KR101084636B1 - 실리카 졸 그라우팅 약액을 지반 내에 주입하기 위한 다중관 약액 주입 장치 및 이를 이용한 약액 주입 공법 - Google Patents

Abstract

실리카 졸 그라우팅 약액을 지반 내에 주입하기 위한 것으로서 다수개의 약액조로부터 각각의 그라우트 펌프 및 주입재 외부 이송 파이프를 통하여 공급되는 그라우트 주입재를 지반 내부로 주입하기 위한 약액 주입 장치로서, 상기 주입재 외부 이송 파이프와의 연결부를 구비한 스위블(swivel)(100)과, 지반 내부로 주입하기 위하여 그라우트 주입재를 분사 주입하는 주입 밸브를 구비한 주입 선단부(400)와, 그리고 상기 스위블과 상기 주입 선단부를 연결하기 위하여 제공되는 것으로서 그라우팅 연결관 케이싱 로드 및 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드 내부에 수용 설치되는 다수개의 주입재 이송관을 포함하여 이루어지는 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)와, 상기 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)를 상기 스위블(100) 및 상기 주입 선단부(400)에 연결하고 그리고 연속적으로 연결되는 주입재 이송관 연장 어셈블리(200) 사이를 연결하도록 상단과 하단에 수나사 연결부가 형성된 연장 커플링 부재(300)를 포함하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치에 관한 것으로서, 주입재 이송관 연장 어셈블리(200) 및 주입 선단부(400)의 구조 개선에 대한 발명이다.

다중관 그라우팅, 연결관

Description

실리카 졸 그라우팅 약액을 지반 내에 주입하기 위한 다중관 약액 주입 장치 및 이를 이용한 약액 주입 공법{Chemical Grounting Injection Equipment with Multiple Pipe for Injecting Silica Sol Grouting into the Ground, and Chemical Grounting Injection Method using thereof}

본 발명은 실리카 졸 그라우팅 약액을 주입하기 위한 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치 및 이를 이용한 약액 주입 공법에 관한 것으로, 특히 약액 주입장치를 통하여 다양한 특성을 가진 여러 종류의 실리카 졸 그라우팅 약액을 동시에 주입할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 그라우팅 약액의 조합과 배합비에 따라 선택적으로 형성되는 급결재와 완결재 및 순결재를 약액 주입장치의 길이를 따라 간격을 두고 배치된 2 이상의 주입 포인트에서 동시에 주입하거나, 분리 주입 또는 복합 주입이 가능하도록 하는 실리카 졸 그라우팅 약액을 지반 내에 주입하기 위한 다중관 약액 주입장치 및 이를 이용한 약액 주입 공법에 관한 것이다.

일반적으로 그라우팅이란 토목에서 누수 방지 공사나 토질 안정 공사 등을 위하여 토사층의 공극 또는 연약 암반층의 갈라진 틈이나 공동 등에 그라우팅 시스템을 이용하여 충전재(그라우트재)를 주입하여 주위 지반과 함께 고결시킴으로써 누수를 방지(차수)하거나 연약한 지반을 강화시키는 공법을 지칭한다.

이와 같이 지반 내부에 충전재(그라우트재)를 주입하기 위하여 제공되는 시스템 장비로서 사용되는 그라우팅 시스템은 충전재로 사용되는 약액을 교반하는 약액 교반 장치(3조식 또는 4조식 등), 그라우트 펌프, 유량계, 압력계, 천공장비(보링머신 및 천공수 펌프 등), 주입 로드 및 스위블을 포함하여 구성되는 약액 주입장치 등으로 구성된다.

여기서, 상기 3조식 약액 교반 장치는 예컨대 3개의 약액조로부터 제공되는 약액(예컨대, A액, B1액, B2액)을 혼합 교반하여 2 종류의 그라우트용 약액으로 교반하여 공급하는데, 상기 3종류의 약액 A, B1, B2 중에서 A액과 B1액을 혼합하여 교반한 'A+B1'의 약액(이하, "급결재"라고 칭함)과, 그리고 A액과 B2액을 혼합하여 교반한 'A+B2'의 약액(이하, "완결재"라 칭함) 2종류의 그라우트용 약액을 생성한다.

상기한 바와 같이 혼합한 약액은 그라우프 펌프를 통하여 약액 주입 장치로 공급하게 되는데, 상기 그라우트 펌프는 약액 주입 장치의 상단부에 장착된 스위블에 형성된 주입구에 각각 연결되며, 상기 약액 주입 장치는 보링머신에 의해 수직 또는 수평으로 지지됨과 동시에 천공 작동되도록 하고, 상기 보링머신의 하단부에는 상기 약액 주입 장치가 착탈 가능하게 연결된다.

여기서, 상기 약액 주입 장치는 대경의 외측관 내에 소정의 천공수 파이프가 길이 방향을 따라 내장된 구조로서, 지반의 천공작업시에는 상기 천공수 펌프에 의해 펌핑되는 천공수는 상기 천공수 파이프를 따라 이송되어 약액 주입 장치의 선단 부를 통해 분사되어 지반을 천공하고, 약액 주입시에는 천공수의 공급이 중단되고, 그라우트 펌프에 의해 펌핑되는 그라우트용 혼합약액이 상기 천공수 파이프와 외측관 사이의 공간을 따라 이송되어 선단부를 통하여 지중으로 주입되는 2중관 구조를 가진 종래의 약액 주입 장치가 일반적으로 이용되고 있다.

한편, 상기한 바와 같은 구조로 이루어진 종래의 일반적 약액 주입 장치는 2중관으로 형성되는데 내측관은 천공수 펌프와 연결되어 하단부로 천공수를 분사하며 굴착하고, 외측관은 상기 그라우트 펌프와 연결되어 내측관의 외주면과 외측관의 내측면 사이의 공간을 통하여 지중에 급결재와 완결재를 번갈아 가면서 주입시켜 그라우트를 충전하도록 된 구조를 가지고 있다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 종래의 일반적인 약액 주입 장치는 급결재를 주입한 후 연결라인을 교체하여 완결재를 주입하고, 다시 연결라인을 교체하여 급결재 및 완결재를 주입하는 방식으로 진행되기 때문에, 그라우트 주입 작업의 작업성이 현저히 저하되어 공사기간이 장기화되고, 공사비용도 과다할 뿐만 아니라 동일한 통로를 통하여 급결재와 완결재가 번갈아 주입되므로 상대적으로 약액 주입 장치가 위치한 지점에서 급결재가 큰 공극을 메워 패킹효과를 발휘하고, 완결재가 급결재를 뚫고 균일하게 수평으로 충전되어야 하나, 급결재를 주입한 후 완결재를 주입하면 급결재를 통과한 완결재가 상부로 이탈되어 정착함으로써, 다음 주입 단계에서 이미 완결재가 주입된 곳에 급결재가 재주입되는 현상으로 인하여 주입재가 주입 목적 범위를 크게 벗어나 주입됨으로써 균일한 주입이 이루어지지 못하여 그라우팅 효과가 현저하게 저하될 뿐만 아니라 누수 방지 및 지반 강화라는 본래의 목적 달성이 양호하지 않게 되는 문제점이 있다.

