KR102037443B1 - 포크레인 장착형 천공장비를 이용한 철도 성토 노반 보강방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 층으로 이루어진 철도 성토 노반 보강공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 보강공법은 (a)복수의 층으로 이루어진 성토 노반을 천공하여 성토 노반을 이루는 복수의 층의 구조 및 상태를 파악하는 단계; (b)성토 노반을 이루는 복수의 층별로 주입재를 선정하는 단계; 및 (c)천공장비를 이용하여 성토 노반에 천공홀을 형성하고, 천공홀에 (b)단계에서 선정된 주입재를 성토 노반의 복수의 층에 각각 주입하는 단계;를 구비하며,
천공장비는 철도를 따라 이동가능한 굴삭기; 상하방향으로 이동가능하여 상기 성토노반을 드릴링하며, 굴삭기의 암부와 평행한 제1평면상에서 회전가능하게 굴삭기에 결합되며, 제1평면과 교차되는 제2평면상에서 회전가능한 드릴링유닛; 및 드릴링유닛을 제1평면과 제2평면 상에서 회전가능하게 하는 자세조절유닛;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강공법.

Description

포크레인 장착형 천공장비를 이용한 철도 성토 노반 보강방법{METHOD FOR REINFORCING MULTIPLE LAYERED EMBANKED BED OF RAIL USING BORING MACHINE MOUNTED EXCAVATOR}

본 발명은 토목 구조물의 보수보강기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 성토를 통해 형성한 철도 노반을 천공하기 위한 천공장비 및 이를 이용한 보강방법에 관한 것이다.

철도 성토 노반은 복수의 층을 적층하여 형성한다.

도 1은 철도용 성토 노반의 개략적 단면도이다. 도 1을 참고하면, 성토 노반(9)은 자갈 등의 굵은 골재를 이용한 암성토부(1)가 지반 위에 형성되고, 그 위에 토사를 다짐한 흙성토부(2)가 적층된다. 흙성토부(2) 위에는 다시 골재를 충진한 강화노반층(3)이 적층된다. 강화노반층(3) 위에는 일반적으로 무근 콘크리트층(4)이 깔리고, 그 위에 철근 콘크리트층(5)을 설치한다. 마지막으로 철근콘크리트층(5) 위에 침목(미도시)과 레일(6)을 설치한다.

상기한 바와 같이, 철도용 성토 노반은 이종의 재료를 적층하여 다층 구조를 형성한다. 도 1에서는 성토 노반이 암성토부(1)와 흙성토부(2), 강화노반(3) 등으로 이루어진 것으로 도시하였지만, 지반의 상태나 조건에 따라 성토부는 보다 많은 층으로 구성될 수도 있다. 철도 노반과 마찬가지로 고속도로용 노반도 이종 재료가 순차적으로 적층되어 다층 구조를 이루고 있다.

성토 노반은 설치시에 성토부에 대한 다짐이 충분하지 않거나, 시공을 급하게 진행하는 경우 설계시의 높이와 강도를 유지하지 못하고 노반이 침하되는 문제가 종종 발생한다. 또한 시공 과정에 문제가 없더라도, 장기간 사용하는 경우 절기에 따라 수분이 얼었다 녹았다를 반복하는 동결융해과정에서 성토부의 압밀도가 저하되고 연약화되면서 침하가 발생할 수 있다.

상기한 바와 같이 성토 노반 침하 등이 발생하는 경우 철도 레일부의 높낮이가 변경되어 철도의 안전 운행의 위험 요소로 작용한다. 이에 성토 노반에 대한 일상적 모니터링과 함께, 연약화된 부분에 대한 보강이 필요하다. 철도 노반의 보강은 보강부위에 천공홀을 형성한 후, 시멘트를 주재료로 하는 그라우트재를 주입하는 방식으로 이루어진다.

철도 노반에 대한 보강에는 2가지 어려움이 따른다.

