KR102367730B1 - 일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법 - Google Patents

일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 터널 굴착 단면의 전방으로 강관을 삽입하고, 그라우트를 주입하는 강관보강 그라우팅공법에 있어서, 가) 지반을 천공하여 천공홀(2)을 형성하는 단계; 나) 상기 천공홀(2) 내부에 강관(1)을 삽입하는 단계; 다) 상기 강관(1) 내부에 복수 개의 주입호스를 삽입하는 단계; 라) 상기 복수 개의 주입호스에 그라우트를 주입하는 단계를 포함하되, 상기 천공홀(2)의 길이(D)보다 상기 강관(1)의 길이(L)가 짧은 것을 특징으로 하는 일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법에 관한 것이다.

Description

일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법{Integrated cap caulking simultaneous injection steel pipe reinforcement grouting method in tunnel construction}
본 발명은, 터널시공에 적용되는 고성능 동시주입을 이용한 강관 그라우팅에 의한 터널보강공법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 천공홀보다 길이가 짧은 강관을 설치하여 캡을 사용할 필요가 없고, 코킹 작업을 쉽게 할 수 있으며, 견고하게 코킹을 형성할 수 있는 일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법에 관한 것이다.
터널보강공법 중 하나인 강관다단 그라우팅 공법은 소구경 파이프 루프(Pipe Roof)공법에서 발전된 것으로, 일반적으로 지반조건이 열악한 토사나 풍화 및 절리가 발달한 연약한 암반, 충적토층, 파쇄대 등에서 터널을 시공할 때 터널의 안정성 증대와 인접 구조물의 손상방지를 위해 적용하는 보조공법이다.
강관다단 그라우팅 공법은 굴착대상 터널 주변지반의 응력 및 변형상태를 안정한 상태로 변화시켜 터널의 안정성을 유지하기 위해 사용되는데, 지반과 강관이 일체가 되게 함으로써 강관의 보작용을 유발하여 아칭효과를 향상시켜 지반보강효과와 그라우팅에 의한 차수효과를 동시에 얻는 방법이다.
강관다단 그라우팅 공법의 기본원리는 터널굴착 전에 강관을 적절한 형상으로 배열, 설치하고 그 강관의 내부에 그라우트를 주입함으로써 지반의 고결에 의해 강관과 지반을 일체로 만드는 것이다.
도 1 내지 도 5에는 종래의 강관다단 그라우팅에 의한 터널보강공법이 도시되어 있다.
도 1은 굴착 터널의 정면을 도시한 것인데, 도 1에 도시된 것과 같이, 굴착 단면의 형상에 맞도록 천공홀을 형성하고, 천공홀 내부에 강관(1)을 설치하며, 상기 강관(1)의 내부에 그라우트(4)를 압력 주입하게 된다. 상기 강관에는 그라우트가 토출되는 토출구가 다수 형성되어 있어 압력 주입된 그라우트는 토출구를 통해 강관 주변으로 충전된다.
도 2에는 이동식 패커를 사용한 종래의 강관다단 그라우팅 공법을 설명하는 단면도가 도시되어 있다. 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 천공홀 내부에 강관이 설치되고, 강관 내부에는 주입호스와 이동식 패커를 삽입하며, 강관의 외면 둘레와 천공홀 입구 사이의 공간에는 코킹을 형성하여 그라우트의 유출을 방지하고, 강관의 입구에는 캡을 씌우게 된다.
이후 강관의 가장 안쪽 구간에 그라우트를 먼저 주입시키고, 단계적으로 이동식 패커를 바깥쪽으로 이동시키면서 두 번째 구간, 세 번째 구간, 네 번째 구간에 대해 순차적으로 그라우트를 주입하는 방식이다. 그러나 이와 같은 종래의 방식은 다음과 같은 문제가 있었다.
첫째, 천공홀 입구와 강관 외면 사이의 좁은 틈에 코킹재를 충전하여야 하므로 코킹 작업이 어려웠고, 경우에 따라 손이나 도구를 사용하여 억지로 밀어 넣어야 하므로 충전 작업 시간이 많이 소요되었다.
둘째, 코킹이 좁은 틈에 형성되기 때문에, 강관 외면 둘레를 따라 얇게 형성될 수 밖에 없고, 코킹의 두께(천공홀의 길이방향 두께)도 짧게 할 수 밖에 없어, 코킹이 견고하게 형성되지 못하여 강관이 밖으로 밀려 나오거나, 굳지 않은 그라우트가 밖으로 흘러나오는 문제가 있었다.
셋째, 강관 내부로 그라우트를 주입하고, 그라우트가 흘러나오는 것을 방지하기 위해 강관 입구에 캡을 씌워야 하므로, 캡을 씌우고, 그라우팅 작업 후 캡을 수거하는 작업에 시간, 비용, 노동력이 소요되었다.
