KR200368544Y1 - 지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치에 관한 것으로서, 지하구조물 구축을 위한 지중 수평관 시공을 위하여 추진기, 조립기 및 이동식 고정기로 이루어지고 수평관 내부에서 추진기와 이동식 고정기가 단계별로 이동 전진하면서 수평관(수평강관 또는 추진강관)을 지중에 압입 굴진해 나가는 방식으로 시공할 수 있게 구성됨으로써, 후방의 추진기지에서 반력벽을 이용하여 유압잭으로 강관을 한꺼번에 밀어 압입하였던 종래 고정 추진 방식에 비해 상대적으로 작은 추진력으로도 수평관 압입 시공이 가능할 뿐 아니라 보다 빠르면서 안전한 시공이 가능하고, 추진 길이 및 굴진방향 전환의 제약, 추진 작업구가 넓어야 하는 문제점들을 해결할 수 있으며, 작은 규모의 반력벽으로도 작업이 가능한 동시에 여굴량이 거의 없어 주변 지반의 침하 문제를 해결할 수 있는 지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치에 관한 것이다.

Description

지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치{Horizontal pressed pipe install apparatus for underground structures construction}

본 고안은 지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추진기, 조립기 및 이동식 고정기로 구성되어 수평관 내부에서 추진기와 이동식 고정기가 단계별로 이동 전진하면서 수평관을 압입하는 수평관 압입장치에 관한 것이다.

일반적으로 상/하수도관, 가스관, 통신선로, 전기관로, 지하주차장, 지하상가, 지하철 터널, 공동구 등 지하구조물의 구축을 위한 각종 관체를 지하에 매설할 때에는 그 관체의 매설깊이에 따라 지반을 굴착하는 방법으로 매설하고 있는데, 이와 같이 관체를 차량이나 기차가 통행하는 도로, 철도 등의 지하에 매설하기 위해 지반을 굴착하게 될 경우 교통에 많은 지장을 주게 된다.

또한, 굴착된 흙은 일단 공사현장에 쌓아놓아야 하기 때문에 그 쌓아놓은 흙이 도로를 점거하게 되어 차량 통행을 방해하게 될 뿐만 아니라 굴착된 흙이 공사현장 주변에 사방으로 흩어지게 되고, 또 굴토된 흙에 물기가 있을 경우에는 진흙탕물이 도로로 흘러서 공사현장 주변을 더욱 오염시키게 되는 문제점이 있으며, 철도의 경우에 있어서는 공사기간 동안 기차의 통행이 불가능하게 된다는 문제점이 있게 된다.

그리고, 지반을 굴착하여 관체를 매설한 다음 굴착된 지반을 굴토된 흙으로 되메우기를 한 후 다져주는 작업을 시행하더라도 그 되메워진 흙이 굴착하기 전 지반상태로 단단하게 다져줄 수 없기 때문에 지반굴착공법으로 관체를 매설한 지점의 지반은 시간이 지남에 따라 다져지면서 침하되는 현상이 나타나 통행하는 차량에 불편을 주게 되는 등 여러 가지 문제점을 야기시키게 된다.

또한, 상기와 같은 지반굴착식 공법은 인력과 시간이 많이 소요되어 공사기간이 길게 될 뿐 아니라 공사비가 많이 들게 되는 비경제적인 문제점이 있다.

따라서, 지반굴착식 공법의 문제점을 해결하기 위한 방안으로서, 강관을 수평식으로 타입시키는 방법과, 유압으로 밀어 넣는 방법이 제안된 바 있다.

여기서, 전자의 강관 타입식은 강관을 해머 등으로 타격하여 압입시키는 방법으로서, 이는 점결력이 약한 점토질 등 연약지반에 비교적 소직경의 강관을 타입시키는데 적용된 바 있으나, 해머의 타격방향에 따라 강관의 타입방향이 바뀌게 될 뿐 아니라 타입되는 강관이 지반의 저항(반력)이 약한 쪽으로 쏠리게 되는 현상으로 인하여 강관이 매설하고자 하는 타입방향을 향해 똑바르게 타입되지 않고 삐뚤어진 방향으로 타입되는 등 오차가 크게 나타나는 문제점을 가지고 있었다.

