KR200315974Y1 - 수중 구조물 보수 작업을 위한 케이슨 - Google Patents

수중 구조물 보수 작업을 위한 케이슨 Download PDF

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KR200315974Y1
KR200315974Y1 KR20-2003-0008006U KR20030008006U KR200315974Y1 KR 200315974 Y1 KR200315974 Y1 KR 200315974Y1 KR 20030008006 U KR20030008006 U KR 20030008006U KR 200315974 Y1 KR200315974 Y1 KR 200315974Y1
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Abstract

본 고안은 수중 구조물 보수 작업을 위한 케이슨(Caisson)의 차수 장치 및 이 차수 장치를 구비한 수중 구조물 보수 작업을 위한 케이슨에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 수중 구조물 보수 작업용 케이슨의 차수 장치에 있어서, 2개의 산과 1개의 골을 가진 차수 패킹 및 상기 차수 패킹의 상기 골에 삽입되어 차수를 세밀히 하는 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 차수 장치와 이 차수 장치 및 튜브를 채우게 되는 튜브 가압 물질과 튜브 가압 물질을 가압하는 튜브 가압 장치를 구비하여 다양한 형상을 가진 수중 구조물에 부착하여 보수 작업을 수행할 수 있는 케이슨에 관한 것이다.
본 고안은 상기한 차수 장치를 제공하며, 또한 상기 차수 장치가 일단부에 부착되고 측면을 구성하는 2개의 측벽체 및 1개의 바닥체와, 상기 측벽체와 상기 바닥체에 접하는 1개의 면벽체, 상기 측벽체 또는 상기 면벽체 중 하나 이상의 면에 부착된 하나 이상의 고정 걸이와 케이슨 내부의 물을 외부로 배출하는 배출 펌프 및 호스를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 보수 작업용 케이슨을 제공한다.

Description

수중 구조물 보수 작업을 위한 케이슨{Caisson for Maintenance of Under- Water Structure}
본 고안은 수중 구조물 보수 작업을 위한 케이슨(Caisson)의 차수 장치와 이 차수 장치를 구비한 수중 구조물 보수 작업을 위한 케이슨에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 수중 구조물 보수 작업용 케이슨의 차수 장치에 있어서, 2개의 산과 1개의 골을 가진 2중 몰드된 차수 패킹 및 상기 차수 패킹의 상기 골에 삽입되어 차수 기능을 수행하는 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 차수 장치와 이 차수 장치 및 튜브를 채우게 되는 튜브 가압 물질과 튜브 가압 물질을 가압하는 튜브 가압 장치를 구비하여 다양한 형상을 가진 수중 구조물에 부착하여 보수 작업을 수행할 수 있는 케이슨에 관한 것이다.
바다를 매립하여 항만 시설을 구축하거나 혹은 임해 산업 단지의 조성시, 부지를 확보하기 위하여 임시로 물을 막는 가물막이 시공이 요구된다. 일반적으로 사용되는 가물막이 시공 방법은 차수성이 뛰어난 시트 파일(Sheet Pile) 타설에 의한 시트 파일 가물막이 공법이다.
도 1a는 가물막이 시공에 사용되는 시트 파일(100)을 록(110)에 의해 서로연결한 두 개의 시트 파일(100)의 일반적인 복합 구조를 도시한 사시도이고 도 1b는 이에 대한 평단면도로서, 시트 파일(100) 가물막이 공법은 도 1a 및 도 1b에서 보는 바와 같이 스틸(Steel)로 된 연결 고리를 가진 ㄷ자형 형태의 단위 부재를 연속적으로 타설하여 벽체 강성을 가지면서 뛰어난 차수성을 얻는 공법으로서, 이 시트 파일(100) 가물막이 공법은 두부를 항타하거나 천공 장비로 프리 보링(Pre-boring)한 후 항타하여 시공하게 된다. 그리고, 시트 파일(100)의 이음새에 누수가 있는 경우에는 그라우팅(Grouting) 등의 방법으로 처리하여 차수성을 확보하게 된다.
그런데, 바다를 매립하여 구축된 항만시설 혹은 임해 산업 단지에의 부지 조성시 항타하여 거치된 시트 파일(100)은 반영구적 구조물이므로 해수 또는 해풍에 의한 시트 파일(100)의 부식은 부지의 안전에 절대적 영향을 미치게 된다.
