KR100968431B1 - 알시디 확공비트를 이용한 산업시설용 자켓구조물의설치방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항만 구조물이나 석유 또는 가스추출시설과 같이 수상 또는 해상 에 설치할 산업시설용으로 주로 사용하는 쟈켓 구조물 설치시 알씨디(RCD) 확공비트 및 고강도 시멘트를 이용하여 쟈켓 구조물을 해상에서 신속하고도 안전하게 설치 고정하기 위한 방법에 관한 것이다.

쟈켓구조물, 확공비트, RCD비트장치

Description

알시디 확공비트를 이용한 산업시설용 자켓구조물의 설치방법{Jacket Installing process of jacket facility structure using R.C.D. reamming bit for excavating enlarged hole in the earth}

본 발명은 항만 구조물이나 석유 또는 가스추출시설과 같이 수상 또는 해상 에 설치할 산업시설용으로 주로 사용하는 쟈켓 구조물 설치시 확공 그라우팅 등에 의해 고강도 시멘트 몰탈을 주입하여 쟈켓 구조물을 해상에서 신속하고도 안전히 고정하기 위한 방법에 관한 것이다.

종래에는 쟈켓구조물 시공시 레그파일(leg pile) 보다 큰 굴착공을 만들기 위해 별도의 희생강관을 만들어 큰 굴착공을 확보하여 자켓구조물을 설치해야했고 쟈켓구조물 설치시 해상(seabed) 즉, 해저바닥이 고르지 못하기 때문에 쟈켓의 좌착시 수평이 맞지 않게 되어, 그라우팅시에는 굴착면과 레그파일 하단부 사이로 그라우트액이 흘러나오는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 방지하기 위하여 본 발명은 쟈켓 설치할 위치에 머드 맷트(mud mat)를 깔고 쟈켓의 수평을 맞추어 그라운드 레벨링을 실시하고 그라우트백(grout bag)을 쟈켓 레그 하단부에 설치하여 그라우트재의 누수를 막아주도록 하면서 쟈켓을 수저 또는 해저에 좌착시키도록 한 것으로 신속하고도 매우 높은 작업효율성, 안전성을 도모하기 위한 것이다.

쟈켓 설치작업시 RCD플랜트의 설치와 작업자의 작업공간을 확보하려면 쟈켓구조물 상단에 작업장(Working platform)을 설치하여야한다. 이를 위하여 해저 또는 강바닥에서 굴착을 실시하여 상기 작업장을 설치하기 위한 지반을 조성하고 쟈켓구조물과 작업장을 고정시켜야하는데, 일반적으로 굴착시 사용되는 케이싱용 강관파일은 예컨데 강관파일 내경이 1,000mm인 케이싱인 경우 RCD비트체(RCD bit body)가 이 크기를 초과할 수 없으므로 (통상 이 경우 930mm경으로 굴착) 쟈켓구조물을 지지해야할 지반조성을 위하여 처음부터 별도의 굴착공정을 거처야 하는 문제가 생기고, 그에 따라 굴착 공정이 번잡해지고 굴착이 어려워지며 쟈켓구조물 설치가 곤란해지고 핀파일의 고정 등이 실질적으로 불가능하였다.

따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결함으로써 강바닥 또는 해저에 신속하고도, 작업효율성 높고 안정적으로 쟈켓구조물을 설치하기 위한 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.

본 발명상의 방법은 전술한 바와 같이 강바닥 또는 해상에 설치할 산업시설용으로 주로 사용되는 쟈켓구조물을 설치하기 위하여 쟈켓을 설치할 위치에 머드맷트(mud mat)를 깔아 쟈켓의 수평레벨을 맞추어 그라운드 레벨링을 실시하는 단계, 상기 쟈켓 레그 하단부에 주로 샌드백(sand bag)으로 되는 그라우트 백(grout bag)을 설치하는 단계, 상기 쟈켓을 강바닥 또는 해저에 고정시키고 쟈켓위에 작업장을 만든 다음 강바닥 또는 해저의 암반을 강관파일로 굴착하는 1차 굴착단계, 상기 1차 굴착과 동시에 굴착장비에 있어 RCD비트체 측면에 부착되어 있는 비트(reaming bit)를 바깥쪽으로 돌출시켜 확공 굴착을 하는 2차 굴착단계, 상기 2차 굴착 후 케이싱 내에서 다수 수직으로 심어 고정시킨 핀파일과 굴착면 사이를 그라우트로 채우도록 한 1차 그라우팅 단계, 상기 1차 그라우팅 후 상기 핀 파일과 쟈켓 레그 파일 사이를 그라우트로 채우도록 한 2차 그라우팅 단계로 이루어져 수상 또는 해상에 산업시설용 쟈켓구조물을 설치하도록 한 공정을 포함구성한다.

