KR20160137143A

KR20160137143A - 수직갱 지반보강 방법

Info

Publication number: KR20160137143A
Application number: KR1020150071822A
Authority: KR
Inventors: 김진석
Original assignee: (주)성풍건설
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2016-11-30

Abstract

본 발명은 수직갱 지반보강 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 굴착된 수직갱에 지하수 유입을 차단하는 한편, 수직갱 주변 지반을 특질에 따라 선택적으로 보강하는 수직갱 지반보강 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 수직갱을 굴착하는 단계; 상기 A) 단계에서 굴착된 상기 수직갱에 지하수 유입을 차단하고 상기 수직갱 주변 암반강화를 위해 보링 고압 차수 그라우팅을 수행하는 단계; 및 상기 B) 단계에서 상기 차수 그라우팅이 완료된 상기 수직갱 주위 연약지반을 보강하는 단계; 를 포함한다.

Description

수직갱 지반보강 방법{Method for reinforcing shaft ground}

본 발명은 수직갱 지반보강 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 굴착된 수직갱의 지하수 유입을 차단하는 한편, 수직갱 주변 지반을 특질에 따라 선택적으로 보강하는 수직갱 지반보강 방법에 관한 것이다.

일반적으로 수직갱은 광산에서 광상을 개발하기 위해 굴착되고 있다. 특히 수직갱은 그릿스톤 층, 샌드스톤 층, 실트스톤 층, 클레이스톤 층 등 다양한 지층 사이에 단층 또는 다층으로 구비된 광물층까지 굴착하여 상기 광물을 채광하는 목적으로 주로 시공된다.

그러나 이와 같은 수직갱은 시공 시, 깊이 별로 분포된 다양한 강도의 지층에 의해 수직갱이 무너지거나 2차 왜곡이 발생할 수 있다. 따라서 수직갱 시공 시 지반의 보강은 설비자들의 안전과 사고로 인한 경제적인 손실 발생을 방지하기 위해 필수적으로 필요하다.

이러한 문제점 등을 감안하여 대한민국 등록특허 제10-1394235호에는 대심도 연약지반용 복합 파일 시공 방법이 개시되어 있다. 개시된 대심도 연약지반용 복합 파일 시공 방법은 특히 연약지반을 굴착 장비를 이용하여 수직으로 굴착하면서 케이싱을 삽입하여 굴착공을 형성하는 굴착 공정과, 상기 굴착공에 항타 장비를 통해 강관 파일을 삽입하고, 상기 강관 파일을 항타하여 상기 굴착공의 바닥면 중심부에서 수직으로 관입시키되, 상기 굴착공의 바닥면에서 상단이 일정 높이로 돌출시키는 관입 공정과, 상기 굴착공 내부에 철근 케이지를 삽입하되, 상기 철근 케이지 하단 내부에 상기 강관 파일의 상단을 인입시키는 철근 케이지 삽입 공정과, 상기 굴착공 내부에 콘크리트를 현장 타설하여 상기 강관 파일과 일체화시키는 콘크리트 타설 공정, 및 콘크리트의 양생이 완료되면 상기 케이싱을 인발하는 케이싱 인발 공정으로 이루어진다.

상술한 바와 같이 구성된 종래의 대심도 연약지반용 복합 파일 시공 방법은 대심도 연약지반에 파일을 시공할 수 있도록 하는 대심도 연약지반용 복합 파일 시공 방법을 제공할 수 있으나 서로 다른 RQD(Rock Quality Designation)를 갖는 지층 또는 지반을 보강할 수 없다.

또한, 종래에는 RQD(Rock Quality Designation)를 갖는 지층 또는 지반을 보강하는 한편, 굴착면의 붕락 및 이완을 방지하는 기술에 대해서는 보고된 바 없다.

