KR101162958B1 - Energy bolt apparatus for using geothermal energy and for ground reinforcement and the method using the same - Google Patents

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KR101162958B1 KR1020100080260A KR20100080260A KR101162958B1 KR 101162958 B1 KR101162958 B1 KR 101162958B1 KR 1020100080260 A KR1020100080260 A KR 1020100080260A KR 20100080260 A KR20100080260 A KR 20100080260A KR 101162958 B1 KR101162958 B1 KR 101162958B1
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Abstract

본 발명은 천공홀의 내부에 보강재와 쐐기 슬라이드 및 선단 정착체를 장착하고, 열교환 파이프를 통하여 순환수를 통과시키도록 된 지열 에너지 이용과 보강일체형의 선단정착형 에너지 볼트 장치 및 공법에 관한 것이다.
본 발명은, 지반의 천공홀 내부로 삽입되고, 그 선단에는 직경 확대수단을 구비하며, 상기 천공홀의 내부로 충전되는 그라우팅과 상호작용하여 지반을 안정화시키는 보강재; 상기 보강재의 중간에 중앙이 각각 삽입되어 보강재를 천공홀의 중앙에 배치하고, 외경이 확대된 복수의 스페이서에 장착되며, 순환수가 내부를 통과하여 지열 에너지를 외부로 추출하는 열교환 파이프; 및 상기 열교환 파이프의 유입 커플러 또는 유출 커플러에 연결되어 유출 순환수를 히트펌프 혹은 다음 단계의 에너지 볼트까지 이송해주며, 또는 히트펌프 혹은 인접의 에너지 볼트에서 열교환이 이루어진 순환수를 다시 에너지 볼트까지 이송해주는 외부 파이프;를 포함하는 구조이다. 본 발명에 의하면 연중 일정한 온도를 유지하고 있는 지하의 지열 에너지를 효과적으로 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 지반 구조를 보강할 수 있는 우수한 효과가 얻어진다.The present invention relates to the use of geothermal energy and the reinforcement-integrated front-end fixed-type energy bolt device and method for mounting a reinforcing material, wedge slide and tip fixing body in the perforation hole, and allowing the circulating water to pass through the heat exchange pipe.
The present invention is inserted into the boring hole of the ground, the front end is provided with a diameter expanding means, the reinforcing material to stabilize the ground by interacting with the grouting filled into the drilling hole; A heat exchange pipe having a center inserted in the middle of the reinforcing material, respectively, to place the reinforcing material in the center of the perforation hole, mounted in a plurality of spacers having an enlarged outer diameter, and circulating water passing through the inside to extract geothermal energy to the outside; And is connected to an inlet coupler or an outlet coupler of the heat exchange pipe to transfer the outlet circulating water to the heat pump or the energy bolt of the next stage, or transfer the circulating water that has undergone heat exchange from the heat pump or the adjacent energy bolt to the energy bolt again. The outer pipe; which includes the structure. According to the present invention, not only the underground geothermal energy that maintains a constant temperature throughout the year can be effectively used, but also an excellent effect of reinforcing the ground structure can be obtained.

Description

지열 에너지 이용과 보강일체형의 선단정착형 에너지 볼트 장치 및 공법{ENERGY BOLT APPARATUS FOR USING GEOTHERMAL ENERGY AND FOR GROUND REINFORCEMENT AND THE METHOD USING THE SAME}ENERGY BOLT APPARATUS FOR USING GEOTHERMAL ENERGY AND FOR GROUND REINFORCEMENT AND THE METHOD USING THE SAME}

본 발명은 지열 에너지를 이용함과 동시에 지반 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치 및 공법에 관한 것으로, 보다 상세히는 천공홀의 내부에 보강재와 쐐기 슬라이드 및 선단 정착체를 장착하고, 열교환 파이프를 통하여 순환수를 통과시킴으로써, 지반 구조를 효과적으로 보강할 수 있을 뿐만 아니라, 연중 일정한 온도를 유지하고 있는 지하의 지열 에너지를 효과적으로 활용하여 각종 시설물의 에너지를 충당할 수 있도록 된 지열 에너지 이용과 보강일체형의 선단정착형 에너지 볼트 장치 및 공법에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated energy bolt device and a method for reinforcing the ground while using geothermal energy, and more particularly, to install a reinforcement, a wedge slide, and a tip fixing body in the inside of the drilling hole, and passes the circulating water through a heat exchange pipe. By not only effectively reinforcing the ground structure, but also utilizing the underground geothermal energy, which maintains a constant temperature throughout the year, the geothermal energy utilization and reinforcement-integrated front-end energy bolts can be used to cover the energy of various facilities. It relates to an apparatus and a process.

일반적으로 신재생 에너지의 확대 공급 정책에 따라서 지열의 수요는 지속적으로 증가하고 있다.In general, the demand for geothermal energy continues to increase in line with the expanded supply of renewable energy.

이와 같은 지열 에너지를 이용하는 지열 시스템은 새로운 에너지를 개발한다는 측면에서 매우 그 이용가치가 높다고 할 수 있으나, 종종 지하수를 오염시키는 문제점을 갖는다.Geothermal systems using such geothermal energy can be said to be very valuable in terms of developing new energy, but often have the problem of contaminating groundwater.

이와 같이 지하수를 취수하지 않은 상태에서 지중 열을 이용할 수 있는 종래 기술의 예로서는 대한민국 등록특허 제10-0880675호의 "이중 삽입 지열관을 이용한 폐쇄형 지중열교환기 장치 및 구성 방법"이 제안되어 있다.As an example of the prior art that can use the ground heat in the ground water is not collected in the state of the Republic of Korea Patent No. 10-0880675 "closed underground heat exchanger device and configuration method using a double insertion geothermal tube" has been proposed.

이와 같은 종래의 지열 시스템은 폐쇄형 지중열 교환장치로서 이중 삽입 지열관을 이용한 구조이다.Such a conventional geothermal system is a structure using a double insertion geothermal tube as a closed underground heat exchanger.

이와 같은 종래 기술은 지열을 이용하기 위해 굴착된 굴착공 내부에 하단부를 마개로 차폐한 대구경의 외부 순환관을 삽입 설치한 다음, 외부 순환관의 내부에 유공관이 하부에 형성된 내부 순환관을 바닥까지 삽입하여 구성한 것이다.The conventional technology is to insert a large diameter outer circulation pipe shielding the lower end with a stopper in the excavation hole excavated in order to use geothermal heat, and then inside the outer circulation pipe to the bottom of the inner circulation pipe formed in the lower hole It is inserted and configured.

그리고 운전동력비 절감을 위해 폐쇄형 순환회로를 구성하여 순환펌프를 지상에 설치하도록 하였으며 외부 순환관의 삽입 설치를 용이하게 하기 위하여 선단부를 원추형으로 가공한 구조이다.In order to reduce the driving power cost, the closed circulation circuit was constructed to install the circulation pump on the ground, and the tip was conical to facilitate the installation of the external circulation pipe.

