KR102296412B1 - Method of filling void space with polyurthane foam for emergency treatment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지하공동에 충진재를 주입하여, 공동을 메움으로써 공동을 보강하기 위한 소규모 지하공동 보강공법에 관한 것이다. 본 발명에서는 충진재로서 팽창성 재료인 폴리우레탄폼을 사용하는데 특징이 있다.
본 발명은 지하에 형성된 공동에 폴리우레탄폼을 분사하여 팽창 및 경화시킴으로써 공동을 충진하는 단계 및 폴리우레탄폼에 의하여 형성된 충진부 위에 토양을 적층하여 복토부를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. 그리고 공동에 복수의 그물망을 설치하거나, 또는 지주대를 받쳐 공동의 지지력을 더욱 강화할 수 있다.The present invention relates to a small-scale underground cavity reinforcement method for reinforcing the cavity by filling the cavity by injecting a filler into the underground cavity. In the present invention, it is characterized in that polyurethane foam, which is an intumescent material, is used as a filler.
The present invention comprises the steps of filling the cavity by injecting polyurethane foam into the cavity formed underground, expanding and curing the cavity, and laminating the soil on the filling portion formed by the polyurethane foam to form a cover portion. And it is possible to further strengthen the bearing capacity of the cavity by installing a plurality of meshes in the cavity, or by supporting the poles.
Description
본 발명은 지반 내 공동, 특히 광산 지역에서 지표와 연결된 공동을 충진재에 의하여 메움으로써 지반을 보강하거나, 공동을 폐쇄하기 위한 공동 보강방법에 관한 것이다. The present invention relates to a cavity reinforcement method for reinforcing the ground or closing the cavity by filling a cavity in the ground, particularly a cavity connected to the surface in a mine area, with a filler.
도 1은 광산 지역 지반 함몰의 모식도이다. 도 1을 참고하면, 석탄이나 석회석 등 광석을 채굴하면, 광석이 채굴된 자리에 이른바 채굴적(goaf)으로 불리는 광산 공동(cavern)이 형성된다. 시간이 지나면서 다양한 원인에 의하여 공동이 상방으로 확장되거나, 공동 상부의 지반이 이완되고, 결국 지표의 붕락이 일어난다. 1 is a schematic diagram of the ground subsidence of the mine area. Referring to FIG. 1 , when ore such as coal or limestone is mined, a mine cavern called a so-called goaf is formed at the location where the ore was mined. Over time, the cavity expands upward due to various causes, or the ground above the cavity relaxes, and eventually the surface collapses.
특히, 석회석 광산의 경우 이러한 문제가 더욱 심각하게 나타난다. 석회석은 지하수에 쉽게 용해되기 성질을 갖는다. 폐광산의 채굴적에는 지하수가 유입 및 충진되는데, 지하수에 의하여 석회석이 녹아서 공동 상부의 지반 붕괴의 위험이 더욱 커진다. In particular, in the case of limestone mines, this problem is more serious. Limestone is easily soluble in groundwater. Groundwater flows in and fills the mines in the abandoned mine, and the limestone is melted by the groundwater, increasing the risk of ground collapse at the top of the cavity.
또한 광산 또는 폐광이 아니더라도, 지반에는 다양한 원인으로 인하여 공동이 발생하곤 한다. 도 2의 사진과 같이 등산로 등에도 상당한 깊이로 안전사고를 유발할 수 있는 공동이 형성되어 있다. 이러한 공동으로 인하여 안전사고를 예방하기 위해서는 공동에 대한 보강이 필요하다. Also, even if it is not a mine or an abandoned mine, cavities often occur in the ground due to various reasons. As shown in the photo of FIG. 2 , a cavity that can cause a safety accident is formed at a considerable depth even on a hiking trail. In order to prevent safety accidents due to these cavities, reinforcement of the cavities is required.
공동의 규모는 매우 다양하게 나타난다. 도 2의 사진과 같이 국소적인 경우도 있지만, 지반침하와 같이 넓은 범위에서 나타나는 경우도 있다. 넓은 규모의 공동은 시멘트, 골재, 그라우트재 등을 이용하여 본격적인 지반안정화시공을 수행해야 하지만, 소규모의 공동은 경제성과 효율성을 고려하여 안전사고를 예방할 수 있을 정도의 수준에서 보강을 수행하면 된다. The size of the community varies widely. There are cases where it is local as shown in the photo of FIG. 2, but there are cases where it appears in a wide range, such as subsidence of the ground. For large cavities, full-scale ground stabilization construction should be performed using cement, aggregate, grout, etc., but for small cavities, reinforcement should be performed at a level sufficient to prevent safety accidents in consideration of economic feasibility and efficiency.
특히 소규모 공동들은 산발적으로 분포되어 있고, 도로, 전기 등의 인프라가 갖추어져 있지 않은 곳에 발생하는 경우가 대부분이다. 이에 골재나 그라우트재를 이송하는 것 자체가 큰 어려움이 있다. 골재나 그라우트재는 무게나 부피가 크기 때문에 이송에 어려움이 있기 때문이다. 또한 재료비보다 운송비가 더 큰 문제가 된다. 더욱이 이들을 공동에 충진하기 위해서는 펌프카 등 중장비가 필요한데, 이러한 중장비가 산악지역이나 소규모 폐광에 진입하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있다. In particular, small-scale cavities are sporadically distributed and most often occur in places where infrastructure such as roads and electricity are not provided. Therefore, it is very difficult to transport aggregate or grout material. This is because aggregates or grout materials are difficult to transport due to their large weight or volume. Also, transportation cost is a bigger problem than material cost. Moreover, heavy equipment such as a pump car is needed to fill them in the cavity, but there is a problem that it is not easy for such heavy equipment to enter a mountainous area or a small abandoned mine.
