KR101553599B1 - 폐관침하에 의한 싱크홀 방지 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐관침하에 의한 싱크홀 방지 공법에 관한 것으로, 도심 지중에 배관된 폐관의 위치를 확인하는 단계; 폐관의 위치가 확인되면, 충진할 지점을 선택하고, 충진할 지점을 굴착하여 충진관 삽입홀을 형성하는 단계; 충진관 삽입홀이 형성되면, 경사진 폐관의 위쪽 부분과 충진할 구간의 끝쪽에 폐색판을 설치하는 단계; 폐색판이 설치되면, 상기 충진관 삽입홀에 충진관을 삽입하고, 삽입된 충진관을 통해 충진재를 주입하는 단계;를 포함하되, 상기 충진재는 주성분인 백시멘트 100중량부에 대하여, 0.1-1.2mm의 입도를 갖는 크리스토발라이트 분말과 크레졸 노볼락형 에폭시수지가 4:1의 중량비로 혼합된 혼합물 40중량%를 톨루엔 60중량%에 넣고 교반하여 얻은 혼합액 15-25중량부, 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 쏠레아이트 현무암 분말 5-10중량부, 6-7mm의 길이로 잘린 탄소섬유가 함유된 폴리프로필렌수지 10-15중량부, 라우릴황산나트륨 15-30중량부, 메타카올린 50-70중량부, BA(buthyl acrylate) 5-10중량부, 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트(Ethyl Trimethylbenzoyl Phenylphosphinate) 10-15중량부 및 라텍스 에멀젼 25-35중량부로 조성된 것을 특징으로 하는 폐관침하에 의한 싱크홀 방지 공법을 제공한다.

Description

폐관침하에 의한 싱크홀 방지 공법{Sink holes prevention methods by closing settlement}

본 발명은 폐관침하에 의한 싱크홀 방지 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도시 지반 침하로 인한 싱크홀의 원인이 되는 노후된 폐관 내부를 충진재로 충진하여 지반 침하가 발생하지 않도록 하면서 장수명화를 달성하는 내구성을 갖도록 한 폐관침하에 의한 싱크홀 방지 공법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 도심 지중에는 무수히 많은 배관들이 매설되어 있다.

이러한 배관들은 통신선이 배선되는 통신관을 비롯하여 상,하수관, 가스관, 공업용수관, 각종 플랜트배관용 관, 기타 특수배관용 관 등 다양한 종류와 재질로 이루어져 있다.

그런데, 이들 지중 배관들이 노후화되어 사용하지 않을 경우에는 노후화된 폐관을 철거하거나 혹은 그 내부를 충진한 채 방치하게 되는데, 철거할 경우 비용이 많이 들기 때문에 주로 충진재로 충진한 후 방치하는 경우가 더 많다.

반면에, 충진하지 않은 채 그대로 방치할 경우에는 폐관이 무너져 내리면서 지반 침하를 초래하고, 이로 인해 도심 싱크홀이 발생되는 주요 원인이 되기도 한다.

도심 싱크홀은 최근 크게 이슈화되면서 인명상해, 차량 파손 등 심각한 사회 문제로 대두되고 있다.

또한, 충진재로 충진할 경우에도 비용절감 차원에서 유동성이 나쁜 충진재를 채울 경우 제대로 충진되지 못하여 폐관 무너짐 현상이 국부적으로 발생하면서 여전히 싱크홀의 문제를 야기시키며, 잘 채운 경우라도 내구성이 약할 경우 오래 버티지 못하고 무너지는 현상이 발생되므로 이에 대한 기술 개발이 절실한 실정이다.

관련 선행기술로는, 등록특허 제0565866호(2006.03.23), '폐구조물 내부공동 충진시스템 및 이를 이용한 충진공법', 등록특허 제1146339호(2012.05.08), '무다짐 무진동 기능성 유동화 채움재' 등이 개시되어 있다.

