KR20200047881A

KR20200047881A - 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법

Info

Publication number: KR20200047881A
Application number: KR1020180128385A
Authority: KR
Inventors: 이준석; 사공명; 최일윤; 김인겸; 송영수
Original assignee: 한국철도기술연구원; 지오텍엔지니어링 주식회사
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2020-05-08
Also published as: KR20210127894A; KR102324793B1

Abstract

연약지반 및 유입수가 과다한 지반내 터널굴착시 막장면의 안정성을 증진시키기 위한 차수 및 보강 그라우팅 공법으로서, 엘라스토머 계열의 주름진 탄성 패커인 다수의 탈착식 외부패커를 사용하여 효율적이며 신속하게 지반내 그라우팅을 수행할 수 있고, 또한, 강관의 외주면에 탈착식 외부패커를 다수 설치하여 각 외부패커 간에 격벽을 형성한 후 기존의 실링재 투입 및 역류방지밸브의 설치 없이 침투그라우팅을 동시에 실시함으로써 지반을 강화하고 차수효과를 극대화할 수 있는, 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법이 제공된다.

Description

외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법 {SIMULTANEOUS INJECTION METHOD OF PERMEATION GROUTING FOR REINFORCING TUNNEL USING OUTER PACKER}

본 발명은 침투그라우팅 동시주입 공법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 연약지반 및 유입수가 과다한 지반내 터널굴착시 막장면의 안정성을 증진시키기 위한 차수 및 보강 그라우팅 공법으로서, 다수의 탈착식 외부패커를 사용하여 지반내 그라우팅을 수행할 수 있는 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법에 관한 것이다.

일반적으로, 지하 및 시추공간은 주로 토사나 암반으로 구성되어 있는 지반을 굴착하여 확보하게 되는데, 이때, 굴착면을 구성하는 지반이 안정하지 않으면 붕괴 등의 위험성을 내포하고 있기 때문에 굴착을 진행할 수 없게 된다.

특히, 굴착이 예정된 지반이 토사 또는 풍화가 많이 진행되어 있거나, 절리, 층리, 파쇄대 등이 발달하여 암질이 불량한 경우, 굴착시 과도한 변형, 또는 붕괴가 될 수 있어 적절히 보강을 행하면서 굴착이 진행되어야 한다.

따라서 굴착시 필수적으로 지하 및 시추공간이 안정하도록 다양한 방법으로 강화하거나 보강을 행하고 있으며, 이러한 공법으로 네일링(Nailing), 록볼트(Rock bolt), 앵커(Anchor), 강관다단 그라우팅 공법 등이 사용되고 있다.

이러한 지하 및 굴착 공간 보강 공법을 적용하고자 하는 대표적인 공사로서 터널공사나 절개면 시추공사가 있으며, 특히, 터널 공사를 행할 때 굴착시 붕괴 위험에 가장 쉽게 노출된 것이 터널 상단부이다.

또한, 굴착 공사시 굴착면이 불량한 경우, 일반적으로 많이 사용하고 있는 록볼트나 네일링 공법은 약간 하향 각도로 설치되는 경우가 많다. 한편, 절토사면에서의 보강과 달리 터널 상단부 보강에 주로 사용되는 강관다단 그라우팅의 경우, 보강부의 끝부분이 굴착면으로부터 상방향으로 설치해야 하기 때문에 보강재와 천공홀 사이에 그라우팅을 하고자 할 때 그라우트가 역류하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 패커 또는 코킹재를 사용하여 그라우트의 역류를 방지하고 있다. 즉, 지반보강을 시행할 때 천공홀에 투입된 보강재에 의한 보강뿐만 아니라 터널 벽 주변 지반의 그라우팅 효과를 필요로 하는 경우, 강관다단 그라우팅 공법(Steel Pipe Reinforced Multi-step Grouting)을 시행한다.

