KR100629409B1 - 지반경화층 조성공법과 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반경화층 조성공법과 그 장치에 관한 것으로, 이는 종래에 경화재주입이 핵노즐과 이를 둘러싼 환상노즐로 된 중합분사노즐에 의해 경화재분사류를 공기로 둘러싸서 보호하고 도달거리를 연장하여 왔지만, 로드의 상부로부터 필요에 따라 공기유로에 개구부가 설치되어, 하부로 갈수록 분사압이 저하되는 문제를 해결한다. 본 발명은 선단부의 측벽에 복수의 중합분사노즐을 설치하고, 그 상부에 소정의 간격을 두고서 청수분사노즐(3)을 설치함과 더불어, 중합분사노즐의 하부에 위치한 모니터부 내부에 중합분사노즐의 주변노즐(22)에 공기를 공급하는 공기저압부(4)가 설치되어 있다.

Description

지반경화층 조성공법과 장치 {Method for forming hardened layers in the underground and apparatus therefor}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시공상황을 나타내는 전체측면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 주입로드의 선단 모니터부의 주요부 구조를 일부 생략하여 나타낸 종단면도이다.

도 3은 중합분사노즐의 정면에서 외관상태를 도시한 주입로드의 노즐설치부분의 확대측면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 ---- 주입로드, 11 --- 선회기구,

12 --- 공기공급로, 13 --- 경화재유로,

14 --- 청수유로, 15 --- 분출구멍,

2 ---- 중합분사노즐, 21 --- 핵노즐,

22 --- 주변노즐, 3 ---- 청수분사노즐,

31 --- 차압밸브, 32 --- 스프링,

4 ---- 공기저압부, 41 --- 체크밸브,

42 --- 공기유로, 43 --- 체크밸브,

삭제

5 ---- 받침대, 6 ---- 주입로드작동기구,

7 ---- 호스,

A ---- 모니터부, B ---- 로드본관,

C ---- 삽입구멍, G ---- 지반,

X ---- 경화재주입층.

본 발명은 구축기초지반의 강화지보 혹은 지반의 안정화나 물막음을 목적으로 하는 대상지반에 지반경화재를 주입하여 지반경화층을 조성하는 지반경화층 조성공법과 그 장치에 관한 것이다.

종래에, 지반의 복공지보나 강화지보 혹은 물막음을 목적으로 하는 경화층조성을 위한 지반경화재 주입은 경화재분사류의 도달거리를 조금이라도 연장하여 큰 직경의 경화층을 조성하는 것을 이상(理想)으로 하여서 여러 가지 방법이 제안되었는 바, 그 하나로서 핵노즐과 이를 둘러싼 환상노즐로 된 중합분사노즐에 의해 경화재분사류를 공기로 둘러싸서 보호함으로써 도달거리를 연장시키는 방법(예컨대, 일본국 특공평7-100931호 공보 참조)이 개발되어 왔다.

더욱이, 경화재분사류에 앞서서 청수분사에 의한 사전개량을 행하여 경화재 분사류의 유효분사범위를 연장하거나(예컨대, 일본국 특허 제2865653호 참조), 잉여슬라임(slime)을 흡인기구에 의해 흡인하여(예컨대, 일본국 특공평6-29506호 공보 참조) 브리딩(bleeding)을 좋게 하는 수단 등도 강구되어 왔다.

또한, 경화재주입에 공기를 수반하여 상기한 바와 같이 경화재분사류를 둘러싸거나 절삭슬라임의 에어리프트(airlift)배출을 행하는 것이 많이 이루어졌는데, 로드의 상부로부터 필요에 따라 순차공기유로에 개구부가 형성되어 있어서 하부로 갈수록 분사압이 저하되었다.

경화재주입에서, 로드삽입단계에서는 하방분사가 필요하고 주입관로드의 단계에서는 측방분사가 필요하기 때문에 하방으로부터 측방분사로의 전환이 필요하게 되었는데, 종래에는 스프링에 의해 상방으로 밀어부쳐진 차압밸브를 하강시켜서 하방분사구를 폐쇄시키는 방법(예컨대, 일본국 특공소48-13657호 공보 참조)이 채택되었다.

하지만, 이와 같은 차압밸브는 경화재의 유로 중간에 설치되기 때문에 스프링에 경화재가 부착되는 등 확실한 작동이 기대될 수 없어서, 경화재 유로에 스틸로 된 볼을 낙하시켜서 하방경로를 폐쇄하여(예컨대, 일본국 특개2001-288734호 공보 참조) 분사를 전환하는 수단 등이 강구되었다.

