KR100563988B1 - 워터제트 및 추진공법를 이용한 노후하수관 비굴착전면교체 공법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노후 하수관을 비굴착방식을 이용하여 고압의 물을 분사하여 일차 노후하수관을 파쇄하고, 스크류 오거 구동축의 전방에 부착된 파쇄 비트를 통하여 잔류 노후하수관을 완전 분쇄시킨 후 이를 하수에 혼합시켜 스크류 오거를 통하여 전진기지내의 하면에 설치한 하수 폐기물 집거박스를 통해 제거하는 워터제트 및 추진공법을 이용한 노후 하수도관 전면 교체 공법 및 그 장치 ( URSW 공법 ) 에 관한 것이다.

노하수관비굴착전면교체. 노하수관교체. 노하수관비굴착. 워터제트

Description

워터제트 및 추진공법를 이용한 노후하수관 비굴착 전면교체 공법 및 그 장치 {The Apparatus and methods of unexcavated replacement for an old and timeworn sewer pipe using water-jet system and pipe propulsion}

도1 본 발명의 워터제트 및 추진공법를 이용한 노후하수관 비굴착 전면교체 전체도

도2 본 발명의 제2공정(준비 및 파쇄공정) 상세도

도3 본 발명의 제3공정(추진공정) 상세도

도4 본 발명의 제4공정(연결 및 재추진공정) 상세도

도5 본 발명의 제5공정(제거 및 재설치공정) 상세도

도면의 부호설명

추진선도관(1), 선단슈(2), 스크류오거구동추진기(3), 동력연결장치(4), 스크류오거추진모터(5), 추진동력장치(6), 동력 및 유압선(7), 노후관(10), 하수맨홀(11), 하수박스(12), 반력벽(22), 다단유압잭(23), 레일(24),하수,폐기물집거박스(40), 폐기물분리스크린(41), 이송펌프(50), 이송파이프(51), 추진기이동장치(100), 워터제트구동장치(110), 송수관(111), 회전형워터공급장치(112), 워터제트송수관(113), 워터제트노즐(114), 수조(115), 스크류오거구동축(121), 스크류오거(122), 연결조인트(123), 파쇄비트(124), 하수차단밸브(130), 하수파이프(131), 폐 기물이송컨베이어(132), 폐기물수거함(133), 추진요PE흄관(200), A:도달기지, B: 작업구간, C:전진기지, D: 지반,F:도로, 하수수위:G

본 발명은 노후 하수관을 비굴착방식을 이용하여 고압의 물을 분사하여 일차 노후하수관을 파쇄하고, 스크류 오거 구동축의 전방에 부착된 파쇄 비트를 통하여 잔류 노후하수관을 완전 분쇄시킨 후 이를 하수에 혼합시켜 스크류 오거를 통하여 전진기지내의 하면에 설치한 하수 폐기물 집거박스를 통해 제거하는 워터제트 및 추진공법을 이용한 노후 하수도관 전면 교체 공법 및 그 장치에 관한 것이다.

공식적인 최초의 하수도로 기록된 것은 1370년 파라의 몽마르트에 축조된 연장 468m 규모의 하수도였으며, 그 이후 2 차 세계대전 중반까지는 시대적 조류에 편승하여 수요량의 급증을 해소하기 위해 무작정 하수관거 시설을 늘리는데 역점을 두었다. 1850년대에 와서 계획성 없이 무분별하게 난립하던 이제까지의 하수도에 네트워크 개념을 도입하여 특정 관로에 국한하지 않고 전체적인 흐름을 파악하여 하수관망(sewerage network system)을 종합적으로 설계, 계획하는 구상이 런던과 파리를 중심으로 하는 서부유럽 및 뉴욕과 시카고를 중심으로 하는 미주지역에서부터 수행되기 시작하였다.

그러나 1970년대부터 물의 주요 공급선인 본관과 간선관의 파괴 및 하수관거의 노후에 의한 붕괴가 현격히 증가하였다. 이러한 현상이 수 십년 동안 관거에 대한 유지관리를 소홀히 하여 나타난 결과라는 것이 알려지면서, 노후관을 보수 혹은 교체하여 반영구적인 시설로의 수명 연장을 해야 하는 필요성이 대두되었으며, 이는 국가와 지방정부 시책의 주요 사안으로 대두되었다.

하수관거의 보수 ·보강과 관련된 별다른 기술이 없던 이 시기에 노후 관거를 보수하는 유일한 방법은 작업자가 하수관 안으로 들어가 유실된 부위를 부분적으로 손질하는 것과, 정도가 심한 경우 매설된 하수관거를 모두 새것으로 바꾸는 무리한 교체방법이 고작이었다. 이 두 가지 방법은 전자의 경우 작업자가 안전사고의 위험성에 노출되는 점, 그리고 후자의 경우 장시간 도로 통제에 따른 불편함과 막대한 비용의 낭비를 감안해야 하는 등의 불합리한 점이 있었다.

1970년대 중반부터 이러한 재래식 보수법의 불합리한 점을 개선하고자 하수관거 시스템을 보수하는 새로운 개념의 공법들이 해를 거듭할수록 우후죽순처럼 개발되기 시작하였다. 새로운 공법들은 기존 하수관거가 구조적으로 별 문제가 없고, 통수능력이 적절하거나 여유 있는 경우에만 사용할 수 있는 공법, 하수관거의 구조적인 능력을 원상태로 복구 시키는 공법, 그리고 하수관거 시스템의 침투/유입(Infiltration/Inflow, I/I)을 감소시킴으로써 효과적으로 통수능력을 증가 시키는 공법 등 매우 다양하게 개발되었다.

