KR102314261B1 - 가변형 회전 날개가 구비된 그라우팅 주입유도관 및 이를 이용한 지반침하 방지용 그라우팅 충전공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변형 회전 날개를 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 제공한다. 본 발명의 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 이용하면 입자상 충전재라 할지라도 충전재의 그라우팅 확산폭을 확장시켜 안식각의 제한 없이 균등한 양과 압력으로 충전할 수 있다. 따라서 본 발명의 가변형 회전 날개를 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 이용하면 충전용 주입공의 간격을 종래의 간격보다 더 넓게 형성할 수 있으며 약한 지반을 가진 공동에서도 침하의 우려 없이 안전하게 그라우팅을 수행할 수 있으므로 그라우팅 시공의 효율성, 경제성 및 안정성을 향상 시키는 효과가 있다.

Description

가변형 회전 날개가 구비된 그라우팅 주입유도관 및 이를 이용한 지반침하 방지용 그라우팅 충전공법{Grouting Inductive Pipe with Variable Rotation Wings And Grouting Method Using It}

본 발명은 가변형 회전 날개가 구비된 그라우팅 주입유도관 및 이를 이용한 지반침하 방지용 그라우팅 충전공법에 관한 것이다.

폐광산이나 자연적으로 발생한 석회석 동굴등은 대규모의 지하공간과 달리 충분한 보강이 이루어지지 않은 상태로 방치되어 지반함몰의 위험이 있다. 상기 지반함몰을 억제하기 위하여 상기 폐광산 및 석회석 동굴의 공동을 충전재로 충전하는 그라우팅 공법이 연구되고 있다. 상기 폐광산이나 석회석 동굴등의 공동을 충전하는 일반적인 그라우팅 공법은 자연유하 및 수압을 기반으로 단순히 공동내 재료를 충전하는 것이 대부분이다. 이러한 기존의 그라우팅 공법은 재료분산을 조절하는 것이 어렵기 때문에 충전효과를 극대화하기 위하여 공동현황, 공동침수여부, 공동 연결성, 지하장애물 배치상태등 공동에 대한 정확한 정보와 물 공급방법, 충전재료, 충전입자 크기 및 충전 시설 설치공간 등에 대하여 충분히 검토되어야 한다.

또한 기존의 그라우팅 공법은 상부에서 주입한 재료가 하부공동으로 낙하하며 이루는 안식각(angle of repose)에 의해서만 충전이 가능하기 때문에 충전을 위해 설치하는 충전공들 사이의 간격이 좁게 시공되어야 하는 특성이 있다. 상기 충전공의 간격을 좁게 시공하게 되면 반복적인 천공작업을 통해 다수의 충전공을 확보하여야 하므로 경제성이 떨어지는 문제점이 있으며 공동크기에 비해 시공간이 협소할 경우 시공이 효율적으로 이루어지지 못하는 문제점이 있었다. 또한 연약한 지반의 경우 반복적인 천공작업으로 인한 지반침하 우려가 있어 천공장치의 사용에 제약이 있는 경우가 있었다.

한국등록특허 10-1148175에는 폐광산의 갱도에 천공을 형성하고 충전물을 주입하여 갱도를 충전하는 장치 및 공법이 기재되어 있다. 충전물이 배출되는 확산부에 확산판 부재를 형성하여 충전물이 안식각 보다 더 넓은 범위에서 충전이 되도록 하였다. 그러나 상기 확산판 부재는 확산부의 넓이만큼만 형성되어 있어 충전범위를 확장하는 데 한계가 있었으며 충전물이 충분히 쌓인 후에는 안식각을 초과하는 충전이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

본 명세서에서 언급된 특허문헌 및 참고문헌은 각각의 문헌이 참조에 의해 개별적이고 명확하게 특정된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 삽입된다.

한국등록특허 10-1148175

본 발명의 목적은 폐광산 또는 석회암 동굴의 채굴적 또는 석회공동을 충전함으로써 지반침하를 방지하는 그라우팅 충전공법에 있어서 충전재를 균등한 양과 압력을 흩어 뿌리는 방법으로 그라우팅 확산폭을 안식각의 제한 없이 확장시켜 시공품질을 향상시키고 경제성을 향상시키는 데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 구체적으로 제시된다.

