KR20010001207U - 팽창튜브를 장착한 지하수 심정용 굴착비트 유도 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 심정을 굴착하는 과정에서 일차 대구경으로 미고결층에 착정한 후 암반선 이하 대수층까지 굴착되는 소구경으로 재 굴착할 때 굴착비트가 중심맞춤이 정확히 되지 못함으로써 공사 완료후 인케이싱 파이프의 설치시 삽입이 곤란하고 더 나아가 지의한 심정 구경을 확보할 수 없어 심정펌프의 설치까지도 불가능한 사례가 있어 대구경 착정 후 소구경으로 착정작업을 진행할 때 자연스럽게 굴착비트의 중심을 대구경 굴착공의 중심에 오도록하여 중심맞춤이 정확히 이루어질수 있도록 하고 착정 공사가 완료된후 스트레이너나 인케이싱 파이프를 삽입하게 될 경우에도 자연스럽게 중심을 찾아 삽입이 이루어지도록 내부는 깔데기 타입의 원추형 모양을 형설하고, 외주면측에는 팽창튜브를 장착하여 이 팽창튜브를 압축유체를 이용하여 팽창시킴으로써 팽창과정에서 균일한 팽창이 이루어짐으로써 중심 맞춤이 진행되고 팽창이 완료된 후에는 오염지표수가 소구경 착정 구간에 유입되지 않도록 차폐하는 기능을 갖게한 팽창튜브를 장착한 지하수 심정용 굴착비트 유도 장치.

Description

팽창튜브를 장착한 지하수 심정용 굴착비트 유도 장치{AAAAA}

호수나 댐건설을 통한 인공호수, 하천이나 강물등 지표수는 인류의 물 사용량의 폭발적인 증가로 이미 그 고갈이 예견되고 있으며 한국 역시 미래의 물 기근국가로 분류되어 있는 실정이다. 이에 따라 지하수는 미래 인류의 새로운 수자원으로서 조명되고 있으며 리비아의 경우 지하수의 채수를 통한 대수로 공사를 시행해 가고 있는 중에 있으며 한국 또한 지하수의 사용량이 계속 증가 추세에 있어 그 사용량 비율이 전체 용수 사용량의 약 10%에 육박하고 있다.

그러나 후세에 길이 물려줄 지하수가 개발과정과 사용과정에서 제대로 관리되지 못함으로써 국가의 중요한 지하자원의 하나인 지하수가 오염되고 있다는 조사결과는 국가의 재앙이라해도 과언이 아닐 것이다. 지하수법이 더욱 강화되어 개정공포되고 있는 현 상황에서도 특히 오염지표수의 유입을 차단하기 위한 그라우팅 시공에 대하여는 법규에 적합한 시공기술의 미확보로 인해 시공 현장에서는 법규정에 맞춰 시공하기란 기술적인 문제, 경제적인 문제등 여러 요인으로 말미암아 어려운 상황에 있다하겠다.

지하수의 개발 과정은 지하수 수맥이 위치한다고 추정되는 위치에 일차 대구경의 굴착비트를 착정기에 설치하여 굴진해 내려가다가 불투수층의 암반층에 이르러 지의한 깊이에 도달하게 되면 대구경의 착정비트를 위로 올리 고 아웃케이싱을 대체적으로 풍화암대까지 박아 심정 내부로 토사가 붕괴되는 것을 예방하고 대구경 굴착부위에 대한 그라우팅 시공을 마친다음 약 3일간의 양생기간이 경과한 다음 착정비트를 소구경으로 교체한다음 다시 재차 암반층을 굴진해 내려가며 지하수 수맥이 잡힐 때까지 굴착하는 방법과,

그라우팅 시공이 되지 않은 상태에서 소구경 비트를 교체하여 계속 굴착하여 지하수 수맥에 까지 도달한 다음 그라우팅용 인케이싱을 설치하여 그라우팅을 시공하는 방법을 사용하여 왔다.

