KR102518453B1

KR102518453B1 - 강관과 그라우트재를 이용하여 무씰링 동시주입하는 터널 강관 그라우팅 공법

Info

Publication number: KR102518453B1
Application number: KR1020220116861A
Authority: KR
Inventors: 허영욱; 조경옥
Original assignee: 주식회사 파이프텍코리아; 조경옥
Priority date: 2022-09-16
Filing date: 2022-09-16
Publication date: 2023-04-05

Abstract

본 발명은 강관과 그라우트재를 이용하여 무씰링 동시주입하는 터널 강관 그라우팅 공법에 관한 것으로서, (a) 터널의 막장면(B)으로부터 상부를 향해 경사진 방향으로 다수의 천공홀(20)을 형성하여 그라우팅 강관(30)을 삽입 설치하는 단계(S10)와, (b) 상기 그라우팅 강관(30)의 내부에 삽입된 호스(40)를 통해 1액형 그라우트재를 분사하는 단계(S20)를 포함하는 터널 강관 그라우팅 공법에 있어서, 상기 S10 단계에서, 상기 천공홀(20)은, 지보재(10)와의 간섭을 피해 수평선으로부터 5~15°각도로 경사지게 형성하고, 막장면 굴착시 천공홀 구간 내에는 그라우팅 강관(30)이 존재하지 않도록 하며, 상기 S20 단계에서, 후단측과 선단측 2개의 호스(40)를 통해 1액형 그라우트재를 분사하고, 천공홀(20)에 별도의 씰링작업 없이 주변 영역을 동시주입하며, 2개의 강관에 동시에 1액형 그라우트재를 주입하고, 상기 1액형 그라우트재는, 포틀랜드3종 시멘트 25~35 중량%, 칼슘설포알루미네이트(CSA: Calcium Sulfo-Aluminate) 30~40 중량%, 석고 15~25 중량%, 수산화칼슘 5~10%, 플라이애쉬(Fly Ash) 5~10 중량%, 경화촉진제 0.1~3.0 중량%, 급결지연제 0.1~2.0 중량%, 수축방지제 0.2~2.0 중량%를 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

강관과 그라우트재를 이용하여 무씰링 동시주입하는 터널 강관 그라우팅 공법{TUNNEL GROUTING METHOD OF NON-SEALING SIMULTANEOUS INJECTION USING STEEL PIPE AND GROUT}

본 발명은 강관과 그라우트재를 이용하여 무씰링 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, 1대의 그라우팅 장비로 2개의 강관에 동시에 그라우트재를 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 터널 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 동시주입 강관 그라우팅 공법의 일예를 나타낸 것이다.

종래의 동시주입 강관 그라우팅 공법은, 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 20도 정도로 형성한다.

이어서 동시주입 그라우팅 강관(30)(이하 간단히 '그라우팅 강관' 또는 '강관'이라 한다) 내부에, 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 호스(40)들을 삽입한다.

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

또한 상기 동시주입 그라우팅 강관(30)은, 통상 12m 규격으로 제작되고 있으며, 상기 강관(30)의 외주면에는 그라우트재가 분사되도록 하기 위한 다수의 분사구(30a)가 형성되어 있다.

상기한 구조에 의해, 주입펌프로 호스를 통해 그라우트재를 주입하면, 그라우트재가 강관(30)의 오픈된 우측단부 및 외주면에 형성된 다수의 분사구(30a)를 통해 분사되어, 천공홀(20)의 주변 지반에 그라우팅 영역을 형성하게 된다. 이로써 터널의 천장 부위를 보강할 수 있다.

그런데 터널 공사시에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 천장의 붕괴를 방지하기 위해 0.8m, 1m 간격으로 지보재(10)가 설치되는데, 이러한 지보재(10)로 인하여 강관(10)을 설치하는 데 제약이 따르게 된다.

이에 따라 상기 지보재(10)와 간섭이 발생할 경우, 천공홀(20)은 그라우팅 강관(30)의 길이보다 좀 더 길게 형성한다.

또한 천공홀(20)을 형성한 후에는, 상기 천공홀(30)에 삽입되어 있는 그라우팅 강관(30)의 왼쪽 단부 외주면과 천공홀(20) 내면 사이의 간극에 모르타르 등을 사용하여 코킹부(C)를 형성한다.

이로써 그라우팅 작업에 시간이 많이 소요되어 공사가 지연된다는 문제점이 있다.