이를 위하여 본 발명은 가변형 회전 날개를 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 제공한다.

상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관은 상기 지표면에서 공동까지 천공된 주입공을 통해 공동으로 삽입되며, 상기 가변형 회전날개가 공동 내부에서 펼쳐져 회전하면서 주입된 충전재를 타격하여 흩뿌리므로 안식각의 제한 없이 그라우팅 확산폭을 확대시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다음의 단계를 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 이용한 지반침하 방지용 그라우팅 충전공법을 제공한다:

제 1 단계: 지표면으로부터 공동까지 천공하여 주입공을 형성하는 단계;

제 2 단계: 상기 주입공에 케이싱을 설치하는 단계;

제 3 단계: 상기 케이싱이 설치된 주입공에 가변형 회전 날개를 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 삽입하는 단계;

제 4 단계: 상기 공동 내부에서 상기 가변형 회전날개를 펼치고 모터를 이용하여 회전시키는 단계;

제 5 단계: 상기 주입공에 충전재를 주입하는 단계; 및

제 6 단계: 상기 충전재의 주입이 끝나면 상기 가변형 회전날개의 회전을 멈추고 접어 상기 주입공으로부터 상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 제거하는 단계.

본 발명은 가변형 회전 날개를 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 제공한다. 본 발명의 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 이용하면 입자상 충전재라 할지라도 충전재의 그라우팅 확산폭을 확장시켜 안식각의 제한 없이 균등한 양과 압력으로 충전할 수 있다. 따라서 충전용 주입공의 간격을 종래의 간격보다 더 넓게 형성할 수 있으며 약한 지반을 가진 공동에서도 침하의 우려 없이 안전하게 그라우팅 충전을 수행할 수 있으므로 그라우팅 충전 시공의 효율성, 경제성 및 안정성을 향상 시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 가변형 회전 날개를 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 보여주며 연성재질의 금속으로 구성된 가변형 회전 날개가 접혀있는 상태와 펼쳐져 있는 상태를 보여준다.
도 2는 본 발명의 가변형 회전 날개를 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 보여주며 탄성 재질로 구성된 가변형 회전 날개가 접혀있는 상태와 펼쳐져 있는 상태를 보여준다.
도 3은 본 발명의 가변형 회전 날개를 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 보여주며 상기 힌지로 연결된 가변형 회전 날개가 접혀있는 상태와 펼쳐져 있는 상태를 보여준다.
도 4는 본 발명의 가변형 회전 날개가 연성재질의 금속으로 구성된 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 이용한 지반침하 방지용 그라우팅 충전공법을 보여준다.
도 5는 본 발명의 가변형 회전 날개가 탄성재질로 구성된 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 이용한 지반침하 방지용 그라우팅 충전공법을 보여준다.
도 6은 본 발명의 가변형 회전 날개가 힌지로 연결된 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 이용한 지반침하 방지용 그라우팅 충전공법을 보여준다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명은 가변형 회전 날개(11)를 포함하는 공동(空洞) 충전용 그라우팅 주입유도관(10)을 제공한다. 상기 공동(40)은 광산의 채굴적 또는 석회동굴의 석회공동일 수 있으며 최근 도심에 발생하는 싱크홀의 원인인 지하수가 빠져나가 형성된 공동일 수도 있다. 바람직하게는 상기 공동(40)은 광산의 채굴적 또는 석회동굴의 석회공동일 수 있으며 보다 바람직하게는 광산의 채굴적이다.

종래에는 상기 광산의 채굴적으로 인한 지반침하를 방지하기 위하여 채굴적의 상부에 그라우팅 시공을 수행하여 보강하는 공법이 주로 사용되었다. 그러나 상기 채굴적 상부에 대한 보강은 국부적인 보강방법으로 이미 채광이 끝난 광산에 의한 지반침하를 방지하는 방법으로는 한계가 있다. 따라서 상기 채굴적 내부에 직접 충전재를 채워 지반을 보강하는 공법에 대한 수요가 증가하고 있는 추세이다.