그러나 이와 같은 종래의 기술은 단순히 지중의 지열 에너지 획득에만 초점을 맞춘 것으로서, 지열을 이용하기 위해 지중 암반 깊숙이 굴착된 지열 굴착공의 내부에 무게를 갖게 한 PE 재료의 유공관을 연결 설치하여 순환관을 통하여 지열을 회수하도록 구성된 것이다.However, such a conventional technology focuses only on the acquisition of geothermal energy in the ground, and in order to use the geothermal heat, a circulation pipe is formed by connecting a hollow pipe made of PE material that has been weighted inside the geothermal drilling hole excavated deep in the underground rock. Geothermal heat is recovered through.

따라서 지반의 안정화를 위한 지반 보강에는 아무런 역할도 하지를 못하는 문제점이 있다.Therefore, there is a problem that does not play any role in reinforcing the ground for stabilization of the ground.

한편 이와는 다른 종래의 기술로는 대한민국 등록특허 제10-0778936호의 "지열파이프 일체형 지반보강공법"이 제안되어 있다.On the other hand as another conventional technology has been proposed "Geothermal pipe integrated ground reinforcement method" of Republic of Korea Patent No. 10-0778936.

이와 같은 종래의 기술은 지열파이프를 설치할 경우 지반이 취약해지는 것을 막고, 지열에너지로 인한 대체에너지의 사용과 구조물의 안정성을 모두 확보할 수 있는 파일앵커를 지열파이프와 일체로 설치함으로써 공사비의 절감효과를 얻을 수 있는 지열파이프 일체형 지반보강공법에 관한 것이다.This conventional technology prevents the ground from becoming weak when installing geothermal pipes, and reduces the cost of construction by installing pile anchors integrated with geothermal pipes that can secure both the use of alternative energy due to geothermal energy and the stability of structures. It relates to a geothermal pipe integrated ground reinforcement method can be obtained.

이와 같은 종래의 기술은 케이싱을 연약층과 암반층의 경계까지 삽입하고, 상기 케이싱 내로 지면으로부터 연약층을 지나 암반층까지 천공하여 천공홀을 형성하며, 상기 천공홀 내의 바닥부까지 지열파이프를 설치하고, 열전달그라우팅을 천공홀에 충전한다. 그리고 상기 열전달그라우팅 위로 앵커파일을 삽입하고, 패커를 설치하며, 재차 상기 패커에 시멘트 그라우팅액을 공급하고 경화시키는 과정으로 시공되는 것이다.This conventional technique inserts the casing to the boundary between the soft layer and the rock layer, and drills the hole into the casing from the ground through the soft layer to the rock layer to form a perforation hole, install a geothermal pipe to the bottom of the perforation hole, and heat transfer grouting. Charge in the hole. Then, the anchor pile is inserted onto the heat transfer grout, the packer is installed, and the cement grouting solution is supplied to the packer and then hardened.

즉 이와 같은 종래의 기술은 지열에너지 사용과 구조물의 안정성을 모두 확보할 수 있는 지열파이프 일체형 지반보강공법으로 선단구간을 지열획득구간으로 후단구간으로 지반보강구간으로 구분하여 시공하고 있다.In other words, such a conventional technique is constructed by dividing the tip section into the geothermal reinforcement section and the ground reinforcement section by the geothermal pipe integrated ground reinforcement method which can secure both the use of geothermal energy and the stability of the structure.

그러나 이와 같은 종래의 기술은 지역획득구간과 지반보강구간을 상하로 구분하여 시공하기 때문에 지반 천공홀의 깊이가 상대적으로 깊게 형성되고, 그에 관련된 시공비용의 증가를 초래하여 비용측면에서 비효율적인 문제점이 있었다.However, since the conventional technology is constructed by dividing the local acquisition section and the ground reinforcement section up and down, the depth of the ground perforation hole is formed relatively deep, resulting in an increase in the construction cost, thereby inefficient in terms of cost. .

한편, 터널, 흙막이, 비탈면 등과 같은 지반구조물은 연중 일정한 온도를 유지하고 있어 지열에너지 자원으로 활용하기 좋음에도 불구하고 실제 현장 활용은 미비하다. 이와 같은 지반구조물의 지열에너지 이용을 위해서는 지열 에너지 파이프 설치를 위해 지반에 다수의 천공이 필요하며, 일반적인 PE 유공관과 같은 지열파이프는 지반에 대한 안정화를 하지 못한다.On the other hand, ground structures such as tunnels, barriers, and slopes are maintained at a constant temperature throughout the year, so they are not suitable for use as geothermal energy resources. In order to use the geothermal energy of such a ground structure, a large number of perforations are required in the ground to install a geothermal energy pipe, and geothermal pipes such as general PE oil pipes do not stabilize the ground.

따라서 이와 같은 PE 유공관과 같은 지열파이프와는 별도로 지반의 안정화를 위한 별도의 보강재를 설치하여야 함으로써 공사비를 이중으로 발생시키는 문제점을 갖는다.Therefore, a separate reinforcement material for stabilization of the ground, apart from geothermal pipes such as PE pipes, has a problem of generating construction costs twice.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 굴착된 지반의 안정성을 확보하기 위해 사용되는 보강재와, 지열에너지를 이용할 수 있는 순환수가 통과하는 열교환 파이프 기능을 더함으로써 지반을 암반층까지 굴착하지 않고서도 효과적으로 지반을 보강할 수 있을 뿐만 아니라, 연중 일정한 온도를 유지하고 있는 지중의 지열 에너지를 효과적으로 이용할 수 있어서 공사비를 이중으로 발생시키지 않고, 비용 절감 효과를 크게 얻을 수 있는 지열 에너지 이용과 보강일체형의 선단정착형 에너지 볼트 장치 및 공법을 제공함에 있다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, the object of the ground by adding a reinforcing material used to ensure the stability of the excavated ground and the heat exchange pipe function through which the circulating water that can use geothermal energy passes Geothermal energy that can effectively reinforce the ground without digging into the rock bed, and can effectively use the geothermal energy of the ground that maintains a constant temperature throughout the year, without incurring double construction costs and greatly reducing the cost It is to provide the use and reinforcing all-in-one fixed energy bolt device and method.

그리고 본 발명의 다른 목적은 에너지 볼트로부터 얻어진 지중의 열원을 이용하여 지하철 역사의 냉난방 및 터널 출입구의 결빙방지, 터널의 부대시설 등과 같이 각종 시설물에서 소요되는 에너지 일부를 충당함으로써 효과적으로 지열 에너지를 사용할 수 있도록 된 지열 에너지 이용과 보강일체형의 선단정착형 에너지 볼트 장치 및 공법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to efficiently use geothermal energy by using a underground heat source obtained from energy bolts to cover a part of energy required in various facilities such as cooling and heating of subway stations, preventing freezing of tunnel entrances, and additional facilities of tunnels. To provide geothermal energy utilization and reinforcement integrated tip fixed energy bolt device and method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지반의 천공홀 내부로 삽입되고, 그 선단에는 직경 확대수단을 구비하며, 상기 천공홀의 내부로 충전되는 그라우팅과 상호작용하여 지반을 안정화시키는 보강재;In order to achieve the above object, the present invention is inserted into the boring hole of the ground, the tip is provided with a diameter expanding means, the reinforcing material to stabilize the ground by interacting with the grouting filled into the drilling hole;