이와 같은 종래의 일반적인 약액 주입 장치를 사용하는 경우에 발생하는 문제점을 완화하고자, 급결재와 완결재를 분리하여 지반 내의 주입 포인트까지 이송하여 주입할 수 있도록 하는 다중관 구조의 약액 주입 장치 및 이를 이용한 약액 주입 공법이 한국 공개 특허 공보 제 10-2005-0033886호(2005. 4. 14. 공개)를 통하여 제시되고 있으나, 이 장치는 상기 한국 공개 특허 공보의 도면들에 도시된 바와 같이, 선단관의 하부 커플링 측에서 급결재 토출구를 통하여 급결재를 주입하도록 하는 주입재 혼합부(상기 공개 특허 공보의 도 5의 도면부호 '320')의 구성 및 스프링 등을 포함한 내장 주입 밸브의 구성이 복잡하여 제작 및 조립 등에 어려움이 많으며, 그 하단의 완결재 주입부의 경우에도 주입재 약액의 역류 방지 기능을 제공하기 위한 장치 구성(역류 방지관)이 복잡한 구성품으로 내장되어 있어서 토목 현장의 험한 환경 조건에서 고장을 일으키거나 밸브 막힘과 같은 장애가 발생하는 경우가 빈발하며, 또한 이러한 고장이나 장애를 해결하기 위하여 전체 장치를 분해하고 다시 조립하여야 하는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 그라우팅 로드(상기 공개 특허 공보의 도 3의 도면부호 '220'과 도 5의 도면부호 '350') 및 이들 사이를 연결하는 관연결 커플링, 상부 커플링, 및 하부 커플링 등으로 형성되는 외측관의 내부에 설치되는 주입관 조립체(상기 공개 특허 공보의 도 3의 도면부호 '230')와 주입재 혼합부(도 5의 도면부호 '320') 등의 내장 부품체가 외측관 내에서 일정하고 고정된 위치를 확보할 수 있는 수단이 별도로 없어서 이들을 다단으로 연장 설치하여 전체 약액 주입장치를 구성하여야 하는 경우에 내장 부품체가 외측관에서 정위 치 상태로 조립되지 않아 현장 조립성이 떨어지고 그리하여 공정 지연이 발생하는 문제점을 나타내며, 또한 상기 주입재 혼합부 상으로 돌출 형성된 각각의 이송관에 상기 주입관 조립체을 구성하는 각각의 이송관을 상호 연결하고, 그리고 나아가 상기 주입관 조립체을 구성하는 각각의 이송관에 스위블의 하부로 연장된 각각의 이송관을 상호 연결함에 있어서 이들 이송관들을 상호 간편하게 연결하는 수단이 미비하여 그 연결 작업에 상당한 시간과 노력이 소요되어 전체적인 작업성이 더욱 저하되는 문제점을 표출하고 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 기술적 과제는, 급결재를 형성하는 약액(예컨대, A액 + B1액)을 주입 포인트로 이송하여 지반 내부로 토출하는 급결재 토출부와, 완결재를 형성하는 약액(예컨대, C액 = A액 + B2액)을 주입 포인트로 이송하여 지반 내부로 토출하는 완결재 토출부를 상호 이격 분리하여 제공하고, 급결재 토출부를 약액 주입 장치의 선단 주입부 중에서 상부에 위치하게 하고, 완결재 토출부를 약액 주입 장치의 선단 주입부 중에서 하부에 위치하도록 하여 급결재와 완결재의 동시 주입 또는 분리 주입이 가능하도록 하여 지반 내부로 주입되는 약액들이 급결재로서의 역할과 완결재로서의 제 역할을 충분히 발휘하면서 주입 목적 범위를 이탈하는 현상을 일으키는 것을 방지함으로써 복합 주입의 효과를 충분히 달성할 수 있도록 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 제공하면서도, 상기 급결재 토출부 및 완결재 토출부를 형성하는 주입 밸브의 구성을 단순화하고 또한 외장화하여 전체 장치의 제작 비용을 감소하도록 할 뿐만 아니라 조립 작업에 양호한 편의성을 제공하며, 현장에서의 그라우팅 작업 중에 고장이나 장애가 발생할 수 있는 가능성을 최대한 저감시킬 수 있으며, 나아가 고장이나 장애가 발생하는 경우에도 손쉽게 그 요인을 제거하거나 장애를 치유할 수 있는 수단을 제공하면서, 외측관을 형성하는 그라우팅 연결관 케이싱 로드들의 연결부에서 그라우트재 이송관 커플링 통체가 일정하고 고정된 위치를 확보하면서 손쉽게 조립될 수 있도록 하는 수단을 제공하며, 나아가 다단으로 연결 연장되어 설치되는 각각의 그라우트재 이송관들의 상호 연결을 손쉽게 달성할 수 있는 수단을 제공함으로써, 약액 주입 장치의 조립과 설치 작업에 소요되는 작업 시간과 작업 인력을 감축하도록 하는 약액 주입 장치 및 이를 이용한 약액 주입 공법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 삼고 있다.

특히, 본 발명은 저 점성의 특성을 가진 실리카 졸 그라우팅 약액을 사질토 또는 충적토 등의 투수성이 높은 연약 지반 내로 주입하여 뛰어난 차수 보강 효과를 달성하도록 하는 그라우팅재 주입 공정에 있어서 보다 효과적인 약액 주입 장치 및 이를 이용한 약액 주입 공법을 제공하는 것을 또한 그 기술적 과제로 삼고 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치는, 다수개의 약액조로부터 각각의 그라우트 펌프 및 주입재 외부 이송 파이프를 통하여 공급되는 그라우트 주입재를 지반 내부로 주입하기 위한 약액 주입 장치로서, 상기 주입재 외부 이송 파이프와의 연결부를 구비한 스위블(swivel)과, 지반 내부로 주입하기 위하여 그라우트 주입재를 분사 주입하는 주입 밸브를 구비한 주입 선단부와, 그리고 상기 스위블과 상기 주입 선단부를 연결하기 위하여 제공되는 것으로서 그라우팅 연결관 케이싱 로드 및 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드 내부에 수용 설치되는 다수개의 주입재 이송관을 포함하여 이루어지는 주입재 이송관 연장 어셈블리와, 상기 주입재 이송관 연장 어셈블리를 상기 스위블 및 상기 주입 선단부에 연결하고 그리고 연속적으로 연결되는 주입재 이송관 연장 어셈블리 사이를 연결하도록 상단과 하단에 수나사 연결부가 형성된 연장 커플링 부재를 포함하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치로서,

상기 스위블은,

저면으로부터 길이 방향으로 다수개의 주입재 이송공이 형성되고, 상단부에는 상기 주입재 이송공과 연통하도록 외부로 개통된 주입재 외부 이송 파이프 연결구가 다수개 제공되는 스위블 샤프트와; 상기 스위블 샤프트의 외주면에 상단이 끼움 연결되고 하단에는 체결 나사면이 제공되는 하우징 너트와; 상기 하우징 너트의 체결 나사면에 체결되는 상단 나사면이 상단에 제공되는 원통형 부재로서 내주면에는 상기 스위블 샤프트의 외주면과의 베어링 축 결합을 위한 환형 베어링이 제공되 고 상기 스위블 사프트를 감싸도록 하부로 연장 형성된 하단부에는 상기 연장 커플링 부재의 상단 수나사 연결부와 체결되는 암나사면이 제공되는 베어링 하우징을 포함하여 이루어지고, 그리고

상기 주입재 이송관 연장 어셈블리는,

내부에 다수개의 주입재 이송관을 수용하도록 형성되는 원통형 부재로서 상기 연장 커플링 부재의 하단 수나사 연결부에 체결되는 암나사면이 상단에 형성되며 하단에는 추가적으로 연장 연결될 그라우팅 연결관 케이싱 로드 또는 주입 선단부 케이싱 로드와의 연결을 제공하기 위한 로드 커플링 부재가 나사 체결되는 암나사면이 형성되는 그라우팅 연결관 케이싱 로드와; 상기 스위블의 스위블 사프트 내에 형성된 다수개의 주입재 이송공에 유체 소통하게 각각 끼움 결합되는 것으로 상단부에 설치되는 밀봉 오링(O-ring)을 구비한 다수개의 제1 주입재 이송관과; 다수개의 제1 상기 주입재 이송관의 하단부가 연결되는 이송관 커플링 통체로서, 통체 내부에는 길이 방향으로 다수개의 주입재 이송공이 관통 형성되고, 상기 주입재 이송공의 상단부에는 상기 제1 주입재 이송관의 하단부와 연결되는 커플링 수단(예컨대, 나사 체결면과 체결면 사이에 개재되는 밀봉재를 구비한 체결구)이 제공되며, 상기 주입재 이송공의 하단부에는 추가적으로 연장 연결되는 제2 주입재 이송관의 상단부와 연결되는 커플링 수단이 제공되는 제1 이송관 커플링 통체와; 상기 제1 이송관 커플링 통체의 각각의 주입재 이송공 하단부에 연장 연결되는 다수개의 제2 주입재 이송관과; 다수개의 상기 제2 주입재 이송관의 하단부가 연결되는 이송관 커플링 통체로서, 통체 내부에는 길이 방향으로 다수개의 주입재 이송공이 관통 형 성되고, 상기 주입재 이송공의 상단부에는 상기 제2 주입재 이송관의 하단부와 연결되는 커플링 수단이 제공되며, 통체의 외주면에는 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드 내부에서 설정 위치에 위치하도록 설정 높이로 제공되는 걸림단이 형성되는 제2 이송관 커플링 통체와; 상기 제2 이송관 커플링 통체가 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드 내부의 설정 위치에 고정 설치되도록, 상기 제2 이송관 커플링 통체의 외주면에 제공되는 상기 걸림단을 사이에 두고서 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드 하단부에 제공되는 체결단과 나사 체결되는 로드 커플링 부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 제공하게 된다.