첫 째, 철도라는 특수한 환경으로 인해 보강이 필요한 지점까지 중장비인 천공장치를 이동하는 것이 어렵다. 철도 주변에 도로가 인접해 있는 경우가 많지 않을 뿐만 아니라, 도로가 인접해 있어도 철도 보호 시설물이 장애물로 작용하며, 성토 노반은 위로 솟아 있기 때문에 접근 자체가 매우 어렵다. 도로를 이용하지 않는다면, 철도 레일을 통해 천공장비를 이동시켜야 하는데, 철로를 보수하는 전문 궤도차량은 무거운 천공장치를 장착하기에는 용량, 크기, 파워가 모두 부족하다.

철도 노반 보강은 기차가 지나지 않는 시간에 신속하게 이루어져야 하는데 천공장비의 이송과 설치가 용이하지 않다는 것은 현장에서 큰 어려움으로 남아 있다.

두 번째 문제는 성토노반이 이종의 재료로 다단으로 적층되어 있다는 점에 기인한다. 즉 성토 노반의 각 층을 이루는 재료가 모두 다름에도 그 특성을 반영하지 않고 각 층에 모두 동일한 그라우트재를 주입한다. 굵은 자갈로 이루어진 암성토층은 공극이 크게 형성되므로 그라우트재의 주입이 원활하지만, 흙성토층은 공극이 작아 그라우트재의 침투가 원활하지 않을 수 있다. 흙성토층에 대하여 주입이 원활하지 못하면 주입 압력을 높여서 주입을 하게 되는데, 이 경우 저압의 침투 주입이 아니라 이른바 고압의 '할렬 주입'이 이루어져 문제가 된다. 할렬 주입이란 그라우트재를 고압으로 밀어 노반에 균열을 형성하면서 주입을 시도하는 방식을 말한다. 할렬주입은 성토 노반에 균열이 발생시키므로 바람직하지 않다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 철로에서의 이동이 용이할 뿐만 아니라, 보강 부위에 따라 다양한 각도로 천공을 수행할 수 있는 천공장비를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명에서는 상기한 천공장비를 이용하여 천공을 수행한 후, 성토 노반의 각 층별로 서로 다른 그라우트재를 주입할 수 있어 보강 효율이 향상된 성토 노반 보강공법을 제공하는데 목적이 있다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다층 구조의 성토 노반 보강방법은, (a)복수의 층으로 이루어진 성토 노반을 천공하여 상기 성토 노반을 이루는 복수의 층의 구조 및 상태를 파악하는 단계; (b)상기 성토 노반을 이루는 복수의 층별로 주입재를 선정하는 단계; 및 (c)천공장비를 이용하여 성토 노반에 천공홀을 형성하고, 상기 천공홀에 상기 (b)단계에서 선정된 주입재를 상기 성토 노반의 복수의 층에 각각 주입하는 단계;를 구비하며,특히 독특한 구성의 천공장비를 사용하는 것에 특징이 있다. 즉, 상기 천공장비는 철도 성토노반을 천공하기 위한 것으로서, 철도를 따라 이동가능하며, 수평면에서 회전가능한 본체부와, 상기 본체부에 결합되어 상하방향으로 이동가능한 암부를 구비하는 굴삭기; 상하방향으로 이동가능하여 상기 성토노반을 드릴링하며, 상기 암부와 평행한 제1평면상에서 회전가능하게 상기 굴삭기에 결합되며, 상기 제1평면과 교차되는 제2평면상에서 회전가능한 드릴링유닛; 및 상기 드릴링유닛을 제1평면과 제2평면 상에서 회전가능하게 하는 자세조절유닛;을 포함하여 이루어진다.

본 발명에서 사용하는 천공장비는, 상기 굴삭기의 본체의 전면과 후면에 각각 결합되는 것으로서 철도 양측의 레일에 각각 구름접촉하는 한 쌍의 롤러부와, 상기 한 쌍의 롤러부의 상호 마주보는 측면에 형성되며 상기 롤러부가 철도 레일로부터 이탈되는 것을 방지하도록 돌출되게 형성되는 환형의 플랜지부를 구비하는 가이드롤러를 더 구비하는 것이 바람직하다. 여기서 가이드롤러는 실린더에 의하여 상하로 이동가능하하며, 상기 실린더의 작동에 따라 상기 가이드롤러는 상하로 이동하여 상기 레일에 접촉되거나 이격될 수 있다.

