KR100811240B1 - 그라우팅 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그라우팅 장치 및 방법에 관한 것으로, 그라우팅을 보다 혁신적이고 효과적인 방법으로 시공함으로써 고품질적이고 시공에 대한 품질향상을 기함과 지반을 효과적으로 보강함을 목적으로 한다.

개시된 본 발명에 따른 그라우팅 장치는, 굴착공(A) 내부에 삽입되며 도중에 역류방지밴드(120)에 의해 감긴 그라우트 토출공(110)이 구비된 정착관(100)과; 상기 정착관의 둘레부에 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 결합되며 내부에 밀크(M)가 충진되어 상기 굴착공에 밀착됨으로써 상기 굴착공을 다수의 공간으로 구획하면서 밀봉하는 다수의 제1패커(200)와; 상기 정착관과 상기 굴착공의 사이에 제1그라우트 주입관(500)에 의해 충진되는 제1그라우트(G1)와; 상기 정착관의 내부에 장착되는 앵커체(300)와; 상기 정착관의 내부에 충진되어 상기 앵커체를 정착하는 제2그라우트(G2)를 포함하여 구성된다.

그라우트, 정착관, 앵커체, 패커

Description

그라우팅 장치 및 방법{Apparatus and method for grouting}

도 1은 종래 기술에 의한 그라우팅을 보인 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 그라우팅 장치의 일부 발췌 사시도.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 그라우팅 장치에 적용된 정착관의 변형 예시도.

도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 그라우팅 장치에 적용된 제2그라우트 주입관의 사시도.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예 1에 따른 그라우팅 방법의 공정도.

도 6은 본 발명의 실시예 2에 의한 그라우팅 장치의 분해 사시도.

도 7은 본 발명의 실시예 2에 의한 그라우팅 장치에 적용된 앵커체의 일부 절결 단면도.

도 8은 본 발명의 실시예 2에 의한 그라우팅 장치에 적용된 앵커체의 분해 사시도.

도 9는 도 7과 도 8에 의한 앵커체의 인장재 끼움공과 인장재 관통공을 보인 도면.

도 10과 도 11은 본 발명의 실시예 2에 따른 그라우팅 장치에 적용된 앵커체의 다른 예시도로서,

도 10은 분해사시도이며

도 11은 일부 절결 단면도

도 12a 내지 12d는 본 발명의 실시예 2에 따른 그라우팅 방법의 공정도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

A : 굴착공, 100 : 정착관

110 : 토출공, 111 : 걸림턱

120 : 역류방지밴드, 200,540 : 패커

300 : 앵커체, 310 : 인장재

320 : 정착부, 400 : 밀크 주입관

500,700 : 그라우트 주입관, 600 : 세척관

800 : 압력표시기,

본 발명은 그라우팅 장치 및 방법에 정착관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴착공 주변에 절리가 존재하더라도 절리된 부분을 제외한 부분에서는 그라우트가 누출되지 않도록 하여 지반을 보강하고, 굴착공 주변의 지반을 효과적으로 보강하여 붕괴를 막을 수 있도록 한 그라우팅 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 터널굴착이나 지하굴착시 요구는 굴착 보조(지반보강,차수) 공 법은 시공성이 뛰어나고 경제성이 있어야 하며, 적용 목적에 부합하는 충분한 효과를 얻을 수 있어야 한다. 이러한 효과를 얻기 위한 종래의 정착관련 기술로서는 터널시공시 파이프 루프(pipe roof) 공법과, 지하굴착시 그라우팅(L.W.grouting,J.S.P등) 공법을 채택해왔다. 그라우팅 공법으로는 공기와 공비의 절감효과를 얻을 수 있고, 터널시공시 보강과 차수의 효과를 동시에 얻을 수 있는 정착관 다단 그라우팅 공법과 지하굴토시 L.W그라우팅공법을 대표적으로 들 수 있다.

종래의 그라우팅 공법의 일 예인 정착관 다단 그라우팅 공법은 통상 천공, 정착관삽입, 코킹(corking) 및 실링(sealing), 그라우팅(grouting)수순으로 진행하여 주로 연약 풍화암층의 차수 및 보강용으로 사용되고 있다.

종래 기술에 따른 정착관 다단 그라우팅공법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

1. 터널 굴착에 선행하여 터널 원주면을 따라 직경 100㎜ 정도의 빈 공을 일정 간격으로 천공한다.

2. 상기 천공 수행후 중공형상을 가지되, 소정간격마다 고무밴드에 의해 감긴 분사공이 형성된 일반 구조용인 소구경 정착관을 소정길이만큼 커플링을 매개로 연결하여 빈 공(hole)에 삽입한다.

3. 상기 정착관에 패커(packer)를 설치하되, 상기 정착관과 천공면사이에 그라우트재 역류방지를 위한 급결시멘트 또는 발포제등의 코킹(corking)재를 주입한다.

4. 패커 내측에 다단으로 그라우트재를 주입하여 정착관의 분사공으로 유출시켜 지반을 차수, 보강한다.

상기 종래 시공방법의 정착관과 천공면 사이에 주입되는 그라우팅은 규산소다와 시멘트를 주재료로 하는 LW타입과, 규산소다, 시멘트 등에 약제를 혼합하여 주입성을 좋게 한 화학 그라우팅 타입(chemical grouting type)으로 크게 대별된다.