이에 도로, 전기 등이 갖추어져 있지 않은 오지에 산포되어 있는 소규모 공동을 간단하게 보강할 수 있는 방법이 요청된다. Accordingly, a method for simply reinforcing small cavities scattered in remote areas where roads and electricity are not provided is required.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 폴리우레탄폼 충진재를 이용하여 매우 간단하면서도 경제적으로 광산 공동 등 지반에 형성된 소규모 공동을 충진할 수 있는 보강공법을 제공하는데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a reinforcement method capable of filling small cavities formed in the ground such as mine cavities very simply and economically using polyurethane foam fillers to solve the above problems.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광해방지 응급조치사업을 위한 폴리우레탄폼을 이용한 지하공동 보강방법은, 지하에 형성된 공동에 폴리우레탄폼을 분사하여 팽창 및 경화시킴으로써 상기 공동을 충진하는 단계; 및 상기 폴리우레탄폼에 의하여 형성된 충진부 위에 토양을 적층하여 복토부를 형성하는 단계;를 포함하여 이루어진다. The method for reinforcing an underground cavity using a polyurethane foam for a first aid project for mine damage prevention according to the present invention for achieving the above object includes: filling the cavity by spraying the polyurethane foam into the cavity formed underground to expand and harden; and laminating soil on the filling part formed by the polyurethane foam to form a covered soil part.
본 발명에서는 상기 충진부의 안정적 시공을 위하여, 또한 충진 후 외부 하중에 대한 지지력을 확보하기 위하여 그물망을 더 설치할 수 있다. 즉 상기 공동의 바닥으로부터 상방으로 이격된 상태로 상기 공동에 그물망을 설치하는 단계를 더 구비하며, 상기 그물망 위에 상기 충진부를 형성할 수 있다. In the present invention, in order to ensure stable construction of the filling part, and to secure support for external load after filling, a net may be further installed. That is, further comprising the step of installing a mesh in the cavity in a state spaced upward from the bottom of the cavity, it is possible to form the filling part on the mesh.
본 발명의 일 예에서, 상기 그물망과 충진부는 상하방향을 따라 상호 교대로 적층하여 다단으로 형성할 수 있다. In one example of the present invention, the mesh and the filling part may be alternately stacked in a vertical direction to form a multi-stage.
그리고, 상기 그물망의 테두리부는 상기 공동의 외부의 지표에 고정시키거나, 또는 상기 그물망을 상기 공동에 완전히 삽입시켜 상기 그물망은 공동의 내벽에 고정시킬 수도 있다. In addition, the rim portion of the mesh may be fixed to the surface of the outside of the cavity, or the mesh may be completely inserted into the cavity to fix the mesh to the inner wall of the cavity.
본 발명의 일 예에서, 상기 공동의 바닥으로부터 이격되게 상기 공동을 가로지르는 적어도 하나의 횡방향 지지대를 설치하고, 상기 충진부는 상기 지지대 위에 형성할 수 있다. 특히, 상기 횡방향 지지대는 복수 개로 상호 교차하는 방향으로 배치되는 것이 바람직하다. In an example of the present invention, at least one lateral support traversing the cavity is installed to be spaced apart from the bottom of the cavity, and the filling part may be formed on the support. In particular, it is preferable that a plurality of the lateral supports are arranged in a direction crossing each other.
본 발명의 일예에서, 상기 공동의 바닥 또는 내벽에 지지되며 상하방향으로 배치되는 적어도 하나의 종방향 지지대를 설치하고, 상기 충진부는 상기 종방향 지지대 위에 형성하는 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, it is preferable to install at least one longitudinal support supported on the bottom or inner wall of the cavity and disposed in the vertical direction, and the filling part is formed on the longitudinal support.
또한 본 발명의 다른 예에서는, 상기 종방항 지지대 위에 횡방향으로 배치되는 횡방향 지지대를 적어도 하나 배치한 후, 상기 횡방향 지지대 위에 그물망을 설치한 후, 상기 그물망 위에 상기 충진부를 형성하는 것이 바람직하다. Also, in another example of the present invention, after arranging at least one lateral support disposed in the transverse direction on the longitudinal support, after installing the mesh on the lateral support, it is preferable to form the filling part on the mesh. .
본 발명에서 상기 폴리우레탄폼은 경질 또는 연질을 사용가능하며, 경질과 연질의 폴리우레탄폼을 상호 교대로 적층하거나, 또는 연질의 폴리우레탄폼을 먼저 적층한 후 그 위에 경질 폴리우레탄폼을 적층할 수 있다. In the present invention, the polyurethane foam can be used as rigid or flexible, and the rigid and flexible polyurethane foams are alternately laminated, or the flexible polyurethane foam is first laminated, and then the rigid polyurethane foam is laminated thereon. can
본 발명에 따라 광산의 채굴적, 갱도, 지반함몰부, 지하수 폐관정, 등 보강이 필요한 지하공동에 대하여 팽창성 재료인 폴리우레탄폼을 주입 및 팽창시켜 충진함으로써, 기존에 콘크리트 충진재를 주입하는 경우에 비하여 시공이 매우 간편하고 경제적이라는 이점이 있다. According to the present invention, by injecting and expanding polyurethane foam, which is an intumescent material, for underground cavities requiring reinforcement such as mining, tunnels, ground depressions, groundwater closed wells, etc. Compared to that, it has the advantage of being very easy to construct and economical.
