KR102518444B1

KR102518444B1 - 강관에 그라우트재를 동시주입하여 차수 및 보강을 하는 터널 강관 그라우팅 공법

Info

Publication number: KR102518444B1
Application number: KR1020220116850A
Authority: KR
Inventors: 허영욱; 조경옥
Original assignee: 허영욱; 조경옥
Priority date: 2022-09-16
Filing date: 2022-09-16
Publication date: 2023-04-05

Abstract

본 발명은 강관에 그라우트재를 동시주입하는 터널 강관 그라우팅 공법에 관한 것으로서, (a) 동시주입 그라우팅 강관을 삽입 설치하는 단계(S10)와, (b) 호스(40)를 통해 그라우트재를 분사하여 천공홀(20)의 주변 영역을 씰링없이 동시주입하는 단계(S20)를 포함하는 터널 강관 동시주입 그라우팅 공법에 있어서, 상기 S10 단계에서, 천공기 붐의 선단에 가이드빔을 장착하여 천공하거나, 지보재(10)의 간섭을 받지 않는 범위 내에서 천공 길이를 강관의 길이보다 더 길게 천공하고, 천공홀(20)은 수평선으로부터 5~15°각도로 경사지게 천공하여 강관을 설치하며, 상기 S10 단계에서, 천공홀(20) 입구에서 강관 사이 30~40cm 범위 내에 분사노즐을 삽입하여 인발하면서 1액형 발포우레탄을 스프레이하여 4MPa의 압력까지 지지할 수 있도록 밀실 코킹하고, 상기 S20 단계에서, 강관 내부에 공기배출을 겸하는 충전확인호스를 선단부까지 설치하여, 그라우트재 주입시 주입재가 상기 호스를 통해 강관의 외부로 유출되면 선단까지 밀실충전된 것을 특징으로 한다.

Description

강관에 그라우트재를 동시주입하여 차수 및 보강을 하는 터널 강관 그라우팅 공법{TUNNEL GROUTING METHOD OF SIMULTANEOUS INJECTION USING STEEL PIPE AND GROUT FOR WATERTIGHT STRUCTURE AND REINFORCEMENT}

본 발명은 강관에 그라우트재를 동시주입하는 터널 강관 그라우팅 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 터널 공사시 천공홀의 내부에 삽입되는 그라우팅 강관의 좌측단부가 지보재 간 거리의 1.5배 거리 이내에 위치되도록 하여, 추후 막장면의 굴착에 의해 제거될 천공홀 구간에는 그라우팅 강관이 존재하지 않도록 함으로써, 막장면의 굴착시 강관이 지장을 주지 않도록 하고, 주입플랜트 1세트의 그라우팅장비로 2개의 강관에 그라우트재를 동시에 주입함으로써 그라우팅 작업시간을 단축할 수 있는 터널 강관 그라우팅 공법에 관한 것이다.

일반적으로 그라우팅(Grouting)이라 함은, 토목 또는 건축공사에서 차수 또는 지반의 강화를 위해 지반에 충전재를 주입하는 시공방법을 말한다.

상기 그라우팅은, 건축물의 균열 부분을 보수하거나, 기계장치의 설치시 바닥의 지지력을 보강할 때에도 사용된다.

상기한 그라우팅은, 시공 목적에 따라 차수 그라우팅, 지반개량 그라우팅, 충전 그라우팅, 보강 그라우팅 등으로 구분할 수 있고, 주입 장소에 따라 공동 그라우팅, 균열 그라우팅, 공극 그라우팅 등으로 분류할 수 있다.

상기한 그라우팅에 사용되는 주입재를 그라우트(Grout) 또는 그라우트재라 하며(이하 '그라우트재'라 칭하기로 한다), 상기 그라우트재는 펌프에 의해 지반의 천공구멍이나 틈새에 충전된다.

상기 그라우트재의 종류로는, 시멘트, 물, 점토 등을 사용한 시멘트계 그라우트, 철골 기초의 충전이나 이음새 부분의 충전 보강용으로 주로 사용되는 철분계 그라우트, 차수와 토질 안정에 주로 사용되는 아스팔트계 그라우트, 케미컬 그라우트(Chemical Grout) 등 다양한 종류가 있다.

한편 터널 공사를 할 경우, 천공홀에 강관을 삽입하고, 상기 강관의 내부에 그라우트재를 주입하는 방식이 사용되기도 한다.

상기한 그라우팅 방식은, 천공홀을 먼저 형성한 후 나중에 강관을 삽입하는 방식(이하 '선천공 방식'이라 한다)과, 천공홀을 형성하면서 강관을 동시에 삽입하는 방식(이하 '직천공 방식'이라 한다)으로 구분할 수 있다.

상기 강관은, 그라우팅 시공후 그라우팅 영역에 남아 터널 천장부위를 보강하는 역할을 한다.

도 1 및 2는, 종래의 강관 그라우팅 공법의 일예를 나타낸 것이다.

종래의 강관 그라우팅 공법은, 먼저 천공장비를 사용하여 터널의 막장면(B)으로부터 대상지반의 상부를 향해 경사진 방향으로 다수의 천공홀(20)을 형성한다.

