KR101442822B1 - 직천공 강관 보강 그라우팅 장치 및 이를 이용한 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터널수평 천공기를 이용하여 수평에 근접한 방향으로 강관 튜브를 삽입하면서 내부의 고화제 고압 분사관를 이용하여 고화제를 지반 내로 분사하여 주변 토양과 혼합되어서 함께 고화되도록 함으로써 고화제 혼합물 칼럼(Column; 기둥)을 시공하는 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 방법에 있어서, 직천공 방식으로 지반 내로 삽입 설치되는 강관 튜브의 선단부가 고화제 혼합물 칼럼의 내부에 매입 고정되는 방식이 아니라 주변 지반 내부로 연장 삽입되어서 주입된 고화제가 강관 튜브 내부를 타고 흘러 나오는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 시공 완료 후에는 고화제 혼합물 칼럼과 주변 지반과의 일체성을 높일 수 있는 수단을 제공한다.
Description
본 발명은 터널 보강 장치 및 이를 이용한 터널 보강 공법에 관한 것으로서, 특히 연약 지반에 터널을 시공하거나 지하 구조물을 굴착하는 경우에 유용한 보강 기술에 관한 것이다.
일반적으로 지하 구조물이 시공되는 위치의 지층이 사질토, 자갈, 모래 자갈층, 단층 파쇄대 등을 형성하는 경우에는, 구조물 시공 시에 지반 내에 지하 공동을 형성함으로써 응력 이완대가 발생하는 경우에 지반의 자체 자립성이 낮거나 결여되어 있어서 지반 붕락이나 붕괴의 위험도가 높아서 이에 따른 적절한 보강 공사가 필요한 실정이며, 이에 대한 다양한 보강 공사 시공법이 소개되며 관련 기술의 발전을 도모하고 있으나, 위험도를 적절히 제어하며 합리적으로 시공할 수 있는 최선의 시공법에 대한 요구는 계속적으로 증대하고 있는 실정이다.
특히, 터널 주변의 지하수위가 높아서 지하수의 누출이 예상되고 이로 인하여 지반 붕락, 붕괴의 위험성이 있는 경우나, 지하 터널이 굴착될 위치로부터 인접한 지표면에 이르기까지 표피가 얇고 지상에 기존 구조물이 많아서 지하 터널 굴착에 따른 침하로 지상 구조물에 피해가 예상되는 경우에 이러한 지반에 터널을 굴착하는 작업은 매우 어렵고 불안정하기에 더욱 터널 주변의 이완대의 형성을 최소화할 수 있는 사전 보강 작업이 절실하다.
이러한 사전 보강 공법으로 다양한 기술이 소개되었으며, 이 중에서 하나의 공법으로 이와 같이 지질과 지형에 문제가 있거나 다량의 누수, 터널의 토피가 얇은 경우 터널수평 천공기를 이용하여 수평에 근접한 방향으로 강관 튜브를 삽입하면서 내부의 고압 분사관를 이용하여 고화제를 지반 내로 분사하여 절삭되는 주변 토양과 혼합되면서 함께 고화하도록 함으로써 마치 콘크리트와 같은 고화제 혼합물 칼럼 (Column)을 시공하고, 이러한 혼합물 고화제 칼럼(Column)의 심재로 강관 튜브(파이프; Pipe)를 사용하여 터널 막장면 주변을 선진 보강하는 시공 방법이 한국 등록 특허공보 제 0182613호(1999. 04. 01. 공고)에 의해 소개된 바 있는데, 이러한 종래 기술에 따르면 첨부 도면 도 7a와 도 7b에 도시된 바와 같이 시공 후에 봉(31)이 튜브(30)의 내부로부터 빠져 나오고 튜브(30) 내의 공간이 빈 공간으로 남게 되어서 튜브 자체로서 보강체로서의 강성에 한계점을 가지고 있다.
