KR20000012377A - 폼크리트 타설 방법 및 장치 - Google Patents

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엄인섭
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엄인섭
김종오
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Abstract

종래에 터널 굴착면에 뿜어붙여 타설하게 되는 숏콘크리트의 리바운드로 인한 콘크리트 손실량을 감소시켜 경제성을 높일 수 있는 미경화 콘크리트 타설 방법 및 이를 구현하기 위한 미경화 콘크리트 타설 장치를 제공한다.
본 발명의 터널 굴착면 콘크리트 타설 방법은 거푸집을 사용하여 폼크리트를 타설한다. 미경화 콘크리트를 타설함에 있어서는, 먼저 각각이 소정의 구동 수단에 의해 구동되어 접혀지거나 전개될 수 있는 거푸집들을 펼쳐서, 거푸집들 각각의 단부가 서로 연이어진 상태에서 거푸집들의 외주면이 터널 굴착면과 대향하도록 한다. 그리고, 펼쳐진 거푸집들과 상기 터널 굴착면 사이의 공간에 숏크리트를 뿜어붙이는 대신 콘크리트를 소정의 압력으로 주입한 후, 소정 시간 경과 후 상기 복수의 거푸집들을 상기 터널의 상부면 및 양측면에 부착된 상기 콘크리트로부터 분리시키게 된다. 그리고, 터널 굴착이 진행됨에 따라 터널 축 방향의 소정 거리 단위로 이러한 거푸집 설치, 콘크리트 주입 및 거푸집 분리 단계들을 반복 수행하게 된다.

Description

폼크리트 타설 방법 및 장치{Method and Apparatus for Injecting Formcrete}
본 발명은 터널 시공 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터널 굴착면에 콘크리트를 타설하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
터널을 굴착함에 있어서는 굴착면에 콘크리트를 뿜어붙여서 밀착시키는 작업을 행하는데, 이와 같이 뿜어붙이는 콘크리트를 숏크리트(Shotcrete)라 칭한다. 숏크리트는 원지반의 표층부와 협동해서 응력집중에 의한 원지반의 균열 발생을 방지함과 동시에 풍화를 방지하여 굴착 후의 안정을 도모하는 기능을 수행한다. 이와 같은 숏크리트 작업은 터널 굴착이 진행됨에 따라 일정한 거리 단위로 이루어지며, 터널 굴착이 완료된 후에는 복공 작업을 수행하여 터널 내면을 매끈하게 만들게 된다.
종래의 숏크리트 타설 방법은 재료의 상태에 따라 건식과 습식으로 구분된다. 건식 숏크리트는 시멘트, 골재, 급결제 등의 건식혼합된 재료를 압축공기에 의하여 호스 내로 압송시킨 후 노즐 또는 그 직전에서 압력수를 가하여 뿜어붙이는 방식을 말한다. 한편, 습식 숏크리트는 시멘트, 골재, 물 등을 반죽한 습식혼합된 재료를 펌프 또는 공기로 압송하여 노즐 부근에서 급결제를 첨가하여 뿜어붙이는 방식을 말한다. 이와 같이, 종래에 있어서 숏크리트는 건식 및 습식을 불문하고 노즐에 의해 뿜어붙이는 방법으로 타설이 되어 왔다.
