KR102288770B1 - 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법은, 지표면의 소정 부위를 일정 깊이로 개착하여 진입 작업공 및 도달 작업공을 형성하는 제 1 단계; 상기 진입 작업공 측에 굴착기 및 확공기를 구비한 수평 굴착장치를 설치하는 제 2 단계; 상기 굴착기를 통해 상기 지중 내부로 상기 도달 작업공에 이르기까지 드릴 파이프를 밀어 넣으면서 굴착공을 형성하는 제 3 단계; 상기 드릴 파이프의 일 단에 확공기를 결합하여 상기 확공기를 통해 상기 굴착공을 확공하는 제 4 단계; 상기 확공기 일 측에 파이프를 연결시키고 상기 수평 굴착장치로 상기 파이프를 잡아당겨 상기 굴착공 내부에 인입시키는 제 5 단계; 상기 확공기가 연결 측의 대향 측인 상기 파이프의 타 단에 추진 장치를 연결하여 상기 추진 장치를 통해 파이프를 미는 제 6단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법에 의하면, 수평 굴착 공정 중 하나인 파이프 인입 과정에서 수평 굴착 장치가 파이프를 잡아당길 때 대향 측에서 파이프를 적절히 밀어 주어 파이프 인입 공정의 효율성을 상승시킴과 동시에 수평 굴착 장치의 오버로드 문제를 방지한다는 효과를 가진다.
본 발명에 따른 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법에 의하면, 수평 굴착 공정 중 하나인 파이프 인입 과정에서 수평 굴착 장치가 파이프를 잡아당길 때 대향 측에서 파이프를 적절히 밀어 주어 파이프 인입 공정의 효율성을 상승시킴과 동시에 수평 굴착 장치의 오버로드 문제를 방지한다는 효과를 가진다.
Description
본 발명은 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 일명 HDD 공법이라 불리는 지향식 수평굴착 방법에서 수평 굴착장치의 파이프 인입, 즉 풀링(pulling) 공정 시 풀링 파워(pulling power)가 저하될 경우 도달 작업공 측에 설치된 추진 장치를 이용하여 파이프 매설의 추진력을 강화시키는 지향식 수평굴착 방법에 관한 것이다.
지향식 수평 굴착, 즉 HDD(Horizontal Directional Drilling) 방법은 지표면을 개착하지 않고 관을 매설하는 방법을 말한다.
이 공법은 배관 관로 공사 및 지하매설물 공사 시 상부 구조물의 파괴나 변형을 초래하지 않고 지하로 굴착하는 방법으로서, 수평 굴착 장치를 이용하여 포물선 라인 등의 파이로트 천공 및 확공, 파이프 인입 공정을 거쳐 도로 개착에 의한 교통 혼잡 및 자원 낭비 등의 문제점을 보완한 공정이다.
도 1은 종래의 지향성 수평 굴착 방법의 개략적인 과정을 도시한 개념도이다.
종래의 지향성 수평 굴착 방법은 지장물을 조사 및 계획함과 아울러 측량과 선형 결정 등의 사전 준비 단계를 거친 다음 파이프를 매설하고자 하는 지표면을 소정간격을 두고 굴착하여 진입 작업공(10) 및 도달 작업공(20)을 형성한다.
이후, 진입 작업공(10) 측에 굴착 블레이드(굴착날)이 부착된 드릴 파이프(40) 및 확공기(50)를 작동시키는 수평굴착 장치(100)를 설치기를 통해 드릴 파이프(30)를 연속적으로 지중에 밀어 넣어 진입 작업공(10)에서 도달 작업공(20) 방향으로 굴착공(30)을 형성하고, 드릴 파이프(40)가 도달 작업공(20)에 도달하면 드릴 파이프 대신 확공기(50)를 결합한다.
확공기(50)를 수평 굴착장치(100)를 사용하여 굴착공(30)을 확공하면서 일정한 직경의 굴착공(30)이 형성되도록 하며, 그리고, 확공기(50)가 파이프(60)가 인입될 정도의 직경을 갖는 굴착공(30)을 형성하면 확공기(50)의 후 측 단에 파이프(60)를 연결시키고, 수평 굴착장치(100)를 사용하여 확공기(50)를 도달 작업공(20)에서 진입 작업공(10) 방향으로 잡아당겨(pulling) 파이프(60)가 굴착공(30) 내부로 인입되도록 하여 도달 작업공(20)과 진입 작업공(10) 사이의 굴착공(30)에 파이프(60)를 매설한다. 최종적으로, 도달 작업공(20)과 진입 작업공(10)을 토사 등의 매립재로 메우면 파이프 매설작업이 완료된다.
