KR101209157B1 - 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치에 관한 것으로, 상부 지층의 오염된 지하수 및 그라우팅 액이 관정 및 암반층의 암반지하수로 유입되는 것을 방지하도록 상기 관정과 내부 케이싱 사이에 형성된 공극을 차폐하도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 암반층까지 굴착된 관정 내에 설치되는 내부 케이싱과, 상기 내부 케이싱 내에 설치되어 수중펌프에 의해 끌어 올려지면서 외부로 배출되는 암반지하수의 유로를 형성하는 배출관이 구비된 것에 있어서, 상기 내부 케이싱의 하부에는 관정의 내주면과 내부 케이싱의 외주면 사이에 형성된 공극을 차폐하도록 하는 차폐부재가 구성되며, 상기의 차폐부재는, 상기 내부 케이싱의 단부에 결합되는 내부 케이싱과 동일한 직경을 갖는 관체와, 상기 관체의 외주면에 결합되어 관정의 내주면과 밀착되는 복수개의 차폐판과, 상기 관체의 외주면에 결합됨과 함께 상기 각 차폐판 사이에 각각 설치되어 관정의 내주면과 밀착되도록 물과의 접촉으로 인해 팽창되는 복수개의 팽창링부와, 상기 각 차폐판과 팽창링부가 설치된 관체의 상, 하부에 각각 설치되어 상기 차폐판과 팽창링부의 탈거를 방지 및 관체에 고정하도록 하는 고정밴드로 구성된 것이다.

Description

지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치{grouting shielding apparatus for preventing pollution of groundwater}

본 발명은 지하수 오염 방지에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 암반층으로부터 끌어 올려지는 지하수가 흐르는 관정 내로 상부 지층의 오염된 지하수 및 그라우팅 액이 유입되는 것을 방지하도록 상기 관정의 내주면과 내부 케이싱의 외주면 사이에 형성된 공극을 차폐하는 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치에 관한 것이다.

일반적으로, 지하수는 지표면을 흐르는 물이나 공중에서 낙하하는 빗물 등이 지표면의 하부로 침투하여 지하의 지층이나 암석 사이의 빈틈을 채우고 있거나 또는, 흐르는 물을 말하며, 경제적으로 개발할 수 있는 정도의 다량의 지하수를 포함하고 있는 암석 및 지층을 일반적으로 대수층이라 부른다.

상기 지하수는 토양의 틈새나 암반의 파쇄대 등을 매우 느리게 이동하면서 자연정화 과정을 거치게 되고, 이러한 과정 속에서 매우 청정한 상태를 유지하게 될 뿐만 아니라 주위의 토양 및 암석 등과 상호 반응하여 천연 미네랄 성분을 함유하게 됨에 따라 몸에 매우 유익하고 건강한 물이 된다.

여기서, 상기 지하수를 함유하는 지층은 통상적으로 흙, 자갈, 모래 등으로 구성되어 있는 토사층과 풍화암층 및 암반층(연암층, 보통암층, 경암층) 순으로 구분할 수 있다.

상기 토사층과 풍화암층은 비고결지층으로 이들 지층에 부존되어 있는 지하수는 통상 천부지하수 또는 충적층지하수로 분류되고, 이러한 천부지하수가 부존되어 있는 대수층을 천부대수층 또는 충적대수층이라 하는데, 이러한 천부대수층은 물을 통과시킬 수 있는 공극 등이 매우 커서 투수성이 매우 양호하다.

그리고, 상기 암반층 즉, 연암층부터는 고결암층으로 암반대수층으로 분류되며, 천부대수층에 비해 공극이나 파쇄대 등이 매우 치밀하여 투수성이 낮은 구간으로, 이들 암반대수층에 부존되어 있는 지하수는 암반지하수로 분류하고, 상기 암반지하수는 암반대수층 내에 산소가 희박하여 일반세균, 유기물 등 유해 미생물이 없으며 암반 내 체재기간이 매우 길어서 충분한 자연정화 과정을 거친 후 지상으로 양수되기 때문에 상기 암반지하수는 먹는샘물 등 주로 사람이 음용할 수 있는 식수로 사용된다.

상기 토사층과 풍화암층은 지표면 인접해 있고 투수성이 양호하기 때문에 대기 및 지표의 각종 오염물질에 노출된 지표수나 빗물 등이 토사층과 풍화암층으로 직접 유입되어 토사층과 풍화암층 자체가 오염될 수 있으며, 이로 인해 이 구간을 유동하는 천부지하수가 오염될 가능성이 매우 높은 것은 물론 대수층의 투수성이 높은 만큼 지층 내에서 자연 여과될 수 있는 충분한 체류시간을 갖지 못하고 양수되기 때문에 천부지하수는 수질의 안전성이 확보되지 못할 뿐만 아니라 몸에 유익한 천연의 미네랄 성분 함량도 암반대수층이 지하수에 비해 매우 낮다.

