KR101159126B1 - 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토사의 공극이나 지반의 간극을 넓히면서 약액이 스며드는 유도경로를 미리 형성하여 지반 내에 주입된 약액이 넓게 스며들어 지반강화 및 차수기능을 더욱 넓은 범위로 이루어낼 수 있는 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치에 관한 것으로서, 내부가 중공인 장형의 파이프로서 상기 내부를 따라 제1 약액이 주입된 후 개구된 선단을 통해 상기 제1 약액이 외부로 토출되는 내관과, 내경이 상기 내관의 외경보다 큰 직경을 가지고, 내부로 상기 내관이 삽입된 상태로 결합되며, 상기 내부를 따라 제2 약액이 주입된 후 개구된 선단을 통해 상기 제2 약액이 외부로 토출되는 중앙관과, 내경이 상기 중앙관의 외경보다 큰 직경을 가지고, 내부로 상기 중앙관이 삽입된 상태로 결합되며, 외주면에 복수의 관통홀이 형성되어 상기 내부를 따라 주입되는 물이 상기 복수의 관통홀을 통해 외부로 분사되도록 선단이 폐쇄된 외관을 포함하여 이루어진다.

Description

삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치{MULTI GROUTING INJECTOR USING TRIPLE PIPE}

본 발명은 지반의 차수 또는 강도증대를 위하여 지반 내에 그라우팅을 주입하고 경화시켜 지반을 고결시키는 약액주입공법에 사용되는 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치에 관한 것이다.

일반적으로 지반 내 약액을 주입하여 지반을 강화 또는 차수의 목적으로 지반을 개량하는 약액주입공법은, 지반 내에 설치된 주입관을 통하여 주입재(현탄액, 약액)를 지중에 압송, 충진하고 일정한 시간(gel-time)동안 경화시켜 지반을 고결시키는 지반개량공법이다.

이러한 약액주입공법은 직접적인 차수공 또는 지반개량공으로서, 비교적 간편하게 소규모로도 실시할 수 있고, 소음이나 진동 및 교통난 등의 공해가 적어 널리 사용되고 있다.

약액주입공법에 사용되는 주입재로는 크게 현탁액형 및 용액형으로 분류할 수 있고, 현탁액형으로는 시멘트, 점토(벤토나이트), 아스팔트, 흙-시멘트 등이 있으며, 용액형으로는 물유리계 및 고분자계를 들 수 있다. 물유리계는 규산염 계통이 90%이상 차지하고, 고분자계에는 아크릴아미드계, 크롬리그닌계, 우레탄계, 요소계 및 규산염계 등이 있다. 이러한 주입재는 경화시간(gel-time) 조절이 용이해야 하고, 저점성이어야 하며, 고결하여 강도를 발현해야 하고, 용탈현상이 작아야 하며, 주입된 지반에 불투성인 차수기능을 확보할 수 있어야 한다.

상기와 같은 약액주입공법은 고압분사 주입공법과 저압주입공법으로 나눌 수 있는데, 고압분사 주입공법은 주입액을 초고속 분사함으로써 토사와 치환되거나 토사와 혼합하는 형식으로 주입액을 보내서 고결시키는 공법이고, 저압주입공법은 낮은 압력으로 주입액을 분사하면서 토사의 공극이나 지반의 균열 및 절리된 부분으로 간극을 메우면서 고결시키는 공법이다.

이러한 약액주입공법에 있어서, 주입액 즉 약액을 지반에 주입하는 주입관을 그라우팅 주입장치라고 하며, 종래 다양한 종류가 있다. 예컨대, 약액의 주입방식에 따라 1액 1계통식(1shot), 2액 1계통식(1.5shot) 및 2액 2계통식(2shot)으로 나눌 수 있다. 즉, 1액 1계통식은 믹서에서 주입재를 충분히 혼합하여 단일관으로 구성된 그라우팅 주입장치를 통해 주입하는 방식이고, 2액 1계통식은 2중관을 따라 2가지의 약액이 주입되지만 2중관이 합쳐져 하나의 토출관으로 구성된 그라우팅 주입장치이며, 2액 2계통식은 2중관을 따라 2가지의 약액이 각각 다른 관으로 나와 혼합되는 순간 고결되는 구성의 그라우팅 주입장치이다.