외국의 노후 하사도관 보수 및 보강공법에 관한 기술을 살펴보면,

A. 하수관거 보수 ·보강 공법의 종류 및 특징

하수관거 정비에 사용되는 보수 ·보강 공법(sewerage rehabilitation methods, pipeline rehabilitation techniques)에는 전세계적으로 약 80 여 가지가 개발되어 있으며, 이들을 체계적으로 구분하기 위한 분류작업이 ISTT, CEN, WEF & ASCE 등의 공신력이 있는 기관에서 수행되었다. 그러나 중복되거나 변형/개량된 공법 등 비슷한 개념의 공법들이 많고, 미등록 된 공법들이 있으며, 같은 개념이지만 사용하는 재료나 작업방식에 따라 명칭이 다르고, 나라마다 개발된 공법들을 모두 사용하는 것이 아니기 때문에 아직 하수관거 보수 ·보강 공법의 국제표준분류체계는 확정되지 못한 상태이다.

이 가운데, 굴착 공법은 그 개념과 사용 장비/재료가 단순한 반면 비굴착 공법은 보수 대상과 목적, 그리고 공법의 특성에 따라다시 세분화 되어 땅을 파지 않고 기존관을 교체하는 방법(Trenchless Replacement)과 기존관을 그대로 유지한 상태로 보수하는 갱생(Renovation) 공법으로 크게 구분할 수 있다. 예전에는 관경이 500 mm 이상인 경우 작업자가 하수도 안으로 들어가서 작업을 하였으나 작업환경의 안전성에 대한 인식이 고조됨에 따라 지금은 비굴착 부분보수라는 방법으로 CCTV와 보수장비를 탑재한 로봇이 이를 대신하고 있다.

여기서 하수관거 보수 ·보강 공법 중 비굴착 공법이란 지하에 매설된 하수관거가 부실 시공 혹은 반복하중에 의한 응력의 증가로 인해 균열, 단락, 단차, 누수, 벽체 유실, 함몰, 이음부 이완, 연결부 파손, 연결관 돌출/이완, 맨홀부 파손 등의 불량요소가 발생하여 구조적인 강도를 유지하지 못하고, 파손된 부분을 통한 침투/유입수가 증가하여 하수 수송 역할을 제대로 수행하지 못할 경우, 재래식 굴착 교체 방법에 의존하던 하수관거 정비를 최첨단 장비와 특수한 라이닝 재료(튜 브) 등으로 도로의 굴착 없이 단시간 내에 다양한 불량 요인들을 보수하고, 신관 이상의 강도와 조도계수, 그리고 약 50년에 상당하는 내구연한 특징을 유지하는 하수관거로 재탄생 시킬 수 있는 신개념의 하수관거 정비기술을 말한다.

A-1) 비굴착공법 분야

비굴착공법이란 굴착의 필요성을 최소화하거나 완전히 배제하는 기술로서 지하에 파이프, 송수관, 케이블 등을 설치하여 보수 및 갱신하는 공학기술이다. 비굴착공법은 신관의 설치(installation)에서부터 교체(replacement), 기존관을 그대로 유지한 상태로 보수하는 갱생(renovation)에까지 다양하게 적용할 수 있다. 　

1) 3신관 설치(Installations) 관의 설치방법은 일반적으로 추진공법, 쉴드공법, 기타 등으로 대별된다. 추진공법은 관거를 발진입갱으로부터 도답입갱까지 유압잭으로 압입추진해 가면서 매설하는 공법으로 절삭날 추진공법, 세미쉴드 공법, 견인식 추진공법, 소구경관 추진공법이 있다. 여기서 소구경관 추진공법을 세분화하면 30~50여종으로 분류되는데 오거(Auger)공법 및 슬러리 가압공법에 해당하는 공법을 서양에서 마이크로터널 공법(Microtunnelling)이라 부른다. 쉴드공법은 관거보다 약간 큰 단면의 쉴드라고 불리는 견고한 강제로 된 외각을 추진시켜 그 내부에서 굴착하고, 1차복공, 콘크리트 복공 등의 작업을 행하여 관거를 축조하는 것이다.

2) 교체(Replacement)

관로의 상태가 어떤 보수,보강공법을 사용하더라도 개선되지 않는 경우에는 전체적인 교체를 하는 것이 좋다. 보통 이러한 상태는 특정구역에만 해당되며, 그 외 지역에서는 부분보수 또는 전체보수를 적용하는 것이 경제적이다. 수리학적으로 과부하를 받는 경우에는 보수,보강공법으로 별 효과를 볼 수 없으므로, 기존 관로를 교체하거나 보조하수관을 건설해야 할 것이다. 최근 몇 년간 관파쇄공법(pipe bursting), 마이크로터널링(microtunneling), 천공법(directional drilling), 제트류 절삭법(fluid jet cutting), 충격식 몰링(impact moling), 충격식 래밍(impact ramming), 오거보링(auger boring)과 같은 비굴착 교체공법이 사용되어 왔다. 비교적 덜 혼잡한 곳에서는 굴착을 최소한으로 하는 협폭굴착(narrow trenching)이 사용되기도 한다.

