KR101337610B1 - 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치 및 방법 - Google Patents

지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치 및 방법에 관한 것으로, 지하수 굴착공의 공벽과 내부케이싱 사이에 차폐장치를 투입설치하여 차폐구간이 형성되어지게 하고 이렇게 형성된 차폐구간 상부에 이차적인 그라우팅제재를 주입하여 양생함으로써 상층 오염지하수 유입을 차단함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치는, 천공 드릴(12)을 통해 지중의 관정(2)에 설치된 내부 케이싱(1), 또는 지하중의 관정에 설치되지 않은 내부 케이싱에 차폐통 삽입홀과 주입홀을 각각 천공하는 천공기와; 상기 천공기에 동력을 공급하는 동력공급부(20)와; 상기 천공기에 의해 천공된 차폐통 삽입홀에 차폐통을 설치하되, 상기 내부 케이싱의 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 다수의 차폐통을 설치하여 상기 내부 케이싱과 관정의 벽면 사이의 공간에 차폐층을 형성하도록 하는 차폐통 삽입기와; 상기 차폐통 상부에 그라우팅제재를 주입하여 그라우팅 차수벽(34)을 형성하는 그라우팅제재 주입수단으로 구성된다.

Description

지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치 및 방법{Shielding device for underground water excavation inner casing and method thereof}
본 발명은 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부케이싱이 설치되어 있는 지하수 굴착공에 대하여 내부케이싱이 존치된 상태에서 내부케이싱에 천공부를 구성하여 나공벽을 확보한 상태에서 지정된 구간에 상 하부구간을 구분하여 차폐시킬 수 있도록 한 차폐 장치와 차폐방법을 제시함으로써 이차적으로 주입되는 그라우팅 재료의 누출이 없이 차수벽이 형성될 수 있도록 하여 지하수 오염을 방지하고 시설개량을 통해 지하수 수질의 개선 복구가 가능하도록 한 내부케이싱 구간 차폐 장치 및 방법에 관한 것이다.
지하수(地下水: groundwater)라 함은 지하의 지층이나 암석사이의 빈틈을 채우고 있거나 흐르는 물을 말하는 것으로, 현대에 이르러 산업화가 진척됨에 따라 환경오염이 심화되고, 토양의 오염이 심각해짐으로써 자연히 토양층을 투과하여 형성되는 지하수 역시 그 오염 율이 날로 증가되어가고 있는 추세이다. 지층은 통상적으로 일반 흙과 모래 등으로 구성된 토사층과 지하수의 투수율이 그나마 높은 풍화암층, 그리고 불투수층이라 할 수 있는 연암층과 보통암, 경암층 순으로 구성되어 있다. 연암층 이하 층에 형성된 암반대수층 지하수는 지층 상부의 토사층이나 풍화암층으로부터의 오염된 지하수의 영향을 받지 않고 있어 맑고 깨끗한 수질상태를 유지하고 있게 된다.
그러나 토사층과 풍화암층은 지표상부로부터 유입하는 각종 오염물질로부터 일부 여과의 기능은 가능하다 하겠으나 투수 중 자연정화의 시간이 짧고 토사층이나 풍화암층이 오염되어 있을 경우 이 공간을 흐르는 지하수 역시 함께 오염될 수 밖에 없는 상황이 발생된다.
지하수 개발과정에서는 당연히 토사층과 풍화암층을 천공하게 되고 이러한 천공되는 구간은 이어서 연암층과 보통암, 경암층을 관통하여 구성되어지게 된다. 결과적으로 오염에 취약하거나 오염되어 있는 지하수는 아무런 저항이나 여과 수단없이 자연스럽게 오염되지 않은 암반대수층의 지하수에 혼입되어지게 되고 암반대수층 지하수 오염의 주요 요인이 되어왔다.
따라서, 지하수 개발과정에서 암반대수층의 지하수를 이러한 오염된 상층 지하수로부터 어떻게 보호하며 유입을 차단할 것인가가 지금까지의 지표하부보호벽 구성의 주요 목적이며 연구과제라 할 수 있었다.
더구나 근래 들어 소득수준의 향상과 야외 레져 및 여행의 증가들로 인해 청결한 음용수에 대한 관심이 더욱 고조되고 있으며, 그 소요의 절대량이 암반지하수를 통해 공급되어지고 있다.