한편, 강관다단 그라우팅 공법은, 천공 후 강관을 투입하고 천공홀 입구를 코킹재로 막고 강관과 천공홀 사이를 실링(sealing)시킨 다음에 강관 내부에 패커를 설치하여 패커를 이동시키면서 다단계로 그라우팅을 수행하는 공법이다. 이러한 강관 보강형 다단식 그라우팅 공법은 강관에 의한 지반 보강 효과와 그라우팅에 의한 차수 효과를 동시에 얻을 수 있다.

종래의 기술에 따른 강관 보강형 다단 그라우팅 공법은, 통상적으로 천공, 강관 삽입, 코킹(Caulking) 및 실링(Sealing), 그라우팅(Grouting) 수순으로 진행하여 주로 연약 풍화암층의 차수 및 보강용으로 사용되고 있다.

구체적으로, 천공 과정은 천공구멍의 붕괴시 케이싱 로드를 이용하여 천공하고, 그렇지 않은 경우 일반 로드 천공도 가능하다. 다음으로, 강관의 삽입은 케이싱 로드인 경우 강관을 삽입한 후에 케이싱을 제거한다. 다음으로, 천공주입구의 코킹은 지하수 유입의 방지와 그라우팅재의 역류를 방지하기 위해 코킹을 실시한다. 이때, 강관의 주변부 실링은 실링재의 부피 감소가 없고 실링 효과를 충분히 발휘하는 제품을 사용한다. 이후, 다단식 그라우팅재 주입은 지반 조건에 따라 결정된 주입 길이에 따라 단계별로 주입한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 강관다단 그라우팅 공법을 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 강관다단 그라우팅 공법을 나타내는 동작흐름도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 강관 다단 그라우팅 공법은, 코킹부(11), 실링재 주입 및 배출 호스(12), 강관(13) 및 실링재(14)를 포함하며, 이러한 종래의 그라우팅 공법은 그라우팅재가 지상으로 역류하지 못하도록 코킹부(11)에 의해 코킹(caulking)을 하고 있다. 하지만, 이것은 실질적인 코킹을 하지 못하여 시추공을 통한 그라우팅재의 역류가 발생되고, 결국 지반을 효율적으로 보강하지 못하는 문제점이 있다.

구체적으로, 도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 강관 다단 그라우팅 공법은, a）지중을 천공하는 단계(S10), b) 일정한 간격으로 주입홀이 구비된 강관을 천공홀에 삽입하는 단계(S20); c) 지하수의 누수, 토사의 유출 및, 주입재의 역류를 방지하기 위하여 강관의 후단 외벽과 천공홀의 사이에 코킹을 실시하는 단계(S30); d） 주입재의 역류를 방지하면서 한정된 범위에서만 주입되도록 강관 외벽과 천공홀 사이에 실링재를 주입하는 단계(S40); e）강관 내부에 패커를 설치하는 단계(S50); 및 f） 패커에 의해 설정되는 주입홀을 통해 그라우팅재를 주입시키는 단계(S60)로 진행된다.

종래의 기술에 따른 강관다단 그라우팅 공법은 그라우팅재를 이용하여 차수효과는 물론, 강관과 그 주변의 토사로 하여금 일체화된 빔구조체를 형성시켜 휨강성을 가지게 함으로써 상부의 하중을 지지하고 토압을 분산시켜 굴착면의 구조적 안정성을 향상시킨다는 점에서 구조적으로 매우 유리한 공법이라고 할 수 있다.

그런데 강관 외벽과 천공홀 사이에 주입되는 실링재는 부피가 팽창하여 공간을 남기지 않도록 하고 고결강도가 너무 높지 않아 주입재가 실링재를 뚫고 지중에 널리 퍼져갈 수 있도록 시멘트계와 벤토나이트가 혼합되어 특수 제조되는 바, 상기의 기능을 발휘하기 위해서는 약 24시간 정도의 고결시간을 필요로 하며, 패커에 의해 구획되는 각 격실에 대하여 순차적으로 주입재를 주입시키기 때문에 시공기간이 길어지는 문제점이 있다.