아울러 선진 굴착과 고화제 고압 분사의 역할을 동시에 수행(선단부에 굴착 비트를 구비함)하는 봉(31)이 튜브(30)에 선행하여 튜브(30)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전 진행하면서 고화제의 고압 분사를 마치고는 봉(31)이 튜브(30)로부터 제거되는 구조를 가지고 있기 때문에, 주입된 고화제가 완전히 굳기 이전에 튜브(30) 내부의 빈 공간으로 흘러 나오게 되어서 보강 효과를 감축시키며, 튜브(30) 선단부의 접착력이 완화된 상태에서 튜브(30)의 선단부가 칼럼 고화제 칼럼(즉, 혼합물 기둥)(35) 내에 존재하기 때문에 선단부 고정력이 낮아지게 되고, 결국에는 주변 지반과 고화제 칼럼(35) 및 튜브(30)의 일체성이 낮아져서 고화제 혼합물 칼럼 전체가 붕락하는 등의 사고 발생 가능성을 나타내면서 그 보강 효과가 제한적이라는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 터널수평 천공기를 이용하여 수평에 근접한 방향으로 강관 튜브를 삽입하면서 내부의 고화제 고압 분사관를 이용하여 고화제를 지반 내로 분사하여 주변 토양과 혼합되어서 함께 고화되도록 함으로써 고화제 혼합물 칼럼(Column; 기둥)을 시공하는 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사(일명, 제트 분사) 터널 보강 그라우팅 방법에 있어서,
직천공 방식으로 지반 내로 삽입 설치되는 강관 튜브의 선단부가 고화제 혼합물 칼럼의 내부에 매입 고정되는 방식이 아니라 주변 지반 내부로 연장 삽입되어서 주입된 고화제가 강관 튜브 내부를 타고 흘러 나오는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 시공 완료 후에는 고화제 혼합물 칼럼과 주변 지반과의 일체성을 높일 수 있는 수단을 제공하며, 그리고 직천공 방식으로 지반 내로 삽입 설치되는 강관 튜브 내부에 설치되는 고압 분사관이 선진 천공 및 고화제 고압 분사 작업을 종료하고 강관 튜브로부터 제거된 이후에 강관 튜브의 내부 공간을 보강력을 발휘할 수 있는 소재로 충진할 수 있는 수단을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 삼고 있다.
상기 목적을 위하여, 본 발명은 바람직한 과제 해결 수단으로서,
강관 튜브를 지반 내로 삽입할 수 있는 강관 추입 장치와, 천공 비트 및 분사 노즐을 구비한 고화제 고압 분사관을 강관 튜브와 동축 관계로 지반 내부로 삽입할 수 있는 내부 분사관 드릴링 장치를 포함하여 이루어지는 터널수평 천공기;
상기 강관 튜브와 상기 고화제 고압 분사관 사이의 환상 공간으로부터 천공 슬라임을 외부로 제거할 수 있도록 상기 강관 튜브의 일측에 분기 설치되는 슬라임 배출관; 및
상기 고화제 고압 분사관 내부로 저압의 천공수와 고압의 고화제를 번갈아서 주입할 수 있는 분사 주입 장치를 포함하여 이루어지는 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 장치를 이용하여 수행되는 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 방법에 있어서,
(a) 터널 막장면에서 수평 상향 방향으로 강관 튜브와 상기 고화제 고압 분사관을 지반 내부로 삽입하되 막장면에서 지반 내부로 제1 심도에 이르기까지는 상기 고화제 고압 분사관은 제1 분사 노즐을 통하여 저압의 천공수만을 주입하며 상기 내부 분사관 드릴링 장치로써 회전하면서 지반 내로 천공 삽입되도록 하고, 그 외부의 강관 튜브는 상기 강관 추입 장치에 의해 지반 내부로 압입 추진되도록 하는 공삭공 추입 단계와;