그러나, 상방으로부터 복수의 개구부를 매개로 하여 공급되는 공기가 전술한 바와 같이 상부위치에서의 분사에 의해 압력이 빠져 하부에서는 원하는 분사압력을 확보할 수 없고, 에워싼 분사에 불균형이 발생하여 깊이가 깊게 됨에 따라 공기로 둘러싸는 것이 원활하게 이루어지지 않기 때문에 절삭거리가 저하된다고 하는 문제가 있었다.

또한, 복수의 분사노즐을 주입로드의 측부의 동일한 평면위치에 설정하면 분사압이 서로 간섭하여서 효과를 감쇄시키는 한편, 동일한 평면에 복수의 지반경화재가 중복하여 주입되는 낭비가 발생되는 것 외에, 회전작동에 상승작동을 가하지 않게 되면 두터운 경화재층이 조성될 수 없다고 하는 문제도 있었다.

또한, 종래의 주입로드의 직경은 상부에서 선단까지 삽입직경이 동일하기 때문에, 지반의 로드삽입구멍과 로드외주 사이에 여유공간(clearance)이 발생할 여지가 없고, 진흙배출이 불량하게 되거나, 분사압력을 필요 이상으로 소모시키는 일이 있게 된다.

더불어, 하방분사에서 측방분사로 전환할 때에 스틸로 된 볼을 낙하시켜서 하방경로를 폐쇄하는 방법은 폐쇄밸브구멍까지 수직한 낙하경로가 확보되어 있지 않으면 적용할 수가 없다고 하는 문제가 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 주입로드의 선단측벽에 설치된 복수의 중합분사노즐의 하부에 위치한 모니터부 내에 중합분사노즐 주위로 공기를 배급하는 공기저압부(空氣貯壓部)를 두도록 하여서, 중합분사노즐 주위로 배급되는 공기를 공급경로로부터 저압부에 축적저압하여 복수의 개구부에서 균일화된 공기분사가 이루어지도록 구성하였다.

또한, 경화재의 분사주입에 선행하여 대상지반의 사전개량이 이루어지도록 복수의 중합분사노즐의 상부에 소정의 간격을 두고서 청수분사노즐을 설치함과 더불어, 청수분사노즐에 청수를 공급하는 한편, 로드선단의 분출구멍으로부터의 분출수를 공급하는 경로에는 중합분사노즐이나 공기저압부를 누비고 나아가는 여유공간으로 구성되는 공급경로 말단의 로드선단 분출부에 차압밸브가 설치되어, 청수의 공급압을 변화시킴으로써 로드선단 분출부의 개폐가 자동적으로 이루어질 수 있게 되어 있다.

더욱이, 주입로드의 선단측벽에 설치된 복수의 중합분사노즐의 설정위치를 상하로 어긋나게 다단 방사상으로 설치되도록 하여서, 다단 상하폭에 대응하는 대상지반구역으로 동시에 경화재주입이 이루어져서 로드의 상승작동을 빈번하게 하지 않고서 다단 상하폭에 대응되는 두터운 경화재주입이 이루어질 수 있게 되어 있다.

또한, 선단 모니터부의 외경을 상부의 로드본관의 외경보다 크게 구성하여 선단 모니터부의 외경과 로드본관의 외경의 차가 지반의 로드삽입구멍과 로드외주 사이에 여유공간을 형성하도록 구성하여서, 브리딩의 발생이나 분사압력의 소모를 방지하도록 되어 있다.

이제, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 참조번호 1은 주입로드로서, 전체적으로는 3중관으로 구성되어 있고, 선단부 측벽에 복수의 중합분사노즐(2,2...)이 중심부에서 상하로 1.5 ~ 2.5cm 정도 어긋나게 다단 방사상으로 설정되어 있으며, 그 상부에 소정의 간격을 두고서 청수분사노즐(3)이 설치되어 있다.

중합분사노즐(2,2...)과 청수분사노즐(3)은 로드선단부를 구성한 주입기구를 내장하는 모니터부(A)에 설정되고, 그 외경은 상부의 로드본관(B)의 외경보다 큰 직경으로 구성되어, 모니터부의 삽입굴삭에 의해 로드본관(B)과 삽입구멍(C)의 내벽 사이에 여유공간이 형성되게 된다.