상기와 같은 약액의 주입방식에 따른 분류는 주입액의 고결시간을 기준으로 분류된 것으로서, 1액 1계통식에 비하여 2액 2계통식이 주입액의 고결시간이 훨씬 짧은 경우에 사용될 것이다. 다만, 어떠한 주입방식을 사용하든 고압주입공법과 달리 저압주입공법의 경우 주입된 약액이 낮은 압력으로 분사된 후 토사의 공극이나 지반의 균열 및 절리된 부분으로 간극을 메우면서 고결되어야 한다.

이때, 약액이 토사의 공극이나 지반의 간극을 따라 스며드는 정도에 따라 지반의 강화정도 및 차수정도를 가늠하게 되는데, 단순히 약액의 주입만으로는 지반에 넓게 스며들지 못하고, 충분한 지반강화를 꾀하기 어렵다는 문제가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 토사의 공극이나 지반의 간극을 넓히면서 약액이 스며드는 유도경로를 미리 형성하여 지반 내에 주입된 약액이 넓게 스며들어 지반강화 및 차수기능을 더욱 넓은 범위로 이루어낼 수 있는 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치를 제공하는 데 있다.

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

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치는, 내부가 중공인 장형의 파이프로서 상기 내부를 따라 제1 약액이 주입된 후 개구된 선단을 통해 상기 제1 약액이 외부로 토출되는 내관과, 내경이 상기 내관의 외경보다 큰 직경을 가지고, 내부로 상기 내관이 삽입된 상태로 결합되며, 상기 내부를 따라 제2 약액이 주입된 후 개구된 선단을 통해 상기 제2 약액이 외부로 토출되는 중앙관과, 내경이 상기 중앙관의 외경보다 큰 직경을 가지고, 내부로 상기 중앙관이 삽입된 상태로 결합되며, 외주면에 복수의 관통홀이 형성되어 상기 내부를 따라 주입되는 물이 상기 복수의 관통홀을 통해 외부로 분사되도록 선단이 폐쇄된 외관을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 내관의 개구된 선단으로부터 상기 제1 약액이 토출된 후 다시 내관 내부로 역류하지 않도록 상기 내관의 선단에 설치된 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외관에 형성된 복수의 관통홀 각각으로부터 분사되는 물이 고압으로 분사될 수 있도록 상기 외관의 관통홀 각각에 설치된 복수의 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외관의 관통홀 각각은, 상기 외관의 선단부 외주면에 방사상으로 관통 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치는, 내관 및 중앙관을 통한 제1 약액 및 제2 약액을 함께 또는 선택적으로 주입하여 지반 강화에 사용할 수 있고, 외관의 관통홀을 통해 약액의 주입 이전에 물을 분사하여 토사의 공극이나 지반의 간극을 분사된 물에 의해 넓혀지면서 약액이 스며들어갈 유도경로를 미리 형성할 수 있어 지반 내에 주입된 약액이 더욱 넓게 스며들어 지반강화 및 차수기능을 더욱 넓은 범위로 이루어낼 수 있다.

또한, 하나의 약액만을 사용할 경우 중앙관을 이용하고, 내관의 개방된 선단으로 상기 중앙관의 약액이 역류하지 못하도록 체크밸브를 통해 단속할 수 있어, 주입방식을 1액 1계통식 또는 2액 2계통식을 선택적으로 사용할 수 있다.

또한, 외관의 관통홀에 노즐을 설치하여 분사되는 물이 고압으로 분사될 수 있어 토사의 공극이나 지반의 간극을 더욱 확실히 넓힐 수 있다.

또한, 외관의 외주면에 관통홀이 방사상으로 형성되어 지반의 높이에 따른 단계적 약액 주입시 각 단계마다 분사된 물에 의해 토사의 공극이나 지반의 간극이 외관의 둘레를 따라 항상 일정한 형상이 됨으로써, 토출된 약액의 경화된 형상 역시 일정해져 지반의 높이에 따라 약액을 균일하게 주입할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치의 일 실시예를 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1의 실시예의 A-A'선에서 바라본 단면도이며,
도 3은 도 2의 실시예에서 외관을 통해 물이 주입된 후 외부로 분사되는 상태를 도시한 단면도이고,
도 4는 도 2의 실시예에서 내관을 통해 제1 약액이 주입된 후 외부로 토출되는 상태를 도시한 단면도이며,
도 5는 도 2의 실시예에서 중앙관을 통해 제2 약액이 주입된 후 외부로 토출되는 상태를 도시한 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치는, 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 내관(100), 중앙관(200) 및 외관(300)의 삼중관으로 구성되고, 체크밸브(400) 및 노즐(500)을 더 포함할 수 있다.

