KR101629187B1 - 수중 트렌치 시공 방법 - Google Patents

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Abstract

수중 트렌치 시공 방법이 개시되며, 상기 수중 트렌치 시공 방법은, (a) 트렌치 시공 예정 지점에 대응하여 바지선의 일측에 복수 개의 홀이 서로 일부 겹쳐지며 일렬로 연속적으로 형성되어 직선 띠 영역을 형성하는 가이드 구조체를 배치하는 단계; 및 (b) 굴착장비의 굴착부가 상기 복수 개의 홀 각각에 삽입되어 지반 굴착을 수행함으로써, 상기 직선 띠 영역에 대응하는 직선 띠 형상의 트렌치를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

수중 트렌치 시공 방법{CONSTRUCTION METHOD OF TRENCH UNDERWATER}
본원은 수중 트렌치 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하천 및 해저 면의 수중 지반에는 통신용 케이블, 전력선 등과 같은 각종 케이블 또는 송유관, 상수도관 등과 같은 각종 배관의 설치를 위한 트렌치를 형성하기 위해 1m 내지 5m 가량의 소정의 깊이 및 폭을 갖는 수중 굴착이 이루어질 수 있다.
이러한 수중 굴착은 통상적으로 수중에 배치되는 수중굴착장치, 잠수정에 구비된 굴착장비 등에 의해 이루어진다. 그런데, 이러한 종래의 수중 굴착은 수중굴착장치, 잠수정 등을 해저 지반 상으로 투하하여 작업이 이루어지고, 이를 위해 잠수부에 의한 작업을 요구하므로 비효율적이며 이에 따라 공사기간도 길어지며, 아울러 장비 제작(대여)비, 인건비 등에 상당한 비용이 소모되는 문제점이 있었다.
또한, 굴착 작업 중에 암반이 얕은 지반 심도에서 조기 출현하는 경우, 수중이라는 제한된 공간에서 암반을 파쇄하기 위해서는 암반 파쇄를 위한 장비가 투입되어야 하므로 추가적인 비용 및 시간이 소요될 수밖에 없었다.
또한, 수중굴착장치, 잠수정 등이 수중에서 작업을 수행하는바, 트렌치가 계획한 경로 및 규모에 따라 형성되고 있는지를 정확히 확인하기 위해서는 지상과의 교신이나 측량이 주기적으로 필요한 번거로움이 있었다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수중의 트렌치 시공에 있어서 시공 효율성 및 경제성을 확보할 수 있는 수중 트렌치 시공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 수중 트렌치 시공 방법은, (a) 트렌치 시공 예정 지점에 대응하여 바지선의 일측에 복수 개의 홀이 서로 일부 겹쳐지며 일렬로 연속적으로 형성되어 직선 띠 영역을 형성하는 가이드 구조체를 배치하는 단계; 및 (b) 굴착장비의 굴착부가 상기 복수 개의 홀 각각에 삽입되어 지반 굴착을 수행함으로써, 상기 직선 띠 영역에 대응하는 직선 띠 형상의 트렌치를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 본원의 제2 측면에 따른 가이드 구조체는, 수중 트렌치 시공에 사용되는 가이드 구조체로서, 복수 개의 홀이 서로 일부 겹쳐지며 연속적으로 형성되어 직선 띠 영역을 형성하는 가이드부를 포함하되, 상기 복수 개의 홀은 굴착장비의 굴착 구경에 대응하는 크기 및 형상을 가질 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 굴착장비의 굴착부가 직선 띠 영역을 형성하는 복수 개의 홀 각각에 삽입되어 지반 굴착을 수행함으로써 직선 띠 영역과 대응하는 트렌치를 형성할 수 있는바, 바지선 상에 배치되는 굴착장비를 이용하여 인건비 및 시간비용을 절감하면서 용이하게 트렌치 시공을 수행할 수 있다.
즉, 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 수상에 배치되는 가이드 구조체 및 육상에서 통상적으로 이용하는 PRD 굴착장비와 같은 중소형 굴착장비, 즉 상용 굴착장비를 이용하여, 수중 트렌치 시공이 가능해지는바, 수중 트렌치 시공의 정확성, 효율성, 및 경제성을 모두 향상시킬 수 있다. 또한, 굴착장비가 수중이 아닌 바지선(잭업바지) 상에 배치되어 가이드 구조체(1)를 이용해 굴착을 수행하는바, 잠수부, 잠수정 등을 이용함에 따른 작업시간 및 기상조건의 제약으로부터 자유로우며, 안정성을 확보할 수 있고, 공사기간을 단축시킬 수 있다.
특히, 굴착 시 트렌치가 형성되는 심도에 암반이 조기 출현하는 지반에 트렌치를 시공하더라도, PRD 굴착장비와 같이 육상에서 암반 파쇄 굴착시 흔히 사용하는 중소형 굴착장비를 이용하므로, 트렌치 형성을 위한 암반 파쇄가 별다른 제약 없이 원활하게 이루어질 수 있다.