여기서, 화학 그라우팅(chemical grouting)은 LW 타입(type)에 비해 그라우트의 점도가 낮아 침투성이 우수한 장점이 있으나, 지반의 개량 강도는 상대적으로 낮아 지반보강 차수효과가 질적으로 떨어지고 있다.

상기한 수순으로 진행되는 종래의 정착관 다단 그라우팅 공법은 여러가지 문제점을 갖고 있다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 지반의 상태에 따라 정착관(1)이 삽입된 굴착공(A)의 주변에는 다수의 절리(2)가 존재한다. 그라우트(G)는 주입압력에 의해 충진되는 것이기 때문에 굴착공(A)에 주입될 때 절리(2)를 통해 굴착공(A)에서 누출되어 굴착공(A) 내부의 충진율이 낮아짐으로써 지반을 실질적으로 보강하지 못하고 있다. 이때, 절리(2)가 일부분에만 형성된다 하여도 굴착공(A) 내부의 전영역이 하나의 공간이기 때문에 굴착공(A)의 전영역에 충진된 그라우트재 내부에 공극이 발생되어 보강이 이루어지지 않게 된다. 여기서, 굴착공(A) 내부의 강도를 측정할 방법이 없기 때문에 공극이 존재하는 상태를 인지하지 못하고 공사를 진행하게 되고, 결국 지반 붕괴로 인한 대형 사고가 발생될 수 있다.

도 1 중 미설명 부호 3은 굴착공(A)의 입구를 밀봉하는 패커이다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 굴착공 내부를 다수의 공간으로 구획하여 각 공간에 그라우트가 충진되도록 함으로써 굴착공 주변에 절리와 동공이 존재하더라도 절리된 부분과 동공을 채워서 완벽하게 보강하고 차수를 수행하며, 지반에 대한 정착력을 증대하여 지반을 효과적으로 보강할 수 있도록 한 그라우팅 장치 및 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 제공되는 본 발명에 따른 그라우팅 장치는, 굴착공에 삽입되어 제1그라우트에 의해 정착되는 정착관, 상기 정착관의 둘레부에 일정 간격을 두고 결합되며 팽창력에 의해 팽창되면서 상기 정착관 외부와 굴착공 사이를 다수의 공간으로 구획하는 패커, 상기 정착관의 외부에 충진되는 제1그라우트를 포함하여 구성된다.

그리고, 본 발명에 의한 그라우팅 장치는, 상기 정착관의 내부에 삽입되며 인장력에 의해 버팀강성을 발휘하는 앵커체, 상기 정착관의 내부에 충진되어 상기 앵커체를 정착하는 제2그라우트를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 그라우팅 방법은, 굴착공을 천공하고 - 둘레부에 다수의 패커들이 결합된 정착관을 상기 굴착공에 삽입하며 - 상기 패커들이 각각 상기 굴착 공에 밀착되어 상기 굴착공 내부를 구획하도록 하고 - 패커가 설치된 제1그라우트 주입관을 삽입하여 상기 정착관의 안쪽에서부터 바깥쪽으로 순차적으로 제1그라우트재를 주입하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 의한 그라우팅 방법은, 상기 정착관 내부에 주입된 제1그라우트재를 외부로 빼낸 후 상기 정착관 내부에 앵커체를 삽입하고 - 상기 정착관 내부와 상기 앵커체 사이에 제2그라우트를 주입하며 - ㅊ상기 앵커체를 인장시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

< 실시예 1 >

도 2 내지 도 4f에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 그라우팅 장치는,

발명에 따른 그라우팅 장치는, 굴착공(A) 내부에 삽입되는 정착관(100)과, 정착관(100)의 둘레부에 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 결합되는 다수의 제1패커(200)와, 정착관(100)과 굴착공(A) 사이에 주입되어 정착관(100)을 굴착공(A)에 정착하는 제1그라우트(G1)를 포함하여 구성되며, 이하 각 구성요소를 구체적으로 설명한다.

도 2에 도시된 것처럼, 정착관(100)은 강(鋼)을 재질로 하고 선단부(굴착공 (A)의 안쪽)이 막힌 구조이며, 도중에는 내외부가 연통되어 그 내부에 주입되는 제1그라우트(G1)가 외부로 분출되도록 하는 다수의 토출공(110)이 구비되고, 외부로 분출된 제1그라우트(G1)가 내부로 역류하지 않도록 토출공(110)에 역류방지밴드(120)가 감긴다.

이때, 제1그라우트(G1)가 정착관(100)의 모든 부분에 고르게 양생되도록 토출공(110)은 정착관(100)의 안 쪽(그라우트 주입방향에서 먼 곳)으로 갈수록 그 직경이 커지게 형성된다. 즉, 모든 토출공(110)을 통해 제1그라우트가 균일하게 토출되어 굴착공(A) 내에 제1그라우트가 양생되지 않는 빈 공간이 발생되지 않는다.