대한민국 등록특허 제10-1394235호

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 것으로서, 본 발명의 목적은 특히 서로 다른 RQD(Rock Quality Designation)를 갖는 지층 또는 지반을 보강하는 한편, 굴착면의 붕락 및 이완을 방지하기 위한 수직갱 지반보강 방법을 제공하는 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 수직갱 지반보강 방법은, 수직갱을 굴착하는 단계; 상기 A) 단계에서 굴착된 상기 수직갱에 지하수 유입을 차단하고 상기 수직갱 주변 암반강화를 위해 보링 고압 차수 그라우팅을 수행하는 단계; 및 상기 B) 단계에서 상기 차수 그라우팅이 완료된 상기 수직갱 주위 연약지반을 보강하는 단계; 를 포함한다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 상기 B) 단계는 B-1) 상기 수직갱 내주면을 따라 제1 홀들을 소정 간격으로 천공하고, 상기 제1 홀에 충진재를 3단계에 걸쳐 주입하되, 단계별로 패킹을 수행하는 단계; B-2) 상기 홀의 상하방향으로 제2 홀들을소정 간격 이격된 위치에 상기 수직갱 내주면을 따라 제2 홀들을 천공하고, 상기 제2 홀들에 충진재를 3단계에 걸쳐 주입하되, 단계별로 패킹을 수행하는 단계; 및 B-3) 상기 B-1) 단계를 제n 홀까지 반복한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 제1 홀과 상기 제2 홀 및 제n 홀은 직경이 50mm 내지 100mm이고, 깊이(길이)가 20m 내지 40m이며, 지면과 10도 내지 20도 각도로 천공된다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 3단계는 소정의 길이단위로 구분되며, 상기 충진재는 RQD(Rock Quality Designation)가 20% 내지 60% 이상이면 포트랜트 시멘트를 사용하고, RQD가 0% 내지 20% 이하인 경우 마이크로 시멘트를 사용한다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 상기 C) 단계는 숏크리트(shotcrete) 보강공법, 강지보 보강공법, 및 강관다단 그라우팅공법 중 어느 하나 이거나 조합이다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 숏크리트 보강공법은 1차 숏크리트를 자유면에 소정 두께로 도포하는 단계; 상기 1차 숏크리트와 상기 자유면이 관통하도록 천공하고, 상기 1차 숏크리트 내측으로부터 록볼트(rock bolt) 일단을 천공에 삽입하고 타단에 너트를 고정하는 단계; 상기 1차 숏크리트 내측면에 2차 숏크리트를 소정 두께로도포하는 단계; 및 상기 2차 숏크리트 내측면에 라이닝 콘크리트를 도포하는 단계; 를 포함하고, 상기 2차 숏크리트 두께는 상기 1차 숏크리트 두께보다 두껍다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 강지보 보강공법은 1차 숏크리트를 자유면에 소정 두께로 도포하는 단계; 상기 1차 숏크리트 내주면을 따라 빔을 차례로 설치하는 단계; 상하방향으로 인접한 두 개의 빔 사이에 기 설정된 좌우 간격으로 간격제를 연속하여 설치하는 단계; 상기 빔과 상기 간격제를 도포하도록 상기 1차 숏크리트 내측면에 2차 숏크리트를 소정 두께로 도포하는 단계; 및 상기 2차 숏크리트 내측면에 라이닝 콘크리트를 도포하는 단계; 를 포함하고, 상기 2차 숏크리트 두께는 상기 1차 숏크리트 두께보다 두껍다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 상기 간격제의 좌우 설치간격은 1m 내지 2m 이고, 상기 40mm 내지 60mm이고, 상기 간격제의 타이볼트 직경은 12mm 내지 20mm 이다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 강관다단 그라우팅은 소정 길이, 소정 직경을 갖는 제N 강관(N은 자연수)은 상기 제N 강관이 수직갱 내측면과 소정 각도를 이루도록 상기 수직갱과 수직인 평면상에서 상기 수직갱의 내측면을 따라 소정 간격으로 다수 개가 상기 수직갱을 관통하여 삽입되고, 소정 길이, 소정 직경을 갖는 제N+1 강관은 상기 제N 강관과 상하방향으로 소정 간격만큼 이격되고, 제N+1 강관은 수직갱 내측면과 소정 각도를 이루도록 상기 수직갱과 수직인 평면상에서 상기 수직갱의 내측면을 따라 소정 간격 다수 개가 상기 수직갱을 관통하여 삽입된다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 소정 길이는 3m 내지 9m이고, 상기 소정 직경은 50mm 내지 100mm 이며, 상기 소정의 각도는 5도 내지 15도이며, 상기 소정 간격은 1m 내지 6m 이다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 윈칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 수직갱 지반보강 방법은 굴착된 수직갱에 지하수 유입을 차단하는 한편, 수직갱 주변 지반을 특질에 따라 선택적으로 보강하는 효과가 있다.