특히, 산간 오지의 경우 콘크리트, 골재 등을 이용한 충진공법을 적용하기에는 도로 등 인프라가 충분하지 않지만, 폴리우레탄폼의 경우 가볍고, 팽창 전의 부피는 매우 적으므로 이송이 용이하여 시공성이 좋다는 이점이 있다. In particular, in the case of remote mountainous areas, infrastructure such as roads is not sufficient to apply the filling method using concrete, aggregate, etc., but in the case of polyurethane foam, it is light and the volume before expansion is very small.
또한 폴리우레탄폼은 산성 및 알카리 환경에서도 화학적으로 안정하여, 지하수가 상존하는 지하공간에서도 시공 후 2차적 환경 영향을 최소화할 수 있다는 이점이 있다. In addition, polyurethane foam is chemically stable even in acidic and alkaline environments, so it has the advantage of being able to minimize the secondary environmental impact after construction even in an underground space where groundwater exists.
또한, 폴리우레탄폼은 콘크리트에 비하여 강도가 약하지만, 급격하게 파괴되지 않는 바, 오히려 유지관리에 있어서 유리하다는 이점이 있다. In addition, polyurethane foam has weak strength compared to concrete, but is not rapidly destroyed, and is advantageous in maintenance.
도 1은 광산 채굴 공동에서의 지반함몰을 모사한 도면이다.
도 2는 소규모 지하공동을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예의 개략적 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예의 개략적 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 소규모 지하공동 보강공법의 개략적 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 제3실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 종방향 지지대 및 횡방향 지지대를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 그물망의 설치 후 위에서 바라본 도면이다.
도 10은 스프레이건을 통해 폴리우레탄폼을 공동에 분사하는 작업 과정을 찍은 사진이다.
도 11은 공동 하부에 폴리우레탄폼을 중간까지 충진한 후, 그물망을 설치한 상태를 찍은 사진이다.
도 12는 도 11에 그물망 위에 다시 폴리우레탄폼을 충진하여 공동 상부까지 충진한 사진이다. 1 is a view simulating the subsidence of the ground in the mine mining cavity.
2 is a photograph of a small-scale underground cavity.
3 is a schematic diagram of a first embodiment of the present invention;
4 is a schematic diagram of a second embodiment of the present invention;
5 is a schematic flowchart of a small-scale underground cavity reinforcement construction method according to a third embodiment of the present invention.
6 and 7 are diagrams for explaining the third embodiment.
8 is a view for explaining the longitudinal support and the transverse support.
9 is a view viewed from above after the installation of the mesh.
10 is a photograph taken of the work process of spraying the polyurethane foam into the cavity through the spray gun.
11 is a photograph of a state in which a mesh is installed after filling the lower cavity with polyurethane foam to the middle.
12 is a photograph of filling the upper part of the cavity by filling the polyurethane foam again on the mesh in FIG. 11 .
본 발명은 지하공동을 충진하여 보강하는 것을 목적으로 한다. 여기서, 지하공동은 지표로부터 하방으로 형성된 공동은 물론, 지하 갱도로부터 다시 하방으로 연장된 공동을 포함한다. An object of the present invention is to fill and reinforce an underground cavity. Here, the underground cavity includes a cavity formed downward from the surface, as well as a cavity extending downward from the underground tunnel again.
위의 공동들은 다양한 원인으로 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 공동의 형성 원인과 관련해서는 별도의 제한을 두지 않으며, 다만 본 발명의 대상이 되는 공동은 주로 폐광 지역에서의 광산 채굴적으로 인하여 형성된 공동이다. 공동은 수직하거나, 경사지게 형성된다. 본 발명을 수평공동에 대해서도 적용할 수 있지만, 수평공동은 안전사고의 위험성이 수직공동 또는 경사공동에 비하여 적으므로, 수직공동이나 경사공동을 예로 들어 설명한다. The above cavities may be formed for various reasons, and in the present invention, there is no separate limitation with respect to the cause of the formation of the cavities. am. The cavity is formed vertically or inclined. Although the present invention can be applied to a horizontal cavity, the horizontal cavity has less risk of a safety accident than a vertical cavity or an inclined cavity, so a vertical cavity or an inclined cavity will be described as an example.
또한 본 발명은 지하수 폐관정이나 광산에서 관리되고 있지 않은 소규모 수로, 폐상수관 및 폐하수관 등의 관로에 충진재를 주입하여 밀폐하는데 적용함으로써, 지하수 및 수생태계의 오염을 방지할 수 있다. In addition, the present invention can prevent contamination of groundwater and aquatic ecosystems by injecting and sealing fillers into conduits such as closed groundwater wells or small-scale waterways not managed in mines, wastewater pipes, and wastewater pipes.
본 발명의 연구진이 지하공동을 보강하는데 있어서 착안한 점은 시공의 용이성과 경제성이다. 앞에서 설명한 바와 같이, 폐광이나 지하에 공동이 발생하는 영역은 주로 산간 오지에 위치하는 경우가 많기 때문에 장비의 이송이 용이하지 않다. 따라서 이런 지역에 발생하는 소규모 공동은 최소한의 장비와 물류를 통해 시공할 수 있어야 한다. The point that the research team of the present invention focused on in reinforcing the underground cavity is the ease of construction and economic feasibility. As described above, the area where the cavity is generated in the abandoned mine or underground is mainly located in the remote mountainous area, so it is not easy to transport the equipment. Therefore, small cavities occurring in these areas should be able to be constructed with minimal equipment and logistics.
