KR101474491B1

KR101474491B1 - 워터 젯을 이용한 강관 압입 공법

Info

Publication number: KR101474491B1
Application number: KR1020130054243A
Authority: KR
Inventors: 안종은
Original assignee: 경일건설(주)
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2014-12-22
Also published as: KR20140134422A

Abstract

본 발명은 워터 젯을 이용한 강관 압입 공법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예는, 추진될 선도 강관을 정렬하고 추진 장치와 제어부를 준비하는 준비 단계; 상기 준비 단계를 완료 후 선도 강관을 전진 압입시키는 압입 단계; 상기 압입 단계를 완료 후 선도 강관이 설정된 경로를 따라 이동할 때 상기 강관의 내부로 유입되는 토사의 압력을 여러 위치에서 체크하며 초기 기준 압력을 설정하는 기준 압력체크 단계; 상기 기준 압력체크 단계를 완료 후 선도 강관을 전진 압입시킬 때 유입되는 토사량에 의한 압력을 여러 위치에서 체크하며 압력이 변화하는지의 여부를 체크하는 압력변화 체크 단계; 상기 압력변화 체크 단계를 완료 후 상기 선도 강관의 내부로 유입되는 토사량에 의한 압력이 설정된 기준 압력보다 높을 경우 상기 추진 장치의 동작을 일시적으로 정지시키는 동작 정지 단계; 상기 동작 정지 단계를 완료 후 설정된 기준 압력보다 체크된 부분의 압력이 높을 경우 체크된 부분을 향하여 워터 젯을 이용하여 고압의 물을 설정된 시간 동안 분사하는 워터 젯 가동 단계; 및 상기 워터 젯 가동 단계를 완료 후 상기 추진 장치를 이용하여 선도 강관을 재 전진 시키는 전진 단계로 이루어지는 워터 젯을 이용한 강관 압입 공법을 제공한다.

Description

워터 젯을 이용한 강관 압입 공법{pipe jacking constrution method using water jet }

본 발명은 워터 젯을 이용한 강관 압입 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 강관 압입 공법을 개선하고 세미 실드 공법의 장점을 살려 선도 강관을 추진시 선단에 위치한 선도 강관의 추진력을 향상시킴은 물론, 선도 강관이 추진하던 중 암반이나 각종 지중의 장애물에 부딪힐 경우 부딪힌 장애물에 의해 변화된 압력을 감지하고 특히 압력 변화가 가장 큰 부분에 워터 젯을 이용하여 집중적으로 물을 분사하여 장애물을 제거 후 추진을 진행하는 워터 젯을 이용한 강관 압입 공법에 관한 것이다.

일반적으로 강관 추진 압입 공법은 관로가 횡단해야 할 양측 지점에 지하로 일정깊이 내려간 추진기지와 도달기지를 구축한 후, 추진기지의 내부에 압입 추진장치를 설치하고, 그 추진장치를 이용해 강관이 도달기지에 도착할 때까지 강제로 밀어 넣는 시공법이다.

이와 같은 강관(또는 철근 콘크리트 추진관, 레진 콘크리트 추진관) 추진 압입 공법은 도로·철도·하천·기타 장애물 등의 변형 없이 비개착식으로 지하에 각종 관로공사를 수행할 수 있게 된다.

그러나, 위와 같은 강관 추진 압입 공법은 지중에 강관을 강제적으로 밀어서 압입하는 공법이므로 지중과의 저항에 의해 그 작업 속도가 저하되는 문제점이 있었다.

또 추진 작업중 지하 장애물이나 암반층을 만날 경우 강관에 짓눌리는 힘이 작용하여 선도 강관의 선단부가 타원형으로 일그러지거나 파손되는 일이 발생될 우려가 있다.

이럴 경우 추진 강관의 직진 방향성을 상실하게 될 뿐만 아니라, 더 이상 강관 추진이 불가능하게 되어서 공사 진행에 막대한 지장을 초래하게 된다.