그리고, 상기의 암반층은 지하수의 이동통로가 되는 공극 또는 파쇄대가 매우 적고 치밀하여 외부 오염물질은 물론 암반대수층 상부에 부존하고 있는 천부지하수(토사층과 풍화암층의 지하수 등)의 유입이 매우 어렵고, 지하수의 이동속도가 매우 느려서 오랜 체류시간을 가질 수 있어서 충분한 자연 여과 과정을 거치면서 맑고 깨끗한 상태로 자연 정화 처리된 청정한 수질의 암반지하수를 갖는 암반대수층이 형성될 뿐만 아니라 상기 암반지하수는 암반대수층의 지질에 함유된 광물성분과 오랜 기간 동안 상호 반응함으로서 몸에 유익한 성분인 천연의 미네랄이 많이 함유되어 있다.

또한, 상기 천부대수층은 강우에 의한 영향이 크므로 천부지하수의 수량 및 수질의 변동이 심한 반면, 상기 암반대수층은 강우에 의한 영향을 거의 받지 않으므로 암반층의 암반지하수는 연중 안전하고 안정적인 수량 및 수질을 유지할 수 있다.

아울러, 현대에 이르러 산업화가 빠른 속도로 진척됨에 따라 대기, 하천 및 토양 등의 환경오염이 심화되고 있는데, 즉 산업화에 의해 공장에서 대기 중으로 배출하는 매연과 하천으로 배출하는 폐수에 의한 오염, 가정에서 배출하는 생활 하수에 의한 오염, 지하에 매설된 오폐수 관로의 누수 및 기름 저장 시설에 의한 오염 그리고, 농어촌 지역에서 영농활동을 위해 사용되는 비료와 농약 살포 및 축산 분뇨 등에 의한 오염 등 생활 전반적인 부분에서 환경오염이 발생되고 있다.

상기의 환경오염으로 인하여 상기 오염물질이 토양 내부로 직접 유입되거나 지표면을 흐르는 물(지표수)이나 빗물 등에 오염물질이 포함되고, 이러한 오염수가 지표면의 하부로 침투함에 따라 천부(토사층, 풍화암층)지층 및 천부 지층에 부존하고 있는 천부지하수의 오염이 증가하고 있는 실정이다.

이러한 이유로 오염 가능성이 높은 천부지하수보다 상대적으로 안전한 암반지하수에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이를 개발하기 위하여 굴착장비를 이용하여 지표면에서 암반대수층까지 일정 직경의 관정(管井)을 형성하고, 상기 관정을 통해 암반지하수를 끌어올려 식수로 사용하는데, 이 과정에서 암반층까지 굴착된 관정은 암반대수층으로 직접 유입될 수 있는 통로 역할을 하게 되어 이에 대한 오염방지가 부실할 경우 상기 토사층과 풍화암층의 오염물질 또는 오염된 천부지하수가 암반대수층에 곧장 유입됨에 따라 해당 지역의 암반대수층 전체를 오염시키는 심각한 문제점이 있었다.

또한, 지하수는 지상으로 양수되어 노출되기 전까지는 오염 여부에 대한 육안 확인이 전혀 불가능하기 때문에 오염의 확산 여부를 확인하기 어렵고, 오염이 확인된 시점에서는 이미 매우 넓은 지역에 걸쳐 광범위하게 오염이 진행되었을 가능성이 매우 높으며, 더욱이 지하수 양수 처리만으로도 어느 정도 정화가 가능한 천부지하수에 비해 암반지하수의 경우 한 번 오염되면 오염물질을 완벽하게 제거하는 것은 거의 불가능하고, 작게는 수백미터에서 넓게는 수킬로미터의 반경까지 형성된 암반대수층 전체가 오염될 경우 막대한 정화비용과 정화시간이 요구되기 때문에 암반대수층이 오염되지 않도록 철저한 보호와 주의가 필요하다.

도 1은 우리나라에서 이루어지고 있는 일반적인 지하수 개발 방식을 나타낸 도면으로서, 지표면에서 토사층(1)과 풍화암층(2)을 통과하여 암반층(3)의 지하수가 흐르는 암반대수층까지 굴착장비를 이용하여 관정(10)이 굴착 형성되고, 관정(10)의 내측면 상부에는 토사층(1) 및 풍화암층(2)의 붕괴를 방지하도록 하는 외부 케이싱(20)이 삽입 설치되며, 외부 케이싱(20)의 내부에 삽입되어 암반층(3)의 암반지하수가 있는 곳까지 단부가 위치되도록 내부 케이싱(30)이 삽입 설치되고, 내부 케이싱(30) 내에는 암반대수층에 있는 암반지하수를 수중펌프(50)의 펌핑력으로 외부로 끌어올려 배출하도록 암반지하수의 유로를 형성하는 배출관(40)이 설치된다.

상기 관정(10)의 상부 내측면과 상기 외부 케이싱(20)의 외측면 사이에 형성된 공간 내로 시멘트 몰탈 등과 같은 불투수성 재료를 주입하여 외부 케이싱(20)을 보호 및 유동을 방지함은 물론 토사층(1)과 풍화암층(2)의 지하수가 암반층(3)의 암반지하수로 유입되는 것을 방지하도록 그라우팅(60)이 형성되며, 상기의 그라우팅(60)은 토사층(1)과 풍화암층(2)까지 형성된다.

이와 같이 구성된 상태에서, 암반층(3)의 파쇄대(3a)를 통해 관정(10) 내로 유입된 암반지하수에 담겨진 상태로 위치하는 수중펌프(50)를 작동시키면, 상기 수중펌프(50)에서 발생되는 펌핑력에 의해 암반층(3)의 암반지하수는 수중펌프(50)를 통해 배출관(40) 내로 유입된다.