넷째, 도 3, 4에 도시된 것과 같이 강관은 상향으로 일정각도(θ=5~20도) 기울어지게 설치되는데, 강관일단부(101)가 굴착면(5)보다 밖으로 돌출될 수 밖에 없어, 굴착면에 맞게 터널을 굴착한 후에는 강관일단부(101)를 절단하여 제거해야 했다. 강관일단부의 절단은 산소 절단기 또는 산소 용접기를 사용하여 진행되는데, 제거 대상이 되는 강관의 수가 워낙 많아 비용과 시간이 많이 소요되었고, 버려지는 강관에 의한 재료낭비가 컸으며, 절단 작업시 안전사고의 위험이 상존하였다.
다섯째, 패커 이동시 급결재를 사용하기 때문에 첫 번째 구간에 대해 그라우트를 주입하고 두 번째 구간에 그라우트를 주입하는 과정 중에 강관에 형성된 토출구가 막혀 버리는 문제가 발생하게 되고, 두 번째 구간에 대해 그라우트를 주입하면 주변 지반으로 그라우트가 침투하지 못하는 주입 사각지대가 발생하는 문제가 있었고, 이러한 현상은 세 번째 구간 및 네 번째 구간에 그라우트를 주입하는 과정 중에도 동일하게 나타났다.
도 5에는 종래의 방식에 의해 그라우트 주입이 완료된 모습이 나타나 있는데, 도 5에 도시된 것과 같이 각 주입구간들 사이에 주입 사각지대가 발생하게 되고, 결국 터널 상부에 구조적 취약부가 발생하게 되는 문제가 있었다. 아울러, 종래의 이동식 패커에 의한 주입방식은 구간별로 패커를 이동시키면서 작업해야 하기 때문에 강관 하나에 그라우트를 주입하는 시간이 많이 소요되는 문제가 있었다.
따라서 코킹 작업을 쉽게 하면서 견고한 코킹을 형성할 수 있고, 작업 공정을 단순화하면서도 터널보강 품질을 확보할 수 있는 터널보강공법의 개발이 요구되었다.
등록특허공보 10-2079762호
본 발명은, 위와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위해, 코킹 작업을 쉽게 할 수 있으면서 견고하게 하여 강관이 밀려 나오거나 그라우트가 흘러나오는 것을 방지할 수 있는 일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 강관 입구에 캡을 씌우는 작업을 하지 않고도 그라우트 작업을 할 수 있는 일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 천공홀의 길이보다 강관의 길이를 짧게 함으로써 굴착 후 강관일단부를 절단할 필요가 없는 일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 공정이 쉽고 간편하게 이루어지면서 주변 지반으로의 그라우팅이 균일하고 충실하게 이루어질 수 있어 시공품질이 높은 일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는, 터널 굴착 단면의 전방으로 강관을 삽입하고, 그라우트를 주입하는 강관보강 그라우팅공법에 있어서, 가) 지반을 천공하여 천공홀(2)을 형성하는 단계; 나) 상기 천공홀(2) 내부에 강관(1)을 삽입하는 단계; 다) 상기 강관(1) 내부에 복수 개의 주입호스를 삽입하는 단계; 다-1) 상기 천공홀(2)의 입구에 코킹(3)을 형성하되, 상기 코킹(3)에 상기 복수 개의 주입호스가 관통되도록 형성하는 단계; 라) 상기 복수 개의 주입호스에 그라우트를 주입하는 단계를 포함하되, 상기 천공홀(2)의 길이(D)보다 상기 강관(1)의 길이(L)가 짧고, 상기 천공홀(2) 내부에 상기 강관(1)을 삽입하였을 때, 상기 강관(1)의 타단(103)이 천공홀(2)의 안쪽 끝에 닿고, 상기 강관(1)의 일단(102)은 굴착면(5) 외부로 돌출되지 않도록 구비하며, 상기 강관(1)의 일단(102)에는 캡을 구비하지 않고, 상기 다-1)단계는, 코킹칸막이(301)를 설치한 후 진행되고, 상기 코킹칸막이(301)와 상기 강관(1)의 일단(102)이 맞닿아 있으며, 상기 코킹칸막이(301)는 상기 천공홀(2)의 형상과 크기에 맞는 판(plate) 형태로 구비되고, 상기 코킹칸막이(301)에는 복수 개의 주입호스가 통과할 수 있는 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법을 제공한다.
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상기 코킹(3)이, 상기 천공홀(2)의 입구에서 상기 코킹칸막이(301) 사이 공간의 전부 또는 일부를 차폐하는 것을 특징으로 한다.
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상기 복수 개의 주입호스는 서로 길이가 다르고, 상기 복수 개의 주입호스 중 가장 길이가 짧은 주입호스를 제외한 나머지 주입호스에는 패커주입공이 형성되며, 상기 패커주입공이 형성된 위치에는 각각 패커가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수 개의 주입호스 중 가장 길이가 짧은 주입호스를 제외한 나머지 주입호스의 끝에는 임시마개(31)가 끼워지고, 상기 패커주입공이 형성된 위치에는 탄성밴드(33)에 의해 역류방지판(32)이 구비되며, 길이가 가장 짧은 주입호스를 제외한 나머지 주입호스에 그라우트를 주입하면, 주입호스를 통해 공급된 그라우트가 패커에 먼저 채워져 패커가 팽창하여 강관(1) 내부에 밀착함으로써 강관(1) 내부를 복수의 구간으로 구획하고, 상기 그라우트는, 패커가 팽창하여 강관(1) 내부에 밀착한 후, 상기 임시마개(31)를 밀어내고 상기 복수의 구간에 채워지는 것을 특징으로 한다.
