KR102368275B1

KR102368275B1 - 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치 및 이를 위한 제거식 패커 장치

Info

Publication number: KR102368275B1
Application number: KR1020210090278A
Authority: KR
Inventors: 강성호; 강현구; 강인구
Original assignee: 강성호; 강현구; 강인구
Priority date: 2021-07-09
Filing date: 2021-07-09
Publication date: 2022-03-02

Abstract

본 발명은 터널 굴착 공사에서 터널의 천장 부분을 비스듬히 천공한 후 그 천공한 천공홀에 그라우트재를 주입함으로써 굴착된 상태의 터널 천장 부분을 보강하기 위한 기술로서, 천공홀의 입구 부분을 막는 코킹주머니 부재가 고압으로 팽창하는 과정에서도 손상되지 않고 그 팽창된 상태를 유지하도록 하는 기술에 관한 것이다. 특히, 천공홀의 입구 부분이 고압 코킹된 상태로 경화됨에 천공홀의 내측으로 그라우트재를 주입함에 있어서 고압 그라우팅을 하는 경우에도 천공홀의 입구 부분이 무너지지 않고 경화된 코킹 상태를 그대로 유지하도록 하는 기술에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 에폭시 주입홈 부재, 역류차단 에폭시 부재, 에폭시 주입공 부재를 구비함에 따라 주입관 부재와 가압영역 구획부재 간의 결합을 쉽게 수행할 수 있다는 장점이 있다.

Description

원스텝 다단 가압 그라우팅 장치 및 이를 위한 제거식 패커 장치 {grouting device for pressing multi-level areas by one-step, and packer device of removal type for this}

본 발명은 터널 굴착 공사에서 터널의 천장 부분을 비스듬히 천공한 후 그 천공한 천공홀에 그라우트재를 주입함으로써 굴착된 상태의 터널 천장 부분을 보강하기 위한 기술이다.

더욱 상세하게는, 본 발명은 천공홀의 입구 부분을 막는 코킹주머니 부재가 고압으로 팽창하는 과정에서도 손상되지 않고 그 팽창된 상태를 유지하도록 하는 기술에 관한 것이다.

특히, 천공홀의 입구 부분이 고압 코킹된 상태로 경화됨에 천공홀의 내측으로 그라우트재를 주입함에 있어서 고압 그라우팅을 하는 경우에도 천공홀의 입구 부분이 무너지지 않고 경화된 코킹 상태를 그대로 유지하도록 하는 기술에 관한 것이다.

[도 1]은 그라우팅 장치가 설치되기 전 터널 굴착 공사장의 단면 예시도이고, [도 2]는 [도 1]에서 천공홀이 형성된 상태를 나타낸 도면이다.

터널 굴착 공사에서는 천장 부분의 붕괴 방지를 위해 [도 1]에서와 같이 대략 6미터씩 전진하면서 각 구간마다 [도 2]에서와 같이 굴착 방향을 향해 상방향으로 경사지게 복수 개의 천공홀(10)을 형성한 후 그 천공홀(10)에 그라우팅 장치를 삽입하여 그라우트재를 주입 경화시킨다.

이때, [도 2] 상의 '천장 예정선'의 위쪽에 대응하는 지반(20)을 보강하여야만 터널 굴착을 연속적으로 진행해 나가는 과정에서 천장 부분이 붕괴됨을 방지할 수 있게 된다.

그리고, 터널 내부의 구조적인 특성상 천공홀(10)을 '천장 예정선'의 위쪽 지반(20)에 형성하기 위해서는 [도 2]에서와 같이 비스듬히 형성할 수 밖에 없으므로 [도 2]에서와 같이 천공홀(10)의 후단부 소정 길이는 '천장 예정선'의 아래 쪽에 위치할 수 밖에 없다.

그 결과, 천공홀(10)에 삽입되는 그라우팅 장치와 그라우트재 중 '천장 예정선'의 아래 쪽에 대응하는 지반은 터널의 계속적인 굴착 과정에서 제거될 수 밖에 없다.

[도 2]는 단면을 나타낸 것으로서, 하나의 천공홀(10)만이 표시된 것이지만 [도 2] 상의 전방으로부터 후방까지 여러 개의 천공홀(10)을 형성한 후 각 천공홀(10)에 그라우팅 장치를 삽입하여 그라우트재를 주입하게 된다.

이어서, 그 주입된 그라우트재가 경화되면 [도 2] 상의 '천장 예정선' 아래 쪽에 대응하는 부분을 굴착하는 과정에서 그라우팅 장치의 후단부도 제거하여야 하는데, 그라우팅 장치의 구성인 강관을 잘라내는 과정에서 시간(예: 구간마다 대략 6시간) 소요가 너무 많다는 문제가 있다.

한편, 그라우팅 장치의 후단부에 위치하는 코킹 부재는 천공홀(10)의 입구 부분으로부터 인접 배치된다.

터널 굴착 공사장에서의 경사진 천공홀(10)은 그 구조의 특성상 천공홀(10)의 내측으로 주입되는 그라우트재가 역류하지 못하도록 입구 부분을 제대로 막아야 하므로 고압의 코킹 작업이 이루어질 수 있다.

여기서, 코킹 압력을 고압으로 설정하는 경우 그 코킹 부재는 그 고압을 견디지 못하고 손상(예: 주머니 형태로부터 터지거나 찢어짐)되기도 하는 문제가 있다.

이때, 코킹 부재를 고압으로 팽창시키지 못하게 되면 경사진 천공홀(10)의 입구 부분이 약하게 되어 천공홀(10)의 내측에 주입하는 그라우팅 작업에서도 고압 주입에 한계가 있다는 문제가 있다.

한편, 천공홀(10)의 내측으로 주입되는 그라우트재가 나타내는 압력은 천공홀(10)의 길이 방향을 따라 각 구간마다 고르게 분사되는 압력을 갖는 것이 바람직하다.