또한 골재와 같이 무겁고 부피카 큰 재료를 사용하지 않고도 공동을 안전하게 보강할 수 있는 방법에 착안하였다. 이러한 문제의식의 해결책은 재료 선택으로 귀결되었다. 즉, 본 발명에서는 팽창성 재료를 사용하여 공동을 충진한다. 보다 구체적으로, 본 발명에서는 폴리우레탄폼을 사용한다. In addition, we focused on a method that can safely reinforce the cavity without using heavy and bulky materials such as aggregate. The solution to these problems came down to material selection. That is, in the present invention, an intumescent material is used to fill the cavity. More specifically, in the present invention, polyurethane foam is used.
폴리우레탄폼은 폴리우레탄과 발포제를 사용하여 제조된다. Polyurethane foam is manufactured using polyurethane and a foaming agent.
폴리우레탄(polyurethane)은 알코올기(OH)와 아이소사이안산기(NCO)의 결합으로 만들어진 우레탄결합(-NHCOO-) 고분자 화합물의 총칭이다. 폴리우레탄은 플라스틱의 일종으로 질기고 화학약품에 잘 견디는 특성이 있다. 전기절연체, 구조재, 기포단열재, 기포 쿠션, 탄성 섬유 등에 사용된다. 신축성이 좋아서 고무의 대체물질로도 사용된다.Polyurethane is a generic term for urethane-bonded (-NHCOO-) polymer compounds made by combining an alcohol group (OH) and an isocyanate group (NCO). Polyurethane is a type of plastic and has the characteristics of being tough and resistant to chemicals. It is used in electrical insulators, structural materials, foam insulation materials, foam cushions, and elastic fibers. Because of its elasticity, it is also used as a substitute for rubber.
발포제(blowing agent)는 플라스틱이나 고무 등과 배합해 기포를 만들어 내는 물질을 총칭한다. 발포제는 화학적 발포제와 물리적 발포제의 두 종류로 나뉜다. 화학적 발포제는 아이소사이아네이트기의 활성을 이용해 물과 반응시켜 이산화탄소를 형성하여 발포시킨다. 물리적 발포제는 기체를 혼입하거나, 분해형 또는 증발형 발포제를 사용해 반응열을 일으킴으로써 기포를 형성한다. A blowing agent is a generic term for a substance that creates bubbles by mixing with plastic or rubber. There are two types of blowing agents: chemical blowing agents and physical blowing agents. Chemical foaming agents use the activity of isocyanate groups to react with water to form carbon dioxide and foam. Physical blowing agents form bubbles by entraining a gas or generating heat of reaction using a decomposing or evaporative blowing agent.
폴리우레탄폼은 isocyanate (이소시아네이트) 혹은 methylene diphenyl diisocyanate (DMI) (A 성분)와 polyol resin (B 성분)의 두 성분을 혼합해서 얻는다. 두 성분은 Foam mix에서 이소시안네이트는 A 로, polyol 은 B로 표기된다. 이들 성분이 혼합되어 섞이게 되면 부풀어 오르며(Foamining) 성분에 따라서 부피가 원래의 액상 상태의 대략 30배까지 팽창하는 특성이 있다. 폴리우레탄폼은 일단 완전히 팽창하여 건조되면 불활성을 띠며, 분자들이 서로 연결(cross-linked)되어 온도의 변화 등 외부 환경 조건에 무관하게 그 형태를 유지하는 성질이 있으며, 분해되지 않으며 반영구적으로 보존된다. 특히 폴리우레탄폼은 첨가제를 추가적으로 투임함으로써 밀도, 강도 등 필요한 물성을 강화시킬 수 있다는 이점이 있다. Polyurethane foam is obtained by mixing two components: isocyanate (isocyanate) or methylene diphenyl diisocyanate (DMI) (component A) and polyol resin (component B). The two components are labeled A for isocyanate and B for polyol in the foam mix. When these components are mixed and mixed, they swell and, depending on the components, the volume expands to approximately 30 times the original liquid state. Polyurethane foam is inert once fully expanded and dried, and molecules are cross-linked to maintain their shape regardless of external environmental conditions such as temperature changes, and they are not decomposed and are semi-permanently preserved. . In particular, polyurethane foam has the advantage that necessary physical properties such as density and strength can be strengthened by additionally adding additives.
본 발명에서는 폴리우레탄폼을 지하공동에 주입 및 팽창시킴으로써, 공동을 충진하고자 한다. 폴리우레탄폼은 앞에서도 기술했듯이 팽창성 재료로서 원래의 부피에 비하여 30배 정도로 팽창되어 공동 충진에 효과적이다. 또한 원재료 상태는 액상으로 골재나 시멘트 등에 비하여 가볍고 이송이 용이하다는 이점이 있다. In the present invention, by injecting and expanding the polyurethane foam into the underground cavity, it is intended to fill the cavity. Polyurethane foam is effective for cavity filling as it expands about 30 times compared to its original volume as an expandable material as described above. In addition, the raw material state has the advantage of being light and easy to transport compared to aggregate or cement in a liquid state.