내관(100)은 도 1, 2 및 4에 도시된 바와 같이 내부가 중공인 장형의 파이프로서, 상기 내부를 따라 제1 약액이 주입된 후 개구된 선단을 통해 상기 제1 약액이 외부로 토출된다.

중앙관(200)은 도 1, 2 및 5에 도시된 바와 같이 내경이 상기 내관(100)의 외경보다 큰 직경을 가지고, 내부로 상기 내관(100)이 삽입된 상태로 결합되며, 상기 내부를 따라 제2 약액이 주입된 후 개구된 선단을 통해 상기 제2 약액이 외부로 토출된다.

외관(300)은 도 1, 2 및 3에 도시된 바와 같이 내경이 상기 중앙관(200)의 외경보다 큰 직경을 가지고, 내부로 상기 중앙관(200)이 삽입된 상태로 결합되며, 외주면에 복수의 관통홀(310)이 형성되어 상기 내부를 따라 주입되는 물이 상기 복수의 관통홀(310)을 통해 외부로 분사되도록 선단이 폐쇄된다.

상기와 같이 본 발명에 따른 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치는, 내관(100), 중앙관(200) 및 외관(300)의 삼중관을 이용하여 1액 1계통식 또는 2액 2계통식을 선택적으로 사용할 수 있는 멀티 그라우팅 주입장치로서 기능할 뿐 아니라, 외관(300)의 관통홀(310)을 통해 분사되는 물에 의해 약액의 주입 이전에 물을 분사하여 토사의 공극이나 지반의 간극을 분사된 물에 의해 넓히면서 약액이 스며들어갈 유도경로를 미리 형성할 수 있어 지반 내에 주입된 약액이 더욱 넓게 스며들어 지반강화 및 차수기능을 더욱 넓은 범위로 이루어낼 수 있다.

예컨대, 1액 1계통식으로 본 발명에 따른 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치를 사용할 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 중앙관(200)을 통해 제2 약액을 1액 1계통식으로 사용하고, 내관(100)은 후술할 체크밸브(400)를 통해 폐쇄한다. 즉, 체크밸브(400)는 상기 내관(100)의 개구된 선단으로부터 상기 제1 약액이 토출된 후 다시 내관(100) 내부로 역류하지 않도록 상기 내관(100)의 선단에 설치된다. 체크밸브(400)는 내관(100)의 제1 약액의 역류를 방지할 수 있을 뿐 아니라 중앙관(200)을 통해 토출된 제2 약액의 내관(100) 내부로의 역류도 방지할 수 있기 때문이다. 물론, 중앙관(200)의 제2 약액의 토출 이전에 외관(300)에 주입되는 물이 관통홀(310)을 통해 분사되어 토사의 공극이나 지반의 간극을 넓혀 제2 약액이 스며 들어갈 유도경로를 미리 형성함은 당연하다.

또한, 2액 2계통식으로 본 발명에 따른 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치를 사용할 경우, 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이 먼저 외관(300)에 주입된 물이 관통홀(310)을 통해 분사되어 토사의 공극이나 지반의 간극을 넓혀 유도경로를 미리 형성하고, 내관(100)의 제1 약액 또는 중앙관(200)의 제2 약액을 순차로 또는 함께 토출시켜 지반 내에 그라우팅 주입을 실시한다.

한편, 외관(300)에 형성된 관통홀(310)을 통해 분사되는 물이 고압으로 분사될 수 있도록 도 2에 도시된 바와 같이 상기 관통홀(310)에 노즐(500)을 설치할 수 있다. 즉, 노즐(500)은 복수가 구비되어 상기 외관(300)에 형성된 복수의 관통홀(310) 각각으로부터 분사되는 물이 고압으로 분사될 수 있도록 상기 외관(300)의 관통홀(310) 각각에 설치된다. 예컨대, 호스로부터 물이 나올 경우 호스의 선단의 단면적을 줄이면 분사되는 물이 더욱 멀리 큰 압력으로 분사되는 것과 같이 외관(300)에 관통 형성된 단순한 관통홀(310)로부터 분사되는 물보다는 관통홀(310)에 구비된 노즐(500)로부터 분사되는 고압의 물이 토사의 공극이나 지반의 간극을 더욱 용이하게 넓힐 수 있을 것이다. 더욱이, 노즐(500)을 통해 분사되는 물은 설치된 노즐(500)의 각도에 따라 방향성을 부여할 수 있으므로 노즐(500)의 설치 위치를 한정하여 분사되는 물의 각도를 항상 일정한 패턴으로 이용할 수 있다.

