KR102511849B1

KR102511849B1 - 친환경적인 해저관로 굴착공법

Info

Publication number: KR102511849B1
Application number: KR1020220090250A
Authority: KR
Inventors: 조태희; 김일진
Original assignee: 프로몰엔지니어링주식회사
Priority date: 2022-07-21
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2023-03-20

Abstract

본발명은 친환경적인 해저관로 굴착공법에 관한 것으로, 비트(10), 스테빌라이져(10), 머드모터(30) 결합형 굴착장치를 사용하여 해저관로 매설을 위한 굴착시 슈팅과 후레싱을 동시에 진행하는 것으로,
본발명은 굴착면 정리공정인 후레싱공정을 슈팅작업과 동시에 진행할 수 있으므로 공기단축, 비용절감등의 장점을 가질 수 있으며, 탈부착형 스태빌라이저로 인해 시공이 편리해 지며, 토질 및 암반의 조건에 따라 스테빌라이저의 형상을 선택적으로 사용할 수 있는 장점이 있으며, 스테빌라이져가 굴착공의 거친 외벽을 정리함으로써 굴착 시 머드모터 및 비트가 굴착공의 거친 외벽으로 인한 마찰을 최소화 시킬 수 있어 비트와 스테빌라이져 장착으로 인해 머드모터와 비트의 사용 수명을 연장시킬 수 있으며, 또한 스태빌라이저만 교체하여 사용할 수 있으므로 시공 및 관리가 편리해 지며 경제적인 현저한 효과가 있다.

Description

친환경적인 해저관로 굴착공법{Excavation method of eco-friendly subsea pipeline}

본발명은 친환경적인 해저관로 굴착공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굴착면 정리공정인 후레싱공정을 슈팅작업과 동시에 진행할 수 있으므로 공기단축, 비용절감등의 장점을 가질 수 있으며, 탈부착형 스태빌라이저로 인해 시공이 편리해 지며, 토질 및 암반의 조건에 따라 스테빌라이저의 형상을 선택적으로 사용할 수 있는 장점이 있으며, 스테빌라이져가 굴착공의 거친 외벽을 정리함으로써 굴착 시 머드모터 및 비트가 굴착공의 거친 외벽으로 인한 마찰을 최소화 시킬 수 있어 비트와 스테빌라이져 장착으로 인해 머드모터와 비트의 사용 수명을 연장시킬 수 있으며, 또한 스태빌라이저만 교체하여 사용할 수 있으므로 시공 및 관리가 편리해 지며 경제적인 친환경적인 해저관로 굴착공법에 관한 것이다.

일반적으로 해저관로 매설공법은 해저 암반층에 HOLE을 형성시켜 그 안에 목적관을 매설하는 공법으로 슈팅, 확공, 풀링의 공정으로 구성된다. 이때 사용되는 스테빌라이져란 암반용 확공기 및 트라이콘 비트를 이용해 굴착한 Hole의 거친 외벽을 정리함과 동시에 Hole 내부에 잔존해 있는 암반가루를 외부로 배출시키는데 사용되는 장치이다.

수평굴착공법은 슈팅->후레싱->풀링의 작업 순서로 작업을 진행하게 된다. 선단굴착인 슈팅 공정은 머드머터와 트라이콘 비트를 이용하여 작업을 진행하게 되는데 트라이콘 비트로 만들어진 굴착공은 거친 단면을 가지게 된다. 이렇게 만들어진 거친 단면은 관을 굴착공 안으로 삽입할 때 관을 손상시키게 된다.

이러한 이유로 관을 매설하기 전 스테빌라이져를 이용해 굴착공의 거친 단면을 제거시키는 작업을 진행한다. 통상적으로 슈팅 공정에 사용되는 머드모터와 트라이콘 비트는 나사로 연결되는 구조로 되어 있고 머드모터의 회전력을 이용해 비트를 회전시켜 암반을 굴착하는 장치이다. 머드모터는 통상적으로 매끄러운 단면을 가지고 있으며, 암반 파쇄용 비트는 다양한 형상으로 토질조건에 맞게 사용하게 된다.

관로매설을 위한 수평굴착공법에서 암반층에 Hole을 형성하여 관로를 매설하는 공법을 사용할때는 일반적으로 머드모터를 사용한다. 머드모터의 구동원리는 강력한 수압을 가해주는 고압의 펌프를 이용해 벤토나이트 현탁액을 머드모터에 주입하여 머드모터 내부에 있는 꽈배기 모양의 로터에 압력을 가하여 로터를 회전하게 만들고 로터의 회전으로 앞의 트라이콘 비트가 회전하여 암반을 갈아서 Hole을 형성하는 원리이다.