(b) 상기 공삭공 추입 단계 이후에 상기 강관 튜브가 삽입되는 설계 심도에 이르기 이전 설정 이격 거리, 예컨대 20cm 내지 50cm의 지점이 되는 제2 심도에 도달하기까지, 상기 고화제 고압 분사관으로 고압의 고화제를 주입하여 그 선단부에 제공되는 제1 및 제2 분사 노즐을 통하여 고압의 고화제가 지반 내로 분사되도록 하여 주변 지반을 절삭 개량하면서 주변 토양과의 고화제 혼합물 칼럼을 형성하도록 하면서 동시에 이를 보강 지지하는 강관 튜브의 후행 압입을 추진하는 강관 튜브로 보강되는 고화제 혼합물 칼럼 형성 단계와;
(c) 상기 강관 튜브가 삽입되어 상기 제2 심도의 지점에 도달하면 이로부터 설계 심도에 이르기까지 상기 고화제 고압 분사관을 통한 고화제의 고압 분사를 중단한 채 강관 추입 장치로써 강관 튜브를 지반 내부로 추가 압입 추진하도록 하는 강관 튜브 추가 압입 고정 단계와; 그리고
(d) 주입이 완료된 상기 고화제 고압 분사관을 상기 강관 튜브로부터 제거하고, 강관 튜브의 후단부를 코킹한 후에 강관 보강 그라우팅 장치를 이용하여 강관 튜브 내부에 추가로 그라우팅 주입재를 주입 고결시키는 강관 튜브 내부 보강 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직천공 강관 보강 그라우팅 장치를 이용한 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 방법을 제공하게 된다.
한편으로, 본 발명에서는 다른 관점에서 이와 같은 공법에 사용되는 장치로서,
강관 튜브를 지반 내로 삽입할 수 있는 강관 추입 장치와, 천공 비트 및 분사 노즐을 구비한 고화제 고압 분사관을 강관 튜브와 동축 관계로 지반 내부로 삽입할 수 있는 내부 분사관 드릴링 장치를 포함하여 이루어지는 터널수평 천공기;
상기 강관 튜브와 상기 고화제 고압 분사관 사이의 환상 공간으로부터 천공 슬라임을 외부로 제거할 수 있도록 상기 강관 튜브의 일측에 분기 설치되는 슬라임 배출관; 및
상기 고화제 고압 분사관 내부로 저압의 천공수와 고압의 고화제를 번갈아서 주입할 수 있는 분사 주입 장치와; 그리고
주입이 완료된 상기 고화제 고압 분사관이 상기 강관 튜브로부터 제거되면 강관 튜브의 후단부를 코킹한 후에 강관 튜브 내부에 추가로 그라우팅 주입재를 주입 고결시킬 수 있는 강관 보강 그라우팅 장치를 추가적으로 포함하여 이루어지며, 그리고
상기 분사 주입 장치는, 터널 막장면에서 수평 상향 방향으로 지반 내부로 삽입되는 강관 튜브와 고화제 고압 분사관이 막장면에서 지반 내부로 제1 심도에 이르기까지는 상기 고화제 고압 분사관을 통하여 저압의 천공수만을 주입하도록 형성되며,
상기 강관 추입 장치는, 상기 강관 튜브가 삽입되는 설계 심도에 이르기 이전 20cm 내지 50cm의 지점인 제2 심도에 도달하면 이로부터 설계 심도에 이르기까지 상기 분사 주입 장치와 상기 고화제 고압 분사관을 통한 고화제의 고압 분사를 중단한 채 강관 튜브를 지반 내부로 추가 압입 추진하도록 형성되며,
상기 고화제 고압 분사관은 고압의 시멘트 밀크로 제공되는 고화제가 유체 소통하는 주입 통로가 배치되고 그 말단부에는 일정 압력 이상에서 개방되는 노즐로서 저압의 천공수와 고압의 고화제의 분사가 모두 가능한 제1 분사 노즐 및 고압의 고화제 분사가 가능한 제2 분사 노즐이 제공되는 구조를 가지며, 그리고 상기 제1 분사 노즐은 고화제 고압 분사관의 선단부에 설치되는 드릴 비트에 제공되는 것을 특징으로 하는 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 장치를 제공하게 된다.