상기 주입호스는, 길이가 가장 긴 제1주입호스(11); 두 번째로 긴 제2주입호스(12); 세 번째로 긴 제3주입호스(13); 가장 짧은 제4주입호스(14)로 이루어지고, 상기 제1주입호스(11), 제2주입호스(12), 제3주입호스(13)에는 각각 제1패커주입공(111), 제2패커주입공(121), 제3패커주입공(131)이 형성되며, 상기 제1패커주입공(111)이 형성된 위치의 제1주입호스(11) 외부로 제1패커(21)가 구비되고, 상기 제2패커주입공(121)이 형성된 위치의 제2주입호스(12) 외부로 제2패커(22)가 구비되고, 상기 제3패커주입공(131)이 형성된 위치의 제3주입호스(13) 외부로 제3패커(23)가 구비되며, 상기 제1주입호스(11), 제2주입호스(12) 및 제3주입호스(13)의 끝에 임시마개(31)가 끼워지고, 상기 제1패커주입공(111), 제2패커주입공(121) 및 제3패커주입공(131)이 형성된 위치에는 탄성밴드(33)에 의해 역류방지판(32)이 구비되며, 상기 제1주입호스(11), 제2주입호스(12) 및 제3주입호스(13)에 그라우트를 주입하면, 공급된 그라우트가 각각 상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)에 먼저 채워져 상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)가 팽창하여 강관(1) 내부에 밀착함으로써 강관(1) 내부를 복수의 구간으로 구획하되, 상기 복수의 구간은, 강관의 가장 안쪽에 위치하는 제1구간(51); 두 번째로 강관의 안쪽에 위치하는 제2구간(52); 강관의 가장 바깥쪽에 위치하는 제4구간(54); 상기 제2구간(52)과 제4구간(54) 사이에 위치하는 제3구간(53)으로 이루어지고, 상기 그라우트에 의해 상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)가 먼저 채워진 후, 상기 제1구간(51), 제2구간(52), 제3구간(53) 및 제4구간(54)에 채워지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 발명 전체 공정을 볼 때 본 발명은, 코킹 작업이 쉽고 간편하다는 점, 캡 작업이 필요 없다는 점, 강관일단부의 절단 작업이 필요 없다는 점, 그라우트 주입시 동시 주입이 가능하다는 점 등에 의해 시공이 쉽고 간단하며, 공기가 획기적으로 줄어들고, 공사비용을 절감할 수 있으며, 시공품질 또한 우수하다.
둘째, 종래의 코킹은 천공홀의 내면과 강관의 외면 사이 좁은 공간에 형성되어 문제가 있었던 반면, 본 발명의 코킹은 천공홀의 단면 전체에 코킹을 형성할 수 있어 작업이 쉽고 간편하며, 코킹의 두께(천공홀의 길이방향 두께)도 충분히 두껍게 할 수 있어, 강관을 견고하게 고정시킬 수 있고, 그라우트가 흘러 나오는 것을 방지할 수 있다.
셋째, 강관 입구에 캡을 씌우고, 제거하는 작업이 생략되므로, 캡 자재의 구입비용 뿐만 아니라, 캡을 씌우고, 수거하는 작업에 필요한 시간, 비용, 노동력을 절약할 수 있다.
넷째, 본 발명의 강관은 천공홀의 길이보다 짧게 구비되고, 강관일단부가 굴착면 밖으로 돌출되지 않아, 굴착 후 강관을 절단할 필요가 없다. 따라서 절단에 필요한 시간, 비용, 노동력이 절감되고, 강관의 자재 비용을 줄일 수 있으며, 절단에 따른 막장 안전사고의 위험을 원천적으로 차단할 수 있다.
다섯째, 복수 개의 패커를 먼저 확장시켜 강관 내부에 밀착시킨 후, 확장된 패커에 의해 구분된 복수개의 구간에 그라우트를 주입하게 되므로, 강관의 토출구가 막히는 일이 없이 주변지반으로 그라우트가 고르게 침투할 수 있다.
여섯째, 패커가 결합된 복수 개의 주입호스를 강관 내부에 삽입한 후, 복수 개의 패커와 복수 개의 구간에 대해 동시 주입이 가능하므로 시공시간이 대폭 단축된다.
도 1 내지 5는 종래의 공법을 설명하는 것이다.
도 6은 본 발명을 적용한 공정에서의 천공홀 입구 단면도이다.
도 7은 본 발명을 적용한 공정에서 천공홀에 강관, 주입호스, 코킹 등이 설치된 단면도이다.