이때 상기 천공홀(20)의 경사각(α)은, 통상 20~25도 정도로 형성한다.

이어서 상기 천공홀(20)에 그라우팅 강관(30)을 삽입하고, 상기 그라우팅 강관(30) 내부에 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 호스(40)들을 삽입한다.

상기 호스(40)는, 하나 또는 그 이상의 그라우트재 주입호스를 포함하여 구성된다.

상기 그라우팅 강관(30)은, 통상 12m로 규격화되어 제작되고 있으며, 상기 강관(30)의 외주면에는 그라우트재가 분사되도록 하기 위한 다수의 분사구(30a)가 형성되고, 그 우측단부(33)는 그라우트재가 상기 분사구(30a)를 통해 골고루 분사되도록 밀폐되어 있다.

상기한 구조에 의해, 주입펌프로 호스를 통해 그라우트재를 주입하면, 그라우트재가 각 호스의 단부에 형성된 배출공(30c)을 통해 분사된 후, 강관(30)의 외주면에 형성된 다수의 분사구(30a)를 통해 분사된다.

이로써 천공홀(20)의 주변 지반에 그라우팅 영역을 형성하여 터널의 천장 부위를 보강할 수 있다.

한편 터널 공사시에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 천장의 붕괴를 방지하기 위해 0.8m, 1m 간격으로 지보재(10)가 설치된다.

이러한 지보재(10)와의 간섭을 피하기 위해, 통상 12m의 그라우팅 강관(30)의 단부에 1m 정도의 PVC관이나 PE관 등으로 구성된 연장부재(30e)를 연결하여 사용한다. 이로써 종래의 그라우팅 강관(30)은 전체 길이가 약 13m가 된다.

즉 도 2에 도시된 바와 같이, 막장면(B)과 원래 그라우팅 강관(30) 사이에는 연장부재(30e)가 위치하게 된다.

그런데 상기한 종래의 방식은, 일정구간의 그라우팅 시공이 완료된 후, 상기 연장부재(30e)를 제거해야 한다.

이는 상기 연장부재(31)가 막장면(B)과 터널 굴착선(A)의 하부 사이에 위치하고 있기 때문이다.

그리고 선천공 방식에 사용되는 그라우팅 강관(30)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 그라우팅 강관(30)의 우측단부(33)가 밀폐되어 있다.

상기한 강관의 구조로 인해, 그라우트재의 주입시 그라우팅 강관(30)의 우측단부(33)와 천공홀(30) 단부 공간에 에어 포켓(Air Pocket) 현상이 발생하게 된다.

이로써 천공홀(20) 내부 공기의 배출이 원활하지 않아, 천공홀(20) 단부의 그라우팅이 불량해진다는 단점이 있다.

또한 종래의 터널 그라우팅 방식은, 그라우팅 강관(30)을 천공홀(20)에 삽입한 후, 그라우팅 강관(30)의 외면과 천공홀(20) 사이의 공간을 벤토나이트 (Bentonite) 등을 사용하여 씰링(Sealing)작업을 하고 있다.

이로써 그라우팅 작업 시간이 길어지게 된다는 단점이 있다.

또한 상기한 종래의 강관 그라우팅 공법은, 1대의 장비로 하나의 강관에만 그라우트재를 주입하는 방식이므로, 그라우팅에 많은 시간이 소요된다는 단점이 있다.