한편, 터널 굴착시 막장면 안정을 위하여 적용하는 강관다단공법은 막장면 상부 크라운부에 천공홀을 굴착하고 강관을 삽입한 후, 그라우팅재를 주입하여 터널 내부로 유입되는 지하수의 차수와 지반강화를 도모할 수 있다.

이러한 터널의 보조공법으로 적용되는 강관다단공법은 막장면 전면상부에 강관을 삽입함으로써 지반강화 효과를 도모함과 동시에 그라우팅을 실시하여 지하수의 유입을 최소화하고 지반을 고결하는 공법이다.

전술한 강관다단공법과 관련된 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1785061호에는 "강관을 이용한 그라우팅 공법 및 이를 위한 그라우트 주입 장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

도 3은 종래의 기술에 따른 강관을 이용한 그라우트 주입장치를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 그라우트 주입장치를 적용한 그라우팅 공법의 시공 예를 나타내는 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 종래의 기술에 따른 강관을 이용한 그라우트 주입장치는, 지반에 미리 정해진 깊이로 형성된 천공홀(20) 내부에 제1액과 제2액이 혼합된 그라우팅재를 주입하기 위한 그라우트 주입장치로서, 헤드부(40), 강관부(50), 속관(60) 및 격벽부재(53)를 포함한다.

헤드부(40)는 제1액을 공급하기 위한 공급관이 커플링되는 제1 연결구(41)와, 제2액을 공급하기 위한 공급관이 커플링되는 제2 연결구(42)를 구비한 관형체로 이루어진다.

강관부(50)는 헤드부(40)와 조립되어 천공홀(20) 내부로 연장되고, 헤드부(40)와 연통되는 강관본체(51)와 상기 강관본체(51)의 앞 부분에 나사 결합되는 혼합챔버(52)를 구비한다.

속관(60)은 상기 헤드부(40)의 내부로부터 상기 강관부(50)의 내부로 연장되게 삽입된다.

격벽부재(53)는 강관부(50) 내에 개재되어 혼합챔버(52)의 길이를 결정하고, 중심 주변에는 제2액을 혼합챔버(52) 내부로 유입시키기 위한 복수개의 유입홀이 마련된다.

구체적으로, 상기 속관(60)은 입구가 제1 연결구(41)와 연통되고 출구는 혼합챔버(52)와 연통되게 배치되고, 강관부(50)와 속관(60) 사이의 공간은 제2 연결구(42)와 연통되고, 제1 연결구(41)를 통해 공급된 제1액과 상기 제2 연결구를 통해 공급된 제2액이 혼합챔버(52)에서 혼합된 후 혼합챔버(52)의 외부로 분출되어 지반 내부로 침투되고, 상기 속관(60)은 헤드부(40)에 끼워져서 제1 연결구(41)와 연통되는 뒷 부분과, 상기 격벽부재(53)의 중심을 관통하여 혼합챔버(52) 내부로 삽입되고 상기 격벽부재(53)의 중심에 고정된 앞 부분을 포함하고, 속관(52)의 뒷 부분과 앞 부분이 서로 결합 및 분리가 가능하게 조립된다. 여기서, 도면부호 30은 코킹부를 나타내고, 도면부호 52a는 배출홀을 나타내며, 도면부호 54는 역류방지밸브를 나타내고, 도면부호 55는 간격부재를 나타내며, 도면부호 63은 오링을 각각 나타낸다.

도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 강관을 이용한 그라우트 주입장치를 적용한 그라우팅 공법은, 지반에 미리 정해진 간격과 깊이로 천공홀(20)을 형성하는 공정; 내부에 속관(60)이 삽입되어 있는 동축 이중관 구조의 그라우트 주입 장치를 천공홀(20)에 삽입하는 공정; 천공홀(20)의 입구와 그라우트 주입 장치 사이를 코킹(Caulking)하는 공정; 및 헤드부(40)에 제1액과 제2액을 주입하여 천공홀(20)의 내부 안쪽에서 혼합챔버(52)를 통해 혼합 그라우팅재를 분사하는 공정을 포함한다.