상기 보강재의 중간에 중앙이 각각 삽입되어 보강재를 천공홀의 중앙에 배치하고, 외경이 확대된 복수의 스페이서에 장착되며, 순환수가 내부를 통과하여 지열 에너지를 외부로 추출하는 열교환 파이프; 및A heat exchange pipe having a center inserted in the middle of the reinforcing material, respectively, to place the reinforcing material in the center of the perforation hole, mounted in a plurality of spacers having an enlarged outer diameter, and circulating water passing through the inside to extract geothermal energy to the outside; And

상기 열교환 파이프의 유입 커플러 또는 유출 커플러에 연결되어 유출 순환수를 히트펌프 혹은 다음 단계의 에너지 볼트까지 이송해주며, 또는 히트펌프 혹은 인접의 에너지 볼트에서 열교환이 이루어진 순환수를 다시 에너지 볼트까지 이송해주는 외부 파이프;를 포함하여 상기 보강재와 그라우팅을 통하여 지반을 구조적으로 보강하는 동시에 열교환 파이프를 통과하는 순환수를 이용하여 지열 에너지를 추출하여 이용하는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치를 제공한다.It is connected to the inlet coupler or the outlet coupler of the heat exchange pipe to transfer the circulating water to the heat pump or the energy bolt of the next stage, or to transfer the circulating water heat exchanged from the heat pump or the adjacent energy bolt to the energy bolt again It provides an integrated energy bolt device for using geothermal energy and reinforcement, including; external pipe; and structurally reinforce the ground through the reinforcing material and grouting, including extracting geothermal energy using the circulation water passing through the heat exchange pipe.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 직경 확대수단은 보강재의 하단에 일체로 상단이 연결되고, 상부로부터 하부로 갈수록 직경이 확대되는 원추형 숫나사산을 형성한 쐐기 슬라이드를 구비하고, 상부로부터 하부로 갈수록 상기 쐐기 슬라이드의 직경에 일치하여 그 내경이 확대형성된 원추형의 암나사산을 구비한 선단 정착체를 포함하며, 상기 선단 정착체는 원형의 베이스와 상기 베이스의 상단으로 연장된 다수의 확장편들을 구비하여 상기 쐐기 슬라이드의 회전에 의해서 확장편들이 점점 직경 외측방향으로 밀리면서 외경이 확대되어 천공홀의 내벽면 지반에 압력을 가하여 보강재를 고정시키는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치를 제공한다.And the present invention preferably the diameter expansion means is integrally connected to the lower end of the reinforcement, having a wedge slide formed a conical male thread diameter is expanded from the top to the bottom, the top from the top to the bottom A tip fixing body having a conical female thread having an enlarged inner diameter corresponding to the diameter of the wedge slide, wherein the tip fixing body includes a circular base and a plurality of extension pieces extending to an upper end of the base; The rotation of the wedge slide provides an integrated energy bolt device for use and reinforcement of geothermal energy to secure the reinforcement by applying pressure to the inner wall surface of the drilled hole by expanding the outer diameter is gradually pushed outward in the radial direction.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 스페이서는 중앙에 보강재가 삽입되는 관통공을 형성한 보디를 구비하고, 상기 보디의 사방으로는 돌기들이 돌출 형성되어 직경이 확대되며, 그 양측의 돌기에는 열교환 파이프가 각각 고정되는 끼움 공을 형성하고, 상기 보강재에 다수 장착된 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치를 제공한다.In addition, the present invention preferably comprises a body having a through-hole in which the reinforcing material is inserted in the center, the protrusions are formed to protrude in all directions of the body, the diameter of the heat exchange pipe is formed on both sides of the protrusions Forming a fitting ball is fixed to each, and provides a unitary energy bolt device for the use and reinforcement of geothermal energy mounted in a plurality of the reinforcement.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 외부 파이프는 지반구조물의 길이방향을 따라서 연장하는 메인 관부와, 상기 메인 관부로부터 지반구조물의 단면 방향을 따라서 연장하는 다수의 지관부를 포함하며, 상기 지관부에는 지반구조물에 각각 시공된 열교환 파이프의 유입 커플러와 유출 커플러가 연결되어 순환수를 히트펌프 혹은 다음 단계의 에너지 볼트까지 이송해주는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치를 제공한다.And the present invention preferably the outer pipe includes a main pipe portion extending along the longitudinal direction of the ground structure, and a plurality of branch pipe portions extending along the cross-sectional direction of the ground structure from the main pipe portion, the ground pipe portion is a ground structure The inlet coupler and the outlet coupler of the heat exchange pipes respectively installed at the to provide an integrated energy bolt device for the use and reinforcement of geothermal energy to transfer the circulating water to the heat pump or the next energy bolt.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지반에 천공홀을 형성하고, 상기 천공홀 내부에는 선단에 직경 확대수단을 구비한 보강재를 삽입하며, 상기 직경 확대수단의 외경이 확대되도록 하여 천공홀 내면에 압력을 가하여 고정하고, 상기 보강재에는 외경이 확대된 복수의 스페이서를 끼워서 고정하며, 상기 스페이서의 양 외측 돌기에 순환수가 통과하는 열교환 파이프를 장착하고, 상기 열교환 파이프의 양단에는 각각 외부 파이프를 연결시킨 다음, 상기 천공홀의 내부에 열전달율이 높은 그라우팅을 충전하여 상기 보강재와 열교환 파이프를 고정시키고, 열교환 파이프의 내부에 순환수를 유입시켜 지열에 열교환한 순환수를 외부로 배출시키는 단계들을 포함하여 상기 보강재와 그라우팅을 통하여 지반을 구조적으로 보강하는 동시에 열교환 파이프를 통과하는 순환수를 이용하여 지열 에너지를 추출하여 이용하는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention forms a punching hole in the ground, and inserts a reinforcing material having a diameter expanding means at the tip inside the drilling hole, and expands the outer diameter of the diameter expanding means. It is fixed by applying pressure to the inner surface, and the reinforcement member is fixed by inserting a plurality of spacers having an enlarged outer diameter, and a heat exchange pipe through which circulating water passes through both outer protrusions of the spacer, and an outer pipe at each end of the heat exchange pipe. After connecting, filling the grouting having a high heat transfer rate inside the perforation hole to fix the reinforcement and the heat exchange pipe, and introducing the circulating water into the heat exchange pipe to discharge the circulating water heat-exchanged to geothermal heat to the outside; Thermal bridge at the same time to structurally reinforce the ground through the reinforcement and grouting The present invention provides an integrated energy bolt construction method for geothermal energy use and reinforcement by using geothermal energy to extract circulating water through a ring pipe.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 직경 확대수단은 보강재를 회전시켜서 그 하단에 연결된 쐐기 슬라이드가 회전되도록 하고, 상기 쐐기 슬라이드의 원추형 숫나사산이 선단 정착체의 원추형 암나사산에 결합하여 회전함으로써 상기 쐐기 슬라이드의 회전에 의해서 선단 정착체의 베이스 상부측에 형성된 다수의 확장편들이 점점 그 직경 외측방향으로 밀리면서 외경이 확대되어 천공홀의 지반에 압력을 가함으로써 보강재가 천공홀 내에 고정되는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법을 제공한다.The present invention preferably extends the diameter means so that the wedge slide connected to the lower end thereof is rotated by rotating the reinforcing material, and the conical male thread of the wedge slide rotates by being coupled to the conical female thread of the tip fixing member. The expansion and extension of the plurality of extension pieces formed on the upper side of the base of the tip fixing body gradually pushes outward in the radial direction thereof, and pressurizes the ground of the drilled hole so that the reinforcement is fixed and used in the drilled hole. It provides an integrated energy bolt construction method for.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 외부 파이프는 지반구조물의 길이방향을 따라서 연장하는 메인 관부와, 상기 메인 관부로부터 지반구조물의 단면 방향을 따라서 연장하는 다수의 지관부를 포함하도록 설치하고, 상기 지관부에는 지반구조물의 벽체에 각각 시공된 열교환 파이프의 유입 커플러와 유출 커플러를 연결하여 순환수를 히트펌프 혹은 다음 단계의 에너지 볼트까지 이송시킴으로써 지반에 구축된 터널의 지열 에너지를 이용함과 동시에, 지반구조물을 구조적으로 보강하는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법을 제공한다.In addition, the present invention is preferably provided so that the outer pipe includes a main pipe portion extending along the longitudinal direction of the ground structure, and a plurality of branch pipe portions extending along the cross-sectional direction of the ground structure from the main pipe portion. By connecting the inflow and outflow couplers of the heat exchange pipes respectively constructed on the walls of the ground structure to transfer the circulating water to the heat pump or the next energy bolt, the ground structure is utilized while utilizing the geothermal energy of the tunnel built in the ground. It provides an integrated energy bolt construction method for geothermal energy use and reinforcement.