반면에, AI, 노로바이러스 등 각종 지하수 오염에 따른 사고로 인해 지하수 오염문제는 중요한 사회 문제화가 되고 있어 이에 따른 사회적 반향의 심각성과 지하수 오염 비율의 상승 등은 지하수 오염방지기술의 개발에 대한 그 필요성을 더욱 강하게 갖게 되는 요인이 되고 있고 오염되지 않은 지하수를 개발하는 장치와 방법에 대한 연구가 심화되고 있는 실정임은 물론이거니와 지하수 개발과정에서 이러한 지하수 오염방지장치에 대해 당연한 시설 적용을 계획하거나 이를 법제화를 통해 강제하여야만 하는 시점에까지 도래하고 있는 것으로 전망되고 있다.
문제는 새롭게 개발되는 지하수의 경우 이러한 오염물질로 인한 지하수의 수질보전을 위해 필요한 조치를 취해야 하는 것과 마찬가지로 이미 수질이 오염된 지하수 심정의 수질개선복구를 위한 조치 또한 중요하다는 것이다. 종래 수질이 오염된 지하수 심정(지중 열교환기를 위한 지열공도 포함)에 대하여는 당연히 폐공 처리하여 매몰 처리하는 것이 일반적인 조치였다.
그러나 본 발명인이 발명한 바 있는 특허 제 10-0299417호(발명의 명칭:지하수 심도구간별 채수장치 및 채수방법)의 적용이 현장에서 일반적 공정으로 이루어지게 되면서 오염된 지하수 심정에 대하여는 오염원인 조사를 이행하게 되고 이 과정에서 오염된 수질의 지하수 심정의 대다수가 상층 오염된 지하수가 암반 지하수에 유입되어 혼합됨으로써 발생되고 있음이 확인되어지고 이러한 원인은 상층 오염지하수의 유입을 방지하도록 구성되는 지표하부보호벽의 부실시공 또는 노후 망실로 인한 것으로 밝혀지게 되었다.
그러나, 기존 지하수 심정의 경우에는 반드시 지하수 심정 내부에 삽입 설치된 내부케이싱(지하수 관정 내부에 지하수 굴착공벽의 함몰 등의 사고로부터 지하수 양수시설물의 보호를 위해 설치)을 외부로 모두 인발하여 제거한 다음 지하수 심정을 나공으로 형성시킨 다음에야 지표하부보호벽용 케이싱을 다시 삽입하면서 차수벽을 재시공하거나 시설을 개량하는 후속공정을 이행할 수 있게 됨으로써 작업의 복잡성이 존재하였음은 물론 내부케이싱 인발 제거과정에서 내부케이싱이 파손되거나 인발 자체가 불가능하게 될 경우에는 수질개선 복구작업 자체를 포기하여야만 하는 사례가 많았다. 따라서 이러한 불편을 제거하고 용이하게 예비팩커를 설치하여 양수시험이 가능하게 하면서 후속적인 지표하부보호벽 구성이 가능한 기술이 필요하게 되었다.
다른 방법으로 내부케이싱과 지하수 굴착공벽 사이에 그라우팅제재를 주입하여 차수벽을 형성함으로써, 유입되는 오염지하수를 차단하여 수질을 개선하여 시설을 계속 사용할 수 있도록 한 기술이 있다.
그런데 내부 케이싱과 굴착공벽 사이에 그라우팅제재를 주입하게 되면 그라우팅제재가 흘러내리는 문제가 발생하여 이를 멈출 수 있도록 하기 위한 기술이 필요하며, 이를 위하여 그라우팅제재를 실리콘 등 점성이 강한 차폐재를 사용하는 방법이 있으나 내부케이싱과 굴착공벽 사이의 수위와 내부케이싱 안쪽 수위차이가 발생되는 경우 수위에 따른 수압으로 그라우팅제재의 흘러내림을 근본적으로 막을 수 없는 문제가 있다. 따라서, 그라우팅제재를 안정적으로 주입하여 차수벽이 형성될 수 있는 차폐장치의 필요성이 대두되고 있다.
