KR102091978B1 - 제거 용이한 강관 및 이중코킹을 이용한 그라우팅 장치 및 이를 이용한 터널 시공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제거 용이한 강관 및 이중코킹을 이용한 그라우팅 장치 및 이를 이용한 터널 시공방법에 관한 것으로서, 이중코킹 및 강관 후단부의 제거가 용이한 기술구성을 통하여 강지보재와의 간섭 발생이 해소되어질 수 있게 됨으로서 연속 굴착에 따른 시공성 향상 및 공기를 단축시키는 효과를 나타낸다.
이를 실현하기 위한 본 발명의 그라우팅 장치는, 터널의 천공홀(102)에 삽입되되, 전방 보강부와 후방 제거부로 이루어지는 강관(10)과; 상기 강관(10)의 후단부로 부터 일정거리 이격된 위치에 장착되는 이중코킹 패커(20)와; 상기 이중코킹 패커(20)가 설치된 위치의 강관(10) 외주면에 장착되어 강관(10) 내부의 주입재가 이중코킹 패커(20)로 충진 가능하도록 하는 체크밸브(12)와; 상기 강관(10)의 전방 보강부와 후방 제거부 경계부위의 외측 둘레를 따라 제거가 용이하도록 가공 형성된 가공홈(11);을 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 한다.
이를 실현하기 위한 본 발명의 그라우팅 장치는, 터널의 천공홀(102)에 삽입되되, 전방 보강부와 후방 제거부로 이루어지는 강관(10)과; 상기 강관(10)의 후단부로 부터 일정거리 이격된 위치에 장착되는 이중코킹 패커(20)와; 상기 이중코킹 패커(20)가 설치된 위치의 강관(10) 외주면에 장착되어 강관(10) 내부의 주입재가 이중코킹 패커(20)로 충진 가능하도록 하는 체크밸브(12)와; 상기 강관(10)의 전방 보강부와 후방 제거부 경계부위의 외측 둘레를 따라 제거가 용이하도록 가공 형성된 가공홈(11);을 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 그라우팅 장치 및 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터널 시공시 굴착 터널의 지반 보강을 위한 그라우팅 작업이 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 하기 위한 그라우팅 장치 및 이를 이용한 터널 보강 그라우팅 시공방법에 관한 것이다.
터널 시공에 있어 사용되는 일반 보강 다단 그라우팅 공법(천공 및 강관 설치 후 수회 그라우팅을 시행하는 공법), 강관 보강 동시주입 그라우팅 공법(천공 및 강관 설치 후 1회 그라우팅을 시행하는 공법) 등은 연약 지반에 터널을 굴착하는 경우에 널리 채택되는 보강 공법으로서, 이를 시행함으로써 굴착 예정 지반 주변을 선행하여 강화시키고 차수성을 향상시키는 터널 굴착 보조 공법인데, 도 1에 도시된 바와 같이 굴착 터널(100) 형상의 천정부 주변에 천공홀(102)을 형성하며 천공홀(102) 내부에 강관(120)을 설치하고, 그 강관(120)의 내부를 통하여 강관(120)과 천공홀(102) 벽면 사이 및 나아가 지반 내부로 그라우팅재(153)를 압력 주입하는 방법으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 천공 장비(110)를 이용하여 천공홀(102)을 천공하고서, 천공홀(102)의 내부에 강관(120)을 삽입하고서는, 코킹 공정, 실링 공정(1회 동시주입방식의 경우 생략)을 거친 후에, 강관(120)에 형성된 분사공을 통하여 패커가 장착된 주입관 등의 수단을 이용하여 수회 다단주입방식, 또는 1회 동시주입방식으로 그라우팅재(153)를 압력 분사시켜서 지반 내로 침투시킴으로써, 주입재에 의한 지반의 고결로 강관과 주변 지반을 일체로 만들어 굴착예정 지반 주위의 강도를 증가시켜 전단 저항을 강화하고, 그리고 지반 차수성을 증대시키는 효과를 제공하게 되고, 그리하여 추가적인 굴착 공정이 안정적으로 계속 진행되도록 하는 공법이다.
한편, 강관보강은 빔효과 발휘를 위해 수평보강이 유리하나, 터널 여건상 수평천공이 불가능하며, 강지보 설치간격을 고려하여 천공 및 보강각도는 15°이하로 계획하게 된다.