따라서, 시트 파일(100)의 부식을 방지하기 위하여 항타 전에 시트 파일(100)을 방식 처리하여 설치하고, 설치 이후에 방식 도장된 도장면의 부식이 있는 경우에는 이를 보수하여야 한다. 특히, 해수면을 기준으로 하여 상하 2 미터(m) 부위는 파도와 공기 중에 노출됨으로 인해 그 부식 상태가 다른 곳에 비해 더 심각하며, 어패류가 서식하는 경우에는 시트 파일( 100)의 부식이 더욱 촉진될 수 있다.
종래, 시트 파일(100)의 수면 상부 부위는 상대적으로 쉽게 방식 작업을 할 수 있으나, 해수면 하부 부위는 잠수부가 수공구를 이용하여 어패류를 제거하고 아연(Zinc) 혹은 알루미늄 양극(Aluminium Anode)을 교체하는 수준이었으며, 수중에서 작업을 수행하는 결과 만족할 만한 부식 방지 효과를 얻을 수 없고 충분한 보수를 할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 시트 파일(100) 외에도 면이 일정하지 않은 경우 완벽한 차수 효과를 갖는 케이슨의 제공이 없는 실정이었으며, 다양한 수중 작업에 있어서 건조한 작업 환경을 마련하기 위해서는 별도의 고정 시설물을 설치하여야 하는 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 고안은, 시트 파일(100)의 요철면과 같은 일정하지 않은 수중 구조물의 외벽을 효과적으로 차수하여 완전히 건조한 상태의 작업 공간을 확보하기 위한 차수 장치 및 이를 이용한 케이슨을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1a는 가물막이 시공에 사용되는 시트 파일을 록에 의해 서로 연결한 두 개의 시트 파일의 일반적인 복합 구조를 도시한 사시도,
도 1b는 도 1a에 도시한 사시도에 대한 평단면도,
도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 시트 파일의 보수 작업을 위한 케이슨의 사시도,
도 3은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 케이슨의 측벽체에 차수 패킹과 튜브가 부착된 단면을 도시한 도면,
도 4a는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 케이슨의 바닥체의 일부를 확대한 사시도,
도 4b는 케이슨의 바닥체에 차수 패킹과 튜브가 부착된 단면을 도시한 도면,
도 5는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 튜브 가압 장치의 상세한 구성을 도시한 블록도,
도 6a는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 차수 원리를 설명함에 있어 케이슨이 물에 잠긴 상태를 도시한 도면,
도 6b는 케이슨이 물에 잠긴 경우에 있어 케이슨의 면벽체의 양 면에 미치는수압의 분포를 도시한 도면,
도 6c는 케이슨에 미치는 수압에 의해 차수 패킹 및 튜브가 변형된 상태를 도시한 도면,
도 7은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 케이슨을 크레인을 이용하여 시트 파일에 위치시키는 것을 예시한 도면,
도 8은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 케이슨을 시트 파일에 부착시킨 것을 예시한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 시트 파일(Sheet Pile) 110 : 록(Lock)
200 : 케이슨(Caisson) 202 : 측벽체
204 : 면벽체 206 : 바닥체
208 : 가로 보강재 210 : 세로 보강재
212 : 고정 걸이 214 : 배수 펌프
216 : 배수 펌프 호스 218 : 이동식 작업 발판
220 : 차수 패킹(Packing) 222 : T형 돌출부
230 : 튜브(Tube) 240 : 튜브 가압 물질
250 : 튜브 가압 장치 302 : 고정용 볼트 및 너트
304 : 차수 패킹의 산 306 : 차수 패킹의 골
502 : 저장 탱크 504 : 저장 탱크측 밸브
506 : 가압 펌프 508 : 가압 펌프측 밸브
510 : 튜브 압력계 512 : 튜브 유입측 밸브
514 : 순환 펌프측 밸브 516 : 순환 펌프 압력계
518 : 순환 펌프 520 : 배기 밸브
522 : 튜브 압력 자동 감지기 702 : 크레인
상기한 목적을 달성하기 위해 본 고안은 수중 구조물 보수 작업용 케이슨의 차수 장치에 있어서, 상기 수중 구조물과 접촉되는 케이슨(200)의 개방면을 따라 고정, 배치되며 2개의 산(304)과 1개의 골(306)을 가진 차수 패킹(220); 및 상기 차수 패킹(220)의 상기 골(306)에 삽입되어 상기 케이슨(200)의 차수 기능을 향상시키는 튜브(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차수 장치를 제공한다.
