KR102158626B1

KR102158626B1 - 배수관을 구비한 강관 보강 장치 및 이를 이용한 강관 보강 방법

Info

Publication number: KR102158626B1
Application number: KR1020200065326A
Authority: KR
Inventors: 오순옥
Original assignee: 오순옥
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2020-09-22

Abstract

본 발명에 따른 배수관을 구비한 강관 보강장치는 천공홀 내부에 삽입되는 파이프 형태의 강관, 상기 강관 내부에 삽입되어 그라우트를 주입하도록 파이프 형태로 구성되는 그라우트 주입관 및 파이프 형태로 이루어 상기 강관 내부에 삽입되는 배수관을 포함하되, 상기 배수관의 천공홀 내부에 위치한 단부는 상기 그라우트 주입관을 통해 그라우트가 주입되는 동안 폐쇄된 상태를 유지하고, 그라우트 주입이 완료된 후 상기 천공홀 내부의 물을 배수하기 위해 개방되도록 구성될 수 있다.

Description

배수관을 구비한 강관 보강 장치 및 이를 이용한 강관 보강 방법{Steel pipe reinforcement device with a drain pipe and steel pipe reinforcement method using the same}

본 발명은 강관 보강 장치 및 이를 이용한 강관 보강 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 블리딩(bleeding)에 의해 발생하는 물을 천공홀 외부로 배수할 수 있는 배수관을 포함한 강관 보강 장치 및 이를 이용한 강관 보강 방법에 관한 것이다.

도로나 철도를 건설하는 현장에서 산을 통과하는 방법으로 이용되는 터널은 현장 암반이나 지반의 강도가 중요하다. 일반적으로 강도가 좋지 않은 경우에는 터널 상부를 보강하는 방법을 추가로 도입하게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 터널 상부를 천공하고 강관을 삽입한 후 그라우트를 채워 보강을 수행하게 되는데 이러한 보강방법을 강관보강이라 한다.

한편, 천공 홀에 그라우트를 채우는 방법으로 초기에는 다단 그라우팅이 주로 이용되었다. 다단 그라우팅 방법은 강관을 천공 홀에 삽입한 후, 팽창성이 큰 재료와 시멘트가 섞인 그라우트를 물과 함께 교반하여 액체로 만든 후 강관과 천공 홀 사이를 채우는 실링 작업 후 일정시간을 대기한다.

이후 실링 그라우트의 양생이 완료되면 강관 안쪽부터 팩커로 고정한 후 시멘트와 물을 교반한 그라우트를 고압으로 분사하여 강관 내부 및 천공홀을 채우되, 입구쪽으로 후퇴하며 그라우트를 고압 분사하여 보강을 진행한다.

이러한 방법은 공사 시간에 여유가 있는 경우 천공 홀 내에 빈 공간을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 그러나 일반적으로 터널 공사는 시간적인 여유가 없고, 보강하는 과정에서의 시간 소비는 작업자와 장비의 대기로 이어지기 때문에 시간 단축을 위한 방법이 요구되었다.

이러한 배경으로 만들어진 방법이 동시 주입 방법이다. 동시 주입 방법은 실링을 하지 않고 천공 홀에 길이가 다른 두 개 또는 세 개의 그라우트 주입관을 삽입한 다음 시멘트 그라우트를 충진하는 방법으로 그라우트 주입시간을 획기적으로 줄일 수 있는 동시에, 실링없이 천공홀과 강관 사이를 채울 수 있는 방법으로 강관의 길이가 12m에 달하는 경우에 주로 이용되고 있다.

그러나 이러한 동시 주입 방법에 이용되는 그라우트는 물-시멘트 배합비가 160% 정도로 물의 양이 시멘트에 비하여 1.6배에 달한다. 시멘트 입자가 물과 만나 수화반응을 일으키는데 필요한 물의 양은 이상적인 상황에서 시멘트의 무게의 25%이다. 실제로는 수화반응이 일어나며 침하하고 입자 사이에 물이 갇히면서 수화반응으로 굳어진 그라우트 위에 남게 되는 순수한 물은 물-시멘트 비가 50%에서 3% 정도 발생하는 것으로 알려져 있다.

한편, 물-시멘트 비가 160%인 경우는 훨씬 더 큰 블리딩률을 예상할 수 있는데, 물-시멘트 비가 160%인 경우 블리딩률이 46%에 달하는 것으로 알려져 있다.

최근 싱크홀 발생에 의한 도로 침하 등의 문제가 자주 발생하는데, 싱크홀의 원인은 지하수 유출에 의한 토사 유출, 터널굴착 등 과굴착으로 인한 공동 발생이나 앵커 시공 등을 위한 천공 등이 있을 수 있으나, 강관보강 중 블리딩에 의한 빈공간 역시 싱크홀의 원인이 될 수 있다.

강관보강 영역이 작지 않기 때문에 블리딩에 의한 빈공간의 총합이 증가되어 시간이 지남에 따라 상부 토사의 상당한 침하가 발생하게 된다.

또한, 강관보강의 목적이 터널 상부의 붕락 등의 위험에서 안전한 터널 공사를 수행하고자 하는 데 있음에도, 과도한 블리딩이 발생하면 강관의 부식과 강관과 암반의 부착력이 감소하여 터널 공사의 안전에도 심각한 위험이 초래될 수 있다.

따라서 강관 보강시 블리딩에 의해 발생하는 물을 제거하고 물이 제거된 공간에 그라우트를 채워 넣을 수 있는 방법이 시급히 요구되는 실정이다.

