KR100927038B1 - 기능별 주입관을 이용한 강관 그라우팅 공법 - Google Patents

Abstract

패커가 패커충진용 주입관과 지반보강용 주입관에 연결 설치된 지반보강재를 강관에 삽입한 후 패커충진용 주입관에 그라우트를 주입하여 패커를 팽창시킨 다음 지반보강용 주입관에 그라우트를 주입하여 지반을 보강하는 공법으로, 패커충진용 주입관과 지반보강용 주입관으로 구성된 기능별 주입관을 이용하여 지반을 균일하게 보강할 수 있는 기능별 주입관을 이용한 강관 그라우팅 공법이 개시된다.

주입관, 패커, 그라우팅, 터널, 팽창

Description

기능별 주입관을 이용한 강관 그라우팅 공법{PIPE GROUTING METHOD USING UFUNCTIONAL INJECTION PIPES}

본 발명은 기능별 주입관을 이용한 강관 그라우팅 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패커가 패커충진용 주입관과 지반보강용 주입관에 연결 설치된 지반보강재를 강관에 삽입한 후 패커충진용 주입관에 그라우트를 주입하여 패커를 팽창시킨 다음 지반보강용 주입관에 그라우트를 주입하여 지반을 보강하는 공법으로, 패커충진용 주입관과 지반보강용 주입관으로 구성된 기능별 주입관을 이용하여 지반을 균일하게 보강할 수 있는 기능별 주입관을 이용한 강관 그라우팅 공법에 관한 것이다.

최근 도로와 철도의 신설시 물류와 인원수송의 신속성과 대량수송의 필요성에 따라 노선의 선정이 매우 중요시되고 교통량 및 물동량의 운송에 따른 노선의 선정, 공사비 등 사용목적과 편의성등을 중시하여 터널구간이 증가하게 되었다. 이와 같이 터널구간이 증가함에 따라 대단면터널 및 장대터널의 시공이 점차로 늘어 나게 되어 연약지반의 터널통과 구간과 저토피터널의 시공구간도 점차로 증가하고 있다. 이러한 현실에서 연약하고 취약한 구간의 지질에 대응하여 막장의 안정성을 도모하기 위한 공법 및 터널보조공법의 적용이 무엇보다도 중요하다고 판단된다.

상기와 같은 터널보조공법의 일례로, 국내특허 제643508호에서는 도1에 도시된 바와 같이 천공된 지반에 삽입 설치되어 그라우트재를 주입 고결시킴으로써 지반을 보강하는데 적용되는 주입관으로서, 길이방향으로 길게 형성되며 복수개의 주입분사구가 형성되는 주입본관(10); 상기 주입본관 내부에 삽입되는 서로 길이가 다른 복수개의 주입호스(30); 및 상기 주입본관 내부를 분할 구획하도록 주입본관 내부에 삽입 설치되며, 상기 복수개의 주입호스의 길이에 따라 각각의 주입호스를 분할 구획된 주입본관 내부에 각각 위치시키는 패커(40)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그라우트재의 동시 다단 주입관을 통한 터널보조공법을 소개하고 있다.

상기와 같은 공법은 복수개의 주입호스에 각각 그라우트재를 주입하면 그라우트재는 패커에 의해 구획된 주입본관의 구획영역을 충진한 후 주입본관의 주입분사구를 통해 주입본관 외부로 분출된 후 지반으로 침투하여 지반을 보강하게 된다.