따라서 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 궁극적으로 수직갱 시공 시 시공자들의 안전을 담보하는 한편 연약지반에 의한 수직갱 붕괴를 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수직갱 지반보강 방법을 도시한 순서도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차수 그라우팅 시공순서를 도시한 순서도.
도 3은 도 2에 도시한 차수 그라우팅 시공순서를 설명하기 위한 예시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수직갱 주위 연약지반을 보강하기 위한 숏크리트 보강공법을 도시한 순서도.
도 5는 도 4를 설명하기 위한 단면 예시도.
도 6은 도 5에 도시한 숏크리트를 분사하여 자유면에 바르는 공정을 도시한 예시도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수직갱 주위 연약지반을 보강하기 위한 강지보 보강공법을 도시한 순서도.
도 8은 도 7를 설명하기 위한 강지보 보강공법이 시방된 단면 예시도.
도 9는 도 7에 도시한 ‘H’빔과 간격제가 시공된 일 예를 도시한 예시도.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 강관다단 그라우팅공법의 제1 실시 예를 도시한 단면도.
도 11은 도 10의 내부 사시도.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 강관다단 그라우팅공법의 제2 실시 예를 도시한 단면도.
도 13은 도 12의 내부 사시도.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 강관다단 그라우팅공법의 제3 실시 예를 도시한 단면도.
도 15는 도 14의 내부 사시도.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, “제1”, “제2”, 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

도 1 내지 도 15의 동일 부재에 대해서는 동일한 도면 번호를 기재하였다.

본 발명의 기본 원리는 수직갱의 지반을 보강하기 위해 보링 고압 차수 그라우팅을 수행하는 한편, 차수 그라우팅이 완료된 주위 연약지반을 RQD에 따라 다양한 방법을 적용하여 보완하는 것이다.

아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수직갱 지반보강 방법을 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차수 그라우팅 시공순서를 도시한 순서도이며, 도 3은 도 2에 도시한 차수 그라우팅 시공순서를 설명하기 위한 예시도이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 수직갱 지반보강 방법(S100)은 나틈(NATM)공법으로 수직갱을 굴착하는 단계(S110), S110 단계에서 굴착된 수직갱에 지하수 유입을 차단하고, 수직갱 주변 암반강화를 위해 고압 압밀로 차수 그라우팅을 수행하는 단계(S120), 및 S120 단계에서 차수 그라우팅이 완료된 수직갱 주위 연약지반을 보강하는 단계(S130)를 포함한다.

우선, S110 단계에서 적용된 나틈공법은 1956년 오스트리아에서 개발하여 1962년 국제암반학회에서 정식으로 나틈이라고 명명된 터널 굴착공법이다. 나틈공법은 터널을 굴진하면서 기존암반에 콘크리트를 뿜어 붙이고 암벽 군데군데에 구멍을 뚫고 죔쇠를 박아서 파들어가는 공법이다. 이와 같은 나틈공법은 굴진속도가 재래식보다 빠르고 지질에 관계없이 터널시공이 가능하므로 국내에서는 1983년부터 본격 이용되어 서울, 부산의 일부 지하철이 나틈공법으로 시공되었다. 본 발명에서는 나틈공법을 터널이 아닌 수직갱 굴착에 적용하였다.

상술한 나틈공법을 적용하여 수직갱을 굴착하면 일정 깊이 이상에서부터 암반이나 틈새에 지하수 등이 고여 있어서 굴착에 방해가 된다. 또한 지하수가 일정 양 이상이 굴착중인 수직갱으로 유입되면 사라진 지하수만큼 지반이 침하될 우려가 있다. 따라서 굴착된 수직갱에 지하수 유입을 차단하고, 수직갱 주변 암반강화 목적으로 차수 그라우팅을 수행한다(S120).

본 발명의 실시 예에 따른 차수 그라우팅은 다음의 도 2 및 도 3을 참조하여 후술한다.

우선, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차수 그라우팅 시공순서(S120)는 수직갱(A) 내측에 다수의 제1 홀(a)을 동일 소정 간격으로 다수 개 수평 천공하는 단계(S121), 제1 홀(a)에 충진재를 3단계에 걸쳐 주입하되, 단계별로 패킹을 수행하는 단계(S122), 제1 홀(a) 15m 하부에 제2 홀(b)을 소정 간격으로 다수 개 수평 천공하는 단계(S123), 제2 홀(b)에 충진재를 3단계에 걸쳐 주입하되, 단계별로 패킹을 수행하는 단계(S124)를 포함하고, S121 단계 내지 S124 단계를 반복한다(S125).