그런데, 이러한 종래의 숏크리트 타설 방법은 리바운드율이 높아서, 폐기되는 콘크리트 양이 과다하다는 문제점이 있었다. 숏크리트의 리바운드 양은 뿜어붙이는 방식, 시공 위치, 공기압, 재료의 배합, 골재의 최대 치수 및 입도, 숏크리트 두께 등에 따라 달라지지만, 일반적으로 숏크리트의 리바운드율은 건식 및 습식을 불문하고 30 내지 50%에 이른다. 특히, 작업자가 숙련되지 않은 경우에 리바운드율은 더욱 증가하게 된다. 아울러, 리바운드 이외에 배관에서의 손실, 천단에서의 박락 등을 포함한 전체 손실량을 고려하면 콘크리트의 손실량은 이보다 크게 증가할 수 있다. 더욱이, 종래의 숏크리트 타설 방법에 따르면, 리바운드되는 콘크리트가 터널 내부의 공간내에서 흩날림으로 말미암아, 터널 내부의 작업 환경이 열악하게 되는 문제점도 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 터널 굴착면의 구조적 안정을 도모함과 동시에, 타설되는 콘크리트의 리바운드율을 감소시켜서 콘크리트 손실량을 감소시켜 경제성을 높일 수 있고, 타설 작업의 기계화를 통해 작업시간을 단축시킬 수 있고 작업 효율성을 높일 수 있는 미경화 콘크리트 타설 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
한편, 본 발명은 상기 콘크리트 타설 방법을 구현하기 위한 미경화 콘크리트 타설 장치를 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 미경화 콘크리트 타설 장치의 일 실시예의 측면도.
도 2는 도 1에 도시된 타설 장치에 있어서 거푸집들의 분해사시도.
도 3은 분배 콤프레서와 콘크리트 주입관들의 결합체를 보여주는 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 타설 장치의 거푸집들이 접혀진 상태를 보여주는 사시도.
도 5는 도 1에 도시된 타설 장치의 거푸집들이 펼쳐진 상태를 보여주는 사시도.
도 6은 미경화 콘크리트를 타설하기 위해 도 1에 도시된 타설 장치를 터널 내에 설치한 상태를 보여주는 정면도.
** 도면 중 주요 부분에 대한 설명 **
10: 본체 14: 공급 호퍼
20-60: 거푸집 28-68: 지지 아암
70: 분배 콤프레서 80-88: 콘크리트 주입관
90: 지지대
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 미경화 콘크리트 타설 방법은 거푸집을 사용하여 콘크리트를 타설한다. 이러한 측면에서, 본 발명에 의해 타설되는 콘크리트에 대해 "숏크리트(Shotcrete)"대신에 "폼크리트(Formcrete)"라 명명할 수도 있다.
본 발명에 의해 터널 굴착면에 미경화 콘크리트를 타설함에 있어서는, 먼저 각각이 소정의 구동 수단에 의해 구동되어 접혀지거나 전개될 수 있는 거푸집들을 펼쳐서, 거푸집들 각각의 단부가 서로 연이어진 상태에서 거푸집들의 외주면이 터널 굴착면과 대향하도록 한다. 그리고, 전개된 거푸집들과 상기 터널 굴착면 사이의 공간에 콘크리트를 소정의 압력으로 주입한 후, 소정 시간 경과 후 상기 복수의 거푸집들을 상기 터널의 상부면 및 양측면에 부착된 상기 콘크리트로부터 분리시키게 된다. 그리고, 터널 굴착이 진행됨에 따라 터널 축 방향의 소정 거리 단위로 이러한 거푸집 설치, 콘크리트 주입 및 거푸집 분리 단계들을 반복 수행하게 된다.
한편, 상기 방법을 구현하기 위한 본 발명의 미경화 콘크리트 타설 장치는 본체와, 복수의 거푸집들과, 상기 복수의 거푸집들을 지지하면서 거푸집들을 펼치거나 접기 위한 복수의 지지 아암들을 포함하며, 터널 굴착이 진행됨에 따라 터널 굴착면을 보호하고 지지하기 위하여 소정 거리마다 터널 굴착면에 미경화 콘크리트를 타설하는 공정에 사용된다. 본체는 장치의 이동을 가능하게 해주는 소정수의 휠과 상기 복수의 지지 아암들의 압축 또는 신장을 제어하기 위한 제어 수단을 구비한다. 복수의 거푸집들은 서로 연이어지게 전개되거나 중첩되게 접어질 수 있으며, 전개된 상태에 있을 때 각각의 모서리들이 순차적으로 맞닿게 되고 이에 따라 연이어지게 되는 외주면들이 상기 터널의 굴착면에서 소정 간격만큼 이격되어 상기 굴착면에 대향할 수 있게 되어 있다. 복수의 거푸집들 중 적어도 일부에는 미경화 콘크리트를 주입하기 위한 주입구가 형성되어 있다. 복수의 지지 아암들 각각은 상기 복수의 거푸집들 각각에 대응하여 신축가능한 형태로 마련되어 있고, 각각의 일단이 그에 대응하는 거푸집에 견고하게 결합되어 있고 타단이 상기 본체에 결합되어 있다. 지지 아암들이 신장된 상태에서는 상기 복수의 거푸집들이 펼쳐지게 되고, 지지 아암들이 압축된 상태에서는 상기 복수의 거푸집들이 접혀지게 된다.