공개특허 제10-2012-0074489호 등록특허 제10-0334451호 등록특허 제10-0460127호 등록특허 제10-0848395호 등록특허 제10-1089665호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지하수 굴착공의 공벽과 내부케이싱 사이에 차폐장치를 투입설치하여 차폐구간이 형성되어지게 하고 이렇게 형성된 차폐구간 상부에 이차적인 그라우팅제재를 주입하여 양생함으로써 상층 오염지하수 유입을 차단할 수 있도록 한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치 및 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치는, 천공 드릴을 통해 지중의 관정에 설치된 내부 케이싱, 또는 지하중의 관정에 설치되지 않은 내부 케이싱에 차폐통 삽입홀과 주입홀을 각각 천공하는 천공기와; 상기 천공기에 동력을 공급하는 동력공급부와; 상기 천공기에 의해 천공된 차폐통 삽입홀에 차폐통을 설치하되, 상기 내부 케이싱의 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 다수의 차폐통을 설치하여 상기 내부 케이싱과 관정의 벽면 사이의 공간에 차폐층을 형성하도록 하는 차폐통 삽입기와; 상기 차폐통 상부에 그라우팅제재를 주입하여 그라우팅 차수벽을 형성하는 그라우팅제재 주입수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치 및 방법에 의하면, 지하수 굴착공의 내부케이싱과 공벽 사이에 차폐통을 삽입 설치하여 내부케이싱과 굴착공벽 사이를 차폐할 수 있게 함으로써 상층 오염지하수 유입구간과 암반지하수 유입구간을 구분하여 차수벽을 구성하므로 차수벽의 형성을 위한 그라우팅제재에 의한 오염을 방지할 수 있다. 특히 차폐통의 내부에 실리콘제재나 에폭시 제재 등을 주입하여 차폐재의 확장주입과 자체팽창을 통해 차폐통과 차폐통 사이를 밀실하게 차폐함으로써 차폐효율을 높일 수 있고, 또는 차폐통을 수팽창지수 고무나 미역이나 벤토나이트 등 수팽창제재로 고형화하여 제작시 자체팽창을 통해 차폐통과 차폐통 사이를 밀실하게 차폐함으로써 차폐효율을 높일 수 있다.
따라서, 내부케이싱과 굴착공벽 사이로 유입되는 상층지하수를 효과적으로 차폐하고 흘러내림없이 차폐통 상부에 그라우팅제재의 주입과 양생을 통해, 일반 지하수 관정과 지열 지중열교환기의 수질오염에 효과적으로 대처하여 수질개선을 위한 시설개량이 가능하게 함으로써 지하수 수질보전을 위한 기술 확보 뿐 아니라 관련 산업발전에 크게 기여하게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치의 개략적인 구성도.
도 2a와 도 2b는 각각 본 발명에 의한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치에 의한 상하부 차폐통 삽입홀을 보인 내부 케이싱의 사시도와 전개도.
도 3은 본 발명에 의한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치에 적용된 천공기의 요부 발췌 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치에 의한 차폐통이 설치된 상태의 단면도.
도 5와 도 6은 각각 본 발명에 의한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치에 적용된 차폐통의 예시도.
도 7은 본 발명에 의한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 방법에 의해 차폐층과 차수벽이 형성된 단면도.
도 8은 본 발명에 의한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치에 적용된 차폐통 삽입기가 좌우 양측에 구성된 예시도.
도 9는 본 발명에 의한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치에 의해 주입홀을 형성한 후 그라우팅제재 주입기를 통해 그라우팅 차수벽을 시공하는 상태도.
도 10은 본 발명에 의한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치에 의해 차폐된 관정에 양수장치가 설치된 도면.
도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치는, 내부 케이싱(1)에 차폐통 삽입홀(1a,1b)(도 2a와 도 2b에 도시됨)을 천공하는 천공기(10), 천공기(10)에 동력을 공급하는 동력공급부(20), 천공기(10)에 의해 천공된 차폐통 삽입홀(1a,1b)을 통해 내부 케이싱(1)과 관정(2)의 벽사이에 차폐통을 삽입하는 차폐통 삽입기로 구성된다.
도 1과 도 3에서 보이는 것처럼, 천공기(10)는 내부에 공간이 형성된 천공기 헤드(11), 천공기 헤드(11)의 내부에 장착되며 동력전달수단(13)을 통해 동력공급부(20)의 동력을 전달받아 내부 케이싱(1)에 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)을 천공하는 천공드릴(12)로 구성된다.
천공드릴(12)은 내부 케이싱(1)에 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)을 천공할 수 있는 모든 제품의 사용 가능하다.
동력전달수단(13)은 동력공급부(20)와 동력 전달 가능하게 연결되면서 이 동력을 천공드릴(12)의 회전력으로 전환하여 전달하는 것으로, 동력공급부(20)의 동력축(21)과 유니버셜조인트(22)로 연결되면서 천공드릴(12)에 회전력을 전달하는 기어박스(베벨기어의 조합 등)로 구성될 수 있다.
