KR102041517B1 - X-rag 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법 - Google Patents

X-rag 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법 Download PDF

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Abstract

지반상태/투수계수에 따라 X-RAG 시간 파라미터를 적용하거나, 지반특성/그라우트 종류에 따라 X-RAG 시간 파라미터를 적용하거나 주입재료/분말도/주입형태/대상지반에 따라 X-RAG 시간 파라미터를 적용하여 그라우팅을 자동 제어함으로써 최적의 그라우팅을 구현하도록 한 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법에 관한 것으로서, 그라우팅 대상 지반 조사를 통해 암반층과 토사층의 지반 상태가 획득되면, 지중의 주입 홀을 대상으로 획득한 지반 상태에 따른 그라우팅의 실시간 예측 주입량 모델을 적용하여 실시간 예측 주입량을 산출하는 단계, 산출한 예측주입량을 실측주입량에 동조화하여 그라우트재의 주입을 시작하는 단계 및 그라우트 주입 시점부터 상기 획득한 지반 상태와 투수계수에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하는 단계를 포함하여, X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법을 구현한다.

Description

X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법{Grouting method using X-RAG algorithm}
본 발명은 지반 보강을 위한 그라우팅(Grouting)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지반상태/투수계수에 따라 X-RAG 시간 파라미터를 적용하거나, 지반특성/그라우트 종류에 따라 X-RAG 시간 파라미터를 적용하거나 주입재료/분말도/주입형태/대상지반에 따라 X-RAG 시간 파라미터를 적용하여 그라우팅을 자동 제어함으로써 최적의 그라우팅을 구현하도록 한 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법에 관한 것이다.
일반적으로 보링ㆍ그라우팅이란 토목 또는 건축 공사에서 차수 혹은 보강을 위하여 원 지반에 보링(천공)을 실시하여 보링(천공) 홀을 이용하여 홀 내에 접하는 공극, 간극 혹은 틈 속에 그라우트재를 주입하는 방법으로서, 도로터널건설, 지하철 건설, 고속철도건설, 각종 산악터널건설, 댐 공사, 재해위험 저수지 저면 및 제방 보수ㆍ보강공사, 방조제 보수ㆍ보강공사, 대규모 연약지반처리 공사, 구조물 배면차수공사 등의 현장에 널리 사용된다.
이와 같은 그라우팅은 우선 공극, 간극 혹은 틈 등이 발달한 취약지반에 주입 홀을 천공한 상태에서 다수개의 분출구가 스텝별로 일정간격 4방향으로 관통된 주입 관을 삽입하고, 상기 주입 관에 주입 팩커를 설치한 후에 이를 통해 갈라진 공극, 간극 혹은 틈으로 그라우트재를 주입하여 고결화시키는 것이다.
한편, 지반이 다양하고 지반별로 그라우팅 조건이 다르기 때문에 각 지반에 맞는 그라우팅을 위하여 그라우팅 전 사전 지반조사 공정을 필수 공정으로 한다.
즉, 그라우팅에 의한 지반 차수ㆍ보강 공정은 사전 지반조사 - 그라우팅 홀 천공 - 그라우트재의 주입에 의한 그라우팅의 공정으로 이루어지며, 이와 같이, 반드시 사전 지반조사의 공정을 별도로 진행하여야 하므로 시공성이 좋지 못하다. 특히, 모든 주입 홀 주변을 대상으로 사전 지반조사를 하는 것이 아니라 일정 면적을 기준으로 하여 하나의 지반조사 공을 이용한 샘플링 조사이고, 샘플링 조사를 근거로 하여 그라우팅 조건이 결정되기 때문에 모든 주입 홀에 대해 최적의 그라우팅이 이루어질 수 없다.
효율적인 그라우팅을 위해 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 천공장치를 통해 주입대상 지반을 천공하면서 주입 홀의 깊이별로 천공속도와 천공에너지 및 천공 반력을 센싱하고, 센싱된 센싱 데이터와 미리 저장된 데이터 베이스의 기준 데이터의 비교를 통해 주입대상 지반을 깊이별로 확인하고, 확인된 지반 상태에 맞는 최적 주입 조건을 포함하는 그라우팅 조건을 결정하는 제1단계, 제1단계에서 결정된 그라우팅 조건의 최적 주입 조건을 근거로 하여 주입 홀 내부를 알고리즘에 의해 실시간 예측주입량을 산정하고 계산된 예측 주입량을 실측주입량으로 동조화 그라우팅함과 아울러 현재 그라우팅 상태를 센싱하는 제2단계, 제2단계를 통해 주입 홀 내부를 그라우팅하는 중에 자동화 그라우팅 시스템을 통해 실시간 센싱된 현재 그라우팅 상태를 근거로 하여 자동으로 주입 중단을 제어하는 제3단계를 포함한다. 이러한 구성을 통해, 탐사와 천공 공정을 동시에 병행하여 공정을 단일화함은 물론 모든 주입 홀을 대상으로 탐사와 그라우팅 조건을 결정하고 알고리즘기반 과학적이고도 공학적인 그라우팅 메커니즘을 이용하여 실시간 최적상태의 그라우팅을 한다. 또한, 주입과 중단의 일련의 공정을 자동화하여 지반의 차수 및 보강 효과를 극대화 및 결국에는 그라우팅 비용을 최소화하면서 최고의 성능을 실현할 수 있는 천공과 동시 지반탐사를 이용한 알고리즘기반 자동화 그라우팅 방법을 제공한다.