본 발명에 의하면 지반의 천공홀 내부에 직경 확대수단을 구비한 보강재를 삽입하여 그라우팅함으로써 지반을 쉽게 보강할 수 있고, 이와 같은 보강재에는 스페이서를 통하여 열교환 파이프를 장착하여 순환수를 통과시킴으로써 지열 에너지를 쉽게 추출하여 효과적으로 이용할 수 있다.According to the present invention, it is possible to easily reinforce the ground by inserting and grouting a reinforcement having a diameter-expansion means inside the boring hole of the ground. The reinforcement is equipped with a heat exchange pipe through a spacer to pass geothermal energy by passing circulating water. It can be easily extracted and used effectively.

또한 본 발명에 의하면 지반을 암반층까지 굴착하지 않고서도 효과적으로 지반을 보강할 수 있어서 공사비를 이중으로 발생시키지 않고, 비용 절감 효과를 크게 얻을 수 있는 우수한 효과가 얻어진다.In addition, according to the present invention, it is possible to effectively reinforce the ground without digging the ground to the rock layer, so that the excellent effect of large cost reduction effect can be obtained without generating double construction cost.

그리고 본 발명에 의하면 에너지 볼트로부터 얻어진 지중의 열원을 이용하여 지하철 역사의 냉난방 및 터널 출입구의 결빙방지, 터널의 부대시설 등과 같이 각종 시설물에서 소요되는 냉난방 에너지의 일부를 충당할 수 있음으로써 실용적으로 지열 에너지를 활용할 수 있는 우수한 효과가 얻어진다.According to the present invention, the ground heat source obtained from the energy bolt can be used to cover a part of the heating and cooling energy required by various facilities, such as cooling and heating of subway stations, preventing freezing of tunnel entrances, and additional facilities of the tunnel. An excellent effect of utilizing energy is obtained.

도 1은 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치가 지반의 천공홀에 설치된 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치가 지반의 천공홀에 설치되고, 선단 정착체의 회전을 방지하기 위해 고정장치를 설치한 단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치에 구비된 스페이서와 열교환 파이프를 도시한 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 스페이서와 열교환 파이프의 평단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치가 터널 구조물에 적용된 설명도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법을 단계적으로 도시한 설명도이다.1 is an exploded perspective view showing an integrated energy bolt device for geothermal energy use and reinforcement according to the present invention.
2 is a cross-sectional view of an integrated energy bolt device for drilling and using geothermal energy in the ground according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an integrated energy bolt device for using and reinforcing geothermal energy according to the present invention installed in a boring hole of the ground, and installing a fixing device to prevent rotation of the tip fixing body.
4A is a perspective view illustrating a spacer and a heat exchange pipe provided in an integrated energy bolt device for geothermal energy use and reinforcement according to the present invention.
4B is a plan cross-sectional view of the spacer and heat exchange pipe shown in FIG. 4A.
5 is an explanatory diagram in which an integrated energy bolt device for a geothermal energy use and reinforcement according to the present invention is applied to a tunnel structure.
6a to 6e are explanatory views showing the integrated energy bolt construction method step by step for the use and reinforcement of geothermal energy according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 지반의 천공홀(H) 내부로 삽입되는 보강재(110)를 구비하는데, 이와 같은 보강재(110)는 기존의 보강재와 같은 봉형상의 강재 재료로 이루어지고, 상기 천공홀(H)의 내부로 충전되는 그라우팅(G)과 상호작용하여 지반을 안정화시킨다.The integrated energy bolt device 100 for the use and reinforcement of geothermal energy according to the present invention has a reinforcement 110 is inserted into the boring hole (H) of the ground, as shown in Figure 1, such a reinforcement ( 110 is made of a rod-like steel material, such as conventional reinforcement, and stabilizes the ground by interacting with the grouting (G) is filled into the drilling hole (H).

이와 같은 보강재(110)는 그 선단에 직경 확대수단(120)을 구비하는데, 이와 같은 직경 확대수단(120)은 보강재(110)의 하단에 일체로 상단이 연결되는 쐐기 슬라이드(122)를 구비한다.Such a reinforcement 110 has a diameter expanding means 120 at its tip, such a diameter expanding means 120 is provided with a wedge slide 122, the upper end is integrally connected to the lower end of the reinforcing material 110. .

이와 같은 쐐기 슬라이드(122)는 원추형의 구조로 이루어지는 것으로서, 상기 보강재(110)의 하단에는 별도의 연결재(124)를 통하여 결합될 수도 있지만, 용접들을 통하여 일체로 고정될 수 있다.Such wedge slide 122 is made of a conical structure, but may be coupled to the bottom of the reinforcement 110 through a separate connection member 124, it may be fixed integrally through the welding.

이와 같은 쐐기 슬라이드(122)는 상부(126a)로부터 하부(126b)로 갈수록 직경(d1)이 확대되는 원추형 숫나사산(128)을 외주면에 형성하는데, 보강재(110)가 연결된 상단으로부터 점차 하부측으로 향할수록 그 직경(d1)이 커지게 되며, 원추형 숫나사산(128)에는 선단 정착체(132)의 원추형 암나사산(134)이 나사결합으로 연결되어 있다.This wedge slide 122 forms a conical male thread 128 on the outer circumferential surface of which the diameter d1 is enlarged from the upper portion 126a to the lower portion 126b, gradually toward the lower side from the upper end to which the reinforcement 110 is connected. The larger the diameter d1 is, the conical male thread 128 is connected to the conical female thread 134 of the tip fixing member 132 by screwing.

상기 선단 정착체(132)는 하부측에 원형의 베이스(136)가 형성되고, 상기 베이스(136)의 상단으로는 다수의 확장편(138)들이 연장되어 상기 쐐기 슬라이드(122)에 나사결합하는 것으로서, 상기 베이스(136)와 다수의 확장편(138) 내주면에는 도 2에 단면으로 도시된 바와 같은, 원추형 암나사산(134)이 형성된 구조이다.The tip fixing member 132 has a circular base 136 formed on the lower side, and a plurality of extension pieces 138 are extended to an upper end of the base 136 to screw the wedge slide 122. As the base 136 and the inner circumferential surface of the plurality of extension pieces 138, a conical female thread 134 is formed, as shown in cross section in FIG.