또한, 본 발명에서의 상기 연장 커플링 부재는 분해 조립이 용이하도록 상단과 하단의 나사 연결부 사이 몸체부의 원통형 외주면에 평활한 렌치 홈이 가공 형성되는 것이 바람직하고, 여기에서 상기 연장 커플링 부재는 상하로 형성된 나사 연결부 각각이 상부로는 상기 주입재 이송관 연장 어셈블리를 구성하는 로드 커플링 부재에 연결되고 그리고 하부로는 상기 주입 선단부를 구성하는 제1 선단부 케이싱 로드와 연결되면서, 상부의 주입재 이송관 연장 어셈블리가 하부의 주입 선단부에 연결되도록 할 수도 있다.

그리고, 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 구성하는 상기 주입 선단부는,

상기 주입재 이송관 연장 어셈블리를 구성하는 상기 제2 이송관 커플링 통체에 형성된 다수개의 주입재 이송공 각각에 끼움 결합되는 다수개의 제3 주입재 이송관과;

상기 제3 주입재 이송관의 하단부와 연결되는 커플링 수단이 제공되며, 통체의 외주면에는 탄성 슬리브(밴드)형의 제1 주입 밸브가 안착되는 제1 밸브 안착홈이 형성되고, 내부에는 상기 다수개의 제3 주입재 이송관과 유체 소통하도록 다수개의 주입재 이송공이 형성되며, 상기 주입재 이송공 중 일부의 주입재 이송공들이 합류되어 이를 관류하는 그라우트재가 주입 압력으로써 상기 제1 주입 밸브를 외주 방향으로 밀어내면서 분사되도록 제1 주입재 분사공이 내부로부터 외부로 개통 형성되고, 상기 주입재 이송공 중에서 남은 주입재 이송공은 중심부를 따라 하류로 연장 형성되도록 하는 제1 주입부 커플링 통체와;

상기 제1 주입부 커플링 통체의 하부로 연장 형성된 주입재 이송공과 유체 압력 소통하도록 커플링 부재를 통하여 상단이 연결되는 제4 주입재 이송관과;

상기 제4 주입재 이송관의 하단이 끼움 결합되는 주입재 이송공이 상단 내부에 형성되는 통체로서, 통체의 외주면에는 탄성 슬리브형의 제2 주입 밸브가 안착되는 제2 밸브 안착홈이 형성되고, 내부에는 상기 주입재 이송공과 유체 소통하도록 제2 주입재 분사공이 내부로부터 외부로 개통 형성되는 제2 주입부 커플링 통체와;

상기 제1 주입부 커플링 통체의 상단에 형성된 나사 연결부에 연결되는 하단부와 상기 연장 커플링 부재의 하부에 형성된 나사 연결부에 연결되는 상단부를 구비한 제1 선단부 케이싱 로드와; 그리고

상기 제1 주입부 커플링 통체의 하단에 형성된 나사 연결부에 연결되는 상단부와 상기 제2 주입부 커플링 통체의 상부에 형성된 나사 연결부에 연결되는 하단 부를 구비한 제2 선단부 케이싱 로드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또 다른 추가적인 관점에서 상기한 과제를 달성하기 위하여, 전술한 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 이용한 약액 주입 공법으로서, 급결재 및 완결재를 지반 내에 분사 주입함을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 이용한 약액 주입 공법을 제공하는데, 여기에서, 상기 급결재의 분사는, 급결재를 형성하는 2 이상의 약액을, 스위블의 스위블 샤프트 내의 2개 이상의 주입재 이송공과; 주입재 이송관 연장 어셈블리의 2개 이상의 제1 주입재 이송관, 제1 이송관 커플링 통체 내의 2개 이상의 주입재 이송공, 2개 이상의 제2 주입재 이송관, 및 제2 이송관 커플링 통체 내의 2개 이상의 주입재 이송공과; 그리고 분사 주입부의 2개 이상의 제3 주입재 이송관 및 제1 주입부 커플링 통체 내의 2개 이상의 주입제 이송공으로 구성되는 급결재 이송라인을 통하여 이송하고서, 분사 주입부의 제1 주입부 커플링 통체 내의 제1 주입재 분사공에서 합류하여 상호 혼합되어 급결재를 형성한 후, 상기 급결재의 주입압력이 제1 주입재 분사공 내에서 상승하면서 제1 주입 밸브를 확장시켜서 제1 주입재 분사공이 노출됨과 동시에 상기 제1 주입재 분사공으로부터 급결재가 분사되어 지반 내로 주입되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 완결재의 분사는, 완결재를 형성하는 약액을, 스위블의 스위블 샤프트 내의 다른 주입재 이송공과; 주입재 이송관 연장 어셈블리의 다른 제1 주입재 이송관, 제1 이송관 커플링 통체 내의 다른 주입재 이송공, 다른 제2 주입재 이송관, 및 제2 이송관 커플링 통체 내의 다른 주입재 이송공과; 그리고 분사 주입부 의 다른 제3 주입재 이송관 및 제1 주입부 커플링 통체 내의 다른 주입제 이송공과; 분사 주입부의 제4 주입재 이송관; 제2 주입부 커플링 통체 내의 주입제 이송공으로 구성되는 완결재 이송라인을 통하여 이송하고서, 상기 완결재의 주입압력이 제2 주입부 커플링 통체 내의 제2 주입재 분사공 내에서 상승하면서 제2 주입 밸브를 확장시켜서 제2 주입재 분사공이 노출됨과 동시에 상기 제2 주입재 분사공으로부터 완결재가 분사되어 지반 내로 주입되도록 함을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 이용한 약액 주입 공법이 제공된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치 및 이를 이용한 약액 주입 공법의 경우에는, 다수개의 혼합 약액을 동시에 주입할 수 있을 뿐만 아니라 급결재와 완결재를 상하 동시/분리 주입이 가능하도록 하여 그라우팅 공정의 작업 효율을 현저히 향상시키고, 연약 지반 내의 차수나 보강 등을 위한 그라우팅을 견고하고 균일하게 시공할 수 있는 장점을 제공한다.