대한민국 등록특허 10-1735261(2017.05.06. 등록)(천공과 동시 지반탐사를 이용한 알고리즘 기반 자동화 그라우팅 방법)
그러나 상기와 같은 일반적인 그라우팅 방법 및 종래기술은 그라우트재의 그라우팅 주입시 과학적이고도 공학적인 방법이 아니라 단순히 경험에 의해 주입을 하기 때문에 과도한 주입 압에 의한 지반파쇄, 지반융기, 측방 유동, 재료의 유실에 의한 환경적인 오염 등의 문제점이 발생하고 있고, 과소압력에 의한 주입영역의 미충진부가 발생하여 지반의 차수ㆍ보강 효과를 크게 기대하지 못하는 실정이다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 지반상태/투수계수에 따라 X-RAG 시간 파라미터를 적용하거나, 지반특성/그라우트 종류에 따라 X-RAG 시간 파라미터를 적용하거나 주입재료/분말도/주입형태/대상지반에 따라 X-RAG 시간 파라미터를 적용하여 그라우팅을 자동 제어함으로써 최적의 그라우팅을 구현하도록 한 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법의 제1 실시 예는, (a) 그라우팅 대상 지반 조사를 통해 암반층과 토사층의 지반 상태가 획득되면, 지중의 주입 홀을 대상으로 획득한 지반 상태에 따른 그라우팅의 실시간 예측 주입량 모델을 적용하여 실시간 예측 주입량을 산출하는 단계; (b) 상기 산출한 예측주입량을 실측주입량에 동조화하여 그라우트재의 주입을 시작하는 단계; (c) 상기 (b)단계의 그라우트 주입 시점부터 상기 획득한 지반 상태와 투수계수에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (c)단계는 지반 상태가 점토질 시트와 실트질 점토와 점토와 유기질 토를 포함하는 점성토이고 투수계수가 10-5 ~ 10-7의 범위이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 10 ~ 20분으로 설정하고, 상기 지반 상태가 모래질 시트인 점성토이거나 모래와 실트질 모래와 점토섞인 모래를 포함하는 사질토이고 투수계수가 10-3 ~ 10-4의 범위이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 60 ~ 90분으로 설정하고, 상기 지반 상태가 자갈 섞인 모래와 굵은 자갈 또는 가는 자갈인 자갈이고 투수계수가 10-2 ~ 100의 범위이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 15 ~ 30분으로 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법의 제2 실시 예는, (a) 그라우팅 대상 지반 조사를 통해 암반층과 토사층의 지반 상태가 획득되면, 지중의 주입 홀을 대상으로 획득한 지반 상태에 따른 그라우팅의 실시간 예측 주입량 모델을 적용하여 실시간 예측 주입량을 산출하는 단계; (b) 그라우트 종류를 확인하는 단계; (c) 상기 산출한 예측주입량을 실측주입량에 동조화하여 그라우트재를 주입하되, 상기 획득한 지반 상태에 따른 지반 특성과 상기 확인한 그라우트 종류에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (c)단계는 지반 특성이 k = a × 10-1cm/sec 이상이고 그라우트 종류가 NCG(Normal Cement Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 10 ~ 30분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며, 지반 특성이 k = a × 10-2 ~ 10-4cm/sec 이상이고 그라우트 종류가 MCG(Micro Cement Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 60 ~ 90분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며, 지반 특성이 k = a × 10-5cm/sec 이상이고 그라우트 종류가 ICG(Inorganic Chemical Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 10 ~ 20분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며, 지반 특성이 대공극이고 그라우트 종류가 PBG(Paste Backfill Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 30 ~ 60분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며, 지반 특성이 파쇄대층 및 암반균열층이고 그라우트 종류가 MCG(Micro Cement Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 15 ~ 30분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법의 제3 실시 예는, (a) 그라우팅 대상 지반 조사를 통해 암반층과 토사층의 지반 상태가 획득되면, 지중의 주입 홀을 대상으로 획득한 지반 상태에 따른 그라우팅의 실시간 예측 주입량 모델을 적용하여 실시간 예측 주입량을 산출하는 단계; (b) 상기 산출한 예측주입량을 실측주입량에 동조화하여 그라우트재를 주입하되, 그라우트 주입재료의 종류와 분말도와 주입형태 및 대상지반 상태에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (b)단계는 주입재료의 종류가 초미립자 시멘트이고 분말도가 8000㎠/g 이상이고 주입형태가 침투주입이며 대상지반이 사질토 또는 풍화토이면 X-RAG 적용 시간을 스텝당 10 ~ 20분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며, 주입재료의 종류가 콜로이드 시멘트이고 분말도가 6000㎠/g 이상이고 주입형태가 침투/할렬이며 대상지반이 점성사질토이면 X-RAG 적용 시간을 스텝당 30 ~ 60분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며, 주입재료의 종류가 보통시멘트이고 분말도가 4000㎠/g 이상이고 주입형태가 할렬/충전이며 대상지반이 점성토 또는 대공극이면 X-RAG 적용 시간을 스텝당 60 ~ 90분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 본 발명에 따른 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법의 제1 내지 제3 실시 예는, (d) 상기 지반 상태와 투수계수의 관계, 또는 지반특성과 그라우트종류의 관계, 또는 주입재료의 종류와 분말도와 주입형태 및 대상지반의 관계에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재를 주입한 후, 실측을 통해 이상적인 그라우팅 알고리즘인 X-RAG 알고리즘이 실현되지 않으면 지반에 예측하지 못한 다른 문제가 발생한 것으로 판단하고 그라우트재 배합비 변경을 제안하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 지반상태/투수계수에 따라 X-RAG 시간 파라미터를 적용하거나, 지반특성/그라우트 종류에 따라 X-RAG 시간 파라미터를 적용하거나 주입재료/분말도/주입형태/대상지반에 따라 X-RAG 시간 파라미터를 적용하여 그라우팅을 자동 제어함으로써, 과도한 주입 압에 의한 지반파쇄, 지반융기, 측방 유동, 재료의 유실에 의한 환경적인 오염 등의 문제점을 개선하고, 과소압력에 의한 주입영역의 미충진부 발생을 억제하여 최적의 그라우팅을 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 토사층(3D) 구면침투모델의 도면,
도 2는 본 발명에 적용되는 암반층(1D) 주입모델의 도면,
도 3은 본 발명에 적용되는 암반층(2D) 주입모델의 도면,
도 4는 토사층(3D)에서 본 발명에 의한 주입 상황을 보인 그래프,
도 5와 도 6은 각각 암반층(3D)에서 본 발명에 의한 주입 상황을 보인 그래프,
도 7과 도 8은 본 발명의 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법의 실증 결과를 보인 사진과 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법의 제1 실시 예 흐름도,
도 10은 도 9의 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법에서 X-RAG 적용시간을 적용한 그라우팅 예시도,
도 11은 본 발명에 따른 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법의 제2 실시 예 흐름도,
도 12는 도 11의 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법에서 X-RAG 적용시간을 적용한 그라우팅 예시도,
도 13은 본 발명에 따른 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법의 제3 실시 예 흐름도,
도 14는 도 13의 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법에서 X-RAG 적용시간을 적용한 그라우팅 예시도,
도 15는 본 발명에 따른 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법을 적용한 후 X-RAG 그라우팅 실험 결과 도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법을 을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<실시 예1>
도 9는 본 발명의 바람직한 제1 실시 예에 따른 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법을 보인 흐름도로서, (a) 그라우팅 대상 지반 조사를 통해 암반층과 토사층의 지반 상태가 획득되면, 지중의 주입 홀을 대상으로 획득한 지반 상태에 따른 그라우팅의 실시간 예측 주입량 모델을 적용하여 실시간 예측 주입량을 산출하는 단계(S10), (b) 상기 산출한 예측주입량을 실측주입량에 동조화하여 그라우트재의 주입을 시작하는 단계(S20), (c) 상기 (b)단계의 그라우트 주입 시점부터 상기 획득한 지반 상태와 투수계수에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하는 단계(S30)를 포함한다.
여기서 X-RAG 알고리즘은 예측유량에 따라 그라우트재를 주입할 때 그라우트재 주입량이 일정 시점에서 갑자기 떨어지며 그라우트재 주입 시점부터 계단 형태로 증가하는 주입압력이 갑자기 상승하여 X-형태의 그라우팅 그래프를 구현하는 것을 이상적인 그라우팅 과정으로 해석한 알고리즘으로 정의한다.