정착관(100)은 도 3a에서처럼 외경이 일률적이거나 도 3b에서와 같이 도중에 걸림턱(111)이 형성될 수 있다. 그리고, 걸림턱(111)이 형성된 경우 도 3b에서처럼 정착관(100)은 하나의 관이 걸림턱(111)을 갖도록 형성될 수도 있고, 다르게는 도 3c와 도 3d에서 보이는 바와 같이 정착관(100)은 도중에 걸림턱(111)이 형성되도록 외경이 서로 다른 관들의 결합에 의해 이루어질 수도 있다. 걸림턱(111)은 제1그라우트(G1)와의 마찰력에 의해 정착관(100)이 굴착공(A) 내부에서 빠지지 않도록 하는 기능을 한다.(도 3a 내지 도 3d는 정착관(100)의 형태를 보인 것이기 때문에 제1패커(200)를 도시하지 않음)

도 2에 도시된 것처럼, 제1패커(200)는 면과 고무가 혼합되어 직조되면서 내피와 외피의 이중구조로 형성된다. 제1패커(200)는 면사와 고무사로 직조되어 밀크(M)의 주입압력에 의해 탄성변형되면서 일부 밀크(M)가 외부로 배출되도록 하여 밀크(M)가 제1패커(200)와 굴착공(A) 사이에 채워지면서 제1패커(200)의 밀봉력을 증 대할 수 있다.

제1패커(200)는 양측(도 2 기준 좌우 양측)이 개구되며 정착관(100)의 둘레부에 덮히면서 그 양측의 개구부가 결속부재(210)를 통해 정착관(100)에 결속되며 그 내부에 주입되는 밀크(M)에 의해 팽창되어 굴착공(A)에 밀착될 수 있도록 팽창력이 있는 몸체(220)와, 몸체(220)의 양측에 각각 형성되며 후술하는 밀크 주입관(400)이 삽입되는 삽입부(230)로 이루어진다.

삽입부(230)는 밀크 주입관(30)을 탄력적으로 조일 수 있는 직경으로 몸체(220)에서 분기된 형태이다.

이러한 구조의 제1패커(200)는 그라우트 토출공(110)을 피해서 정착관(100)의 둘레부에 결합된다. 이때, 정착관(100)의 삽입시 제1패커(200)가 굴착공(A) 내부에 존재하는 날카로운 돌맹이 등에 의해 찢어지지 않도록 제1패커(200)의 앞쪽(또는 앞쪽과 뒤쪽 모두)에는 프로텍터(240)가 결합된다.

프로텍터(240)는 스틸, 합성수지 등을 재질로 하는 환형이며, 밀크 주입관(400)이 통과(안착)하는 안착부(241)를 갖는다. 프로텍터(240)가 정착관(100)의 표면보다 돌출되어 밀크 주입관(400)이 프로텍터(240)를 통과할 때 꺽이게 됨에 따라 밀크(M)가 원활히 주입되지 않게 되며, 안착부(241)는 밀크 주입관(400)이 꺽이지 않도록 하기 위함이다.

제1패커(200)는 정착관(100)의 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 배치되어 그 내부에 주입되는 밀크(M)에 의해 팽창하면서 굴착공(A) 내부를 다수의 구역으로 구획하는 것으로, 다수의 제1패커(200)들은 하나의 밀크 주입관(400)을 통해 그 내부에 밀크(M)가 충진된다.

밀크 주입공(410)을 갖는 밀크 주입관(400)은 미도시된 밀크 주입기(밀크 탱크, 펌프 등으로 구성되며 공지된 것이므로 구체적인 도면과 설명은 생략한다)로부터 밀크(M)를 공급받아 제1패커(200) 내부에 분출함으로써 제1패커(200)가 팽창되도록 하는 것이며, 일렬로 배열된 제1패커(200)들의 삽입부(230)에 삽입되어 다수의 제1패커(200)에 밀크(M)를 공급한다. 밀크 주입공(410)은 제1패커(200)의 내부와 대응되는 위치에 형성되는 것은 당연한 것이며, 그 수량은 도면에서 도시된 것처럼 한 쌍이 대칭으로 형성될 수도 있고, 다수 개가 일렬로 형성될 수도 있다.

즉, 밀크 주입관(400)이 제1패커(200)들에 연결되면 밀크 주입관(400)의 밀크 주입공(410)이 제1패커(200)의 내부에 배치되어 제1패커(200) 내부에 밀크(M)를 주입할 수 있으며, 밀크(M)의 주입시 밀크(M)가 제1패커(200)의 외부로 역류되지 않도록 제1패커(200)의 삽입부(230)의 입구측에는 역류방지구(미도시)가 끼워질 수 있다.

본 발명에 의한 그라우팅 장치는, 정착관(100)을 제1그라우트(G1)에 의해 굴착공(A)에 정착하기 위한 그라우트 주입관(500)(도 4참조)이 더 포함된다.

도 4에서와 같이, 그라우트 주입관(500)은 정착관(100) 내부에 삽입되어 정착관(100) 내부 및 정착관(100) 외부에 제1그라우트(G1)를 주입하기 위한 것이다. 제1그라우트(G1)는 시멘트 페이스트와 약액으로 구분될 수 있다. 따라서 그라우트 주입관(500)은 시멘트 페이스트와 약액을 주입할 수 있도록 주입구가 두 개의 주입부(510,520)로 분기될 수 있고, 하나 이상의 그라우트 토출공(530)을 갖는다. 구체 적으로 설명하지는 않았지만, 그라우트 주입관(500)은 제1그라우트 탱크, 펌프 등의 주입기로부터 제1그라우트(G1)를 공급받아 주입한다.