이와 같은 원추형 암나사산(134)은 상부측으로부터 하부측으로 향할수록 그 내경(d2)이 점차 커지게 되어 쐐기 슬라이드(122)의 숫나사산(128)에 나사결합하며, 상기 확장편(138)들은 그 원주방향으로 일정 간극(138a)을 형성한 것이다.As the conical female thread 134 is directed from the upper side to the lower side, its inner diameter d2 is gradually increased so that the conical female thread 134 is screwed to the male thread 128 of the wedge slide 122. A constant gap 138a is formed in the circumferential direction.

이와 같은 선단 정착체(132)는 상기 쐐기 슬라이드(122)의 회전에 의해서 이에 나사결합한 다수의 확장편(138)들이 점점 직경 외측방향으로 밀리면서 외경이 확대되어 천공홀(H)의 내벽면 지반에 압력을 가하여 보강재(110)를 고정시키게 된다.The front end fixture 132 has a plurality of expansion pieces 138 screwed to it by the rotation of the wedge slide 122 is gradually pushed outward in the radial direction and the outer diameter is expanded to the inner wall surface of the drilling hole (H) By applying pressure to the reinforcement 110 is fixed.

또한 상기 선단 정착체(132)는 도 3에 도시된 바와 같이, 보강재(110)의 선단 정착시, 선단 정착체(132)의 회전을 방지하기 위해 선단 정착체(132) 앞에 고정장치(140)를 형성할 수 있는데, 이와 같은 고정장치(140)는 선단 정착체(132)의 외면에서 직경 방향으로 돌출형성된 다수의 걸림판(142)으로 형성될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 3, the tip fixing member 132 has a fixing device 140 in front of the tip fixing member 132 to prevent rotation of the tip fixing member 132 when the tip fixing member 132 is fixed. The fixing device 140 may be formed of a plurality of locking plates 142 protruding in the radial direction from the outer surface of the front end fixing body 132.

그리고 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치(100)는 상기 보강재(110)의 중간에 복수의 스페이서(150)를 통하여 열교환 파이프(170)가 장착된다.In addition, the integrated energy bolt device 100 for geothermal energy use and reinforcement according to the present invention is equipped with a heat exchange pipe 170 through a plurality of spacers 150 in the middle of the reinforcement (110).

상기 스페이서(150)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 그 중앙에 보강재(110)가 삽입되는 관통공(152a)을 형성한 보디(152)를 구비하고, 상기 보디(152)의 사방으로는 돌기(154)들이 돌출 형성되어 직경이 확대되며, 보강재(110)를 천공홀(H)의 중앙에 배치시킨다.As shown in FIGS. 4A and 4B, the spacer 150 has a body 152 having a through hole 152a into which a reinforcing member 110 is inserted, and the body 152 is everywhere. As the protrusions 154 are formed to protrude, the diameter thereof is expanded, and the reinforcement 110 is disposed at the center of the hole H.

이와 같은 스페이서(150)는 사방의 돌기(154)들 중에서 서로 대향한 양측의 돌기(154)에 열교환 파이프(170)가 각각 고정되는 끼움 공(156)을 형성하여 열교환 파이프(170)를 유입측과 유출측으로 구분하고, 상기 보강재(110)에 다수 장착된 것이다.The spacer 150 forms fitting holes 156 on which heat exchange pipes 170 are fixed to protrusions 154 on both sides of the protrusions 154 that face each other, thereby introducing the heat exchange pipes 170 into the inflow side. Divided into the outflow side, and is mounted on the reinforcement 110 a plurality.

상기 열교환 파이프(170)는 순환수가 내부를 통과하여 지열 에너지를 외부로 추출하는 것으로서, 열전달 특성이 우수한 재료, 예를 들면 알루미늄관, 동관 또는 PE관으로 이루어진다.The heat exchange pipe 170 is a circulating water to extract the geothermal energy to the outside through the inside, made of a material having excellent heat transfer characteristics, for example, aluminum tube, copper tube or PE tube.

그리고 상기 천공홀(H)의 내부에는 열전달율이 높은 그라우팅(G)이 충전되어 상기 보강재(110), 스페이서(150) 및 열교환 파이프(170)들을 일체로 고정시킨다.The grouting G having a high heat transfer rate is filled in the perforation hole H to fix the reinforcement 110, the spacer 150, and the heat exchange pipe 170 integrally.

또한 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치(100)는 상기 열교환 파이프(170)의 유입 커플러(172a) 또는 유출 커플러(172b)에 연결되는 외부 파이프(180)를 구비한다.In addition, the integrated energy bolt device 100 for the use and reinforcement of geothermal energy according to the present invention includes an outer pipe 180 connected to the inlet coupler 172a or the outlet coupler 172b of the heat exchange pipe 170.

이와 같은 외부 파이프(180)는 유출 순환수를 히트펌프(210) 혹은 다음 단계의 에너지 볼트 장치(100) 까지 이송해주며, 또는 히트펌프(210) 혹은 인접의 에너지 볼트 장치(100)에서 열교환이 이루어진 순환수를 다시 에너지 볼트 장치(100) 까지 이송해주는 것이다.The external pipe 180 transfers the effluent circulating water to the heat pump 210 or the energy bolt device 100 of the next stage, or the heat exchange is performed at the heat pump 210 or the adjacent energy bolt device 100. The circulated water is transferred back to the energy bolt device 100.

상기 외부 파이프(180)는 도 5에 도시된 바와 같이, 터널 구조물(200)에 배치되는 경우, 지반구조물의 길이방향을 따라서 연장하는 메인 관부(182)와, 상기 메인 관부(182)로부터 지반구조물의 단면 방향을 따라서 연장하는 다수의 지관부(184)를 포함한다.When the outer pipe 180 is disposed in the tunnel structure 200, as shown in FIG. 5, the main pipe part 182 extending along the longitudinal direction of the ground structure, and the ground structure from the main pipe part 182. It includes a plurality of branch pipe portion 184 extending along the cross-sectional direction of.

또한 상기 지관부(184)에는 지반구조물에 각각 시공된 열교환 파이프(170)의 유입 커플러(172a)와 유출 커플러(172b)가, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 연결되어 순환수를 히트펌프(210) 혹은 다음 단계의 에너지 볼트 장치(100) 까지 이송해주게 되며, 이와 같은 연결구조를 통하여 터널 구조물(200)의 일정한 지열 에너지를 이용함과 동시에, 지반구조물을 구조적으로 보강할 수 있게 된다.In addition, the branch pipe part 184 is connected to the inlet coupler 172a and the outlet coupler 172b of the heat exchange pipe 170 constructed on the ground structure, respectively, as shown in FIGS. (210) or the energy transfer to the next step of the energy bolt device 100, and by using a constant geothermal energy of the tunnel structure 200 through this connection structure, it is possible to structurally reinforce the ground structure.