하지만, 전자의 경우에는 폐광산이나 채굴광산 등 주로 동굴형태로서 볼륨이 큰 것을 대상으로 하고 있어 도심 폐관 채움과 상당히 거리가 있고, 후자는 굴착 공사시 지반 침하를 막기 위한 것으로서 본 발명과 밀접한 관련성이 없다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 도시 지반 침하로 인한 싱크홀의 원인이 되는 노후된 폐관 내부를 채우기 적당하면서도 흐름성(유동성)과 내구성이 우수한 충진재로 충진하여 지반 침하가 발생하지 않도록 하여 도심 싱크홀 발생을 미연에 차단할 수 있는 폐관침하에 의한 싱크홀 방지 공법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 도심 지중에 배관된 폐관의 위치를 확인하는 단계; 폐관의 위치가 확인되면, 충진할 지점을 선택하고, 충진할 지점을 굴착하여 충진관 삽입홀을 형성하는 단계; 충진관 삽입홀이 형성되면, 경사진 폐관의 위쪽 부분과 충진할 구간의 끝쪽에 폐색판을 설치하는 단계; 폐색판이 설치되면, 상기 충진관 삽입홀에 충진관을 삽입하고, 삽입된 충진관을 통해 충진재를 주입하는 단계;를 포함하되, 상기 충진재는 주성분인 백시멘트 100중량부에 대하여, 0.1-1.2mm의 입도를 갖는 크리스토발라이트 분말과 크레졸 노볼락형 에폭시수지가 4:1의 중량비로 혼합된 혼합물 40중량%를 톨루엔 60중량%에 넣고 교반하여 얻은 혼합액 15-25중량부, 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 쏠레아이트 현무암 분말 5-10중량부, 6-7mm의 길이로 잘린 탄소섬유가 함유된 폴리프로필렌수지 10-15중량부, 라우릴황산나트륨 15-30중량부, 메타카올린 50-70중량부, BA(buthyl acrylate) 5-10중량부, 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트(Ethyl Trimethylbenzoyl Phenylphosphinate) 10-15중량부 및 라텍스 에멀젼 25-35중량부로 조성된 것을 특징으로 하는 폐관침하에 의한 싱크홀 방지 공법을 제공한다.

이때, 상기 충진재 100중량부에 대해 사이클로덱스트린을 8-12중량부 더 첨가할 수 있다.

본 발명에 따르면, 도심 지중에 매설된 폐관에 채워지는 충진재의 흐름성이 좋아 충진효율을 높이면서 내구성도 우수하여 폐관이 무너지지 않도록 반영구적인 고화상태를 유지하므로 도심 싱크홀 발생을 예방하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐관침하에 의한 싱크홀 방지 공법을 설명하기 위한 예시적인 단면도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명자는 연약지반 보강채움재 등에 적합한 '급결성이 우수한 경량기포콘크리트 제조방법'을 연구완성하여 등록특허 제1392433호(2014.04.29)로 특허받은 바 있다.

이에, 상기 개발기술을 본 발명에 적용하려고 하였으나, 상기 등록특허는 급결성을 갖고 있기 때문에 본 발명과 같이 도심 지중에 매설된 폐관에 경량기포콘크리트를 충진했을 때 폐관 전체에 채우기도 전에 경화되어 버려 채움상태가 불량하므로 국부적으로 동공이 생길 수 있고 이는 곧, 내구성을 떨어뜨려 국부적으로 무너지면서 싱크홀을 발생시킬 우려가 높다.

때문에, 기술적으로 개량할 필요성이 있었으며, 기본적인 성분은 상기 등록특허를 기반으로 충진재를 개발하였다.

본 발명에 따른 폐관침하에 의한 싱크홀 방지 공법은 상기 충진재를 포함하며 다음과 같이 수행된다.

먼저, 도 1의 도시와 같이, 도심 지중(10)에 배관된 폐관(P)의 위치를 확인하는 단계가 수행된다.

이때, 상기 폐관(P)의 위치는 도심 배관도를 참고하여 확인할 수도 있는데, 배관도를 확보한 다음 배관도에 나타난 도심 지역에서 해당 위치를 직접 탐사하고, 맨홀이 있는 경우에는 맨홀을 통해 실사하며, 맨홀이 없는 경우에는 굴착하여 실사하는 형태로 이루어짐이 바람직하다.

이렇게 하여, 폐관(P)의 위치가 확인되면, 충진할 지점을 선택하고, 충진할 지점을 굴착하여 충진관 삽입홀(20)을 형성하는 단계가 수행된다.

상기 충진관 삽입홀(20) 형성단계는 지면으로부터 폐관(P)까지 굴착하고, 폐관(P)의 일부를 절개하는 것까지를 포함한다.

상기 단계를 통해 충진관 삽입홀(20)이 형성되면, 이어 폐색판(30)을 설치하는 단계가 수행된다.

이 경우, 대부분의 폐관(P)은 배수를 위해 일측으로 경사져 배관되어 있기 때문에 경사진 위쪽 부분에 상기 폐색판(30)을 설치하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 폐색판(30)은 후술되는 충진재(50)가 경사를 따라 잘 흘러가되 반대쪽으로 역류되지 못하도록 차단하는 판이기 때문에 최대한 경사도가 높은 쪽에 설치되어야 한다.