중합분사노즐(2,2...)은 중심부에 각각 핵노즐(21)과, 그 주위를 둘러싼 주변노즐(22)이 개구되어 있으며, 각각 선회기구(11)를 매개로 하여 분사재료조에 연결되는 로드 내의 나누어진 유로에 연통한다.

다단 방사상으로 설정되어진 중합분사노즐(2,2...)로부터의 분사류는 상기한 간격으로 외주영역에 있어서 약간 간섭되는 간격이지만, 개구된 방향이 다르므로 직접 간섭되는 일은 없게 된다.

주입로드(1)는 전술한 바와 같이 전체적으로 3중관으로 구성되고, 그 중심부에는 공기공급로(12)와, 외주에 환형상으로 된 경화재유로(13) 및, 외주에 청수유로(14)가 구성되어 있으며, 공기공급로(12)의 말단에는 체크밸브(41)를 매개로 하여 수용탱크 등으로 된 공기저압부(4)가 설치되어 있다.

공기저압부(4)는 상방으로 주변노즐(22)에 각각 연통되는 공기유로(42)가 설치되어 있고, 그 각각에 체크밸브(43)가 설치되어 주변노즐(22)로부터의 역류가 방지되도록 되어 있다.

공기저압부(4)를 이와 같이 구성함으로써, 이 공기저압부 내에 축압된 공기가 공기공급로(12)로 역류하지 않게 되는 한편, 이 공기공급로(12)를 통해 공기를 공급하면 파스칼 원리에 의하여 동일한 압력으로 각각의 체크밸브(43) 쪽으로 고르게 공급되므로, 대기압 내에 가까운 분사효율을 얻을 수 있게 됨과 더불어, 슬라임의 양송(揚送)에 대해서도 원활한 에어리프트효과를 올릴 수가 있다.

청수유로(14)는 최외측 여유공간에 구성되고, 중간에 청수분사노즐(3)로 개구되는데, 경화재유로(13)의 개구부나 공기저압부(4)의 외측 간극을 통과하여 주입로드(1)의 선단에 있는 분출구멍(15)으로 개구되며, 이 분출구멍(15)에 설정된 차압밸브(31)를 청수공급압력의 조정에 의해 개폐하도록 되어 있다.

차압밸브(31)는 스프링(32)에 의하여 상방으로 밀어부쳐져 평상시에는 분출구멍(15)을 개방하고 있어서 분출구멍(15)으로부터 굴삭수를 분출하면서 하강삭공(削孔)하고, 소정의 깊이로 도달한 곳에서는 청수공급압력을 높여 압력이 일정 이상으로 상승하면 스프링(32)의 밀어부치는 힘에 저항해서 하강하여 분출구멍(15)을 폐쇄시키게 된다.

한편, 하강삭공시 공기저압부(4)에 공기를 공급하여 주변노즐(22)로부터 공기를 분사해 가면서 삭공함으로써, 주변노즐(22)의 분사구를 보호하고 주변토양의 사전개량에도 기여할 수 있게 된다.

분출구멍(15)의 폐쇄에 의해 청수유로(14)에 있는 청수는 축압되어 청수분사노즐(3)로부터 고압분사류로 분사되어 주변토양을 절삭교반하고, 하부에 설정된 중합분사노즐(2,2...)로부터의 경화재분사류의 도달거리를 연장시킴과 더불어, 경화재와 주변토양의 혼합을 촉진하여 균질한 경화재주입층의 기초를 조성한다.

주입로드(1)의 후단은 선회기구(11)로 되어 있고, 로드 내의 각 유로의 대응부와 그 분사재료조에 연결되는 호스(7)에 연결됨과 더불어, 받침대(5) 상에 설치되어 있는 주입로드작동기구(6)로 지지된다.

이상과 같이 구성된 경화층조성장치는, 먼저 청수유로(14)에 윤활청수를 공급하여 청수분사노즐(3) 및 분출구멍(15)으로 방출하고, 주입로드작동기구(6)에 의해 주입로드(1)에 대하여 전진 또는 회전되게 작동시켜서 굴삭날과 주입로드(1)의 회전에 따라 주입로드를 지반(G)으로 삽입시킨다.

이와 같이 주입로드(1)를 지반(G)으로 향하여 추진삽입하고, 소정의 깊이에 도달한 곳에서 청수유로(14)에 대한 청수공급압력을 높여서 차압밸브(31)를 하강시켜 분출구멍(15)을 폐쇄하며, 청수분사노즐(3)로부터 매분 50 ~ 80리터의 토출량을 갖는 고압분사류로 분사한다.

