분사링 장치는,
    상기 주입관부재의 토출구에 착탈 가능하도록 고정되는 분사링과,
    상기 분사링에 연결되어 소정의 압축 에어 공급원으로부터 상기 분사링으로 압축 에어를 공급하는 에어라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 지반보강을 위한 주입관 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 분사링은,
    상기 토출구와 연통되어 상기 토출구를 통해 토출되는 주입재를 통과시키는 토출공과,
    상기 토출공의 둘레를 따라 소정 간격으로 형성되어 상기 에어라인으로부터 공급되는 압축 에어를 분사시키는 다수개의 분사공을 포함하는 것을 특징으로 하는 지반보강을 위한 주입관 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 분사링은,
    상기 다수개의 분사공과 연통되어 상기 에이라인으로부터 공급되는 에어가 유동하는 에어유로가 내부에 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지반보강을 위한 주입관 장치.
  5. 지반 공동에 주입재를 주입하여 연약지반을 보강하는 지반보강을 위한 주입관 장치에 있어서,
    제1주입재 및 제2주입재 중 어느 하나를 선택적으로 공급하기 위한 제1주입공급장치;
    제3주입재 및 에어 중 어느 하나를 선택적으로 공급하기 위한 제2주입공급장치;
    지반 공동으로 인입되며, 상기 제1주입공급장치와 연결되어 상기 제1주입재 및 제2주입재 중 어느 하나가 유동하는 주입관부재;
    상기 주입관부재의 내부에 구비되며, 상기 제2주입공급장치와 연결되어 상기 제3주입재 및 에어 중 어느 하나가 유동하는 내부관; 및
    상기 주입관부재의 내부의 상기 내부관 아래쪽에 형성되어 상기 주입관부재로 공급되는 주입재와 상기 내부관으로 공급되는 주입재가 서로 혼합되는 혼합공간;
    을 포함하는 지반보강을 위한 주입관 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1주입공급장치는,
    상기 제1주입재의 유동통로를 형성하는 제1연결관과, 상기 제1연결관을 선택적으로 개폐하는 제1개폐밸브와, 상기 제2주입재의 유동통로를 형성하는 제2연결관과, 상기 제2연결관을 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브를 포함하며,
    상기 제2주입공급장치는,
    상기 제3주입재의 유동통로를 형성하는 제3연결관과, 상기 제3연결관을 선택적으로 개폐하는 제3개폐밸브와, 상기 에어의 유통통로를 형성하는 제4연결관과, 상기 제4연결관을 선택적으로 개폐하는 제4개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반보강을 위한 주입관 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 내부관은 그 하단이 상기 주입관부재의 토출구 보다 더 위쪽에 위치하는 길이로 형성되며,
    상기 혼합공간은 상기 주입관부재의 하단과 상기 내부관의 하단 사이에 소정 크기로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지반보강을 위한 주입관 장치.
  8. 지반 공동에 주입재를 주입하여 연약지반을 보강하는 지반보강을 위한 주입관 장치에 있어서,
    제1주입재 및 제2주입재 중 어느 하나를 선택적으로 공급하기 위한 제1주입공급장치;
    제3주입재 및 에어 중 어느 하나를 선택적으로 공급하기 위한 제2주입공급장치;
    지반 공동으로 인입되며, 상기 제1주입공급장치와 연결되어 상기 제1주입재 및 제2주입재 중 어느 하나가 유동하여 지반 공동으로 토출되도록 토출구가 형성되는 주입관부재; 및
    상기 주입관부재에 장착되어 상기 토출구를 통해 토출되는 주입재를 통과시키며, 상기 제2주입공급장치와 연결되어 상기 제3주입재 및 에어 중 어느 하나를 상기 토출구를 통해 토출되는 주입재와 함께 분사하는 분사링 장치;
    를 포함하는 지반보강을 위한 주입관 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1주입공급장치는,
    상기 제1주입재의 유동통로를 형성하는 제1연결관과, 상기 제1연결관을 선택적으로 개폐하는 제1개폐밸브와, 상기 제2주입재의 유동통로를 형성하는 제2연결관과, 상기 제2연결관을 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브를 포함하며,
    상기 제2주입공급장치는,
    상기 제3주입재의 유동통로를 형성하는 제3연결관과, 상기 제3연결관을 선택적으로 개폐하는 제3개폐밸브와, 상기 에어의 유통통로를 형성하는 제4연결관과, 상기 제4연결관을 선택적으로 개폐하는 제4개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반보강을 위한 주입관 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 분사링 장치는,
    상기 주입관부재의 토출구에 착탈 가능하도록 고정되고,
    상기 토출구와 연통되어 상기 토출구를 통해 토출되는 주입재를 통과시키는 토출공과, 상기 토출공의 둘레를 따라 소정 간격으로 형성되어 상기 제2주입공급장치로부터 공급되는 제3주입재 또는 에어가 분사되도록 하는 다수개의 분사공을 포함하는 분사링을 포함하는 것을 특징으로 하는 지반보강을 위한 주입관 장치.
  11. 지반 공동이 형성된 연약지반을 보강하는 지반보강 시스템에 있어서,
    골재를 이송하는 이송컨베이어부와, 상기 이송컨베이어부로부터 이송된 골재가 일정량으로 이송되도록 하는 정량이송부와, 상기 정량이송부로부터 이송된 골재가 고압유체와 함께 이송되도록 하는 유체이동부를 포함하는 이송장치; 및
    지반 공동으로 인입되어 상기 이송장치로부터 이송된 골재를 공급받아 유동시키며 지반 공동으로 토출되도록 토출구가 형성되는 주입관부재와, 상기 주입관부재에 장착되어 상기 토출구를 통해 토출되는 주입재를 통과시키며 상기 토출되는 주입재와 함께 에어를 분사함으로써 주입재의 토출 거리를 증가시키도록 하는 분사링 장치를 포함하는 주입관 장치;
    를 포함하는 지반보강 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 유체이동부는,
    물을 고압으로 토출하는 워터펌프와 연결되는 고압수파이프와, 상기 정량이송부로부터 공급되는 골재가 고압수와 혼합되어 이동되도록 하는 이송파이프와, 상기 이송파이프에 구비되어 골재와 고압수가 혼합된 주입재를 펌핑하여 이동속도를 증가시키도록 하는 고압펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반보강 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 유체이동부는,
    물을 고압으로 토출하는 워터펌프와 연결되는 고압수파이프와, 상기 고압수파이프와 연결되어 구비되며 상기 정량이송부로부터 공급되는 골재와 고압수를 혼합시키며 이동속도를 증가시키는 벤츄리관을 포함하는 것을 특징으로 하는 지반보강 시스템.
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