본 발명의 가장 기본적인 형태인 제1실시예는 도 3에 도시된 바와 같이 소규모 공동(c)에 폴리우레탄폼을 뿜칠 시공하여 충진하는 것이다. 공동(c)이 깊지 않은 경우라면, 폴리우레탄폼을 공동(c)의 바닥면부터 분사하여 팽창되게 한다. 공동(c)에 충진된 폴리우레탄폼은 충진부(10)라 칭한다. 다만, 폴리우레탄폼을 단계적으로 분사 및 팽창시키면서, 충진부(10)의 상면이 공동(c)의 상부의 일정 높이까지만 다다르게 한다. 충진부(10) 위에는 토사를 충진하여 복토부(20)를 형성함으로써 공동(c)의 상부를 완전히 메운다. The first embodiment, which is the most basic form of the present invention, is to fill the small cavity (c) by spraying polyurethane foam as shown in FIG. 3 . If the cavity (c) is not deep, the polyurethane foam is sprayed from the bottom surface of the cavity (c) to expand. The polyurethane foam filled in the cavity (c) is referred to as the filling part (10). However, while spraying and expanding the polyurethane foam in stages, the upper surface of the filling
본 발명에서 복토부(20)를 형성하는 것은 폴리우레탄폼 충진부(10)가 외부로 노출되어 주변 경관을 해치는 것을 방지하는 목적도 있지만, 기술적으로는 화재에 대비하기 위함이다. 폴리우레탄폼은 앞에서 설명하였지만 물리적 성질에 있어서 다양한 장점이 있지만, 타면 유해 가스가 발생할 수 있다. 이에 토사를 이용하여 복토부(20)를 형성함으로써 산불 등에 대응하여 폴리우레탄폼 충진부(10)로부터 유해 가스가 배출되는 것을 방지하기 위함이다. 또한 산불이나 큰 화재가 아니더라도 예상치 못한 고온의 환경에서 변형되는 것을 방지하기 위해서라도 상부에 복토부를 형성하는 것이 바람직하다. Forming the
도 3에 도시된 제1실시예는 공동이 깊지 않은 경우이므로 폴리우레탄폼으로 공동을 완전히 충진하지만, 깊은 공동이라면 폴리우레탄폼으로 공동을 완전히 충진하는 것은 비경제적이며, 실효성도 크지 않다. 앞에서도 설명하였지만, 본 발명은 그라우트재를 이용한 본격적인 지반보강공법처럼 공동을 영구적으로 완전하게 보강하는 것이 아니다. 보다 근본적으로 산간 오지에 있는 소규모 공동에 대해서는 그라우트재를 이용한 보강이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 가능하다고 하더라도 효율 대비 비경제적이다. 즉, 폴리우레탄폼을 이용하여 안전사고를 대비할 수 있는 수준으로 소규모 공동을 보강하면 된다. 이러한 관점은 공동이 깊은 경우에도 적용할 수 있다. 즉, 깊은 공동을 모두 폴리우레탄폼으로 충진하는 것은 비경제적이며 비효율적이다. 이에 본 발명의 제2실시예에서는 공동이 깊은 경우에는 공동의 바닥부터가 아니라 일정 높이에서부터 상부로만 충진을 수행한다. 이는 폴리우레탄폼을 충진재료로 사용했기 때문에 쉽게 달성될 수 있다. 이에 대하여 상세히 설명하기로 한다. In the first embodiment shown in Figure 3, since the cavity is not deep, the cavity is completely filled with polyurethane foam, but if it is a deep cavity, it is uneconomical to completely fill the cavity with polyurethane foam, and the effectiveness is not large. As previously described, the present invention does not permanently and completely reinforce the cavity like a full-scale ground reinforcement method using a grout material. More fundamentally, reinforcement using grout materials is not easy for small cavities located in remote mountainous areas, and even if possible, it is uneconomical compared to efficiency. In other words, it is enough to reinforce the small cavity to a level that can prepare for a safety accident using polyurethane foam. This view is also applicable to the case of deep cavities. That is, it is uneconomical and inefficient to fill all the deep cavities with polyurethane foam. Therefore, in the second embodiment of the present invention, when the cavity is deep, filling is performed only from the top of the cavity, not from the bottom of the cavity. This can be easily achieved because polyurethane foam is used as the filling material. This will be described in detail.
도 4에는 본 발명의 제2실시예에 따라 공도을 충진한 예가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 공동(c)의 중간부분부터 상부로만 폴리우레탄폼을 충진하여 충진부(11)를 형성하고 그 위에 토사를 적층하여 복토부(21)를 형성하였다. 폴리우레탄폼은 숏크리트와 같이 뿜칠 시공을 하는데, 공동(c)의 내벽을 향해 폴리우레탄폼을 분사하면 폴리우레탄폼은 내벽면에 부착되면서 경화된다. 그리고 내벽에 부착된 폴리우레탄폼을 기반으로 점차 공동의 중앙부쪽으로 폴리우레탄폼을 뿜칠하면 충진부(11)는 바닥면에 지지되지 않고도 공동(c)을 충진할 수 있다. 더욱이 공동(c)의 내벽면은 평평하지 않고 굴곡이 있으므로 폴리우레탄폼이 팽창하면서 공동(c)의 내벽의 굴곡을 메우게 된다. 이에 충진부(11)의 외면과 공동(c)의 내벽 사이의 마찰력으로 인해 충진부(11)가 하방으로 이탈하는 것이 방지될 수 있다. 특히 도 4와 같이 경사공동의 경우라면 중력방향에 대하여 충진부(11)가 경사지게 배치되어 공동의 내벽에 일부가 지지되므로 충진부의 이탈을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 수직공동의 경우라도 충진부와 공동 내벽 사이의 마찰력으로 인하여 충진부가 쉽게 하방으로 이탈되지 않을 것이다. 더욱이 본 발명이 적용되는 소규모 공동의 경우 그 상부에 차량 등 무거운 하중이 인가될 가능성은 크지 않다. 주로 추락에 의한 안전사고를 방지하기 위한 것이므로, 충진부가 사람의 무게 정도만 지지할 수 있으면 된다. 폴리우레탄폼을 공동에 완전히 채우지 않고도 본 실시예와 같이 일부만 충진하여도 폴리우레탄폼과 공동 내벽 사이의 마찰력 및 일부 지지력에 의해 대략 100kg 정도의 무게는 견딜 수 있을 것이다. 4 shows an example of filling the empty road according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4 , in the present invention, polyurethane foam was filled only from the middle part of the cavity (c) to the upper part to form the filling
앞에서 설명한 제1실시예와 제2실시예에서는 폴리우레탄폼으로 형성되는 충진부와, 충진부 상측에 적층되는 복토부에 의해서만 공동을 보강하였다. 이하에서 설명하는 제3실시예와 제4실시예에서는 그물망을 설치하여, 폴리우레탄폼의 뿜칠을 보다 용이하게 할 뿐만 아니라, 충진부에 인가되는 하중에 대한 지지력을 더욱 상승시킬 수 있다. In the first and second embodiments described above, the cavity was reinforced only by the filling part formed of polyurethane foam and the covering part laminated on the upper side of the filling part. In the third and fourth embodiments to be described below, by installing a mesh, it is possible to not only facilitate spraying of the polyurethane foam, but also to further increase the bearing capacity for the load applied to the filling part.