이와 같은 지중식 수평 굴착 공정을 개량하기 위한 국내 선행기술 역시 다수 존재하는바, 그 예로서 국내 특허 제 1249257호, 제 1186840호와 같이 HDD 공법에 사용되는 확공 장치의 구조에 대한 기술이 게시되어 있다.
그런데 상술한 지중식 수평 굴착 방법에 의하면 파이프(60)를 인입하는 과정에서 진입 작업공(10) 측에 위치한 수평 굴착장치(100)가 확공기(50)에 연결된 파이프(60)를 잡아당김, 즉 풀링(pulling)을 할 때 소위 pull back power, 즉 확공기(50)와 함께 파이프(60)를 잡아당기는 힘이 저하되어 수평 굴착장치(100)에 오버로드가 걸리거나 보강 파워 공급을 위하여 번거로운 추가 작업 공정이 필요하여 작업 공정이 지연되는 등의 문제가 따랐다.
따라서 파이프 인입 시 수평 굴착장치가 확공기와 파이프를 잡아당길 때 수평 굴착장치에 오버 로드가 발생되거나 pull back power가 저하되는 문제를 방지할 수 있어 파이프 유입 공정을 촉진할 수 있는 신규하고 진보한 수평 굴착 방법을 개발할 필요성이 존재하는 현실이다.
본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 진입 작업 공에 설치된 수평 굴착 장치의 대향 측, 도달 작업공 측에 별도의 추진 장치를 설치하여 추진 장치의 푸시(push) 압입 기능을 통해 파이프 인입의 추진력을 향상하면서 수평 굴착 장치의 오버로드를 방지하도록 하는 수평 굴착 방법을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 수평 굴착 장치의 출력 파워 및 파이프의 이동 속도와 이동 궤적의 변화량에 따라 자동으로 상기 추진 장치의 작동 여부 및 작동 파워를 차등 결정하도록 하는 제어 방법을 추가하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 확공된 굴착공의 내벽을 보강하는 공정과 충전재를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법은, 지표면의 소정 부위를 일정 깊이로 개착하여 진입 작업공 및 도달 작업공을 형성하는 제 1 단계; 상기 진입 작업공 측에 굴착기 및 확공기를 구비한 수평 굴착장치를 설치하는 제 2 단계; 상기 굴착기를 통해 상기 지중 내부로 상기 도달 작업공에 이르기까지 드릴 파이프를 밀어 넣으면서 굴착공을 형성하는 제 3 단계; 상기 드릴 파이프의 일 단에 확공기를 결합하여 상기 확공기를 통해 상기 굴착공을 확공하는 제 4 단계; 상기 확공기 일 측에 파이프를 연결시키고 상기 수평 굴착장치로 상기 파이프를 잡아당겨 상기 굴착공 내부에 인입시키는 제 5 단계; 상기 확공기가 연결 측의 대향 측인 상기 파이프의 타 단에 추진 장치를 연결하여 상기 추진 장치를 통해 파이프를 미는 제 6 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 6 단계는, 상기 확공기 및 상기 파이프 중 어느 하나에 장착된 모션센서를 통하여 상기 파이프의 움직임을 파악하여 상기 파이프의 이동 정보를 생성하는 단계와, 상기 수평 굴착 장치에서 상기 파이프를 잡아당기는 힘을 측정하는 단계 및, 상기 수평 굴착 장치의 상기 힘을 기준으로 상기 이동 정보에서 이동 거리의 고저에 따라 상기 추진 장치의 구동 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법에 의하면,
1) 수평 굴착 공정 중 하나인 파이프 인입 과정에서 수평 굴착 장치가 파이프를 잡아당길 때 대향 측에서 파이프를 적절히 밀어 주어 파이프 인입 공정의 효율성을 상승시킴과 동시에 수평 굴착 장치의 오버로드 문제를 방지하고,
2) 모션 센서를 통하여 파이프의 이동 상태에 따라 추진 장치의 구동 여부를 제어하여 수평 굴착 장치에서의 당기는 힘과 균형을 이룰 수 있으며,
3) 추진 장치의 압력 감지 센서를 통해 파이프를 미는 힘을 제어하여 역시 수평 굴착 장치에서의 당기는 힘과의 균형을 맞출 수 있을 뿐 아니라,
4) 파이프의 움직임과 수평 굴착 장치의 동력에 따라 추진 장치의 구동을 정밀하게 차등 제어함과 동시에,
5) 확공된 굴착공을 보강하여 균열이 발생하는 것을 방지하는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 지향성 수평 굴착 방법의 개략적인 과정을 도시한 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 지향식 수평 굴착 방법의 개략적인 추진 공정을 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 추진 장치의 개략적인 구성 및 추진 장치가 파이프에 연결된 상태를 도시한 개념도.