그리고, 도 4와 도 5c에서 보이는 것처럼, 그라우트 주입관(500)의 외주부에는 제1그라우트(G1)의 주입시 정착관(100) 내부를 밀봉하는 제2패커(540)가 구비된다.

제2패커(540)는 고무를 재질로 하면서 그라우트 주입관(500)에 결합된 상태에서 예컨대, 유압에 의해 팽창 수축되어 정착관(100) 내부를 밀봉하는 것이며, 바람직하게 두 개가 대략 1m 간격을 두고 설치된다. 이때, 그라우트 토출공(530)이 제1패커(200)들의 사이에 배치되도록 그라우트 주입관(500)이 삽입되어 제2패커(540)들의 사이와 이에 대응되는 제1패커(200)들의 사이에만 제1그라우트(G1)가 충진되는 것이다.

본 발명에 의하면, 제1패커(200)에 의해 굴착공(A) 내부를 다수의 공간으로 구획하고, 제2패커(540)에 의해 정착관(100) 내부를 1m 간격으로 구분한 후, 정착관(100)의 안쪽에서부터 바깥쪽으로 순차적으로 제1그라우트(G1)를 가압 주입함으로써 제1그라우트(G1)가 역류되지 않고 각 구간별로 견실하게 충진되어 정착관(100)의 인발을 막으면서 연약지반을 완벽하게 보강할 수 있다.

본 발명에 의한 그라우팅 장치에 의하면, 정착관(100)의 인발을 확인할 수 있도록 정착관(100)의 지표면측에는 압력표시기(800)(도 12d 참조)(압력표시기에 대해서는 후술하는 실시예 2에서 구체적으로 설명하기로 한다)가 더 채용될 수 있다.

본 실시예에 의한 그라우팅 방법은 다음과 같다.

1. 재료 준비.

터널 등의 토목 공사시 지반의 붕괴를 막기 위하여 터널의 공사 이전에 터널의 형태를 따라 정착관(100)을 그라우팅으로 설치하여 지반을 보강한다. 이와 같이 지반 보강을 위한 정착관(100) 등의 자재를 준비한다. 재료는 정착관(100)(정착관은 다수개가 연쇄적으로 연결되거나 하나일 수 있다), 제1패커(200), 밀크 주입관(400), 그라우트 주입관(500), 제2패커(540), 주입장치(미도시) 등을 준비한다. 여기서, 도 2에서와 같이, 정착관(100)의 둘레부에 제1패커(200)들을 일정 간격으로 결합하고, 그라우트 주입관(500)에 제2패커(540)를 결합하여 준비한다.

2. 굴착공 천공.

도 5a에서와 같이, 정착관(10)의 삽입을 위하여 터널의 형태를 따라 천공기 등의 장비를 이용하여 굴착공(A)을 천공한다. 굴착공(A)의 크기는 정착관(100)의 외경에 따라 달라진다.

3. 정착관(100) 삽입.

상기 (1) 공정에서 준비한 정착관(100) 조립체(정착관(100)과 제1패커(200)가 결합된 것을 말함)를 (2) 공정에서 천공한 굴착공(A)에 삽입하고, 제1그라우트 주입관(500)을 삽입한다.(도 5b참조)

4. 코킹

도 5c에서와 같이, 밀크 주입관(400)을 통해 제1패커(200)에 밀크(M)를 주입하여 굴착공(A)을 코킹한다. 밀크 주입관(400)에 밀크(M)를 주입하면 밀크(M)에 의해 제1패커(200)가 팽창되면서 굴착공(A)의 내벽면에 밀착되며, 이때, 제1패커 (200)가 팽창되면서 일부 밀크(M)가 제1패커(200)의 다공부를 통해 누출되어 굴착공(A)의 내벽면에 고착된다. 즉, 제1패커(200)의 팽창에 의해 제1패커(200)와 굴착공(A) 사이의 틈을 막는 동시에 이 틈에 밀크(M)가 굳게 되어 제1패커(200)에 의한 코킹력이 증대된다.

이와 같이 제1패커(200)들이 팽창되면 굴착공(A)(정착관(100)의 외부측)은 다수의 공간으로 구획된다. 이렇게 굴착공(A) 내부가 다수의 공간으로 구획되면 일부분에 절리가 존재할 경우 절리와 대응되는 영역의 제1그라우트(G1)만 절리를 통해 일부 누출되기 때문에 절리가 없는 영역은 제1그라우트(G1)가 견실하게 충진되어 공극이 발생되지 않는다.

5. 제1그라우트(G1) 주입

제1그라우트 주입관(500)을 정착관(100) 내부에 삽입하여 제1그라우트(G1)를 정착관(100) 내부 및 굴착공(A)에 주입하며, 본 발명에 의하면 아래와 같은 공정에 의해 제1그라우트(G1)를 굴착공(A)의 안쪽에서부터 바깥쪽으로 순차적으로 단계별로 주입한다.

5-1. 제1그라우트 주입관(500) 삽입

그라우트 토출공(530)이 가장 안쪽에 배치된 제1패커(200)들의 사이에 배치되도록 그라우트 주입관(500)을 정착관(100) 내부의 가장 안쪽에 삽입한다. 이때, 제2패커(540)는 수축된 상태(도면에는 수축된 상태를 도시하지 않음)이기 때문에 그라우트 주입관(500)의 삽입시 제2패커(540)는 정착관(100)에 의해 간섭되지 않는다.