또한 상기한 코킹(Caulking)방식은, 시공이 용이하지 않고, 밀봉성이 낮아 그라우트재가 누설될 수 있다는 단점이 있다.

또한 종래의 터널 그라우팅 방식은, 그라우팅 강관(30)을 천공홀(20)에 삽입한 후, 상기 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, 그라우팅 작업에 시간이 많이 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, 1대의 그라우팅 장비로 2곳의 강관에 동시에 그라우트재를 주입할 수 있도록 하여 그라우팅 작업시간을 단축하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 천공홀에 삽입되어 있는 강관의 후단측 단부에 코킹작업을 하지 않고도, 강관을 간편하고 견고하게 고정할 수 있도록 하는 데 있다.

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

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, (a) 터널의 막장면으로부터 상부를 향해 경사진 방향으로 다수의 천공홀을 형성하여 동시주입 그라우팅 강관을 삽입 설치하는 단계(S10)와, (b) 상기 S10 단계 이후, 그라우팅 장비를 이용하여 상기 동시주입 그라우팅 강관의 내부에 삽입된 호스를 통해 1액형 그라우트재를 분사하는 단계(S20)를 포함하는 터널 강관 그라우팅 공법에 있어서, 상기 S10 단계에서, 상기 천공홀은, 지보재와의 간섭을 피해 수평선으로부터 5~15°각도로 경사지게 형성하고, 막장면 굴착시 천공홀 구간 내에는 그라우팅 강관이 존재하지 않도록 하며, 상기 S20 단계에서, 후단측과 선단측 2개의 호스를 통해 1액형 그라우트재를 분사하고, 천공홀에 별도의 씰링작업 없이 주변 영역을 동시주입하며, 2개의 강관에 동시에 1액형 그라우트재를 주입하고, 상기 1액형 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 0.1~3.0 중량%, 급결지연제 0.1~2.0 중량%, 수축방지제 0.2~2.0 중량%를 포함하여 이루어지고, 상기 1액형 그라우트재는, 물과의 배합비에 따라 교반 시작 30분간 경화되지 않고 4~5시간 경과 후 압축강도가 2~4MPa이 발현되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 S20 단계에서, 상기 그라우트재 50~70kg에 대해 물 70~85리터를 혼합하고, 블리딩 현상 억제를 위해 중량비 0.3~0.5%의 침전지연제를 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 그라우팅 강관은, 동시주입관으로서, 그라우팅 강관의 내부에 구비되는 칸막이에 의해 분할되고, 후미부에 주입할 수 있는 제1 주입호스와, 선단부에 주입할 수 있는 제2 주입호스와, 그라우팅 강관의 선단부 단부까지 연장되는 충전확인호스를 포함하고, 현장 여건에 따라 팩그라우팅 호스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 그라우팅 강관의 후미부 입구에, 억지끼움 방식의 고무캡과, 상기 고무캡를 고정시키는 고정링이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한 선천공 또는 직천공시, 현장 여건에 따라 그라우팅 강관 입구의 코킹 대용으로 구비되는 입구팩과, 상기 그라우팅 강관 내부에 구간 구획 용도로 구비되는 내부팩을 구비하고, 상기 입구팩과 내부팩은, 부직포 재질로 형성되어, 급결 주입재의 동시 주입에 의해 팽창하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 그라우팅 장비는, 그라우트재 믹서와, 상기 그라우트재 믹서에서 혼합된 그라우트재를 교반하는 교반기와, 복수의 주입펌프와, 상기 주입펌프와 그라우팅 강관을 연결하는 착탈식 연결호스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 주입펌프는 제1 펌프, 제2 펌프, 제3 펌프 및 제4 펌프로 이루어지고, 상기 제1 펌프와 제2 펌프는 제1 강관 내부에 삽입된 주입호스와 연결되고, 상기 제3 펌프와 제4 펌프는 제2 강관 내부에 삽입된 주입호스와 연결되어, 1대의 장비에서 2곳의 강관에 동시에 그라우트재를 주입하는 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 연결되며, 상기 제3 펌프는 제3 연결호스를 통해 제2 강관 내부에 삽입된 제1 주입호스와 연결되고, 상기 제4 펌프는 제4 연결호스를 통해 제2 강관 내부에 삽입된 제2 주입호스와 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 1대의 그라우팅 장비로 현장 여건에 따라 1개의 강관에 주입할 수도 있고, 2개의 강관에 동시에 그라우트재를 주입할 수도 있다. 이로써 그라우팅 공사기간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

또한 막장면과 강관의 후단부 사이의 천공홀에 입구팩을 구비함으로써, 별도의 코킹작업 없이 천공홀의 내면을 직접 밀봉할 수 있는 효과가 있다.

