KR101924114B1 - 그라우팅 주입장치 및 이를 이용한 터널 보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그라우팅 주입장치 및 이를 이용한 터널 보강방법에 관한 것으로, 천공 홀에 시공된 강관의 내부에 삽입되며 그라우팅제를 공급하는 유로가 형성된 주입관과 상기 주입관에 설치되며 상기 주입관의 축선과 동일한 방향으로 이동하는 것에 따라 그 형상이 변형하여 상기 강관의 내경을 실링하는 고정 패커 및 상기 고정 패커와 연결되며 상기 주입관을 따라 직선이동하여 상기 고정 패커를 가압하는 이동모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 그라우팅 공법용 주입장치가 개시된다.

Description

그라우팅 주입장치 및 이를 이용한 터널 보강공법{Injection device for grouting method}

본 발명은 그라우팅 주입장치 및 이를 이용하여 1차 주입 압력을 장시간 유지시켜 소진시킨 후 2차 주입으로 완료하는 터널 보강공법에 관한 것으로, 별도의 동력원 없이 천공 홀에 삽입된 강관의 내부를 폐쇄할 수 있으며 반복하여 재사용할 수 있어 시공 기간을 단축할 수 있으며 시공 비용을 절감할 수 있으며, 천공 홀의 내측면에 형성된 크랙(미세공)에 그라우팅제를 원활하게 침투시킬 수 있어 그라우팅 공법을 완벽 시공할 수 있는 그라우팅 주입장치 및 이를 이용한 터널 보강공법에 관한 것이다.

일반적으로, 터널 보강공법은 터널 굴착 공사에서 충적토층, 파쇄대 또는 활동 가능면을 봉합하여 터널 굴착 예정 단면 주위의 지반 이완을 방지하고 사력층 및 파쇄 연암층과 암반 절리면을 통하여 유출되는 지하수를 차단하기 위하여 시행한다.

현재 터널 시공에 있어 일반적으로 사용되는 일반 강관 그라우팅 공법(천공 후 강관을 삽입하고 그라우팅을 시행하는 공법) 및 직천공 강관 보강 공법(천공과 동시에 강관을 삽입하고 그라우팅을 시행하는 공법)은 연약 지반에 터널을 굴착하는 경우에 널리 채택되는 보강 공법이며, 이를 시행함으로써 굴착 예정 지반 주변을 강화시키고 차수성을 향상시키게 된다.

이러한 터널 보강을 위한 그라우팅 공법은 천공, 강관 삽입, 코킹(caulking), 실링(sealing), 그라우팅(grouting)으로 구분할 수 있다. 즉, 터널 보강을 위한 그라우팅 공법은 천공장비를 이용하여 터널의 주변에 다수의 천공 홀을 형성한 후 강관을 천공 홀의 내부에 삽입하게 된다.

그리고, 천공 홀과 강관 사이의 틈새를 메우기 위해 코킹을 하게 되며, 코킹이 완료된 후에는 강관의 홀 주변을 실링한 후 실링한 강관의 내부에 시멘트 밀크와 같은 그라우팅제를 주입하여 지반에 침투시키게 된다.

이와 같은 그라우팅 공법은 강관의 내부에 그라우팅제를 주입하였을 때 그라우팅제가 역류하지 않도록 실링을 하게 된다. 이러한 그라우팅 주입장치의 선행기술로 한국등록특허 제1032745호의 "코킹모듈"이 개시되어 있다. 이를 도 1에 의거하여 설명한다.

도 1은 선행기술을 나타낸 도면이다. 도면을 참조하여 설명하면, 선행기술에 따른 코킹모듈은 강관(10)보다 작은 직경으로 이루어지고, 선단부가 상기 강관(10)의 후단부 내측에 삽입되는 플라스틱관(20)과 상기 천공홀(H)의 입구 내측에서 상기 플라스틱관(20)의 외측에 상호 이격되게 설치되는 한 쌍의 고무패커(31)와 상기 한 쌍의 고무패커(31) 사이에 형성된 이격공간(35)을 감싸 밀봉하는 부직포(32)와 상기 이격공간(35)에 팽창제를 주입할 수 있도록 상기 한 쌍의 고무패커(31) 중 후측에 위치한 고무패커(31)를 관통하여 상기 이격공간(35)으로 들이어진 팽창제 주입용 호스(34)를 포함하여 이루어지며, 상기 팽창제 주입용 호스(34)를 통해 상기 이격공간(35)으로 팽창제가 주입되면 상기 부직포(32)가 외측으로 팽창되면서 상기 천공홀(H) 입구를 코킹하게 된다.

그리고, 강관(10)의 내부를 실링하기 위해 선행기술은 강관(10)의 내부에 팽창시 강관(10)의 내부 공간을 전후로 격리시켜주는 에어패커(40)가 설치되며, 에어패커(40)의 앞쪽으로 그라우팅제를 주입하는 그라우팅 주입호스(50)를 포함한다.

이때, 에어패커(40)는 에어를 주입하면 팽창하는 에어백으로서 강관(10) 내부에 삽입되고, 팽창시 강관(10) 내벽에 강하게 밀착되면서 강관(10)의 내부 공간을 전후로 분리시켜주는 역할을 한다.

에어패커(40)는 중앙에 홀이 형성되어 그라우팅 주입호스(50)가 관통될 수 있도록 한다. 또한, 에어패커(40)에 에어를 공급하고 회수하기 위한 에어호스(41)가 연결된다.

그러나, 상기와 같은 선행기술은 강관(10)의 내부를 실링하기 위해 에어패커(40)에 공기가 주입되어야 하기 때문에 반드시 공기 펌프가 마련되어야 하며 따라서 공사 비용이 증가하는 문제가 있다.

특히, 그라우팅 공법은 굴착 예정 지반 주변에 천공 홀(H)이 여러 개 형성되고 각 천공 홀(H)마다 선행기술의 주입장치가 설치되는 경우 주입장치의 설치 개수에 따라 공기 펌프가 마련되어야 하지만 실제 시공에서는 한 개의 공기 펌프에 2~3개의 주입장치를 연결하여 사용하기 때문에 여러 번에 걸쳐 그라우팅 공법을 실시해야 하기 때문에 그만큼 시공 기간이 길어지는 문제가 있다.

또한, 선행기술은 그라우팅제를 주입하고 경화될 때까지 지속적으로 에어패커(40)에 공기를 주입하여 에어패커(40)를 팽창시켜야 하는 불편함이 있을 뿐만 아니라 천공 홀(H)의 내부가 밀폐되는 경우 강관(10)에 그라우팅제를 주입함에 따라 강관(10) 내부의 공기가 외부로 빠져나가지 않고 잔류하게 되면서 공기층이 형성되어 그라우팅제가 천공 홀(H)에 완충되지 않는 문제가 있다.