이를 위해서는 천공홀(10)의 내측에 삽입되는 주입관 부재의 길이 방향을 따라 각 구간마다 그라우트재의 분사 압력이 균일할 필요가 있지만, 실제로 주입관 부재 내에서 각 구간마다 주입된 그라우트재의 인접하는 구간으로 역류됨을 차단한다는 것은 쉽지 않다는 문제가 있다.

여기서, 주입관 부재 내에서 구획된 각 구간별로 제대로 역류 차단하기 위해서 수밀유지 수단(예: 오링, 고무편)을 구비할 수도 있다. 하지만 이러한 경우에는 그 주입관 부재를 제작하는 것이 어렵고 그 제작 단가도 높아진다는 부수적인 문제도 있다.

그에 따라, 천공홀의 입구 부분을 막는 코킹 부재의 구성을 개선하고 주입관 부재 내의 영역을 구획하는 구성을 개선함으로써 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 기술 구현이 요구된다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 천공홀의 천장예정선 아래 쪽을 제거하는 과정에서 그라우팅 장치의 후단부가 쉽게 제거될 수 있도록 하는 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치 및 이를 위한 제거식 패커 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 천공홀의 입구 부분을 막는 코킹 부재의 구성을 개선함으로써 고압 코킹시에도 코킹주머니 부재가 본래의 구조를 유지하면서 천공홀의 입구 부분을 제대로 코킹할 수 있는 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치 및 이를 위한 제거식 패커 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 주입관 부재의 내측에서 에폭시 부재를 통한 역류 차단이 가능하도록 가압영역 구획부재의 구조를 개선함으로써 주입관 부재의 내측에 대한 고압 그라우팅이 이루어지는 경우에도 천공홀 입구 부분의 양호한 코킹을 기초하여 주입관 부재의 내측에서 역류가 차단되도록 하는 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치 및 이를 위한 제거식 패커 장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치는 상방향으로 비스듬히 천공되는 천공홀에 삽입되도록 길게 형성되며 속이 빈 파이프 형태로 이루어지고 자신 몸체의 내외부를 관통하는 복수 개의 가압공(111, 111')이 형성되는 주입관 부재(110); 주입관 부재의 내측에 삽입되어 주입관 부재의 내벽에 맞물리는 제 1 영역부재(121)와, 주입관 부재의 길이 방향을 따라 제 1 영역부재와 이격되어 연결된 상태로 주입관 부재의 내벽에 맞물리는 제 2 영역부재(122)와, 제 1,2 영역부재를 상호 연결하되 가압공과 연통하는 공간(이하, '구획 공간'이라 함)을 주입관 부재와의 사이에 형성하는 제 3 영역부재(123)로 이루어지는 가압영역 구획부재(120); 파이프 부재에 연통 연결된 상태로 가압영역 구획부재를 관통하여 주입관 부재의 내측에 삽입되며 주입관 부재의 내부와 구획 공간에 그라우트재를 주입하는 주입관 주입 부재(130); 주입관 부재의 후단부에 배치된 상태로 주입관 주입 부재와 연통 연결되어 주입관 주입 부재에 대한 그라우트재의 주입을 가이드하는 소정 길이의 속이 빈 파이프 부재(210); 파이프 부재가 자신의 길이 방향을 따라 자신의 중앙부를 관통함에 따라 파이프 부재를 감싸는 형태로 배치되는 후단블록 부재(220); 후단블록 부재의 외표면 둘레를 따라 주머니 형태로 배치되며 외부로부터 주입되는 그라우트재에 의해 팽창하면서 천공홀의 입구 부분을 폐쇄시키는 코킹주머니 부재(230); 호스 형태로서 외부로부터 후단블록 부재의 일측벽을 관통하여 코킹주머니 부재의 내측으로 연통됨에 따라 코킹주머니 부재의 내측에 대한 그라우트재의 주입을 가이드하는 코킹호스 부재(240); 후단블록 부재로부터 노출된 부분인 파이프 부재의 선단부와 주입관 주입 부재의 후단부를 니플 형태로 연통 연결시키고 외력에 의해 주입관 주입 부재로부터 파이프 부재, 후단블록 부재, 코킹주머니 부재, 코킹호스 부재를 일체로 분리시키는 니플 연결 부재(250);를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 제 3 영역부재(123)는 구획 공간에 대응하여 그 단면의 외곽테두리가 제 1 영역부재의 단면이 이루는 외곽테두리와 제 2 영역부재의 단면이 이루는 외곽테두리보다 상대적으로 작게 형성될 수 있다.

한편, 제 1 영역부재(121)는, 주입관 부재의 내벽과 인접하는 자신의 외표면 중 자신의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 절개 형성되는 제 1 에폭시 주입홈 부재(121a);를 구비할 수 있다.

이때, 제 2 영역부재(122)는, 주입관 부재의 내벽과 인접하는 자신의 외표면 중 자신의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 절개 형성되는 제 2 에폭시 주입홈 부재(122a);를 구비할 수 있다.

그리고, 주입관 부재(110)는, 제 1 에폭시 주입홈 부재에 대응하는 위치에서 제 1 에폭시 주입홈 부재에 연통하는 제 1 에폭시 주입공 부재(112); 제 2 에폭시 주입홈 부재에 대응하는 위치에서 제 2 에폭시 주입홈 부재에 연통하는 제 2 에폭시 주입공 부재(113);를 구비할 수 있다.

또한, 여기서 본 발명은 제 1 에폭시 주입홈 부재, 제 1 에폭시 주입공 부재, 제 1 에폭시 주입홈 부재와 제 1 에폭시 주입공 부재 사이의 공간을 잇는 형태로 경화된 제 1 역류차단 에폭시 부재(151); 제 2 에폭시 주입홈 부재, 제 2 에폭시 주입공 부재, 제 2 에폭시 주입홈 부재와 제 2 에폭시 주입공 부재 사이의 공간을 잇는 형태로 경화된 제 2 역류차단 에폭시 부재(152);를 더 포함하여 구성될 수 있다.