또한, 바지선 상에 배치된 굴착장비가 수상에 배치되어 있는 가이드 구조체의 직선 띠 영역을 통해 정확히 가이드되며 트렌치를 굴착해 나가는바, 굴착장비의 굴착 수직도만 정확히 셋팅하면, 수중의 지반에서 트렌치가 시공되고 있는 위치(경로)가 가이드 구조체의 직선 띠 영역으로 연직 투영되므로, 계획한 경로를 따라 트렌치가 정확히 시공될 수 있으며, 그 확인 또한 수상에 노출되어 있는 가이드 구조체의 직선 띠 영역의 위치 확인을 통해 쉽게 이루어질 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 수상 트렌치 시공 방법의 순서도이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 직선 띠 형상의 트렌치를 형성하는 단계의 순서도이다.
도 3은 본원의 다른 구현예에 따른 직선 띠 형상의 트렌치를 형성하는 단계의 순서도이다.
도 4는 바지선에 장착된 본원의 일 실시예에 따른 가이드 구조체를 도시한 개략적인 사시도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 가이드 구조체가 장착된 바지선을 도시한 개략적인 평면도이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 수상 트렌치 시공 방법을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 7은 모래 채움부를 이용하여 직선 띠 형상의 트렌치를 형성하는 과정을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 8은 가이드 케이싱을 이용하여 본원의 일 구현예에 따른 직선 띠 형상의 트렌치를 형성하는 단계를 수행할 때의 지반의 상태 변화를 설명하기 위해 지반의 일부를 도시한 개략적인 개념도이다.
도 9는 모래 채움부를 이용하여 본원의 일 구현예에 따른 직선 띠 형상의 트렌치를 형성하는 단계를 수행할 때의 지반의 상태 변화를 설명하기 위해 지반의 일부를 도시한 개략적인 개념도이다.
도 10은 가이드 케이싱을 이용하여 본원의 다른 구현예에 따른 직선 띠 형상의 트렌치를 형성하는 단계를 수행할 때의 지반의 상태 변화를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 11은 본원의 일 구현예에 따른 가이드 케이싱을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 12는 본원의 다른 구현예에 따른 가이드 케이싱을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 13은 본원의 일 구현예에 따른 트렌치 시공 예정 지점에 대응하여 바지선의 일측에 가이드 구조체를 배치하는 단계(S100)의 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원은 수중 트렌치 시공 방법에 관한 것이다.
우선, 본원의 일 실시예에 따른 수중 트렌치 시공 방법(이하 '본 수중 트렌치 시공 방법'이라 함)에 대해 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 수중 트렌치 시공 방법은 트렌치 시공 예정 지점에 대응하여 바지선의 일측에 가이드 구조체(1)를 배치하는 단계(S100)를 포함한다.
도 6의 (a) 및 (b)를 함께 참조하면, 셋팅되어 있던 바지선(900)의 일측에 가이드 구조체가 배치될 수 있다. 바지선(900)은 예시적으로, 잭업 바지선(jackup barge)일 수 있다. 또한, 도 6및 도 7에 나타난 바와 같이, 바지선(900)은 해저 지반에 고정된 잭업 레그(Jack-up leg)에 의해 선체가 고정될 수 있다. 이에 따라, 바지선(900)에 작용하는 해수면의 파고 또는 간만의 차의 영향이 최소화될 수 있어 시공이 정교하고 안정적으로 이루어질 수 있다.
또한, 트렌치 시공 예정 지점은 시공 계획에 의해 결정될 수 있고, 예시적으로, GPS(Global Positioning System)에 의해 측량될 수 있다.
또한 도 13을 참조하면, S100 단계는 가이드 구조체(1)를 바지선(900)에 직선 띠 영역(19)과 나란한 제1 수평 방향을 따라 간격을 두고 형성된 복수 개의 체결용 홀(931) 중 둘 이상과 선택적으로 체결하여, 바지선(900)의 일측에 배치하는 단계(S110)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 수평 방향은 앞서 살펴본 바와 같이, 직선 띠 영역(19)이 형성된 직선 방향과 나란한 방향으로서, 도 5에서 보았을 때 12시-6시 방향이 이에 해당한다. 즉, 복수 개의 체결용 홀(931)도 도 5에서 보았을 때 12시-6시 방향을 따라 서로 간격을 두고 나열될 수 있다.
도 4를 참조하면, 가이드 구조체(1)는 이러한 복수 개의 체결용 홀(931) 중 두 군데 이상에 대해 체결될 수 있는 체결부를 가질 수 있다. 예시적으로 도 4에 나타난 바와 같이, 가이드 구조체(1)의 양측이 각각 복수 개의 체결용 홀(931) 중 둘 이상에 체결될 수 있다. 또한, 필요에 따라 가이드 구조체(1)가 체결되는 체결용 홀(931)은 변경될 수 있다.
