KR20020068989A - 간이 동결 강관추진공법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주간에 추진 작업 종료후, 간이동결강관(1)을 추진선도관(C)에 앞서 추진선도관(C)내의 다수개의 선도중압잭(7)으로 3m 정도 선추진하는 공정과, 선추진된 상기 다수개의 간이동결강관(1)내의 환봉몸체부(15)에 드라이아이스카트리지(13)에 드라이아이스를 삽입시켜 야간에 12시간정도 간이동결강관(1) 주위의 지반을 동결시켜 대수층 지반의 안정 및 완벽한 지수 작업을 하는 공정 및 추진관내 막장의 산소결핍으로 인한 노동재해를 막기 위해 드라이 아이스 해동시 나오는 이산화탄소를 연결관(5)을 통해 이산화 탄소가스흡수기(4)에 흡수시키는 공정, 그리고 주간 추진작업으로 간이 동결된 3m 구간의 토사를 굴착하면서 유압잭(23)을 사용하여 추진선도관(C)을 3m 정도 추진하는 작업으로 구성된 간이 동결 강관추진공법(KY-3추진공법) 및 그 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 간이 동결 강관 추진공법(KY-3추진공법) 및 그 장치에 관한 것으로서, 상세히 설명하면, 추진공사의 보조공법으로 쓰이는 동결공법을 응용하여 지하수위 이하의 대수층 지반에서도 저렴한 추가 비용만으로 안전하게 추진공사를 수행할수 있도록 간이 동결 추진공법을 이용한 대수층 지반 추진 공법 및 그 장치를 개량 한 것으로서 일명 KY-3추진공법이라 출원인이 명명한 간이 동결 강관 추진공법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 관거공사는 개착공법이 가장 경제적이라고 알려져 있으나, 현재의 정황으로 볼 때, 입지 조건, 보상관계, 가시설공, 보조공등의 모든 제반경비를 비교 검토해볼 때 반드시 개착공법이 경제적이라고 말할 수 없는 경우가 점점 증가하고 있는 추세이다. 특히 국내에서도 도시내의 도로횡단의 경우나, 고속도로, 국도 횡단의 경우에는 가급적 추진공법으로 시공하도록 권유하고 있으며, 제방횡단의 경우에도 엄하게 개착 공법에 의한 관거공사를 제한하고 있는 실정이다.
이러한 상황에서 관거시설 추진공사는 기존의 지하 매설물 등을 피해 점점 심도 깊은 지하로 내려가고 있으며 이에 따라 지하수위 이하 지역에서의 추진공사가 많아지고 있는 것이 최근의 국내 현실이다. 현재 국내에서 보편적으로 시행되고 있는 강관압입 추진공법은 무엇보다도 굴착작업시, 안정적인 지반의 확보가 중요한데, 지하수위 이하의 대수층 지반의 경우, 안정적인 지반의 확보가 어려워 추진공사에 많은 어려움을 겪고 있는 것이 사실이고 무리하게 강관압입 추진공법으로 공사를 진행할 경우, 지반 매몰 및 추진관로 침하, 노동재해등의 불상사를 불러일으키는 경우가 많다. 이러한 경우, 추진공법의 선진국인 일본은 기계식 초가압 세미 실드 공법으로 추진 선단부 막장을 작업장과 격리시킨 상태로 굴삭을 하거나 철저한 보조공법을 병행하여 추진공사를 실시하나, 국내에서는 막대한 비용 추가로 인하여 이러한 선진 기술 도입에 많은 건설 관련자들이 거부감을 나타내고 있다.
외국의 경우, 일반 추진공법으로 시공시에 지반의 안정이 확보되지 않는 대수층 지반의 추진공사에는 대부분 세미 실드식 추진공법을 사용하며, 일반 추진공법으로 시공할 경우, 보조공법으로 약액 주입법, 동결공법, 지하수위 저하공법, 압기공법등을 사용한다. 여기에서는 추진공법과 보조공법으로 나누어 서술하고자 한다.