상기 고화제 고압 분사관은 고압의 시멘트 밀크로 제공되는 고화제가 유체 소통하는 주입 통로가 배치되고 그 말단부에는 일정 압력 이상에서 개방되는 노즐로서 저압의 천공수와 고압의 고화제의 분사가 모두 가능한 제1 분사 노즐 및 고압의 고화제 분사가 가능한 제2 분사 노즐이 제공되는 구조를 가지며, 그리고 상기 제1 분사 노즐은 고화제 고압 분사관의 선단부에 설치되는 드릴 비트에 제공되는 것을 특징으로 하는 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 장치를 제공하게 된다.
본 발명에 따르면, 고화제 고압 분사관이 강관 튜브의 내부로부터 빠져 나오더라도 강관 튜브의 선단부는 지반 내에 묻혀서 고정되어 있기에 주변 토양으로 분사된 고화제가 다시 강관 내부로 흘러서 들어 오는 현상을 방지할 수 있게 되고, 이로써 시공 완료 후에는 고화제 혼합물 칼럼과 주변 지반과의 일체성을 높일 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면 강관 튜브 내의 공간이 빈 공간으로 남지 않고 그라우팅 재료로 추가 보강됨으로써 강관 튜브체의 강성을 보완하는 효과를 발휘하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 직천공 강관 보강 그라우팅 장치를 이용한 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 방법에 따라 시공된 터널의 종단면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시에 사용되는 수평천공기의 전체적인 구성도와 요부 확대도이다.
도 3a는 고화제 고압 분사관 선단의 천공 비트에 제공된 분사 노즐로부터 천공수가 고압 분사되는 상태를 도시한 도면이고, 도 3b는 고화제 고압 분사관의 분사 노즐 전체로부터 고화제가 고압 분사되는 상태를 도시한 도면이다
도 4는 본 발명에 따른 시공 방법의 순서도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 시공 방법의 진행 상태도이다.
도 6은 본 발명에 따른 직천공 강관 보강 그라우팅 장치를 이용한 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 방법에 따라 시공된 터널의 일 실시예를 종단면도로서 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 종래 기술에 따라 터널 지반 내부에 강관 튜브를 구비한 고화물 칼럼이 시공되는 상태를 도시한 도면으로서 각각 한국 특허 등록 제 0182613호의 도 5 및 도 6에 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시에 사용되는 수평천공기의 전체적인 구성도와 요부 확대도이다.
도 3a는 고화제 고압 분사관 선단의 천공 비트에 제공된 분사 노즐로부터 천공수가 고압 분사되는 상태를 도시한 도면이고, 도 3b는 고화제 고압 분사관의 분사 노즐 전체로부터 고화제가 고압 분사되는 상태를 도시한 도면이다
도 4는 본 발명에 따른 시공 방법의 순서도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 시공 방법의 진행 상태도이다.
도 6은 본 발명에 따른 직천공 강관 보강 그라우팅 장치를 이용한 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 방법에 따라 시공된 터널의 일 실시예를 종단면도로서 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 종래 기술에 따라 터널 지반 내부에 강관 튜브를 구비한 고화물 칼럼이 시공되는 상태를 도시한 도면으로서 각각 한국 특허 등록 제 0182613호의 도 5 및 도 6에 도시된 도면이다.
이하에서는 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 참고로, 하기 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예들을 도시한 도면으로서, 이들 도면들 중에서 특히 도 2, 도 3a 및 도 3b와, 그리고 도 5a 내지 도 5d에 도시된 본 발명의 바람직한 장치 발명의 일 실시예에 따르면, 다음의 구성적인 특징을 가진 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 장치가 된다.