이를 테면, 도 5에서 보았을 때, 가이드 구조체(1)의 배치 위치가 12시-6시 방향, 즉 제1 수평 방향에 대해 트렌치 시공 예정 지점과 오차가 있는 것으로 측량 등을 통해 파악되는 경우, 가이드 구조체(1)를 오차가 보다 감소될 수 있는 체결용 홀(931)로 이동시켜 체결할 수 있다. 다시 말해, 직선 띠가 형성된 방향으로 나열된 복수 개의 체결용 홀(931)에 가이드 구조체(1)를 결합하는 방식에 따라, 가이드 구조체(1)의 제1 수평 방향으로의 위치 조절이 가능해진다.
즉, 가이드 구조체(1)를 복수 개의 체결용 홀(931) 중 둘 이상과 선택적으로 체결한다는 것은, 위치 오차 감소 등의 필요에 따라서, 복수 개로 마련되어 있는 체결용 홀(931) 중 가이드 구조체(1)가 체결될 체결용 홀(931)을 선택할 수 있다는 것을 의미한다.
또한 도 13을 참조하면, S100 단계는 바지선(900)의 일측에 배치된 가이드 구조체(1)를 바지선(900)과 가까워지거나 멀어지는 방향을 따라 선택적으로 위치 조절하는 단계(S130)를 포함할 수 있다. 여기서, 바지선(900)과 가까워지거나 멀어지는 방향은, 예시적으로, 직선 띠 영역(19)과 나란한 제1 수평 방향과 직교하는 제2 수평 방향일 수 있다. 구체적으로 도 5에서 보았을 때, 제2 수평 방향은 9시-3시 방향일 수 있다.
바지선(900)에 가까워지는 방향과 바지선(900)으로부터 멀어지는 방향(이를 테면 제2 수평 방향)에 따른 가이드 구조체(1)의 선택적인 위치 조절은, 선형 구동유닛에 의해 이루어질 수 있다. 예시적으로, 선형 구동유닛은 유압실린더와 같은 구동 장치일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 이러한 S110 단계와 S130 단계 중 하나 이상은, 가이드 구조체(1)의 위치와 트렌치 시공 예정 지점과의 위치 오차가 미리 설정된 허용 오차 이내로 감소될 때까지 반복될 수 있다.
예시적으로, S110 단계를 수행한 후 S130 단계를 수행하여 제2 수평 방향으로의 위치 오차를 감소시켰을 때, 여전히 미리 설정된 허용 오차 이내로 위치 오차가 감소되지 않았다면, 다시 S110 단계를 수행하여 가이드 구조체(1)가 다른 체결용 홀(931)에 체결되도록 제1 수평 방향으로의 위치를 조정할 수 있다.
또한, 다른 예로, S110 단계만을 반복적으로 수행하여 제1 수평 방향에 대한 가이드 구조체(1)의 위치를 계속적으로 조절할 수도 있으며, S130 단계만을 반복적으로 수행하여 제2 수평 방향에 대한 가이드 구조체(1)의 위치를 계속적으로 조절할 수도 있을 것이다.
이러한 S110 단계와 S130 단계가 수행되는 배경은 다음과 같다.
해상 작업에서의 측량 작업은 바람, 파도 등 기상요인 및 해상상태에 민감하기 때문에 정밀한 측량 작업이 요구되며, 측량 작업이 소정 이상 정밀하게 이루어졌다고 하더라도 측량 오차가 허용치 이상 발생되는 일이 빈번하다.
따라서, 이러한 측량오차를 최소화 하기 위한 공정이 필요하며, 그 공정이 S110 단계와 S130 단계라 할 수 있다. 즉, S110 단계와 S130 단계를 통하여 가이드 구조체(1)의 위치를 수평 방향(제1 수평 방향 및 제2 수평 방향의 조합)으로 세부적으로 이동시켜 조절할 수 있게 된다.
또한, 가이드 구조체(1)는 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 가이드 구조체(1)는 복수 개의 홀이 서로 일부 겹쳐지며 일렬로 연속적으로 형성되어 직선 띠 영역(19)을 형성하는 가이드부를 포함한다.
도 5를 참조하면, 복수 개의 홀 각각은 굴착장비(910)의 굴착 구경에 대응하는 크기 및 형상을 가질 수 있다. 후술하겠지만, 홀 각각에 굴착장비(910)의 굴착부가 삽입되어 지반 굴착을 수행하는바, 복수 개의 홀 각각은 굴착부의 삽입, 제거 및 굴착이 용이하게 이루어질 수 있는 크기 및 형상을 가질 수 있다.