본 발명의 일 예에서, 상기 천공장비의 자세조절유닛은 일측은 상기 굴삭기에 회전가능하게 결합되고, 타단은 상기 드릴링유닛에 회전가능하게 결합되는 제1실린더를 구비하여, 상기 제1실린더의 피스톤의 돌출 및 삽입에 따라 상기 드릴링유닛은 상기 제1평면 상에서 회전가능하다.

또한 상기 자세조절유닛은 일측은 상기 굴삭기에 회전가능하게 결합되고, 타단은 상기 드릴링유닛에 회전가능하게 결합되는 제2실린더를 구비하여, 상기 제2실린더의 피스톤의 돌출 및 삽입에 따라 상기 드릴링유닛은 상기 제2평면 상에서 회전가능하다.

본 발명에 따른 다층 구조의 성토 노반 보강공법은 복수의 층의 물리적 특성을 파악한 후, 각 층의 특성에 맞게 주입재를 선정함으로써 성토 노반 보강을 효과적으로 수행할 수 있고, 시공 품질이 우수하다는 이점이 있다.

무엇보다도 본 발명에서는 철로에서의 이동이 용이할 뿐만 아니라, 보강 부위에 따라 다양한 각도와 자세로 천공을 수행할 수 있는 천공장비를 사용하여 신속하고 원활한 보수보강이 가능하다는 이점이 있다.

한편, 본 발명에서 명시되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

도 1은 철도용 성토 노반의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명에서 사용하는 천공장비의 개략적 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 천공장비를 앞에서 본 것으로서, 드릴링유닛만을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 천공장비의 가이드롤러를 설명하기 위한 개략적 후면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 가이드롤러가 레일에 얹어진 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6은 천공장비의 제1평면 상에서의 드릴링유닛의 자세 변화를 설명하기 위하여 철로의 정면에서 바라본 도면이다.
도 7은 천공장비의 제2평면 상에서의 드릴링유닛의 자세 변화를 설명하기 위해 철로의 측면에서 바라본 도면이다.
도 8은 천공장비의 보강 반경을 설명하기 위하여 위에서 바라본 개략적 평면도이다.
도 9는 성토 노반에 천공홀을 형성하고 다채널 주입관을 설치한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 10은 성토 노반의 각 층별로 서로 다른 주입재가 주입된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 다층 구조 성토 노반 보강공법의 개략적 흐름도이다.
도 12는 주입재와 성토재(대상토) 사이의 침투율을 설명한 표이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

본 발명은 철도 성토 노반을 보강하기 위한 방법에 관한 것이다.

이하, 도 11을 참고하여 본 발명의 일 예에 따른 성토 노반 보강공법에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

본 실시예에서는 먼저 성토 노반의 적층 구조 및 상태를 파악한다. 본 실시예에서는 성토 노반에 대한 코어링(coring)을 수행하여, 성토 노반의 심도별 코어(core)를 획득한다. 코어 분석을 통해 성토 노반이 몇 개의 층으로 이루어져 있는지, 각 층의 두께 및 성토재의 종류, 성토재의 입도, 공극률 및 투수계수 등을 파악한다. 물론 코어링을 하지 않고, 성토 노반의 설계 및 시방사항들을 통해 간접적으로 성토 노반의 구조를 파악할 수도 있다. 그러나 본 실시예와 같이 코어링을 통해 직접적으로 파악하는 것이 현재의 성토 노반의 구조 및 상태를 가장 잘 파악할 수 있다. 코어링 역시 천공장비에 의하여 이루어진다. 천공장비에 대해서는 뒤에서 자세하게 설명하기로 한다.

