KR100991472B1 - 천공과 추진에 의한 강변여과수의 수평 집수관 설치방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강변여과수를 채수하기위하여 수직 우물통에 설치하는 수평 집수관의 설치방법 및 장치에 관한 것이다.

이를 위하여, 수직 우물통을 설치할 장소에 안내장치를 설치하고, 수평 집수관 설치용 단관을 가진 수직 우물통을 설치하는 제1단계; 수직 집수정내에 유압추진 및 보링장치를 설치하는 제2단계; 보링을 하면서 추진관을 압입하면서 추진관을 설치하는 제3단계; 추진관내에서 보링축을 배내는 제4단계; 추진관내에 물막이 봉을 설치하는 제5단계; 추진관내에 수평 집수관을 설치하는 제6단계; 수평 집수관내에 접속 어댑터를 설치하여 다공산기배관을 설치하고 지수구로 지수하는 제7단계; 추진관을 제거하며 압축공기를 공급하면서 여과층을 안정시키는 제8단계; 수평 집수관의 입구쪽에 지수 밸브를 설치하는 제9단계; 수평 집수관내의 지수구를 제거하여 수평 집수관설치를 완료하는 제10단계를 순차적으로 수행하도록 하였다.

강변 여과수, 수평 집수관, 수직 우물통, 스트레이너 관, 보링축, 추진, 여과재

Description

천공과 추진에 의한 강변여과수의 수평 집수관 설치방법{A build up method of horizontal catchment pipe for bank filtered water by boring and thrust }

본 발명은 강변여과수의 취수를 위한 수평 집수관의 설치방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 수직 우물통내에서 추진관내에서 보링과 동시에 추진관을 유압추진기로 추진하면서, 수평 집수관을 방사상으로 설치하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

우리가 일상적으로 마시는 수돗물은 대부분 강물이나 저수지(댐)의 물을 원수로 하여 응집 침전 및 여과, 소독공정을 거쳐 처리한 후에 배수관을 통하여 각 가정에 공급되고 있다.

그러나 도시의 팽창, 산업화의 진행 및 사회발전상황에 따라, 강물이나 저수지 물도 부영화나 오염물질의 증가로 인하여, 강물이나 저수지 물만 가지고는 우리가 원하는 깨끗한 수돗물을 공급하는 것에는 한계가 있다.

그 대안으로 부상하고 있는 새로운 수돗물의 원료가 강변여과수이다.

강변 여과수는 글자 그대로 강물이 강변에 퇴적된 모래층을 통과하면서 자연 적으로 여과가 된 물이며 모래층을 통과하면서 미생물의 분해작용과 모래층의 물리적 여과작용으로 대부분의 오염물질이 제거되어 매우 깨끗한 상태를 유지하고 있어, 좋은 수돗물을 만드는데 가장 적합한 물이다.

이러한 강변 여과수를 효과적으로 취수하기위해서 강변에 있는 둔치에 수직 우물통을 깊이 파서 취수하거나 수직 우물통의 하부에서 강바닥의 지하 깊은 곳에 수평으로 수평 집수관을 설치하여, 지하 대수층을 통과하는 강물( 강변 여과수)을 집수한다.

오래전부터 사용하던 수직 우물통 취수방법은 시공은 용이하나 우물통 1개당 취수량이 적어서 대량의 강변여과수 취수를 위해서는 많은 수의 우물통을 시공해야 하므로 비경제적이었다.

1개의 수직 우물통내에서 여러개의 수평 집수관을 유압을 이용하여 추진하면서 설치하는 방법이 개발되었으나 (등록특허 10 - 074555 ; 2007.07.27) 시공단계 수가 많아서 시공이 어렵고, 최종적으로 스트레이너관(수평 집수관)주변의 여과재 충전작업이 매우 번거롭고 복잡한 부대시설을 필요로 하며, 지하의 모래층 속에서 충전이 이루어지기 때문에 외부에서 여과재의 충전상태를 확인, 감시할 수 없어서 충전되는 여과재의 균일성을 확보하기가 불가능하고, 여과재가 충전되지 않은 부분의 스트레이너 관의 통수구명이 모래로 막힐 수 있어 집수능력이 저하되며 , 추진하는 장소에 큰 돌이 있을 경우에는 추진이 불가능한 경우도 있었다.