대한민국 특허공보 제10-1006081호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 강관 보강시 블리딩에 의해 발생하는 천공홀 내부의 물을 효과적으로 배수할 수 있는 강관 보강 장치 및 이를 이용한 강관 보강 방법을 제공하기 위함이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배수관을 구비한 강관 보강장치는 천공홀 내부에 삽입되는 파이프 형태의 강관, 상기 강관 내부에 삽입되어 그라우트를 주입하도록 파이프 형태로 구성되는 그라우트 주입관, 상기 강관 내부에 삽입되어 그라우트 주입시 상기 천공홀 내부의 공기가 배출되고, 동시에 상기 천공홀 내부의 그라우트 주입량을 확인할 수 있는 에어배출관 및 파이프 형태로 이루어 상기 강관 내부에 삽입되는 배수관을 포함하되, 상기 배수관의 천공홀 내부에 위치한 단부는 상기 그라우트 주입관을 통해 그라우트가 주입되는 동안 폐쇄된 상태를 유지하고, 그라우트 주입이 완료된 후 상기 천공홀 내부의 물을 배수하기 위해 개방되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 배수관은 상기 그라우트 주입관과 별도로 구비되고, 상기 그라우트 주입관은 길이가 상이하게 구성된 복수개가 마련될 수 있다.

또한, 상기 배수관은 상기 그라우트 주입관 또는 에어배출관의 외주면에 설치되는 이중관 형태로 구성되고, 상기 배수관과 상기 그라우트 주입관의 단부는 체결부재에 의해 일체로 결합될 수 있다.

또한, 상기 배수관의 단부는 마개에 의해 폐쇄되어 구성되고, 상기 마개는 배수관 내부의 압력 또는 용매에 의해 제거 가능하게 구비될 수 있다.

또한, 상기 배수관의 외주면에는 복수의 관통홀이 구비되고, 상기 관통홀에는 차단부재가 결합되되, 상기 차단부재는 상기 배수관 내부의 압력 또는 용매에 의해 제거 가능하게 구비될 수 있다.

또한, 상기 체결부재는 링 형상의 몸체부, 상기 몸체부의 일측면에 상기 몸체부의 외주면을 따라 형성되는 외측돌출부 및 상기 외측돌출부와 동심으로 형성되되 상기 몸체부의 내주면을 따라 형성되는 내측돌출부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 외측돌출부 및 상기 내측돌출부 사이에 상기 배수관이 결합되고, 상기 내측돌출부의 내주면에는 상기 그라우트 주입관 또는 에어배출관이 결합되되, 상기 그라우트 주입관 또는 에어배출관은 상기 내측돌출부와 분리 가능하게 결합되어, 상기 그라우트 주입관을 통해 그라우트가 주입된 상태에서 상기 그라우트 주입관 또는 에어배출관을 상기 체결부재로부터 분리 제거하는 경우 상기 배수관의 단부가 폐쇄 상태에서 개방 상태로 전환될 수 있다.

또한, 상기 배수관의 외주면에는 복수의 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에는 차단부재가 결합되어 구성되되, 상기 차단부재는 상기 배수관 내부에 인가되는 압력에 의해 이탈 가능하게 구비될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 강관 보강 장치를 이용한 강관 보강 방법은 천공홀을 형성하고 강관을 삽입하는 단계, 상기 강관 내부에 배수관, 에어배출관 및 그라우트 주입관을 삽입하는 단계, 상기 그라우트 주입관을 통해 천공홀 내부로 그라우트를 주입하는 단계, 소정 시간 경과 후 상기 배수관의 단부를 개방하는 단계, 상기 배수관의 단부를 통해 상기 천공홀 내부의 물을 배수하는 단계 및 상기 천공홀 내부의 물을 배수하는 단계가 완료된 이후에 상기 배수관을 통해 그라우트를 추가로 주입하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 배수관은 상기 그라우트 주입관 및 에어배출관과 별도의 분리된 관으로 구성되고, 상기 배수관의 단부를 개방하는 단계는 상기 배수관 내부에 유압을 인가하여 상기 배수관의 단부에 결합되어 있던 마개를 제거하거나, 상기 배수관 내부에 용매를 주입하여 상기 마개를 용해시켜 이루어질 수 있다.

또한, 상기 배수관과 상기 그라우트 주입관 또는 상기 배수관과 상기 에어배출관은 단부가 체결부재에 의해 결합되되, 상기 그라우트 주입관 또는 상기 에어배출관의 외주면에 상기 배수관이 구비되는 이중관 형태로 구성되고, 상기 배수관의 단부를 개방하는 단계는 상기 그라우트 주입관을 통해그라우트 주입이 완료된 이후 상기 그라우트 주입관 또는 에어배출관을 제거하여 이루어질 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 강관 보강 장치 및 강관 보강 방법은 천공홀 내에 그라우트의 블리딩에 의해 발생하는 물을 제거하고, 물이 빠진 빈 공간에 그라우트를 채워 넣음으로써 강관의 부식을 방지하고, 동시에 강관과 암반의 부착력을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 천공홀 내에 물을 제거함에 따라 지반 침하에 따른 싱크홀 등의 발생을 사전에 예방할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 강관 보강 방법을 나타내는 단면도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 강관 보강 장치
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 강관 보강 장치
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 강관 보강 방법
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 강관 보강 방법

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.

또한, 본 발명의 실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시 예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 강관 보강장치는 천공홀(1) 내부에 삽입되어 상기 천공홀 내부로 그라우트를 주입하도록 중공형의 파이프로 이루어진 그라우트 주입관(100) 및 천공홀(1) 내부에 삽입되어 블리딩 현상에 의해 발생하는 물을 외부로 배출할 수 있는 배수관(200)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 구체적인 <실시예>를 통해 본 발명에 대해 살펴본다.