결국, 이러한 문제점으로 인하여 실제 강관을 매설하는 공사현장에서는 강관타입식 공법을 회피하고 있는 실정이며, 또한 직경이 크면 클수록 해머의 크기 및 중량도 그에 따라 커야 하기 때문에 초대형의 해머타격장비를 구비해야 한다는 것도 회피하는 이유 중의 하나로 지적되고 있다.

한편, 종래의 강관 압입식 공법은 강관을 유압잭을 이용하여 밀어서 압입시키는 방법으로서, 이 강관 압입식 공법에 여러 예가 있으나, 강관을 이용하여 지하에 거대한 구조물을 구축하는 NTR 공법(New Tubular Roof Method)을 예로 하여 강관을 압입 시공하는 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

상기 NTR 공법은 지하구조물을 구축하는 발진부에서 강관을 압입하고 내부를 굴착한 후 시설물을 설치하는 공법으로, 강관을 압입 시공하기 위해서는 먼저 지질조사, 지하 지장물 조사 및 시공준비를 마친 후 적정의 위치에 작업구(전진기지, 추진기지) 및 도달구를 설치하고, 상기 작업구 내에 지하구조물의 크기 및 방향에 따라 구조 계산된 반력벽을 소정의 위치에 설치한 다음, 강관 받침대와 추진 유압 시스템을 설치한다.

이후 정확하게 위치측량을 실시한 후, 수평강관을 설치하기 위해 선도관에 압입방향 조정장치를 부착 설치하여 선도관을 추진 유압 시스템에 연결함으로써 수평강관 압입ㆍ굴착을 위한 준비작업을 완료한다.

이어서 강관을 추진 압입 위치에 정확하게 설치한 후, 유압잭 및 추진보조관을 이용하여 단계적으로 압입하고, 추진관 내부의 토사는 굴착하여 레일 또는 운반차량을 이용해 갱외로 운반한다.

이때, 추진관 진행방향의 정도관리를 위해 매 관마다 레이저 측량기로 검측하고. 선도관에 부착된 압입방향 조정장치로 오차를 수정해 나가는 공정을 반복한다.

그리고, 선도관 뒤로 압입된 선강관과 후강관의 연결부는 서로 용접하여 연결하며, 이와 같이 강관의 압입 시공이 모두 완료된 후에는 갱외 그라우팅을 실시한다.

그러나, 이와 같이 이루어지는 지하구조물 구축을 위한 종래의 수평강관 시공과정에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래의 공법들은 추진기지에서 반력벽을 이용하여 500~1000톤의 유압잭으로 강관을 압입 굴진하되, 선도관이 진행할 때마다 후방에서 단계적으로 강관을 추가하고, 이후 계속 추가되어 결국 직선형태로 연결된 여러 개의 강관들을 후방의 추진기지에서 유압잭이 한꺼번에 밀어 압입 추진하는 공법이다.

따라서, 하나의 유압잭이 직선 연결된 여러 개의 강관들을 한꺼번에 밀어 추진시켜야 하므로 큰 추진력을 제공할 수 있는 대형의 유압잭이 필요하며, 또한 압입 추진 중 강관의 마찰에 의한 추진 반력이 크게 작용하므로 추진 길이에 제약(최대 60m)을 받는 문제점이 있다.

그리고, 굴진방향 전환이 용이하지 않으며, 추진 작업구가 넓어야 하는 단점도 있다.

또한, 굴진 속도가 매우 느릴 뿐만 아니라 강관 용접시간이 오래 걸려 공기가 길어질 수 밖에 없으며, 반력벽이 추진 반력에 맞게 구축되어야 하므로 대형화됨은 물론 반력벽 후방에 지반 개량 및 지지 말뚝의 보강이 필요하다.

아울러, 장변 추진압으로 인한 강관 연결부의 용접 파손과 이탈이 발생할 수 있으며, 지하 토질의 변화에 따라 자갈층, 호박돌층, 연약지반에서 여굴량이 많이 일어나므로 지상 표토층의 침하가 심하게 발생하는 문제가 있다(주변 지반의 변형 침하 발생).