이때, 기존의 강관 보강그라우팅공법은 도 3에서 나타내어지는 바와 같이 천공작업시 천공장비 헤드부의 일정 공간 점유로 목표위치인 막장면 상부 모서리에서의 천공이 불가하여 목표위치에서 아래로 이격된 위치에 천공이 이루어질 수 밖에 없으며, 이에 따라 12m 길이를 이루는 강관의 설치 위치도 함께 아래로 이격되어지게 된다.
이로 인해 다음 막장면에서 강관 후단부가 노출되며, 후속 공정인 강지보재 (210a)설치시 노출된 강관과 굴착면 강지보재(210a)와의 간섭 발생으로 강지보재 설치가 불가능하여 노출된 강관의 절단 및 절곡 후 강지보재를 설치하게 되는데, 이 경우 강관 보강 중첩길이 부족, 보강영역 이완으로 보강효과 상실되며, 강관 절단 등의 작업으로 시공성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 노출된 강관의 간섭부위 제거가 용이함과 함께 간섭부위 강관의 제거과정에서 주입재의 역류가 방지될 수 있는 기술을 제공함으로서 연속 굴착이 가능함에 따른 공기 단축 및 시공성이 향상될 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 터널 그라우팅 시공방법은, 터널의 막장면에 일정 각도의 상향으로 천공홀을 형성하기 위한 천공작업을 실시하는 천공단계와; 상기 천공홀에 이중코킹패커 및 가공홈이 형성된 강관 그라우팅 장치를 삽입하는 강관 삽입단계와; 상기 천공홀 입구부에 코킹재를 사용하여 코킹을 실시함으로 강관 후단부와천공홀 입구 사이 공간이 밀폐되도록 하는 입구 코킹단계와; 상기 강관 내부로 동시주입장치 설치 후, 주입재를 1회 동시주입하여 천공홀 주변 지반으로 주입재가 공급됨과 함께 이중 코킹패커 내부로 본 주입재 충진 또는 발포우레탄 주입을 통해 이중 코킹패커가 팽창되므로 천공홀 내벽면과 밀착이 이루어지는 이중 코킹단계와; 상기 이중 코킹이 이루어진 위치까지 터널 막장의 굴착을 실시하여 강관의 후단부가 노출되도록 하는 다음 막장 굴착단계와; 상기 노출된 강관 후단부를 가공홈 부위에서 제거하는 강관 후단부 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명은, 이중코킹 및 강관 후단 간섭부의 제거가 용이한 기술구성을 통하여 강지보재와의 간섭 해소 등으로 강관보강 및 그라우팅 후 연속 굴착이 가능하게 하여 시공성 향상 및 공기를 단축시키는 효과를 나타낸다.
도 1은 종래 기술에서의 터널 그라우팅 시공 단면 개략도.
도 2는 종래 기술에서 터널 보강 시공 참고도.
도 3은 종래 기술에서 강관과 강지보재 간섭상태 설명도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 그라우팅 장치 단면 구조도.
도 5는 도 4의 A부 확대도.
도 6은 본 발명의 보강그라우팅 시공과정 순서도.
도 7 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 그라우팅 시공과정도.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 그라우팅 장치 측단면 구조도.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 그라우팅 장치의 요부 정단면도.
도 15는 도 14의 B부 확대도.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 이중 코킹패커 설치부 단면 구조도.
도 2는 종래 기술에서 터널 보강 시공 참고도.
도 3은 종래 기술에서 강관과 강지보재 간섭상태 설명도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 그라우팅 장치 단면 구조도.
도 5는 도 4의 A부 확대도.
도 6은 본 발명의 보강그라우팅 시공과정 순서도.
도 7 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 그라우팅 시공과정도.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 그라우팅 장치 측단면 구조도.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 그라우팅 장치의 요부 정단면도.
도 15는 도 14의 B부 확대도.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 이중 코킹패커 설치부 단면 구조도.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제거가 용이한 강관 및 이중코킹을 이용한 그라우팅 장치 구성을 도 4 및 도 5를 통해 살펴보면 다음과 같다.
본 실시 예에서의 그라우팅 장치는, 터널의 천공홀(102)에 삽입되되, 전방 보강부와 후방 제거부로 이루어지는 강관(10)과, 상기 강관(10)의 후단부로 부터 일정거리 이격된 위치에 장착되는 이중코킹 패커(20)와, 상기 이중코킹 패커(20)가 설치된 위치의 강관(10) 외주면에 장착되어 강관(10) 내부의 주입재가 이중코킹 패커(20)로 충진 가능하도록 하는 체크밸브(12)와, 상기 강관(10)의 전방 보강부와 후방 제거부 경계부위의 외측 둘레를 따라 제거가 용이하도록 U 또는 V형상으로 가공 형성된 가공홈(11)으로 구성된다. 미설명 부호 30은 간격재를 나타낸다.