종래의 기술에 따른 강관을 이용한 그라우트 주입장치에 따르면, 급결제를 함유한 제1액을 강관의 가장 끝부분에서 제2액과 혼합하는 것이 가능하므로 천공홀의 깊은 지점에 위치한 용출, 누수 등 급결이 요구되는 부분에 대하여 겔화 시간이 짧은 그라우팅재를 주입하여 지반 보강 시공을 할 수 있는 장점이 있다. 기존의 강관 다단 그라우팅 공법은 지하수의 누수가 많은 지반의 경우, 추가적인 차수 그라우팅이 필요하지만 본 발명은 이러한 추가 공정이 요구되지 않는다. 또한, 실질적으로 단일체의 강관을 이용하여 보강 및 차수 그라우팅 시공을 수행할 수 있으므로 시공이 간편하고, 기존의 그라우팅 공법과는 달리 실링재가 필요치 않아 자재비용과 공수를 줄일 수 있다.

하지만, 종래의 기술에 따른 강관을 이용한 그라우트 주입장치의 경우, 그라우팅재의 밀실한 주입을 위한 실링재를 원천적으로 삭제한 공법으로서, 신속한 시공이 가능하지만, 그라우팅재의 동시주입 및 경화재 투입에 따른 천공경내 그라우팅재의 조기 경화 가능성이 우려되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-1785061호(출원일: 2016년 7월 19일), 발명의 명칭: "강관을 이용한 그라우팅 공법 및 이를 위한 그라우트 주입 장치" 대한민국 등록특허번호 제10-1070072 호(출원일: 2011년 2월 15일), 발명의 명칭: "이중 팩커를 이용한 강관 다단 동시그라우팅 장치와 이의 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1541718호(출원일: 2015년 2월 10일), 발명의 명칭: "이중패커식 그라우팅 장치를 이용한 논실링 그라우팅 공법" 대한민국 등록특허번호 제10-1528524호(출원일: 2015년 3월 4일), 발명의 명칭: "가압식 이중패커를 가진 그라우팅 장치 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-807258호(출원일: 2006년 5월 10일), 발명의 명칭: "다수개의 패커가 설치된 강관동시주입장치 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연약지반 및 유입수가 과다한 지반내 터널굴착시 막장면의 안정성을 증진시키기 위한 차수 및 보강 그라우팅 공법으로서, 엘라스토머(Elastomer) 계열의 주름진 탄성 패커인 다수의 탈착식 외부패커를 사용하여 효율적이며 신속한 지반내 그라우팅을 수행할 수 있는, 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 강관의 외주면에 탈착식 외부패커를 다수 설치하여 각 외부패커 간에 격벽을 형성한 후 기존의 실링재 투입 및 역류방지밸브의 설치 없이 침투그라우팅을 동시에 실시할 수 있는, 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법은, 지반의 차수 및 보강을 위한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법에 있어서, a) 강관 삽입용 천공홀을 굴착 형성하는 단계; b) 다수의 외부패커를 외부패커 고정장치를 이용하여 상기 강관의 외주면에 장착하는 단계; c) 상기 강관 내 그라우팅재 주입용 배출홀을 형성하고, 상기 강관의 외주면에 간격 유지를 위한 다수의 스페이서를 용접하는 단계; d) 상기 천공홀 내에 상기 강관을 삽입하는 단계; e) 상기 천공홀 입구를 코킹재로 코킹하는 단계; 및 f) 상기 강관 내에 삽입되는 하나 또는 다수의 속관을 통해 침투그라우팅 순차주입 또는 동시주입을 시행하는 단계를 포함하되, 상기 다수의 외부패커는 탈착 가능한 탄성소재의 격리재로서 상기 천공홀 내부에서 상기 강관의 외주면에 일정 간격으로 다수의 격벽을 형성하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 b) 단계의 외부패커는 엘라스토머계열의 주름진 탄성 패커로서, 강관의 무게에도 불구하고 밀폐된 격벽 구조를 형성하도록 원형 및 다양한 각도의 타원형 형상으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 b) 단계의 외부패커는 그라우팅재의 역류를 방지하도록 상기 천공홀 형성을 위한 천공경에 비해 10%정도 크게 제작되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 b) 단계의 다수의 외부패커 중 하나는 상기 강관전면의 그라우팅재 주입이 가능하도록 상기 강관의 전단부에 설치될 수 있다.