상기한 제반 문제점은, 강관을 추진기지에서 강제적으로 밀기만 하는 방식으로 추진하므로 선도 강관이 맞닿는 지중의 상태나 상황을 판단하지 못한 채 추진 기지에서 강제적으로 강관을 밀어서 작업을 진행해왔던 시공 방법에 대한 문제점에 기인한다.

물론, 선단에서 헤드 커터가 회전하며 굴진하는 세미 실드 공법이 제안되고 있지만, 이는 작업시 굴진 속도가 빠르다는 장점이 있는 반면, 큰 비용이 소요된다는 단점이 있다.

그러나 무엇보다 강관 압입 공법과 세미 실드 공법은 그 공법을 서로 호환하거나 무조건 대체할 수 있는 것이 아니라 각 공법은 나름 대로의 특성, 즉, 작업공법의 적합성 여부, 지리적 특성과 환경, 지질 층 등을 고려하여 선택적으로 적용되는 공법이라 추진 속도가 빠르다는 장점은 있지만 서로 호환할 수 없는 공법이라는 문제점이 있었다.

KR10-0508018 10

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제, 즉, 본 발명의 목적은, 강관 압입 공법을 개선하고 세미 실드 공법의 장점을 감안하여 강관을 추진할 때 각 관체의 선단 면과 맞닿는 부분에 워터 젯을 이용하여 고압, 고속의 물을 분사하여 강관 압입을 용이하게 할 뿐만 아니라 압입 속도를 향상시키는 워터 젯을 이용한 강관 압입 공법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 강관 압입 공법을 개선하여 강관을 추진시 선단에 위치한 선도 강관이 암반 등 지중의 장애물에 부딪힐 경우 부딪힌 장애물에 의해 변화된 압력을 감지하여 추진을 일시적으로 중단시킬 수 있는 워터 젯을 이용한 강관 압입 공법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 강관을 추진시 선단에 위치한 선도 강관이 암반 등 지중의 장애물에 부딪힐 경우 부딪힌 장애물에 의해 변화된 압력을 감지하고 특히 압력 변화가 가장 큰 부분에 집중적으로 물을 분사하여 장애물을 제거 후 추진을 진행하는 워터 젯을 이용한 강관 압입 공법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 발명의 실시 예는, 추진될 선도 강관을 정렬하고 추진 장치와 제어부를 준비하는 준비 단계; 상기 준비 단계를 완료 후 선도 강관을 전진 압입시키는 압입 단계; 상기 압입 단계를 완료 후 선도 강관이 설정된 경로를 따라 이동할 때 상기 강관의 내부로 유입되는 토사의 압력을 여러 위치에서 체크하며 초기 기준 압력을 설정하는 기준 압력체크 단계; 상기 기준 압력체크 단계를 완료 후 선도 강관을 전진 압입시킬 때 유입되는 토사량에 의한 압력을 여러 위치에서 체크하며 압력이 변화하는지의 여부를 체크하는 압력변화 체크 단계; 상기 압력변화 체크 단계를 완료 후 상기 선도 강관의 내부로 유입되는 토사량에 의한 압력이 설정된 기준 압력보다 높을 경우 상기 추진 장치의 동작을 일시적으로 정지시키는 동작 정지 단계; 상기 동작 정지 단계를 완료 후 설정된 기준 압력보다 체크된 부분의 압력이 높을 경우 체크된 부분을 향하여 워터 젯을 이용하여 고압의 물을 설정된 시간 동안 분사하는 워터 젯 가동 단계; 및 상기 워터 젯 가동 단계를 완료 후 상기 추진 장치를 이용하여 선도 강관을 재 전진 시키는 전진 단계로 이루어지는 워터 젯을 이용한 강관 압입 공법을 제공한다.

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상기와 같은 구성의 본 발명은 다음과 같은 효과를 가져온다.

첫째, 강관 압입 공법을 개선하고 세미 실드 공법의 장점을 살려 강관을 추진할 때 각 관체의 선단 면과 맞닿는 부분에 워터 젯을 이용하여 고압, 고속의 물을 분사하여 강관 압입을 용이하게 할 뿐만 아니라 압입 속도를 향상시키는 효과가 있다.