추진공법은 주로 진흙물가압식(泥水加壓式) 추진공법이 주로 사용되며, 폐쇄형 기계 실드 의 일종으로 실드사이에 격벽을 두고, 실드측에 진흙물(泥水)을 채워 자연수압보다 높은 수압과 Mat-film의 작용에 의해 실드의 자립을 유지하면서 굴삭하고 토사는 진흙물과 함께 파이프를 통해 진흙물(泥水)처리 설비로 보내 흙과 물을 분리해낸다. 분리된 미립자가 포함된 진흙물(泥水)는 실드로 다시 보내져 순환 사용된다. 장점은 추진작업이 연속적이기 때문에 추진 속도가 빠르며, 잔토운반이 파이프를 통한 수송이고, 기계 굴삭이기 때문에 노동력 절감효과 가 크고, 연약 지반과 대수층 지반도 전진, 도달 기지를 제외하고 지반개량의 필요가 거의 없으며, 대기압하의 작업으로 노동환경이 좋고, 실드와 추진관안이 격벽으로 격리되어 있기 때문에 안전하다. 단점으로는 실드를 진흙물압(泥水壓)으로 관리하기 때문에 관리가 힘들며, 진흙물(泥水)처리 때문에 지상에 용지가 필요하고, 세미실드기 및 진흙물(泥水)처리 시설 등의 시설비가 비싸며, 일반 추진공법에 비해 장애물에 약하고, 거친모래 및 모래자갈층에 점토성분이 없을 경우 지반의 붕괴를 방지하기 어렵다.(도12, 13 내지 도14 참조)
추진공법은 물로 포화된 점성토나 피압수를 가진 모래층이나 자갈층인 곳에서 실시하는 경우에는 굴착장소가 자립하지 않기 때문에, 작업이 곤란하게 되고 경우에 따라서는 노동재해의 원인이 되기도 한다. 또 굴착장소나 흙막이면에서의 누수에 의해 지반이 완화되고, 추진관의 불일치를 일으키는 것뿐만 아니라 주변 구조물이나 주변 구조물이나 지하 매설관에 피해를 주는 일이 있다. 따라서 적절한 보조공법을 실시하여 원활한 공사진척을 도모하는 것이 필요하다.
약액주입공법(그라우팅공법)은 점성토의 경우에는 지반의 강도증가로 인하여 막장의 자립효과를 가져오며, 사질토의 경우에는 지반의 지수로 인하여 주변지반의 지하수위 저하방지효과를 가져온다, 그리고 모든 흙에서 압축성의 저감으로 인하여 침하방지 및 공동충전 효과를 가져온다. 이런 다양한 효과 때문에 다른 보조공법에 비해 사용빈도가 높다. 그러나, 기술적으로 확립되어 있지 않은 점도 많아 비교적 공사비도 높고, 또 약액으로도 현재는 물유리계로 극독물 또는 불소화합물을 포함하지 않는 것으로 한정되는 등의 규제가 있다. 따라서 사용하는데 있어서 지반의 강도 증가나 물막이의 압축성 저감등 사용목적을 명확하게 해두어야한다.(도면 15참조)
예를 들면 지반을 너무 굳혀서 나중에 추진하는데 고생할 수 있기 때문에 신중함이 중요하다.
약액 주입선정에 있어서 고려해야 하는 것으로서는 지반의 입자구성, 지하수, 주입재의 조성, 주입압력 등이다. 재료비는 점토, 시멘트, 아스팔트, 케미칼의 순서대로 고가이므로, 시공이나 효과 등도 감안해서 적절한 재료를 선택하는 것이 중요하다. 주입 압력은 지반의 투수 계수와 약액의 점성에 따라 변화하지만, 일반적으로는 한 홀(hole)에서의 주입 압력은 주입개시와 동시에 점차 상승하기 때문에, 압력이 오르지 않는 경우는 약액이 유실되고 있다고 판단하기 좋게 겔타입의 조정이 요구된다. 또한, 부주의하게 주입압을 올리면 지표면을 밀어 올리거나 근접하는 구조물에 영향을 주기 때문에, 특별한 경우를 제외하고 주입압은 8kgf/cm2 을 넘지않는 것이 좋다.
지하수위 저하공법은(도16 및 도17 참조) 사질토에 있어서 시공개소의 지하수위 저하에는 지하수위 저하공법이 좋다. 일반적으로 점성토의 경우는 지하수위가 높으면 상재하중의 일부를 이 간극수가 부담하고 있어서 유효응력이 작기 때문에, 간극수가 없는 경우에 비해 점성토의 점착력이나 내부 마찰각이 충분히 움직이지 않으므로, 전단저항이 적고 따라서 굴착장소의 붕괴를 일으킨다. 한편, 사질토에서도 점성토와 마찬가지로 전단저항 저하를 일으키거나, 또는 굴착에 의한 보링이 생긴다. 이것들은 노동재해의 원인으로도 된다. 따라서 본 공법은 지하수위를 저하시키는 것에 따라 지반의 전단저항을 증가시키는 동시에, 드라이 워크에 의한 작업성의 향상을 도모하는 것이다.
또한 이 공법이 적용되는 토질은 실트질 모래부터 사력층에 이르는 투수계수에서는 10-1~10-4cm/s 의 범위이다. 일반적으로, 사용되고 있는 공법으로서 가마장 공법, 웰포인트 공법, 딥웰 공법 등이 있다. 이 중에서 투수 계수가 10-1~10-2cm/s 의 비교적 투수 계수가 높은 지반에서는 중력에 의해 지하수를 모아서 펌프로 양수하는 딥웰 공법 또는 가마장 공법이 적합하다. 또한, 투수 계수가 10-3~10-4cm/s 가 되면 중력 작용만으로는 동수구배가 급하게 되어, 우물 1개 주변의 집수범위가 적어지기 때문에 딥웰의 개수를 늘리던지, 강력한 진공 펌프를 병용하여 지반중의 물을 강제적으로 흡입하여 양수하는 웰포인트 공법을 사용할 수 있다 또한 웰 포인트 공법은 진공을 이용하기 때문에, 라이저 파이프 1개 주변의 양정은 6m으로고려하면 좋다.