본인은 오염지표수 차단을 효과적으로 수행하여 국가 지하수 자원의 보전 관리에 일조하기 위한 부단한 연구 개발을 시행하여 오던 중 기 " 지하수 심정용 그라우팅 파이프 장치 및 그라우팅 방법" [특허 출원 제 98-33646호(98.8.19)]으로 개발 과정은 물론 기 개발 완료되어 사용 중인 지하수 심정에도 완벽하고 경제적인 그라우팅 시공 방법을 제시한 바 있다.

그러나 법규상 심정 내 삽입되는 아웃케이싱과 그라우팅용 파이프간 두께를 최소한 50밀리미터 이상 요구하고 있으며 이 규정을 만족시키면서 그라우팅 파이프를 삽입설치하게 될 경우 지하수 심정의 굴착 과정에서 굴착정이 약간씩 휘어진 상태로 이루어지게 되고 이로 인해 그라우팅파이프의 최 하단이 안착되어지는 굴착경의 변환지점단에서 그라우팅파이프의 중심과 소구경 굴착정의 중심이 일치하지 않은 상태로 어긋날 수밖에 없으며 지하 수십미터 깊이에서 발생되는 상황이어서 이 중심을 맞추기란 여간 힘들고 어려운일 이 아니었다. 이러한 결과 어긋나게 맞춰진 그라우팅 파이프와 지하수 심정의 중심으로 인해 지하수 심정의 직경이 과도하게 작아진 결과로 나타나는 경우가 다반사였으며 이러한 상태로 마무리되어질 경우 최악의 상황은 소구경 변환지점단에 지하수 펌프가 걸려 삽입 설치가 불가능하게 되는 수도 많았다. 이러한 폐단을 기피하기 위해 지하수 개발 업체들은 그라우팅파이프를 삽입설치하게 될 경우 자연스럽게 중심이 일치할 수 있도록 아웃케이싱의 내주면 직경 또는 지하수 심정 내벽 직경보다 극히 작은 간극을 갖도록 초기부터 지하수 대구경과 소구경의 착정비트를 선정하고 굴착하게 됨으로써 50밀리미터 이상의 그라우팅두께를 요구하는 관련법규의 미 준수는 물론 만곡 상태의 지하수 심정의 특성상 지의한 깊이에 까지 그라우팅 파이프의 삽입 곤란은 물론이거니와 적정 두께 이하의 그라우팅 두께로 인해 완벽한 그라우팅 시공을 수행할 수 없는 처지에 있었다.

본인의 기 특허 출원 제 98-33646호[98. 8.19]에 의한 "지하수 심정 그라우팅 파이프 장치 및 그라우팅 방법" 에 이러한 문제점을 해결하기 위한 한 방법으로 벨로우즈와 베아링의 결합으로 된 그라우팅 파이프와 팽창튜브를 이용한 안을 제시한 바 있으나 상기 특허출원안은 그라우팅 파이프와 아웃케이싱 또는 지하수 심정 내벽간의 간극이 좁은 경우는 탁월한 효과가 있다 할 수 있으나 특히 대구경의 지하수 심정의 개발시에 지하수 심정의 중심과 그라우팅 파이프의 중심을 일치시키는 데는 팽창튜브의 각 방향으로의 균일한 팽창력에만 의존할 수밖에 없다는 제약이 있었다.

따라서, 대구경의 굴착과정이 종료된후 소구경 굴착을 실행할 때 굴착된 대구경의 중심에 소구경의 굴착비트가 정확히 중심맞춤이 이루어 질 수 있도록 하면서 그라우팅 시공이 용이한 장치의 필요성이 대두되게 되었다. 이에따라 본 고안인은 기 실용신안등록 출원 "지하수 심정용 그라우팅 파이프 유도 막음 장치"를 고안하여 대구경에서 소구경으로의 굴착시 효과적으로 중심 맞춤이 이루어지면서 그라우팅 파이프와의 연결을 통해 용이하게 그라우팅 시공까지 시행할 수 있는 장치를 기 출원한 바 있다. 그러나 이 또한 장치를 설치한 상태에서 굴착공정이 이루어 짐으로써 굴착과정에서 고압의 압축공기에 의한 장치의 이탈우려와 자중에 의한 팩킹의 기능 저하가 문제될 수 있는 여지가 남을 수 있었다.

