KR100427511B1 - 변형단면구조를 가지는 라이닝재 및 이를 이용한 비굴착유관 보수공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변형단면구조를 가지는 라이닝재 및 이를 이용한 비굴착 유관 보수공법에 관한 것이다. 상기 변형단면구조를 가지는 라이닝재는 보수할 유관에 파이프를 설치한 후 그 위에 라이닝재를 라이닝하여 형성시키거나, 변형단면이 기 형성된 라이닝재를 직접 유관에 라이닝시켜 형성된다. 변형단면구조를 가지는 라이닝재를 이용하여 유관(하수관거)을 보수하는 공법은 보수할 유관의 유수를 물돌리기 하는 단계; 상기 보수할 유관에, 본 발명의 라이닝재(200,300)를 설치하는 단계; 및, 상기 라이닝재의 설치장치(60)를 제거하고 마무리하는 단계를 포함한다. 통상의 라이닝재를 유관에 설치하여 유관을 보수하는 통상의 방법은 유관의 내면의 형상과 동일하게 라이닝제가 라이닝되기 때문에 유입수량이 적은 유관의 경우에는 설사 라이닝재로 보수하였더라도 부유물질의 침전을 방지할 수 있는 최소유속이 확보되지 않아 경제적, 시간적으로 불리하고 유지관리에 많은 자원이 소요되었으나, 본 발명의 경우 라이닝재를 부유물질의 침전을 방지할 수 있는 최소유속이 확보될 수 있는 단면으로 형성시켜 라이닝함으로서 하수관거의 침전된 부유물질의 제거작업이 필요 없어 이에 따른 유지관리비를 절감할 수 있고, 유관의 침전물이 부패되어 악취발생과 더불어 황화수소 등의 발생으로 유관의 부식 등을 일으키는 문제를 해소할 수 있으며, 수질 악화 및 방류대상 하천 오염 심화를 방지할 수 있다.

Description

변형단면구조를 가지는 라이닝재 및 이를 이용한 비굴착 유관 보수공법{shape-changed lining tube for securing minimum current speed in the pipe and non-excavation pipe reparing method using the same}

본 발명은 변형단면구조를 가지는 라이닝재 및 이를 이용한 비굴착 유관 보수공법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 갈수기에 유입량이 부족한 하수관거는 하수의 부유물질을 하수처리장까지 수송할 수 있는 유수의 최소유속(유수량의 부족함에도 유수관거의 직경은 라이닝된 라이닝재의 두께를 감안하더라도 거의 변함이 없어 결과적으로 유수의 유속에 거의 차이가 없기 때문이다)을 확보하지 못하기 때문에 하수관거의 내부 저면에 부유물질의 침적현상이 발생한다. 따라서 유수관거의 하단 측면에 일정한 형상의 소구경 파이프를 설치한 후 그 위에 라이닝재를 형성시켜, 상기 파이프가 설치 된 부위에 물리적으로 하수관거에 최소유속을 확보할 수 있는 변형단면을 형성시키거나, 최소유속을 확보할 수 있는 변형단면이 기 형성된 라이닝재를 하수관거에 형성시켜 갈수기에 유수의 유입량 부족에 의한 부유물질의 침적현상을 방지할 수 있는 유관의 비굴착 보수, 보강공법에 관한 것이다.

종래의 유지관리대상 유수관거의 최소유속확보를 위한 보수방법은 보수대상이 되는 유수관거를 굴착, 교체하면서 경사조정을 통해 이루어졌다. 그러나 이는 최소유속미달 유수관거 자체를 경사지게 설치하기 위해 주위의 흙을 기존 토피보다 깊게 굴착할 수밖에 없기 때문에 상기 유수관거에 연결되는 하류관거까지 토피를 깊게 굴착할 수밖에 없어 보수작업의 범위가 커지고, 경제적으로도 매우 불리한 단점이 있다. 즉, 보수대상이 되는 유수관거 및 차집관거와의 연계성, 오수중계 펌프장의 설치 가능성 등 경제성을 고려하여 신중을 기하여 개량계획을 수립하여야 함으로써 경제적, 시간적 여유가 확보되어야 한다는 단점이 있다.