<제1실시예>

도 2에는 본 발명의 제1실시예에 따른 강관 보강 장치의 구성이 도시되어 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 강관 보강 장치는 천공홀(1) 내에 삽입되는 강관(10) 및 상기 강관(10) 내부에 삽입되어 그라우트 주입에 이용되는 그라우트 주입관(100)을 포함한다.

상기 그라우트 주입관(100)은 파이프 형태로 구성되고, 천공홀(1) 외부에서 압력을 이용하여 상기 천공홀(1) 내부로 그라우트를 주입하는데 이용된다. 이때, 상기 그라우트 주입관(100)은 상기 천공홀(1)의 깊이에 따라 길이가 서로 상이한 복수의 그라우트 주입관(100)으로 구성될 수 있다.

상기 천공홀(1)에 삽입되어 구성되는 강관(10)의 내부에는 상기와 같이 복수의 길이가 다른 그라우트 주입관(100)이 설치되고, 상기 복수의 그라우트 주입관(100)을 이용하여 천공홀(1) 내에 그라우트를 동시에 주입할 수 있다.

한편, 상기 천공홀(1)에 그라우트가 주입되는 과정에서 내부의 공기가 외부로 빠져나올 수 있도록 별도의 에어배출관(300)이 구비될 수 있다.

상기 그라우트 주입관(100)을 통해 그라우트가 주입됨과 동시에 상기 에어배출관(300)을 통해 그라우트가 채워지는 영역의 공기가 외부로 배출되어 천공홀(1) 내부의 그라우트 주입이 용이하게 이루어질 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 에어배출관(300)을 통해 그라우트가 빠져나오는 경우 천공홀 내부의 그라우트 주입이 완료되었음을 예측할 수 있고, 경우에 따라서는 상기 에어배출관(300)에 음압을 인가하여 천공홀(1) 내부에 그라우트의 기밀성을 높이도록 할 수도 있다.

한편, 상기 천공홀(1) 내부에 그라우트 주입이 완료되면, 소정시간 동안 그라우트가 경화될 때까지 대기한 후 상기 에어배출관(300)과 그라우트 주입관(100)을 절단하여 작업을 마무리할 수 있다.

다만, 앞서 살펴본 바와 같이, 그라우트 주입이 완료되고 경화가 진행되는 동안 블리딩 현상이 발생하게 되는데, 터널 상부의 강관 보강시 상기 천공홀(1)은 하부에서 상부를 향해 경사진 형태로 구성되므로, 블리딩 현상에 의해 천공홀(1)의 내측 단부에 물이 상승하여 고이게 된다.

본 발명의 제1실시예에 따른 강관 보강 장치는 상기와 같은 블리딩 현상에 의해 발생하는 천공홀(1) 내측 단부의 물을 외부로 배출할 수 있도록, 상기 그라우트 주입관(100)과 별도로 마련되는 배수관(200)을 포함한다.

상기 배수관(200)은 양 단부가 개방된 파이프 형상으로 구성되되, 천공홀(1)에 삽입된 강관(10)을 따라 상부로 경사지게 삽입되어 배치되고, 상기 배수관(200)의 단부영역에는 복수의 관통홀(210)이 추가로 형성될 수 있다.

블리딩 현상에 의해 천공홀(1)의 단부에 물이 고이는 경우, 상기 천공홀(1) 내에 위치한 배수관(200)의 개방 단부를 통해 천공홀(1) 단부의 물이 배수관(200)의 경사를 따라 외부로 배출될 수 있다.

특히, 배수관(200)의 단부에 관통홀(210)이 추가로 구비되는 경우, 상기 관통홀(210)을 통해서 천공홀(1) 내부의 물이 더 빠르게 배수관(200)으로 유입되어 배출될 수 있다.

다만, 상기 배수관(200)의 단부 및 관통홀(210)이 항상 개방된 상태라면, 상기 그라우트 주입관(100)을 통해 그라우트가 주입되는 과정에서 상기 배수관(200)의 개방된 단부 및 관통홀(210)이 상기 그라우트에 의해 폐쇄되거나 그라우트가 유입되어 상기 배수관(200) 내부가 막히는 현상이 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위해 상기 배수관(200)의 단부 및 관통홀(210)은 그라우트 주입 중에는 폐쇄된 상태를 유지하고 물을 배출하기 전에 개방될 수 있도록 구성될 수 있다.

이와 같이, 상기 배수관(200)의 단부와 관통홀(210)이 그라우트 주입 완료 후에 작업자에 의해 개방될 수 있도록, 상기 배수관(200)의 단부와 관통홀(210)은 각각 마개(230) 및 차단부재(220)에 의해 폐쇄된 상태로 준비되어 상기 강관(10)에 삽입된다. 상기 마개(230) 및 차단부재(220)로는 바람직하게 고무, 실리콘 등의 탄성체가 이용될 수 있고, 테이프가 이용될 수도 있다.

상기 배수관(200)의 단부 및 관통홀(210)이 개방되는 원리를 살펴보면, 그라우트 주입이 완료되고, 블리딩 현상에 의해 상기 배수관(200)의 내측 단부에 물이 고인 상태에서, 상기 배수관(200)의 천공홀(1) 외부에 위치한 단부에 공기압 또는 수압 등의 유압을 인가하면, 상기 배수관(200) 내부의 압력에 의해 상기 마개(230) 및 차단부재(220)가 상기 배수관(200)의 단부 및 관통홀(210)에서 이탈하여 상기 배수관(200)의 단부 및 관통홀(210)의 개방이 이루어진다.

