KR102430248B1 - 이중 쐐기형 역류차단밸브를 구비한 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치 - Google Patents

이중 쐐기형 역류차단밸브를 구비한 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 굴착 공사에서 터널의 천장 부분을 비스듬히 천공한 후 그 천공한 천공홀에 그라우트재를 주입함으로써 굴착된 상태의 터널 천장 부분을 보강함과 아울러 그 분사 중의 그라우트재가 주입관 부재의 내측으로 다시 역류됨을 차단하는 기술로서, 그라우트재를 주입관 부재로부터 천공홀의 내부로 토출시키도록 주입관 부재에 형성되는 가압공에 대해 이중 쐐기 형태로 끼움 결합됨에 따라 그 가압공을 통해 주입관 부재로부터 천공홀로 토출된 그라우트재가 다시 주입관 부재의 내측으로 역류됨을 차단시키는 기술이다. 본 발명에 따르면, 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 장점이 있다.

Description

이중 쐐기형 역류차단밸브를 구비한 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치 {grouting device for pressing multi-level areas by one-step with backflow shutoff valve of double wedge type}
본 발명은 터널 굴착 공사에서 터널의 천장 부분을 비스듬히 천공한 후 그 천공한 천공홀에 그라우트재를 주입함으로써 굴착된 상태의 터널 천장 부분을 보강함과 아울러 그 분사 중의 그라우트재가 주입관 부재의 내측으로 다시 역류됨을 차단하는 기술에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본 발명은 그라우트재를 주입관 부재로부터 천공홀의 내부로 토출시키도록 주입관 부재에 형성되는 가압공에 대해 이중 쐐기 형태로 끼움 결합됨에 따라 그 가압공을 통해 주입관 부재로부터 천공홀로 토출된 그라우트재가 다시 주입관 부재의 내측으로 역류됨을 차단시키는 기술이다.
[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 6 미터씩 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.
그리고, [도 2]에서와 같이 천공홀(10)이 상향하여 비스듬히 형성되는 환경에서 그 천공홀(10)의 내측에 그라우트재를 분사하는 부분에서 빈번하게 역류가 발생하는 문제도 발생한다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 비스듬히 형성되는 천공홀의 내측에서 그라우트재가 주입되는 과정 중 그라우트재를 분사하는 부분에서 역류의 발생이 차단되도록 하는 이중 쐐기형 역류차단밸브를 구비한 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이중 쐐기형 역류차단밸브를 구비한 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); 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 복수의 후단블록 부재(221, 222); 복수의 후단블록 부재 외표면 둘레를 따라 주머니 형태로 배치되며 외부로부터 주입되는 그라우트재에 의해 팽창하면서 천공홀의 입구 부분을 폐쇄시키는 코킹주머니 부재(230); 호스 형태로서 외부로부터 복수의 후단블록 부재 중 천공홀의 입부쪽에 위치한 후단블록 부재의 일측벽을 관통하여 코킹주머니 부재의 내측으로 연통됨에 따라 코킹주머니 부재의 내측에 대한 그라우트재의 주입을 가이드하는 코킹호스 부재(240); 복수의 후단블록 부재 중 천공홀의 안쪽에 위치한 후단블록 부재로부터 천공홀의 안쪽으로 노출된 부분인 파이프 부재의 선단부와 주입관 주입 부재의 후단부를 니플 형태로 연통 연결시키고 외력에 의해 주입관 주입 부재로부터 파이프 부재, 복수의 후단블록 부재, 코킹주머니 부재, 코킹호스 부재를 일체로 분리시키는 니플 연결 부재(250); 가압공에 이중 쐐기 형태로 끼움 결합되며 주입관 주입 부재로부터 분사되는 그라우트재가 가압공을 통해 주입관 부재의 외부로 분사된 후 가압공으로 역류됨을 차단하는 역류차단 밸브부재(300);를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 역류차단 밸브부재(300)는, 가압공에 끼움 결합되고 가압공의 길이 방향을 따라 자신 몸체의 중앙부가 가압공의 길이 방향으로 중공형 통로부재(311)가 관통 형성된 밸브 하우징 부재(310); 중공형 통로부재에 끼움 결합되고 자신 몸체의 내측으로 그라우트재의 이동이 가능하도록 밸브 하우징 부재의 길이 방향을 따라 자신 몸체의 중앙부에 역류차단 통로부재(321)가 관통 형성된 토출 노즐 부재(320);를 구비할 수 있다.