외부 보링관의 끝에 바이트를 부착하고. 외부 보링관 내부에 암석파쇄기를 끝에 부착한 보링축을 설치하고, 외부보링관과 내부 보링축을 함께 회전하면서 수 평으로 굴진한 다음 보링축을 빼내고 스트레이너 관을 설치하는 수평 집수관 설치방법이 있으나, 수평으로 깊은 굴진을 하는 경우 외부 보링관의 마찰로 작업이 불가능하고, 내부 보링축을 빼내고 스트레이너 관을 설치하는 동안 계속해서 다량의 강변 여과수가 분출하여, 좁은 수직 우물통내에 고이므로, 설치작업이 매우 어렵고 위험 하였으며 스트레이너 관외부에 별도의 보호공이 없어서 스트레이너 관 외부의 지질에 따라서는 작은 모래입자로 인하여 스트레이너 관의 눈이 막힐 수 있고, 외부 보링관과 스트레이너 관의 지름차이가 커서 외부 보링관 제거 시에 큰 자갈 등이 스트레이너 관에 충돌하여 스트레이너 관이 손상될 수도 있었다.

본 발명은 지질에 영향을 받지 않고 신속하고 안전하게 시공할 수 있고, 스트레이너 관 주변의 여과재 충진이 균일하고 확실하며, 수평 집수관내에 공기나 가스의 공급을 위한 배관을 함께 설치할 수 있는 강변여과수의 수평 집수관 설치방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제를 해결하기 위하여,

수직 우물통을 설치할 장소에 안내장치를 설치하고, 수평 집수관 설치용 단관을 가진 수직 우물통을 설치하는 제1단계;

수직집수정내에 유압추진 및 보링장치를 설치하는 제2단계;

추진관내부에서는 보링을 하면서, 외부의 추진관을 압입하면서 설치하는 제3 단계;

추진관내에서 보링 축을 빼내는 제4단계;

추진관내에 물막이 봉을 설치하는 제5단계;

추진관내에 수평 집수관을 설치하는 제6단계;

수평 집수관내에 접속 어댑터를 설치하여 다공산기배관을 설치하고 지수구로 지수하는 제7단계;

추진관을 제거하며 압축공기를 공급하면서 여과층을 안정시키는 제8단계;

수평 집수관의 입구쪽에 지수 밸브를 설치하는 제9단계;

수평 집수관내의 지수구를 제거하여 수평 집수관설치를 완료하는 제10단계를 순차적으로 수행하도록 하였다.

본 발명은 보링과 추진을 병행하기 때문에 지질의 영향을 받지 않고 신속하고 안전하게 수평 집수관 을 설치할 수 있고, 스트레이너 주변의 여과재가 균일하게 충전되어서 수평집수관의 집수 효과가 우수하고, 스트레이너 내부에 다공산기배관을 설치하여 스트레이너의 청소가 가능하고, 질산성 질소제거를 위한 수소가스 공급이 가능하여 수평 집수관의 효용성이 증가함으로써, 집수량 증가 및 다기능, 유지관리가 용이한 효과가 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 강변의 둔치에 수직 우물통(10)을 설치하고 수직 우물통에서 강물바닥 밑으로 수평 집수관(40)을 방사상으로 설치한 상태를 나타낸 것으로써, 강변여과수의 수평 집수관을 설치하는 방법은 다음과 같다.

제 1단계에서는 강의 둔치에 수직 우물통(10)을 설치할 장소를 지정하고, 그 장소를 중심으로 땅 바닥을 파내고 원통형의 안내판을 가진 동심원상의 크고 두꺼운 콘크리트제 구조물로 안내장치(1)을 설치한다.

맨 처음에 설치하는 수직 우물통은 원통형으로 하되, 아래쪽에는 15∼20°의 경사각을 가지고 끝이 예리하게 제작하여 수직 우물통이 자중에 의하여 땅속으로 침하하기 용이하게 한다.

수직 우물통은 맨 처음 것을 안내장치(1)내에 설치하고 다음부터는 맨 처음 수직 우물통의 위에 거푸집을 대고 연속하여 철근 콘크리트 구조로 현장 타설하여서 수직 우물통(10)의 아래 쪽 끝이 계획한 깊이(연암이나 풍화암층에 닿게 하여 구조물의 안정이 확보되는 깊이)가 되게 하고, 그 위쪽은 지면에서 1m정도 높이가 되게 정한다.

맨 처음 설치한 수직 우물통의 벽에는 수평 취수관을 설치하기 위한 설치용 단관(11)을 방사상으로 설치하되 물이 새지 않게 하고, 설치용 단관의 외부 쪽에는 차단막(12)를 설치하여 물이나 흙 또는 모래가 침입하지 못하게 한다.