압기공법은 모든 흙에 있어서 지반의 강도 증가로 인한 막장의 자립 및 지반의 지수로 인한 작업 능률의 향상을 꾀할 때는 압기 공법을 이용하는 것이 좋다.
이 공법은 굴착장소의 안정이나 시공 안정성을 위해, 압기에 의해 용수를 막는 공법이다. 그러나 압기에 의한 폭발이나 추진관내의 산소결핍등에 대한 신중한 배려도 필요하다. 일반적으로 추진공법에서의 압기압은 추진관의 직경으로 하면, 추진관의 윗테두리에서 (2/3) 내린 점의 지하수압과 같은 것으로서 계산한다. 단, 굴착장소에서 작업하는 사람의 건강을 해치지 않는 정도로 하는 것이 필요하다. 토질조건에서 살펴보면 사력층은 투수성이 커서 압기압을 크게 하면 공기의 누출이 많아져서 압기효과가 저하된다. 따라서, 지층이 견고하고 농밀한 경우를 제외하고 투수계수가 10-2cm/s 이상인 경우는 압기 공법은 곤란하다. 사질토층에서도 투수성이 좋다면 공기의 소비량도 커서. 또 균등계수가 적은 경우에서도 압기에 의해 탈수, 건조하여 점착성을 잃어서 붕괴된다. 이것에 반해 실트층이나 점토층에서는 투수성이 낮기 때문에 공기의 누출도 적고 동시에 흙보강이 충분하면 폭발의 염려도 없어서 용수를 저지할수 있기 때문에 작업능률을 높일 수 있다.
압기공법의 채용에 있어서는 압기압의 설정 외에 압기설비 용량의 산정이 중요한 문제이다. 그러나, 지반에 압력을 가진 공기가 작용할 때의 공기투과의 구조는 대단히 복잡해서 아직 해결하지 못한 문제가 많기 때문에, 압기 설비 용량의 크기의 산정은 경험적인 것에 의지하고 있는 것이 현실이다.
또한, 추진공사에서는 실드공사에 비해 흙보강이 적은 경우가 많기 때문에, 토질이나 용수상태가 변화하기 쉬운 것, 굴착장소의 작업실의 기적이 작은 것, 작업실이 좁기 때문에, 폭발, 공기 누출 등의 돌발 사고에 충분히 대처해야 한다.
동결공법은 모든 흙에서 지반의 강도 증가로 인한 흙막이의 대체 및 지반의 지수로 인한 작업 능률의 향상을 꾀할 수 있는 것이 동결 공법이다.
동결 공법은(도18 내지 도20 참조) 지반을 인공적으로 동결시켜서 동결토에 의한 벽체를 조성하는 공법이다. 또한 적용성이 토질의 종류에 관계없이 광범위하고, 개량토의 강도가 다른 지반 개량 공법에 비해 크고, 지수가 완전한것등의 특징이 있지만, 시공비가 엄청 비싸기 때문에 다른 보조 공법으로는 시공이 매우 곤란한 경우에 주로 사용된다.
이 공법을 크게 나누면 냉각액으로서 염화칼슘 수용액(브라인)을 사용하는 브라인 방식과 액체질소 등의 저온 액화 가스를 사용하는 저온 액화 가스 방식으로 나눈다.
동결 공법은 흙의 함수비가 10% 이하, 지중 온도가 30℃ 이상인 곳에서는 채용할 수 없게 되어 있으므로, 수직갱의 굴착이나 흙막이토의 간극에서의 누수등에 의해 지하수위가 저하하여 함수비가 저하되지 않도록 주의해야 한다. 또 지하수의 유동이 있는 경우, 유속이 1m/d 이상인 경우에는 동결진행이 저해되기 때문에 채용이 힘들다.
또한 지반이 동결 할 때에는 최대 30kgf/㎠ 정도의 팽창력이 작용해 지반이 동결되어 팽창하고, 또 해동했을 때는 지반 침하를 일으킨다. 따라서 근접 구조물이나지하 매설물에의 영향을 고려한 시공을 할 필요가 있다.