여기서, 상기 b) 단계의 외부패커 고정장치는 각각의 외부패커 양측을 상기 강관(110)의 외주면에 고정하는 한 쌍의 호스밴드일 수 있다.

여기서, 상기 c) 단계의 스페이서는 상기 강관의 자중에 의하여 상기 외부패커가 변형되는 현상을 방지하기 위하여 상기 강관의 외부에 일정 간격으로 설치되거나 상기 외부패커 주위에 설치되며, 상기 스페이서의 천공경내 끼임 현상을 방지하도록 상기 스페이서의 크기는 천공경에 비해 작게 제작되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 연약지반 및 유입수가 과다한 지반내 터널굴착시 막장면의 안정성을 증진시키기 위한 차수 및 보강 그라우팅 공법으로서, 엘라스토머 계열의 주름진 탄성 패커인 다수의 탈착식 외부패커를 사용하여 효율적이며 신속하게 지반내 그라우팅을 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 강관의 외주면에 탈착식 외부패커를 다수 설치하여 각 외부패커 간에 격벽을 형성한 후 기존의 실링재 투입 및 역류방지밸브의 설치 없이 침투그라우팅을 동시에 실시함으로써 지반을 강화하고 차수 효과를 극대화할 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 강관다단 그라우팅 공법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 강관다단 그라우팅 공법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 강관을 이용한 그라우트 주입장치를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 그라우트 주입장치를 적용한 그라우팅 공법의 시공 예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법에서 외부패커를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법에서 외부패커의 변형을 방지하는 것을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법에서 외부패커가 강관에 체결된 것을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법에서 외부패커 고정장치인 호스밴드를 예시하는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

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 있는 것을 의미한다.

[외부패커(120)를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법]

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법을 나타내는 동작흐름도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법을 설명하기 위한 단면도로서, 외부패커를 구체적으로 예시하는 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법은, 지반(210)의 차수 및 보강을 위한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법으로서, 먼저, 강관(110) 삽입용 천공홀(h)을 굴착 형성한다(S110).

다음으로, 다수의 외부패커(120)를 외부패커 고정장치(130)를 이용하여 상기 강관(110)의 외주면에 장착한다(S120). 여기서, 상기 외부패커(120)는, 도 6의 하부에 도시된 바와 같이, 엘라스토머(Elastomer) 계열의 주름진 탄성 패커로서, 또한, 후술하는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 강관(110)의 무게에도 불구하고 밀폐된 격벽 구조를 형성하도록 원형 또는 다양한 각도의 타원형 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 외부패커(120)는 그라우팅재(220)의 역류를 방지하도록 상기 천공홀(h) 형성을 위한 천공경에 비해 10%정도 크게 제작되는 것이 바람직하다.

또한, 도 6에서 도면부호 D로 도시된 바와 같이, 상기 다수의 외부패커(120) 중 하나는 상기 강관(110) 전면의 그라우팅재 주입이 가능하도록 상기 강관(110)의 전단부에 설치될 수 있다.

