KR101281242B1 - 암반 내의 연약대 그라우팅 공법 - Google Patents

Abstract

연약대에 그라우팅을 실시하여 보강한 후 원시추공을 따다 재시추공을 형성할 때 원시추공의 경로를 따라 정확하게 재시추공이 유도되어 굴진될 수 있도록 하는 암반 내의 연약대 그라우팅 장치 및 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적 달성을 위한 암반 내의 연약대 그라우팅 장치(200)는 원시추공으로 삽입되는 그라우트 파이프(70)와, 그라우트 파이프에 설치되는 에어 패커(80)와, 에어 패커의 팽창을 컨트롤하는 에어 호스(90)와, 내주 면이 상기 팽창된 에어 패커에 압착되어 상기 그라우트 파이프가 삽입된 형태로 그 그라우트 파이프에 지지되는 가이드 파이프(60)와, 가이드 파이프의 외주 면에 고정되는 센트럴라이저(65)를 구비한다.

Description

암반 내의 연약대 그라우팅 공법{Grouting methode}

본 발명은 암반 내의 연약대 그라우팅 장치 및 그라우팅 공법에 관한 것으로, 더 상세히는 암반 내에 원시추공을 시추하는 과정에서 연약대(단층, 파쇄대, 풍화대 등)가 나타나는 경우 그 연약대에 그라우팅을 실시하여 보강한 후 원시추공을 따라 재시추공을 형성할 때 원시추공의 경로를 따라 정확하게 재시추공이 유도되어 굴진될 수 있도록 하는 그라우팅 장치 및 그라우팅 공법을 제공하는 것에 관한 것이다.

도 1과 같이 일반적으로 암반(10) 시추조사 과정에서 연약대(11)가 출현하여 원시추공(30)의 벽 일부가 무너져 내리는 등 원시추공의 유지가 어려운 경우에는 도 2와 같이 연약대(11)에 시멘트 혼합액(40) 등을 주입하여 경화 보강한 후 선단에 코어 바렐(33)이 설치된 시추공 굴착장비(100)를 이용하여 원시추공의 경로를 따라 재시추공을 형성하는 과정을 거쳐 시추공을 굴진하여 간다.

그러나 종래의 그라우팅 장치는 연약대(40) 내에 단순히 시멘트 혼합액(40)만을 주입할 수 있도록 구성되기 때문에 시멘트 혼합액(40)이 어느 정도 경화된 후, 시추공 굴착장비(100)를 이용하여 원시추공을 따라 재시추공을 굴진하여 가면 경화된 시멘트 혼합액(40)의 강도와 주변 연약대의 강도가 불균일하여 도 3과 같이 재시추공(31)이 원시추공(30)의 경로를 이탈하여 설계된 원시추공 위치로부터 D만큼 벗어나 굴진되는 문제점이 발생한다.

특히, 암반 등에 수평 시추공이나 경사 시추공을 형성하는 경우에는 중력 등의 영향으로 재시추공의 이탈이 더 심해지는 문제점이 발생한다.

또, 시멘트 혼합액(40)의 경화가 지중에서 이루어지기 때문에 지하 암반 및 연약대의 온도 및 위치에 따라 시멘트 혼합액(40)의 경화 상태가 다르므로 재시추공의 굴진 작업 시점을 예측 예단하기 어렵고 시멘트 혼합액이 적정 경도에 도달하지 않은 상태에서 재시추공을 굴진하면 시추용수의 수압에 의하여 보강된 시멘트가 씻겨 나와 재시추공의 보강된 벽이 심하게 훼손되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 원시추공의 연약대를 보강하는 과정에서 원시추공의 경로를 따라 정확하게 재시추공이 굴진될 수 있도록 유도하는 가이드 파이프를 연약대에 가설한 후 시멘트 혼합액을 그라우팅할 수 있도록 장치의 구조를 개량한다.

상기 가이드 파이프의 상,하단에는 상기 가이드 파이프를 원시추공의 중앙에 위치하도록 지지하는 센트럴라이저가 체결되고, 그 센트럴라이저의 외주면에는 가이드 파이프의 길이 방향으로 다수의 절개 홈을 구성하여 시멘트 혼합액이 원활하게 연약대 주위에 주입될 수 있도록 한다.

또, 상기 센트럴라이저는 시추공 굴착장비를 이용하여 재시추공을 굴진할 때 절삭되어 제거될 수 있도록 강도가 상대적으로 약한 프라스틱재를 이용하여 구성한다.

