KR101014398B1 - 수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치 - Google Patents

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    • E21B33/1277—Packers; Plugs with inflatable sleeve characterised by the construction or fixation of the sleeve

Abstract

본 발명은 수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치에 관한 것으로, 지표오염원은 케이싱과 암반나공 사이의 공간인 애놀러스(Annulus)를 통해 유입되는 바, 이러한 지표오염원의 유입을 방지할 수 있도록, 차수파이프의 하부측 소정위치에 신축(伸縮)가능하게 설치되는 차수재를 지지하는 인양플랜지를 구비하고, 그 인양플랜지를 고정플랜지측으로 이동시켜 차수재가 차수파이프 및 암반나공 사이에서 상하협착됨과 아울러 수평팽창되도록 하여 공벽을 기밀하게 메워줌으로써 그라우팅 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
지하수 관정, 그라우트재, 차수파이프, 암반나공, 공벽, 기밀, 차수재.

Description

수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치{PACKER GROUTING APPARATUS FOR TUBE WELL WHICH EXPANDS WITH HORIZONTAL DIRECTION}
본 발명은 수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 차수파이프 및 암반나공 사이의 공벽을 기밀하게 메워 이물질 유입을 방지함에 따라 그라우팅 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치에 관한 것이다.
지하수 관정은 통상 100∼250㎜의 공경을 가지고 수십미터 내지 수백미터 깊이로 암반 굴착된다. 지하수 관정은 암반 굴착작업을 통해 지하 암반층을 관통하여 지하수가 유동하는 위치에 도달되도록 나공상태로 형성된다.
지하수 관정의 상부 외주연부에는 케이싱을 구비하고, 이 케이싱과 암반나공사이에 형성된 공벽에는 별도의 그라우트재(예를 들어, 시멘트, 모르타르 등)를 주입하여 지표로부터의 지표오염원이 유입되는 것을 방지하고 있다.
그러나, 종래의 방식에 의하면, 지하수 수위 및 그라우팅 위치에 따라 결정 된 소정의 수압에 알맞는 공기 등을 주입하여 팩카부재를 팽창시킴으로써 케이싱과 암반사이의 공벽을 메워주게 되는 바, 이 때, 정확한 수압 측정 및 공기 등의 주입이 매우 번거로운 문제점이 있었다. 또한, 공기 등이 과다하게 주입되는 경우에 팩카부재가 터지게 되거나 암반에 형성된 각종 홈을 기밀하게 메워주지 못해 그라우팅이 제대로 이루어지지 않게 되고, 이로 인해, 지표오염원 등이 유입되어 수질을 오염시키는 결과를 초래하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 차수파이프 및 암반나공 사이의 공벽을 기밀하게 메워 이물질 유입을 방지하여 그라우팅 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적은, 지하수 관정의 내부에 착탈가능하게 설치되고 상기 지하수 관정으로 지표오염원이 유입되는 것을 차단하는 차수파이프와, 상기 차수파이프의 하부측 소정위치에서 신축(伸縮)가능하게 설치되며 상기 차수파이프 및 암반나공 사이의 공벽을 기밀하게 메워서 그라우트재를 주입할 수 있게 지지하는 차수재를 갖는 차수부재 및 상기 지하수 관정의 상부 개구에 착탈가능하게 결합되는 지지플랜지를 구비하고, 상기 지지플랜지의 상부측 소정위치에 회전가능하게 설치되어 상기 차수재의 하측에 구비된 인양플랜지와 연결된 인양와이어를 권취하면서 상기 차수부재에 인양력을 전달하는 와이어드럼을 갖는 인양수단을 포함하는 수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치에 의해 달성된다.
상기 차수부재는, 상기 차수파이프의 하부측 소정위치에 고정설치되는 고정플랜지와, 상기 고정플랜지의 하부측에서 상기 와이어드럼에 권취되는 상기 인양와이어의 일단부와 상호연결되어 상하이동가능하게 설치됨과 아울러 상기 차수파이프의 외주연부와 접하는 부위에 돌출형성되어 상기 차수파이프로부터의 비틀림을 하는 비틀림방지구를 갖는 인양플랜지와, 상기 고정플랜지와 상기 인양플랜지 사이에 신축(伸縮)가능하게 설치되며 연질의 우레탄 또는 고무 중 어느 하나로 이루어져 상하협착됨과 아울러 수평팽창되면서 상기 차수파이프 및 암반나공 사이의 공벽을 기밀하게 메워주는 차수재로 구성될 수 있다.