또한, 상기 외부패커 고정장치(130)는, 후술하는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 외부패커(120) 양측을 상기 강관(110)의 외주면에 고정하는 한 쌍의 호스밴드(Hose Band)일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

다음으로, 상기 강관(110) 내 그라우팅재(220) 주입용 배출홀(111)을 형성하고, 상기 강관(110)의 외주면에 간격 유지를 위한 다수의 스페이서(140)를 용접한다(S130). 여기서, 상기 스페이서(140)는 상기 강관(110)의 자중에 의하여 상기 외부패커(120)가 변형되는 현상을 방지하기 위하여 상기 강관(110)의 외부에 일정 간격으로 설치되거나 상기 외부패커(120) 주위에 설치되는 간격재로서, 상기 스페이서(140)의 천공경내 끼임 현상을 방지하도록 상기 스페이서(140)의 크기는 천공경에 비해 작게 제작되는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 천공홀(h) 내에 상기 강관(110)을 삽입한다(S140).

다음으로, 상기 천공홀(h) 입구를 코킹재(150)로 코킹한다(S150).

다음으로, 상기 강관(110) 내에 삽입되는 하나 또는 다수의 속관(160)을 통해 침투그라우팅(Permeation Grouting) 순차주입 또는 동시주입을 시행한다(S160).

이에 따라, 상기 다수의 외부패커(120)는 탈착 가능한 탄성소재의 격리재로서 상기 천공홀(h) 내부에서 상기 강관(110)의 외주면에 일정 간격으로 다수의 격벽을 형성하게 되며, 도 6에 도시된 바와 같이, A, B, C 영역으로 구획하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법은, 기존 강관다단공법 내 그라우팅재의 원활한 주입을 위해 적용하는 실링재의 사용에 따른 공기지연 및 급결재 사용에 따른 그라우팅재의 주입저하 등의 단점을 극복하기 위하여 다수의 외부패커(120)를 도입한 후, 일정 간격으로 격벽을 형성하여 그라우팅재(220) 주입에 따른 침투 효과를 극대화할 수 있고, 또한, 공기 및 공사비를 단축ㅇ및 절감할 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법에서 외부패커의 변형을 방지하는 것을 예시하는 도면이다.

구체적으로, 상기 외부패커(120)는, 도 7의 a)에 도시된 바와 같이, 천공홀(h)에 삽입된 강관(110)의 외주면에 고정 부착되며, 또한, 도 7의 b) 및 c)에 도시된 바와 같이, 상기 외부패커(120)는 상기 강관(110)의 외주면에 소정 간격으로 밀폐된 격벽 구조를 형성하도록 원형 또는 다양한 각도의 타원형 형상(120a, 120b)으로 형성되며, 도 7의 d)에 도시된 바와 같이, 타원형 외부패커(120a, 120b)가 교차 설치될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법은, 그라우팅재의 원활한 주입을 위하여 적용하는 기존 실링재의 사용 없이, 강관(110) 내부에 다수의 속관(160)과 상기 강관(110) 외부의 다수의 외부패커(120)에 의해 동시주입이 가능한 강관다단 공법으로서, 상기 외부패커(120)는 추가적인 주입재 혹은 팽창재의 사용 없이 탄성소재의 격리재를 적용함으로써 간편하고 신속하게 그라우팅재 주입이 가능하게 된다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법에서 외부패커가 강관에 체결된 것을 나타내는 단면도이다.

상기 외부패커(120)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 엘라스토머 계열의 주름진 탄성 패커를 상기 강관(110) 외부에 한 쌍의 호스밴드(130)를 이용하여 고정하고, 천공홀(h)에 삽입한 후, 상기 강관(110) 내에 삽입되는 다수의 속관(160)을 이용하여 밀실하게 침투그라우팅을 동시에 수행할 수 있다. 이때, 상기 외부패커(120)는 그라우팅재(220)의 역류를 방지하도록 상기 천공홀(h) 형성을 위한 천공경에 비해 10%정도 크게 제작되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 간단한 구조의 단일형 외부패커(120)를 이용하게 되므로 기존 외부패커와 같이 추가적인 패커 주입용 파이프나 태엽 등의 설치 없이 일정간격의 격벽을 구성할 수 있다. 따라서 신속한 동시주입이 가능하며 비용을 절감할 수 있다.