또한, 본 발명에 따르면 급결재 토출부 및 완결재 토출부를 형성하는 주입 밸브의 구성을 단순화하고 또한 외장화하여 전체 장치의 제작 비용을 감소하도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 급결재 토출부 및 완결재 토출부 모두에서 원통형의 탄성 슬리브 형태의 주입 밸브를 통하여 압력 주입되는 그라우트재가 원판상의 인공 유선을 형성함으로써 주입재를 보다 균질하게 지층 내부로 분사 침투시킬 수 있도록 하여 주입 효율 및 보강 효과를 높일 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

전체 장치의 조립 작업에 더욱 양호한 편의성을 제공하며, 현장에서의 그라 우팅 작업 중에 고장이나 장애가 발생할 수 있는 가능성을 최대한 저감시킬 수 있으며, 나아가 고장이나 장애가 발생하는 경우에도 손쉽게 그 요인을 제거하거나 장애를 치유할 수 있도록 하면서, 외측관을 형성하는 그라우팅 연결관 케이싱 로드들의 연결부에서 그라우트재 이송관 커플링 통체가 일정하고 고정된 위치를 확보하면서 손쉽게 조립될 수 있도록 함으로써 하나의 단위 어셈블리 형태로 운반되고 조립/분해될 수 있도록 하여서 설치 및 운반 작업의 효율을 높이며, 나아가 다단으로 연결 연장되어 설치되는 각각의 그라우트재 이송관들의 상호 연결을 손쉽게 달성할 수 있는 수단을 제공함으로써, 약액 주입 장치의 조립과 설치 작업에 소요되는 작업 시간과 작업 인력을 감축하도록 하는 효과를 제공한다.

특히, 본 발명은 저 점성의 특성을 가진 실리카 졸 그라우팅 약액을 사질토 또는 충적토 등의 투수성이 높은 연약 지반 내로 주입하여 뛰어난 차수 보강 효과를 달성하도록 하는 그라우팅재 주입 공정에 있어서 보다 효과적인 약액 주입 장치를 제공하게 된다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예들을 첨부한 예시 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 도시한 사시도이며, 도 2a는 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치의 스위블 부분의 사시도이고, 도 2b는 저면 사시도이며, 도 2c는 종단면도를 도시한 것이다.

그리고, 도 3a는 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치의 주입 재 이송관 연장 어셈블리를 스위블 부분과 함께 도시한 분해 사시도이며, 도 3b는 주입재 이송관 연장 어셈블리를 구성하는 제1 주입재 이송관과 제1 이송관 커플링 통체를 함께 도시한 분해 사시도이며, 도 4a는 주입재 이송관 연장 어셈블리를 구성하는 제2 주입재 이송관과 제2 이송관 커플링 통체의 결합 상태를 도시한 사시도이고, 도 4b는 제2 주입재 이송관과 제2 이송관 커플링 통체의 분해 사시도이고, 도 4c는 제2 주입재 이송관과 제2 이송관 커플링 통체의 조립 상태를 도시한 조립 상태도이고, 도 4d는 제2 이송관 커플링 통체에서 커플링 수단의 분해 상태를 도시한 분해 사시도이다.

또한, 도 5a는 주입재 이송관 연장 어셈블리, 제2 주입재 이송관의 하단부와 연결된 제2 이송관 커플링 통체, 로드 커플링 부재, 및 연장 커플링 부재들의 분해조립도를 도시한 것이고, 도 5b는 그 결합상태 단면도를 도시한 것이다. 나아가, 도 5c는 여기에 추가적인 주입재 이송관 연장 어셈블리가 연결되는 상태를 도시한 도면이고, 그리고 도 5d는 주입 선단부가 연결되는 상태를 도시한 도면이다.

그리고, 도 6a 및 도 6b는 주입 선단부의 구성을 예시한 도면으로서 각각 분해 사시도 및 조립상태 사시도를 도시한 것이고, 도 6c 및 도 6d는 결합 상태 단면도를 도시한 도면(도 6d는 도 6c의 K-K선 단면)이며, 그리고 도 6e 및 도 6f 각각은 급결재 및 완결재 라인의 주입 상태를 도시한 작동 상태 단면도이다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에서의 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치는 상기 도면들에 도시된 바와 같이, 3개의 주입재 이송공과 3개의 이송관을 사용한 3개의 주입재 이송라인(2개의 급결재 이송라인 + 1개의 완결재 이송라인)으로 구성 될 수 있으며, 나아가 도면에 도시되지는 않았지만 주입되는 그라우팅 주입재(약액)의 종류 등에 따라서 4개의 이송라인 또는 5개의 이송라인을 이용하는 다중관의 구성을 채택할 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치는 그라우팅 작업 공정을 진행하는 현장에 배치되는 다수개의 약액조로부터 각각의 그라우트 펌프 및 주입재 외부 이송 파이프를 통하여 공급되는 그라우트 주입재를 지반 내부로 주입하기 위한 약액 주입 장치로서, 첨부 도면 도 1에 도시된 바와 같이 3개의 주입재 외부 이송 파이프(도 7a 및 도 7b의 도면부호 '10a', '10b', 및 '10c' 참조)와의 연결부를 구비한 스위블(swivel)(100)과, 지반 내부로 주입하기 위하여 그라우트 주입재를 분사 주입하는 주입 밸브(423B, 443B)를 구비한 주입 선단부(400)와, 그리고 상기 스위블(100)과 상기 주입 선단부(400)를 연결하기 위하여 제공되는 것으로서 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210) 및 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210) 내부에 수용 설치되는 3개의 주입재 이송관을 포함하여 이루어지는 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)와, 상기 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)를 상기 스위블(100) 및 상기 주입 선단부(400)에 연결하고 그리고 연속적으로 연결되는 주입재 이송관 연장 어셈블리(200) 사이를 연결하도록 상단과 하단에 수나사 연결부(310, 320)가 형성된 연장 커플링 부재(300)를 포함하여 이루어지게 된다.

여기에서, 상기 스위블(100)은, 저면으로부터 길이 방향으로 3개의 주입재 이송공(110a, 110b, 110c)이 형성되고, 상단부에는 상기 주입재 이송공(110a, 110b, 110c)과 연통하도록 외부로 개통된 3개의 주입재 외부 이송 파이프 연결구(110at, 110bt, 110ct)가 제공되는 스위블 샤프트(110)을 포함하여 이루어지는데, 상기 스위블 샤프트(110)에 제공된 예컨대 3개의 주입재 이송공(110a, 110b, 110c)은 2개의 급결재(예컨대, 겔 타임이 빠른 A액과 B액) 이송라인과 1개의 완결재(예컨대, 겔 타임이 느린 C액) 이송라인을 제공하게 되고, 후술되는 바와 같이 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)의 밀봉 오링(O-ring)(211r)을 구비한 다수개의 제1 주입재 이송관(211a-1, 211b-1, 211c-1)이 간단하게 끼워져 결합될 수 있어서 조립 작업이 용이하게 수행될 수 있도록 한다.

또한, 상기 스위블(100)은 첨부 도면 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 스위블 샤프트(110)의 외주면에 상단이 끼움 연결되고 하단에는 체결 나사면이 제공되는 하우징 너트(120)와; 상기 하우징 너트(120)의 체결 나사면에 체결되는 상단 나사면이 상단에 제공되는 원통형 부재로서 내주면에는 상기 스위블 샤프트의 외주면과의 베어링 축 결합을 위한 환형 베어링(140)이 제공되고 상기 스위블 사프트(110)를 감싸도록 하부로 연장 형성된 하단부에는 상기 연장 커플링 부재(300)의 상단 수나사 연결부(310)와 체결되는 암나사면이 제공되는 베어링 하우징(130)을 추가적으로 포함하여 이루어진다. 여기에서, 상기 환형 베어링(140)은 상기 베어링 하우징(130)이 상기 스위블 샤프트(110)와 분리되어 회전되면서 하부의 연장 커플링 부재(300)과 나사 체결될 수 있도록 하는 작용을 한다.