또한, 본 고안은 수중 구조물 보수 작업용 케이슨의 차수 장치에 있어서,상기 수중 구조물과 접촉되는 케이슨(200)의 개방면을 따라 고정, 배치되며 2개의 산(304)과 1개의 골(306)을 가진 차수 패킹(220); 상기 차수 패킹(220)의 상기골(306)에 삽입되어 상기 케이슨(200)의 차수 기능을 향상시키는 튜브(230); 상기 튜브(230)내에 삽입되어 상기 튜브(230)의 압력을 유지시켜 주는 튜브 가압 물질(240); 및 상기 튜브 가압 물질(240)을 가압하여 상기 튜브(230)의 압력을 유지시켜 주는 튜브 가압 장치(250)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차수 장치를 제공한다.
또한, 본 고안은 수중 구조물 보수 작업용 케이슨에 있어서, 상기한 차수 장치; 및 상기 차수 장치가 돌출부(222)에 부착되고 케이슨의 측면을 구성하는 2개의 측벽체(202) 및 상기 차수 장치가 돌출부(222)에 부착되고 케이슨(200)의 바닥면을 구성하는 1개의 바닥체(206)와 상기 측벽체(202)와 상기 바닥체(206)에 접하는 1개의 면벽체(204)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 보수 작업용 케이슨을 제공한다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 고안을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 고안은 다양한 수중 구조물의 보수 작업에 있어 사용될 수 있으나, 본 고안의 설명은 수중 구조물 중 그 구조가 보다 복잡한 시트 파일(100)을 대상으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 수중 구조물의 보수 작업을 위한 케이슨의 사시도를 그린 도면이다.
케이슨(200)은 철제 또는 금속 합금으로 제작되는데, 2개의 측벽체(202), 1개의 면벽체(204) 및 1개의 바닥체(206)로 구성되고, 상기 케이슨(200)의 상부 및 면벽체(204)의 반대쪽 면은 개방된다. 면벽체(204)의 반대쪽의 개방된 면은 후술하는 바와 같이 방식 작업을 하고자 하는 시트 파일(100)에 부착되는 면이 된다.
측벽체(202)와 면벽체(204)에는 작업하는 곳의 수심의 수압에 따른 케이슨(200)의 변형을 방지하기 위하여 가로 보강재(208) 또는 세로 보강재(210)를 부착할 수 있다. 측벽체(202) 및 면벽체(204)의 상부에는 작업시 크레인 등에 케이슨(200)을 거치할 수 있도록 고정 걸이(212)가 구비되며, 고정 걸이(212)는 구체적인 실시에 있어서는 그 갯수 및 위치를 변경할 수 있다.
바닥체(206)는 케이슨(200) 내에서 작업자가 작업을 할 수 있는 하부 공간이 되는 것으로서, 케이슨(200) 개방부의 바닥체(206)의 형상은 후술하는 바와 같이 도 1에 도시한 시트 파일(100)의 요철 형상과 대응하도록 구성되며, 시트 파일(100)의 구조가 도 1에 도시한 바와 다른 경우에는 그 시트 파일(100)의 구조 또는 형상에 따라 대응하도록 구성된다.
측벽체(202)와 바닥체(206) 일단부에는 차수 패킹(220)을 부착할 수 있는 T자 형상의 돌출부(222)가 구비된다.
측벽체(202)와 바닥체(206)의 돌출부(222)에는 차수 기능을 수행하는 차수 패킹(220)과 튜브(230)가 부착되고, 튜브(230)의 내부에는 튜브(230)를 가압시키는튜브 가압 물질(240)이 채워지며, 튜브(230)의 양 끝은 튜브 가압 장치(250)에 연결된다.