3) 갱생(Renovation)

도관의 기능이 만족스럽지 못한 경우라도, 구조적으로 잔존가치가 있는 경우에는 교체보다 관을 갱생하는 것이 적절하다. 보수작업을 시작하기 전에 우선 관의 상태를 점검해야 한다. 수리학적으로 해석하고 구조적으로 검사하여 관의 상태가 구조적으로 취약한 상태이거나, 구조적으로 정상이지만 수리학적으로 불량한 상태이면 어느 경우에나 관 전체를 교체하는 것보다 보수하는 것이 경제적일 경우가 많다. 하수관거 보수법은 기존 구조물을 이용하여 관로의 일부를 형성하거나 새로운 라이닝을 하며, 파이프 라이닝, 쎄그멘트 라이닝(segmental lining), 구조적/비구조적 코팅의 세 가지 범주로 구분할 수 있다.

① 파이프 라이닝

파이프 라이닝이란 하수관거 내부에 연속적으로 또는 짧은 구간에 라이닝을 설치하는 것으로 슬립라이닝(연속관과 단관), 현장 경화관(CIPP), 변형관, 제관공 법 등을 이용하여 다양한 크기와 단면의 하수관거에 적용할 수 있다. 현장경화관(CIPP; Cured-In-Place-Pipe)은 국내 도입되어 기술개발된 공법으로서, (1)관에 삽입하는 보수용튜브(Liner)의 삽입방법과 (2)삽입된 라이너를 경화시키는 방법에 따라 크게 3종류로 구분된다. 첫째, 수압을 이용하여 라이너를 반전, 삽입한 후 열경화 시키는 공법으로 INS공법, SWED공법, IN-LINER공법 등이 있다. 현재 국내에도 기술 도입되어 시공중이며 라이너의 반전위치를 반전가대(Scaffold) 상부에서 맨홀하단부로 옮기는 방안을 고안하여 시공성 향상, 자재 절약 등의 효과를 거두었다. 둘째, 라이너를 윈치로 견인하여 관로에 투입시킨 후 공기압을 이용하여 팽창시켜 열경화시키는 공법으로 SUPER LINER 공법, SZ 공법 등이 있다. 국내에서도 기술 도입되어 시공 중이며 열공기를 이용, 부직포를 단시간 내에 경화시키는 방안을 고안하였다. 셋째, 공기압을 이용하여 라이너를 반전, 삽입한 후 열경화시키는 공법으로 HOSE-LINING 공법, PHOENIX 공법 등이 있다.

② 쎄그먼트 라이닝(segment lining)

쎄그먼트 라이닝은 직경이 1,050 mm(42 in)보다 더 큰 하수관거에 적합하며 매우 다양한 형태에 적용할 수 있다. 구조적인 이유로 인해 이음부가 관정 근처에 위치해서는 안된다. 쎄그먼트는 뚜껑이 제거된 맨홀을 통하거나 또는 접근이 용이하지 않을 경우 특별히 제작된 작업구를 통해 설치된다. 쎄그먼트는 건조한 상태 혹은 물이 거의 없는 상태에서 설치해야 하므로 유수방향을 분산시키거나 하수를 우회시켜야 한다. 라이닝과 기존 관거 사이의 환형공간에는 비교적 낮은 압력(34.5 kPa(5 psi))에서 고강도 그라우트를 주입한다. 쎄그먼트 라이너는 부식에 대한 저 항성을 높이기 위해 다양한 여러 가지 재질로 만들어진다. 얇은 라이닝은 부식방지를 위해 현장타설 콘크리트(cast-in-place concrete)와 조합하여 사용할 수 있으며, 설치 후 주변지반에 그라우트를 주입할 수도 있다. 쎄그멘트 라이닝은 기존 관거와 그라우트가 함께 작용하는 복합 라이닝으로 설계한다.

③ 구조적 코팅과 비구조적 코팅 현장 코팅

기존 관거의 강도를 증가시키거나, 부식 또는 마모로부터 기존 관거의 구조물을 보호함으로써 관거의 사용연한을 늘리기 위해 사용된다. 또한 이 방법은 통수용량을 개선하기도 한다. 코팅작업을 할 때는 직경이 1,200 mm(48 in)보다 큰 하수관거에 대해서만 숏크리트와 현장타설 콘크리트를 사용한다. 침투수량이 많은 경우 작업이 어렵기 때문에 작업전과 작업중 각각에 대한 제어법이 필요하다.

우리나라의 경우 신설관의 설계수명인 20년 이상 재기능을 유지하는 관거가 매우 드물다. 하수관거 뿐만 아니라 지하에 매설된 다른 시설물 역시 도로를 따라 설치되었기 때문에, 우리나라의 도로는 개통 된지 10년이면 노면 위에 보수를 위해 파헤친 흔적이 여기저기 남아있게 된다. 따라서 물리적인 교체만으로는 근본적인 문제를 해결할 수 없다는 전제 아래 새로운 보수 ·보강 공법이 필요하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 삭제된부분 선진 외국과는 다른 국내의 특수한 상황을 고려하여 노후 정도가 너무 심한 하수 관거 구간의 노 후 하수관을 비굴착방식을 이용하여 고압의 물을 분사하여 일차 노후하수관을 파쇄하고, 스크류 오거 구동축의 전방에 부착된 파쇄 비트를 통하여 잔류 노후하수관을 완전 분쇄시킨 후 이를 하수에 혼합시켜 스크류 오거를 통하여 전진기지내의 하면에 설치한 하수 폐기물 집거박스를 통해 제거하는 워터제트 및 추진공법을 이용한 노후 하수도관 전면 교체 공법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 부분보수 및 보강공법으로 보강하기 어려운 노후하수도관을 비개착으로 전면 교체하기 위하여 개발된 본 공법에 사용되는 기계장치 부분은 크게 5부분으로 분류된다 (도 1. 참조).

