KR100821648B1

KR100821648B1 - 관로의 무인 자동화 보수공법

Info

Publication number: KR100821648B1
Application number: KR1020070117430A
Authority: KR
Inventors: 이진용; 이광명; 이창승; 김원석
Original assignee: (주)동영이엔씨; 이창승; ㈜유성이엔티; 김원석
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2008-04-14
Also published as: KR100821648B9

Abstract

본 발명은 상, 하수 등 관로의 무인 자동화 보수공법에 관한 것으로서, 관로의 내부로 다기능 로봇을 투입하여 상기 관로의 내면을 세정하는 단계; 관로보수 전용수지인 바잘트 섬유로 만들어진 보수재(함침상태)를 준비하여 보수 패커에 보수재를 감은 후 상기 관로의 내부로 보수재가 감긴 보수 패커를 투입하는 단계; 상기 멀티 로봇을 이용하여 상기 보수 패커를 상기 관로의 파손부위로 이동시키는 단계; 상기 보수 패커에 공기를 주입하여 상기 보수 패커를 팽창시킴으로써 상기 보수재를 상기 관로의 내면에 밀착하여 경화시키는 단계; 및 상기 보수 패커 내의 공기를 방출하여 상기 보수 패커를 수축함으로써 상기 경화된 보수재로부터 상기 보수 패커를 분리하는 단계를 포함한다.

관로, 로봇, 자동화, 바잘트, 경화

Description

관로의 무인 자동화 보수공법{AUTOMATIC METHOD FOR REPAIRING A PIPE}

본 발명은 관로의 무인 자동화 보수공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지하에 매설되어 있는 상수도관, 하수도관 및 가스관 등의 관로에 파손이 발생한 경우 관로를 굴착하지 않고 파손된 부분만을 용이하게 보수할 수 있는 관로의 비굴착 보수공법에 관한 것이다.

일반적으로 상수도관, 하수도관 및 가스관 등의 관로는 기밀을 유지하면서 운반 목적물을 최종 목적지까지 이동시키는 기능을 수행한다. 이러한 관로는 통상 도로의 지중에 설치되는 관계로 차량통행에 따른 진동을 지속적으로 받으며, 이러한 진동 또는 관로의 노후화 등은 관로의 파손을 초래한다.

상기와 같은 관로의 파손은 누수를 발생시켜 토양오염을 가중시킬 뿐만 아니라 지하수질을 오염시킨다. 또한, 관로의 파손된 부분으로 토사 등의 이물질이 유입되면 관로의 기능은 상실하게 된다.

상기와 같이 관로의 파손이 발생하는 경우, 종래에는 파손된 관로를 굴착하 여 신관으로 교체하는 방법이 사용되었다. 그러나, 이와 같은 방법은 과도한 예산이 소요될 뿐만 아니라 굴착에 의한 교통체증을 유발하는 등 많은 문제점이 발생하였다. 국내에서도 국민소득이 증가하면서, 소득에 비례하여 상승하는 사회적인 비용의 특성상 최근에는 비굴착에 의한 관로의 보수공법이 채택되어 사용되고 있다.

그러나, 종래 관로의 비굴착 보수공법은 작업자가 직접 관로에 들어가 보수작업을 해야 하므로, 오폐수로 인한 악취 또는 보수재로부터 발생하는 유독성 가스 등으로 인하여 인명을 위해하는 등 치명적인 재해사고가 발생될 수 있는 위험에 노출되는 문제점이 있다.

또한, 종래 관로의 비굴착 보수공법은 보강재로서 유리섬유를 채택하였다. 그런데, 이러한 유리섬유는 많은 분진을 발생시켜 대기 및 수질오염을 일으키는 원인을 제공하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 관로의 파손부위를 보수함에 있어 관로의 내부로 직접 인력을 투입하지 않고 무인 자동화하여 산업 재해를 최소화할 수 있으며, 보수재로서 무공해소재를 사용하여 친환경적으로 관로의 파손 부위를 보수할 수 있는 관로의 무인 자동화 보수공법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 관로의 무인 자동화 보수공법은 관로의 내부로 멀티 로봇을 투입하여 상기 관로의 내면을 세정하는 단계; 상기 관로의 내부로 바잘트(Basalt) 섬유를 포함하는 보수재가 감긴 보수 패커를 투입하는 단계; 상기 멀티 로봇을 이용하여 상기 보수 패커를 상기 관로의 파손부위로 이동시키는 단계; 상기 보수 패커에 공기를 주입하여 상기 보수 패커를 팽창시킴으로써 상기 보수재를 상기 관로의 내면에 밀착하여 경화시키는 단계; 및 상기 보수 패커 내의 공기를 방출하여 상기 보수 패커를 수축함으로써 상기 경화된 보수재로부터 상기 보수 패커를 분리하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 보수재는 상기 바잘트(Basalt) 섬유가 함침되는 상온 경화용 수지를 포함하여 상온에서 경화될 수 있다.