이때, 체크밸브(12)는 고무마개 구조를 이루어서 강관(10) 내부 압력으로 인해 이중코킹 패커(20) 내부로 충진이 이루어짐과 함께 주입재의 반대방향으로의 역류를 방지되게 된다.
이중코킹 패커(20)의 급속한 팽창 및 고결이 필요한 경우 체크밸브(12)의 설치 대신 별도의 주입관(미도시)을 이중코팅 패커(20) 내부로 설치하여 우레탄 계열의 발포성 주입재를 주입할 수 있다.
또한, 이중코킹 패커(20)는 천, 고무 등과 같이 확장이 가능한 재질로 이루어짐이 바람직하다.
그리고 강관과 천공홀 사이 공간에 실재를 채우는 실링공정이 선행 수반될 경우 선행 충진된 실재가 이중코킹 패커부의 충진 및 팽창시 간섭되므로 주입재의 주입방식은 실링공정이 필요 없는 1회 동시주입방식을 선택토록 한다.
이와 같은 구성을 이루는 본 발명 그라우팅 장치를 이용한 시공과정을 도 6의 순서도 및 도 7 내지 도 11의 공정도를 참조하여 살펴보기로 한다.
<천공>(ST 1)
먼저, 터널의 막장면(100)에 일정 각도의 상향으로 천공홀(102)을 형성하기 위한 천공작업을 실시하게 된다.
즉, 이때 형성되는 천공홀(102)은 기본 보강구간 길이 약12m에 더하여 추가 공삭공 구간 길이 약1M를 더하여 대략 13M의 깊이로 천공홀(102)을 형성시키게 된다.
<강관 삽입>(ST 2)
이후, 상기 천공홀(102)에 본 발명의 그라우팅 장치를 삽입하게 되는데, 본 실시 예에서의 강관(10)은 길이가 (12+a)m의 길이를 이루는 것으로 대략 13m를 이루는 것으로서, 강관 후단부 부터 약 1m 되는 지점에 V홈 형태로 가공되어진 가공홈(11)이 외주면을 따라 형성됨으로써 공삭공 구간(강관 간섭구간)의 강관 제거가 용이하게 이루어질 수 있는 구조를 이루고 있다.
<입구 코킹>(ST 3)
이와 같이 강관(10)을 포함하는 그라우팅 장치의 설치가 완료되면, 도 9에서와 같이 천공홀(102) 입구부에 코킹재(200)를 사용하여 코킹을 실시함으로 강관(10) 후단부와 천공홀 입구 사이 공간이 밀폐되어지도록 하게 된다.
<이중 코킹>(ST 4)
이후, 강관(10) 내부로 동시주입장치(미도시)을 삽입시킨 상태에서 본 주입재(시멘트 밀크)를 고압으로 1회 주입시키게 되면, 도 10에서와 같이 1차로 강관(10) 내부가 충진되고, 강관 내부 충진 후에 강관(10)에 일정 간격으로 설치된 다수의 체크밸브(미도시)를 통해 주입재가 동시에 배출되어 지반으로 스며들게 된다.
이때, 이중 코킹패커(20) 설치부위에도 강관(10)으로 부터 체크밸브(12)를 통해 주입재의 충진 및 패커부 팽창이 이루어지게 됨으로서 천공홀 내벽면과 밀착이 이루어지는 이중 코킹상태를 이루게 된다.
한편, 이중코킹 패커(20)의 급속한 팽창 및 고결이 필요한 경우에는 상기의 체크밸브(12)의 설치 대신 별도의 주입관(미도시)을 이중코킹 패커(20) 내부로 설치하여 우레탄 계열의 발포성 주입재를 주입할 수도 있다.
<막장 굴착>(ST 5)
이와 같은 과정을 통해 해당 천공홀(102)에 대한 그라우팅 장치의 설치가 완료되면, 이중 코킹패커(20)가 설치된 위치까지 대략 1M 전방으로 터널 막장의 굴착을 실시하여 도 11에서와 같이 강관(10)의 후단부가 노출되도록 하게 된다.