첫번째는 노후하수도관을 1차 파쇄하기 위한 워터제트시스템(Water-Jet System)으로, 지상에 설치된 수조로부터 공급받은 워터(물)를 워터제트 구동시스템을 통하여 노후하수관을 파쇄하는데 필요한 워터제트압을 형성한 후, 발진기지 내의 송수관 및 스크류 오거 구동축의 후방에 있는 회전형 워터제트류 공급장치를 통하여 스크류 오거 구동축 내에 설치된 2개의 워터제트 송수관에 공급시키고, 이를 스크류 오거 구동축의 전면에 형성된 2개의 초고압 노즐을 통하여 분사시켜 노후하수도관을 1차 파쇄시킨다.

두번째는 스크류 오거 구동축의 전방에 부착된 파쇄 비트를 통하여 잔류 노후하수관을 완전 분쇄시킨 후 이를 하수에 혼합시켜 스크류 오거를 통하여 발진기 지내의 하면에 설치한 하수 폐기물 집거박스에 수집한다. 이 중에서 노후 하수관 폐기물은 하수 폐기물 집거박스내에 설치된 폐기물 분리 스크린을 통해 회수한 후, 폐기물 이송 컨베이어를 통하여 지상에 설치된 폐기물 수거함에 수거 후 처리한다. 그리고 잔류 하수는 이송펌프 및 하수이송 파이프를 통하여 다음 하수관로에 이송시켜 하수의 흐름이 공사 시공으로 인하여 단절되지 않도록 한다.

세번째는 스크류 오거를 구동시키는 추진기(추진모터 내장) 및 스크류 오거 구동 추진기를 레일상에서 전 후로 이동시키는 추진기 이동장치로, 지상에 설치한 추진동력장치에서 동력을 공급받아 스크류 오거 구동축을 추진모터 및 동력연결장치를 이용하여 스크류 오거가 구동되게 하였다.

네번째는 전진기지 내에 설치된 반력지지벽 및 추진관 추진용 다단계 유압잭으로 노후하수관의 파쇄속도에 맞추어 추진선도관 및 추진용 P.E.흄관이 추진될 수 있도록 반력지지벽을 설치한 후, 추진용 다단계 유압잭을 설치하여 추진작업을 수행하도록 하였다. 그리고 반력지지벽의 중간 상부에 하수 이송 파이프를 매설하여 공사 시공 중에 유출되는 하수를 다음 하수관로로 이송되도록 하였다.

다섯번째는 연결 조인트 및 격벽, 그리고 하수 차단 밸브로 추진선도관의 추진작업이 완료된 후, 추진용 P.E.흄관을 접속시키기 위하여 추진선도관 내의 하수가 발진기지 외부로 유출되지 않도록 플라스틱 및 고무로 삭제된부분 스크류 오 거 구동축 둘레에 차단 격벽 및 하수 차단 밸브를 설치한다. 그리고 스크류 오거 및 워터제트 송수관을 연속적으로 연결하기 위하여 연결 조인트를 이용한다.

작업 공정별로 워터제트 추진공법을 이용한 노후하수도관 전면교체공법을 나누면 크게 4부분으로 분류할 수 있다.

첫번째 공정은 도 2.에 도시한대로, 공사 시공구간의 출발점에 전진기지 및 반력지지벽, 하수 폐기물 집거박스 등을 설치한 후, 추진 선도관 및 노후하수관 파쇄 시스템을 이용하여 노후하수관을 파쇄하며 추진 선도관을 추진용 다단 유압잭을 이용하여 추진하는 공정이다.

두번째 공정은 도3에 도시한대로, 이미 추진 작업이 완료된 추진선도관에 연결 조인트를 이용하여 스크류 오거 및 워터제트 송수관을 연결한 후, 추진용 P.E.흄관을 연결 접속하고, 하수 차단 격벽 및 하수 차단 밸브를 재설치하고 스크류 오거 구동추진기에 연결하여 추진용 P.E. 흄관을 추진하는 공정이다.

세번째 공정은 도3에 도시한대로, 공사 시공구간에 추진용 P.E. 흄관의 추진작업이 완료되면 하수박스 및 맨홀을 제거한 후, 도달기지를 설치하고 추진선도관을 제거하여 크레인 등을 이용하여 지상으로 견인한다. 그 후에 전진기지에서 스크류 오거 구동 추진장치 및 추진용 다단 유압잭을 해체하여 철거한 후, 추진용 P.E. 흄관 내에 있는 스크류 오거를 해체하여 크레인 등을 이용하여 지상기지로 견인한다.

네번째 공정은 발진기지 내에 있는 하수 폐기물 집거박스를 지상기지로 견인한 후, 반력지지벽을 철거하고 발진기지 내에 하수박스 및 맨홀을 설치하여 원상 복구시킨다. 그리고 도달기지에는 다음 구간의 시공을 연속적으로 진행한다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예

제1공정(준비공정)

공사 시공구간의 출발점인 전진기지(C)에 반력벽(22)을 설치하고, 상기 반력벽(22)의 전방상부에 다단유압잭(23)을 위치시키고, 상기 다단유압잭(23)의 전방에 추진선도관(1)을 위치시킨 후에,

상기 추진선도관(1)의 내부에 워터제트장치 및 스크류오거추진장치를 안치하고, 그 하부에 상기 레일(24)를 따라 전후진하는 추진기이동장치(100)를 위치시키고,