도 4는 본 발명에 추진 장치의 컨트롤러 및 이의 연동 구성을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 균열저감제를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지향식 수평 굴착 방법의 개략적인 추진 공정을 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 추진 장치의 개략적인 구성 및 추진 장치가 파이프에 연결된 상태를 도시한 개념도.
도 4는 본 발명에 추진 장치의 컨트롤러 및 이의 연동 구성을 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 균열저감제를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명에 따른 지향식 수평 굴착 방법의 개략적인 추진 공정을 도시한 개념도이다.
도 2를 보아 알 수 있듯이, 본 발명의 지향식 수평 굴착 방법의 핵심적인 공정은 파이프(60)의 인입 시 파이프(60)의 일 측(후측 단)과 연결된 추진 장치(200)의 푸시 압력에 의하여 파이프(60)를 밀면서 파이프(60)의 인입을 도모하여 대향 측에 설치된 수평 굴착장치(100)가 확공기(50) 및 파이프(60)를 잡아당기는 공정을 보조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 공정에 사용되는 수평 굴착 장치(100)는 공지 기술에 의한 장치를 이용하여도 무방하며 이러한 수평 굴착 장치(100)와 추진 장치(200)를 이용한 본 발명의 지향식 수평 굴착 방법의 개략적인 공정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 지표면을 소정깊이로 굴착하여 진입 작업공(10) 및 도달 작업공(20)을 형성한다. 진입 작업공(10) 및 도달 작업공(20)이 형성되면, 진입 작업공(10) 측 지면에 굴착기 및 확공기(50)를 구비한 수평굴착 장치(100)를 설치한다.
이 때, 수평 굴착장치(100)는 굴착기를 통하여 굴착 블레이드가 부착된 드릴 파이프(40)를 선단에 위치시키고, 드릴 파이프(40)의 후 단으로 다수개의 파이프를 결합시켜 연속적으로 드릴 파이프(40)가 지중에서 전진하면서 진입 작업공(10)에서 도달 작업공(20) 방향으로 굴착공(30)을 형성시키는 작용을 한다.
또한, 수평 굴착장치(100)는 다양한 형태를 가질 수 있는 확공기(50)를 구비하는바, 드릴 파이프(40)가 최종적으로 도달 작업공(20)에 도달하면 드릴 파이프(40)의 일 측에 확공기(50)를 부착하여 확공기(50)가 도달 작업공(20)과 진입 작업공(10) 사이에 형성된 굴착공(30)에서 반복적으로 이동하면서 굴착공(30)을 확공시켜 일정한 직경의 굴착공(30)이 형성되도록 한다.
후속 단계로서, 확공기(50)가 수평굴착 장치(100)에 의해 진입 작업공(10)과 도달 작업공(20) 사이를 왕복하면서 파이프(60)가 인입될 정도의 직경을 갖는 굴착공(30)을 형성하면 도달 작업공(20)에서 확공기(50)의 후 단 일 측에 파이프(60)를 연결한다.
이후, 수평 굴착장치(100)는 확공기(50)를 도달 작업공(20)에서 진입 작업공(20) 방향으로 잡아당겨 파이프(60)를 굴착공(30) 내부로 인입되어 매설시킨다.
상기의 공정은 공지의 지중식 수평 굴착 방법에 의한 공정과 유사한 바, 본 발명의 핵심은 파이프 인입 공정에서 인입되는 파이프(60)의 후 단에 본 발명의 추진 장치(200)를 연결하여 해당 파이프(60)를 미는 공정을 구비한 것이다.
본 발명에서, 굴착공(30)에 인입되는 파이프(60)는 플렉시블 성질로 이루어진 유연성 파이프이거나 강관일 수 있으나, 특히 하중이 상대적으로 부여되는 작업으로 인하여 수평 굴착장치(100)에 오버로드가 부가될 수 있는 문제를 방지한다는 목적을 감안할 때 본 발명에서 설명하는 파이프(60)는 강관일 경우에 더욱 유용하게 활용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 추진 장치의 개략적인 구성 및 추진 장치가 파이프에 연결된 상태를 도시한 개념도이다.
본 발명에 따른 추진 장치(200)는 지지체(210)에 고정되어 있는 푸시 어셈블리(220)와 컨트롤러(250)로 구성되고, 추가적으로 압륜(230), 이동부(240)와 압력 감지 센서(260) 및 연결부(270)를 구비할 수 있다.
지지체(210)는 푸시 어셈블리(220)의 피스톤(221)이 작동하면서 파이프(60)를 푸시할 때 반발력에 의하여 피스톤 어셈블리(220)가 후방으로 밀리지 않도록 견고하고 튼튼하게 고정되어 있는 벽체를 의미하고, 압륜(230)은 링 형상 패널 형상 또는 기타 다양한 형상으로 이루어져 피스톤(221) 선단에 안착되어 피스톤(221)과 파이프(60) 사이의 완충 작용을 제공하도록 한다.