따라서, 본 발명의 목적은 연약대 영역에 형성된 원시추공에 그라우팅재를 투입 경화한 후 원시추공의 경로를 따라 정확하게 재시추공이 형성될 수 있도록 하는 그라우팅 장치 및 공법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 그라우팅 장비의 구조를 크게 변형시키지 않고, 시추공의 형성 품질을 개선할 수 있는 그라우팅 장치 및 공법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 연약지반의 그라우팅 장치는 원시추공으로 삽입되는 그라우트 파이프와, 상기 그라우트 파이프에 설치되는 에어 패커와, 상기 에어 패커의 팽창을 컨트롤하는 에어 호스와, 내주 면이 상기 팽창된 에어 패커에 압착되어 상기 그라우트 파이프가 삽입된 형태로 그 그라우트 파이프에 지지되는 가이드 파이프와, 상기 가이드 파이프의 외주 면에 고정되는 센트럴라이저를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 에어 패커는 1~3개 이내로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 센트럴라이저는 유선형의 통체로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 센트럴라이저의 외주 면에는 상기 가이드 파이프의 길이 방향으로 복수의 절개 홈이 구성되고, 가이드 파이프와의 고정은 비스 체결에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 센트럴라이저는 플라스틱재로 이루어지고, 상기 가이드 파이프는 금속재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연약지반의 그라우팅 공법은,

원시추공을 형성하는 단계,

원시추공의 연약대에 그라우트 파이프에 고정된 에어 패커에 의하여 내면이 지지되고, 외면에는 센트럴라이저가 고정된 가이드 파이프를 삽입하는 단계,

상기 그라우트 파이프 및 가이드 파이프를 거쳐 원시추공의 연약대 내에 그라우트재를 주입하는 단계,

상기 가이드 파이프로부터 에어 패커 및 그라우트 파이프를 분리하여 지상으로 인발하여 꺼내는 단계,

상기 가이드 파이프를 중심으로 그 가이드 파이프의 외주 면을 따라 하강하는 더블코어 바렐이 장착된 시추공 굴착장비를 이용하여 상기 원시추공의 경로를 따라 상기 센트럴라이저 및 그라우트재를 굴삭하여 재시추공을 형성하여 하는 단계,

상기 재시추공 형성 후 상기 더블코어 바렐과 함께 상기 가이드 파이프를 인발하여 꺼내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 센트럴라이저는 플라스틱재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

삭제

또, 상기 그라우트 파이프 및 가이드 파이프를 거쳐 원시추공의 연약대 내에 그라우트재를 주입하는 단계에서,
상기 센트럴라이저는 상기 연약대 영역을 사이에 두는 원시추공의 상,하부 위치에 고정되고, 그 센트럴라이저의 외주 면에 형성되는 절개 홈을 통하여 주입되는 그라우트재가 상기 연약대에 충진될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 원시추공으로 삽입되는 그라우트 파이프와, 상기 그라우트 파이프에 설치되는 에어 패커와, 상기 에어 패커의 팽창을 컨트롤하는 에어 호스와, 내주 면이 상기 팽창된 에어 패커에 압착되어 상기 그라우트 파이프가 삽입된 형태로 그 그라우트 파이프에 지지되는 가이드 파이프와, 상기 가이드 파이프의 외주 면에 고정되는 센트럴라이저를 구비함으로써, 원시추공의 원하는 위치에 그라우트 주입을 위한 가이드 파이프와 센트럴라이저를 고정할 수 있고, 그라우트 주입 경화 후 가이드 파이프를 따라 재시추공 위치가 정확히 가이드 되도록 할 수 있다.

상기와 같이 가이드 파이프를 따라 재시추공 위치가 정확히 가이드 되면 그라우트재가 주입된 연약대의 위치에 따라 경도나 지반 강도의 차이가 있더라도 재시추공시 위치 틀어짐을 근본적으로 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또, 그라우트재의 경화 상태에 크게 지장 받지 않고 급속 경화재를 투입한 후 신속하게 재시추공을 형성할 수 있으므로 시추공 작업 기간을 단축할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 암반 시추과정에서 원시추공 내에 연약대가 나타내는 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 일반적인 재시추공의 굴진 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 일반적인 재시추공의 굴진 과정에서 재시추공이 원시추공으로부터 벗어난 형태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 그라우팅 장치를 예시하여 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 그라우팅 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 센트럴라이저의 입체도이다.
도 7은 본 발명의 그라우팅 장치를 이용하여 가이드 파이프 및 센트럴라이저를 원시추공의 연약대에 고정하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 그라우팅 장치를 이용하여 원시추공의 연약대에 그라우트재를 주입한 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 그라우팅 장치의 가이드 파이프 및 센트럴라이저를 원시추공에 남겨 놓고 그라우트 파이프를 인발한 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 가이드 파이프를 따라 주위의 그라우트재가 굴삭되어 제거되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 그라우팅 장치를 이용하여 재시추공이 형성된 상태를 나태는 도면이다.

이하, 도 4 내지 도 11을 참고하여 본 발명의 그라우팅 장치 및 그라우팅 공법을 구체적으로 설명한다.