이어, 충진관(40)을 상기 충진관 삽입홀(20)에 삽입한 다음 충진재(50)를 주입하는 단계가 수행된다.

그러면, 상기 충진재(50)가 폐관(P)을 따라 흘러가면서 폐관(P) 내부에 채워지고, 일정시간이 경과하면 경화되면서 고화되어 폐관(P)이 무너지지 않도록 지지하게 된다.

여기에서, 상기 폐색판(30)은 도시상 한 쪽에만 나타내었으나, 충진구간을 정해 일정 구간씩 충진하는 것이 바람직하므로 구간별로 설치 운용될 수 있음은 물론이다.

이 경우에는 당연히 폐색판(30)이 설치될 구간상에 굴착 후 폐색판(30)을 설치해야 한다. 즉, 충진관 삽입홀(20)을 삽입하기 위한 굴착 뿐만 아니라, 그 반대편에서 막음 기능을 하는, 다시 말해 구간내 경사진 하측에도 굴착을 통해 폐색판(30)을 삽입 설치해야 하는 것은 당연하다 하겠다.

아울러, 상기 충진재(50)는 다음과 같이 조성된다.

즉, 상기 충진재(50)는 주성분인 백시멘트 100중량부에 대하여, 0.1-1.2mm의 입도를 갖는 크리스토발라이트 분말과 크레졸 노볼락형 에폭시수지가 4:1의 중량비로 혼합된 혼합액 15-25중량부, 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 쏠레아이트 현무암 분말 5-10중량부, 6-7mm의 길이로 잘린 탄소섬유가 함유된 폴리프로필렌수지 10-15중량부, 라우릴황산나트륨 15-30중량부, 메타카올린 50-70중량부, BA(buthyl acrylate) 5-10중량부, 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트(Ethyl Trimethylbenzoyl Phenylphosphinate) 10-15중량부 및 라텍스 에멀젼 25-35중량부를 포함하여 구성된다.

이때, 0.1-1.2mm의 입도를 갖는 크리스토발라이트 분말과 크레졸 노볼락형 에폭시수지가 4:1의 중량비로 혼합된 혼합액은 지열에 대한 내열성과 탄성을 유지시켜 내구성을 증대시키기 위해 첨가된다.

이때, 상기 크리스토발라이트 분말은 공극을 유지하며, 석영성분을 포함하고 있어 콘크리트의 중성화 억제 효과도 가지며, 상기 크레졸 노볼락형 에폭시수지는 상기 크리스토발라이트 분말의 공극 사이로 침투하여 이들을 바인딩시킴으로써 내열성 증대와 동시에 탄성유지 기능을 동시에 만족시키게 된다.

이를 위해, 상기 크리스토발라이트 분말과 크레졸 노볼락형 에폭시수지가 4:1의 중량비로 혼합된 혼합물 40중량%를 용제인 톨루엔 60중량%에 붓고 잘 저어 혼합액을 이루도록 구성한다.

본 발명에서는 크레졸 노볼락형 에폭시수지가 유성이므로 반드시 용제인 톨루엔을 사용해야 하므로 후술되는 다른 성분들에 비해 먼저 혼합액을 만들어 두어야 한다.

그리고, 이렇게 혼합된 혼합액을 15중량부 미만으로 첨가하게 되면 내열성 및 탄성유지 기능이 떨어지고, 25중량부를 초과하면 강도를 떨어뜨리기 때문에 상기 범위로 한정되어야 한다.

아울러, 상기 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 쏠레아이트 현무암 분말은 과도한 알카리화를 막으면서 중성화를 억제하기 위해 첨가되는 것으로, 알카리 현무암 분말과 2:1의 중량비로 혼합하여 사용하면 더욱 좋다.

이러한 쏠레아이트 현무암 분말 또는 혼합물을 5중량부 미만으로 첨가하면 콘크리트의 중성화를 억제할 수 없어 내구성을 떨어뜨리고, 10중량부를 초과하게 되면 과도한 알카리화를 초래하므로 상기 범위로 한정하여야 한다.

그리고, 상기 6-7mm의 길이로 잘린 탄소섬유가 함유된 폴리프로필렌수지는 흐름성을 증대시켜 충진성을 좋게 함과 동시에 연성은 증대시키고 파단성은 억제하여 크랙 발생억제 및 내구성 향상을 위해 첨가된다.

따라서, 상기 폴리프로필렌수지는 10-15중량부의 범위로 첨가되어야 하는데, 10중량부 미만으로 첨가되면 기대효과를 얻을 수 없고, 15중량부를 초과하면 경화를 저해하기 때문에 상기 범위로 한정되어야 한다.