한국 등록특허 제10-2117557호(2020. 06. 02. 공고) 한국 등록특허 제10-1933614호(2018. 12. 28. 공고) 한국 공개특허 제10-2017-0087786호(2017. 07. 31. 공개)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 주입플랜트 1세트의 그라우팅 장비로 2개의 강관에 그라우트재를 동시에 주입하여 그라우팅 시공시간을 단축하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 강관을 천공홀의 전체에 걸쳐 삽입하지 않고, 막장면으로부터 일정 거리 이격된 위치까지 밀어넣은 후 고정할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 강관의 단부가 막장면으로부터 일정 거리 이격된 위치에서 고정되도록 함으로써, 그라우팅 시공 후 막장면의 굴착시 강관이 지장을 주지 않도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 강관을 천공홀에 쉽게 밀어넣은 후 고정할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 종래의 선천공 방식을 개선하여 그라우팅 시공시간을 단축하고, 천공홀의 경사각을 줄일 수 있도록 하여 그라우팅 품질을 향상시키는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 일단이 밀폐된 강관을 삽입한 후 그라우트재를 주입할 때, 천공홀의 단부에 에어 포켓이 형성되지 않도록 하여 차수 및 보강을 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, (a) 막장면으로부터 상부를 향해 경사진 방향으로 다수의 천공홀을 형성하여 그라우팅 강관을 삽입 설치하는 단계(S10)와, (b) 상기 S10 단계 이후, 그라우팅 장비를 이용하여 상기 그라우팅 강관의 내부에 삽입된 호스를 통해 1액형 그라우트재를 분사하여 천공홀의 주변 영역을 씰링없이 동시주입하는 단계(S20)를 포함하는 터널 강관 그라우팅 공법에 있어서, 상기 S10 단계에서, 천공기 붐의 선단에 가이드빔을 장착하여 천공하거나, 지보재 간섭을 받지 않는 범위 내에서 천공 길이를 강관의 길이보다 더 길게 하고, 천공홀은 수평선으로부터 5~15°각도로 경사지게 천공하여 강관을 설치하며, 상기 S10 단계에서, 천공홀 입구에서 강관 사이 30~40cm 범위 내에 분사노즐을 삽입하여 인발하면서 1액형 발포우레탄을 스프레이하여 4MPa의 압력까지 지지할 수 있도록 밀실 코킹하고, 상기 S20 단계에서, 강관 내부에 공기배출을 겸하는 충전확인호스를 선단부까지 설치하여, 그라우트재 주입시 주입재가 상기 호스를 통해 강관의 외부로 유출되면 선단까지 밀실충전된 것으로 판단하고, 상기 S20 단계에서, 상기 충전확인호스를 통해 밀실충전을 확인한 후, 30분 내에 굳지 않는 주입재로 보충 주입하고, 이 과정에서 여분의 주입재는 교반기에 다시 보내 외부 유출을 방지하며, 상기 그라우트재는, 포틀랜드3종 시멘트 25~35 중량%, 칼슘설포알루미네이트(CSA: Calcium Sulfo-Aluminate) 30~40 중량%, 석고 15~25 중량%, 수산화칼슘 5~10 중량%, 플라이애쉬(Fly Ash) 5~10 중량%, 경화촉진제 0.1~2.0 중량%, 급결지연제 0.1~2.0 중량%, 침전지연제 0.1~2.0 중량%를 포함하여 이루어지고, 상기 그라우트재는, 물과 교반 시작후 30분간 1액형의 주입재로서 주입작업이 가능하고, 주입후 4~5시간이 경과하면 압축강도가 2~4MPa 발현되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 그라우팅강관은, 동시주입관으로서, 분사공의 직경이 6~8mm이고, 강관 내부에, 제1 주입호스, 제2 주입호스, 충전확인호스가 구비되고, 상기 각 호스들은, 일정 간격으로 구비된 링 형상의 칸막이에 의해 지지되며, 상기 그라우팅 강관의 후미부 입구에, 고무캡과, 상기 고무캡을 고정시키는 고정링이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 그라우팅 장비는, 그라우트재 믹서와, 상기 그라우트재 믹서에서 혼합된 그라우트재를 교반하는 교반기와, 2대 또는 4대의 주입펌프와, 상기 주입펌프와 그라우팅 강관을 연결하는 착탈식 연결호스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 주입펌프는 내부에 피스톤이 있는 실린더가 1개로 구성된 펌프를 사용하고, 상기 주입펌프는, 제1 펌프, 제2 펌프, 제3 펌프, 제4 펌프로 이루어지며, 상기 제1 펌프와 제2 펌프는 제1 강관에, 제3 펌프와 제4 펌프는 제2 강관에 주입되도록 강관 내부에 삽입된 주입호스와 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1 펌프는, 제1 연결호스를 통해 제1 강관 내부에 삽입된 제1 주입호스와 연결되고, 상기 제2 펌프는, 제2 연결호스를 통해 제1 강관 내부에 삽입된 제2 주입호스와 연결되고, 상기 제3 펌프는, 제1 연결호스를 통해 제2 강관 내부에 삽입된 제1 주입호스와 연결되고, 상기 제4 펌프는, 제2 연결호스를 통해 제2 강관 내부에 삽입된 제2 주입호스와 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 그라우트 110~130kg에 대해 물 150~160리터의 배합비로 믹서에서 혼합 교반한 후, 0.5~2MPa의 압력으로 그라우트재를 주입하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 그라우트재는, 교반 시작 30분 내에 굳지 않은 주입재이고, 밀실주입 완료를 충전확인호스를 통해 확인하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 주입플랜트 1세트의 그라우팅 장비로 강관 2개소를 동시에 주입할 수 있고, 현장여건에 따라 1개의 강관에 그라우트재를 주입할 수도 있다. 이로써 그라우팅 시공시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

또한 강관을 천공홀의 전체에 걸쳐 삽입하지 않고, 막장면으로부터 일정 거리 이격된 위치까지 밀어 넣은 후 고착시킬 수 있다.

즉 그라우팅 작업이 완료된 후 막장면의 굴착시에 제거될 천공홀 구간에는 강관이 위치하지 않도록 할 수 있다.

이로써 그라우팅 시공 완료후 막장면의 굴착시, 강관이 지보재 설치에 지장을 주지 않도록 하는 효과가 있다.

또한 강관의 단부에 별도의 관을 연결하고 그라우팅 후 이를 제거하는 공정을 생략할 수 있으므로, 강관 그라우팅의 시공성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 천공홀 경사각을 약 5~15도까지 줄일 수 있으므로, 강관 보강 그라우팅의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 강관의 경사각이 작아지므로 강관을 천공홀에 쉽게 밀어 넣을 수 있는 효과가 있다.