본 발명의 연약지반의 그라우팅 장치(200)는 도 4, 도 5를 참고하여 설명한다.

얀약지반의 그라우팅 장치는 시멘트 혼합액 등 그라우트재를 원시추공에 주입할 수 있도록 원시추공 내에 삽입되는 그라우트 파이프(70)를 구비한다.

상기 그라우트 파이프는 시추 구동장치(도시생략)를 이용하여 상하 이동이 가능하도록 구성된다.

상기 그라우트 파이프(70)에는 그 그라우트 파이프에 에어 패커(80)가 설치되고, 상기 에어 패커는 에어 호스(90)를 이용하여 에어 패커 내의 공기압을 조정할 수 있도록 구성된다.

상기 에어 패커(80)는 금속재로 이루어진 가이드 파이프(60)의 통공 내면과 접촉될 수 있도록 그라우트 파이프(70)로부터 부풀어 올라 외경이 커지는 형태로 구성된다. 또, 상기 가이드 파이프(60)의 상,하 외주 면에는 중앙부가 볼록한 유선형의 통체로 된 센트럴라이저(65)가 비스(66)를 이용하여 결합된다.

상기 가이드 파이프(60)에 고정되는 센트럴라이저(65)는 외주 면에 그 가이드 파이프의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 설치되는 절개 홈(67)이 구성된다.

센트럴라이저(65)의 중앙부 외경은 원시추공의 외경보다 작은 외경을 갖도록 구성하여 가이드 파이프(60)를 원시추공 속으로 내려 삽입할 때 원시추공의 외벽에 걸리지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기 센트럴라이저(65)는 상,하부의 연약대 가장자리 즉, 연약대가 시작되는 위치와 끝나는 부분의 정상적인 원시추공에 각각 위치할 수 있도록 가이드파이프의 양단 가장자리 부분에 각각 고정된다. 상기 센트럴라이저(65)의 작용은 가이드 파이프(60)가 원시추공의 중심에 위치하도록 지지하고, 절개 홈(67)을 통하여 연약대 내로 그라우트재가 원활하게 주입되도록 하고, 그라우트재의 주입 구간을 구획하는 역할을 동시에 한다. 또 도 6과 같이 센트럴라이저(65)의 중앙부를 다른 부분보다 볼록하게 유선형으로 구성하는 것은 원시추공 속으로 가이드 파이프를 마찰 없이 용이하게 삽입시키기 위한 것이다.

상기 에어 패커(80)는 가이드 파이프(60)의 길이에 따라 도 5와 같이 상,하 2개 이상 구성하여 가이드 파이프(60)를 안정되게 지지한 상태로 이동시킬 수 있다.

상기 가이드 파이프(60)의 길이는 1.5~3m 범위로 구성하여 1회 그라우팅 길이가 너무 길어지지 않도록 한다. 원시추공의 굴진 과정에서 연약대가 나타나면 연약대 층의 두께에 관계없이 3m 이내의 범위에서 원시추공의 굴진을 중지하고 연약대에 그라우팅을 실시한 후 원시추공의 경로를 따라 재시추공을 굴진하는 과정을 반복하면 되므로 연약대의 1회 그라우팅 두께는 작업자의 시추 설계에 따라 적절히 조정할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 연약지반의 그라우팅 장치(200)를 이용하여 그라우팅하고 재시추공(31)을 형성하는 그라우팅 공법은 도 7 내지 도 11을 참고하여 설명한다.

먼저, 도 7과 같이 연약대(11)가 형성된 원시추공(30)에 센트럴라이저(65)가 고정된 가이드 파이프(60)를 삽입한다. 상기 센트럴라이저(65)는 앞서 설명한 바와 같이 연약대(11)가 있는 시추공 부분을 사이에 두고 연약대(11) 상,하부의 형태가 온전한 원시추공(30) 영역에 위치하도록 조정한다.

이어서, 도 8과 같이 그라우트 파이프(70)를 통하여 시멘트 혼합액으로 된 그라우트재(40)를 주입하면 가이드 파이프(60)의 통공을 거쳐 가이드 파이프의 하단을 빠져나온 그라우트재는 원시추공(30)과 가이드 파이프(60)가 형성하는 틈새와 센트럴라이저의 절개 홈(67)을 거쳐 연약대(11)에 채워진다.

그라우트재가 연약대에 채워지면 도 9와 같이 에어 패커(80)의 공기압을 제거하여 가이드 파이프(60)와 그라우트 파이프(70)을 분리시킨 후 그라우트 파이프(70)를 지상으로 인발한다.