케이슨(200)에는 케이슨(200) 내부의 물을 외부로 배출하기 위한 배수 펌프(214) 및 배수 펌프 호스(216)가 구비되어 케이슨(200)을 작업 위치로 이동한 후 내부의 물을 배출할 수 있도록 한다. 또한, 케이슨(200)에는 이동식 작업 발판(218)을 구비하여 작업자의 편의를 도모하도록 할 수도 있다.
도 3은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 케이슨(200)의 측벽체(202)에 차수 패킹(220)과 튜브(230)가 부착된 단면을 도시한 도면이다.
차수 패킹(220)은 2개의 산(304)과 1개의 골(306)로 이루어진 2중 몰드 형식이며, 재질은 경질 고무로 하는 것이 바람직하되, 그 경도는 수압을 고려하여 결정한다. 차수 패킹(220)은 고정 볼트 및 너트(320)에 의해 케이슨(200)의 측벽체(202) 및 바닥체(204)의 돌출부(222)에 고정된다.
한편, 도시하지는 않았으나 차수 정도에 따라서 차수 패킹(220)의 내부를 모두 경질 고무 등의 물질로 채우지 않고 내부의 일정 부분은 비워둘 수 있다. 이렇게 함으로써 차수 패킹(220)에 소요되는 재료의 양을 감소시키고, 차수 패킹(220)의 무게를 감소시킬 수 있다.
차수 패킹(220)의 내부 골(306)에는 튜브(230)가 구비된다. 튜브(230)는 신축성이 양호한 천연 고무 또는 천연 고무와 유사한 신축성을 구비한 재료를 사용하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 튜브(230) 내부에는 공기, 유동성 액체 또는 겔(Gel)과 같은 튜브 가압 물질(240)이 채워질 수 있으며, 후술하는 바와 같이 차수 패킹(220) 및 튜브(230)의 설치 후에 튜브 가압 장치(250)에 의해 튜브 가압 물질(240)을 튜브(230) 내로 투입하여 튜브(230)의 압력을 상승시키면 튜브(230)가 팽창한다. 이렇게 하면, 튜브(230)가 시트 파일(100)과 더욱 밀착하므로 차수 패킹(220)만을 사용하는 경우보다 더욱 우수한 차수 효과를 확보할 수 있다. 튜브(230)는 측벽체(202)와 바닥체(206)에 돌출부(222)에 부착된 차수 패킹(220)의 내부 골(306)을 따라 위치되며 일체로 연결된다.
도 4a는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 케이슨(200)의 바닥체(206)의 일부를 확대한 사시도이며, 도 4b는 케이슨(200)의 바닥체(206)에 차수 패킹(220)과 튜브(230)가 부착된 단면을 도시한 도면이다.
바닥체(206)는 보수 작업을 하게 되는 시트 파일(100) 또는 다른 수중 구조물의 횡단면 형상과 대응하도록 설계된다. 케이슨(200)의 측벽체가 접하는 시트 파일(100)의 면은 평면이 되나, 바닥체(206)는 시트 파일(100)의 굴곡된 면과 접하게 되므로 케이슨(200)의 완벽한 차수를 위해서는 바닥체(206)가 시트 파일(100)과 접하는 면은 시트 파일(100)의 굴곡면과 대응 또는 일치하도록 구성되어야 한다. 또한, 바닥체(206)의 돌출부(222)에는 측벽체(202)와 마찬가지로 완벽한 차수를 위하여 측벽체(202)에 부착된 것과 같은 차수 패킹(220)이 도 4b에 도시된 바와 같이 고정용 볼트 및 너트(302)에 의해 부착되고 차수 패킹(220)의 내부에는 튜브(230)가 구비된다.
바닥체(206)의 돌출부(222)에 부착된 차수 패킹(220)은 측벽체(202)의 차수 패킹(220)과 일체로 구성되거나 별개로 구성될 수 있다.
도 5는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 튜브 가압 장치(250)의 상세한 구성을 도시한 블록도이다.
전술한 바와 같이, 본 고안에 따른 케이슨(200)의 개방된 측벽체(202)와 바닥체(206)의 돌출부(222)에는 차수 패킹(220)이 부착되고, 차수 패킹(220)의 골(306)에 보다 완벽한 차수를 위한 튜브(230)가 구비된다. 튜브(230)의 내부에는 튜브 가압 물질(240)이 채워져 있고, 튜브(220)는 튜브 가압 장치(250)에 의해 가압된 튜브 가압 물질(240)에 의해 팽창하여 차수 패킹(220)이 차수하지 못하는 세밀한 부분까지도 차수할 수 있다.