또한, 상기 라우릴황산나트륨은 기포제로서, 일종의 계면활성제이며 계면의 장력을 저하시켜 발포성은 높이는 작용을 한다.

본 발명에서는 특히, 유성인 크리스토발라이트 분말과 크레졸 노볼락형 에폭시수지 및 톨루엔 혼합액의 혼화성을 증대시키면서 라텍스 에멀젼과 함께 에멀젼화, 즉 유화성을 증대시키기 위해 첨가된다.

때문에, 15중량부 미만으로 첨가되면 유동성이 떨어지고, 30중량부를 초과하면 백시멘트의 경화를 어렵게 하므로 상기 범위로 한정되어야 한다.

그리고, 상기 메타카올린(MetaKaolin)은 시멘트 입자와 세골재 등의 보수 보강재 사이의 공극을 메워 경화체가 치밀한 조직을 가질 수 있도록 하기 위해 첨가되는데, 시멘트의 수화반응에 의해 생성되는 수산화칼슘을 규산칼슘 수화물로 전이시켜 보강재와의 부착력을 증가시켜 고강도 발현이 가능하게 한다.

뿐만 아니라, 경화체 내부조직을 치밀하게 함으로써 투수성이나 흡수성을 감소시켜 중성화, 동결융해 등에 대한 저항성을 증대시키므로 내구성을 향상시킨다.

아울러, 상기 메타카올린은 단기적으로 에트링가이트(Ettringite)의 생성과 시멘트 중의 C₃S의 활성화로 초기강도를 증대시키며, 중장기적으로는 수산화칼슘과의 반응으로 내구성과 압축강도를 향상시킨다.

이와 같은 메타카올린은 본 발명에서 50-70중량부로 한정하여 첨가되어야 하는데, 만약 50중량부 미만으로 첨가되게 되면 콘트리트 충진시 유동성을 많이 떨어뜨려 미충진 상황을 유발할 수 있으며, 70중량부를 초과하게 되면 유동성이 급격히 증대되어 경화를 어렵게 하므로 상기 범위로 한정해야 한다.

또한, 상기 BA는 부드러운 성질의 고분자 합성에 이용되며, 도료, 접착제 등으로 활용되는 수지로서, 본 발명에서는 크랙 방지를 위해 첨가되며, 5중량부 미만으로 첨가되면 크랙이 생겨나고, 10중량부를 초과하여 첨가되면 태키 발생이 심해지므로 성형성 및 가공성을 떨어뜨리므로 상기 범위로 첨가되어야 한다.

그리고, 상기 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트는 보통 변색방지제로 사용되지만, 본 발명에서는 염기성 가수분해를 억제하기 위해 첨가된다.

때문에, 상기 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트 10중량부 미만으로 첨가되면 가수분해 억제력이 떨어져 크랙 발생을 차단하지 못하고, 15중량부를 초과하면서 흐름성을 떨어뜨리고 초기 강도를 약화시키므로 상기 범위로 한정하여야 한다.

마지막으로, 라텍스 에멀젼은 통상 백시멘트의 개질제(改質劑)로 사용되지만, 본 발명에서는 라우릴황산나트륨과 함께 에멀젼화를 촉진하기 위해 첨가된다.

상기 라텍스 에멀젼은 상온에서 약 0.00124cm/sec의 속도로 운동하는 것으로 알려져 있어 투수 후 보수성을 유지하는 중요한 역할도 담당하게 된다.

즉, 백시멘트와 현무암 분말 사이의 공극에서 투수되고 잔류된 수분이 표면장력에 의해 진동하면서 붙어 있도록 하여 보수성을 오래동안 유지할 수 있도록 하여 준다.

이때, 상기 라텍스 에멀젼을 25중량부 미만으로 첨가하면 에멀젼화가 미약하고, 35중량부를 초과하게 되면 보수성이 저하되므로 상기 범위로 한정하여야 한다.

덧붙여, 상기 충진재(50)에는 충진재(50) 100중량부에 대해 사이클로덱스트린을 8-12중량부 더 첨가할 수 있는데, 상기 사이클로덱스트린은 구형상의 팽창력을 가진 물질로, 폐관(P)에 충진된 후 일정시간이 경과하면 부피 팽창하면서 탄성을 지닌 충진재를 미세하게 부풀게 해 폐관(P) 내부에 조밀하게 채워지게 함으로서 조직을 치밀하게 하고, 밀착성을 증대시키며, 바인딩 기능을 강화시키도록 작용한다.

[실시예]

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

이와 같은 조성으로 된 충진재의 충진상태를 확인하기 위해 다음과 같이 실험하였다.