즉, 강관 튜브(200)를 터널(Tu) 지반(10) 내로 삽입할 수 있는 강관 추입 장치(150)와, 천공 비트(132) 및 분사 노즐(136)을 구비한 고화제 고압 분사관(130)을 강관 튜브(200)와 동축 관계로 지반 내부로 삽입할 수 있는 내부 분사관 드릴링 장치(140)를 포함하여 이루어지는 터널수평 천공기(100);
상기 강관 튜브(200)와 상기 고화제 고압 분사관(130) 사이의 환상 공간으로부터 천공 슬라임을 외부로 제거할 수 있도록 상기 강관 튜브(200)의 일측에 분기 설치되는 슬라임 배출관(210); 및
상기 고화제 고압 분사관(130) 내부로 저압의 천공수와 고압의 고화제(310g)를 번갈아서 주입할 수 있는 분사 주입 장치(120)와; 그리고
주입이 완료된 상기 고화제 고압 분사관(130)이 상기 강관 튜브(200)로부터 제거되면 강관 튜브(200)의 후단부를 코킹(200a)한 후에 강관 튜브(200) 내부에 추가로 그라우팅 주입재(320g)를 주입 고결시킬 수 있는 강관 보강 그라우팅 장치(400)를 추가적으로 포함하여 이루어지며, 그리고
상기 분사 주입 장치(120)는, 터널(Tu) 막장면에서 수평 상향 방향으로 지반 내부로 삽입되는 강관 튜브(200)와 고화제 고압 분사관(130)이 막장면에서 지반 내부로 제1 심도(L1; 예컨대 1~3m)에 이르기까지는 상기 고화제 고압 분사관(130)을 통하여 저압의 천공수만을 주입하도록 형성되며,
상기 강관 추입 장치(150)는, 상기 강관 튜브(200)가 삽입되는 설계 심도에 이르기 이전 20cm 내지 50cm의 지점인 제2 심도(L2)에 도달하면 이로부터 설계 심도(Ld)에 이르기까지 상기 분사 주입 장치(120)와 상기 고화제 고압 분사관(130)을 통한 고화제의 고압 분사를 중단한 채 강관 튜브(200)를 지반 내부로 추가 압입 추진하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 장치가 제공된다.
여기에서, 바람직한 일 실시예에 의하면, 외부 강관 튜브(200)는 예컨대 직경 114mm(외경 φ114)의 강관으로서 상기 강관 추입 장치(150)와 상기 내부 분사관 드릴링 장치(140) 사이에 배치되는 슬라임 배출관(210)으로의 슬라임 배출이 원활하게 하는 간격재가 내부에 부착된 오거 로드로서 제공되는 것이 바람직하고, 그리고 고화제 고압 분사관(130)은 그 직경이 예컨대 73mm(φ114)로 형성되고, 내부에는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 고압의 시멘트 밀크로 제공되는 고화제(310g)가 유체 소통하는 주입 통로(134)가 배치되고 그 말단부에는 일정 압력 이상에서 개방되는 노즐로서 저압의 천공수와 고압의 고화제의 분사가 모두 가능한 제1 분사 노즐(135) 및 고압의 고화제 분사가 가능한 제2 분사 노즐(136)이 제공되는 구조를 가지며, 여기에서 상기 제1 분사 노즐(135)은 고화제 고압 분사관(130)의 선단부에 설치되는 드릴 비트(132)에 제공된다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이 강관 튜브(200)를 회전시키며 압입하는 상기 강관 추입 장치(150)로는 로타리(Rotary) 장비가 제공되는 것이 바람직하며, 그리고 천공 비트(132)를 선단부에 구비하여 지반을 절삭 내지는 굴착할 수 있는 고화제 고압 분사관(130)을 강관 튜브(200)와 동축 관계로 지반 내부로 삽입할 수 있도록 제공되는 상기 내부 분사관 드릴링 장치(140)로서는 해머타격과 회전진행이 가능한 드리프터(Drifter) 장비가 제공되는 것이 바람직하다.
이하에서는, 이상에서 설명한 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 장치를 사용하여 본 발명에 따른 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 방법을 수행하는 과정(특히, 첨부 도면 도 4의 순서도와 그리고 도 5a 내지 도 5d 의 작동 상태도 참조)을 설명하기로 하는데, 바람직한 일 실시예에 따르면 다음의 단계들로 구성된다.