또한, 천공드릴(12)은 회전력과 전진에 의해 차폐통 삽입홀(1a,1b)을 천공하는 것이므로 전후진용 액추에이터(예를 들어, 유압실린더 등)을 통해 전후진 가능하게 장착된다. 예를 들어 동력전달수단(13)은 천공기 헤드(11)에 가이드레일 등을 통해 전후진 가능하게 장착된 전후진용 슬라이딩 베드(14)에 탑재되고 상기 액추에이터는 전후진용 슬라이딩 베드(14)와 동력전달수단(13)을 함께 전후진시켜 천공드릴(12)에 의해 차폐통 삽입홀(1a,1b)을 천공하도록 한다. 이와 같은 천공기(10)는 본 발명자에 의해 출원된 다수의 특허에 개시되어 있으며 당업자라면 충분히 실시가 가능하므로 구체적인 설명을 생략한다.
도면에서 천공드릴(12)이 하나인 것으로만 도시되었으나, 본 발명은 상하부에 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)을 각각 천공하는 것이므로 상하부 2개소에 설치될 수도 있고, 원주방향을 따라 일정간격을 두고 2개 이상이 설치될 수도 있다.
천공드릴(12)에 의한 천공시 천공기(10)와 동력공급부(20)의 흔들림을 극소화하기 위하여 지지대(15)가 적용될 수 있다. 지지대(15)는 예를 들어 유압실린더이며 천공기(10)의 삽입시에는 간섭을 일으키지 않도록 로드가 삽입되어 있고 천공시 인출되어 내부 케이싱(1)의 내주면에 지지됨으로써 천공기(10)를 지지한다.
본 발명은 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b) 모두 원주방향을 따라 다수개가 형성되고, 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)의 수량에 맞춰 천공드릴(12)을 구성하는 것이 어려울 것이므로 천공드릴(12)이 원주방향을 따라 이동하도록 구성되는 것이 바람직하고, 이는 천공헤드(11)의 회전에 의해 이루어질 수 있다. 즉, 천공헤드(11)는 동력공급부(20)에 제자리 회전 가능하도록 연결될 수 있다.
이때, 도 4에서처럼, 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)에 삽입되는 상하부 차폐통(30-1,30-2)에 의해 차폐[상하부 차폐통(30-1,30-2)의 선단부가 관정 내벽에 지지되어 차폐층을 형성]가 가능하도록 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)은 지그재그 형태[이웃하는 상부 차폐통 삽입홀(1a)들 사이에 하부 차폐통 삽입홀(1b)이 배치]로 배열되며 즉 이웃하는 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)의 중심을 이은 선분은 정삼각형의 형태로 이루어진다. 물론, 차폐통 삽입홀을 3단 이상으로 형성할 수도 있다.
도 1과 도 3에서 보이는 것처럼, 동력공급부(20)는 유압공급부에 의해 회전력을 발생하는 유압모터(23), 유압모터(23)에 의해 회전력을 발생하는 동력축(21), 동력축(21)과 동력전달수단(13)을 동력 전달 가능하게 연결하는 유니버셜조인트(22)로 구성될 수 있다.
상기 차폐통 삽입기는 천공기(10)에 의해 천공된 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)에 각각 차폐통을 삽입하는 것으로, 별도의 케이스를 통해 구성되지 않고 천공기 헤드(10)의 내부에 구성되며, 차폐통(30)[상하부 차폐통(30-1,30-2) 모두 동일한 제품이며 설치 위치에 따라 상부 차폐통(30-1)과 하부 차폐통(30-2)으로 구분되는 것이다]이 수납되며 수납된 차폐통(30)을 공급하는 카트리지(31), 카트리지(31)에서 공급되는 차폐통(30)을 상하부 차폐홀(1a,1b)을 통해 내부 케이싱(1)과 관정(2)의 벽면 사이에 삽입하여 차폐통(30)의 선단부가 관정 내벽에 지지되어 차폐층을 형성하도록 하는 피스톤(32)으로 구성된다.
카트리지(31)는 내부에 다수의 차폐통(30)이 수납되는 통 구조이면서 저부를 통해 차폐통(30)이 공급되도록 저부가 개방되며 물론, 이 공간을 통해 차폐통(30)을 보충할 수도 있고, 천공기 헤드(11)에 분리 가능하게 수납될 수 있다.
또는 천공기 헤드(11)에 카트리지(31)를 개폐하는 커버가 구성되어, 상기 커버의 개방을 통해 차폐통(30)을 카트리지(31)에 보충할 수도 있다.