본 고안은 여하한 대구경의 지하수 개발 심정하에서도 이러한 문제점을 해결하여 대구경 굴착정을 시공한 다음 그라우팅 파이프를 설치한 상황하에서 굴착정의 중심에서 소구경으로 바로 굴착해 들어갈 수 있슴은 물론 이과정에서 장치의 형설한 팽창팩카의 팽창에 의해 오염된 지표수가 굴착중인 소구경 굴착정에 유입되지 않도록 하여 지하수 수맥을 발견한 이후 그라우팅을 시공할 수 있도고 하고, 만일 지하수 수맥을 발견하지 못하였을 경우에는 기 팽창된 팽창팩카의 팽창력을 제거한 후 그라우팅용 파이프를 외부로 인발할 수 있도록 함으로써 지하수 심정의 중심과 그라우팅 파이프의 중심이 일치하여 지하수 심정의 지의한 직경을 확보하고 지하수 심정 구간과 그라우팅 구간을 확실히 차폐하여 그라우팅액의 주입시 그라우팅액이 지하수 심정 내부로 누설되지 않으면서 공극이 없는 확실한 그라우팅 처리가 가능토록 함은 물론 스트레이너와 인케이싱을 삽입하는 과정에서 중시맞춤을 용이하게 함으로써 경제적이고 효율적인 지하수 심정의 개발을 가능하게 하는 장치를 제공하는 데 본 고안의 목적이 있다.

도 1은 일반적인 지하수 채수 장치의 개략적인 단면도

도 2는 본 고안에 의한 팽창튜브를 장착한 지하수 심정용 굴착비트 유도 장치 를 설치한 심정의 단면도.

도 3은 본 고안에 의한 팽창튜브를 장착한 지하수 심정용 굴착비트 유도 장치 단면도.

도 4는 본 고안에 의한 팽창튜브를 장착한 지하수 심정용 굴착비트 유도 장치의 사시도.

[도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명]

1..... 아웃케이싱 2...... 그라우팅 차수벽 3.......인케이싱

4..... 지하수 10..... 연결후렌지 11......심정카바

16...... 콘트롤판넬 17..... 첵크밸브 18.....게이트밸브

19..... 압력계 20...... 그라우팅 벽 21..... 그라우팅파이프

22..... 압축유체주입배관 23.....그라우팅액 주입호스 24...... 팽창튜브

25..... 압축유체 26 ..... 유도장치 몸체 27......볼베아링

28..... 원추경사면 29...... 하단 원통부 30..... 지하수

31....... 암반 지하수 32...... 와이어로우프 33...... 도르레

34....... 압축유체주입구 35 ...... 내측팽창튜브 36 ..... 외측팽창튜브

37 ...... 튜브밴드 38 ....... 볼베아링 39 ...... 원추형 몸체 하부

40 ...... 원추형 몸체 상부

이하 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

통상의 지하수 심정이 개발되어 사용하는 형태는 도1에서와 같이 지하 암반에 지의한 크기의 굴착공을 형성한 상태에서 굴착공에 암반수맥(31)을 통하여 유입되는 지하수(4)를 양수파이프(7)에 연결된 심정펌프(6)에 의해 옥외로 양수되도록 되어있다.

심정펌프(6)는 기 설치된 상위레벨스위치(12)와 하위레벨스위치(13)에 의해 지상에 설치된 콘트롤판넬(16)의 조작에 따라 동력케이블(15)을 통해 공급되어진 전력으로 기동되도록 되어있으며 오염지표수의 유입을 방지하기 위해 인케이싱(3)을 박고 그라우팅 차수벽(2)을 시공하게 된다. 이때 통상의 그라우팅 차수벽(2)을 형설하기 위해서 일차적으로 대구경으로 굴착한 후 인케이싱을 설치하고 그라우팅액을 주입하여 차수벽을 시공하게 된다. 이 공정 다음 소구경으로 굴착할 때 중심맞춤이 어려우므로 여러 문제가 발생되었으며 이하본 고안을 도면을 참조하여 설명한다.

