KR101341169B1 - 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커 - Google Patents

그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커에 관한 것으로, 지하수 관정의 차폐 등을 위하여 내부케이싱에 그라우팅 주입홀을 형성하여 그라우팅하는 경우, 그라우팅 주입홀을 견고하고 신속하게 천공함과 아울러 내부 케이싱의 손상이 발생되지 않도록 천공장치를 내부 케이싱에 고정함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커는, 지하수 관정에 설치된 내부 케이싱(1)의 내부에 삽입되어 상기 내부 케이싱에 그라우팅 주입홀을 형성하는 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커로서, 상기 그라우팅 주입을 위한 천공장치의 하우징(10) 내부에 설치되는 로드(11)와; 상기 로드를 따라 승강하는 승강수단과; 상기 승강수단의 둘레부에 설치되며 상기 승강수단의 상승 또는 하강에 의해 원주를 가로지르는 방향으로 왕복 이동하여 단부가 상기 내부 케이싱에 지지됨으로써 상기 그라우팅 주입을 위한 천공장치의 하우징을 고정하는 2개 이상의 고정척(20)으로 구성된다.

Description

그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커{BREAKER OF GROUT INJECTING PUNCHING MACHINE FOR PUNCHING GROUT HOLE}
본 발명은 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지하수 관정의 차폐 등을 위하여 내부케이싱에 그라우팅 주입홀을 형성하여 그라우팅하는 경우, 그라우팅 주입홀을 견고하고 신속하게 천공함과 아울러 내부 케이싱의 손상이 발생되지 않도록 천공장치를 내부 케이싱에 고정할 수 있는 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커에 관한 것이다.
주지하다시피 지하수(地下水, subsurface water)라 함은 지하의 지층이나 암석사이의 빈틈을 채우고 있거나 흐르는 물을 말하는 것으로, 최근에는 각종 오염물질이 지하수와 혼합되어 지하수의 수질이 악화되고 있는 것이 현실이다.
일반적으로 종래의 지하수 채수장치는 도면에는 도시하지 않았으나, 지표의 암반을 소정 굵기의 착정기를 이용하여 풍화암층이 끝나는 암반층까지 굴착한 다음 풍화암층의 붕괴를 막기 위하여 설치되는 대구경의 아웃케이싱과, 상기 아웃케이싱을 박은 다음 다시 암반층을 굴착하여 지하수의 수맥을 관통하기까지 굴착한 후 지표수의 유입을 방지하기 위하여 설치되는 인케이싱과 , 상기 인케이싱 하부에 지하수가 이동되는 위치에 지하수의 토사나 이물질의 유입이 방지되도록 설치되는 스트레이너용 파이프와, 상기 인케이싱과 지하수 심정 내벽과의 공간에 지표수 등의 이 물질의 유입이 방지되도록 콘크리트를 주입하여 양생된 콘크리트와, 상기 인케이싱 내부에 설치되는 심정펌프와, 상기 심정펌프와 연결되도록 설치되고 상기 심정펌프에 의해 퍼올려지는 지하수가 이동되는 양수용 배관으로 구성된다.
또한 지하수 심정이 오염된 지하수로 인해 수질이 악화되었을 때 이를 보수 개선하기 위해서는 기존의 심정 내부에 삽입 설치된 인케이싱을 모두 외부로 인발하여 제거한 다음 심정 내부를 나공 상태로 유지한 상태에서 특허출원 제1998-33646호로 기 특허 출원된 바 있는 지하수 심정용 그라우팅 파이프장치 및 그라우팅 방법을 통해 그 공사를 수행하여 왔다.
그러나 이러한 기술은 이미 심정 내부에 삽입 설치된 인케이싱을 외부로 모두 인발하여야 하였고 이 과정에서 심정 내부가 함몰되는 사고가 간혹 발생하여 폐공화하는 사례가 있어 인케이싱을 심정 내부에 그대로 유지하여둔 상태에서 인케이싱과 심정 공벽 사이를 그라우팅처리하는 기술의 필요성이 대두되었다.
상기와 같은 종래의 기술을 이용하여 본 발명자에 의해 발명되어 선 출원한 특허출원 제1999-7203호(발명의 명칭: 액화탄산가스를 이용한 지하수 심정팩카장치와 수맥청소장치 및 수맥청소방법)가 있으나, 상기 종래의 기술은 인케이싱 파이프에 다수의 구멍을 천공할 수 없어 동결차폐막을 인케이싱 파이프 내부에 설치하여야 하는 문제점이 발생됨은 물론 이로 인해 지하수의 유입을 원활히 차폐시킬 수 없다는 문제점이 발생되었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자에 의해 발명되어 특허받은 제10-0460127호(그라우팅 주입을 위한 구멍 천공과 동결 차폐막 형성장치)가 있다.