상기 전진기지(C)의 하부에 하수,폐기물집거박스(40)와, 상기 하수, 폐기물집거박스(40)의 상부에 설치되는 레일(24)을 설치하고,

상기 하수,폐기물집거박스(40)의 상부에서 중간부까지 경사져 설치된 폐기물분리스크린(41)과, 상기 폐기물분리스크린(41)의 상부 일측에 설치되어 도로에 연 결된 폐기물 수거함(133)에 연결되는 폐기물이송컨베어(132)를 위치시키며,

상기 하수,폐기물집거박스(40)의 하부 일측에서부터 반력벽(22)의 후방으로 관통되는 하수이송파이프(51)와 연결된 이송펌프(50)를 하수폐기물집거박스(40)에 설치하여 준비하고,

스크류오거추진장치는 추진선도관(1)의 내부에 안치하고, 상부 일측에는 추진선도관(1)과 격벽(9)에 의해 일정간격 유지시키고, 하부 일측에는 하수차단밸브(130)와 연결된 하수파이프(131)에 의해 하수,폐기물집거박스(40)와 연결시켜, 상기 하수파이프(131)의 후방 일측과 도로 상부에 설치된 폐기물수거함(133)과 연결되어 설치되도록 폐기물을 이송하는 폐기물이송컨베어(132)를 설치한 다음,

스크류추진모터(5)와 동력연결장치(4)로 구비된 스크류오거구동추진기(3)는 동력 및 유압선(7)에 의해 추진동력장치(6)와 연결시켜 준비하고,

레일(24)의 상부에서 전후진되는 추진기 이동장치(100)의 상부에 안치시킨 다음, 스크류오거구동축(121)를 일측에하수 차단 격벽(9) 및 하수 차단 밸브(130)를 설치하고,

내부에는 워터제트송수관(113)이 내장시키되, 도1내지 도5에 도시된 바와 같이, 워터제트송수관(113)은 도로 상부에 설치된 수조와 연결된 워터제트구동장치(100)에 연결된 송수관(111)을 연결시켜 준비한 후에,

제2공정(파쇄공정)

상기와 같이 준비한 다음, 노후하수도관을 도로 상부에 설치된 수조와 연결 된 워터제트구동장치(100)에서 워터제트압이 형성된 워터를 워터제트송수관(113)을 통하여, 워터제트송수관(113)의 전방에 설치된 2개의 초고압 워터제트노즐을 통하여 분사시켜 노후하수도관을 1차 파쇄시킴과 동시에,

지상에 설치한 추진동력장치(6)에서 동력을 공급받아 스크류 오거 구동축(121)을 추진모터(5) 및 동력연결장치(4)를 이용하여 스크류 오거(122)를 구동시켜, 스크류 오거 구동축(121)의 전방에 부착된 파쇄 비트(124)를 통하여 잔류 노후하수관을 완전 분쇄시킨 후,

이를 하수에 혼합시켜 스크류 오거(122)를 통하여 전진기지(C)내의 하면에 설치한 하수 폐기물 집거박스(40)에 수집하되, 노후 하수관 폐기물은 하수 폐기물 집거박스(40)내에 설치된 폐기물 분리 스크린(41)을 통해 회수한 후,

폐기물은 폐기물 이송 컨베이어(132)를 통하여 지상에 설치된 폐기물 수거함(133)에 수거 후 처리하고, 잔류 하수는 이송펌프(50) 및 하수이송 파이프(51)를 통하여 다음 (하수관로에 이송시켜 하수의 흐름이 공사 시공으로 인하여 단절되지 않도록 한다.)

제3공정(추진공정)

세번째는 스크류 오거(122)를 구동시키는 스크류오거 구동추진기(추진모터 내장)를 레일(24)상에서 전 후로 이동시키는 추진기 이동장치(100)의 작동에 의해 스크류오거(122)를 전진시키고, 스크류오거(122)의 전진속도에 따라 추진선도관(1)의 후면에 설치된 다단유압잭(23)을 작동시켜 추진선도관(1)을 전진시킨 다음,

제4공정(연결 및 재추진공정)

추진 작업이 완료된 추진선도관(1)의 후면에 추진용 P.E.흄관(200)을 접속시키기 위하여 추진선도관(1) 내의 하수가 전진기지(C) 외부로 유출되지 않도록 플라스틱 및 고무로 된 스크류 오거 구동축(121) 둘레에 차단 격벽(9) 및 하수 차단 밸브(130)를 설치하고, 연결 조인트(123)를 이용하여 상기 스크류 오거(122) 및 워터제트 송수관(113)후면에 새로운 스크류 오거(122) 및 워터제트 송수관(113)을 추가로 연결한 후,

전진기지(C)내의 다단유압잭(23)을 작동시켜 추진용 P.E. 흄관(200)을 추진 시킨 다음, (도3참조)

제5공정(제거 및 재설치공정)

도4에 도시된 바와 같이, 도달기지(A)(공사 시공구간)에 추진용 P.E. 흄관(200)의 추진작업이 완료되면, 하수박스(12) 및 맨홀(11)을 제거한 후, 도달기지(A)를 설치하고 추진선도관(1)을 제거하여 크레인 등을 이용하여 지상으로 견인하고, 전진기지(C)에서 스크류 오거 구동 추진장치 및 추진용 다단 유압잭(23)을 해체하여 철거한 다음, 추진용 P.E. 흄관(200) 내에 있는 스크류 오거(122)를 해체하여 크레인 등을 이용하여 지상기지로 견인하며(도5참조), 상기와 같은 공정을 반복하여 원하는 구간까지 워터제트 및 추진공법을 이용하여 노후 하수관을 비굴착 전면 교체하였다.