푸시 어셈블리(220)는 피스톤(또는 유압식 실린더)(221)이 수평방향으로 연장되어 있고 피스톤(221)의 후 측 부위는 잭 및 잭 프레임(미도시)에 의하여 지지체(210)와 연결 고정되어 있으며 잭 및 잭 프레임의 구동 장치 및 컨트롤러의 제어 신호에 의하여 수평 방향으로 신장 및 수축이 될 수 있다.
압력 감지 센서(260)는 선택적으로 구비 가능한 것으로, 압륜(230)(압륜이 없는 경우에는 피스톤의 선단)에 하나 이상 장착되어 있는 것으로 압륜(230)에 작용되는 압력을 측정하여 측정 압력을 컨트롤러(250)에 제공하는 수행한다.
연결부(270)는 푸시 어셈블리(220)의 단부에 형성되어 파이프(60)의 후단과 연결되는 구성을 의미한다. 이러한 연결부(270)는 선택적 구성으로서 이 연결부(270)가 없이 푸시 어셈블리(220)의 푸시 압력으로 파이프(60)를 밀수도 있고, 아니면 이 연결부(270)를 통해 파이프(60)의 후 단을 고정시킨 다음 푸시 어셈블리(220)를 통하여 미는 것도 가능하다.
이동부(240)는 지지체(210)와 푸시 어셈블리(220)의 하단에 형성되어, 파이프(60)를 굴착공(30) 내로 순차적으로 푸시하면서 지지체(210)와 푸시 어셈블리(220)를 고정 및 이동시키는 기능을 제공한다.
즉, 이동부(240)는 탈착식 스파이크와 같은 고정 수단 및 롤러와 같은 이동 수단을 지지체(210) 및 푸시 어셈블리(220)의 하부에 구비하여 파이프(60)의 푸시 작업 중에는 지지체(210)와 푸시 어셈블리(220)를 지면에 견고하게 고정하고 있거나 적절하게 안착시키고 있다가 파이프(60)를 밀어 피스톤(221)의 신축 거리보다 파이프의 이동거리가 더 크게 되어 추진 장치(200)를 이동시켜야 할 경우에는 그 이동거리에 상응하게 지면 측 선단으로 이동될 수 있도록 하는 역할을 담당한다.
즉, 피스톤(221)이 신장되어 파이프(60)를 굴착 방향으로 밀어 넣게 되면 파이프(60)가 피스톤(221)과 더 이상 접촉하지 않게 되는바 이와 같이 피스톤(221)과 파이프(60)가 분리될 때 이동부(240)의 고정 수단을 해제하고 이동 수단을 통해 선단 측으로 추진 장치(200)를 이동시켜 재차 파이프(60)를 밀 수 있도록 한다.
컨트롤러(250)는 상기 피스톤(221)을 구동하기 위한 신호, 즉 구동 신호를 전달하는 것은 물론, 후술하겠지만 별도의 센싱에 의하여 피스톤(221)의 구동 속도 내지 세기와 같은 구동력을 차등 제어하는 역할을 제공한다.
더불어, 파이프(60)와 압륜(230)이 비접촉 상태일 경우 압력 감지 센서(260)에서 압력 수치가 발생하지 않게 될 경우 컨트롤러(250)는 이 상황에서 피스톤(221)을 정 위치로 수축시킨 다음 피스톤(221)이 수축되어 발생된 공간(간극)만큼 추진 장치를 추가로 이동하도록 하는 신호를 발생하거나 이를 관리자에게 전달하는 역할을 수행할 수 있다.
이러한 구성 및 작용을 가진 추진 장치(200)에 의하여 수평 굴착장치(100)는 파이프(60)의 선단을 잡아당기고 추진 장치(200)는 파이프(60)의 후단을 밀도록 함으로써, 진입 작업공(10) 측에 위치한 수평 굴착 장치(100)의 잡아당기는 하나 힘만으로 제대로 파이프(60)를 인입하지 못하거나 오버 로드에 처하는 문제를 방지함과 동시에 굴착공(30) 내에 파이프(60)의 인입 과정을 보다 원활하게 촉진할 수 있는 특성을 부여한다.
도 4는 본 발명에 추진 장치의 컨트롤러 및 이의 연동 구성을 도시한 블록도이다.
확공기(50) 또는 파이프(60)의 선단 일 측에는 모션 센서(70)를 추가로 장착하여 모션 센서(70)를 통한 파이프 이동에 따른 감지 신호를 통하여 추진 장치(200)의 구동 여부 및 차등적 구동 제어를 수행하도록 한다.