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안한 것으로서, 지하구조물 구축을 위한 지중 수평관 시공을 위하여 추진기, 조립기 및 이동식 고정기로 이루어지고 수평관 내부에서 추진기와 이동식 고정기가 단계별로 이동 전진하면서 수평관(수평강관 또는 추진강관)을 지중에 압입 굴진해 나가는 방식으로 시공할 수 있게 구성됨으로써, 후방의 추진기지에서 반력벽을 이용하여 유압잭으로 강관을 한꺼번에 밀어 압입하였던 종래 고정 추진 방식에 비해 상대적으로 작은 추진력으로도 수평관 압입 시공이 가능할 뿐 아니라 보다 빠르면서 안전한 시공이 가능하고, 추진 길이 및 굴진방향 전환의 제약, 추진 작업구가 넓어야 하는 문제점들을 해결할 수 있으며, 작은 규모의 반력벽으로도 작업이 가능한 동시에 여굴량이 거의 없어 주변 지반의 침하 문제를 해결할 수 있는 지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a와 도 1b는 본 고안에 따른 수평관 압입장치를 도시한 측면도,

도 2a~도 2e는 도 1a의 각 부에서 취한 단면도,

도 3a~도 3i는 본 고안의 수평관 압입장치를 이용한 수평관 시공방법의 제1실시예를 나타내는 작업상태도,

도 4a~도 4d는 본 고안의 수평관 압입장치를 이용한 수평관 시공방법의 제2실시예를 나타내는 작업상태도,

도 5는 본 고안의 수평관 압입장치를 이용한 세그먼트 조립형 강관의 조립상태도,

도 6은 본 고안의 수평관 압입장치를 이용한 수평관 시공방법의 제3실시예를 나타내는 작업상태도,

도 7은 본 고안의 수평관 압입장치를 이용한 PC관의 조립사시도,

도 8은 그라우팅 시공의 작업상태도,

도 9는 그라우팅 시공을 한 후 주입용 슬리브의 입구에 볼트를 체결한 상태도,

도 10a~도 10c는 수평관의 시공 및 배치상태에 따라 이루어지는 그라우팅 시공의 여러 예를 보여주는 시공상태도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 수평관 압입장치 110 : 추진기

120 : 조립기 130 : 이동식 고정기

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안에 따른 지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치는,

본체 하우징 내부에 하우징 외측으로 돌출 작동하는 복수개의 클램핑 유압잭과, 하기 이동식 고정기의 본체 하우징에 전/후진작동하는 피스톤에 의해 연결된 복수개의 유압실린더가 장착되어 있고, 상기 각 클램핑 유압잭의 클램핑 패드가 본체 하우징 외측의 수평관 내주면을 동시에 압착함으로써 수평관에 일체 고정될 수 있게 된 추진기와;

본체 하우징이 상기 추진기 본체 하우징과 전방으로 일체화되어 있고, 본체 하우징 내부에 하우징 외측으로 강관 세그먼트 또는 PC 세그먼트를 관으로 조립하기 위한 복수개의 조립용 잭이 장착된 조립기와;

본체 하우징 내부에 하우징 외측으로 돌출 작동하는 복수개의 클램핑 유압잭이 장착되어 각 클램핑 유압잭의 클램핑 패드가 본체 하우징 외측의 수평관 내주면을 동시에 압착함으로써 수평관에 일체 고정될 수 있게 되어 있고, 상기 조립기 전방에 분리 구성되어 후방의 상기 추진기로부터 연결된 유압실린더의 피스톤 작동으로 전방 추진하도록 된 이동식 고정기;

를 포함으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치에 관한 것으로서, 추진기, 조립기 및 이동식 고정기로 구성되고 수평관 내부에서 추진기와 이동식 고정기가 단계별로 이동 전진하면서 수평관을 압입하는 수평관 압입장치에 관한 것이다.

본 고안의 수평관 압입장치는 후방의 추진기지에서 반력벽을 이용하여 유압잭으로 강관을 한꺼번에 밀어 넣는 방식으로 강관을 압입 추진하던 종래의 고정 추진 방식에서 오는 여러 문제점을 해결하기 위하여 개시되는 것으로서, 특히 앞서 설치된 수평관 내부에 추진기가 고정된 상태에서 이 추진기로부터 이동식 고정기가 이동 전진하면서 이동식 고정기에 고정된 또 다른 수평관을 전방으로 추진시켜서 압입 굴진할 수 있게 구성된 것이다.

먼저, 이러한 본 고안의 수평관 압입장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상술하기로 한다.

첨부한 도 1a와 도 1b는 본 고안에 따른 수평관 압입장치를 도시한 측면도이고, 도 2a~도 2e는 도 1a의 각 부에서 취한 단면도이다.