또한, 종래와 같은 천공 홀(H)에 강관(10)을 삽입한 후에는 도 2에 도시된 바와 같이 천공 홀(H)과 강관(10) 사이의 틈새를 메우기 위해 천공 홀(H)과 강관(10) 사이의 틈새로 2개의 호스(61)(62)를 삽입하게 된다.

이때, 하나의 호스(61)는 실링제를 주입하기 위해 용도로 사용되며 다른 하나의 호스(62)는 실링제가 천공 홀(H)과 강관(10) 사이의 틈새를 완충되었을 때 실링제가 흘러나오도록 하기 위한 것으로, 실링제가 주입되는 호스(61)는 천공 홀(H)의 입구와 인접하게 삽입되며, 실링제가 흘러나오는 호스(62)는 강관(10)의 길이에 상응하도록 천공 홀(H)의 끝까지 삽입하게 된다. 즉, 실링제가 흘러나오는 호스(62)는 강관(10)의 길이가 12미터인 경우 이에 상응하도록 12미터까지 삽입하게 된다.

그러나, 상기와 같은 천공 홀(H)과 강관(10) 사이에 삽입하게 되는 호스(61)(62)는 작업자의 숙련도에 따라 그 품질이 다르게 되며, 특히 실링제가 흘러나오는 호스(62)를 천공 홀(H)과 강관(10) 사이로 삽입할 때 호스(62)가 불규칙한 천공 홀(H)의 표면에 걸림되기 때문에 천공 홀(H)의 끝까지 삽입하기 어려울 뿐만 아니라 호스(62)가 삽입되는 과정에서 천공 홀(H)의 불규칙한 표면에 걸려 호스(62)가 꺾이는 문제가 있다.

또한, 상기와 같이 천공 홀(H)과 강관(10) 사이의 틈새로 호스(61)가 삽입되고 상기 호스(61)를 통해 주입되는 실링제는 벤토나이트와 시멘트 및 물을 일정 비율로 혼합된다. 이러한 벤토나이트, 시멘트, 물이 혼합된 실링제가 호스를 통해 천공 홀(H)과 강관(10) 사이의 틈새에 주입되어 장시간(8시간 이상) 경과하여도 경화되지 않는 문제가 있다.

즉, 코킹을 위한 실링제는 예를 들어 벤토나이트 12.5㎏, 시멘트 40㎏, 물 171ℓ를 혼합하여 사용하게 되는데, 이러한 혼합비율을 갖는 실링제가 천공 홀(H)과 강관(10) 사이의 틈새에 삽입된 호스(61)를 통해 주입되었을 때 벤토나이트가 물을 어느 정도 흡수하여 팽창하기는 하지만 물이 증발하지 않고 시멘트와 벤토나이트가 물속에 침전되는 현상이 발생하여 천공 홀(H)과 강관(10) 사이의 코킹이 원활하게 이루어지지 않아 강관(10)의 내부에 그라우팅제를 일정한 압력으로 주입하게 되면 코킹된 부분이 터지면서 실링제가 비산되는 문제가 있다.

KR 10-1032745 B (2011.04.26)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공기 펌프와 같은 별도의 장치를 사용하지 않고 강관의 내부를 실링할 수 있는 그라우팅 주입장치 및 이를 이용한 터널 보강공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 다수의 강관을 동시에 실링할 수 있어 그라우팅 공법의 시공 기간을 단축할 수 있으며, 반복하여 재사용할 수 있어 시공 비용을 낮출 수 있는 그라우팅 주입장치 및 이를 이용한 터널 보강공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 강관의 내부에 그라우팅제를 주입할 때 천공 홀에 잔류하는 공기를 천공 홀의 외부로 배기시켜 천공 홀에 그라우팅제를 완충시킬 수 있는 그라우팅 주입장치 및 이를 이용한 터널 보강공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 천공 홀과 강관 사이의 틈새를 완벽하게 실링하여 강관을 통해 그라우팅제가 주입되어도 천공 홀의 코킹된 부분에 대한 터짐이 발생하지 않아 안전하고 견고하게 천공 홀의 주변을 보강할 수 있는 그라우팅 주입장치 및 이를 이용한 터널 보강공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 천공 홀과 강관에 주입된 그라우팅제가 천공 홀의 내측면에 형성된 크랙에 원활하게 침투시킴으로써 그라우팅 공법을 완벽하게 시공할 수 있는 터널 보강공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 천공 홀에 시공된 강관의 내부에 삽입되며 그라우팅제를 공급하는 유로가 형성된 주입관과 상기 주입관에 설치되며 상기 주입관의 축선과 동일한 방향으로 이동하는 것에 따라 그 형상이 변형하여 상기 강관의 내경을 실링하는 고정 패커 및 상기 고정 패커와 연결되며 상기 주입관을 따라 직선이동하여 상기 고정 패커를 가압하는 이동모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 그라우팅 주입장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 고정 패커는 상기 주입관의 끝단에 고정되는 고정 플레이트와 상기 주입관에 관통된 상태로 상기 고정 플레이트를 향해 이동하는 가동 플레이트 및 상기 주입관에 관통되며 상기 가동 플레이트와 고정 플레이트 사이에 위치하여 가동 플레이트의 이동에 따라 그 형상이 변형하여 상기 강관의 내경을 실링하는 변형부재를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 변형부재는 탄성력이 발휘되는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 고정 패커는 상기 변형부재가 회전하는 것을 방지하는 회전방지부를 더 포함하고, 상기 회전방지부는 상기 변형부재의 일측면과 타측면에 제각기 형성되는 삽입 홈 및 상기 변형부재와 마주하는 상기 고정 플레이트 및 가동 플레이트에 제각기 형성되며 상기 삽입 홈에 삽입되는 고정 돌기를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고정 패커는 상기 주입관을 통해 그라우팅제가 주입될 때 천공 홀에 잔류하는 공기와 지하수를 천공 홀의 외부로 배출하는 드레인이 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 이동모듈은 상기 주입관의 외경에 마련되는 래크와 상기 래크와 맞물리는 피니언과 상기 피니언과 축으로 연결되는 핸들 및 상기 핸들과 피니언을 연결하는 축을 지지하며 상기 고정 패커와 일체로 형성되는 하우징을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 주입관은 상기 이동모듈의 후방에 위치한 주입관의 외경에 손잡이가 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 주입관은 그 입구에 상기 그라우팅제가 공급되는 그라우팅 공급 호스와 연결되는 커플러가 마련되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 커플러는 상기 주입관의 입구에 설치되는 니플을 구비한 어댑터와 상기 어댑터에 체결되며 상기 그라우팅 공급 호스에 설치되는 커플러 본체와 상기 어댑터와 커플러 본체의 체결부위를 밀봉하는 밀봉부재 및 상기 어댑터와 커플러 본체를 탈착 가능하게 지지하는 지지부를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 기술적 사상으로는, 터널 굴착 예정 지반 주변에 다수의 천공 홀을 형성하는 천공 홀 형성단계와 상기 천공 홀마다 강관을 삽입하는 강관 삽입단계와 상기 강관이 삽입된 천공 홀의 입구에 코킹 캡을 설치하는 코킹 캡 설치단계와 상기 코킹 캡 설치단계 후 상기 코킹 캡이 설치된 강관과 천공 홀의 사이에 급결제를 주입하여 강관과 천공 홀 사이를 실링하는 급결제 주입단계와 상기 강관의 내부마다 청구항 1의 그라우팅 주입장치를 삽입하는 주입장치 설치단계와 상기 주입장치 설치단계 후 상기 그라우팅 주입장치의 주입관을 통해 그라우팅제를 강관에 주입하는 그라우팅제 주입단계 및 상기 그라우팅제 주입단계 후 그라우팅제가 완전히 경화되면 상기 강관에서 상기 그라우팅 주입장치를 분리하는 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 보강공법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 주입장치 설치단계는 상기 그라우팅 주입장치의 고정 패커를 상기 강관의 내부에 삽입하는 삽입단계 및 상기 삽입단계 후 작업자가 상기 그라우팅 주입장치의 이동모듈을 조작하여 상기 이동모듈을 상기 주입관의 토출구를 향해 직선이동시켜 상기 고정 패커의 변형부재를 가압하고 상기 강관의 내경을 실링하는 이동모듈 조작단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 급결제 주입단계는 상기 천공 홀의 입구로부터 1미터가 될 때까지 급결제를 주입하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 그라우팅제 주입단계는 상기 주입관의 입구에 그라우팅제 공급 펌프로부터 인출된 그라우팅 공급 호스를 연결하는 공급 호스 연결단계 및 상기 공급 호스 연결단계 후 상기 그라우팅제 공급 펌프를 작동시켜 상기 주입관의 토출구를 통해 그라우팅제를 강관의 내부에 공급하는 토출단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 토출단계는 상기 주입관의 토출구를 통해 그라우팅제를 일정한 압력으로 주입하여 강관 내부 및 천공 홀과 강관 사이의 틈새를 완충시키는 제1차 공급단계 및 상기 제1차 공급단계 후 상기 주입관의 토출구를 통해 급결제를 주입하는 제2차 공급단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1차 공급단계는 상기 천공 홀 및 강관의 내부가 그라우팅제에 의해 완충되면 상기 그라우팅제 주입장치에 마련된 드레인을 통해 천공 홀 및 강관의 내부에 잔류하는 공기와 지하수를 천공 홀의 외부로 배출시키는 단계 및 상기 공기와 지하수를 배출시킨 후 그라우팅제가 드레인을 통해 천공 홀의 외부로 배출되면 상기 드레인을 통해 그라우팅제가 토출되지 않도록 차단시킨 후 그라우팅제가 주입되는 압력이 일정 압력에 도달할 때까지 지속적으로 그라우팅제를 가압하여 주입하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 그라우팅제 주입단계는 굴착 예정지의 둘레를 따라 형성된 천공 홀에 그라우팅제를 공급하되 상기 그라우팅제는 굴착 예정지의 하부에 형성된 천공 홀에서 굴착 예정지의 상부에 형성된 천공 홀의 순서로 주입되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 그라우팅 주입장치 및 이를 이용한 터널 보강공법에 의하면, 공기 펌프와 같은 강관의 내부를 실링하기 위한 별도의 동력를 사용하지 않고 강관의 내부를 실링할 수 있기 때문에 시공 비용을 낮출 수 있다.