본 발명에 추가로 구비된 모션 센서(70)는 파이프 이동에 따른 가속도와 운동 궤적을 감지하는 것으로, 바람직하게는 가속도 센서와 자이로스코프가 함께 하여 이루어진다.
또한 추진 장치(200)의 컨트롤러(250)는 구동 제어모듈(251)을 구비하는바, 구동 제어모듈(250a)은 수평 굴착장치 파워 파악부(251), 모션센서 신호 파악부(252), 구동 여부 제어부(253), 차등 구동 제어부(254)로 이루어져 수평 굴착장치(100)에 인가된 파워를 기준으로 파이프(60)의 이동 상태의 변화량에 따라 추진장치(200)를 구동하여 파이프를 밀지 여부를 판단하는 기능을 수행한다.
수평 굴착장치 파워 파악부(251)는 수평 굴착장치(100)에서의 파이프(60)를 잡아당기는 힘을 수치로서 파악하는 기능을 수행한다.
또한, 모션 센서 신호 파악부(252)는 상기 모션 센서(70)를 통한 파이프(60)의 이동거리 및 이동 속도(이동 가속도)와 같은 이동 정보를 파악하는 기능을 수행한다.
구동 여부 제어부(253)는 상기 수평 굴착장치(100)의 파워(당기는 힘)와 파이프(60)의 이동 정보를 비교 판단하여 추진 장치(200)를 구동할지 여부를 결정하는 역할을 담당한다. 즉, 예를 들어 인가된 수평 굴착장치(100)의 파워 A를 기준으로 예상되는 파이프(60)의 이동 거리가 N이고 실제 파이프(60)가 이동된 거리가 M이라 할 때, M보다 N이 작은 경우 수평 굴착장치(100)에 오버로드가 걸리거나 파워가 저하된 것으로 판단하여 추진 장치(200)를 구동하도록 결정하는 기능을 담당한다.
차등 구동 제어부(254)는 수평 굴착장치(100)의 파워 및, 파이프(60)의 이동거리, 그리고 추진 장치(200)의 푸시 파워를 실시간으로 파악하여 예상된 파이프의 이동거리에 비하여 이동거리가 크거나 작은 경우 이에 따라 추진 장치의 미는 힘을 차등 조절하는 기능을 제공한다.
다시 말해, 수평 굴착장치(100)의 당기는 힘의 고저 내지 세기를 측정하여 이 힘과 파이프(60)의 이동 거리를 기록하고 파이프(60)의 이동 거리의 고저 변화에 따라 추진 장치(200)의 구동력의 차등 제어를 수행하는 특성을 부여한다.
이러한 추진 장치(200)의 컨트롤러(250)의 세부 기능을 통하여, 수평 굴착 장치(100)의 당기는 힘 대비 파이프(60)의 이동 거리 등의 파악함에 따라 추진 장치의 구동 및 구동 세기 등을 미세 조절할 수 있어 추진 장치(200)에서 밀고 수평 굴착장치(100)에서 당기는 힘을 균형 있게 조절할 수 있다.
추가적으로, 상술한 제 4 단계와 제 5단계 사이, 구체적으로 굴착공이 확공된 다음에는 확공된 굴착공의 내벽에 충전재를 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 확공된 굴착공이 무너지거나 토사 쏠림 등의 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해, 확공된 굴착공의 내벽에 잘 알려진 그라우팅 처리(충전재 주입)를 한다는 의미이다.
이때, 충전재 주입(그라우팅 처리) 공정은 싱글 팩커, 롯드, 스트레이너와 같은 단관이나 더블팩커와 같은 다중관으로 이루어진 공지의 주입관을 굴착공 내로 투입한 다음 주입관의 단부를 굴착공의 내벽에 꽂는 방식으로 고정시킨 다음 주입관에 연결된 투입기를 작동하여 주입관을 통해 충전재를 굴착공의 내벽 내로 주입하는 것이 가능하며, 이는 공지의 그라우팅 공정과 같으므로 별도의 구체적인 설명은 생략한다. 여기서, 주입관은 후술할 충전재가 복합 조성물인만큼 여러 재료를 혼합하면서 주입이 가능한 복합 튜브인 맨젯튜브(manjettube)로 이루어질 수 있다.
더불어, 충전재가 주입관에 주입되었을 때 양생하는 단계를 포함할 수 있다.
양생은 주입관에 충전재가 주입된 다음 온도 변화, 충격, 하중과 같은 유해한 영향을 받지 않고 충분히 경화되도록 보호하는 것을 의미한다.
통상적으로 양생 단계는 타설 후 28일까지를 의미하는데, 충전재가 경화된 정도는 육안으로 판단하기 어려우므로 주입된 충전재의 양을 고려하여 충분한 양생 기간을 설정하는 것이 바람직하다.