상기 배출관(40) 내로 유입된 암반지하수는 계속해서 작동되는 수중펌프(50)의 펌핑력에 의해 배출관(40)의 하부에서 상부측으로 흐르면서 상기 배출관(40)의 상부측에 설치된 수도꼭지 등과 같은 배출부(70)를 통해 외부로 배출되어 식수로 사용한다.

그러나, 관정에서 토사층과 풍화암층까지 설치되는 외부 케이싱이 찢어지는 손상 및 파손되거나 또는, 외부 케이싱의 용접부위 등이 잦은 물 접촉으로 인하여 부식될 경우 토사층의 파쇄대(1a) 및 풍화암층의 파쇄대(2a) 내를 흐르는 천부지하수 즉, 오염물질이 함유된 천부지하수가 이러한 외부 케이싱의 손상 및 훼손부위를 통하여 관정 내로 유입되어 암반지하수를 오염시키는 한편, 오염방지 그라우팅 과정에서 그라우팅 액이 관정 내로 유입됨으로서 지하수의 오염 및 수맥 막힘 등의 지하수 장해를 초래할 수 있다.

또한, 외부 케이싱의 설치 및 시멘트 몰탈 작업하는 그라우팅의 형성 등이 지표면 내에서 이루어짐에 따라 외부에서는 육안으로 확인하기 어렵기 때문에 정확한 시공 여부를 파악하기 힘들뿐만 아니라 오염방지를 위한 그라우팅 심도의 적정성, 공사의 정확성 등에 대한 관리 감독이 어려운 문제점도 있었다.

이러한 점을 악용하여 일부 작업자의 경우 개발 목표 수량을 달성하기 위해 암반지하수에 비해 상대적으로 수량이 풍부한 천부지하수의 유입을 유도하기 위하여 인위적으로 외부케이싱을 훼손하거나 육안으로 확인 가능한 지표면 상부 부분에 대해서만 형식적인 그라우팅 시공을 하는 사례가 발생하고 있으며, 이와 같은 사례는 우리나라의 암반지하수를 오염시키는 것 중 가장 주된 요인이 되고 있다.

그래서, 토사층(1)과 풍화암층(2)의 천부지하수가 관정(10)을 통해 암반층(3)의 암반지하수로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 도 2에서와 같이 관정(10) 내에 삽입 설치된 내부 케이싱(30)의 외주면 즉, 암반층(3)에 위치하는 내부 케이싱(30)의 하부측 외주면에는 관정(10)의 내주면에 밀착되면서 상기 내부 케이싱(30)과 관정(10)의 내주면 사이에 형성된 공극을 차폐하도록 하는 차폐부재(80)가 결합 설치되어 있다.

상기 차폐부재(80)로는, 지상에서 공기압축기로 공기를 주입하여 팽창되면서 관정(10)의 내주면에 밀착되는 팽창팩커 및, 지상에서 수직으로 압착하여 좌우로 팽창되면서 관정(10)의 내주면에 밀착되도록 관정(10)의 내경보다 큰 직경을 갖는 팽창고무 등이 있다.

상기 내부 케이싱(30)의 하부측 외주면에 차폐부재(80)를 결합한 후 관정(10) 내로 내부 케이싱(30)을 삽입하여 상기 내부 케이싱(30)의 단부가 암반지하수에 잠기도록 위치시킴과 동시에 상기 차폐부재(80)가 관정(10)의 내주면에 밀착되도록 설치한다.

그런 다음, 상기 차폐부재(80)의 상부측인 관정(10)의 내주면과 상기 내부 케이싱(30)의 외주면 사이 공간으로 시멘트 몰탈을 주입하여 그라우팅(60)함에 따라 토사층(1)과 풍화암층(2)의 천부지하수가 파쇄대(1a,2a)를 통해 관정(10) 내로 유입되는 것을 방지한다.

그러나, 암반지하수의 오염을 방지하기 위한 차폐부재를 팽창팩커를 사용할 경우, 상기 관정의 내주면에 팽창팩커가 밀착되도록 팽창팩커로 공기를 주입하는 공기압축기와 같은 별도의 부대장비가 필요함은 물론 암반지하수의 수압에 따라 팽창팩커로 주입되는 공기의 주입압을 달리하는 등 공기를 주입하기 위한 작업이 매우 번거로울 뿐만 아니라, 상기 관정의 내주면이 울퉁불퉁하면서 날카로운 암편 등이 형성되어 있으므로 상기의 날카로운 암편에 의해 팽창팩커 삽입 시 암편과의 마찰에 의해 팽창팩커의 외주면이 쉽게 찢어지거나 팽창과정에서 암편에 의해 팽창팩커의 외주면이 쉽게 훼손되는 사례가 종종 발생하고, 훼손된 팽창팩커가 그라우팅 액을 완벽히 차단하지 못하여 그라우팅 액은 물론 천부지하수 등이 팽창팩커 하부로 유입되어 암반지하수가 오염되는 문제점이 있었다.

