KR101709990B1

KR101709990B1 - 수중구조물 시공장치 및 이를 이용한 시공방법

Info

Publication number: KR101709990B1
Application number: KR1020150030132A
Authority: KR
Inventors: 윤종현
Original assignee: 윤종현
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2017-03-08
Also published as: KR20160107431A

Abstract

수중구조물용 시공장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물용 시공장치는 수중에 수직으로 설치되고, 상단부 및 하단에 피동기어 및 비트가 장착되어 회전하면서 수중의 지면이나 암반을 원형으로 절삭하는 원통형의 절삭케이싱; 중공관의 형태로 되어 상기 절삭케이싱의 외주면 둘레를 따라 적어도 하나로 구비되는 그라우팅 유닛; 및 상기 절삭케이싱에 회전력을 제공하여 구동시키는 구동유닛; 을 포함하고, 상기 절삭케이싱은 상기 구동유닛에 상단부의 피동기어가 연결되어 상단부를 통해 상기 구동유닛의 구동력을 전달받고, 중공관의 형태로 형성되어 내부에 작업이 가능한 공간을 갖는다.

Description

수중구조물 시공장치 및 이를 이용한 시공방법{UNDERWATER STRUCTURE CONSTRUCTION APPARATUS AND CONSTRUCTION METHOD}

본 발명은 수중구조물 시공장치 및 이을 이용한 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수중 암반지대에 구조물을 견고하게 지지시키기 위해 시공되는 기초인 수중구조물을 시공하는 수중구조물 시공장치 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 수중구조물은 풍력장치나 교량 등과 같은 구조물을 수중 암반지대에 견고하게 지지시키기 위해 시공되는 기초이며, 이러한 수중구조물을 시공하는 방법으로 역순환 굴착(RCD: Reverse Circulation Drill)공법을 일례로 들 수 있다.

이러한 역순환 굴착공법은 소음을 크게 줄이면서 대구경 지반 굴착이 가능한 것으로, 어스드릴(Earth Drill)공법과 함께 대표적인 대구경 현장타설 콘크리트 말뚝 시공법의 하나이다.

상기한 역순환 굴착공법에 따르면, 물속에 잠겨 있는 드릴 스트링(Drill String) 및 드릴 로드 파이프(Drill Rod Pipe)를 통하여 최하부의 드릴 비트까지 압축공기를 공급하고, 압축공기가 파이프를 통하여 부양될 때 생기는 부력을 이용하여 굴착된 토사나 파쇄된 암석 조각들을 배출하는 것이다.

이러한 일련의 작업을 통해 수중 암반을 굴착하여 암반에 철근 콘크리트 기둥과 같은 기초를 시공할 수 있도록 하는 장비를 RCD Machine 또는 RCD Rig라 한다.

부연하자면, 상기 역순환 굴착공법은 상기 RCD장비를 이용해 정수압으로 공벽을 보호하며 드릴 로드 파이프 끝부분에 장착된 특수한 드릴 비트를 회전시켜 지반에 굴착공을 천공을 한 후, 미리 조립된 철근망을 삽입하고, 콘크리트를 타설하여 수중암반에 콘크리트 말뚝 즉, 수중구조물을 시공하는 시공법이다.

또한, 이러한 역순환 굴착공법은 로터리식 타공(Boring)공법에서의 물의 순환과는 반대로 드릴 로드 파이프로 순환수와 굴착토를 함께 흡입하여 지상으로 배출하고, 배출된 순환수는 침전지를 거쳐 다시 굴착공으로 보내어지는 순환과정을 반복한다.

그러나, 상기한 바와 같은 역순환 굴착공법에 의하면, RCD장비의 상부 마스트(Mast)에 집중화된 복잡한 구조체로 인해 장치 전체가 고중량이고, 이로 인해 해상으로의 이동 및 설치가 용이하지 못한 단점이 있다.

특히, 상기한 바와 같은 RCD장비를 통한 역순환 굴착공법은, 수중 암반에 천공되는 굴착공의 직경이 통상적으로 최대 3,000mm를 넘지 못하는 한계를 가지고 있다.

이러한 3,000mm를 넘지 못하는 굴착공에 설치되는 수중구조물은 풍력발전기나 교량 등과 같은 고중량을 갖는 구조물을 견고하게 지지시키지 못한 단점을 갖는다.

따라서, 상기와 같은 고중량을 갖는 구조물을 수중암반에 지지시키기 위해서는 필수적으로 시트파일(Sheet Pile)을 통한 별도의 가물막이공사를 선행한 후에, 수중암반을 굴착하여 대구경을 갖는 수중구조물의 설치작업을 진행해야만 한다.