그리고, 상기 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)는 첨부 도면 도 3a 내지 도 5d에 도시된 바와 같이, 내부에 다수개의 주입재 이송관을 수용하도록 형성되는 원 통형 부재로서 상기 연장 커플링 부재(300)의 하단 수나사 연결부(320)에 체결되는 암나사면이 상단에 형성되며 하단에는 추가적으로 연장 연결될 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210, 도 5c 참조) 또는 주입 선단부 케이싱 로드(410, 도 5d 참조)와의 연결을 제공하기 위한 로드 커플링 부재(240)가 나사 체결되는 암나사면이 형성되는 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210)와; 상기 스위블(100)의 스위블 사프트(110) 내에 형성된 3개의 주입재 이송공(110a, 110b, 110c)에 유체 소통하게 각각 끼움 결합되는 것으로 상단부에 설치되는 밀봉 오링(211r)을 구비한 3개의 제1 주입재 이송관(211a-1, 211b-1, 211c-1)과; 3개의 제1 상기 주입재 이송관(211a-1, 211b-1, 211c-1)의 하단부가 연결되는 이송관 커플링 통체로서, 통체 내부에는 길이 방향으로 3개의 주입재 이송공(220a, 220b, 220c)이 관통 형성되고, 상기 주입재 이송공(220a, 220b, 220c)의 상단부에는 상기 제1 주입재 이송관(211a-1, 211b-1, 211c-1)의 하단부와 연결되는 커플링 수단(예컨대, 나사 체결면과 체결면 사이에 개재되는 밀봉재를 구비한 체결구)이 제공되며, 상기 주입재 이송공(220a, 220b, 220c)의 하단부에는 추가적으로 연장 연결되는 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 상단부와 연결되는 커플링 수단(예컨대, 첨부 도면 도 4a 내지 도 4c의 도면부호 '231a', '213a', '214a' 에 도시된 구성과 동일한 구성)이 제공되는 제1 이송관 커플링 통체(220)와; 상기 제1 이송관 커플링 통체(220)의 각각의 주입재 이송공(220a, 220b, 220c) 하단부에 연장 연결되는 3개의 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)과; 3개의 상기 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 하단부가 연결되는 이송관 커플링 통체로서, 통체 내부에는 길이 방향으로 3개의 주입재 이송공(230a, 230b, 230c)이 관통 형성되고, 상기 주입재 이송공(230a, 230b, 230c)의 상단부에는 상기 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 하단부와 연결되는 커플링 수단(첨부 도면 도 4a 내지 도 4c의 도면부호 '231a', '213a', '214a' 참조)이 제공되며, 통체의 외주면에는 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210) 내부에서 설정 위치에 위치하도록 설정 높이로 제공되는 걸림단(235)이 형성되는 제2 이송관 커플링 통체(230)와; 그리고 상기 제2 이송관 커플링 통체(230)가 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210) 내부의 설정 위치에 고정 설치되도록, 상기 제2 이송관 커플링 통체(230)의 외주면에 제공되는 상기 걸림단(235)을 사이에 두고서 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210) 하단부에 제공되는 체결단과 나사 체결되는 로드 커플링 부재(240)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 제공하게 된다.

여기에서, 상기 주입재 이송공(230a, 230b, 230c)의 상단부에 상기 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 하단부와 연결되기 위하여 제공되는 커플링 수단의 바람직한 하나의 실시예를 살펴보면, 첨부 도면 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 중심 관통공과 원추형 상부 안착면을 구비하고서 상부 및 하부에 각각 체결단을 구비하며 형성되어 상기 주입재 이송공(230a, 230b, 230c)의 상단부에 하단 체결단이 체결되는 체결구(231a)와; 상기 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 하단부에 외주면에 끼워지는 원추형 밀봉단(213a)과; 그리고 상기 원추형 밀봉단(213a)을 사이에 두고서 상기 체결구(231a)와 나사 체결되는 밀봉 너트(214a)를 포함하여 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210)의 길이가 긴 경우에는, 상기 제1 이송관 커플링 통체(220)와 상기 제2 이송관 커플링 통체(230) 사이를 연결하는 상기 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 중간부에는 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210) 내경에 맞추어져 고정됨으로써 상기 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 꼬임을 방지하는 천공 원판형의 이송관 고정 가이드(210g)가 1개 또는 그 이상 전체 길이에 맞추어서 추가적으로 제공되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서의 상기 연장 커플링 부재(300)는 분해 조립이 용이하도록 상단과 하단의 나사 연결부(310, 320) 사이 몸체부(330)의 원통형 외주면에 평활한 렌치 홈(333)이 가공 형성되는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 연장 커플링 부재(300)는 첨부 도면 도 5d에 도시된 바와 같이, 상하로 형성된 나사 연결부(310, 320) 각각이 상부로는 상기 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)를 구성하는 로드 커플링 부재(240)에 연결되고 그리고 하부로는 상기 주입 선단부(400)를 구성하는 제1 선단부 케이싱 로드(410)와 연결되면서, 상부의 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)가 하부의 주입 선단부(400)에 연결되도록 할 수도 있다.

그리고, 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 구성하는 상기 주입 선단부(400)는 첨부 도면 도 6a 내지 도 6f에 도시된 바와 같이,

상기 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)를 구성하는 상기 제2 이송관 커플링 통체(230)에 형성된 다수개의 주입재 이송공(230a, 230b, 230c) 각각에 끼움 결 합되는 다수개의 제3 주입재 이송관(411a, 411b, 411c)과;

상기 제3 주입재 이송관(411a, 411b, 411c)의 하단부와 연결되는 커플링 수단(예컨대, 나사 체결면과 체결면 사이에 개재되는 밀봉재를 구비한 체결구)이 제공되며, 통체의 외주면에는 탄성 슬리브형의 제1 주입 밸브(423B)가 안착되는 제1 밸브 안착홈(423)이 형성되고, 내부에는 상기 다수개의 제3 주입재 이송관(411a, 411b, 411c)과 유체 소통하도록 다수개의 주입재 이송공(420a, 420b, 420c)이 형성되며, 상기 주입재 이송공 중 일부의 주입재 이송공(420a, 420b)들이 합류되어 이를 관류하는 그라우트재가 주입 압력으로써 상기 제1 주입 밸브(423B)를 외주 방향으로 밀어내면서 분사되도록 제1 주입재 분사공(423h)이 내부로부터 외부로 개통 형성되고, 상기 주입재 이송공(420a, 420b, 420c) 중에서 남은 주입재 이송공(420c)은 중심부를 따라 하류로 연장 형성되도록 하는 제1 주입부 커플링 통체(420)와;

상기 제1 주입부 커플링 통체(420)의 하부로 연장 형성된 주입재 이송공(420c)과 유체 압력 소통하도록 커플링 부재(예컨대, 첨부 도면 도 4a 내지 도 4c의 도면부호 '231a', '213a', '214a' 와 동일한 구성)를 통하여 상단이 연결되는 제4 주입재 이송관(411d)과;

상기 제4 주입재 이송관(411d)의 하단이 끼움 결합되는 주입재 이송공(420d)이 상단에 형성되는 통체로서, 통체의 외주면에는 탄성 슬리브형의 제2 주입 밸브(443B)가 안착되는 제2 밸브 안착홈(443)이 형성되고, 내부에는 상기 주입재 이송공(420d)과 유체 소통하도록 제2 주입재 분사공(443h)이 내부로부터 외부로 개통 형성되는 제2 주입부 커플링 통체(440)와;

상기 제1 주입부 커플링 통체(420)의 상단에 형성된 나사 연결부(421)에 연결되는 하단부와 상기 연장 커플링 부재(300)의 하부에 형성된 나사 연결부(312)에 연결되는 상단부를 구비한 제1 선단부 케이싱 로드(410)와; 그리고

상기 제1 주입부 커플링 통체(420)의 하단에 형성된 나사 연결부(422)에 연결되는 상단부와 상기 제2 주입부 커플링 통체(440)의 상부에 형성된 나사 연결부(441)에 연결되는 하단부를 구비한 제2 선단부 케이싱 로드(430)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 제2 주입부 커플링 통체(440)의 말단부는 그 최하단이 도 6a에 도시된 바와 같은 단부캡(442)의 형태로 막혀 있을 수 있으며, 이와 달리 도 6g에 도시된 다른 실시예에서와 같이 드릴링 비트(450)의 형태로도 구현될 수 있을 것이다.