동결공법은 추진공법의 보조공법으로 채용되고 있으나, 시설비 및 재료비의 단가가 워낙 비싸, 일본에서 채용되는 추진공법에서는 실드기계의 전진기지에서의 초기 추진때와 실드기계의 도달기지에서의 회수때에 사용하는 것이 대부분이다. 또한 동결과정과 해동과정에서의 지반의 변형문제가 크기 때문에 구조물이나 매설물 근처에서의 사용을 자제하고 있는 편이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 국내상황을 감안하여 추진공사의 보조공법으로 사용되는 동결공법을 응용하여, 동결된 지반의 빠른 해동이 이루어지도록 추진작업에 최소한도 필요한 지반안정과 지수의 범위 안에서의 동결강도를 얻어내기 위해 저렴한 가격으로 구입할 수 있는 드라이 아이스를 냉각제로 사용하여 추진공사에 추가적으로 소요되는 비용을 최대한으로 억제하여 신속한 토양의 동결과 해동할 수 있으며, 지하수위 이하의 대수층 지반에서도 저렴한 추가 비용만으로 안전하게 추진공사를 수행할 수 있는 간이 동결 강관추진공법(KY-3추진공법) 및 그 장치를 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제인 것이다.
도1 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치) 전체도
도2 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치) 정면 상세도
도3 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)시공 제1단계 상태도.
도4 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)시공 제2단계 상태도
도5 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)시공 제3단계 상태도
도6 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진진치)시공 제4단계 상태도
도7 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)시공 제5단계 상태도
도8 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)고탄소강환봉 상세도
도9 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치) 고탄소강환봉 상세도
도10 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치) CO2가스흡수기 상세도
도11 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치) 중압잭 상세도
도12 내지 도14 종래의 진흙물가압식추진공법 사진
도15 종래의 약액주입공법 사진
도16 및 도17 종래의 지하수위 저하공법 사진
도18 내지 도20 종래의 동결추진공법 사진
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
간이동결강관(1), 환봉통공(2), 실리콘마개(3), CO2가스흡수기(4), 연결관 (5), CO2흡수제저장통(6), 선도중압잭(7), 전방실린더(8), 후방실린더(9), 간이중앙칸막이(10), 선두중압잭지지벽(11), 환봉지지대(12), 드라이아이스카트리지 (13), 환봉머리부(14), 환봉몸체부(15), 환봉머리부홈(16), 삽입부(17), 유압분배기(20), 유압호스(21), 반력벽(22), 유압잭(23), 실린더(24), 추진보조관(25), 레일(26), 유압유니트(27), A:도로, B: 토양, B`:동결토양, C:추진선도관, D: 스파이럴강관, E;전진장치
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 주간에 추진 작업 종료후, 간이동결강관(1)을 추진선도관(C)에 앞서 추진선도관(C)내의 다수개의 선도중압잭(7)으로 3m 정도 선추진하는 공정과, 선추진된 상기 다수개의 고강도탄소강으로 형성된 간이동결강관(1)내의 환봉몸체부(15)에 드라이아이스가 내장된 드라이아이스카트리지(13)를 삽입시켜 야간에 12시간정도 간이동결강관(1) 주위의 지반을 동결시켜 대수층 지반의 안정 및 완벽한 지수 작업을 하는 공정 및 추진관내 막장의 산소결핍으로 인한 노동재해를 막기 위해 드라이 아이스 해동시 나오는 이산화탄소를 연결관(5)을 통해 이산화 탄소가스흡수기(4)에 흡수시키는 공정, 그리고 주간 추진작업으로 간이 동결된 3m 구간의 토사를 굴착하면서 유압잭(23)을 사용하여 추진선도관(C)을 3m 정도 추진하는 작업으로 구성된 간이 동결 강관추진공법(KY-3추진공법) 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명은 시간을 절약하기 위하여 주간에 이루어지며, 동결공정은 야간에 간이 동결 작업을 통해 이루어지며, 동결된 추진선도관(C) 전방의 3m 지역을 유압잭(23)을 이용하여 추진선도관(C)을 추진하면서 굴착하는 작업 공정으로서, 추진선도관(C)은 전방으로 추진하되 추진선도관(C)은 계속 동결작업을 진행중에 있으며 추진선도관(C)의 내부 선두부분에 부착한 지름 100mm의 간이동결강관(1)이 나타날 때까지 추진 작업을 진행한다. 그리고 만약의 경우, 이상 동결된 지반으로 인하여 추진선도관(C)의 전진이 어려울 경우에는 바이브레이터 봉 또는 전열관을 간이동결강관(1)내에 주입하여 동결된 토양(지반)(B`)에 충격을 주거나 해동하도록 하여 추진선도관(C)의 전진 작업이 용이하도록 한다.(도3참조)
상기와 같이 주간의 추진 작업이 완료된 후에, 동결작업에 쓰였던, 드라이 아이스 카트리지(13)및 이산화탄소 흡수기(4)를 제거하는 작업으로, 동결작업에 쓰고 남은드라이아이스로 인한 막장내의 산소 결핍에 대응할 수 있도록 작업자는 산소 마스크 및 드라이 아이스로 인한 화상을 방지하기 위해 특수 장갑을 끼고 작업에 임해야 한다. 또한 사용이 끝난 이산화탄소 흡수제는 별도의 보관함에 모아 추후처리하며, 잔여 드라이 아이스는 지상에서 해동시켜 잔여처리한다.
