KR100467753B1

KR100467753B1 - 보링 그라우팅 약액 주입량 자동제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR100467753B1
Application number: KR10-2002-0033917A
Authority: KR
Inventors: 한우선
Original assignee: 한우선
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2005-01-26
Also published as: KR20030096848A

Abstract

본 발명은 보링 그라우팅 작업시 투입되는 약액의 주입량을 자동적으로 조절하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고화재 등을 저장하는 고화재저장조와, 고화재와 물 등을 혼합하여 약액을 조성하는 그라우트믹서와, 상기 그라우트믹서와 보링 그라우팅장비 사이의 약액이송관에 장착되어 약액을 펌핑하여 보링 그라우팅장비 내부로 공급하는 그라우트펌프와, 지중을 천공하면서 그라우팅하는 보링 그라우팅장비로 구성되어 있는 보링 그라우팅 시스템에 있어서, 이 보링 그라우팅장비에 부착되며 굴착되는 땅속의 깊이와 굴진속도를 실시간으로 파악하여 굴진속도에 따라 설정된 전압신호를 밸브조절 컨트롤부로 전송하는 심도측정장치와, 이 심도측정장치로부터 전송된 전압신호에 따라 유량조절밸브를 조절함으로써 약액주입량을 자동적으로 조절함과 동시에 현재 투입되고 있는 약액 주입량을 유량측정장치로부터 전류신호로 실시간 입력받아 조절된 양만큼의 약액이 투입되는지의 정보에 의하여 유량조절밸브를 정확히 조절하는 밸브조절 컨트롤부와, 상기 밸브조절 컨트롤부에 의해 밸브의 개폐가 조절되는 유량조절밸브와, 그라우트펌프와 스위벨사이를 연결하는 약액이송관에 장착되며 공급되는 유량을 유량측정센서를 이용하여 실시간으로 측정하고 측정된 유량정보를 전류신호로 변환하여 밸브조절 컨트롤부로 송신하는 유량측정장치로 구성되어 있어 실시간 보링 그라우팅장비의 지중 굴진속도에 따른 약액 주입량을 자동 조절하여 공급하도록 되어 있는 보링그라우팅 약액 주입량 자동제어장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

보링 그라우팅 약액 주입량 자동제어장치 및 방법{An automatic control device of the amount of injecting grout for boring and grouting and the method thereof}

일반적으로 보링 그라우팅 공법은 물의 유입을 방지하는 차수, 연약지반의 보강이나 지반침하로 인하여 건축물이나 구축물 등의 안전에 커다란 위험이 초래될경우 이의 보강을 위하여 시행되는 공법으로 보링(굴착)장치와 그라우팅 주입장치를 이용하여 소정의 깊이로 구멍을 천공하면서 그라우팅 주입장치로 약액을 주입하거나 원 지반토와 약액을 교반 혼합한 후 응고시켜 완벽한 차수나 지반을 보강하는 것이며, 이러한 보링 그라우팅 공정의 시스템은 그라우트 믹서와 그라우팅 펌프를 통해 고화재나 시멘트와 다량의 물 등이 혼합된 약액이 초기 설정된 주입량만큼 약액이송관을 통해 보링 그라우팅 장비로 지속적으로 공급되어 보링 및 그라우팅 공정시 로드의 약액주입중공을 통해 로드 선단부에 구비된 교반날개 등의 약액분출공으로 분출되도록 되어 있다.