튜브 가압 물질(240)은 공기, 유동성 액체 또는 겔을 이용할 수 있으며, 케이슨(200)을 시트 파일(100)에 고정시키는 과정 중에 튜브(230)가 수면으로 상승하는 것을 방지하고 수중에서의 안정성을 갖도록 하기 위해 튜브 가압 물질(240)의 비중은 1.2 내지 1.28 정도의 겔을 사용하는 것이 좋으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.
튜브 가압 장치(250)는 튜브 가압 물질(240)을 저장하는 저장 탱크(502)와 튜브 가압 물질(240)을 가압하는 가압 펌프(506) 및 튜브 가압 물질(240)이 가압된 이후 가압 펌프(506)의 작동을 멈춘 이후에 튜브 내부의 압력을 유지시켜 주는 순환 펌프(518)로 구성되며, 튜브 가압 물질(240)의 압력을 나타내는 압력계(510, 516)와 각종 차단 밸브(504, 508, 512, 514) 및 튜브(230) 내의 공기를 배출하기 위한 배기 밸브(520)가 포함되고 튜브(230) 내부의 압력을 자동으로 감지하여 순환 펌프(518)의 동작을 제어하는 튜브 압력 자동 감지기(522)가 포함될 수 있다.
케이슨(200)에 차수 패킹(220)과 튜브(230)를 설치 후 후술하는 바와 같이 시트 파일(100)에 케이슨(200)을 위치시키고 케이슨(200) 내부의 물을 배출하여 차수하는 과정에 있어서 튜브 가압 장치(250)의 작동을 설명한다.
튜브 가압 물질(240)을 충분히 저장탱크(502)에 채우고 배기 밸브(522)를 연(Open) 후 가압 펌프(506)를 작동한다. 배기 밸브(522)는 튜브(230) 내부의 공기를 배출하기 위한 것으로, 배기가 완전히 되어 튜브 가압 물질(240)이 외부로 흐르면 배기밸브(522)를 닫고(Close) 계속하여 튜브 가압 펌프(506)를 작동하여 튜브(230)를 가압한다.
튜브(230)의 압력은 수압보다 높아야 차수 기능을 발휘할 수 있다. 따라서, 튜브(230) 내부의 압력을 지시하는 튜브 압력계(510)의 기준 압력은 케이슨(200)의 최고 수심에서의 압력보다 높게 설정하여야 한다. 바람직하게는 압력계(510)의 기준 압력을 최고 수심에서의 수압보다 최소 20% 이상 높게 설정하고, 기준 압력에 도달하면 튜브 가압 펌프(506)를 정지하고 가압 펌프측 밸브(508)을 잠근다.
압력계(510)의 기준 압력을 순환 펌프 압력계(516)의 기준 압력으로 하여 순환 펌프 압력계(516)의 압력이 기준 압력보다 낮아지면 순환 펌프(518)을 작동하여 튜브(230) 내의 압력을 기준 압력보다 높게 유지하도록 한다. 이 경우, 튜브 압력 자동 감지기(522)를 이용하여 튜브(230) 내의 압력이 기준 압력보다 낮아지면 자동으로 순환 펌프(518)를 작동하도록 할 수 있다.
도 6a는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 차수 원리를 설명함에 있어 케이슨(200)이 물에 잠긴 상태를 도시한 도면이고, 도 6b는 케이슨(200)이 물에 잠긴경우에 있어 케이슨(200)의 면벽체(204)의 양 면에 미치는 수압의 분포를 도시한 도면이며, 도 6c는 케이슨(200)에 미치는 수압에 의해 차수 패킹(220) 및 튜브(230)가 변형된 상태를 도시한 도면이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c를 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 케이슨(200)의 차수 원리를 설명한다.