또한, 본 발명은 작업자가 이동모듈의 핸들을 회전 조작하는 것에 따라 강관의 내부를 실링할 수 있기 때문에 다수의 천공 홀에 그라우팅 공법을 실시할 수 있어 시공 기간을 단축할 수 있으며, 그라우팅 공법이 완료된 후에는 강관으로부터 본 발명의 주입장치를 분리하여 재사용할 수 있기 때문에 시공 비용을 낮출 수 있다.

또한, 본 발명은 고정 패커에 드레인이 마련되어 강관의 내부에 그라우팅제를 주입할 때 천공 홀 및 강관에 잔류하는 공기 및 지하수를 천공 홀의 외부로 배출시켜 천공 홀에 그라우팅제를 완충시킬 수 있어 견고하게 터널 보강을 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치를 이용한 터널 보강공법에 의하면 작업자가 이동모듈을 조작하여 강관의 내부를 실링하고, 강관에 설치된 다수의 그라우팅 주입장치에 그라우팅제를 동시에 공급하여 동일한 경화 시간을 갖도록 함으로써 시공 기간을 단축할 수 있다.

본 발명의 주입장치를 통해 그라우팅제를 일정한 압력으로 주입하여 그라우팅제를 천공 홀의 내측면에 형성된 크랙으로 침투시키는 제1차 공급단계와 그라우팅제를 완충시킨 후 급결제를 주입하여 그라우팅제가 주입관을 통해 역류하지 않도록 차단하는 제2차 공급단계가 실시되어 견고하게 터널을 주변을 보강할 수 있다.

또한, 본 발명의 주입장치를 통해 그라우팅제가 천공 홀(H) 및 강관(10)의 내부에 완충된 후 그라우팅제가 일정 압력에 도달할 때까지 지속적으로 가압하여 그라우팅제를 주입하게 됨으로써 그라우팅제가 천공 홀의 내측면에 형성된 크랙으로 원활하게 침투되어 그라우팅 공법을 완벽 시공할 수 있어 천공 홀 주변의 지반을 견고하게 보강할 수 있다.

도 1은 선행기술을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 그라우팅공법을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치의 결합 상태를 나타낸 단면 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치의 작동 상태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치를 이용한 터널 보강공법을 나타낸 순서도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치를 나타낸 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치의 결합 상태를 나타낸 단면 사시도이다.

도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치는 터널 굴착 예정 지반 주변에 시공되는 천공 홀에 삽입된 강관의 내부에 그라우팅제를 공급하는 주입관(110), 주입된 그라우팅제가 역류하지 않도록 강관의 내부를 실링하는 고정 패커(120), 주입관(110)을 따라 직선이동하여 고정 패커(120)를 가압하는 이동모듈(130)로 구성된다.

부연하자면, 주입관(110)은 천공 홀에 시공된 강관의 내부에 삽입되는 것으로 그라우팅제가 강관의 내부에 공급될 수 있게 중공된 관의 형상을 갖는다. 즉, 주입관(110)은 선단에 그라우팅제가 공급되는 입구(110a)를 형성하며, 기단에 그라우팅제가 토출되는 토출구(110b)를 형성하게 되며, 주입관(110)의 입구(110a)와 토출구(110b)는 유로(110c)에 의해 연통된다.

이때, 주입관(110)의 입구(110a)는 그라우팅제를 일정한 압력으로 공급하는 그라우팅제 공급 펌프로부터 인출된 그라우팅 공급 호스(A)(도 6 참조)와 연결되어 그라우팅제 공급 펌프에 저장된 그라우팅제가 그라우팅 공급 호스(A)를 통해 주입관(110)의 입구(110a)로 공급되어 강관의 내부 및 천공 홀과 강관 사이의 틈새를 충진하게 된다.