또한 그라우트재 주입시 천공홀의 단부에 에어 포켓이 발생하는 현상을 방지하여 밀실 충전할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 강관 그라우팅 공법을 나타낸 측단면도.
도 2는 종래기술에 따른 강관 그라우팅 공법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 동시주입 강관 그라우팅 공법을 나타낸 측단면도.
도 4는 본 발명에 따른 동시주입 강관 그라우팅 공법을 상세히 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 선천공 방식 그라우팅 강관의 선단부를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 그라우팅 장비에 의해 1액형 그라우트재를 주입하는 방식을 개략적으로 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 선천공 방식 동시주입 그라우팅 강관의 일예를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 직천공 방식 동시주입 그라우팅 강관의 일예를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 선천공 방식 그라우팅 강관에서 고무캡 및 고정링을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 직천공 방식 동시주입 그라우팅 강관의 시공시 동시주입 강관과 호스를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 동시주입 그라우팅 강관을 사용하여 그라우팅 시공을 하는 과정을 나타낸 흐름도.
도 12 및 13는 본 발명에 따른 선천공 방식의 동시주입 그라우팅 강관을 사용하여 그라우팅 하는 상태를 나타낸 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 터널 강관 그라우팅 공법은, 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, (a) 막장면(B)으로부터 상부를 향해 경사진 방향으로 다수의 천공홀(20)을 형성하여 그라우팅 강관을 삽입 설치하는 단계(S10)와, (b) 상기 S10 단계 이후, 그라우팅 장비(70)를 이용하여 상기 그라우팅 강관(30)의 내부에 삽입된 호스(40)를 통해 1액형 그라우트재를 분사하여 천공홀(20)의 주변 영역을 씰링없이 동시주입하는 단계(S20)를 포함하는 터널 강관 그라우팅 공법에 있어서, 상기 S10 단계에서, 천공기 붐의 선단에 가이드빔을 장착하여 천공하거나, 지보재(10)의 간섭을 받지 않는 범위 내에서 천공 길이를 강관의 길이보다 더 길게 천공하고, 천공홀(20)은 수평선으로부터 5~15°각도로 경사지게 천공하여 강관을 설치한다.

또한 상기 S10 단계에서, 천공홀(20) 입구에서 강관 사이 30~40cm 범위 내에 분사노즐을 삽입하여 인발하면서 1액형 발포우레탄을 스프레이하여 4MPa의 압력까지 지지할 수 있도록 밀실 코킹한다.

또한 상기 S20 단계에서, 강관 내부에 공기배출을 겸하는 충전확인호스(44)를 선단부까지 설치하여, 그라우트재 주입시 주입재가 상기 호스를 통해 강관의 외부로 유출되면 선단까지 밀실충전된 것으로 판단한다.

또한 상기 S20 단계에서, 상기 충전확인호스(44)를 통해 밀실충전을 확인한 후, 30분 내에 굳지 않는 주입재로 보충 주입한다.

그리고 이 과정에서 발생하는 여분의 주입재는, 교반기로 다시 보내 외부 유출을 방지한다.

본 발명에 사용되는 그라우트재는, 친환경 그라우트재로서, 포틀랜드3종 시멘트 25~35 중량%, 칼슘설포알루미네이트(CSA: Calcium Sulfo-Aluminate) 30~40 중량%, 석고 15~25 중량%, 수산화칼슘 5~10 중량%, 플라이애쉬(Fly Ash) 5~10 중량%, 경화촉진제 0.1~2.0 중량%, 급결지연제 0.1~2.0 중량%, 침전지연제 0.1~2.0 중량%를 포함하여 이루어진다.

상기 그라우트재는, 물과 교반 시작후 30분간 1액형의 주입재로서 주입작업이 가능하고, 주입후 4~5시간이 경과하면 압축강도가 2~4MPa 발현되는 특징이 있다.

도 1에 도시된 종래의 그라우팅 방식은, 그라우팅 강관(30)(이하 간단히 '강관'이라 한다)의 왼쪽 단부에 별도의 연장부재(30e)를 연결하여 천공홀(20) 전체에 걸쳐 강관을 삽입한다.

이로써 지보재(10)와의 간섭 때문에 천공홀(20)의 경사각을 약 20~25도 이상으로 유지하여야 하므로, 강관(30)을 천공홀(20)에 밀어 넣기가 쉽지 않고, 강관 보강 그라우팅의 효과도 저하된다.

그리고 일정구간 그라우팅 시공이 완료되면, 연장부재(30e)를 다시 제거해야 한다.

이는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 연장부재(30e)의 단부가 막장면(B) 입구까지 연장되어 있기 때문이다.

이에 비해 본 발명은, 도 3에 도시된 바와 같이, 강관(30)의 좌측단부가 지보재(10) 간의 간격(S) 거리의 약 1.5배 후방에 위치하도록 삽입된다.

즉 지보재(10) 간의 간격(S)이 0.8m일 경우, 막장면(30)으로부터 1.2m되는 지점까지 강관을 밀어넣는다.

이로써 강관(30)의 경사각을 약 5~15도까지 낮출 수 있으므로, 강관(30)을 쉽게 천공홀(20)에 삽입할 수가 있고, 그라우팅 품질도 향상시킬 수가 있다.