한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법에서 외부패커 고정장치인 호스밴드를 예시하는 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 외부패커 고정장치(130)는 상기 외부패커(120)를 상기 강관(110)에 부착하도록 한 쌍의 호스밴드를 이용할 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 연약지반 및 유입수가 과다한 지반내 터널굴착시 막장면의 안정성을 증진시키기 위한 차수 및 보강 그라우팅 공법으로서, 다수의 탈착식 외부패커를 사용하여 효율적이며 신속하게 지반내 그라우팅을 수행할 수 있고, 또한, 강관의 외주면에 탈착식 외부패커를 다수 설치하여 각 외부패커 간에 격벽을 형성한 후, 기존의 실링재 투입 및 역류방지밸브의 설치 없이 침투그라우팅을 동시에 실시함으로써 지반을 강화하고 차수 효과를 극대화할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 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 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110: 강관
120: 외부패커
130: 호스밴드(외부패커 고정장치)
140: 스페이서(간격재)
150: 코킹재
160: 속관
111: 그라우팅재 배출홀
210: 지반
220: 그라우팅재
h: 천공홀

Claims

지반(210)의 차수 및 보강을 위한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법에 있어서,
a) 강관(110) 삽입용 천공홀(h)을 굴착 형성하는 단계;
b) 다수의 외부패커(120)를 외부패커 고정장치(130)를 이용하여 상기 강관(110)의 외주면에 장착하는 단계;
c) 상기 강관(110) 내 그라우팅재(220) 주입용 배출홀(111)을 형성하고, 상기 강관(110)의 외주면에 간격 유지를 위한 다수의 스페이서(140)를 용접하는 단계;
d) 상기 천공홀(h) 내에 상기 강관(110)을 삽입하는 단계;
e) 상기 천공홀(h) 입구를 코킹재(150)로 코킹하는 단계; 및
f) 상기 강관(110) 내에 삽입되는 하나 또는 다수의 속관(160)을 통해 침투그라우팅(Permeation Grouting) 순차주입 또는 동시주입을 시행하는 단계를 포함하되,
상기 다수의 외부패커(120)는 탈착 가능한 탄성소재의 격리재로서 상기 천공홀(h) 내부에서 상기 강관(110)의 외주면에 일정 간격으로 다수의 격벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법.
제1항에 있어서,
상기 b) 단계의 외부패커(120)는 엘라스토머(Elastomer) 계열의 주름진 탄성 패커로서, 상기 강관(110)의 무게에도 불구하고 밀폐된 격벽 구조를 형성하도록 원형 또는 다양한 각도의 타원형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법.
제2항에 있어서,
상기 b) 단계의 외부패커(120)는 그라우팅재(220)의 역류를 방지하도록 상기 천공홀(h) 형성을 위한 천공경에 비해 10%정도 크게 제작되는 것을 특징으로 하는 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법.
제2항에 있어서,
상기 b) 단계의 다수의 외부패커(120) 중 하나는 상기 강관(110) 전면의 그라우팅재 주입이 가능하도록 상기 강관(110)의 전단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법.
제1항에 있어서,
상기 b) 단계의 외부패커 고정장치(130)는 각각의 외부패커(120) 양측을 상기 강관(110)의 외주면에 고정하는 한 쌍의 호스밴드(Hose Band)인 것을 특징으로 하는 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법.
제1항에 있어서,
상기 c) 단계의 스페이서(140)는 상기 강관(110)의 자중에 의하여 상기 외부패커(120)가 변형되는 현상을 방지하기 위하여 상기 강관(110)의 외부에 일정 간격으로 설치되거나 상기 외부패커(120) 주위에 설치되는 것을 특징으로 하는 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법.
제6항에 있어서,
상기 스페이서(140)의 천공경내 끼임 현상을 방지하도록 상기 스페이서(140)의 크기는 천공경에 비해 작게 제작되는 것을 특징으로 하는 외부패커를 이용한 터널보강용 침투그라우팅 동시주입 공법.