도 5는 제3실시예의 개략적 흐름도이다. Fig. 5 is a schematic flowchart of the third embodiment.
도 5를 참고하면, 제3실시예에 따른 소규모 지하공동 보강방법은 먼저 공동(c)에 종방향 지지대(31)와 횡방향 지지대(32)를 각각 설치한다. 종방향 지지대(31)는 도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같이 공동(c)의 바닥면(도 6) 또는 내벽(도 7)에 지지되며, 상하방향으로 배치된다. 여기서 상하방향이란 것은 수직한 방향을 포함하며 수직하지 않더라도 대략 수직 방향과 근접한 각도를 의미한다. 종방향 지지대(31)는 도면과 같이 하나만 설치될 수도 있지만, 실시예에 따라서는 복수 개 배치될 수도 있다. Referring to FIG. 5 , in the method for reinforcing a small-scale underground cavity according to the third embodiment, first, a
횡방향 지지대(32)는 종방향 지지대(31)에 결합되며, 수평방향 또는 수평방향과 근접한 각도로 배치된다. 횐방향 지지대(32) 역시 하나만 배치될 수도 있지만, 복수 개가 서로 교차하게, 예컨대 도 8과 같이 십자형으로 배치될 수 있다. 물론 횡방향 지지대는 상호 교차하지 않고 서로 평행하게 배치될 수도 있다. The
종방향 지지대(31)와 횡방향 지지대(32)는 그 상부에 배치되는 충진부(12)를 지지하기 위한 것이다. 실시예에 따라 복수의 종방향 지지대(31)만 설치하여 충진부(12)를 지지할 수도 있으며, 본 예와 같이 종방향 지지대(31)와 횡방향 지지대(32)가 함께 충진부(12)를 지지할 수 있다. 앞에서 설명한 실시예들과 달리 본 실시예에서는 충진부 하부에 지지구조를 설치하여 보다 견고하게 충진부(12)를 지지할 수 있으며, 충진부 위에 하중이 걸리더라도 충진부(12)가 하부로 이탈하지 않는다. The
종방향 지지대(31)와 횡방향 지지대(32)를 설치한 후에는 그물망(40)을 설치한다. 그물망(40) 설치후 상부에서 바라본 형태는 도 9와 같다. 그물망(40)은 중앙부가 공동(c)에 삽입되되, 테두리는 공동(c)의 외부, 즉 지표면에 고정된다. 공동(c)에 삽입된 부분은 횡방향 지지대(32) 위에 얹어진다. 전체적으로 보면 그물망(40)은 공동의 내벽을 따라 배치된다. After installing the
그물망(40)의 설치 이유는 2가지이다. 먼저 폴리우레탄폼의 정착이 용이해지기 때문이다. 공동의 바닥이 아니라 중간부분부터 폴리우레탄폼을 충진할 때에는 공동의 내벽면으로부터 뿜칠해서 중앙부까지 확장해야 하는데, 그물망(40)이 설치되어 있으면 폴리우레탄폼이 그물망(40)에 부착되어 시공이 용이해지기 때문이다. 물론 그물망(40) 하부에 횡방향 지지대(32)가 설치되어 있는 바, 폴리우레탄 뿜칠이 더 용이해지기도 한다. The reason for installing the
또한 그물망(40)을 설치한 후 지표에 정착시키면 그물망이 충진부에 대한 지지체로 작용하므로 하중에 대한 지지력이 더욱 커지게 된다. 본 실시예에서는 그물망(40)을 지표에 못(50)을 이용하여 고정하였지만 실시예에 따라서는 그물망 전체를 공동에 삽입한 후, 그물망을 공동의 내벽에 고정할 수도 있다. In addition, when the net 40 is installed and then fixed on the ground, the net acts as a support for the filling part, so that the bearing capacity for the load is further increased. In this embodiment, the net 40 is fixed to the ground by using the
그리고 그물망은 하나만 설치할 수도 있지만, 공동의 높이방향을 따라 상호 이격되게 복수 개 배치할 수도 있다. 다단으로 그물망을 설치하고 폴리우레탄폼을 뿜칠하면 폴리우레탄폼과 그물망이 서로 교대로 배치된다. 다르게 설명하면 충진부 내에 복수의 그물망이 상호 이격되어 삽입된 형태가 된다. 복수의 그물망을 설치하면 그만큼 하중에 대한 지지력이 보강되며, 폴리우레탄폼의 뿜칠 시공시 정착가능지역이 늘어나면서 뿜칠이 용이해진다. And the net may be installed only one, or a plurality of meshes may be arranged to be spaced apart from each other along the height direction of the cavity. When a mesh is installed in multiple stages and polyurethane foam is sprayed, the polyurethane foam and the mesh are alternately arranged. In other words, a plurality of meshes are spaced apart from each other and inserted into the filling part. If a plurality of meshes are installed, the bearing capacity for the load is reinforced that much, and when spraying polyurethane foam, the fixable area increases and spraying becomes easier.