(a) 도 5a에 도시된 바와 같이, 터널(Tu) 막장면에서 수평 상향 방향으로 강관 튜브(200)와 고화제 고압 분사관(130)을 지반 내부로 삽입하되 막장면에서 지반 내부로 제1 심도(L1; 예컨대 1~3m 정도)에 이르기까지는 상기 고화제 고압 분사관(130)은 제1 분사 노즐(135)을 통하여 저압의 천공수만을 주입하며 상기 내부 분사관 드릴링 장치(140)로써 회전하면서 지반 내로 천공 삽입되도록 하고, 그 외부의 강관 튜브(200)는 상기 강관 추입 장치(150)에 의해 지반 내부로 압입 추진되도록 하는 공삭공 추입 단계(S100)와;
(b) 도 5b 도시된 바와 같이, 상기 공삭공 추입 단계 이후에 상기 강관 튜브(200)가 삽입되는 설계 심도(Ld: 예컨대 12m)에 이르기 이전 설정 이격 거리, 예컨대 20cm 내지 50cm(ΔL)의 지점이 되는 제2 심도(L2; 예컨대 12m 설계 심도에서 11.5~11.8m의 심도)에 도달하기까지, 상기 고화제 고압 분사관(130)으로 고압의 고화제(310g)를 주입하여 그 선단부에 제공되는 제1 및 제2 분사 노즐(135, 136)을 통하여 고압의 고화제(310g)가 지반 내로 분사되도록 하여 주변 지반을 절삭 개량하면서 주변 토양과의 고화제 혼합물 칼럼을 형성하도록 하면서 동시에 이를 보강 지지하는 강관 튜브(200)의 후행 압입을 추진하는 강관 튜브로 보강되는 고화제 혼합물 칼럼 형성 단계(S200)와;
(c) 도 5c 도시된 바와 같이, 상기 강관 튜브(200)가 삽입되어 상기 제2 심도(L2)의 지점에 도달하면 이로부터 설계 심도(Ld)에 이르기까지 상기 고화제 고압 분사관(130)을 통한 고화제(310g)의 고압 분사를 중단한 채 강관 추입 장치(150)로써 강관 튜브(200)를 지반 내부로 추가 압입 추진하도록 하는 강관 튜브 추가 압입 고정 단계(S300)와; 그리고
(d) 도 5d 도시된 바와 같이, 주입이 완료된 상기 고화제 고압 분사관(130)을 강관 튜브(200)로부터 제거하고, 강관 튜브(200)의 후단부를 20~50cm 정도 코킹(200a)한 후에 강관 보강 그라우팅 장치(400)를 이용하여 강관 튜브(200) 내부에 추가로 그라우팅 주입재(320g)를 주입 고결시키는 강관 튜브 내부 보강 단계(S400)를 포함하여 이루어진다.
여기에서, 상기 강관 튜브(200)가 지반 내로 삽입될 때 발생하는 천공 슬라임(slime)은 상기 강관 추입 장치(150)와 상기 내부 분사관 드릴링 장치(140) 사이에 배치되는 슬라임 배출관(210)을 통하여 배출되고, 상기 강관 튜브(200)의 후단부에는 이러한 슬라임 배출이 원활하도록 간격재가 내부에 부착되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 강관 튜브 추가 압입 고정 단계(S300)가 수행됨으로써, 상기 고화제 혼합물 칼럼 형성 단계(S200)에서 지반 내부로 주입된 고화제(310g)가 고결되기 이전에 다시 강관 튜브(200) 내부로 흘러 들어와서 빠져 나가게 되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 후속하는 강관 튜브 내부 보강 단계(S400)에서 도 4d에 도시된 바와 같이 다단 방식 또는 선단 주입 방식으로 강관 튜브(200) 내부에 추가 주입되는 그라우팅 주입재(320g)가 지반 내부에서 강관 튜브(200) 외부로 쉽게 흘러나가는 것을 방지하는 효과를 제공한다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징들을 변경하지 않고서 다른 구체적인 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Tu: 터널
10: 지반
100: 터널 수평 천공기
120: 분사 주입 장치
130: 고화제 고압 분사관
140: 내부 분사관 드릴링 장치
