KR100937932B1 - 지하연속벽 시공을 위한 가이드장치와 이를 이용한 암반굴착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가이드장치를 설치하고, 그 내부에 암반굴착비트를 배치함으로써, 암반굴착비트가 수직도를 유지할 수 있고, 암반층 상의 타격 위치를 조절할 수 있어 불필요한 타격과 그에 따른 소음 및 진동을 줄일 수 있는 지하연속벽 시공을 위한 가이드장치와 이를 이용한 암반 굴착방법에 관한 것이다.

본 발명의 가이드장치는 가이드판과 강관을 포함하여 구성되며, 상기 가이드판에는 하나 이상의 삽입공이 형성되어 있고, 상기 가이드판은 두 개 이상 수직으로 나란하게 이격되어 배치되며, 상기 가이드판에서 서로 대응하는 위치에 형성된 각 삽입공에 중공의 관 형상을 갖는 상기 강관이 삽입되어 고정됨으로써, 상기 강관이 상기 가이드판에 설치되고, 상기 강관 내부에 암반굴착비트가 삽입되어 암반층이 타격되도록 하는 것을 특징으로 한다.

가이드장치, 굴착장비, 암반굴착비트, 가이드판

Description

지하연속벽 시공을 위한 가이드장치와 이를 이용한 암반 굴착방법 {Guide Device for Construction of Slurry Wall and Excavation Method Using the Same}

본 발명은 지하연속벽 시공을 위한 가이드장치와 이를 이용한 암반 굴착방법에 관한 것으로, 구체적으로 가이드장치를 설치하고, 그 내부에 암반굴착비트를 배치함으로써, 암반굴착비트가 수직도를 유지할 수 있고, 암반층 상의 타격 위치를 조절할 수 있어 불필요한 타격과 그에 따른 소음 및 진동을 줄일 수 있는 지하연속벽 시공을 위한 가이드장치와 이를 이용한 암반 굴착방법에 관한 것이다.

일반적으로 터파기공사에서 굴착깊이가 깊어짐에 따른 토압의 증가는 붕괴의 위험을 높이고, 인접건물의 균열, 침하 등으로 분쟁의 원인이 되기도 한다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여 지하연속벽(Diaphragm Wall, Slurry Wall)공법이 개발되었는데, 먼저 굴착하고자 하는 선을 따라 안내벽(Guide Wall)을 설치한 후, 굴착면의 붕괴를 막기 위하여 굴착공벽 내부에 안정액인 벤토나이트(Bentonite) 용액을 주입한다. 요구되는 깊이까지 굴착이 끝나면 철근망을 근입하여 설치하고 콘크리트를 타설하여 지하옹벽을 완성시킨 후 이와 같은 작업을 반복하여 소요길이 만큼 지하연속벽을 설치한다.

위와 같은 시공 과정에서, 굴착구간의 지반특성에 따라 굴착장비 및 굴진속도 등이 결정되는데, 종래의 지반굴착에 있어서는 토사층 아래에 존재하는 암반층을 굴착하기 위하여 토사층에 형성된 굴착공 내에 암반굴착비트를 자유낙하 시켜 암반층을 타격한 후, 타격에 의해 파쇄된 암반층을 굴착장비를 이용하여 굴착하였다.

그러나, 이와 같이, 암반굴착비트를 자유낙하 시켜 암반층을 타격하는 경우, 타격 과정에서 소음과 진동이 발생하게 되고, 도심지 공사의 경우 이러한 소음 및 진동으로 인하여 주변 구조물의 피해와 민원이 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 굴착공 내의 임의의 위치에 암반굴착비트가 낙하할 경우, 굴착장비의 비트에 대응하는 위치가 아닌 곳의 암반이 파쇄되어, 굴착장비를 이용한 암반층의 굴착 작업의 효율성을 높일 수 없었다.