카트리지(31)는 내부에 수납된 차폐통(30)을 피스톤(32)측으로 원활하게 공급할 수 있도록 차폐통(30)을 피스톤(32)쪽으로 미는 탄성부재가 갖추어질 수도 있다. 따라서, 상하로 적층 수납되는 다수의 차폐통(30) 중에서 가장 아래에 수납된 차폐통(30)이 피스톤(32)에 의한 장전 위치로 셋팅되는 것이다.
피스톤(32)은 카트리지(31)에 수납된 차폐통(30)을 천공기 헤드(11)의 외부로 발사하여 차폐통(30)이 내부 케이싱(1)과 관정(2)의 벽면 사이에 설치되면서 차폐통(30)의 선단부가 관정(2)의 내벽에 지지되어 차폐층을 형성하도록 하는 것으로, 유압실린더 또는 유압실린더에 연결되는 구성일 수 있고, 전진에 의해 차폐통(30)을 발사하고 후진에 의해 발사 위치로 복귀한다.
차폐통(30)은 내부 케이싱(1)과 관정(2)의 벽면 사이에서 이탈되지 않도록 일부분이 내부 케이싱(1)의 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)에 끼워지는 것이 바람직하며, 탄성 변형이 가능한 재질로 이루어지면서 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)의 둘레부에 끼움되는 돌기나 홈이나 걸림편(30a)(도 5와 도 6에 도시됨) 구비된 구조일 수 있다. 걸림편(30a)은 자체 탄성력에 의해 탄성 변형되어 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)을 통과한 후 복원력에 의해 내부 케이싱(1)의 외벽에 걸려 지지되는 구조일 수 있다.
차폐통(30)은 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)에 각각 삽입되며, 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)들 간의 간격이 그라우팅제재가 흘러내리지 못하는 간격이라면 차폐통(30)만으로도 차폐가 충분하겠지만, 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)들을 가깝게 형성하는데 한계가 있기 때문에 차폐통(30)들 사이에는 그라우팅제재가 흘러내릴 수 있는 간격이 발생될 것이며, 이러한 간격을 통해 그라우팅제재가 흘러내리지 않도록 차폐통(30)은 다음과 같이 구성된다.
도 5에서 보이는 것처럼, 차폐통(30)은 내부에 차폐재(실리콘제재나 에폭시제재 등)를 주입하여 차폐재의 확장주입과 자체팽창을 통해 차폐통(30)과 차폐통(30) 사이를 밀실하게 차폐함으로써 차폐층(33)(도 4참고)을 형성한다. 상기 차폐재의 주입을 위하여 차폐통(30)은 내부가 중공이면서 차폐재 주입건(차폐재를 주입할 수 있는 모든 구성을 말함)이 연결되는 유입공(30b), 차폐재의 분출을 위한 하나 이상 바람직하게 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성되는 다수개의 분출공(30c)이 구비된 구조일 수 있고, 분출공(30c)에는 역류방지밸브(판형 등)가 갖추어질 수 있다. 이 경우 차폐통(30) 내부에 채워지는 차폐재와 외부에 주입되는 차폐재의 결속 등을 위하여 차폐통(30)의 내부에는 차폐재를 결속하는 망, 와이어 등이 삽입될 수 있다.
또는 도 6에서처럼, 차폐통(30)은 수팽창지수고무나 미역이나 벤토나이트 등 수팽창제재를 재질로 하여 이루어지며 자체 팽창을 통해 차폐통(30)과 차폐통(30) 사이를 밀실하게 차폐할 수 있다.
즉, 차폐통 삽입홀(1a,1b)간의 간격을 충분하게 확보하여 내부 케이싱(1)의 파손과 균열을 방지하면서도 차폐통(30)이 차폐재 또는 자체 재질의 특성을 통해 수밀한 차폐층을 형성함으로써 그라우팅제재의 흘러내림을 확실하게 막을 수 있다.
천공 드릴(12)과 상기 차폐통 삽입기는 종방향을 기준으로 할 때 동일 선상에 배치되는 것이 바람직하며, 단 천공 드릴(12)과 상기 차폐통 삽입기의 상하 위치는 도면에 도시된 것에 한정되지 않고 서로 뒤바뀔 수도 있다.
또한, 상기 차폐통 삽입기는 별도의 케이스를 통해 구성되어, 천공기 헤드(11)에 분리 가능하게 결합되어 구성될 수도 있다.
