KR100657418B1 - 여과수 수평 취수정 착정방법 및 그 여과수 취수정 선단부막음장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충적층(1)이 위치한 지역 및 인접한 곳에 집수정(2)을 설치하고 대상 지층인 다양한 충적층(모래층, 자갈층, 혼전석층)에 이중관추진공법(외관은 추진 케이싱, 내관은 오거, 트리콘비트 및 함마)을 이용한 수평추진 단계와; 수평추진 완료 후 내관의 인발단계와; 내관 인발에 따른 외관 선단부의 토사유입을 방지하기 위해 내관선단에 분리 가능한 토사유입방지장치를 교체 장착한 다음 그 내관을 외관의 선단부까지 재삽입하여 토사유입방지장치를 설치하는 단계와; 내관을 역회전함으로써 토사유입방지장치를 외관선단부의 전방에 분리 존치하고 그 내관만을 재인발해 내는 단계와; 내관 재인발 후 취수를 위한 집수관(스트레이너관)을 설치하는 단계와; 그리고 집수관 설치완료 후 외관을 인발하는 단계를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 따른 이와 같은 착정방법에 따르면, 국내 다양한 충적층의 조건(모래층, 자갈층, 혼전석층)에 모두 추진이 가능하며, 또한 토사유입방지 장치를 설치함으로 인해, 외관 내로 들어오는 토사의 유입을 방지하여 외관 인발시 설치된 집수관과의 마찰에 의한 문제점(집수관의 파손, 집수관의 딸려나옴, 집수관의 막힘 등)을 해결할 수 있으므로, 안정적으로 대용량 집수시설을 위한 집수관의 설치 및 외관의 인발을 하는데 장점을 가진 시공이 가능하다. 본 시공에 의해 얻어지는 성과는 어떠한 경우에도 안정적인 수질의 물을 대용량, 장기적으로 취수, 재이용이 가능하게 된다.

하천, 강변여과, 뚝여과, 하상여과, 수평집수정, 수평추진, 복류수, 염지하수, 충적층, 여과수, 담수화시설

Description

여과수 수평 취수정 착정방법 및 그 여과수 취수정 선단부 막음장치{method for horizontally drilling filtrate intake well and apparatus for clogging front tip of well}

도 1은 수평집수정 시공 개략 단면도.

도 2 내지 도 10은 본 발명의 이중관 수평추진 방법 및 집수관 설치에 따른 작업 공정도.

도 11은 선단부 토사 유입방지 장치의 또다른 가능한 형태들을 도시한 사시도이다.

도 12는 토사유입방지장치의 내관 선단부에 대한 결합해제 구조의 다른 예를 도시한 사시도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 충적층 2 : 집수정

3 : 추진장치 4 : 추진용 외관(추진케이싱)

10 : 외관연속체 11 : 함마(내관 선단부)

12 : 굴착용 내관 13 : 외관

14 : 토사유입방지장치 14a : 통수공

15. 집수관(스트레이너관)

본 발명은 하천, 호소, 해안가의 충적층에 있는 여과수를 대용량 취수하기 위한 수평추진 및 집수관 설치방법으로서 안정적인 대용량 취수를 위한 집수관 설치를 위해 발명되었다.

본 발명은 하천, 호소, 해안가 등의 바닥 지층인 충적층(沖積層)으로부터 복류수(伏流水:underground flow), 및 여과수, 염지하수를 취수할 수 있는 수평집수관 설치를 위한 편심비트를 이용한 이중관 수평추진 방법 및 집수관 설치 및 외관 인발시 문제되는 토사유입에 대한 해결책으로 외관 선단부에 토사유입방지 장치를 설치하는 것에 관한 것이다.

충적층은 오랜 기간 동안 상류에서 흘러온 모래나 자갈 등이 퇴적되어 하천이나 호수, 해안 등의 바닥에 형성되는 지층으로 이 지층에 스며들어 모래나 자갈 사이의 공극을 따라 흐르는 물은(일반적으로 하천에서는 복류수, 해안에는 염지하수 라 불림, 본 발명에서는 여과수라 부름) 충적층 자체의 물리적 생화학적 정화작용으로 정화되어 지표면 위로 흐르는 물 보다 수질이 깨끗하다. 또한, 가뭄에도 쉽게 고갈되지 않으며 지중의 토양층을 따라 흐르기 때문에 일반 지하수에 비해 광물질도 거의 함유하지 않고 있다. 이에, 양호한 수질의 용수를 안정적으로 확보하기 위하여 하천이나 호수, 해안의 충적층으로부터 여과수를 취수하여 용수로 사용하는 경우가 크게 늘고 있다.