이때, 상기 관통홀(210)의 주변에 그라우트가 존재하는 경우에는 그라우트의 압력에 의해 상기 마개(230) 및 차단부재(220)가 관통홀(210)에서 쉽게 이탈하지 못하는 반면, 관통홀(210) 주변에 물이 존재하는 경우에는 배수관(200)의 내부 압력에 의해 상기 마개(230) 및 차단부재(220)가 쉽게 이탈가능하므로, 배수관(200)의 단부에 위치하는 마개(230)와 상기 배수관(200)의 단부 영역 중 물이 존재하는 영역의 관통홀(210)들 만이 개방되어 배수가 효과적으로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 차단부재(220)는 물 또는 시멘트가 혼합된 물과 같이 PH가 높은 알카리 용액 등에 용해되는 물질로 구성되어, 블리딩에 의해 상기 배수관(200)의 단부 주변에 물이 생성되는 경우 소정 시간 경과 후 상기 배수관(200)의 관통홀(210)을 폐쇄하던 차단부재(220)가 용해되어, 자연적으로 배수가 이루어질도록 할 수도 있다. 또는, 상기 배수관(200)의 내부로 물 등의 용매를 주입하여 상기 차단부재(220)를 용해시키는 것도 가능하다.

뿐만 아니라, 상기 차단부재(220)는 특정한 용액과 반응하여 기체나 액체로 상변화를 일으키는 물질로 구성하여, 압력이 아닌 반응 용액을 주입하여 상기 차단부재(220)를 상기 관통홀(210)로부터 제거하도록 구성할 수도 있다.

상기와 같이, 배수관(200)을 통해 천공홀(1) 내부의 배수가 이루어진 이후에는 상기 배수관(200)을 통해 그라우트를 추가 주입하여, 천공홀(1)의 빈 공간을 그라우트로 채워 강관보강 작업을 마무리할 수 있다.

<실시예 2>

도 3에는 본 발명의 제2실시예에 따른 강관 보강 장치의 구성이 도시되어 있다.

본 발명의 <제2실시예>에 따른 강관 보강 장치는 천공홀(1) 내에 그라우트를 주입하기 위에 이용되는 파이프 형태의 그라우트 주입관(100)을 포함한다.

또한, 상기 강관보강 장치는 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 상기 그라우트 주입관(100)의 외주면에 구비되는 배수관(200)을 포함한다.

이때, 상기 그라우트 주입관(100)과 상기 배수관(200)은 동심으로 배치된 이중관 형태로 구성되는데, 이를 위해, 상기 그라우트 주입관(100)과 배수관(200)이 천공홀(1)의 강관(10)에 삽입되는 단부는 체결부재(500)에 의해 상호 결합되어 구성될 수 있다.

상기 체결부재(500)는 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 링 형상의 몸체(510), 상기 몸체(510)의 내주면을 따라 형성되고서 일방향으로 돌출 형성된 내측결합부(520) 및 상기 내측결합부(520)와 동일 방향으로 돌출 형성되되, 상기 몸체(510)의 외주면을 따라 형성되는 외측결합부(530)를 포함한다.

바람직하게 상기 그라우트 주입관(100)은 상기 내측결합부(520)의 내주면에 나사 결합을 이용하여 체결될 수 있고, 상기 배수관(200)은 상기 내측결합부(520) 및 외측결합부(530) 사이에 억지 끼움 방식으로 결합될 수 있다.

한편, 상기 그라우트 주입관(100), 배수관(200) 및 체결부재(500)는 일체로 결합된 상태에서, 천공홀(1)에 설치된 강관(10) 내부로 삽입되는데, 상기 천공홀(1)의 길이가 긴 경우, 상기 배수관(200) 및 그라우트 주입관(100)의 길이가 길어져 둘 사이에 이격 거리가 일정하게 유지되지 못하고 서로 접하는 등의 문제가 발생할 수 있다.

이에, 상기 그라우트 주입관(100)의 외주면에는 반구형상의 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부가 상기 배수관(200)의 내주면에 접하여 상기 그라우트 주입관(100)과 상기 배수관(200) 사이의 이격 거리를 일정하게 유지하도록 할 수 있다.

상기 돌출부는 상기 그라우트 주입관(100) 자체를 변형하여 형성할 수 있으나, 플라스틱, 고무 등을 상기 그라우트 주입관(100)의 외주면에 접착 등을 이용하여 결합함으로써 구성할 수도 있다.

한편, 상기 배수관(200)은 상기 그라우트 주입관(100)을 통해, 그라우트 주입이 완료된 후, 블리딩 현상에 의해 천공홀(1)의 내측 단부에 생성되는 물을 배수하도록 구성된다.

상기 배수관(200)은 내부에 그라우트 주입관(100)이 구비된 이중관 형태이므로, 상기 그라우트 주입관(100)을 통해 그라우트가 주입되면, 상기 배수관(200)의 개방된 단부는 상기 그라우트에 의해 폐쇄된다.

상기 배수관(200)을 통한 천공홀(1) 내부에 물을 배수하기 위해서는 상기 배수관(200)의 폐쇄된 단부를 개방하여야 하는데, 이를 위해 상기 그라우트 주입관(100)을 상기 체결부재(500)로부터 분리하여 제거한다.

이와 같이, 그라우트가 내부에 포함된 상태의 그라우트 주입관(100)을 상기 배수관(200)으로부터 제거하면 상기 배수관(200)의 단부가 개방되게 되고, 블리딩 현상에 의해 상기 배수관(200)의 단부에 모여 있던 천공홀(1) 내부의 물이 상기 배수관(200)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

즉, 본 실시예에서 그라우트 주입관(100)을 제거하는 것은, 앞서 살펴본 <실시예 1>에서 배수관(200) 단부의 마개(230)를 개방하는 것과 실질적으로 동일하다.