상기 도 9의 상태에서 그라우트재(40)가 적당히 경화되어 굳은 후에는, 도 10과 같이 상기 가이드 파이프(60)를 중심으로 그 가이드 파이프의 외주 면을 따라 하강 가능한 더블코어 바렐(133)이 장착된 시추공 굴착장비(300)를 이용하여 상기 원시추공(30)의 경로를 따라 그라우트재를 굴삭하여 재시추공(31)을 굴진하여 내려간다.

더블코어 바렐(133)이 가이드 파이프의 외주 면을 따라 그라우트재를 굴삭하는 과정에서 플라스틱재로 이루어지는 센트럴라이저(65)는 함께 굴삭되어 제거된다. 상기와 같이 그라우트재(40)가 채워져 경화된 상태에서 원시추공(30)을 따라 가이드 파이프(60)가 견고하게 지지되어 있는 상태에서 그 가이드 파이프(60)에 안내되어 더블코어 바렐(133)이 하강하므로 재시추공(31)이 원시추공(30)의 경로로부터 이탈되지 않고 정확하게 원시추공의 경로를 따라 형성된다.

재시추공(31) 형성이 완료된 후에는 시추공 굴착장비(300)에 구성되는 코어 리프트(134)를 가이드 파이프(60)의 외면에 밀착시켜 더블코어 바렐(133)과 함께 가이드 파이프(60)를 지상으로 인발하면 도 11과 같이 원시추공의 경로를 따라 재시추공(31)이 형성된다.

본 발명의 그라우팅 공법에 이용되는 더블코어 바렐(133)이 장착된 시추공 굴착장비(300)는 종래 공지된 일반적인 시추공 굴착장비를 이용할 수 있으므로 장비의 구체적인 기술 구성의 설명은 생략한다.

본 발명의 그라우팅 장치 및 그라우팅 공법의 가장 큰 장점으로는 그라우트재를 충분히 경화시킨 후에도 원시추공을 따라 재시추공 형성이 가능하므로 연약대의 보강을 확실하게 할 수 있고, 가이드 파이프(60)의 지지 작용이 있으므로 시멘트 조강재(급결재)를 혼합하여 시멘트가 충분히 경화할 때까지 대기하지 않고 재시추공의 작업 대기시간을 크게 줄일 수 있다.

본 발명에서는 가이드 파이프(60)의 하단 통공부를 통하여 그라우트재가 연약대(11)에 채워지는 구조를 예시하여 설명하였으나 가이드 파이프의 중간부에 그라우트재가 배출될 수 있는 홈을 추가로 구성하여 그라우트재의 배출을 용이하게 하여도 된다.

본 발명의 그라우팅 장치 및 그라우팅 공법은 상기 예시된 도면 및 설명 내용에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 청구범위 및 목적의 범주 내에서 다양하게 변형 실시할 수 있다.

10 - 암반
11 - 연약대
30 - 원시추공
31 - 재시추공
33 - 코어 바렐
40 - 콘크리트 혼합액(그라우팅재)
60 - 가이드 파이프
65 - 센트럴라이저
66 - 비스
67 - 절개 홈
70 - 그라우트 파이프
80 - 에어 패커
90 - 에어 호스
100,300 - 시추공 굴착장비
133 - 더블코어 바렐
134 - 코어 리프트
200 - 연약지반의 그라우팅 장치

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 원시추공을 형성하는 단계,
   원시추공의 연약대에 그라우트 파이프에 고정된 에어 패커에 의하여 내면이 지지되고, 외면에는 센트럴라이저가 고정된 가이드 파이프를 삽입하는 단계,
   상기 그라우트 파이프 및 가이드 파이프를 거쳐 원시추공의 연약대 내에 그라우트재를 주입하는 단계,
   상기 가이드 파이프로부터 에어 패커 및 그라우트 파이프를 분리하여 지상으로 인발하여 꺼내는 단계,
   상기 가이드 파이프를 중심으로 그 가이드 파이프의 외주 면을 따라 하강하는 더블코어 바렐이 장착된 시추공 굴착장비를 이용하여 상기 원시추공의 경로를 따라 상기 센트럴라이저 및 그라우트재를 굴삭하여 재시추공을 형성하여 하는 단계,
   상기 재시추공 형성 후 상기 더블코어 바렐과 함께 상기 가이드 파이프를 인발하여 꺼내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 암반 내의 연약대 그라우팅 공법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 센트럴라이저는 플라스틱재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 암반 내의 연약대 그라우팅 공법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 그라우트 파이프 및 가이드 파이프를 거쳐 원시추공의 연약대 내에 그라우트재를 주입하는 단계에서,
   상기 센트럴라이저는 상기 연약대 영역을 사이에 두는 원시추공의 상,하부 위치에 고정되고, 그 센트럴라이저의 외주 면에 형성되는 절개 홈을 통하여 주입되는 그라우트재가 상기 연약대에 충진될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 암반 내의 연약대 그라우팅 공법.
   
   

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