본 발명의 실시 예에서는 보링 고압 그라우팅을 사용하여 차수 그라우팅을 수행할 수 있다. 여기서 보링 고압 그라우팅이란 지반 또는 구조물 등에 천공 또는 압력을 가하여 보강재(충진재)를 설치하거나 회반죽, 시멘트 등을 주입 또는 혼합 처리하는 공법이다.

도 3에 도시된 바와 같이 제1 홀(a)은 수직갱(A) 내측으로부터 외측으로 장공(長空) 천공용 드릴을 사용하여 천공된다. 여기서 제1 홀(a)은 직경이 75mm, 깊이(길이)가 30m로 격공하여 다수 개 수평 천공되되, 다수 개의 제1 홀(a)은 수평으로 소정 간격을 갖는 것이 바람직하다(S121). 그리고 제1 홀(a) 각도는 지면과 15도를 이루도록 천공하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 홀(a)의 개수는 10 내지 20개로 천공할 수 있으나 제1 홀(a)의 개수는 수직갱(A)의 지름에 따라 변경 가능한 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 제1 홀(a)이 천공되면, 충진재를 공급하기 위한 그라우트 플랜트(미도시)가 제1 홀(a)로 충진재를 주입한다. 본 발명에서는 충진재를 시멘트로 상정하였으나 반드시 이에 한정하지 않고 회반죽 시멘트 몰탈 등 상황에 따라 선택 가능한 것이 바람직하다.

상술한 충진재로서의 시멘트는 제1 홀(a)의 최하단(a-1)에 40kg/m2의 압력으로 1차 주입한다. 이후 최하단(a-1)에 주입된 시멘트를 패킹한다. 다음으로 제1 홀(a) 중단(a-2)에 25kg/m2의 압력으로 시멘트를 주입한다. 2차 주입 후 중단(a-2)은 최하단(a-1)과 마찬가지로 패킹한다. 마지막으로, 15kg/m2의 압력으로 최상단(a-3)에 시멘트를 3차 주입한 후 패킹한다(S122)

이와 같이 제1 홀(a)들에 모두 시멘트를 충진하면 다음으로 직선거리 15m 아래에 제2 홀(b)을 천공한다. 여기서 제1 홀(a)과 제2 홀(b)은 동일하게 천공되며 다만, 제2 홀(b)은 제1 홀(a)의 15m 하부에 천공된다는 점에서 차이점이 있다. 따라서 제2 홀(b)이 모두 천공되면(S123) 제1 홀(a)과 동일한 방법으로 시멘트를 주입하고 패킹한다(S124). 따라서 이와 같이 시공되면 제1 홀(a) 또는 제2 홀(b)의 최하단부와 수직갱(A)의 외주면과의 직선거리는 8m가 된다.

상술한 바와 같이 충진재는 시멘트가 사용될 수 있는데, RQD(Rock Quality Designation)가 20% 내지 60% 이상이면 포트랜트 시멘트를 사용하고, RQD가 0% 내지 20% 이하인 경우 마이크로 시멘트를 사용하는 것이 적당하다.

다음은 도 4 내지 도 6을 참조하여 수직갱 주위 연약지반을 보강하는 단계(S130)를 후술한다. 여기서 수직갱 주위 연약지반을 보강하는 단계(S130)는 숏크리트(shotcrete) 보강공법(S130A), 강지보 보강공법(S130B), 및 강관다단 그라우팅공법(130C) 중 어느 하나의 공법을 적용하거나 그 조합을 적용하여 시공할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수직갱 주위 연약지반을 보강하기 위한 숏크리트 보강공법을 도시한 순서도이고, 도 5는 도 4를 설명하기 위한 단면 예시도이며, 도 6은 도 5에 도시한 숏크리트를 분사하여 자유면에 바르는 공정을 도시한 예시도이다.

우선, 도 4를 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 숏크리트 보강공법(S130A)은 1차 숏크리트(c) 일측면을 자유면(d)에 50mm 내지 100mm 두께로 밀착 시공하는 단계(S131A), 1차 숏크리트(c)와 자유면(d)이 관통하도록 천공하여 1차 숏크리트 (c)타측면으로부터 록볼트(r, rock bolt)의 일단을 천공에 삽입하고 타단에 너트를 고정하는 단계(S132A), 1차 숏크리트(c) 타측면에 2차 숏크리트(e)의 일측면이 밀착하도록 50mm 내지 200mm의 두께로 시공하는 단계(S133A) 및 2차 숏크리트(e) 타측면에 라이닝 콘크리트(f)를 밀착 시공하는 단계(S134A)를 포함한다.