이때, 초기 설치된 코킹재(200)가 함께 제거되더라도 이중 코킹패커(20)로 인해 전방의 내부 주입재의 역류가 방지되게 됨을 알 수 있다.
<강관 후단부 제거>(ST 6)
이후, 상기 노출된 강관(10)의 후단부를 장비타격하게 되면 타격 충격으로 인해 가공홈(11) 부위에서 1M 길이의 강관 후단부가 신속하게 절단되어 제거되면, 도 12에서와 같이 강관(10)과 굴착면 강지보재(210a)와의 간섭이 발생되지 않게 됨으로 막장면에서 추가적인 강지보재(210a)의 시공작업이 용이하게 이루어질 수 있게 된다.
따라서, 본 발명은 이중코킹 및 강관 후단부의 제거가 용이한 기술구성을 통하여 강지보재와의 간섭 발생이 해소되어질 수 있게 됨으로서 연속식 기계 굴착에 따른 시공성 향상 및 공기를 단축시키는 효과를 나타내게 된다.
한편, 도 13 내지 도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 그라우팅 장치 구조를 나타낸 것으로서, 강관(10) 외주면에는 주입재가 이중코킹 패커(20)측으로 이동하는 것을 차단하기 위한 주입재 차폐막(40)이 일정 경사면을 이루어 구성되되, 상기 주입재 차폐막(40)은 구경의 가변이 가능하도록 다수의 절개홈(41)이 일정 간격으로 형성된다.
또한, 주입재 차폐막(40)의 일측면에는 지지강도 보강을 위한 요철 격자망(42)이 구성되고, 주입재 차폐막(40) 단부에는 천공홀(102) 내벽면과 밀착을 위한 밀착브러쉬(43)가 구성되며, 주입재 차폐막(40)은 이중코킹 패커(20)와 탄성스프링(44)으로 연결되어 탄성 지지가 이루어지게 된다.
이와 같은 구성을 이루게 되면, 강관(10) 내부로 주입재를 주입하는 과정에서 천공홀(102) 내부에 채워지는 주입재가 이중코킹 패커(20) 측으로 유입되는 것을 주입재 차폐막(40)이 차단시켜 줌으로서 이중코킹 패커(20)의 안정적인 팽창에 따른 천공홀 내벽면 밀착이 이루어질 수 있게 된다.
특히, 차폐막(40)은 절개홈(41) 구조로 인해 구경의 확장 또는 축소가 가능하게 됨으로, 강관(10)을 천공홀(102)에 삽입하는 과정에서는 약한 탄성의 고무밴드로 차폐막(40) 외부를 둘러 삽입이 될 수 있는 최소한의 구경으로 축소시킨 상태에서 삽입이 완료되면 초기 유입되는 주입재의 압력으로 구경이 확장되면서 천공홀(102) 내벽면에 접촉되도록 하게 된다.
또한, 요철 격자망(42)에 의한 강도 보강이 이루어짐과 함께 탄성스프링(44)에 의한 탄성 지지가 이루어지고, 밀착 브러쉬(43)로 인해 천공홀 내벽면과의 밀착상태가 유지됨으로서 주입재의 차단 효과를 극대화할 수 있는 이점을 나타낸다.
또한, 도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 그라우팅 장치 구성을 나타낸 것으로서, 이중코킹 패커(20) 내부에는 수분 접촉시 부피 팽창이 이루어지는 볼 형태의 수팽창 지수볼(21)이 일정 간격으로 부착 구비된다. 이때, 수팽창 지수볼(21)은 팽창재료인 벤토나이트와 발포재료인 우레탄, 고분자 재료인 열가소성 엘라스토머 및 벤토나이트의 팽창력 활성화를 위한 산화티탄 분말의 혼합 물질로 이루어짐이 바람직하다.
이와 같은 구성을 이루게 되면, 이중코킹단계에서 주입재가 이중코킹 패커(20) 내부로 유입되었을 때 주입재의 수분으로 인해 수팽창 지수볼(21)의 팽창력이 작용되어서 이중 코킹효과를 극대화할 수 있게 된다.
그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 그라우팅 장치 및 방법이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.
그러나 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.