이러한 단점들은 수중암반에 대구경을 갖는 수중구조물의 시공에 따른 시공기간을 대폭적으로 연장시키고, 시공비용을 과다하게 상승시키는 중요한 인자로 작용한다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

대한민국 등록특허 제10-0693285호(2007.03.05)

본 발명의 실시 예는 수중암반에 대구경을 갖는 수중구조물의 시공시 공사기간의 단축과 공사비의 절감을 이루도록 된 수중구조물용 시공장치 및 이를 이용한 시공방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물 시공장치는 수중에 수직으로 설치되고, 상단부 및 하단에 피동기어 및 비트가 장착되어 회전하면서 수중의 지면이나 암반을 원형으로 절삭하는 원통형의 절삭케이싱; 중공관의 형태로 되어 상기 절삭케이싱의 외주면 둘레를 따라 적어도 하나로 구비되는 그라우팅 유닛; 및 상기 절삭케이싱에 회전력을 제공하여 구동시키는 구동유닛; 을 포함하고, 상기 절삭케이싱은 상기 구동유닛에 상단부의 피동기어가 연결되어 상단부를 통해 상기 구동유닛의 구동력을 전달받고, 중공관의 형태로 형성되어 내부에 작업이 가능한 공간을 갖을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물 시공장치 있어서, 상기 구동유닛은 상기 절삭케이싱의 피동기어에 치합되어 회전하면서 피동기어와 함께 상기 절삭케이싱을 회전시키는 적어도 하나의 구동기어; 및 상기 구동기어를 구동시키는 구동모터;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물 시공장치 있어서, 상기 구동기어는 상기 구동기어는 상기 피동기어의 외측 중 어느 한 곳에서 치합되는 제1 구동기어; 및 상기 제1 구동기어와 이격된 상태로 상기 피동기어에 치합되는 제2 구동기어를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물 시공장치 있어서, 상기 구동기어는 상기 제1 구동기어 및 상기 제2 구동기어가 상기 피동기어를 중심으로 대향할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물 시공장치 있어서, 상기 구동기어는 상기 제1 구동기어 및 상기 제2 구동기어들과 이격되고, 상기 제1 및 제2 구동기어들 사이에서 상기 피동기어와 치합되는 제3 구동기어; 를 더 포함하고, 상기 구동기어는 상기 피동기어를 중심으로 상기 제3 구동기어와 대향하면서 상기 피동기어에 치합되는 제4 구동기어를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물 시공장치 있어서, 상기 구동유닛은 상기 구동기어가 장착되고, 상기 절삭케이싱이 내측으로 삽입되는 삽입공이 마련된 프레임을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물 시공장치에 있어서, 상기 그라우팅 유닛은 복수의 파이프로 이루어지고, 그라우트가 주입되는 입구가 상기 구동유닛의 하측에 배치되고, 주입된 그라우트가 배출되는 하단 배출구가 상기 비트의 상측에 배치될 수 있다.