본 발명은 상기 채굴적 내부에 그라우팅 방법으로 충전재를 충전하는데 있어서 자유낙하를 이용한 종래의 그라우팅 충전방법이 충전재의 안식각에 의해 제한적으로 사용되는 문제점을 해결하기 위한 것으로 가변형 회전 날개(11)를 포함하는 그라우팅 주입유도관(10)을 공동에 삽입한 후 상기 가변형 회전 날개(11)를 펼쳐 회전시켜 주입되는 충전재(60)를 타격하게 된다. 상기 가변형 회전날개(11)에 의해 타격된 충전재(60)는 안식각과 상관없이 흩어 뿌려지므로 균등한 양과 압력으로 쌓여 지반에 대한 균등한 보강이 가능한 장점이 있다.

본 발명의 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)은 지표면에서 공동(40)까지 천공된 주입공(20)을 통해 공동(40)으로 삽입된다. 종래의 날개가 포함된 그라우팅관은 상기 단단히 고정된 날개가 회전하면서 타공 효율을 향상시키는 용도로만 사용되어 왔다. 이에 반하여 본 발명의 그라우팅 주입유도관(10)은 이미 천공되고 케이싱(21)이 설치된 충전재 주입용 주입공(20)을 통해 지하공동(40)으로 삽입될 뿐 타공을 목적으로 하지 않으며 공동 내부에서 자유낙하 하는 충전재를 타격하여 안식각에 상관없이 균등한 그라우팅을 이루어지도록 하는 차이점이 있다.

본 발명은 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)을 이용한 지반침하 방지용 그라우팅 충전공법을 제공한다. 상기 그라우팅 충전공법은 지표면으로부터 공동(40)까지 천공하여 주입공(20)을 형성하는 제 1 단계; 상기 주입공(20)에 케이싱(21)을 설치하는 제 2 단계; 상기 케이싱(21)이 설치된 주입공(20)에 가변형 회전 날개(11)를 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)을 삽입하는 제 3 단계; 상기 공동(40) 내부에서 상기 가변형 회전날개(11)를 펼치고 모터를 이용하여 회전시키는 제 4 단계; 상기 주입공(20)에 충전재(60)를 주입하는 제 5 단계; 및 상기 충전재(60)의 주입이 끝나면 상기 가변형 회전날개(11)의 회전을 멈추고 접어 상기 주입공(20)으로부터 상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)을 제거하는 제 6 단계를 포함한다.

먼저 보링머신을 이용하여 지표면으로부터 공동(40)까지 이중관을 내관한다. 상기 공동은 광산의 채굴적 또는 석회동굴의 석회공동일 수 있으며 바람직하게는 광산의 채굴적이다.

상기 이중관이 내관되면 착공수를 압송하여 계획된 심도까지 착공하여 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)이 삽입되고 충전재(60)가 주입공(20)을 천공한다. 상기 주입공은 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)이 삽입된 상태를 고려하여 충전재(60)가 자유낙하 하여 주입되는데 문제가 없는 직경이라면 제한 없이 천공 될 수 있다. 바람직하게는 상기 주입공(20)은 상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10) 직경의 3 내지 4배에 해당하는 직경으로 천공하는 것이 좋다. 상기 주입공(20)의 직경이 상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10) 직경의 3배 미만이면 충전재의 주입 속도가 느려질 수 있으며 상기 직경이 4배를 초과하더라도 주입속도는 유사하다.

상기 천공이 완료되면 시공의 안정성을 확보하기 위하여 상기 주임공(20)에 케이싱(21)을 설치한다. 상기 케이싱(21)이 설치된 주입공(20)에 가변형 회전 날개(11)를 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)을 삽입한다. 상기 가변형 회전날개(11)는 펼쳐진 경우 상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10) 직경의 4 내지 10 배에 이르게 된다. 따라서 펼쳐진 상태로는 상기 주입공(20)에 삽입될 수 없다. 그러나 본 발명의 회전날개는 가변형이므로 접힌 상태를 유지하게 되면 주입공(20)의 삽입에 전혀 문제가 없다.