또한, 주입관(110)의 입구(110a)에는 그라우팅 공급 호스(A)와 간편하고 신속하게 연결될 수 있도록 커플러(112)가 마련된다. 이러한 커플러(112)는 도 6의 원안에 도시된 바와 같이 주입관(110)의 입구(110a)에 설치되는 니플을 구비한 어댑터(112a), 어댑터(112a)에 체결되며 그라우팅 공급 호스(A)에 설치되는 커플러 본체(112b), 어댑터(112a)와 커플러 본체(112b)의 체결부위를 밀봉하는 밀봉부재(112c), 어댑터(112a)와 커플러 본체(112b)를 탈착 가능하게 지지하는 지지부(112d)로 구성되어 주입관(110)의 입구(110a)와 그라우팅 공급 호스(A)를 연결하게 된다.

이때, 밀봉부재(112c)는 어댑터(112a)와 커플러 본체(112b) 사이에 개재되는 O-링이 될 수 있으며, 지지부(112d)는 어댑터(112a)의 외경에 형성되는 수나사와 커플러 본체(112b)의 내경에 형성되는 암나사에 의해 구현될 수 있으며, 어댑터(112a)와 커플러 본체(112b)의 나사 체결에 의해 어댑터(112a)와 커플러 본체(112b)가 일체로 연결된다.

이러한 어댑터(112a)에는 커플러 본체(112b)와 어댑터(112a)가 연결될 때만 그라우팅제가 커플러 본체(112b)를 통해 어댑터(112a)를 통해 공급되도록 그 유로가 연통되고, 어댑터(112a)와 커플러 본체(112b)가 분리될 때에는 어댑터(112a)의 내부에 형성된 유로를 폐쇄시켜 그라우팅제가 역류하지 않도록 방지하는 밸브가 설치된다. 이러한 밸브는 그 일예로 체크밸브 또는 원-웨이 밸브 등이 될 수 있다.

또한, 커플러(112)가 설치된 주입관(110)의 외경에는 아래에서 설명하는 고정 패커(120)를 가압하기 위해 이동모듈(130)을 직선이동시킬 때 주입관(110)이 회전하지 않도록 작업자가 파지하는 손잡이(111)가 형성된다.

이러한 손잡이(111)는 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 주입관(110)의 외경과 일체로 형성되고 주입관(110)의 외방을 향해 돌출된 봉의 형태일 수도 있지만 경우에 따라서는 주입관(110)의 직경보다 큰 지름을 갖는 링과 링과 주입관(110)을 일체로 연결하는 연결대로 구성될 수도 있다.

이와 같이, 손잡이(111)가 링의 형태를 갖게 되는 경우 작업자가 어느 방향에서든 링을 용이하게 파지할 수 있어 주입관(110)이 회전하는 것을 방지하게 된다.

한편, 주입관(110)은 주입된 그라우팅제가 역류하지 않도록 강관의 내부를 실링하는 고정 패커(120)가 설치된다. 고정 패커(120)는 주입관(110)에 설치되어 주입관(110)의 축선과 동일한 방향으로 이동하는 것에 따라 그 형상이 변형하여 강관의 내경을 실링하게 된다.

이를 위해 고정 패커(120)는 고정 플레이트(121), 가동 플레이트(122), 변형부재(123)로 구성된다. 부연하자면, 고정 플레이트(121)는 강관의 내경에 상응하는 형상을 갖도록 원판의 형태를 갖고 주입관(110)의 토출구(110b)와 인접한 위치에 설치된다.

이때, 고정 플레이트(121)는 용접에 의해 주입관(110)의 외경과 일체로 고정될 수도 있지만 바람직하게 고정 플레이트(121)는 주입관(110)의 기단, 즉 토출구(110b)가 형성된 주입관의 외경에 나사 체결되는 다수의 너트(140) 및 와셔(141)에 의해 고정 플레이트(121)가 주입관(110)의 토출구(110b)를 향해 이동하지 않도록 고정된다.

이와 같이, 고정 플레이트(121)가 다수의 너트(140) 및 와셔(141)에 의해 고정되면 고정 플레이트(121), 변형부재(123) 등이 파손되었을 때 너트(140) 및 와셔(141)를 주입관(110)에서 분리하여 수리 또는 교체하여 사용할 수 있다.

또한, 가동 플레이트(122)는 주입관(110)에 관통된 상태로 고정 플레이트(121)의 후방에 설치되어 이동모듈(130)의 작동에 따라 고정 플레이트(121)를 향해 이동하게 된다. 이러한 가동 플레이트(122)는 고정 플레이트(121)와 상응하게 원판의 형태를 갖고 이동모듈(130)과 일체로 형성된다.

그리고, 가동 플레이트(122)와 고정 플레이트(121) 사이에는 주입관(110)에 관통된 변형부재(123)가 설치되어 가동 플레이트(122)가 고정 플레이트(121)를 향해 이동하는 것에 따라 그 형상이 변형하여 강관의 내경을 실링하게 된다.

이러한 변형부재(123)는 예를 들어 고무와 같은 내화학성이 우수하며 탄성력이 발휘되는 재질로 이루어진다. 상기와 같이 가동 플레이트(122)와 고정 플레이트(121) 사이에 변형부재(123)가 설치되면 가동 플레이트(122)가 고정 플레이트(121)를 향해 이동하는 것에 따라 변형부재(123)가 가압되면서 그 형상이 변형하여 강관의 내경에 밀착되어 강관의 내부를 실링하게 된다.

한편, 고정 패커(120)는 주입관(110)을 통해 그라우팅제가 주입될 때 천공 홀 또는 강관에 잔류하는 공기 또는 지하수를 천공 홀의 외부로 배출하는 드레인(125)이 형성된다. 이러한 드레인(125)은 가동 플레이트(122), 변형부재(123), 고정 플레이트(121)를 일직선으로 관통하여 형성되는 관통 홀(125a) 및 상기 관통 홀(125a)에 삽입되어 고정 패커(120)에 의해 밀봉된 강관의 전방과 후방을 연통시키는 튜브(125b)에 의해 구현된다. 이때, 튜브(125b)는 강관의 내부를 통해 강관의 끝단까지 인입된다. 즉, 천공 홀에 삽입된 강관의 길이가 12미터인 경우 튜브(125b) 역시 강관의 내부를 따라 12미터까지 인입된다.

상기와 같이 가동 플레이트(122)와 고정 플레이트(121) 사이에 변형부재(123)가 설치될 때 변형부재(123) 또는 고정 플레이트(121)가 가동 플레이트(122)의 이동에 따라 주입관(110)을 축으로 하여 임의적으로 회전하는 것을 방지하기 위해 고정 패커(120)는 회전방지부(124)가 마련된다.