150: 강관 추입 장치
200: 강관 튜브
210: 슬라임 배출관
310g: 고화제
320g: 그라우팅 주입재
400: 강관 보강 그라우팅 장치
10: 지반
100: 터널 수평 천공기
120: 분사 주입 장치
130: 고화제 고압 분사관
140: 내부 분사관 드릴링 장치
150: 강관 추입 장치
200: 강관 튜브
210: 슬라임 배출관
310g: 고화제
320g: 그라우팅 주입재
400: 강관 보강 그라우팅 장치
Claims (6)
- 강관 튜브(200)를 터널(Tu) 지반(10) 내로 삽입할 수 있는 강관 추입 장치(150)와, 천공 비트(132) 및 분사 노즐(136)을 구비한 고화제 고압 분사관(130)을 강관 튜브(200)와 동축 관계로 지반 내부로 삽입할 수 있는 내부 분사관 드릴링 장치(140)를 포함하여 이루어지는 터널수평 천공기(100);
상기 강관 튜브(200)와 상기 고화제 고압 분사관(130) 사이의 환상 공간으로부터 천공 슬라임을 외부로 제거할 수 있도록 상기 강관 튜브(200)의 일측에 분기 설치되는 슬라임 배출관(210); 및
상기 고화제 고압 분사관(130) 내부로 저압의 천공수와 고압의 고화제(310g)를 번갈아서 주입할 수 있는 분사 주입 장치(120)와; 그리고
주입이 완료된 상기 고화제 고압 분사관(130)이 상기 강관 튜브(200)로부터 제거되면 강관 튜브(200)의 후단부를 코킹(200a)한 후에 강관 튜브(200) 내부에 추가로 그라우팅 주입재(320g)를 주입 고결시킬 수 있는 강관 보강 그라우팅 장치(400)를 추가적으로 포함하여 이루어지며, 그리고
상기 분사 주입 장치(120)는, 터널(Tu) 막장면에서 수평 상향 방향으로 지반 내부로 삽입되는 강관 튜브(200)와 고화제 고압 분사관(130)이 막장면에서 지반 내부로 제1 심도(L1)에 이르기까지는 상기 고화제 고압 분사관(130)을 통하여 저압의 천공수만을 주입하도록 형성되며,
상기 강관 추입 장치(150)는, 상기 강관 튜브(200)가 삽입되는 설계 심도에 이르기 이전 설정 지점인 제2 심도(L2)에 도달하면 이로부터 설계 심도(Ld)에 이르기까지 상기 분사 주입 장치(120)와 상기 고화제 고압 분사관(130)을 통한 고화제의 고압 분사를 중단한 채 강관 튜브(200)를 지반 내부로 추가 압입 추진하도록 형성되며,
상기 고화제 고압 분사관(130)은 고압의 시멘트 밀크로 제공되는 고화제(310g)가 유체 소통하는 주입 통로(134)가 배치되고 그 말단부에는 일정 압력 이상에서 개방되는 노즐로서 저압의 천공수와 고압의 고화제의 분사가 모두 가능한 제1 분사 노즐(135) 및 고압의 고화제 분사가 가능한 제2 분사 노즐(136)이 제공되는 구조를 가지며, 그리고 상기 제1 분사 노즐(135)은 고화제 고압 분사관(130)의 선단부에 설치되는 드릴 비트(132)에 제공되는 것을 특징으로 하는 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 장치. - 제1항에 있어서,
상기 강관 튜브(200)는 상기 강관 추입 장치(150)와 상기 내부 분사관 드릴링 장치(140) 사이에 배치되는 슬라임 배출관(210)으로의 슬라임 배출이 원활하게 하는 간격재가 내부에 부착된 오거 로드로서 제공되는 것을 특징으로 하는 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 장치. - 삭제