본 고안에 의한 차수 장치를 구비한 케이슨(200)을 시트 파일(100)에 접촉시키고 케이슨(200) 내부의 물을 배수 펌프(214)로 배수하여 케이슨(200) 내부의 수위가 케이슨(200) 외부의 수위보다 낮아지면 케이슨(200) 외부에서 케이슨(200) 내부, 즉 시트 파일(100) 방향으로 힘이 작용한다. 이때의 힘은 케이슨(200) 외부에만 물이 있는 위치까지의 수압이 케이슨의 면벽체(204)에 작용하는 힘과, 케이슨(200) 외부 및 내부에 모두 물이 있는 부분에서 수압차이로 인해 케이슨(200)의 면벽체(204)에 작용하는 힘의 합이다. 이 경우, 케이슨(200) 측면에서 측벽체(202)에 작용하는 힘은 서로 상쇄되어 케이슨(200)에 미치는 영향은 없다.
케이슨(200) 외부에만 물이 있는 위치까지의 수압이 케이슨(200)의 면벽체(204)에 작용하는 힘은 수학식 1에 의해 결정된다.
여기서,
F1= 케이슨(200) 외부에만 물이 있는 부분의 수압이 케이슨의 면벽체(204)에 작용하는 힘 [N/m],
h1= 케이슨(200) 외부에만 물이 있는 높이 [m],
ρ = 물의 밀도 [kg/m3],
g = 중력가속도 [m/s2],
A1= 케이슨(200) 외부에만 물이 있는 부분의 면적 [m2],
l = 케이슨(200) 면벽체(204)의 폭 [m]
이다.
또한, 케이슨(200) 내부와 외부 모두가 물에 잠겨 있는 부분에서, 같은 위치의 케이슨(200) 외부와 내부의 압력차는 수학식 1에서의 케이슨(200) 외부에만 물이 있는 높이(h1)에 따른 압력차만큼 나고, 이 압력차는 어느 위치에서나 동일하다. 따라서, 케이슨(200) 내부와 외부 모두가 물에 잠겨 있는 부분에서 면벽체가 받는 힘은 수학식 2에 의해 결정된다.
여기서,
F2 = 케이슨(200) 내부와 외부 모두 수압이 작용할 때 케이슨의 면벽체(204)에 작용하는 힘 [N/m],
h2= 케이슨(200) 외부와 내부 모두에 물이 있는 높이 [m],
A2= 케이슨(200) 외부와 내부 모두에 물이 있는 부분의 면적 [m2]
이다.
따라서, 케이슨(200)의 면벽체(204)에 작용하는 총 합력은 수학식 3에 의해 결정된다.
여기서,
F = 케이슨(200)의 면벽체(204)에 작용하는 총 합력 [N/m],
h = 케이슨(200)의 면벽체(204)의 외부가 물에 잠긴 깊이 [m]
이다.
수학식 3에서 살펴 보면, 케이슨(200) 내부의 물이 적어지면 적어질수록, 즉, 케이슨(200) 외부에만 물이 있는 높이(h1)가 커질수록 케이슨(200)의 면벽체(204)에 가해지는 외부의 힘은 더욱 커짐을 알 수 있다. 즉, 케이슨(200) 내부의 물이 전부 배수되면 케이슨(200) 외부에만 물이 있는 높이(h1)는 케이슨(200)의 외부가 물에 잠긴 깊이(h)와 같게 되어 면벽체(204)에 작용하는 힘은 수학식 4와 같게 된다.
차수 패킹(220)은 측벽체(202)와 바닥체(206)의 돌출부(222)에 부착되어 있는데, 측벽체(202)에 부착된 차수 패킹(220)이 시트 파일(100)과 접촉하는 면적은 수학식 5로, 바닥체(206)에 부착된 차수 패킹(220)이 시트 파일(100)과 접촉하는 면적은 수학식 6으로 나타낼 수 있다.
여기서,
Sv= 측벽체(202)에 부착된 차수 패킹(220)의 접촉 면적 [m2],
a1= 차수 패킹(220)의 바깥 쪽 부분과 시트 파일(100)과의 접촉면적 [m2],
a2= 차수 패킹(220)의 안쪽 부분과 시트 파일(100)과의 접촉면적 [m2],
H = 측벽체(202)의 높이 [m]
이다.
여기서,
Sh= 바닥체(202)에 부착된 차수 패킹(220)의 접촉 면적 [m2],
l = 케이슨(200) 면벽체(204)의 폭 [m]
이다.
