KR101055332B1 - 이중관형 약액 주입볼트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 약액 주입공법에 사용되는 주입볼트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 약액을 주입볼트 길이방향의 전구간에 걸쳐 동시에 토출시킴으로써 고결체의 형상을 원통형으로 형성시킬 수 있는 이중관형 약액 주입볼트에 관한 것이다.

본 발명에 따른 일단이 폐쇄되고, 타단에 약액을 투입하기 위한 약액투입구가 형성되며, 길이방향을 따라 일정간격을 가지고 배열된 복수의 관통홀이 형성된 외관과, 양단이 폐쇄되고, 상기 외관의 내부면과 소정간격을 두고 삽입 설치되는 내관과, 상기 복수의 관통홀에 각각 설치되고,상기 약액이 미리 설정한 압력에 도달하였을 때 상기 약액을 함께 토출시키는 복수의 밸브를 포함하고, 상기 복수의 밸브 각각은, 상기 약액이 토출되는 약액토출공이 형성된 밸브몸체와, 상기 밸브몸체의 약액토출공을 폐쇄하도록 상기 밸브몸체에 억지끼움 방식으로 고정되고, 상기 약액이 상기 외관 내부에 모두 충진되었을 때 변형하여 상기 밸브몸체로부터 이탈되는 탄성부재를 포함하여 이루어진다.

약액 주입공법, 이중관형, 주입볼트, 밸브, 이탈, 탄성부재

Description

이중관형 약액 주입볼트{BOLT OF A DOUBLE TUBE TYPE FOR INJECTING LIQUID}

본 발명은 약액 주입공법에 사용되는 주입볼트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 약액을 주입볼트 길이방향의 전구간에 걸쳐 동시에 토출시킴으로써 고결체의 형상을 원통형으로 형성시킬 수 있는 이중관형 약액 주입볼트에 관한 것이다.

국내외 토목현장에서 연약지반의 보강 및 차수를 위해 다양한 종류의 약액 주입공법이 사용되고 있다. 특히 약액 주입공법에 사용되는 약액으로는 시멘트그라우트 약액과 우레탄계 약액을 사용하는 것이 대부분이며, 기타 다른 특수한 약액을 사용하는 경우도 있다.

시멘트그라우트 약액을 사용하는 시멘트그라우팅 공법은 사용약액의 특성상 양생기간이 비교적 길기 때문에 주입볼트의 길이가 제한받지 않아 시공상의 편리함이 있다. 또한, 사용약액이 저렴하기 때문에 연약지반보강 및 차수 목적으로 가장 널리 사용되고 있다. 이에 반해, 우레탄계 약액 주입공법은 그 사용약액이 고가라는 단점이 있으나, 약액의 특성상 환경문제가 매우 적고 용액형으로서 지반 내로의 침투력이 우수할 뿐만 아니라 고결체의 내구성 및 강도특성이 타공법에 비해 탁월하다는 장점을 지닌다.

상기와 같은 약액의 장단점을 반영하여 약액 주입공법은 지반의 수직하중을 추가로 견뎌야 하는 터널 굴착면, 사면, 그 밖에 고결체의 높은 강도특성을 요구하는 곳에 특히 적합한 공법이다. 이러한 약액 주입공법은 터널 굴착면 및 사면 등의 지반에 천공한 뒤 주입볼트를 삽입하고, 주입장치를 사용하여 약액을 고압분사하는 방식으로 진행된다.

종래기술에 따르면 약액 주입볼트는 주로 단일관 형태가 사용된다. 단일관 형태의 주입볼트는 그 자체의 강성이 약하여 지반하중에 의해 변형되거나 파손되어 터널의 보강공사에 적합하지 않은 단점을 가지고 있다. 특히, 우레탄계 약액은 그 특성상 경화속도가 빠르기 때문에 주입볼트의 길이가 약 6 M 이내로 제한되고, 이에 따라 시공이 제한받게 되어 토목현장에서 폭넓게 적용되지 못하는 문제점이 있었다.

이와 같은 약액 주입공법의 문제점을 개선하기 위해 본 출원인은 대한민국 등록실용신안 제263,622호의 중공 이중관형 고결재 주입볼트를 개시한 바 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 약액 주입볼트의 개략적인 단면도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 주입볼트를 터널 굴착면에 사용한 경우에 고결체의 구근형상을 나타내는 사용상태도이다.