종래특허기술의 일례로서 공개특허공보 공개번호 10-2015-0039056호에는 비트 바디부의 하부에 하측으로 연장되어 설치되는 3개의 비트 레그들 및 각각의 비트 레그의 내측에 결합되어 회전하면서 굴착을 수행하는 콘(Cone)부재를 구비하는 트리콘 드릴 비트에 있어서, 각각의 비트 레그의 외면에 비스듬히 형성되는 가이드 윙을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 머드 유동 향상을 위한 트리콘 드릴 비트가 공개되어 있다.

또한, 본출원인은 등록특허공보 등록번호 10-0935439로 특허출원등록받았으며, 그 기술적 요지는 지중관로의 매설시 시작구와 도달구가 지하로 굴착되는 굴착공을 통해 연통되도록 하고, 상기 굴착공의 굴착시 벤토나이트 혼합액을 사용하도록 하는 친환경적인 비개착 해저관로 매설공법에 있어서, 상기 시작구에 압입장비 를 설치하여 상기 시작구로부터 도달구로 선단 굴착공이 형성되도록 하는 단계 및; 상기 도달구 측에 벤토나이트 오니를 처리하기 위한 벤토나이트 재활용 유니트를 설치하여 상기 도달구로부터 상기 시작구로 확장 굴착공이 형성되도록 하는 단계를 포함하되; 상기 선단 굴착공이 형성되도록 하는 단계는 상기 압입장비를 통해 벤토나이트 혼합액이 공급되도록 하고, 상기 확장 굴착공이 형성되도록 하는 단계는 상기 도달구 측에서 스위블 커넥터를 결합시켜 상기 압입장비에 의해 상기 도달구 측에서 상기 시작구 측으로 당겨지는 확공기에 상기 도달구측 벤토나이트 재활용 유니트를 통해 재활용 처리된 벤토나이트 혼합액이 공급되도록 하는 구성이 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술은 굴착면 정리공정인 후레싱공정을 슈팅작업과 별도 진행하므로 공기가 길며, 비용이 많이 소요되며, 시공 및 관리가 불편한 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본발명은 굴착면 정리공정인 후레싱공정을 슈팅작업과 동시에 진행할 수 있으므로 공기단축, 비용절감등의 장점을 가질 수 있으며, 탈부착형 스태빌라이저로 인해 시공이 편리해 지며, 토질 및 암반의 조건에 따라 스테빌라이저의 형상을 선택적으로 사용할 수 있는 장점이 있으며, 스테빌라이져가 굴착공의 거친 외벽을 정리함으로써 굴착 시 머드모터 및 비트가 굴착공의 거친 외벽으로 인한 마찰을 최소화 시킬 수 있어 비트와 스테빌라이져 장착으로 인해 머드모터와 비트의 사용 수명을 연장시킬 수 있으며, 또한 스태빌라이저만 교체하여 사용할 수 있으므로 시공 및 관리가 편리해 지며 경제적인 친환경적인 해저관로 굴착공법을 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 친환경적인 해저관로 굴착공법에 관한 것으로, 비트(10), 스테빌라이져(20), 머드모터(30) 결합형 굴착장치를 사용하여 해저관로 매설을 위한 굴착시 슈팅과 후레싱을 동시에 진행하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 굴착면 정리공정인 후레싱공정을 슈팅작업과 동시에 진행할 수 있으므로 공기단축, 비용절감등의 장점을 가질 수 있으며, 탈부착형 스태빌라이저로 인해 시공이 편리해 지며, 토질 및 암반의 조건에 따라 스테빌라이저의 형상을 선택적으로 사용할 수 있는 장점이 있으며, 스테빌라이져가 굴착공의 거친 외벽을 정리함으로써 굴착 시 머드모터 및 비트가 굴착공의 거친 외벽으로 인한 마찰을 최소화 시킬 수 있어 비트와 스테빌라이져 장착으로 인해 머드모터와 비트의 사용 수명을 연장시킬 수 있으며, 또한 스태빌라이저만 교체하여 사용할 수 있으므로 시공 및 관리가 편리해 지며 경제적인 현저한 효과가 있다.