5-2. 제2패커(540) 팽창

제2패커(540)들에 유압을 가하여 제2패커(540)들을 팽창시켜 제2패커(540)들 사이의 공간을 밀봉한다. 이때, 가장 앞쪽에 배치된 제2패커(540)의 안쪽과 정착관(100)사이의 공간도 밀폐된다.

5-3. 제1그라우트(G1) 주입

도 5d에서 보이는 것처럼, 그라우트 주입관(500)을 통해 제1그라우트(G1)를 주입하면, 제1그라우트(G1)가 토출공(110)을 통해 정착관(100) 내부를 경유하여 정착관(100) 외부로 토출되면서 굴착공(A)과 정착관(100)의 내부에 충진된다. 제1그라우트(G1)가 제1패커(200)들의 사이 및 제2패커(540)들의 사이에 충진되면 제1그라우트(G1)가 더 이상 충진되지 않으므로 제1그라우트(G1)의 주입을 완료한다.

5-4. 제2패커 이동

도 5e에서와 같이, 제1그라우트(G1)의 주입이 완료되면 제2패커(540)에 공급된 유압을 제거하여 제2패커(540)를 수축시킨 후 제1그라우트 주입관(500)과 함께 인발하여 그 다음 구간으로 후퇴시킨다. 이때, 제2패커(540)가 수축된 상태이며 제1그라우트(G1)에 약간의 물이 포함되어 제2패커(540)는 자연스럽게 인출될 수 있다.

상술한 (5-2) 공정에서부터 (5-4) 공정을 반복하면서 즉, 제1그라우트 주입관(500) 삽입 - 제2패커(540) 팽창 - 제1그라우트(G) 주입 - 제2패커(540) 이동 - 제2패커(540) 팽창 - 제1그라우트(G) 주입의 공정을 반복하면서 굴착공(A)의 입구부 1m까지 주입을 완료한다.

6. 그라우트 주입관(500) 인출.

도 5e의 상태에서 그라우트 주입관(500)을 정착관(100) 내부에서 인출한다(도 5f 참고).

그라우트의 충진시 굴착공(A)에는 절리가 존재할 수 있으며, 그라우트는 절리를 통해 굴착공(A) 외부로 누출되어 절리와 대응되는 부분은 그라우트의 충진율이 떨어짐으로써 공극이 발생될 수 있다. 이처럼, 그라우트재 내부에 공극이 발생되더라도 굴착공(A)이 다수의 제1패커(200)들에 의해 다수의 공간으로 구획되어 절리가 존재하지 않는 부분에 충진된 그라우트는 누출되지 않으며, 결과적으로 지반의 전반적인 보강이 가능하다.

< 실시예 2 >

본 실시예에 따른 그라우팅 장치는, 전술한 실시예 1에 앵커체(300)와 제2그라우트(G2)가 더 추가된 것을 특징으로 한다.

앵커체(300)와 제2그라우트(G2) 이외의 구성(정착관(100), 제1패커(200), 그라우트 주입관(500))은 전술한 실시예 1과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 하며, 본 실시예에 의해 신규한 구성을 위주로 설명한다.

도 6에서와 같이, 앵커체(300)는 피복(311)으로 덮힌 다수의 인장재(310)(도면에서는 4개로 도시되었지만, 인장재(10)의 수량은 이에 한정되지 않으며, 다수의 인장재(310)는 하나의 피복(311)으로 덮힘)와, 인장재(310)를 정착시키는 정착부(320)로 이루어진다.

도 6 내지 도 8에서처럼, 정착부(320)는 내부가 중공인 하우징(321), 하우징(321)의 내부에 삽입되며 인장재(310)들이 하우징(321)의 일측 개구부를 통해 인출되도록 인장재(310)가 관통 고정되는 웨지(322), 웨지(322)의 일측에 배치되며 인장재(310)의 단부가 각각 끼워 고정되는 인장재 고정링(323), 인장재 고정링(323)을 고정하며 하우징(321)의 타측 개구부를 폐쇄하는 캡(324) 및 캡(324)과 인장재 고정링(323)의 사이에 개재되는 코일스프링(325)을 포함하여 구성된다.

하우징(321)은, 관형으로 이루어지면서 일측 내주면에는 캡(324)이 나사 체결되는 나사부(321a)(도 7참조)가 형성되고, 그라우팅시 하우징(321)의 결속력을 증대시키기 위하여 그 외주면이 요철형상으로 구성될 수 있다.

웨지(322)는 대략 원통형 구조이면서 그 길이방향을 따라 다수의 인장재(310)가 관통되는 인장재 관통공(322a)이 구비되며, 인장재(310)들에 인장력이 작용되어도 인장재(310)와 함께 하우징(321)에서 빠지지 않도록 그 일측에 테이퍼부(322b)가 형성된다. 이에 따라, 하우징(321)의 내주면 일측(인장재(310)에 대한 인장방향측)에는 웨지(322)의 테이퍼부(322b)가 면접촉되도록 웨지(322)의 테이퍼부(322b)와 동일한 형상의 테이퍼부(321b)가 형성된다. 즉, 인장재(310)들에 인장력이 작용되어도 웨지(322)가 하우징(321)에 대해 쐐기형으로 결합되어 웨지(322)가 하우징(321)에서 빠지지 않게 된다.