이하 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1 본 발명의 워터제트 및 추진공법를 이용한 노후하수관 비굴착 전면교체 전체도, 도2 본 발명의 제2공정(준비 및 파쇄공정) 상세도, 도3 본 발명의 제3공정(추진공정) 상세도, 도4 본 발명의 제4공정(연결 및 재추진공정) 상세도, 도5 본 발명의 제5공정(제거 및 재설치공정) 상세도를 도시한 것이며, 추진선도관(1), 선단슈(2), 스크류오거구동추진기(3), 동력연결장치(4), 스크류오거추진모터(5), 추진동력장치(6), 동력 및 유압선(7), 노후관(10), 하수맨홀(11), 하수박스(12), 반력벽(22), 다단유압잭(23), 레일(24), 하수,폐기물집거박스(40), 폐기물분리스크린(41), 이송펌프(50), 이송파이프(51), 추진기이동장치(100), 워터제트구동장치(110), 송수관(111), 회전형워터공급장치(112), 워터제트송수관(113), 워터제트노즐(114), 수조(115), 스크류오거구동축(121), 스크류오거(122), 연결조인트(123), 파쇄비트(124), 하수차단밸브(130), 하수파이프(131), 폐기물이송컨베이어(132), 폐기물수거함(133), 추진PE용흄관(200), A:도달기지, B: 작업구간, C:전진기지, D: 지반,F:도로, 하수수위:G를 나타낸 것임을 알 수 있다.

구조를 살펴보면, 도1내지 도5에 도시된바와 같이, 전진기지(C)에 설치되는 반력벽(22)과, 상기 반력벽(22)의 전방상부에 설치되는 다단유압잭(23)과,

상기 다단유압잭(23)의 전방에 위치되어 전진하는 추진선도관(1)과, 상기 추진선도관(1) 최선단에 위치되는 선단슈(2)와,

상기 추진선도관(1)의 내부에 안치되며, 상기 레일(24)를 따라 전,후진하는 추진기이동장치(100)의 상부에 위치하는 워터제트장치 및 스크류오거추진장치와,

상기 전진기지(C)의 하부에 설치되어 파쇄된 노후하수관의 하수, 폐기물을 수집하는 하수,폐기물집거박스(40)와, 상기 하수, 폐기물집거박스(40)의 상부에 설치되는 레일(24)과, 상기 레일(24)을 따라 전후진 하는 추진기 이동장치(100)과,

상기 하수,폐기물집거박스(40)의 상부에서 중간부까지 경사져 설치된 폐기물분리스크린(41)과, 상기폐기물분리스크린(41)의 상부 일측에 설치되어 도로에 연결된 폐기물 수거함(133)에 연결되는 폐기물이송컨베어(132)와, 상기 하수,폐기물집거박스(40)의 하부 일측에 설치된 이송펌프(50)와, 상기 이송펌프(50)에 연결되어 반력벽(22)의 후방으로 관통되는 하수이송파이프(51)로 구성된 워터제트 및 추진공법을 이용한 노후하수관 전면교체장치에 관한 것이다.

상기 스크류오거추진장치는 도1내지 도5에 도시된바와 같이,노후하수관을 파쇄하는 장치로서, 추진선도관(1)의 내부에 위치되며, 상부 일측에는 추진선도관(1)과 격벽(9)에 의해 일정간격 유지되어 있고, 하부 일측에는 하수차단밸브(130)와 연결된 하수파이프(131)에 의해 하수,폐기물집거박스(40)와 연결되며, 상기 하수파이프(131)의 후방 일측과 도로 상부에 설치된 폐기물수거함(133)과 연결되어 설치되며 폐기물을 이송하는 폐기물이송컨베어(132)와,

도로에 설치된 동력 및 유압선(7)에 의해 추진동력장치(6)와 연결된 스크류오거구동추진기(3)와, 상기 스크류오거구동추진기(3)는 스크류추진모터(5)와 동력 연결장치(4)로 구비되며,

중간부에 위치되는 연결조인트(123)과, 전면부는 원통형의 외부에 스크류형상인 스크류오거(122)가 구비되며, 후면부는 원통형상이며, 최전면부 상하부 테두리에 구비된 파쇄비트(124)와, 상기 내부에는 워터제트송수관(113)이 내장되며,

후면 하부에는 상기 장치들을 이송시키는 추진기 이동장치(100)와, 상기 추진기 이동장치(100)의 하부에 설치되어 추진기이동장치(100)가 전후진하는 레일(24)로 구성되어 있다.

상기 워터제트장치는 도1내지 도5에 도시된 바와 같이, 스크류오거구동축(121)의 내부에 위치되는 원통형상이며 끝단부가 나팔관 형상으로 확관된 형상으로서, 도로 상부에 설치된 수조와 연결된 워터제트구동장치(100)와, 상기 워터제트구동장치(100)에 연결된 송수관(111)과, 상기 송수관(111)과 연결된 원통형상의 워터제트송수관(113)과,

상기 워터제트송수관(113)의 끝단부에 나팔관 형상으로 확관된 끝단부에 설치된 워터제트노즐(114)으로 구성되어 있음을 알 수 있다.