그리고 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법은, 굴착지점을 측량하여 굴착지점을 설정하는 굴착지점 설정단계; 상기 설정된 굴착지점에 플로트를 설치하는 플로트 설치단계; 상기 플로트에 인접하는 상태로 적어도 하나의 잭업바지를 설치하는 잭업바지 설치단계; 상기 플로트를 중심으로 상기 굴착지점에 수중의 지면이나 암반을 절삭하는 원통형의 절삭케이싱을 설치하는 절삭케이싱 설치단계; 상기 절삭케이싱에 구동력을 제공하여 회전시키는 구동유닛을 상기 잭업바지에 설치하는 구동유닛 설치단계; 상기 구동유닛을 통해 상기 절삭케이싱을 회전시켜 수중의 지면이나 암반을 원통형으로 절삭하면서 절삭케이싱을 수중의 지중에 압입시키는 절삭케이싱 압입단계; 상기 절삭케이싱의 내부에 저수된 해수를 외부로 배수하는 배수단계; 상기 절삭케이싱의 내부로 외부의 해수가 유입되지 않도록 절삭케이싱의 외부를 차수시키는 차수단계; 상기 절삭케이싱의 내부에 노출된 지면의 암석을 제거하는 암석제거단계; 및 상기 굴착공에 기초를 성형하는 기초 성형단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법에 있어서, 상기 잭업바지 설치단계는 상기 플로트의 양측에 잭업바지를 이격상태로 각각 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법에 있어서, 상기 구동유닛 설치단계는 상기 절삭케이싱 설치단계 이전에 상기 구동유닛을 설치하는 것을 특징으로 하고, 적어도 하나의 클램프를 통해 상기 구동유닛을 상기 잭업바지에 설치할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법에 있어서, 상기 차수단계는 상기 절삭케이싱의 외부에 구비되는 복수의 파이프를 통하여 그라우트를 상기 절삭케이싱과 절삭된 수중암반 사이에 충전시키는 단계로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법에 있어서, 상기 굴착단계에서는 브레이커를 통해 굴착작업을 진행할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법에 있어서, 상기 절삭케이싱 설치단계에서는 수중에 수직으로 설치되고, 외주면 둘레를 따라 적어도 하나의 그라우트가 주입 및 배출되는 파이프가 구비되며, 상단부 및 하단에 피동기어 및 비트가 장착되어 회전하면서 수중의 지면이나 암반을 원형으로 절삭하는 원통형의 절삭케이싱이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법에 있어서, 상기 구동유닛 설치단계에서는 상기 절삭케이싱의 피동기어에 치합되어 회전되면서 피동기어와 함께 상기 절삭케이싱을 회전시키는 적어도 하나의 구동기어와, 상기 구동기어를 구동시키는 구동모터를 포함하는 구동유닛이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 종래기술에서 사용되던 규격화된 장비인 RCD장비를 통해 굴착작업이 이루어지는 것이 아니라, 브레이커(Breaker) 또는 소형 굴착기 등이 절삭케이싱 내부 작업공간에 투입되어 이루어짐에 따라 대구경을 갖는 굴착공을 천공할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시 예는 수작업을 통해 굴착공의 직경을 최대한 크게 굴착할 수 있어 대구경을 갖는 수중구조물의 설치가 용이할 수 있고, 특히, 굴착작업을 생략하고 절삭케이싱 내부의 수중지면에 바로 콘크리트를 타설하여 수중구조물을 설치할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예는 굴착작업이 절삭케이싱 내부에서 이루어짐에 따라 종래기술에서 사용되던 RCD장비의 사용을 삭제할 수 있고, 별도의 가물막이 공사의 삭제를 통해 전체 공사기간을 단축시킬 수 있으며, 시공비용을 절감시킬 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물용 시공장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물용 시공장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물용 시공장치의 작동도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법의 플로우차트이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법의 시공순서도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.

하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 “...유닛”의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물용 시공장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물용 시공장치의 평면도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물용 시공장치(1)는 절삭케이싱(10)과 절삭케이싱(10)의 일부가 중앙부를 관통하고, 이에 회전력을 제공하여 회전 구동시키는 구동유닛(20) 및 그라우팅 유닛(G)을 포함한다.

상기 절삭케이싱(10)은 원통형으로 이루어져 수중에 수직으로 설치되며, 상단부 외주면에는 피동기어(11)가 장착되고, 하단에는 비트(Bit:12)가 장착되어 회전하면서 수중지면(F)이나 암반을 원형으로 절삭한다.

이러한 절삭케이싱(10)은 종래 기술에서 사용되는 RCD장비가 갖는 최대 굴착공의 직경인 3,000mm 보다 큰 직경(3,000mm~10,000mm 사이)을 갖는 것이 바람직하며, 이는 보다 대구경을 갖는 수중구조물(30)을 설치하기 위함이다.

상기 비트(12)는 다양한 형태의 비트(12)가 적용이 가능한 것이며, 본 발명의 실시 예에서는 경도가 우수한 다이아몬드비트(Diamond Bit)로 이루어지는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 절삭케이싱(10)은 상기 구동유닛(20)에 상단부의 피동기어(11)가 연결되어 구동유닛(20)의 구동력을 전달받고, 중공관의 형태로 이루어져 내부에 작업자나 장비가 투입되어 작업이 가능한 작업공간(S)을 갖는다.

상기 구동유닛(20)은 구동기어 및 구동모터(M)로 이루어지며, 상기 구동기어는 절삭케이싱(10)의 피동기어(11)에 치합되어 회전하면서 피동기어(11)와 함께 절삭케이싱(10)을 회전시킨다.

이때, 상기 구동기어는 피동기어(11)를 중심으로 서로 대향하는 제1 및 제2 구동기어(G1,G2)와, 제1 및 제2 구동기어(G1,G2)의 사이에서 피동기어(11)를 중심으로 서로 대향하는 제2 및 제4 구동기어(G3,G4)로 이루어질 수 있다.