이산화탄소 흡수제로서는 생석회를 사용하며 흡수반응식은 다음과 같다.
CaO + CO2-----> CaCO3
주간의 추진작업이 완료된 후에 드라이아이스카트리지(13) 및 이산화탄소 흡수기(4)를 제거한 후, 추진선도관(C)내에 설치된 다수의 선도중압잭(7)을 사용하여 동결용 간이동결강관(1)을 추진선도관(C) 전방 3m 까지 추진하는 작업이다.(도4참조). 이 때 주의 할 점은 너무 무리하게 다수의 선도중압잭(7)을 운용하지 않도록 하는 것이며 추진선도관(C)의 진행에 동결용 고탄소강환봉(1)이 방해되지 않도록 주의하여 동결용 간이동결강관(1)을 추진하도록 해야 한다. 그리고 중앙 유압유니트(27)에 의해 연동 구동되는 다수개의 선도중압잭(7)은 총3단의 실린더(8,9)를 지니고 있으며 1단 및 2단 실린더는 각각 1m 씩, 3단 실린더는 60cm로 이루어져 최대 추진거리는 2m60cm 가 되도록 하였다.
추진 선도관(C)의 전방 3m 까지 동결용 간이동결강관(1)을 추진한 후, 다수개의 선도중압잭(7)을 원상으로 환원시키는 작업으로, 주간의 굴삭 작업에 방해가 되지 않도록 최대한으로 실린더(8,9)를 원상 압축시킨다.(도5참조)
야간의 지반 동결을 수행할 수 있도록 간이동결강관(1)내의 환봉몸체부(15)에 삽입부(17)에 부착된 특수 제작한 드라이아이스가 내장된 드라이아이스카트리지(13)를 삽입시키고 온도변화에 강한 실리콘 마개(3)로 드라이아이스의 해동시에 나오는 이산화탄소의 추진선도관(C)내로의 누기를 차단할 수 있도록 간이동결강관(1) 입구를 막은 후에 연결관(5)에 이산화탄소 흡수제가 들어 있는 CO2가스흡수기(4)를 연결하여 드라이아이스 해동시에 나오는 이산화탄소를 전부 흡수처리 하도록 하는 작업이다. 이 때에도 드라이아이스로 인한 막장내의 산소 결핍에 대응할 수 있도록 작업자는 산소 마스크 및 드라이 아이스로 인한 화상을 방지하기 위해 특수 장갑을 끼고 작업에 임해야 한다. 또한 연결관(5)과 연결된 드라이아이스카트리지(13)가 내장된 환봉몸체부(15)와 연결된 삽입부(17)의 상단부에 구멍을 내어 해동시에 나오는 이산화탄소가 손쉽게 연결관(5)을 통하여 CO2가스흡수기(4)로 이동하도록 하였다.(도6 및 도9참조)
간이동결강관(1)에 드라이 아이스 충전작업을 종료한 후, 그 다음날 추진작업 시작전까지 지반을 동결시키는 작업으로, 추진작업 시작전까지 급격한 온도 저하로 인한 막장내의 노동 재해를 방지하기 위해 추진관내에로의 작업자의 출입을 금한다.
그리고 도 9에서 보여주는 것처럼, 추진선도관(C)의 선단부에는 지름 100mm 의 간이동결강관(1)을 주름패인 원뿔형으로 가공하여 추진중에 선단 지반부에서의 추진 저항을 최대한으로 줄이도록 설계하였으며, 이 고강도탄소강환봉의 머리부는 환봉몸체부(15)와 용접을 통하여 접합되도록 하였다. 또한 추진선도관(C)내의 중압잭 지지벽(11)은 폭 200mm, 두께 50mm 철판으로 만들어 추진선도관(C)의 내면에 용접 부착하도록 하였으며, 최대한의 지지효과를 얻기 위해 지지벽 뒤에 삼각형의 철판을 부착하여 강관 내면의 종방향으로의 지지효과를 최대한 살리도록 하였다.
도 1에서 보여주는 것처첨 동결 강관 추진용 다수개의 선도중압잭(7)은 지상에 설치된 유압유니트(27)와 유압분배기(20)를 통해 유압호스(21)로 각각 연결되어 있으며, 유압분배기(20)에서 적정유압을 배분하여 동결 강관 추진용 다수의 선도중압잭(7)을 구동하게 하였다.
그리고, 스파이럴강관(D) 또는 추진선도관(C)의 추진시에는 유압유니트(27)에서 나오는 유압호스(21)를 본관 추진용 유압잭(23)에 연결하여 사용케 하였다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하기로 한다.