종래기술에 따른 약액 주입볼트(1)는 외관(10), 내관(20), 내부간격재(30), 외부간격재(40) 및 스크래칭부(50)로 구성된다. 외관(10)의 일단은 폐쇄되고 타단 에는 약액투입구(12)가 형성되어 있다. 그리고 외관(10)의 길이방향을 따라 배열된 복수개의 약액토출공(14)이 형성되어 있다. 이러한 외관(10)의 내부면과 소정간격을 유지하여 양단이 폐쇄된 내관(20)이 삽입설치된다. 이때 외관(10)과 내관(20) 사이의 간격을 유지하는 내부간격재(30)가 구성되어 있다. 또한 주입볼트(1)를 터널 굴착면의 천공홀에 삽입시 주입볼트가 고정되도록 주입볼트의 외관(10) 외주면에는 탄성적으로 변형 가능한 외부간격재(40)가 구성된다.

상기 본 출원인이 개시한 약액 주입볼트(1)는 내부에 중공을 가지는 이중관 구조여서 약액의 이동속도를 향상시키는 효과가 있다. 이로 인해 우레탄계 약액을 사용하는 경우라도, 약액이 경화되기 전에 약액이 이동할 수 있는 거리가 연장되어 주입볼트(1)의 길이를 약 12 M 까지 연장할 수 있다. 또한 이중관형 주입볼트는 단일관형 주입볼트에 비해 강성이 약 40% 증가되는 효과가 있다.

그러나, 종래기술에 따른 약액 주입볼트는 다음과 같은 문제점이 있다. 도 2를 참고하면, 화살표는 약액이 토출되는 양상을 나타내는 것으로서, 지반(2)에 침투하는 약액량의 크기를 나타낸다. 주입장치(미도시)를 주입볼트(1)의 약액투입구(12)와 연결하고 약액을 고압분사하면 약액투입구(12)가 형성된 주입볼트의 일단측에 형성된 약액토출공(14)으로부터 약액이 토출되기 시작한다. 이후 주입볼트(1)의 타단 방향을 따라 차례로 약액이 토출된다. 따라서 지반(2)에 침투하는 약액량이 주입볼트(1)의 타단으로 갈수록 적어짐에 따라 고결체(5)의 형상은 전체적으로 원뿔 형상을 가지게 된다. 이러한 형상의 고결체의 형상이 일정하지 않음에 따라 터널 보강효과를 떨어뜨리는 문제점이 발생하게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 주입볼트의 전구간을 통하여 약액을 동시에 토출시켜 고결체의 형상을 원통형으로 일정하게 형성시킴으로서 터널보강효과를 증진하는 이중관형 약액 주입볼트를 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이중관형 약액 주입볼트는, 일단이 폐쇄되고, 타단에 약액을 투입하기 위한 약액투입구가 형성되며, 길이방향을 따라 일정간격을 가지고 배열된 복수의 관통홀이 형성된 외관과, 양단이 폐쇄되고, 상기 외관의 내부면과 소정간격을 두고 삽입 설치되는 내관과, 상기 복수의 관통홀에 각각 설치되고,상기 약액이 미리 설정한 압력에 도달하였을 때 상기 약액을 함께 토출시키는 복수의 밸브를 포함하고, 상기 복수의 밸브 각각은, 상기 약액이 토출되는 약액토출공이 형성된 밸브몸체와, 상기 밸브몸체의 약액토출공을 폐쇄하도록 상기 밸브몸체에 억지끼움 방식으로 고정되고, 상기 약액이 상기 외관 내부에 모두 충진되었을 때 변형하여 상기 밸브몸체로부터 이탈되는 탄성부재를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 밸브몸체는 원통 형상이고, 상기 탄성부재는 링 형상의 고무 재질인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외관의 내부면과 상기 내관의 외부면 사이에 고정 설치되는 복수의 내부간격재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외관의 외주면에 탄성적으로 변형 가능하게 고정 설치되는 외부간격재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 이중관형 약액 주입볼트는, 내관 및 외관의 이중관형으로 제작되어 그 자체의 강성이 우수할 뿐만 아니라, 밸브를 통해 약액을 주입볼트의 길이방향 전구간에 걸쳐 동시에 토출시킴으로서 고결체의 구근형상을 원통형으로 일정하게 형성시킬 수 있어 터널을 견고하게 보강할 수 있는 효과를 가진다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 이중관형 약액 주입볼트의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중관형 약액 주입볼트의 개략적인 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 주입볼트의 밸브를 도시한 분해사시도이며, 도 5 및 6은 도 4의 실시예의 결합상태에서 작동과정을 도시한 단면도이고, 도 7은 도 3의 실시예의 주입볼트를 터널 굴착면에 사용한 경우에 고결체 의 형상을 나타내는 사용상태도이다.

본 발명에 따른 이중관형 약액 주입볼트(1)는, 도 3에 도시된 바와 같이 외관(100), 내관(200), 밸브(300), 내부간격재(400) 및 외부간격재(500)를 포함하여 이루어진다. 또한, 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이 상기 밸브(300)는 밸브몸체(310) 및 탄성부재(320)를 포함할 수 있다.

주입볼트(1)는 강성을 증진하기 위해 상기 외관(100) 및 내관(200)을 원통형의 강관을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 이중관형 약액 주입볼트(1)에 사용되는 약액은 시멘트그라우트계, 우레탄계 및 기타 다른 종류의 약액을 사용해도 무방하다.

외관(100)은 그 일단이 폐쇄되고, 터널 굴착면 주위에 천공된 천공부(3)에 삽입하기 쉽도록 테이퍼져 있다. 타단에는 약액을 투입하기 위한 약액투입구(120)가 형성되어 있다. 약액투입구(120)는 약액을 고압분사시키는 주입장치(미도시)와 연결되어 약액이 투입된다.

외관(100)은 길이방향을 따라 일정간격을 가지고 배열된 복수의 관통홀(150)이 형성되어 있다. 상기 복수의 관통홀(150)은 지반에 토출되는 약액의 침투력과 경화시간을 고려하여 적절한 간격을 가지도록 한다. 관통홀(150)은 원 형상을 가지는 것이 바람직하고 후술할 밸브(300)의 고정이 용이하도록 고정수단(미도시)이 구비되어야 하며, 밸브(300)와 고정수단 사이로 약액이 새어나가지 않도록 패킹수단(미도시) 역시 제공되어야 할 것이다.

외관(100)의 타단측 외주면에는 표면이 거칠게 형성된 스크래칭부(140)가 형성되어 있다. 스크래칭부(140)를 코킹액을 묻힌 면니트 등으로 감싼 후 주입볼트(1)를 천공부(3)에 삽입하게 되면 스크래칭부(140)는 천공부(3)의 진입선단측에 위치하게 된다. 스크래칭부(140)가 위치하는 천공부(3)의 진입선단측에 약액을 주입하여 코킹부(4)가 형성된다. 스크래칭부(140)와 코킹부(4)는 주입볼트(1)가 약액 토출압에 의해 반발하여 후퇴하는 것을 방지하고, 약액이 천공부(3) 바깥으로 유출되는 것을 막는 역할을 한다.

내관(200)은 양단이 폐쇄되어 내부에 중공을 가지고, 그 외부면이 외관(100)의 내부면과 소정간격을 가지도록 삽입 설치된다. 외관(100)의 내부면과 내관(200)의 외부면 사이의 내부공간(180)은 약액의 통로역할을 한다.

외관(100)의 내부면과 내관(200)의 외부면 사이에 고정 설치되는 복수의 내부간격재(400)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 내부간격재(400)는 주입볼트의 길이방향으로 주입볼트의 일단에 설치되는 수평간격재(420)와, 외관(100)의 내주면과 내관(200)의 외주면 사이에 설치되는 수직간격재(440)로 이루어진다. 내부간격재(400)는 투입된 약액의 흐름을 최대한 방해하지 않도록 설치된다. 내부간격재(400)는 외관(100)과 내관(200) 사이의 간격을 유지하여 내부공간(180)을 형성하고, 주입볼트(1)의 강성을 높혀 주는 역할을 한다.

밸브(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 복수가 구비되어 외관(100)에 형성된 복수의 관통홀(150)에 각각 설치된다. 복수의 밸브(300)는 주입볼트(1)의 내부공간(180)에 충진된 약액의 압력이 미리 설정된 압력 미만일 때는 닫힌 상태를 유지 하다 미리 설정된 압력에 도달하게 되면 각각이 함께 열리는 구조를 가진다. 즉, 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이 밸브(300)는 상기 약액이 토출되는 약액토출공(315)이 형성된 밸브몸체(310)와, 상기 밸브몸체(310)의 약액토출공(315)을 폐쇄하도록 상기 밸브몸체(310)에 억지끼움 방식으로 고정되고, 상기 약액이 미리 설정한 압력에 도달하였을 때 변형하여 상기 밸브몸체(310)로부터 이탈되는 탄성부재(320)를 포함한다.

밸브몸체(310)는 도 4에 도시된 바와 같이 원통 형상이고, 상기 탄성부재(320)는 링 형상의 고무 재질일 수 있다. 탄성부재(320)가 밸브몸체(310)에 억지끼움되어 밸브몸체(310)에 형성된 약액토출공(315)을 폐쇄하게 된다. 탄성부재(320)는 밸브몸체(310)에 억지끼움되는 것과 함께 탄성부재(320)의 탄성변형력의 작용으로 약액이 외관(100) 내부에 모두 충진되어 설정된 압력이 될 때까지 밸브몸체(310)의 약액토출공(315)을 폐쇄한 상태를 유지하게 된다. 그러나, 외관(100) 내부에 약액이 가득 충진되어 약액의 주입이 계속 이루어지면 외관(100) 내부의 압력이 상승하게 된다. 외관(100) 내부의 압력이 상승하여 설정된 압력에 도달하게 되면 탄성부재(320)는 밸브몸체(310)로부터 이탈하게 되어 각각의 밸브몸체(310)의 약액토출공(315)에서 동시다발적으로 약액이 토출되는 것이다.

이때 미리 설정된 압력이란, 밸브몸체(310)에 고정된 탄성부재(320)가 외관(100) 내부에 약액의 주입으로 외관(100) 내부의 압력이 상승하더라도, 외관(100) 내부에 약액이 모두 충진된 상태까지 견딜 수 있는 압력을 말한다. 그에 따라, 탄성부재(320)가 밸브몸체(310)에 억지끼움 방식으로 고정된 상태에서 변형 하여 밸브몸체(310)로부터 이탈됨으로써 각각의 밸브몸체(310)의 약액토출공(315)에서 약액이 함께 토출되는 것이다.

주입볼트(1)는 외관(100)의 외주면에 탄성적으로 변형가능하게 고정설치되는 외부간격재(500)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 도 5에 도시된 바와 같이 외부간격재(500)는 주입볼트(1)가 터널 굴착면에 형성된 천공부(3)에 용이하게 삽입되도록 주입볼트(1)의 길이방향으로 설치되고, 그 양단이 외관(100)의 외주면에 고정되어 중앙부분이 탄성적으로 변형가능하게 볼록하게 돌출형성된다. 외부간격재(500)는 천공부(3)의 내측벽에 주입볼트(1)가 전체적으로 일정한 간격으로 이격되게 함으로써 약액이 천공부(3)의 내측벽으로 균일하게 주입될 수 있게 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 이중관형 약액 주입볼트에 대한 작용을 도 7을 참조하여 설명한다.

약액 주입볼트(1)는 도 7에 도시된 바와 같이 터널 굴착면에 비스듬히 천공하여 형성된 천공부(3)에 삽입된다. 천공부(3)의 진입선단에 주입볼트(1)의 스크래칭부(140)가 위치하게 되고, 천공부(3)의 진입선단에 약액을 주입하여 코킹한다. 약액이 경화되면 코킹부(4)가 형성되어 천공부(3)는 밀폐된다. 이후 약액 주입장치(미도시)를 주입볼트(1)의 약액투입구(120)에 연결시키고 약액을 고압분사한다.

고압분사된 약액은 주입볼트(1)의 내부공간(180)에 충진된다. 이때 밸브(300)는 도 5에 도시된 바와 같이 충진된 약액의 압력이 미리 설정된 압력이 될 때까지 주입볼트(1) 외부로 약액이 토출되는 것을 방지한다. 주입볼트의 내부공 간(180)에 충진된 약액의 압력이 미리 설정된 압력에 도달하게 되면 밸브몸체(310)에 억지끼움되어 고정된 탄성부재(320)는 도 6에 도시된 바와 같이 변형후 밸브몸체(310)로부터 이탈하게 되고, 밸브몸체(310)에 형성된 약액토출공(315) 사이로 약액이 토출하게 된다. 이때 주입볼트(1)의 외관(100)에 길이방향을 따라 일정간격을 가지고 배열된 복수의 밸브(130)는 각각 동일재질의 탄성부재(315)를 가지므로 주입볼트(1)의 내부공간(180)에 충진된 약액의 압력이 탄성부재(315)를 변형시켜 밸브몸체(310)로부터 고정 상태를 해제시킬 수 있는 압력에 도달하면 복수의 밸브(300)는 동시에 약액을 토출하게 된다. 이 경우, 탄성부재(315)는 밸브몸체(310)로부터 이탈하고, 밸브몸체(310)의 약액토출공(315)으로부터 약액이 동시다발적으로 토출되는 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이 복수의 밸브(300)가 동시에 개방됨으로써 주입볼트(1)의 길이방향의 전구간에 걸쳐 약액이 일정하게 지반에 침투하게 된다. 따라서 약액이 경화되면 고결체(5)의 형상은 전체적으로 원통 형상을 가지게 된다. 이렇게 고결체(5)의 형상이 주입볼트(1)의 길이방향을 따라 일정하게 형성됨으로써 터널 보강효과를 증진할 수 있게 된다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 약액 주입볼트의 개략적인 단면도이고,

도 2는 종래 기술에 따른 주입볼트를 터널 굴착면에 사용한 경우에 고결체의 구근형상을 나타내는 사용상태도이며,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중관형 약액 주입볼트의 개략적인 단면도이고,

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 주입볼트의 밸브를 도시한 분해사시도이며,

도 5 및 6은 도 4의 실시예의 결합상태에서 작동과정을 도시한 단면도이고,

도 7은 도 3의 실시예의 주입볼트를 터널 굴착면에 사용한 경우에 고결체의 형상을 나타내는 사용상태도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 주입볼트

2 : 지반

3 : 천공부

4 : 코킹부

5 : 고결체

100 : 외관 150 : 관통홀

200 : 내관

300 : 밸브

310 : 밸브몸체 315 : 약액토출공

320 : 탄성부재

400 : 내부간격재

500 : 외부간격재

Claims (4)

1. 일단이 폐쇄되고, 타단에 약액을 투입하기 위한 약액투입구가 형성되며, 길이방향을 따라 일정간격을 가지고 배열된 복수의 관통홀이 형성된 외관과,

   양단이 폐쇄되고, 상기 외관의 내부면과 소정간격을 두고 삽입 설치되는 내관과,

   상기 복수의 관통홀에 각각 설치되고,상기 약액이 미리 설정한 압력에 도달하였을 때 상기 약액을 함께 토출시키는 복수의 밸브를 포함하고,

   상기 복수의 밸브 각각은,

   상기 약액이 토출되는 복수 개의 약액토출공이 내측 둘레에 링 형상으로 배치되는 밸브몸체와,

   상기 밸브몸체의 약액토출공을 폐쇄하도록 상기 밸브몸체에 억지끼움 방식으로 고정되고, 상기 약액이 상기 외관 내부에 모두 충진되었을 때 변형하여 상기 밸브몸체로부터 이탈되는 링 형 탄성부재;를 포함하며,

   상기 밸브몸체는,

   상기 복수 개의 약액토출공들의 상측에 상기 탄성부재가 억지끼움 방식으로 고정되는 링 형의 탄성부재 안착홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중관형 약액 주입볼트.
2. 제1항에 있어서,

   상기 밸브몸체는 원통 형상이고,

   상기 탄성부재는 고무 재질인 것을 특징으로 하는 이중관형 약액 주입볼트.
3. 제1항에 있어서,

   상기 외관의 내부면과 상기 내관의 외부면 사이에 고정 설치되는 복수의 내부간격재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중관형 약액 주입볼트.
4. 제1항에 있어서,

   상기 외관의 외주면에 탄성적으로 변형 가능하게 고정 설치되는 외부간격재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중관형 약액 주입볼트.

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