상기 공동(40)으로 삽입된 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)은 지하공동 하부지반(50)까지 삽입한 후 상기 가변형 회전 날개(11)를 펼치게 된다.

본 발명의 가변형 회전날개(11)는 상기 그라우팅 주입유도관(10)의 한쪽 끝부분에 일정 간격을 두고 상기 그라우팅 주입유도관(10)의 길이 방향으로 일정 길이 절개 분리되어 외측으로 확장되게 펼쳐지는 다수의 가변날개로 이루어진 것을 특징으로 한다(도 1 참조).

상세하게는 상기 가변형 회전날개(11)는 상기 그라우팅 주입유도관(10)과 일체형으로 구성되어 한쪽 끝부분이 일정한 간격을 두고 상기 그라우팅 주입유도관(10)의 길이 방향으로 일정 길이만큼 2회 이상 절개 분리되어 2개 이상의 가변날개를 구성하고 상기 가변날개는 상기 절개된 한쪽 끝부분으로 갈수록 그 간격이 벌어져 벌어진 꽃 모양을 하게 된다. 따라서 상기 그라우팅 주입유도관(10)이 공동의 지반하부(50)까지 도달하여 길이방향을 압력을 주게 되면 상기 가변날개가 펼쳐지게 된다. 상기 가변형 회전날개는 연성의 금속재질로 구성 될 수 있다. 따라서 상기와 같이 펼쳐지게 되면 상기 케이싱(21)을 이용한 인발을 하지 않는 한 그 모양이 유지된다.

도 1은 상기 가변형 회전 날개(11)가 연성 재질의 금속으로 구성된 예를 보여주며 상기 가변형 회전 날개(11)가 접힌 상태 또는 펼쳐진 상태인 것을 보여준다. 상기 연성 금속 재질의 가변형 회전 날개(11)는 도 4에서 보는 바와 같이 주입공(20)으로 삽입되어 공동(40)의 하부 지반(50)에 도달한 후 길이 방향으로 힘을 더 가하여 상기 가변형 회전 날개(11)를 펼치게 된다. 상세하게는 상기 가변형 회전 날개(11)는 구부러짐이 용이한 연성 금속 재질로 구성되어 있으며 공동 하부지반(50) 방향으로 약간 펼쳐진 꽃 형상을 하고 있어 공동 하부지반(50)에 접촉하게 되면 상기 날개가 외부로 밀려나 용이하게 펼쳐진다.

상기 공동 하부지반(50)에서 펼쳐진 상기 가변형 회전 날개(11)는 공동(40)의 주입공(20) 입구 근처로 올려진 후 연결된 외부모터에 의해 회전하면서 주입된 충전재(60)를 타격하므로 안식각에 제한 없는 균등한 충전을 수행하게 된다. 상기 충전이 끝나면 상기 펼쳐진 가변형 회전 날개(11)는 지표면 방향으로 올려져 주입공(20)의 케이싱(21)을 통과하게 된다. 이 과정에서 상기 펼쳐진 가변형 날개는 직격이 더 작은 상기 케이싱(21)을 통과하면서 인발되어 처음 주입할 때의 접힌 상태로 전환된다. 상기 케이싱(21)의 좁은 입구는 상기 펼쳐진 연성재질의 금속으로 구성된 상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)의 가변형 회전 날개(11)를 인발하는 역할을 하므로 주입공(20)으로부터 제거된 상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)은 삽입전의 날개가 접힌 상태로서 다음 충전에 바로 사용할 수 있는 상태가 된다.