여과수는 통상 충적층에 수직방향으로 착공된 대형 집수정으로부터 해당 충적층에 수평추진 및 집수관을 설치하여 여과수를 취수한다.

종래에 이와 같은 여과수 집수정들은 대체로 충적층 인근에 수직방향으로 집수정을 굴착한 다음, 집수정 바닥에서부터 적어도 한 개 이상 수평으로 해당 충적층까지 3% 미만의 개공률을 가진 케이싱을 이용하여 직천공하였으며, 유공 케이싱 자체를 집수관으로 사용하였다. 혹은 외경 100mm이하의 외관으로 천공한 후 내부에 65~80mm 유공파이프를 설치하고 외관을 철수함으로써 잔류된 유공파이프로 하여금 집수관으로 기능하게 하였다. 또는 대상층이 충적층이 아닌 암반층에서 함마를 이용한 타격식 착정방법을 이용하여 암반층의 굴착 완료후 PVC 및 유공 집수관을 설치하였다. 아울러 종래의 기술은 소구경(통상 외경 150mm 이하) 설치에 중점이 되어 왔다.

그러나, 이와 같은 종래 여과수 집수정 착정방법으로 모래층, 암반층 일부에만 적용가능 하였으며, 자갈층, 혼전석층에는 시공이 어려웠고, 소구경굴착에만 적용하였다. 모래층에 유공 케이싱을 이용한 직천공 방법을 사용한 것은 모래층에서 무공의 외부케이싱으로 굴착한 후 내부에 유공 집수관을 설치하고 무공 외부 케이싱을 인발할 때 선단부로부터 유입된 토사에 의해 내부에 설치된 유공집수관이 파손되거나 무공 케이싱과 동시에 인발되는 등의 문제점이 있었다. 따라서 유공 케이싱을 이용하여 착정후 집수관으로 역할을 하도록 하였다. 그러나 직천공을 위한 유공케이싱은 개공률이 통상 3% 이하로 유입되는 여과수의 양이 적게 되어 많은 양의 여과수를 취수하기 위한 방법인 수평집수정의 장점을 살릴 수 없었다. 또한 암반층 에는 대구경이 가능하지만 암반층의 특성상 많은 양의 물의 유입이 되지 않는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 수평집수정 착정방법의 여러 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 다양한 지층에 추진 가능한 이중관 공법으로서, 이 때 집수관 설치 및 외관 인발시의 문제점을 막기 위한 존치형(存置形) 토사유입방지 장치를 설치함으로써 개공률이 큰 집수관(20% 이상)을 안정적으로 설치하여 장기적으로 대용량의 여과수를 취수함은 물론, 항상 일정 수준 이상의 안정적인 수질의 여과수를 취수할 수 있는 수평집수정 설치를 위한 이중관 추진 공법 및 토사유입방지 장치를 제공하는데 그 기본 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 여과수 집수를 위한 수평추진방법은 수직으로 내린 대형집수정 내부에서 수평집수관을 설치할 해당지층에 이중관공법을 이용하여 굴착추진하는 것으로서, 해당지층에 따라 오거, 트리콘비트, 함마(착정 함마는 비트가 결합된 통상의 착정기 선단부 구성을 지칭하는 것이지만 본 명세서에는 단지 함마로 표현함)를 선단부에 설치한 내관과, 선단부에 편심을 적용한 외관을 이용하여 내, 외관 동시 추진하는 것에 의해 수평추진을 수행하는 단계(이때 경우에 따라 트리콘 비트, 함마를 편심비트로 사용할 수 있음)와, 추진 완료후 내관을 인발한 후 그 선단부에 장착되어 있던 오거, 트리콘 비트, 혹은 함마를 분리하고 그 분리된 위치에 본 발명에 따른 토사유입방지 장치를 부착하 여 이를 수평추진된 외관 내로 재 삽입함으로써 외관 내로 유입된 토사를 배출함과 아울러 이 토사유입방지장치가 외관 선단부에 도착하였을 때 그 외관 선단부의 전방측 지중(地中)까지 강제로 더 압입시킨 다음 내관을 역회전시켜 토사유입방지 장치를 내관 선단부로부터 분리하여 그 자리에 존치시킨 상태에서 내관을 2차 인발하는 단계와, 대용량 취수하기 위한 높은 개공률을 갖는 집수관을 토사유입방지장치가 장착된 곳까지 외관 내로 설치하는 단계와, 집수관 설치 완료후 외관을 인발하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상의 구성에서, 모래층, 자갈층, 혼전석층의 다양한 지층에 추진이 가능하도록 추진용 내관, 외관의 선단부를 편심을 이용하여 내관, 외관을 최대한 밀착시키는 구조와, 토사유입방지를 위한 장치로서 원통형 로드의 둘레에 나선형 날개를 가진 스크류 오거형의 압입구조를 가지되 내관 선단에 나사식으로 결합되어 있음으로서 내관을 역회전하면 그 내관에 대한 나사결합이 풀려져 토사유입방지 장치가 내관으로부터 분리되도록 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 토사유입방지 장치의 모양은 시공여건에 맞게 다양한 모양 및 재질로 제작이 가능하다. 이때 토사유입방지 장치에는 통기공 혹은 통수공이 형성되는 것이 토사 배출에 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 이중관 수평추진방법 및 토사유입방지 장치를 바람직한 실시예를 통해 보다 구체적으로 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평집수정 시공 단면도이고, 도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평추진을 위한 이중관 추진방법 및 집수관 설치의 공정순서를 구체적으로 보여주는 공정 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 여과수 취수를 위한 수평추진 방법으로서, 대상 부지에 수직방향으로 대형 집수정(2)를 설치한 후 설치된 집수정의 내부에서 수평집수관을 설치할 대상층에 이중관공법을 위한 추진장지를 이용하여 추진하게 되는데, 그 공정은 다음과 같은 순서로 진행된다.