상기 특허는 인케이싱 파이프에 드릴을 이용하여 일정 간격으로 다수의 구멍을 천공할 수 있도록 한 것이고, 팩카를 이용하여 인케이싱 파이프와 심정공벽의 사이에 동결차폐막을 형성하도록 한 것이다. 그리고 상기 동결차폐막을 형성한 후 인케이싱파이프와 심정공벽의 사이에 그라우팅주입구를 이용하여 그라우팅액을 주입하여 차수벽시멘트를 형성하도록 한 것이고, 상기와 같은 작용에 의해 작업성과 작업능률의 향상을 꾀할 수 있도록 한 것이며, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있다.
이와 같은 종래 천공장치는 천공시 천공장치가 내부 케이싱에서 흔들리지 않도록 고정장치로서 팽창튜브가 사용된다.
상기 팽창튜브는 내부에 유체가 주입됨으로써 팽창되는 것으로, 천공장치의 하우징 외부에 수축 상태로 장착되며, 천공 전에 유체의 주입을 통해 팽창하여 내부 케이싱에 지지되는 것이다.
따라서, 하우징의 외부에 팽창튜브, 상기 팽창튜브에 유체를 주입 및 회수하는 구성이 설치되어야 하므로 천공장치의 구조가 복잡해지고 길이가 장대해짐으로써 천공장치의 구동과 운용에 불편함이 많다.
특히 팽창튜브의 적정 팽창력을 확인하기가 어렵기 때문에 과대하게 팽창시 팽창력으로 인해 내부케이싱이 파손되며 반대로 팽창력이 약하면 천공작업 중 천공장치가 흔들려 천공작업 자체가 불가능하게 되는 경우가 발생되고 또는 팽창튜브가 터지는 문제점도 발생된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지하수 관정의 차폐 등을 위하여 내부케이싱에 그라우팅 주입홀을 형성하여 그라우팅하는 경우, 그라우팅 주입홀을 견고하고 신속하게 천공함과 아울러 내부 케이싱의 손상이 발생되지 않도록 천공장치를 내부 케이싱에 고정할 수 있는 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커를 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커는, 지하수 관정에 설치된 내부 케이싱의 내부에 삽입되어 상기 내부 케이싱에 그라우팅 주입홀을 형성하는 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커로서, 상기 그라우팅 주입을 위한 천공장치의 하우징 내부에 설치되는 로드와; 상기 로드를 따라 승강하는 승강수단과; 상기 승강수단의 둘레부에 설치되며 상기 승강수단의 상승 또는 하강에 의해 원주를 가로지르는 방향으로 왕복 이동하여 단부가 상기 내부 케이싱에 지지됨으로써 상기 그라우팅 주입을 위한 천공장치의 하우징을 고정하는 2개 이상의 고정척으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 승강수단은 액추에이터, 상기 로드에 승강 가능하게 연결되는 상기 액추에이터에 의해 승강하면서 상기 고정척을 출몰시키는 슬라이더로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커에 의하면, 하우징의 내부에 설치되는 로드를 이용하여 슬라이더를 승강시키며, 상기 슬라이더의 승강에 의해 고정척이 하우징의 내부에서 외부로 돌출 및 반대로 삽입되어 구조적으로 매우 단순해지고 고정 브레이커에 의해 하우징의 길이가 길어지지 않으므로 제조원가를 절감하고 손상을 최소화할 수 있다.
그리고, 내부 케이싱과 지하수 관정 내벽간의 거리, 액추에이터의 제어를 통해 고정척의 이동거리를 쉽게 확인 및 제어할 수 있으므로 고정척에 의한 내부 케이싱의 손상과 고정척의 파손 등을 미연에 방지할 수 있다.
결과적으로, 내부 케이싱에 그라우팅 주입홀을 천공할 때 천공장치가 흔들림없이 천공작업을 수행하므로 그라우팅 주입홀을 견고하고 신속하게 천공할 수 있는 효과를 도출한다.
도 1은 본 발명에 의한 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커의 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커의 작동 상태 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커에 적용된 승강수단의 다른 예시도.