인장재 고정링(323)은 인장재(310)들의 단부가 끼워져 고정되는 인장재 끼움공(323a)이 형성되는데, 인장재(310)들이 단순히 끼워지는 것에 그치지 않고 인장재(310)가 빠지지 않도록 도 9에서와 같이, 인장재 끼움공(323a)들의 간격(t1)은 웨지(3220)의 인장재 관통공(322a)들의 간격(t2)보다 좁게 형성된다. 즉, 인장재 끼움공(323a)과 인장재 관통공(322a)들은 서로 동일한 직경으로 이루어지지만, 인장재 끼움공(323a)들의 간격(t1)이 인장재 관통공(322a)들간의 간격(t2)보다 좁기 때문에 인장재 끼움공(323a)들이 중심측으로 모아지게 되어 결과적으로 인장재(310)들이 조여지게 되는 것이다.

캡(324)은, 하우징(321)에 결합되는 결합부(324a) 및 이 결합부(324a)의 일측에 확장 형성되는 헤드부(324b)로 이루어진다. 결합부(324a)의 둘레면에는 하우징(321)의 나사부(321a)에 나사 체결되는 나사부(324c)가 형성된다.

코일스프링(325)은 인장재 고정링(323)과 캡(324)의 사이에 개재되어 하우징(321)에 체결된 캡(324)을 지지기반으로 하여 인장재 고정링(323) 및 웨지(322)를 하우징(321)의 테이퍼부(321b)측으로 탄력 지지한다.

도 10과 도 11은 본 실시예에 의한 그라우팅 장치에 적용된 앵커체의 다른 예시도로, 앵커체(300)는, 다수의 인장재(310) 및 인장재(310)를 정착시키는 정착부(330)로 구성된다.

정착부(330)는, 인장재 관통공(331a)(인장재(310)의 수량에 상관없이 하나만 형성됨)이 관통되며 일측 외주면에 나사부(331b)가 형성된 관형의 하우징(331), 일측이 개구된 중공부를 가지며 개구부측 내주면에 하우징(331)의 나사부(331b)에 나사 체결되는 나사부(332a)가 형성된 캡(332), 일측 단부에서부터 타측 단부로 갈수록 모아지도록 형성되어 하우징(331)을 관통한 인장재(310)가 끼워 고정되는 인장재 고정공(333a)(인장재(310)가 각각 끼워지도록 인장재(310)의 수량과 동일한 수 량으로 형성됨)을 가지며 캡(332)의 내부에 삽입된 상태에서 캡(332)의 나사 체결에 의해 하우징(331) 측으로 조여지는 웨지(333)를 포함하여 구성된다.

하우징(331)의 타측(지표면측) 개구부에는 하우징(331)의 인장재 관통공(331a)을 막으면서 인장재(310)를 조이기 위한 예컨대 원통형 조임구(334)가 더 결합된다. 하우징(331)의 타측 개구부측 외주면에는 환형의 체결홈(331c)이 형성되고 조임구(334)의 내주면에는 체결홈(331c)에 끼워지는 체결돌기(334a)가 구비되어, 이 체결돌기(334a)가 체결홈(331c)에 끼워진 후 도면에 도시되지 않은 프레스 기구 등에 의해 조임구(334)가 하우징(331)을 조여 인장재(310)이 하우징(331)에 압착되도록 한다.

이러한 구조의 실시예 2에 의한 앵커체(300)에 의하면, 캡(332)의 외경이 하우징(331)의 외경보다 크기 때문에 자연스럽게 턱이 형성되어 정착관(100) 내부에 정착된 후 인장재(310)의 인장시 인장재(310)에 가해지는 인발력에 대한 버팀강성을 더 확보할 수 있다.

이러한 구조의 앵커체(300)는 정착관(100)의 내부에 제2그라우트(G2)에 의해 정착되는 것으로, 앵커체(300)의 정착은 하기에서 그라우팅 방법에서 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 그라우팅 장치에 의하면, 앵커체(300)의 인장재(310)에는 인장력이 작용하여 지반의 상태에 따라 정착관(100)이 인발될 수 있으며, 정착관(100)의 인발을 확인할 수 있도록 정착관(100)의 지표면측에는 압력표시기(800)(도 12d참조)가 더 채용될 수 있다. 도 12d에서 보이는 것처럼, 압력표시기(800)는 정 착관(100)과 지표면(지표면에 설치되어 인장기를 지지하는 빔(1)들 사이의 공간)의 사이에 설치되는 실린더(810), 실린더(810) 내부에 출몰 가능하게 장착되며 자유단부가 정착관(100)의 지표면측 단부에 지지되는 로드(820) 및 실린더(810) 내부의 압력을 표시하는 압력계(830)로 구성된다. 즉, 압력표시기(800)의 실린더(810)는 대략 중앙부 관통공을 갖는 통구조이면서 내부에는 유체(오일, 공기)가 충진/보충되며, 로드(820)는 일측이 실린더(810) 내부에 출몰 가능하게 장착되어 초기 실린더(810) 내부에서 일정 압력을 받아 정착관(100)을 지지하다가 정착관(100)이 인발될 경우 정착관(100)으로부터 가해지는 압력에 의해 실린더(810) 내부로 밀리며, 압력계(830)는 로드(820)의 출몰에 의한 실린더(810) 내부의 압력을 표시하여 준다.

본 발명에 의한 그라우팅 방법은 다음과 같다.