도 4를 설명하기 위해 도 5를 참조하면, 수직갱(A)을 굴착하면 자유면(d, 自由面)이 드러난다. 따라서 굴착 후 노출된 지반을 단시간 내에 자유면(d)으로부터 차단하여 수직갱(A)의 2차 변위를 방지해야 한다. 이는 원지반 상태를 유지함으로써 안정적인 공사조건을 확보하기 위함이다.

이를 위해 우선 1차 숏크리트(c) 일측면을 자유면(d)에 밀착 시공한다(S131A). 여기서 1차 숏크리트(c)는 2차 숏크리트(e)의 두께보다 얇게 자유면(d)으로 분사하여 시공하는 것이 바람직하다. 이는 초기에 수직갱(A) 내부로 지하수 유입을 차단하기 위함이며, 이로 인해 1차 숏크리트(c)는 50mm 내지 100mm 두께로 자유면(d)에 뿌려 밀착 시공하는 것이 바람직하다.

도 6을 참조하면, 1차 숏크리트(c) 및 2차 숏크리트(e)는 상부 부지에 구비된 공급수단(f)이 공급할 수 있다. 1차 숏크리트(c) 및 2차 숏크리트(e)는 예를 들면, 포틀랜드 시멘트와 모래, 물을 충분히 혼합한 몰탈 또는 콘크리트일 수 있다. 따라서 시공자는 공급수단(f)과 연결된 압송배관(g)을 통해 공급된 1차 숏크리트(c) 및 2차 숏크리트(e)를 플랙시블 호스(h)로 타겟 면에 뿜어 붙여 시공할 수 있다.

다시 도 5를 참조하면 1차 숏크리트(c)와 자유면(d)이 관통하도록 천공하여 1차 숏크리트(c) 타측면으로부터 록볼트(r, rock bolt)를 시공하는 단계가 이어진다(S132A).

록볼트(r)는 루프 볼트(roof bolt)라고도 하며 갱도를 지지하는 재료로서 암반 내에 천공에 꽂아 넣어 사용하는 볼트 및 그 부속품이다.

다음으로 1차 숏크리트(c) 타측면에 2차 숏크리트(e)의 일측면이 밀착하도록 50mm 내지 200mm의 두께로 시공한다(S133A). 여기서 1차 숏크리트(c) 타측면 고정된 록볼트(r) 일단은 제2 숏크리트(e)에 의해 공고히 고정될 수 있다.

마지막으로 2차 숏크리트(e) 타측면에 라이닝 콘크리트(f)를 밀착 시공함으로써(S134A), 숏크리트 보강공법(S130A)을 종료할 수 있다.

다음은 도 7 및 도 8을 참조하여 숏크리트 보강공법(S130A)을 적용하기 어려운 연약지반을 링(ring) 형태의 강지보로 지지함으로서 원지반이 벌어지려는 힘을 차단하여 수직갱(A)의 찌그러짐을 방지하기 위한 강지보 보강공법(S130B)에 대해 후술한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수직갱 주위 연약지반을 보강하기 위한 강지보 보강공법을 도시한 순서도이고, 도 8은 도 7를 설명하기 위한 강지보 보강공법이 시방된 단면 예시도이며, 도 9는 도 7에 도시한 ‘H’빔과 간격제가 시방된 일 예를 도시한 예시도이다.

도 7에 도시한 본 발명의 실시 예에 따른 수직갱 주위 연약지반을 보강하기 위한 강지보 보강공법(S130B)은 도 4에 도시한 본 발명의 실시 예에 따른 숏크리트(shotcrete) 보강공법(S130A)이 록볼트(r)를 자유면 암반에 천공 삽입함에 반해, ‘H’빔(i)을 1차 숏크리트(c)에 고정하되 수직갱(A) 내부에 소정의 상하 간격으로 둘러 고정한 이후에 상기 상하 간격에 간격제(j)를 체결하여 연약지반을 보완한다는 점에서 차이점이 있다.

도 7 내지 도 9를 설명함에 있어 상술한 구성요소와 동일하다고 판단되는 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 명기하는 한편, 상술한 설명과 반복되는 설명은 생략한다.