여기에서 수중에서의 쟈켓구조물을 구축하고저 할 때에는 높은 파도, 빠른 유속을 견뎌내기 위해 구조물을 안전하고도 신속·확실히 고정해야 한다. 또한 강바닥 또는 해저지반을 굴착할 때 그 비트체의 비트가 비트장치 바깥쪽으로 돌출 가능하도록 하는 등의 수단에 의하여 확공굴착으을 함으로써 모든 관련작업을 동시에 진행시켜야 한다.

본 발명을 첨부도면을 이용하여 일 실시예로서 이하에 상술한다.

도 1은 본 발명상의 쟈켓구조물의 설치공정을 나타낸 것이다. 여기에서 머드맷트를 깔고 그라운드 레벨링을 실시할 경우에는 도 2에서의 같이 크레인으로 운반된 쟈켓을 강바닥 또는 해저에 거치하고 이와 동시에, 토사 위 깔개용 머드맷트(mud mat) 깔아 쟈켓의 수평을 맞추어 좌착시키고 그런 다음, 도 2, 도3에서와 같이 쟈켓고정용 R.C.D클램프 설치용 그라우트 백(grout bag)을 설치한다. 그라우트 백은 강바닥 또는 해저바닥부의 누출가능성 있는 굴착공 주위를 폐쇄하기 위한 것이다.

그런 다음, RCD 작업시 RCD 플랜트의 설치및 작업자의 작업공간 확보를 위하여 쟈켓 구조물 상단에 작업 플랫홈(working platform)(3)을 설치한다.

다음 도 3에서 나타나 있는 바와 같이 강바닥 또는 해저에 거치된 쟈켓의 대략 중앙부에서 RCD 비트체로 수중바닥부 아래의 땅속을 굴착하는데, 굴착하기 전에 전술한 바와 같이, 머드맷트를 설치함으로써 수평을 맞추고 그라우트 백을 도 2, 도 3에서와 같이 쟈켓 레그(leg) 하단부에 설치하여 쟈켓 레그를 고정시키는데 도움을 주고 굴착기 주위에서의 그라우트재의 누출을 막아주도록 한다.

굴착은 1차굴착과 2차굴착으로 나누어 실시한다.

1차 굴착은 일반적인 굴착이다. 2차 굴착은 도 4 및 도 6에서 나타나있는 바와 같이 확공을 위한 굴착으로서 상향굴착이다. 일반적인 굴착이란 케이싱용도로 사용되는 강관파일 내경이 예컨데 Φ1,000mm일 경우 RCD 비트체(Bit body)가 이 크기를 초과할 수 없으므로 Φ930mm정도로 굴착을 하게 되고 굴착 또한 하향으로 압력을 가해 굴착을 하는 것을 말한다. 다음 2차 굴착(하향)을 실시한다. 즉, 레그파일(17)을 통과하여 암반 굴착을 실시하는 1차굴착과 동시에 굴착기의 RCD 비트체 (Bit Body) 측면에 부착되어 있는 단단한 칼날인 리밍비트(Reaming bit)를 돌출시켜 강바닥 또는 해저지반 밑에서 상향으로 2차굴착을 시행하게 된다.(도 6)

이때, 리밍 비트를 견지하고 있는 스키드(Skid)가 확장되어(도시안됨) 굴착시 RCD 비트체(Bit Body)가 흔들리는 것을 방지하게 된다.

이 2차굴착 공정은 확공(擴孔)굴착 공정으로서 도 4 ~ 도 6에서 나타나 있는 바와 같이 1차 굴착공정이 본격적으로 실시되는 시점에서 아울러 실시되는 공정으로, 본 발명에서는 도 6에 도시되어 있는 리밍비트(8)의 외곽돌출에 의한 굴삭으로 확공굴착홈이 형성 가능하도록 한다. 여기에서 리밍비트는 어떠한 형태나 구조라도 관계없이 2차굴착 가능한 것이면 사용가능하다.