수학식 5에서 2.5의 계수를 곱한 것은 시트 파일의 형상에 따라서 차이가 있으나 일반적으로 케이슨(200)의 바닥체(206)의 굴곡 부위와 시트 파일(100)이 접촉하는 길이는 케이슨(200) 면벽체(204)의 폭의 2.5배 이하이기 때문이다.
따라서, 케이슨(200)의 차수 패킹(220)과 시트 파일(100)이 접촉하는 총 면적은 수학식 7로 나타낼 수 있다.
여기서,
St= 케이슨(200)의 차수 패킹(220)이 시트 파일(100)과 접촉하는 총 면적 [m2]
이다.
차수 패킹(220)이 받는 압력은 상기 수학식 3과 수학식 7로부터 다음의 수학식 8로 나타낼 수 있으며, 결국 케이슨(200)의 면벽체(204)가 받는 수압이 차수 패킹(220)에 미치는 압력이 차수 패킹(220) 외부의 수압보다 높게 되므로 외부의 물이 케이슨(200) 내부로 통과할 수 없게 된다. 이는 케이슨(200)의 면벽체(204)와차수 패킹(220)의 면적비로 살펴 보아도 명백하다.
여기서,
Pp= 차수 패킹(220)에 미치는 평균 압력 [N/m2]이다.
본 고안의 바람직한 실시예에 따른 케이슨(200)을 이용하여 시트 파일(100)의 방식 작업을 하기 위한 방법을 설명한다.
도 7은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 케이슨(200)을 크레인(702)을 이용하여 시트 파일(100)에 위치시키는 것을 예시한 도면이며, 도 8은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 케이슨(200)을 시트 파일(100)에 부착시킨 것을 예시한 도면이다.
본 고안 상의 케이슨(200)을 보수 작업이 요구되는 시트 파일(100)로 이동시킨 후, 도 7에 예시된 바와 같이 케이슨(200)의 고정 걸이(212)를 크레인(702)에 거치하여 수면 밑으로 하강시켜 원하는 위치에 이르면 시트 파일(100) 쪽으로 이동시키면서 정확한 위치에 케이슨(200)을 고정시킨다.
고정이 완료되면 배수 펌프(214)를 작동시켜 서서히 케이슨(200) 내부의 물을 밖으로 배출시키면서 동시에 튜브 가압 장치(250)를 가동하여 튜브(230)의 압력을 증가시킨다.
전술한 바와 같이 배수 펌프(214)를 작동시켜 케이슨(200) 내부의 수위가 케이슨(200) 외부의 수위보다 낮아지면 외부의 수압으로 인해 케이슨(200)은 시트 파일(100) 방향으로 힘을 받게 되고, 케이슨(200)은 차수 패킹(220)과 튜브(230)의 차수 작용으로 케이슨(200) 외부의 물을 차수한다.
배수 펌프(214)로 케이슨(200) 내부의 물을 모두 배출하고 나면 케이슨(200) 내부는 작업자가 들어가 작업할 수 있는 환경이 마련된다.
작업 중 튜브(230)의 압력이 낮아지면 차수 기능이 저하되므로 전술한 바와 같이 순환 펌프(518)를 작동하여 튜브 가압 물질(240)을 가압함으로써 튜브(230)의 압력을 기준 압력 이상으로 유지하도록 한다.
본 고안의 바람직한 실시예에 의하면 본 고안의 수중 작업용 케이슨(200)을 시트 파일(100)의 보수 작업용으로 한정하였으나, 본 고안의 수중 작업용 케이슨(200)은 시트 파일(100)의 보수 작업에 한정되지 않고 해상 구조물 중 수면 이하에 존치한 부분의 절단, 교체, 용접, 산화 피막 제거, 도장 및 콘크리트 구조물의 쇠굴 보강 등의 다양한 수중 작업에 사용될 수 있다.
이상의 설명은 본 고안의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 고안의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 고안에 개시된 실시예들은 본 고안의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 고안의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 고안의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 고안의 권리범위에포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 의하면, 시트 파일(100)의 요철면과 같이 일정하지 않은 수중 구조물의 외벽을 효과적으로 차수하여 완전히 건조한 상태의 작업 공간의 확보가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 종래 수중 구조물의 보수를 위해 케이슨을 설치할 경우 케이슨을 고정하여야 하고 설치에 많은 시간과 노력이 소요되었음에 비해 본 고안을 이용하면, 설치 및 이동이 용이하여 수중 구조물의 보수 시간의 단축과 함께 보수 공사의 효율성을 도모할 수 있다.