한편, 상기 제3 주입재 이송관(411a, 411b, 411c)의 상단 및 상기 제4 주입재 이송관(411d)의 하단과 같이 주입재 이송공에 끼움 결합되는 곳에서는 외주면에 밀봉 오링(O-ring)(411ar, 411r / 411dr)이 주입 압력에 견딜 수 있는 밀봉을 제공하기 위하여 설치되는 것이 바람직하다.

여기에서도, 상기 다수개의 제3 주입재 이송관(411a, 411b, 411c)의 길이가 긴 경우에는 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 제3 주입재 이송관(411a, 411b, 411c)의 중간부에는 상기 제1 선단부 케이싱 로드(410) 내경에 맞추어져 고정됨으로써 제3 주입재 이송관(411a, 411b, 411c)의 꼬임을 방지하는 천공 원판형의 이송 관 고정 가이드(410g)가 1개 또는 그 이상 전체 길이에 맞추어서 추가적으로 제공되는 것이 바람직하며, 상기 천공 원판형의 이송관 고정 가이드(410g)의 하단부에는 상기 제2 이송관 커플링 통체(230)에 형성된 걸림단(235)과 동일한 구조의 걸림단이 형성될 수 있다.

이하에서는, 첨부 도면을 참조하여 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 이용하여 수행할 수 있는 약액 주입 공법에 대해 설명하기로 한다.

전술한 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 이용한 약액 주입 방법은, 급결재 및 완결재를 상기 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치의 급결재 이송라인과 완결재 이송라인을 통하여 분리 이송하고서, 상기 주입 선단부(400)를 구성하는 제1 주입재 분사공(423h) 및 제2 주입재 분사공(443h)를 통하여 상하 방향으로 설정 거리 만큼 이격하여 지반 내에 분사 주입함을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 이용한 약액 주입 공법이 제공되는데,

여기에서, 상기 급결재의 분사는 첨부 도면 도 1 내지 도 6d 및 도 6e에 도시된 바와 같이, 급결재를 형성하는 2 이상의 약액을, 스위블(100)의 스위블 샤프트(110) 내의 2개 이상의 주입재 이송공(110a, 110b)과; 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)의 2개 이상의 제1 주입재 이송관(211a-1, 211b-1), 제1 이송관 커플링 통체(220) 내의 2개 이상의 주입재 이송공(220a, 220b), 2개 이상의 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2), 및 제2 이송관 커플링 통체(230) 내의 2개 이상의 주입재 이송공(230a, 230b)과; 그리고 분사 주입부(400)의 2개 이상의 제3 주입재 이송 관(411a, 411b) 및 제1 주입부 커플링 통체(420) 내의 2개 이상의 주입제 이송공(420a, 420b)으로 구성되는 급결재 이송라인을 통하여 이송하고서, 분사 주입부(400)의 제1 주입부 커플링 통체(420) 내의 제1 주입재 분사공(423h)에서 합류하여 상호 혼합되어 급결재를 형성한 후, 상기 급결재의 주입압력이 제1 주입재 분사공(423h) 내에서 상승하면서 제1 주입 밸브(423B)를 확장시켜서 제1 주입재 분사공(423h)이 노출됨과 동시에 상기 제1 주입재 분사공(423h)으로부터 급결재가 분사되어 지반 내로 주입되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 완결재의 분사는 첨부 도면 도 1 내지 도 6d 및 도 6f에 도시된 바와 같이, 완결재를 형성하는 약액을, 스위블(100)의 스위블 샤프트(110) 내의 다른 주입재 이송공(110c)과; 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)의 다른 제1 주입재 이송관(211c-1), 제1 이송관 커플링 통체(220) 내의 다른 주입재 이송공(220c), 다른 제2 주입재 이송관(211c-2), 및 제2 이송관 커플링 통체(230) 내의 다른 주입재 이송공(230c)과; 그리고 분사 주입부(400)의 다른 제3 주입재 이송관(411c) 및 제1 주입부 커플링 통체(420) 내의 다른 주입제 이송공(420c)과; 분사 주입부(400)의 제4 주입재 이송관(411d); 제2 주입부 커플링 통체(440) 내의 주입제 이송공(441d)으로 구성되는 완결재 이송라인을 통하여 이송하고서, 상기 완결재의 주입압력이 제2 주입부 커플링 통체 내의 제2 주입재 분사공 내에서 상승하면서 제2 주입 밸브(443B)를 확장시켜서 제2 주입재 분사공(443h)이 노출됨과 동시에 상기 제2 주입재 분사공(443h)으로부터 완결재가 분사되어 지반 내로 주입되도록 함을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 이용한 약액 주입 공법이 제공된다.

한편, 상기 주입 밸브들은 탄성 슬리브(밴드) 형태로 구성되어서 주입 분사공의 주입 압력이 일정 수준 이하로 떨어지면 복원되이서 주입재의 역류를 방지하는 기능을 수행하게 된다.

여기서, 상기 급결재와 완결재는 주입 분사부(400)의 상부에 형성되는 제1 주입재 분사공(424h)와 주입 분사부(400)의 하부에 형성되는 제2 주입재 분사공(424h) 사이의 거리를 지층 상태와 주입목적에 따라 25cm∼125cm (예컨대, 50 cm) 사이에서 설정할 수 있으며, 급결재와 완결재의 주입량 비율을 주입 목적에 따라 적절히 설정하여 주입할 수 있다.

즉, 급결재와 완결재를 동시에 분사 주입할 때는 지중에 급결재와 완결재를 동시에 분사하더라도 급결재는 5초 내지 15초 만에 급속도로 급결되어 급결재로 인하여 커튼막이 형성되고, 이와 같이 급결재에 의하여 커튼막이 형성된 상태에서 완결재가 대략 30~120초에 걸쳐서 완결되므로 급결재가 완결재를 차단시켜 완결재가 주입 목적 범위를 벗어나 다른 곳으로 누출되는 것을 방지하게 된다.

한편, 상기한 바와 같이 급결재와 완결재를 동시에 지중에 주입시켜 충분한 주입이 이루어지면, 그라우팅 장치 전체를 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 유압 자키와 같은 장치를 사용하여 상방으로 일정한 간격(ℓ)으로 인발하여 고결된 급결재로부터 상부로 이동시킨 후 다시 급결재와 완결재를 주입하도록 함으로써 단계적인 복합 그라우팅을 수행할 수 있다.

이는 주입 포인트를 이동하면서 급결재와 완결재를 반복적으로 분사 주입하는 것으로서, 급결재와 완결재를 1차 분사 주입한 후에 그라우팅 장치를 상향 인발 시킨 후, 이동된 위치에서 급결재와 완결재를 추가로 주입시키면, 이전에 분사 주입된 급결재에 의하여 커튼막이 형성된 상태에서 새로운 급결재와 완결재가 분사 주입되는데, 급결재는 상술한 바와 같이 5~15초 범위에서 겔화되면서 상부에 새로운 커튼막을 형성하게 되고, 이러한 상태에서 새로운 완결재는 기존의 급결재 주입 지층의 커튼막과 새로운 급결재 주입 지층의 커튼막 사이에서 상부 또는 하부로 누출되지 않고서 주입 대상 지반 내로 일정하게 분사 충진되어서 지반 강화의 목적을 효과적으로 달성할 수 있게 되는 것이다.

여기에서, 급결재와 완결재의 동시 주입 형태로 설명하였지만, 약간의 시차 범위를 두고서 수행될 수 있음은 당업자에게는 당연한 기술적 변형에 해당할 것이다.

그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 도시한 사시도.

도 2a는 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치의 스위블 부분의 사시도, 도 2b는 저면 사시도, 그리고 도 2c는 종단면도.

도 3a는 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치의 주입재 이송관 연장 어셈블리를 스위블 부분과 함께 도시한 분해 사시도이며, 도 3b는 주입재 이송관 연장 어셈블리를 구성하는 제1 주입재 이송관과 제1 이송관 커플링 통체를 함께 도시한 분해 사시도.