즉, 상기 외관(300)의 관통홀(310) 각각은, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 상기 외관(300)의 선단부 외주면에 방사상으로 관통 형성될 수 있고, 관통홀(310)로부터 분사되는 물이 외관(300)의 선단부 외주면으로부터 방사상으로 퍼지면서 토사의 공극이나 지반의 간극을 넓혀 유도경로를 형성할 때 항상 일정한 형상이 될 수 있도록 하고, 그에 따라 토출된 약액의 경화된 형상 역시 일정해져 지반의 높이에 따라 약액을 균일하게 주입할 수 있는 효과가 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치는, 내관(100) 및 중앙관(200)을 통한 제1 약액 및 제2 약액을 함께 또는 선택적으로 주입하여 지반 강화에 사용할 수 있고, 외관(300)의 관통홀(310)을 통해 약액의 주입 이전에 물을 분사하여 토사의 공극이나 지반의 간극을 분사된 물에 의해 넓혀지면서 약액이 스며들어갈 유도경로를 미리 형성할 수 있어 지반 내에 주입된 약액이 더욱 넓게 스며들어 지반강화 및 차수기능을 더욱 넓은 범위로 이루어낼 수 있다.

또한, 하나의 약액만을 사용할 경우 중앙관(200)을 이용하고, 내관(100)의 개방된 선단으로 상기 중앙관(200)의 약액이 역류하지 못하도록 체크밸브(400)를 통해 단속할 수 있어, 주입방식을 1액 1계통식 또는 2액 2계통식을 선택적으로 사용할 수 있다.

또한, 외관(300)의 관통홀(310)에 노즐(400)을 설치하여 분사되는 물이 고압으로 분사될 수 있어 토사의 공극이나 지반의 간극을 더욱 확실히 넓힐 수 있다.

또한, 외관(300)의 외주면에 관통홀(310)이 방사상으로 형성되어 지반의 높이에 따른 단계적 약액 주입시 각 단계마다 분사된 물에 의해 토사의 공극이나 지반의 간극이 외관(300)의 둘레를 따라 항상 일정한 형상이 됨으로써, 토출된 약액의 경화된 형상 역시 일정해져 지반의 높이에 따라 약액을 균일하게 주입할 수 있다.

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.

100 : 내관
200 : 중앙관
300 : 외관 310 : 관통홀
400 : 체크밸브
500 : 노즐

Claims (4)

1. 내부가 중공인 장형의 파이프로서 상기 내부를 따라 제1 약액이 주입된 후 개구된 선단을 통해 상기 제1 약액이 외부로 토출되는 내관과,
   내경이 상기 내관의 외경보다 큰 직경을 가지고, 내부로 상기 내관이 삽입된 상태로 결합되며, 상기 내부를 따라 제2 약액이 주입된 후 개구된 선단을 통해 상기 제2 약액이 외부로 토출되는 중앙관과,
   내경이 상기 중앙관의 외경보다 큰 직경을 가지고, 내부로 상기 중앙관이 삽입된 상태로 결합되며, 외주면에 복수의 관통홀이 형성되어 상기 내부를 따라 주입되는 물이 상기 복수의 관통홀을 통해 외부로 분사되도록 선단이 폐쇄된 외관과,
   상기 내관의 개구된 선단으로부터 상기 제1 약액이 토출된 후 다시 상기 내관 내부로 역류하지 않도록 상기 내관의 선단에 설치된 체크밸브와,
   상기 외관에 형성된 복수의 관통홀 각각으로부터 분사되는 물이 고압으로 분사될 수 있도록 상기 외관의 관통홀 각각에 설치된 복수의 노즐을 포함하고,
   상기 외관의 관통홀 각각은,
   상기 외관의 선단부 외주면에 방사상으로 관통 형성된 것을 특징으로 하는 삼중관을 이용한 멀티 그라우팅 주입장치.
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