물론 방사선 투과검사, 초음파 탐상검사, 음향 방출검사와 같은 공지의 비파괴검사 방법을 통해 충전재가 경화된 정도를 파악하여 양생 단계의 종료 시점을 특정할 수도 있다.
본 발명의 충전재는 공지의 모르타르나 콘크리트 중 어느 하나를 포함하는 베이스와 균열 저감제의 혼합물로 이루어져 있다.
잘 알려진 바와 같이, 모르타르는 시멘트와 모래의 혼합물로서 시멘트 기준으로 다양한 중량비로 모래를 혼합할 수 있다. 또한, 콘크리트는 시멘트, 모래와 자갈의 혼합물로서, 이 역시 시멘트를 기준으로 다양한 중량비로 모래와 자갈을 혼합할 수 있고, 이러한 모르타르와 시멘트는 충전재의 기본적인 베이스 물질로 널리 적용되는 재료이기 때문에 공지 기술을 참조하면 되므로 추가적으로 구체적인 설명은 생략한다.
균열저감제는 상술한 베이스가 경화되는 과정에서 표면 균열 발생을 저감시키는 역할을 수행한다.
구체적으로, 균열저감제는 베이스의 경화 도중 표면의 온도는 빠르게 감소하고 심부의 온도는 유지되면서 유발된 부피 차이를 최소화하여 이를 통해 베이스는 물론 충전재의 표면의 균열 발생을 저감시키는 것이 가능하다.
이러한 균열저감제는 우레아(urea) 및 폴리디메틸실록세인(Polydimethyl siloxane)을 포함한다.
우레아(CH4N2O)는 흔히 요소라고도 하는 유기화합물로서 물과 흡열반응을 하여 분해되는데, 이를 통해 열이 배출되기가 곤란한 충전재(또는 베이스)의 심부에서 온도를 감소시킬 수 있다.
폴리디메틸실록세인은 탄소-탄소(C-C)결합에 수소-규소(Si-H)기를 가진 물질이 부가되는 수소규소화 반응을 일으킬 수 있는 물질이다. 이러한 폴리디메틸실록세인은 베이스의 경화 도중이나 양생 과정에 발생한 미세균열에서 수소규소화 반응을 일으킴으로써 재질이 균열을 스스로 복구할 수 있는 성질인 자기 치유성을 부가할 수 있다.
이러한 균열저감제를 포함한 충전재에 대한 조성비를 예를 들면, 충전재는 베이스 80 내지 95 중량부와 균열저감제 5 내지 20 중량부를 혼합하여 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 균열저감제를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 5를 보아 알 수 있듯이, 상술한 균열저감제는 추가 물질을 포함하여 제 1 물질 제조 단계(S210), 제 2 물질 제조 단계(S220), 제 1 혼합 단계(S230)를 거쳐 제조되는 것이 가능하다.
먼저, 제 1 물질 제조 단계(S210)는 우레아 80 내지 90 중량부, 염화칼슘(Calcium chloride) 10 내지 20 중량부를 80 내지 100℃에서 10 내지 30분 동안 혼합하여 제 1 물질을 제조하는 과정이다.
여기서, 염화칼슘은 우레아가 물에 혼합되었을 시 활성을 높일 수 있는 약염기환경을 제공하는 물질이다.
다음, 제 2 물질 제조 단계(S220)는 시클로헥산(Cyclohexane) 70 내지 80 중량부, 폴리디메틸실록세인 20 내지 30 중량부를 100 내지 150℃에서 2 내지 5시간 동안 혼합하여 제 2 물질을 제조하는 과정이다. 이중 시클로헥산은 제 2 물질의 용매이다.
마지막으로, 제 1 혼합 단계(S230)는 제 1 물질 40 내지 50 중량부, 제 2 물질 30 내지 40 중량부, 소르비탄트리올레이트(Sorbitantrioleate) 5 내지 10 중량부, 폴리아크릴산나트륨(Sodium polyacrylic acid)을 포함한 혼화제 5 내지 10 중량부를 100 내지 150℃에서 1 내지 2시간 동안 혼합하여 균열저감제를 완성하는 단계이다.
이와 같은 제 1 혼합 단계(S230)에서 용액상인 제 2 물질과 분말상인 제 1 물질이 혼합되는데, 균열저감제에서 제 2 물질이 수용성인 제 1 물질의 용매가 아니므로, 결과적으로 균열저감제는 우레아와 물이 혼합되기 전까지 우레아의 기능 발현을 지연시키는 것이 가능하다.
더불어, 소르비탄트리올레이트는 비이온성 계면활성제로서, 제 2 물질에 제 1 물질을 분산시키는 역할을 수행한다.