상기와 같은 본 발명은 노후하수도관의 전면교체 시행 중에 하수의 흐름이 차단되지 않아 하수의 흐름적체 현상 발생 염려가 없고, 지상으로의 유출 우려가 없으며,

초고압의 워터제트류 및 파쇄비트 분쇄공법을 혼합 사용하여 약한 강도의 하수관부터 초강도의 하수관까지 추진 속도에 저항이 발생되지 않도록 쉽게 파쇄될 수 있도록 하였고,

노후하수관을 전면 교체하는데 사용하는 하수관을 현재 널리 사용되고 있는 P.E.흄관을 사용하게 하여, 시공비 절약 및 범용성을 확대하였으며,

노후하수관 분쇄 폐기물을 스크류 오거를 통하여 손쉽게 발진기지로 이송되도록 하였고, 분쇄 폐기물 분리시스템을 적용하여 지상으로 손쉽게 수거되도록 하였고,

기존의 노후하수관로의 구경에 맞는 신규하수관의 설치 뿐 아니라, 장래의 새로운 하수관 수요에 부응하는 대구경의 신규 하수관도 교체 설치할 수 있어, 시공 예산면에서 많은 장점을 가지고 있다.

Claims (4)

1. 워터제트 및 추진공법를 이용한 노후하수관 비굴착 전면교체 공법에 있어서,제1공정(준비공정)

   공사 시공구간의 출발점인 전진기지(C)에 반력벽(22)을 설치하고, 상기 반력벽(22)의 전방상부에 다단유압잭(23)을 위치시키고, 상기 다단유압잭(23)의 전방에 추진선도관(1)을 위치시킨 후에,

   상기 추진선도관(1)의 내부에 워터제트장치 및 스크류오거추진장치를 안치하고, 그 하부에 레일(24)를 따라 전후진하는 추진기이동장치(100)를 위치시키고,

   상기 전진기지(C)의 하부에 하수,폐기물집거박스(40)와, 상기 하수, 폐기물집거박스(40)의 상부에 설치되는 레일(24)을 설치하고,

   상기 하수,폐기물집거박스(40)의 상부에서 중간부까지 경사져 설치된 폐기물분리스크린(41)과, 상기폐기물분리스크린(41)의 상부 일측에 설치되어 도로에 연결된 폐기물 수거함(133)에 연결되는 폐기물이송컨베어(132)를 위치시키며,

   상기 하수,폐기물집거박스(40)의 하부 일측에서부터 반력벽(22)의 후방으로 관통되는 하수이송파이프(51)와 연결된 이송펌프(50)를 하수폐기물집거박스(40)에 설치하여 준비하고,

   스크류오거추진장치는 추진선도관(1)의 내부에 안치하고, 상부 일측에는 추진선도관(1)과 격벽(9)에 의해 일정간격 유지시키고, 하부 일측에는 하수차단밸브(130)와 연결된 하수파이프(131)에 의해 하수,폐기물집거박스(40)와 연결시켜, 상기 하수파이프(131)의 후방 일측과 도로 상부에 설치된 폐기물수거함(133)과 연결되어 설치되도록 폐기물을 이송하는 폐기물이송컨베어(132)를 설치한 다음,

   스크류추진모터(5)와 동력연결장치(4)로 구비된 스크류오거구동추진기(3)는 동력 및 유압선(7)에 의해 추진동력장치(6)와 연결시켜 준비하고,

   레일(24)의 상부에서 전후진되는 추진기 이동장치(100)의 상부에 안치시킨 다음, 스크류오거구동축(121)를 일측에하수 차단 격벽(9) 및 하수 차단 밸브(130)를 설치하고,

   내부에는 워터제트송수관(113)이 내장시키되, 도1내지 도5에 도시된 바와 같이, 워터제트송수관(113)은 도로 상부에 설치된 수조와 연결된 워터제트구동장치(100)에 연결된 송수관(111)을 연결시켜 준비한 후에,

   제2공정(파쇄공정)

   상기와 같이 준비한 다음, 노후하수도관을 도로 상부에 설치된 수조와 연결된 워터제트구동장치(100)에서 워터제트압이 형성된 워터를 워터제트송수관(113)을 통하여, 워터제트송수관(113)의 전방에 설치된 2개의 초고압 워터제트노즐을 통하여 분사시켜 노후하수도관을 1차 파쇄시킴과 동시에,

   지상에 설치한 추진동력장치(6)에서 동력을 공급받아 스크류 오거 구동축(121)을 추진모터(5) 및 동력연결장치(4)를 이용하여 스크류 오거(122)를 구동시켜, 스크류 오거 구동축(121)의 전방에 부착된 파쇄 비트(124)를 통하여 잔류 노후하수관을 완전 분쇄시킨 후,

   이를 하수에 혼합시켜 스크류 오거(122)를 통하여 전진기지(C)내의 하면에 설치한 하수 폐기물 집거박스(40)에 수집하되, 노후 하수관 폐기물은 하수 폐기물 집거박스(40)내에 설치된 폐기물 분리 스크린(41)을 통해 회수한 후,

   폐기물은 폐기물 이송 컨베이어(132)를 통하여 지상에 설치된 폐기물 수거함(133)에 수거 후 처리하고, 잔류 하수는 이송펌프(50) 및 하수이송 파이프(51)를 통하여 다음 (하수관로에 이송시켜 하수의 흐름이 공사 시공으로 인하여 단절되지 않도록 한다.)