둘째, 강관 압입 공법을 개선하고 세미 실드 공법의 장점을 살려 강관을 추진시 선단에 위치한 선도 강관이 암이나 지중의 장애물에 부딪힐 경우 부딪힌 장애물에 의해 변화된 압력을 감지하여 추진을 일시적으로 중단시킴으로써 선도 강관이 파손되거나 손상되는 것을 방지하는 효과가 있다.

셋째, 강관(철근 콘크리트 추진관 또는 레진 콘크리트 추진관)을 추진시 선단에 위치한 선도 강관이 암반 등 지중의 장애물에 부딪힐 경우 부딪힌 장애물에 의해 변화된 압력을 감지하고 특히 압력 변화가 가장 큰 부분에 집중적으로 워터 젯을 이용하여 고압, 고속의 물을 분사하여 장애물을 제거 후 추진을 진행하므로 작업성을 향상시키는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시 예의 워터 젯을 이용한 강관 압입 공법의 플로우 챠트
도 2는 본 발명에 따른 제1 실시 예의 워터 젯을 이용한 강관 압입 동작을 보인 예시도
도 3은 본 발명에 따른 제2 실시 예의 워터 젯을 이용한 강관 압입 공법의 플로우 챠트
도 4는 본 발명에 따른 제2 실시 예의 워터 젯을 이용한 강관 압입 동작을 보인 예시도

이하에서는 상기의 목적을 달성하는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 워터 젯을 이용한 강관 압입 동작을 보인 플로우 챠트와 예시도이며, 도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 워터 젯을 이용한 강관 압입 동작을 보인 플로우 챠트와 예시도이다.

설명의 편의를 위해 본 발명에 따른 제1,2 실시 예의 각 단계별 설명을 본 발명의 공정에 따른 단계별 동작 설명과 함께한다.

정렬 단계

내주면 전방에 일정한 간격을 두고 워터 젯(40)이 배열되며 최전방에서 추진되는 선도 강관(P)의 위치를 정렬한다.

상기 선도 강관(P)은 다수의 강관을 강제적으로 압입하기 위해 최 선단에서 굴착하는 기능을 한다.

물론, 선도 강관(P)은 금속 강관에 한정하지 않고 상술했던 바와 같이 철근 콘크리트 추진관, 레진 콘크리트 추진관 모두 적용될 수 있는데 설명의 편의를 위해 금속으로 제작된 선도 강관(P)에 대하여 한정하여 설명한다.

상기와 같이 다양하게 제작된 선도 강관(P)의 내측에는 다수의 워터 젯(40)이 일정한 간격을 두고 배치되어 있다.

제1,2 준비 단계

상기와 같이 정렬단계를 완료 후 선도 강관을 밀어서 추진시키기 위한 추진 장치(10)와 그 추진 장치(10)를 제어하기 위한 제어부(20)를 준비한다.

상기 제어부(10)는 본 발명에 따른 강관 압입 공법을 실행하기 위한 프로그램이 이미 셋팅된 상태일 것이고, 상기 추진 장치(10)와 인접하거나 추진 장치(10)에 별도의 콘트롤 박스를 설치하여 제어부(20)의 기능을 대신할 수 있지만 상기 제어부(20)를 별도의 지휘소에 설치하여 추진 장치(10)의 동작을 원격으로 제어할 수도 있다.

또한, 상기 추진 장치(10)는 유압, 전력에 의해 구동되며 지금까지 제안 및 사용되고 있는 일반적인 추진장치를 강관의 내경에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

압입 단계

상기 제1,2 준비 단계를 완료 후 상기 워터 젯(40)을 이용하여 도 2와 같이 고압의 물을 설정된 시간 동안 상기 선도 강관의 전방 테두리 면과 맞닿는 토양 측을 향하여 분사시키며 선도 강관(P)을 전진 압입시킨다.

또 상기와 같이 선도 강관(P)을 압입하는 과정 중 선도 강관(P)의 내부로 유입되는 토사는 도면 표현을 생략한 배토 장치에 의해 강제적으로 펌핑된 후 외부로 배토되는데 이 역시 일반적으로 알려지고 또 사용해왔던 배토 방법과 크게 다를 바 없다.