바람직한 실시예에 있어서, 타설 장치는 외부로부터 미경화 콘크리트를 공급받아 거푸집들의 콘크리트 주입구를 통해 직접 콘크리트를 타설할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 공급 호퍼는 외부로부터 상기 미경화 콘크리트를 공급받으며, 콘크리트 주입 수단은 상기 콘크리트 주입구에 상기 미경화 콘크리트를 주입한다. 이송 수단은 상기 공급 호퍼로부터 상기 콘크리트 주입 수단으로 상기 미경화 콘크리트를 이송한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 미경화 콘크리트 타설 장치의 일 실시예의 측면도이다. 타설 장치는 크게 보아 본체(10)와, 상기 본체(10)의 전방에 결합되어 있는 거푸집들(20-60)을 포함한다. 본체(10)에는 복수의 휠(12)들과 상기 휠(12)들을 구동하기 위한 엔진(미도시됨)을 구비하여 자동차 형태로 되어 있으며, 이에 따라 조작자에 의해 자유로이 이동가능하게 되어 있다. 본체(10)의 후방에는 외부로부터 예컨대 믹서 트럭으로부터 미경화 콘크리트를 공급받기 위한 공급 호퍼(14)가 구비되어 있다. 아울러, 본체(10) 내부에는 공급 호퍼(14)에 공급되는 콘크리트를 전방으로 이송하기 위한 펌프 및 이송관이 내장되어 있으며, 본체(10)의 전방 하단에는 타설 작업시 본체(10)를 지지하기 위한 지지대(90)가 설치되어 있다.
거푸집들(20-60)은 각각에 대응하여 구비되는 붐 즉, 지지 아암(28-68)에 의해 본체(10)에 결합되어 있다. 지지 아암들(28-68) 각각은 유압 실린더를 포함하여 신축가능한 형태로 되어 있고, 각각의 일단은 그에 대응하는 거푸집(20-60)에 견고하게 결합되어 있고 타단은 본체(10)에 결합되어 있다. 지지 아암들(28-68)이 신장되어 있을 때, 거푸집들(20-60)은 전개되어 각각의 모서리들이 순차적으로 맞닿게 되고 이에 따라 연이어지게 되는 외주면들이 상기 터널 굴착면에서 소정 간격만큼 이격되어 굴착면에 대향할 수 있게 된다. 한편, 지지 아암들(28-68)이 압축되어 있을 때, 거푸집들(20-60)은 서로 중첩되게 접혀질 수 있게 된다. 이와 같은지지 아암들(28-68)의 동작은 본체 내부, 예컨대 운전석에 구비된 제어 장치들에 의해 제어될 수 있다. 거푸집들(20-60) 중 적어도 일부에는 미경화 콘크리트를 타설하기 위한 콘크리트 주입구(22-62)가 형성되어 있다.