하지만, 상기 공법은 주입본관의 구획영역만큼의 주입호스를 주입본관에 삽입해야 하며 주입호스에 각각의 주입펌프를 설치해야 하기 때문에, 구성이 복잡하 여 보강비용이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 강관 내의 분할영역과는 무관하게 두개의 주입관과 하나의 펌프만으로 지반을 보강할 수 있으며, 패커를 팽창시킨 다음 지반보강용 그라우트재를 주입함으로써 지반을 균일하게 보강할 수 있는 기능별 주입관을 이용한 강관 그라우팅 공법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 지반에 천공홀을 형성하는 단계와; 막힌 상태에서 내부압력이 상승하면 개구되는 분출공이 외주면에 일정간격 형성되고 끝단이 밀폐된 강관을 상기 천공홀에 삽입하는 단계와; 외주면에 일정간격으로 제1배출공이 형성되며 끝단이 밀폐된 패커충진용 주입관과 외주면에 일정간격으로 제2배출공이 형성되며 끝단이 밀폐된 지반보강용 주입관을 나란히 병렬시킨 후 상기 제1배출공이 패커 내부에 배치되고 상기 제2배출공이 패커 외부에 배치되도록 패커를 상기 패커 충진용 주입관과 지반보강용 주입관에 연결 설치한 지반보강재를 상기 강관에 삽입하는 단계와; 상기 천공홀 입구를 코킹하는 단계와; 패커충진용 펌프를 통해 패커충진용 주입관에 그라우트재를 주입하여 주입된 그라우트재가 패커충진용 주입관의 제1배출공으로 배출되어 패커를 팽창시킴으로써 팽창된 패커가 강관 내부를 다수의 영역으로 분할하는 단계와; 상기 패커충진용 주입관에서 패커충진용 펌프를 제거한 후 패커충진용 주입관의 입구를 밸브로 밀폐하는 단계와; 지반보강용 펌프를 통해 지반보강용 주입관에 그라우트재를 주입하여 주입된 그라우트재가 지반보강용 주입관의 제2배출공으로 배출되어 강관의 분할영역을 각각 충진하고 충진압력에 의해 강관의 분출공이 개구되면 분출공으로 분출되어 지반을 보강하도록 하는 단계와; 상기 지반보강용 주입관에서 지반보강용 펌프를 제거한 후 지반보강용 주입관의 입구를 밸브로 밀폐하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능별 주입관을 이용한 강관 그라우팅 공법을 제공함으로써 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 기능별 주입관을 이용한 강관 그라우팅 공법에 따르면, 강관 내의 분할영역과는 무관하게 두개의 주입관과 하나의 펌프만으로 지반을 보강할 수 있기 때문에 지반을 용이하게 보강할 수 있으며, 패커를 팽창시킨 다음 지반보강용 그라우트재를 주입함으로써 지반을 균일하게 보강할 수 있다는 잇점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 기능별 주입관을 이용한 강관 그라우팅 공법을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따르면, 먼저 보강하고자 하는 터널지반에 대해 도2에 도시된 바와 같이 다수개의 천공홀(H)을 형성한다.

상기 천공홀(H)이 천공된 다음에는 도3에 도시된 바와 같이 상기 천공홀에 강관(110)을 삽입한다. 상기 강관(110)은 끝단이 밀폐된 중공의 봉형상으로, 막힌 상태에서 내부압력이 상승하면 개구되는 분출공(111)이 외주면에 일정간격 형성된다.

좀 더 구체적으로, 상기 강관(110)의 외주면에는 분출공(111)이 일정간격 형성되어 있는 데, 상기 분출공에는 도시된 바와 같이 차단용 패드(112)의 양단이 고정밴드(113)에 의해 고정되어 있다. 따라서, 상기 강관(110) 내부의 압력이 그라우트재의 충진에 의해 소정이상으로 상승하면 상승압력에 의해 차단용 패드(112)가 파열되어 밀폐된 분출공(111)이 개구되거나 고정밴드(113)와 강관 외면 사이가 벌어지는 방식으로 분출공(111)이 개구될 수 있다. 또한, 도시하지는 않았지만 상기 분출공에 밸브를 설치하여 강관 내부의 압력이 소정이상으로 상승하면 상승압력에 의해 밸브가 이탈되게 할 수 있을 것이다.

한편, 상기와 같이 천공홀(H)에 강관(110)을 삽입한 다음에는, 도4에 도시된 바와 같이 상기 강관에 지반보강재를 삽입 설치한다.