종래의 보링 그라우팅 시스템을 이용하여 지중을 천공하면서 약액을 주입하는 공정시에는 천공되는 지반의 특성과 구조에 따라 보링(굴착)되는 속도가 달라지게 되는데, 지반상태가 단단한 경우에는 보링 장비의 굴진속도가 느려지게 되나 그라우팅 장비를 통해 분출되는 약액 주입량은 항상 일정하므로 보링(굴착)된 깊이에 비하여 상대적으로 과다 주입되며, 이와 반대로 지반상태가 무른 경우에는 보링 장비의 굴진속도가 빨라지게 되나 그라우팅 장비를 통해 분출되는 약액 주입량은 보링(굴착)된 깊이에 비하여 상대적으로 과소 주입되도록 되어 있으므로 보링 그라우팅시 투입된 약액의 주입량이 지반의 특성과 구조에 따라 달라짐으로써 굴착된 토지와 주입되는 약액의 혼합이 불균일하게 되어 견고하고 균일한 시공이 되지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 실시간으로 측정되는 보링 그라우팅 장비의 굴진속도에 따라 약액의 주입량을 자동적으로 제어함으로써 지반의 특성과 구조에 따라 굴착되는 토지와 약액이 균일하게 혼합되도록 주입하여 견고하고 균일한 시공이 이루어지도록 하는 것에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 본 출원인에 의해 기 출원된 보링그라우팅용 심도측정장치 및 방법(특허출원번호 제 10-2002-0028689호)을 이용하는 것으로 보링 그라우팅장비의 헤드 선단부에 고정 부착되어 있고 굴착되는 땅속의 깊이와 굴진속도를 실시간으로 파악하여 지중의 굴진속도에 따라 설정된 전압신호를 밸브조절 컨트롤부로 전송하는 심도측정장치와, 이 심도측정장치로부터 전송된 전압신호에 따라 유량조절밸브를 조절함으로써 약액 주입량을 자동적으로 조절함과 동시에 현재 투입되고 있는 유량을 유량측정장치로부터 전류신호로 실시간 입력받아 조절된 양만큼의 약액이 투입되는지의 정보에 의하여 유량조절밸브를 정확히 조절하는 밸브조절 컨트롤부와, 상기 밸브조절 컨트롤부에 의해 밸브의 개폐가 조절되는 유량조절밸브와, 그라우트펌프와 스위벨 사이를 연결하는 약액이송관에 장착되고 공급되는 약액의 유량을 유량측정센서를 이용하여 측정하며 측정된 유량의 정보를 전류신호로 변환하여 밸브조절 컨트롤부로 송신하는 유량측정장치로 구성되어 있는 것에 본 발명의 특징이 있다.

도 1은 본 발명 보링 그라우팅 약액 주입량 자동제어장치를 적용한 구성의 개략도

도 2는 본 발명 보링 그라우팅 약액 주입량 자동제어장치의 흐름도

도 3은 본 발명 보링 그라우팅 약액 주입량 자동제어장치의 심도측정장치의 개략도

도 4는 본 발명 보링 그라우팅 약액 주입량 자동제어장치의 심도측정장치의 흐름도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1. 심도측정장치 2. 보링 그라우팅장비

3. 심도측정부 4. 심도표시부

5. 헤드부 6. 하우징

7. 체인기어부 8. 엔코더

9. 절개홈 10. 브라켓

11. 마개 12. 고정볼트

13. 중심축삽입공 14. 체인

15. 중심축 16. 커플링

17. 기어 18. 로드

19. 고정장치 20. 추

21. 축 22. 수신부

23. 중앙처리부 24. 출력부

25. 비트 26. 교반날개

27. 구멍 28. 리더

29. 고화재저장조 30. 그라우트믹서

31. 스위벨 32. 그라우트펌프

33. 밸브조절 컨트롤부 34. 유량조절밸브

35. 유량측정장치 36. 약액이송관

37. 유량측정센서

본 발명의 구성을 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1내지 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 보링 그라우팅 약액 주입량 자동제어장치는 고화재나 시멘트 등을 저장하는 고화재저장조(29)와, 고화재와 물 등을 혼합하여 약액을 조성하는 그라우트믹서(30)와, 상기 그라우트믹서(30)와 보링 그라우팅장비(2)의 스위벨(31)사이의 약액이송관(36)에 장착되어 약액을 펌핑하여 보링 그라우팅장비(2) 내부로 공급하는 그라우트펌프(32)와, 지중을 천공하면서 그라우팅하는 보링 그라우팅장비(2)로 구성되어 있는 일반적인 보링 그라우팅 시스템에 있어서, 심도측정장치(1)와 밸브조절 컨트롤부(33)와 유량조절밸브(34)와 유량측정장치(35)가 구비되어 있어 보링 그라우팅장비(2)의 지중 굴진속도에 따른 실시간 약액 주입량을 자동적으로 조절하여 공급하도록 되어 있다.

심도측정장치(1)는 보링 그라우팅장비(2)에 설치되며 굴착되는 땅속의 깊이와 굴진속도를 실시간으로 파악하여 표시함과 동시에 굴진속도에 따라 미리 설정된 전압신호를 밸브조절 컨트롤부(33)로 전송하는 측정장비로서, 심도측정부(3)와 심도표시부(4)로 되어 있다.

심도측정부(3)는 보링 그라우팅장비(2)의 리더(28) 상단부의 헤드부(5) 선단에 고정 부착되며, 지중에 천공되는 구멍(27)의 깊이를 측정하여 일정한 데이터신호를 심도표시부(4)로 송신하는 부분으로 하우징(6)과 체인기어부(7)와 엔코더(8)로 구성되어 있다.