도 2는 거푸집들(20-60)을 보다 구체적으로 보여준다. 바람직한 실시예에 있어서 거푸집은 다섯 조각으로 되어 있으며, 각각의 거푸집(20-60)은 굴착면의 측하방에서 타설 콘크리트의 주입 경계를 설정하고 콘크리트를 지지하는 곡면부(21-61)와, 상기 곡면부(22-62)의 전단부 또는 후단부에서 대략 수직 방향으로 절곡되어 연이어진 플랜지(24-64)를 구비한다. 여기서, 각 플랜지(24-62)에 대응하여 누설 방지 패널(26-66)이 마련되는데, 이때 플랜지(24-64)와 누설 방지 패널(26-66)에는 볼트를 삽입하기 위한 홀들이 형성되어 있다. 따라서, 누설 방지 패널(26-66)은 볼트 및 너트에 의해 선택적으로 플랜지(24-64)에 체결될 수 있게 되어 있다. 이와 같은 누설 방지 패널(26-66)은 콘크리트 주입 과정에서 주입되는 콘크리트가 거푸집(20-60)과 굴착면 사이의 공간의 전방 또는 후방으로부터 누설되는 것을 방지한다. 플랜지(24-64)와 누설 방지 패널(26-66)은 거푸집(20-60)의 전단부 또는 후단부에 모두 마련될 수도 있고, 어느 한 곳에만 마련될 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본체(10)의 전방에는 본체(10) 내부의 이송관에 연결된 분배 콤프레서(70)가 설치되어 있다. 분배 콤프레서(70)의 외주면에는 거푸집들(20-60)의 콘크리트 주입구(22-62)에 콘크리트를 주입하기 위한 적어도 하나의 주입관(80-88)이 연결되어 있다. 도 3은 분배 콤프레서(70)와 콘크리트 주입관들(80-88)의 결합체를 구체적으로 보여준다. 각각의 콘크리트 주입관(80-88)은 거푸집(20-60)의 주입구(22-62)에 대응하여 마련되며, 그 중심부에는 주름부가 형성되어 있어서 분배 콤프레서측 단부와 주입구측 단부의 축중심이 일치하지 않는 경우에도 충분히 구부러질 수 있게 되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 분배 콤프레서(70)는 이송관을 통해 공급되는 미경화 콘크리트를 주입관(80-88)으로 공급하여, 거푸집(20-60)의 콘크리트 주입구(22-62)를 통해 콘크리트가 주입되도록 하게 된다. 한편, 콘크리트 주입관(80-88)의 주입구측 단부에 플랜지를 형성하여, 콘크리트 주입시 콘크리트 주입관(80-88)이 볼트에 의해 거푸집(20-60)에 강하게 결합되게 할 수도 있다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 도 1에 도시된 타설 장치의 동작을 설명한다. 콘크리트 타설 작업 전에 또는 타설 작업 종료 후, 거푸집(20-60)은 도 4에 도시된 바와 같이 접혀진 상태를 유지한다. 이때, 콘크리트 주입관들(80-88)은 그 단부가 거푸집들(20-60)의 주입구(22-62)로부터 분리된 상태를 유지할 수도 있다. 이와 같은 상태에서, 본체(10)는 지지대(도 1의 90)가 압축된 상태에서 운전자의 조작에 의해 자유로이 이동할 수가 있다.
한편, 터널 굴착 후 굴착면에 콘크리트를 타설하고자 하는 경우, 타설 장치는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 설치된다. 도 5는 도 1에 도시된 타설 장치의 거푸집들(20-60)이 펼쳐진 상태를 보여주는 사시도이고, 도 6은 미경화 콘크리트를 타설하기 위해 도 1에 도시된 타설 장치를 터널 내에 설치한 상태를 보여주는 정면도이다.
콘크리트를 타설하기에 앞서, 콘크리트 타설 후 거푸집이 용이하게 분리될 수 있도록 하기 위해 거푸집들(20-60)에 박리제를 칠하게 된다. 그리고, 콘크리트 주입관들(80-88)의 단부들이 거푸집들(20-60)의 주입구(22-62)로부터 분리된 상태에 있었다면 주입관들(80-88)의 단부들을 거푸집들(20-60)의 주입구(22-62)에 체결하고, 지지 아암들(28-68)을 신장시켜 거푸집들(20-60)이 펼치게 된다. 이에 따라, 거푸집들(20-60)의 외주면은 서로 연이어져서 하나의 곡면을 형성하게 된다. 그다음, 지지대(90)를 신장시켜서 본체(10)가 충분히 지지되도록 하게 된다. 이와 같이 거푸집들(20-60)이 펼쳐진 상태에서, 공급 호퍼(14)에 콘크리트를 공급하고 펌프 및 분배 콤프레서를 가동시키게 된다. 이에 따라, 공급 호퍼(14)에 공급되는 콘크리트는 펌프 및 이송관과 분배 콤프레서(70) 및 주입관(80-88)을 경유하여 거푸집들(20-60)의 주입구(22-62)를 통해 주입된다.