다른 한편, 후단블록 부재(220)는, 후단블록 부재의 몸체에서 니플 연결 부재와 인접하는 단부의 소정 부분 외경이 외향하여 돌출 형성되는 제 1 그립영역 부재(221); 후단블록 부재의 몸체에서 제 1 그립영역 부재와 대향하는 단부의 소정 부분 외경이 외향하여 돌출 형성되는 제 2 그립영역 부재(222); 제 1 그립영역 부재와 제 2 그립영역 부재 사이에 대응하는 후단블록 부재의 외경이 제 1 그립영역 부재와 제 2 그립영역 부재에 비해 상대적으로 함몰 형성된 함몰영역 부재(223); 코킹주머니 부재의 개구된 일단부가 끼워지도록 제 1 그립영역 부재의 외표면 중 자신의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 함몰 형성되는 제 1 그립홈 부재(221a); 코킹주머니 부재의 개구된 타단부가 끼워지도록 제 2 그립영역 부재의 외표면 중 자신의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 함몰 형성되는 제 2 그립홈 부재(222a);를 구비할 수 있다.

이때, 본 발명은 코킹주머니 부재의 개구된 일단부가 제 1 그립홈 부재에 끼워진 상태에서 제 1 그립홈 부재를 감싸는 형태로 제 1 그립홈 부재를 가압하는 제 1 주머니 고정부재(261); 코킹주머니 부재의 개구된 타단부가 제 2 그립홈 부재에 끼워진 상태에서 제 2 그립홈 부재를 감싸는 형태로 제 2 그립홈 부재를 가압하는 제 2 주머니 고정부재(262);를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 코킹호스 부재(240)는 자신의 선단부가 제 2 그립영역 부재를 관통하여 함몰영역 부재의 외표면에 배치될 수 있다.

다른 한편, 본 발명에 따른 그라우팅 장치를 위한 제거식 패커 장치는 상방향으로 비스듬히 천공되는 천공홀에 대해 그 천공홀에 삽입되는 그라우팅 장치의 후단부에 배치되어 그라우팅 장치에 대한 그라우트재의 주입을 가이드하는 소정 길이의 속이 빈 파이프 부재(210); 파이프 부재가 자신의 길이 방향을 따라 자신의 중앙부를 관통함에 따라 파이프 부재를 감싸는 형태로 배치되는 후단블록 부재(220); 후단블록 부재의 외표면 둘레를 따라 주머니 형태로 배치되며 외부로부터 주입되는 그라우트재에 의해 팽창하면서 천공홀의 입구 부분을 폐쇄시키는 코킹주머니 부재(230); 호스 형태로서 외부로부터 후단블록 부재의 일측벽을 관통하여 코킹주머니 부재의 내측으로 연통됨에 따라 코킹주머니 부재의 내측에 대한 그라우트재의 주입을 가이드하는 코킹호스 부재(240); 후단블록 부재로부터 노출된 부분인 파이프 부재의 선단부와 그라우팅 장치의 후단부를 니플 형태로 연통 연결시키고 외력에 의해 그라우팅 장치로부터 파이프 부재, 후단블록 부재, 코킹주머니 부재, 코킹호스 부재를 일체로 분리시키는 니플 연결 부재(250);를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 후단블록 부재(220)는, 후단블록 부재의 몸체에서 니플 연결 부재와 인접하는 단부의 소정 부분 외경이 외향하여 돌출 형성되는 제 1 그립영역 부재(221); 후단블록 부재의 몸체에서 제 1 그립영역 부재와 대향하는 단부의 소정 부분 외경이 외향하여 돌출 형성되는 제 2 그립영역 부재(222); 제 1 그립영역 부재와 제 2 그립영역 부재 사이에 대응하는 후단블록 부재의 외경이 제 1 그립영역 부재와 제 2 그립영역 부재에 비해 상대적으로 함몰 형성된 함몰영역 부재(223); 코킹주머니 부재의 개구된 일단부가 끼워지도록 제 1 그립영역 부재의 외표면 중 자신의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 함몰 형성되는 제 1 그립홈 부재(221a); 코킹주머니 부재의 개구된 타단부가 끼워지도록 제 2 그립영역 부재의 외표면 중 자신의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 함몰 형성되는 제 2 그립홈 부재(222a);를 구비할 수 있다.

본 발명은 주입관 부재, 주입관 주입 부재, 니플 연결 부재, 파이프 부재를 구비함에 따라 천공홀의 천장예정선 아래 쪽을 제거하는 과정에서 그라우팅 장치의 후단부가 쉽게 제거될 수 있도록 하는 장점을 나타낸다.

또한, 본 발명은 그립영역 부재, 그립홈 부재, 함몰영역 부재, 주머니 고정부재를 구비함에 따라 천공홀의 입구 부분에서 고압 코킹시에도 코킹주머니 부재가 본래의 구조를 유지하면서 천공홀의 입구 부분을 제대로 코킹할 수 있는 장점을 나타낸다.

또한, 본 발명은 에폭시 주입홈 부재, 역류차단 에폭시 부재, 에폭시 주입공 부재를 구비함에 따라 주입관 부재의 내측에 대한 고압 그라우팅이 이루어지는 경우에도 천공홀 입구 부분의 양호한 코킹을 기초하여 주입관 부재의 내측에서 에폭시 주입홈 부재를 기준으로 그 역류가 차단되도록 하는 장점을 나타낸다.

또한, 본 발명은 에폭시 주입홈 부재, 역류차단 에폭시 부재, 에폭시 주입공 부재를 구비함에 따라 주입관 부재와 가압영역 구획부재 간의 결합을 쉽게 수행할 수 있다는 장점도 나타낸다.