특히 초기 유입관거의 경우 대부분이 유입량 부족으로 최소유속을 확보하지 못할 뿐만 아니라, 토피 부족(초기 유입관거는 그 이후에 연결되는 관거보다 경사확보를 위해 지표면 가까이 설치하는 경우 많아 토피가 적을 수밖에 없다)으로 인하여 자체 경사조정이 어려우며, 경사조정에 따른 개량도 상당한 양의 하류관거에까지 영향을 미치게 되므로 이러한 경우 유수관거의 보수, 보강이 거의 불가능한 단점이 있다.

나아가 유수관거를 보수할 뿐만 아니라, 보강할 수 있는 수단으로 통상 라이닝재를 하수관거의 내면에 라이닝재를 라이닝하는 방법이 이용된다. 이러한 라이닝재를 이용한 하수관의 보강공법은 라이닝재(통상 튜브)의 재질에 따라 보강효과가 뛰어나 근래에 많이 이용되고 있다. 하지만 이러한 라이닝재의 우수한 장점에도 불구하고 도1과 같이 라이닝재를 유수관거의 안쪽내면에 단면의 변화없이 유수관거의 단면과 동일한 형상(통상 원형)으로 부착하는 방법이 이용되어 유수의 유입량이 적은 유수관거에 그대로 이용할 경우에 부유물질의 침전을 막을 수 없는 단점이 있다.

이에 본 발명자는 기존의 라이닝재를 이용하여 그 장점을 살리면서, 최소유속 미확보 유수관거를 보수하기 위하여 공사구간의 하수를 차단하기 위한 물돌리기 작업을 한 후, 일정단면 및 직경을 가진 한 개 이상의 관(pipe)을 공사구간 상류맨홀과 하류맨홀 사이의 하수 본관에 견인하여 밀어 넣은 후(로봇카 즉 관(pipe)을 하수관 하단 측면에 고정시키는 고정장치, 지상에서 작업의 감시를 위한 카메라가 장착되며, 원격조정을 통한 자체구동장치가 구비된 장치를 이용하여 유수관거의 하단측면에 일정한 간격으로 고정구를 부착시킨 후 파이프를 고정구 위에 견인 설치되도록 함), 종래의 비굴착 라이닝 공법인 견인공법, 공기압 또는 수압 반전 라이닝 공법을 이용하여, 상기 관이 유수관의 하단 측면에 고정된 보수대상 유수관거를 라이닝하거나, 상기와 같이 관을 미리 하수관거에 설치하지 않고 라이닝재를 제작할 때 최소 유속확보가 가능한 변형단면을 가질수 있도록 제작하여 라이닝재를 종래의 비굴착 라이닝 공법으로 유수관거에 라이닝함으로서, 변형단면을 가진 유수관거로 만들어 종래의 유수관거의 보수공법의 문제점을 해결하는 공법을 개발하였다.

본 발명의 목적은 최소유속확보가 곤란한 유관에 대해 비굴착 라이닝공법의 재료적 특성인 조도계수(콘크리트관 n=0.013, 경질염화비닐관 n=0.010)가 작은 점을 이용하여 단면적을 통수유량이 줄지 않는 범위 내에서 축소시킬 수 있다는 특성을 살려 유관의 내면에 형성되는 라이닝재에 복합단면을 형성시킴으로써 관로내 하수의 유속을 증대(유수 통과직경(W)의 감소)시켜 최소유속을 확보함으로서 통수기능 향상을 위한 변형단면구조를 가지는 라이닝재 및 이를 이용한 비굴착 유관 보수공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 유관의 최소유속확보를 위해 굴착장비를 사용해야 하는 종래의 굴착공법에 비해, 훨씬 적은 약 8시간만으로 유관을 보수, 보강공사를 마무리 할 수 있으며, 굴착장비를 사용하지 않기 때문에 경제성이 있으며, 굴착정비가 불가능한 지역이라도 유관을 보수, 보강할 수 있는 통수기능 향상을 위한 변형단면구조를 가지는 라이닝재 및 이를 이용한 비굴착 유수관 보수공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 단면 변형을 위해 견인 삽입된 소구경 파이프 또는 라이닝재에 기 형성된 중공을 통해 장래에 하수도의 수위정보의 전달, 펌프장의 원격감시체제 등 유관의 유지관리의 효율화를 목적으로 하여 광케이블을 설치할 경우와 기타 통신선로를 설치할 경우 통신관으로서의 기능도 제공할 수 있는 변형단면구조를 가지는 라이닝재 및 이를 이용한 비굴착 유관 보수공법을 제공하는 것이다.