상기 차폐통 삽입기는 1개소에만 설치되는 것으로 한정되지 아니하며 도 8에서 보이는 것처럼, 좌우 대칭 2개소에 배치되어 차폐통(30)을 양측으로 각각 설치할 수도 있다.
상하부 차폐통(30-1,30-2)들 사이가 수밀성 있게 차폐되면 차폐층(33)이 조성되고, 차폐층(33) 위에 그라우팅제재를 주입하여 그라우팅 차수층(34)(도 7참고)을 형성한다. 즉 그라우팅 차수층(33)은 상하부 차폐통(30-1,30-2)과 이들의 주변에 고화되는 그라우팅 차수층(34)은 차폐층(33) 상부에 단일 구성으로 형성될 수도 있고, 2단의 그라우팅 차수벽(34a,34b) 성될 수 있으며, 1단의 그라우팅제재는 실리콘 혼화재나 에폭시제재 등으로 조성된 차수재로서 수밀성이 떨어지는 부분에 대한 보완적 차수벽을 구성할 수 있고, 2단의 그라우팅제재는 일반 시멘트 등으로 이루어진 그라우팅제재로서 목표하는 구간 또는 지상부까지 채워질 수 있다.
그라우팅제재를 주입하는 방법은 천공기(10)를 이용하여 내부 케이싱(1)에 주입홀(1c)을 천공하고, 도 9에서 보이는 바와 같이 별도의 그라우팅제재 주입기(100)를 이용하여 주입홀(1c)을 통해 내부 케이싱(1)과 관정(2) 벽면 사이의 공간에 그라우팅제재를 주입할 수 있다. 그라우팅제재 주입기(100)는 지상에 설치되는 그라우팅제재 공급부, 상기 그라우팅제재 공급부의 공급관(110)과 연결되며 내부 케이싱(1)에 형성된 주입홀(1c)을 통해 그라우팅제재를 내부 케이싱(1)과 관정(2) 사이의 공간에 주입하는 주입노즐(120), 주입노즐(120)과 그라우팅제재 공급관(110)을 수용하는 주입헤드(130), 주입과정을 육안 확인하기 위한 카메라(140), 주입헤드(130)를 지지하는 지지대(150)로 구성되며, 이는 공지된 것이므로 구체적인 설명을 생략한다. 다른 주입방법으로 내부 케이싱(1)과 관정(2) 사이에 트레미관을 삽입하여 그라우팅제재를 주입할 수도 있다.
도 10은 본 발명에 의한 차폐층(33)과 차수벽(34)이 형성된 관정(2)에서 지하수를 양수하는 것을 도시한 것으로, 양수장치(200)는 패커(210)를 통해 내부 케이싱(1)을 밀폐하고 따라서, 차수벽(34)과 패커(210)에 의해 패커(210) 저부에 있는 지하수는 오염되지 않게 되어 양수펌프(220)에 의해 청정의 지하수를 양수할 수 있다.
본 발명은 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)의 천공, 차폐통(30)의 설치 등을 지상에서 육안 확인할 수 있도록 카메라(40)가 갖추어진다. 카메라(40)는 천공과 차폐통 설치 및 그라우팅을 간섭하지 않는 모든 위치에 설치 가능하며 바람직하게 천공 드릴(12)의 상부에 동일 선상으로 설치된다.
지금까지는 내부 케이싱(1)이 관정(2)에 설치되어 있는 경우로 설명하여, 내부 케이싱(1)에 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)을 천공한 후 차폐통(30)을 삽입하는 것으로 설명하였으나, 내부 케이싱(1)을 신규로 설치하는 경우 내부 케이싱(1)에 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)을 미리 천공하여 관정(2)에 삽입하고 이어서 차폐통(30)을 설치하는 방법, 내부 케이싱(1)에 차폐통(30)을 미리 설치하고 차폐통(30)이 설치된 내부 케이싱(1)을 관정(2)에 설치하는 방법도 포함된다.
또한, 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)의 천공과는 별도로 차폐통(30)에 의해 내부 케이싱(1)과 관정(2) 벽면 사이의 공간이 차폐 된 이후 내부케이싱(1) 안쪽의 수위보다 내부 케이싱(1)과 관정(2) 벽면 사이의 수위가 높아질 수 밖에 없어 이 수위 차이로 인해 차폐구간의 수밀성이 훼손되는 현상을 방지하기 위해 두 공간의 수위 밸런스를 위한 밸런스홀을 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b) 상부에 형성하도록 하여 수위 밸런스기능과 그라우팅제재의 주입용 홀로 사용될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 의한 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 방법은 다음과 같다.