설치용 단관(11)의 내부 쪽은 후랜지 구조로 하고, 설치단관의 입구쪽 내면에는 지수링(13)을 일체로 형성한다.

이 지수링(13)은 내마모성, 내수성, 탄성이 좋은 고무제품을 사용하는 것이 보통이며 추진관(20)의 외부에 밀착하여 물이 새는 것을 방지한다.

수직 우물통(10)은 그 무게가 매우 크기 때문에 자중에 의하여 모래로 구성된 땅을 파고 내려가며, 수직 우물통 내의 흙은 크람 샬 같은 굴착장비로 파내거나 인력으로 파서 엘리베이터로 외부로 이송하거나 하여 제거한다.

모래흙의 밀도가 조밀하여 수직 우물통이 밑으로 잘 안내려 가는 경우도 있는데 이럴 때는 압력수와 공기를 공급하여 모래흙층을 교란하면서 파 내려가는 것이 효과적이다.

수직 우물통(10)이 계획깊이까지 도달하면 수직 우물통의 바닥에 약 1∼1.5m 두께로 바닥 콘크리트(10-1)을 타설하여 양생한 다음 수직 우물통 내의 물을 전부 퍼내면 1단계가 완료되는 것이다.

제2단계에서는 수직 우물통(10)내 바닥에 작업대(140)을 설치하고, 유압추진 장치(100)과 보링장치(110)을 설치한다.

유압추진 장치(100)에는 유압 조이개(120)이 포함되고 보링장치(110)에는 회전하는 보링축(130)이 포함된다.

유압추진 장치(100)의 유압 조이개(120)과 보링축(130)은 함께 작업대(140)의 위에 설치한 가이드(도시하지 않음)를 따라 전 후진을 할 수 있다.

제3단계에서는 보링을 하면서 추진관(20)을 설치하며 그 방법은 다음과 같다.

먼저 추진관(20)을 설치용 단관(11)내로 넣고 유압 조이개(120)으로 추진관(20)의 끝을 물고, 유압장치(100)을 작동시켜서 추진관(20)을 밀어 넣는다.

다음에 보링 헤드(30)을 추진관(20)내로 밀어 넣고 스크류 축(35)를 보링 헤 드(30)에 연결하고 다른 끝은 보링 축(130)에 연결한 다음 보링장치(110)을 작동시켜서 보링 축(130)을 회전시키면 보링 헤드(30)과 스크류 축(35)가 함께 회전하고, 보링 헤드(30)이 땅속의 자갈이나 돌 등을 부수면서 보링을 한다.

이때 유압장치(100)을 작동시켜서 추진관(20)과 보링 장치(110)을 함께 밀면 보링 헤드(30)이 파 들어간 깊이에 만큼 추진관(20)도 전진한다.

보링 헤드(30)은 그 선단에 매우 단단한 인조 금강성 이나 초경합금이 박힌 회전칼날을 가지고 있어서 보링 헤드(30)이 회전하면서 땅속의 돌이나 자갈을 깨뜨리면서 땅속을 파 들어가며 보링 헤드(30)에는 토사배출구가 있어서 깨뜨린 돌이나 모래가 물과 함께 배출되며 이 배출된 돌이나 모래는 스크류 축(35)의 이송작용으로 추진관(20)내를 통과하여 수직 우물통(10)내로 배출된다.

수직 우물통 바닥에 설치한 샌드펌프(도시하지 않음)에 의하여 배출된 돌이나 모래는 물과 함께 밖으로 배출, 제거 된다.

이 작업 과정에서는 보링 헤드(30)에 형성한 배출구( 비교적 작음)을 통하여 돌, 모래, 물이 나오므로 그 양이 작아서, 샌드 펌프로 배수하며 작업하는데 지장은 없다.

추진관(20) 및 스크류 축(35)의 하나의 길이는 2∼3m이므로 추진관(20)이 다 들어가면 다음 추진관(20)과 스크류 축(35)를 연결하여 상기에서 설명한 작업을 반복하면서 추진관(20)을 계획한 길이가 되도록 밀어 넣어서 추진관(20)의 설치를 완료한다.

제4단계에서는 유압추진장치(100)을 반복적으로 전, 후진시키면서 추진관 (20)내에 설치한 보링 헤드(30)과 스크류 축(35)를 차례로 빼낸다.