참고로, 복수 개의 홀의 서로 겹치는 부분의 최소 폭은 시공 예정인 트렌치의 최소 폭과 대응할 수 있다. 시공 계획에 의해 시공되는 트렌치는 통신용 케이블, 전력선 등과 같은 각종 케이블 또는 송유관, 상수도관 등과 같은 각종 배관의 설치를 위해 형성되어야 하는 폭이 있는데, 복수 개의 홀의 서로 겹치는 부분의 최소 폭은 트렌치의 최소 폭과 같거나, 오차 범위 이내일 수 있다.
또한, 가이드 구조체는 바지선(900)에 대한 장착(도 4 및 도 5 참조)을 위해 별도의 연결유닛(도면에는 도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
또한, 도 6의 (c)를 참조하면, 본 수중 트렌치 시공 방법은 굴착장비(910)가 셋팅되는 단계를 포함할 수 있다. 굴착장비(910)가 셋팅되는 단계는 이하에서 설명하는 직선 띠 형상의 트렌치를 형성하는 단계(S300) 이전에 수행될 수 있다.
도 1 및 도 6의 (d)를 참조하면, 본 수중 트렌치 시공 방법은 굴착장비(910)의 굴착부가 복수 개의 홀 각각에 삽입되어 지반 굴착을 수행함으로써, 직선 띠 영역(19)에 대응하는 직선 띠 형상의 트렌치를 형성하는 단계(S300)를 포함한다.
S300 단계에서, 직선 띠 영역(19)에 대응하는 직선 띠 형상의 트렌치를 형성한다는 것은, 직선 띠 영역(19)과 매칭되는 형상의 트렌치를 형성하는 것을 의미할 수 있다. 여기서, 직선 띠 영역(19)과 매칭되는 트렌치의 형상이라 함은, 굴착부가 직선 띠 영역(19)의 각 홀마다 연직으로 삽입된 상태로 가이드되어 굴착되었을 때 형성될 수 있는 트렌치의 형상을 의미한다. 따라서, 트렌치의 형상은 직선 띠 영역(19)과 거의 동일하거나, 지반 굴착이라는 특성상 직선 띠 영역(19)보다 다소 확장된 형상으로 형성될 수 있을 것이다.
예시적으로, 도 5에 도시된 직선 띠 영역(19)은 복수 개의 홀이 일부 겹쳐지며 연속적으로 형성된 직선 띠 형상인데, 도 8의 (d), 도 9의 (d) 및 도 10의 (e)에 나타난 바와 같이, 지반에 형성된 직선 띠 형상의 트렌치도 복수 개의 기초공이 일부 겹쳐지며 연속적으로 형성된 직선 띠 형상일 수 있다. 참고로, 도 8의 (d), 도 9의 (d) 및 도 10의 (e)는 지반에 형성된 직선 띠 형상의 트렌치의 일부를 도시한 개략적인 개념도이다.
또한, 굴착장비(910)는 중소형 굴착장비와 같은 상용 굴착장비일 수 있다. 즉, 본 수중 트렌치 시공 방법에 의하면, 수중에 배치되는 수중굴착장치, 잠수정 등과 같이, 고가의 장비가 아닌, 용이하게 구할 수 있는 육상에서 사용되는 굴착장비와 같은 상용 굴착장비를 이용하여 트렌치를 시공할 수 있다. 예시적으로, 굴착장비(910)에는 PRD 굴착장비가 적용될 수 있다.
S300 단계의 일 구현예는 다음과 같을 수 있다.
도 2, 도 8의 (a) 및 도 9의 (a)를 참조하면, S300 단계는 굴착부가 가이드 구조체의 복수 개의 홀 중 홀수 번째 홀마다 삽입되어 지반 굴착을 수행하여 지반에 복수 개의 선행기초공(91)을 형성하는 단계(S311)를 포함할 수 있다.
굴착부가 홀수 번째 홀마다 삽입되어 지반 굴착을 수행한다는 것은, 굴착부가 하나의 홀씩 건너뛰며 삽입되어 지반 굴착을 수행하는 것을 의미할 수 있다. 예시적으로, 굴착부는 하나의 홀에 삽입되어 지반 굴착을 수행한 후 인접한 두 번째 홀을 건너뛰고 두 번째 홀과 인접한 세 번째 홀에 삽입되어 지반 굴착을 수행할 수 있다. 이에 따라, 지반에 형성된 복수 개의 선행기초공(91)은 도 8의 (a) 및 도 9의 (a)에 나타난 바와 같이, 서로 일정 거리 이격되어 형성될 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, S300 단계는 형성된 복수 개의 선행기초공(91)마다 후행굴착 가이드부(자세히 후술함)를 형성하는 단계(S312)를 포함할 수 있다.