또한, 상기 관로의 내면을 세정하는 단계는 상기 멀티 로봇의 선단부에 설치 되는 살수 장치에 의해 이루질 수 있다. 여기서, 상기 살수 장치는 높이 조절될 수 있는 회전하는 노즐을 포함할 수 있다.

또한, 상기 보수 패커를 투입하는 단계는 상기 보수 패커를 운송 장치에 실어 상기 관로의 내부로 투입하는 것으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 멀티 로봇은 상기 보수 패커와 상기 운송 장치를 동시에 견인하여 상기 관로의 파손 부위로 이동시킬 수 있다.

또한, 상기한 관로의 무인 자동화 보수공법은 상기 보수 패커를 팽창시키기 전, 상기 운송 장치를 상기 보수 패커로부터 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 운송 장치는 상기 보수 패커를 수용할 수 있는 공간을 구비하며 하부에 이동 바퀴를 구비하는 운반 본체 및 상기 운반 본체 내부에 소정 간격으로 배치되어 상기 보수 패커가 놓이는 컨베이어 롤러를 포함할 수 있다.

또한, 상기 보수 패커는 내부에 공기가 주입되어 팽창되는 외피 부재, 상기 외피 부재의 내측 양단에 각각 설치되는 지지체 및 상기 지지체를 관통하는 공기 주입구를 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 현무암에서 추출하는 천연 무기질 섬유인 바잘트 섬유를 보강재로 채택하여 대기 및 수질 오염원을 근원적으로 차단하고 공해 유발을 최소화할 수 있다. 또한, 바잘트 섬유는 흄관과 유사한 열팽창계수를 가지기 때문에 보수재의 들뜸 현상이 현저히 감소하게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 관로 내에 직접 인력을 투입하지 않고 완전 무인 자동화로 관로를 보수하여 작업 효율을 높이고, 산업 재해의 발생을 감소시킨다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상온 경화용 수지를 이용하여 보수재를 상온에서 경화함으로써 기존에 사용된 스팀 등 열경화를 위한 별도의 장치를 이용하지 않아도 될 뿐만 아니라 경화시간이 단축되는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 관로의 무인 자동화 보수 공법에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 관로의 무인 자동화 보수공법의 공정 순서를 나타낸 도면이고, 도 2는 살수 장치가 장착된 멀티 로봇의 개략적인 측면도이다.

도 1a를 참고하면, 먼저, 파손된 관로(10)의 보수 작업을 위해 상류측 관로(11)를 차단 부재(12)로 막고, 보수 차량(20)에 연결된 멀티 로봇(30)을 맨홀(13)을 통하여 관로(10)에 투입한다. 멀티 로봇(30)에 장착된 카메라(31)를 통하여 관로(10)의 파손 부위를 확인한 후, 관로(10)의 파손된 부위를 멀티 로봇(30)에 장착된 살수 장치(32)로 세정한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 멀티 로봇(30)은 그 선단부에 살수 장치(32)가 설치되며, 상기 살수 장치(32)는 보수 차량(20)에 설치된 용수 탱크에 연결되어 용수 를 공급받는 살수 배관(321) 및 상기 살수 배관(321)의 단부에 연결되어 용수를 분사하는 노즐(322)을 포함한다. 상기 노즐(322)은 회전할 수 있도록 장착되며, 그 높이도 하부에 설치된 높이 조절용 링크 부재(323)에 의해 변할 수 있다. 상기 링크 부재(323)의 작동에 의해 노즐(322)은 관로(10)의 중앙지점에 위치할 수 있으며, 이에 따라 노즐(322)은 관로(10)의 내부에 용수를 골고루 분사할 수 있다.

