KR100514091B1 - 관정 케이싱과 공벽 사이의 주변공간 그라우팅시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관정 케이싱과 공벽사이의 주변공간 그라우팅시공 방법에 관한 것으로, 기존에 시공된 관정 내부의 케이싱과 공벽 사이로 채워진 충전물의 충전상태가 불량하거나 일부가 용탈되었을 때 상기 용탈된 부위를 부분적으로 보강하는 보수재(용해물)가 다시 채워질 수 있도록 충진시키는 방법으로 지하수관정 보수가 가능하도록 한 것이다.

이를 위해 관정 내부의 용탈된 부위를 확인 검사후 이들 부위에 보수재가 주입될 수 있도록 다수의 구멍을 뚫어 상기 구멍을 통해 보수재가 케이싱의 공벽 사이로 충진 경화시킴으로 케이싱과 공벽 사이의 충진물의 보충작업이 짧은 기간에 최소의 경비로 보수 가능하고, 시공도 간편하여 시공기간 및 시공에 따른 작업인원을 감소시킴으로써 공사비용 절감과 작업의 편의성도 함께 제공되어질 수 있는 방법을 제공하므로써 수질이 불량한 관정에 있어 암거 및 기타 관로의 균열 및 파손 부위를 단기간에 시공·보수함으로써 인근 지역의 지하수가 오염되는 것을 방지할 수 있도록 한 것임.

Description

관정 케이싱과 공벽 사이의 주변공간 그라우팅시공 방법{fill grouting for well}

본 발명은 관정 케이싱과 공벽사이의 주변공간 그라우팅시공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존에 시공된 관정 내부의 케이싱과 공벽 사이에 채워진 충전물의 충전상태가 불량하거나 일부가 용탈되었을 때 상기 용탈된 부위를 부분적으로 보강하는 보수재(용해물)가 다시 채워질 수 있도록 충진시키는 방법으로 지하수관정 보수가 가능하도록 한 것이다.

도1에서와 같이 지하수 관정(20)은 천공기를 이용하여 지하 깊숙한 위치까지 구멍을 뚫은 다음, 상기 관정(20)에 케이싱(21)을 시공한 후 공벽(23) 즉, 상기 케이싱(21)과 암벽(25) 사이의 주변공간을 별도의 충전물을 채워넣어 지표로부터 오염물질이 유입되는 것을 방지하고 있다.

따라서 관정(20)은 그라우팅 불량으로 지표수가 유입시에는 관정 내부의 케이싱(21)을 인양하여 재시공할 수 있지만 케이싱(21) 인양이 불가능할 때에는 보수에 어려움이 있어 폐공 처리할 수 밖에 없다.

그러나 제주도는 물이 귀한 섬으로 주로 지하수에 의존하고 있는 것으로, 2002년 12월 까지 생활용수가 1,496공 638,804㎥/일, 농수축산 용수가 3,166공 800,565㎥/일, 공업용수가 194공 49,530㎥/일 및 기타 용도가 40공 3,939㎥/일로 총 4,896공 1,492,838㎥/일이 개발되었다.

최근 시행한 물 수지분석(3차)결과 총 함량이 4,802,000㎥/일 인것을 감안하면 현재까지 약 30% 정도의 개발율을 보이고 있으나 수역별로는 적정 개발량이 초과된 지역도 있어 생활용수는 광역 상수도를 통해 공급하고 농업용수도 각 군에서 통합 개발하여 필요한 곳에 분배하는 공동사용 체계를 구축하는 등 관정의 신규 개발을 억제하고 있는 실정이다.

그러므로 사설 관정의 소유자는 가격이 비싼 광역상수도 보다 자체 소유의 관정에서 최대한 공급하기 위해 노력하고 있으나 비교적 오래 전에 시공된 관정은 채움 및 주변공간 그라우팅이 미비, 구조적인 노후화 및 지하 지반의 침하, 지상으로부터의 하중이나 토압 변동에 의하여 균열 및 파손 등의 흠결이 생기는 경우가 종종 있다. 이러한 흠결은 지하수 오염은 물론 지반 침식을 일으키게 되는 주 요인이 되었다.

종래에는 하수관 및 암거 등 기존의 구관을 신관으로 교체하는 굴착공법과 기존의 노후되고 파손된 관을 보수하는 비굴착 보수공법이 행해지고 있다.