도 8은 제1구간의 확대도 이다.
도 9는 제2, 3구간의 확대도이다.
도 10은 주입호스 말단의 확대도이다.
도 11은 주입호스에 구비되는 역류방지판의 확대도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법은, 터널 굴착 단면의 전방으로 강관을 삽입하고, 강관의 내부에 그라우트를 주입하여 주변 지반으로 그라우트가 침투되어 고결되도록 하는 강관 그라우팅공법을 적용한다.
먼저, 지반을 천공하여 천공홀(2)을 형성한다. 천공홀은 굴착 예정 지반의 천정부에 일정 각도 상향(수평선에 대해 5~20도)으로 형성한다.
필요한 각도와 크기의 천공홀이 형성되면, 상기 천공홀(2) 내부에 강관(1)을 삽입한다.
이때, 상기 천공홀(2)의 길이(D)보다 상기 강관(1)의 길이(L)가 짧도록 형성하고(도 7 참조), 상기 천공홀(2) 내부에 상기 강관(1)을 삽입하였을 때, 상기 강관(1)의 타단(103)(강관의 타단은 천공홀 안쪽으로 삽입되는 부분의 강관 끝을 말하고, 강관의 일단은 천공홀 입구 쪽에 있는 강관 끝을 말한다. 이하 같다)이 천공홀(2)의 안쪽 끝에 닿도록 밀어 넣으면, 상기 강관(1)의 일단(102)이 천공홀 밖으로 돌출되지 않는다.
바람직하게는 상기 강관(1)의 일단(102)이, 이후 굴착되어 형성되는 굴착면(5) 외부로 돌출되지 않도록 강관의 길이를 정하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 굴착 후 강관의 일부를 절단할 필요가 없게 되고, 강관 절단에 따르는 문제점들을 일거에 해소할 수 있게 되며, 충분한 코킹 두께를 확보할 수 있게 된다.
강관을 삽입한 후에는 상기 강관(1) 내부에 복수 개의 주입호스를 삽입한다. 상기 복수 개의 주입호스에는 패커, 임시마개 등이 구비될 수 있는데 자세한 실시예에 대해서는 뒤에서 설명한다.
본 발명에서는, 천공홀(2)의 길이(D)보다 상기 강관(1)의 길이(L)가 짧기 때문에, 상기 강관(1)의 일단(102)이 천공홀 내부에 위치하게 되고, 종래에는 강관(1)의 일단(102)에 캡을 결합하였으나, 본 발명에서는 캡을 결합할 필요가 없다는 점에서 2개의 작업공정(캡 결합, 캡 분리 및 수거)이 생략될 수 있어 시간과 비용면에서 탁월한 효과를 발휘하게 된다.
강관 내부에 복수 개의 주입호스를 삽입한 후에는 천공홀(2)의 입구에 코킹(3)을 형성하여 밀봉하게 된다. 코킹을 형성할 때에는 상기 코킹(3)에 상기 복수 개의 주입호스가 관통되도록 한다. 그리고, 코킹의 안쪽 벽을 형성해주기 위해, 코킹의 안쪽에 미리 코킹칸막이(301)를 설치한 후 진행될 수 있다. 코킹칸막이(301)는 천공홀의 형상과 크기에 맞는 판(plate) 형태로 제작할 수 있고, 코킹간막이에는 복수 개의 주입호스가 통과할 수 있는 구멍이 형성되어 있다.
이처럼 본 발명의 코킹은 천공홀의 단면 전체를 덮도록 형성할 수 있어 작업이 쉽고 간편하며, 코킹의 두께(천공홀의 길이방향 두께)도 충분하게 할 수 있어(예를 들어, 천공홀의 길이를 13m로 하고, 강관의 길이를 12m로 할 경우, 최대 1m 길이로 코킹을 형성할 수 있다), 강관을 견고하게 고정시킬 수 있고, 완전한 밀봉이 가능해진다.
상기 코킹칸막이(301)는 상기 강관(1)의 일단(102)과 맞닿도록 구비할 수도 있고, 상기 강관(1)의 일단(102)으로부터 일정 거리 이격되어 구비할 수도 있다(도 7에는 일정거리 이격된 실시예가 도시되어 있다).
상기 코킹(3)은, 상기 천공홀(2)의 입구에서 상기 강관(1)의 일단(102) 사이 공간의 전부를 차폐하도록 형성할 수도 있고, 일부를 차폐하도록 형성할 수도 있다.
상기 코킹(3)이, 상기 천공홀(2)의 입구에서 상기 강관(1)의 일단(102) 사이 공간의 전부를 차폐하도록 형성하는 경우에는, 상기 코킹칸막이(301)가 상기 강관(1)의 일단(102)과 맞닿도록 구비할 수 있다.
그리고, 상기 코킹(3)이, 상기 천공홀(2)의 입구에서 상기 강관(1)의 일단(102) 사이 공간의 일부를 차폐하도록 형성하는 경우에는, 상기 코킹칸막이(301)가 상기 강관(1)의 일단(102)으로부터 일정 거리 이격되도록 구비할 수 있다.