또한 본 발명은, 추후 막장면(B)의 굴착에 의해 제거될 천공홀 구간에는, 상기 그라우팅 강관(30)이 존재하지 않도록 한다.

이에 따라, 강관(30)의 왼쪽 단부에 별도의 연장부재(30e)를 연결하는 과정과, 그라우팅이 완료된 후 상기 연장부재(30e)를 제거하는 작업을 생략할 수 있다.

또한 선천공 방식에 사용되는 종래의 강관(30)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 우측단부(33)가 밀폐된 구조로 되어 있다.

강관(30)의 우측단부(33)를 밀폐구조로 형성하는 이유는, 강관(30)의 우측단부가 오픈되면 대부분의 그라우트재가 우측으로 집중되고, 강관의 분사구(30a)로는 상대적으로 적은 양의 그라우트재가 분출되기 때문이다.

그런데 이렇게 강관(30)의 우측단부(33)를 밀폐하게 되면, 강관의 우측단부(33)와 천공홀(20)의 공간 사이의 공기가 잘 배출되지 않는 에어 포켓(Air Pocket) 현상이 발생하게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 강관(30)의 우측단부(33)를 일부 오픈시킨다.

즉 강관(30)의 선단부 까지 연장되는 충전확인호스(44)에 대응되는 우측단부(33)를 오픈된 구조로 형성한다.

상기한 구조에 의해, 호스의 배출공(30c)을 통해 그라우트재가 분사되도록 하면서, 에어 포켓 현상을 방지하여 천공홀(20)의 단부를 밀실 충전할 수가 있다.

그리고 선천공 방식의 강관(30) 내부에는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 주입호스(41)와, 제2 주입호스(42)와, 충전확인호스(44)가 구비될 수 있다.

상기 충전확인호스(44)에 의해 천공홀(20) 내부의 충전상태를 확인할 수 있다.

즉 그라우팅시 그라우트재가 상기 충전확인호스(44)를 통해 천공홀(20)의 내부로 유출되는 상태를 파악하여 내부 충전상황을 추정할 수 있다.

또한 상기 각 호스들은, 일정 간격으로 구비된 링(Ring) 형상의 칸막이(36)에 의해 지지되는 것이 바람직하다.

상기 칸막이(36)는, 도 12 내지 13에 도시된 바와 같이, 현장 여건에 따라 1개 또는 3개로 구비되어, 강관 내부를 2섹션 또는 4섹션으로 구분할 수 있다.

또한 직경이 60.5mm인 소구경 강관을 사용할 경우에는, 상기 강관의 외주에 천공홀(20)과의 간격을 유지하도록 하기 위한 스페이서(도시 생략)를 구비하여 밀림현상을 방지하는 것이 바람직하다.

또한 도 9에 도시된 바와 같이, 강관(30)의 후미부 입구에, 억지끼움 방식의 고무캡(37)과, 상기 고무캡(37)을 고정시키는 고정링(38)이 구비될 수 있다.

여기서 상기 고무캡(37)은 경사진 형상으로 이루어져 억지 끼워맞춤에 의해 조립되고, 그 내부에는 호스(40)들이 통과하도록 하기 위한 관통공(37a)이 형성된다.

상기 관통공(37a)의 개수는, 강관 내부에 삽입되는 호스의 개수에 대응되도록 형성된다.

상기한 구조에 의해, 강관(30)의 내부에 삽입되는 호스들을 견고하게 고정할 수 있다.

또한 본 발명은 직천공 방식에도 적용될 수 있는데, 직천공용 강관은 도 8에 도시된 바와 같이, 후미부에 주입할 수 있는 제1 주입호스(41)와, 선단부에 주입할 수 있는 제2 주입호스(42)와, 강관(30)의 선단부 단부까지 연장되는 충전확인호스(44)와, 팩그라우팅 호스(45)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 충전확인호스(44)에 의해, 천공홀(20) 내부의 공기가 외부로 잘 배출되도록 할 수 있다.

또한 직천공용 강관(30) 내부의 중앙부에는 내부팩(60)이 구비되고, 상기 내부팩(60)은 팩그라우팅 호스(45)의 단부에 구비된다.

상기 내부팩(60)은, 팩그라우팅 호스(45)를 통해 공급되는 급결 주입재에 의해 팽창하여 구획 구간을 구분함으로서, 그라우트재가 한쪽으로 집중되는 것을 방지한다.

또한 상기 내부팩(60)은 복수개로 구비될 수 있으며, 이 경우에는 팩의 개수에 맞게 팩그라우팅 호스를 설치한다.

또한 본 발명은, 도 10(a)에 도시된 형상의 천공비트(30b)를 사용할 수도 있고, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 강관(30)의 내부에 구비되는 파일롯 비트(30d)를 활용하여 천공홀을 더 형성할 수도 있다.

그리고 강관천공시, 강관(30)의 외주면에 형성된 분사구(30a)를 고무재질의 밸브(도시 생략)로 막은 후 천공을 할 수도 있다.