전자의 굴착공법은, 노후되거나 파손된 구관을 신관으로 교체하여 매립하여야 하기 때문에 시공비가 과다하게 소요되는 문제점이 있고, 후자의 비굴착식 보수공법은, 하수관 및 암거 등의 파손 및 균열된 부위를 보수재나 경화재 등을 이용하여 보수함으로써 기존의 관을 재사용할 수 있고, 공사비용을 절감할 수 있어 근래에 선호하는 공법이다.

상기한 공법은 원격 무인카메라를 관정 내부로 투입하여 관정 내부의 균열 및 파손된 부위를 탐지 및 검사한 후 탐지된 부위에 장비를 투입하여 물의 흐름을 지수시킨 후, 액상 또는 겔상의 밀봉, 경화재와 같은 보수재를 균열 및 파손 부위에 직접 분사하여 경화 및 양생시키는 방법으로 보수하게 되지만 균열 및 파손부위가 넓게 분포되어 보수재를 덧붙이는 작업이 불가능할 경우에는 별도의 보수재를 균열부위에 접착시키는 방법이 이용되고 있다.

상기 도1과 같은 종래의 보수방법은 단순히 케이싱(21)의 내주면으로 덮어 씌우는 방식으로 보수하게 되어 근본적인 원인이라 할 수 있는 케이싱(21)과 공벽(23) 사이의 충진물의 채움 및 주변공간 그라우팅 상태가 다소 미비하거나 부분적으로 용탈부위(A)는 이에 대한 보수가 전혀 이루어지지 않고 있어 보수 상태가 완벽하지 못하였을 뿐만 아니라, 추후 다시 파손될 우려가 있어 그에 따른 개, 보수 비용을 또 다시 지출하게 되는 문제점을 안고 있다.

상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 감안 해소하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 케이싱과 공벽 사이의 충진물의 보충작업이 짧은 기간에 최소의 경비로 보수함은 물론 관정내 흠결부의 보강효과를 극대화하여 반영구적인 사용이 가능하고, 시공도 간편하여 시공기간 및 시공에 따른 작업인원을 감소시킴으로써 공사비용 절감과 작업의 편의성도 함께 제공함에 있는 것이다.

상기한 목적 달성을 위해서, 본 발명은 관정 내부의 케이싱과 공벽사이의 충진미비 또는 용탈된 부위에 보수재가 다시 충진될 수 있도록 천공기를 이용하여 케이싱(casing)에 다수의 주입공를 천공하고, 상기 주입공을 통해 케이싱과 공벽 사이로 보수재가 충전할 수 있는 관정 케이싱과 공벽 사이의 주변공간 그라우팅시공 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 관정(20)내에 케이싱 드릴(casing driller)을 삽입하여 무인카메라(60)를 통해 확인된 시공부위에 다수의 주입공을 천공한 후 드릴을 인양하는 단계(S14)와, 상기 관정(20)내에 고정되는 더블팩카(10)의 주입구(113)를 통해 시공부위에 천공된 구멍(211)으로 보수재(50)를 공급하여 케이싱(21)과 공벽(23) 사이로 충진, 경화하는 단계(S16)와, 상기 케이싱(21)에 천공된 구멍(211)으로 충진된 보수재(50)가 경화 시작되기전에 고정상태를 해지하여 더블팩카(10)를 지상으로 인양하는 단계(S17)를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상기한 방법에 이용되는 보수재(50)는 수질에 영향을 미치지 않는 충전재와 급결재를 포함하는 발포성 충전재로 구성되며, 상기 보수재(50)는 케이싱(21)의 구멍(211)을 통해 공벽(23)으로 투입되기 직전에 서로 혼합되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 지하수 관정 내부로 투입되는 더블팩카를 나타낸 예시도이며, 도3은 관정 케이싱과 공벽 사이의 주변공간이 부분적으로 용탈된 부위를 본 발명의 방법을 통해 보수하는 것을 나타낸 예시도이다.

본 발명의 지하수 관정 주변공간을 시공 보수하는 것에 있어서, 관정(20) 내부로 입출되는 더블팩카(10)는 바디(11)와, 상기 바디(11)를 관정(20) 내부의 보수위치에 위치하도록 고정 및 해지하는 고무팩카(packing rubber)(15)로 구비되며, 상기 고무팩카(15)는 상고무팩카(151)와 하고무팩카(152)로 구성된다.