먼저, 도 2와 3에 도시된 바와 같이 추진장치로 선단부가 편심으로 설계된 외관과, 이 외관 내에 삽입된 장착된 내관을 동시에 집수정(2) 내벽으로부터 수평으로 추진시켜 목표하는 지점까지 추진을 수행한다.

이어, 도 4에 나타난 바와 같이 선단의 함마(11)(혹은 오거, 비트)가 목표지점(1)에 도달하면 내관(12)을 인발하여, 외관(13)만 매설되도록 한다.

다음으로, 인발된 내관(12)의 선단으로부터 함마(11)(혹은 오거, 비트)를 분리해 낸 다음 그 분리된 위치에 본 발명에 따른 오거식(141)(혹은 현장에 맞는 다양한 형식) 토사유입방지장치(14)를 교체 장착한다.

이어, 도 5에 도시된 바와 같이 선단부에 토사유입방지 장치(14)가 장착된 내관(12)을 외관(13) 내로 재삽입하여 정회전시키면서 유입된 토사를 배토하면서 계속 추진하여, 토사유입방지장치(14)가 외관선단부를 지나 충적층(1)속으로 더 강제 압입될 때까지 추진시킨다.

도 6에 도시된 바와 같이 토사유압방지장치(14)의 선단의 적어도 일부가 충적층 내에 삽입된 상태에서 내관(12)을 역회전시키면, 내관(12)의 선단에 예컨대 정방향의 나사식으로 결합되어 있던 토사유입방지장치(14)는 자신이 삽입되어 있는 지중(충적층)에 대한 마찰력에 의해 지지됨으로써 나사결합이 풀려져 내관(12)로부터 분리되어 충적층(1)에 압입 고정된 상태를 유지한 채 존치되고, 이 상태에서 내관(12)만을 외관(13)으로부터 인발할 수 있다.

이로써 도 7에 나타난 바와 같이 토사가 유입되는 것을 막을 수 있는 토사유입방지장치(14)가 외관(13) 선단을 막도록 존치됨으로써 외관(13) 선단으로부터의 토사유입이 방지된다.

도 8 내지 도 10은 그 이후의 공정을 순차 나타내는 도면으로서, 토사가 완전히 배출된 외관에 다시 유공의 집수관(15)을 그 선단부가 전술한 토사유입방지장치가 설치된 곳에 가 닿도록 삽입장착하고, 집수관(15)이 설치된 후 외관(13)을 순차적으로 인발한다. 외관의 인발과 동시에 수평 집수관의 설치는 완성된다.

이때에도 상황에 따라 외관(13) 인발전에 집수관(15)의 외부에 굵은 모래 등의 여재(濾過材)를 충진할 수도 있다.

본 발명에서 토사유입방지장치(14)의 전술한 매설존치단계에 의해, 도 7에 도시한 바와 같이, 외관의 내부에 유입된 토사의 완전한 배출 및 추가적인 토사유입을 방지함으로써 도 10과 같이 수평집수관(15)을 안정적으로 설치할 수 있게 된다 .