1. 내부 케이싱 천공.
내부 케이싱(1)과 관정(2) 사이에 상하부 차폐통(30-1,30-2)을 설치하기 위하여 다음과 같이 내부 케이싱(1)에 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)을 천공한다.
천공기(10)를 내부 케이싱(1) 안에 삽입하되, 천공 드릴(12)의 위치를 상하부 차폐통(30-1,30-2)의 설치를 위한 위치에 셋팅한다.
내부 케이싱(1)에 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)을 천공하기 위하여 천공 드릴(12)의 위치를 셋팅한 후 동력공급부(20)를 구동하여 천공 드릴(12)을 구동하면, 천공 드릴(12)이 회전 및 전진하면서 내부 케이싱(1)에 상부 차폐통 삽입홀(1a) 또는 하부 차폐통 삽입홀(1b)을 형성한다. 천공 드릴(12)을 원주방향을 따라 이동시키면서 일정 간격으로 다수의 차폐통 삽입홀(1a,1b)을 천공한다. 상부 차폐통 삽입홀(1a)의 천공이 완료되면 천공 드릴(12)을 하강시켜 동일한 방법으로 하부 차폐통 삽입홀(1b)을 천공한다. 물론, 하부 차폐통 삽입홀(1b)을 먼저 천공한 후 상부 차폐통 삽입홀(1a)을 천공할 수도 있다.
2. 차폐통 설치.
상하부 차폐통 삽입홀(11a,1b)의 천공 작업이 완료되면, 상하부 차폐통(30-1,30-2)을 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)에 삽입하며, 그 공정을 설명하면, 카트리지(31)에 다수의 차폐통(30)이 수납되어 있고, 피스톤(32)은 다수의 차폐통(30) 중에서 가장 아래의 차폐통(30)을 발사하는 위치에 셋팅되어 있다. 지상에서 피스톤(32)의 전진을 조작하면 피스톤(32)이 전진하여 차폐통(30)을 밀게 되며, 차폐통(30)은 내부 케이싱(1)의 상하부 차폐통 삽입홀(1a,1b)에 삽입되면서 내부 케이싱(1)과 관정(2) 벽면 사이를 가로지는 방향으로 설치된다.
전술한 것처럼, 상하부 차폐통(30-1,30-2)이 지그재그 형태로 설치됨에 따라 하부에 설치되는 하부 차폐통(30-2)이 상부에 설치되는 상부 차폐통(30-1)들 사이의 공간을 막게 되므로 상하부 차폐통(30-1,30-2)에 의해 차폐층이 조성된다.
또한, 상하부 차폐통(30-1,30-2)은 각각의 기능에 맞는 방법으로 차폐층을 조성하며, 주입재 주입형의 경우 주입재가 상하부 차폐통(30-1,30-2) 둘레부에 분출되어 상하부 차폐통(30-1,30-2)들 사이의 빈 공간을 채워 차폐층을 조성하고, 수팽창수지제의 경우 상하부 차폐통(30-1,30-2)은 관정(2) 내부의 지하수에 의해 팽창하여 상호 간의 빈 공간을 채워 차폐층을 조성한다.
3. 그라우팅.
상하부 차폐통(30-1,30-2)에 의한 차폐층을 조성한 후 내부 케이싱(1)과 관정(2) 벽면 사이의 공간에 그라우팅제재를 주입하여 차수벽(34)을 형성한다.