본 발명의 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)은 한쪽 끝부분에 일정 간격을 두고 상기 그라우팅 주입유도관의 길이 방향으로 일정 길이 절개 분리되어 외측으로 확장되게 펼쳐지는 다수의 가변날개로 구성된 가변형 회전날개(11)의 내측으로 상기 가변날개(11)를 외측으로 확장시키는 확장부(12);와 한쪽 끝부분이 상기 확장부(12)에 연결되고 다른 쪽 끝부분이 상기 그라우팅 주입유도관(10)을 관통하여 상기 그라우팅 주입유도관(10)의 외측으로 노출되는 작동부(13);를 포함하는 날개펼침부를 더 포함할 수 있다(도 2 참조).

도 2는 상기 날개펼침부를 더 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)을 보여주며 상기 기변형 회전 날개(11)가 접힌 상태 또는 펼친 상태인 것을 보여준다.

상기 가변형 회전날개(11)는 상기 그라우팅 주입유도관(10)의 한쪽 끝부분에 일정 간격을 두고 상기 그라우팅 주입유도관(10)의 길이 방향으로 일정 길이 절개 분리되어 외측으로 확장되게 펼쳐지는 다수의 가변날개로 이루어진 것을 특징으로 한다. 상세하게는 상기 가변형 회전날개(11)는 상기 그라우팅 주입유도관(10)과 일체형으로 구성되어 한쪽 끝부분이 일정한 간격을 두고 상기 그라우팅 주입유도관(10)의 길이 방향으로 일정 길이만큼 2회 이상 절개 분리되어 2개 이상의 가변날개를 구성하고 상기 가변날개는 상기 절개된 한쪽 끝부분으로 갈수록 그 간격이 벌어져 벌어진 꽃 모양을 하게 된다. 상기 가변날개는 탄성재질로 구성되며 절개되어 벌어진 가변날개의 내측에는 확장부(12)가 위치하고 상기 확장부(12)는 상기 그라우팅 주입유도관(10)을 관통하여 외부로 노출되는 작동부와 연결된다. 상기 작동부(13)가 당겨지면 상기 확장부(12)가 상기 가변날개 내측으로 파고들어 상기 가변날개를 펼치게 된다. 상기 작동부(13)는 당겨진 상태에서 이동을 제한할 수 있는 고정장치에 의해 고정되어 상기 가변날개가 펼쳐진 상태를 유지하게 할 수 있으며 상기 고정장치를 해제하면 상기 확장부(12)가 상기 가변날개의 탄성에 의해 상기 가변날개의 일단으로 복귀하게 되어 다시 접힌 상태로 돌아가게 된다.

따라서 상기 날개펼침부를 더 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)은 그라우팅 주입유도관(10)이 공동의 지반하부(50)까지 도달하여 길이방향을 압력을 주게 되면 상기 가변날개가 펼칠 필요 없이 공도 내부에서 상기 가변형 회전날개를 펼친 후 충전이 가능한 장점이 있다. 상기 날개펼침부를 더 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)은 공동의 깊이가 깊어 공동 하부 지반(50)에 도달하는데 어려움이 있거나 상기 공동 하부 지반이 고르지 않아 압력에 의해 가변형 회전 날개를 펼치기 어려운 경우에 유용하게 사용할 수 있다.

상기 확장부(12)는 상기 작동부(13)의 동작에 의해 상기 가변날개 내부로 자연스럽게 파고들 수 있도록 마름모꼴 또는 물방울 모양일 수 있으며 상기 확장부(12)의 상부가 상기 가변날개의 끝단과 접하게 된다. 또한 상기 확장부(12)는 직경이 상기 가변날개의 직경보다 커 상기 케이싱(21)에 주입시 마찰을 최소화 할 수 있다.

상기 작동부(13)는 상기 확장부(12)에 연결되어 상기 가변날개의 탄성을 극복하여 지표면으로 끌어올릴 수 있는 수준의 인장강도를 가진 재질이면 제한 없이 사용할 수 있으며 상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)의 외부에 상기 작동부(13)를 고정시킬 수 있는 고정장치를 더 추가할 수 있다.

상기 가변형 회전 날개(11)의 탄성 재질은 금속재질, 플라스틱 재질 또는 목재 재질일 수 있으며 원형을 회복하려는 탄성을 가져 외부의 힘이 사라지게 되면 형상복구가 가능하며 충전재 타격시 파손되지 않는 강도의 재질이면 제한 없이 사용될 수 있다.