상기 인양수단은, 상기 지하수 관정의 상부 개구에 착탈가능하게 결합되는 덮개형의 지지플랜지와, 상기 지지플랜지의 상면에 고정설치되는 2이상의 지지대와, 상기 각 지지대에 회전가능하게 설치되고 일측에 돌설되어 회전을 수행하는 회전레버를 갖는 2이상의 와이어드럼과, 일단이 상기 차수재의 하부측에 구비되는 상기 인양플랜지와 연결되며 상기 각 와이어드럼으로의 회전력을 전달받아 권취되면서 상기 인양플랜지를 고정플랜지측으로 이동되게 하는 2이상의 인양와이어와, 상기 각 와이어드럼 중 어느 하나의 일측 소정위치에 설치되어 상기 인양와이어의 풀림을 방지하는 풀림방지기어와, 상기 각 와이어드럼 중 어느 하나의 일측에 상기 풀림방지기어와 접촉가능하게 설치되어 상기 풀림방지기어와 접촉되거나 접촉이 해제되면서 상기 인양와이어들의 감김정도를 조절하는 풀림조절키로 구성될 수 있다.
상기 차수파이프는, 일부가 상기 지지플랜지를 관통하는 구조를 이루어 상기 지지플랜지의 상하측부에 구비되는 판 형태의 지지편에 의해 고정되고, 외주연부의 소정위치에는 돌출형성되어 상기 인양와이어의 상하이동을 안내하는 2이상의 와이어안내편이 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치에 의하면, 지하수 관련시설을 설치하기 전(前), 차수파이프 및 암반나공 사이의 공벽을 기밀하게 메워주어 이물질 등이 유입되는 것을 방지함으로써, 원하는 지하수의 수량, 수질 등을 분석할 수 있도록 하는 효과를 창출할 수 있다.
본 발명의 다른 효과는, 차수파이프 및 암반나공 사이의 공벽을 차수부재에 의해 기밀하게 메워주어 차수파이프 및 암반나공 사이에 그라우트재를 주입되게 함으로써 그라우팅 성능을 향상시키는 것이다.
본 발명에 따른 수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치를 설명하기 전에, 본 발명에서 사용되는 주요용어들에 대하여 아래와 같이 정의한다.
지하수 관정(管井, tube well) : 자유면 지하수 또는 피압면 지하수를 채수하기 위하여 땅속을 굴착하여 설치한 우물.
그라우팅(grouting) : 지하수 채수공사 시(時) 지하수 관정내에 오염된 지표수 등이 유입되지 않도록 케이싱 및 암반 사이의 공벽에 시멘트 모르타르 등의 충전재(일명, 그라우트재)를 주입하여 균열(龜裂) 부분의 보수·보강할 목적으로 수행하는 일.
차수(遮水) : 새어나는 물을 막는 수단으로 물의 흐름을 먼저 예견하여 흐름이나 배여 나올것을 사전에 방어적 수단으로 물(기)를 막는 것.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 팩카 그라우팅 장치가 지하수 관정에 장착된 상태를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 팩카 그라우팅 장치의 사용상태를 도시한 단면도이다.
본 발명에 따른 수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치(100)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 지하수를 채수되게 하는 지하수 관정(110)과, 지하수 관정(110)으로의 지표오염원 유입을 차단하는 차수파이프(120)와, 차수파이프(120) 및 암반나공(114)사이의 공벽을 메워주는 차수부재(130)와, 차수부재(130)에 인양력을 전달하는 인양수단(140)을 포함하여 구성된다.
지하수 관정(110)은 지하수가 채수되게 하는 역할을 수행한다. 지하수 관 정(110)은 지하 암반층을 관통하여 설치되며, 지하수가 유동하는 위치가 나공상태를 이루게 된다. 지하수 관정(110)의 상부측 외주연부에는 케이싱(112)이 설치된다.