우선 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 강지보 보강공법(S130B)은 1차 숏크리트(c) 일측면을 자유면에 50mm 내지 100mm 두께로 밀착 시공하는 단계(S131B), 1차 숏크리트(c) 타측면에 100mm * 100mm 내지 300mm * 300mm의 ‘H’빔(i)을 기 설정된 상하 간격으로 다수 둘러서 설치하는 단계(S132B), 상부에 구비된 ‘H’빔과 하부에 구비된 ‘H’빔 사이에 기 설정된 좌우 간격으로 다수의 간격제(j)를 체결하는 단계(S133B), 1차 숏크리트(c) 타측면에 2차 숏크리트(e)의 일측면이 밀착하도록 50mm 내지 200mm의 두께로 시공하는 단계(S134B) 및 2차 숏크리트(e) 타측면에 라이닝 콘크리트(f)를 밀착 시공하는 단계(S135B)를 포함한다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 1차 숏크리트(c) 일측면을 자유면에 50mm 내지 100mm 두께로 밀착 시공한 후(S131B), 1차 숏크리트(c) 타측면에 100mm * 100mm 내지 300mm * 300mm의 ‘H’빔(i)을 수직갱(A) 내부에 둘러서 다수 개 설치한다(S132B). 여기서 상부 ‘H’빔과 하부 ‘H’빔 사이에는 다수의 간격제(j) 기 설정된 좌우 간격(예를 들면, 1.5m)로 체결될 수 있다(S133B). 그리고 간격제(j) 파이프(pipe) 직경은 50mm이고, 타이볼트(tie bolt) 직경은 16mm일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다. 또한, ‘H’빔(i)은 단면이 H자 형상의 빔으로써 간격제(j) 일단과 타단이 볼트와 같은 수단에 의해 체결되는 것이 적당하다.

다음으로 1차 숏크리트(c) 타측면에 2차 숏크리트(e)의 일측면이 밀착하도록 50mm 내지 200mm의 두께로 시공한 후(S134B), 마지막으로 2차 숏크리트(e) 타측면에 라이닝 콘크리트(f)를 밀착 시공한다(S135B).

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 강지보 보강공법(S130B)은 ‘H’빔(i)과 간격제(j)를 이용함으로써 암반에 천공없이 지반을 지지할 수 있다.

마지막으로 도 10 내지 도 15을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 강관다단 그라우팅공법(130C)의 다양한 실시 예에 대해 후술한다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 강관다단 그라우팅공법의 제1 실시 예를 도시한 단면도이고, 도 11은 도 10의 내부 사시도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 다수의 강관이 수직갱(A)의 내측면에 삽입된다. 구체적으로, 소정 길이, 소정 직경을 갖는 제N 강관(N은 자연수)은 제N 강관과 수직갱(A) 내측면이 소정 각도를 이루도록 수직갱(A) 내측면에 삽입된다. 즉, 제N 강관은 제N 강관과 수직갱(A) 내측면이 소정 각도를 이루도록 수직갱(A) 내측면에 삽입된다. 여기서 소정 각도는 10도로 상정하였으나 이는 일 예에 불과할 뿐 소정 각도는 5도 내지 15도 중에서 필요에 따라 선택할 수 있다. 또한, 제N 강관은 수직갱(A)과 수직인 가상의 평면상에서 수직갱(A) 내측면을 따라 소정 간격으로 다수 개가 수직갱(A)을 관통하여 삽입된다. 즉, 제N 강관은 동일한 높이의 수직갱(A) 내측면에서 삽입된다. 여기서 제N 강관은 압력으로 삽입되거나 수직갱(A)에 형성된 홀(미도시)에 삽입될 수 있다. 그리고 도 10을 참조하면 제N 강관의 길이는 6m, 직경은 60.5mm로 상정하였으나 반드시 이에 한정하지 않는다.

한편, 제N 강관의 하부방향으로 소정 간격만큼 이격된 위치에는 소정 길이, 소정 직경을 갖는 제N+1 강관이 수직갱(A)과 수직인 가상의 평면상에서 수직갱(A) 내측면을 따라 소정 간격으로 다수 개가 수직갱(A)을 관통하여 삽입된다. 여기서 도 10에서는 소정 간격을 4m로 상정하였으나 이는 일 예에 불과하고 소정 간격은 1m 내지 6m 중 필요에 따라 선택 적용할 수 있다.