이로써, 흙이 상기 분사구(30a)를 통해 강관 내부로 유입되는 것을 최소화할 수 있다.

상기 고무 재질의 밸브는, 그라우트 작업시 분사압력에 의해 자연적으로 이탈되어 분사구(30a)가 개방되도록 한다.

또한 도 10(c)에 도시된 바와 같이, 내부팩(60)의 양단을 테이프(60a)로 감싸고, 내부팩(60)에 팩홀(60b)를 더 형성할 수도 있다.

그리고 본 발명에 따른 그라우팅 장비(70)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 그라우트재 믹서(71)와, 상기 그라우트재 믹서(71)에서 혼합된 그라우트재를 교반하는 교반기(72)와, 복수의 주입펌프(73)와, 상기 주입펌프(73)와 그라우팅 강관(30)을 연결하는 착탈식 연결호스(74)를 포함하여 구성된다.

상기한 믹서와 교반기 자체는 공지의 구성이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 주입플랜트의 주입펌프(73)는, 제1 펌프(73a), 제2 펌프(73b), 제3 펌프(73c)와 제4 펌프(73d)로 이루어진다.

여기서 상기 제1 펌프(73a)와 제2 펌프(73b)와 제3 펌프(73c)와 제4 펌프(73d)는, 제1 강관(31)과 제2 강관(32)의 내부에 삽입된 주입호스와 연결된다.

좀 더 구체적으로, 상기 제1 펌프(73a)는, 제1 연결호스(74a)를 통해 제1 강관(31) 내부에 삽입된 제1 주입호스(41)와 연결되고, 상기 제2 펌프(73b)는, 제2 연결호스(74b)를 통해 제1 강관(31) 내부에 삽입된 제2 주입호스(42)와 연결된다.

그리고 상기 제3 펌프(73c)는, 제3 연결호스(74c)를 통해 제2 강관(32) 내부에 삽입된 제1 주입호스(41)와 연결되고, 상기 제 4펌프(73d)는, 제4 연결호스(74d)을 통해 제2 강관(32) 내부에 삽입된 제2 주입호스(42)와 연결된다.

또한 강관(31)의 충전확인호스(44)는 회수 호스(74e)에 의해 교반기(72)와 연결된다.

상기한 구조에 의해, 천공홀(20)의 충전이 완료된 후 여분의 그라우트재가 다시 교반기로 회수되도록 할 수 있다.

이하 본 발명에 따라 터널에서 강관 그라우팅 시공을 하는 과정을 설명한다.

편의상 선천공 방식에 의해 그라우팅을 하는 과정을 예로서 설명하기로 한다.

선천공 방식의 그라우팅은, 도 11에 도시된 바와 같이, 천공 ⇒ 강관 설치 ⇒ 주입구 코킹 ⇒ 무씰링 동시주입 작업 ⇒ 그라우트재 주입 ⇒ 굴착작업의 순으로 이루어진다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면, 먼저 천공장비(도시 생략)를 사용하여 막장면(B)에서 상부를 향해 경지지게 복수의 천공홀(20)을 형성한다.

이때 지보재(10)와의 간섭을 피해, 12m 길이의 강관을 사용할 경우, 수평면으로부터 5~15도 각도로 13.5m 길이의 천공홀(20)을 형성한다.

그리고 우측단부(33)가 밀폐되고 분사구(30a)가 형성된 길이 12m의 강관(30)을 상기 천공홀(20)의 내부에 삽입한다.

이때 상기 강관(30)의 좌측단부를, 지보재(10)간 간격(S)의 1.5배 되는 위치까지 밀어넣는다.

즉 지보재(10)가 1m 간격으로 설치되는 경우, 막장면(B)으로부터 1.5m 되는 지점까지 강관(30)의 좌측단부를 밀어넣고, 막장면(B)으로부터 1.5m 까지의 천공홀(20)에는 강관(30)이 존재하지 않도록 한다.

즉 도 3에 도시된 바와 같이, 그라우팅 시공후 막장면(B)의 굴착에 의해 제거될 천공홀 구간에는 강관을 삽입하지 않고, 터널 굴착선(A)의 상부에서 그라우팅 영역을 형성하게 될 부분에만 강관(30)이 삽입되도록 한다.

상기한 방식에 의해, 강관(30)의 좌측단부에 별도의 연장부재(30e)를 연결하고 추후 이를 제거하는 공정을 생략할 수 있다.

그리고 상기 천공홀(20)의 좌측 단부는, 코킹부(C)를 형성하거나 팩 그라우팅을 한다.

이어서 제1 강관(31)은 착탈식 연결호스(74a, 74b,)의 일단부를 주입펌프(73a, 73b,)에 각각 연결하고, 제2 강관(32)은 착탈식 연결호스(74c, 74d)의 일단부를 주입펌프(73c, 73d)에 각각 연결한다,

이어서 제1 연결호스(74a)의 타단부를 제1 강관(31)의 제1 주입호스(41)에 연결하고, 제2 연결호스(74b)의 타단부를 제1 강관(31)의 제2 주입호스(42)에 연결한다.