지표오염원은 케이싱(112)과 암반나공(114) 사이의 공간인 애놀러스(110a, Annulus)를 통해 유입되는 바, 이러한, 지표오염원은 차수파이프(120)를 설치하여 지하수 관정(110)으로 유입되는 것을 차단하게 된다.
차수파이프(120)는 지하수 관정(110)의 내부에서 암반위치까지 위치되면서 착탈가능하게 설치된다. 차수파이프(120)는 일부가 지지플랜지(141)를 관통하는 구조를 이루어 지지플랜지(141)에 고정가능하게 설치된다. 예를 들어, 차수파이프(120)는 지지플랜지(141)의 상하측부에 판 형태의 지지편(122)을 구비하여 고정가능하게 결합할 수 있다. 차수파이프(120)의 외주연부 소정위치에는 돌출형성되어 인양와이어(144)들의 상하이동을 안내하는 2이상의 와이어안내편(124)이 형성된다. 각 와이어안내편(124)의 소정위치에는 관통형성되어 인양와이어(144)들을 상하이동가능하게 수용하는 제1안내공(124a)이 마련된다. 차수파이프(120)의 상부측 외주연부에는 돌출되게 형성된 걸림구(126)가 구비된다. 걸림구(126)는 차수파이프(120)를 들어올리게 되는 경우, 크레인 등에 걸어서 들어올릴 수 있게 하는 역할을 하게 된다. 차수파이프(120)는 내부가 관통되게 형성된 관 형태를 이루어 구비된다. 차수파이프(120)는 부식방지가 가능한 스텐레스(SUS) 등 다양한 재질로 마련될 수 있다.
차수부재(130)는 차수파이프(120) 및 암반나공(114)사이에 신축(伸縮)가능하 게 설치되고, 이에 의해, 차수파이프(120) 및 암반나공(114)사이의 공벽(116)을 기밀하게 메워줌으로써 그라우트재(150)가 주입되는 것을 지지하는 역할을 수행한다.
차수부재(130)는 차수파이프(120)에 고정설치되는 고정플랜지(132)와, 고정플랜지(132)의 하부측에 상하이동가능하게 구비된 인양플랜지(134)와, 고정플랜지(132) 및 인양플랜지(134)사이에서 신축가능하게 설치되는 차수재(136)로 구성될 수 있다.
고정플랜지(132)는 차수파이프(120)의 하부측 소정위치에 고정가능하게 설치된다. 고정플랜지(132)는 판 형상 등 다양한 형상으로 마련될 수 있다. 고정플랜지(132)의 소정위치에는 관통형성되어 인양와이어(144)들이 상하이동하는 제2안내공(132a)이 형성된다.
인양플랜지(134)의 소정위치에는 인양와이어(144)가 관통되게 끼워지는 제3안내공(134a)이 형성된다. 인양플랜지(134)의 차수파이프(120)가 접하는 부위에는 차수파이프(120)가 관통되게 수용되는 형태를 이루어 돌출형성된 비틀림방지구(134b)가 형성된다. 비틀림방지구(134b)는 인양플랜지(134)가 차수파이프(120)의 외주연부를 따라 상하이동하는 경우 좌우비틀림 등을 방지할 수 있다.
인양플랜지(134)는 고정플랜지(132)의 하부측에서 와이어드럼(143)에 권취되는 인양와이어(144)의 일단부와 상호연결된다. 인양플랜지(134)는 중앙부측에 차수파이프(120)가 관통되게 끼워지는 구조를 이룬다. 이에 의해, 인양와이어(144)가 와이어드럼(143)에 권취되는 경우, 인양플랜지(134)가 차수파이프(120)의 외주연부를 따라 상하이동하게 된다.
차수재(136)는 고정플랜지(132)와 인양플랜지(134) 사이에 신축가능하게 설치된다. 차수재(136)는 연질의 우레탄 또는 고무 중 다양한 재질로 마련될 수 있다. 차수재(136)는 고정플랜지(132) 및 인양플랜지(134) 사이에서 상하방향으로 협착됨과 아울러 수평방향으로 팽창하면서 차수파이프(120) 및 암반나공(114) 사이의 공벽(116)을 기밀하게 메워주게 된다. 이에 의해, 지하수 관련 시설을 설치하기 전(前), 차수파이프(120) 및 암반나공(114)사이의 그라우팅 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
인양수단(140)은 인양플랜지(134)와 연결된 인양와이어(144)를 권취하여 차수부재(130)에 인양력을 전달하는 역할을 수행한다.