상기 바디(11)에는 권치드럼에 감겨진 길이가 긴 케이블(30)에 결속되는 고정부(111)가 형성되어 상기 고정부(111)에 고정되는 케이블(30)을 정,역방향으로 와인딩 또는 리와인딩시킴에 따라 바디(11)가 관정(20)을 따라 상,하 이동이 가능하도록 구성된다.

바디(11)의 내측 중심부에는 관정(20) 내부로 보수재(50)를 공급하기 위해 축방향을 따라 길게 보수재충진공(112)이 형성되고, 상기 보수재충진공(112)의 선단에는 바디(11)에 직교되는 방향으로 천공되는 주입구(113)가 설치되어, 상기 주입구(113)를 통해 외부에서 공급되는 보수재(50)를 케이싱(21)에 형성한 구멍(211)으로 유입시켜 케이싱(21)과 암벽(25)의 공벽(23) 사이에서 유탈된 만큼의 충진재를 보수재(50)가 대신 채워넣도록 구성되어 있다.

또한, 상,하고무팩카(151,152)가 결합되는 바디(11)의 상,하부측에는 이들과 각각 연결되는 2개의 공기유로(114,115)가 설치되어, 상기 공기유로(114,115)에 연결된 에어호스(40)를 통해 외부로부터 도입되는 공기를 이용하여 상,하고무팩카(151,152)를 관정(20)내에 고정 또는 그 고정 상태를 해지하도록 되어 있다.

상기 보수재(50)는 사용하는 지하수의 수질에 영향을 미치지 않는 충전재와 급결재로 구성되어 더블팩카(10)가 설치된 위치까지 보수재충진공(112)를 통해서 케이싱(21)과 공벽(23) 사이에 투입되기 직전에 혼합된 후 7~8초 후에 겔(gel)화되어 주변 공간을 체워넣는 발포성 충전재로 구성된다.

상기 더블팩카(10)에는 관내의 상태를 확인할 수 있는 별도의 원격 무인카메라(60) 및 보수위치를 감지하기 위한 센서(S)가 함께 구비되어, 상기 센서(S)의 신호 및 무인카메라(60)에 의해 사전 조사를 실시한 관정(20) 내부의 보수 위치를 용이하게 식별 할 수 있도록 되어 있다.

상기 더블팩카(10)는 케이블(30)에 고정된 채 보수하고자 하는 관정(20) 내부로 투입한 다음 보수하고자 하는 위치에 이르면 에어호스(40)를 통해 상,하고무팩카(151,152)에 공기를 주입하여 상,하고무팩카(151,152)를 관정(20) 내부에 긴밀하게 밀착 고정시키고, 이 상태에서 외부로부터 공급관(52)을 통해 공급되는 보수재(50)를 케이싱(21)과 공벽(23)사이의 주변공간에 채워 넣도록 주입한다.

작업을 끝마친 후에는 그 고정상태를 해지하여 더블팩카(10)를 또 다른 보수위치로 이동하여 상기한 작업을 반복한 후 지상으로 끌어올린다.

한편, 더블팩카(10)를 이용한 효율적인 보수작업을 위해서는 시공부위에 시공되는 보수재(50)가 보다 완벽하게 시공되도록 보수재(50)가 완벽하게 충진될 수 있어야 한다.

이를 위해 본 발명에서는 그라우팅할 부위에는 사전 드릴작업을 통해 케이싱(21)에 일정한 크기로 되는 4~8개공 정도의 구멍(211)을 미리 뚫어 보수위치로 충진되는 보수재(50)가 상기 케이싱(21)의 구멍(211)을 통해 공벽(23)으로 유입되어진 후 일정시간이 경과시 경화될 수 있도록 하였다.

그리하면 관정(20)내에 시공되는 보수재(50)가 케이싱(21)의 외주면과 공벽(23) 사이의 미비된 충진물을 상기 보수재(50)가 보충하듯이 채워지며, 발포 경화되어 기존의 충진물과 일체화되게 되므로 관정(20) 내부의 케이싱(21)과 공벽(23) 사이의 채움 및 주변공간은 완벽하게 보수되어질 수 있다.