이에 의하면, 상기 제1 내지 제4 구동기어(G1,G2,G3,G4)는 피동기어(11)의 외측에서 각각 이격된 상태로 피동기어(11)와 치합되고, 동시에 구동되면서 절삭케이싱(10)을 회전시킨다.

상기에서는 구동기어가 제1 내지 제4 구동기어(G1,G2,G3,G4)로 이루어지는 것으로 설명을 하였으나 이에 한정을 하는 것은 아니며, 이보다 많은 수의 구동기어 또는 적은 수의 구동기어가 적용될 수도 있는 것이다.

나아가, 상기 제1 내지 제4 구동기어(G1,G2,G3,G4) 및 피동기어(11)는 다양한 형태의 기어가 적용 가능한 것이다. 예컨대, 사이클로이드 치형과 인벌유트 치형을 갖는 기어를 예로 들 수 있다.

상기 구동모터(M)는 제1 내지 제4 구동기어(G1,G2,G3,G4)를 구동시키는 것으로, 제1 내지 제4 구동기어(G1,G2,G3,G4)에 각각 대응되게 수직으로 설치되고, 각 회전축(21)을 통해 제1 내지 제4 구동기어(G1,G2,G3,G4)가 구비된다.

이때, 상기 구동모터(M)는 큰 토크를 갖으며, 원격조작이 용이하고, 속도의 조정과 정지, 역회전 등이 용이하다는 장점을 갖는 유압모터로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 구동유닛(20)은 절삭케이싱(10)이 내측으로 삽입되는 삽입공(22)이 마련된 프레임(23)의 내부에 설치될 수 있다. 이러한 프레임(23)은 구동유닛 즉, 제1 내지 제4 구동기어(G1,G2,G3,G4) 및 구동모터(M)를 외부로부터 보호하고, 외부에 구동유닛의 설치가 간편하게 이루어지도록 한다.

한편, 상기 그라우팅 유닛(G)은 중공관의 형태로 되어 절삭케이싱(10)의 외주면 둘레를 따라 적어도 하나로 구비된다.

이러한 그라우팅 유닛(G)은 절삭케이싱(10)의 길이방향을 따라 구비되는 복수의 파이프로 이루어질 수 있고, 파이프의 상단이 그라우트(GT)가 주입되는 입구(I)로 이루어진다.

이때, 상기 입구는 구동유닛(20)의 피동기어(11) 하측에 배치되고, 파이프의 하단이 주입된 그라우트(GT)가 배출되는 배출구(O)로 이루어지고, 상기 배출구(O)는 비트(12)의 상측에 배치된다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물용 시공장치의 작동도이다.

도 3을 참조하면, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물용 시공장치(1)에 의하면, 먼저, 수중암반(51)에 수중구조물(30)을 설치하기 위해서, 해상에 설치되는 잭업바지(40:Jackup Barge)에 구동유닛(20)을 프레임(23)을 통해 고정 설치한다.

여기서, 상기 프레임(23)은 2개의 잭업바지(40)를 해상에 이격되게 설치한 후, 프레임(23)의 양측을 각각 걸치면서 고정시키는 것이 바람직하며, 이때, 잭업바지(40)가 사용되는 것은 공지된 바와 같이 해수면의 높낮이 또는 파도에 의한 위치변동이 발생하지 않는 특징을 가지고 있기 때문이다.

이후, 상기 프레임(23)의 삽입공(22)에 절삭케이싱(10)을 해상크레인 등을 이용하여 수직으로 관통시킨다. 이때, 절삭케이싱(10)은 피동기어(11)와 구동유닛(20)의 제1 내지 제4 구동기어(G1,G2,G3,G4)가 상호 치합되도록 삽입공(22)에 삽입시 위치를 미세하게 조정하면서 관통시킨다.

상기와 같이 절삭케이싱(10)과 구동유닛(20)이 치합되면 구동유닛(20)을 구동시킨다. 이때, 상기 절삭케이싱(10)은 제1 내지 제4 구동기어(G1,G2,G3,G4)가 회전됨에 따라 비트(12)가 수중지면(F)을 절삭한다.

이와 동시에, 상기 절삭케이싱(10)은 자중에 의해 수중지면(F)으로 압입된다.

여기서, 상기 절삭케이싱(10)이 수중지면(F)에 압입되는 깊이는 0.8m∼1.5m 사이의 깊이가 적당하고, 본 발명의 실시 예에서는 1m깊이로 압입되는 것이 바람직하다.

이러한 수치를 벋어나거나 미치지 못하면, 필요 이상으로 수중지면(F)에 압입되거나 해수의 영향을 받아 절삭케이싱(10)이 기울어질 수 있다.