성토 노반의 구조와 상태에 대한 파악이 완료되면, 각 층별로 어떤 주입재를 주입하여 보강을 수행할 것인지에 대하여 결정한다. 즉, 각 층의 공극의 크기 또는 공극률, 투수계수 등에 따라 성토재 사이의 공극으로 원활하게 침투될 수 있는 주입재를 선정하는 것이다. 본 발명에 따른 성토 노반 보강공법은 할렬 주입 방식이 아니라 침투 주입 방식을 택한다는 점에 유의해야 한다. 할렬 주입은 주입재를 고압으로 공급하며, 주입재는 성토재 내의 공극뿐만 아니라 노반에 균열을 형성하면서 주입된다. 할렬 주입을 하면 노반의 강성에 영향을 줄 수 있으므로 바람직하지 않다. 이에 본 발명에서는 저압, 예컨대 수십~수백kPa 범위의 압력으로 이른바 침투 주입을 실시한다. 침투 주입은 저압 영역에서 이루어지므로, 할렬 주입에서와 같은 노반 균열을 형성하지 않고, 성토재 사이의 공극으로 주입재가 침투되는 형식이다.

주입재가 성토재 사이의 공극으로 원활하게 침투될 수 있는지는 공극의 크기와 주입재의 입도에 의하여 결정된다. 본 실시예에서는 성토재의 공극 크기가 주입재의 입도의 15~20 범위 수준이 되도록 주입재를 선정한다. 도 12는 주입재와 성토재(대상토) 사이의 침투율을 설명한 표이다. 도 12를 참고하면, 주입재들 중 마이크로 시멘트를 시멘트 밀크로 형성한 경우에만 실트층에 주입이 가능한 것을 알 수 있다. 마이크로 시멘트를 SGR 또는 LW 형식으로 형성하는 경우 모래층에서만 침투가 가능하다. 시멘트의 입도는 대략 20~70μm 수준으로 형성되며, 초미립자로 분류되는 마이크로 시멘트의 최대 입도는 대략 20~30μm 수준이다. 그런데, 모래층의 토립자 입경이 medium 기준으로 0.2~0.5mm로 형성되고, 공극의 크기는 일반적으로 토립자 입경의 0.2배 수준이므로, 모래층(medium)의 공극 크기는 0.04~0.1mm 수준이 된다. 앞에서 설명하였지만, 공극 크기가 주입재 입도에 대하여 15~20배 범위로 설정되어야 침투가 원활하게 이루어지므로, 초미립자인 마이크로 시멘트를 사용하는 경우에도 성토층의 재질에 따라서는 침투가 원활하지 않을 수 있다. 실질적으로 다짐한 흙성토층에 대해서는 고압의 할렬주입이 아닌 이상 기존의 그라우트재가 침투주입되지 못하는 것으로 보고되고 있다.

이에 본 실시예에서는 모래층과 같이 공극의 크기가 작은 경우 주입재로서 입도가 1~10μm 범위인 케미칼 약액을 사용할 수 있다. 앞에서 성토 노반의 각 층별 성토재의 종류와 공극의 크기를 파악하였으므로, 위 범위에 맞게 주입재를 선정할 수 있다.

주입재의 선정과 함께 다채널 주입관을 제작한다. 다채널 주입관은 성토 노반의 복수의 층에 서로 다른 주입재를 각각 주입하기 위하여 특수하게 제작된 주입관으로서, 본 출원인에 의해 출원 및 등록된 특허 제1892217호에 개시된 다채널 주입관을 사용할 수 있다. 상기한 등록특허에 개시된 다채널 주입관을 제작한 후, 천공홀에 삽입하고, 각 층별로 선정된 주입재를 함께 주입하여 성토 노반을 보강한다. 다채널 주입관은 매설된 상태로 보강을 마무리할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 방법에서 적층구조를 파악하기 위한 코어링과 천공 단계를 수행하는 천공장비에 대하여 도면을 참고하여 자세하게 설명하기로 한다.