1. 재료 준비 - 2. 굴착공 천공 - 3. 정착관(100) 삽입 - 4. 코킹 - 5. 제1그라우트(G1) - 6. 그라우트 주입관(500) 인출까지의 공정은 전술한 실시예 1과 동일하므로 생략하기로 하며, 이하에서는 본 실시예 그라우팅 방법에 의해 추가된 부분을 구체적으로 설명한다.

7. 정착관(100) 내부 세척.

도 12a에서처럼, 에어 또는 물을 압력분사하는 세척관(600)을 정착관(100) 내부에 삽입한 후, 공압 또는 수압에 의해 정착관(100) 내부에 채워진 제1그라우트(G1)를 외부로 배출한다. 이때, 공압 또는 수압에 의해 정착관(100) 내부에 채워진 제1그라우트(G1)가 토출공(110)을 통해 나갈 수 있지만, 정착관(100) 외부와 굴착 공(A) 사이에는 이미 제1그라우트(G1)가 채워진 상태임과 아울러 공압 또는 수압의 세기가 정착관(100) 외부에 채워진 제1그라우트(G1)의 압력보다 약하기 때문에 정착관(100) 내부의 제1그라우트(G1)는 순조롭게 지중 외부로 배출된다.

8. 앵커체(300) 삽입.

도 12b의 공정에 의해 정착관(100) 내부가 빈공간이 되면, 이 빈공간에 앵커체(300)를 삽입한다(도 12b참조). 앵커체(300)는 전술한 두 가지 실시예에 따른 앵커체(300) 모두가 사용 가능하다.

9. 제2그라우트(G2) 주입.

도 12c에 도시된 바와 같이, 정착관(100) 내부의 제2그라우트 주입관(700)을 삽입한 후 제2그라우트(G2)를 주입하여 앵커체(300)를 정착한다.

10. 인장재(310) 인장.

도 12d에서 보이는 것처럼, 제2그라우트 주입관(700)을 빼낸 후, 압력표시기(800)를 설치하고, 인장재(310)를 인장기(미도시)로 인장한다.

인장재(310)의 인장시 정착관(100)이 정착되지 않고 인발될 수 있으며, 정착관(100)은 압력표시기(800)에 의해 압력이 셋팅된 상태이기 때문에 정착관(100)이 인발되면 압력표시기(800)의 로드(820)가 정착관(100)의 인발에 의해 밀리면서 실린더(810) 내부로 삽입되며, 로드(820)의 삽입에 의한 압력변화치는 압력계(830)를 통해 표시되어 작업자는 압력계(830)의 수치 변화를 통해 정착관(100)의 인발을 확인할 수 있다.

상술한 그라우팅 방법에 의해 시공된 그라우팅 장치에 의하면, 정착관(100) 이 제1그라우트(G1)를 통해 굴착공(A)에 정착되면서 이 정착관(100)이 앵커체(300)를 통해 정착되어 정착관(100)이 지중에 견고하게 설치되므로 지반의 붕괴를 막을 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 그라우팅 장치 및 방법에 의하면, 터널이나 지하 터파기등의 공사에 절리가 존재하거나 동공현상과 지반이 연약하더라도 굴착공 내부의 전영역에 주입된 그라우트재가 절리와 동공을 채워 누출되지 않고 패커에 의해 그라우트가 견실하게 충진되어 지반을 효과적으로 보강할 수 있다. 결과적으로 터널 굴착, 공사시 지반의 붕괴가 없어지므로 안전사고를 예방할 수 있고, 공사기간을 단축할 수 있다.

그리고, 정착관이 그라우트 및 앵커체를 통해 정착되어 정착력이 증대됨에 따라 지반의 붕괴를 막을 수 있는 등의 효과가 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 정착관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (16)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 굴착공(A) 내부에 삽입되며 도중에 역류방지밴드(120)에 의해 감긴 그라우트 토출공(110)이 구비되고 도중에 걸림턱(111)이 형성된 정착관(100)과;

   상기 정착관의 둘레부에 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 결합되며 내부에 밀크(M)가 충진되어 상기 굴착공에 밀착됨으로써 상기 굴착공을 다수의 공간으로 구획하면서 밀봉하는 다수의 제1패커(200)와;

   둘레부에 제2패커(540)가 결합된 제1그라우트 주입관(500)을 통해 상기 정착관과 상기 굴착공의 사이에 충진되는 제1그라우트(G1)와;