[도 1]은 그라우팅 장치가 설치되기 전 터널 굴착 공사장의 단면 예시도,
[도 2]는 [도 1]에서 천공홀이 형성된 상태를 나타낸 도면,
[도 3]은 본 발명에 따른 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치 및 이를 위한 제거식 패커 장치의 설치 상태에서 코킹주머니 부재와 주머니 고정부재를 제거한 상태를 개략적으로 도시한 도면,
[도 4]는 본 발명에 따른 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치 및 이를 위한 제거식 패커 장치의 설치 상태를 개략적으로 도시한 도면,
[도 5]는 [도 4]에서 에폭시 주입홈 부재에 에폭시 부재가 채워지고 코킹주머니 부재가 팽창된 상태를 나타낸 도면,
[도 6]은 [도 4]에서 가압영역 구획부재와 그 주변을 발췌하여 확대 도시한 도면,
[도 7]은 [도 5]에서 가압영역 구획부재와 그 주변을 발췌하여 확대 도시한 도면,
[도 8]은 [도 3]에서 후단블록 부재와 그 주변을 발췌하여 확대 도시한 도면,
[도 9]는 [도 4]에서 후단블록 부재와 그 주변을 발췌하여 확대 도시한 도면,
[도 10]은 [도 5]에서 후단블록 부재와 그 주변을 발췌하여 확대 도시한 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[도 3]은 본 발명에 따른 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치 및 이를 위한 제거식 패커 장치의 설치 상태에서 코킹주머니 부재와 주머니 고정부재를 제거한 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, [도 4]는 본 발명에 따른 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치 및 이를 위한 제거식 패커 장치의 설치 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, [도 5]는 [도 4]에서 에폭시 주입홈 부재에 에폭시 부재가 채워지고 코킹주머니 부재가 팽창된 상태를 나타낸 도면이고, [도 6]은 [도 4]에서 가압영역 구획부재와 그 주변을 발췌하여 확대 도시한 도면이고, [도 7]은 [도 5]에서 가압영역 구획부재와 그 주변을 발췌하여 확대 도시한 도면이고, [도 8]은 [도 3]에서 후단블록 부재와 그 주변을 발췌하여 확대 도시한 도면이고, [도 9]는 [도 4]에서 후단블록 부재와 그 주변을 발췌하여 확대 도시한 도면이고, [도 10]은 [도 5]에서 후단블록 부재와 그 주변을 발췌하여 확대 도시한 도면이다.

[도 3] 내지 [도 10]을 참조하면, 본 발명에 따른 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치는 주입관 부재(110), 가압영역 구획부재(120), 주입관 주입 부재(130), 제 1 역류차단 에폭시 부재(151), 제 2 역류차단 에폭시 부재(152), 파이프 부재(210), 후단블록 부재(220), 코킹주머니 부재(230), 코킹호스 부재(240), 니플 연결 부재(250), 제 1 주머니 고정부재(261), 제 2 주머니 고정부재(262)를 포함하여 구성될 수 있다.

주입관 부재(110)는 바람직하게는 속이 빈 파이프 형태로 이루어져 [도 3] 내지 [도 7]에서와 같이 상방향으로 비스듬히 천공되는 천공홀(10)에 삽입되도록 길게 형성될 수 있다.

주입관 부재(110)는 자신 몸체의 내외부를 관통하는 복수 개의 가압공(111, 111')이 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 형성될 수 있다.

그리고, 주입관 부재(110)는 자신의 후단부가 니플 연결 부재(250)를 통해 파이프 부재(210)의 선단부에 [도 3] 내지 [도 7]에서와 같이 연통 연결될 수 있다.

여기서, 가압공(111, 111')은 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 가압영역 구획부재(120)에 의한 구획 공간(G)에 대응하는 위치의 주입관 부재(110)에 형성된 홀(hole)로서 구획 공간(G) 내의 그라우트재를 주입관 부재(110)의 바깥쪽으로 뿜어내는 통로 역할을 한다.

한편, 주입관 부재(110)는 [도 3]과 [도 4]에서와 같이 속이 빈 파이프 형태로 길게 형성될 수 있다.

그리고, 주입관 부재(110)는 외부로부터 자신의 몸체 내부로 주입되는 그라우트재를 자신의 외부인 천공홀(10)의 내부에 토출할 수 있도록 자신의 길이 방향을 따라 다수의 토출공이 형성될 수 있다.

또한, [도 3]과 [도 4]에 도시된 천공홀(10)과 주입관 부재(110)는 하나의 가압영역 구획부재(120)를 기준으로 발췌한 것으로서 실제로는 주입관 부재(110)의 길이 방향을 따라 그 양단이 충분히 더 길게 형성될 수 있다.

물론, 주입관 부재(110)가 [도 3]과 [도 4]의 양단으로 더 확장 된다면 그 주입관 부재(110)의 길이 방향을 따라 바람직하게는 가압영역 구획부재(120)가 복수 개 배치될 수 있다.

다른 한편, 주입관 부재(110)는 바람직하게는 합성수지재(예: PVC, PP, PE 등)로 구성될 수 있지만 가장 바람직하게는 강관으로서의 금속 재질로 구성될 수 있다.

다른 한편, 주입관 부재(110)는 [도 6]에서와 같이 하나 이상의 제 1 에폭시 주입공 부재(112, 112')와 하나 이상의 제 2 에폭시 주입공 부재(113, 113')를 구비할 수도 있다.

제 1 에폭시 주입공 부재(112, 112')는 제 1 에폭시 주입홈 부재(121a)에 대응하는 주입관 부재(110)의 내외부를 [도 6]에서와 같이 하나이상 관통함에 따라 제 1 에폭시 주입홈 부재(121a)에 연통될 수 있다.

제 2 에폭시 주입공 부재(113, 113')는 제 2 에폭시 주입홈 부재(122a)에 대응하는 주입관 부재(110)의 내외부를 [도 6]에서와 같이 하나이상 관통함에 따라 제 2 에폭시 주입홈 부재(122a)에 연통될 수 있다.