하우징(6)은 내부에 구비되는 체인기어부(7)와 엔코더(8)를 지지하기 위한 원통형의 몸체로서, 체인기어부(7)가 위치한 하방 일측면에는 체인기어부(7)의 체인(14)이 이동하기 위한 절개홈(9)이 형성되어 있으며, 일측단에는 브라켓(10)이 형성되어 있어 볼트에 의해 하우징(6)이 헤드부(5) 선단에 고정 부착되도록 되어 있고, 그 타측단은 마개(11)로 막혀지도록 되어 있는데, 상기 마개(11)는 통상의 고정볼트(12)로 하우징(6)에 고정 체결되며 마개(11)의 중앙에는 중심축삽입공(13)이 천공되어 있어 체인기어부(7)의 중심축(15)이 삽입되어 안정되게 하우징(6) 내부에서 회전하도록 되어 있다.

체인기어부(7)는 중심축(15)와 체인(14)로 되어 있어 체인(14)의 구동으로 회전하는 기어(7)와 상기 기어(7)의 중심에 일체로 고정 되어 있는 중심축(15)을 회전시키고 이 중심축(15)과 연결된 엔코더(8)를 작동시킴으로써 체인(14)의 움직인 거리를 중심축(15)의 회전수로 전환하기 위한 부분이다.

중심축(15)은 엔코더(8)의 축(21)을 회전시키기 위한 부분으로서 일측단은 중심축삽입공(13)에 삽입되어 있고 타측단은 커플링(16)을 통해 엔코더(8)의 축(21)과 고정 연결되어 있어 이 중심축(15)의 회전에 의해 엔코더(8)의 축(21)이 같이 회전하도록 되어 있고, 하우징(6)의 절개홈(9)이 형성된 위치의 중심축(15)에는 체인(14)에 의해 구동되는 기어(17)가 고정부착되어 있어 체인(14)의 이동에 따라 기어(17)가 회전하면서 중심축(15)을 회전시키도록 되어 있다.

체인(14)은 기어(17)를 회전시키는 부분으로 보링 그라우팅장비(2)의 로드(18) 길이에 상당하는 길이로 되어 있고 하우징(6)의 절개홈(9)을 통해 이동하도록 되어 있으며, 체인(14)의 한쪽 끝단에는 고정장치(19)가 구비되어 있어 보링 그라우팅장비(2)의 로드(18) 상부에 연결 고정되고, 다른 한쪽 끝단에는 추(20)가고정 부착되어 있는데, 보링 그라우팅장비(2)의 보링 작업시 로드(18)가 지중으로 관입되면 이 로드(18)의 상·하 움직임에 의해 로드(18) 상부에 한쪽 끝단이 고정 연결된 체인(14)이 구동되면서 기어(17)를 회전시키도록 되어 있다.

엔코더(8)는 그 축(21)과 중심축(15)이 연결되어 있어 중심축(15)의 회전을 감지하는 것으로 체인(14)의 구동에 따른 중심축(15)의 회전수를 일정 데이터신호로 출력하여 유선 또는 무선으로 심도표시부(4)로 송신하도록 되어 있다.

심도표시부(4)는 심도측정부(3)의 엔코더(8)로부터 송신된 데이터(펄스)신호를 수신하여 엔코더(8) 고유의 분해능과 데이터신호를 통해 천공된 구멍(27)의 깊이와 굴진속도를 실시간으로 계산하여 표시함과 동시에 굴진속도에 따라 미리 설정된 전압신호를 실시간으로 밸브조절 컨트롤부(33)로 전송하는 부분으로서, 수신부(22)와 중앙처리부(23)와 출력부(24)로 되어 있는데, 수신부(22)는 유선 또는 무선을 통해 심도측정부(3)의 엔코더(8)에서 발생된 데이터신호를 수신하는 부분으로 엔코더(8)에서 발생된 데이터신호를 중앙처리부(23)로 전송하도록 되어 있고, 중앙처리부(23)는 전송된 데이터신호를 정확한 수치로 환산하는 부분으로서 엔코더(8) 고유의 분해능과 전송된 데이터신호를 통해 천공되는 구멍(27)의 깊이를 실시간으로 계산하고, 이 천공되는 구멍(27)의 깊이를 통해 보링 그라우팅장비(2)의 굴진속도를 실시간으로 계산하도록 되어 있으며, 출력부(24)는 중앙처리부(23)를 통해 환산된 수치를 실시간으로 액정에 표시함과 동시에 굴진속도에 따른 일정한 전압신호를 밸브조절 컨트롤부(33)로 송출하도록 되어 있다.