한편, 소음 및 진동을 감소시키기 위하여 자유낙하 방식의 암반굴착비트가 아닌, 유압식이나 공압식 암반굴착비트를 사용하는 경우에도, 암반의 절리와 불연속면 등에 의하여 암반굴착비트가 정확한 굴진경로를 이탈하는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같이 종래 기술이 가지는 한계 및 문제점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 지하연속벽 시공을 위해 암반층을 굴착함에 있어서, 굴착장비로 암반층을 굴착하기 전에 굴착장비의 비트에 대응하는 위치의 암반층의 복수 지점을 암반굴착비트를 이용하여 미리 집중적으로 파쇄한 후 굴착함으로써 굴착 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가이드장치를 통해 암반굴착비트를 안내하여 수직도를 유지하면서 암반층을 파쇄하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 가이드판과 중공의 관형상을 갖는 복수의 강관을 포함하여 지하연속벽용 양측 안내벽 사이에 삽입 설치되며, 상기 가이드판에는 복수의 삽입공이 형성되어 있고, 상기 가이드판은 지하연속벽 구간을 따라 설치되는 양측의 안내벽에 접하는 형태로 이루어짐과 함께 두 개 이상이 상하방향으로 이격되어 평행하게 배치되며, 상하방향으로 이격되어 배치된 복수의 가이드판의 서로 대응하는 위치에 상하방향으로 정렬된 일련의 삽입공마다 상기 강관이 삽입고정되어 일체화되며, 상기 복수의 강관에 의해 암반굴착비트가 안내되고 삽입되어 토사층 아래에 존재하는 암반층의 복수의 지점을 집중적으로 타격하여 파쇄하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 가이드장치를 제공한다.

또한, 상기 강관의 외주면에는 날개판이 돌출 형성되어 있어, 상기 날개판과 가이드판을 연결하여 고정시킴으로써, 상기 강관을 상기 가이드판에 설치하는 것을 특징으로 하는 가이드장치를 제공한다.

또한, 상기 강관의 내부에는 상기 강관의 내경보다 작은 외경을 갖는 중공관이 상하로 움직임이 자유롭게 배치되고, 상기 중공관은 자중 또는 타격에 의해 내려가 암반층 상면에 접하거나 암반층 내에 하단의 일부가 매립되며, 상기 중공관 내부로 암반굴착비트가 안내되고 삽입되어 암반층의 복수의 지점을 집중적으로 타격하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는, 지하연속벽 구간을 따라 양측에 안내벽을 설치하면서 굴착장비로 굴착공 내부의 토사를 암반층 상부면까지 굴착하고; 상기 굴착장비를 제거한 후, 상술한 가이드 장치를 양측 안내벽 사이의 굴착공 내부에 설치하고; 상기 가이드장치의 복수의 강관 또는 중공관 내에 암반굴착비트를 진입시켜 강관이 위치하는 암반층의 복수의 지점을 타격하여 파쇄하며; 암반굴착비트에 의한 암반층의 복수 지점에 대한 파쇄가 완료되면, 암반굴착비트와 가이드장치를 제거하고, 상기 굴착공 내부에 다시 굴착장비를 배치하여, 암반굴착비트에 의해 파쇄된 암반층을 굴착함으로써, 토사층과 암반층에 연속적으로 지하연속벽 시공용 굴착공을 형성하는 암반 굴착방법을 제공한다.

이외에도, 본 발명에서는 상기 강관 내부에는 상기 강관의 내경보다 작은 외경을 갖는 중공관을 배치하고, 상기 중공관을 타격하여 상기 암반층에 접하게 하거나 상기 암반층에 상기 중공관 하단의 일부가 매립되도록 하며, 상기 중공관 내부로 암반굴착비트를 삽입하여 암반층을 타격하도록 하는 것을 특징으로 하는 암반 굴착방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 굴착장비의 비트에 대응하는 위치의 암반의 복수 지점을 가이드장치의 안내를 받아 암반굴착비트로 미리 집중적으로 파쇄할 수 있어, 굴착장비로 지하연속벽 시공을 위한 굴착공을 굴착할 때의 굴착 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 암반굴착비트를 수직하게 작동시켜, 수직도를 유지하면서 암반층을 파쇄할 수 있다.

이하 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예들을 살펴봄으로써 본 발명의 구성에 대하여 설명한다.