아울러 X-RAG 적용시간은 지반 상태와 투수 계수에 따른 그라우트재 주입 시간을 의미한다.
예컨대, 이상적인 그라우팅은 주입 초기시간에는 상대적으로 많은 양의 그라우트재가 주입 홀을 채우게 되고 이후 절리 혹은 공극을 통해 그라우트가 조금씩 채워지면서 주입이 거의 마무리된 상태에서는 그라우팅 주입량 즉, 주입속도는 거의 0.0 L/min까지 감소하게 되고 주입압력은 한계 주수시험 및 루전시험에서 구한 한계 주입압력까지 이르게 되어 주입중단을 결정하는데 결국 그라우팅의 주입그래프를 도식화해보면 X-RAG 형태의 그래프로 그라우팅이 주입된 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면 X-RAG 그라우팅 알고리즘을 통해 주입량을 예측할 때, 초기주입속도를 설정하고 이 초기주입속도로 주입하는 과정에서 주입량이 점도 등을 원인으로 하여 변화가 없어질 때 즉, 최초주입속도 값(현장에 따라 달라지는 값으로 지반과 천공 홀의 재원에 따라 설정)과 알고리즘에 의한 예측주입량이 거의 같아질 때 주입 중단을 제어하는 것이다.
상기와 같은 본 발명에 따른 그라우팅 방법이 적용되는 자동화 그라우팅 시스템(AGS, Automatic Grouting System)은, 그라우트재 공급부, 상기 그라우트재 공급부로부터 그라우트재를 공급받아 압송하는 그라우트 펌프, 상기 그라우트 펌프를 통해 압송되는 그라우트재의 압력과 유량을 감지하는 센서(압력계, 유량계), 상기 그라우트 펌프를 통해 압송되는 그라우트재의 압력과 유량을 조절하는 컨트롤러, 상기 컨트롤러와 통신하여 주입압력과 주입량을 실시간으로 디스플레이 및 저장 등을 수행하는 컴퓨터로 구성된다.
본 발명에 따른 그라우팅 방법은 상기 컴퓨터에 소프트웨어적(프로그램)으로 등록되고, 실행 명령에 따라 실행되어 도 9와 같은 과정으로 그라우팅을 자동 제어하게 된다.
상기 그라우트재 공급부는 기존에 사용되고 있는 하나 또는 복수의 혼합에 의해 제조된 그라우트재가 저장된다.
상기 그라우트 펌프는 그라우트재 공급부와 하나 이상의 공급관으로 연결되어 컴퓨터의 제어에 따라 상기 공급관을 통해 공급되는 그라우트재의 토출 압력을 변화시켜 펌핑한다. 여기서 상기 그라우트 펌프는 기존의 구조에 모터를 삽입하여 모터의 회전수(RPM)를 변화시킴에 따라 토출 압력을 변화시킬 수 있다.
그라우트재의 주입압력과 주입유량을 조절하기 위하여 밸브, 압력계, 유량계가 갖추어진다.
상기 밸브는 상기 컴퓨터의 제어에 따라 온/오프 또는 개도가 조절되어 그라우트재의 유량을 조절한다.
상기 압력계는 상기 그라우트재 공급부를 통해 상기 그라우트 펌프로부터 공급되는 그라우트재의 압력(또는 그라우팅수단을 통해 토출되는 토출압력)값을 체크하여 압력값을 디지털값으로 변환하여 출력한다.
상기 유량계는 상기 그라우트재 공급부를 통해 상기 그라우트 펌프로부터 공급되는 그라우트재의 유량 값을 체크하여 유량 값을 디지털 값으로 변환하여 출력한다.
상기 컨트롤러는 상기 그라우트 펌프와 유량계와 압력계 및 밸브와 전기적으로 연결되어 유량계와 압력계의 유량 값 및 압력 값을 디스플레이함과 동시에 유량 값 및 압력 값과 그라우트 펌프의 토출 압력 값을 유무선 통신을 통해 중계하고, 컴퓨터로부터 전송되는 밸브의 스위칭 신호에 따라 밸브를 스위칭한다. 여기서 상기 컨트롤러는 통상의 PLC 패널의 구성을 가지는데, 전원 공급 모듈과 디지털 입출력 모듈과 아날로그 입력 모듈과 CPU 모듈과 유무선 모뎀 및 유무선 네트워크 카드 등이 구비될 수 있다.
상기 컴퓨터(노트북 컴퓨터)는 통상의 노트북 컴퓨터의 구성을 가지며, 자동 주입관리 프로그램이 인스톨되고, 상기 자동 관리프로그램을 통해 상기 컨트롤러로부터 유무선 통신을 통해 전송되는 유량 값 및 압력 값을 통해 실시간으로 그라우팅 진행 상황을 디스플레이함과 동시에 유량 값 및 압력 값을 저장하고, 사용자에 의해 유량계와 압력계의 유량 값과, 압력 값 및 그라우트 펌프의 토출 압력 값이 기설정되면 이들 값을 비교하여 두 값이 동일해지도록 밸브를 제어하는 스위칭 신호를 출력한다. 즉, 탐사 과정을 통해 결정된 최적 주입 조건과 현재 주입 조건이 동일하도록 그라우트 펌프와 밸브 등을 제어하는 것이다.
상기 자동 주입관리 프로그램은 맞춤형 그라우팅 설계부, 실시간 주입 관리부, 그래프 디스플레이부, 지반주입 현황 디스플레이부, 데이터 저장부(데이터 베이스)로 이루어진다.
상기 맞춤형 그라우팅 설계부는 천공과 동시에 진행되는 탐사 과정에서 획득한 지반 데이터(현장 지질 조건)와 데이터 베이스에 기 저장된 데이터의 비교를 통해 최적 주입 조건과 한계 주입 조건을 결정한다.
상기 실시간 주입 관리부는 상기 맞춤형 그라우팅 설계부에서 설정된 최적 주입 조건과 한계 주입 조건에 대응하도록 그라우트 펌프의 토출 압력 값을 설정하고, 그라우팅의 주입 진행 상황을 실시간으로 그래픽으로 디스플레이한다. 아울러 스텝별 주입 압력과 주입 유량 및 주입 속도를 실시간으로 디스플레이한다. 유량계와 압력계의 유량 값과 압력 값 및 그라우트 펌프의 토출 압력 값을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 밸브가 상기 맞춤형 그라우팅 설계부로부터 결정된 최적 주입 조건과 한계 주입 조건 내에서 동작하도록 밸브를 스위칭시켜 압력 또는 유량을 조절하거나 또는 그라우트 펌프로 제어 신호를 출력하여 이의 토출 압력 값을 변화시켜 압력 또는 유량을 조절한다. 이때, 상기 실시간 주입 관리부는 밸브와 그라우트 펌프를 동시에 제어하여 압력 또는 유량을 조절할 수 있다.