이때, 토출 노즐 부재(320)는, 주입관 주입 부재로부터의 그라우트재 주입 압력 발생시 역류차단 통로부재를 오픈시키고 주입관 주입 부재로부터의 그라우트재 주입 압력이 낮아지면 역류차단 통로부재를 클로즈시키도록 자신 몸체가 텐션을 갖는 합성수지재로 구성될 수 있다.
한편, 가압공(111, 111')은 주입관 부재의 외부로부터 내측을 향해 그 내경이 점차적으로 작아지는 테이퍼 형태로 구성될 수 있다.
그리고, 밸브 하우징 부재(310)는 가압공의 내경에 대응하여 자신 몸체의 외경이 가압공의 내측을 향해 그 외경이 점차적으로 작아지는 테이퍼 형태로 구성될 수 있다.
또한, 중공형 통로부재(311)는 자신 몸체의 내경이 가압공의 내측을 향해 점차적으로 커지는 테이퍼 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 토출 노즐 부재(320)는, 중공형 통로부재의 내경이 큰 내측에 대응하는 위치에서 인접 위치보다 큰 외경으로 형성됨에 따라 주입관 주입 부재로부터 그라우트재의 주입 압력 발생시 중공형 통로부재의 내벽에 걸려 고정되는 지지 부재(322); 중공형 통로부재의 외부를 향해 지지 부재와 일체로 연장 형성되며 주입관 주입 부재로부터의 그라우트재 주입 압력 발생시 역류차단 통로부재(321)를 오픈시키고 주입관 주입 부재로부터의 그라우트재 주입 압력이 낮아지면 자신 몸체의 텐션에 의해 역류차단 통로부재(321)를 클로즈시키는 오픈 및 클로즈 부재(323);를 더 구비할 수 있다.
다른 한편, 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.
다른 한편, 주입관 부재(110)는 복수 개의 단일관 부재(110a, 110b)가 서로 연결되는 형태로 이루어지고 일단부가 내향 절곡된 하나의 단일관 부재(110a)가 다른 하나의 단일관 부재(110b) 일단부 내측에 끼움 결합되는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명은 역류차단 체크밸브를 구비함에 따라 경사진 천공홀의 내측에서 그라우트재가 분사되는 과정 중 주입관 부재로부터 분사되는 그라우트재가 다시 주입관 부재의 내측으로 역류됨을 차단하는 장점을 나타낸다.
또한, 본 발명은 역류차단 밸브부재가 독특한 구조의 밸브 하우징 부재와 토출 노즐 부재를 구비함에 따라 역류차단 밸브부재의 동작이 원활하게 이루어짐은 물론 그라우트재의 분사나 역류 차단이 안정적으로 이루어질 수 있다는 장점도 나나낸다.
또한, 본 발명은 파이프 부재와 주입관 부재를 연결하는 부분에 니플 연결 부재를 구비함에 따라 천공홀의 천장예정선 아래 쪽을 제거하는 과정에서 그라우팅 장치의 후단부가 용이하게 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.