그리고, 차폐부재로 팽창고무를 사용할 경우, 고무의 특성상 수직압력에 의하여 팽창 정도가 어느 정도 한계가 있음은 물론 상기 관정의 내주면이 매끈하면서 일정한 형상으로 형성된 것이 아니라 울퉁불퉁한 형상으로 형성되어 있으므로 상기 관정의 내주면에 팽창고무가 밀착되지 못함에 따라 상기 관정의 내주면과 팽창고무 사이에 틈이 발생할 가능성이 높고, 이러한 틈은 시간이 경과할수록 모세관 현상 등에 의해 점차적으로 확대되어 결국에는 상부의 오염된 천부지하수가 암반대수층으로 유입되는 통로를 제공하게 되어 암반대수층 및 암반지하수가 오염되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 암반층의 암반지하수를 끌어올리기 위해 설치되는 내부 케이싱의 외주면에는 차폐판과 팽창링부 및 고정밴드로 이루어진 차폐부재를 암반층 위치에 설치하도록 하여 상기 관정의 내주면에 차폐부재가 견고하면서 밀착되면서 상기 관정의 내주면과 내부 케이싱의 외주면 사이의 공극을 완전 차폐하므로 상부 지층(토사층, 풍화암층 등)의 오염된 천부지하수 및 그라우팅 액이 암반층으로 유입되는 것을 방지하도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 암반층까지 굴착된 관정 내에 설치되는 내부 케이싱과, 상기 내부 케이싱 내에 설치되어 수중펌프에 의해 끌어 올려지면서 외부로 배출되는 암반지하수의 유로를 형성하는 배출관이 구비된 것에 있어서, 상기 내부 케이싱의 하부에는 관정의 내주면과 내부 케이싱의 외주면 사이에 형성된 공극을 차폐하도록 하는 차폐부재가 구성되며, 상기의 차폐부재는, 상기 내부 케이싱의 단부에 결합되는 내부 케이싱과 동일한 직경을 갖는 관체와, 상기 관체의 외주면에 결합되어 관정의 내주면과 밀착되는 복수개의 차폐판과, 상기 관체의 외주면에 결합됨과 함께 상기 각 차폐판 사이에 각각 설치되어 관정의 내주면과 밀착되도록 물과의 접촉으로 인해 팽창되는 복수개의 팽창링부와, 상기 각 차폐판과 팽창링부가 설치된 관체의 상, 하부에 각각 설치되어 상기 차폐판과 팽창링부의 탈거를 방지 및 관체에 고정하도록 하는 고정밴드로 구성됨을 특징으로 하는 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치가 제공된다.

또한 본 발명은, 차폐부재의 상부측에는 상부 지층의 오염된 지하수가 암반지하수로 유입되는 것을 방지하도록 하는 그라우팅이 형성됨을 특징으로 하는 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치가 제공된다.

또한 본 발명은, 차폐부재의 차폐판은, 상기 차폐판의 외주면에 형성되어 관정의 내주면과 밀착되도록 차폐판의 직경보다 큰 직경을 갖는 환테형의 날개부와, 상기 차폐판의 상, 하부에 각각 형성되어 팽창링부가 결합되는 상, 하부 결합부로 구성됨을 특징으로 하는 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치가 제공된다.

또한 본 발명은, 차폐부재의 팽창링부 외주면 하부에는 팽창하는 팽창링부의 외주면이 관정의 내주면에 밀착되도록 환테형의 밀착부가 돌출형성됨을 특징으로 하는 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치가 제공된다.

또한 본 발명은, 차폐부재의 팽창링부는 소디움 벤토나이트(Sodium Bentonite)인 것을 특징으로 하는 지하수 오염 방지용 그라우팅 방지장치가 제공된다.

상기에서 설명한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 관정 내에 설치되는 내부 케이싱;, 내부 케이싱의 하부에 결합되는 관체 및, 관체의 외주면에 복수개의 차폐판과, 물과의 접촉으로 반응하여 팽창하는 팽창링부, 고정밴드로 이루어진 차폐부재; ㅅ상기 차폐부재의 상부측인 관정의 내주면과 내부 케이싱 사이에 형성되는 그라우팅;으로 구성됨으로써, 암반층 위치에 설치되는 차폐부재의 각 차폐판 외주면과 팽창하는 팽창링부의 외주면이 관정의 내주면에 밀착된 상태로 차폐부재가 견고하게 결합되므로 인하여 상기 관정의 내주면과 내부 케이싱의 외주면 사이에 형성되는 공극을 차폐할 뿐만 아니라 상기 차폐부재에 의하여 천수지하수가 관정을 통해 암반지하수로의 유입을 방지함에 따라 상기 암반지하수가 오염되는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한, 차폐부재의 차폐판 외주면에 형성된 날개부가 관정의 내주면에 틈새없이 밀착됨과 함께 상기 팽창링부의 외주면에 돌출형성된 밀착부가 팽창하는 팽창링부에 의하여 관정의 내주면에 밀착됨으로써, 상기 날개부와 밀착부에 의하여 차폐판과 팽창링부는 관정의 내주면에 더욱 더 밀착된 상태로 결합됨에 따라 상기 관정의 내주면과 내부 케이싱 사이의 공극을 완전 차폐할 뿐만 아니라 상기 차폐부재를 중심으로 하여 관정의 상, 하부가 연통되는 것을 차단함에 따라 상기 천부지하수가 암반지하수로 유입되는 것을 완벽하게 차단하는 효과도 있다.