예시적으로, 후행굴착 가이드부가 형성된 복수 개의 선행기초공(91)은 도 8의 (b) 및 도 9의 (b)와 같을 수 있다. 참고로, 자세히 후술하겠지만, 도 8의 (b)는 후행굴착 가이드부가 가이드 케이싱(8)인 경우이고, 도 9의 (b)는 후행굴착 가이드부가 모래 채움부인 경우를 도시하였다.
또한, 도 2를 참조하면, S300 단계는 굴착부가 복수 개의 홀 중 짝수 번째 홀마다 삽입되어 지반 굴착을 수행하여 지반에 복수 개의 후행기초공(93)을 형성하는 단계(S313)를 포함할 수 있다.
굴착부가 짝수 번째 홀마다 삽입된다는 S311 단계에서, 굴착부가 삽입되지 않았던 건너뛰었던 홀마다 삽입되는 것을 의미할 수 있다. 예시적으로, S311 단계 내지 S313 단계가 수행된 후의 지반은 도 8의 (c)(후행굴착 가이드부가 가이드 케이싱(8)인 경우) 및 도 9의 (c)(후행굴착 가이드부가 모래 채움부인 경우)와 같을 수 있다.
이때, 선행기초공(91) 및 후행기초공(93)은 서로 일부 겹쳐지며 연속적으로 형성되어 직선 띠 형상의 트렌치를 형성할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, S300 단계는 복수 개의 후행기초공(93) 형성 후 후행굴착 가이드부를 제거하는 단계(S314)를 포함할 수 있다.
S311 단계 내지 S314 단계가 수행됨으로써, 형성된 직선 띠 형상의 트렌치의 일부분은 도 8의 (d) 및 도 9의 (d)에 도시된 바와 같을 수 있다.
이상에서 전술한 S300 단계의 일 구현예에 따르면, 후행기초공(93)이 형성되기 전에 선행기초공(91)에 후행굴착 가이드부가 배치됨으로써, 후행기초공(93) 형성 시에 형성되는 토사가 선행기초공(91)으로 유입되는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 본 수중 트렌치 시공 방법이 용이하게 수행될 수 있다.
한편, 본원의 일 구현예에 따른 후행굴착 가이드부는 가이드 케이싱(8)일 수 있다. 전술한 바와 같이, 가이드 케이싱(8)이 배치된 선행기초공(91)은 예시적으로, 도 8의 (b)와 같을 수 있다.
가이드 케이싱(8)의 양측 외주면은, 도 8의 (b) 및 도 11에 나타난 바와 같이, 굴착부의 후행기초공 굴착을 가이드하도록 오목하게 함몰 형성될 수 있다.
도 8 및 도 11에 나타난 바와 같이, 가이드 케이싱(8)의 양측 외주면은 후행기초공(93)이 선행기초공(91)과 일부 겹쳐지며 형성되도록 원호형으로 오목하게 굴곡질 수 있다.
또한, 가이드 케이싱(8)은 선행기초공(91)내에서의 유동이 방지되도록 그 외주면에 높이 방향을 따라 유동방지돌기(도면에는 도시되지 않음)가 구비될 수 있다. 도 11을 참조하면, 예시적으로, 유동방지돌기는 가이드 케이싱(8)의 외주면 중 함몰되지 않은 부분에 구비될 수 있다. 이에 따라, 선행기초공(91)에 가이드 케이싱(8)이 배치될 때, 유동방지돌기가 선행기초공(91)의 내벽에 대하여 가이드 케이싱(8)을 지지하는바, 유동방지돌기에 의해 가이드 케이싱(8)의 선행기초공(91) 내에서의 헛돔 등과 같은 유동이 방지될 수 있다.
또한, 가이드 케이싱(8)의 상단에는 후크(도면에는 도시되지 않음)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 가이드 케이싱(8)의 제거 시에, 후크를 통해 가이드 케이싱(8)에 로프 등이 용이하게 연결될 수 있어 가이드 케이싱(8)이 용이하게 제거될 수 있다.
또는 다른 예로, 후행굴착 가이드부는 모래 채움부일 수 있다. 모래 채움부가 형성된 선행기초공(91)은 예시적으로 도 9의 (b)에 도시된 바와 같을 수 있다.
또한, 후행굴착 가이드부가 모래 채움부인 경우, S313 단계가 수행되면, 모래는 후행기초공(93)으로 유입될 수 있는바, S311 단계 내지 S313 단계가 수행된 지반(직선 띠 형상의 트렌치 내부)은 예시적으로, 도 9의 (c)와 같을 수 있다.
후행굴착 가이드부가 모래 채움부인 경우, S314 단계는, 굴착이 완료된 복수 개의 선행기초공(91) 및 복수 개의 후행기초공(93)에 유체를 투입한 후 에어 리프팅(air lifting)하는 것일 수 있다.