상기와 같이 절삭케이싱(10)이 수중지면(F)에 압입되면, 절삭케이싱(10)의 내부에 저수된 해수(SW)를 외부로 배수한다.

이어서, 상기 그라우팅 유닛(G)을 통해 그라우트(GT)를 절삭케이싱(10)과 절삭케이싱(10)의 절삭에 따라 형성되는 절삭홀(50)의 사이 공간에 충전시켜 차수작업을 진행한다.

그리고 상기 절삭케이싱(10)의 내부 작업공간(S)에 작업자 및 장비를 투입하여 작업공간(S) 상으로 노출된 수중지면(F)을 굴착한다.

여기서, 상기 굴착은 수중지면(F)을 일정깊이로 천공하는 것과, 노출된 지면의 암석들을 제거하는 작업을 포함하는 포괄적인 의미를 갖는다.

최종적으로, 상기와 같이 노출된 수중지면(F)에 콘크리트 등을 타설하여 풍력발전기나 교량 등과 같은 고중량을 갖는 구조물을 지지하는 기초인 수중구조물(30)을 설치한다.

이때, 상기 수중구조물(30)은 브레이커 또는 소형 굴착기 등이 절삭케이싱(10)의 내부 작업공간(S)으로 투입되어 이루어지는 것으로, 종래기술에서 사용되던 RCD장비의 삭제가 가능하다.

특히, 3,000mm이상의 직경을 갖는 절삭케이싱(10)의 사용 시, 굴착되는 직경이 최대 3,000mm이하를 갖는 RCD장비에 비해, 보다 대구경을 갖는 수중구조물(30)의 설치가 용이하다.

아울러, 굴착작업을 진행하더라도 브레이커 또는 소형 굴착기 등을 이용하여 수작업으로 진행됨에 따라서 굴착공의 직경을 최대한 크게 굴착할 수 있어 대구경을 갖는 수중구조물(30)의 설치가 용이하다.

이에 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물용 시공장치(1)는 종래 기술에서 사용되던 고가의 장비이면서 고중량물인 RCD장비의 사용을 삭제할 수 있도록 해주고, 별도의 가물막이공사를 진행하지 않아도 대구경을 갖는 수중구조물(30)을 용이하게 설치할 수 있도록 해준다.

나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물용 시공장치(1)는 RCD장비 및 가물막이 공사의 삭제를 통해 전체 공사기간을 단축시킬 수 있고, 시공비용을 절감시킬 수 있다.

한편, 도면상에는 도시하지 않았으나 상기 절삭케이싱(10)과 구동유닛(20) 사이에는 별도의 어댑터(미도시)가 구비될 수 있다. 이러한 어댑터는 다양한 외경크기를 갖는 절삭케이싱(10)을 구동유닛(20)에 맞게 끼우기 위해 구비되는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물용 시공장치(1)를 이용한 수중구조물(30)의 시공방법을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법의 플로우차트이고, 도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법의 시공순서도이다.

상기한 도면들과 함께 도 4 및 도 5a 내지 도 5f를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법은 굴착지점 설정단계(S1), 플로트 설치단계(S2), 잭업바지 설치단계(S3), 및 절삭케이싱 설치단계(S4)로 이루어진다.

또한, 구동유닛 설치단계(S5), 절삭케이싱 압입단계(S6), 배수단계(S7), 차수단계(S8), 암석제거단계(S9), 및 기초 성형단계(S10)를 포함하여 이루어진다.

상기 굴착지점 설정단계(S1)는 해상에 대구경을 갖는 수상수조물(30)을 시공하기 위해 굴착하고자 하는 굴착지점(C)을 측량하여 설정하는 단계이다.

상기 플로트 설치단계(S2)는 상기 굴착지점 설정단계(S1)에서 설정된 굴착지점(C)에 플로트(Float)를 설치하는 단계이다.

상기 잭업바지 설치단계(S3)는 상기 플로트 설치단계(S2)에서 설치된 플로트에 인접하는 상태로 적어도 하나의 잭업바지(40;Jackup Barge)를 설치하는 단계이다.

이때, 설치되는 잭업바지(40)는 플로트를 사이에 두고 마주하는 형태로 2개의 잭업바지(40)가 각각 이격상태로 설치되는 것이 바람직하다.

상기 절삭케이싱 설치단계(S4)는 플로트 설치단계(S2)에서 설치된 플로트를 중심으로 굴착지점(C)에 수중의 지면(F)이나 암반을 절삭하는 원통형의 절삭케이싱(10)을 설치하는 단계이다.