종래기술에서도 설명하였지만, 성토 노반에 그라우트재를 주입하여 보강하기 위해서는 먼저 천공을 수행해야 하는데, 철로라는 특수한 환경으로 인해 천공장치의 이송이 용이하지 않고, 철도 환경에 적합한 천공장비 역시 마련되어 있지 않았다. 본 발명에사용하는 천공장비는 철로에서 이동가능하며, 다양한 자세와 각도로 성토 노반을 천공할 수 있다. 즉, 본 발명에서 사용하는 천공장비는 굴삭기를 철로 통행이 가능하게 개조하여 이송장비로 활용하며, 천공장치를 굴삭기에 탑재하되 다양한 자세와 각도로 천공을 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명에서 사용하는 천공장비의 개략적 측면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 천공장비를 앞에서 본 것으로서, 드릴링유닛만을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 천공장비의 가이드롤러를 설명하기 위한 개략적 후면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 가이드롤러가 레일에 얹어진 상태를 나타낸 단면도이다.

도면을 참고하면, 천공장비(100)는 굴삭기(50)와 드릴링유닛(60)을 구비한다.

굴삭기(50)는 이송장비로 활용한다. 굴삭기(50)는 본체부(10)와 암부(40)를 구비한다. 본체부(10)는 바퀴(11)가 장착되어 있는 프레임(20)을 구비한다. 굴삭기 중에는 바퀴가 아니라 무한궤도가 설치된 것이 있지만, 본 예에서는 이송 속도와 철로의 손상가능성을 우려하여 바퀴가 달린 굴삭기를 사용한다. 프레임(20) 상부에는 수평면을 따라 회전가능한 바디부(30)가 결합된다. 암부(40)는 복수의 분절이 링크구조로 연결되며 실린더-피스톤(미도시)에 의하여 상하방향으로 이동가능하다. 암부(40)의 말단에는 버켓이 부착되지만, 본 장비는 굴착을 위한 것이 아니므로 버켓은 분리시켜 놓은 상태로 사용하는 것이 일반적이다. 굴삭기(50)는 널리 알려진 장비이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

굴삭기(50)의 바퀴 사이의 거리는 철로(r) 사이의 거리와 거의 일치하므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 굴삭기(50)는 철로(r) 위에 얹어져 철로 위로 다닐 수 있다. 그러나 사용자의 부주의 등으로 굴삭기(50)가 철로(r)를 이탈할 수 있는 바, 본 실시예에서는 가이드롤러를 통해 위험을 방지한다. 가이드롤러는 굴삭기(50)의 전면과 후면에 각각 설치된다.

가이드롤러는 한 쌍의 롤러부(21)와, 롤러부(21) 사이를 연결하는 연결축(22)을 구비한다. 한 쌍의 롤러부(21)는 철로(r) 위에 얹어져 굴삭기가 이동시 철로(r)와 구름접촉 된다. 한 쌍의 롤러부(21)의 마주보는 내측면에는 환형의 플랜지부(23)가 마련된다. 이 플랜지부(23)는 도 5에 도시된 바와 같이 철로(r)의 측면까지 연장될 수 있도록 롤러부(21)보다 반경이 크게 형성된다. 플랜지부(23)가 철로(r)의 각 내측면과 마주하고 있으므로, 굴삭기(50)가 궤도를 이탈하는 것이 방지된다.

가이드롤러는 철로를 다닐때에만 사용하는 것이므로, 평상시에는 지면과 접초되지 않도록 상방으로 위치를 변경할 수 있어야 한다. 이를 위하여 본 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 실린더(24)를 구비한다. 실린더(24)의 일단은 회전축(26)을 기준으로 제자리에서 회동가능하게 굴삭기(50)에 결합된다. 실린더(24)는 2포트 유압실린더로서 유압이 인가됨에 따라 피스톤(25)이 돌출 및 삽입된다. 롤러부(21)는 회전링크구조(29)에 결합되며, 피스톤(25)은 회전링크구조(29)에 결합된다. 실린더(24)가 작동하여 피스톤(25)이 돌출되면서 회전링크구조(29)를 매개로 한 쌍의 롤러부(21)가 하방으로 이동하여 철로와 접하게 된다. 이 때 실린더(24)와 회전축(26)을 중심으로 약간 회전될 수 있다. 반대로 피스톤(25)이 실린더(24) 내부로 삽입되면 한 쌍의 롤러부(21)는 상방으로 이동하여 철로로부터 떨어진다. 본 발명의 일 예에서는 피스톤(25)의 왕복 동작을 한 쌍의 롤러부(61)의 승하강 동작으로 변환하는 회전링크구조(69)를 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 개발하여 사용하였다. 그러나 회전링크구조는 기계 설계방식에 따라 다양하게 변경될 수 있으므로, 본 발명에서는 회전링크구조(29)의 구성에 대해서는 도면에 도시된 구조로 한정할 필요는 없다.