콘크리트 타설이 완료되면, 지지 아암들(28-68)을 압축시켜서 거푸집들(20-60)을 도 4에 도시된 형상으로 접고, 물청소를 통해 이송관, 분배 콤프레서 및 콘크리트 주입관 내부에 잔류하는 콘크리트와, 거푸집에 뭍혀져 있는 콘크리트를 제거하게 된다. 이와 같은 타설 작업은 터널 굴착이 진행됨에 따라 일정한 거리 단위로, 즉 거푸집의 전후 폭만큼의 거리 단위로 반복적으로 수행된다.
이상의 설명은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시하는 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 예컨대, 이상에서 기술한 실시예에서는 콘크리트 주입관(80-88)이 복수의 거푸집들(20-60)에 대응하여 복수로 마련되었지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서는 콘크리트 주입관(80-88)이 하나만 마련될 수도 있다. 이러한 실시예에 있어서는, 복수의 거푸집의 주입구들에 대해 순차적으로 콘크리트 주입관(80-88)을 삽입하여 타설을 행하게 된다. 또한, 바람직한 실시예에 있어서는, 본체(10) 내부의 이송관을 통한 콘크리트 이송 및 주입구(22-62)를 통한 주입을 위해 각각 펌프 및 분배 콤프레서가 별도로 마련이 되었지만, 이러한 펌프 및 분배 콤프레서가 하나로 통합될 수도 있다. 아울러, 주입되는 콘크리트가 굴착면을 충분히 충진하고 굴착면에 밀착될 수 있도록 하는 바이브레이터가 추가적으로 구비될 수도 있다.
한편, 이상의 실시예에 있어서는 타설 장치에 콘크리트 주입을 위한 공급 호퍼, 펌프, 이송관, 분배 콤프레서 및 주입관 등이 포함되었지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서는 타설 장치에 거푸집과 거푸집을 구동하기 위한 지지 아암 등만을 포함시키고 콘크리트 주입을 위한 부재는 제외시킬 수도 있다. 이러한 경우 콘크리트의 공급 및 타설은 콘크리트 펌프카 등을 사용하여 행할 수 있다. 다른 한편으로, 거푸집에 있어서는 누설 방지 패널이 별도로 마련되는 대신에 플랜지를 상방으로 절곡시켜, 플랜지 자체가 주입되는 콘크리트의 누설을 방지할 수 있게 할 수도 있다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 당업자가 이상의 바람직한 실시예에 대한 설명을 토대로 용이하게 실시할 수 있는 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또다른 한편으로, 본 발명에 의한 미경화 콘크리트 타설 장치는 숏크리트 타설 뿐만 아니라, 터널 굴착이 완료된 후 터널 내면을 매끈하게 만들기 위해 수행하는 복공 작업에도 사용할 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 터널 굴착시 터널 굴착면에 미경화 콘크리트를 타설함에 있어서 이동조립식 거푸집을 사용한다. 이에 따라, 터널 굴착면의 구조적 안정을 도모함과 동시에, 콘크리트의 리바운드율을 크게 감소시켜서 콘크리트 손실량을 감소시킬 수 있게 된다. 따라서 고속도로나 그밖의 도로 건설시 신설되는 터널을 시공하기 위한 비용이 감소되고 경제성이 높아지는 효과가 있다. 아울러, 이와 같이 콘크리트의 리바운드율이 감소됨에 따라 터널 내부의 작업 환경이 크게 개선된다. 또한, 타설 작업을 기계화함에 따라, 타설에 소요되는 작업시간을 단축시킬 수 있고 작업 효율성을 높일 수 있게 되는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 터널 굴착이 진행됨에 따라 소정 거리마다 터널 굴착면에 미경화 콘크리트를 타설하는 방법에 있어서, 상기 방법은
    소정의 구동 수단과, 상기 소정의 구동 수단에 의해 구동되어 접혀지거나 전개될 수 있는 복수의 거푸집들을 제공하는 단계;
    상기 소정의 구동 수단을 구동하여 상기 복수의 거푸집들을 전개하여, 거푸집들 각각의 단부가 서로 연이어진 상태에서 거푸집들의 외주면이 터널 굴착면과 대향하도록 하는 단계;
    상기 전개된 거푸집들과 상기 터널 굴착면 사이의 공간에 상기 콘크리트를 소정의 압력으로 주입하는 단계; 및
    소정 시간 경과 후 상기 복수의 거푸집들을 상기 터널의 상부면 및 양측면에 부착된 상기 콘크리트로부터 분리시키는 단계;
    를 포함하는 미경화 콘크리트 타설 방법.