즉, 상기 복수개의 차폐판과 팽창링부가 결합된 차폐부재에 의해 상부 지층(토사층, 풍화암층 등)의 오염된 천부지하수가 관정을 통해 암반층의 암반지하수로 유입되는 것을 방지할 뿐만 아니라 관정 내로 천부지하수의 유입을 방지하기 위해 그라우팅을 형성할 때 그라우팅 액이 암반지하수로 유입되는 것을 방지하므로 인하여 상기 암반지하수가 오염되는 것을 방지하도록 하는 효과도 있다.

따라서, 별도의 부대장비를 이용하지 않고도 관정 내에 차폐부재의 설치가 보다 손쉽고 용이할 뿐만 아니라 상기 차폐부재에 의해 암반층의 암반지하수가 오염되는 것을 방지함에 따라 미래의 수자원인 지하수를 청정하게 보존, 관리함은 물론 이로 인한 경제적인 가치가 매우 높은 효과도 있다.

도 1은 종래 지하수의 개발 방식을 나타낸 단면도.
도 2는 종래 지하수의 오염을 방지하기 위한 차폐구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치의 각 구성을 분리한 상태로 나타낸 분리사시도.
도 4는 본 발명 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치의 각 구성을 분리한 상태로 나타낸 정면도.
도 5는 본 발명 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치의 각 구성이 결합된 상태를 나타낸 정면도.
도 6은 본 발명 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치와 내부 케이싱이 결합되는 상태를 나타낸 정면도.
도 7은 본 발명 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치가 관정 내에 설치된 상태를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치의 구성 중 팽창링부가 팽창됨과 함께 그라우팅을 형성하여 그라우팅 차폐장치의 설치가 완료된 상태를 나타낸 단면도.

이하, 본 발명에 따른 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치는 첨부된 도 3 내지 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 지표면을 흐르는 물(지표수)이나 공중에서 낙하하는 빗물 등이 지표면의 하부로 침투하여 지하의 지층이나 암석 사이의 빈틈을 채우고 있거나 또는, 흐르는 물 중 사람이 음용(飮用) 가능한 식수인 암반층(3)에 부존하는 청정한 상태의 암반지하수를 끌어올리기 위한 구조가 구비되어 있다.

즉, 지표면에서 토사층(1)과 풍화암층(2)을 통과하여 암반층(3)의 암반지하수가 흐르는 암반대수층까지 굴착장비를 이용하여 관정(10)이 굴착형성되어 있고, 상기 관정(10) 내에는 암반층(3)의 암반지하수가 있는 곳에 단부가 위치하는 내부 케이싱(30)이 삽입 설치되어 있으며, 상기 내부 케이싱(30) 내에는 수중펌프(50)의 펌핑력에 의해 암반지하수가 유입됨은 물론 유입된 암반지하수가 끌어 올려지면서 배출부(70)를 통해 외부로 배출되도록 암반지하수의 유로를 형성하는 배출관(40)이 설치되어 있다.

그리고, 토사층(1)과 풍화암층(2)의 각 파쇄대(1a,2a)를 흐르는 오염물질이 포함된 천부지하수 및 후술할 크라우팅(60)을 형성하기 위해 주입되는 그라우팅 액이 관정(10)을 통해 암반층(1)의 암반지하수로 유입되는 것을 방지하기 위하여. 상기 암반대수층 위치인 내부 케이싱(30)의 단부에는 상기 관정(10)의 내주면(관정의 공벽)과 내부 케이싱(30)의 외주면 사이에 형성된 공극을 차폐 즉, 암반층(3)을 중심으로 하여 관정(10)의 상, 하부를 차폐하도록 하는 차폐부재(100)가 결합되어 있다.

상기 차폐부재(100)의 상부측인 관정(10)의 내주면과 내부 케이싱(30)의 외주면 사이에는 도 8에서와 같이 시멘트 몰탈 등과 같은 불투수성 재료를 주입하여 상부 지층 즉, 토사층(1)과 충적암층(2)의 오염된 천부지하수가 관정(10) 및 관정(10) 내의 암반지하수로 유입되는 것을 방지하도록 하는 그라우팅(60)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 관정(10)을 통해 암반지하수로 천부지하수 및 그라우팅 액의 유입을 차단하여 상기 암반층(3)의 암반지하수가 오염되는 것을 방지하도록 하는 차폐부재(100)의 구조는 다음과 같다.

상기의 차폐부재(100)는 도 3 내지 도 5에서와 같이, 상기 내부 케이싱(30)의 단부에 내부 케이싱(30)과 동일한 직경을 갖는 관체(140)가 결합되어 있고, 상기 관체(140)의 외주면에는 관정(10)의 내주면에 밀착되면서 차폐부재(100)를 중심으로 하여 관정(10) 내의 상, 하부가 서로 통하지 못하도록 상기 관정(10)의 내주면과 내부 케이싱(30)의 외주면 사이의 공극을 차폐하도록 하는 복수개의 차폐판(110)이 끼워지는 형태로 결합되어 있다.