도 1b는 전방의 이동식 고정기(130)와 후방의 추진기(110) 사이를 연결하고 있는 유압실린더(113)의 피스톤(113a) 전진작동으로 이동식 고정기(13)가 추진기(110)에 대하여 전진(추진)된 상태를 나타낸다.

도시한 바와 같이, 본 고안의 수평관 압입장치(100)는 추진기(110), 조립기(120) 및 이동식 고정기(130)의 세 부분으로 구성되어 있으며, 후방에는 추진기(110)가 위치되고, 전방에는 이동식 고정기(130)가 위치되며, 추진기(110)와 이동식 고정기(130) 사이에는 조립기(120)가 위치되어 있다.

이러한 본 고안의 수평관 압입장치(100)는 수평관(1,2) 내부에서 이동 전진하면서 모든 작업을 수행하도록 되어 있는 바, 추진기(110)와 이동식 고정기(130)가 단계별로 이동 전진하면서 압입하도록 구성되어 있으며, 보다 상세하게는 추진기(110)가 시공된 수평관(후술하는 수평강관 또는 세그먼트 조립형 강관 또는 PC관)(2) 내부에 고정된 상태에서 추진기(110)로부터 이동식 고정기(130)가 이동 전진하면서 이동식 고정기(130)에 고정된 수평강관 또는 추진강관(1)을 전방으로 추진시켜 압입 굴진할 수 있게 구성되어 있다.

상기한 구성 중에서, 먼저 추진기(110)를 설명하면, 이는 원통형 구조로 된 본체 하우징(111) 내부에, 본체 하우징(111) 외측으로 일부가 돌출 작동하여 외측으로 돌출된 클램핑 패드(112a,115a)가 본체 하우징(111) 외측 수평관(2)의 내주면을 압착함으로써 수평관(2)을 물어주게 되는 복수개의 클램핑 유압잭(112,115)과, 이동식 고정기(130)의 본체 하우징(131)과 전/후진작동하는 피스톤(113a)에 의해 연결되어 있는 복수개의 유압실린더(113)가 장착된 구조로 되어 있다.

즉, 상기 추진기(110)는 후술하는 바와 같이 복수개의 클램핑 유압잭(112,115)을 이용하여 본체 하우징(111) 외측의 시공된 수평관(2) 내부, 즉 먼저 압입된 수평강관 또는 세그먼트(segment) 조립형 강관 또는 PC(Precast Concrete)관의 내부에 위치 고정될 수 있도록 구성되는 바, 이때 각 클램핑 유압잭(112,115)의 클램핑 패드(112a,115a)가 수평관(2) 내주면을 압착하여 물어줌으로써 추진기(110) 전체가 수평관(2) 내부에서 위치 고정되도록 되어 있다.

도 2a는 추진기(110)의 후부를 나타내는 도면으로, 본체 하우징(111) 후부 내부에 3방향으로 클램핑 유압잭(112)이 장착되어 있으며, 각 클램핑 유압잭(112)은 본체 하우징(111)의 반경방향으로 전/후진작동하도록 되어 있는 바, 전진작동하여 잭 선단부가 본체 하우징(111) 외측으로 돌출되면서 잭 선단부에 부착 설치된클램핑 패드(112a)가 수평관(2) 내주면을 압착하게 되어 있다.

상기 각 클램핑 유압잭(112)의 클램핑 패드(112b)는 본체 하우징(111)의 대응위치에 형성된 해당 출입구(111a)를 통해 본체 하우징(111) 외부로 돌출 작동하도록 되어 있다.

그리고, 상기 추진기(110)의 중간부에서는 도 2b에 나타낸 바와 같이 본체 하우징(111) 하단부에 이동수단인 휠(114)이 장착되어 있는 바, 이 휠(114)을 이용하여 장치(100) 전체가 수평관(1,2) 내부에서 전후 이동이 가능하게 되어 있다.

또한, 상기 추진기(110)의 중간부에는 본체 하우징(111) 내부에 유압실린더(113)가 장착되어 있으며, 유압실린더(113)의 피스톤(113a)은 그 선단부가 전방의 이동식 고정기(130)에 연결 고정되어 있는 바, 이 유압실린더(113)의 피스톤(113a)이 장치(100)의 길이방향으로 전/후진작동을 함에 따라 이동식 고정기(130)가 추진기(110)로부터 전진(전방 추진) 또는 후진하도록 되어 있다.