10 : 강관 11 : 가공홈
12 : 체크밸브 20 : 이중코킹패커
30 : 간격재 40 : 주입재 차폐막
100 : 막장면 102 : 천공홀
200 : 코킹재 210,210a : 강지보재
300 : 숏크리트
12 : 체크밸브 20 : 이중코킹패커
30 : 간격재 40 : 주입재 차폐막
100 : 막장면 102 : 천공홀
200 : 코킹재 210,210a : 강지보재
300 : 숏크리트
Claims (5)
- 터널의 천공홀(102)에 삽입되되, 전방 보강부와 후방 제거부로 이루어지는 강관(10)과;
상기 강관(10)의 후단부로 부터 일정거리 이격된 위치에 장착되는 이중코킹 패커(20)와;
상기 이중코킹 패커(20)가 설치된 위치의 강관(10) 외주면에 장착되어 강관(10) 내부의 주입재가 이중코킹 패커(20)로 충진 가능하도록 하는 체크밸브(12)와;
상기 강관(10)의 전방 보강부와 후방 제거부 경계부위의 외측 둘레를 따라 제거가 용이하도록 가공 형성된 가공홈(11)과;
상기 강관(10) 외주면에서 주입재가 이중코킹 패커(20)측으로 이동하는 것을 차단하기 위해 구성되는 주입재 차폐막(40)과;
상기 주입재 차폐막(40)의 일측에 강도 보강을 위해 구비되는 요철 격자망(42)과;
상기 주입재 차폐막(40) 단부에 구성되어 천공홀(102) 내벽면과 밀착이 이루어지는 밀착브러쉬(43)와;
상기 주입재 차폐막(40)과 이중코킹 패커(20)을 연결하는 탄성스프링(44);
을 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 하는 제거 용이한 강관 및 이중코킹을 이용한 그라우팅 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 주입재 차폐막(40)은 구경의 가변이 가능하도록 다수의 절개홈(41)이 일정 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 제거 용이한 강관 및 이중코킹을 이용한 그라우팅 장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 이중코킹 패커(20) 내부에는 수분 접촉시 부피 팽창이 이루어지는 볼 형태의 수팽창 지수볼(21)이 일정 간격으로 부착 구비되며, 상기 수팽창 지수볼(21)은 팽창재료인 벤토나이트와 발포재료인 우레탄, 고분자 재료인 열가소성 엘라스토머 및 벤토나이트의 팽창력 활성화를 위한 산화티탄 분말의 혼합 성분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 제거 용이한 강관 및 이중코킹을 이용한 그라우팅 장치. - 터널의 막장면에 일정 각도의 상향으로 천공홀을 형성하기 위한 천공작업을 실시하는 천공단계와;(ST 1)
상기 천공홀에 청구항 1의 그라우팅 장치를 삽입하는 강관 삽입단계와;(ST 2)
상기 천공홀 입구부에 코킹재를 사용하여 코킹을 실시함으로 강관 후단부와천공홀 입구 사이 공간이 밀폐되도록 하는 입구 코킹단계와;(ST 3)
상기 강관 내부로 동시주입장치 설치 후, 주입재를 1회 동시주입하여 천공홀 주변 지반으로 주입재가 공급됨과 함께 이중 코킹패커 내부로 본 주입재 충진 또는 발포우레탄 주입을 통해 이중 코킹패커가 팽창되므로 천공홀 내벽면과 밀착이 이루어지는 이중 코킹단계와;(ST 4)
상기 이중 코킹이 이루어진 위치까지 터널 막장의 굴착을 실시하여 강관의 후단부가 노출되도록 하는 다음 막장 굴착단계와;(ST 5)
상기 노출된 강관 후단부를 가공홈 부위에서 제거하는 강관 후단부 제거단계;(ST 6)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 제거 용이한 강관 및 이중코킹을 이용한 그라우팅 장치를 이용한 터널 시공방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190117909A KR102091978B1 (ko) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 제거 용이한 강관 및 이중코킹을 이용한 그라우팅 장치 및 이를 이용한 터널 시공방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190117909A KR102091978B1 (ko) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 제거 용이한 강관 및 이중코킹을 이용한 그라우팅 장치 및 이를 이용한 터널 시공방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102091978B1 true KR102091978B1 (ko) | 2020-03-20 |
Family
ID=69958262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190117909A KR102091978B1 (ko) | 2019-09-25 | 2019-09-25 | 제거 용이한 강관 및 이중코킹을 이용한 그라우팅 장치 및 이를 이용한 터널 시공방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102091978B1 (ko) |
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- 2019-09-25 KR KR1020190117909A patent/KR102091978B1/ko active IP Right Grant
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