또한 강관의 외주면과 천공홀 사이에 코킹작업을 하지 않고도 강관을 간편하고 견고하게 고정할 수 있는 효과가 있다.

또한 종래의 천공 시공방식을 개선함으로써 그라우팅 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 동시주입 강관 그라우팅 공법을 나타낸 측단면도.
도 2는 종래기술에 따른 동시주입 강관 그라우팅 공법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 동시주입 강관 그라우팅 공법을 나타낸 측단면도.
도 4는 본 발명에 따른 직천공 방식의 동시주입 강관 그라우팅 공법을 확대하여 나타낸 측단면도.
도 5는 본 발명에 따른 직천공 방식의 동시주입 그라우팅 강관의 일예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 선천공 및 직천공 방식의 그라우팅 강관에서 고무캡 및 고정링을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 직천공 방식의 그라우팅 강관의 다른 예 및 호스를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 선천공 방식의 동시주입 그라우팅 강관의 일예를 나타낸 도면.
도 9은 본 발명에 따른 그라우팅 장비에 의해 2개의 강관에 1액형 그라우트재를 주입하는 방식을 개략적으로 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 동시주입 그라우팅 강관을 사용하여 그라우팅 시공을 하는 과정을 나타낸 흐름도.
도 11 내지 13은 본 발명에 따른 선천공 방식의 동시주입 그라우팅 강관을 사용하여 그라우팅 하는 것을 나타낸 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 터널 강관 그라우팅 공법은, 도 4 내지 7에 도시된 바와 같이, (a) 터널의 막장면(B)으로부터 상부를 향해 경사진 방향으로 다수의 천공홀(20)을 형성하여 그라우팅 강관(30)을 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 분사하는 단계(S20)를 포함하는 터널 강관 그라우팅 공법에 있어서, 상기 S10 단계에서, 상기 천공홀(20)은, 지보재(10)와의 간섭을 피해 수평선으로부터 5~15°각도로 경사지게 형성하고, 막장면 굴착시 천공홀 구간 내에는 그라우팅 강관(30)이 존재하지 않도록 한다.

또한 상기 S20 단계에서, 후단측과 선단측 2개의 호스(40)를 통해 1액형 그라우트재를 분사하고, 천공홀(20)에 별도의 씰링작업 없이 주변 영역을 동시주입하며, 2개의 강관에 동시에 1액형 그라우트재를 주입한다.

그리고 본 발명에 따른 1액형 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 0.1~3.0 중량%, 급결지연제 0.1~2.0 중량%, 수축방지제 0.2~2.0 중량%를 함유한다.

상기 1액형 그라우트재는, 친환경 그라우트재로서, 물과의 배합비에 따라 교반 시작 후 30분간 경화되지 않고, 4~5시간 경과 후 압축강도가 2~4MPa이 발현되는 특징이 있다.

또한 상기 S20 단계에서, 상기 그라우트재 50~70kg에 대해 물 70~85리터를 혼합하고, 블리딩 현상 억제를 위해 중량비 0.3~0.5%의 침전지연제를 더 첨가한다.

또한 본 발명에 따른 직천공용 동시주입 강관(30)은, 도 4에 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)를 포함하고, 현장 여건에 따라 팩그라우팅 호스를 더 포함하여 구성될 수 있다.

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

또한 선천공 또는 직천공용 강관(30)의 경우, 현장 여건에 따라 후미부에는 부직포 재질의 입구팩(50)이 구비되고, 강관(30) 내부의 중앙부에는 내부팩(60)이 구비된다. 여기서 상기 내부팩(60)은 복수로 구비될 수도 있다.

또한 상기 입구팩(50)은 제1 팩그라우팅 호스(43)의 단부에 구비되고, 상기 내부팩(60)은 제2 팩그라우팅 호스(45)의 단부에 구비된다.

그리고 상기 입구팩(50)은, 제1 팩그라우팅 호스(43)를 통해 공급되는 급결 주입재에 의해 팽창하여 천공홀(20)의 내면과 직접 밀착된다.