   상기 정착관의 지표면측 단부에 지지되어 상기 정착관의 인발을 감지 및 표시하는 압력표시기(800)를 포함하고,

   상기 압력표시기는, 상기 정착관과 지표면 사이에 설치되며 내부에 유체가 순환되는 실린더(810), 상기 실린더 내부에 외부 압력에 의해 출몰 가능하게 장착되며 자유단부가 상기 정착관의 지표면측 단부에 지지되는 로드(820) 및 상기 실린더 내부의 압력을 표시하는 압력계로 구성된 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1패커는, 면과 고무가 혼합되어 직조되면서 내피와 외피의 이중구조로 형성되고, 양측이 개구되어 상기 정착관의 둘레부에 덮히면서 그 양단부가 결속부재(210)를 통해 상기 정착관에 결속되며 그 내부에 주입되는 밀크(M)에 의해 팽창되어 상기 굴착공에 밀착될 수 있도록 팽창력이 있는 몸체(220) 및 상기 몸체의 양측에 각각 형성되어 도중에 상기 밀크 주입관이 관통되는 삽입부(230)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1패커들의 삽입부에 삽입되어 상기 다수의 제1패커들에 연결되며 상기 제1패커들의 내부와 대응되는 부분에 하나 이상의 밀크 주입공(410)이 더 포함되어, 상기 제1패커들의 내부에 밀크를 주입하는 하나의 밀크 주입관(400)을 통해 밀크가 주입되는 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제1패커의 전방에는 상기 제1패커의 손상방지를 위한 환형의 프로텍터(240)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 정착관의 내부에 주입된 상기 제1그라우트(G1)가 제거된 상태에서 상기 정착관 내부에 삽입되어 제2그라우트(G2)에 의해 정착되는 앵커체(300)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 앵커체는,

   다수의 인장재(310), 내부가 중공이면서 일측에 테이퍼부(321b)가 구비된 하우징(321), 상기 하우징의 내부에 삽입되며 그 일측에 상기 하우징의 테이퍼부에 결합되는 테이퍼부(322b)가 구비되고 다수의 인장재 관통공(322a)이 구비되어 상기 인장재가 수용되는 웨지(322), 상기 웨지의 타측에 배치되며 상기 다수의 인장재가 결합되는 인장재 끼움공(323a)이 구비된 인장재 고정링(323), 상기 하우징에 체결되어 상기 인장재 고정링을 지지하는 캡(324) 및 상기 인장재 고정링과 캡의 사이에 개재되어 상기 인장재 고정링을 탄력적으로 지지하는 탄성부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 인장재 고정링의 인장재 끼움공(323a)들의 간격(t1)은 상기 웨지의 인장재 관통공(322a)들의 간격(t2)보다 좁게 형성되어, 상기 인장재의 단부가 상기 인장재 고정링의 인장재 끼움공들에 각각 조여지면서 끼워지는 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 앵커체는,

    다수의 인장재(310), 상기 인장재 관통공(331a)가 형성되며 일측 외주면에 나사부(331b)가 형성된 관형의 하우징(331), 일측이 개구된 중공부를 가지며 상기 하우징의 나사부에 나사 체결되는 나사부(332a)가 형성된 캡(332)커플러, 일측 단부에서부터 타측 단부로 갈수록 모아지도록 형성되어 상기 하우징을 관통한 인장재가 끼워 고정되는 인장재 고정공(333a)를 가지며 상기 캡의 내부에 삽입된 상태에서 상기 캡의 나사 체결에 의해 상기 하우징 측으로 조여지는 웨지(333)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 하우징의 단부에 조여져 상기 인장재를 상기 하우징에 압착하는 조임구(334)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 그라우팅 장치.
13. 삭제
14. 굴착공(A)을 천공하는 단계와;

    둘레부에 일정 간격을 두고 다수의 제1패커(200)들이 장착된 정착관(100)을 상기 굴착공에 삽입하는 단계와;

    상기 정착관의 제1패커들을 팽창시킴으로써 상기 굴착공 내부 공간을 다수의 공간으로 구획하면서 밀봉하는 단계와; 그리고,

    둘레부에 제2패커(540)가 결합된 제1그라우트 주입관(500)을 상기 정착관의 내부에 삽입하여 상기 제2패커에 의해 상기 정착관 내부를 패킹한 상태에서 상기 제1그라우트 주입관을 통해 상기 정착관의 내부에서부터 외부로 제1그라우트(G)를 충진하는 단계를 포함하고,

    상기 그라우트 주입단계는 상기 제2패커를 수축한 상태에서 그라우트 토출공(530)이 상기 제1패커들의 사이에 배치되도록 상기 그라우트 주입관을 정착관의 안쪽에 삽입하는 단계, 상기 제2패커를 팽창시켜 상기 정착관 내부를 밀봉하는 단계, 상기 제2패커에 의해 밀봉된 상기 정착관의 내부와 상기 제1패커들의 사이에만 그라우트재 충진되도록 하는 주입단계, 상기 제2패커를 수축하는 수축단계, 상기 그라우트 주입관을 인발하여 그 다음의 제1패커들의 사이에 상기 그라우트 토출공이 배치되도록 이동하는 단계, 상기 제2패커를 팽창하여 상기 정착관 내부를 밀봉하는 단계 및 상기 제2패커에 의해 밀봉된 상기 정착관의 내부와 상기 제1패커들의 사이에만 그라우트재 충진되도록 하는 주입단계가 순환되는 것을 특징으로 하는 그라우팅 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 밀봉단계에서는 다수의 제1패커들을 정착관통하며 상기 제1패커들의 내부와 연통하는 다수의 밀크 주입공(410)이 구비된 하나의 밀크 주입관(400)을 삽입하여 상기 제1패커들을 팽창시키는 것을 특징으로 하는 그라우팅 방법.
16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 정착관 내부에 주입된 제1그라우트(G1)를 외부로 배출하는 단계와;

    상기 정착관의 내부에 인장재(310)와 정착부(320)를 갖는 앵커체(300)를 삽입하는 단계와;

    상기 앵커체 삽입단계 이후에 상기 정착관 내부에 제2그라우트(G2)를 충진하는 단계와; 그리고,

    상기 앵커체의 인장재를 인장시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그라우팅 방법.

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