도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커는, 지하수 관정에 설치된 내부 케이싱의 내부에 삽입되어 상기 내부 케이싱에 그라우팅 주입홀을 형성하는 천공장치를 내부 케이싱에 고정하는 것으로, 내부가 중공인 통 구조(예컨대 원통형)의 하우징(10), 하우징(10)의 내부에 출몰 가능하게 설치되며 돌출시 내부 케이싱(1)의 내주면에 지지되어 하우징(10)을 고정하는 2개 이상의 고정척(20), 고정척(20)을 출몰시키는 승강수단으로 구성되며, 본 발명은 천공장치에 적용되는 것으로 천공장치 등은 공지의 모든 것(본 발명의 출원인에 의해 출원된 것 등)이 가능하므로 구체적인 설명을 생략한다.
하우징(10)은 고정척(20)을 지지하는 구조물이며, 천공장치에 적용된 하우징일 수도 있고, 고정척(20)만을 설치하기 위한 즉 내부에 천공장치가 설치되지 않는 하우징일 수도 있다. 도면에서는 하우징(10)이 천공장치에 적용된 것으로 도시되었다.
하우징(10)은 고정척(20)이 출몰할 수 있는 통공이 구비되며 내부에는 고정척(20)을 승강시키는 승강수단을 설치하기 위한 로드(11)가 설치된다. 로드(11)는 상기 승강수단의 설치와 작동을 위하여 별도로 설치되는 것일 수도 있지만, 하우징(10)과 마찬가지로 천공장치에 적용되어 있는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
로드(11)는 원형 단면, 각형 단면 등 다양한 형상으로 이루어지며 하우징(10)의 내주면에 지지되는 다수의 지지대(12)를 통해 설치된다. 지지대(12)는 중앙에 상하로 관통하는 구멍이 형성된 판재로서 상기 구멍에 로드(11)가 관통 내지 고정되면서 외주면이 하우징(10)에 고정(스크류 등)되며, 로드(11)가 회전체인 경우 로드(11)는 상기 구멍에 회전 가능하게 관통되고 로드(11)가 고정체인 경우 로드(11)는 상기 구멍에 고정되어도 무방하다.
고정척(20)은 하우징(10)의 내부에 출몰 가능하도록 설치되며, 외부에서의 조작에 의해 강제로 출몰하도록 구성됨으로써 필요시 하우징(10)의 외부로 돌출되어 내부 케이싱(1)에 지지되고 반대로 하우징(10)의 내부로 삽입되어 내부 케이싱(1)에 대한 고정력을 상실한다.
이와 같은 기능의 고정척(20)은 외력에 의해 돌출되어 내부 케이싱(1)에 지지되는 모든 형태가 가능하며, 예를 들어 승강수단을 통해 강제로 출몰하도록 설치되고, 이하 작동을 위한 승강수단을 먼저 설명한다.
상기 승강수단은 로드(11)의 둘레부에 승강 가능하게 결합되는 원통형의 슬라이더(30), 슬라이더(30)의 상부 또는 하부(상부에 설치되는 것을 예로 들어 도시하고 설명함)에 설치되며 슬라이더(30)를 강제로 승강시키는 액추에이터로서 예컨대 승강실린더(40)로 구성된다.
슬라이더(30)는 내부에 상하로 관통되는 구멍이 있는 통형(바람직하게 원통형)으로 형성되어 로드(11)의 둘레부에 승강 가능하게 결합되며, 외경을 기준으로 할 때 상부에서부터 대경부(31), 경사부(32) 및 소경부(33)가 형성되어 고정척(20)의 출몰을 안내한다. 고정척(20)은 하우징(10) 내부에 삽입되어 있다가 하우징(10)의 외부로 돌출되어 내부 케이싱(1)에 지지되면 기능을 완료하는 것이므로 슬라이더(30)는 대경부(31)와 소경부(33)만 있으면 가능하지만 대경부(31)와 소경부(33)간의 외경 차이로 인하여 대경부(31)에서 소경부(33)로 반대로 소경부(33)에서 대경부(31)로 이동하는 것이 원활하지 못하고 원활하다 하더라도 충격이 발생될 수 있으므로 대경부(31)와 소경부(33)는 경사부(32)를 사이에 두고 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 슬라이더(30)는 대경부(31)와 소경부(33)만 형성된 것도 포함되는 것이다.