상기 전압신호는 일반적으로 0 ~ 10V로 설정되어 있어 굴진속도가 느릴 경우에는 낮은 수치의 전압을 송출하고, 반대로 굴진속도가 빠를 경우에는 높은 수치의 전압을 송출하도록 되어 있다.

밸브조절 컨트롤부(33)는 상기 심도측정장치(1)로부터 전송된 전압신호에 따라 유량조절밸브(34)의 모터를 조절하여 유량조절밸브(34)의 개폐를 조절함으로써 약액의 주입량을 자동적으로 조절함과 동시에 현재 투입되고 있는 유량의 정보를 유량측정장치(35)로부터 전류신호로 실시간 입력받아 조절된 양만큼의 약액이 투입되는지의 정보에 의하여 유량조절밸브(34)를 정확히 조절하도록 되어 있다.

유량측정장치(35)로부터 전송된 전류신호는 4 ~ 20mA 범위이며, 상기 전류신호는 밸브조절 컨트롤부(33)에서 다시 전압신호로 전환되어 유량조절밸브(34)를 정밀하게 조절하도록 되어 있다.

본 발명에서의 상기 밸브조절 컨트롤부(33)는 SAMSON TROVIS 6493 모델을 사용하였으며, 심도측정장치(1)로부터 전송되는 전압신호(0 ~ 10V)와 유량측정장치(35)로부터 전송되는 전류신호(4~ 20mA)를 수신하여 보링 그라우팅장비(2)의 실시간 굴진속도에 따라 정확한 약액이 공급되도록 유량조절밸브(34)의 모터를 조절하여 약액의 주입량을 제어하도록 되어 있다.

유량조절밸브(34)는 그라우트펌프(32)와 스위벨(31) 사이의 약액이송관(36)에 장착되고 상기 밸브조절 컨트롤부(33)로부터의 전압신호에 따라 유량조절밸브(34) 내의 모터가 자동적으로 제어되면서 이 모터에 의해 유량조절밸브(34)의 개폐가 조절되어 약액이송관(36)을 흐르는 약액의 공급량을 조절하도록 되어 있으며, 전원이 차단될 경우 유량조절밸브(34)는 자동적으로 차단되어 약액이 누수되지 않도록 되어 있다.

본 발명에서의 상기 유량조절밸브(34)는 유압모터 구동방식의 SAMSON TYPE 241-4모델을 사용하였으며, 기타 전기적 신호에 의해 자동적으로 유량을 조절하는 다른 형태의 유량조절밸브를 사용할 수 도 있다.

유량측정장치(35)는 유량조절밸브(34)에 이어서 약액이송관(36)에 장착되어 유량조절밸브(34)를 통해 공급되는 약액의 유량을 내부에 구비된 유량측정센서(37)로 측정하며, 측정되어진 유량의 정보를 전류신호로 출력하여 밸브조절 컨트롤부(33)로 실시간 송신하도록 되어 있다.

본 발명에서의 상기 유량측정장치(35)는 차압 디지털 유량계를 사용하였으며, 유량측정센서(37)에 의해 측정된 유량의 정보를 4 ~ 20mA 범위내의 전류신호로 변환하여 밸브조절 컨트롤부(33)로 출력하도록 되어 있다.

본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

체인(14)의 한쪽 끝단이 보링 그라우팅장비(2)의 로드(18) 상부와 연결된 상태에서 보링 그라우팅장비(2)의 비트(25)와 교반날개(26)를 통해 지중에 보링 그라우팅 작업을 하면 보링 그라우팅장비(2)의 로드(18)가 지중으로 관입되면서 로드(18) 상부와 연결된 부분의 체인(14)이 하강하게 되며, 이 때 체인(14)의 구동으로 기어(17)가 회전하게 된다. 상기 기어(17)의 회전으로 중심축(15)도 같이 회전하면서 중심축(15)과 연결된 엔코더(8)의 축(21)도 회전하게 되어 엔코더(8)로부터 축(21)의 회전수에 따른 일정 데이터(펄스)신호가 지속적으로 발생하게 된다.

엔코더(8)로부터 발생된 데이터신호는 유선 또는 무선으로 송신되며 보링 그라우팅장비(2) 외부의 작업자가 위치한 곳에 설치된 심도표시부(4)의 수신부(22)에서 수신하여 중앙처리부(23)로 보내고, 이 중앙처리부(23)에서는 전송된 데이터신호와 엔코더(8) 고유의 분해능을 이용하여 지중으로 천공된 구멍(27)의 깊이와 굴진속도를 계산하게 되며, 출력부(24)에서는 상기 중앙처리부(23)에서 계산된 수치를 굴진속도에 따라 0 ~ 10V의 설정된 전압신호로 전환하여 밸브조절 컨트롤부(33)로 실시간 송출하게 된다.