유도장치 몸체상부(40) 직경은 그라우팅파이프(21)와 동일하게 하여 그라우팅파이프(21)와의 연결이 용이하게 하고 유도장치몸체하부(39)의 내주면의 하단 원통부(29) 직경은 소구경 굴착 비트의 크기보다 약간 크게 하면서 일정 높이를 갖게하고 유도장치몸체상부(40)와 유도장치몸체하부(39)의 내주연을 연결한 형태가 원추경사면(28)을 갖는 깔데기타입이 될 수 있도록 하며, 유도장치 몸체 외주면을 단을 주어 내측으로 직경을 축소 가공한 다음 유도장치 몸체 내부에서부터 압축유체 주입구(34)의 홀을 가공하여 유도장치 상부(40) 외주면으로 인출하도록 하였다. 직경을 축소하여 단을 준 유도장치 몸체(26) 외주면에는 팽창튜브(24)를 관삽한 후 튜브밴드(37)로 고정하였다. 팽창튜브는 바깥측은 소프트한 외측팽창튜브와 안쪽에는 치밀한 조직의 내측팽창튜브를 일체형으로하여 팽창튜브가 팽창하면서 지하수 심정의 거친 내벽에서도 수밀성을 확보하면서 견실한 팽창력을 확보할 수 있게 하였다. 유도장치 몸체하부(39) 외주면에는 볼베아링을 설치하여 삽입과정에서 삽입간극을 일정하게 유지하여 지하수 심정 내벽으로부터 팽창튜브의 보호와 삽입이 용이하게 하도록 하였으며 유도장치몸체 상부(40)에는 도르레(33)를 양측에 각각 설치하여 와이어로우프(32)를 유도장치몸체(26)를 감으면서 도르레(33)를 거쳐 외부로 인출하게하여 향후 암반대수층 지하수 수맥(31)을 발견하였을 경우 와이어로우프(32)의 인발시 용이하게 외부로 빠져나올 수 있도록 하였으며 실폐공이 발생하였을 경우 와이어 로우프(32)를 사용하여 그라우팅 파이프(21)의 인발과 함께 와이어로우프(32)를 함께 잡아당김으로써 그라우팅 파이프(21)와 유도장치 몸체(26)의 회수가 쉽도록 하였다. 또한 와이어로우프(32)가 도르레(33)에서 이탈하는 것을 방지하기 위해 안내고리를 유도장치몸체(26) 상부(40)에 부착토록 하였다.

이와 같이된 본 고안은 대구경의 지하수 심정을 굴착시 일차 개발된 암반선까지의 대구경 심정 내부에 본 고안에 의한 유도 장치몸체(26)를 그라우팅 파이프(21)에 연결하고 인발용 와이어로우프(32)를 도르레(33)에 끼워 대구경 굴착공 바닥에까지 내리게 되는데 이때 유도장치몸체(26) 상부(40) 직경이 공지의 그라우팅 파이프(21) 외주연 직경과 동일함으로써 그라우팅 파이프(21)에 유도장치몸체(26)를 조립 결합 또는 용접하여 결합될 수 있도록 하였다. 지하수 심정 내부에 그라우팅 파이프(21)와 유도장치몸체(26)의 삽입 설치를 완료하게 되면 그라우팅 파이프(21)의 최하단부가 되는 유도장치몸체(26)에 장착된 팽창튜브(24)에 압축유체를 주입하여 팽창튜브(24)가 팽창되게하여 팽창튜브(24)가 팽창되는 과정에서 대구경 굴착정의 중심에 유도장치몸체(26)의 중심이 맞춰지게 하고 팽창튜브(24)의 팽창력에 의해 팽창튜브(24)와 지하수 심정 내벽간의 단단한 압착효과를 얻게 된다. 이때 지표층에서 유입되는 오염지표수는 팽창튜브(24)의 팽창에 의해 차폐가 이루어지게되고 일정 수위까지 상승되어 있는 상태에서 정체되어 있게되고 소구경의 비트로 교체한 착정기를 이용하여 소구경 굴착정을 굴착해 암반 지하수 수맥(31)을 발견하기까지 굴진해 내려가게 된다. 이때 소구경 굴착 비트는 그라우팅 파이프(21) 내부를 거쳐 유도장치몸체(26) 상단에 이르게 되고 굴착비트는 유도장치몸체(26) 내부의 원추경사면(28)을 따라 정확한 중심위치에 자리를 잡게 되고 하단원통부(29)가 갖는 일정 높이 구간은 소구경 굴착비트가 초기 굴착하는 과정에서 안정된 착정이 이루어지도록 가이드 기능을 할 수 있게 하였다.