슬라이더(30)는 승강 실린더(40)에 의해 승강 폭이 결정되지만, 조립이나 파손 등을 감안하여 승강 폭을 한정하기 위한 스토퍼가 적용될 수 있다. 상기 스토퍼는 예컨대 내부에 구멍(로드가 결합되는 구멍)이 있는 판재로서 로드(11)에 결합되어 슬라이더(30)가 일정 폭 이내에서만 승강하도록 한다.
승강 실린더(40)는 슬라이더(30)의 상부에 플런저(41)가 저부를 향해 슬라이더(30)에 연결되도록 설치된다. 승강 실린더(40)는 로드(11)와 지지대(12) 등을 통해 다양하게 설치될 수 있고 유압 실린더의 경우 유체의 공급라인의 배선은 다양하게 이루어질 수 있으므로 이에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다. 승강 실린더(40)는 액추에이터의 일 예로서 슬라이더(30)를 승강시키는 것은 유압/공압실린더(40)로 한정되지 않고 모터, 솔레노이드 등도 가능하다.
고정척(20)은 예를 들어 블록 형태로서 하우징(10)의 두께보다는 크기가 클 것이며, 따라서, 고정척(20)이 안정적으로 왕복 이동할 수 있도록 고정척(20)의 이동을 안내하는 척하우징(50)이 함께 적용된다.
척하우징(50)은 내부에 고정척(20)이 이동 가능하면서 하우징(10)의 통공을 통해 출몰할 수 있는 통 구조이며 하우징(10)의 통공에 끼움식으로 장착될 수 있다.
고정척(20)은 후방이 슬라이더(30)에 지지되어 슬라이더(30)의 승강시 슬라이더(30)의 외주면의 외경차이를 통해 출몰(대경부(31)에 대응시 돌출, 소경부(33)에 대응시 삽입)하는 것으로, 슬라이더(30)와 접촉 소음을 줄이기 위하여 후단부에 롤러(21)가 적용되는 것이 바람직하다.
이와 같은 구조에 따르면 고정척(20)이 슬라이더(30)에 의해 돌출될 수는 있어도 삽입될 수 없으며, 고정척(20)의 삽입을 위하여 탄성부재 예컨대 코일스프링(51)이 적용된다. 코일스프링(51)은 고정척(20)의 둘레부를 감싸면서 양측이 고정척(20)과 척하우징(50)에 각각 지지되어 고정척(20)을 삽입방향으로 탄력 지지한다. 즉, 고정척(20)의 롤러(21)가 슬라이더(30)의 소경부(33)에서 경사부(32)를 거쳐 대경부(31)로 이동하는 중에 코일스프링(21)이 압축 또는 팽창됨에 따라 고정척(20)이 돌출 또는 삽입되는 것이다.
이와 같은 구성은 하나의 천공장치에 한 셋트(슬라이더(30)와 고정척(20)의 조합)만 구성될 수도 있고 다단으로 다수의 셋트가 구성될 수도 있다.
본 발명에 의한 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커의 작용은 다음과 같다.
도 1은 천공장치를 고정하기 이전의 상태를 도시한 것으로, 천공장치를 내부 케이싱(1) 내부에 삽입 설치할 때 고정척(20)이 하우징(10) 보다 돌출되어 있으면 내부 케이싱(1)과 고정척(20)간에 간섭이 일어날 수 있으므로 고정척(20)은 하우징(10) 내부에 삽입되도록 한다. 따라서, 고정척(20)의 롤러(21)는 슬라이더(30)의 소경부(33)에 대응된다.
천공장치의 삽입 설치를 완료한 후 그라우팅 주입홀을 형성하며, 먼저 천공장치가 움직이지 않도록 다음과 같이 고정척(20)을 이용하여 천공장치를 내부 케이싱(1)에 고정한다.
승강실린더(40)의 일측에 유체를 공급하면 플런저(41)가 인출되면서 슬라이더(30)를 하강시키며, 종방향으로 이동하지 못하는 고정척(20)은 슬라이더(30)의 하강에 의해 소경부(33)에서부터 경사부(32)를 거쳐 대경부(31)에 대응하며, 이 과정에서 하우징(10)의 외부로 돌출되어 단부가 내부 케이싱(1)의 내주면에 지지된다(도 2참고). 이때, 롤러(21)가 소경부(33)를 지나 경사부(32)에서 대경부(31)를 통과할 때 코일스프링(51)은 슬라이더(30)의 단면 크기에 의해 압축된다.