예시적으로, 복수 개의 후행기초공(93)이 형성되면, 굴착이 완료된 복수 개의 선행기초공(91) 및 복수 개의 후행기초공(93)에 유체를 투입하여 유체와 모래 채움부를 믹스하여 슬라임 상태로 만든 후, 에어 리프팅 펌프(air lifting pump) 또는 수중 펌프를 이용하여 유체와 함께 모래 채움부를 뽑아냄으로써, 모래 채움부를 제거할 수 있다.
즉, 후행굴착 가이드부가 모래 채움부인 경우에, S300 단계는, 도 7의 (a)에 나타난 바와 같이, 선행기초공(91)을 형성하기 위한 굴착을 수행하고, 도 7의 (b)에 나타난 바와 같이, 형성된 선행기초공(91)에 모래 채움부를 형성하며, 도 7의 (c)에 나타난 바와 같이, 후행기초공(93)을 형성하기 위한 굴착을 수행하며, 도 7의 (d)에 나타난 바와 같이, 에어 리프팅을 수행할 수 있다.
또한, S300 단계의 다른 구현예는 다음과 같을 수 있다.
도 3을 참조하면, S300 단계는, 굴착부가 복수 개의 홀 중 하나의 홀에 삽입되어 지반 굴착을 수행하여 지반에 하나의 기초공(95)을 형성시키는 단계(S331)를 포함할 수 있다. S331 단계가 수행된 지반의 상태는 예시적으로, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같을 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, S300 단계는, 하나의 기초공(95)에 가이드 케이싱(8)을 배치하는 단계(S332)를 포함할 수 있다. S331 단계 및 S332 단계가 수행된 지반의 상태는 예시적으로, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같을 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, S300 단계는, 굴착부가 복수 개의 홀 중 하나의 홀과 인접한 홀에 삽입되어 지반 굴착을 수행하여 지반에 하나의 기초공(95)과 인접한 기초공(96)을 형성시키는 단계(S333)를 포함할 수 있다.
이때, 도 10의 (a) 내지 (d)에 나타난 바와 같이, 하나의 기초공과 인접한 기초공은 서로 일부 겹쳐지며 연속적으로 형성될 수 있다.
S331 단계 내지 S333 단계가 수행된 지반의 상태는 예시적으로, 도 10의 (c)에 도시된 바와 같을 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, S300 단계는, 인접한 기초공(96)에 가이드 케이싱(8)을 배치하는 단계(S334)를 포함할 수 있다. S331 단계 내지 S334 단계가 수행된 지반의 상태는 예시적으로, 도 10의 (d)에 도시된 바와 같을 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, S300 단계는, S331 단계 내지 S334 단계를 반복하여 직선 띠 형상의 트렌치를 형성하는 단계(S335)를 포함할 수 있다.
즉, 굴착부는 일 방향으로 복수 개의 홀 마다 삽입되어 기초공을 일 방향으로 형성시키되, 형성된 기초공에 가이드 케이싱(8)을 배치한 후 새로운 기초공을 형성시켜 나갈 수 있다. S331 단계 내지 S335 단계가 수행됨으로써 형성된 직선 띠 형상의 트렌치는 예시적으로, 도 10의 (e)에 도시된 바와 같을 수 있다.
이상에서 전술한 S300 단계의 다른 구현예에 따르면, 형성된 기초공에 가이드 케이싱(8)이 배치되면서 인접한 기초공이 형성되므로, 인접한 기초공 형성 시에 형성되는 토사가 이미 형성된 기초공 내부로 유입되는 것을 막을 수 있다. 이에 따라, 본 수중 트렌치 시공 방법이 용이하게 수행될 수 있다.
한편, 도 10 및 도 12를 참조하면, 가이드 케이싱(8)은 굴착부의 인접한 기초공 굴착을 가이드하도록 인접한 기초공 측 외주면이 오목하게 함몰 형성된 것일 수 있다.
도 10 및 도 12에 나타난 바와 같이, 가이드 케이싱(8)의 양측 외주면 중 하나는 일측 외주면은 인접한 기초공(96)이 하나의 기초공(95)과 일부 겹쳐지며 형성되도록 원호형으로 오목하게 굴곡질 수 있다.
또한, 가이드 케이싱(8)은 기초공 내에서의 유동이 방지되도록 그 외주면에 높이 방향을 따라 유동방지돌기(도면에는 도시되지 않음)가 구비될 수 있다. 도 12를 참조하면, 예시적으로, 유동방지돌기는 가이드 케이싱(8)의 외주면 중 함몰되지 않은 부분에 구비될 수 있다. 이에 따라, 기초공에 가이드 케이싱(8)이 배치될 때, 유동방지돌기가 기초공의 내벽에 대하여 가이드 케이싱(8)을 지지하는바, 유동방지돌기에 의해 가이드 케이싱(8)의 기초공 내에서의 헛돔 등과 같은 유동이 방지될 수 있다.