도 1은 종래 해저관로 매설공법 순서도
도 2는 종래 스테빌라이져 사용도
도 3은 종래 스테빌라이져 사용개념도
도 4는 본발명의 비트 스테빌라이져 결합구조도
도 5는 본발명의 탈부착형 스테빌라이져 설명도
도 6은 본발명의 스테빌라이져의 형상과 적용토질관계도
도 6a 일반토사
도 6b 풍화암
도 6c연암, 경암
도 7은 본발명의 비트(10), 스테빌라이져(10), 머드모터(30) 결합형 굴착장치 작동구조도

또한, 상기 비트(10)가 암반을 파쇄하면서 진행하면 바로 뒤에 장착되어 있는 스테빌라이저(20)가 거친 단면을 동시에 정리하게 되는 구성인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스테빌라이져(20)는 탈부착식인 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.도 1은 종래 해저관로 매설공법 순서도, 도 2는 종래 스테빌라이져 사용도, 도 3은 종래 스테빌라이져 사용개념도, 도 4는 본발명의 비트 스테빌라이져 결합구조도, 도 5는 본발명의 탈부착형 스테빌라이져 설명도, 도 6은 본발명의 스테빌라이져의 형상과 적용토질관계도, 도 6a 일반토사

도 6b 풍화암, 도 6c연암, 경암, 도 7은 본발명의 비트(10), 스테빌라이져(10), 머드모터(30) 결합형 굴착장치 작동구조도이다.

본발명은 슈팅-후레싱-풀링 공정을 진행하는 기존 공정과 달리 슈팅과 후레싱을 동시에 진행할 수 있는 장치에 관한 것이다.

본발명의 스테빌라이져 장착형 머드모터에 대해 설명하면,

본발명은 머드모터의 외부에 스테빌리아저를 장착하여 굴착 후면에서 바로 굴착공의 거친 단면을 정리하는 구조로 구성된다. 비트가 암반을 파쇄하면서 진행하면 바로 뒤에 장착되어 있는 스테빌라이저가 거친 단면을 동시에 정리하게 되는 구조로 되어 있다.

스테빌라이져의 중간과 스테빌라이저 내면에 나사산을 만들어 머드모터와 스테빌라이저를 연결할 수 있는 구조로 형성된다. 이렇게 탈부착을 할 수 있으면 토질 및 암반의 조건에 따라 스테빌라이저의 형상을 선택적으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 또한 스태빌라이저의 마모로 인해 더 사용할 수 있는 머드모터의 교체하는 대신에 스태빌라이저만 교체하여 사용할 수 있으므로 시공 및 관리가 편리해 진다는 장점을 가질 수 있다.

또한 스테빌라이져가 굴착공의 거친 외벽을 정리함으로써 굴착 시 머드모터 및 트라이콘 비트가 굴착공의 거친 외벽으로 인한 마찰을 최소화 시킬 수 있어 스테빌라이져 장착으로 인해 머드모터와 트라이콘 비트의 사용 수명을 연장시킬 수 있다.

본발명에 의해 작업을 진행하게 되면 별도의 후레싱공정(굴착면 정리)을 슈팅작업과 동시에 진행할 수 있으므로 공기단축, 비용절감등의 장점을 가질 수 있으며, 탈부착형 스태빌라이저로 인해 시공이 편리해 진다는 장점을 가진다.

본 발명의 스테빌라이저는 사용되는 토질에 따라 선택적으로 사용할 수 있다. 일반토사, 풍화암. 연암 및 경암에 적용 가능한 스테빌라이저가 구성되며, 연암 및 경암의 경우 사용되는 비트(초경)의 재질에 따라 구분하여 사용할 수 있다. 도 6a, b, c에 도시된 바와 같이 일반토사의 경우, 스테빌라이저의 돌기부표면은 매끈하고, 풍화암의 경우에는 미소돌기들이 돌출형성되며, 연암, 경암의 경우에는 풍화암의 경우보다 사이즈가 큰 돌기들이 형성되어 경도가 강한 암반 굴착면을 정리하게 된다.