도1은 종래의 비굴착 하수관 보수공법에 의해 라이닝된 하수관의 단면도이다.

도2a는 본 발명의 변형단면구조를 가지는 라이닝재(실시예1)를 설치하기 전에 고정구를 유관에 설치한 상태의 유관의 단면도이다.

도2b는 본 발명의 변형단면구조를 가지는 라이닝재를 설치하기 전에 고정구위에 파이프를 설치한 상태의 유관의 단면도이다.

도2c는 본 발명의 변형단면구조를 가지는 라이닝재가 유관(하수관거)에 라이닝된 상태의 단면도이다.

도3은 본 발명의 다른 라이닝재(실시예2)로서, 변형단면구조가 기형성된 라이닝재가 유관에 라이닝된 상태의 단면도이다.

도4a 및 도4b는 본 발명의 변형단면구조를 가지는 라이닝재를 이용한 비굴착 유관 보수공법을 개략적으로 도시한 개념도이다.

<도면의 부호에 대한 간단한 설명>

10:유관 20:라이닝재의 변형단면

30:파이프 40:중공

50:고정구

60:라이닝재설치장치(수압을 이용한 라이닝재의 반전장치)

61,62:맨홀 63:파이프수송차량

64:윈치

100:파이프에 의해 변형단면구조를 가지는 본 발명의 라이닝재

200:변형단면구조가 기형성된 본 발명의 라이닝재

본 발명의 변형단면을 가지는 라이닝재(200,300)를 하수관거와 같은 유관에 부착된 상태의 단면도를 도시한 도2 및 도3, 상기 본 발명의 라이닝재(200,300)를 이용하여 유관을 보수, 보강하는 공법의 개략적인 개념도인 도4를 기준으로 본 발명을상세히 설명한다.

본 발명의 변형단면을 가지는 라이닝재는 2가지 방식이 이용된다. 즉 도2c에서 도시한 바와 같이 유관에 파이프를 삽입, 견인하여 설치한 후 라이닝재를 유관에 라이닝하여 물리적으로 변형단면을 형성시키는 방식(실시예1) 과 도3에서 도시한 바와 같이 변형단면이 기형성된 라이닝재를 이용하여 별도의 파이프 설치작업이 필요없는 방식(실시예2)이 있다.

상기 파이프를 이용하여 변형단면을 형성시키는 방식(실시예1)을 도2a 내지 도2c를 기준으로 설명한다.

보수 또는 보강해야할 유관(10)의 하부에 도2a와 같이 일정간격을 두고 파이프(30)가 고정되어 설치될 수 있도록 고정구(50)를 설치한다. 상기 고정구는 파이프의 위치를 변동 없이 고정시킬 수 있는 것이면 무엇이든 상관없으나 유관이 지하에 매설되어 작업이 용이하지 않기 때문에 고정못을 이용하는 것이 바람직하며, 고정못과 같은 고정구는 사람이 직접 설치하기가 용이하지 않으므로 고정못을 유관의 하부에 고정시킬 수 있는 고정구 설치장치(어둡고, 협소한 유관에서 작업이 가능하도록 램프가 설치되며, 고정구를 유관에 고정시킬 수 있는 고정건(gun), 지상에서 작업을 감시하기 위한 카메라, 유관을 따라 이동하면서 작업할 수 있는 원격구동장치, 상기와 같은 램프, 고정건 등을 제어할 수 있는 제어장치, 원동기를 조합한 것)를 이용하는 것이 바람직하다.