가압영역 구획부재(120)는 [도 3] 내지 [도 7]에서와 같이 주입관 부재(110)의 길이 방향을 따라 복수 개가 상호 이격된 상태로 주입관 부재(110)의 내측에 배치될 수 있다.

이를 통해, 주입관 부재(110)의 내부를 주입관 부재(110)의 길이 방향을 따라 다단으로 구획하게 된다.

이를 위해, 가압영역 구획부재(120)는 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 제 1 영역부재(121), 제 2 영역부재(122), 제 3 영역부재(123)로 서로 구획되어 이루어질 수 있다.

이때, 제 1 영역부재(121)와 제 2 영역부재(122)는 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 상호 대칭적으로 이루어질 수 있다.

제 1 영역부재(121)는 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 주입관 부재(110)의 내측에 삽입된 후 가압영역 구획부재(120) 중에서 후단부 쪽에 대응하는 주입관 부재(110)의 내벽에 맞물리는 부분을 나타낸다.

제 2 영역부재(122)는 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 주입관 부재(110)의 내측에 삽입된 후 가압영역 구획부재(120) 중에서 선단부 쪽에 대응하는 주입관 부재(110)의 내벽에 맞물리는 부분을 나타낸다.

그리고, 제 1 영역부재(121)와 제 2 영역부재(122)는 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 주입관 부재(110)의 길이 방향을 따라 이격되게 나란히 배치된 상태로 자신들의 외표면이 그 주입관 부재(110)의 내벽에 근접되게 형성될 수 있다.

여기서, 제 1 영역부재(121)는 [도 6]에서와 같이 제 1 에폭시 주입홈 부재(121a)를 구비하고, 제 2 영역부재(122)는 [도 6]에서와 같이 제 2 에폭시 주입홈 부재(122a)를 구비할 수 있다.

제 1 에폭시 주입홈 부재(121a)는 주입관 부재(110)의 내벽과 인접하는 제 1 영역부재(121)의 외표면 중 [도 6]에서와 같이 제 1 영역부재(121)의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 절개 형성될 수 있다.

이때, 주입관 부재(110)에 형성된 제 1 에폭시 주입공 부재(112,112')를 통해 외부로부터 주입되는 에폭시 폼이 제 1 에폭시 주입홈 부재(121a)에 채워짐에 따라 [도 7]에서와 같은 구조를 형성할 수 있다.

제 2 에폭시 주입홈 부재(122a)는 주입관 부재(110)의 내벽과 인접하는 제 2 영역부재(122)의 외표면 중 [도 6]에서와 같이 제 2 영역부재(122)의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 절개 형성될 수 있다.

여기서도, 주입관 부재(110)에 형성된 제 2 에폭시 주입공 부재(113, 113')를 통해 외부로부터 주입되는 에폭시 폼이 제 2 에폭시 주입홈 부재(122a)에 채워짐에 따라 [도 7]에서와 같은 구조를 형성할 수 있다.

제 3 영역부재(123)는 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 제 1 영역부재(121)와 제 2 영역부재(122)를 상호 연결하되 구획 공간(G)를 형성한다. 여기서, 구획 공간(G)은 주입관 부재(110)의 가압공(111, 111')과 연통하는 공간으로서 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 제 1 영역부재(121)와 제 2 영역부재(122)가 상호 마주하는 빈 공간을 나타낸다.

그 결과, 주입관 주입 부재(110)에 형성된 분사공으로부터 분출되는 그라우트재는 제 3 영역부재(123)의 연통공(123a)을 경유한 후 [도 6]과 [도 7] 상의 구획 공간(G)에 채워진다.

이어서, 그 구획 공간(G)에 채워지는 그라우트재는 그 구획 공간(G) 내의 증가하는 압력에 의해 주입관 부재(110)의 가압공(111, 111')을 통해 천공홀(10)의 내부로 주입될 수 있다.

여기서, 가압영역 구획부재(120)에 [도 6]과 [도 7] 상의 구획 공간(G)이 형성될 수 있도록 제 3 영역부재(123)는 바람직하게는 그 단면의 외곽테두리가 그 구획 공간(G)에 대응하여 제 1 영역부재(121)의 단면이 이루는 외곽테두리와 제 2 영역부재(122)의 단면이 이루는 외곽테두리보다 상대적으로 작게 함몰 형성될 수 있다.

그 결과, [도 6]과 [도 7]에서와 같이 가압영역 구획부재(120)의 구획 공간(G)과 주입관 부재(110)의 가압공(111, 111')이 상호 연계하도록 구성됨으로써, 가압영역 구획부재(120)의 구획 공간(G)과 주입관 부재(110)의 가압공(111, 111')을 통해 천공홀(10) 방향으로 토출되는 그라우트재가 반대 방향으로 역류됨이 방지되는 소위 체크밸브의 기능도 담당한다.

주입관 주입 부재(130)는 [도 3] 내지 [도 7]에서와 같이 가압영역 구획부재(120)를 관통하는 상태로 주입관 부재(110) 내에 삽입되어 주입관 부재(110) 내에 그라우트재를 주입한다.

제 1 역류차단 에폭시 부재(151)는 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 제 1 영역부재(121)에서 제 1 에폭시 주입홈 부재(121a), 제 1 에폭시 주입공 부재(112, 112'), 제 1 에폭시 주입홈 부재(121a)와 제 1 에폭시 주입공 부재(112, 112') 사이의 공간을 잇는 형태로 경화될 수 있다.

즉, 주입관 부재(110)의 외부에서 제 1 에폭시 주입공 부재(112, 112')를 통해 에폭시 폼이 주입되면 그 주입 압력에 의해 그 에폭시 폼은 [도 7]에서와 같이 제 1 에폭시 주입홈 부재(121a), 제 1 에폭시 주입공 부재(112, 112'), 제 1 에폭시 주입홈 부재(121a)와 제 1 에폭시 주입공 부재(112, 112') 사이의 공간을 잇는 형태로 채워질 수 있다.