그리고 제3 연결호스(74c)의 타단부를 제2 강관(32)의 제1 주입호스(41)에 연결하고, 제4 연결호스(74d)의 타단부를 제2 강관(32)의 제2 주입호스(42)에 연결한다.

또한 회수호스(74e)의 일단을 교반기(72)에 연결하고, 타단을 충전확인호스(44)에 연결한다.

이어서 상기 주입호스에 동시에 그라우트재를 주입하여 그라우팅 작업을 한다.

이때 제1 강관(31)의 제1 주입호스(41) 및 제2 주입호스(42), 제2 강관(32)의 제1 주입호스(41) 및 제2 주입호스(42)를 통해 그라우트재가 주입되고, 천공홀의 그라우팅이 완료된 후 충전확인호스로 배출되는 여분의 그라우트재는 회수호스(74e)를 통해 다시 교반기(72)로 회수된다.

제1 강관(31)과 제2 강관(32)의 그라우팅이 완료되면, 각 연결호스(74a, 74b, 74c, 74d)를 주입호스로부터 분리하고, 그 다음 강관에 구비되어 있는 주입호스와 각각 연결하여 그라우팅 작업을 계속한다.

한편 그라우트재의 주입시, 유량-유압-주입시간을 자동으로 제어하는 QPT 장비를 사용하여 그라우팅 시공을 하는 것이 바람직하다.

상기 QPT 장비에 의하면, 그라우트재를 정량, 정압으로 주입함으로써, 밀실주입 및 균질주입이 가능하게 된다. 이로써 그라우팅 시공 품질을 향상시킬 수가 있다.

본 발명에 의하면, 그라우팅 시공 후 막장면(B)의 굴착에 의해 제거될 천공홀 구간에는 강관(30)이 위치하지 않도록 함으로써, 그라우팅의 시공시간을 단축할 수가 있다.

또한 막장면으로부터 일정 거리(지보재간의 간격이 0.8m일 경우 1.2m) 구간에는 강관(30)이 존재하지 않게 되므로, 천공홀(20)의 경사각을 최대한 낮추어 강관(30)이 가급적 수평방향으로 삽입되도록 할 수 있다.

이로써 통상 20~25도의 경사각을 갖도록 삽입되는 종래의 방식에 비해, 그라우팅 영역의 보강력을 향상시킬 수가 있다.

또한 주입플랜트 1세트의 그라우팅 장비로 2개의 강관에 동시에 그라우트재를 주입할 수 있으므로, 그라우팅 작업시간을 대폭 단축할 수가 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능 하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

10: 지보재 20: 천공홀
30: 그라우팅(Grouting) 강관 30a: 분사구
30b: 천공비트 30c: 배출공
30d: 파일롯 비트(Pilot Bit) 30e: 연장부재
31: 제1 강관 32: 제2 강관
33: 우측단부 36: 칸막이
37: 고무캡(Cap) 38: 고정링(Ring)
40: 호스(Hose) 41: 제1 주입호스
42: 제2 주입호스 44: 충전확인호스
45: 팩그라우팅 호스(Pack Grouting Hose)
51: 코킹(Calking)부 60: 내부팩
60a: 테이프(Tape) 60b: 팩홀(Pack Hole)
70: 그라우팅 장비 71: 그라우트재 믹서(Mixer)
72: 교반기 73: 주입펌프(Pump)
73a: 제1 펌프 73b: 제2 펌프
73c: 제3 펌프 73d: 제4 펌프
74: 연결호스 74a: 제1 연결호스
74b: 제2 연결호스 74c: 제3 연결호스
74d: 제4 연결호스 74e: 회수호스
A: 터널 굴착선 B: 막장면
C: 코킹(Calking)