다만, 본 발명에 따른 제1 실시 예에서의 특징은 선도 강관(P)을 압입할 때 종래와 같이 단순 압입하지 않고 선도 강관(P)의 선단 면에서 조금 떨어진 전방을 향해 워터 젯으로부터 고압, 고속의 물을 분사하여 선도 강관(P)의 추진 속도를 향상시킨다는 점이다.

이어서 제2 실시 예의 공정에 따른 단계별 동작 설명을 한다.

준비 단계

지중에 추진될 선도 강관(P)을 정렬하고 추진 장치(10)와 제어부(20)를 준비한다.

압입 단계

상기와 같이 선도 강관(P)의 전진 준비가 완료되면 상기 추진 장치(10)를 동작시켜 선도 강관(P)을 강제적으로 압입하는데 이 동작은 일반적으로 알려지고 또 사용하는 강관 압입 공법과 대동소이하다.

또한, 상기한 제2 실시 예의 압입 단계까지의 동작은 상기한 제1 실시 예와는 워터 젯을 사용하지 않는다는 점에서 상이하고, 일반적인 강관 압입 공법과는 대동소이하다.

기준 압력 체크 단계

상기와 같이 선도 강관(P)이 전진하면 중공체인 선도 강관(P)의 내부로 흙이 유입되고 유입되는 흙에 의해 선도 강관(P)의 내부에는 흙이 채워지며 유입되는 토사 량에 의해 내부 압이 발생할 것이다.

상기와 같이 선도 강관(P)의 내부로 유입되는 토사에 의해 선도 강관(P)의 내부에서 토사에 의한 압력이 발생하면 선도 강관(P)의 내부 전방에 원주 방향으로 배치된 다수의 감지부(30)가 유입되는 토사의 압력을 부분별로 체크한다.

좀 더 상세하게는, 상기 선도 강관(P)의 내부에는 같은 간격을 두고 12시, 3시, 6시, 9시 방향으로 감지부(30)가 설치되어 각 시간 방향으로 유입되는 토사의 압력을 체크하게 된다.

물론, 이때 사용되는 감지부(30)는 압력을 감지하기 위한 압력 감지 센서이며 감지부(30)에서 감지된 내부 압력은 상기 제어부(20)로 송신된다.

이와 같은 압력 체크는 상기 추진 장치(10)의 동작에 의해 선도 강관(P)이 일정거리 이동할 때 선도 강관(P)의 내부로 유입되는 각 방향, 즉, 12시, 3시, 6시, 9시 각 방향별로 유입되는 토사 압력을 체크한다.

압력변화 체크 단계

상기와 같이 기준 압력 체크가 완료되면 본격적인 선도 강관(P)을 압입 하는 공정을 진행한다.

상기와 같이 선도 강관(P)을 강제적으로 압입 전진시킬 때 예를 들어 암반 등 지중 장애물을 만날 수 있다.

상기와 같이 지중 장애물이 선도 강관(P)의 3시 방향에서 부딪혔을 경우 선도 강관(P)은 3시 방향의 전진은 다소 지연되며 3시 방향을 중심으로 틀어지려는 저항이 발생한다.

따라서, 이때에는 선도 강관(P)의 내부로 유입되는 토사 량은 12시, 6시, 9시 방향으로 유입되는 토사 량이 3시 방향으로 유입되는 토사 량보다 많아지게 되고 그에 따라 12시, 6시, 9시 방향의 토사 압력이 3시 방향의 토사 압력보다 높아진다.

동작 정지 단계

상기와 같이 압력 변화 체크단계가 완료되면 상기 감지부(30)는 상기 제어부(20)로 상기 선도 강관(P)의 내부 압력에 변화가 생겼음을 송신한다.

따라서 상기 제어부(20)는 상기 감지부(20)에서 감지한 신호를 전달받고 상기 선도 강관(P)의 3시 방향에 지중 장애물이 있음을 인지하여 상기 추진 장치(10)의 동작을 정지시킨다.