이렇게 [도 7]에서와 같이 채워진 에폭시 폼은 시간이 지남에 따라 경화되어 주입관 부재(110) 내측의 그라우트재가 제 1 영역부재(121)의 기준으로 역류됨 없이 구획될 수 있다.

제 2 역류차단 에폭시 부재(152)는 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 제 2 영역부재(122)에서 제 2 에폭시 주입홈 부재(122a), 제 2 에폭시 주입공 부재(113, 113'), 제 2 에폭시 주입홈 부재(122a)와 제 2 에폭시 주입공 부재(113, 113') 사이의 공간을 잇는 형태로 경화될 수 있다.

즉, 주입관 부재(110)의 외부에서 제 2 에폭시 주입공 부재(113, 113')를 통해 에폭시 폼이 주입되면 그 주입 압력에 의해 그 에폭시 폼은 [도 7]에서와 같이 제 2 에폭시 주입홈 부재(122a), 제 2 에폭시 주입공 부재(113, 113'), 제 2 에폭시 주입홈 부재(122a)와 제 2 에폭시 주입공 부재(113, 113') 사이의 공간을 잇는 형태로 채워질 수 있다.

이렇게 [도 7]에서와 같이 채워진 에폭시 폼은 시간이 지남에 따라 경화되어 주입관 부재(110) 내측의 그라우트재가 제 2 영역부재(122)의 기준으로 역류됨 없이 구획될 수 있다.

한편, 가압영역 구획부재(120)를 중심으로 주입관 부재(110)의 내측에서 각 구간마다 구획된 영역 간에 역류가 차단될 수 있도록 제 1,2 역류차단 에폭시 부재(151, 152)와 더불어 오링 부재(141, 142)를 구비할 수도 있다.

[도 6]과 [도 7]에서와 같이 주입관 주입 부재(130)의 외표면과 가압영역 구획부재(120) 중 제 1 영역부재(121)와 마주하는 제 1 영역부재(121)의 내벽에 링 형태로 구비된 하나이상의 오링 부재(141)는 주입관 주입 부재(130)의 외표면과 제 1 영역부재(121)의 내벽 사이를 차단한다.

[도 6]과 [도 7]에서와 같이 주입관 주입 부재(130)의 외표면과 가압영역 구획부재(120) 중 제 2 영역부재(122)과 마주하는 제 2 영역부재(122)의 내벽에 링 형태로 구비된 하나이상의 오링 부재(142)는 주입관 주입 부재(130)의 외표면과 제 2 영역부재(122)의 내벽 사이를 차단한다.

이처럼, 주입관 주입 부재(130)의 외표면과 가압영역 구획부재(120)가 맞닿는 부분에 각각의 오링 부재(141, 142)를 구비함에 따라 주입관 주입 부재(130)로부터 구획 공간(G)의 내측에 주입되는 그라우트재의 압력이 주입관 부재(110)의 길이 방향을 따라 형성된 주입관 부재(110)의 다수 개 가압공(111, 111')을 통해 균일하게 가해질 수 있다.

파이프 부재(210)는 속이 빈 형태로 이루어질 수 있고 [도 2]에서와 같이 상방향으로 비스듬히 천공되는 천공홀(10)에 삽입되는 주입관 부재(110)의 후단부에 연결될 수 있다.

그 파이프 부재(210)는 [도 3] 내지 [도 6]에서와 같이 속이 빈 형태로 이루어질 수 있고 바람직하게는 니플 연결 부재(250)를 통해 주입관 부재(110) 내에 삽입된 주입관 주입 부재(130)와 연통 연결될 수 있다.

그 결과, 외부로부터 파이프 부재(210)에 주입되는 그라우트재는 니플 연결 부재(250)를 경유하여 주입관 주입 부재(130)로 전달될 수 있다.

후단블록 부재(220)는 파이프 부재(210)가 자신의 길이 방향을 따라 자신의 중앙부를 관통함에 따라 파이프 부재(210)를 감싸는 형태로 배치된다.

후단블록 부재(220)는 천공홀(10)의 입구 부분을 안정적으로 코킹할 수 있도록 [도 3] 내지 [도 5]에서와 같이 천공홀(10)의 가장 바깥쪽에 배치되어 [도 8] 내지 [도 10]에서와 같이 자신의 외표면에 연결되는 코킹 부재인 코킹주머니 부재(230)를 지지할 수 있다.

이를 위해, 후단블록 부재(220)는 [도 8] 내지 [도 9]에서와 같이 제 1 그립영역 부재(221), 제 2 그립영역 부재(222), 함몰영역 부재(223), 제 1 그립홈 부재(221a), 제 2 그립홈 부재(222a)를 구비할 수 있다.

제 1 그립영역 부재(221)는 후단블록 부재(220)의 몸체에서 니플 연결 부재(250)와 인접하는 단부의 소정 부분 외경이 [도 8] 내지 [도 9]에서와 같이 외향하여 돌출 형성될 수 있다.

제 2 그립영역 부재(222)는 후단블록 부재(220)의 몸체에서 제 1 그립영역 부재(221)와 대향하는 단부의 소정 부분 외경이 외향하여 [도 8] 내지 [도 9]에서와 같이 돌출 형성될 수 있다.

함몰영역 부재(223)는 제 1 그립영역 부재(221)와 제 2 그립영역 부재(222) 사이에 대응하는 후단블록 부재(220)의 외경이 [도 8] 내지 [도 9]에서와 같이 제 1 그립영역 부재(221)와 제 2 그립영역 부재(222)에 비해 상대적으로 함몰 형성될 수 있다.

제 1 그립홈 부재(221a)는 코킹주머니 부재(230)의 개구된 일단부가 끼워지도록 제 1 그립영역 부재(221)의 외표면 중 자신의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 [도 8] 내지 [도 9]에서와 같이 함몰 형성될 수 있다.