상기 지반보강재는 바람직하게, 외주면에 일정간격으로 제1배출공(121)이 형성되며 끝단이 밀폐된 패커충진용 주입관(120)과 외주면에 일정간격으로 제2배출 공(131)이 형성되며 끝단이 밀폐된 지반보강용 주입관(130)을 나란히 병렬시킨 후 상기 제1배출공(121)이 패커 내부에 배치되고 상기 제2배출공(131)이 패커 외부에 배치되도록 패커(140)를 상기 패커 충진용 주입관(120)과 지반보강용 주입관(130)에 연결 설치한 것이다.

이에 따르면 본 발명에 따른 지반보강재는 두개의 주입관(120, 130)이 기능별로 구별되어 있는 점이 특징이다. 즉, 하나의 주입관은 패커충진용 주입관(120)으로 외주면에 일정간격으로 제1배출공(121)이 형성되며 끝단이 밀폐되어 있으며, 다른 주입관은 지반보강용 주입관(130)으로 외주면에 일정간격으로 제2배출공(131)이 형성되며 끝단이 밀폐되어 있다. 상기와 같은 두개의 주입관을 나란히 병렬시킨 후 패커(140)를 패커충진용 주입관(120)과 지반보강용 주입관(130)에 연결설치하는 데, 이 때 패커충진용 주입관의 제1배출공(121)은 패커 내부에 배치되고 상기 지반보강용 주입관의 제2배출공(131)은 패커 외부에 배치되도록 패커를 설치하게 된다.

여기서, 상기 패커(140)는 다양한 방식으로 설치될 수 있는 데, 일례로 패커충진용 주입관(120)과 지반보강용 주입관(130)이 삽입될 수 있는 관통공이 형성된 한 쌍의 패커판(141)을 주입관(120, 130)에 짝으로 인접하게 삽입한 다음 패킹패드(142)를 상기 한 쌍의 패커판(141) 외주면에 연결되게 부착시킨 다음 고정밴드(143)를 통해 상기 패킹패드(143)를 고정시켜 형성될 수 있다.

이와 같이 지반보강재를 강관(110)내로 삽입시킨 다음에는, 도5에 도시된 바와 같이 코킹재(150)를 통해 천공홀 입구를 코킹한다.

그리고 나서, 도6에 도시된 바와 같이 패커충진용 주입관(120)에 패커충진용 펌프(160)를 장착한 다음 패커충진용 주입관(120)에 그라우트재를 가압 주입한다. 그러면, 주입된 그라우트재가 패커충진용 주입관(120)으로 주입된 후 패커충진용 주입관에 형성된 제1배출공(121)으로 배출된 다음 패커(140) 내부로 유입되는 데, 유입된 그라이트재에 의해 각각의 패커(140)가 팽창하여 강관(110) 내부를 영역별로 패킹함으로써, 강관 내부가 다수의 영역으로 분할된다.

이 후에는 도7에 도시된 바와 같이 상기 패커충진용 주입관에서 패커충진용 펌프(160)를 제거한 후 패커충진용 주입관의 입구를 밸브(122)로 밀폐하여, 패커내의 그라우트 압력을 일정하게 유지시킨다.

이와 같이 강관 내부가 패커에 의해 다수의 영역으로 분할된 다음에는 도8에 도시된 바와 같이 지반보강용 펌프(170)를 지반보강용 주입관(130)에 장착한 다음 지반보강용 주입관에 그라우트재를 가압 주입한다. 그러면, 주입된 그라우트재가 지반보강용 주입관으로 주입된 후 제2배출공(131)으로 배출된 다음 강관내에서 패커의 의해 분할된 영역을 각각 충진하게 된다. 그리고, 상기 충진압력이 소정이상의 압력으로 상승하면 강관에 형성된 분출공(111)이 개구되면서, 도9에 도시된 바 와 같이 그라우트재가 상기 분출공을 통해 강관 외부로 분출되어 터널 지반으로 침투하면서 터널 지반을 보강시키게 된다.

여기서, 상기 지반보강용 펌프(170)는 패커충진용 주입관에 장착된 후 제거된 패커충진용 펌프(160)를 그대로 사용하면 되므로, 본 발명에서는 하나의 펌프만으로 지반을 보강할 수 있다는 잇점이 있다.