기존의 쟈켓구조물 시공시에는 확공을 위하여 레그파일(17)보다 큰 굴착공을 만들 목적으로 자켓거치 이전에 별도의 희생강관을 사용하여 파일링하고 토사제거 함으로써 큰 굴착홈을 확보한 다음 자켓 구조물을 설치할 수 밖에 없었다. 따라서 큰 굴착공 내의 쟈켓구조물을 별도로 지지해야 하고 1차 굴착홈도 커지게 되어 굴착작업에 어려움이 가중되었다.

상기 1차 및 2차 굴착이 완료되면, 이 굴착된 홈에 제 1차 그라우팅, 제 2차 그라우팅을 실시한다.

제 1차 그라우팅 단계는 확공 굴착 된 확공굴착홈에 핀파일을 삽입·설치하고 이 핀파일 내부에 기 설치된 그라우팅 파이프 3~5개를 이용하여 굴착홈과 상기 핀 파일사이의 공간부와 상기 핀파일 하부에 시멘트 그라우트를 충전하여 핀파일을 지반에 고정시키는 그라우팅 공정으로 이루어지고, 상기 제 2차 그라우팅단계는 레그파일 외부에 기 설치된 그라우팅 파이프와, 이 그라우팅 파이프에 핀파일 내부에서 핀파일 내부 직경길이로 횡으로 설치한 그라우팅용 분배구를 이용하여 레그파일과 핀 파일 사이를 시멘트 그라우트로 충전함으로써 쟈켓 구조물을 지중에 단단히 고정시키는 것으로 이루어진다.

본 발명은 자켓거치 후에도 고안된 확공 비트 및 확장 스키드를 사용하여 자켓 레그파일보다 큰 굴착홈을 1차굴착과 동시에 확보가능하게 됨으로써 신속, 안전히 확보함으로써 핀파일의 고정을 가능하게 하는 등 작업성과 작업 안전성이 획기적으로 개선된 것이다.

또한, 본 발명은 확공을 가능케 함으로서 구조물의 지반 고정시 필요한 최소피복두께를 유지케 하며, 이로인해 자재비의 절감(레그파일 및 핀파일의 직경 감소) 및 시공기간을 단축(별도의 희생강관을 사용하는 공정 생략)하는 효과를 가져왔다.

본 발명에 의해 항만구조물이나 석유나 가스 추출시설 등에서 주로 사용하는 자켓구조물 설치시에 알씨디 확공비트 및 고강도 시멘트를 이용하여 자켓구조물을 해상에서 안전하고도 신속히, 그리고 효율적으로 고정설치가 가능하게 되었다.

본 발명 방법을 도면에 의해 보다 구체적으로 설명한다.

상기 확공굴착용 비트(8)은 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 햄머그라브(21)의 승·강 작동에 따라 움직이고 상향 굴착하는 것으로 됨을 알 수 있다.

상기 비트장치에 의한 굴착과정에서 집수되는 지하수 등은 중앙부의 배수관(19)을 통해 밖으로 배출된다.

이 배수관으로는 흡입된 기체도 사용후 배기된다.

상술한 2차 굴착이 완료되면 도 7에서 도시되어 있는 바와 같이 확공된 굴착공(H')에 핀파일(16)을 다수 설치하되, 그 보다 먼저 이 핀파일(16)내부에 그라우팅 파이프(19)를 다수 설치하고, 이 설치된 그라우팅 파이프(19)를 이용하여 굴착면과 핀파일(16) 사이에 또한 핀파일 하부에 1차 시멘트몰탈 그라우팅을 실시하여 핀파일(16)을 굴착 지반에 고정시킨다.

즉, 확공된 굴착공(H') 내에 설치되어 있는 핀파일(16) 내에 그라우팅 파이프(19)를 삽입하고, 이 그라우팅 파이프(19)의 하단부 마개(16')를 관통하여 아래로 뻗은 그라우팅 파이프 단부공(19')으로부터 아래로 시멘트 몰탈을 주입하고, 또 한 그라우팅 파이프 측부공(19'')으로부터 핀파일 바깥측부 공간으로 시멘트 몰탈을 분사주입한다.