회전방지부(124)는 변형부재(123)의 일측면과 타측면에 제각기 형성되는 삽입 홈(124a)과 변형부재(123)와 마주하는 고정 플레이트(121) 및 가동 플레이트(122)에 제각기 형성되며 변형부재(123)에 형성된 삽입 홈(124a)에 삽입되는 고정 돌기(124b)로 구성된다. 이때, 삽입 홈(124a) 및 고정 돌기(124b)는 주입관(110)을 중심으로 변형부재(123) 및 고정 플레이트(121)와 가동 플레이트(122)에 배열된다.

이와 같이 고정 패커(120)에 회전방지부(124)가 마련되면 가동 플레이트(122)가 고정 플레이트(121)를 향해 직선이동하게 될 때 변형부재(123), 고정 플레이트(121)가 임의적으로 회전하는 것을 방지하여 가동 플레이트(122), 변형부재(123), 고정 플레이트(121)를 관통하여 공기 또는 지하수를 천공 홀의 외부로 배출하는 드레인(125)이 꼬이는 것을 방지하게 된다.

한편, 이동모듈(130)은 고정 패커(120)의 가동 플레이트(122)와 연결되며 주입관(110)을 따라 직선이동하여 고정 패커(120)를 가압하게 된다. 이러한 이동모듈(130)은 래크(131), 피니언(132), 핸들(133), 하우징(134)으로 구성된다.

부연하자면, 래크(131)는 주입관(110)의 외경에 마련되며, 피니언(132)은 래크(131)와 맞물리게 된다. 또한, 핸들(133)은 피니언(132)과 축으로 연결되어 작업자가 핸들(133)을 회전 조작하는 것에 따라 피니언(132)이 회전하여 래크(131)를 따라 이동하게 된다.

그리고, 하우징(134)은 핸들(133)과 피니언(132)을 연결하는 축을 지지하며 고정 패커(120)의 가동 플레이트(122)와 일체로 형성된다. 이때, 하우징(134)에는 핸들(133)과 피니언(132)을 연결하는 축을 축받이하는 베어링이 설치되어 작업자가 핸들(133)을 회전 조작하는 것에 따라 하우징(134)이 주입관(110)의 축선을 따라 직선이동하여 가동 플레이트(122)를 고정 플레이트(121)를 향해 이동시켜 변형부재(123)를 가압하게 되고, 이렇게 변형부재(123)가 가압되는 것에 따라 변형부재(123)는 외형 변형을 일으켜 강관(10)의 내경을 실링하게 된다.

한편, 주입관(110)의 외경에 마련되어 이동모듈(130) 및 가동 플레이트(122)가 직선이동할 수 있게 안내하는 래크(131)는 용접에 의해 주입관(110)의 외경에 고정될 수도 있지만 필요에 따라 래크(131)의 위치가 가변될 수도 있다.

이를 위해 주입관(110)의 외경에는 축선을 따라 주입관(110)의 두께보다 두꺼운 연장부가 형성되고, 상기 연장부에는 주입관(110)의 축선을 따라 다수 개의 나사 체결 홀이 형성된다. 또한, 래크(131)는 나사 체결 홀에 상응하여 다수의 결속 홀이 형성되어 연장부의 나사 체결 홀과 래크(131)의 결속 홀이 볼트에 의해 결속된다.

이와 같이 주입관(110)에 나사 체결 홀이 다수 형성된 연장부 및 래크(131)에 다수의 결속 홀이 형성되어 볼트에 의해 결속되는 구조를 갖게 되면 주입관(110)에서 래크(131)의 위치를 변경하고자 하는 경우 래크(131)를 주입관(110)으로부터 분리하게 된다.

그리고, 주입관에서 래크가 분리된 후에는 래크를 주입관(110)의 변경하려는 위치로 이동시킨 후 결속 홀과 나사 체결 홀을 볼트에 의해 결속시켜 래크(131)의 위치를 가변하게 된다.

이렇게 래크(131)의 위치를 가변시킬 수 있게 되면 강관에 삽입된 주입관(110)의 토출구(110b)를 강관 깊숙이 위치시키거나 또는 강관의 입구에 근접하게 위치시키는 깊이 조절을 용이하게 할 수 있다.

한편, 이동모듈(130)의 조작에 의해 고정 패커(120)의 변형부재(123)가 가압되어 압축변형되었을 때 변형부재(123)의 탄성 복원력에 의해 이동모듈(130)이 임의적으로 작동하는 것을 단속하기 위해 스토퍼(미도시)가 더 마련될 수 있다.

예를 들어, 스토퍼는 주입관(110)의 외경에 톱니와 같은 형태의 기어가 주입관의 길이 방향으로 연속적으로 형성되고, 기어와 맞물리되 하우징(134)에 피벗 회전하게 설치된 스위치에 의해 변형부재(123)에서 발휘되는 탄성 복원력에 의해 이동모듈(130)이 임의적으로 후퇴하는 것을 방지할 수 있다.

즉, 하우징(134)에 설치되는 스위치의 상단은 하우징(134)의 외부로 노출되고, 스위치의 하단은 주입관(110)에 형성된 기어에 맞물리도록 설치되어 스위치의 상단이 변형부재와 가까워지게 회동한 상태에서는 스위치의 하단이 주입관에 형성된 기어로부터 해제되어 이동모듈(130)의 전진 및 후퇴에 제약을 주지 않게 된다.

이와 반대로 스위치의 상단이 변형부재(123)와 멀어지게 회동하게 되면 스위치의 하단이 주입관(110)에 형성된 기어와 맞물리면서 이동모듈(130)이 고정 플레이트(121)로부터 멀어지게 후퇴하는 것을 방지하게 된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치의 작동을 도 6 및 도 7에 의거하여 설명한다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치의 작동 상태를 나타낸 단면도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 그라우팅 공법을 실시하기 위해 터널 굴착 예정 지반 주변에 시공되는 천공 홀(H)에 강관(10)을 삽입하게 된다.

그리고, 천공 홀(H)과 강관(10) 사이의 틈새를 코킹하게 되는데, 이를 위해 천공 홀(H)과 강관(10) 사이의 틈새에는 링의 형상을 갖는 코킹 캡(미도시)이 설치된다. 상기와 같이 코킹 캡이 설치된 후에는 본 발명에 따른 주입장치의 고정 패커(120)를 강관(10)에 삽입하게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 주입장치의 고정 패커(120)가 강관(10)에 삽입되면 작업자는 이동모듈(130)의 핸들(133)을 회전 조작하여 피니언(132)을 회전시키게 된다.

이렇게 피니언(132)이 회전하게 되면 피니언(132)이 래크(131)와 맞물려 이동모듈(130)을 천공 홀(H)의 입구를 향해 이동시키게 된다. 이와 같이 이동모듈(130)이 천공 홀(H)의 입구로 이동하는 것에 따라 이동모듈(130)의 하우징(134)과 일체로 이루어진 고정 패커(120)의 가동 플레이트(122)가 고정 플레이트(121)를 향해 직선이동하게 되어 변형부재(123)를 가압하게 된다.