아울러, 위에서는 코킹이 천공홀의 입구에서 출발하는 것으로 설명하였으나, 코킹은 천공홀의 입구보다 밖으로 돌출될 수도 있고, 천공홀의 입구보다 안쪽으로 오목하게 형성될 수도 있다.
위에서 설명한 것과 같이 본 발명은 별도의 캡 작업이 필요 없고, 코킹에 의해 캡의 기능을 함께 확보할 수 있다는 장점이 있어, 본 발명의 공법을 ‘일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법’(Integrated cap caulking simultaneous injection steel pipe reinforcement grouting method in tunnel construction; ISG)으로 명명하였다.
코킹 형성 후 경화가 된 후에는 상기 복수 개의 주입호스에 그라우트를 주입한다.
본 발명에서 그라우트 주입은 고성능 동시주입에 의한 강관 그라우팅 방법을 적용할 수 있다.
강관을 복수 개의 구간으로 나누어 주입하는데, 도 7 내지 도 11에는 패커 3개, 주입호스 4개로 하여 구간을 4개로 나눈 실시예가 도시되어 있다.
도 7 내지 도 11에 도시된 실시예는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 하나의 예시이고, 본 발명의 기술적 사상이 위와 같은 실시예에 한정되지는 않는다.
즉, 패커 3개, 주입호스 4개, 구간 4개 보다 더 적게 적용할 수도 있고, 더 많게 적용할 수도 있다.
도 7에는 강관(1)의 내부에 제1주입호스(11), 제2주입호스(12), 제3주입호스(13), 제4주입호스(14)가 삽입되어 있는데, 도 7에 도시되어 있는 것과 같이 제1주입호스(11)가 가장 길고, 그 다음 제2주입호스(12)가 길며, 그 다음 제3주입호스(13)가 길고, 제4주입호스(14)가 가장 짧다.
여기서 상기 제1주입호스(11), 제2주입호스(12), 제3주입호스(13)에는 각각 제1패커주입공(111), 제2패커주입공(121), 제3패커주입공(131)이 형성되어 있다(도 8, 9 참조).
상기 제1패커주입공(111)이 형성된 제1주입호스(11) 외부로 제1패커(21)가 둘러싸고, 상기 제2패커주입공(121)이 형성된 제2주입호스(12) 외부로 제2패커(22)가 둘러싸며, 상기 제3패커주입공(131)이 형성된 제3주입호스(13) 외부로 제3패커(23)가 둘러싸고 있다.
가장 짧은 제4주입호스(14)에는 패커주입공과 패커가 구비되지 않는다.
상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)를 기준으로 그라우트 주입을 위한 구간이 구획되는데, 상기 강관(1)에는 복수의 토출구(미도시)가 형성되어 있고, 상기 제1패커(21)를 기준으로 상기 제1패커보다 강관의 안쪽이 제1구간(51)이 되고, 상기 제1패커(21)와 제2패커(22)의 사이가 제2구간(52)이 되며, 상기 제2패커(22)와 제3패커(23)의 사이가 제3구간(53)이 되고, 상기 제3패커(23)의 바깥쪽이 제4구간(54)이 된다.
상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)의 위치에 따라 구간이 나눠지게 되므로, 상기 제1패커주입공(111), 제2패커주입공(121), 제3패커주입공(131)의 형성 위치는 강관의 길이, 제1, 2, 3주입호스의 길이를 고려하여 구간이 적절하게 나눠질 수 있도록 형성되어야 한다.
상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)는 부직포, 폴리프로필렌 등의 재질로 주머니 형태로 만들어져 주입호스에 부착되고, 내부에 그라우트가 충전되면 확장되어 강관의 내부에 밀착되게 된다.
그리고 상기 제1주입호스(11), 제2주입호스(12) 및 제3주입호스(13)의 끝에는 임시마개(31)가 끼워지고(도 10 참조), 상기 제1패커주입공(111), 제2패커주입공(121) 및 제3패커주입공(131)이 형성된 위치에는 탄성밴드(33)에 의해 역류방지판(32)이 구비된다(도 11 참조).
상기 제1주입호스(11), 제2주입호스(12), 제3주입호스(13) 및 제4주입호스(14)에는 각각 제1주입펌프(41), 제2주입펌프(42), 제3주입펌프(43), 제4주입펌프(44)가 연결되어 주입플랜트(미도시)에서 제작된 그라우트를 각 주입호스로 주입하게 된다.
상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)가 부착된 제1주입호스(11), 제2주입호스(12) 및 제3주입호스(13)와 제4주입호스(14)를 강관(1) 내부에 삽입하고, 제1주입호스(11), 제2주입호스(12), 제3주입호스(13) 및 제4주입호스(14)에 그라우트를 주입하여, 그라우트가 상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)를 팽창시켜 강관의 내부에 밀착되도록 하고, 이후 그라우트가 강관의 내부 및 주변 지반으로 퍼져나가도록 한다.