  2. 터널 굴착이 진행됨에 따라 터널 굴착면을 보호하고 지지하기 위하여 소정 거리마다 터널 굴착면에 미경화 콘크리트를 타설하는 공정에 사용하기 위한 타설 장치로서,
    서로 연이어지게 전개되거나 중첩되게 접어질 수 있으며, 전개된 상태에 있을 때 각각의 모서리들이 순차적으로 맞닿게 되고 이에 따라 연이어지게 되는 외주면들이 상기 터널의 굴착면에서 소정 간격만큼 이격되어 상기 굴착면에 대향할 수 있게 되어 있는 복수의 거푸집들;
    각각이 상기 복수의 거푸집들 각각에 대응하여 신축가능한 형태로 마련되어 있고, 각각의 일단이 그에 대응하는 거푸집에 견고하게 결합되어 있고 타단이 상기 본체에 결합되어 있으며, 신장된 상태에서는 상기 복수의 거푸집들을 전개시키고 압축된 상태에서는 상기 복수의 거푸집들이 접히도록 하는 복수의 지지 아암들; 및
    상기 장치의 이동을 가능하게 해주는 소정수의 휠과 상기 복수의 지지 아암들을 제어하기 위한 제어 수단을 구비하는 본체;
    를 구비하며,
    상기 복수의 거푸집들 중 적어도 일부에는 상기 미경화 콘크리트를 주입하기 위한 주입구가 형성되어 있는 미경화 콘크리트 타설 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    외부로부터 상기 미경화 콘크리트를 공급받기 위한 공급 호퍼;
    상기 콘크리트 주입구에 상기 미경화 콘크리트를 주입하기 위한 콘크리트 주입 수단; 및
    상기 공급 호퍼로부터 상기 콘크리트 주입 수단으로 상기 미경화 콘크리트를 이송하기 위한 이송 수단;
    을 더 구비하는 미경화 콘크리트 타설 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 미경화 콘크리트 주입 중에 상기 거푸집들 및 상기 지지 아암들이 움직이는 것을 방지하기 위한 하부 지지대를 더 구비하는 미경화 콘크리트 타설 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 거푸집들 각각은
    주입되는 상기 미경화 콘크리트의 경계를 한정하고 지지하는 지지면; 및
    상기 지지면의 전단부 및 후단부 중 적어도 어느 하나로부터 절곡되어 연이어진 플랜지;
    를 구비하는 미경화 콘크리트 타설 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 거푸집들 각각은
    상기 플랜지에 선택적으로 착탈될 수 있는 누설 방지 패널을 더 구비하는 미경화 콘크리트 타설 장치.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 주입되는 미경화 콘크리트가 상기 터널 굴착면을 충분히 충진하고 상기 터널 굴착면에 밀착될 수 있도록 상기 주입되는 미경화 콘크리트에 진동을 부여하는 바이브레이팅 수단을 더 구비하는 미경화 콘크리트 타설 장치.
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