실시예
제1공정(간이동결강관 전진공정)
추진선도관(C)은 전방으로 강압추진하기 위하여 먼저 추진선도관(C)의 주위의 토양(B)을 동결시키기 위하여 도3에 도시된 바와 같이 다수의 간이동결강관(1)의 후면에 전방실린더(8)에 의해 밀착된 외부에 형성된 유압유니트(27)와, 유압분배기(20)에 연결된 유압호스(21)로 연결된 다수의 선도중압잭(7)을 작동시켜 간이동결강관(1)을 약 3미터 전진시키면 도4와 같이 된 후에 다수의 선도중압잭(7)을 상기 선도중압잭(7)의 작동방법의 역순으로 원위치 시킨(도5와 같이) 다음,
제2공정(동결공정)
시간절약을 위해 상기 제1공정인 주간에 1차 추진공정을 마친 다음, 야간에 도6에 도시된 바와 같이, 추진선도관(C)의 앞쪽 내부테두리에 환봉지지대(12)로 지지되어 형성된 간이동결강관(1)의 환봉몸체부(15)의 공간에 내장된 드라이아이스카트리지 (13)에 드라이아이스를 삽입시킨 다음, 간이동결강관(1)의 환봉통공(2)을 통해 환봉몸체부(15) 끝단에 형성된 삽입부(17)에 연결관(5)이 구비되어 있고 이산화탄소 흡수제가 들어 있는 CO2가스흡수기(4)를 삽입 연결하여 드라이 아이스 해동시에 나오는 이산화탄소를 전부 흡수처리 하도록 설치한 다음, 약 3m 전진된 간이동결강관 (1)의 부근 토양(B)을 도7과 같이 동결시킨 후에,
제3공정(추진선도관 강압전진공정)
간이동결강관(1)의 주위의 동결된 토양(B`)에 동결된 추진선도관(C) 전방의 3m 지역으로 이동시키기 위하여 전진장치(E)를 작동시키기 위하여,
유압잭(23)을 작동시켜, 실린더(24)에 의해 추진보조관(25)에 강압이 전달되어 전방에 있는 추진선도관(C)과 스파이럴강관(D)을 전방으로 추진시킨 다음, 다시 상기 공정순서에 따라 반복하여 굴착하여 일정거리에 다다르면, 상기 전진장치(E)를 해체 한 후에, 스파이럴강관(D)후미에 또다른 스파이럴강관(D)을 연결시켜
상기 방법에 따라 반복하여 간이 동결시켜 원하는 거리만큼 강관을 추진하였다.
이하 본 발명의 장치를 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.
도1 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치) 전체도, 도2 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치) 정면 상세도, 도3 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)시공 제1단계 상태도, 도4 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)시공 제2단계 상태도, 도5 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)시공 제3단계 상태도, 도6 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)시공 제4단계 상태도, 도7 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)시공 제5단계 상태도, 도8 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)고탄소강환봉 상세도, 도9 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치) 고탄소강환봉 상세도, 도10 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치) CO2가스흡수기 상세도, 도11 본 발명의 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치) 중앙잭 상세도, 도12 내지 도14 종래의 진흙물가압식추진공법 사진, 도15 종래의 약액주입공법 사진, 도16 및 도17 종래의 지하수위 저하공법 사진, 도18 내지 도20 종래의 동결추진공법 사진을 나타낸 것이며, 간이동결강관(1), 환봉통공(2), 실리콘마개(3), CO2가스흡수기(4), 연결관(5), CO2흡수제저장통 (6), 선도중압잭(7), 전방실린더(8), 후방실린더(9), 간이중앙칸막이 (10), 선두중압잭지지벽(11), 환봉지지대(12), 드라이아이스카트리지(13), 환봉머리부(14), 환봉몸체부(15), 환봉머리부홈(16), 삽입부(17), 유압분배기(20), 유압호스(21), 반력벽(22), 유압잭(23), 실린더(24), 추진보조관(25), 레일(26), 유압유니트(27), A:도로, B: 토양, B`:동결토양, C:추진선도관, D: 스파이럴강관, E;전진장치를 나타낸 것임을 알 수 있다.