본 발명의 그라우트 주입 방법은 다양한 실시예가 가능하다.
첫 번째 실시예로, 제1주입호스(11), 제2주입호스(12) 및 제3주입호스(13)에 그라우트를 주입하여, 상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)를 동시에 채워 팽창시키고, 팽창된 상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)가 강관(1) 내부에 밀착되어 상기 제1구간(51), 제2구간(52), 제3구간(53) 및 제4구간(54)이 구획된 후, 상기 제1구간(51), 제2구간(52), 제3구간(53) 및 제4구간(54)에 그라우트를 동시에 채우는 방법이다.
팽창된 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)에 의해 구간이 구획된 후, 제1구간(51), 제2구간(52), 제3구간(53) 및 제4구간(54)에 동시에 그라우트가 채워지고, 계속 주입압력이 작용하므로, 그라우트는 제1구간(51), 제2구간(52), 제3구간(53) 및 제4구간(54)에 걸쳐 균일하게 주변 지반으로 침투하게 된다.
제1주입호스(11), 제2주입호스(12) 및 제3주입호스(13)의 끝에는 임시마개(31)가 삽입되어 있으므로, 제1주입호스(11), 제2주입호스(12) 및 제3주입호스(13)에 공급되는 그라우트가 제1,2,3구간(51,52,53)에 주입되기 전에 먼저 제1,2,3패커(21,22,23)를 채우게 되는 것이다.
이때 상기 임시마개(31)는 그라우트 주입압력의 1/10 까지 견딜 수 있도록 제작하는 것이 바람직하고, 주입된 그라우트가 제1,2,3패커(21,22,23)를 다 채우고 나면, 주입압력이 임시마개(31)를 가압하게 되어 그라우트 압력에 의해 임시마개(31)가 밀려나 제거되고, 제1,2,3구간(51,52,53)에 그라우트가 공급된다.
그리고 상기 제1패커주입공(111), 제2패커주입공(121) 및 제3패커주입공(131)에는 탄성밴드(33)에 의해 역류방지판(32)이 설치되어 있으므로, 이후 발생할 수도 있는 그라우트의 역류를 방지하게 된다.
역류방지판(32)은 탄성밴드(33)의 탄성에 의해 주입호스에 밀착되어 있으므로 그라우트가 주입호스로부터 밖으로 배출될 수는 있으나, 반대 방향으로 역류는 방지되는 것이다.
따라서 첫 번째의 실시예에 의해 그라우트 주입을 실시하면, 주입 사각지대가 없이 전 구간에 걸쳐 고르게 그라우팅된 최종 단면을 얻게 된다.
두 번째 실시예로, 먼저 제1주입호스(11)에만 그라우트를 공급하여 상기 제1패커(21)가 먼저 팽창되어, 제1패커(21)가 강관의 내부에 밀착한 후 임시마개(31)를 밀어내고 제1구간(51)을 채우도록 하고, 제1구간(51)이 그라우트로 채워지면 제2주입호스(12)에 그라우트를 공급하여 제2패커(22)를 채우고, 제2구간(52)을 채우도록 하며, 제2구간(52)이 그라우트로 채워지면, 제3패커(23)를 채우고, 제3구간(53)을 채우도록 하고, 제3구간(53)이 그라우트로 채워지면, 제4구간(54)에 그라우트를 공급하는 순서로 주입하는 방법이다.
두 번째 실시예에 의하면 주변 지반으로의 그라우트 침투가, 제1구간 → 제2구간 → 제3구간 → 제4구간의 순으로 연속적으로 이루어지므로, 주입 사각지대가 없이 전 구간에 걸쳐 고르게 그라우팅된 최종 단면을 얻게 된다.
세 번째 실시예로는, 제1,2,3주입호스(11,12,13)에 순차적으로 그라우트를 주입하여, 상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)를 순차적으로 팽창시켜 제1,2,3,4구간을 순차적으로 구획하고, 제1,2,3패커의 팽창이 완료된 후, 제1구간, 제2구간, 제3구간 및 제4구간에 그라우트를 공급하여 주변 지반에 침투시키는 방식이다.
즉, 세 번째 실시예의 그라우트 공급 순서를 정리하면, 제1패커(21) → 제2패커(22) → 제3패커(23) → 제1구간(51) → 제2구간(52) → 제3구간(53) → 제4구간(54)의 순으로 진행된다.
네 번째 실시예로는 제1패커(21) → 제2패커(22) → 제1구간(51) → 제2구간(52) → 제3패커(23) → 제3구간(53) → 제4구간(54)의 순으로 진행될 수 있다.
세 번째 및 네 번째 실시예 역시 마찬가지로 전 구간에 걸쳐 고르게 그라우팅된 단면을 얻을 수 있다.
위 네 가지 실시예의 공통점은, 패커가 팽창되고 강관의 내부에 밀착되어 패커에 의해 구간이 구획된 후에 해당 구간에 그라우트가 공급된다는 점이고, 위 네 가지의 실시예 이외에도 다른 순서로도 진행이 가능하다.