상기 시멘트 몰탈을 주입하기 전에 도 9에 도시된 바와 같이 상기 쟈켓(2)이 레벨이 서로다른 해상에서 안정되게 좌착 가능하도록 샌드백(51) 채움시공으로 레벨을 맞추고 이와 동시에 시멘트 주입공으로부터의 시멘트 몰탈의 누출방지를 위하여 머드맷트(5)를 설치한다.

상기 1차 그라우팅이 완료되면 도 8 내지 도 10에서와 같이 레그파일(17) 외부에 기 설치된 파이프(20)를 이용하여 레그파일(17)과 핀파일(16) 사이를 시멘트 몰탈(C)로 그라우팅하여 시멘트 그라우트를 채운다. 즉, 도 7에서와 같이 아래로 부터 위로 상향하여 핀파일(16) 주위 공간부가 시멘트 몰탈로 채워져 1차 그라우팅이 완료되면, 도 8 내지 도 10에 나타나 있는 바와 같이, 레그파일(17)외부에 이미 삽입 설치되어 있는 그라우팅 파이프(20)를 통해 시멘트 몰탈을 압력 주입하면 그라우팅용 파이프 매니폴드(18)의 바깥가장자리부에 형성된 주입공(21)을 통해 핀파일(16)과 레그파일(17) 사이의 공간부(S)를 시멘트 몰탈이 주입되어 충전되는 2차 그라우팅이 실시된다.

도 8의 우측 단면도는 레그파일(17) 밖으로부터 핀파일(16)내부로 삽입설치된 그라우팅 파이프(20)와 그 중도에 핀파일 내부직경 길이로 횡으로 설치된 그라우팅용 파이프용 매니폴드(18)의 가장자리부에 형성되어 있는 그라우트 분배공(21)을 통해 레그 파일(17) 바깥쪽 공간부(S)로부터 주입된 시멘트몰탈 그라우트가 도 8 우측도면에서 볼 수 있는 바와 같이 2차 굴착공과 쟈켓레그 파일 사이의 공간부(S₁)를 채우고, 다시 이 공간부(S₁)을 통해 시멘트 몰탈이 레그파일(17)벽에 다수형성되는 통공(17')을 통해 주입되어, 상기 레그파일(17)과 상기 핀파일(16)사이의 공간부(S₂)를 화살표 방향을 따라 채우게 된다.

도 7과 도 8은 각각 제 1차 그라우팅과 제 2차 그라우팅의 개념도를 나타낸 것이다.

도 8은 본 발명으로 그라우팅이 실시되는 상태를 알기 쉽게 도시하고 있다. 여기에서 강바닥 또는 해저바닥(B) 위의 수중에서 1차 굴착으로 형성된 굴착홈 안에서 레그파일(17)과 그 안으로 핀 파일(16)이 이중관 형태로 설치되고, 상기 레그파일(17)의 안쪽으로는 다수의 통공(17')이 형성되어 도 8의 우측 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이 시멘트 몰탈을 주입하면 시멘트 몰탈이 1차 굴착 홈으로 차올라가면서 상기 레그 파일에 형성된 상기 통공(17')을 통해 핀파일(16) 쪽으로 시멘트 몰탈이 이동하여 상기 레그 파일(17)과 상기 핀파일(16) 사이의 공간을 시멘트 몰탈로 채운다.

즉, 1차 그라우팅은 도 7에서와 같이 핀파일(16) 내부에 기 설치된 그라우팅 파이프(3~5개)(19)를 이용하여 굴착면과 핀파일 사이 그리고, 핀파일 하단부에 시멘트 그라우트를 실시하여 핀파일을 지반에 고정시키도록 한 것이다.

또한 2차 그라우팅은 레그파일(17) 외부에 기 설치된 별도의 그라우팅 파이프(도시안됨)를 이용하여 레그파일(17)과 핀파일(16) 사이를 시멘트 몰탈 그라우트로 채움으로써 자켓 구조물을 지중에 단단히 고정시키도록 한 것이다.

이때 시멘트의 배합시 여과된 해수를 사용가능한 G-시멘트(G-Cement)를 이용함으로써 작업용수의 공급이 힘든 공해상에서도 원할한 작업을 가능케 하였고, 고강도(45Mpa)의 시멘트 밀크를 확보할 수 있게 하였다.