상기 멀티 로봇(30)의 선단부에는 살수 장치(32)뿐만 아니라, 작업 용도에 따라 필요한 다양한 종류의 장치가 착탈될 수 있다. 예를 들면, 상기 멀티 로봇(30)이 관로(10)의 세정작업을 하기 전, 관로(10)에 형성된 돌출물 또는 이물질 등을 제거하는 작업이 필요한 경우, 멀티 로봇(30)에는 살수 장치(32) 대신에 코어 드릴과 같은 커팅 장치가 장착될 수 있다.

도 1b를 참고하면, 관로(10)의 세정작업이 끝나면 멀티 로봇(30)을 지상으로 끌어올린 후 살수 장치(32)를 제거한 후, 보수재(41)가 감긴 보수 패커(40)와 멀티 로봇(30)을 맨홀(13)을 통하여 관로(10)의 내부에 순차적으로 투입한다. 이때, 작업자는 지상에서 보수재(41)를 보수 패커(40)의 둘레에 미리 감아 놓는다. 관로(10)에 안착된 보수 패커(40)와 멀티 로봇(30)은 결합되고, 멀티 로봇(30)은 상기 보수 패커(40)를 관로(10)의 파손 부위까지 이동시킨다.

한편, 상기 보수재(41)는 친환경적인 소재인 현무암에서 추출된 바잘트 섬유를 포함하여 분진 등의 발생을 억제하여 무공해 시공을 구현할 수 있도록 한다.

아래 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 보수재(41)의 재료인 바잘트 섬유를 대상으로 Ag, Cd, Cr³⁺, Cr⁶⁺, Cu, Pb, As, Hg의 8항목에 대한 용출시험을 한 결과를 나타낸 것이다.

분석항목	실험군(mg/L	각 국의 용출시험 기준
분석항목	실험군(mg/L	한국(mg/L)	일본(mg/L)	미국(mg/L)
Ag	×	-	-	6.0
Cd	×	0.3	0.3	1.0
Cr³ ⁺	0.005	-	-	5.0
Cr⁶ ⁺	0.002	1.5	1.5	-
Cu	0.052	1.0	-	-
Pb	×	3.0	0.3	5.0
As	×	1.5	0.3	5.0
Hg	×	0.005	0.005	0.2

(※ ×: 검출되지 않음)

상기 표 1을 참고하면, Ag, Cd, Pb, As, Hg는 용출되지 않았으며, Cr³⁺, Cr⁶⁺, Cu는 용출된 것을 확인할 수 있다.

그러나, 용출된 Cr³⁺, Cr⁶⁺, Cu 값들은 모두 한국, 일본, 미국의 용출기준치와 대비할 때, 각 기준치의 0.1%, 0.13%, 5.2%로 매우 작은 량의 검출 값이다. 실험군에서 0.052mg/L의 용출농도를 보인 Cu는 현재 우리나라에서 1.0mg/L로 규정되어 있으며, 미국 및 일본에서는 아직 규정조차 있지 않으며, 낮은 수치를 보여 주고 있다. 독성 무기오염물질인 Cr³⁺ 및 Cr⁶⁺같은 경우, 하천의 생태학적으로 볼 때도 미량의 무기 오염물질은 조류의 성장에 도움을 주므로, Cr³⁺ 및 Cr⁶⁺ 의 용출에 대한 위험도는 없다고 볼 수 있다.

또한, 기존 제품의 균열 및 들뜸의 원인으로 지목되고 있는 열팽창계수 특징을 알아보면, 흄관 재료인 콘크리트는 3.0-13.0ㅧ10^-5이고, 본 발명의 실시예에서 주요재료인 바잘트 섬유는 8.0ㅧ 10^-5으로서 서로 유사한 특징을 지니고 있기 때문에 외부 환경의 변화로 흄관에 열이 가해지면, 바잘트와 바잘트를 포함한 콘크리트 흄관이 유사하게 거동하여 보수재의 균열 및 들뜸 현상을 현저히 줄일 수 있다.

도 1c를 참고하면, 보수 패커(40)가 관로(10)의 파손 부위에 이동한 후에는 공기호스(42)를 통하여 보수 패커(40)에 압축 공기를 주입하여 보수 패커(40)를 팽창시킨다. 보수 패커(40)가 점진적으로 팽창함에 따라 보수재(41)는 관로(10)의 내면에 밀착된다. 상기 보수재(41)가 상기 관로(10)의 내면에 충분히 밀착되면, 공기의 주입은 중단된다. 이때, 멀티 로봇(30)은 보수 패커(40)로부터 분리되어 다른 관로의 파손 부위를 보수하는데 사용될 수 있다.