한편, 앞서 살펴본 실시예 1에서와 같이, 본 실시예에 따른 강관 장치의 배수관(200) 또한 배수 성능을 높이기 위해 단부 영역의 외주면에 복수의 관통홀(210)을 추가로 구비할 수 있다.

다만, 상기 배수관(200)에 형성된 관통홀(210)이 항상 개방된 상태라면, 상기 그라우트 주입관(100)을 통해 그라우트가 주입되는 과정에서 상기 관통홀(210)이 상기 그라우트에 의해 폐쇄되거나 그라우트가 유입되어 상기 배수관(200)과 상기 그라우트 주입관(100)의 사이 공간이 막히는 현상이 발생할 수 있다.

이를 위해 <제1실시예>와 동일하게 상기 배수관(200)의 관통홀(210)은 그라우트 주입 중에는 폐쇄된 상태를 유지하고 물을 배출하기 전에 개방될 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 관통홀(210)이 그라우트 주입 완료 후에 개방될 수 있도록, 상기 관통홀(210)은 차단부재(220)에 의해 폐쇄된 상태로 준비되어 상기 천공홀(1)에 위치한 강관(10)에 삽입된다. 상기 차단부재(220)는 고무, 실리콘 등의 탄성체가 이용될 수 있고, 테이프가 이용될 수도 있다.

상기 관통홀(210)이 개방되는 구성을 살펴보면, 그라우트 주입이 완료되고, 블리딩 현상에 의해 상기 배수관(200)의 내측 단부에 물이 고인 상태에서, 상기 배수관(200)의 외측 단부에서 공기압 또는 수압 등의 유압을 인가하면, 상기 배수관(200)과 상기 그라우트 주입관(100) 사이 공간의 압력에 의해 상기 차단부재(220)가 상기 배수관(200)의 관통홀(210)에서 이탈하여 상기 관통홀(210)의 개방이 이루어진다.

상기 관통홀(210)의 주변에 그라우트가 존재하는 경우에는 그라우트의 압력에 의해 상기 차단부재(220)가 관통홀(210)에서 쉽게 이탈하지 못하는 반면, 관통홀(210) 주변에 물이 존재하는 경우에는 배수관(200)의 내부 압력에 의해 상기 차단부재(220)가 쉽게 이탈 가능하므로, 배수관(200)의 단부 중 물이 존재하는 영역의 관통홀(210)만 개방되어 배수가 효과적으로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 차단부재(220)는 물 또는 시멘트가 혼합된 물과 같이 PH가 높은 알카리 용액에 용해되는 물질로 구성되어, 블리딩에 의해 상기 배수관(200)의 단부 주변에 물이 생성되는 경우 소정 시간 경과 후 상기 배수관(200)의 관통홀(210)을 폐쇄하던 차단부재(220)가 용해되어, 자연적으로 배수가 이루어지도록 할 수도 있다. 또는 상기 배수관(200)의 내부로 물 등의 용매를 주입하여 상기 차단부재(220)를 용해시키는 것도 가능하다.

이와 같이, 배수관(200)에 관통홀(210)을 구비한 경우, 관통홀(210)을 개방한 직후 또는 관통홀(210)을 개방하여 배수를 진행한 이후에 그라우트 주입관(100)을 제거하여 배수관(200)의 단부를 개방함으로써, 상기 관통홀(210) 및 배수관(200) 단부를 통해 충분한 배수가 이루어질 수 있다.

한편, 상기 그라우트 주입관(100)은 체결부재(500)에 나사 결합되어 있고, 그라우트는 완전히 경화된 상태가 아니므로, 외부에서 상기 그라우트 주입관(100)을 돌려 나사 결합을 해제한 후, 상기 그라우트 주입관(100)을 제거하는 것이 가능하다.

상기와 같이, 배수관(200)을 통해 천공홀(1) 내부의 배수가 이루어진 이후 배수관(200) 내부로 그라우트를 추가 주입하여 천공홀(1) 내부의 빈 공간을 그라우트로 채워 작업을 마무리할 수 있다.

이상에서는 그라우트 주입관(100)이 이중관으로 이루어진 구성에 대해 살펴보았으나, 상기에서 살펴본 이중관의 구성은 그라우트 주입관(100)이 아닌 <실시예 1>에서 살펴본 에어배출관(300)(또는 그라우트 충진 확인관으로 불림)에 적용될 수도 있다.

구체적으로 설명하면, 그라우트 주입관(100)이 별도로 마련되고, 에어배출관(300)과 배수관(200)이 이중관 형태로 구성될 수 있다.

상기 그라우트 주입관(100)을 통해 상기 천공홀(1) 내부로 그라우트의 주입이 진행되는 과정에서 상기 에어배출관(300)을 통해 상기 천공홀(1) 내부의 공기가 외부로 배출되게 되고, 상기 천공홀(1)이 그라우트에 의해 모두 충진된 후에는 추가적인 그라우트가 상기 에어배출관(300)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

작업자는 상기 에어배출관(300)을 통해 배출된 그라우트를 확인하여, 상기 천공홀(1) 내부의 충진이 완료되었음을 확인한 후, 상기 그라우트 주입관(100)을 통한 그라우트 주입을 중지하게 된다.

이후, 소정시간 경과 후 천공홀(1) 단부에는 블리딩 현상에 의해 물이 고이게 되고, 작업자는 상기 에어배출관(300)을 체결부재(500)로부터 분리하게 된다.