인양수단(140)은 지하수 관정(110)의 상부 개구에 결합되는 지지플랜지(141)와, 지지플랜지(141)의 고정되는 2이상의 지지대(142)와, 각 지지대(142)에 회전가능하게 설치되는 2이상의 와이어드럼(143)과, 각 와이어드럼(143)에 권취되는 2이상의 인양와이어(144)와, 각 인양와이어(144)의 풀림을 방지하는 풀림방지기어(145)와, 각 인양와이어(144)를 권취하는 2이상의 와이어드럼(143)으로 구성될 수 있다.
지지플랜지(141)는 지하수 관정(110)의 상부 개구에 착탈가능하게 결합된다. 지지플랜지(141)는 'ㄷ'자 형상의 단면구조를 이루어 지하수 관정(110)의 상부 개구를 덮는 덮개형으로 마련됨이 바람직하다.
지지대(142)는 2이상의 분할체로 마련되어 지지플랜지(141)의 상면에 고정되게 설치된다.
와이어드럼(143)은 2이상의 분할체로 마련되어 각 지지대(142)에 회전가능하게 설치된다. 각 와이어드럼(143)은 중심축선상에서 회전축(143a)에 의해 상호 연결되어 동시에 회전되게 함이 바람직하다. 와이어드럼(143)들 중 어느 하나의 일측에는 돌출되게 형성되어 회전조작을 수행할 수 있게 하는 회전레버(143b)가 구비된다.
인양와이어(144)는 2이상의 분할체로 마련되고, 그 일단은 차수재(136)의 하부측에 구비되는 인양플랜지(134)와 고정되게 연결된다. 인양와이어(144)들은 각 와이어드럼(143)으로의 회전력을 전달받아 권취되면서 인양플랜지(134)를 고정플랜지(132)측으로 이동되게 한다.
풀림방지기어(145)는 와이어드럼(143)들 중 어느 하나의 일측 소정위치에 설치되어 와이어드럼(143)들의 회전을 차단하여 인양와이어(144)들이 풀리는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
풀림조절키(146)는 와이어드럼(143)들 중 어느 하나의 일측에 풀림방지기어(145)와 접촉가능하게 설치된다. 풀림조절키(146)는 풀림방지기어(145)와 접촉되거나 접촉이 해제되면서 인양와이어(144)들의 풀림정도를 조절하게 된다.
예를 들어, 풀림조절키(146)와 풀림방지기어(145)와의 접촉이 해제되는 경우에는 사용자의 회전조작에 의해 와이어드럼(143)을 회전시켜 인양와이어(144)들을 와이어드럼(143)에 권취되게 하여 인양플랜지(134)를 고정플랜지(132)측으로 이동되게 한다(도 2의 화살표 ⓐ, ⓑ 방향 참조).
인양플랜지(134)와 연결된 인양와이어(144)들이 와이어드럼(143)에 권취됨에 따라 인양플랜지(134)가 고정플랜지(132)측으로 이동하는 경우, 고정플랜지(132) 및 인양플랜지(134) 사이에서 상하방향으로 협착됨과 아울러 수평방향으로 팽창하면서 차수파이프(120) 및 암반나공(114) 사이의 공벽(116)을 기밀하게 메워주게 된다. 이 후, 인양플랜지(134)의 이동이 완료된 경우에는 풀림조절키(146)와 풀림방지기어(145)가 접촉되게 하여 와이어드럼(143)들이 회전되는 것을 방지한다.
이에 의해, 차수파이프(120) 및 암반나공(114)사이를 차수재(136)에 의해 기밀하게 메워줄 수 있게 됨으로써 편리하게 그라우트재(150)를 주입할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위내에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 실시가 가능할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 팩카 그라우팅 장치가 지하수 관정에 장착된 상태를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 팩카 그라우팅 장치의 사용상태를 도시한 단면도이다.