상기한 바와 같이, 종방향 지지대(31) 및 횡방향 지지대(32)와 그물망(40)을 설치한 후에는 앞선 실시예들과 마찬가지로 폴리우레탄폼을 뿜칠하여 충진부를 형성하고, 최종적으로 토사를 적층하여 복토부를 형성하여 공동에 대한 보강을 마무리한다.As described above, after installing the
제4실시예는 제3실시예와 마찬가지로 그물망을 한 개 또는 복수 개 설치하되, 제3실시예와는 달리 지지대는 설치하지 않는 형태이며, 그물망 설치와 충진부 및 복토부의 설치는 앞에서 설명한 것과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. In the fourth embodiment, one or a plurality of nets are installed as in the third embodiment, but unlike the third embodiment, the support is not installed. Therefore, a detailed description will be omitted.
한편, 본 발명에서는 지지대를 대신하여, 철사가 뭉쳐져 있는 3차원 망상 구조체를 공동의 하부에 먼저 충진한 후, 그 위에 폴리우레탄폼을 충진하는 방법을 택할 수도 있다. 3차원 망상구조체는 가는 철사를 성기게 뭉쳐서 내부에 공극이 많아서 부피는 크지만 무게는 작은 형태이다. 예컨대 시중에 판매하는 철 수세미 같은 형태나, 철 수세미보다 밀도가 더 작은 형태의 망상 구조체를 사용할 수 있다. 망상 구조체는 일체로 형성될 수도 있으나, 작은 덩어리 형상의 망상 구조체 다수 개를 충진할 수도 있다. On the other hand, in the present invention, instead of the support, a method of filling the three-dimensional network structure in which the wires are bundled in the lower part of the cavity first, and then filling the polyurethane foam thereon may be adopted. The three-dimensional network structure has a large volume but small weight because there are many voids inside the thin wire. For example, it is possible to use a form such as a commercially available iron scrubber, or a network structure having a smaller density than an iron scrubber. The network structure may be integrally formed, but may be filled with a plurality of network structures in the shape of a small lump.
도 10 내지 도 12는 실제 공동 보강 과정을 나타낸 사진이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발며에서는 스프레이건 등을 이용하여 폴리우레탄폼을 공동의 하부 영역 또는 중간 영역까지 충진하고, 도 11에 도시된 바와 같이 그물망을 설치한다. 이후 도 12에 도시된 바와 같이 그물망 위에 다시 폴리우레탄폼을 충진하여 공동 상부까지 충진한 사진이다. 추후 복토와 식재를 수행할 수 있다. 10 to 12 are photographs showing an actual cavity reinforcement process. As shown in Fig. 10, in the present balgo, polyurethane foam is filled to the lower region or middle region of the cavity using a spray gun, etc., and a mesh is installed as shown in Fig. 11 . After that, as shown in FIG. 12 , it is a photograph of filling the upper part of the cavity by filling the polyurethane foam again on the mesh. Covering and planting can be carried out later.
본 발명의 핵심적 특징은 폐광, 싱크홀, 지반함몰부 등 충진재에 의한 보강이 필요한 영역에서, 폴리우레탄폼 충진재를 사용하여 보강을 수행한다는 점이다. 폴리우레탄폼은 기존의 지하공동에 사용하는 골재, 시멘트 등의 충진재를 대체하기에 매우 유용하다. 먼저, 콘크리트 보다 1/50배 가볍고, 당연히 휴대성(Portability)이 좋다. 도로가 개설되지 않은 오지에 인력으로 이동하여 시공할 수 있다는 점은 시공의 간편성과 경제성에 있어서 큰 장점으로 작용한다. 더 나아가, 장비의 이송을 위한 도로 개설을 하지 않고도 시공이 가능함으로 식생 훼손이 미미하다. A key feature of the present invention is that reinforcement is performed using polyurethane foam fillers in areas requiring reinforcement by fillers, such as abandoned mines, sinkholes, and ground depressions. Polyurethane foam is very useful to replace fillers such as aggregate and cement used in existing underground cavities. First, it is 1/50 times lighter than concrete and, of course, has good portability. The fact that the construction can be carried out by manpower in remote areas where no roads have been established is a great advantage in terms of the simplicity and economic feasibility of construction. Furthermore, the damage to vegetation is minimal because construction is possible without opening a road for the transport of equipment.
그리고 조성비에 따라서 원재료의 30배 정도로 부피가 팽창하기 때문에 규모가 큰 공동에도 적용할 수 있다. 또한 불투수성으로 침식에 강하므로 지하수가 상존하는 지하공동에 적용하기에 우수하다. And it can be applied to a large cavity because its volume expands by about 30 times that of the raw material depending on the composition ratio. It is also impervious and resistant to erosion, so it is excellent for application to underground cavities where groundwater exists.
또한 폴리우레탄폼은 화학적으로 매우 안정하다. 산성 및 알칼리 환경에 침식받을 경우 그 영향은 표면에만 국한하여 최종 팽창된 폼의 구조에는 영향이 없다. 지하수 등과 반응하지 않으므로 시공 후에 2차적 환경오염이 없다는 이점이 있다. In addition, polyurethane foam is chemically very stable. When eroded by acidic and alkaline environments, the effect is limited to the surface and does not affect the structure of the final expanded foam. Since it does not react with groundwater, etc., there is an advantage that there is no secondary environmental pollution after construction.