한편, 상기 일반토사용 스테빌라이저 3부위, 풍화암용 미소돌기들이 돌출형성된 스테빌라이저 2부위, 연암, 경암용 사이즈가 큰 돌기들이 형성된 스테빌라이저 1부위들을 후방에서부터 전방으로 일체로 연결하여, 사용할수 있는 것으로, 이 경우, 후방에서 전방으로 갈수록 지름이 작아지게 한다. 무엇보다 일반토사용 스테빌라이저 부위, 풍화암용 미소돌기들이 돌출형성된 스테빌라이저 부위, 연암, 경암용 사이즈가 큰 돌기들이 형성된 스테빌라이저 부위들이 연결되는 연결지점은 갑작스러운 절삭압력을 완화시키기 위해, 각 스테빌라이저 부위의 나선들은 연결지점에서 서로 나선이 전후로 이어지게 결합한다. 곧 1, 2, 3부위들을 상호회전하여 나사결합하는 것으로, 예를 들어, 맨앞의 1부위의 나선이 끝나는 후방나선이 2부위의 나선이 시작되는 전방 나선과 연결되게 위치시킨다. 한편, 본발명은 각 부위의 나선들을 2중나선으로 형성할 수 있는 것으로, 이 경우 2중나선중 하나를 후방의 나선으로 형성한다. 예를 들어 1부위의 2중나선증 하나는 후방에 연결되는 풍화암용 미소돌기들이 돌출형성된 나선과 동일하게 형성한다. 이렇게 하여 전방부위에서 후방부위로 넘어가면서 굴착면을 스무스하게 정리하게 된다.

구분	일반토사(도 6a)	풍화암(도 6b)	연암, 경암(도 6c)
적용 일축압축강도	-	125kg/cm2이하	연암 125kg/cm2~400kg/cm2 경암 400kg/cm2~1200kg/cm2

한국기술용역협회 표준품셈 기준

<표 1> 본발명의 스테빌라이저를 사용되는 토질에 따라 선택적으로 사용하는 예시도

머드모터 작동원리는 다음과 같다. 머드모터 내부에는 회전 로터라고 불리우는 꽈배기 모양의 긴 축이 존재한다. 이렇게 꼬인 회전 로터에 머드 펌프로 고압의 벤토나이트 현탁액을 분사하면 벤토나이트 현탁액은 압력에 의해 로터를 밀고, 꼬인 로터의 몸체에 벤토나이트 현탁액의 압력이 가해져 로터가 회전하게 되는 구조이다. 이렇게 로터를 밀어 회전시킨 벤토나이트 현탁액은 내부의 이동통로를 따라 이동하여 굴착공 내부로 분사되게 된다

머드모터의 회전속도는 머드펌프의 분사압, 토출량으로 결정된다.

머드모터를 회전시키는 머드펌프는 작업거리, 매설관경등을 고려하여 적성한 사양으로 선정하여 사용된다. 당사에서 일반적으로 사용되는 머드펌프는 F-1000으로 최대출력 1000hp, 최대토출량 41.05L/S의 사양을 지닌 펌프를 이용한다.

<표 2> 머드펌프 사양표

10 : 비트
20 : 스테빌라이져
30 : 머드모터(30)

Claims

비트(10), 스테빌라이져(20), 머드모터(30) 결합형 굴착장치를 사용하여 해저관로 매설을 위한 굴착시 슈팅과 후레싱을 동시에 진행하는 것으로, 상기 비트(10)가 암반을 파쇄하면서 진행하면 바로 뒤에 장착되어 있는 스테빌라이저(20)가 거친 단면을 동시에 정리하게 되는 구성인 것이며, 상기 스테빌라이져(20)는 탈부착식인 친환경적인 해저관로 굴착공법에 있어서,
상기 스테빌라이저(20)는 사용되는 토질에 따라 선택적으로 사용할 수 있는 것으로, 일반토사/ 풍화암/ 연암 및 경암에 적용 가능한 스테빌라이저가 구성되며,일반토사의 경우, 스테빌라이저의 돌기부표면은 매끈하고, 풍화암의 경우에는 미소돌기들이 돌출형성되며, 연암, 경암의 경우에는 풍화암의 경우보다 사이즈가 큰 돌기들이 형성되어 경도가 강한 암반 굴착면을 정리하게 되되, 상기 일반토사용 스테빌라이저 3부위, 풍화암용 미소돌기들이 돌출형성된 스테빌라이저 2부위, 연암, 경암용 사이즈가 큰 돌기들이 형성된 스테빌라이저 1부위들을 후방에서부터 전방으로 일체로 연결하여 사용하는 것으로, 후방에서 전방으로 갈수록 지름이 작아지게 형성되며, 상기 일반토사용 스테빌라이저 3부위, 풍화암용 미소돌기들이 돌출형성된 스테빌라이저 2부위, 연암, 경암용 사이즈가 큰 돌기들이 형성된 스테빌라이저 1부위들이 연결되는 연결지점은 갑작스러운 절삭압력을 완화시키기 위해, 각 스테빌라이저 부위의 나선들은 연결지점에서 서로 나선이 전후로 이어지게 결합되는 것을 특징으로 하는 친환경적인 해저관로 굴착공법
삭제
삭제