도 1a에는 본 발명의 지하연속벽 굴착을 위한 가이드장치(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 1b에는 도 1a에 도시된 가이드장치(1)의 또 다른 실시예를 보여주는 일부 사시도가 도시되어 있다. 본 발명의 가이드장치(1)는 암반 타격용 암반굴착비트(40)(도 2 참조)의 타격 위치를 안내하기 위한 것으로, 복수의 가이드판(10)과 복수의 강관(20)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 가이드판(10)에는 삽입공(11)이 형성되는데, 상기 삽입공(11)에는 후술하는 것처럼 복수의 강관(20)이 삽입되어 고정될 수 있다. 이때, 상기 삽입공(11)은 가이드판(10)에 배치되는 강관(20)의 위치 및 개수에 따라 형성될 수 있다.

상기 강관(20)은 중공을 갖는 관 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 가이드판(10)의 삽입공(11)에 삽입·고정될 수 있다. 이때, 상기 가이드판(10)은 상하방향으로 두 개 이상이 나란하게(평행하게) 이격되어 배치되고, 이격 배치된 복수의 가이드판(10)에 상하방향으로 서로 대응하는 위치에 정렬된 일련의 삽입공(11)에 상기 강관(20)이 삽입 고정되어 일체화되도록 하여, 배치되는 복수의 강관(20)이 모두 평행하게 같은 방향을 향하도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 강관(20)과 가이드판(10)의 고정 방법에는 제한이 없으나, 도 1b에서 보듯이, 상기 강관(20)의 외주면에는 날개판(21)이 형성되고, 상기 날개판(21)과 가이드판(10)을 용접하는 등의 방법으로 상기 가이드판(10)의 삽입공(11)에 상기 강관(20)을 고정시킬 수도 있다.

상기 강관(20)들이 모두 평행하게 배치·고정된 상태에서, 후술하는 바와 같이, 상기 가이드장치(1)를 암반층(3) 상에 배치시켜, 상기 강관(20)들을 기준평면에 수직하게 놓을 수 있다. 이때, 상기 강관(20) 내부로 암반굴착비트(40)가 삽입되면, 상기 암반굴착비트(40)가 기준평면으로부터 수직하게 암반층(3)의 복수지점을 집중적으로 타격하여 파쇄할 수 있어, 그 이후의 공정으로 투입되는 굴착장비(30)를 이용할 때의 수직 굴착을 도모할 수 있다.

한편, 도 1b에서 보듯이, 상기 강관(20) 내부에는 상기 강관(20)의 내경보다 작은 외경을 갖는 중공관(22)을 배치할 수 있는데, 상기 중공관(22) 내부로 암반굴착비트(40)가 삽입되어 암반층(3)(도 2 참조)을 타격하도록 할 수 있다. 상기 강관(20)이 고정되어 있는 가이드장치(1)가 굴착공 내의 암반층(3) 상면에 놓일 때, 상기 암반층(3)의 상태나 굴곡 등에 따라, 복수의 강관(20) 중 어느 하나 이상은 그의 하단이 암반층(3)에 밀착되지 않은 채로 배치될 수 있다. 이때, 도 1b에 도시된 바와 같이, 강관(20) 내부에 중공관(22)을 배치하게 되면, 가이드장치(1)에 고정되지 않은 채 강관(20)의 내부에서 상하로 움직임이 자유로운 중공관(22)이 자중에 의해 암반층(3)의 상면에 접할 때까지 내려갈 수 있다. 필요한 경우 암반층(3)의 상면에 접한 중공관(22)을 타격하여 암반층(3) 내에 중공관(22)의 하단 일부가 매립되도록 할 수도 있다. 이와 같이, 중공관(22)의 하단이 암반층(3)과 접하거나 매립되면, 중공관(22) 내에 배치되는 암반굴착비트(40)가 암반층(3) 상부까지 수직도를 유지하며 배치될 수 있다.