상기 그래프 디스플레이부는 상기 실시간 주입 관리부에서 체크되는 주입 압력, 주입 유량, 누적유량을 분 단위 또는 시간 단위에 따라 누적하여 그래프로 디스플레이한다.
상기 지반주입 현황 디스플레이부는 공별, 주입 깊이별로 시공된 주입량, 주입압을 음영의 차이로 디스플레이한다.
상기 데이터 저장부는 상기 실시간 주입 관리부에서 체크되는 주입 압력, 주입 유량, 누적 유량을 분 단위 또는 시간 단위로 표시하고, 이를 연도/날짜/시간/분별로 분류하여 이를 데이터 파일로 저장하며, 저장된 내용을 프린터(도시 생략)와 연결하여 시트 상으로 출력한다.
상기 구성장비를 통해 주입 홀 내부에 하기와 같은 순서로 알고리즘 그라우팅을 하고 자동 주입중단을 결정한다.
먼저, 컴퓨터의 맞춤형 그라우팅 설계부는 단계 S10과 같이 그라우팅 대상 지반 조사를 통해 암반층과 토사층의 지반 상태가 획득되면(입력장치를 통해 입력되면), 지중의 주입 홀을 대상으로 획득한 지반 상태에 따른 그라우팅의 실시간 예측 주입량 모델을 적용하여 실시간 예측 주입량을 산출한다.
예측 주입량 산출 알고리즘은 토사층(3D)과 암반층(1D, 2D)으로 구분된다. 3D(3차원)는 일반적으로 토사층에서 재료의 침투 흐름을 의미하며 또한, 연약한 암반의 경우 절리의 상태를 의미하는데, 절리들은 더 복잡한 경향을 보이며 높은 공극률을 보이는 암에서 발생한다(도 1 참조). 2D(2차원) 흐름에서는 절리들은 대부분 수로 같으며 디스크 원판 같이 영역주위에 복잡하게 배분하는 흐름이다(도 2 참조). 반면에 1D(1차원) 흐름에서는 평행선들을 많거나 적게 흐름을 제한한다(도 3 참조). 따라서 상기와 같은 지반 상태에 따라 상이한 예측 주입량 산출 알고리즘을 적용하여 최적화하는 것이 바람직하다.
먼저, 토사층(3D)에서의 예측 주입량 산정 알고리즘을 설명하면 다음과 같다.
토사층(3D)에서의 예측주입량 산정 알고리즘은 도 1과 같이 구면침투모델을 이용하여 점도변화와 동수경사변화에 의한 상관관계를 이용한다.
토사층(3D)과 같은 다차원 지반에서 그라우팅 주입량을 예측하기 위하여 실시간으로 주입량을 예측할 수 있는 제안 식은 아래 [수학식 1]과 같다.
Figure 112019035106212-pat00001
여기서,
Figure 112019035106212-pat00002
상기 [수학식 1]에서
Figure 112019035106212-pat00003
:
Figure 112019035106212-pat00004
시간 동안의 주입량,
Figure 112019035106212-pat00005
: 전체주입량,
Figure 112019035106212-pat00006
: 초기 천공시 구근의 반지름,
Figure 112019035106212-pat00007
: i 시간 동안 증가되는 구근의 반지름,
Figure 112019035106212-pat00008
: i 시간 동안 변하는 지반의 공극률,
Figure 112019035106212-pat00009
: i 시간에서의 측정간격시간,
Figure 112019035106212-pat00010
: 그라우트재의 단위중량,
Figure 112019035106212-pat00011
: 지반의 고유 투수계수를 의미한다.
상기 [수학식 1]에서
Figure 112019035106212-pat00012
는 일정하다고 가정하였으며 왜냐하면 현장에서 측정되는 데이터는 거의 1초 단위로 측정되기 때문이다.
[수학식 1] 에서 동수경사는 시간에 따라 변하는 데이터이므로 아래 [수학식 2]와 같이 개선하였다.
Figure 112019035106212-pat00013
[수학식 2]에서
Figure 112019035106212-pat00014
: 동수경사,
Figure 112019035106212-pat00015
: i 시간에서의 주입압,
Figure 112019035106212-pat00016
: i 시간 동안 증가되는 구근의 반지름,
Figure 112019035106212-pat00017
: 지하수의 압력을 의미한다.
[수학식 1]에서 점도의 변화를 나타내는
Figure 112019035106212-pat00018
는 그라우트재의 시간에 따른 점도 변화를 나타낸 것이다. 이는 실내시험에서 측정된 점도값으로부터 표 1과 같은 시간에 따른 점도함수(
Figure 112019035106212-pat00019
)를 구하여 실시간 주입량 예측을 위해 사용하였다.
W/C 2.0 1.0 0.8
점도함수
(
Figure 112019035106212-pat00020
)		 0.0055*e^0.00042t 0.015*e^0.00042t 0.095*e^0.00042t
아울러 암반층(1D, 2D)에서의 예측주입량 산정 알고리즘은 다음과 같다.
암반층(1D, 2D)에서의 예측주입량 산정 알고리즘의 1D의 경우는 도 2의 암반층(1D) 주입 모델을 사용하고, 1차원의 주입 체적과 그라우트 흐름에 관한 상관관계는 아래의 [수학식 3] - [수학식 4]와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112019035106212-pat00021
[수학식 3]에서
Figure 112019035106212-pat00022
: 주입 체적,
Figure 112019035106212-pat00023
: 침투 길이,
Figure 112019035106212-pat00024
: 절리의 폭,
Figure 112019035106212-pat00025
: 절리의 두께,
Figure 112019035106212-pat00026
: 상대적 침투 길이,
Figure 112019035106212-pat00027
: 최대 침투 길이,
Figure 112019035106212-pat00028
: 주입압력,
Figure 112019035106212-pat00029
: 재료의 초기 항복강도를 의미한다.
[수학식 3]을 이용하여 [수학식 4]에서 정리한 것과 같이 여러 개의 절리에 적용 할 수 있도록 계산할 수 있는 식이다.
Figure 112019035106212-pat00030
[수학식 4]에서
Figure 112019035106212-pat00031
: 전체 주입 체적,
Figure 112019035106212-pat00032
: 상대적 침투 길이,
Figure 112019035106212-pat00033
: 주입압력,
Figure 112019035106212-pat00034
: 재료의 초기 항복강도,
Figure 112019035106212-pat00035
: 절리의 폭,
Figure 112019035106212-pat00036
:절리의 두께를 의미한다.
[수학식 4]의 주입 체적에 관한 식을 이용하여 1D의 예측유량을 계산할 수 있는 식을 유도하면 아래 [수학식 5]와 같다.