도5는 본 발명의 관정 케이싱과 공벽사이의 주변공간 그라우팅시공 방법의 공정도로서, 상기 더블팩카를 이용하여 관정 내부를 시공 보수하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 오염된 관정(20)을 보수하고자 하는 경우에는 각종 장비의 설치상태 및 정상작동 여부를 확인하고 주입재료에 대한 겔 타입 조정시험을 실시하는 시공 준비단계(S10)와; 현재 사용량으로 양수할 경우 시간에 따른 수위 하강을 측정하여 수리상태를 확인하고, 수질을 측정하기 위해 채수 후 분석하는 양수시험 및 채수하는 단계(S11)와; 기 설치된 수중펌프(P) 및 모타를 압상파이프와 함께 지상으로 인양하는 수중펌프(P)를 인양하는 단계(S12)와; 현재의 케이싱(21) 설치상태와 대수층의 위치 및 수질 등을 육안으로 확인하기 위해 케이싱(21)이 설치된 전 구간을 원격 무인카메라(60)를 이용하여 촬영하는 공내부 카메라 촬영하는 단계(S13)와; 강철(stainless steel) 소재로 된 케이싱(21)의 강도까지 구멍뚫기 작업(천공)가능함은 물론 이들 천공 과정을 확인하는 카메라가 부착되고, 공내에서 회전을 조절하는 천공기(driller)를 삽입하여 그라우팅할 부위 및 보수하고자 하는 흠결부위에 보수재(50)가 주입되는 주입공(hole)을 약 4~8공 정도를 천공하기 위해 공내에 케이싱 드릴(casing driller)을 삽입하여 천공 및 인양하는 단계(S14)와; 일정 구간에 한하여 주입할 수 있는 더블팩카(10)를 케이싱(21) 천공 위치까지 삽입하여 상,하고무팩카(151,152)를 팽창시킨 후 확인하는 더블팩카(10)를 삽입하여 팽창 및 확인하는 단계(S15)와; 사용하는 지하수질에 영향을 미치지 않는 충전재와 급결재와 같은 보수재(50)를 각각의 보수재충진공(112)을 통하여 그라우팅 위치까지 이동시켜 케이싱(21)의 구멍(211)을 통해서 케이싱(21)과 공벽(23) 사이 공간에서 서로 혼합되어지며 일정시간(약 7~8초 후) 경과된 후에 겔(gel)화 되어 보수주변 공간을 채우도록 보수(50)재를 주입하는 단계(S16)와; 주변 공간이 보수재(50)로 충분히 채워지면 더블팩카(10)를 충전재가 응고되기 시작전에 인양하는 더블팩카(10) 수축 및 인양하는 단계(S17)와; 케이싱(21) 천공 부위의 보수재(50)의 주입 상태를 원격 무인카메라(60)를 이용하여 공내를 카메라 촬영하는 단계(S18)와; 인양하였던 수중펌프(P) 및 모타를 다시 관정(20) 내부로 삽입하는 수중펌프(P) 삽입하는 단계(S19)와; 수중펌프(P)가 설치되면 시공전과 대비하기 위한 양수시험과 수질분석을 실시하는 양수시험 및 수질분석하는 단계(S20)와; 상기 단계에서 양호한 결과를 얻게 된 경우 각종 장비를 해체하여 철수하고 잔여 재료 등 현장을 최종 마무리하는 정리 단계(S21)로 이루어진다.

이와 같은 시공 순서에 의해 관정(20) 내부의 케이싱(21)에 다수의 주입구(113)를 천공하고, 천공된 구멍 즉, 보수재(50)가 주입되는 주입구(113)의 위치에 더블팩카(10)를 설치하여 보수재(50)를 주입하면 케이싱(21)과 공벽(23) 사이의 용탈된 부분으로 서서히 채워짐과 동시에 발포 경화되면서 기존의 충진재와 함께 경화 된다.

이렇게 일정 기간 경화시킨 후 공내 카메라 촬영과 양수시험 및 수질분석을 통해 개선정도를 확인한 뒤 시공을 종료하게 된다.

도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명은 원격 무인카메라(60)를 흠결된 관정(20) 내부로 투입하여 관정의 균열 및 파손된 부위와 더불어 충전물이 용탈된 부위를 정확하게 탐지 및 검사한 후 해당 부위에 드릴로 다수개의 구멍을 천공하여 용탈된 부위에 보수재(50)가 주입될 수 있는 구멍을 설치한 다음, 그라우팅장치의 더블팩카(10)를 통해 외부로부터 공급되는 액상 또는 겔상의 합성수지와 같은 밀봉, 경화재를 주입하는 방법으로 용탈된 부위의 주변공간을 채워넣도록 보수함으로써 그 작업이 보다 신속하게 이루어질 수 있게 된다.