제5단계에서는 추진관(20)의 입구에 물막이 봉(50)을 끼워 넣고, 스크류 축(35)를 보링축(130)에 연결한 다음 유압추진 장치(100)을 반복적으로 전, 후진시키면서 스크류 축(35)를 계속 연결하여 물막이 봉(50)이 추진관(20)의 끝까지 이동하여 물막이 봉(50)의 끝에 설치한 체크 스프링(50-1)의 돌출부가 추진관(20)의 끝에 걸리게 한다.

물막이 봉(50)의 체크 스프링(50-1)의 돌출부가 추진관(20)에 걸리게 한 다음에는 스크류 축(35)를 순차적으로 빼낸다.

이렇게 하면 물막이 봉(50)이 추진관(20)의 끝을 막아서 추진관(20)내로는 물이 나오지 않는다.

제6단계에서는 수평 집수관(40)을 순차적으로 추진관(20)내로 밀어 넣어서 수평 집수관이 물막이 봉(50)에 닿을 때까지 밀어 넣는다.

수평 집수관(40)은 스트레이너 관 (40-1)의 외부에 중간 크기 자갈 및 잔자갈 등의 조립상의 여과재(40-2)를 균등하게 충전하고 원통형 금속망(40-3)으로 고정하여서, 일체로 조립하여 미리 제작한 것을 사용한다.

상기 조립상의 여과재(40-2)로서는 잔자갈, 합성섬유 볼, 제올라이트, 안스라사이트 등이 사용될 수 있으며, 여과재는 미리 원통형 또는 반 원통형으로 소결하여 단위체를 형성하여 간단히 조립하게 할 수도 있다.( [도14 ] , [도15 ] )

추진관(20)의 입구 쪽에 설치하는 추진관(20)의 내면과 수평 집수관(40)의 후랜지(40-4)의 외부에 형성한 홈에 삽입한 지수링(40-5)이 밀착되게 하여 물이 새 지 않게 하였다.

나머지 수평 집수관(40)의 연결은 후랜지 이음이나 나사이음방법을 사용할 수 있다.

제7단계에서는 상기 수평 집수관(40)의 입구부에 일체로 접속 어댑터(46)를 밀봉구조로 형성하고, 접속 어댑터(46)을 통하여 수평 집수관(40)내에 다공성 산기배관(47)을 설치하고 외부로는 압축공기배관(48)에 연결하였다.

접속 어댑터(46)의 하향 편심구멍은 집수된 강변 여과수의 통로역할을 하며 바닥에 모래가 쌓이지 않게 하며 공기 팽창식 지수구를 설치하여 물이 새지 않게 하는 통로 역할을 하도록 한 것이다.

이 작업이 완료되면 공기 팽창식 지수구(45)를 접속 어댑터(46)의 편심구멍에 넣고 압축공기를 주입하여 팽창시켜서 물이 새지 않도록 한다.

제8단계에서는 추진관(20)을 후퇴시키면서 다공성 산기배관(47)을 통하여 수평 집수관(40)에 압축공기를 공급하여 이 압축공기가 여과층(40-2)를 통하여 모래층을 진동시키면서 추진관(20)이 빠져나간 공극(약 10∼15mm)을 모래 및 자갈로 메우게 하여 수평 집수관(40)의 주변 지반을 안정시킨다.

추진관(20)은 순차적으로 후퇴시키면서 해체하여 제거하되 추진관(20)의 일부는 수직 우물통(10)의 연결용 단관(11)과 겹치게 그대로 남겨두어 밀봉작용으로 물이 새지 않도록 한다.

제9단계에서는 연결용 단관(11)의 후랜지에 지수밸브 어댑터(25)를 설치하고, 지수밸브 어댑터(25)와 접속 어댑터(46)사이에 압축공기연결배관(27)을 설치하 고, 압축공기배관(48)에 연결한다.

상기 압축공기배관(48)은 주기적으로 수평 집수관(40)의 내부에 압축공기를 공급하여 수평 집수관의 스트레이너 관(40-1)의 막힘을 청소하고, 질산성 질소를 포함한 강변 여과수에서 미생물의 작용으로 질산성 질소를 제거하는데 필요한 전자공여체인 수소가스를 공급하는 용도로도 사용할 수 있다.

이 작업이 완료되면 지수밸브 어댑터(25)에 지수밸브(26)을 설치한다.

지수밸브(26)은 볼 밸브를 사용하는 것이 보통이다.