Figure 112019035106212-pat00037
[수학식 5]에서
Figure 112019035106212-pat00038
: 전체 주입량,
Figure 112019035106212-pat00039
:주입 체적의 미분값,
Figure 112019035106212-pat00040
: 상대적 침투 길이의 미분값,
Figure 112019035106212-pat00041
: 그라우팅 시간,
Figure 112019035106212-pat00042
: 재료의 초기 항복강도,
Figure 112019035106212-pat00043
: 주입압력,
Figure 112019035106212-pat00044
: 재료의 초기 항복강도,
Figure 112019035106212-pat00045
: 절리의 폭,
Figure 112019035106212-pat00046
: 절리의 두께를 의미한다.
2D의 경우 간격 “b”에 따른 원형형태의 절리에 주입된 체적을 수식으로 나타내면 아래 [수학식 6]과 같으며, 도 3은 암반층(2D) 주입 모델의 모식도이다.
Figure 112019035106212-pat00047
[수학식 6]에서
Figure 112019035106212-pat00048
: 주입 체적,
Figure 112019035106212-pat00049
: 침투 길이,
Figure 112019035106212-pat00050
: 절리의 두께,
Figure 112019035106212-pat00051
: 상대적 침투 길이,
Figure 112019035106212-pat00052
: 최대 침투 길이,
Figure 112019035106212-pat00053
: 주입압력,
Figure 112019035106212-pat00054
: 재료의 초기 항복강도를 의미한다.
[수학식 6]을 이용하여 여러 개의 절리들에 대한 주입 체적을 계산하기 위한 수식을 나타낸 것은 아래 [수학식 7]과 같다.
Figure 112019035106212-pat00055
[수학식 7]에서
Figure 112019035106212-pat00056
tot : 전체 주입체적,
Figure 112019035106212-pat00057
: 상대적 침투 길이,
Figure 112019035106212-pat00058
: 주입압력,
Figure 112019035106212-pat00059
: 재료의 초기 항복강도,
Figure 112019035106212-pat00060
: 절리의 두께를 의미한다.
[수학식 7]과 같이 전체 주입 체적을 구하는 식을 이용하여 2D의 예측유량을 계산하는 방법을 유도한 것은 [수학식 8]과 같다.
Figure 112019035106212-pat00061
[수학식 8]에서
Figure 112019035106212-pat00062
: 전체 주입량,
Figure 112019035106212-pat00063
: 전체 주입체적의 미분값,
Figure 112019035106212-pat00064
: 상대적 침투 길이,
Figure 112019035106212-pat00065
: 상대적 침투 길이의 미분값,
Figure 112019035106212-pat00066
: 그라우팅 시간,
Figure 112019035106212-pat00067
: 주입압력,
Figure 112019035106212-pat00068
: 재료의 초기 항복강도,
Figure 112019035106212-pat00069
: 절리의 두께를 의미한다.
암반층(1D, 2D)과 같은 지반에서 그라우팅 주입량을 예측하기 위하여 실시간으로 주입량을 예측할 수 있는 제안 식은 아래 1D의 경우 [수학식 9], 2D의 경우 [수학식 10]과 같다.
Figure 112019035106212-pat00070
[수학식 9]에서
Figure 112019035106212-pat00071
:
Figure 112019035106212-pat00072
시간 동안의 주입량,
Figure 112019035106212-pat00073
: 전체 주입 체적의 미분값,
Figure 112019035106212-pat00074
: 상대적 침투 길이의 미분값,
Figure 112019035106212-pat00075
: 그라우팅 시간,
Figure 112019035106212-pat00076
: 주입압력,
Figure 112019035106212-pat00077
: 재료의 초기 항복강도,
Figure 112019035106212-pat00078
: 절리의 폭,
Figure 112019035106212-pat00079
: 절리의 두께를 의미한다.
Figure 112019035106212-pat00080
[수학식 10]에서
Figure 112019035106212-pat00081
:
Figure 112019035106212-pat00082
시간 동안의 주입량,
Figure 112019035106212-pat00083
: 전체 주입 체적의 미분값,
Figure 112019035106212-pat00084
: 상대적 침투 길이의 미분값,
Figure 112019035106212-pat00085
: 그라우팅 시간,
Figure 112019035106212-pat00086
: 주입압력,
Figure 112019035106212-pat00087
: 재료의 초기 항복강도,
Figure 112019035106212-pat00088
: 절리의 두께를 의미한다.
W/C 2.0 1.0 0.8
항복강도식
(
Figure 112019035106212-pat00089
)		 0.295*e^0.00039t 1.49*e^0.00038t 10.2*e^0.00037t
상기 식에서는
Figure 112019035106212-pat00090
는 일정하다고 가정하였으며 왜냐하면 현장에서 측정되는 데이터는 거의 1초 단위로 측정되기 때문이다. [수학식 9] 및 [수학식 10]에서 재료의 항복강도의 변화를 나타내는
Figure 112019035106212-pat00091
는 그라우트재의 시간에 따른 항복강도 변화를 나타낸 것이다. 이는 실내시험에서 측정된 항복강도 값으로부터 [표 2]와 같은 시간에 따른 항복강도 함수(
Figure 112019035106212-pat00092
)를 구하여 실시간 주입량 예측을 위해 사용하고자 한다.
상기의 식은 주입속도를 반영하지 않은 것이며, 본 발명은 상기 식과 주입속도를 이용한 X-RAG 그라우팅 알고리즘이다.
이상적인 그라우팅은 주입 초기시간에는 상대적으로 많은 양의 그라우트가 주입 홀을 채우게 되고 이후 절리 혹은 공극을 통해 그라우트가 조금씩 채워지면서 주입이 거의 마무리된 상태에서는 그라우팅 주입량 즉 주입속도는 거의 0.0 L/min 까지 감소하게 되고 주입압력은 한계 주수시험 및 루전시험에서 구한 한계주입압력까지 이르게 되어 주입중단을 결정하는데 결국 그라우팅의 주입그래프를 도식화하면 X-RAG 형태의 그래프로 그라우팅이 주입된 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면 X-RAG 그라우팅 알고리즘을 통해 주입량을 예측할 때, 초기주입속도를 설정하고 이 초기주입속도로 주입하는 과정에서 주입량이 점도 등을 원인으로 하여 변화가 없어질 때 즉 최초주입속도 값(현장에 따라 달라지는 값으로 지반과 천공 홀의 재원에 따라 설정)과 알고리즘에 의한 예측주입량이 거의 같아질 때 주입 중단을 제어하는 것이다.
이상적인 X-RAG 그라우팅을 구현하기 위해 최초의 주입량을 결정해야 하며 최초 주입량은 홀 체적을 유량으로 변환한 량(Vh)을 사용하며 최초주입량 즉 최초주입속도는 Vh (l/min) 이며 일정한 값이며 토사층(3D)는
Figure 112019035106212-pat00093
암반층(1D)은
Figure 112019035106212-pat00094
암반층(2D)은
Figure 112019035106212-pat00095
이다. 최초주입속도와 앞 절에서 구한 실시간 최적화 알고리즘의 관계를 이용한 X형 그라우팅 알고리즘 수식은 3D(토사층)의 경우 [수학식 11]을 사용하고, 1D(암반층)의 경우 [수학식 12], 2D(암반층)의 경우 [수학식 13]을 사용한다.