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 강관 튜브(200)를 회전시키며 압입하는 상기 강관 추입 장치(150)로는 로타리(Rotary) 장비가 제공되고, 그리고 천공 비트(132)를 선단부에 구비하여 지반을 절삭 내지는 굴착할 수 있는 상기 고화제 고압 분사관(130)을 상기 강관 튜브(200)와 동축 관계로 지반 내부로 삽입할 수 있도록 제공되는 상기 내부 분사관 드릴링 장치(140)로서는 해머타격과 회전진행이 가능한 드리프터(Drifter) 장비가 제공되는 것을 특징으로 하는 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 장치. - 강관 튜브를 지반 내로 삽입할 수 있는 강관 추입 장치와, 천공 비트 및 분사 노즐을 구비한 고화제 고압 분사관을 강관 튜브와 동축 관계로 지반 내부로 삽입할 수 있는 내부 분사관 드릴링 장치를 포함하여 이루어지는 터널수평 천공기;
상기 강관 튜브와 상기 고화제 고압 분사관 사이의 환상 공간으로부터 천공 슬라임을 외부로 제거할 수 있도록 상기 강관 튜브의 일측에 분기 설치되는 슬라임 배출관; 및
상기 고화제 고압 분사관 내부로 저압의 천공수와 고압의 고화제를 번갈아서 주입할 수 있는 분사 주입 장치를 포함하여 이루어지는 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 장치를 이용하여 수행되는 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 방법에 있어서,
(a) 터널(Tu) 막장면에서 수평 상향 방향으로 강관 튜브(200)와 고화제 고압 분사관(130)을 지반 내부로 삽입하되 막장면에서 지반 내부로 제1 심도(L1)에 이르기까지는 상기 고화제 고압 분사관(130)은 제1 분사 노즐(135)을 통하여 저압의 천공수만을 주입하며 상기 내부 분사관 드릴링 장치(140)로써 회전하면서 지반 내로 천공 삽입되도록 하고, 그 외부의 강관 튜브(200)는 상기 강관 추입 장치(150)에 의해 지반 내부로 압입 추진되도록 하는 공삭공 추입 단계(S100)와;
(b) 상기 공삭공 추입 단계 이후에 상기 강관 튜브(200)가 삽입되는 설계 심도(Ld)에 이르기 이전 설정 이격 거리(ΔL)가 되는 지점이 되는 제2 심도(L2)에 도달하기까지, 상기 고화제 고압 분사관(130)으로 고압의 고화제(310g)를 주입하여 그 선단부에 제공되는 제1 및 제2 분사 노즐(135, 136)을 통하여 고압의 고화제(310g)가 지반 내로 분사되도록 하여 주변 지반을 절삭 개량하면서 주변 토양과의 고화제 혼합물 칼럼을 형성하도록 하면서 동시에 이를 보강 지지하는 강관 튜브(200)의 후행 압입을 추진하는 강관 튜브로 보강되는 고화제 혼합물 칼럼 형성 단계(S200)와;
(c) 상기 강관 튜브(200)가 삽입되어 상기 제2 심도(L2)의 지점에 도달하면 이로부터 설계 심도(Ld)에 이르기까지 상기 고화제 고압 분사관(130)을 통한 고화제(310g)의 고압 분사를 중단한 채 강관 추입 장치(150)로써 강관 튜브(200)를 지반 내부로 추가 압입 추진하도록 하는 강관 튜브 추가 압입 고정 단계(S300)와; 그리고
(d) 주입이 완료된 상기 고화제 고압 분사관(130)을 강관 튜브(200)로부터 제거하고, 강관 튜브(200)의 후단부를 코킹(200a)한 후에 강관 보강 그라우팅 장치(400)를 이용하여 강관 튜브(200) 내부에 추가로 그라우팅 주입재(320g)를 주입 고결시키는 강관 튜브 내부 보강 단계(S400)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 방법. - 제5항에 있어서,
상기 강관 튜브(200)가 지반 내로 삽입될 때 발생하는 천공 슬라임(slime)은 상기 강관 추입 장치(150)와 상기 내부 분사관 드릴링 장치(140) 사이에 배치되는 슬라임 배출관(210)을 통하여 배출되고, 상기 강관 튜브(200)의 후단부에는 이러한 슬라임 배출이 원활하도록 간격재가 내부에 부착되는 것을 특징으로 하는 강관 튜브 직천공 방식의 수평 고압분사 터널 보강 그라우팅 방법.
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