또한, 가이드 케이싱(8)의 상단에는 후크(도면에는 도시되지 않음)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 가이드 케이싱(8)의 제거 시에, 후크를 통해 가이드 케이싱(8)에 로프 등이 용이하게 연결될 수 있어 가이드 케이싱(8)이 용이하게 제거될 수 있다.
종래에는 수중굴착장치, 잠수정 등을 이용하여 수중 트렌치를 시공하였다. 그런데, 이러한 종래의 수중 굴착은 1m 내지 5m 가량의 소정의 깊이 및 폭을 갖는 소규모의 수중 굴착을 위해 수중굴착장치, 잠수정 등과 같은 고가의 장비가 필요하고, 수중굴착장치, 잠수정 등을 해저 지반 상으로 투하하기 위해 잠수부에 의한 작업을 요구하므로 비효율적이며 공사기간도 길었으며, 아울러 장비 제작(대여)비, 인건비 등에 상당한 비용이 소모되는 문제점이 있었다.
또한, 굴착 작업 중에 암반이 얕은 지반 심도에서 조기 출현하는 경우, 수중이라는 제한된 공간에서 암반을 파쇄하기 위해서는 암반 파쇄를 위한 장비가 투입되어야 하므로 추가적인 비용 및 시간이 소요될 수밖에 없었다.
또한, 수중굴착장치, 잠수정 등이 수중에서 작업을 수행하는바, 트렌치가 계획한 경로 및 규모에 따라 형성되고 있는지를 정확히 확인하기 위해서는 지상과의 교신이나 측량이 주기적으로 필요한 번거로움이 있었다.
그러나, 본 수중 트렌치 시공 방법에 따르면, 수상에 배치되는 가이드 구조체 및 육상에서 통상적으로 이용하는 PRD 굴착장비와 같은 중소형 굴착장비, 즉 상용 굴착장비를 이용하여, 수중 트렌치 시공이 가능해지는바, 수중 트렌치 시공의 정확성, 효율성, 및 경제성을 모두 향상시킬 수 있다. 또한, 굴착장비(910)가 수중이 아닌 바지선(900) 상에 배치되어 가이드 구조체(1)를 이용해 굴착을 수행하는바, 잠수부에 의한 작업 등이 불필요하여 공사기간을 단축시킬 수 있다.
특히, 본 수중 트렌치 시공 방법에 의하면, 굴착 시 트렌치가 형성되는 심도에 암반이 조기 출현하는 지반에 트렌치를 시공하더라도, PRD 굴착장비와 같이 육상에서 암반 파쇄 굴착시 흔히 사용하는 중소형 굴착장비를 이용하므로, 트렌치 형성을 위한 암반 파쇄가 별다른 제약 없이 원활하게 이루어질 수 있다.
또한, 바지선(900) 상에 배치된 굴착장비(910)가 수상에 배치되어 있는 가이드 구조체(1)의 직선 띠 영역(19)을 통해 정확히 가이드되며 트렌치를 굴착해 나가는바, 굴착장비(910)의 굴착 수직도만 정확히 셋팅하면, 수중의 지반에서 트렌치가 시공되고 있는 위치(경로)가 가이드 구조체(1)의 직선 띠 영역(19)으로 연직 투영되므로, 계획한 경로를 따라 트렌치가 정확히 시공될 수 있으며, 그 확인 또한 수상에 노출되어 있는 가이드 구조체(1)의 직선 띠 영역(19)의 위치 확인을 통해 쉽게 이루어질 수 있다.
즉, 본 수중 트렌치 시공 방법은 수상에서 수행되는 트렌치 시공, 특히 트렌치가 형성되는 1 m 내지 5 m 가량의 얕은 심도에서 암반이 조기 출현하는 지반 환경에서의 트렌치 시공에 있어 보다 특화되어 적용될 수 있다.
또한, 본 수상 대구경 파일 기초 시공 방법은 가이드 구조체를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 가이드 구조체를 제거하는 단계에서, 가이드 구조체는, 예시적으로, 바지선(900)으로부터 제거될 수 있다. 또는, 가이드 구조체가 장착된 바지선(900)이 다른 대구경 파일 기초의 시공 예정 지점으로 이동함으로써 제거될 수 있다. 또한, 예시적으로, 가이드 구조체를 제거하는 단계는 S300 단계 이후에 수행될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 가이드 구조체를 제거하는 단계는 본 수중 트렌치 시공 방법에 의한 시공이 용이하게 수행될 수 있도록 적절한 시기에 수행될 수 있다.
또한, 굴착장비(910)는 바지선(900) 상에서 가이드 구조체(1)의 직선 띠 영역이 형성된 방향으로 이동 가능하게 배치될 수 있다. 예시적으로, 바지선(900) 상에 직선 띠 영역과 평행한 방향으로 레일(도면에는 도시되지 않음)이 형성될 수 있고, 굴착장비(910)가 레일 상에서 이동하면서 굴착부를 가이드 구조체(1)의 홀 각각마다 삽입시켜 굴착을 수행할 수 있다. 이러한 굴착장비(910)의 레일 이동은 유압장치 등을 통해 이루어질 수 있다.