다만, 폴리우레탄폼의 강도는 기존의 보강재인 시멘트, 콘크리트, 그라우트재에에 비해 약하다. 그러나 폴리우레탄폼의 변형 특성에 의하여 강도의 문제가 보완된다. 즉, 폴리우레탄폼은 수직으로 힘을 가할 때 하중의 반은 수평으로 이동한다. 압축강도 이상으로 하중을 가하면 creep 현상을 보여 갑작스런 파괴보다는 서서히 변형을 일으키므로, 급격한 붕괴를 막을 수 있다. However, the strength of polyurethane foam is weaker than that of cement, concrete, and grout, which are conventional reinforcing materials. However, the strength problem is compensated for by the deformation characteristics of polyurethane foam. That is, when polyurethane foam is applied with a vertical force, half of the load moves horizontally. When a load is applied beyond the compressive strength, creep phenomenon occurs, causing a gradual deformation rather than an abrupt failure, so rapid collapse can be prevented.
또한 본 발명에서는 폴리우레탄폼의 하중 지지력을 보완하기 위하여 그물망을 단수 또는 복수로 설치할 수 있으며, 더 나아가 하부에 종방향 지지대 및/또는 횡방향 지지대를 설치하여 하중에 대한 지지력을 보완할 수 있다. In addition, in the present invention, in order to supplement the load bearing capacity of the polyurethane foam, the net can be installed singly or in plurality, and furthermore, the bearing capacity for the load can be supplemented by installing a longitudinal support and/or a transverse support in the lower part.
무엇보다도, 폴리우레탄을 사용하는 경우 경제성이 우수하다. 즉, 콘크리트 시공과 비교하여 약 30~60% 정도의 비용으로 시공이 가능하다.Above all, when polyurethane is used, economical efficiency is excellent. That is, it can be constructed at a cost of about 30-60% compared to concrete construction.
한편, 본 발명에서 사용하는 폴리우레탄폼은 경질과 연질을 모두 사용할 수 있다. 경제성을 고려하면 경질과 연질의 폴리우레탄폼을 상호 교대로 뿜칠하거나, 또는 하측에는 연질을 상측에는 경질 폴리우레탄폼을 시공할 수 있다. On the other hand, the polyurethane foam used in the present invention can use both hard and soft. Considering economic feasibility, it is possible to alternately spray hard and soft polyurethane foam, or to construct a soft polyurethane foam on the lower side and a rigid polyurethane foam on the upper side.
미설명한 참조번호 g는 지반을 나타낸다. The unexplained reference number g indicates the ground.
c: 공동, g: 지반
10, 11, 12: 충진부
20, 21, 22: 복토부
31: 종방향 지지대, 32: 횡방향 지지대
40: 그물망
50: 못 c: cavity, g: ground
10, 11, 12: filling part
20, 21, 22: covered part
31: longitudinal support, 32: transverse support
40: net
50: nail
Claims (12)
상기 폴리우레탄폼에 의하여 형성된 충진부 위에 토양을 적층하여 복토부를 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 공동의 바닥으로부터 이격되게 상기 공동을 가로지르는 적어도 하나의 횡방향 지지대를 설치하고, 상기 횡방향 지지대 위에 그물망을 설치한 후, 상기 그물망의 테두리부는 상기 공동의 외부의 지표에 고정시키고, 상기 그물망 위에 상기 충진부를 형성하며,
상기 그물망과 충진부는 상하방향을 따라 상호 교대로 적층하여 다단으로 형성하고, 상기 그물망은 상기 공동에 완전히 삽입되어, 상기 그물망은 공동의 내벽에 고정하며,
상기 횡방향 지지대는 복수 개로 상호 교차하는 방향으로 배치되며, 상기 공동의 바닥 또는 내벽에 지지되며 상하방향으로 배치되는 적어도 하나의 종방향 지지대를 설치하고, 상기 충진부는 상기 종방향 지지대 위에 형성하며,
상기 폴리우레탄폼은 경질 또는 연질을 사용가능하며,경질과 연질의 폴리우레탄폼을 상호 교대로 적층하거나, 또는 연질의 폴리우레탄폼을 먼저 적층한 후 그 위에 경질 폴리우레탄폼을 적층하는 것을 특징으로 하는 소규모 지하공동 보강공법. Filling the cavity by injecting polyurethane foam into the cavity formed underground to expand and harden; and
Including; stacking the soil on the filling part formed by the polyurethane foam to form a covering part;
At least one transverse support traversing the cavity is installed to be spaced apart from the bottom of the cavity, and after installing the mesh on the transverse support, the rim of the mesh is fixed to the surface of the outside of the cavity, the mesh Forming the filling part on top,
The mesh and the filling part are alternately stacked in the vertical direction to form a multi-stage, the mesh is completely inserted into the cavity, and the mesh is fixed to the inner wall of the cavity,
A plurality of the transverse supports are arranged in a mutually intersecting direction, and at least one longitudinal support is supported on the bottom or inner wall of the cavity and disposed in the vertical direction, and the filling part is formed on the longitudinal support,
The polyurethane foam can be used in rigid or flexible, and the rigid and flexible polyurethane foams are alternately laminated, or the flexible polyurethane foam is first laminated, and then the rigid polyurethane foam is laminated thereon, characterized in that A small-scale underground cavity reinforcement method.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AMND | Amendment | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
X091 | Application refused [patent] | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant |