KR102585816B1 - 터널 갱내 차수 그라우팅 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그라우팅이 완료된 후 각종 호스가 제거될 충전장 부분은 그라우팅 시공을 하지 않고, 차수 그라우팅 영역을 형성하게 될 대상지반에 그라우트재 주입장 부분만 그라우팅 시공을 할 수 있도록 한 터널 갱내 차수 그라우팅 공법에 관한 것으로서, (a) 천공장비(10)를 사용하여 터널의 막장면(E)으로부터 대상지반의 상부를 향해 경사진 방향으로 다수의 천공홀(K)을 형성하는 단계(S10)와, (b) 상기 S10 단계 이후, 복수의 호스를 상기 천공홀(K)에 삽입하여 그라우팅을 하는 단계(S20)를 포함하는 터널 갱내 차수 그라우팅 공법에 있어서, 일정구간 그라우팅 시공이 완료된 후 막장면의 굴착에 의해 제거해야 할 충전장(ℓ1) 구간에는 그라우팅을 하지 않고, 차수 그라우팅 영역을 형성하게 될 그라우트재 주입장(ℓ2) 구간에만 그라우팅 시공을 하는 것을 특징으로 한다.

Description

터널 갱내 차수 그라우팅 공법{WATER-PROOF GROUTING METHOD IN TUNNEL}

본 발명은 터널 갱내 차수 그라우팅 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 천공홀 전체구간을 그라우팅 하지 않고 차수 그라우팅 영역을 형성하게 될 구간에만 그라우팅 시공을 함으로써 그라우트재의 사용량을 줄일 수 있고, 막장면의 천공홀 입구에 코킹작업을 하지 않고서도 호스를 견고하게 고정할 수 있음과 동시에, 그라우팅 작업이 완료된 후 막장면의 굴착에 의해 제거될 부분의 호스를 미리 빼낸 후 막장면을 굴착함으로써, 굴착된 토석으로부터 호스를 분리할 필요가 없도록 한 터널 갱내 차수 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 고압펌프에 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 경우에는, 굴착공사와 병행하여 그라우팅 공법을 사용하는 경우가 많다.

특히 강도가 낮고 자립도가 낮은 지반에서 터널을 굴착하는 경우, 또는 지하수위가 높아 지하굴착 시 지하수 배출에 따른 주변지반의 침하가 예상되는 경우에는, 차수 그라우팅이 필수적으로 요구된다.

그런데 그라우트재 주입공법은, 인근 고층건물 등에 의해 상재하중이 큰 경우나, 투수 계수가 낮은 실트층이나 점토질층이 협재해 있는 암반에서는 효용성을 기대하기가 어렵다.

또한 기존의 그라우트재 주입공법은, 주입재가 일반적으로 저강도이므로 차수 효과는 있으나 보강효과는 크게 기대할 수가 없다.

한편 상기한 그라우트재 주입공법 외에 강관 파이프 삽입공법이 사용되기도 한다.

상기한 강관 파이프 삽입 공법은, 터널굴착에 선행하여 터널 예정 단면 주변에 소구경의 강관을 일정간격으로 설치하고 일련의 파이프 루프를 형성시켜, 지반의 이완 및 지압의 확대 등을 방지한다.

이로써 다른 시공법에 비해 지하 구조물에 대한 안정효과가 크다는 장점이 있다.

이러한 강관 파이프 공법은, 현장조건에 따라 강관을 연결하는 방법과 분리하는 방법으로 시공된다.

최근에는 강관 분리방법이 많이 사용되는데, 이러한 강관 분리방법은 강관과 강관 사이의 간격이 약 20㎝ ~ 1m를 유지하고 있으므로, 차수 효과를 기대하기 어렵다는 단점이 있다.

특히 지반이 연약하여 강관 사이로 지반의 이동이 터널굴착과 함께 급진전하는 경우에는, 공법의 효용성을 크게 기대하기가 어렵게 된다.

이에 따라 터널 시공시에는, 그라우트재 주입공법을 1차로 수행하여 터널 주변을 차수시킨 후에, 막장안정을 위해 강관 파이프 공법을 추가로 적용하기도 한다.

그러나 이와 같은 경우에는, 2단계 공사에 따른 공기지연 및 공사비 증가의 단점이 있다.

또한 상기한 바와 같이 주입관으로 강관을 사용하면, 터널굴착시 굴착선(Pay Line) 내부에서의 발파가 저해되고, 천공시 비트가 주입관에 접촉되어 걸리면 장비고장과 함께 안전사고가 발생된다는 문제가 있다.

상기한 문제점을 해소하기 위한 방안으로, 한국 공개특허 제10-2014-0029133호의 "터널 그라우팅 장치와 이를 이용한 터널 보강공법"이 제안된 바 있다.

상기한 종래기술은, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 원형 구조체로 구성되고, 폴리에틸렌 주입관 삽입공, 공기배출관 삽입공, 실링용 충전재 주입관 삽입공이 형성된 평와셔(300)와; 상기 평와셔(300)의 공기배출관 삽입공에 삽입되는 공기배출관(400)과; 상기 평와셔(300)의 폴리에틸렌 주입관 삽입공에 삽입되는 폴리에틸렌 주입관(500)과; 상기 평와셔(300)의 실링용 충전재 주입관 삽입공에 삽입되는 실링용 충전재 주입관(600)을 포함하여 구성된다.

또한 상기 폴리에틸렌 주입관(500)은 각각 그 길이가 상이하도록 구성되며, 상기 폴리에틸렌 주입관(500)의 외주면에는 주입재 토출공(510)이 분사영역별로 다수 천공 형성된다.

그리고 상기 그라우팅 장치를 이용한 터널 그라우팅 공법은, 터널의 소정의 위치를 일정한 길이 및 직경으로 천공하여 천공홀을 형성하는 단계; 상기 천공홀에 공기배출관(400)과, 폴리에틸렌 주입관(500)과, 실링용 충전재 주입관(600)으로 구성되는 터널 그라우팅 장치(G)를 삽입 및 장착하는 단계; 터널 그라우팅 장치(G)가 삽입된 상기 천공홀의 입구를 코킹재로 코킹하는 단계; 상기 터널 그라우팅 장치(G)의 폴리에틸렌 주입관(500)을 통해 우레탄 또는 시멘트밀크를 주입하면서 공기배출관(400)을 통해 공기가 배출되는 것을 확인하면서, 천공홀에 우레탄 또는 시멘트밀크를 주입 및 양생하는 단계로 이루어진다.

상기한 종래의 터널 그라우팅 장치를 이용한 터널 보강공법은, 터널의 지반 내부를 차수 및 보강시 천공홀에 터널 그라우팅 장치를 삽입하고, 상기 터널 그라우팅 장치의 폴리에틸렌 주입관을 통해 우레탄 또는 시멘트밀크를 주입하여 천공홀을 충전한다.

이로써 터널 지반 내부를 견고히 보강할 수 있고, 공기배출관(400)을 통하여 공기를 배출함으로써, 지반 내부를 밀실하고 충실하게 그라우팅할 수가 있다.

이하 도 3a 및 도 3b를 참조하여, 종래의 차수 그라우팅 공법의 일예를 설명한다.

도 3a는 터널의 측면도를 나타낸 것으로서, A는 이미 시공된 전차 그라우팅 영역, B는 벌크헤드(Bulkhead), C는 금회 그라우팅 영역, D는 차후에 그라우팅 영역, E는 막장면을 나타낸 것이다.

또한 도 3b에서 ℓ1은 지반 그라우팅을 할 필요 없이 터널을 굴착하여 암반을 제거해야 할 구간(이하 '충전장'이라 한다), ℓ2는 차수 그라우팅 영역을 형성하는 구간(이하 '그라우트재 주입장'이라 한다)을 나타낸 것이다.

즉, 터널 굴착선(I)의 하부에 위치하는 충전장(ℓ1)은 차수 그라우팅 없이 막장면(E)의 굴착에 의해 제거되는 부분이고, 터널 굴착선(I)의 상부에 위치하는 그라우트재 주입장(ℓ2)은 막장면(E) 굴진을 위해 차수 그라우팅 영역을 형성하는 부분이다.

터널내 차수 그라우팅을 시공하기 위해서는, 먼저 천공장비(10)로 막장면(E)으로부터 일정각도 상부를 향해 복수의 천공홀(K)을 형성한다.

이때 천공홀(K)은 일정한 수평각 및 수직각도를 갖도록 형성하는데, 금회 그라우팅 영역(C)에서 차수 그라우팅 영역을 형성하는 일정 높이까지만 천공을 한다.

이어서 공개배출 호스(21), 그라우트재 주입호스(22) 및 팩그라우팅 호스(23)를 각 천공홀(K)에 삽입한다.

그리고 천공홀(K) 내부에 고인 물을 외부로 배출시킨 후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 막장면(E)의 천공홀(K) 입구를 모르타르 등의 코킹재를 사용하여 코킹(Caulking)을 한다.

이렇게 막장면(E)의 천공홀(K) 입구에 코킹작업을 실시하는 이유는, 펌프로 그라우트재를 주입할 때 상기 호스들이 이탈되지 않도록 하기 위한 것이다.

이어서 팩그라우팅 호스(23)를 통해 그라우트재를 주입하여 부직포팩(F)을 팽창시킨 후, 그라우트재 주입호스(22)를 통해 그라우트재를 주입한다.

그러면 그라우트재가 천공홀(K)의 외부 지반까지 침투하면서 그라우팅 영역(J)을 형성하게 된다.

그런데 상기한 종래의 차수 그라우팅 공법은, 막장면(E)의 천공홀(K) 입구에 코킹작업을 한 다음, 충전장(ℓ1)과 그라우트재 주입장(ℓ2) 전체 구간에 걸쳐 그라우팅을 한다.

즉 상기 충전장(ℓ1)은 추후 굴착하여 제거될 구간임에도 불구하고 그라우팅 시공을 하고 있다.

이로써 그라우트재의 사용량이 증가하여 공사비가 상승하게 되고, 그라우트 시공기간이 길어지게 되는 단점이 있다.

또한 상기한 그라우팅 방식은, 각 호스들이 일체형으로 되어 있고, 충전장(ℓ1)과 그라우트재 주입장(ℓ2) 전체에 걸쳐 그라우팅이 되어 있으므로, 그라우팅이 완료된 후 충전장(ℓ1) 구간에 있는 호스들만 분리하기가 쉽지 않다.

또한 종래의 방식은, 그라우팅을 완료한 후 충전장(ℓ1) 부분 굴착시 호스들이 토석에 묻히게 되므로, 이를 토석으로부터 분리하는데 시간이 많이 소요된다.

또한 호스가 그라우트재와 결합되어 있으므로 호스만을 분리하기도 어렵다.

즉 종래의 그라우팅 방식은, 폴리에틸렌 재질의 호스를 토석 및 그라우트재로부터 분리하는데 시간이 많이 소요되어 시공기간이 길어지게 된다는 문제점이 있다.

한국 등록특허 제10-1500667호(2015. 3. 9. 공고) 한국 공개특허 제10-2014-0029133호(2014. 3. 10. 공개)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그라우팅 완료 후 굴착에 의해 제거될 충전장 구간은 그라우팅 시공을 하지 않고, 막장면 굴진을 위해 차수 그라우팅 영역을 형성하게 될 그라우트재 주입장 부분만 그라우팅 시공을 할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 충전장 부분의 그라우팅 시공을 생략할 수 있도록 함으로써 그라우트재의 사용량을 줄이는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 막장면의 천공홀 입구에 코킹작업을 하지 않고도 호스들을 견고하게 고정할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 그라우팅 시공시 호스를 막장면의 천공홀 입구에 견고하게 고정할 수 있음과 동시에, 그라우팅이 완료된 후에는 충전장 구간에 삽입된 호스만을 쉽게 뽑아 분리할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 막장면을 굴진한 다음, 굴착된 토석으로부터 호스를 일일이 분리할 필요가 없도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 그라우팅 시공시간을 줄여 공기를 단축할 수 있도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, (a) 천공장비를 사용하여 터널의 막장면으로부터 대상지반의 상부를 향해 경사진 방향으로 다수의 천공홀을 형성하는 단계(S10)와, (b) 상기 S10 단계 이후, 복수의 호스를 상기 천공홀에 삽입하여 그라우팅을 하는 단계를 포함하는 터널 갱내 차수 그라우팅 공법에 있어서, 일정구간 그라우팅 시공이 완료된 후 막장면 굴착에 의해 제거해야 할 충전장 구간에는 그라우팅을 하지 않고, 차수 그라우팅 영역을 형성하게 될 그라우트재 주입장 구간에만 그라우팅 시공을 하고, 상기 S20 단계에서 사용되는 복수의 호스는, 폴리에틸렌 재질로 이루어지고, 천공홀 내부의 공기를 배출하기 위한 공기배출호스와, 천공홀 내부에 그라우트재를 주입하기 위한 그라우트재 주입호스와, 천공홀 내부에 삽입된 부직포팩을 팽창시킨 후 그라우팅을 하기 위한 팩그라우팅 호스를 포함하며, 상기 그라우트재 주입호스는 상기 팩그라우팅 호스보다 길게 형성되고, 상기 공기배출호스는 상기 그라우트재 주입호스보다 길게 천공홀의 막장까지 형성되며, 상기 팩그라우팅 호스의 단부에, 급결 그라우트재의 주입에 의해 팽창하는 부직포팩이 구비되고, 상기 부직포팩은 그라우트 주입장 구간의 하단부에 구비되며, 터널 막장면의 천공홀 입구에, 상기 공기배출호스와, 그라우트재 주입호스와, 팩그라우팅 호스를 고정하는 콘형 마개가 구비되고, 상기 콘형 마개는, 직경이 감소되는 테이퍼 형상으로서 중앙이 분리되는 분할형으로 구성되고, 분할된 각 마개에 각 호스를 고정하기 위한 복수의 요홈이 형성되며, 상기 콘형 마개는, 고무재질, 나무재질 또는 PE 제품 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 콘형 마개의 길이는 12 ~ 20cm 이고, 천공홀에 삽입할 때 그 일부가 천공홀의 외부로 노출되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 공기배출호스는, 제1 공기배출호스와 제2 공기배출호스로 분할되어 구성되고, 상기 그라우트재 주입호스는, 제1 그라우트재 주입호스와 제2 그라우트재 주입호스로 분할되어 구성되며, 상기 팩그라우팅 호스는, 제1 팩그라우팅 호스와 제2 팩그라우팅 호스로 분할되어 구성되고, 분할된 각 호스의 연결부위 외주면에 연결호스가 구비되어, 분할된 2개의 호스를 각각 연결하고, 상기 각 호스는, 천공홀 내부에 구비된 부직포팩의 앞쪽에서 분할되어, 차수 그라우팅 영역에 해당하는 구간에만 그라우팅 시공을 할 수 있고, 그라우팅 시공이 완료된 후에는 충전장 구간에 있던 호스만 외부로 빼낼 수 있도록 하며, 천공홀 내부에 호스의 삽입이 완료되면, 팩그라우팅 호스를 통해 급결 그라우트재를 주입하여 천공홀 내부 그라우트재 주입장의 하부에 구비된 부직포팩을 팽창시킨 후, 상기 부직포팩의 상부에 해당하는 구간만 그라우팅을 하고, 그라우트재는 Y자형 주입관 내의 혼합기에 의해 2액형 그라우트재를 혼합하여 사용하며, 그라우트재의 주입압력은 0.1 ~ 1.5 Mpa이고, 4대의 주입펌프를 구비한 장비를 사용하여, 한번에 2개의 천공홀에 그라우트재를 동시에 주입하고, 일정구간 그라우팅 시공이 완료된 후, 콘형 마개와, 상기 제1 공기배출호스, 제1 그라우트재 주입호스 및 제1 팩그라우팅 호스를 천공홀로부터 빼낸 다음, 막장면을 굴착하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 의하면, 차수 그라우팅 후 막장면의 굴진에 의해 제거될 충전장 구간은 그라우팅 시공을 하지 않고, 차수 그라우팅 영역을 형성하게 될 그라우트 재 주입장 부분만 그라우팅 시공을 할 수 있다.

즉 충전장 구간의 그라우팅 시공을 생략할 수 있으므로, 그라우트재의 사용량을 줄일 수 있고, 공사비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 충전장 구간은 그라우팅 시공을 하지 않아도 되므로, 그라우팅 시공기간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

또한 막장면의 천공홀 입구에 코킹작업을 하지 않고서도, 콘형 마개를 이용하여 각 호스를 견고하고 간편하게 고정시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 호스들을 분리형으로 제작한 후 연결 파이프에 의해 연결함으로써, 그라우팅이 완료된 후 충전장 구간에 있던 호스만을 쉽게 빼낼 수 있는 효과가 있다.

또한 그라우팅을 완료한 후 충전장 구간에 있던 호스를 빼낸 후 막장면을 굴진함으로써, 막장면 굴착 후 토석으로부터 호스를 일일이 찾아 분리할 필요가 없도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 터널 그라우팅 장치의 일례를 나타낸 도면.
도 2는 종래기술에 의해 터널 차수 그라우팅을 하는 방식을 설명하기 위한 도면.
도 3a 및 3b는 종래기술에 따른 그라우팅 방식을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 그라우팅 방식에서 천공홀을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 차수 그라우팅 방식을 나타낸 도면.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 콘형 마개를 나타낸 도면.
도 8a 및 8b는 종래기술과 본 발명의 차이점을 설명하기 위한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 터널 갱내 차수 그라우팅 공법은, 도 4 내지 7에 도시된 바와 같이, (a) 천공장비(10)를 사용하여 터널의 막장면(E)으로부터 대상지반의 상부를 향해 경사진 방향으로 다수의 천공홀(K)을 형성하는 단계(S10)와, (b) 상기 S10 단계 이후, 복수의 호스를 상기 천공홀(K)에 삽입하여 그라우팅을 하는 단계(S20)를 포함하는 터널 갱내 차수 그라우팅 공법에 있어서, 일정구간 그라우팅 시공이 완료된 후 막장면(E)의 굴착에 의해 제거해야 할 충전장(ℓ1) 구간에는 그라우팅을 하지 않고, 차수 그라우팅 영역을 형성하게 될 그라우트재 주입장(ℓ2) 구간에만 그라우팅 시공을 한다.

이로써 그라우트재를 절감할 수 있고 그라우팅 시공시간을 단축할 수가 있다.

또한 상기 S20 단계에서 사용되는 복수의 호스는, 폴리에틸렌 재질로 이루어지고, 도 3b에 도시된 바와 같이, 천공홀(K) 내부의 공기를 배출하기 위한 공기배출호스(21)와, 천공홀(K) 내부에 그라우트재를 주입하기 위한 그라우트재 주입호스(22)와, 천공홀(K) 내부에 구비된 부직포팩을 팽창시킨 후 그라우팅을 하기 위한 팩그라우팅 호스(23)를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 상기 그라우트재 주입호스(22)는 복수개로 구비될 수도 있다.

또한 상기 그라우트재 주입호스(22)는, 상기 팩그라우팅 호스(23)보다 길게 형성되고, 상기 공기배출호스(21)는, 상기 그라우트재 주입호스(22)보다 길게 천공홀의 막장까지 형성된다.

또한 상기 팩그라우팅 호스(23)의 단부에는 급결 그라우트재의 주입에 의해 팽창하는 부직포팩(F)이 구비되고, 상기 부직포팩(F)은 그라우트재 주입장(ℓ2) 구간의 하부에 구비된다.

상기한 구조에 의해, 그라우팅 영역의 하부에 먼저 팩그라우팅을 하여 그라우트재가 흘러내리는 것을 방지할 수 있고, 천공홀(K) 내부의 공기가 원활히 배출되도록 할 수 있다.

그리고 본 발명은, 도 5에 도시된 바와 같이, 터널 막장면(E)의 천공홀(K)입구에, 상기 공기배출호스(21)와, 그라우트재 주입호스(22)와, 팩그라우팅 호스(23)를 고정하는 콘형 마개(30)가 구비된다.

상기 콘형 마개(30)는, 고무재질, 나무재질 또는 PE 제품 등으로 구성될 수 있다.

여기서 상기 콘형 마개(30)는, 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 직경이 감소되는 테이퍼 형상으로서, 중앙이 분리되는 분할형으로 구성된다.

그리고 분할된 각 콘형 마개(30)에는, 복수의 호스를 고정하기 위한 복수의 요홈(30a)이 형성된다.

상기한 분할식 콘형 마개(30)에 의해, 막장면(E)의 천공홀(K) 입구에 별도의 코킹작업을 하지 않고도 복수의 호스들을 수작업에 의해 간편하게 고정할 수 있다.

또한 작업자가 해머 등을 사용하여 상기 콘형 마개(30)를 천공홀(K)의 입구에 끼워넣음으로써, 복수의 호스를 견고하게 고정할 수 있다.

또한 콘형 마개(30)에 형성된 요홈(30a)에 의해 복수의 호스들을 고정함으로써, 펌프장비로 그라우트재를 주입할 때 호스들이 움직이거나 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

이로써 막장면(E)의 천공홀(K) 입구에 별도의 코킹작업을 할 필요가 없으므로 시공시간을 단축할 수 있고, 추후 막장면(E)의 굴진에 의해 제거되는 충전장(ℓ1) 구간에는 그라우팅을 시공하지 않아도 되므로, 그라우트재를 절감할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 복수의 호스들은, 각각 2개로 분할되어 구성된다.

즉 도 5 및 8에 도시된 바와 같이, 상기 공기배출호스(21)는, 제1 공기배출호스(21a)와 제2 공개배출호스(21b)로 분할되어 구성된다.

또한 상기 그라우트재 주입호스(22)는, 제1 그라우트재 주입호스(22a)와 제2 그라우트재 주입호스(22b)로 분할되어 구성된다.

또한 상기 팩그라우팅 호스(23)는, 제1 팩그라우팅 호스(23a)와 제2 팩그라우팅 호스(23b)로 분할되어 구성된다.

여기서 상기 각 호스는, 그라우트재 주입장(ℓ2) 구간의 하부에서 분할되는 것이 바람직하다.

특히 상기 각 호스는, 천공홀(K) 내부에 구비된 부직포팩(F)의 앞쪽에서 분할되는 것이 바람직하다.

이로써 차수 그라우팅 영역(J)에 해당하는 구간에만 그라우팅 시공을 할 수있고, 그라우팅 시공이 완료된 후에는 충전장(ℓ1) 구간에 있던 호스만 외부로 빼낼 수가 있다.

또한 분할된 각 호스의 연결부위 외주면에는, 폴리에틸렌 재질의 연결호스(40)가 구비되어 분할된 2개의 호스를 서로 연결한다.

상기한 호스의 분할 구조에 의해, 도 8b에 도시된 바와 같이, 일정구간 그라우팅 시공이 완료된 후, 콘형 마개(30)와, 상기 제1 공기배출호스(21a), 제1 그라우트재 주입호스(22a) 및 제1 팩그라우팅 호스(23a)를 천공홀(K)로부터 빼낸 다음, 막장면(E)을 굴착할 수 있다.

이로써 천공홀 전체를 그라우팅하는 종래의 방식인 도 8a에 비해, 그라우트재를 절감할 수 있고, 시공시간도 단축할 수 있다.

또한 막장면을 굴착한 후, 토석으로부터 호스를 일일이 분리하여 폐기할 필요가 없다.

이하 본 발명에 따라 터널 갱내를 차수 그라우팅하는 과정을 설명한다.

먼저 천공장비(10)를 사용하여 막장면(E)에서 상부를 향해 경사지게 복수의 천공홀(K)을 형성한다.

이때 도 4에 도시된 바와 같이, 각 천공홀(K)이 일정한 수평각과 수직각을 갖도록 형성한다.

이어서 분할된 각 호스들을 연결호스(40)로 연결하고, 막장면(E)의 천공홀(K)에 위치하게 될 호스 부분에 콘형 마개(30)를 밴드 등을 삽입하여 고정한다.

상기 콘형 마개(30)의 길이는 12 ~ 20cm 정도가 바람직하며, 천공홀(K)에 삽입할 때 그 일부가 천공홀(K)의 외부로 노출되도록 한다.

그리고 상기 연결호스(40)는, 각 호스들의 직경이 15mm일 경우, 직경 17.6mm의 호스를 8 ~ 12cm 길이로 잘라서 연결하는 것이 바람직하다.

연결호스(40)를 위와 같이 조립하면, 그라우트재 주입시 호스가 빠지지 않도록 함과 동시에, 그라우팅이 완료된 후 충전장(ℓ1) 구간에 있던 제1 공기배출호스(21a)와, 제1 그라우트재 주입호스(22a)와, 제1 팩그라우팅 호스(23a)를 손으로 잡아서 빼낼 수가 있다.

이어서 각 호스들을 천공홀(K)의 내부로 삽입한 후, 막장면(E)의 천공홀(K) 입구가 상기 콘형 마개(30)에 의해 밀폐되도록 한다.

이때 해머 등을 이용하여 상기 콘형 마개(30)가 견고하게 천공홀(K) 입구에 밀착되도록 하되, 콘형 마개(30)의 일부가 막장면(E)의 외부로 일부 노출되도록 한다.

상기한 방식에 의해, 그라우팅이 완료된 후, 상기 콘형 마개(30)를 천공홀(K)로부터 쉽게 빼낼 수가 있다.

한편 상기 콘형 마개(30)가 분할형으로 형성되어 있으므로, 연결호스(40)에 의해 연결된 각 호스들을 먼저 천공홀(K)에 삽입한 후, 나중에 콘형 마개(30)를 막장면(E)의 천공홀(K)에 설치할 수도 있다.

천공홀(K) 내부에 호스의 삽입이 완료되면, 팩그라우팅 호스(23)를 통해 급결 그라우트재를 주입하여 천공홀 내부 그라우트재 주입장(ℓ2)의 하부에 구비된 부직포팩(F)을 팽창시킨다.

그러면 부직포팩(F)이 팽창되어 상기 부직포팩(F)의 상부에 해당하는 구간만 그라우팅을 할 수 있는 상태가 된다.

여기서 상기 부직포팩(F)의 상부에 고인 물은, 그라우트재 주입호스(22)의 외주면에 일정 간격으로 형성된 분사공(22c)을 통해 막장면(E)의 외부로 자연적으로 배출된다.

즉 상기 그라우트재 주입호스(22)의 외주면에 형성된 분사공(22c)은, 그라우트재 주입 전에 물을 배출하는 역할도 겸하게 된다.

상기 분사공(22c)을 통해 천공홀(K)에 고인 물의 배출이 완료되면, 주입펌프로 그라우트재 주입호스(22)를 통해 그라우트재를 주입한다.

그러면 상기 그라우트재 주입호스(22)의 외주면에 형성된 분사공(22c)을 통해 약 10 ~ 20%의 그라우트재가 분사되고, 그라우트재 주입호스(22)의 단부를 통해 약 80 ~ 90%의 그라우트재가 분사된다.

이때 주입장의 천공홀(K) 내부의 공기는 공기배출호스(21)를 통해 천공홀(K)의 외부로 배출되므로. 천공홀(K) 내부를 밀실충전할 수 있다.

또한 본 발명에 사용되는 그라우트재는 2액형을 사용하는 것이 바람직하며, 이 경우 Y자형 주입관 내의 혼합기(도시 생략)에 의해 2액형 그라우트재를 혼합한다.

또한 그라우트재는 시멘트와 급결제와 물을 혼합하여 제조하며, 상기 급결제로는 실리카계 급결제인 WGS-C1을 사용하는 것이 바람직하다.

상기한 WGS-C1은, 환경을 오염시키는 규산소다(물유리) 성분을 포함하지 않는 친환경 급결제라는 특징이 있다.

그리고 그라우트재의 주입압력은 0.1 ~ 1.5 Mpa인 것이 바람직하다.

또한 4대의 주입펌프를 구비한 장비를 사용하여, 한번에 2개의 천공홀에 그라우트재를 동시에 주입하는 것이 바람직하다.

그라우트재 주입장(ℓ2)에 그라우재의 주입이 완료되면, 천공홀(K) 입구의 콘형 마개(30)를 막장면(E)으로부터 빼낸다.

콘형 마개(30)는 테이퍼진 형상이므로, 큰 힘을 들이지 않고서도 상기 콘형 마개(30)를 천공홀(K)로부터 빼낼 수 있다.

이때 충전장(ℓ1) 구간에 있던 제1 공기배출호스(21a)와, 제1 그라우트재 주입호스(22a)와, 제1 팩그라우팅 호스(23a)도 같이 이탈된다.

이로써 충전장(ℓ1) 구간은 호스가 제거되고 천공홀만 남게 된다.

이어서 막장면(E)을 일정구간 굴진한 후, 그 다음 구간에서 다시 그라우팅 시공을 한다.

종래의 일반적인 차수 그라우팅 방식은, 도 8a에 도시된 바와 같이, 막장면(E)의 천공홀(K) 입구에 모르타르 등을 사용하여 코킹작업을 한 후, 천공홀(K)의 전체 구간에 걸쳐 그라우팅을 한다.

이로써 차수 그라우팅 영역이 아닌 충전장(ℓ1) 구간에도 그라우팅을 실시하므로, 그라우트재가 낭비되는 결과를 초래하게 된다.

한편, 그라우트재의 절감을 위해, 천공홀(K)의 내부에 부직포팩(F)을 구비하여 팩그라우팅을 한 후, 팩그라우팅의 상부구간에만 그라우팅 시공을 하기도 한다.

그러나 이 경우에도, 그라우트재 주입시 호스의 이탈을 방지하기 위해, 막장면(E)의 천공홀(K) 입구에 코킹작업을 하여 호스를 고정시키고 있다.

또한 종래의 방식은, 호스가 충전장(ℓ1) 구간에 그대로 남게 되므로, 그라우팅 시공을 완료하고 막장면(E)을 굴착하게 되면 호스가 굴착되는 토석과 섞이게 된다.

이로써 토석으로부터 호스를 분리하는 데 시간이 소요되고, 그라우트재와 결합되어 굳어진 호스를 따로 분리하기도 어렵다.

이에 비해 본 발명은, 도 8b에 도시된 바와 같이, 차수 그라우팅 영역을 형성하게 되는 그라우팅 주입장 구간만 그라우팅을 할 수 있다.

또한 천공홀(K) 입구를 콘형 마개(30)에 의해 간편하면서도 견고하게 밀폐할 수 있으므로, 천공홀(K) 입구를 모르타르 등을 사용하여 코킹작업을 할 필요가 없다.

또한 그라우트재 주입장(ℓ2)만 그라우팅을 하므로, 그라우트재의 절감에 의해 공사비를 절약할 수 있고, 시공기간도 단축할 수 있다.

또한 그라우팅 작업이 완료된 후에는, 콘형 마개(30)와 각 호스들을 쉽게 천공홀로부터 빼낸 다음, 막장면(E)을 굴착하여 터널을 굴진시킨다.

이로써 굴착된 토석으로부터 호스를 일일이 분리하여 폐기할 필요가 없어지게 된다.

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: 천공장비 20: 호스(Hose)
21: 공기배출 호스 22: 그라우트재 주입호스
23: 팩그라우팅(Pack Grouting) 호스
30: 콘(Cone)형 마개 40: 연결호스
E: 막장면 F: 부직포팩(Pack)
H: 코킹(Calking)부 I: 터널 굴착선
J: 그라우팅 영역 K: 천공홀
ℓ1: 충전장 ℓ2: 그라우트재 주입장

Claims (11)

1. (a) 천공장비(10)를 사용하여 터널의 막장면(E)으로부터 대상지반의 상부를향해 경사진 방향으로 다수의 천공홀(K)을 형성하는 단계(S10)와,
   (b) 상기 S10 단계 이후, 복수의 호스를 상기 천공홀(K)에 삽입하여 그라우팅을 하는 단계(S20)를 포함하는 터널 갱내 차수 그라우팅 공법에 있어서,
   일정구간 그라우팅 시공이 완료된 후 막장면(E)의 굴착에 의해 제거될 충전장(ℓ1) 구간에는 그라우팅을 하지 않고, 차수 그라우팅 영역을 형성하게 될 그라우트재 주입장(ℓ2) 구간에만 그라우팅 시공을 하고,
   상기 S20 단계에서 사용되는 복수의 호스는, 폴리에틸렌 재질로 이루어지고,
   천공홀(K) 내부의 공기를 배출하기 위한 공기배출호스(21)와,
   천공홀(K) 내부에 그라우트재를 주입하기 위한 그라우트재 주입호스(22)와,
   천공홀(K) 내부에 구비된 부직포팩을 팽창시킨 후 그라우팅을 하기 위한 팩그라우팅 호스(23)를 포함하며,
   상기 그라우트재 주입호스(22)는, 상기 팩그라우팅 호스(23)보다 길게 형성되고,
   상기 공기배출호스(21)는, 상기 그라우트재 주입호스(22) 보다 길게 천공홀의 막장까지 형성되며,
   상기 팩그라우팅 호스(23)의 단부에, 급결 그라우트재의 주입에 의해 팽창하는 부직포팩(F)이 구비되고,
   상기 부직포팩(F)은 그라우트 주입장(ℓ2) 구간의 하단부에 구비되며,
   터널 막장면(E) 천공홀(K) 입구에, 상기 공기배출호스(21)와, 그라우트재 주입호스(22)와, 팩그라우팅 호스(23)를 고정하는 콘형 마개(30)가 구비되어, 상기 호스들을 고정하고,
   상기 콘형 마개(30)는, 직경이 감소되는 테이퍼 형상으로서 중앙이 분리되는 분할형으로 구성되고,
   분할된 각 콘형 마개(30)에, 각 호스를 고정하기 위한 복수의 요홈(30a)이 형성되며,
   상기 콘형 마개(30)는, 고무재질, 나무재질 또는 PE 제품 중 어느 하나로 이루어지고,
   상기 콘형 마개(30)의 길이는 12 ~ 20cm 이고, 천공홀(K)에 삽입할 때 그 일부가 천공홀(K)의 외부로 노출되도록 하며,
   상기 공기배출호스(21)는, 제1 공기배출호스(21a)와 제2 공기배출호스(21b)로 분할되어 구성되고,
   상기 그라우트재 주입호스(22)는, 제1 그라우트재 주입호스(22a)와 제2 그라우트재 주입호스(22b)로 분할되어 구성되며,
   상기 팩그라우팅 호스(23)는, 제1 팩그라우팅 호스(23a)와 제2 팩그라우팅 호스(23b)로 분할되어 구성되고,
   분할된 각 호스의 연결부위 외주면에 연결호스(40)가 구비되어, 2개로 분할된 호스를 각각 연결하고,
   상기 각 호스는,
   천공홀(K) 내부에 구비된 부직포팩(F)의 앞쪽에서 분할되어, 차수 그라우팅 영역에 해당하는 구간에만 그라우팅 시공을 할 수 있고, 그라우팅 시공이 완료된 후에는 충전장(ℓ1) 구간에 있던 호스만 외부로 빼낼 수 있도록 하며,
   천공홀(K) 내부에 호스의 삽입이 완료되면, 팩그라우팅 호스(23)를 통해 급결 그라우트재를 주입하여 천공홀 내부 그라우트재 주입장(ℓ2)의 하부에 구비된 부직포팩(F)을 팽창시킨 후, 상기 부직포팩(F)의 상부에 해당하는 구간만 그라우팅을 하고,
   그라우트재는 Y자형 주입관 내의 혼합기에 의해 2액형 그라우트재를 혼합하여 사용하며,
   그라우트재의 주입압력은 0.1 ~ 1.5 Mpa이고, 4대의 주입펌프를 구비한 장비를 사용하여, 한번에 2개의 천공홀에 그라우트재를 동시에 주입하고,
   일정구간 그라우팅 시공이 완료된 후, 콘형 마개(30)와, 상기 제1 공기배출호스(21a), 제1 그라우트재 주입호스(22a) 및 제1 팩그라우팅 호스(23a)를 천공홀(K)로부터 빼낸 다음, 막장면(E)을 굴착하는 것을 특징으로 하는 터널 갱내 차수 그라우팅 공법.
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