   제3공정(추진공정)

   세번째는 스크류 오거(122)를 구동시키는 스크류오거 구동추진기(추진모터 내장)를 레일(24)상에서 전 후로 이동시키는 추진기 이동장치(100)의 작동에 의해 스크류오거(122)를 전진시키고, 스크류오거(122)의 전진속도에 따라 추진선도관(1)의 후면에 설치된 다단유압잭(23)을 작동시켜 추진선도관(1)을 전신시킨 다음,

   제4공정(연결 및 재추진공정)

   추진 작업이 완료된 추진선도관(1)의 후면에 추진용 P.E.흄관(200)을 접속시키기 위하여 추진선도관(1) 내의 하수가 전진기지(C) 외부로 유출되지 않도록 플라스틱 및 고무로 된 스크류 오거 구동축(121) 둘레에 차단 격벽(9) 및 하수 차단 밸브(130)를 설치하고, 연결 조인트(123)를 이용하여 상기 스크류 오거(122) 및 워터제트 송수관(113)후면에 새로운 스크류 오거(122) 및 워터제트 송수관(113)을 추가로 연결한 후,

   전진기지(C)내의 다단유압잭(23)을 작동시켜 추진용 P.E. 흄관(200)을 추진 시킨 다음,

   제5공정(제거 및 재설치공정)

   도달기지(A)(공사 시공구간)에 추진용 P.E. 흄관(200)의 추진작업이 완료되면, 하수박스(12) 및 맨홀(11)을 제거한 후, 도달기지(A)를 설치하고 추진선도관(1)을 제거하여 크레인 등을 이용하여 지상으로 견인하고, 전진기지(C)에서 스크류 오거 구동 추진장치 및 추진용 다단 유압잭(23)을 해체하여 철거한 다음, 추진용 P.E. 흄관(200) 내에 있는 스크류 오거(122)를 해체하여 크레인 등을 이용하여 지상기지로 견인하여 시공함을 특징으로 하는 워터제트 및 추진공법를 이용한 노후하수관 비굴착 전면교체 공법.
2. 워터제트 및 추진공법를 이용한 노후하수관 비굴착 전면교체 장치에 있어서,

   전진기지(C)에 설치되는 반력벽(22)과, 상기 반력벽(22)의 전방상부에 설치되는 다단유압잭(23)과, 상기 다단유압잭(23)의 전방에 위치되어 전진하는 추진선도관(1)과, 상기 추진선도관(1) 최선단에 위치되는 선단슈(2)와, 상기 추진선도관(1)의 내부에 안치되며, 상기 레일(24)를 따라 전후진하는 추진기이동장치(100)의 상부에 위치하는 워터제트장치 및 스크류오거추진장치와,

   상기 전진기지(C)의 하부에 설치되어 파쇄된 노후하수관의 하수, 폐기물을 수집하는 하수,폐기물집거박스(40)와, 상기 하수, 폐기물집거박스(40)의 상부에 설치되는 레일(24)과, 상기 레일(24)을 따라 전후진 하는 추진기 이동장치(100)과,

   상기 하수,폐기물집거박스(40)의 상부에서 중간부까지 경사져 설치된 폐기물분리스크린(41)과, 상기폐기물분리스크린(41)의 상부 일측에 설치되어 도로에 연결된 폐기물 수거함(133)에 연결되는 폐기물이송컨베어(132)와, 상기 하수,폐기물집거박스(40)의 하부 일측에 설치된 이송펌프(50)와, 상기 이송펌프(50)에 연결되어 반력벽(22)의 후방으로 관통되는 하수이송파이프(51)를 포함하여 구성됨을 측징으로 하는 워터제트 및 추진공법을 이용한 노후하수관 전면교체 장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 스크류오거추진장치는 노후하수관을 파쇄하는 장치로서, 추진선도관(1)의 내부에 위치되며, 상부 일측에는 추진선도관(1)과 격벽(9)에 의해 일정간격 유지되어 있고, 하부 일측에는 하수차단밸브(130)와 연결된 하수파이프(131)에 의해 하수,폐기물집거박스(40)와 연결되며, 상기 하수파이프(131)의 후방 일측과 도로 상부에 설치된 폐기물수거함(133)과 연결되어 설치되며 폐기물을 이송하는 폐기물이송컨베어(132)와,

   도로에 설치된 동력 및 유압선(7)에 의해 추진동력장치(6)와 연결된 스크류오거구동추진기(3)와, 상기 스크류오거구동추진기(3)는 스크류추진모터(5)와 동력연결장치(4)로 구비되며,

   중간부에 위치되는 연결조인트(123)과, 전면부는 원통형의 외부에 스크류형상인 스크류오거(122)가 구비되며, 후면부는 원통형상이며, 최전면부 상하부 테두리에 구비된 파쇄비트(124)와, 상기 내부에는 워터제트송수관(113)이 내장되며,

   후면 하부에는 상기 장치들을 이송시키는 추진기 이동장치(100)와, 상기 추진기 이동장치(100)의 하부에 설치되어 추진기이동장치(100)가 전후진하는 레일(24)를 포함하여 구성됨을 측징으로 하는 워터제트 및 추진공법을 이용한 노후하수관 전면교체 장치.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 워터제트장치는 스크류오거구동축(121)의 내부에 위치되는 원통형상이며 끝단부가 나팔관 형상으로 확관된 형상으로서, 도로 상부에 설치된 수조와 연결된 워터제트구동장치(100)와, 상기 워터제트구동장치(100)에 연결된 송수관(111)과, 상기 송수관(111)과 연결된 원통형상의 워터제트송수관(113)과,

   상기 워터제트송수관(113)의 끝단부에 나팔관 형상으로 확관된 끝단부에 설치된 워터제트노즐(114)를 포함하여 구성됨을 측징으로 하는 워터제트 및 추진공법을 이용한 노후하수관 전면교체 장치.

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