한편, 상술한 토사층(2)(도 2 참조) 굴착에 사용되는 굴착장비(30)는 중·소구경 굴착의 경우, 오거드릴(Augerdrill)등을 사용할 수 있으며, 대구경의 경우 해머그랩(Hammer grab) 등을 사용하기도 하나, 이러한 굴착장비(30)는 토질이나 현장 여건, 굴착 규모 등에 따라서 다양하게 선택될 수 있다.

도 2의 (a) 내지 (f)에는 순서대로 본 발명의 가이드장치(1)를 이용한 암반 굴착방법을 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 먼저, 도 2의 (a)에서 보듯이, 토사층(2)의 굴착에 있어서는 지하연속벽의 폭에 대응하여 양측에 안내벽(4)을 설치하면서 굴착장비(30)를 이용하여 양측 안내벽(4) 사이의 토사층(2)을 굴착한다. 상기 안내벽(4)은 토사층(2)의 굴착공을 유지하기 위한 구조물로서, 굴착시의 교란이나 지하수로 인하여 굴착공이 무너지는 것을 방지하게 된다. 상기 안내벽(4)은 굴착과 동시에 자중이나 인위적인 진동 또는 압력에 의하여 관입되는 것이 일반적이나, 경우에 따라서는 굴착 전에 타입되거나 굴착 후에 삽입되는 등 굴착과는 별도로 관입될 수도 있다.

토사층(2)을 굴착한 후에는, 도 2의 (b)와 같이, 굴착장비(30)를 굴착공 밖으로 인발하고, 도 2의 (c)에서 보듯이, 가이드장치(1)를 상기 양측 안내벽(4) 사이의 굴착공 내부에 진입시켜 배치한다. 상기 가이드장치(1)는 굴착공에 따라 다양한 형상으로 제작될 수 있는데, 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예에서는 상기 가이드판(10)이 지하연속벽의 형상을 따라 직사각형으로 구성되어 있다. 이렇게 하면, 양측의 안내벽(4)에 가이드판(10)의 양측면이 접하게 된다. 한편, 상기 가이드판(1) 아래로 돌출된 강관(20)의 하단부가 암반층(3)과 만나지 않는 경우, 상기 강관(20) 내부에 중공관(22)을 추가로 배치하여 암반층(3)과 중공관(22)의 하단이 접하도록 할 수 있다. 이때, 상기 중공관(22)을 타격하여 상기 암반층(3)에 중공관(22) 하단의 일부를 매립할 수도 있다. 이와 같이, 중공관(22)의 하단이 암반층(3)과 접하게 되면, 상술하는 것처럼 중공관(22) 내에 배치되는 암반굴착비트(40)가 암반층(3) 상부까지 수직도를 유지하며 배치되어 암반층(3)이 파쇄되도록 할 수 있다.

상기 가이드장치(1)를 설치한 후에는, 도 2의 (d)와 같이, 암반굴착비트(40)를 상기 복수의 강관(20) 또는 중공관(22) 내부로 차례로 진입시켜, 암반층(3)의 복수의 지점을 집중적으로 타격하여 파쇄한다. 이때, 암반굴착비트(40)는 강관(20) 또는 중공관(22)의 안내로 수직으로 안내되어 해당 부분의 암반층(3)을 정확하게 타격하여 파쇄할 수 있다. 이처럼 암반굴착비트(40)에 의해 직접 타격을 받은 암반층(3)에는 복수의 강관(20) 또는 중공관(22)이 위치하는 지점을 중심으로 균열이 발생하게 된다. 상기 암반굴착비트(40)를 이용한 타격작업은 각 강관(20)별로 차례로 하나씩 수행될 수 있다.
이처럼 암반굴착비트(40)를 이용하여 양측의 안내벽(4) 사이의 암반층(3)의 여러 지점을 미리 집중적으로 타격하여 파쇄한 이후에는, 도 2의 (e)와 같이 암반굴착비트(40)를 강관(20) 또는 중공관(22) 밖으로 인발하여 가이드장치(1)를 제거할 수 있다.