이로써 강관 후단측을 견고하게 고정하면서 그라우트재의 유출을 방지할 수 있다.

또한 강관(30)의 내부에 구비되는 내부팩(60)은, 제2 팩그라우팅 호스(45)를 통해 공급되는 급결 주입재에 의해 팽창하여 구획 구간을 명확히 함으로써, 그라우트재가 한쪽으로 집중되는 것을 방지한다.

또한 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 선천공용 또는 직천공용 강관의 경우, 현장 여건을 감안한 시공방법에 따라, 강관(30)의 후미부 입구에 억지끼움 방식의 고무캡(37)과, 상기 고무캡(37)을 고정시키는 고정링(38)이 구비된다.

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 상기 S20 단계에서, 상기 강관(30)은, 좌측 단부가 지보재(10)간 간격(S)의 1.5배 이내에 위치되도록 하고, 추후 막장면(B)의 굴착에 의해 제거될 천공홀 구간에는 상기 강관(30)이 존재하지 않도록 한다.

상기 지보재(10)는, 터널 공사시 붕괴를 막기 위한 보강재로서 통상 0.8m, 1m 간격으로 설치된다.

한편 동시주입 그라우팅 강관(30)은, 제조공장에서 보통 12m 규격으로 제작되며, 그 외주면에는 일정간격으로 복수의 분사구(30a)가 형성되어 있고, 단부에는 천공비트(30b)가 구비된다.

도 1에 도시된 종래의 동시주입 강관 그라우팅 방식은, 12m 길이의 강관(30)을 사용할 경우, 이보다 약간 길게 천공홀(20)을 형성하고, 상기 강관(30)의 왼쪽 단부에 모르타르 등을 사용하여 코킹부(C)를 형성한다.

이로써 막장면(B)으로부터 일정 거리 안쪽으로 들어간 곳에서 코킹작업을 하기가 어렵다는 단점이 있다.

이에 비해 본 발명은, 도 3에 도시된 바와 같이, 지보재(10)간의 간격(S)이 0.8m이고, 12m 길이의 강관(30)을 사용할 경우, 천공홀(20)을 13.2m 길이로 천공하여, 상기 강관(30)의 좌측단부가 막장면(B)으로부터 1.2m 후방에 위치하도록 한다.

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

이로써 강관(30)의 경사각을 5도까지 낮출 수 있어, 그라우팅 품질을 향상시킬 수가 있다.

또한 본 발명은, 도 7(a)에 도시된 형상의 천공비트(30b)를 사용할 수도 있고, 도 7(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.

이에 따라 강관천공시, 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 7(c)에 도시된 바와 같이, 직천공 강관 설치시, 내부팩(60)의 양단을 테이프(60a)로 감싸고, 내부팩(60)에 팩홀(60b)를 더 형성할 수도 있다.

또한 본 발명은, 도 8에 도시된 바와 같은 선천공 방식의 강관에 고무재질의 주입분사 밸브를 설치할 수도 있다.

이 경우 강관(30)의 후단부에는 고무캡(37)과 고정링(38)이 구비되고, 강관의 내부에는 고무재질의 칸막이(36)가 구비된다.

상기 칸막이(36)는, 도 11 내지 13에 도시된 바와 같이, 1개, 2개 또는 3개로 구비되어, 강관 내부를 2섹션, 3섹션 또는 4섹션으로 구분한다.

또한 현장 여건에 따라, 직천공 방식에서 내부팩(60)의 개수를 증감시킬 수 있고, 선천공 방식에서 상기 칸막이(36)의 개수를 적절히 증감시킬 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 본 발명에 따른 그라우팅 장비(70)는, 도 9에 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.

그리고 상기 주입펌프(73)는, 제1 펌프(73a), 제2 펌프(73b), 제3 펌프(73c), 및 제4 펌프(73d)로 이루어지고, 상기 제1 펌프(73a)와 제2 펌프(73b)는, 제1 강관(31) 내부에 삽입된 주입호스와 연결되며, 상기 제3 펌프(73c)와 제4 펌프(73d)는, 제2 강관(32) 내부에 삽입된 주입호스와 연결된다.

여기서 상기 펌프의 개수는 현장 여건에 따라 증가될 수도 있다.