이때, 제공되는 원통형의 절삭케이싱(10)은 수중에 수직으로 설치되며, 외주면 둘레를 따라 적어도 하나의 그라우트(GT)가 주입 및 배출되는 파이프 형태의 그라우팅 유닛(G)이 구비된다.

또한, 상기 절살케이싱(10)은 상단부 외주면에 피동기어(11)가 장착되고, 하단에는 비트(Bit:12)가 장착되어 회전하면서 수중의 지면(F)이나 암반을 원형으로 절삭한다.

여기서, 상기 비트(12)는 다양한 형태의 비트(12)가 적용이 가능한 것이며, 본 발명의 실시 예에서는 다이아몬드비트(Diamond Bit)로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 절삭케이싱(10)은 중공관의 형태로 되어 내부에 작업 즉, 작업자나 장비가 투입되어 작업이 가능한 작업공간(S)을 갖는다.

상기 구동유닛 설치단계(S5)는 절삭케이싱 설치단계(S4)에서 설치된 절삭케이싱(10)에 구동력을 제공하여 회전시키는 구동유닛(20)을 잭업바지 설치단계(S3)에서 설치된 잭업바지(40)에 설치하는 단계이다.

이때, 제공되는 상기 구동유닛(20)은 절삭케이싱(10)의 피동기어(11)에 치합되어 회전되면서 피동기어(11)와 함께 절삭케이싱(10)을 회전시키는 적어도 하나의 구동기어와, 구동기어를 구동시키는 구동모터(M)로 이루어진다.

보다 상세하게, 상기 구동유닛(20)은 구동기어 및 구동모터(M)로 이루어지며, 구동기어는 절삭케이싱(10)의 피동기어(11)에 치합되어 회전하면서 피동기어(11)와 함께 절삭케이싱(10)을 회전시킨다.

나아가, 상기 구동기어 및 피동기어(11)는 다양한 형태의 기어가 적용 가능한 것으로, 예컨대, 사이클로이드 치형과 인벌유트 치형을 갖는 기어를 예로 들 수 있다.

이때, 상기 구동모터(M)는 큰 토크를 갖으며, 자동 원격조작이 용이하고, 속도의 조정과 정지, 역전 등이 용이하다는 장점을 갖는 유압모터로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 구동유닛(20)은 절삭케이싱(10)이 내측으로 삽입되는 삽입공(22)이 마련된 프레임(23)의 내부에 설치될 수 있다. 이러한 프레임(23)은 구동유닛(20) 즉, 제1 내지 제4 구동기어(G1,G2,G3,G4) 및 구동모터(M)를 외부로부터 보호하고, 외부에 구동유닛(20)의 설치가 간편하게 이루어지도록 한다.

또한, 상기 프레임(23)은 잭업바지(40)에 견고하게 고정되도록 적어도 하나의 클램프(41)를 통해 잭업바지(40) 상에 고정될 수 있다. 이러한 클램프(41)는 다양한 형태의 클램프(41)가 적용이 가능하며, 이는 당업계에서 널리 사용되는 공지의 기술이므로 이에 대한 이에 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다른 한편, 상기 구동유닛 설치단계(S5)는 상기 절삭케이싱 설치단계(S4) 이전에 먼저 진행하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 잭업바지(40)에 구동유닛(20)이 설치된 프레임(23)을 먼저 설치하고, 프레임(23)의 삽입공(22)에 절삭케이싱(10)을 해상크레인 등을 이용하여 수직으로 관통시킨다.

이때, 상기 절삭케이싱(10)은 피동기어(11)와 구동유닛(20)의 제1 내지 제4 구동기어(G1,G2,G3,G4)가 상호 치합되도록 삽입공(22)에 삽입시 위치를 조정하면서 관통시킨다.

상기와 같이 절삭케이싱(10)과 구동유닛(20)이 치합되면 상기 절삭케이싱 압입단계(S6)를 진행한다.

상기 절삭케이싱 압입단계(S6)는 상기 구동유닛(20)과 치합된 절삭케이싱(10)을 회전시켜 수중의 지면(F)이나 암반을 원통형으로 절삭하면서 절삭케이싱(10)을 수중암반(51)에 압입시키는 단계이다.

즉, 상기 구동유닛(20)을 구동시키면 제1 내지 제4 구동기어(G1,G2,G3,G4)가 회전과 함께 절삭케이싱(10)을 회전시키면서 비트(12)를 통해 지면(F)을 절삭하고, 절삭케이싱(10)은 자중에 의해 절삭과 동시에 수중암반(51)으로 압입된다.