그리고 본 발명은 상기 보강재(110)의 상단부에는 도 2에 도시된 바와 같이, 나사산(112)이 형성되어 너트(190) 및 플레이트(192)가 장착되고, 천공홀(H)의 입구를 막게 된다.And in the present invention, as shown in Figure 2, the upper end of the reinforcing member 110, the thread 112 is formed, the nut 190 and the plate 192 is mounted, to block the entrance of the drilling hole (H) .

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치(100)는 상기 보강재(110)와 그라우팅(G)을 통하여 지반을 구조적으로 보강하는 동시에 열교환 파이프(170)를 통과하는 순환수를 이용하여 지열 에너지를 추출하여 외부 시설에 이용할 수 있다.The integrated energy bolt device 100 for geothermal energy use and reinforcement according to the present invention configured as described above is through the heat exchange pipe 170 while structurally reinforcing the ground through the reinforcement 110 and grouting (G). Geothermal energy can be extracted using the circulating water and used for external facilities.

이와 같은 경우, 본 발명은 지반의 천공홀(H) 내부에 삽입된 기존의 보강재와 같은 봉형상의 보강재(110)를 회전시킴으로써 쐐기 슬라이드(122)가 회전하고, 이는 직경 확대수단(120)의 확장편(138)을 외측으로 확대시켜서 보강재(110)를 천공홀(H)에 고정한 다음, 그라우팅(G)을 시공함으로써 지반을 쉽게 구조적으로 보강할 수 있다.In this case, the present invention, the wedge slide 122 is rotated by rotating the rod-shaped reinforcement 110, such as the existing reinforcement inserted into the boring hole (H) of the ground, which is the expansion of the diameter expanding means 120 By expanding the piece 138 to the outside to fix the reinforcement 110 to the drilling hole (H), and then to the construction of the grouting (G) can be easily structurally reinforced ground.

이와 동시에 스페이서(150)에 의해서 상기 보강재(110)에 장착된 열교환 파이프(170)를 통하여 순환수를 통과시킴으로써 순환수가 열교환 파이프(170)의 유입측 상부로부터 하부의 절곡부(176)측으로 하강하고, 다시 유출측 상부로 배출되는 과정에서 그라우팅(G)을 통하여 전열되는 지열을 받아서 열교환하게 되고, 열교환 파이프(170)를 나가게 될때에는 지열 에너지를 포함하게 되어 이를 효과적으로 이용할 수 있다.At the same time, the circulation water passes through the heat exchange pipe 170 mounted on the reinforcement 110 by the spacer 150, and the circulation water is lowered from the upper side of the inflow side of the heat exchange pipe 170 toward the lower bent portion 176. In addition, geothermal heat is received through the grouting (G) in the process of being discharged to the upper side of the outflow side again, and when it exits the heat exchange pipe 170, the geothermal energy is included so that it can be effectively used.

이하, 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법(300)에 대해서 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an integrated energy bolt construction method 300 for geothermal energy use and reinforcement according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법(300)은 도 6a에 도시된 바와 같이, 지반에 천공홀(H)을 형성하고, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 천공홀(H)의 내부에는 선단에 직경 확대수단(120)을 구비한 보강재(110)를 삽입하며, 상기 직경 확대수단(120)의 외경이 확대되도록 하여 천공홀(H)의 내면에 압력을 가하여 고정한다.First, the integrated energy bolt construction method 300 for geothermal energy use and reinforcement according to the present invention, as shown in Figure 6a, to form a hole (H) in the ground, as shown in Figure 6b, The reinforcing member 110 having the diameter expanding means 120 is inserted into the tip of the drilling hole H, and the pressure is applied to the inner surface of the drilling hole H by expanding the outer diameter of the diameter expanding means 120. To fix it.

이와 같은 경우, 상기 직경 확대수단(120)은 보강재(110)를 회전시킴으로써 그 외경이 확장되는데, 보강재(110)의 회전에 의해서 그 하단에 연결된 쐐기 슬라이드(122)가 회전하고, 상기 쐐기 슬라이드(122)의 원추형 숫나사산(128)이 선단 정착체(132)의 원추형 암나사산(134) 내에서 회전한다.In this case, the diameter expansion means 120 is the outer diameter is expanded by rotating the reinforcement 110, the wedge slide 122 connected to the lower end by the rotation of the reinforcement 110 is rotated, the wedge slide ( The conical male thread 128 of 122 is rotated in the conical female thread 134 of the tip fixing member 132.

따라서 상기 쐐기 슬라이드(122)의 회전에 의해서 쐐기 슬라이드(122)는 선단 정착체(132)의 상부측으로 점차 상승하고, 쐐기 슬라이드(122)의 원추형 숫나사산(128)이 점차 상승하면서 베이스(136) 상부측에 형성된 다수의 확장편(138)들의 내측으로 진입함으로써 상기 확장편(138)들은 점점 그 직경 외측방향으로 밀리면서 외경이 확대되어 천공홀(H)의 지반에 압력을 가하고, 천공홀(H)의 내부에 보강재(110)를 견고히 고정시켜서 지반을 구조적으로 보강시킨다.Accordingly, the wedge slide 122 gradually rises toward the upper side of the tip fixing member 132 by the rotation of the wedge slide 122, and the conical male thread 128 of the wedge slide 122 gradually rises to the base 136. By entering the inside of the plurality of expansion pieces 138 formed on the upper side, the expansion pieces 138 gradually push outward in the radial direction thereof to expand the outer diameter to apply pressure to the ground of the hole H, H) by firmly fixing the reinforcement 110 in the interior of the ground to structurally reinforce.

그리고 다음으로는, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 보강재(110)에 복수의 스페이서(150)와 열교환 파이프(170)를 장착하게 되는데, 상기 스페이서(150)는 각각 그 중앙에 형성된 관통공(152a)으로 보강재(110)를 끼우게 되며, 이와 같은 스페이서(150)의 양외측 돌기(154)에는 순환수가 통과하는 열교환 파이프(170)가 장착되어 있다.Next, as shown in FIG. 6C, a plurality of spacers 150 and a heat exchange pipe 170 are mounted on the reinforcement 110, and the spacers 150 each have a through hole formed at the center thereof. The reinforcement 110 is inserted into the 152a, and the heat exchange pipe 170 through which the circulating water passes is mounted on both outer protrusions 154 of the spacer 150.

이와 같은 열교환 파이프(170)는 그 하단이 스페이서(150)의 중앙에 배치된 보강재(110)와의 간섭을 피하여 보강재(110)를 우회하도록 절곡부(176)를 형성하는 것이 바람직하다.The heat exchange pipe 170 as described above preferably has a bent portion 176 so as to bypass the reinforcement 110 to avoid interference with the reinforcement 110 disposed in the center of the spacer 150.

이와 같이 보강재(110)에 스페이서(150)와 열교환 파이프(170)를 장착한 다음에는, 상기 열교환 파이프(170)의 양단에는 도 6d에 도시된 바와 같이, 각각 외부 파이프(180)를 연결시키고, 상기 천공홀(H)의 내부에 열전달율이 높은 그라우팅(G)을 충전하여 상기 보강재(110)와 열교환 파이프(170)를 일체로 고정시킨다.After the spacer 150 and the heat exchange pipe 170 are mounted on the reinforcement 110 as described above, the outer pipes 180 are connected to both ends of the heat exchange pipe 170 as shown in FIG. 6D, respectively. The reinforcing material 110 and the heat exchange pipe 170 are integrally fixed by filling the grouting G having a high heat transfer rate in the hole H.