한편, 케이싱(21)의 내면으로 부분 돌출되어지는 보수재(50)는 지하수를 채수하는데 지장을 받지 않으면 그대로 두어도 무방하나, 채수하는데 지장을 초래할 시에는 별도의 장치를 이용하여 케이싱(21) 내면을 깍아내는 방법이 이용되어질 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 케이싱과 공벽 사이에 충전물이 일부 충전되지 않았거나 용탈된 관정의 시공부위를 폐공 및 복잡한 재시공 과정을 거치지 않고 케이싱의 천공한 구멍을 통해서 케이싱과 공벽 사이에 보수재를 주입하여 기존의 충전물과 일체로 경화시킴으로써 이들 부위를 완벽하게 밀봉효과와 더불어 보수비용 절감 및 관의 흠결부위의 보강 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 보수의 품질을 극대화시켜 반 영구적인 사용이 가능하고, 시공도 간편하여 시공기간 및 시공에 따른 작업인원을 감소시킴으로써 공사비용을 절감시킬 수 있으며, 주변 관정에도 시공에 따른 영향을 미치지 않으므로 보수기간 중 사용이 가능하다는 작용 효과를 갖는 매우 유용한 발명인 것이다.

도1은 일반적인 지하수 관정의 모식도로서 관정 케이싱과 공벽 사이의 충전물이 부분적으로 용탈된 상태를 나타낸 참고도,

도2는 본 발명에 따른 관정 케이싱과 공벽 사이의 주변공간 그라우팅시공 방법에 이용되는 더블팩카의 구성을 나타낸 예시도,

도3은 본 발명에 의해 관정 케이싱과 공벽 사이의 주변공간으로 보수재를 채워넣는 것을 나타낸 참고도,

도4는 본 발명의 관정 케이싱과 공벽 사이의 주변공간이 보수재에 의해 시공 부수된 시공후의 상태를 나타낸 참고도,

도5은 본 발명의 관정 케이싱과 공벽 사이의 주변공간 그라우팅시공 방법을 설명하는 공정도,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 더블팩카 11: 바디

15: 고무팩카 20: 관정

21: 케이싱 23: 공벽

25: 암벽 30: 케이블

40: 에어호스 50: 보수재

111: 고정부 113: 주입구

114,115: 공기유로

Claims (2)

1. 삭제
2. 지하수 관정(20)의 주변 공간 그라우팅시공을 위해 사전 준비하는 단계(S10), 시공 관정(20)의 양수시험 및 채수하는 단계(S11)와, 상기 관정(20) 내부의 수중펌프(P)를 인양하는 단계(S12)와, 상기 관정(20) 내부를 원격 무인카메라(60)로 촬영하여 시공 위치를 확인하는 단계(S13)와, 상기 관정(20) 내부로 더블팩카(10)를 삽입후 상,하고무팩카(151,152)에 외부 공기를 주입하여 더블팩카(10)를 관정(20)내에 고정하고 그 고정상태를 확인하는 단계(S15)와, 시공된 부위를 원격 무인카메라(60) 촬영을 통해 관정(20) 내부를 확인하는 단계(S18)와, 상기 관정(20)의 양수를 위해 수중펌프(P)를 다시 삽입하는 단계(S19)와, 양수 시험가동 및 취수된 수질을 채취, 분석하는 단계(S20)와, 상기한 작업을 최종 마무리를 위한 정리단계(S21)로 구성된 것에 있어서,

   상기 관정(20)내에 케이싱 드릴(casing driller)을 삽입하여 무인카메라(60)를 통해 확인된 시공부위에 다수의 주입공을 천공한 후 드릴을 인양하는 단계(S14)와, 상기 관정(20)내에 고정되는 더블팩카(10)의 주입구(113)를 통해 시공부위에 천공된 구멍(211)으로 보수재(50)를 공급하여 케이싱(21)과 공벽(23) 사이로 충진, 경화하는 단계(S16)와, 상기 케이싱(21)에 천공된 구멍(211)으로 충진된 보수재(50)가 경화 시작되기전에 고정상태를 해지하여 더블팩카(10)를 지상으로 인양하는 단계(S17)를 포함하되, 상기 보수재(50)는 수질에 영향을 미치지 않는 충전재와 급결재를 포함하는 발포성 충전재로 구성되며, 상기 보수재(50)는 케이싱(21)의 구멍(211)을 통해 공벽(23)으로 투입되기 직전에 서로 혼합되는 것을 특징으로 하는 관정 케이싱과 공벽 사이의 주변공간 그라우팅시공 방법.