또한, 혼화제는 일반적으로 콘크리트, 모르타르 등에 소량 첨가되어 특정 기능을 제공하는 것을 의미하는바, 본 발명에서 혼화제는 균열저감제의 균열 저감 기능을 보조하는 역할을 수행하는 것으로서, 폴리아크릴산나트륨을 포함한다.
여기서, 폴리아크릴산나트륨은 물과 혼합되어 덩어리지지 않고 끈적한 액상을 제조할 수 있는 증점제로서, 베이스의 내구성이 감소되는 개연성을 해소할 수 있다.
추가적으로, 상술한 혼화제는 역시 추가 물질을 포함하여 제 1 용액 제조 단계, 제 2 용액 제조 단계, 제 2 혼합 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
먼저, 제 1 용액 제조 단계는 물 70 내지 80 중량부, 폴리아크릴산 20 내지 30 중량부를 1 내지 2시간 동안 혼합하여 제 1 용액을 제조하는 과정이다.
다음, 제 2 용액 제조 단계는 제 1 용액 80 내지 90 중량부, 일라이트(Illite) 5 내지 10 중량부를 100 내지 300rpm으로 30 내지 60분 동안 혼합하여 제 2 용액을 제조하는 과정이다.
일라이트는 규산염 광물의 하나로서 표면에 우수한 흡착 특성을 보유한 물질이다. 이러한 일라이트는 상분리가 되어있는 균열저감제에서 극성 물질(우레아 등)을 흡착하여 베이스에 쉽게 혼합되도록 할 수 있는 전달매의 역할을 수행한다.
마지막으로, 제 2 혼합 단계는 제 2 용액 75 내지 85 중량부, 수산화나트륨 1 내지 10 중량부, 인산알루미늄(Aluminium phosphate) 1 내지 10 중량부를 70 내지 100℃에서 2 내지 3시간 동안 혼합하여 혼화제를 완성하는 과정이다.
여기서, 수산화나트륨과 인산알루미늄은 혼화제의 pH를 중성에 가깝게 조절하는 역할을 수행하는데, 수산화나트륨은 수산기를 제공하여 염기성 정도를 직접적으로 증가시키고, 인산알루미늄은 pH가 7아래로 내려가지 않도록 완충하는 역할을 수행한다. 즉, 수산화나트륨과 인산알루미늄의 중량부는 시공 목적과 상황에 따라 다양하게 설정되는 것이 가능하다.
이러한 과정을 거쳐 제조된 혼화제는 균열저감제의 점도를 증가시켜 결과적으로 베이스를 비롯한 전체적인 충전재의 내구성을 증진시킬 수 있고, 균열저감제에 포함된 극성 물질들의 전달을 매개함으로써, 균열저감제의 기능을 보조하는 기능을 제공한다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
10: 진입 작업공 20: 도달 작업공
30: 굴착공 40: 드릴 파이프
50: 확공기 60: 파이프
70: 모션 센서 100: 수평 굴착 장치
200: 추진 장치 210: 지지체
220: 푸시 어셈블리 221: 피스톤
230: 압륜 240: 이동부
250: 컨트롤러 250a: 구동 제어모듈
251: 수평 굴착장치 파워 파악부 252: 모션 센서 신호 파악부
253: 구동 여부 제어부 254: 차등 구동 제어부
260: 압력 감지 센서 270: 연결부
30: 굴착공 40: 드릴 파이프
50: 확공기 60: 파이프
70: 모션 센서 100: 수평 굴착 장치
200: 추진 장치 210: 지지체
220: 푸시 어셈블리 221: 피스톤
230: 압륜 240: 이동부
250: 컨트롤러 250a: 구동 제어모듈
251: 수평 굴착장치 파워 파악부 252: 모션 센서 신호 파악부
253: 구동 여부 제어부 254: 차등 구동 제어부
260: 압력 감지 센서 270: 연결부
Claims (8)
- 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법으로서,
지표면의 소정 부위를 일정 깊이로 개착하여 진입 작업공 및 도달 작업공을 형성하는 제 1 단계;
상기 진입 작업공 측에 굴착기 및 확공기를 구비한 수평 굴착장치를 설치하는 제 2 단계;
상기 굴착기를 통해 상기 지중 내부로 상기 도달 작업공에 이르기까지 드릴 파이프를 밀어 넣으면서 굴착공을 형성하는 제 3 단계;
상기 드릴 파이프의 일 단에 확공기를 결합하여 상기 확공기를 통해 상기 굴착공을 확공하는 제 4 단계;
상기 확공기 일 측에 파이프를 연결시키고 상기 수평 굴착장치로 상기 파이프를 잡아당겨 상기 굴착공 내부에 인입시키는 제 5 단계;
상기 확공기가 연결 측의 대향 측인 상기 파이프의 타 단에 추진 장치를 연결하여 상기 추진 장치를 통해 파이프를 미는 제 6단계;를 포함하는 것으로서,
상기 제 4 단계와 상기 제 5 단계 사이에는, 확공된 상기 굴착공의 내벽에 충전재를 주입하는 단계를 포함하되,
상기 충전재는,
모르타르 및 콘크리트 중 적어도 어느 하나로 이루어진 베이스 80 내지 95 중량부와, 우레아(urea) 및 폴리디메틸실록세인(Polydimethyl siloxane)을 포함하는 균열저감제 5 내지 20 중량부를 포함하고,