구조를 살펴보면, 도1에 도시된 바와 같이 도로(A)하부의 토양(B)층에 강관을 압입하기 위한 장치로서,
추진선도관(C)의 후면에 연결된 스파이럴강관(D)과, 상기 스파이럴강관(D)의 후면에 형성되어 상기 관들을 앞으로 강압에 의해 전진시키기 위한 전진장치(E)로 구성된 간이 동결 강관추진장치로 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1에 도시된 바와 같이 상기 추진선도관(C)은 후미의 내부테두리에 중앙부로 약간 돌기되어 있으며, 뒤쪽으로 경사지게 형성되어 측단면에서 볼 때 직삼각형상의 지지벽(11)과, 상기 지지벽(11)의 내측에 중앙부로 돌기되어 형성된 중앙칸막이(10)와, 상기 중앙칸막이(10)의 내측에 형성되어 있으며 후방실린더(9)에 의해 중앙칸막이(10)에 밀착되어 설치되어 있고 스파이럴강관(D)의 유압분배기 (20)에 유압호스로 연결된 다수개의 선도중압잭(7)과, 상기 선도중압잭 (7)의 전면에 형성된 전방실린더(8)와, 상기 전방실린더(8)에 밀착되어 선도중압잭(7) 및 전방실린더(8)의 작동에 의해 전진되는 다수개의 고강도탄소강으로 형성된 간이동결강관(1)과, 상기 다수개의 간이동결강관(1)의 하부에 파도형으로 추진선도관(C)내부테두리에 형성되어 고강도탄소강환봉 및 추진선도관을 보호하는 환봉지지대(12)로 구성되어 있으며,
상기 고강도탄소강으로 형성된 간이동결강관(1)은 도9에 도시된 바와 같이 전면부가 뽀족하게 경사지게 형성된 원뿔형(도8참조)으로 구비되어 있으며, 상기 경사진 부분에 다수개의 환봉머리부홈(16)이 구비된 환봉머리부(14)와, 상기 환봉머리부(14)의 후면에 용접되어 있으며, 내부에 드라이아이스카트리지(13)를 저장하도록 공간이 형성된 환봉몸체부(15)와, 상기 환봉몸체부(15)의 후면 중앙부에 형성된 환봉통공(2)과, 상기 환봉통공(2)과 환봉몸체부(15)사이에 CO2가스흡수기(4) 및 드라이아이스카트리지(13)가 삽입되도록 형성된 삽입부(17)와, 상기 환봉통공(2)에 형성되어 환봉몸체부(15)내의 드라이아이스의 승화시 CO2가스가 외부로 방출되는 것을 방지하는 실리콘마개(3)로 구성되어 있으며,
상기 스파이럴강관(D)은 추진선도관(C)의 후면에 형성되어 있으며, 내부에 일측에 형성되어 있으며, 유압호스(21)에 의해 일측이 유압유니트(27)와 또다른 일측은 다수개의 선도중압잭(7)에 연결된 유압분배기(20)가 내장되어 있으며,
후면에는 전진장치(E)가 설치되어 있고,
상기 전진장치(E)는, 스파이럴강관(D)의 후면과, 레일(26)의 상부에 설치되어 강관들을 강압에 의해 전진시키는 장치로서,
후면에 설치된 반력벽(22)과, 상기 반력벽(22)의 전면에 설치되어 있으며, 유압호스(210에 의해 유압유니트(27)와 연결된 유압잭(23)과, 상기 유압잭(23)에 연결된 실린더(24)와 상기 실린더(24)의 전방에 밀착되어 스파이럴강관(D)을 보호하는 추진보조관(25)과, 상기 추진보조관(25)의 전방에 스파이럴강관(D)의 후미와 밀착되도록 구성된 간이동결 강관추진장치인 것이다.
상기와 같은 본 발명은 본 간이 동결 굴착 공법에서는 동결된 지반의 빠른 해동이 이루어지도록 추진작업에 최소한도 필요한 지반안정과 지수의 범위 안에서의 동결강도를 얻어내기 위해 저렴한 가격으로 구입할 수 있는 드라이 아이스를 냉각제로 사용하여 추진공사에 추가적으로 소요되는 비용을 최대한으로 억제하였고, 12시간 내에 추진 선도관 전방부분의 간이 동결을 하도록 하였다. 또한 동결강관 사이의 거리를 100mm 로하여 최대한 짧은 시간에 최대한의 지반 동결 효과를 얻었으며, 이산화 탄소 흡수제를 이용하여 드라이 아이스 사용으로 인한 추진관내 막장부 에서의 산소 결핍문제를 해결한 장점이 있는 것이다.
Claims (4)
- 간이 동결 강관 추진공법(KY-3추진공법)에 있어서,제1공정(간이동결강관 전진공정)추진선도관(C)은 전방으로 강압추진하기 위하여 먼저 추진선도관(C)의 주위의 토양(B)을 동결시키기 위하여, 다수의 간이동결강관(1)의 후면에 전방실린더(8)에 의해 밀착된 외부에 형성된 유압유니트(27)와, 유압분배기(20)에 연결된 유압호스(21)로 연결된 다수의 선도중압잭(7)을 작동시켜 간이동결강관(1)을 약 3미터 전진시킨 후에, 다수의 선도중압잭(7)을 상기 선도중압잭(7)의 작동방법의 역순으로 원위치 시킨 다음,제2공정(동결공정)시간절약을 위해 상기 제1공정인 주간에 1차 추진공정을 마친 다음, 추진선도관(C)의 앞쪽 내부테두리에 환봉지지대(12)로 지지되어 형성된 간이동결강관(1)의 환봉몸체부(15)의 공간에 내장된 드라이아이스카트리지(13)에 