Claims

(a) 막장면(B)으로부터 상부를 향해 경사진 방향으로 다수의 천공홀(20)을 형성하여 동시주입 그라우팅 강관을 삽입 설치하는 단계(S10)와,
(b) 상기 S10 단계 이후, 그라우팅 장비(70)를 이용하여 상기 동시주입 그라우팅 강관(30)의 내부에 삽입된 호스(40)를 통해 1액형 그라우트재를 분사하여 천공홀(20)의 주변 영역을 씰링없이 동시주입하는 단계(S20)를 포함하는 터널 강관 동시주입 그라우팅 공법에 있어서,
상기 S10 단계에서,
천공기 붐의 선단에 가이드빔을 장착하여 천공하거나, 지보재(10)의 간섭을 받지 않는 범위 내에서 천공 길이를 강관의 길이보다 더 길게 천공하고, 천공홀(20)은 수평선으로부터 5~15°각도로 경사지게 천공하여 강관을 설치하며,
상기 S10 단계에서,
천공홀(20) 입구에서 강관 사이 30~40cm 범위 내에 분사노즐을 삽입하여 인발하면서 1액형 발포우레탄을 스프레이하여 4MPa의 압력까지 지지할 수 있도록 밀실 코킹하고,
상기 S20 단계에서,
강관 내부에 공기와 물을 배출하는 충전확인호스(44)를 선단부까지 설치하여, 그라우트재 주입시 주입재가 상기 호스를 통해 강관의 외부로 유출되면 선단까지 밀실충전된 것으로 판단하며,
상기 S20 단계에서,
상기 충전확인호스(44)를 통해 밀실충전을 확인한 후, 30분 내에 굳지 않는 주입재로 보충 주입하고,
상기 그라우트재는,
포틀랜드3종 시멘트 25~35 중량%, 칼슘설포알루미네이트(CSA: Calcium Sulfo-Aluminate) 30~40 중량%, 석고 15~25 중량%, 수산화칼슘 5~10 중량%, 플라이애쉬(Fly Ash) 5~10 중량%, 경화촉진제 0.1~2.0 중량%, 급결지연제 0.1~2.0 중량%, 침전지연제 0.1~2.0 중량%를 포함하여 이루어지고,
상기 그라우트재는,
물과 교반 시작후 30분간 1액형의 주입재로서 주입작업이 가능하고, 주입후 4~5시간이 경과하면 압축강도가 2~4MPa 발현되며,
상기 그라우팅강관(30)은,
동시주입관으로서, 분사공의 직경이 6~8mm이고,
강관 내부에, 제1 주입호스(41), 제2 주입호스(42), 충전확인호스(44)가 구비되고,
상기 각 호스들은, 일정 간격으로 구비된 링 형상의 칸막이(36)에 의해 지지되며,
상기 그라우팅 강관(30)의 후미부 입구에, 고무캡(37)과, 상기 고무캡(37)을 고정시키는 고정링(38)이 구비되는 것을 특징으로 하는 강관과 그라우트재로 동시주입하여 차수 및 보강을 하는 터널 강관 그라우팅 공법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 그라우팅 장비(70)는,
그라우트재 믹서(71)와, 상기 그라우트재 믹서(71)에서 혼합된 그라우트재를 교반하는 교반기(72)와, 복수의 주입펌프(73)와, 상기 주입펌프(73)와 그라우팅 강관(30)을 연결하는 착탈식 연결호스(74)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 강관에 그라우트재를 동시주입하여 차수 및 보강을 하는 터널 강관 그라우팅 공법.
제 3 항에 있어서,
상기 주입펌프(73)는, 제1 펌프(73a), 제2 펌프(73b), 제3 펌프(73c), 제4 펌프(73d)로 이루어지고,
상기 제1 펌프(73a)와 제2 펌프(73b)는, 제1 강관(31) 내부에 삽입된 주입호스와 연결되고,
상기 제3 펌프(73c)와 제4 펌프(73d)는, 제2 강관(32)에 내부에 삽입된 주입호스와 연결되어,
주입플랜트 1세트의 그라우팅 장비에서 2곳의 강관에 동시에 그라우트재를 주입하는 것을 특징으로 하는 강관에 그라우트재를 동시주입하여 차수 및 보강을 하는 터널 강관 그라우팅 공법.
제 4 항에 있어서,
상기 제1 펌프(73a)는, 제1 연결호스(74a)를 통해 제1 강관(31) 내부에 삽입된 제1 주입호스(41)와 연결되고,
상기 제2 펌프(73b)는, 제2 연결호스(74b)를 통해 제1 강관(31) 내부에 삽입된 제2 주입호스(42)와 연결되고,
상기 제3 펌프(73c)는, 제1 연결호스(74c)를 통해 제2 강관(32) 내부에 삽입된 제1 주입호스(41)와 연결되고,
상기 제4 펌프(73d)는, 제2 연결호스(74d)을 통해 제2 강관(32) 내부에 삽임된 제2 주입호스(42)와 연결되며,
충전확인호스(44)는, 그라우트재 주입을 완료한 강관에 그라우트재를 밀실충전하였는지를 확인하는 것을 특징으로 하는 강관에 그라우트재를 동시주입하여 차수 및 보강을 하는 터널 강관 그라우팅 공법.
제 1 항에 있어서,
상기 그라우트 110~130kg에 대해 물 150~160리터의 배합비로 믹서에서 혼합 교반한 후, 0.5~2MPa의 압력으로 그라우트재를 주입하는 것을 특징으로 하는 강관에 그라우트재를 동시주입하여 차수 및 보강을 하는 터널 강관 그라우팅 공법.
제 6 항에 있어서,
상기 그라우트재는,
교반 시작후 30분 내에 굳지 않는 주입재로서, 주입펌프 4대가 장착된 주입플랜트 1대로 2곳의 강관에 2개의 주입호스로 동시에 주입하고, 충전확인호스를 통한 밀실충전으로 차수와 보강을 확인하는 것을 특징으로 하는 강관에 그라우트재를 동시주입하여 차수 및 보강을 하는 터널 강관 그라우팅 공법.
제 6 항에 있어서,
상기 그라우트재는,
교반 시작후 30분 내에 굳지 않는 1액형의 주입재로서, 주입펌프 2대가 장착된 주입플랜트 1대로 1곳의 강관에 2개의 주입호스로 동시에 주입하고, 충전확인호스를 통한 밀실충전으로 차수와 보강을 확인하는 것을 특징으로 하는 강관에 그라우트재를 동시주입하여 차수 및 보강을 하는 터널 강관 그라우팅 공법.