드릴링유닛(60)은 후술하는 자세조절유닛(90)을 매개로 굴삭기(50)의 암부(40)에 결합된다. 드릴링유닛(60)은 상하방향으로 길게 형성된 프레임(61)과 천공기(70)를 구비한다. 프레임(61)의 하측에는 관통공(62)이 형성된 플레이트(63)가 일측으로 돌출되게 배치된다. 플레이트(63)는 천공되는 지면 또는 노반에 정착된다. 또한 천공기(70)는 프레임(61)에 마련된 가이드부(62)를 따라 상하방향으로 이동가능하다. 천공기(70)의 하부에는 굴착비트가 장착된 로드(미도시, rod)가 연결되며, 로드는 플레이트(62)의 관통공(63)을 통해 노반에 삽입되어 천공을 수행한다. 드릴링유닛은 그 구성이 다양하고 공지의 부재이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명에서 착안한 점은 기존의 드릴링유닛을 그대로 사용할 수 있게 하여 경제성을 향상시킨 것과 함께, 철도 환경에 맞게 기존 드릴링유닛의 자세를 자유롭게 변경될 수 있게 한 점이다.

드릴링유닛(60)의 자유로운 자세 변경은 굴삭기(50)와 자세조절유닛(90)에 의하여 구현된다. 먼저 드릴링유닛(60)은 굴삭기(50)의 암부(40)에 결합되므로, 굴삭기 바디부(30)의 수평면 상에서의 회전에 따라 평면상에서의 위치이동이 가능하다. 또한 암부(40)의 작동에 따라 상하방향으로 높이 조절이 가능하다. 굴삭기(50)를 이용함으로써, 굴삭기(50)의 회전 및 높이조절 기능을 그대로 사용할 수 있다.

수평면상에서의 회전 이동과 높이조절은 굴삭기에 의해서 이루어지며, 수직한 방향(경사진 방향 포함)에 따른 회전은 자세조절유닛(90)에 의하여 구현된다.

자세조절유닛(90)은 제1실린더(81)와 제2실린더(85) 및 조인트유닛(95)을 구비한다. 먼저 조인트유닛(95)은 드릴링유닛(60)에 결합되는 제1부재(91)와, 회동축(92)을 매개로 제1부재(91)의 일단에 회전가능하게 결합되는 제2부재(93)를 구비한다. 제2부재(93)의 타단은 굴삭기의 암부(40)측에 베어링(94)을 매개로 회동가능하게 결합된다. 결국 드릴링유닛(60)은 베어링(94)과 조인트유닛(95)에 의하여 굴삭기의 암부(40)에 결합된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1실린더(81)는 굴삭기 암부(40)에 a방향을 따라 회동가능하게 결합된다. 제1실린더의 피스톤(82)은 드릴링유닛(60)에 회동가능하게 결합된다. 보다 구체적으로 피스톤(82)은 제2부재(83)에 회동가능하게 결합된다. 제1실린더(81)가 작동하여 피스톤(82)이 돌출 및 삽입되면 피스톤(82)이 제2부재(83)를 밀거나 당기게 되고, 제2부재(83)에 결합되어 있는 드릴링유닛(60)도 결국 밀거나 당겨진다. 결국 드릴링유닛(60)은 암부(40)에 결합된 베어링(94)을 회동포인트로 하여 수직한 제1평면 상에서 회전될 수 있다. 도면에서 a로 표시된 방향이 제1평면 상에서의 회전방향을 나타낸다.