또한, 상기 각 차폐판(110) 사이에 각각 설치됨과 함께 상기 관체(140)의 외주면에는 상기 관정(10)의 내주면과 관체(140)의 외주면 사이에 틈 발생 없이 관정(10)의 내주면에 밀착되면서 암반대수층을 경계로 하여 관정(10) 내의 상, 하부가 서로 연통되는 것을 차단 즉, 차폐하기 위하여 물과의 접촉으로 인해 반응하면서 원래 체적보다 몇십 배까지 팽창하는 복수개의 팽창링부(120)가 각각 결합되어 있다.

그리고, 상기 관체(140)의 외주면에 결합된 각 차폐판(110)과 팽창링부(120)의 상, 하부에는 상기 관체(140)로부터 차폐판(110)과 팽창링부(120)가 탈거되는 것을 방지함은 물론 상기 차폐판(110)과 팽창링부(120)의 유동을 방지하면서 관체(140)에 보다 견고하게 고정하도록 하는 고정밴드(130)가 각각 설치되어 있다.

상기의 차폐판(110)과 팽창링부(120) 및 고정밴드(130)는 상기 관체(140)의 외주면에 끼워지는 형태로 결합되도록 내부가 빈 중공형태 즉, 띠 모양으로 형성되어 있다.

상기 내부 케이싱(30)의 단부와 차폐부재(100)의 결합 즉, 내부 케이싱(30)의 단부와 차폐부재(100)의 관체(140) 일단과의 결합은 도 6에서와 같이, 상기 내부 케이싱(30)의 단부와 관체(140)의 일단이 양측에서 각각 삽입되어 서로 맞닿도록 상기 내부 케이싱(30)과 관체(140)의 외경과 동일한 내경을 갖는 소켓(150)이 설치되어 있고, 상기의 소켓(150)은 내부 케이싱(30)과 관체(140)에 볼트(b)체결에 의해 결합된다.

상기 차폐판(110)의 구조는 도 3 내지 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 차폐판(110)의 외주면에는 천부지하수 및 그라우팅 액이 관정(10)을 통해 암반지하수로 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 관정(10)의 내주면 형태에 따라 변형되도록 관정(10)의 내주면과 접촉된 상태에서 밀착되도록 관정(10)의 굴착구경보다 큰 직경을 갖는 환테형의 날개부(111)가 형성되어 있고, 상기 차폐판(110)의 상부에는 팽창링부(120)의 하부에 삽입 결합되는 상부 결합부(112)가 형성되어 있으며, 상기 차폐판(110)의 하부에는 팽창링부(120)의 상부에 삽입 결합되는 하부 결합부(113)가 형성되어 있다.

즉, 상기 차폐판(110)의 상, 하부 결합부(112,113)는 상기 차폐판(110)에서 팽창링부(120)가 탈거되는 것을 방지 및 견고하게 결합되도록 상기 팽창링부(120)의 상, 하부에 각각 삽입되도록 형성되어 있다.

상기 차폐판(110)은 탄성이 좋으면서 제작이 용이하면서 주변에서 쉽게 구할 수 있는 고무재질로 이루어져 있으며, 상기 차폐판(110)은 고무뿐만 아니라 상기의 효과 및 기능을 갖는 재질이라면 어떠한 재질을 사용하여도 무방하다.

그리고, 상기 각 팽창링부(120)의 외주면 하부에는 도 3 내지 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 관정(10)의 내주면과 각 차폐판(110) 사이의 공간에 완전히 채워져 상기 관정(10)의 내주면과 관체(140)의 외주면 사이를 완전 차폐하기 위하여 물과의 접촉으로 인해 반응하면서 팽창하는 팽창링부(120)의 외주면이 관정(10)의 내주면에 밀착되는 환테형의 밀착부(121)가 돌출 형성되어 있다.

상기 팽창링부(120)는 인체에 무해하면서 물과의 반응으로 인해 원래 체적보다 약 15배 정도까지 팽창하는 소디움 벤토나이트(Sodium Bentonite)를 사용하는데, 이러한 팽창력은 팽창링부(120)가 관정 내주면에 발달되어 있는 틈새(크랙) 또는 파쇄대 내부까지 깊숙이 침투할 수 있도록 도와주고, 이를 통하여 상기 차폐부재(100)가 관정의 내주면과 빈틈없이 완벽하게 밀착되도록 하며, 상기의 팽창링부(120)는 소디움 벤토나이트뿐만 아니라 상기의 효과 및 기능을 갖는 재질이라면 어떠한 재질을 사용하여도 무방하다.

상기 차폐부재(100)의 차폐 효과를 높이기 위하여 상기 차폐판(110)과 팽창링부(120)는 도면에서와 같이 복수개로 구비되어 있다.

한편, 상기 고정밴드(130)는 차폐판(110)과 팽창링부(120)를 관체(140)에 견고하게 고정하도록 금속재를 사용하는데, 즉 상기 고정밴드(130)의 재질로는 인체에 무해함은 물론 변형되거나 녹이 슬지 않으면서 강도와 경도 등이 우수한 스테인레스를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 지표면에서 암반층(3)까지 굴착하여 형성된 관정(10) 내로 내부 케이싱(30)을 삽입하여 상기 내부 케이싱(30)의 단부가 암반층(3)의 암반지하수에 담겨지도록 위치시킨다.