이때, 상기 절삭케이싱(10)은 수중암반(51)에 압입되는 깊이가 0.8m∼1.5m 사이의 깊이로 압입되는 것이 적당하고, 본 발명의 실시 예에서는 1m깊이로 압입되는 것이 바람직하다.

이러한 수치를 벋어나거나 미치지 못하면, 필요 이상으로 지면(F)에 절삭케이싱(10)이 압입되거나 해수의 영향을 받아 절삭케이싱(10)이 기울어질 수 있다.

상기와 같이 절삭케이싱(10)이 수중암반(51)에 압입되면, 상기 배수단계(S7)를 진행한다.

상기 배수단계(S7)는 상기 절삭케이싱(10)의 압입시 내부에 저수된 해수(SW)를 외부로 배수펌프(미도시) 등을 이용하여 배수하여 절삭케이싱(10) 내부를 작업이 가능한 환경으로 조성시키는 단계이다.

상기 차수단계(S8)는 상기 절삭케이싱(10)의 내부 작업공간(S) 상으로 외부의 해수가 유입되지 않도록 차수키는 단계이다.

이러한 차수단계(S8)는 중공관의 형태로 되어 절삭케이싱(10)의 외주면 둘레를 따라 적어도 하나로 구비되는 그라우팅 유닛(G)을 통해 이루어진다.

이때, 상기 그라우팅 유닛(G)은 복수의 파이프로 이루어지고, 그라우트(GT)가 주입되는 입구(I)가 구동유닛(20)의 피동기어(11) 하측에 배치되며, 주입된 그라우트(GT)가 배출되는 배출구(O)가 비트(12)의 상측에 배치된다.

이에 따라서, 상기 차수단계(S8)는 그라우팅 유닛(G)을 통해 그라우트(GT)를 절삭케이싱(10)과 절삭케이싱(10)의 절삭에 따라 형성되는 절삭홀(50)의 사이 공간에 충전시켜 차수작업을 진행한다.

한편, 상기 차수단계(S8)에서는 절삭케이싱(10)의 내부에서 수중암반(51)을 향하여 복수로 천공하는 단계와, 천공된 홀에 주입재를 침투시키는 단계를 거쳐 차수작업이 이루어질 수도 있다.

이에 따라서, 수중의 지면(F)에 압입된 절삭케이싱(10)은 내부 작업공간(S)이 작업자 및 장비가 투입될 수 있는 환경이 완벽하게 조성되고, 종래 기술에서 시행되던 별도의 가물막이 공사를 삭제할 수 있다.

상기 암석제거단계(S9)는 상기 차수단계(S8)에서 차수작업이 마무리된 절삭케이싱(10)의 내부 작업공간(S) 상으로 노출된 지면(F)의 암석들을 제거하는 단계이다.

이때, 상기 암석제거단계(S9)에서는 암석들의 제거와 노출된 수중지면(F)을 설정깊이로 굴착하여 굴착공을 형성시킬 수도 있다.

나아가, 상기 암석제거단계(S9)는 상기 차수단계(S8) 전에 진행될 수도 있다. 즉, 작업시 발생되는 암석들을 잘게 분쇄하여 파이프로 이루어지는 그라우팅 유닛(G)을 통해 외부로 배출할 수 있다.

이때, 암석의 외부 배출은 컴프레서 등을 통해 압축공기를 파이프의 내부로 공급시키고, 공급되는 압축공기의 압력을 이용하여 외부로의 배출이 이루어질 수 있다.

상기 기초 성형단계(S10)는 암석제거단계(S9)를 거친 수중지면(F)에 콘크리트 등을 타설하여 풍력발전기나 교량 등과 같은 고중량을 갖는 구조물을 지지하는 기초인 수중구조물(30)을 설치하는 단계이다.

이때, 상기 기초 성형단계(S10)는 수중지면(F)을 일정깊이로 천공하여 천공된 홀에 콘크리트 등을 타설하여 수중구조물(30)을 설치할 수도 있다.

이러한 기초 성형단계(S10)는 브레이커 또는 소형 굴착기 등이 절삭케이싱(10)의 내부 작업공간(S)으로 투입되어 이루어지는 것으로, 종래기술에서 수중구조물(30)의 설치 시, 굴착을 위해 필수적으로 사용되던 RCD장비의 삭제가 가능하다.