또한 천공장비(100)의 정면도가 도시된 도 3을 참고하면, 제2실린더(85)의 일단은 조인트유닛(92)의 제2부재(93)에 결합될 수 있다. 반드시 제2부재에 결합되어야 하는 것은 아니고, 굴삭기(50)의 암부(40) 측에 회동가능하게 결합되어 있으면 된다. 그리고 제2실린더(85)의 피스톤(86)은 드릴링유닛(60)에 회동가능하게 결합된다. 제2실린더(85)의 작동에 따라 피스톤(86)이 돌출 및 삽입되면, 드릴링유닛(60)은 앞의 제1평면과 교차되는 제2평면 상에서 b로 표시된 방향을 따라 회동될 수 있다.

제1평면과 제2평면은 나란하지 않고 상호 교차된 평면이다. 제1실린더(81)에 의하여 드릴링유닛(60)이 회전되는 제1평면은 도 2와 같이 굴삭기 암부(40)가 배치된 평면과 나란한 평면이며 대략 수직한 평면이 된다. 굴삭기(50)가 수평방향으로 회전되는 평면을 직교좌표계 상의 XY평면이라고 하면, 제1평면은 대략 XZ평면이라고 할 수 있다. 그리고 제2평면은 YZ 평면이라고 할 수 있다.

즉, 본 발명에서 사용하는 천공장비의 드릴링유닛(60)은 굴삭기에 의해 XY평면상에서 회전하고 높이조절이 가능하며, 제1실린더(81)와 제2실린더(85)에 의하여 각각 XZ평면과, YZ평면 상에서 회전이 가능하다.

드릴링유닛(60)의 전체적인 위치 및 자세 변경은 도 6 내지 도 8에 간략하게 나타나 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 드릴링유닛(60)은 굴삭기의 중심점을 기준으로 회전반경을 따라 정해지는 원이 천공 가능한 영역으로 정해진다. 물론 암(40)의 링크구조에 의하여 도 8의 원의 내부도 천공이 가능한 영역이다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이 수직한 제1평면 상에서 회전을 통해 천공 각도의 변경이 가능하며, 도 7에 도시된 바와 같이 제2평면 상에서 회전을 통해 천공 각도의 변경이 가능하다.

철도 노반은 복수의 층으로 이루어지므로 천공장치의 위치, 자세 및 각도 변경은 매우 중요하다. 즉, 노반의 모든 층(1,2,3)에서 그라우트재의 주입이 필요한 경우 천공 각도가 도 6의 좌측과 같이 모든 층을 통과할 수 있도록 해야 한다. 그러나 하부의 2개 층(1,2)만 보강이 필요한 경우 도 6의 우측과 같이 천공 각도를 형성할 수도 있다. 또한, 각 층별로 보강 부위가 어디에 위치하는지에 따라서 천공 각도가 조절되어야 한다.

이렇게 철도 노반에서는 보강부위가 매우 다양한 양태로 나타나기 때문에, 천공 위치, 각도 및 자세를 설정하는 것은 매우 중요하다. 본 발명에 사용하는 천공장비와 같이 XY, YZ, XZ 평면상에서 드릴링유닛(60)이 각각 회전할 수 있고, 높이 조절이 가능해야만 위와 같이 자유롭게 자세를 설정할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 사용하는 천공장비는 굴삭기에 드릴링유닛을 장착한 것으로서, 굴삭기를 개조하여 철로 위를 안전하게 통행할 수 있어 보수보강이 필요한 철도 성토 노반에 접근이 용이하다는 이점이 있다.

무엇보다도 본 발명에서 사용하는 천공장비는 천공기가 직교좌표계 상의 XY평면, YZ평면 및 XZ 평면에서 각각 회전가능하며, 위치와 높이도 조절 가능하다. 이에 따라 천공기를 원하는 위치, 각도 및 자세로 자유롭게 설정할 수 있다는 이점이 있다. 이를 통해 보수보강이 필요한 영역을 정확하게 천공하여 보수보강이 원활하고 신속하게 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 천공장비를 이용하여 성토 노반을 천공한 예가 도 9에 도시되어 있다. 성토 노반의 양측에서 경사방향으로 천공을 하였고, 중앙부에서 수직하게 천공을 수행한 모습이다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