[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 장치와 코킹 부분의 후단블록 부재를 개략적으로 도시한 도면,
[도 4]는 [도 3]에서 코킹주머니 부재가 장착된 상태를 나타낸 도면,
[도 5]는 [도 4]에서 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 도면,
[도 11]은 [도 7]에서 가압공이 위치한 주입관 부재의 일부분과 그 가압공에 결합되기 전의 역류차단 밸브부재를 발췌하여 확대 도시한 도면,
[도 12]는 [도 7]에서 역류차단 밸브부재가 가압공에 끼움 결합된 상태를 도시한 도면,
[도 13]은 [도 7]에서 토출 노즐 부재를 통해 그라우트재가 분출되는 과정을 도시한 도면,
[도 14]는 [도 4]에서 주입관 부재의 다른 실시예에 따른 형성 과정을 나타낸 예시도,
[도 15]는 [도 14] 상의 주입관 부재가 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
[도 3]은 본 발명에 따른 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치와 코킹 부분의 후단블록 부재를 개략적으로 도시한 도면이고, [도 4]는 [도 3]에서 코킹주머니 부재가 장착된 상태를 나타낸 도면이고, [도 5]는 [도 4]에서 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 7]을 참조하면, 본 발명에 따른 이중 쐐기형 역류차단밸브를 구비한 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치는 주입관 부재(110), 가압영역 구획부재(120), 주입관 주입 부재(130), 파이프 부재(210), 후단블록 부재(221, 222), 코킹주머니 부재(230), 코킹호스 부재(240), 니플 연결 부재(250), 역류차단 밸브부재(300)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.
가압공(111, 111')은 바람직하게는 아래의 [도 11] 내지 [도 13]에서와 같이 주입관 부재(110)의 외부로부터 내측을 향해 그 내경이 점차적으로 작아지는 테이퍼 형태로 구성될 수 있다.
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.
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.
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.
다른 한편, 가압영역 구획부재(120)를 중심으로 주입관 부재(110)의 내측에서 각 구간마다 구획된 영역 간에 역류가 차단될 수 있도록 오링 부재(141, 142)와 수밀유지 부재(161, 162)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.
수밀유지 부재(161,162)는 바람직하게는 얇은 연질의 합성수지재로 구성되어 [도 6]과 [도 7]에서와 같이 제 1 영영부재(121)의 외측 단면과 제 2 영역부재(122)의 외측 단면에 밀착될 수 있다.
그 결과, [도 6]과 [도 7]에서와 같이 가압영역 구획부재(120)가 주입관 부재(110)의 내측으로 슬라이드하여 정지한 곳에서 주입관 부재(110)의 내벽과 가압영역 구획부재(120) 사이의 수밀을 유지하게 된다.
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(221, 222)는 파이프 부재(210)가 자신의 길이 방향을 따라 자신의 중앙부를 관통하도록 복수 개 구비됨에 따라 [도 8] 내지 [도 10]에서와 같이 파이프 부재(210)를 감싸는 형태로 배치될 수 있다.
후단블록 부재(221, 222)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, 복수의 후단블록 부재(221, 222)는 코킹주머니 부재(230)가 내외부 폐쇄된 주머니 형태를 이루도록 [도 8] 내지 [도 10]에서와 같이 각각 제 1 그립홈 부재(221a)와 제 2 그립홈 부재(222a)를 구비할 수 있다.
제 1 그립홈 부재(221a)는 코킹주머니 부재(230)의 개구된 일단부가 끼워지도록 하나의 후단블록 부재(221)의 외표면 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 다른 하나의 후단블록 부재(222)의 외표면 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(221, 222)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 복수의 후단블록 부재(221, 222)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 복수의 후단블록 부재(221, 222) 중 천공홀(10)의 입구쪽에 위치한 후단블록 부재(222)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), 복수의 후단블록 부재(221, 222), 코킹주머니 부재(230), 코킹호스 부재(240)가 일체로 쉽게 떨어져 나갈 수 있다.
한편, 본 발명은 제 1 주머니 고정부재(261), 제 2 주머니 고정부재(262)를 더 포함하여 구성될 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.