또한, 굴착이 진행되는 과정에서 팽창튜브(24)의 심정 내벽간의 압착력으로 인해 견고하게 고정된 상태로 고압의 압축공기로 인한 유동없이 안정된 상태에서 굴착이 진행될 수 있게 된다.

암반 지하수 수맥(31)이 발견될 경우 그라우팅 파이프(21)와 아웃케이싱(1)간의 공간에서 유도장치몸체(26) 상부에 끼워져 있는 와이어로우프(32)를 도르레(33)를 이용하여 한쪽끝은 주면서 다른 한쪽끝을 잡아당겨 외부로 인출한 다음 하부에서부터 그라우팅액을 주입하여 양생과정을 거치게 되어 굴착공사를 마무리 하게 된다. 만일 암반 지하수 수맥(31)이 발견되지 않을 경우는 팽창튜브(24)에서 압축유체(25)의 팽창압력을 제거하여 본래의 형태로 복원시킨다음 인발용 와이어로우프(32) 양쪽을 잡아당기면서 그라우팅 파이프(21) 몸체를 함께 끌어 당김으로써 그라우팅파이프(21)와 유도장치몸체(26)를 외부로 쉽게 인출하도록 하였다.

이와같은 공정을 통해 설치가 완료되어지면 지하수 심정 개발 과정에서의 대구경 굴착과 소구경 굴착 과정에서 지하수 심정 중심 맞춤이 아주 용이하고 그라우팅 파이프(21)와 유도장치몸체(26)가 일체화 할 수 있슴으로써 오염지표수의 유입없이 암반 지하수 수맥(31)까지의 굴착이 가능할 뿐더러 암반지하수 수맥(31)을 만나지 못해 원상복구하는 과정에서도 기 삽입한 그라우팅 파이프(21)와 유도장치몸체(26)를 인발 회수할 수 있어 경제적이고 견실한 지하수 개발이 가능하다 할것이다.

Claims (3)

1. 유도장치 몸체상부(40) 직경은 그라우팅파이프(21)와 동일하고 유도장치몸체하부(39)의 내주면의 하단 원통부(29) 직경은 소구경 굴착 비트의 크기보다 약간 크게 하면서 일정 높이를 갖고 유도장치몸체상부(40)와 유도장치몸체하부(39)의 내주연을 연결한 형태가 원추경사면(28)을 갖는 깔데기타입이 될 수 있도록 하며, 유도장치 몸체 외주면을 단을 주어 내측으로 직경을 축소 가공한 다음 팽창튜브(24)를 관삽한 후 튜브밴드(37)로 고정하여서 된 것을 특징으로 하는 팽창튜브를 장착한 지하수 심정용 굴착비트 유도 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   팽창튜브는 바깥측은 소프트한 외측팽창튜브와 안쪽에는 치밀한 조직의 내측팽창튜브를 일체형으로하여 팽창튜브가 팽창하면서 지하수 심정의 거친 내벽에서도 수밀성을 확보하면서 견실한 팽창력을 확보할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 팽창 튜브를 장착한 지하수 심정용 굴착비트 유도 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   유도장치 몸체하부(39) 외주면에는 볼베아링(27)을 설치하여 삽입과정에서 삽입간극을 일정하게 유지하여 지하수 심정 내벽으로부터 팽창튜브(24)의 보호와 삽입이 용이하게 하도록 하였으며 유도장치몸체 상부(40)에는 도르레(33)를 양측에 각각 설치하여 와이어로우프(32)를 유도장치몸체(26)를 감으면서 도르레(33)를 거쳐 외부로 인출하게 한 것을 특징으로 하는 팽창튜브를 장착한 지하수 심정용 굴착비트 유도장치.