변형부재(123)가 가동 플레이트(122)에 의해 가압되면 변형부재(123)는 강관(10)의 내경에 밀착되는 외형 변형을 일으켜 강관(10)의 내부를 실링하게 된다.

이와 같이 고정 패커(120)에 의해 강관(10)의 내부가 실링되면 주입관(110)의 입구(110a)에 마련된 커플러(112)를 통해 그라우팅 공급 호스(A)를 연결하게 되며 주입관(110)과 그라우팅 공급 호스(A)가 연결된 후에는 그라우팅 공급 호스(A)를 통해 그라우팅제를 주입관(110)에 공급하게 된다.

상기와 같이 그라우팅제가 주입관(110)에 공급되면 주입관(110)의 토출구(110b)를 통해 강관(10)의 내부로 그라우팅제가 토출된다. 이때, 주입관(110)을 통해 그라우팅제가 강관(10)에 토출될 때 천공 홀(H)에 잔류하는 공기 또는 지하수는 고정 패커(120)에 마련된 드레인(125)을 통해 천공 홀(H)의 외부로 배출되어 그라우팅제를 강관(10) 및 천공 홀(H)에 완충할 수 있다.

본 발명에 따른 그라우팅 주입장치에 의하면, 강관(10)의 내부를 실링하기 위한 공기 펌프와 같은 별도의 장치를 사용하지 않고 강관(10)의 내부를 실링할 수 있기 때문에 시공 비용을 낮출 수 있다.

또한, 본 발명은 작업자가 이동모듈(130)의 핸들(133)을 회전 조작하는 것에 따라 강관(10)의 내부를 실링할 수 있기 때문에 다수의 천공 홀(H)에 그라우팅 공법을 실시할 수 있어 시공 기간을 단축할 수 있으며, 그라우팅 공법이 완료된 후에는 강관(10)으로부터 본 발명의 주입장치를 분리하여 재사용할 수 있기 때문에 시공 비용을 낮출 수 있다.

또한, 본 발명은 고정 패커(120)에 드레인(125)이 마련되어 강관(10)의 내부에 그라우팅제를 주입할 때 천공 홀(H) 및 강관(10)에 잔류하는 공기 및 지하수를 튜브(125b)를 통해 천공 홀(H)의 외부로 배출시켜 천공 홀(H)에 그라우팅제를 완충시킬 수 있어 견고하게 그라우팅 공법을 실시할 수 있다.

한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.

예를 들어, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치는 터널 보강공법에 이용되어 시공 기간을 단축하며 시공 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 견고하게 천공 홀을 보강할 수 있다. 이를 도 8에 의거하여 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치를 이용한 터널 보강공법을 나타낸 순서도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 터널 보강공법은 천공 홀 형성단계(S10), 강관 삽입단계(S20), 코킹 캡 설치단계(S30), 급결제 주입단계(S40), 주입장치 설치단계(S50), 그라우팅제 주입단계(S60), 분리단계(S70)로 구성된다.

부연하자면, 천공 홀 형성단계(S10)는 터널 굴착 예정 지반 주변에 다수의 천공 홀(H)을 형성하는 단계로, 드릴과 같은 천공장치를 이용하여 터널 굴착 예정 지반의 주변으로 다수의 천공 홀(H)을 형성하게 된다. 그리고, 강관 삽입단계(S20)는 천공 홀 형성단계(S10)를 통해 형성된 천공 홀(H)마다 강관(10)을 삽입하게 된다.

상기와 같이 천공 홀(H)마다 강관(10)이 삽입되면 각 천공 홀(H)마다 강관(10)과 천공 홀(H) 사이의 틈새를 메우기 위해 코킹 캡을 천공 홀(H)과 강관(10) 사이에 설치하는 코킹 캡 설치단계(S30)를 실시하게 되는데, 코킹 캡 설치단계(S30)는 강관(10)과 천공 홀(H) 사이에 링의 형상을 갖는 코킹 캡을 천공 홀(H)에 삽입하게 된다.

이때, 코킹 캡은 급결제가 주입되는 호스가 마련되며, 코킹 캡에 마련된 호스를 통해 주입되는 급결제는 겔화에 따라 부피 팽창을 수반하는 발포우레탄이나 조기강도가 발현되는 초속형 시멘트가 될 수 있다.

그리고, 코킹 캡 설치단계(S30) 후에는 코킹 캡이 설치된 강관과 천공 홀의 사이에 급결제를 주입하여 강관과 천공 홀 사이를 실링하는 급결제 주입단계(S40)가 실시된다.

급결제 주입단계(S40)는 앞서 설명한 코킹 캡 설치단계(S30)를 통해 천공 홀(H)과 강관(10) 사이의 틈새에 삽입된 코킹 캡에 마련된 호스를 통해 급결제를 천공 홀(H)과 강관(10) 사이의 틈새에 주입하게 된다.

코킹 캡에 마련된 호스를 통해 주입되는 급결제는 앞서 설명한 바와 같이 초속형 시멘트가 될 수 있으며, 이러한 급결제는 바람직하게 천공 홀(H)의 입구로부터 1미터가 될 때까지 주입하게 되어 천공 홀(H)의 입구를 견고하게 폐쇄시켜 아래에서 설명하는 그라우팅제 주입단계(S60)를 통해 그라우팅제가 일정한 압력으로 주입될 때 천공 홀(H)의 입구가 터지는 것을 방지하게 된다.

이때, 천공 홀(H)에 삽입되는 강관(10)은 천공 홀(H)의 입구로부터 1미터가 되는 지점에 구멍(미도시)이 형성되는데, 이러한 강관(10)에 형성된 구멍은 급결제 주입단계(S40)에서 천공 홀(H)과 강관(10) 사이로 급결제가 주입될 때 천공 홀(H)로부터 1미터가 넘게 되면 급결제가 강관(10)에 형성된 구멍을 통해 강관(10)의 입구로 흘러내리게 되어 작업자가 급결제의 주입량을 용이하게 식별할 수 있다.

상기와 같이 급결제 주입단계(S40)가 실시된 후에는 강관(10)의 내부에 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치를 삽입하는 주입장치 설치단계(S50)가 실시된다.

이러한 주입장치 설치단계(S50)는 삽입단계(S51)와 조작단계(S52)로 구분되는데, 삽입단계(S51)는 그라우팅 주입장치의 고정 패커(120)를 강관(10)의 내부에 삽입하게 된다.

그리고, 삽입단계(S51) 후에는 조작단계(S52)가 실시된다. 조작단계(S52)는 작업자가 그라우팅 주입장치의 이동모듈(130)을 조작하여 이동모듈(130)을 주입관(110)의 토출구(110b)를 향해 직선이동시켜 고정 패커(120)의 변형부재(123)를 가압하여 강관(10)의 내경을 실링하게 된다.