Figure 112019035106212-pat00096
Figure 112019035106212-pat00097
여기서,
Figure 112019035106212-pat00098
,
Figure 112019035106212-pat00099
Figure 112019035106212-pat00100
Figure 112019035106212-pat00101
Figure 112019035106212-pat00102
Figure 112019035106212-pat00103
상기 [수학식 11] 내지 [수학식 13]을 통해 알 수 있듯이, 토사층에서는 주입량, 암반층에서는 전체 주입 체적의 미분 값이 "0"에 가까워지면 예측주입량의 계산 값이 최초주입속도와 동일하고, 이때를 주입 중단으로 제어한다. 단, 주입량이 "0"에 근접될 때도 주입중단의 제어가 가능하므로 예측주입량의 계산 값이 최초주입속도와 동일 또는 최초주입속도에 근접(예를 들어, 최초주입속도 ±5%)할 때를 주입 중단으로 제어한다. 즉, 컨트롤러는 최초주입속도와 주입량(토사층) 또는 전체 주입 체적(암반층)을 비교하여 그라우팅 펌프를 정지 제어하거나 작업자에게 정지 알람을 출력할 수 있다.
토사층(3D)의 X-RAG 그라우팅 구현을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 토사층의 초기유량(초기주입속도)산정을 계산한 결과이다. 초기유량(초기주입속도)을 계산하기 위해서는 홀 길이(3m), 홀 직경(105mm)이 필요하며, [수학식 11]의 입력상수에 초기 점도 값(12mPas), B값(0.39)이 필요하다. 한계주입압력은 9kg/cm2의 경우다.
암반층(1D) X-RAG 그라우팅 구현을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 암반층(1D)의 초기유량(초기주입속도)산정을 계산한 결과이다. 초기유량(초기주입속도)을 계산하기 위해서는 홀 길이(3m), 홀 직경(90mm)이 필요하며, [수학식 12]의 입력상수에 초기 점도 값(12mPas), B값(0.097)이 필요하다. 한계주입압력은 50kg/cm2의 경우다. 점도(12mPas)를 [수학식 12]에 적용하기 위해서는 항복강도(1.2Pa)로 변환시켜줘야 하며, 이는 프로그램에서는 자동으로 변환된다. 점도를 입력하는 이유는 현장에서는 점도값을 쉽게 측정할 수 있기 때문이다.
다음으로, 암반층(2D) X-RAG 그라우팅 구현을 설명하면 다음과 같다.
암반층(2D)의 초기유량(초기주입속도)산정을 계산한 결과이다. 초기유량(초기주입속도)을 계산하기 위해서는 홀 길이(3m), 홀 직경(75mm)이 필요하며, [수학식 13]의 입력상수에 초기 점도값(12mPas), B값(0.83)이 필요하다. 한계주입압력은 5kg/cm2의 경우다. 점도(12mPas)를 [수학식 13]에 적용하기 위해서는 항복강도(1.2Pa)로 변환시켜줘야 하며, 이는 프로그램에서는 자동으로 변환된다. 점도를 입력하는 이유는 현장에서는 점도 값을 쉽게 측정할 수 있기 때문이다.
상기와 같은 과정으로 예측 주입량을 산출하면, 단계 S20에서 산출한 예측주입량을 실측주입량에 동조화하여 그라우트재의 주입을 시작한다.
이어, 단계 S30에서 상기 그라우트 주입 시점부터 획득한 지반 상태와 투수계수에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어한다.
예컨대, 도 10에 도시한 바와 같이, 지반 상태가 점토질 시트와 실트질 점토와 점토와 유기질 토를 포함하는 점성토이고, 투수계수가 10-5 ~ 10-7의 범위이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 10 ~ 20분으로 설정한다. 상기 지반 상태가 모래질 시트인 점성토이거나 모래와 실트질 모래와 점토섞인 모래를 포함하는 사질토이고 투수계수가 10-3 ~ 10-4의 범위이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 60 ~ 90분으로 설정한다. 또한, 상기 지반 상태가 자갈 섞인 모래와 굵은 자갈 또는 가는 자갈인 자갈이고 투수계수가 10-2 ~ 100의 범위이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 15 ~ 30분으로 설정한다.
도 10은 이상적인 X-RAG 그라우팅을 위해 상기와 같이 산출한 예측주입량의 그라우트재를 최적으로 주입하기 위해 실험을 통해 미리 산정한 시간 파라미터 기반 주입제어 도면이다.
본 발명에 의한 X-RAG 알고리즘 그라우팅과 같이 이상적인 그라우팅이 되는지 증명하기 위하여 누수가 없는 약 250mm까지 확대되는 이상적인 홀을 천 재질로 제작하여 주입시험을 하였으며, 도 7과 도 8을 통해 알 수 있듯이 일정시간이 지난 후 정확하게 X-RAG 그라우팅이 실현됨을 확인하였다.
도 15는 도 9와 같은 과정으로 X-RAG 알고리즘 기반으로 그라우팅 방법을 실행하면서, 실측한 현장적용 도면이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 일정시간이 지난 후(약 16분 후부터) X-RAG 그라우팅이 실현되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 상기와 같이 지반 상태와 투수계수의 관계에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재를 주입한 후, 실측을 통해 이상적인 그라우팅 알고리즘인 X-RAG 알고리즘이 실현되지 않으면, 지반에 예측하지 못한 다른 문제가 발생한 것으로 판단하고 그라우트재 배합비 변경을 제안한다. 그라우트재 배합비 변경 제안은 디스플레이 화면을 통해 알람 형태로 디스플레이할 수 있다.
<실시 예2>
도 11은 본 발명에 따른 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법의 제2 실시 예를 보인 흐름도로서, (a) 그라우팅 대상 지반 조사를 통해 암반층과 토사층의 지반 상태가 획득되면, 지중의 주입 홀을 대상으로 획득한 지반 상태에 따른 그라우팅의 실시간 예측 주입량 모델을 적용하여 실시간 예측 주입량을 산출하는 단계(S40), (b) 그라우트 종류를 확인하는 단계(S50) 및 (c) 상기 산출한 예측주입량을 실측주입량에 동조화하여 그라우트재를 주입하되, 상기 획득한 지반 상태에 따른 지반 특성과 상기 확인한 그라우트 종류에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하는 단계(S60)를 포함한다.
이러한 제2 실시 예는 제1 실시 예에서 X-RAG 적용 시간을 지반 특성과 그라우트 종류에 따라 변경한 것이다.
단계 S40은 실시 예 1의 단계 S10과 동일하며, 이러한 과정을 통해 예측 주입량을 산출한다.
이어, 단계 S50으로 이동하여 그라우트 종류를 확인한다.