보수 패커(40)는 보수재(41)가 관로(10) 내면에 경화되어 부착될 때까지 압력을 그대로 유지한다. 여기서, 보수재(41)는 상온 경화용 수지에 바잘트 섬유가 함침되어 있는 형태로 이루어지므로, 보수재를 열경화시키기 위한 별도의 장치가 필요 없다.

도 1d를 참고하면, 보수재(41)가 경화되면 멀티 로봇(30)은 다시 보수 패커(40)와 결합되고, 보수 패커(40) 내의 공기는 공기호스(42)를 통하여 외부로 방출되어 보수 패커(40)는 수축된다. 수축된 보수 패커(40)는 멀티 로봇(30)에 의해 견인되어 보수재(41)와 분리되고, 최종적으로 멀티 로봇(30)과 보수 패커(40)는 케이블을 통하여 지상으로 끌어 올려진다.

지금까지는 관로의 파손부위가 40 cm 미만인 경우의 부분보수 방법에 대하여 설명하였으나, 이하에서는 관로의 파손부위가 그 이상인 경우의 구간 보수방법에 대하여 설명한다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 관로의 무인 자동화 보수공법의 공정 순서를 나타낸 도면이고, 도 4는 운송장치의 개략적인 사시도이며, 도 5는 보수 패커의 개략적인 단면도이다.

도 3a를 참고하면, 멀티 로봇(30)은 제1 보수 차량(21)에 매달려 제1 맨홀(14)을 통하여 관로(10)에 투입되어 안착되고, 보수재(45)가 감긴 보수 패커(43)는 운송 장치(50)에 실린 후 제2 보수 차량(22)에 매달려 제2 맨홀(15)을 통하여 관로(10)에 투입된다. 이때, 보수 패커(43)는 공기호스(44)를 통하여 제2 보수 차량(22)에 연결되고, 운송 장치(50)는 견인 케이블(51)을 통하여 제2 보수 차량(22)에 연결된다. 공기호스(44)와 견인 케이블(51)의 하강 속도는 서로 동일하게 유지되어 보수 패커(43)는 운송 장치(50)에 실린 상태를 그대로 유지하면서 하강하여 관로(10)에 안착된다.

운송 장치(50)는 도 4에 도시된 바와 같이, 대략 원통형으로 이루어진 운반 본체(52) 및 상기 운반 본체(52) 내측에 소정 간격으로 배치되는 복수 개의 컨베이어 롤러(53)를 포함한다. 상기 운반 본체(52)의 하부에는 이동 바퀴(54)가 설치된다. 보수재가 감긴 보수 패커(43)는 운반 본체(52)의 내측에 설치된 컨베이어 롤러(53) 위에 배치된다. 관로의 파손 부분이 40 cm이상이 되어 보수 패커(43)의 길이가 긴 경우 복수 개의 운송 장치(50)가 서로 연결되어 사용될 수 있다.

상기와 같은 운송 장치(50)는 보수 패커(43)의 관로(10)내 이동시 보수재의 손실을 최소화한다.

도 3b를 참고하면, 관로(10)에 투입된 멀티 로봇(30)은 보수 패커(43)가 실린 운송 장치(50) 측으로 이동하여 보수 패커(43) 및 운송 장치(50)와 결합한 후 보수 패커(43) 및 운송 장치(50)를 관로(10)의 파손된 부위까지 견인한다. 멀티 로봇(30)과 운송 장치(50)도 전자석에 의해 결합될 수 있다.

도 3c를 참고하면, 보수 패커(43) 및 운송 장치(50)가 소정의 위치에 도달하면, 멀티 로봇(30)과 운송 장치(50) 간의 결합은 해제되고, 견인 케이블(51)이 끌어당겨 지면서 운송 장치(50)는 제2 보수 차량(22) 측으로 이동한다. 이때, 보수 패커(43)는 운송 장치(50)의 컨베이어 롤러(53)에 의해 원래의 위치를 그대로 유지하면서 관로(10)에 놓여진다.