또한 고정못과 같은 고정구의 간격(d)은 유관의 크기(직경 및 두께) 및 유입되는 유수의 양을 기준으로 최소유속을 확보할 수 있도록 설정한다. 즉 유입수량이 적어질수록 고정구 간격을 좁혀 유수가 통과되는 단면의 폭(도2c의 W)을 줄일 수 있도록 고정구의 간격(d)를 좁히는 것이 바람직하다.

고정못과 같은 고정구가 설치되면 도2b와 같이 라이닝재 단면변형용 파이프(30)를 고정구 위에 설치한다. 파이프를 지하에 매설된 유관에 설치하려면 도4a와 같이 보수, 보강할 유관(10)의 양쪽에 설치된 맨홀(61,62)의 지상에 설치된 라이닝재 단면변형용 파이프 수송차량(63) 및 윈치(64)를 이용한다. 즉 상기 수송차량으로부터 라이닝재 단면변형용 파이프를 유관(10) 및 윈치가 설치된 맨홀을 경유하여 화살표의 방향으로 상기 파이프를 윈치를 구동시켜 견인함으로서 유관의 하부에 설치한다. 상기 라이닝재 단면변형용 파이프는 유관내의 유수의 최소유속확보를 위해 일정한 크기 및 재료의 관을 이용한다.

유관(10) 내면에 고정된 고정못과 같은 고정구 위에 라이닝재 단면변형용 파이프를 설치한 후, 유관 및 라이닝재 단면변형용 파이프 위에 라이닝재를 라이닝한다. 라이닝재를 고정된 파이프 위에 형성시키기 때문에 도2c와 같이 라이닝재는 파이프의 위치, 간격, 형상 및 개수에 따라 유관의 내면형상이 아닌 변형단면(20)으로 설치된다. 따라서 도2c와 같이 유수는 좁은 폭(W)의 유수단면을 통과하게 되어 유속이 빨라져, 적은 유입수량으로도 부유물질의 침전을 방지할 수 있다. 상기와 같은 라이닝재를 유관에 라이닝하는 방법은 견인공법, 공기압 또는 도4b와 같이 수압 반전 라이닝공법 등이 이용된다.

나아가 한 개 이상(도2b에는 파이프가 2개 설치되어 있으나 1개 또는 3개 이상이 설치될 수 있다)견인 설치된 라이닝재 단면변형용 파이프는 단순히 라이닝재의 단면변형의 역할뿐만 아니라, 파이프에 유수량, 수위감지센서를 부착시켜 지속적으로 유관의 상태를 감시할 수 있는 통로의 역할을 할 수 있고, 파이프 내부에 광케이블, 각종 통신용케이블을 삽입하여 통신관의 역할을 할 수 있다.

도2a와 같이 유관(10)에 파이프를 삽입, 견인하여 라이닝재의 단면을 변형시키는 경우에는 파이프를 먼저 유관을 경유하여 설치하여야 하는 작업이 선행된다. 따라서 파이프를 하수관거에 설치하는 작업도 필요한데 이러한 작업은 매우 숙련된 기능공 및 정밀장비가 필요하다.

따라서 도3과 같이 라이닝재(300,실시예2)를 제작할 때 미리 변형단면(20)이 형성될 수 있도록 미리 제작하여 유관에 견인공법, 공기압 또는 수압 반전공법을 이용하여 설치함으로서 작업공정을 단순화시킨다.

도3에는 2개의 중공이 형성된 라이닝재(300)를 도시하였으나 경우에 따라 1개 또는 2개 이상의 중공이 형성될 수 있으며, 상기 중공의 내부는 파이프에 의하여 라이닝재가 변형단면을 가지는 경우(실시예1)와 마찬가지로 수량 및 수위 감지센서가 부착될 수 있고, 중공을 경유하여 광케이블, 각종 통신용케이블이 설치될 수 있음은 당연하다.

단면변형용 파이프를 이용한 라이닝재(200) 또는 단면변형이 기 형성된 라이닝재(300)의 경우 도2 및 도3에는 모두 단면변형부(20)가 직각으로 도시되어 있으나, 이를 경사지게 형성시킬 수 있다.