다음으로, 단계 S60으로 이동하여 상기 산출한 예측주입량을 실측주입량에 동조화하여 그라우트재를 주입하되, 상기 획득한 지반 상태에 따른 지반 특성과 상기 확인한 그라우트 종류에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어한다.
예컨대, 도 12에 도시한 바와 같이, 지반 특성이 k = a × 10-1cm/sec 이상이고 그라우트 종류가 NCG(Normal Cement Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 10 ~ 30분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어한다.
상기 k는 현장투수 계수 측정시험에 의해 측정되는 투수계수 값(cm/sec)을 의미하며, a는 측정상수 값으로서, 0 < a < 10 이내 범위 값이다.
아울러 지반 특성이 k = a × 10-2 ~ 10-4cm/sec 이상이고 그라우트 종류가 MCG(Micro Cement Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 60 ~ 90분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어한다.
또한, 지반 특성이 k = a × 10-5cm/sec 이상이고 그라우트 종류가 ICG(Inorganic Chemical Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 10 ~ 20분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어한다.
삭제
또한, 지반 특성이 대공극이고 그라우트 종류가 PBG(Paste Backfill Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 30 ~ 60분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어한다.
또한, 지반 특성이 파쇄대층 및 암반균열층이고 그라우트 종류가 MCG(Micro Cement Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 15 ~ 30분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어한다.
도 15는 도 11과 같은 과정으로 X-RAG 알고리즘 기반으로 그라우팅 방법을 실행하면서, 실측한 현장적용 도면이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 일정시간이 지난 후 X-RAG 그라우팅이 실현되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 상기와 같이 지반특성과 그라우트종류의 관계에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재를 주입한 후, 실측을 통해 이상적인 그라우팅 알고리즘인 X-RAG 알고리즘이 실현되지 않으면, 지반에 예측하지 못한 다른 문제가 발생한 것으로 판단하고 그라우트재 배합비 변경을 제안한다. 그라우트재 배합비 변경 제안은 디스플레이 화면을 통해 알람 형태로 디스플레이할 수 있다.
<실시 예 3>
도 13은 본 발명에 따른 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법의 제3 실시 예를 보인 흐름도로서, (a) 그라우팅 대상 지반 조사를 통해 암반층과 토사층의 지반 상태가 획득되면, 지중의 주입 홀을 대상으로 획득한 지반 상태에 따른 그라우팅의 실시간 예측 주입량 모델을 적용하여 실시간 예측 주입량을 산출하는 단계(S70), (b) 상기 산출한 예측주입량을 실측주입량에 동조화하여 그라우트재를 주입하되, 그라우트 주입재료의 종류와 분말도와 주입형태 및 대상지반 상태에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하는 단계(S80)를 포함한다.
이러한 제3 실시 예는 제1 실시 예에서 X-RAG 적용 시간을 주입재료 종류, 분말도, 주입형태, 대싱지반 상태에 따라 변경한 것이다.
단계 S70은 실시 예 1의 단계 S10과 동일하며, 이러한 과정을 통해 예측 주입량을 산출한다.
이어, 단계 S80에서 상기 산출한 예측주입량을 실측주입량에 동조화하여 그라우트재를 주입하되, 그라우트 주입재료의 종류와 분말도와 주입형태 및 대상지반 상태에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어한다.
예컨대, 도 14에 도시한 바와 같이, 주입재료의 종류가 초미립자 시멘트이고 분말도가 8000㎠/g 이상이고 주입형태가 침투주입이며 대상지반이 사질토 또는 풍화토이면 X-RAG 적용 시간을 스텝당 10 ~ 20분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어한다.
아울러 주입재료의 종류가 콜로이드 시멘트이고 분말도가 6000㎠/g 이상이고 주입형태가 침투/할렬이며 대상지반이 점성사질토이면 X-RAG 적용 시간을 스텝당 30 ~ 60분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어한다.
또한, 주입재료의 종류가 보통시멘트이고 분말도가 4000㎠/g 이상이고 주입형태가 할렬/충전이며 대상지반이 점성토 또는 대공극이면 X-RAG 적용 시간을 스텝당 60 ~ 90분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어한다.
도 15는 도 13과 같은 과정으로 X-RAG 알고리즘 기반으로 그라우팅 방법을 실행하면서, 실측한 현장적용 도면이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 일정시간이 지난 후 X-RAG 그라우팅이 실현되는 것을 확인할 수 있다.
한편, 주입재료의 종류와 분말도와 주입형태 및 대상지반의 관계에 따라 미리 설정된 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재를 주입한 후, 실측을 통해 이상적인 그라우팅 알고리즘인 X-RAG 알고리즘이 실현되지 않으면, 지반에 예측하지 못한 다른 문제가 발생한 것으로 판단하고 그라우트재 배합비 변경을 제안한다. 그라우트재 배합비 변경 제안은 디스플레이 화면을 통해 알람 형태로 디스플레이할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

Claims (7)

  1. 그라우팅을 제어하는 방법으로서,
    (a) 그라우팅 대상 지반 조사를 통해 암반층과 토사층의 지반 상태가 획득되면, 지중의 주입 홀을 대상으로 획득한 지반 상태에 따른 그라우팅의 실시간 예측 주입량 모델을 적용하여 실시간 예측 주입량을 산출하는 단계;
    (b) 상기 산출한 예측주입량을 실측주입량에 동조화하여 그라우트재의 주입을 시작하는 단계; 및
    (c) 상기 (b)단계의 그라우트 주입 시점부터 상기 획득한 지반 상태와 투수계수에 따라 설정된 그라우트재 주입시간인 X-RAG 적용시간을 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 예측 주입량 모델은 토사층(3D)과 암반층(1D, 2D)으로 구분하여 적용하되, 상기 토사층(3D)에서는 구면침투모델을 이용하여 점도변화와 동수경사변화에 의한 상관관계를 이용한 예측주입량 모델을 적용하고, 상기 암반층(1D, 2D)에서는 1차원 및 2차원의 주입 체적과 그라우트 흐름에 관한 상관관계를 이용한 예측주입량 모델을 적용하며,
    상기 X-RAG 적용시간은 예측유량에 따라 그라우트재를 주입할 때 그라우트재 주입량이 일정 시점에서 갑자기 떨어지며 그라우트재 주입 시점부터 계단 형태로 증가하는 주입압력이 갑자기 상승하는 형태의 주입양상으로 제어하기 위하여 X-RAG 알고리즘에 의해 산출된 시간이며,
    상기 (c)단계는 지반 상태가 점토질 시트와 실트질 점토와 점토와 유기질 토를 포함하는 점성토이고 투수계수가 10-5 ~ 10-7의 범위이면 상기 X-RAG 적용시간을 스텝당 10 ~ 20분으로 설정하고, 상기 지반 상태가 모래질 시트인 점성토이거나 모래와 실트질 모래와 점토섞인 모래를 포함하는 사질토이고 투수계수가 10-3 ~ 10-4의 범위이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 60 ~ 90분으로 설정하고, 상기 지반 상태가 자갈 섞인 모래와 굵은 자갈 또는 가는 자갈인 자갈이고 투수계수가 10-2 ~ 100의 범위이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 15 ~ 30분으로 설정하며,
    (d) 지반 상태와 투수 계수의 관계, 또는 지반특성과 그라우트종류의 관계, 또는 주입재료의 종류와 분말도와 주입형태 및 대상지반의 관계에 따라 상기 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재를 주입한 후, 실측을 통해 이상적인 그라우팅 알고리즘인 X-RAG 알고리즘이 실현되지 않으면 지반에 예측하지 못한 문제가 발생한 것으로 판단하고 그라우트재 배합비 변경을 제안하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법.