또한 상기 제1 펌프(73a)는, 제1 연결호스(74a)를 통해 제1 강관(31) 내부에 삽입 된 제1 주입호스(41)와 연결되고, 상기 제2 펌프(73b)는, 제2 연결호스(74b)를 통해 제1 강관(31) 내부에 삽입된 제2 주입호스(42)와 연결되며, 상기 제3 펌프(73c)는, 제3 연결호스(74c)를 통해 제2 강관(32) 내부에 삽입된 제1 주입호스(41)와 연결되고, 상기 제4 펌프(73d)는, 제4 연결호스(74d)를 통해 제2 강관(32) 내부에 삽입된 제2 주입호스(42)와 연결된다.

상기한 방식에 의해, 1대의 그라우팅 장비에서 2개의 강관(30)에 동시에 그라우트재를 주입할 수 있다. 이로써 그라우팅 시공시간을 대폭 단축시킬 수가 있다.

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

편의상 선천공 방식에 의해 그라우팅을 하는 과정을 예로서 설명하기로 한다.

선천공 방식의 동시주입 그라우팅은, 도 10에 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 경사진 방향으로 복수의 천공홀(20)을 형성한다.

이때 지보재(10)와의 간섭을 피해, 수평면으로부터 5~15도 각도로 천공홀(20)을 형성한다.

그리고 지보재(10)간의 간격이 0.8m이고 강관(30)의 길이가 12m일 경우, 상기 천공홀(20)은 13.2m로 형성한다.

이어서 상기 천공홀(20)에, 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같은 강관(30)을 삽입한다.

그러면 강관(30)의 왼쪽단부는, 도 4에 도시된 바와 같이, 막장면(B)으로부터 1.2m 후방에 위치하게 된다.

즉 막장면(B)으로부터 1.2m 까지의 천공홀(20)에는 강관(30)이 존재하지 않도록 한다.

이어서 4개의 착탈식 연결호스(74a, 74b, 74c, 74d)의 일단부를, 4대의 주입펌프(73a, 73b, 73c, 73d)내의 피스톤실린더와 각각 연결한다.

그리고 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.

또한 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.

그리고 코킹주입호스(46)를 통해 코킹재를 주입하여 강관(30)의 후단부에 코킹부(51)를 형성하고(도 11 참조), 상기 4개의 주입호스에 동시에 그라우트재를 주입한다.

그러면 그라우트재는 각 호스의 단부를 통해 분사되고, 강관(30)의 외주면에 구비된 복수의 분사구(30a)을 통해 천공홀(20)을 향해 분사되어 일정 범위의 그라우팅 영역을 형성하게 된다.

상기 제1 강관(31)과 제2 강관(32)의 그라우팅이 완료되면, 각 연결호스(74a, 74b, 74c, 74d)를 주입호스로부터 분리하고, 그 다음 2개의 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 균질주입에 의해 그라우팅 시공 품질을 향상시킬 수가 있다.

본 발명에 의하면, 막장면(B)으로부터 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 20도의 경사각을 갖도록 삽입되는 종래의 방식에 비해, 그라우팅 영역의 보강력을 향상시킬 수가 있다.

또한 직천공 방식의 경우, 막장면(B)과 강관(30)의 좌측 단부 사이의 천공홀(20)에 입구팩(50)을 구비함으로써, 별도의 코킹작업 없이 강관(30)을 간편하고 견고하게 고정시킬 수가 있다.

또한 1대의 그라우팅 장비로 2개의 강관에 동시에 그라우트재를 주입할 수 있고, 별도의 씰링작업을 필요로 하지 않으므로, 그라우팅에 소요되는 시간을 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(Hole)
30: 그라우팅(Grouting) 강관 30a: 분사구
30b: 천공비트(Bit) 30c: 배출공
30d: 파일롯 비트(Pilot Bit) 31: 제1 강관
32: 제2 강관 36: 칸막이
37: 고무캡(Cap) 37a: 관통공
38: 고정링(Ring) 40: 호스(Hose)
41: 제1 주입호스 42: 제2 주입호스
43: 제1 팩그라우팅(Pack Grouting) 호스
44: 충전확인호스
45: 제2 팩그라우팅(Pack Grouting) 호스
46: 코킹주입호스 51: 코킹부
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
A: 터널 굴착선 B: 막장면
C: 코킹(Calking)