이하에서는 주입호스가 3개, 패커가 2개인 경우를 예로 들어 설명한다.
강관(1)의 내부에 제1주입호스(11), 제2주입호스(12), 제3주입호스(13)가 삽입되고, 제1주입호스(11)가 가장 길고, 그 다음 제2주입호스(12)가 길며, 제3주입호스(13)가 가장 짧다.
여기서 상기 제1주입호스(11) 및 제2주입호스(12)에는 각각 제1패커주입공(111) 및 제2패커주입공(121)이 형성된다.
상기 제1패커주입공(111)이 형성된 위치의 제1주입호스(11) 외부로 제1패커(21)가 둘러싸고, 상기 제2패커주입공(121)이 형성된 위치의 제2주입호스(12) 외부로 제2패커(22)가 둘러싼다.
가장 짧은 제3주입호스(13)에는 패커주입공과 패커가 구비되지 않는다.
상기 제1패커(21) 및 제2패커(22)를 기준으로 그라우트 주입을 위한 구간이 구획되는데, 상기 제1패커(21)를 기준으로 상기 제1패커보다 강관의 안쪽이 제1구간(51)이 되고, 상기 제1패커(21)와 제2패커(22)의 사이가 제2구간(52)이 되며, 상기 제2패커(22)의 바깥쪽이 제3구간(53)이 된다.
상기 제1패커(21) 및 제2패커(22)의 위치에 따라 구간이 나눠지게 되므로, 상기 제1패커주입공(111) 및 제2패커주입공(121)의 형성 위치는 강관의 길이, 제1,2주입호스의 길이를 고려하여 구간이 적절하게 나눠질 수 있도록 형성되어야 한다.
상기 제1주입호스(11) 및 제2주입호스(12)의 끝에는 임시마개(31)가 끼워지고, 상기 제1패커주입공(111) 및 제2패커주입공(121)이 형성된 위치에는 탄성밴드(33)에 의해 역류방지판(32)이 구비된다.
상기 제1주입호스(11), 제2주입호스(12), 제3주입호스(13)에는 각각 제1주입펌프(41), 제2주입펌프(42), 제3주입펌프(43)가 연결되어 주입플랜트(미도시)에서 제작된 그라우트를 각 주입호스로 주입하게 된다.
천공홀의 내부에 강관(1)을 삽입하고, 상기 제1패커(21), 제2패커(22)가 부착된 제1주입호스(11), 제2주입호스(12) 및 제3주입호스(13)를 강관(1) 내부에 삽입한다.
이후 제1주입호스(11), 제2주입호스(12) 및 제3주입호스(13)에 그라우트를 주입하여, 그라우트가 상기 제1패커(21) 및 제2패커(22)를 팽창시켜 강관의 내부에 밀착되도록 하고, 이후 그라우트가 강관의 내부 및 주변 지반으로 퍼져나가도록 한다.
주입호스가 3개, 패커가 2개인 경우에도 다양한 실시가 가능하다.
제1실시예로, 상기 제1패커(21) 및 제2패커(22)가 동시에 먼저 채워진 후, 상기 제1구간(51), 제2구간(52) 및 제3구간(53)이 동시에 채워질 수 있다.
제2실시예로, 상기 제1패커(21)가 먼저 채워진 후, 제1구간(51) → 제2패커(22) → 제2구간(52) → 제3구간(53)의 순서로 채워질 수도 있다.
제3실시예로, 제1패커(21) → 제2패커(22) → 제1구간(51) → 제2구간(52) → 제3구간(53)의 순으로 진행될 수 있다.