본 발명의 변형단면구조를 가지는 라이닝재(200, 실시예1)를 이용한 비굴착 하수관 보수공법은 보수할 유관의 유수를 물돌리기 하는 1단계; 상기 보수할 유관에, 파이프(30)가 설치될 고정구(50)를 설치한 후, 상기 고정구에 고정되도록 파이프(30)를 설치하는 2단계; 상기 유관 및 파이프 위로 상기 라이닝재(200)를 설치하는 3단계; 및,상기 라이닝재(200)의 설치장치(60)를 제거하고 마무리하는 3단계를 포함하며, 도4를 기준으로 설명한다.

도면에는 도시하지 않았으나 보수할 유관을 보수하기 전에 상기 유관에 유수가 흐르지 않도록 도4a의 맨홀(61,62)에 물돌리기관을 설치한다. 즉 상기 맨홀에 관입된 다른 유관으로 별도의 유수관을 이용하여 유수를 돌려 보수할 유관에서 드라이(dry) 작업이 가능토록 한다.

물돌리기 작업이 완료되면, 도4a에 도시된 바와 같이 단면변형용 파이프 수송차량(63) 및 윈치(64)가 사용하여 파이프를 유관에 설치하기 위해서는 파이프를 고정시킬 수 있는 고정구(고정못)가 미리 설치한다. 이러한 고정구의 설치는 도2a 및 도2b에서 살펴보았듯이 고정구설치장치(어두운 유관에서 작업이 가능하도록 램프가 설치되며, 고정구를 유관에 고정시킬 수 있는 고정건(gun), 지상에서 작업을 감시하기 위한 카메라, 유수를 따라 이동하면서 작업할 수 있는 원격구동장치, 상기와 같은 램프, 고정건 등을 제어할 수 있는 제어장치, 원동기를 조합한 것)를 이용한다. 즉 윈치를 이용해 유관이 수송차량으로부터 견인되어 설치된다. 상기 파이프가 견인되어 삽입 설치되면 유관의 내면 및 파이프 위로 라이닝재가 형성될 수 있도록 라이닝한다. 도4b에는 수압을 이용하여 라이닝재를 반전시킴으로서 유관 내면에 부착시키는 방법을 도시하였으나, 물을 이용하기 어려운 경우에는 공기압을 이용하여 라이닝재를 반전시킴으로서 라이닝하는 방법이 이용된다.

변형단면이 기형성된 라이닝재(300, 실시예2)를 이용하는 방법은 보수할 유관의 유수를 물돌리기 하는 1단계; 상기 보수할 유관에, 라이닝재(300)를 설치하는 2단계; 및, 상기 라이닝재의 설치장치(60)를 제거하고 마무리하는 3단계를 포함한다. 상기 변형단면이 기형성된 라이닝재(300)를 이용하는 경우에는 파이프를 이용하는 실시예1과는 달리 유관내에 고정구를 설치하는 작업 및 고정구에 파이프를 설치하는 작업이 생략되어 작업이 단순해지는 장점이 있으며, 변형단면이 기형성된 라이닝재(300)을 견인 또는 반전시켜 설치하는 작업은 동일하다.

즉, 상기 실시예2의 경우에는 보수할 유관에 직접 견인하거나 라이닝재를 공기압 또는 수압을 이용하여 반전시켜 설치함으로서 유관을 보수할 수 있다. 따라서 파이프를 이용하는 방법에 비해 고정구를 유관에 설치하는 작업, 파이프를 유관에 견인, 삽입하는 작업이 생략된다.

보수할 유관 내면에 변형단면이 형성되면 변형단면이 형성된 부위는 유수가 통과하는 유수 폭(W)이 작아진다. 따라서 적은 량의 유수라도 유속이 빨라지기 때문에 부유물질의 침전을 방지할 수 있다.

또한 라이닝재에는 통상 에폭시수지 등이 함침되어 있어 물 또는 가열공기를 이용하여 상기 에폭시 수지가 경화토록 하면 부유물질의 침전의 방지 뿐만 아니라라이닝재의 경화에 따른 유관의 강도가 향상될 수 있어 유관의 보강도 가능하다.