Claims

(a) 터널의 막장면(B)으로부터 상부를 향해 경사진 방향으로 다수의 천공홀(20)을 형성하여 동시주입 그라우팅 강관(30)을 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 분사하는 단계(S20)를 포함하는 터널 강관 동시주입 그라우팅 공법에 있어서,
상기 S10 단계에서,
상기 천공홀(20)은, 지보재(10)와의 간섭을 피해 수평선으로부터 5~15°각도로 경사지게 형성하고, 막장면 굴착시 천공홀 구간 내에는 그라우팅 강관(30)이 존재하지 않도록 하며,
상기 S20 단계에서,
후단측과 선단측 2개의 호스(40)를 통해 1액형 그라우트재를 분사하고, 천공홀(20)에 별도의 씰링작업 없이 주변 영역을 동시주입하며,
2개의 강관에 동시에 1액형 그라우트재를 주입하고,
상기 1액형 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 0.1~3.0 중량%, 급결지연제 0.1~2.0 중량%, 수축방지제 0.2~2.0 중량%를 함유하며,
상기 1액형 그라우트재는, 물과의 배합비에 따라 교반 시작 후 30분간 경화되지 않고, 4~5시간 경과 후 압축강도가 2~4MPa이 발현되도록 하고,
상기 S20 단계에서,
상기 그라우트재 50~70kg에 대해 물 70~85리터를 혼합하고,
블리딩 현상 억제를 위해 중량비 0.3~0.5%의 침전지연제를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 강관과 그라우트재를 이용하여 무씰링 동시주입하는 터널 강관 그라우팅 공법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 그라우팅 강관(30)은,
동시주입관으로서, 그라우팅 강관의 내부에 구비되는 칸막이(36)에 의해 분할되고,
후미부에 주입할 수 있는 제1 주입호스(41)와, 선단부에 주입할 수 있는 제2 주입호스(42)와, 그라우팅 강관의 선단부 단부까지 연장되는 충전확인호스(44)를 포함하고, 현장 여건에 따라 팩그라우팅 호스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강관과 그라우트재를 이용하여 무씰링 동시주입하는 터널 강관 그라우팅 공법.
제 3 항에 있어서,
상기 그라우팅 강관(30)의 후미부 입구에, 억지끼움 방식의 고무캡(37)과, 상기 고무캡(37)을 고정시키는 고정링(38)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 강관과 그라우트재를 이용하여 무씰링 동시주입하는 터널 강관 그라우팅 공법.
제 4 항에 있어서,
상기 그라우팅 강관(30) 입구의 코킹작업 대용으로 구비되는 입구팩(50)과,
상기 그라우팅 강관(30) 내부에 구간 구획용으로 구비되는 내부팩(60)을 구비하고,
상기 입구팩(50)과 내부팩(60)은, 부직포 재질로 형성되어, 급결 주입재의 동시 주입에 의해 팽창하는 것을 특징으로 하는 강관과 그라우트재를 이용하여 무씰링 동시주입하는 터널 강관 그라우팅 공법.
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 강관과 그라우트재를 이용하여 무씰링 동시주입하는 터널 강관 그라우팅 공법.
제 6 항에 있어서,
상기 주입펌프(73)는, 제1 펌프(73a), 제2 펌프(73b), 제3 펌프(73c), 및 제4 펌프(73d)로 이루어지고, 상기 각 펌프 내에 피스톤실린더가 구비되며,
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) 내부에 삽입된 주입호스와 연결되어,
1대의 그라우팅 장비에서 2곳의 강관에 동시에 그라우트재를 주입하는 것을 특징으로 하는 강관과 그라우트재를 이용하여 무씰링 동시주입하는 터널 강관 그라우팅 공법.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 펌프(73a)는, 제1 연결호스(74a)를 통해 제1 강관(31) 내부에 삽입 된 제1 주입호스(41)와 연결되고,
상기 제2 펌프(73b)는, 제2 연결호스(74b)를 통해 제1 강관(31) 내부에 삽입된 제2 주입호스(42)와 연결되며,
상기 제3 펌프(73c)는, 제3 연결호스(74c)를 통해 제2 강관(32) 내부에 삽입된 제1 주입호스(41)와 연결되고,
상기 제4 펌프(73d)는, 제4 연결호스(74d)를 통해 제2 강관(32) 내부에 삽입된 제2 주입호스(42)와 연결되는 것을 특징으로 하는 강관과 그라우트재를 이용하여 무씰링 동시주입하는 터널 강관 그라우팅 공법.