이후에는, 상기 지반보강용 주입관에서 지반보강용 펌프를 제거한 후 지반보강용 주입관의 입구를 밸브(132)로 밀폐함으로써 본 발명에 따른 공법이 완료되게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 강관 내의 분할영역이 아무리 많더라도 분할영역과 무관하게 주입관의 기능을 패커 주입용과 지반보강용으로 차별시킴으로써 두개의 주입관과 하나의 펌프만으로 지반을 보강할 수 있기에 구성이 간단해져서 터널지반을 용이하게 보강할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 패커충진용 주입관을 통해 패커를 팽창시켜 강관내부를 다수의 영역을 분할시킨 다음 지반보강용 주입관을 통해 주입된 그라우트가 분출공으로 분출되므로, 각각의 분출공으로 분출되는 그라우트압력이 균일하여 터널지반을 균등하게 보강할 수 있는 잇점이 있다. 즉, 본 발명에서 두개의 주입관을 서로 연결시키지 않고 각각 끝단을 밀폐하여 독립적으로 형성한 이유는, 만약 두개의 주입관을 연결시킨 경우에는 주입관의 연통되어 있기 때문에 주입된 그라우트가 제1배출공과 제2배출공으로 구별없이 배출되어서 패커의 작용이 원할하게 담보될 수 없다. 따라서, 이 경우 각각의 분출공의 분출압력이 상이하게 되어 지반을 불균일하게 보강할 수 있으나, 본 발명에서는 2개의 주입관의 기능을 분리함으로써 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 것이다.

도1은 종래의 터널보강공법의 일례를 도시한 도면이며,

도2 내지 도9는 본 발명에 따른 기능별 주입관을 이용한 강관 그라우팅 공법을 각 단계별로 도시한 도면이다.

Claims (2)

1. 지반에 천공홀을 형성하는 단계와;

   막힌 상태에서 내부압력이 상승하면 개구되는 분출공이 외주면에 일정간격 형성되고 끝단이 밀폐된 강관을 상기 천공홀에 삽입하는 단계와;

   외주면에 일정간격으로 제1배출공이 형성되며 끝단이 밀폐된 패커충진용 주입관과 외주면에 일정간격으로 제2배출공이 형성되며 끝단이 밀폐된 지반보강용 주입관을 나란히 병렬시킨 후 상기 제1배출공이 패커 내부에 배치되고 상기 제2배출공이 패커 외부에 배치되도록 패커를 상기 패커 충진용 주입관과 지반보강용 주입관에 연결 설치한 지반보강재를 상기 강관에 삽입하는 단계와;

   상기 천공홀 입구를 코킹하는 단계와;

   패커충진용 펌프를 통해 패커충진용 주입관에 그라우트재를 주입하여 주입된 그라우트재가 패커충진용 주입관의 제1배출공으로 배출되어 패커를 팽창시킴으로써 팽창된 패커가 강관 내부를 다수의 영역으로 분할하는 단계와;

   상기 패커충진용 주입관에서 패커충진용 펌프를 제거한 후 패커충진용 주입관의 입구를 밸브로 밀폐하는 단계와;

   지반보강용 펌프를 통해 지반보강용 주입관에 그라우트재를 주입하여 주입된 그라우트재가 지반보강용 주입관의 제2배출공으로 배출되어 강관의 분할영역을 각각 충진하고 충진압력에 의해 강관의 분출공이 개구되면 분출공으로 분출되어 지반을 보강하도록 하는 단계와;

   상기 지반보강용 주입관에서 지반보강용 펌프를 제거한 후 지반보강용 주입관의 입구를 밸브로 밀폐하는 단계를 포함하되,

   상기 강관의 분출공에는 차단용 패드가 상기 분출공을 밀폐하고 상기 패드의 양단이 고정밴드에 의해 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 기능별 주입관을 이용한 강관 그라우팅 공법.
2. 삭제

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