한편, 상기와 같은 천공 홀(H)과 강관(10) 사이의 틈새에 급결제가 주입되는 급결제 주입단계(S40)와 주입장치 설치단계(S50)가 실시된 후에는 그라우팅 주입장치의 주입관(110)을 통해 그라우팅제를 강관(10)에 공급하는 그라우팅제 주입단계(S60)가 실시된다.

그라우팅제 주입단계(S60)는 공급 호스 연결단계(S61)와 토출단계(S62)로 구분되는데, 공급 호스 연결단계(S61)는 주입관(110)의 입구(110a)에 그라우팅제 공급 펌프로부터 인출된 그라우팅 공급 호스(A)를 연결하게 된다.

이때, 그라우팅 공급 호스(A)와 주입관(110)의 입구는 앞서 설명한 커플러(112)에 의해 연결될 수 있으며, 강관(10)에 삽입된 모든 그라우팅 주입장치의 주입관(110)에 그라우팅 공급 호스(A)를 연결하게 된다.

그리고, 토출단계(S62)는 공급 호스 연결단계(S61) 후 그라우팅제 공급 펌프를 작동시켜 주입관(110)의 토출구(110b)를 통해 그라우팅제를 강관(10)의 내부에 공급하게 된다.

이때, 토출단계(S62)는 강관(10)마다 설치된 그라우팅 주입장치에 그라우팅제를 동시에 공급하거나 강관(10) 각각에 설치된 그라우팅 주입장치에 시차를 두고 공급할 수도 있다.

또한, 굴착 예정지의 둘레를 따라 형성된 천공 홀에 그라우팅제를 공급하되 상기 그라우팅제는 굴착 예정지의 하부에 형성된 천공 홀에서 굴착 예정지의 상부에 형성된 천공 홀의 순서로 주입될 수도 있다.

이와 같이, 모든 그라우팅 주입장치에 그라우팅제를 동시에 공급하게 되면 그라우팅제의 경화가 동일한 시간에 완료되기 때문에 개별적으로 그라우팅제를 강관에 공급하는 것에 비해 시공 기간을 단축할 수 있다.

한편, 상기와 같은 토출단계(S62)는 제1차 공급단계(S63)와 제2차 공급단계(S64)로 구분될 수 있다. 제1차 공급단계(S63)는 주입관(110)의 토출구(110b)를 통해 그라우팅제를 일정한 압력으로 주입하여 강관(10) 내부 및 천공 홀(H)과 강관(10) 사이의 틈새를 완충시키게 된다.

제1차 공급단계(S63)를 통해 일정한 압력으로 그라우팅제를 강관(10)의 내부에 주입하게 되면 강관(10)에 형성된 홀을 통해 그라우팅제가 강관(10)의 외측으로 유출되며, 이렇게 그라우팅제가 일정한 압력으로 주입되는 것에 따라 천공 홀(H)의 내측면에 형성된 크랙을 따라 그라우팅제가 원활하게 침투되어 천공 홀(H)의 공극을 그라우팅제가 메우게 되어 천공 홀(H) 주변의 지반이 견고한 구조를 갖게 된다.

즉, 제1차 공급단계(S63)는 천공 홀(H) 및 강관(10)의 내부가 그라우팅제에 의해 완충되면 그라우팅제 주입장치에 마련된 드레인(125)을 통해 천공 홀(H) 및 강관(10)의 내부에 잔류하는 공기와 지하수를 천공 홀(H)의 외부로 배출시키는 단계와 공기와 지하수를 배출시킨 후 그라우팅제가 드레인(125)을 통해 천공 홀(H)의 외부로 배출되면 드레인(125)을 통해 그라우팅제가 토출되지 않도록 차단시킨 후 그라우팅제가 주입되는 압력이 일정 압력에 도달할 때까지 지속적으로 그라우팅제를 가압하여 주입하는 단계를 포함한다.

예를 들어, 제1차 공급단계(S63)가 실시되어 천공 홀(H) 및 강관(10)의 내부가 그라우팅제에 의해 완충되면 고정 패커(120)를 관통하여 강관(10)의 끝까지 인입된 튜브(125b)를 통해 천공 홀(H) 및 강관(10)의 내부에 잔류하는 공기와 지하수가 천공 홀(H)의 외부로 배출되고, 천공 홀(H) 및 강관(10)의 내부에 잔류하는 공기와 지하수가 튜브(125b)를 통해 모두 배출된 후에는 튜브(125b)를 통해 그라우팅제가 토출된다.

이와 같이 튜브(125b)를 통해 그라우팅제가 토출되면 튜브(125b)를 막아 그라우팅제가 튜브(125b)를 통해 토출되는 것을 차단시킨 후 그라우팅제가 주입되는 압력이 10~15㎏/㎠의 압력이 될 때까지 지속적으로 그라우팅제를 가압하여 주입하게 된다.

상기와 같이, 튜브(125b)를 통해 그라우팅제가 토출되는 것을 차단시킨 후 그라우팅제가 주입되는 압력이 일정 압력이 될 때까지 지속적으로 그라우팅제를 가압하여 주입하게 되면 그라우팅제를 천공 홀(H)의 내측면에 형성된 크랙으로 원활하게 침투시킬 수 있어 천공 홀 주변의 지반을 견고하게 할 수 있다.

그리고, 제1차 공급단계(S63)가 실시된 후에는 제2차 공급단계(S64)가 실시되는데, 제2차 공급단계(S64)는 주입관(110)의 토출구(110b)를 통해 급결제를 주입하여 경화시킴으로써 그라우팅제가 주입관(110)을 통해 역류하지 않도록 차단하게 된다.

상기한 바와 같이 제1차 공급단계(S63)와 제2차 공급단계(S64)를 통해 천공 홀(H)과 강관(10) 내부에 그라우팅제가 완충되고, 강관(10)에 삽입된 고정 패커(120)의 전방이 급결제에 의해 폐쇄되면 강관(10)에서 본 발명의 그라우팅 주입장치를 분리하게 된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 그라우팅 주입장치를 이용한 터널 보강공법에 의하면 작업자가 이동모듈(130)을 조작하여 강관(10)의 내부를 폐쇄하고, 강관(10)에 설치된 다수의 그라우팅 주입장치에 그라우팅제를 동시에 공급하여 동일한 경화 시간을 갖도록 함으로써 시공 기간을 단축할 수 있다.

또한, 본 발명의 주입장치를 통해 그라우팅제가 천공 홀(H) 및 강관(10)의 내부에 완충된 후 그라우팅제가 일정 압력에 도달할 때까지 지속적으로 그라우팅제를 주입하게 됨으로써 그라우팅제가 천공 홀(H)의 내측면에 형성된 크랙으로 원활하게 침투되어 그라우팅 공법을 완벽 시공할 수 있어 천공 홀 주변의 지반을 견고하게 보강할 수 있다.