도 5에서 보는 바와 같이 상기 탄성재질로 형성된 가변형 회전 날개(11)는 상기 주입공(20)에 삽입되어 지하공동(40)으로 진입한 후 상기 작동부(13)를 지표면 방향으로 당겨 올린다. 상기 올려진 확장부(12)는 상기 가변날개를 펼치게 되고 이때 상기 작동부(13)는 고정되어 펼쳐진 상태를 유지하게 된다. 상기 펼쳐진 가변형 회전 날개(11)는 외부모터에 의해 회전하면서 주입된 충전재(60)를 타격하여 균등한 충전이 수행되도록 한다.

상기 충전이 완료되면 상기 작동부(13)의 고정이 해제되고 상기 확장부(12)는 당겨 올려짐이 해제되어 상기 가변형 회전 날개(11)의 탄성에 의해 자연스럽게 접히게 된다. 상기 날개가 접힌 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)은 주입공(20)으로부터 제거되어 다음 충전에 바로 사용할 수 있는 상태가 된다.

본 발명의 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)은 상기 가변형 회전 날개(11)에 상기 그라우팅 주입유도관(10)의 한쪽 끝부분에 힌지(11c)를 통해 접힘 및 펼침 가능하게 연결되는 가변날개인 것을 특징으로 하며 상기 가변날개는 다수로 형성되고 상기 가변날개를 접힘 및 펼침이 가능하도록 작동시키는 확장부(12)를 더 구비한다(도 3 참조).

상세하게는 상기 가변날개는 한쪽 끝부분이 상기 그라우팅 주입유도관(10)과 힌지(11c)를 통해 연결되고 다른 끝부분이 제 2 가변날개(11b)와 힌지(11c)를 통해 연결되는 제 1 가변날개(11a);와 한쪽 끝부분이 상기 제 1 가변날개(11a)의 다른 쪽 끝부분과 힌지(11c)를 통해 연결되고 다른 끝부분이 상기 확장부(12)의 한쪽 끝부분과 힌지(11c)를 통해 연결되는 제 2 가변날개(11b);를 포함하며, 상기 확장부(12)는 한쪽 끝부분이 상기 제 2 가변날개(12)의 다른 쪽 끝부분과 힌지(11c)를 통해 연결되며 상기 그라우팅 주입유도관(10)을 관통하여 다른 쪽 끝부분이 상기 그라우팅 주입유도관(10)의 외측으로 노출된다(도 3 참조).

도 3은 가변형 회전 날개(11)가 다수의 힌지(11c)로 연결되어 중앙 부위의 접힘이 가능한 구조로 형성된 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)을 보여준다. 상세하게는 상기 힌지형의 가변형 회전 날개(11)는 제 1 가변 날개(11a)와 제 2 가변 날개(11b)로 구성될 수 있다. 상기 제 1 가변 날개(11a)는 한쪽 끝부분이 상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)과 힌지(11c)를 매개로 연결되며 다른 쪽 끝부분은 상기 제 2 가변 날개(11b)와 힌지(11c)를 매개로 연결된다. 또한 상기 제 1 가변 날개(11a)과 접하지 않은 상기 제 2 가변 날개(11b)의 다른 쪽 끝부분 즉, 상기 지하공동(40) 방향의 끝부분은 힌지(11c)를 매개로 상기 확장부(12)와 접하게 된다. 그리고 상기 확장부(12)는 상기 그라우팅 주입유도관(10)을 관통하여 외부로 노출된다.

따라서 상기 확장부(12)가 지표면 방향으로 당겨지면 우산이 펴지듯이 상기 제 1 가변날개(11a)와 제 2 가변 날개(11b)가 접혀 서로 접하게 되므로 펼쳐진 상태의 가변형 회전 날개(11)가 된다. 상기 가변형 회전 날개(11)가 펼쳐지면 제 1 가변날개(11a)는 지표면 방향을 향하도록 펼쳐져 주입공(20)을 통해 주입된 충전재(60)를 타격하게 되고 상기 제 2 가변날개(11b)는 지하공동 하부지반(50) 방향으로 펼쳐지게 된다.