도 4a는 주입재 이송관 연장 어셈블리를 구성하는 제2 주입재 이송관과 제2 이송관 커플링 통체의 결합 상태를 도시한 사시도이고, 도 4b는 제2 주입재 이송관과 제2 이송관 커플링 통체의 분해 사시도이고, 도 4c는 제2 주입재 이송관과 제2 이송관 커플링 통체의 조립 상태를 도시한 조립 상태도이고, 도 4d는 제2 이송관 커플링 통체에서 커플링 수단의 분해 상태를 도시한 분해 사시도.

도 5a는 주입재 이송관 연장 어셈블리, 제2 주입재 이송관의 하단부와 연결된 제2 이송관 커플링 통체, 로드 커플링 부재, 및 연장 커플링 부재들의 분해조립도이고, 도 5b는 그 결합상태 단면도이며, 도 5c는 추가적인 주입재 이송관 연장 어셈블리가 연결되는 상태를 도시한 도면이고, 도 5d는 주입 선단부가 연결되는 상태를 도시한 도면.

도 6a 및 도 6b는 주입 선단부의 분해 사시도 및 조립상태 사시도, 도 6c 및 도 6d는 결합 상태 단면도, 그리고 도 6e 및 도 6f는 급결재 및 완결재 라인의 주 입 상태를 도시한 작동 상태 단면도이고, 도 6g는 천공비트가 선단에 부착된 실시예를 도시한 도면이다.

도 7a는 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치가 지반 천공홀에 설치된 상태를 도시한 도면이고, 도 7b는 약액 주입 공법이 단계적으로 수행되면서 본 발명에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치가 상측으로 일정 거리 만큼 이동된 상태를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 스위블(swivel) 110: 스위블 샤프트

110a, 110b, 110c: 주입재 이송공

110at, 110bt, 110ct: 주입재 외부 이송 파이프 연결구

200: 주입재 이송관 연장 어셈블리 210: 그라우팅 연결관 케이싱 로드

220: 제1 이송관 커플링 통체 220a, 220b, 220c: 주입재 이송공

211a-1, 211b-1, 211c-1: 제1 주입재 이송관

211a-2, 211b-2, 211c-2: 제2 주입재 이송관

230: 제2 이송관 커플링 통체 230a, 230b, 230c: 주입재 이송공

235: 걸림단 240: 로드 커플링 부재

210g: 천공 원판형의 이송관 고정 가이드

300: 연장 커플링 부재 310, 320: 상단 및 하단 나사 연결부

330: 몸체부 333: 렌치 홈

400: 주입 선단부 411a, 411b, 411c: 제3 주입재 이송관

410: 제1 선단부 케이싱 로드 430: 제2 선단부 케이싱 로드

420: 제1 주입부 커플링 통체 420a, 420b, 420c: 주입재 이송공

440: 제2 주입부 커플링 통체 411d: 제4 주입재 이송관

423, 443: 밸브 안착홈 423B, 443B: 주입 밸브

423h: 제1 주입재 분사공 443h: 제1 주입재 분사공

Claims (12)

1. 다수개의 약액조로부터 각각의 그라우트 펌프 및 주입재 외부 이송 파이프를 통하여 공급되는 그라우트 주입재를 지반 내부로 주입하기 위한 약액 주입 장치로서, 상기 주입재 외부 이송 파이프와의 연결부를 구비한 스위블(swivel)(100)과, 지반 내부로 주입하기 위하여 그라우트 주입재를 분사 주입하는 주입 밸브를 구비한 주입 선단부(400)와, 그리고 상기 스위블과 상기 주입 선단부를 연결하기 위하여 제공되는 것으로서 그라우팅 연결관 케이싱 로드 및 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드 내부에 수용 설치되는 다수개의 주입재 이송관을 포함하여 이루어지는 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)와, 상기 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)를 상기 스위블(100) 및 상기 주입 선단부(400)에 연결하고 그리고 연속적으로 연결되는 주입재 이송관 연장 어셈블리(200) 사이를 연결하도록 상단과 하단에 수나사 연결부가 형성된 연장 커플링 부재(300)를 포함하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치로서,

   상기 스위블(100)은,

   저면으로부터 길이 방향으로 다수개의 주입재 이송공(110a, 110b, 110c)이 형성되고, 상단부에는 상기 주입재 이송공과 연통하도록 외부로 개통된 주입재 외부 이송 파이프 연결구가 다수개 제공되는 스위블 샤프트(110)를 포함하여 이루어지고, 그리고

   상기 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)는,

   내부에 다수개의 주입재 이송관을 수용하도록 형성되는 원통형 부재로서 상기 연장 커플링 부재의 하단 수나사 연결부에 체결되는 암나사면이 상단에 형성되며 하단에는 추가적으로 연장 연결될 그라우팅 연결관 케이싱 로드 또는 주입 선단부 케이싱 로드와의 연결을 제공하기 위한 로드 커플링 부재가 나사 체결되는 암나사면이 형성되는 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210)와;

   상기 스위블(100)의 스위블 사프트(110) 내에 형성된 다수개의 주입재 이송공에 유체 소통하게 각각 끼움 결합되는 것으로 상단부에 설치되는 밀봉 오링(211r)을 구비한 다수개의 제1 주입재 이송관(211a-1, 211b-1, 211c-1)과;

   다수개의 제1 상기 주입재 이송관(211a-1, 211b-1, 211c-1)의 하단부가 연결되는 이송관 커플링 통체로서, 통체 내부에는 길이 방향으로 다수개의 주입재 이송공(220a, 220b, 220c)이 관통 형성되고, 상기 주입재 이송공(220a, 220b, 220c)의 상단부에는 상기 제1 주입재 이송관(211a-1, 211b-1, 211c-1)의 하단부와 연결되는 커플링 수단이 제공되며, 상기 주입재 이송공(220a, 220b, 220c)의 하단부에는 추가적으로 연장 연결되는 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 상단부와 연결되는 커플링 수단이 제공되는 제1 이송관 커플링 통체(220)와;

   상기 제1 이송관 커플링 통체(220)의 각각의 주입재 이송공(220a, 220b, 220c) 하단부에 연장 연결되는 다수개의 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)과;

   다수개의 상기 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 하단부가 연결되는 이송관 커플링 통체로서, 통체 내부에는 길이 방향으로 다수개의 주입재 이송 공(230a, 230b, 230c)이 관통 형성되고, 상기 주입재 이송공(230a, 230b, 230c)의 상단부에는 상기 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 하단부와 연결되는 커플링 수단이 제공되며, 통체의 외주면에는 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210) 내부에서 설정 위치에 위치하도록 설정 높이로 제공되는 걸림단(235)이 형성되는 제2 이송관 커플링 통체(230)와;

   상기 제2 이송관 커플링 통체(230)가 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210) 내부의 설정 위치에 고정 설치되도록, 상기 제2 이송관 커플링 통체(230)의 외주면에 제공되는 상기 걸림단(235)을 사이에 두고서 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210) 하단부에 제공되는 체결단과 나사 체결되는 로드 커플링 부재(240)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스위블(100)은,

   상기 스위블 샤프트(110)의 외주면에 상단이 끼움 연결되고 하단에는 체결 나사면이 제공되는 하우징 너트(120)와; 상기 하우징 너트(120)의 체결 나사면에 체결되는 상단 나사면이 상단에 제공되는 원통형 부재로서 내주면에는 상기 스위블 샤프트의 외주면과의 베어링 축 결합을 위한 환형 베어링(140)이 제공되고 상기 스위블 사프트(110)를 감싸도록 하부로 연장 형성된 하단부에는 상기 연장 커플링 부재(300)의 상단 수나사 연결부와 체결되는 암나사면이 제공되는 베어링 하우징(130)을 추가적으로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 이송관 커플링 통체(220)의 상기 주입재 이송공(230a, 230b, 230c)의 상단부에서 상기 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 하단부와 연결되기 위하여 제공되는 상기 커플링 수단이,

   중심 관통공과 원추형 상부 안착면을 구비하고서 상부 및 하부에 각각 체결단을 구비하며 형성되어 상기 주입재 이송공(230a, 230b, 230c)의 상단부에 하단 체결단이 체결되는 체결구(231a)와; 상기 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 하단부에 외주면에 끼워지는 원추형 밀봉단(213a)과; 그리고 상기 원추형 밀봉단(213a)을 사이에 두고서 상기 체결구(231a)와 나사 체결되는 밀봉 너트(214a)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 이송관 커플링 통체(220)와 상기 제2 이송관 커플링 통체(230) 사이를 연결하는 상기 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 중간부에는 상기 그라우팅 연결관 케이싱 로드(210) 내경에 맞추어져 고정됨으로써 상기 제2 주입재 이송관(211a-2, 211b-2, 211c-2)의 꼬임을 방지하는 천공 원판형의 이송관 고정 가이드(210g)가 제공되는 것을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 연장 커플링 부재(300)는 분해 조립이 용이하도록 상단과 하단의 나사 연결부(310, 320) 사이 몸체부(330)의 원통형 외주면에 평활한 렌치 홈(333)이 가공 형성되는 것을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 연장 커플링 부재(300)는 상하로 형성된 나사 연결부(310, 320) 각각이 상부로는 상기 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)를 구성하는 로드 커플링 부재(240)에 연결되고 그리고 하부로는 상기 주입 선단부(400)를 구성하는 제1 선단부 케이싱 로드(410)와 연결되면서, 상부의 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)가 하부의 주입 선단부(400)에 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 주입 선단부(400)는,

   상기 주입재 이송관 연장 어셈블리(200)를 구성하는 상기 제2 이송관 커플링 통체(230)에 형성된 다수개의 주입재 이송공(230a, 230b, 230c) 각각에 끼움 결합되는 다수개의 제3 주입재 이송관(411a, 411b, 411c)과;

   상기 제3 주입재 이송관(411a, 411b, 411c)의 하단부와 연결되는 커플링 수단이 제공되며, 통체의 외주면에는 탄성 슬리브형의 제1 주입 밸브(423B)가 안착되는 제1 밸브 안착홈(423)이 형성되고, 내부에는 상기 다수개의 제3 주입재 이송 관(411a, 411b, 411c)과 유체 소통하도록 다수개의 주입재 이송공(420a, 420b, 420c)이 형성되며, 상기 주입재 이송공 중 일부의 주입재 이송공(예컨대, 420a, 420b)들이 합류되어 이를 관류하는 그라우트재가 주입 압력으로써 상기 제1 주입 밸브(423B)를 외주 방향으로 밀어내면서 분사되도록 제1 주입재 분사공(423h)이 내부로부터 외부로 개통 형성되고, 상기 주입재 이송공(420a, 420b, 420c) 중에서 남은 주입재 이송공(420c)은 중심부를 따라 하류로 연장 형성되도록 하는 제1 주입부 커플링 통체(420)와;

   상기 제1 주입부 커플링 통체(420)의 하부로 연장 형성된 주입재 이송공(420c)과 유체 압력 소통하도록 커플링 부재를 통하여 상단이 연결되는 제4 주입재 이송관(411d)과;

   상기 제4 주입재 이송관(411d)의 하단이 끼움 결합되는 주입재 이송공(420d)이 상단 내부에 형성되는 통체로서, 통체의 외주면에는 탄성 슬리브형의 제2 주입 밸브(443B)가 안착되는 제2 밸브 안착홈(443)이 형성되고, 내부에는 상기 주입재 이송공(420d)과 유체 소통하도록 제2 주입재 분사공(443h)이 내부로부터 외부로 개통 형성되는 제2 주입부 커플링 통체(440)와;

   상기 제1 주입부 커플링 통체(420)의 상단에 형성된 나사 연결부(421)에 연결되는 하단부와 상기 연장 커플링 부재(300)의 하부에 형성된 나사 연결부(312)에 연결되는 상단부를 구비한 제1 선단부 케이싱 로드(410)와; 그리고

   상기 제1 주입부 커플링 통체(420)의 하단에 형성된 나사 연결부(422)에 연결되는 상단부와 상기 제2 주입부 커플링 통체(440)의 상부에 형성된 나사 연결 부(441)에 연결되는 하단부를 구비한 제2 선단부 케이싱 로드(430)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제3 주입재 이송관(411a, 411b, 411c)의 상단 및 상기 제4 주입재 이송관(411d)의 하단과 같이 주입재 이송공에 끼움 결합되는 곳에서는 주입 압력에 견딜 수 있는 밀봉을 제공하기 위하여 외주면에 밀봉 오링(411r, 411ar / 411dr)이 설치되는 것을 특징으로 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치.
9. 제7항에 있어서,

   상기 제3 주입재 이송관(411a, 411b, 411c)의 중간부에는 상기 제1 선단부 케이싱 로드(410) 내경에 맞추어져 고정됨으로써 제3 주입재 이송관(411a, 411b, 411c)의 꼬임을 방지하는 천공 원판형의 이송관 고정 가이드(410g)가 추가적으로 제공되는 것을 특징으로 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치.
10. 제7항에 따른 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 이용한 약액 주입 공법으로서,

    급결재 및 완결재를 상기 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치 내의 급결재 이송라인과 완결재 이송라인을 통하여 분리 이송하고서, 급결재 및 완결재를 상기 주입 선단부(400)를 구성하는 제1 주입재 분사공(423h) 및 제2 주입재 분사공(443h)를 통하여 상하 방향으로 설정 거리 만큼 이격하여 지반 내에 분사 주입함을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 이용한 약액 주입 공법.
11. 제10항에 있어서, 상기 급결재의 분사는,

    급결재를 형성하는 2 이상의 약액을, 스위블의 스위블 샤프트 내의 2개 이상의 주입재 이송공과; 주입재 이송관 연장 어셈블리의 2개 이상의 제1 주입재 이송관, 제1 이송관 커플링 통체 내의 2개 이상의 주입재 이송공, 2개 이상의 제2 주입재 이송관, 및 제2 이송관 커플링 통체 내의 2개 이상의 주입재 이송공과; 그리고 분사 주입부의 2개 이상의 제3 주입재 이송관 및 제1 주입부 커플링 통체 내의 2개 이상의 주입제 이송공으로 구성되는 급결재 이송라인을 통하여 이송하고서, 분사 주입부의 제1 주입부 커플링 통체 내의 제1 주입재 분사공에서 합류하여 상호 혼합되어 급결재를 형성한 후, 상기 급결재의 주입압력이 제1 주입재 분사공 내에서 상승하면서 제1 주입 밸브를 확장시켜서 제1 주입재 분사공이 노출됨과 동시에 상기 제1 주입재 분사공으로부터 급결재가 분사되어 지반 내로 주입되도록 함을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 이용한 약액 주입 공법.
12. 제10항에 있어서, 상기 완결재의 분사는,

    완결재를 형성하는 약액을, 스위블의 스위블 샤프트 내의 다른 주입재 이송공과; 주입재 이송관 연장 어셈블리의 다른 제1 주입재 이송관, 제1 이송관 커플링 통체 내의 다른 주입재 이송공, 다른 제2 주입재 이송관, 및 제2 이송관 커플링 통 체 내의 다른 주입재 이송공과; 그리고 분사 주입부의 다른 제3 주입재 이송관 및 제1 주입부 커플링 통체 내의 다른 주입제 이송공과; 분사 주입부의 제4 주입재 이송관; 제2 주입부 커플링 통체 내의 주입제 이송공으로 구성되는 완결재 이송라인을 통하여 이송하고서, 상기 완결재의 주입압력이 제2 주입부 커플링 통체 내의 제2 주입재 분사공 내에서 상승하면서 제2 주입 밸브를 확장시켜서 제2 주입재 분사공이 노출됨과 동시에 상기 제2 주입재 분사공으로부터 완결재가 분사되어 지반 내로 주입되도록 함을 특징으로 하는 그라우팅용 다중관 약액 주입 장치를 이용한 약액 주입 공법.

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