변형단면구조를 가지는 라이닝재(200,300)를 설치한 후에는 라이닝재를 설치하기 위한 장치 즉 견인 및 공기압과 수압에 의하여 라이닝재를 반전시켜 부착하는 장치를 제거하고, 작업초기에 물돌기한 유관을 제거하여 유관의 보수, 보강작업을 완료한다.

본 발명은 최소유속확보가 곤란한 하수관거에 대해 비굴착 라이닝공법의 라이닝재의 재료적 특성인 조도계수가 작은 점을 이용하여 단면적을 통수유량이 줄지 않는 범위 내에서 축소시킬 수 있다는 특성을 살려 단면형상 변형용 관을 이용하여 라이닝재의 단면을 변형시키는 방법 및 변형단면이 기형성된 라이닝재를 설치하여 라이닝재의 단면을 변형시키는 방법을 제공하고, 상기 파이프를 견인, 삽입하여 이를 고정하기 위한 고정구설치장치, 견인공법, 공기압 및 수압 반전공법 등 유관 비굴착 라이닝 공법에 필요한 장치를 제공함으로써, 관로내 하수의 유속 증대시켜 최소유속을 확보할 수 있기 때문에 유관에 오물이 침전하지 않아 유관의 침전된 부유물질의 제거작업이 필요 없으며 이에 따른 유지관리비를 절감할 수 있다.

또한 유관의 유하시간이 길어져 하수가 혐기상태가 되고 유관내의 침전물이 부패되어 악취발생과 더불어 황화수소 등의 발생으로 유관의 부식 등을 일으키는 문제를 해소할 수 있으며, 분뇨의 유관 직투입 가능, 유관내 부유물질의 퇴적으로 하수처리장 유입수의 빈영양화를 초래하여 처리수질 악화 및 방류대상 하천 오염 심화를 방지할 수 있다.

Claims (7)

1. 일정한 직경을 가지는 유관(10) 내부에 삽입되어 설치되며, 하부에 유수통과 폭(W)의 축소를 위한 변형단면(20)이 형성되어 수심의 증가에 의해 유수통과 속도가 빨라질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 변형단면구조를 가지는 라이닝재.
2. 제1항에서, 상기 변형단면(20)은 유관(10) 과 라이닝재 사이의 하부 측면의 양쪽 또는 한쪽에 일정한 직경을 가지는 파이프(30)가 유관에 삽입, 설치되어 형성된 것을 특징으로 하는 변형단면구조를 가지는 라이닝재.
3. 제1항에서, 상기 변형단면(20)은 하부의 양쪽 또는 한쪽에 중공(40)이 형성되도록, 하부 측면으로부터 경사 또는 직각으로 돌출부가 기 형성된 라이닝재에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 변형단면구조를 가지는 라이닝재.
4. 제2항에서, 상기 파이프(30)에 유관(10)의 수위감지센서와 통신용케이블이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 변형단면구조를 가지는 라이닝재.
5. 제3항에서, 상기 중공(40)에 유관(10)의 수위감지센서와 통신용케이블이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 변형단면구조를 가지는 라이닝재.
6. 보수할 유관의 유수를 물돌리기 하는 1단계;

   상기 보수할 유관에, 파이프(30)가 설치될 고정구(50)를 설치한 후, 상기 고정구에 고정되도록 파이프(30)를 설치하는 2단계;

   상기 유관 및 파이프 위로 상기 제2항의 라이닝재(200)를 설치하는 3단계; 및,

   상기 라이닝재의 설치장치(60)를 제거하고 마무리하는 3단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형단면구조를 가지는 라이닝재(200)를 이용한 비굴착 하수관 보수공법.
7. 보수할 유관의 유수를 물돌리기 하는 1단계;

   상기 보수할 유관에, 상기 제3항의 라이닝재(300)를 설치하는 2단계; 및,

   상기 라이닝재의 설치장치(60)를 제거하고 마무리하는 3단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형단면구조를 가지는 라이닝재(300)를 이용한 비굴착 하수관 보수공법.