[도 11]은 [도 7]에서 가압공이 위치한 주입관 부재의 일부분과 그 가압공에 결합되기 전의 역류차단 밸브부재를 발췌하여 확대 도시한 도면이고, [도 12]는 [도 7]에서 역류차단 밸브부재가 가압공에 끼움 결합된 상태를 도시한 도면이고, [도 13]은 [도 7]에서 토출 노즐 부재를 통해 그라우트재가 분출되는 과정을 도시한 도면이다.
[도 11] 내지 [도 13]을 참조하면, 역류차단 밸브부재(300)는 주입관 부재(110)에 형성되는 가압공(111, 111')에 끼움 결합될 수 있다.
역류차단 밸브부재(300)는 주입관 부재(110)에 형성되는 가압공(111)에 [도 11] 내지 [도 13]에서와 같이 이중 쐐기 형태로 끼움 결합됨에 따라 주입관 부재(110)의 내측에 위치하는 주입관 주입 부재(130)로부터 분사되는 그라우트재가 가압공(111)을 통해 주입관 부재(110)의 외부로 분사될 때 그 가압공(111)으로 다시 역류되는 것을 효과적으로 차단하게 된다.
이를 위해, 역류차단 밸브부재(300)는 [도 11] 내지 [도 13]에서와 같이 주입관 부재(110)의 가압공(111)에 대한 이중 쐐기 형태의 결합이 가능하도록 밸브 하우징 부재(310)와 토출 노즐 부재(320)를 구비할 수 있다.
밸브 하우징 부재(310)는 [도 11]의 상태로부터 [도 12]의 상태로 가압공(111)에 끼움 결합될 수 있다.
여기서, 밸브 하우징 부재(310)가 가압공(111)에 끼움 결합되는 과정은 나사결합으로 이루어질 수도 있고 외부 충격에 의해 억지끼움 방식으로 [도 12]에서와 같이 체결될 수 있다.
밸브 하우징 부재(310)가 나사결합 방식으로 [도 12]에서와 같이 가압공(111)에 끼움 결합된다면 밸브 하우징 부재(310)의 외표면과 가압공(111)의 내벽에는 나사산이 형성되어야 할 것이다.
그리고, 밸브 하우징 부재(310)가 외부 충격에 의해 억지끼움 방식으로 [도 12]에서와 같이 가압공(111)에 끼움 결합된다면 밸브 하우징 부재(310)는 주입관 부재(110)보다 연질의 금속이나 합성수지재로 구성됨이 바람직하다.
밸브 하우징 부재(310)는 가압공(111)의 길이 방향을 따르는 자신 몸체의 중앙부가 [도 11] 내지 [도 13]에서와 같이 관통 형성됨에 따라 중공형 통로부재(311)를 구비할 수 있다.
토출 노즐 부재(320)는 그 중공형 통로부재(311)에 [도 11]과 [도 12]에서와 같이 끼움 결합될 수 있다.
토출 노즐 부재(320)는 자신 몸체의 내측으로 그라우트재의 이동이 가능하도록 [도 11]과 [도 12]에서와 같이 밸브 하우징 부재(310)의 길이 방향을 따라 자신 몸체의 중앙부에 역류차단 통로부재(321)가 관통 형성될 수 있다.
그 결과, 토출 노즐 부재(320)는 주입관 주입 부재(130)로부터의 그라우트재 분사 압력이 주입관 부재(110)의 내측에 발생하면 [도 13]에서와 같이 역류차단 통로부재(321)를 오픈시킨다.
그리고, 토출 노즐 부재(320)는 주입관 부재(110) 내측에서의 그라우트재 분사 압력이 낮아지게 되면 [도 12]에서와 같이 역류차단 통로부재(321)를 클로즈시킨다.
이를 위해, 토출 노즐 부재(320)의 내측 중앙부에 형성되는 역류차단 통로부재(321)는 [도 11]과 [도 12]에서와 같이 토출 노즐 부재(320)의 토출 선단부는 기구적으로 막힌 구조인 상태에서 얇은 블레이드를 통해 그 토출 노즐 부재(320)의 선단부가 찢어질 수 있다.