또한 본 공법에서는 편심비트를 사용하여 외관과 내관의 최대한 밀착을 통해 다양한 층에 추진 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

경우에 따라 추진용 외관을 유공으로 가공하여 집수관으로 사용할 수 있으며, 이때에도 토사유입방지 장치를 이용하여 토사의 유입방지 및 공내 청소를 수행 할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평추진방법에 따르면, 여과수 집수정의 수평집수관 착정 및 설치시 외관(13)의 선단부에서 토사가 유입되는 것을 막을 수 있는 토사유입방지 장치(14)를 설치하여 존치시킬 수 있음으로써 집수관(15)설치 및 외관(13) 인발시 일어나는 집수관 파손 및 집수관 동시 인발문제를 막을 수 있다.

또한 이중관 추진에 의해 모래, 자갈, 혼전석층의 다양한 층에 수평집수관을 설치 할 수 있으므로, 변화가 심한 국내 지질구조상 안정적인 시공방법으로 사용될 것이다.

본 발명에 있어서, 굴착추진 완료 후 집수관을 설치함에 있어서 외관 내에 유입된 토사의 배출 및 추가 토사 유입을 방지하는 토사유입방지 장치에 의해 외관의 선단부를 막음으로써 토사가 그 집수관 설치공사 당시는 물론이고 그 집수관의 사용 동안 경시적(經時的)으로 그 집수관 내로 들어오지 못하도록 막는 것을 기술적 요지로 하는 것으로서, 이러한 기술사상을 공유하는 한 토사유입방지장치의 형상이나 토사유입방지 장치를 내관 선단부로부터 분리하여 외관 내에 존치시키기 위한, 내관에 대한 결합해제구조는 다양하게 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예컨대 도 11에 도시한 바와 같이 토사유입방지장치 외주부에 결합된 나선 날개(141)를 구비하지 않되 토사유입방지장치의 후단부 외경(外俓)을 외관(13)의 내경(內徑)과 사실상 거의 동일하게 하고, 전단부가 뾰족한 원추형, 또는 탄환형 압입체, 무공형(無孔刑)이어도 무방하다.

또한 토사유입방지장치를 내관 선단부로부터 분리하여 외관 내에 존치시키기 위한, 내관에 대한 결합해제구조의 또다른 예로서, 예컨대 도 12에 도시한 바와 같은 구조를 채택할 수 있다. 즉, 내관(12)이 수평굴착공 내를 압입해 들어갈 때 그 압입의 진행정도에 따른 내관 길이의 연장은 각 단위 내관들의 각 단부에 형성된 암수(雌雄) 형상의 사각결합부 또는 육각결합부(12a)를 상호 결합하고 그 결합이 해제되지 않도록 체결핀(12b)을 사용할 수 있는데, 내관의 선단부에 결합되는 토사유입방지장치(14)의 경우도 그 선단부와 토사유입방지장치는 전술한 바와 마찬가지로 그 각 단부에 형성된 암수(雌雄) 형상의 사각결합부 또는 육각결합부(12a)에 의해 결합되되, 단지 결합핀(12b)을 사용하지 않음으로써 전방을 향해 굴진해 나갈 때는 그 결합상태를 유지하지만 내관을 후진하면 그 결합이 해제되어 토사유입방지장치가 그 자리에 존치되게 되는 것이다.

또한 이중관 추진에 있어서 편심을 주는 것은 외관에 편심을 주어서 내관과 외관을 최대한 밀착시키거나, 내관을 편심비트를 사용하여 외관 선단부와 직경을 최대한 근접하게 하여 다양한 지층에 사용가능하도록 하기위한 것으로서, 내관 및 외관 어느 것을 편심을 주어도 무방하다.

한편, 이상의 실시예는 주로 외관 내에 집수관으로서 유공관을 설치한 다음 다시 그 외관을 인발하는 방식의 공법을 중심으로 한 것이지만, 본 발명 기술사상의 핵심 중의 하나는 토사유입방지장치가 집수관 선단측의 지중에 삽입존치됨으로써 토사의 유입을 막는 것이므로, 이러한 기술사상을 공유하는 한 외관이 그 외주면에 집수용 유공을 가짐으로써 그러한 외관 자체가 집수관으로서 존치되는 형태의 시공도 본 발명의 범위로 해석되어야 한다. 이 경우에는 집수관으로서의 유공 외관 내에 굴착용 내관을 이중관으로 하여 이들을 함께 굴착 추진하여 수평 집수정을 천공하고, 이어서 내관을 인발한 다음, 그 선단부에 토사유입방지장치를 교체하여 장착하고, 이를 다시 유공 외관 선단부측의 지중까지 압밀하여 삽입시키며, 이어서 내관을 후진 또는 역회전 후진시켜 인발해 냄으로써 여과수 취수정 선단부 막음장치인 토사유입방지장치를 지중에 존치시키는 것으로 공사가 완료된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 여과수 취수를 위한 수평집수정 이중관 추진방법에 따르면 충적층과 접하게 되는 외관의 선단에 토사 유입을 억지할 수 있는 토사유입방지장치를 구비함에 따라 집수관 설치 및 인발시 토사유입에 의한 집수관 파손 및 동시 인발에 의한 설치 실패를 없앨 수 있으며, 편심비트를 사용하는 이중관 공법으로 다양한 지층에 적용가능한 수평추진공법으로 사용가능하기에, 안정적으로 여과수를 장기적으로 취수할 수 있는 수평집수정 공사를 시공할 수 있다.