10 : 강관 110 : 주입관
110a : 입구 110b : 토출구
110c : 유로 111 : 손잡이
112 : 커플러 112a : 어댑터
112b : 커플러 본체 112c : 밀봉부재
112d : 지지부 120 : 고정 패커
121 : 고정 플레이트 122 : 가동 플레이트
123 : 변형부재 124 : 회전방지부
124a : 삽입 홈 124b : 고정 돌기
125 : 드레인 125a : 관통 홀
125b : 튜브 130 : 이동모듈
131 : 래크 132 : 피니언
133 : 핸들 134 : 하우징
140 : 너트 141 : 와셔
A : 그라우팅 공급 호스 H : 천공 홀

Claims (14)

1. 천공 홀에 시공된 강관의 내부에 삽입되며 그라우팅제를 공급하는 유로가 형성된 주입관;
   상기 주입관에 설치되며 상기 주입관의 축선과 동일한 방향으로 이동하는 것에 따라 그 형상이 변형하여 상기 강관의 내경을 실링하는 고정 패커; 및
   상기 고정 패커와 연결되며 상기 주입관을 따라 직선이동하여 상기 고정 패커를 가압하는 이동모듈;을 포함하고,
   상기 고정 패커는
   상기 주입관의 끝단에 고정되는 고정 플레이트;
   상기 주입관에 관통된 상태로 상기 고정 플레이트를 향해 이동하는 가동 플레이트; 및
   상기 주입관에 관통되며 상기 가동 플레이트와 고정 플레이트 사이에 위치하여 가동 플레이트의 이동에 따라 그 형상이 변형하여 상기 강관의 내경을 실링하는 변형부재;를 포함하며,
   상기 변형부재는 탄성력이 발휘되는 재질로 이루어지고,
   상기 고정 패커는
   상기 변형부재가 회전하는 것을 방지하는 회전방지부;를 더 포함하고,
   상기 회전방지부는
   상기 변형부재의 일측면과 타측면에 제각기 형성되는 삽입 홈; 및
   상기 변형부재와 마주하는 상기 고정 플레이트 및 가동 플레이트에 제각기 형성되며 상기 삽입 홈에 삽입되는 고정 돌기;를 포함하며,
   상기 고정 패커는
   상기 주입관을 통해 그라우팅제가 주입될 때 천공 홀에 잔류하는 공기와 지하수를 천공 홀의 외부로 배출하는 드레인이 형성되고,
   상기 이동모듈은
   상기 주입관의 외경에 마련되는 래크;
   상기 래크와 맞물리는 피니언;
   상기 피니언과 축으로 연결되는 핸들; 및
   상기 핸들과 피니언을 연결하는 축을 지지하며 상기 고정 패커와 일체로 형성되는 하우징;을 포함하며,
   상기 주입관은
   상기 이동모듈의 후방에 위치한 주입관의 외경에 손잡이가 마련되고,
   상기 주입관은 그 입구에 상기 그라우팅제가 공급되는 그라우팅 공급 호스와 연결되는 커플러가 마련되며,
   상기 강관은
   상기 천공 홀의 입구로부터 1미터가 되는 지점에 구멍이 형성되어, 상기 천공 홀과 강관 사이로 급결제가 주입될 때 천공 홀로부터 1미터가 넘게 되면 급결제가 상기 강관에 형성된 구멍을 통해 강관의 입구로 흘러내리는 것을 특징으로 하는 그라우팅 주입장치.
   
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9. 터널 굴착 예정 지반 주변에 다수의 천공 홀을 형성하는 천공 홀 형성단계;
   상기 천공 홀마다 강관을 삽입하는 강관 삽입단계;
   상기 강관이 삽입된 천공 홀의 입구에 코킹 캡을 설치하는 코킹 캡 설치단계;
   상기 코킹 캡 설치단계 후 상기 코킹 캡이 설치된 강관과 천공 홀의 사이에 급결제를 주입하여 강관과 천공 홀 사이를 실링하는 급결제 주입단계;
   상기 강관의 내부마다 청구항 1의 그라우팅 주입장치를 삽입하는 주입장치 설치단계;
   상기 주입장치 설치단계 후 상기 그라우팅 주입장치의 주입관을 통해 그라우팅제를 강관에 주입하는 그라우팅제 주입단계; 및
   상기 그라우팅제 주입단계 후 그라우팅제가 완전히 경화되면 상기 강관에서 상기 그라우팅 주입장치를 분리하는 분리단계;를 포함하고,
   상기 급결제 주입단계는
   상기 천공 홀의 입구로부터 1미터가 될 때까지 급결제를 주입하며,
   상기 주입장치 설치단계는
   상기 그라우팅 주입장치의 고정 패커를 상기 강관의 내부에 삽입하는 삽입단계; 및
   상기 삽입단계 후 작업자가 상기 그라우팅 주입장치의 이동모듈을 조작하여 상기 이동모듈을 상기 주입관의 토출구를 향해 직선이동시켜 상기 고정 패커의 변형부재를 가압하고 상기 강관의 내경을 실링하는 이동모듈 조작단계;를 포함하고,
   상기 그라우팅제 주입단계는
   상기 주입관의 입구에 그라우팅제 공급 펌프로부터 인출된 그라우팅 공급 호스를 연결하는 공급 호스 연결단계; 및
   상기 공급 호스 연결단계 후 상기 그라우팅제 공급 펌프를 작동시켜 상기 주입관의 토출구를 통해 그라우팅제를 강관의 내부에 공급하는 토출단계;를 포함하며,
   상기 토출단계는
   상기 주입관의 토출구를 통해 그라우팅제를 주입하여 강관 내부 및 천공 홀과 강관 사이의 틈새를 완충시키는 제1차 공급단계; 및
   상기 제1차 공급단계 후 상기 주입관의 토출구를 통해 급결제를 주입하는 제2차 공급단계;를 포함하고,
   상기 제1차 공급단계는
   상기 천공 홀 및 강관의 내부가 그라우팅제에 의해 완충되면 상기 그라우팅 주입장치에 마련된 드레인을 통해 천공 홀 및 강관의 내부에 잔류하는 공기와 지하수를 천공 홀의 외부로 배출시키는 단계; 및
   상기 공기와 지하수를 배출시킨 후 그라우팅제가 드레인을 통해 천공 홀의 외부로 배출되면 상기 드레인을 통해 그라우팅제가 토출되지 않도록 차단시킨 후 그라우팅제가 주입되는 압력이 일정 압력에 도달할 때까지 지속적으로 그라우팅제를 가압하여 주입하는 단계;를 포함하며,
   상기 강관은
   상기 천공 홀의 입구로부터 1미터가 되는 지점에 구멍이 형성되어,
   상기 급결제 주입단계에서 상기 천공 홀과 강관 사이로 급결제가 주입될 때 천공 홀로부터 1미터가 넘게 되면 급결제가 강관에 형성된 상기 구멍을 통해 강관의 입구로 흘러내려 작업자가 급결제의 주입량을 식별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 보강공법.
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