이때, 상기 내부 케이싱(30)의 단부 즉, 암반대수층에 위치되도록 차폐부재(100)를 결합함에 따라 상기 차폐부재(100)에 의해 토사층(1)과 풍화암층(2)의 각 파쇄대(1a,2a) 사이를 흐르는 천부지하수가 관정(10)을 통해 암반층(1)의 암반지하수로 유입되는 것을 방지하도록 한다.

여기서, 상기 차폐부재(100)를 제작하는 과정을 설명하면 도 3 내지 도 5에서와 같이, 우선 내부 케이싱(30)과 동일한 직경을 갖는 관체(140) 외주면 하부에 고정밴브(130)를 끼워 결합하고 나서 상기 고정밴드(130)의 상부측에 위치됨은 물론 상기 관체(140)의 외주면에 차폐판(110)을 끼워 결합한다.

그러면, 상기 차폐판(110)은 하부측의 고정밴드(130)에 의해 관체(140) 하부로 탈거되는 것이 방지된다.

이 상태에서, 상기 차폐판(110)의 상부측에 위치되도록 관체(140)의 외주면에 팽창링부(120)를 끼우는데, 즉 상기 관체(140)의 외주면에 끼워져 결합된 차폐판(110)의 상부 결합부(112)를 팽창링부(120)의 하부로 삽입시켜 상기 차폐판(110)의 상부에 팽창링부(120)를 결합한다.

그리고 나서, 관체(140)의 외주면에 다른 차폐판(110)을 끼워 팽창링부(120)의 상부측에 위치시킨 다음 이미 관체(140)에 결합된 팽창링부(120)의 상부에 상기 다른 차폐판(110)의 하부 결합부(113)를 삽입시켜 상기 팽창링부(120)의 상부에 다른 차폐판(110)을 결합하며, 상기 다른 차폐판(110) 상부에 다른 팽창링부(120)를 결합한다.

상기와 같은 방식으로, 상기 관체(140)의 외주면에 차폐판(110)과 팽창링부(120)를 번갈아가면서 순차적으로 결합한다.

그리고, 상기 최종적으로 결합되는 차폐판(110)의 상부에 고정밴드(130)가 위치되도록 상기 고정밴드(130)를 관체(140)의 상부 외주면에 끼움 결합함에 따라 상기 상부측 고정밴드(130)에 의해 각 차폐판(110)과 팽창링부(120)는 관체(140)의 상부로 탈거되는 것이 방지된다.

상기에서와 같이, 관체(140)의 외주면에 복수개의 차폐판(110)과 복수개의 팽창링부(120) 및 고정밴드(130)를 번갈아가면서 순차적으로 결합함에 따라 차폐부재(100)의 제작이 완료된다.

상기 제작 완료된 차폐부재(100)를 내부 케이싱(30)의 단부측에 결합하여야 하는데, 즉 도 6에서와 같이 상기 차폐부재(100)의 관체(140)와 내부 케이싱(30)의 단부 사이에 소켓(150)을 위치시킨다.

그런 다음, 상기 소켓(150)의 양측으로 상기 내부 케이싱(30)의 단부와 관체(140)의 일단을 소켓(150) 내로 각각 삽입하여 상기 내부 케이싱(30)의 단부와 곤체(140)의 일단이 서로 맞닿도록 한다.

그리고 나서, 상기 내부 케이싱(30)의 단부 외주면과 관체(140)의 일단 외주면에 형성된 구멍과 상기 소켓(150)의 구멍을 일치시킨 후 상기 일치된 각 구멍으로 볼트(b)를 각각 삽입하여 체결하게 되면 상기 내부 케이싱(30)의 단부에 차폐부재(100)가 견고하게 결합된다.

이와 같이, 상기 소켓(150)에 의해 차폐부재(100)가 결합된 내부 케이싱(30)을 도 7에서와 같이 관정(10) 내로 삽입하게 되면, 상기 차폐부재(100)의 각 차폐판(110) 외주면에 형성된 날개부(111)는 관정(10)의 내주면 형태에 따라 변형되면서 상기 관정(10)의 내주면에 밀착된다.

또한, 상기 각 차폐판(110) 사이에 각각 결합 설치된 팽창링부(120)는 물과 접촉되어 반응하면서 원래 체적보다 큰 체적으로 팽창하면서 도 8에서와 같이 상기 관정(10)의 내주면에 팽창링부(120)의 외주면이 밀착되는데, 즉 팽창링부(120)의 외주면에 돌출 형성된 밀착부(121)에 의하여 팽창링부(120)는 관정(10)의 내주면에 더욱 더 밀착된다.

상기에서와 같이, 상기 관정(10) 내로 삽입되는 내부 케이싱(30)의 단부에 결합된 차폐부재(100) 즉, 각 차폐판(110)과 팽창링부(120)가 관정(10)의 내주면에 밀착되어 상기 관정(10)의 내주면과 내부 케이싱(30)의 외주면 사이에 형성된 공극을 완전 차폐한다.

이 뿐만 아니라, 상기 차폐부재(100)에 의하여 관정(10) 내부는 암반대수층을 기준으로 상, 하로 분리되므로 토사층(1)과 풍화암층(2)의 각 파쇄대(1a,2a)를 따라 흐르는 오염된 천부지하수가 상기 관정(10)을 통해 관정(10) 내의 암반지하수로 유입되는 것이 방지된다.