상기 균열저감제는,
우레아 80 내지 90 중량부, 염화칼슘(Calcium chloride) 10 내지 20 중량부를 80 내지 100℃에서 10 내지 30분 동안 혼합하여 제 1 물질을 제조하는 단계;
시클로헥산(Cyclohexane) 70 내지 80 중량부, 폴리디메틸실록세인 20 내지 30 중량부를 100 내지 150℃에서 2 내지 5시간 동안 혼합하여 제 2 물질을 제조하는 단계;
상기 제 1 물질 40 내지 50 중량부, 상기 제 2 물질 30 내지 40 중량부, 소르비탄트리올레이트(Sorbitantrioleate) 5 내지 10 중량부, 폴리아크릴산나트륨(Sodium polyacrylic acid)을 포함한 혼화제 5 내지 10 중량부를 100 내지 150℃에서 1 내지 2시간 동안 혼합하는, 제 1 혼합 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는, 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제 6 단계는,
상기 추진 장치에서 신축하는 피스톤을 구비한 푸시 어셈블리를 구비하여, 상기 푸시 어셈블리에 구비된 상기 피스톤의 구동을 통해 상기 파이프를 미는 것을 특징으로 하는, 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제 6단계는,
상기 추진 장치에 추가 구비된 압력 감지 센서에 의하여 상기 파이프에 작용되는 압력을 측정하여 해당 압력 발생 여부에 따라 상기 추진 장치를 구동하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제 6 단계는,
상기 확공기 및 상기 파이프 중 어느 하나에 장착된 모션센서를 통하여 상기 파이프의 움직임을 파악하여 상기 파이프의 이동 정보를 생성하는 단계와,
상기 수평 굴착 장치에서 상기 파이프를 잡아당기는 힘을 측정하는 단계 및,
상기 수평 굴착 장치의 상기 힘을 기준으로 상기 이동 정보에서 이동 거리의 고저에 따라 상기 추진 장치의 구동 여부를 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 제 4 단계는,
상기 확공기 및 상기 파이프 중 어느 하나에 장착된 모션센서를 통하여 상기 파이프의 움직임을 파악하여 상기 파이프의 이동 정보를 생성하는 단계와,
상기 수평 굴착 장치에서 상기 파이프를 잡아당기는 힘을 측정하는 단계 및,
상기 추진 장치에서 상기 파이프를 미는 힘을 측정하는 단계와,
상기 수평 굴착 장치의 당기는 힘과 상기 추진 장치의 미는 힘을 기준으로 상기 파이프의 이동 정보에서 이동 거리의 고저에 따라 상기 추진 장치의 미는 힘에 대한 구동력을 차등 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 혼화제는,
물 70 내지 80 중량부, 폴리아크릴산나트륨 20 내지 30 중량부를 1 내지 2시간 동안 혼합하여 제 1 용액을 제조하는 단계;
상기 제 1 용액 80 내지 90 중량부, 일라이트(Illite) 5 내지 10 중량부를 100 내지 300rpm으로 30 내지 60분 동안 혼합하여 제 2 용액을 제조하는 단계;
상기 제 2 용액 75 내지 85 중량부, 수산화나트륨 5 내지 10 중량부, 인산알루미늄(Aluminium phosphate) 5 내지 10 중량부를 70 내지 100℃에서 2 내지 3시간 동안 혼합하는, 제 2 혼합 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는, 추진력을 강화한 지향식 수평굴착 방법. - 삭제
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102524630B1 (ko) * | 2023-01-31 | 2023-04-21 | 주식회사 세기엔지니어링 | 워터 해머를 이용한 고압 분사 기반의 지향식 압입 공법 |
| KR102524624B1 (ko) * | 2023-01-31 | 2023-04-21 | 주식회사 세기엔지니어링 | 천공 부산물의 처리 기능을 강화한 지향식 압입 공법 |
| CN116906055A (zh) * | 2023-09-12 | 2023-10-20 | 中南大学 | 控制隧道下穿铁路路基变形的施工方法及棚架支护结构 |
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-
2021
- 2021-05-13 KR KR1020210062220A patent/KR102288770B1/ko active IP Right Grant
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