상기 확장부(12)는 상기 그라우팅 주입유도관(10)의 지표면 방향으로 당겨진 후 추가적인 고정장치를 통하여 상기 가변형 회전 날개(11)가 펼쳐진 상태로 유지되도록 할 수 있다. 또한 상기 확장부(12)는 연성이 없는 재질로 제조하여 우산을 펴고 접듯이 상기 가변형 회전 날개(11)를 필요에 따라 펼치거나 접을 수 있다.

도 6은 상기 가변형 회전 날개(11)가 다수의 힌지(11c)로 연결되어 중앙 부위의 접힘이 가능한 구조로 형성된 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)을 이용한 충전공법을 보여준다. 먼저 상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)을 주입공으로 삽입한 후 상기 확장부(12)를 지표면방향을 당겨 상기 가변형 회전 날개(11)를 펼친다. 상기 당겨지 확장부(12)는 추가적인 고정장치를 통해 고정되고 이는 상기 가변형 회전날개(11)가 펼쳐진 상태로 유지되도록 하게 된다. 상기 가변날개가 펼쳐진 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)은 외부모터에 의해 회전하게 되고 주입공(20)을 통해 주입한 충전재(60)는 상기 가변날개에 의해 타격되어 안식각에 제한없는 균등한 충전이 이루어진다. 상기 충전재(60)의 충전이 끝나면 상기 가변형 회전 날개(11)의 회전이 멈추게 되고 상기 확장부(12)의 당겨짐은 해제되어 상기 그라우팅 주입유도관(10)이 지표면 방향으로 올려지게 된다. 이때 주입공(20)의 좁은 입구가 상기 펼쳐진 가변형 회전 날개(11)를 접는 저항의 역할을 하게 되므로 주입공(20)으로부터 제거된 상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)은 삽입전의 날개가 접힌 상태로 되어 다음 충전에 바로 사용할 수 있는 상태가 될 수 있다. 또한 상기 확장부(12)가 연성이 없는 막대형상으로 제조된 경우 상기 그라우팅 주입유도관(10)의 제거시 상기 확장부(12)를 상기 지하공동 하부지반(50) 방향으로 밀어 우산을 접듯이 상기 가변형 회전 날개(11)를 먼저 접은 후 상기 주입공(20)으로부터 제거하는 것도 가능하다.

본 발명의 충전재(60)는 입자상의 충전재이며 흙, 모래, 콘크리트, 골재 또는 이들 혼합물일 수 있다. 상기 입자상의 충전재는 안식각(angle of repose)에 의해 입자가 사면에 안정적으로 머무를 수 있는 충전재로서 사면으로부터 흘러내리는 모르타르와 같은 반고체상의 충전재와 대비된다. 본 발명은 가변형 회전 날개(11)가 상기 충전재(60)를 타격하여 흩뿌리므로 상기 안식각에 상관없이 균등한 충전이 가능한 장점이 있다. 종래의 그라우팅 방법으로 입자상의 충전재를 충전하게 되면 안식각에 의해 충전이 불균등하게 되고 사면에 머무르는 충전재(60)가 쌓여 주입공(20)을 막게 되므로 좁은 간격으로 추가적인 주입공(20)을 더 천공하여 추가적인 충전을 실시하여야만 했다. 그러나 본 발명은 안식각에 상관없이 입자상의 충전재(60)를 균등하게 충전할 수 있으므로 보다 넓은 간격으로 주입공(20)을 천공하는 것이 가능하며 흩뿌려진 충전재(60)가 균등하게 충전되어 골고루 하중을 가하게 되므로 하부 지반구조가 약한 지하공동에도 충분히 적용 가능한 장점이 있다.