이때, 상기 에어배출관(300)과 상기 에어배출관(300) 내부에 채워진 그라우트에 의해 폐쇄되어 있던, 배수관(200)의 단부는 상기 에어배출관(300)의 제거와 함께 개방되어, 상기 천공홀(1) 내부의 물이 상기 배수관(200)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

한편, 상기 에어배출관(300)을 제거하기 전에, 상기 에어배출관(300)과 상기 배수관(200) 사이에 압력을 인가하여 상기 배수관(200)의 관통홀(210)에 구비된 차단부재(220)를 상기 배수관(200)으로부터 이탈시켜, 상기 관통홀(210)을 통해 배수를 먼저 진행하고, 이후 상기 에어배출관(300)을 상기 체결부재(500)로부터 분리 제거하여 상기 배수관(200)을 통한 천공홀(1)의 배수를 진행할 수도 있다.

이와 같이, 이중관 형태의 배수관 구조는 그라우트 주입관(100)과 배수관(200) 또는 에어배출관(300)과 배수관(200)을 결합하여 구성할 수 있다. 이러한 상기 두 가지 배수관(200) 구성은 천공홀(1) 내부로 그라우트를 주입하는 과정에서는 상기 배수관(200)이 폐쇄된 상태를 유지 하도록하고, 블리딩이 진행된 이후 그라우트 주입관 또는 에어배출관을 분리 제거함에 따라 상기 배수관(200)이 개방되어 천공홀(1) 내부의 물을 배출하도록 하는 점에서 실질적인 효과나 작동 원리가 동일하다.

이하 도 4 및 도 5를 이용하여 본 발명에 따른 강관 보강 장치를 이용한 강관 보강 방법에 대해 구체적으로 살펴본다.

본 발명에 따른 강관 보강 방법은 천공홀(1)을 형성하는 단계, 천공홀 내부에 그라우트 주입관(100) 및 배수관(200)을 삽입하는 단계, 상기 그라우트 주입관(100)을 통해 그라우트를 주입하는 단계, 배수관(200)의 단부를 개방하는 단계, 배수관(200)을 통해 천공홀(1) 내부의 물을 배수하는 단계를 포함한다.

앞서 살펴본 강관 보강 장치의 각 실시예에 따른 각각의 강관 보강 방법에 대해 구체적으로 살펴본다.

<제1실시예>에 따른 강관 보강 방법

도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 천공홀(1)을 형성하고, 이후 상기 천공홀(1) 내부로 파이프 형태의 강관을 삽입한다.

다음으로 상기 강관(10) 내부로 그라우트 주입관(100) 및 배수관(200)을 삽입한다. 필요에 따라서는 별도의 에어배출관을 추가로 삽입할 수 있다.

이때, 상기 그라우트 주입관(100)은 길이가 서로 상이한 복수개로 구성될 수 있다.

이후, 천공홀(1)의 외측 단부에서 상기 천공홀(1)과 강관(10) 사이 및 상기 강관(10) 내부와 상기 그라우트 주입관(100) 및 배수관(200)을 급결재 등을 이용하여 패킹할 수 있다.

다음으로 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 상기 그라우트 주입관(100)을 통해 그라우트를 주입한다. 이때 그라우트의 주입 정도는 에어배출관을 통해 흘러나오는 그라우트를 통해 확인할 수도 있다.

그라우트 주입이 완료 된 후 추가적으로 상기 그라우트 주입관(100)에 압력을 인가하여 천공홀(1) 내부에 균열 등 미세 틈에 그라우트가 충분히 충진되도록 할 수 있다.

다음으로 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 2시간 정도의 소정시간 경과 후 블리딩 현상이 발생하게 되면, 상기 배수관(200)에 공기압을 인가하여 상기 배수관(200) 단부의 마개(230)를 개방한다. 배수관(200)에 관통홀(210)을 추가로 형성한 경우에는 배수관(200)과 관통홀(210)을 동시에 개방한다.

도 4(d)에 도시된 바와 같이, 상기 배수관(200)의 단부 및 관통홀(210)이 개방되면, 상기 천공홀(1)의 내측 단부에 고여 있던 물이 상기 배수관(200)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

이후, 상기 배수관(200)에 음압을 인가하여 강제적으로 남아 있는 물을 추가 배수시킬 수 있다.

다음으로 도 4(e)에 도시된 바와 같이, 상기 배수관(200)에 그라우트를 주입하여, 물이 차 있던 공간에 그라우트를 채워 넣는다.

마지막으로 주입이 완료되면, 배수관(200)의 단부를 폐쇄하여 보강작업을 마무리한다.

이때, 상기 배수관(200)의 단부를 폐쇄하기 위해 주입하는 그라우트는 블리딩이 발생하지 않도록, 최초 주입한 그라우트와 비교하여 물-시멘트비를 낮게 구성하는 것이 바람직하다. 또는, 블리딩 발생을 완전히 억제할 수 있도록 혼화재가 혼합된 시멘트 그라우트, 우레탄 등을 이용할 수도 있다.

<제2실시예>에 따른 강관 보강 방법

제2실시예에 따른 강관 보강 순서는 제1실시예와 동일하나, 배수관의 구성 차이에 의해 배수절차 및 그라우트 주입 절차에 일부 차이가 있다.

구체적으로 살펴보면, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 먼저 천공홀(1)을 형성하고, 상기 천공홀(1) 내부로 파이프 형태의 강관(10)을 삽입한다.

이후, 상기 강관(10) 내부로 그라우트 주입관(100) 및 배수관(200)을 삽입한다. 필요에 따라서는 별도의 에어배출관을 추가로 삽입할 수 있다.