한편, 이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 가이드 구조체(이하 '본 가이드 구조체'라 함)에 관하여 살핀다. 다만, 앞서 살핀 구성과 동일하거나 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 가이드 구조체(1)는 복수 개의 홀이 서로 일부 겹쳐지며 일렬로 연속적으로 형성되어 직선 띠 영역(19)을 형성하는 가이드부를 포함한다.
도 5를 참조하면, 복수 개의 홀 각각은 굴착장비(910)의 굴착 구경에 대응하는 크기 및 형상을 갖는다.
홀 각각에 굴착장비(910)의 굴착부가 삽입되어 지반 굴착을 수행하는바, 복수 개의 홀 각각은 굴착부의 삽입, 제거 및 굴착이 용이하게 이루어질 수 있는 크기 및 형상을 가질 수 있다.
또한, 복수 개의 홀의 서로 겹치는 부분의 최소 폭은 시공 예정인 트렌치의 최소 폭과 대응할 수 있다.
시공 계획에 의해 시공되는 트렌치는 형성되어야 하는 폭이 있는데, 복수 개의 홀의 서로 겹치는 부분의 최소 폭은 트렌치의 최소 폭과 같거나, 오차 범위 이내일 수 있다.
또한, 가이드 구조체는 바지선(900)에 대한 장착(도 4 및 도 5 참조)을 위해 별도의 연결유닛(도면에는 도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 가이드 구조체 8: 가이드 케이싱
91: 선행기초공 93: 후행기초공
95: 하나의 기초공 96: 인접한 기초공
900: 바지선 910: 굴착장비
19: 직선 띠 영역 931: 체결용 홀

Claims (11)

  1. 수중 트렌치 시공 방법으로서,
    (a) 트렌치 시공 예정 지점에 대응하여 바지선의 일측에 복수 개의 홀이 서로 일부 겹쳐지며 일렬로 연속적으로 형성되어 직선 띠 영역을 형성하는 가이드부를 갖는 가이드 구조체를 배치하는 단계; 및
    (b) 굴착장비의 굴착부가 상기 복수 개의 홀 각각에 삽입되어 지반 굴착을 수행함으로써, 상기 직선 띠 영역에 대응하는 직선 띠 형상의 트렌치를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 굴착부가 상기 복수 개의 홀 중 홀수 번째 홀마다 삽입되어 지반 굴착을 수행하여 지면에 복수 개의 선행기초공을 형성하는 단계;
    (b2) 상기 복수 개의 선행기초공마다 모래 채움부를 형성하는 단계;
    (b3) 상기 굴착부가 상기 복수 개의 홀 중 짝수 번째 홀마다 삽입되어 지반 굴착을 수행하여 지반에 복수 개의 후행기초공을 형성하는 단계; 및
    (b4) 상기 복수 개의 후행기초공 형성 후 굴착이 완료된 상기 복수 개의 선행기초공 및 상기 복수 개의 후행기초공에 유체를 투입한 후 에어 리프팅(air lifting)하여 상기 모래 채움부를 제거하는 단계를 포함하되,
    상기 선행기초공 및 상기 후행기초공은 서로 일부 겹쳐지며 연속적으로 형성되어 상기 직선 띠 형상의 트렌치를 형성하는 것인 수중 트렌치 시공 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a1) 상기 가이드 구조체를 상기 바지선에 상기 직선 띠 영역과 나란한 제1 수평 방향을 따라 간격을 두고 형성된 복수 개의 체결용 홀 중 둘 이상과 선택적으로 체결하여, 상기 바지선의 일측에 배치하는 단계; 및
    (a2) 상기 바지선의 일측에 배치된 가이드 구조체를 상기 바지선과 가까워지거나 멀어지는 방향을 따라 선택적으로 위치 조절하는 단계를 포함하는 것인 수중 트렌치 시공 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (a1) 단계 및 상기 (a2) 단계 중 하나 이상은, 상기 가이드 구조체의 위치와 상기 트렌치 시공 예정 지점과의 위치 오차가 미리 설정된 허용 오차 이내로 감소될 때까지 반복되는 것인 수중 트렌치 시공 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 바지선과 가까워지거나 멀어지는 방향은, 상기 제1 수평 방향과 직교하는 제2 수평 방향인 것인 수중 트렌치 시공 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 (a2) 단계에서,
    상기 바지선에 가까워지는 방향과 상기 바지선으로부터 멀어지는 방향에 따른 상기 가이드 구조체의 선택적인 위치 조절은, 선형 구동유닛에 의해 이루어지는 것인 수중 트렌치 시공 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 선형 구동유닛은 유압실린더인 것인 수중 트렌치 시공 방법.
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