1 : 내부 케이싱, 1a,1b : 상하부 차폐통 차폐홀
2 : 관정
10 : 천공기, 11 : 천공기 헤드
12 : 천공 드릴, 13 : 동력전달수단
20 : 동력공급부, 21 : 동력축
22 : 유니버셜조인트, 23 : 유압회전모터
30 : 차폐통, 40 : 카메라

Claims (9)

  1. 천공 드릴(12)을 통해 지중의 관정(2)에 설치된 내부 케이싱(1), 또는 지하중의 관정에 설치되지 않은 내부 케이싱에 차폐통 삽입홀과 주입홀을 각각 천공하는 천공기와;
    상기 천공기에 동력을 공급하는 동력공급부(20)와;
    상기 천공기에 의해 천공된 차폐통 삽입홀에 차폐통을 설치하되, 상기 내부 케이싱의 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 다수의 차폐통을 설치하여 상기 내부 케이싱과 관정의 벽면 사이의 공간에 차폐층을 형성하도록 하는 차폐통 삽입기와;
    상기 차폐통 상부에 그라우팅제재를 주입하여 그라우팅 차수벽(34)을 형성하는 그라우팅제재 주입수단을 포함하고,
    상기 차폐통 삽입기는, 카트리지(31), 상기 카트리지에 수납되는 다수의 차폐통(30), 상기 카트리지에 수납된 차폐통을 상기 내부 케이싱의 차폐통 삽입홀에 삽입하는 피스톤(32)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 차폐통은 실리콘혼화재 또는 에폭시제재를 포함하는 차폐재를 상기 내부 케이싱과 관정의 벽면 사이에 주입하도록 구성되어, 상기 차폐통들 사이의 공간이 상기 차폐재에 의해 충진되어 차폐층을 형성하는 것을 특징으로 하는 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 차폐통은 수팽창제재를 재질로 하여 이루어져, 상기 관정 내의 지하수에 의해 팽창하면서 이웃하는 차폐통 사이의 공간을 메워 차폐층을 형성하는 것을 특징으로 하는 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 차폐통은 둘레부에 상기 내부 케이싱에 지지되는 걸림편이 구비된 것을 특징으로 하는 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 지중 관정에 삽입된 내부 케이싱에 차폐통 삽입홀과 주입홀을 천공하거나, 지상에서 차폐통 삽입홀과 주입홀이 형성된 내부 케이싱을 지중 관정에 설치하는 제1단계와;
    상기 제1단계를 통해 설치되어 있는 내부 케이싱의 차폐통 삽입홀에 차폐통을 설치하되, 상기 차폐통이 상기 내부 케이싱의 차폐통 삽입홀에 지지되면서 선단부가 상기 관정의 내벽에 지지되어 차폐층이 형성되도록 설치하는 제2단계와;
    상기 제2단계를 통해 상기 차폐통에 의해 형성된 차폐층 상부의 내부 케이싱과 관정 사이의 공간에 그라우팅제재를 주입하여 차수벽을 형성하는 제3단계를 포함하고,
    상기 제1단계에서는 상기 차폐통 삽입홀을 상부 차폐통 삽입홀과 하부 차폐통 삽입홀로 구분하여 천공하되, 상기 하부 차폐통 삽입홀이 상기 상부 차폐통 삽입홀의 사이에 배치되도록 지그재그 형태로 천공하고,
    상기 제2단계에서는 상기 상하부 차폐통 삽입홀에 각각 상하부 차폐통을 삽입하여 차폐층을 형성하되, 상기 상하부 차폐통을 수팽창제재를 재질로 하여 상기 상하부 차폐통이 상기 관정 내의 지하수에 의해 팽창하여 이웃하는 상하부 차폐통 사이의 공간을 메워 차폐층을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 방법.
  9. 지중 관정에 삽입된 내부 케이싱에 차폐통 삽입홀과 주입홀을 천공하거나, 지상에서 차폐통 삽입홀과 주입홀이 형성된 내부 케이싱을 지중 관정에 설치하는 제1단계와;
    상기 제1단계를 통해 설치되어 있는 내부 케이싱의 차폐통 삽입홀에 차폐통을 설치하되, 상기 차폐통이 상기 내부 케이싱의 차폐통 삽입홀에 지지되면서 선단부가 상기 관정의 내벽에 지지되어 차폐층이 형성되도록 설치하는 제2단계와;
    상기 제2단계를 통해 상기 차폐통에 의해 형성된 차폐층 상부의 내부 케이싱과 관정 사이의 공간에 그라우팅제재를 주입하여 차수벽을 형성하는 제3단계를 포함하고,
    상기 제1단계에서는 상기 차폐통 삽입홀을 상부 차폐통 삽입홀과 하부 차폐통 삽입홀로 구분하여 천공하되, 상기 하부 차폐통 삽입홀이 상기 상부 차폐통 삽입홀의 사이에 배치되도록 지그재그 형태로 천공하고,
    상기 제2단계에서는 상기 상하부 차폐통 삽입홀에 각각 상하부 차폐통을 삽입하여 차폐층을 형성하되, 상기 상하부 차폐통을 경유하여 상기 상하부 차폐통의 둘레부에 차폐재를 주입함으로써 상기 상하부 차폐통과 상기 차폐재에 의한 차폐층을 형성하는 것을 특징으로 하는 지하수 굴착공 내부케이싱 구간 차폐 방법.
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