100 ... 철도 성토 노반 천공장비
10 ... 본체부, 20 ... 프레임
30 ... 바디부, 40 ... 암부
50 ... 굴삭기, 60 ... 드릴링유닛
62 ... 롤러부, 64 ... 실린더
70 ... 천공기, 81 ... 제1실린더
85 ... 제2실린더, 95 ... 조인트유닛
r ... 철로

Claims (6)

1. (a)복수의 층으로 이루어진 성토 노반을 천공하여 상기 성토 노반을 이루는 복수의 층의 구조 및 상태를 파악하는 단계;
   (b)상기 성토 노반을 이루는 복수의 층별로 주입재를 선정하는 단계; 및
   (c)천공장비를 이용하여 성토 노반에 천공홀을 형성하고, 상기 천공홀에 상기 (b)단계에서 선정된 주입재를 상기 성토 노반의 복수의 층에 각각 주입하는 단계;를 구비하며,
   상기 천공장비는 철도 성토노반을 천공하기 위한 것으로서,
   철도를 따라 이동가능하며, 수평면에서 회전가능한 본체부와, 상기 본체부에 결합되어 상하방향으로 이동가능한 암부를 구비하는 굴삭기;
   상하방향으로 이동가능하여 상기 성토노반을 드릴링하며, 상기 암부와 평행한 제1평면상에서 회전가능하게 상기 굴삭기에 결합되며, 상기 제1평면과 교차되는 제2평면상에서 회전가능한 드릴링유닛; 및
   상기 드릴링유닛을 제1평면과 제2평면 상에서 회전가능하게 하는 자세조절유닛;을 포함하여 이루어지며,
   상기 자세조절유닛은,
   상기 굴삭기 암부에 상기 제1평면을 따라 회전가능하게 결합되는 베어링과,
   상기 드릴링유닛에 결합되는 제1부재와, 일단은 상기 제1부재에 회동축을 매개로 결합되고 타단은 상기 베어링에 결합되는 제2부재를 구비하여 상기 제2평면에서 상기 제1부재와 제2부재가 상호 회동가능한 조인트유닛과,
   일측은 상기 굴삭기에 회전가능하게 결합되고, 타단은 상기 제2부재에 회전가능하게 결합되는 제1실린더와,
   일측은 상기 제2부재에 회전가능하게 결합되고 타측은 상기 드릴링 유닛에 회전가능하게 결합되는 제2실린더를 구비하여,
   상기 제1실린더의 피스톤의 돌출 및 삽입에 따라 상기 드릴링유닛은 상기 제1평면 상에서 회전가능하며, 상기 제2실린더의 피스톤의 돌출 및 삽입에 따라 상기 드릴링유닛은 상기 제2평면 상에서 회전가능하며,
   상기 굴삭기의 본체의 전면과 후면에 각각 결합되는 것으로서, 철도 양측의 레일에 각각 구름접촉하는 한 쌍의 롤러부와, 상기 한 쌍의 롤러부의 상호 마주보는 측면에 형성되며 상기 롤러부가 철도 레일로부터 이탈되는 것을 방지하도록 돌출되게 형성되는 환형의 플랜지부를 구비하는 가이드롤러를 더 구비하며,
   상기 가이드롤러를 구동하기 위하여, 상기 굴삭기에 회동가능하게 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 결합되는 한 쌍의 실린더와, 상기 실린더로부터 돌출 및 삽입하며 회전링크구조를 매개로 상기 가이드롤러에 결합되는 피스톤을 더 구비하여 상기 실린더의 작동에 따라 상기 가이드롤러는 상기 레일에 접촉 및 이격되도록 상하방향으로 이동가능하고,
   상기 드릴링유닛은, 상하방향으로 길게 형성된 프레임과, 상기 프레임의 하측에 돌출되게 배치되며 관통공이 형성되어 있으며 노반에 정착되는 플레이트와, 상기 프레임에 마련된 가이드부를 따라 상하방향으로 이동가능하며 상기 관통공을 통해 노반에 삽입되어 천공을 수행하는 천공기를 구비하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강공법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 주입재의 선정은 상기 복수의 층의 공극 크기에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강공법.

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