  2. 삭제
  3. 그라우팅을 제어하는 방법으로서,
    (a) 그라우팅 대상 지반 조사를 통해 암반층과 토사층의 지반 상태가 획득되면, 지중의 주입 홀을 대상으로 획득한 지반 상태에 따른 그라우팅의 실시간 예측 주입량 모델을 적용하여 실시간 예측 주입량을 산출하는 단계;
    (b) 그라우트 종류를 확인하는 단계; 및
    (c) 상기 산출한 예측주입량을 실측주입량에 동조화하여 그라우트재를 주입하되, 상기 획득한 지반 상태에 따른 지반 특성과 상기 확인한 그라우트 종류에 따라 설정된 그라우트재 주입시간인 X-RAG 적용시간을 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 예측 주입량 모델은 토사층(3D)과 암반층(1D, 2D)으로 구분하여 적용하되, 상기 토사층(3D)에서는 구면침투모델을 이용하여 점도변화와 동수경사변화에 의한 상관관계를 이용한 예측주입량 모델을 적용하고, 상기 암반층(1D, 2D)에서는 1차원 및 2차원의 주입 체적과 그라우트 흐름에 관한 상관관계를 이용한 예측주입량 모델을 적용하며,
    상기 X-RAG 적용시간은 예측유량에 따라 그라우트재를 주입할 때 그라우트재 주입량이 일정 시점에서 갑자기 떨어지며 그라우트재 주입 시점부터 계단 형태로 증가하는 주입압력이 갑자기 상승하는 형태의 주입양상으로 제어하기 위하여 X-RAG 알고리즘에 의해 산출된 시간이며,
    상기 (c)단계는 지반 특성이 k = a × 10-1cm/sec 이상이고 그라우트 종류가 NCG(Normal Cement Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 10 ~ 30분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며, 지반 특성이 k = a × 10-2 ~ 10-4cm/sec 이상이고 그라우트 종류가 MCG(Micro Cement Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 60 ~ 90분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며, 지반 특성이 k = a × 10-5cm/sec 이상이고 그라우트 종류가 ICG(Inorganic Chemical Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 10 ~ 20분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며, 지반 특성이 대공극이고 그라우트 종류가 PBG(Paste Backfill Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 30 ~ 60분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며, 지반 특성이 파쇄대층 및 암반균열층이고 그라우트 종류가 MCG(Micro Cement Grouts)이면 X-RAG 적용시간을 스텝당 15 ~ 30분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며,
    (d) 지반 상태와 투수 계수의 관계, 또는 지반특성과 그라우트종류의 관계, 또는 주입재료의 종류와 분말도와 주입형태 및 대상지반의 관계에 따라 상기 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재를 주입한 후, 실측을 통해 이상적인 그라우팅 알고리즘인 X-RAG 알고리즘이 실현되지 않으면 지반에 예측하지 못한 문제가 발생한 것으로 판단하고 그라우트재 배합비 변경을 제안하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법.
    상기 k는 현장투수 계수 측정시험에 의해 측정되는 투수계수 값(cm/sec)을 의미하며, a는 측정상수 값으로서, 0 < a < 10 이내 범위 값이다.
  4. 삭제
  5. 그라우팅을 제어하는 방법으로서,
    (a) 그라우팅 대상 지반 조사를 통해 암반층과 토사층의 지반 상태가 획득되면, 지중의 주입 홀을 대상으로 획득한 지반 상태에 따른 그라우팅의 실시간 예측 주입량 모델을 적용하여 실시간 예측 주입량을 산출하는 단계; 및
    (b) 상기 산출한 예측주입량을 실측주입량에 동조화하여 그라우트재를 주입하되, 그라우트 주입재료의 종류와 분말도와 주입형태 및 대상지반 상태에 따라 설정된 그라우트재 주입시간인 X-RAG 적용시간을 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 예측 주입량 모델은 토사층(3D)과 암반층(1D, 2D)으로 구분하여 적용하되, 상기 토사층(3D)에서는 구면침투모델을 이용하여 점도변화와 동수경사변화에 의한 상관관계를 이용한 예측주입량 모델을 적용하고, 상기 암반층(1D, 2D)에서는 1차원 및 2차원의 주입 체적과 그라우트 흐름에 관한 상관관계를 이용한 예측주입량 모델을 적용하며,
    상기 X-RAG 적용시간은 예측유량에 따라 그라우트재를 주입할 때 그라우트재 주입량이 일정 시점에서 갑자기 떨어지며 그라우트재 주입 시점부터 계단 형태로 증가하는 주입압력이 갑자기 상승하는 형태의 주입양상으로 제어하기 위하여 X-RAG 알고리즘에 의해 산출된 시간이며,
    상기 (b)단계는 주입재료의 종류가 초미립자 시멘트이고 분말도가 8000㎠/g 이상이고 주입형태가 침투주입이며 대상지반이 사질토 또는 풍화토이면 X-RAG 적용 시간을 스텝당 10 ~ 20분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며, 주입재료의 종류가 콜로이드 시멘트이고 분말도가 6000㎠/g 이상이고 주입형태가 침투/할렬이며 대상지반이 점성사질토이면 X-RAG 적용 시간을 스텝당 30 ~ 60분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며, 주입재료의 종류가 보통시멘트이고 분말도가 4000㎠/g 이상이고 주입형태가 할렬/충전이며 대상지반이 점성토 또는 대공극이면 X-RAG 적용 시간을 스텝당 60 ~ 90분으로 적용하여 그라우트재 주입시간을 제어하며,
    (c) 지반 상태와 투수 계수의 관계, 또는 지반특성과 그라우트종류의 관계, 또는 주입재료의 종류와 분말도와 주입형태 및 대상지반의 관계에 따라 상기 X-RAG 적용 시간을 적용하여 그라우트재를 주입한 후, 실측을 통해 이상적인 그라우팅 알고리즘인 X-RAG 알고리즘이 실현되지 않으면 지반에 예측하지 못한 문제가 발생한 것으로 판단하고 그라우트재 배합비 변경을 제안하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-RAG 알고리즘을 이용한 그라우팅 방법.


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