상기 관정(10) 내에 내부 케이싱(30) 및 차폐부재(100)의 설치가 완료되면 상기 차폐부재(100)의 상부측인 관정(10)의 내주면과 내부 케이싱(30)의 외주면 사이로 시멘트 몰탈과 같은 불투수성 재료를 주입하여 도 8에서와 같이 그라우팅(60)을 형성하게 되는데, 즉 상기의 그라우팅(60)은 토사층(1)과 풍화암층(2) 측에 형성됨에 따라 상기 토사층(1)과 풍화암층(2)에 부존하는 오염된 천부지하수가 관정(10) 내로 유입되는 것을 방지하게 된다.

한편, 상기 그라우팅(60)을 형성하기 위해 주입되는 그라우팅 액은 관정(10)의 내주면에 밀착되어 상기 관정(10)의 내주면과 내부 케이싱(30)의 외주면 사이에 형성된 공극을 차단하는 차폐부재(100)에 의하여 상기 차폐부재(100)의 하부측으로 유입되는 것이 차단되므로 상기 그라우팅 액에 의하여 관정(10) 내의 암반지하수가 오염되는 것을 방지하게 된다.

상술한 바와 같이, 관정(10) 내에 내부 케이싱(30)과 차폐부재(100)의 설치 및 그라우팅(60) 작업이 완료되면, 내부 케이싱(30) 내로 수중펌프(50)가 결합된 배출관(40)을 삽입하여 상기의 배출관(40) 단부가 암반지하수가 담겨지도록 배출관(40)을 설치한다.

이 상태에서, 수중펌프(50)를 동작시키면, 상기 수중펌프(50)에서 발생되는 펌핑력에 의해 암반층(3)의 암반지하수는 도 8에서와 같이 수중펌프(50)를 통해 배출관(40) 내로 유입되고, 상기 유입된 암반지하수는 계속해서 작동되는 수중펌프(50)에 의해 배출관(40)의 하부에서 상부측으로 흐르면서 배출관(40)의 상부측에 설치된 배출부(70)를 통해 외부로 배출되며, 상기 배출된 암반지하수를 식수로 사용하면 된다.

여기서, 상기 암반층(3)에 위치 및 내부 케이싱(30)의 단부에 결합되는 관체(140)와 차폐판(110), 팽창링부(120) 등으로 이루어진 차폐부재(100)가 관정(10)의 내주면에 밀착되면서 상기 관정(10)의 내주면과 내부 케이싱(30)의 외주면 사이의 공극을 완전 차폐하므로 인해 상기 차폐부재(100)를 중심으로 하여 관정(10)의 상, 하부가 연통되지 않을 뿐만 아니라 상기 차폐부재(100)와 그라우팅(60)에 의하여 토사층(1)과 풍화암층(2)의 오염된 천부지하수가 관정(10) 내의 암반지하수로 유입되는 것을 차단함으로 상기 관정(10) 내의 암반지하수는 청정한 상태를 유지하게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 상기의 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치는 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있으므로 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되는 것이다.

1: 토사층 2: 풍화암층
3: 암반층 1a,2a,3a: 파쇄대
10: 관정 30: 내부 케이싱
40: 배출관 50: 수중펌프
60: 그라우팅 70: 배출부
100: 차폐부재 110: 차폐판
111: 날개부 112: 상부결합부
113: 하부결합부 120: 팽창링부
121: 밀착부 130: 고정밴드
140: 관체 105: 소켓

Claims (5)

1. 암반층까지 굴착된 관정 내에 설치되는 내부 케이싱과, 상기 내부 케이싱 내에 설치되어 수중펌프에 의해 끌어 올려지면서 외부로 배출되는 암반지하수의 유로를 형성하는 배출관과, 상기 내부 케이싱의 하부에 설치되어 관정의 내주면과 내부 케이싱의 외주면 사이에 형성된 공극을 차폐하도록 하는 차폐부재가 구비된 지하수오염 방지용 그라우팅 차폐장치에 있어서,
   상기의 차폐부재는, 상기 내부 케이싱의 단부에 결합되는 내부 케이싱과 동일한 직경을 갖는 관체와, 상기 관체의 외주면에 결합되어 관정의 내주면과 밀착되는 복수개의 차폐판과, 상기 관체의 외주면에 결합됨과 함께 상기 각 차폐판 사이에 각각 설치되어 관정의 내주면과 밀착되도록 물과의 접촉으로 인해 팽창되는 복수개의 팽창링부와, 상기 각 차폐판과 팽창링부가 설치된 관체의 상, 하부에 각각 설치되어 상기 차폐판과 팽창링부의 탈거를 방지 및 관체에 고정하도록 하는 고정밴드로 구성되되,
   상기 차폐판은 상기 차폐판의 외주면에 형성되어 관정의 내주면과 밀착되도록 차폐판의 직경보다 큰 직경을 갖는 환테형의 날개부와, 상기 차폐판의 상, 하부에 각각 형성되어 팽창링부가 결합되는 상, 하부 결합부로 구성되고,
   상기 팽창링부의 외주면 하부에는 물과의 접촉으로 인해 팽창하는 팽창링부의 외주면이 관정의 내주면에 밀착되도록 환테형의 밀착부가 돌출형성됨을 특징으로 하는 지하수 오염 방지용 그라우팅 차폐장치.
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