제 2 그립홈 부재(222a)는 코킹주머니 부재(230)의 개구된 타단부가 끼워지도록 제 2 그립영역 부재(222)의 외표면 중 자신의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 [도 8] 내지 [도 9]에서와 같이 함몰 형성될 수 있다.

코킹주머니 부재(230)는 [도 9]와 [도 10]에서와 같이 후단블록 부재(220)의 외표면 둘레를 따라 주머니 형태로 배치될 수 있다.

여기서, 코킹주머니 부재(230)는 그 개구된 양단이 [도 9]와 [도 10]에서와 같이 제 1,2 그립홈 부재(221a, 222a)에 맞물린 상태로 제 1,2 주머니 고정부재(261, 262)를 통해 가압됨에 따라 후단블록 부재(220)에 대해 안정적으로 고정된 상태를 유지할 수 있다.

코킹주머니 부재(230)는 외부로부터 주입되는 그라우트재에 의해 [도 10]에서와 같이 팽창하면서 천공홀(10)의 입구 부분을 폐쇄시킨다.

코킹호스 부재(240)는 호스 형태로서 외부로부터 [도 8] 내지 [도 10]에서와 같이 후단블록 부재(220)의 일측벽을 관통하여 코킹주머니 부재(230)의 내측으로 연통됨에 따라 코킹주머니 부재(230)의 내측에 대한 그라우트재의 주입을 가이드한다.

니플 연결 부재(250)는 [도 3] 내지 [도 5]에서와 같이 파이프 부재(210)의 선단부와 주입관 부재(110)에 삽입된 주입관 주입 부재(130)의 후단부를 니플 형태로 연통 연결시킨다.

여기서, 니플 연결 부재(250)는 파이프 부재(210)의 선단부와 예컨대 나사 결합으로 고정될 수 있으며, 주입관 주입 부재(130)의 후단부와도 나사 결합으로 고정될 수도 있으며 바람직하게는 용접으로 연결될 수도 있다.

이처럼, 니플 연결 부재(250)를 통해 파이프 부재(210)의 선단부와 주입관 주입 부재(130)의 후단부가 상호 연결됨에 따라 이후 [도 2] 상의 '천장 예정선' 아래 쪽을 제거하는 터널 굴착 공사시 그 니플 연결 부재(250)를 중심으로 니플 연결 부재(250)의 아래 부분인 파이프 부재(210), 후단블록 부재(220), 코킹주머니 부재(230), 코킹호스 부재(240)가 일체로 쉽게 떨어져 나갈 수 있다.

제 1 주머니 고정부재(261)는 바람직하게는 링 타입으로 이루어질 수 있다. 제 1 주머니 고정부재(261)는 코킹주머니 부재(230)의 개구된 일단부가 [도 9]와 [도 10]에서와 같이 제 1 그립홈 부재(221a)에 끼워진 상태에서 제 1 그립홈 부재(221a)를 감싸는 형태로 제 1 그립홈 부재(221a)를 가압할 수 있다.

제 2 주머니 고정부재(262)도 바람직하게는 링 타입으로 이루어질 수 있다. 제 2 주머니 고정부재(262)는 코킹주머니 부재(230)의 개구된 타단부가 [도 9]와 [도 10]에서와 같이 제 2 그립홈 부재(222a)에 끼워진 상태에서 제 2 그립홈 부재(222a)를 감싸는 형태로 제 2 그립홈 부재(222a)를 가압할 수 있다.

이때, 코킹호스 부재(240)는 자신의 선단부가 [도 8] 내지 [도 10]에서와 같이 제 2 그립영역 부재(222)를 관통하여 함몰영역 부재(223)의 외표면에 배치될 수 있다.

그 결과, 천공홀(10)의 입구 부분에서 고압 코킹이 이루어지는 경우에도 코킹주머니 부재(230)가 본래의 구조를 유지하면서 천공홀(10)의 입구 부분을 제대로 코킹할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 그라우팅 장치를 위한 제거식 패커 장치는, 파이프 부재(210), 후단블록 부재(220), 코킹주머니 부재(230), 코킹호스 부재(240), 니플 연결 부재(250), 제 1 주머니 고정부재(261), 제 2 주머니 고정부재(262)를 포함하여 구성될 수 있다.

10 : 천공홀
20 : 지반
110 : 주입관 부재
111, 111' : 가압공
112, 112' : 제 1 에폭시 주입공 부재
113, 113' : 제 2 에폭시 주입공 부재
120 : 가압영역 구획부재
121 : 제 1 영역부재
121a : 제 1 에폭시 주입홈 부재
122 : 제 2 영역부재
122a : 제 2 에폭시 주입홈 부재
123 : 제 3 영역부재
123a : 연통공
130 : 주입관 주입 부재
141, 142 : 오링 부재
151 : 제 1 역류차단 에폭시 부재
152 : 제 2 역류차단 에폭시 부재
210 : 파이프 부재
220 : 후단블록 부재
221 : 제 1 그립영역 부재
221a : 제 1 그립홈 부재
222 : 제 2 그립영역 부재
222a : 제 2 그립홈 부재
223 : 함몰영역 부재
230 : 코킹주머니 부재
240 : 코킹호스 부재
250 : 니플 연결 부재
261 : 제 1 주머니 고정부재
262 : 제 2 주머니 고정부재
G : 구획 공간