도 1은 본 발명상의 일 실시예로서의 쟈켓구조물의 설치공정도

도 2는 본 발명 쟈켓구조물에서의 쟈켓, 쟈켓위에 설치한 작업장 및 그라우트백을 설치한 상태를 나타낸 쟈켓 설치 상태도

도 3은 상기 도 2 쟈켓으로부터의 1차 굴착시의 굴착개념도

도 4는 상기 도 2 쟈켓으로부터의 1차 굴착에 이어 확공 굴착할 때의 굴착개념도

도 5는 상기 확공굴착되고, 또한 확공 굴착후 1차 그라우팅 개시할 때의 상태설명도

도 6은 상기 확공굴착시 지중에서 비트가 상향하여 굴착함을 나타내는 확공 굴착개념도

도 7은 본 발명 확공 굴착공에서의 1차 그라우팅 설명도

도 8은 본 발명상의 2차 그라우팅 설명도(1)

도 9는 본 발명상의 쟈켓 해상레벨(seabed level) 차이가 있을 때의 시공사례설명도

도 10은 본 발명상의 2차 그라우팅 설명도(2)

<주요부호>

1. 쟈켓구조물

2. 쟈켓

3. 작업장(working platform)

4. 크레인

5. 머드맷트(mud mat)

51. 그라우트 백

6. 굴착기

7. 굴착용 비트장치

8. 확공굴착용 비트

16. 핀파일

17. (쟈켓)레그파일

18. 파이프 매니폴드

19. 그라우팅 파이프

19'. 그라우팅 파이프 단부공

19''. 그라우팅 파이프 측부공

20. 그라우팅 파이프(레그파일 외부에 별도로 설치)

21. 그라우팅용 분배구

H. 굴착공

H'. 굴착공(확공)

C. 시멘트몰탈

GH. 그라우팅 된 확공

HG. 햄머그라브

Claims (3)

1. 수상 또는 해상에 설치할 산업시설용으로 주로 사용하는 쟈켓구조물을 설치하기 위하여

   쟈켓을 설치할 위치에 머드멧트(mud mat)를 깔아 쟈켓의 수평을 맞추어 그라운드 레벨링을 실시하는 단계;

   상기 레벨링과 동시에 쟈켓 레그 하단부에 그라우트 백(grout bag)을 설치하는 단계;

   상기 쟈켓을 해저에 고정시키고 쟈켓위에 작업장을 만든 다음 강바닥 또는 해저의 암반을 강관파일로 굴착하는 1차 굴착단계;

   상기 1차 굴착과 동시에 RCD비트체 측면에 부착되어 있는 리밍 비트(reaming bit)를 바깥쪽으로 돌출시켜 확공 굴착홈을 형성하는 2차 굴착단계;

   상기 2차 굴착 후 케이싱 내에 다수 심어 고정시킨 핀파일과 굴착면 사이를 그라우트로 채우도록 한 1차 그라우팅 단계;

   상기 1차 그라우팅 후 상기 핀 파일과 쟈켓 레그 파일 사이를 그라우트로 채우도록 한 2차 그라우팅 단계;

   로 이루어져 수상 또는 해상에 산업시설용 쟈켓구조물을 설치하도록 한 것을 특징으로 하는 수중에서의 쟈켓구조물 설치방법
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1차 그라우팅 단계는 확공 굴착 된 확공굴착홈에 핀파일을 삽입·설치하고 이 핀파일 내부에 기 설치된 그라우팅 파이프 3~5개를 이용하여 굴착홈과 상기 핀 파일사이의 공간부와 상기 핀파일 하부에 시멘트 그라우트를 충전하여 핀파일을 지반에 고정시키는 그라우팅 공정으로 이루어지고,

   상기 제 2차 그라우팅단계는 레그파일 외부에 기 설치된 그라우팅 파이프와, 이 그라우팅 파이프에 핀파일 내부에서 핀파일 내부 직경길이로 횡으로 설치한 그라우팅용 분배구를 이용하여 레그파일과 핀 파일 사이를 시멘트 그라우트로 충전함으로써 쟈켓 구조물을 지중에 단단히 고정시키도록 한 수중에서의 쟈켓구조물 설치방법
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 그라우팅에 사용되는 시멘트 몰탈 그라우트는 배합시 여과된 해수를 사용가능한 G-시멘트(G-cement)를 이용하는 것을 특징으로 하는 수중에서의 쟈켓구조물 설치방법

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