특히, 3,000mm이상의 직경을 갖는 절삭케이싱(10)의 사용 시, 통상적으로 굴착되는 직경이 최대 3,000mm이하로만 굴착시키는 RCD장비에 비해, 보다 대구경을 갖는 수중구조물(30)의 설치가 용이하게 이루어질 수 있다.

아울러, 상기 수중지면(F)에 굴착작업을 진행하더라도 브레이커 또는 소형 굴착기 등을 이용하여 수작업으로 진행됨에 따라 굴착공의 직경을 최대한 크게 굴착할 수 있어 대구경을 갖는 수중구조물(30)의 설치가 용이하게 이루어진다.

이러한 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법은 상기한 단계들을 통해서, 종래 기술에서 사용되던 RCD장비 및 가물막이 공사를 삭제할 수 있고, 이를 통해서 전체 공사기간의 단축과 시공비용을 절감시킬 수 있다.

나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 수중구조물의 시공방법은 상기한 단계들을 통해서, 종래 기술에 비해 보다 큰 대구경을 갖는 수중구조물(30)을 용이하게 수중지면(F)에 설치할 수 있다.

이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

1: 수중구조물용 시공장치 10: 절삭케이싱
11: 피동기어 12: 비트
S: 작업공간 F: 지면
SW: 해수 20: 구동유닛
21: 회전축 22: 삽입공
23: 프레임 M: 구동모터
G1: 제1 구동기어 G2: 제2 구동기어
G3: 제3 구동기어 G4: 제4 구동기어
30: 수중구조물 40: 잭업바지
41: 클램프 51: 수중암반
52: 주입재 C: 굴착지점
G: 그라우팅 유닛 GT: 그라우트
I: 입구 O: 배출구

Claims

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굴착지점을 측량하여 굴착지점을 설정하는 굴착지점 설정단계;
상기 설정된 굴착지점에 플로트를 설치하는 플로트 설치단계;
상기 플로트에 인접하는 상태로 적어도 하나의 잭업바지를 설치하는 잭업바지 설치단계;
상기 플로트를 중심으로 상기 굴착지점에 수중의 지면이나 암반을 절삭하는 원통형의 절삭케이싱을 설치하는 절삭케이싱 설치단계;
상기 절삭케이싱에 구동력을 제공하여 회전시키는 구동유닛을 상기 잭업바지에 설치하는 구동유닛 설치단계;
상기 구동유닛을 통해 상기 절삭케이싱을 회전시켜 수중의 지면이나 암반을 원통형으로 절삭하면서 절삭케이싱을 수중의 지중에 압입시키는 절삭케이싱 압입단계;
상기 절삭케이싱의 내부에 저수된 해수를 외부로 배수하는 배수단계;
상기 절삭케이싱의 내부로 외부의 해수가 유입되지 않도록 절삭케이싱의 외부를 차수시키는 차수단계;
상기 절삭케이싱의 내부에 노출된 지면의 암석을 제거하는 암석제거단계; 및
상기 노출된 지면에 기초를 성형하는 기초 성형단계; 를 포함하는 수중구조물의 시공방법.
제8항에 있어서,
상기 잭업바지 설치단계는
상기 플로트의 양측에 잭업바지를 이격상태로 각각 설치하는 것을 특징으로 하는 수중구조물의 시공방법.
삭제
제8항에 있어서,
상기 차수단계는
상기 절삭케이싱의 외부에 구비되는 복수의 파이프를 통하여 그라우트를 상기 절삭케이싱과 절삭된 수중암반 사이에 충전시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중구조물의 시공방법.
제8항에 있어서,
상기 암석제거 단계에서는
브레이커를 통해 암석의 제거작업을 진행하는 것을 특징으로 하는 수중구조물의 시공방법.
제8항에 있어서,
상기 절삭케이싱 설치단계에서는
수중에 수직으로 설치되고, 외주면 둘레를 따라 적어도 하나의 그라우트가 주입 및 배출되는 파이프가 구비되며, 상단부 및 하단에 피동기어 및 비트가 장착되어 회전하면서 수중의 지면이나 암반을 원형으로 절삭하는 원통형의 절삭케이싱이 제공되는 것을 특징으로 하는 수중구조물의 시공방법.
제8항 또는 제13항에 있어서,
상기 구동유닛 설치단계에서는
상기 절삭케이싱의 피동기어에 치합되어 회전되면서 피동기어와 함께 상기 절삭케이싱을 회전시키는 적어도 하나의 구동기어와, 상기 구동기어를 구동시키는 구동모터를 포함하는 구동유닛이 제공되는 것을 특징으로 하는 수중구조물의 시공방법.