밸브조절 컨트롤부(33)에서는 실시간 송출된 전압신호(0 ~ 10V)에 따라 모터에 의하여 제어되는 유량조절밸브(34)의 개폐를 조절함으로써 약액이송관(36)을 통해 보링 그라우팅장비(2)로 공급되는 약액주입량을 자동적으로 조절함과 동시에 현재 투입되고 있는 유량의 정보를 유량측정장치(35)로부터 전류신호(4 ~ 20mA)로 실시간 입력받고, 이 전류신호를 다시 전압신호(0 ~ 10V)로 전환하여 유량조절밸브(34)를 미세하게 제어함으로써 조절된 양만큼의 약액이 정확하게 투입되도록 제어한다.

유량측정장치(35)에서는 유량조절밸브(34)에서 보링 그라우팅장비(2)로 공급되는 유량을 유량측정센서(37)로 실시간 측정하며, 측정된 실시간 유량정보를 4 ~ 20mA 범위의 전류신호로 전환하여 밸브조절 컨트롤부(33)로 송신하고, 밸브조절 컨트롤부(33)에서는 상기와 같이 그 투입량을 정확히 다시 제어하여 유량조절밸브(34)를 조절하게 된다.

본 발명에 의하면 실시간으로 측정되는 보링 그라우팅 장비의 굴진속도에 따른 약액주입량을 자동적으로 제어함으로써 지반의 특성과 구조에 따라 균일한 양의 약액을 지속적으로 주입할 수 있고, 약액주입량의 자동제어로 약액의 과다공급을 방지하여 공사 비용절감과 견고하고 균일한 그라우팅 시공이 이루어지도록 하는 효과가 있다.

Claims

심도측정장치와, 고화재저장조와, 그라우트믹서와, 그라우트펌프와, 약액이송관과, 상기 약액이송관에 장착되며 공급되는 유량을 유량측정센서를 이용하여 측정하고 측정된 유량정보를 전류신호로 변환하여 송신하는 유량측정장치와, 보링 그라우팅장비로 구비되어 있는 보링 그라우팅 장치에 있어서, 상기 보링 그라우팅장비(2)에 부착되며 굴착되는 땅속의 깊이와 굴진속도를 실시간으로 파악하여 굴진속도에 따라 설정된 전압신호를 밸브조절 컨트롤부(33)로 전송하는 심도측정장치(1)와, 이 심도측정장치(1)로부터 전송된 전압신호에 따라 유량조절밸브(34)의 모터를 조절하여 약액주입량을 자동적으로 조절함과 동시에 현재 투입되고 있는 유량을 유량측정장치(35)로부터 전류신호로 실시간 입력받아 조절된 양만큼의 약액이 투입되는지의 정보에 의하여 유량조절밸브(34)를 정확히 제어하는 밸브조절 컨트롤부(33)와, 상기 밸브조절 컨트롤부(33)에 의해 밸브의 개폐가 조절되는 유량조절밸브(34)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 보링 그라우팅 약액 주입량 자동제어장치.
심도측정장치와, 고화재저장조와, 그라우트믹서와, 그라우트펌프와, 약액이송관과, 상기 약액이송관에 통해 공급되는 유량을 유량측정센서로 측정하며 측정된 유량정보를 전류신호로 변환하여 송신하는 유량측정장치와, 보링 그라우팅장비를 이용한 보링 그라우팅 방법에 있어서, 심도측정장치(1)에서는 실시간 측정된 보링 그라우팅장비(2)의 굴진속도에 따른 전압신호를 밸브조절 컨트롤부(33)로 실시간 송출하고, 상기 밸브조절 컨트롤부(33)에서는 실시간 송출된 전압신호에 따라 유량조절밸브(34)의 모터를 조절하여 약액이송관(36)을 통해 보링 그라우팅장비(2)로 공급되는 약액주입량을 자동 조절함과 동시에 현재 투입되고 있는 유량을 유량측정장치(35)로부터 전류신호로 실시간 입력받아 조절된 양만큼의 약액이 투입되는지의 정보에 의하여 유량조절밸브(34)를 정확히 제어하여 실시간 보링 그라우팅장비(2)의 지중 굴진속도에 따른 약액 주입량을 자동 조절하여 정확히 공급하는 것을 특징으로 하는 보링 그라우팅 약액 주입량 자동제어방법.