이때, 상기 그라우트 주입관(100)과 배수관(200)은 체결부재(500)에 의해 이중관 형태로 일체로 구비되어 강관 내부로 삽입된다.

이후, 천공홀(1)의 외측 단부에서 상기 천공홀(1)과 강관(10) 사이 및 상기 강관(10) 내부와 상기 그라우트 주입관(100) 및 배수관(200)을 급결재 등을 이용하여 패킹한다.

다음으로 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 상기 그라우트 주입관(100)을 통해 그라우트를 주입한다. 이때 그라우트의 주입 정도는 에어배출관을 통해 흘러나오는 그라우트를 통해 확인할 수도 있다.

그라우트 주입이 완료된 후 추가적으로 상기 그라우트 주입관(100)에 압력을 인가하여 천공홀(1) 내부에 균열 등 미세 틈에 그라우트가 충진되도록 할 수 있다.

도 5(c)에 도시된 바와 같이, 2시간 정도의 소정시간 경과 후 블리딩 현상이 발생하게 되면, 상기 그라우트 주입관(100)을 상기 체결부재(500)로부터 분리시켜 강관(10)으로부터 제거한다.

한편, 상기 배수관(200)의 외주면에 추가로 관통홀(210)을 형성한 경우에는 상기 그라우트 주입관(100)을 제거하기 전에 배수관(200)과 그라우트 주입관(100) 사이 공간에 압력을 인가하여 상기 관통홀(210)을 개방한 후 그라우트 주입관(100)을 제거한다.

도 5(d)에 도시된 바와 같이, 상기 관통홀(210)이 개방되고, 그라우트 주입관(100)이 제거되면 상기 천공홀(1)의 단부에 고여있던 물이 상기 배수관(200)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

다음으로 도 5(e)에 도시된 바와 같이, 상기 배수관(200)에 그라우트를 주입하여, 물이 차 있던 공간에 그라우트를 채워 넣는다.

마지막으로 그라우트 주입이 완료되면, 배수관(200)의 단부를 폐쇄하여 작업을 마무리한다.

한편, 상기 배수관(200)에 관통홀(210)이 구비된 경우, 그라우트 주입관(100)을 제거하는 단계는, 배수관(200)의 관통홀(210)로부터 유입된 물이 배수관(200)과 그라우트 주입관(100)의 사이 공간을 통해 모두 배수된 이후, 그라우트를 주입하기 전에 이루어질 수도 있다.

또한, <실시예 2>에서 설명한 바와 같이, 상기 배수관(200)은 에어배출관(300)과 함께 이중관으로 구성될 수도 있다.

이 경우 그라우트 주입관(100)이 별도로 구비되고, 상기 그라우트 주입관(100)을 통해 그라우트가 주입되며, 이때, 상기 에어배출관(300)에서 공기가 배출된 후 상기 에어배출관(300)의 내부가 그라우트로 채워진다.

이러한 과정은 에어배출관(300)이 별도로 구비되고, 그라우트 주입관(100)과 배수관(200)이 이중관으로 이루어진 구성과 비교하여, 그라우트 주입관(100)과 에어배출관(300)의 위치에 차이만 있을 뿐, 그라우트를 천공홀(1)에 주입한 이후에 블리딩에 의해 발생한 물을 배수하는 과정은, 상기 배수관(200)이 그라우트 주입관(100)과 함께 이중관으로 구성된 경우와 동일하다.

이상과 같이 설명한 본 발명에 따른 강관 보강 장치 및 보강 방법에 의해, 블리딩 현상에 의해 발생하는 물을 외부로 배출할 수 있음은 물로, 물이 차이 있던 공간을 그라우트로 채울 수 있어, 보강에 의한 터널 안정성 향상은 물로 블리딩 현상에 의한 터널 상부의 지반 침하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

1: 천공홀
10: 강관
100: 그라우트 주입관
200: 배수관
210: 관통홀
220: 차단부재
230: 마개
300: 에어배출관
500: 체결부재
510: 몸체
520: 내측결합부
530: 외측결합부