상기 충전이 완료되어 공동 충전용 그라우팅 주입유도관(10)이 제거된 주입공(20)은 추가적으로 천공수를 흘려주어 내부를 청소한 후 다음 충전 장소로 이동 할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10: 그라우팅 주입유도관 11: 가변형 회전날개
11a: 제 1 가변 날개 11b: 제 2 가변 날개
11c: 힌지 12: 확장부
13. 작동부 20: 주입공
21: 케이싱 30: 공동 상부지반
40: 공동 50: 공동 하부 지반
60: 충전재

Claims (11)

1. 가변형 회전 날개를 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관으로서,
   상기 가변형 회전날개는 공동에 삽입된 후 펼쳐져 모터에 의해 회전 구동하면서 회전시 타격하여 균등한 충전이 가능한 입자상의 충전재를 타격하여 흩어 뿌리므로 안식각의 제한 없이 그라우팅 확산폭을 확대시키며 상기 그라우팅 주입유도관의 한쪽 끝부분에 일정 간격을 두고 상기 그라우팅 주입유도관의 길이 방향으로 일정 길이 절개 분리되어 외측으로 확장되게 펼쳐지는 다수의 가변날개로 이루어진 것을 특징하며,
   상기 다수의 가변날개의 내측에는 상기 가변날개를 외측으로 확장시키는 확장부;와 한쪽 끝부분이 상기 확장부에 연결되고 다른 쪽 끝부분이 상기 그라우팅 주입유도관을 관통하여 상기 그라우팅 주입유도관의 외측으로 노출되는 작동부;를 포함하는 날개펼침부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관.
   
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4. 제 1 항에 있어서, 상기 가변형 회전날개는 상기 그라우팅 주입유도관의 한쪽끝부분에 힌지를 통해 접힘 및 펼침 가능하게 연결되는 다수의 가변날개인 것을 특징으로 하며 상기 가변날개를 접힘 및 펼침이 가능하도록 작동시키는 확장부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 가변날개는
   한쪽 끝부분이 상기 그라우팅 주입유도관과 힌지를 통해 연결되고 다른 끝부분이 제 2 가변날개와 힌지를 통해 연결되는 제 1 가변날개;와
   한쪽 끝부분이 상기 제 1 가변날개의 다른 쪽 끝부분과 힌지를 통해 연결되고 다른 끝부분이 상기 확장부의 한쪽 끝부분과 힌지를 통해 연결되는 제 2 가변날개;를 포함하며,
   상기 확장부는 한쪽 끝부분이 상기 제 2 가변날개의 다른 쪽 끝부분과 힌지를 통해 연결되며 상기 그라우팅 주입유도관을 관통하여 다른 쪽 끝부분이 상기 그라우팅 주입유도관의 외측으로 노출되는 것을 특징으로 하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관.
   
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7. 제 1 항에 있어서, 상기 공동은 광산의 채굴적 또는 석회동굴의 석회공동인 것을 특징으로 하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관.
   
8. 제 1 항에 있어서, 상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관은 지표면에서 공동까지 천공된 주입공을 통해 공동으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관.
   
9. 지표면으로부터 공동까지 천공하여 주입공을 형성하는 제 1 단계;
   상기 주입공에 케이싱을 설치하는 제 2 단계;
   상기 케이싱이 설치된 주입공에 가변형 회전 날개를 포함하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 삽입하는 제 3 단계;
   상기 공동 내부에서 상기 가변형 회전날개를 펼치고 모터를 이용하여 회전시키는 제 4 단계;
   상기 주입공에 입자상의 충전재를 주입하는 제 5 단계; 및
   상기 입자상 충전재의 주입이 끝나면 상기 가변형 회전날개의 회전을 멈추고 접어 상기 주입공으로부터 상기 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 제거하는 제 6 단계;
   를 포함하며 상기 공동 충전용 그라우팅 주입관은 상기 공동내에서 펼쳐진 가변형 회전날개가 모터에 의해 회전 구동하면서 회전시 타격하여 균등한 충전이 가능한 입자상 충전재를 타격하여 흩어 뿌리므로 안식각의 제한 없이 충전범위를 확대시키는 것을 특징으로 하는 공동 충전용 그라우팅 주입유도관을 이용한 지반침하 방지용 그라우팅 충전공법.
   
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