도 3d를 참고하면, 운송 장치(50)가 제거되고 난 후, 공기호스(44)를 통하여 보수 패커(43) 내로 압축 공기가 주입되어 보수 패커(43)가 팽창되며, 보수 패커(43)의 팽창에 의해 보수재는 관로(10)의 내면에 밀착되어 경화된다. 보수재가 경화되는 과정에서 멀티 로봇(30)은 보수 패커(43)와 분리되어 다른 관로의 보수 작업에 투입될 수 있다. 보수재가 경화되면, 보수 패커(43) 내의 압축 공기는 공기 호스(44)를 통하여 외부로 배출되고, 이에 따라 보수 패커(43)는 수축된다. 수축된 보수 패커(43)는 공기 호스(44)에 견인되어 제2 보수 차량(22) 측으로 복귀된다.

보수 패커(43)는 도 5에 도시된 바와 같이, 비닐로 이루어진 가변성 외피 부재(431) 및 상기 외피 부재(431)의 내측 양단에 설치되는 한 쌍의 고무로 이루어진 지지체(432)를 포함한다. 지지체(432)에는 공기 주입구(433)가 관통하여 설치된다. 공기 주입구(433)로 압축 공기가 주입되면, 외피 부재(431)는 팽창하는데, 이때 지지체(432)는 압축 공기에 의해 외피 부재(431)의 양단부가 터지지 않도록 보호하는 기능을 한다. 공기 주입구(433)가 외피 부재(431)의 양단에 2개 형성되어 있으므로 공기는 양쪽 어느 쪽으로도 주입될 수 있으며, 공기 주입구(433)의 관경은 작업 환경에 따라 변경될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 관로의 무인 자동화 보수공법의 공정 순서를 나타낸 도면이다.

도 2는 살수 장치가 장착된 멀티 로봇의 개략적인 측면도이다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 관로의 무인 자동화 보수공법의 공정 순서를 나타낸 도면이다.

도 4는 운송 장치의 개략적인 사시도이다.

도 5는 보수 패커의 개략적인 단면도이다.

Claims

관로의 내부로 멀티 로봇을 투입하여 상기 관로의 내면을 세정하는 단계;

상기 관로의 내부로 바잘트(Basalt) 섬유를 포함하는 보수재가 감긴 보수 패커를 투입하는 단계;

상기 멀티 로봇을 이용하여 상기 보수 패커를 상기 관로의 파손부위로 이동시키는 단계;

상기 보수 패커에 공기를 주입하여 상기 보수 패커를 팽창시킴으로써 상기 보수재를 상기 관로의 내면에 밀착하여 경화시키는 단계; 및

상기 보수 패커 내의 공기를 방출하여 상기 보수 패커를 수축함으로써 상기 경화된 보수재로부터 상기 보수 패커를 분리하는 단계를 포함하며;

상기 관로의 내면을 세정하는 단계는 상기 멀티 로봇의 선단부에 설치되는 살수 장치에 의해 이루어지고,

상기 살수 장치는 높이 조절될 수 있는 회전하는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 관로의 무인 자동화 보수공법.
제1항에 있어서,

상기 보수재는 상기 바잘트(Basalt) 섬유가 함침되는 상온 경화용 수지를 포함하여 상온에서 경화되는 것을 특징으로 하는 관로의 무인 자동화 보수공법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 보수 패커를 투입하는 단계는 상기 보수 패커를 운송 장치에 실어 상기 관로의 내부로 투입하는 것을 특징으로 하는 관로의 무인 자동화 보수공법.
제4항에 있어서,

상기 멀티 로봇은 상기 보수 패커와 상기 운송 장치를 동시에 견인하여 관로의 파손 부위로 이동시키는 것을 특징으로 하는 관로의 무인 자동화 보수공법.
제5항에 있어서,

상기 보수 패커를 팽창시키기 전, 상기 운송 장치를 상기 보수 패커로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관로의 무인 자동화 보수공법.
제5항에 있어서,

상기 운송 장치는 상기 보수 패커를 수용할 수 있는 공간을 구비하며 하부에 이동 바퀴를 구비하는 운반 본체 및 상기 운반 본체 내부에 소정 간격으로 배치되어 상기 보수 패커가 놓이는 컨베이어 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 관로의 무인 자동화 보수공법.
제1항에 있어서,

상기 보수 패커는 내부에 공기가 주입되어 팽창되는 외피 부재, 상기 외피 부재의 내측 양단에 각각 설치되는 지지체 및 상기 지지체를 관통하는 공기 주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 관로의 무인 자동화 보수공법.