상기와 같이 추진 장치(10)의 동작을 정지시킴으로써 선도 강관(P)이 지중 장애물과 접촉되며 특히 3시 방향 부근에서 휘어지거나 파손 또는 손상되는 것을 방지한다.

워터 젯 가동 단계

상기와 같이 추진 장치(10) 동작이 정지되면 상기 3시 방향 근방으로 워터 젯(40)을 분사하여 지중 장애물을 제거한다.

상기 워터 젯(40)은 각각의 상기 감지부(30)가 설치된 선도 강관(P)의 내주면에 감지부(30)와 인접되는 위치에 방향별로 고정 설치할 수 있지만 별도의 워터 젯(40)을 선도 강관(P)의 내부로 입입시키며 사용할 수도 있다.

그러나 바람직하게는 상기 워터 젯(40)을 각 감지부(30)와 인접하여 설치한 후 그 감지부(30)의 노즐을 선도 강관(P)의 선단 면보다 조금 더 멀리 떨어진 전방을 향하여 설치한 후 그 전방을 향해 물을 분사시켜 지중 장애물을 제거하도록 설치하는 것이 효과적이다.

더욱 바람직하게는 상기 워터 젯(40)은 상기 제어부(20)의 제어 동작에 의해 일정한 각도의 범위 내에서 반복하여 이동하며 물을 분사하도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 상술했던 바와 같이 선도 강관(P)의 3시 방향에서 지중 장애물이 발생되었을 경우 상기 워터 젯(40)의 노즐은 1시 방향에서 5시 방향까지 반복 이동하며 물을 분사하는 것이 효과적일 것이다.

또한 워터 젯(40)의 물 분사 동작은 상기 제어부(20)에 미리 프로그램된 설정된 시간 동안 진행할 것이다.

전진 단계

상기와 같이 워터 젯이 설정된 시간 동안 동작되며 지중 장애물을 제거하게 되면 상기 제어부(20)는 다시 상기 추진 장치(10)에 신호를 보내 추진 장치(10)가 동작하도록 명령을 한다.

따라서, 상기 추진 장치(10)는 상기의 동작을 반복하며 선도 강관(P)을 전진 압입시키게 된다.

물론, 상기와 같이 추진 장치가 전진 동작을 하던 중 상술했던 바와 같이 또 다른 지중 장애물과 만났을 경우 상기의 동작을 반복하여 진행한 후 지중 장애물을 제거하고 다시 전진 동작하게 된다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 ; 추진 장치 20 ; 제어부
30 ; 감지부 40 ; 워터 젯
P ; 선도 강관

Claims

추진될 선도 강관을 정렬하고 추진 장치와 제어부를 준비하는 준비 단계;
상기 준비 단계를 완료 후 선도 강관을 전진 압입시키는 압입 단계;
상기 압입 단계를 완료 후 선도 강관이 설정된 경로를 따라 이동할 때 상기 강관의 내부로 유입되는 토사의 압력을 여러 위치에서 체크하며 초기 기준 압력을 설정하는 기준 압력체크 단계;
상기 기준 압력체크 단계를 완료 후 선도 강관을 전진 압입시킬 때 유입되는 토사량에 의한 압력을 여러 위치에서 체크하며 압력이 변화하는지의 여부를 체크하는 압력변화 체크 단계;
상기 압력변화 체크 단계를 완료 후 상기 선도 강관의 내부로 유입되는 토사량에 의한 압력이 설정된 기준 압력보다 높을 경우 상기 추진 장치의 동작을 일시적으로 정지시키는 동작 정지 단계;
상기 동작 정지 단계를 완료 후 설정된 기준 압력보다 체크된 부분의 압력이 높을 경우 체크된 부분을 향하여 워터 젯을 이용하여 고압의 물을 설정된 시간 동안 분사하는 워터 젯 가동 단계; 및
상기 워터 젯 가동 단계를 완료 후 상기 추진 장치를 이용하여 선도 강관을 재 전진 시키는 전진 단계로 이루어지는 워터 젯을 이용한 강관 압입 공법.
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