이때 상기 외부 파이프(180)는 도 5에 도시된 바와 같이, 지반구조물의 길이방향을 따라서 연장하는 메인 관부(182)와, 상기 메인 관부(182)로부터 지반구조물의 단면 방향을 따라서 연장하는 다수의 지관부(184)를 포함하도록 설치하고, 상기 지관부(184)에는 지반구조물의 벽체에 각각 시공된 열교환 파이프(170)의 유입 커플러(172a)와 유출 커플러(172b)를, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 연결하여 순환수를 히트펌프(210) 혹은 다음 단계의 에너지 볼트 장치(100) 까지 이송하도록 연결한다.At this time, the outer pipe 180, as shown in Figure 5, the main pipe portion 182 extending along the longitudinal direction of the ground structure, and a plurality of extending in the cross-sectional direction of the ground structure from the main pipe portion 182 It is installed to include the branch pipe portion 184, the branch pipe portion 184 to the inlet coupler (172a) and the outlet coupler (172b) of the heat exchange pipe 170 respectively installed on the wall of the ground structure, Figures 2 and 3 As shown in the connection, the circulating water is connected to transfer to the heat pump 210 or the energy bolt device 100 of the next step.

그리고 다음으로는, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 외부 파이프(180)를 통해서 열교환 파이프(170)의 내부에 순환수를 유입시켜서 지열에 열교환한 순환수를 외부로 배출시키게 된다.Next, as shown in FIG. 6E, circulating water is introduced into the heat exchange pipe 170 through the outer pipe 180 to discharge the circulating water heat-exchanged to geothermal heat to the outside.

이와 같이 본 발명은 지반을 쉽게 보강할 수 있고, 순환수를 통과시킴으로써 지열 에너지를 쉽게 추출하여 효과적으로 이용할 수 있다.As described above, the present invention can easily reinforce the ground, and by using the circulation water, the geothermal energy can be easily extracted and used effectively.

또한 본 발명은 지반을 암반층까지 굴착하지 않고서도 보강재(110)를 이용하여 효과적으로 지반을 보강할 수 있음으로써 공사비를 이중으로 발생시키지 않고, 비용 절감 효과를 크게 얻을 수 있다.In addition, the present invention can effectively reinforce the ground using the reinforcing material 110 without excavating the ground to the rock layer, it is possible to obtain a large cost reduction effect without generating a double construction cost.

뿐만 아니라, 본 발명은 에너지 볼트 장치(100)로부터 얻어진 지중의 열원을 이용하여 지하철 역사의 냉난방 및 터널 출입구의 결빙방지, 터널의 부대시설 등과 같이 각종 시설물에서 소요되는 냉난방 에너지의 일부를 충당할 수 있음으로써 실용적으로 지열 에너지를 활용할 수 있게 된다.In addition, the present invention can cover a part of the heating and cooling energy required by various facilities, such as the heating and cooling of the subway station and the prevention of freezing of the entrance and exit of the tunnel, using the underground heat source obtained from the energy bolt device 100. By being able to utilize geothermal energy practically.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 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 된다.An embodiment of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art will be able to modify the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications are within the scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.

100...... 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치
110...... 보강재 112...... 나사산
120...... 직경 확대수단 122...... 쐐기 슬라이드
124...... 연결재 126a...... 상부
126b..... 하부 128...... 숫나사산
132...... 선단 정착체 134...... 암나사산
136...... 베이스 138...... 확장편
140...... 고정장치 142...... 걸림판
150...... 스페이서 152...... 보디
152a..... 관통공 154...... 돌기
156...... 끼움 공 170...... 열교환 파이프
172a..... 유입 커플러 172b...... 유출 커플러
176...... 절곡부 180...... 외부 파이프
182...... 메인 관부 184...... 지관부
190...... 너트 192...... 플레이트
200...... 터널 구조물 210...... 히트펌프
300...... 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법
d1...... 직경 d2...... 내경
G...... 그라우팅 H...... 천공홀100 ...... Integral energy bolting device for geothermal energy utilization and reinforcement
110 ...... Reinforcement 112 ...... Thread
120 ...... Diameter expanding means 122 ...... Wedge slide
124 ...... Connector 126a ...... Top
126b ..... Lower 128 ...... Male thread
132 ...... Finger Fixture 134 ...... Female Thread
136 ...... Base 138 ...... Extended
140 ...... Holding device 142 ...... Hanging plate
150 ...... Spacer 152 ...... Body
152a ..... through hole 154 ......
156 ...... fitting hole 170 ...... heat exchanger pipe
172a ..... Inflow Coupler 172b ...... Outflow Coupler
176 ...... bending 180 ...... outer pipe
182 ...... Main tube 184 ...... Branch tube
190 ...... Nut 192 ...... Plate
200 ...... Tunnel Structure 210 ...... Heat Pump
300 ...... Integral energy bolt construction for geothermal energy use and reinforcement
d1 ...... diameter d2 ...... inner diameter
G ...... grouting H ...... Drilling hole

Claims (7)