소정 직경을 갖는 제N+1 강관(N은 자연수)은 상술한 제N 강관과 마찬가지로 제N+1 강관과 수직갱(A)이 소정 각도를 이루도록 수직갱(A) 내측면에 삽입된다. 즉, 제N+1 강관은 수직갱(A) 내측과 10도 각도로 수직갱(A) 내측면에 삽입된다. 마찬가지로 제N+1 강관은 압력에 의해 삽입되거나 또는 수직갱(A) 내측면에 구비된 홀(미도시)에 삽입될 수 있다. 상술한 제N 강관 및 제N+1 강관은 6m의 길이로 상정하였으나 3m 내지 9m의 길이 중 선택 가능한 것이 바람직하다. 그리고 제N 강관 및 제N+1 강관의 직경은 60.5mm로 상정하였지만 50mm 내지 100mm의 직경 중에서 선택적으로 적용할 수 있다.

한편, 도 10 및 도 11을 참조하면, 제N 강관(길이 6m, 직경 60.5mm)을 지면과 10도 각도로 삽입하기 위해 천공이 수행될 수도 있다. 여기서 천공은 수직갱(A) 내측 동일한 높이로 다수 개가 격공하여 수행된다. 다음은 천공에 의해 형성된 홀에 제N 강관이 수직갱(A) 내측면과 10도 각도를 이루도록 삽입된다. 여기서 상기 홀보다 수직갱(A) 하부방향으로 4미터 아래에 홀이 다수 개가 격공하여 천공된다. 마찬가지로 아래 홀에는 제N+1 강관(길이 6m, 직경 60.5mm)을 수직갱(A) 내부에 수직갱(A) 내측과 10도 각도를 이루도록 삽입한다.

덧붙여, 제N+1 강관의 아래에는 제N+2 강관이 상술한 방법에 의해 제N 강관과 제N+1강관의 조건과 동일하게 시공될 수 있으며 반복설명은 생략한다.

이와 같이 천공이 수행되고, 천공에 강관이 삽입됨으로써 수직갱(A)을 공고히 지지할 수 있으므로 수직갱(A) 굴착면의 붕락 및 이완이 방지될 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 강관다단 그라우팅공법의 제2 실시 예를 도시한 단면도이고, 도 13은 도 12의 내부 사시도이다.

도 12 및 도 13을 설명함에 앞서 도 10 및 도 11의 설명과 중복되는 설명은 생략하면서 간결하게 후술한다.

도 12 및 도 13에 도시한 강관다단 그라우팅공법(130C)의 제2 실시 예는 도 10 및 도 11에 도시한 강관다단 그라우팅공법(130C)의 제1 실시 예에 비해 홀 간의 상하 간격이 1미터 짧고 대신에 홀 층이 한층 더 많다는 점에서 차이점이 있다.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 강관다단 그라우팅공법(130C)의 제3 실시 예를 도시한 단면도이고, 도 15는 도 14의 내부 사시도이다.

도 14 및 도 15를 설명함에 앞서 도 10 및 도 11의 설명과 중복되는 설명은 생략하면서 간결하게 후술한다.

도 14 및 도 15에 도시한 강관다단 그라우팅공법(130C)의 제3 실시 예는 도 12 및 도 13에 도시한 강관다단 그라우팅공법(130C)의 제2 실시 예에 비해 홀에 삽입되는 강관 직경이 89.1mm 라는 점에서 차이점이 있다. 따라서 홀 천공 시 직경이 89.1mm 인 강관이 삽입되도록 천공이 수행되어야 한다.

따라서 강관다단 그라우팅공법(130C)을 다양하게 변형 적용함으로써 지반에 따라 강관다단 그라우팅공법(130C)을 용이하게 선택 적용할 수 있다. 또한 강관의 개수는 10개 내지 20개 중에서 선택 적용할 수 있는 것이 바람직하며 특히, 수직갱(A)의 직경에 따라 적당하게 적용할 수 있다. 그리고 본 발명의 다양한 실시 에에 따른 강관다단 그라우팅공법(130A, 130B 및 130C)에서는 천공하여 홀을 생성한 것을 예를 들어 설명하였으나, 강관은 반드시 홀에 삽입되지 않고 압력에 의해 수직갱(A) 내측면에 삽입될 수도 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 강관다단 그라우팅공법(130C)은 연약지반 굴착시 강관의 강성과 시멘트 그라우팅의 효과로 인해 굴착면의 붕락 및 이완을 방지하고 지반을 개량하여 강화를 기대할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

A: 수직갱 a: 제1 홀
b: 제2 홀 c: 1차 숏크리트
d: 자유면 e: 2차 숏크리트
f: 콘크리트 g: 압송배관
h: 플랙시블 호스 i: ‘H’ 빔
j: 간격제