Claims

천공홀 내부에 삽입되는 파이프 형태의 강관;
상기 강관 내부에 삽입되어 그라우트를 주입하도록 파이프 형태로 구성되는 그라우트 주입관; 및
파이프 형태로 이루어져 상기 강관 내부에 삽입되는 배수관;을 포함하되,
상기 강관 내부에 삽입되어 그라우트 주입시 상기 천공홀 내부의 공기가 배출되고, 동시에 상기 천공홀 내부의 그라우트 충진상태를 확인할 수 있는 에어배출관을 선택적으로 포함할 수 있고,
상기 배수관은 상기 그라우트 주입관과 별도로 구비되며,
또한, 상기 천공홀 내부에 위치한 배수관의 단부 또는 외주면 또는 단부 및 외주면은 제거 가능한 마개에 의해 폐쇄되어 구성되고,
상기 배수관의 단부 또는 외주면 또는 단부 및 외주면은 상기 그라우트 주입관을 통해 그라우트가 주입되는 동안 폐쇄된 상태를 유지하고, 그라우트 주입이 완료된 후 상기 천공홀 내부의 물을 배수하기 위해 상기 마개가 제거되어 개방되도록 구성되는 강관 보강 장치.
제1항에 있어서,
상기 마개는 배수관 내부의 압력 또는 용매에 의해 제거 가능하게 구비되는 강관 보강장치.
천공홀 내부에 삽입되는 파이프 형태의 강관;
상기 강관 내부에 삽입되어 그라우트를 주입하도록 파이프 형태로 구성되는 그라우트 주입관; 및
파이프 형태로 이루어 상기 강관 내부에 삽입되는 배수관;을 포함하되,
상기 강관 내부에 삽입되어 그라우트 주입시 상기 천공홀 내부의 공기가 배출되고, 동시에 상기 천공홀 내부의 그라우트 충진상태를 확인할 수 있는 에어배출관을 선택적으로 포함할 수 있고,
상기 배수관은 상기 그라우트 주입관 또는 에어배출관의 외주면에 설치되는 이중관 형태로 구성되고, 상기 배수관과 상기 그라우트 주입관 또는 에어배출관의 단부는 체결부재에 의해 결합되되,
상기 그라우트 주입관 또는 에어배출관은 상기 체결부재와 분리 가능하게 결합되어, 상기 그라우트 주입관을 통해 그라우트가 주입된 상태에서 상기 그라우트 주입관 또는 에어배출관을 상기 체결부재로부터 분리 제거하는 경우 상기 배수관의 단부가 폐쇄 상태에서 개방 상태로 전환되는 강관 보강 장치.
제3항에 있어서,
상기 체결부재는 링 형상의 몸체부;
상기 몸체부의 일측면에 상기 몸체부의 외주면을 따라 형성되는 외측돌출부;
및
상기 외측돌출부와 동심으로 형성되되 상기 몸체부의 내주면을 따라 형성되는 내측돌출부;를 포함하는 강관 보강장치.
제4항에 있어서,
상기 외측돌출부 및 상기 내측돌출부 사이에 상기 배수관이 결합되고, 상기 내측돌출부의 내주면에는 상기 그라우트 주입관 또는 에어배출관이 결합되는 강관 보강 장치.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배수관의 외주면에는 복수의 관통홀이 형성되고,
상기 관통홀에는 차단부재가 결합되어 구성되되,
상기 차단부재는 상기 배수관 내부에 인가되는 압력 또는 용매에 의해 제거 가능하게 구비되는 강관 보강 장치.
천공홀 내부에 삽입되는 파이프 형태의 강관;
상기 강관 내부에 삽입되어 그라우트를 주입하도록 파이프 형태로 구성되는 그라우트 주입관; 및
파이프 형태로 이루어 상기 강관 내부에 삽입되는 배수관;을 포함하되,
상기 강관 내부에 삽입되어 그라우트 주입시 상기 천공홀 내부의 공기가 배출되며, 동시에 상기 천공홀 내부의 그라우트 충진상태를 확인할 수 있는 에어배출관을 선택적으로 포함할 수 있고,
또한, 상기 배수관은 상기 그라우트 주입관 또는 에어배출관의 외주면에 설치되는 이중관 형태로 구성되고, 상기 배수관과 상기 그라우트 주입관의 단부는 체결부재에 의해 결합되되,
상기 배수관의 외주면에는 복수의 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에는 제거 가능한 차단부재가 결합되어 구성되며,
한편, 상기 배수관의 관통홀은 상기 그라우트 주입관을 통해 그라우트가 주입되는 동안 폐쇄된 상태를 유지하고, 그라우트 주입이 완료된 후 상기 천공홀 내부의 물을 배수하기 위해 개방되도록 구성되는 강관 보강 장치.
천공홀을 형성하고 강관을 삽입하는 단계;
상기 강관 내부에 배수관 및 그라우트 주입관을 삽입하고, 에어배출관을 선택적으로 삽입하는 단계;
상기 그라우트 주입관을 통해 천공홀 내부로 그라우트를 주입하는 단계;
소정 시간 경과 후 상기 배수관의 단부 또는 외주면 또는 단부 및 외주면을 개방하는 단계;
상기 배수관의 단부 또는 외주면 또는 단부 및 외주면을 통해 상기 천공홀 내부의 물을 배수하는 단계; 및
상기 천공홀 내부의 물을 배수하는 단계가 완료된 이후에 상기 배수관을 통해 그라우트를 추가로 주입하는 단계;를 포함하되
상기 배수관은 상기 그라우트 주입관 및 에어배출관과 별도의 분리된 관으로 구성되고,
상기 배수관의 단부 또는 외주면 또는 단부 및 외주면을 개방하는 단계는 상기 배수관 내부에 유압을 인가하여 상기 배수관의 단부 또는 외주면 또는 단부 및 외주면에 결합되어 있던 마개를 제거하거나, 상기 배수관 내부에 용매를 주입하여 상기 마개를 용해시켜 이루어지는 강관 보강 방법.
천공홀을 형성하고 강관을 삽입하는 단계;
상기 강관 내부에 배수관 및 그라우트 주입관을 삽입하고, 에어배출관을 선택적으로 삽입하는 단계;
상기 그라우트 주입관을 통해 천공홀 내부로 그라우트를 주입하는 단계;
소정 시간 경과 후 상기 배수관의 단부를 개방하는 단계;
상기 배수관의 단부를 통해 상기 천공홀 내부의 물을 배수하는 단계; 및
상기 천공홀 내부의 물을 배수하는 단계가 완료된 이후에 상기 배수관을 통해 그라우트를 추가로 주입하는 단계;를 포함하되
상기 배수관과 상기 그라우트 주입관 또는 상기 배수관과 상기 에어배출관은 단부가 체결부재에 의해 결합되되, 상기 그라우트 주입관 또는 상기 에어배출관의 외주면에 상기 배수관이 구비되는 이중관 형태로 구성되고,
상기 배수관의 단부를 개방하는 단계는 상기 그라우트 주입관을 통해 그라우트 주입이 완료된 이후 상기 그라우트 주입관 또는 에어배출관을 제거하여 이루어지는 강관 보강 방법.
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