드라이아이스를 삽입시킨 다음, 간이동결강관(1)의 환봉통공(2)을 통해 환봉몸체부(15) 끝단에 형성된 삽입부(17)에 연결관(5)이 구비되어 있고 이산화탄소 흡수제가 들어 있는 CO2가스흡수기(4)를 삽입연결하여 드라이 아이스 해동시에 나오는 이산화탄소를 전부 흡수처리 하도록 설치한 다음, 약 3m 전진된 간이동결강관(1)의 부근 토양(B)을 동결시킨 후에,제3공정(추진선도관 강압전진공정)간이동결강관(1)의 주위의 동결된 토양(B`)에 동결된 추진선도관(C) 전방의 3m 지역으로 이동시키기 위하여 전진장치(E)를 작동시키기 위하여,유압잭(23)을 작동시켜, 실린더(24)에 의해 추진보조관(25)에 강압이 전달되어 전방에 있는 추진선도관(C)과 스파이럴강관(D)을 전방으로 추진시킨 다음, 다시 상기 공정순서에 따라 반복하여 굴착하여 일정거리에 다다르면, 상기 전진장치(E)중 추진보조관(25)을 해체 한 후에, 스파이럴강관(D)후미에 또다른 스파이럴강관(D)을 연결시켜상기 방법에 따라 반복하여 원하는 거리만큼 강관을 추진함을 특징으로 하는 간이 동결 강관 추진공법(KY-3추진공법)
- 도로(A)하부의 토양(B)층에 강관을 압입하기 위한 장치로서, 추진선도관(C)의 후면에 연결된 스파이럴강관(D)과, 상기 스파이럴강관(D)의 후면에 형성되어 상기 관들을 앞으로 강압에 의해 전진시키기 위한 전진장치(E)로 구성된 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)에 있어서,상기 추진선도관(C)은 후미의 내부테두리에 중앙부로 약간 돌기되어 있으며, 뒤쪽으로 경사지게 형성되어 측단면에서 볼 때 직삼각형상의 지지벽(11)과, 상기 지지벽(11)의 내측에 중앙부로 돌기되어 형성된 중앙칸막이(10)와,상기 중앙칸막이(10)의 내측에 형성되어 있으며 후방실린더(9)에 의해 중앙칸막이(10)에 밀착되어 설치되어 있고 스파이럴강관(D)의 유압분배기(20)에 유압호스로 연결된 다수개의 선도중압잭(7)과, 상기 선도중압잭(7)의 전면에 형성된 전방실린더(8)와, 상기 전방실린더(8)에 밀착되어 선도중압잭(7) 및 전방실린더 (8)의 작동에 의해 전진되는 다수개의 간이동결강관(1)과,상기 다수개의 간이동결강관(1)의 하부에 파도형으로 추진선도관(C)내부테두리에 형성되어 간이동결강관(1) 및 추진선도관(C)을 보호하는 환봉지지대(12)로 구성되어 있으며,상기 스파이럴강관(D)은 추진선도관(C)의 후면에 형성되어 있으며, 내부에 일측에 형성되어 있으며, 유압호스(21)에 의해 일측이 유압유니트(27)와 또다른 일측은 다수개의 선도중압잭(7)에 연결된 유압분배기(20)가 내장되어 있으며,상기 전진장치(E)는, 스파이럴강관(D)의 후면과, 레일(26)의 상부에 설치되어 있으며, 후면에 설치된 반력벽(22)과, 상기 반력벽(22)의 전면에 설치되어 있으며, 유압호스(210에 의해 유압유니트(27)와 연결된 유압잭(23)과, 상기 유압잭(23)에 연결된 실린더(24)와 상기 실린더(24)의 전방에 밀착되어 스파이럴강관(D)을 보호하는 추진보조관(25)과, 상기 추진보조관(25)의 전방에 스파이럴강관(D)의 후미와 밀착되도록 구성되어 있음을 특징으로 하는 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)
- 청구항 2에 있어서, 상기 간이동결강관(1)은 전면부가 뾰족하게 경사지게 형성된 원뿔형으로 구비되어 있으며, 상기 경사진 부분에 다수개의 환봉머리부홈(16)이 구비된 환봉머리부(14)와, 상기 환봉머리부(14)의 후면에 용접되어 있으며, 내부에 드라이아이스를 저장하도록 공간이 형성된 환봉몸체부(15)와, 상기 환봉몸체부(15)의 후면 중앙부에 형성된 환봉통공(2)과, 상기 환봉통공(2)과 환봉몸체부(15)사이에 CO2가스흡수기(4) 및 드라이아이스카트리지(13)가 삽입되도록 형성된 삽입부(17)와, 상기 환봉통공(2)에 형성되어 환봉몸체부(15)내의 드라이아이스의 승화시 CO2가스가 외부로 방출되는 것을 방지하는 실리콘마개(3)로 구성되어 있음을 특징으로 하는 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)
- 청구항 2에 있어서, 상기 간이동결강관(1)은 다수개가 추진선도관(C)의 내부테두리에 환봉지지대(12)에 의해 지지되어 있으며, 각각의 간이동결강관(1)의 후면에는 각각의 선도중압잭(7)의 전방실린더(8)가 밀착되어 구성되어 있음을 특징으로 하는 간이 동결 강관 추진장치(KY-3추진장치)
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