하나의 슬라이더(30)에는 다수개의 고정척(20)이 연결되어 다수의 고정척(20)이 원주방향을 따라 상호 간에 균일한 간격으로 설치됨에 따라 하우징(10)은 내부 케이싱(1)의 중앙에 배치된다.
이와 같이 고정척(20)을 통해 하우징(10)을 고정한 상태에서 천공장치를 이용하여 내부 케이싱(1)에 그라우팅 주입홀을 형성한다.
상기 그라우팅 주입홀의 형성이 완료되어 다음 위치에 그라우팅 주입홀을 형성하거나 천공장치를 내부 케이싱(1) 내부에서 인발할 경우 도 2의 상태에서 승강 실린더(40)를 통해 플런저(41)가 승강 실린더(40)에 삽입되도록 하면, 슬라이더(30)가 상승하게 되며, 따라서, 고정척(20)은 대경부(31) - 경사부(32) - 소경부(33)를 통과하고, 이때 코일스프링(51)의 복원력에 의해 고정척(20)이 하우징(10)의 내부로 삽입된다.
도 3은 본 발명에 적용된 승강수단의 다른 예를 도시한 것으로, 전술한 승강수단은 구조상 고정척(20)과 슬라이더(30)가 분리되고 탄성부재[코일스프링(51)]를 필수구성요소로 하는바 오동작이 발생될 수 있으며, 이를 보완하기 위하여 승강수단은 다음과 같이 구성된 수도 있다.
상기 승강수단은, 슬라이더(30)는 경사형 안내공(34)(하부로 가면서 로드(11)를 향해 가까워지도록 하향 경사)이 구비되고, 고정척(20)은 가이드핀(22)을 통해 슬라이더(30)의 경사형 안내공(34)에 연결된다.
이러한 구성에 따르면, (A) 상태는 고정척(20)이 하우징(10) 내부에 삽입된 상태이며, 슬라이더(30)가 하강하면 경사형 안내공(34)을 따라 가이드핀(22)이 슬라이딩하면서 (B)의 상태와 같이 고정척(20)이 하우징(10)에서 돌출되어 단부가 내부 케이싱(1)의 내주면에 지지된다.
반대로 (B)의 상태에서 슬라이더(30)가 상승하면 고정척(20)은 하우징(10)의 내부로 삽입되는 방향으로 슬라이딩한다.
1 : 내부 케이싱,
10 : 하우징, 11 : 로드
12 : 지지대,
20 : 고정척, 21 : 롤러
22 : 가이드핀,
30 : 슬라이더, 31 : 대경부
32 : 경사부, 33 : 소경부
34 : 경사형 안내공,
40 : 승강 실린더,
50 : 척 하우징, 51 : 코일스프링

Claims (3)

  1. 지하수 관정에 설치된 내부 케이싱(1)의 내부에 삽입되어 상기 내부 케이싱에 그라우팅 주입홀을 형성하는 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커로서,
    상기 그라우팅 주입을 위한 천공장치의 하우징(10) 내부에 설치되는 로드(11)와;
    상기 로드를 따라 승강하는 승강수단과;
    상기 승강수단의 둘레부에 설치되며 상기 승강수단의 상승 또는 하강에 의해 원주를 가로지르는 방향으로 왕복 이동하여 단부가 상기 내부 케이싱에 지지됨으로써 상기 그라우팅 주입을 위한 천공장치의 하우징을 고정하는 2개 이상의 고정척(20)을 포함하며,
    상기 승강수단은, 상기 로드의 둘레부에 승강 가능하게 결합되는 슬라이더(30), 상기 슬라이더의 상부 또는 하부에 설치되며 상기 슬라이더를 강제로 승강시키는 액추에이터를 포함하고, 상기 슬라이더는 원통형으로서 상부에서부터 단면적이 서로 다른 대경부(31), 경사부(32) 및 소경부(33)로 구성되며, 상기 고정척이 상기 대경부 내지 소경부 사이를 따라 이동하면서 하우징(10)에서 돌출되어 상기 내부 케이싱에 지지되도록 구성되고,
    상기 고정척은, 상기 하우징에 형성된 통공을 통해 출몰 가능하게 장착되며 후단부가 상기 슬라이더의 외주면을 따라 슬라이딩 가능하게 지지되며, 상기 고정척을 삽입방향으로 탄력 지지하는 탄성부재가 포함되는 것을 특징으로 하는 그라우팅 주입홀 형성용 천공장치의 고정 브레이커.

  2. 삭제
  3. 삭제
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