Claims

상방향으로 비스듬히 천공되는 천공홀에 삽입되도록 길게 형성되며 속이 빈 파이프 형태로 이루어지고 자신 몸체의 내외부를 관통하는 복수 개의 가압공(111, 111')이 형성되는 주입관 부재(110);
상기 주입관 부재의 내측에 삽입되어 상기 주입관 부재의 내벽에 맞물리는 제 1 영역부재(121)와, 상기 주입관 부재의 길이 방향을 따라 상기 제 1 영역부재와 이격되어 연결된 상태로 상기 주입관 부재의 내벽에 맞물리는 제 2 영역부재(122)와, 상기 제 1,2 영역부재를 상호 연결하되 상기 가압공과 연통하는 공간(이하, '구획 공간'이라 함)을 상기 주입관 부재와의 사이에 형성하는 제 3 영역부재(123)로 이루어지는 가압영역 구획부재(120);
상기 파이프 부재에 연통 연결된 상태로 상기 가압영역 구획부재를 관통하여 상기 주입관 부재의 내측에 삽입되며 상기 주입관 부재의 내부와 상기 구획 공간에 그라우트재를 주입하는 주입관 주입 부재(130);
상기 주입관 부재의 후단부에 배치된 상태로 상기 주입관 주입 부재와 연통 연결되어 상기 주입관 주입 부재에 대한 그라우트재의 주입을 가이드하는 소정 길이의 속이 빈 파이프 부재(210);
상기 파이프 부재가 자신의 길이 방향을 따라 자신의 중앙부를 관통함에 따라 상기 파이프 부재를 감싸는 형태로 배치되는 후단블록 부재(220);
상기 후단블록 부재의 외표면 둘레를 따라 주머니 형태로 배치되며 외부로부터 주입되는 그라우트재에 의해 팽창하면서 상기 천공홀의 입구 부분을 폐쇄시키는 코킹주머니 부재(230);
호스 형태로서 외부로부터 상기 후단블록 부재의 일측벽을 관통하여 상기 코킹주머니 부재의 내측으로 연통됨에 따라 상기 코킹주머니 부재의 내측에 대한 그라우트재의 주입을 가이드하는 코킹호스 부재(240);
상기 후단블록 부재로부터 노출된 부분인 상기 파이프 부재의 선단부와 상기 주입관 주입 부재의 후단부를 니플 형태로 연통 연결시키고 외력에 의해 상기 주입관 주입 부재로부터 상기 파이프 부재, 상기 후단블록 부재, 상기 코킹주머니 부재, 상기 코킹호스 부재를 일체로 분리시키는 니플 연결 부재(250);
를 포함하여 구성되고,
상기 제 1 영역부재(121)는,
상기 주입관 부재의 내벽과 인접하는 자신의 외표면 중 자신의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 절개 형성되는 제 1 에폭시 주입홈 부재(121a);
를 구비하고,
상기 제 2 영역부재(122)는,
상기 주입관 부재의 내벽과 인접하는 자신의 외표면 중 자신의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 절개 형성되는 제 2 에폭시 주입홈 부재(122a);
를 구비하고,
상기 주입관 부재(110)는,
상기 제 1 에폭시 주입홈 부재에 대응하는 위치에서 상기 제 1 에폭시 주입홈 부재에 연통하는 제 1 에폭시 주입공 부재(112);
상기 제 2 에폭시 주입홈 부재에 대응하는 위치에서 상기 제 2 에폭시 주입홈 부재에 연통하는 제 2 에폭시 주입공 부재(113);
를 구비하고,
상기 제 1 에폭시 주입홈 부재, 상기 제 1 에폭시 주입공 부재, 상기 제 1 에폭시 주입홈 부재와 상기 제 1 에폭시 주입공 부재 사이의 공간을 잇는 형태로 경화된 제 1 역류차단 에폭시 부재(151);
상기 제 2 에폭시 주입홈 부재, 상기 제 2 에폭시 주입공 부재, 상기 제 2 에폭시 주입홈 부재와 상기 제 2 에폭시 주입공 부재 사이의 공간을 잇는 형태로 경화된 제 2 역류차단 에폭시 부재(152);
를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제 3 영역부재(123)는 상기 구획 공간에 대응하여 그 단면의 외곽테두리가 상기 제 1 영역부재의 단면이 이루는 외곽테두리와 상기 제 2 영역부재의 단면이 이루는 외곽테두리보다 상대적으로 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 후단블록 부재(220)는,
상기 후단블록 부재의 몸체에서 상기 니플 연결 부재와 인접하는 단부의 소정 부분 외경이 외향하여 돌출 형성되는 제 1 그립영역 부재(221);
상기 후단블록 부재의 몸체에서 상기 제 1 그립영역 부재와 대향하는 단부의 소정 부분 외경이 외향하여 돌출 형성되는 제 2 그립영역 부재(222);
상기 제 1 그립영역 부재와 상기 제 2 그립영역 부재 사이에 대응하는 상기 후단블록 부재의 외경이 상기 제 1 그립영역 부재와 상기 제 2 그립영역 부재에 비해 상대적으로 함몰 형성된 함몰영역 부재(223);
상기 코킹주머니 부재의 개구된 일단부가 끼워지도록 상기 제 1 그립영역 부재의 외표면 중 자신의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 함몰 형성되는 제 1 그립홈 부재(221a);
상기 코킹주머니 부재의 개구된 타단부가 끼워지도록 상기 제 2 그립영역 부재의 외표면 중 자신의 둘레 방향을 따라 소정 영역이 함몰 형성되는 제 2 그립홈 부재(222a);
를 구비하고,
상기 코킹주머니 부재의 개구된 일단부가 상기 제 1 그립홈 부재에 끼워진 상태에서 상기 제 1 그립홈 부재를 감싸는 형태로 상기 제 1 그립홈 부재를 가압하는 제 1 주머니 고정부재(261);
상기 코킹주머니 부재의 개구된 타단부가 상기 제 2 그립홈 부재에 끼워진 상태에서 상기 제 2 그립홈 부재를 감싸는 형태로 상기 제 2 그립홈 부재를 가압하는 제 2 주머니 고정부재(262);
를 포함하여 구성되며,
상기 코킹호스 부재(240)는 자신의 선단부가 상기 제 2 그립영역 부재를 관통하여 상기 함몰영역 부재의 외표면에 배치되는 것을 특징으로 하는 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치.
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