그에 따라, 주입관 부재(110)의 내측으로부터 외측을 향해 그라우트재의 분사가 이루어지는 경우에는 텐션에 의해 토출 노즐 부재(320)의 선단부에 대응하는 역류차단 통로부재(321)가 [도 13]에서와 같이 오픈되고, 주입관 부재(110)의 내측에서 그라우트재의 분사 압력이 낮아지는 경우에는 토출 노즐 부재(320)의 복원력에 의해 토출 노즐 부재(320)의 선단부에 대응하는 역류차단 통로부재(321)가 [도 12]에서와 같이 클로즈된다.
한편, 주입관 부재(110)의 가압공(111)에 역류차단 밸브부재(300)가 끼움 결합될 수 있도록 [도 11] 내지 [도 13]에서와 같이 그 가압공(111)은 바람직하게는 주입관 부재(110)의 외부로부터 내측을 향해 그 내경이 점차적으로 작아지는 테이퍼 형태로 구성될 수 있다.
이때, 밸브 하우징 부재(310)는 가압공(111)의 내경에 대응하여 자신 몸체의 외경이 가압공(111)의 내측을 향해 [도 11] 내지 [도 13]에서와 같이 그 외경이 점차적으로 작아지는 테이퍼 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 중공형 통로부재(311)는 가압공(111)의 내측을 향해 [도 11] 내지 [도 13]에서와 같이 자신 몸체의 내경이 점차적으로 커지는 테이퍼 형태로 구성될 수 있다.
즉, 밸브 하우징 부재(310)와 토출 노즐 부재(320)로 이루어지는 역류차단 밸브부재(300)는 [도 11] 내지 [도 13]에서와 같이 주입관 부재(110)의 가압공(111)에 대해 이중 쐐기 형태로 결합되는 것이다.
그 결과, 토출 노즐 부재(320)가 중공형 통로부재(311)에 끼움 결합된 상태에서 주입관 부재(110)의 내측으로부터 가압공(111)을 통해 그라우트재의 고압 분사가 이루어지는 경우에도 그 토출 노즐 부재(320)가 밸브 하우징 부재(310)로부터 이탈되지 않게 된다.
다른 한편, 토출 노즐 부재(320)는 [도 11] 내지 [도 13]에서와 같이 지지 부재(322)와 오픈 및 클로즈 부재(323)를 더 구비할 수 있다.
지지 부재(322)는 [도 11] 내지 [도 13]에서와 같이 중공형 통로부재(311)의 내경이 큰 내측에 대응하는 위치에서의 외경이 인접하는 위치의 외경보다 크게 형성될 수 있다.
그 결과, 주입관 부재(110)의 내측에서 주입관 주입 부재(130)를 통한 그라우트재의 분사 압력 발생시 지지 부재(322)는 [도 11] 내지 [도 13]에서와 같이 중공형 통로부재(311)의 내벽에 걸려 고정될 수 있다.
그리고, 지지 부재(322)는 오픈 및 클로즈 부재(323)와의 경계 부근에서 외표면의 직경이 [도 11] 내지 [도 13]에서와 같이 갑자기 커지는 단턱부를 형성할 수도 있다.
이때, 밸브 하우징 부재(310)의 중공형 통로부재(311)도 지지 부재(322)와 오픈 및 클로즈 부재(323)가 이루는 단턱부에 대응하여 해당 부분의 내벽이 함몰되는 단차부를 형성함에 따라 [도 13]에서와 같이 역류차단 통로부재(321)을 통한 그라우트재의 분사시 토출 노즐 부재(320)가 그라우트재의 분사 방향인 중공형 통로부재(311)의 전방으로 이탈되는 것을 차단할 수 있다.
오픈 및 클로즈 부재(323)는 [도 11] 내지 [도 13]에서와 같이 중공형 통로부재(311)의 외부를 향해 지지 부재(322)와 일체로 연장 형성될 수 있다.