이와 같이, 토사층(2)을 굴삭하고 암반층(3)의 여러 지점을 파쇄한 상태에서, 상기 굴착공 내부에 다시 굴착장비(30)를 배치하여, 도 2의 (f)와 같이 파쇄된 암반층(3)의 굴착을 진행함으로써, 토사층(2)과 암반층(3)에 연속적으로 굴착공을 쉽게 형성할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 지하연속벽을 시공하기 위한 가이드장치의 개략적인 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 가이드장치의 또 다른 실시예를 보여주는 일부 사시도이다.

도 2의 (a) 내지 (f)는 순서대로 본 발명의 가이드장치를 이용한 암반 굴착방법을 보여주는 개략적인 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 가이드장치 2 토사층

3 암반층 4 안내벽

10 가이드판 11 삽입공

20 강관 21 날개판 22 중공관

30 굴착장비 40 암반굴착비트

Claims (5)

1. 가이드판(10)과 중공의 관형상을 갖는 복수의 강관(20)을 포함하고,

   상기 가이드판(10)에는 복수의 삽입공(11)이 형성되어 있고,

   상기 가이드판(10)은 지하연속벽 구간을 따라 설치되는 양측의 안내벽(4)에 접하는 형태로 이루어짐과 함께 두 개 이상이 상하방향으로 이격되어 평행하게 배치되고,

   상하방향으로 이격되어 배치된 복수의 가이드판(10)의 서로 대응하는 위치에 상하방향으로 정렬된 일련의 삽입공(11)마다 상기 강관(20)이 삽입고정되어 일체화되며,

   상기 일체화된 복수의 강관(20) 및 가이드판(10)은, 굴착장비(30)로 지하연속벽용 양측 안내벽(4) 사이의 내부 토사를 암반층(3) 상부면까지 굴착한 상태에서 상기 지하연속벽용 양측 안내벽(4) 사이에 진입시켜 설치되고, 상기 복수의 강관(20) 중 어느 하나 이상의 강관(20)이 상기 암반층(3) 상부면에 접촉되며,

   상기 복수의 강관(20) 안으로 암반굴착비트(40)가 삽입되고 안내되어 상기 암반층(3)의 복수의 지점을 집중적으로 타격하여 파쇄하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 가이드장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 강관(20)의 외주면에는 날개판(21)이 돌출 형성되어 있어, 상기 날개판(21)과 가이드판(10)을 연결하여 고정시킴으로써, 상기 강관(20)을 상기 가이드판(10)에 설치하는 것을 특징으로 하는 가이드장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 강관(20) 내부에는 상기 강관(20)의 내경보다 작은 외경을 갖는 중공관(22)이 상하로 움직임이 자유롭게 배치되고,

   상기 중공관(22)은 자중 또는 타격에 의해 내려가 암반층(3) 상면에 접하거나 암반층(3) 내에 하단의 일부가 매립되며,

   상기 중공관(22) 내부로 암반굴착비트(40)가 안내되고 삽입되어 암반층(3)의복수의 지점을 집중적으로 타격하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 가이드장치.
4. 지하연속벽 구간을 따라 양측에 안내벽(4)을 설치하면서 굴착장비(30)로 굴착공 내부의 토사를 암반층(3) 상부면까지 굴착하고,

   상기 굴착장비(30)를 제거한 후, 제1항 내지 제2항 중 어느 하나의 항에 기재된 가이드 장치(1)를 양측 안내벽(4) 사이의 굴착공 내부에 진입시켜 설치하고,

   상기 가이드장치(1)의 복수의 강관(20) 또는 중공관(22) 내에 암반굴착비트(40)를 진입시켜 강관(20) 또는 중공관(220)이 위치하는 암반층(3)의 복수의 지점을 타격하여 파쇄하며,

   암반굴착비트(40)에 의한 암반층(3)의 복수 지점에 대한 파쇄가 완료되면, 암반굴착비트(40)와 가이드장치(1)를 제거하고,

   상기 굴착공 내부에 다시 굴착장비(30)를 배치하여, 암반굴착비트(40)에 의해 파쇄된 암반층(3)을 굴착함으로써, 토사층(2)과 암반층(3)에 연속적으로 지하연속벽 시공용 굴착공을 형성하는 지하연속벽 시공을 위한 암반 굴착방법.
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