지반의 천공홀 내부로 삽입되고, 그 선단에는 직경 확대수단을 구비하며, 상기 천공홀의 내부로 충전되는 그라우팅과 상호작용하여 지반을 안정화시키는 보강재;
상기 보강재의 중간에 중앙이 각각 삽입되어 보강재를 천공홀의 중앙에 배치하고, 외경이 확대된 복수의 스페이서에 장착되며, 순환수가 내부를 통과하여 지열 에너지를 외부로 추출하는 열교환 파이프; 및
상기 열교환 파이프의 유입 커플러 또는 유출 커플러에 연결되어 유출 순환수를 히트펌프 혹은 다음 단계의 에너지 볼트까지 이송해주며, 또는 히트펌프 혹은 인접의 에너지 볼트에서 열교환이 이루어진 순환수를 다시 에너지 볼트까지 이송해주는 외부 파이프;를 포함하여 상기 보강재와 그라우팅을 통하여 지반을 구조적으로 보강하는 동시에 열교환 파이프를 통과하는 순환수를 이용하여 지열 에너지를 추출하여 이용하는 것을 특징으로 하는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치.A reinforcing member inserted into the boring hole of the ground and having a diameter expanding means at the tip thereof, and for stabilizing the ground by interacting with the grouting filled into the boring hole;
A heat exchange pipe having a center inserted in the middle of the reinforcing material, respectively, to place the reinforcing material in the center of the perforation hole, mounted in a plurality of spacers having an enlarged outer diameter, and circulating water passing through the inside to extract geothermal energy to the outside; And
It is connected to the inlet coupler or the outlet coupler of the heat exchange pipe to transfer the circulating water to the heat pump or the energy bolt of the next stage, or to transfer the circulating water heat exchanged from the heat pump or the adjacent energy bolt to the energy bolt again Integral energy bolting device for use and reinforcement of geothermal energy, including: external pipe; structurally reinforce the ground through the reinforcement and grouting, and extract geothermal energy using circulating water passing through the heat exchange pipe. . 제1항에 있어서, 상기 직경 확대수단은 보강재의 하단에 일체로 상단이 연결되고, 상부로부터 하부로 갈수록 직경이 확대되는 원추형 숫나사산을 형성한 쐐기 슬라이드를 구비하고, 상부로부터 하부로 갈수록 상기 쐐기 슬라이드의 직경에 일치하여 그 내경이 확대형성된 원추형의 암나사산을 구비한 선단 정착체를 포함하며, 상기 선단 정착체는 원형의 베이스와 상기 베이스의 상단으로 연장된 다수의 확장편들을 구비하여 상기 쐐기 슬라이드의 회전에 의해서 확장편들이 점점 직경 외측방향으로 밀리면서 외경이 확대되어 천공홀의 내벽면 지반에 압력을 가하여 보강재를 고정시키는 것임을 특징으로 하는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치.The wedge slide according to claim 1, wherein the diameter expanding means has a wedge slide formed with a conical male thread whose upper end is integrally connected to the lower end of the reinforcement and whose diameter increases from the upper part to the lower part, and the wedge from the upper part to the lower part. A tip fixing body having a conical female thread having an enlarged inner diameter corresponding to the diameter of the slide, wherein the tip fixing body has a circular base and a plurality of extension pieces extending to an upper end of the base. The expansion piece is pushed outward in the radial direction by the rotation of the slide to expand the outer diameter to apply pressure to the inner wall surface of the drilling hole to fix the reinforcement of the integrated energy bolt device for geothermal energy use and reinforcement. 제1항에 있어서, 상기 스페이서는 중앙에 보강재가 삽입되는 관통공을 형성한 보디를 구비하고, 상기 보디의 사방으로는 돌기들이 돌출 형성되어 직경이 확대되며, 그 양측의 돌기에는 열교환 파이프가 각각 고정되는 끼움 공을 형성하고, 상기 보강재에 다수 장착된 것임을 특징으로 하는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치.According to claim 1, wherein the spacer has a body having a through-hole in which the reinforcing material is inserted in the center, the projections are formed in the four sides of the body is formed to enlarge the diameter, the heat exchange pipes on both of the projections An integrated energy bolt device for geothermal energy utilization and reinforcement, characterized in that the formation of the fitting ball is fixed, the reinforcement is mounted in plurality. 제1항에 있어서, 상기 외부 파이프는 지반구조물의 길이방향을 따라서 연장하는 메인 관부와, 상기 메인 관부로부터 지반구조물의 단면 방향을 따라서 연장하는 다수의 지관부를 포함하며, 상기 지관부에는 지반구조물의 벽체에 각각 시공된 캡의 유입 커플러와 유출 커플러가 연결되어 순환수를 히트펌프 혹은 다음 단계의 에너지 볼트까지 이송해주는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치.The ground pipe of claim 1, wherein the outer pipe includes a main pipe portion extending along a longitudinal direction of the ground structure, and a plurality of branch pipe portions extending from the main pipe portion along a cross-sectional direction of the ground structure. An integrated energy bolt device for use and reinforcement of geothermal energy that transfers the circulating water to the heat pump or to the next energy bolt by connecting the inlet coupler and the outlet coupler of the cap respectively installed on the wall. 지반에 천공홀을 형성하고, 상기 천공홀 내부에는 선단에 직경 확대수단을 구비한 보강재를 삽입하며, 상기 직경 확대수단의 외경이 확대되도록 하여 천공홀 내면에 압력을 가하여 고정하고, 상기 보강재에는 외경이 확대된 복수의 스페이서를 끼워서 고정하며, 상기 스페이서의 양 외측 돌기에 순환수가 통과하는 열교환 파이프를 장착하고, 상기 열교환 파이프의 양단에는 각각 외부 파이프를 연결시킨 다음, 상기 천공홀의 내부에 열전달율이 높은 그라우팅을 충전하여 상기 보강재와 열교환 파이프를 고정시키고, 열교환 파이프의 내부에 순환수를 유입시켜 지열에 열교환한 순환수를 외부로 배출시키는 단계들을 포함하여 상기 보강재와 그라우팅을 통하여 지반을 구조적으로 보강하는 동시에 열교환 파이프를 통과하는 순환수를 이용하여 지열 에너지를 추출하여 이용하는 것을 특징으로 하는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법.A perforated hole is formed in the ground, and a reinforcement having a diameter expanding means is inserted into a tip of the perforated hole, and the outer diameter of the diameter expanding means is enlarged so as to be fixed by applying pressure to the inner surface of the perforating hole. A plurality of enlarged spacers are inserted and fixed, and heat exchange pipes through which circulating water passes on both outer protrusions of the spacers are connected, and external pipes are connected to both ends of the heat exchange pipes, and then the heat transfer rate is high inside the perforated holes. Filling grouting to fix the reinforcement and the heat exchanger pipe, and introducing the circulating water into the heat exchanger pipe to discharge the circulating water heat-exchanged to geothermally to the outside to structurally reinforce the ground through the reinforcement and grouting Geothermal heat using circulating water passing through heat exchange pipe at the same time Integrated energy bolt construction method for geothermal energy using the reinforcement, characterized in that used to extract energy. 제5항에 있어서, 상기 직경 확대수단은 보강재를 회전시켜서 그 하단에 연결된 쐐기 슬라이드가 회전되도록 하고, 상기 쐐기 슬라이드의 원추형 숫나사산이 선단 정착체의 원추형 암나사산에 결합하여 회전함으로써 상기 쐐기 슬라이드의 회전에 의해서 선단 정착체의 베이스 상부측에 형성된 다수의 확장편들이 점점 그 직경 외측방향으로 밀리면서 외경이 확대되어 천공홀의 지반에 압력을 가함으로써 보강재가 천공홀 내에 고정되는 것임을 특징으로 하는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법.The wedge slide according to claim 5, wherein the diameter expanding means rotates the reinforcement so that the wedge slide connected to the lower end thereof is rotated, and the conical male thread of the wedge slide is coupled to the conical female thread of the tip fixing body to rotate the wedge slide. By using a plurality of expansion pieces formed on the upper side of the base of the tip fixing body gradually pushed outward in the radial direction, the outer diameter is expanded to apply pressure to the ground of the drilled hole, so that the reinforcement is fixed in the drilled hole. Integrated energy bolt construction method for reinforcement and reinforcement. 제5항에 있어서, 상기 외부 파이프는 지반구조물의 길이방향을 따라서 연장하는 메인 관부와, 상기 메인 관부로부터 지반구조물의 단면 방향을 따라서 연장하는 다수의 지관부를 포함하도록 설치하고, 상기 지관부에는 지반구조물의 벽체에 각각 시공된 열교환 파이프의 유입 커플러와 유출 커플러를 연결하여 순환수를 히트펌프 혹은 다음 단계의 에너지 볼트까지 이송시킴으로써 지반에 구축된 지반의 지열 에너지를 이용함과 동시에, 지반구조물을 구조적으로 보강하는 것을 특징으로 하는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법.According to claim 5, wherein the outer pipe is installed to include a main pipe portion extending along the longitudinal direction of the ground structure, and a plurality of branch pipe portions extending along the cross-sectional direction of the ground structure from the main pipe portion, the ground pipe portion is ground By connecting the inflow and outflow couplers of the heat exchange pipes respectively constructed on the walls of the structure, the circulating water is transferred to the heat pump or the energy bolt of the next stage, thereby utilizing the geothermal energy of the ground and the ground structure. An integrated energy bolt construction method for geothermal energy use and reinforcement, characterized in that the reinforcement.
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