Claims (13)

  1. 수중 구조물 보수 작업용 케이슨의 차수 장치에 있어서,
    상기 수중 구조물과 접촉되는 상기 케이슨(200)의 개방면을 따라 고정, 배치되며 하나 이상의 산(304)과 하나 이상의 골(306)을 가진 차수 패킹(220); 및
    상기 차수 패킹(220)의 상기 골(306)에 삽입되어 상기 케이슨(200)의 차수 기능을 향상시키는 튜브(230)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차수 장치.
  2. 수중 구조물 보수 작업용 케이슨의 차수 장치에 있어서,
    상기 수중 구조물과 접촉되는 상기 케이슨(200)의 개방면을 따라 고정, 배치되며 하나 이상의 산(304)과 하나 이상의 골(306)을 가진 차수 패킹(220);
    상기 차수 패킹(220)의 상기 골(306)에 삽입되어 상기 케이슨(200)의 차수 기능을 향상시키는 튜브(230);
    상기 튜브(230) 내에 삽입되어 상기 튜브(230)의 압력을 유지시켜 주는 튜브 가압 물질(240); 및
    상기 튜브 가압 물질(240)을 가압하여 상기 튜브(230)의 압력을 유지시켜 주는 튜브 가압 장치(250)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차수 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차수 패킹(220)은 경질 고무 재질로 된 것을 특징으로 하는 차수 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차수 패킹(220)은 2개의 산(304)과 1개의 골(306)을 가진 것을 특징으로 하는 차수 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 튜브(230)는 천연 또는 합성 고무 재질로 된 것을 특징으로 하는 차수 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 튜브 가압 장치(250)는,
    상기 튜브 가압 물질(240)을 저장하는 저장 탱크(502);
    상기 튜브 가압 물질(240)을 가압하는 가압 펌프(506);
    상기 튜브 가압 물질(240)이 가압된 이후 상기 가압 펌프(506)의 작동을 멈춘 이후에 상기 튜브(230) 내부의 압력을 유지시켜 주는 순환 펌프(518); 및
    상기 튜브(230) 내의 공기를 배출하기 위한 배기 밸브(520)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차수 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 튜브 가압 물질(240)은 비중 1.2 내지 1.28의 겔(Gel)로 하는 것을 특징으로 하는 차수 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 튜브 가압 장치(250)는 상기 튜브(230) 내부의 압력을 자동으로 감지하여 상기 순환 펌프(518)의 동작을 제어하는 튜브 압력 자동 감지기(522)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차수 장치.
  9. 수중 구조물 보수 작업용 케이슨에 있어서,
    상기 제 1 항, 제 2 항 또는 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 차수 장치; 및
    상기 차수 장치가 돌출부(222)에 부착되고 상기 케이슨(200)의 측면을 구성하는 2개의 측벽체(202) 및 상기 차수 장치가 상기 돌출부(222)에 부착되고 상기 케이슨(200)의 바닥면을 구성하는 1개의 바닥체(206)와 상기 측벽체(202)와 상기 바닥체(206)에 접하는 1개의 면벽체(204)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 보수 작업용 케이슨.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 측벽체(202) 또는 상기 면벽체(204) 중 하나 이상의 면에 부착된 하나이상의 고정 걸이(212)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 보수 작업용 케이슨.
  11. 제 9 항에 있어서,
    케이슨(200) 내부의 물을 외부로 배출하는 배수 펌프(214)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 구조물 보수 작업용 케이슨.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 바닥체(206)의 개방면은 상기 개방면이 접촉하는 상기 수중 구조물의 횡단면 형상과 일치하는 형상으로 된 것을 특징으로 하는 수중 구조물 보수 작업용 케이슨.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 바닥체(206)의 개방면은 시트 파일(100)의 횡단면 형상인 굴곡 또는 요철 형상인 것을 특징으로 하는 수중 구조물 보수 작업용 케이슨.
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