여기서, 오픈 및 클로즈 부재(323)는 주입관 부재(110) 내에서 주입관 주입 부재(130)로부터 그라우트재의 분사 압력 발생시 [도 13]에서와 같이 역류차단 통로부재(321)를 오픈시키게 된다.
그리고, 오픈 및 클로즈 부재(323)는 주입관 부재(110) 내에서 주입관 주입 부재(130)로부터의 그라우트재 분사 압력이 낮아지면 자신 몸체의 텐션에 의해 [도 12]에서와 같이 역류차단 통로부재(321)를 클로즈시킴으로써 결과적으로 가압공(111, 111')을 통한 그라우트재의 역류를 차단하게 된다.
[도 14]는 본 발명의 구성인 주입관 부재의 형성 과정을 나타낸 예시도이고, [도 15]는 [도 14] 상의 주입관 부재가 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
[도 14]와 [도 15]를 참조하면, 본 발명의 구성인 주입관 부재(110)는 바 형태로 이루어진 복수 개의 단일관 부재(110a, 110b)가 길이 방향으로 서로 연접하여 연결될 수 있다.
천공홀(10)의 깊이에 따라 단일관 부재(110a, 110b)의 개수는 증감할 수 있는데, 바람직하게는 [도 14]와 [도 15]에서와 같이 소위 전조 방식으로 연결될 수 있다.
예컨대, [도 14]에서와 같이 하나의 단일관 부재(110a)에 대한 일단부를 찌그려서 내향 절곡한 후 다른 하나의 단일관 부재(110b)에 대한 일단부에 [도 15]에서와 같이 끼워서 연결할 수 있다.
이때, [도 15]에서와 같이 각 단일관 부재(110a, 110b)의 단부가 포개진 상태에서 리벳이나 체결볼트(B)를 통해 그 포개진 부분을 관통하여 체결됨에 따라 각 단일관 부재(110a, 110b)가 다시 분리되지 않고 그 포개진 상태를 견고하게 유지할 수 있게 된다.
여기서, [도 15]에서와 같이 복수의 단일관 부재(110a, 110b)가 서로 포개진 상태로 두껍게 연결됨에 따라 기존의 연결 부분에서 나사산 태핑으로 그 강성(예: 전단 강도)이 약해지는 단점을 보강할 수 있게 된다.
10 : 천공홀
20 : 지반
110 : 주입관 부재
110a, 110b : 단일관 부재
111, 111' : 가압공
120 : 가압영역 구획부재
121 : 제 1 영역부재
122 : 제 2 영역부재
123 : 제 3 영역부재
123a : 연통공
130 : 주입관 주입 부재
141, 142 : 오링 부재
161, 162 : 수밀유지 부재
210 : 파이프 부재
221, 222 : 후단블록 부재
221a : 제 1 그립홈 부재
222a : 제 2 그립홈 부재
230 : 코킹주머니 부재
240 : 코킹호스 부재
250 : 니플 연결 부재
261 : 제 1 주머니 고정부재
262 : 제 2 주머니 고정부재
300 : 역류차단 밸브부재
310 : 밸브 하우징 부재
311 : 중공형 통로부재
320 : 토출 노즐 부재
321 : 역류차단 통로부재
322 : 지지 부재
323 : 오픈 및 클로즈 부재
G : 구획 공간
B : 체결볼트

Claims (5)

  1. 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 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 복수의 후단블록 부재(221, 222);
    상기 복수의 후단블록 부재 외표면 둘레를 따라 주머니 형태로 배치되며 외부로부터 주입되는 그라우트재에 의해 팽창하면서 상기 천공홀의 입구 부분을 폐쇄시키는 코킹주머니 부재(230);
    호스 형태로서 외부로부터 상기 복수의 후단블록 부재 중 상기 천공홀의 입부쪽에 위치한 후단블록 부재의 일측벽을 관통하여 상기 코킹주머니 부재의 내측으로 연통됨에 따라 상기 코킹주머니 부재의 내측에 대한 그라우트재의 주입을 가이드하는 코킹호스 부재(240);