직경 10cm, 길이 7m 짜리 금속관 2개를 준비한 다음, 본 발명에 따른 충전재를 상술한 방법으로 충전하되, 이때 금속관의 경사각은 8°로 유지하였다.

또한, 충진관은 상기 금속관에 수직하게 연결하여 배관하고, 금속관의 경사진 하단과 상단은 각각 폐색판으로 막음한 다음 충진하였고, 충진 후 10일 경과 시점에서 길이 중간을 3m 절단한 후 절단된 관을 직경방향으로 절개하여 충진재의 내부 충진상태를 확인하였다.

이때, 본 발명에 따른 충진재는 주성분인 백시멘트 100중량부에 대하여, 0.1-1.2mm의 입도를 갖는 크리스토발라이트 분말과 크레졸 노볼락형 에폭시수지가 4:1의 중량비로 혼합된 혼합액 20중량부, 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 쏠레아이트 현무암 분말 7중량부, 6-7mm의 길이로 잘린 탄소섬유가 함유된 폴리프로필렌수지 12중량부, 라우릴황산나트륨 20중량부, 메타카올린 60중량부, BA(buthyl acrylate) 8중량부, 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트(Ethyl Trimethylbenzoyl Phenylphosphinate) 13중량부 및 라텍스 에멀젼 30중량부로 조성하였고, 두 개의 금속관중 제1금속관에 충진하였으며; 비교를 위해 다른 금속관인 제2금속관에 동일하게 충진되는 비교충진재는 기존 경량 기포콘크리트 몰탈을 사용하였다.

시험결과, 본 발명에 따른 충진재가 충진된 제1금속관에서는 충진불량이 확인되지 않았으며, 빈 공간이 없었고, 충진에 걸린 시간은 35분이었다.

이에 반해, 비교충진재가 충진된 제2금속관에서는 부분적으로 기포 형상의 미충진부위가 23군데 발견되었으며, 충진에 걸린 시간은 1시간 6분이었다.

또한, 경화된 충진재를 꺼내어 60kg중의 하중으로 5초 간격을 두고 10회 타격하여 크랙발생여부를 확인하였는데, 제1금속관에서 꺼낸 본 발명에 따른 충진재는 크랙이 확인되지 않았지만, 제2금속관에서 꺼낸 비교충진재는 5군데에서 크랙이 눈에 보일 정도로 선명하게 확인되었고, 타격이 가해진 부분은 일부 탈락되어 떨어져 나가면서 홈이 패였다.

이를 통해, 본 발명에 따른 충진재는 유동성이 우수하여 충진효율이 높고, 내구성도 높은 것으로 확인되었으며, 도심 지반 싱크홀 방지용 폐관 충진재로 적당한 것으로 확인되었다.

10:지중 20:충진재 삽입홀
30:폐색판 40:충진관
50:충진재

Claims (2)

1. 도심 지중에 배관된 폐관의 위치를 확인하는 단계;
   폐관의 위치가 확인되면, 충진할 지점을 선택하고, 충진할 지점을 굴착하여 충진관 삽입홀을 형성하는 단계;
   충진관 삽입홀이 형성되면, 경사진 폐관의 위쪽 부분과 충진할 구간의 끝쪽에 폐색판을 설치하는 단계;
   폐색판이 설치되면, 상기 충진관 삽입홀에 충진관을 삽입하고, 삽입된 충진관을 통해 충진재를 주입하는 단계;를 포함하되,
   상기 충진재는 주성분인 백시멘트 100중량부에 대하여, 0.1-1.2mm의 입도를 갖는 크리스토발라이트 분말과 크레졸 노볼락형 에폭시수지가 4:1의 중량비로 혼합된 혼합물 40중량%를 톨루엔 60중량%에 넣고 교반하여 얻은 혼합액 15-25중량부, 0.1-0.2mm의 입도를 갖는 쏠레아이트 현무암 분말 5-10중량부, 6-7mm의 길이로 잘린 탄소섬유가 함유된 폴리프로필렌수지 10-15중량부, 라우릴황산나트륨 15-30중량부, 메타카올린 50-70중량부, BA(buthyl acrylate) 5-10중량부, 에틸트라이메틸벤조일페닐포스피네이트(Ethyl Trimethylbenzoyl Phenylphosphinate) 10-15중량부 및 라텍스 에멀젼 25-35중량부로 조성된 것을 특징으로 하는 폐관침하에 의한 싱크홀 방지 공법.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 충진재 100중량부에 대해 사이클로덱스트린을 8-12중량부 더 첨가한 것을 특징으로 하는 폐관침하에 의한 싱크홀 방지 공법.

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