또한, 경화재유로(13)에 지반경화재로서 시멘트밀크를 매분 300 ~ 600리터의 토출량으로 하여 300kg/cm²정도 이상의 압력으로 밀어보내고, 중합분사노즐(2,2...)의 각각의 핵노즐(21)에서 분사된다.

이로써, 공기공급로(12)에 공급된 공기는 공기저압부(4)에 축압되어 공기유로(42)로부터 상방의 주변노즐(22)로 각각 공급되어서 상기 경화재분사류를 에워싼 분사유체로 분사된다.

이렇게 하여 분사재료를 각 노즐에 공급하고, 주입로드(1)를 회전시켜 가면서 상부방향으로 단계적으로 상승후퇴시킴으로써, 각 고압분사류는 주변지반을 천공절삭하여 토립자를 파쇄하고, 지반(G)에 주입로드(1)의 구동궤적에 따라 원통형상으로 경화재주입층(X)을 조성한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 복수의 중합분사노즐의 주변부에 균질한 공기분사류를 형성할 수 있고, 로드에 복수의 중합분사노즐을 다단 방사상으로 설정하여, 상부에 설정된 청수노즐에 의한 청수절삭에 덧붙여 지반경화재의 토출량을 대폭적으로 증가시킴으로써, 종래의 고밀도주입에서 문제가 되었던 공기의 균일배분을 원활히 작용시킬 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 조성된 경화재주입층(X)은 필요에 따라 인접한 주입층 부분에 같은 모양의 주입층을 조성하고, 차례로 인접하여 소정의 형상으로 나란히 배치되게 함으로써 소정의 지반경화층을 조성해 갈 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 선단부의 측벽에 핵부로부터 지반경화재를 분사하고 주변부로부터 공기를 분사하는 복수의 중합분사노즐이 설치되고, 그 상부에 간격을 두고서 청수분사노즐이 설치됨과 더불어, 중합분사노즐의 하부에 위치하는 모니터부 내에 중합분사노즐 주위로 공기를 공급하는 공기저압부를 구비한 주입로드가 청수분사노즐 및 로드선단으로부터 청수를 분출시키면서 대상지반에 삽입되어, 공급청수를 저압공급에서 고압분사로 전환함과 동시에, 중합분사노즐의 핵부로부터 고압지반경화재를 분사하고, 공기저압부에 공기를 공급하여 주변부에 개구접합하는 경로를 통해 공기저압부에 축압된 공기를 주변부에서 분사해 가면서 주입로드를 회전 및 후퇴시킴으로써, 대상지반에 지반경화재를 주입하는 것을 특징으로 하는 지반경화층 조성공법.
2. 제1항에 있어서, 상기 청수분사노즐에 청수를 공급하는 청수유로의 말단에 있는 로드선단의 분출부에 차압밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 지반경화층 조성공법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 중합분사노즐의 설정위치가 상하로 어긋나게 다단 방사상으로 설치된 것을 특징으로 하는 지반경화층 조성공법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선단 모니터부의 외경이 상부의 로드본관의 외경보다 크게 구성된 것을 특징으로 하는 지반경화층 조성공법.
5. 선단부 측벽에 있는 복수의 중합분사노즐과, 그 상부에 간격을 두고서 청수분사노즐이 설치된 주입로드의 핵부에 있는 공기공급로, 그 주위에서 상기 복수의 중합분사노즐의 각 주변부에 개구접합하는 경화재유로, 그 주위에서 상기 청수분사노즐에 개구접합하는 청수유로가 설치됨과 더불어, 상기 공기공급로의 말단에 상방으로 체크밸브를 매개로 하여 상기 복수의 중합분사노즐의 각 주변부에 개구접합하는 경로를 설치한 공기저압부가 구비되며, 상기 청수유로에 청수를 저압공급에서 고압분사로 전환하는 기구가 설치된 주입로드가 전진후퇴기구와 회전기구를 갖춘 구동기구에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 지반경화층 조성장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 청수유로의 말단에는, 차압밸브에 의해 개폐되고 로드선단으로 개구되는 분출구멍이 설치된 것을 특징으로 하는 지반경화층 조성장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 복수의 중합분사노즐의 설정위치가 상하로 어긋나게 다단 방사상으로 설치된 것을 특징으로 하는 지반경화층 조성장치.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 선단 모니터부의 외경이 상부의 로드본관의 외경보다 크게 구성된 것을 특징으로 하는 지반경화층 조성장치.

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