Claims

수직갱 지반보강 방법에 있어서,
A) 수직갱을 굴착하는 단계;
B) 상기 A) 단계에서 굴착된 상기 수직갱에 지하수 유입을 차단하고 상기 수직갱 주변 암반강화를 위해 보링 고압 차수 그라우팅을 수행하는 단계; 및
C) 상기 B) 단계에서 상기 차수 그라우팅이 완료된 상기 수직갱 주위 연약지반을 보강하는 단계; 를 포함하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 B) 단계는
B-1) 상기 수직갱 내주면을 따라 제1 홀들을 소정 간격으로 천공하고, 상기 제1 홀에 충진재를 3단계에 걸쳐 주입하되, 단계별로 패킹을 수행하는 단계;
B-2) 상기 홀의 상하방향으로 제2 홀들을소정 간격 이격된 위치에 상기 수직갱 내주면을 따라 제2 홀들을 천공하고, 상기 제2 홀들에 충진재를 3단계에 걸쳐 주입하되, 단계별로 패킹을 수행하는 단계; 및
B-3) 상기 B-1) 단계를 제n 홀까지 반복하는 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 홀과 상기 제2 홀 및 제n 홀은
직경이 50mm 내지 100mm이고, 깊이(길이)가 20m 내지 40m이며, 지면과 10도 내지 20도 각도로 천공되는 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 3단계는
소정의 길이단위로 구분되는 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 충진재는
RQD(Rock Quality Designation)가 20% 내지 60% 이상이면 포트랜트 시멘트를 사용하고, RQD가 0% 내지 20% 이하인 경우 마이크로 시멘트를 사용하는 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 C) 단계는
숏크리트(shotcrete) 보강공법, 강지보 보강공법, 및 강관다단 그라우팅공법 중 어느 하나 이거나 조합인 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 숏크리트 보강공법은
1차 숏크리트를 자유면에 소정 두께로 도포하는 단계;
상기 1차 숏크리트와 상기 자유면이 관통하도록 천공하고, 상기 1차 숏크리트 내측으로부터 록볼트(rock bolt) 일단을 천공에 삽입하고 타단에 너트를 고정하는 단계;
상기 1차 숏크리트 내측면에 2차 숏크리트를 소정 두께로도포하는 단계; 및
상기 2차 숏크리트 내측면에 라이닝 콘크리트를 도포하는 단계; 를 포함하고,
상기 2차 숏크리트 두께는 상기 2차 숏크리트 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 강지보 보강공법은
1차 숏크리트를 자유면에 소정 두께로 도포하는 단계;
상기 1차 숏크리트 내주면을 따라 빔을 차례로 설치하는 단계;
상하방향으로 인접한 두 개의 빔 사이에 기 설정된 좌우 간격으로 간격제를 연속하여 설치하는 단계;
상기 빔과 상기 간격제를 도포하도록 상기 1차 숏크리트 내측면에 2차 숏크리트를 소정 두께로 도포하는 단계; 및
상기 2차 숏크리트 내측면에 라이닝 콘크리트를 도포하는 단계; 를 포함하고,
상기 2차 숏크리트 두께는 상기 1차 숏크리트 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 간격제의 좌우 설치간격은
1m 내지 2m인 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 간격제의 파이프 직경은
40mm 내지 60mm이고,
상기 간격제의 타이볼트 직경은
12mm 내지 20mm인 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 강관다단 그라우팅은
소정 길이, 소정 직경을 갖는 제N 강관(N은 자연수)은 상기 제N 강관이 수직갱 내측면과 소정 각도를 이루도록 상기 수직갱과 수직인 평면상에서 상기 수직갱의 내측면을 따라 소정 간격으로 다수 개가 상기 수직갱을 관통하여 삽입되고,
소정 길이, 소정 직경을 갖는 제N+1 강관은 상기 제N 강관과 상하방향으로 소정 간격만큼 이격되고, 제N+1 강관은 수직갱 내측면과 소정 각도를 이루도록 상기 수직갱과 수직인 평면상에서 상기 수직갱의 내측면을 따라 소정 간격 다수 개가 상기 수직갱을 관통하여 삽입되는 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제N 강관과 제N+1 강관은
상기 수직갱 내측면에 구비된 홀에 삽입되는 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 소정 길이는
3m 내지 9m인 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 소정 직경은
50mm 내지 100mm 인 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 소정 각도는
5도 내지 15도인 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 소정 간격은
1m 내지 6m인 것을 특징으로 하는 수직갱 지반보강 방법.