** 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 그라우트 주입 지지장치, 110 : 지하수 관정,
112 : 케이싱, 114 : 암반나공,
116 : 공벽, 120 : 차수파이프,
122 : 지지편, 124 : 와이어안내편,
124a : 제1안내공, 126 : 걸림구,
130 : 차수부재, 132 : 고정플랜지,
132a : 제2안내공, 134 : 인양플랜지,
134a : 제3안내공, 134b : 비틀림방지구,
136 : 차수재, 140 : 인양수단,
141 : 지지플랜지, 142 : 지지대,
143 : 와이어드럼, 144 : 인양와이어,
145 : 풀림방지기어, 146 : 풀림조절키.
150 : 그라우트재.

Claims (4)

  1. 지하수 관정의 내부에 착탈가능하게 설치되고, 상기 지하수 관정으로 지표오염원이 유입되는 것을 차단하는 차수파이프;
    상기 차수파이프의 하부측 소정위치에서 신축(伸縮)가능하게 설치되며 상기 차수파이프 및 암반나공 사이의 공벽을 기밀하게 메워서 그라우트재를 주입할 수 있게 지지하는 차수재를 갖는 차수부재; 및
    상기 지하수 관정의 상부 개구에 착탈가능하게 결합되는 지지플랜지를 구비하고, 상기 지지플랜지의 상부측 소정위치에 회전가능하게 설치되어 상기 차수재의 하측에 구비된 인양플랜지와 연결된 인양와이어를 권취하면서 상기 차수부재에 인양력을 전달하는 와이어드럼을 갖는 인양수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차수부재는,
    상기 차수파이프의 하부측 소정위치에 고정설치되는 고정플랜지와, 상기 고정플랜지의 하부측에서 상기 와이어드럼에 권취되는 상기 인양와이어의 일단부와 상호연결되어 상하이동가능하게 설치됨과 아울러 상기 차수파이프의 외주연부와 접하는 부위에 돌출형성되어 상기 차수파이프로부터의 비틀림을 하는 비틀림방지구를 갖는 인양플랜지와, 상기 고정플랜지와 상기 인양플랜지 사이에 신축(伸縮)가능하게 설치되며 연질의 우레탄 또는 고무 중 어느 하나로 이루어져 상하협착됨과 아울 러 수평팽창되면서 상기 차수파이프 및 암반나공 사이의 공벽을 기밀하게 메워주는 차수재로 구성됨을 특징으로 하는 수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인양수단은,
    상기 지하수 관정의 상부 개구에 착탈가능하게 결합되는 덮개형의 지지플랜지와, 상기 지지플랜지의 상면에 고정설치되는 2이상의 지지대와, 상기 각 지지대에 회전가능하게 설치되고 일측에 돌설되어 회전을 수행하는 회전레버를 갖는 2이상의 와이어드럼과, 일단이 상기 차수재의 하부측에 구비되는 상기 인양플랜지와 연결되며 상기 각 와이어드럼으로의 회전력을 전달받아 권취되면서 상기 인양플랜지를 고정플랜지측으로 이동되게 하는 2이상의 인양와이어와, 상기 각 와이어드럼 중 어느 하나의 일측 소정위치에 설치되어 상기 인양와이어의 풀림을 방지하는 풀림방지기어와, 상기 각 와이어드럼 중 어느 하나의 일측에 상기 풀림방지기어와 접촉가능하게 설치되어 상기 풀림방지기어와 접촉되거나 접촉이 해제되면서 상기 인양와이어들의 감김정도를 조절하는 풀림조절키로 구성됨을 특징으로 하는 수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 차수파이프는,
    일부가 상기 지지플랜지를 관통하는 구조를 이루어 상기 지지플랜지의 상하측부에 구비되는 판 형태의 지지편에 의해 고정되고, 외주연부의 소정위치에는 돌 출형성되어 상기 인양와이어의 상하이동을 안내하는 2이상의 와이어안내편이 구비되는 것을 특징으로 하는 수평 방향으로 팽창하여 차수되는 지하수 관정용 팩카 그라우트팅 장치.
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