본 수평착정에 의한 여과수 취수시 계절에 따른 변화, 갑작스런 환경사고에 의한 수질변동 등에 민감하게 반응하지 않고, 항상 안정적인 수질의 여과수를 장기적으로 취수 가능하기에 어떠한 여과수 이용시설에도 안정적인 시공이 가능하다.

Claims (9)

1. 수직의 집수정 하면으로부터 충적층까지 외관 및 내관의 이중관 추진공법에 의해 대략 수평으로 집수정을 굴착추진하는 단계와;

   상기 이중관 굴착추진단계 이후 외관(13)은 남겨두고 내관(12)만을 인출하는 내관 인출단계와;

   상기 내관으로부터 그 선단에 부착되어 있던 굴착장비를 분리해 낸 다음 그 분리된 위치에 분리 가능하게 토사유입방지장치(14)를 결합하여 그 토사유입방지장치(14)와 함께 내관을 외관에 재삽입하는 토사유입방지장치 교체장착 및 재삽입단계와;

   상기 내관의 선단에 장착된 토사유입방지장치의 선단이 상기 외관의 선단부에 도착했을 때, 그 내관의 추가 압입에 의해 그 선단에 장착된 토사유입방지장치의 적어도 선단 일부를 지중에 더 강제 압입시키는 토사유입방지장치 추가압입단계와; 그리고,

   상기 내관을 후진 또는 역회전 후진시킴으로써 토사유입방지장치를 내관의 선단으로부터 분리하여 그 토사유입방지장치를 그 추가압입된 위치에 존치시킨 상태에서 내관을 재인발하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과수 취수정 착정방법.
2. 제1항에 있어서,

   외관은 그 외주면에 복수의 집수공이 천공된 유공관인 것을 특징으로 하는 여과수 취수정 착정방법.
3. 제1항에 있어서,

   내관 재인발 이후 취수를 위한 유공 집수관(15)을 그 선단부가 상기 토사유입방지장치에 닿도록 상기 외관 내에 삽입설치하는 단계와; 그리고

   상기 집수관(15) 삽입설치 완료 후 외관을 인발하는 단계;

   를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 여과수 취수정 착정방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 토사유입방지장치(14)는 중공 원통형 로드(140)의 둘레에 나선형 날개(141)를 가져 그 일방향 회전에 의해 압입되는 스크류 오거형의 압입구조를 가진 것인 것을 특징으로 하는 여과수 취수정 착정방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 토사유입방지장치(14)는 상기 내관 선단에 정방향 나사결합되어 있으며, 이 토사유입방지장치가 지중에 압입됨으로써 지중에 대한 마찰력에 의해 지지되어 있는 상태에서 내관을 역회전시킬 경우 그 토사유입방지장치는 그 지중에 매립된 마찰력에 의해 지지됨으로써 상기 내관에 대한 나사결합이 풀려져 내관으로부터 분리되어 지중에 매립 존치되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 여과수 취수정 착정방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 토사유입방지장치(14)는 상기 내관 선단과 암수형상의 사각결합부 또는 육각결합부에 의해 결합핀을 사용하지 않은 상태로 결합되어 있어서 이 토사유입방지장치가 지중에 압입됨으로써 지중에 대한 마찰력에 의해 지지되어 있는 상태에서 내관을 후진시킬 경우 그 토사유입방지장치가 그 지중에 매립된 마찰력에 의해 지지됨으로써 상기 내관에 대한 사각결합부 또는 육각결합부의 결합이 풀려짐으로써 내관으로부터 분리되어 지중에 매립 존치되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 여과수 취수정 착정방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 토사유입방지장치(14)의 로드(140) 또는 날개(141)에 다수의 통수공(14a)이 형성된 것을 특징으로 하는 여과수 취수정 착정방법.
8. 5항에 있어서,

   토사유입방지장치 매설 존치단계에 의해 그 토사유입방지장치의 후단부는 외관 내에 위치하고 토사유입방지장치의 선단부는 지중 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 여과수 취수정 착정방법.
9. 삭제

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