제10단계는 지수 밸브(25)를 설치한 다음 지수구(45)의 공기를 제거하여 수축시키면서 공기 팽창식 지수구(45)를 지수밸브(26)의 외부로 꺼내는 즉시 지수밸브(26)을 닫음으로서 한곳의 수평 집수관(40)의 설치가 완료되며 이런 작업을 반복하여 모든 수평 집수관의 설치를 완료하는 것이다.

지수구(45)는 공기 팽창식이 많이 쓰이지만 지수를 할 수 있는 것이라면 어느 것이라도 사용이 가능하다.

도 1은 강변여과수의 수직 우물통 및 수평 집수관이 방사상으로 설치된 상태를 나타낸 평면도.

도 2는 강변 여과수의 수직 우물통 과 수평 집수관이 설치된 상태를 나타낸 단면도.

도 3은 강변여과수의 수직 우물통에 유압추진 장치와 보링장치를 설치한 단면도

도 4는 수직 우물통의 벽에 추진관과 보링축을 설치한 상태를 나타낸 단면도

도 5는 추진 및 보링작업이 완료된 상태를 나타낸 단면도.

도 6은 추진관의 입구에 물막이 봉을 설치하여 밀어 넣기를 시작하는 단계를 나타낸 단면도.

도 7은 추진관내의 끝에 물막이 봉이 설치완료된 상태를 나타낸 단면도.

도 8은 추진관내에 수평 집수관을 설치완료 한 상태를 나타낸 단면도.

도 9는 수평 집수관의 입구에 지수구를 삽입한 상태를 나타낸 단면도.

도 10은 수평 집수관의 입구에 형성한 접속 아답터를 통하여 집수관 내로 다공성 가스배관을 설치하고 지수구로 지수한 상태를 나타낸 단면도.

도 11은 접속 아답터의 정면도.

도 12는 추진관을 빼내고 수평 집수관이 설치완료된 것을 나타낸 예시도.

도 13은 수평 집수관 입구 쪽에 연결 어댑터와 지수밸브를 설치하한 상태를 나타낸 단면도.

도 14는 수평 집수관의 구성을 나타낸 예시도.

도 15는 반원형 소결 여과재를 사용하는 수평집수관의 구성을 나타낸 예시도.

Claims (5)

1. 수직 우물통을 설치할 장소에 안내장치를 설치하고, 수평 집수관 설치용 단관을 가진 수직 우물통을 설치하는 제1단계;

   수직집수정내에 유압추진 및 보링장치를 설치하는 제2단계;

   추진관내부에서는 보링을 하면서, 외부의 상기 추진관을 압입하면서 설치하는 제3단계;

   상기 추진관내에서 보링 축을 빼내는 제4단계;

   상기 추진관내에 물막이 봉을 설치하는 제5단계;

   스트레이너 관의 외부에 여과재를 일체로 균등하게 충전하고 그 외부를 금속망으로 둘러싸서 보호하도록 구성한 수평 집수관을 만든 후, 상기 만들어진 수평 집수관을 상기 추진관내에 설치하는 제6단계;

   상기 수평 집수관내에 접속 어댑터를 설치하여 다공성 산기배관을 설치하고 지수구로 지수하는 제7단계;

   상기 추진관을 제거하되, 상기 제거 시 상기 추진관을 후퇴시키면서 상기 다공성 산기배관을 통해 상기 수평 집수관내에 압축공기를 공급하여, 그 공급된 압축공기가 상기 여과재를 통해 외부 모래층을 진동시키면서 상기 추진관이 빠져나간 공극을 상기 수평 집수관의 주변 지반의 모레 및 자갈로 메우게 하여 상기 여과재 및 상기 주변 지반을 안정시키는 제8단계;

   상기 수평 집수관의 입구쪽에 지수 밸브를 설치하는 제9단계; 및

   상기 수평 집수관내의 지수구를 제거하여 수평 집수관 설치를 완료하는 제10단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 천공과 추진에 의한 강변여과수의 수평 집수관 설치 방법.
2. 삭제
3. 청구항1에 있어서, 상기 여과재는 작은 자갈을 사용하는 것을 특징으로 하는 천공과 추진에 의한 강변여과수의 수평 집수관 설치 방법.
4. 청구항1에 있어서, 상기 여과재는 합성수지 볼을 사용하는 것을 특징으로 하는 천공과 추진에 의한 강변여과수의 수평 집수관 설치 방법.
5. 청구항1에 있어서, 상기 여과재는 원통형 또는 반 원통형 소결재로 형성한 것을 특징으로 하는 천공과 추진에 의한 강변여과수의 수평 집수관 설치 방법.

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