제1,2,3실시예 모두 2개의 패커에 의해 구획된 구간에 그라우트가 경화되기 전에 그라우트를 공급하므로 주변 지반에 균일하게 그라우트가 침투되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 복수 개의 주입호스들은 합성수지로 제작할 수 있고, 역류방지판은 주입호스와 동일한 소재를 사용할 수 있으며, 임시마개는 고무, 우레탄, 실리콘 등의 재질을 사용할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1. 강관 101. 강관일단부
102. 강관의 일단 103. 강관의 타단
L. 강관의 길이
2. 천공홀
D. 천공홀의 길이
3. 코킹(caulking) 301. 코킹칸막이
4. 그라우트
5. 굴착면
11. 제1주입호스 111. 제1패커주입공
12. 제2주입호스 121. 제2패커주입공
13. 제3주입호스 131. 제3패커주입공
14. 제4주입호스
21. 제1패커 22. 제2패커
23. 제3패커
31. 임시마개 32. 역류방지판
33. 탄성밴드
41. 제1주입펌프 42. 제2주입펌프
43. 제3주입펌프 44. 제4주입펌프
51. 제1구간 52. 제2구간
53. 제3구간 54. 제4구간

Claims (8)

  1. 터널 굴착 단면의 전방으로 강관을 삽입하고, 그라우트를 주입하는 강관보강 그라우팅공법에 있어서,
    가) 지반을 천공하여 천공홀(2)을 형성하는 단계;
    나) 상기 천공홀(2) 내부에 강관(1)을 삽입하는 단계;
    다) 상기 강관(1) 내부에 복수 개의 주입호스를 삽입하는 단계;
    다-1) 상기 천공홀(2)의 입구에 코킹(3)을 형성하되, 상기 코킹(3)에 상기 복수 개의 주입호스가 관통되도록 형성하는 단계;
    라) 상기 복수 개의 주입호스에 그라우트를 주입하는 단계를 포함하되,
    상기 천공홀(2)의 길이(D)보다 상기 강관(1)의 길이(L)가 짧고, 상기 천공홀(2) 내부에 상기 강관(1)을 삽입하였을 때, 상기 강관(1)의 타단(103)이 천공홀(2)의 안쪽 끝에 닿고, 상기 강관(1)의 일단(102)은 굴착면(5) 외부로 돌출되지 않도록 구비하며, 상기 강관(1)의 일단(102)에는 캡을 구비하지 않고,
    상기 다-1)단계는, 코킹칸막이(301)를 설치한 후 진행되고, 상기 코킹칸막이(301)와 상기 강관(1)의 일단(102)이 맞닿아 있으며, 상기 코킹칸막이(301)는 상기 천공홀(2)의 형상과 크기에 맞는 판(plate) 형태로 구비되고, 상기 코킹칸막이(301)에는 복수 개의 주입호스가 통과할 수 있는 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코킹(3)이, 상기 천공홀(2)의 입구에서 상기 코킹칸막이(301) 사이 공간의 전부 또는 일부를 차폐하는 것을 특징으로 하는
    일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 복수 개의 주입호스는 서로 길이가 다르고,
    상기 복수 개의 주입호스 중 가장 길이가 짧은 주입호스를 제외한 나머지 주입호스에는 패커주입공이 형성되며,
    상기 패커주입공이 형성된 위치에는 각각 패커가 구비되는 것을 특징으로 하는
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  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 주입호스 중 가장 길이가 짧은 주입호스를 제외한 나머지 주입호스의 끝에는 임시마개(31)가 끼워지고,
    상기 패커주입공이 형성된 위치에는 탄성밴드(33)에 의해 역류방지판(32)이 구비되며,
    길이가 가장 짧은 주입호스를 제외한 나머지 주입호스에 그라우트를 주입하면, 주입호스를 통해 공급된 그라우트가 패커에 먼저 채워져 패커가 팽창하여 강관(1) 내부에 밀착함으로써 강관(1) 내부를 복수의 구간으로 구획하고,
    상기 그라우트는, 패커가 팽창하여 강관(1) 내부에 밀착한 후, 상기 임시마개(31)를 밀어내고 상기 복수의 구간에 채워지는 것을 특징으로 하는
    일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 주입호스는, 길이가 가장 긴 제1주입호스(11); 두 번째로 긴 제2주입호스(12); 세 번째로 긴 제3주입호스(13); 가장 짧은 제4주입호스(14)로 이루어지고,
    상기 제1주입호스(11), 제2주입호스(12), 제3주입호스(13)에는 각각 제1패커주입공(111), 제2패커주입공(121), 제3패커주입공(131)이 형성되며,
    상기 제1패커주입공(111)이 형성된 위치의 제1주입호스(11) 외부로 제1패커(21)가 구비되고, 상기 제2패커주입공(121)이 형성된 위치의 제2주입호스(12) 외부로 제2패커(22)가 구비되고, 상기 제3패커주입공(131)이 형성된 위치의 제3주입호스(13) 외부로 제3패커(23)가 구비되며,
    상기 제1주입호스(11), 제2주입호스(12) 및 제3주입호스(13)의 끝에 임시마개(31)가 끼워지고,
    상기 제1패커주입공(111), 제2패커주입공(121) 및 제3패커주입공(131)이 형성된 위치에는 탄성밴드(33)에 의해 역류방지판(32)이 구비되며,
    상기 제1주입호스(11), 제2주입호스(12) 및 제3주입호스(13)에 그라우트를 주입하면, 공급된 그라우트가 각각 상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)에 먼저 채워져 상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)가 팽창하여 강관(1) 내부에 밀착함으로써 강관(1) 내부를 복수의 구간으로 구획하되,
    상기 복수의 구간은,
    강관의 가장 안쪽에 위치하는 제1구간(51); 두 번째로 강관의 안쪽에 위치하는 제2구간(52); 강관의 가장 바깥쪽에 위치하는 제4구간(54); 상기 제2구간(52)과 제4구간(54) 사이에 위치하는 제3구간(53)으로 이루어지고,
    상기 그라우트에 의해 상기 제1패커(21), 제2패커(22) 및 제3패커(23)가 먼저 채워진 후, 상기 제1구간(51), 제2구간(52), 제3구간(53) 및 제4구간(54)에 채워지는 것을 특징으로 하는
    일체형 캡코킹 동시주입 강관보강 그라우팅공법.

















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