    상기 복수의 후단블록 부재 중 상기 천공홀의 안쪽에 위치한 후단블록 부재로부터 상기 천공홀의 안쪽으로 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 복수의 후단블록 부재, 상기 코킹주머니 부재, 상기 코킹호스 부재를 일체로 분리시키는 니플 연결 부재(250);
    상기 가압공에 이중 쐐기 형태로 끼움 결합되며 상기 주입관 주입 부재로부터 분사되는 그라우트재가 상기 가압공을 통해 상기 주입관 부재의 외부로 분사된 후 상기 가압공으로 역류됨을 차단하는 역류차단 밸브부재(300);
    를 포함하여 구성되고,
    상기 주입관 부재(110)는 복수 개의 단일관 부재(110a, 110b)가 서로 연결되는 형태로 이루어지고 일단부가 내향 절곡된 하나의 단일관 부재(110a)가 다른 하나의 단일관 부재(110b) 일단부 내측에 끼움 결합되는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 쐐기형 역류차단밸브를 구비한 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 역류차단 밸브부재(300)는,
    상기 가압공에 끼움 결합되고 상기 가압공의 길이 방향을 따라 자신 몸체의 중앙부가 상기 가압공의 길이 방향으로 중공형 통로부재(311)가 관통 형성된 밸브 하우징 부재(310);
    상기 중공형 통로부재에 끼움 결합되고 자신 몸체의 내측으로 그라우트재의 이동이 가능하도록 상기 밸브 하우징 부재의 길이 방향을 따라 자신 몸체의 중앙부에 역류차단 통로부재(321)가 관통 형성된 토출 노즐 부재(320);
    를 구비하고,
    상기 토출 노즐 부재(320)는,
    상기 주입관 주입 부재로부터의 그라우트재 주입 압력 발생시 상기 역류차단 통로부재를 오픈시키고 상기 주입관 주입 부재로부터의 그라우트재 주입 압력이 낮아지면 상기 역류차단 통로부재를 클로즈시키도록 자신 몸체가 텐션을 갖는 합성수지재로 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 쐐기형 역류차단밸브를 구비한 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가압공(111, 111')은 상기 주입관 부재의 외부로부터 내측을 향해 그 내경이 점차적으로 작아지는 테이퍼 형태로 구성되고,
    상기 밸브 하우징 부재(310)는 상기 가압공의 내경에 대응하여 자신 몸체의 외경이 상기 가압공의 내측을 향해 그 외경이 점차적으로 작아지는 테이퍼 형태로 구성되며,
    상기 중공형 통로부재(311)는 자신 몸체의 내경이 상기 가압공의 내측을 향해 점차적으로 커지는 테이퍼 형태로 구성되고,
    상기 토출 노즐 부재(320)는,
    상기 중공형 통로부재의 내경이 큰 내측에 대응하는 위치에서 인접 위치보다 큰 외경으로 형성됨에 따라 상기 주입관 주입 부재로부터 그라우트재의 주입 압력 발생시 상기 중공형 통로부재의 내벽에 걸려 고정되는 지지 부재(322);
    상기 중공형 통로부재의 외부를 향해 상기 지지 부재와 일체로 연장 형성되며 상기 주입관 주입 부재로부터의 그라우트재 주입 압력 발생시 상기 역류차단 통로부재(321)를 오픈시키고 상기 주입관 주입 부재로부터의 그라우트재 주입 압력이 낮아지면 자신 몸체의 텐션에 의해 상기 역류차단 통로부재(321)를 클로즈시키는 오픈 및 클로즈 부재(323);
    를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이중 쐐기형 역류차단밸브를 구비한 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치.
  4. 청구항 3에 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 이중 쐐기형 역류차단밸브를 구비한 원스텝 다단 가압 그라우팅 장치.
  5. 삭제
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