도 2b를 참조하면 본체 하우징(111) 내 상부 및 좌우 양 측부에 유압실린더(113)가 장착되어서 총 3개의 유압실린더(113)가 장착되고 있음을 볼 수 있으나, 설치되는 유압실린더의 수나 위치는 변경이 가능하다.

그리고, 도 2c는 추진기의 전부를 나타내는 도면으로, 본체 하우징(111) 내부에 4방향으로 클램핑 유압잭(115)이 장착되어 있으며, 이들 또한 본체 하우징(111)의 반경방향으로 전/후진작동하는 바, 전진작동하여 잭 선단부가 본체 하우징(111)의 출입구(111b)를 통해 외측으로 돌출되면서 잭 선단부에 부착 설치된 클램핑 패드(115a)가 수평관(2) 내주면을 압착하게 되어 있다.

도 2a와 도 2c를 참조하면, 추진기(110)의 본체 하우징(111) 후부에는 대략 120°간격으로 상부 및 좌우 양 측부에 클램핑 유압잭(112)이 장착되어 총 3개의 클램핑 유압잭(112)이 장착되어 있고, 추진기(110)의 본체 하우징(111) 전부에는 상하좌우 4방향으로 클램핑 유압잭(115)이 장착되어서 총 4개의 클램핑 유압잭(115)이 장착되어 있음을 볼 수 있다.

이와 같이 추진기(110) 전부 및 후부에 설치되는 클램핑 유압잭(112,115)의 갯수와 설치위치 등은 목적하는 바의 역할을 수행할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경이 가능하며, 도 2a와 도 2c는 추진기 내 클램핑 유압잭의 바람직한 설치예를 나타낸 것일 뿐, 이에 의해 본 고안이 한정되는 것은 아니다.

물론, 각 클램핑 유압잭(112)들은 동시에 작동하여 수평관(2) 내주면을 각 방향에서 강하게 밀게 되면서 수평관(2)을 물어주는 형태가 되며, 이 상태에서 추진기(110) 전체가 수평관(2) 내부에 위치 고정되게 된다.

또한, 위와 같이 하측의 클램핑 유압잭(112,115)들이 수평관(2) 내부를 밀게 되면서 추진기(110) 전체가 수평관(2) 내부에서 상측으로 약간 들어올려지게 되고, 완전히 위치 고정된 상태에서는 추진기(110) 하측의 휠(114)이 수평관(2) 내주면에서 완전히 들린 상태가 된다.

한편, 도 2d는 조립기를 나타내는 도면으로, 이 조립기(120)는 후술하는 시공방법에서 실시예 2와 실시예 3의 방법 적용시에 이용되는 것이다.

상기 조립기(120)는 추진기(110) 전방으로 일체화되어 구성되는 바, 원통형으로 구비된 조립기 본체 하우징(121)이 후방의 추진기 본체 하우징(111)에 일체로연결된 구조로 되어 있고, 내부에는 후술하는 강관 세그먼트 또는 PC(Precast Concrete) 세그먼트를 하우징 외측으로 관의 형태로 조립하는데 이용되는 복수개의 조립용 잭(122)들이 장착된다.

상기 조립기(120)의 본체 하우징(121)에는 원주를 따라 복수개의 출입구(121a)가 개방 형성되어 있는 바, 이 출입구(121a)를 통해 본체 하우징(121) 외측으로 조립용 잭(122)을 작동시켜 강관 세그먼트 또는 PC 세그먼트를 추진강관 내에서 관의 형태로 조립하게 된다.

그리고, 도 2e는 이동식 고정기를 나타내는 도면으로, 이 이동식 고정기(130)는 추진기(110) 및 조립기(120)와는 분리된 구조로 되어 있는 바, 유압실린더(113) 및 피스톤(113a)을 통해 후방의 추진기(110)와 연결되어 있고, 그 본체 하우징(131)의 내부에는 복수개의 클램핑 유압잭(132)이 장착되어 있다.

상기 이동식 고정기(130)의 클램핑 유압잭(132)은 추진기(110) 내 클램핑 유압잭(112,115)의 구성과 동일한 구성으로 되어 있으며, 이동식 고정기(130) 내에서의 역할 및 그 작동상태 또한 추진기 내 클램핑 유압잭과 대동소이하다.

즉, 이동식 고정기(130)의 클램핑 유압잭(132) 또한 본체 하우징(131)의 반경방향으로 전/후진작동하는 바, 전진작동하여 잭 선단부가 본체 하우징(131)의 출입구(131a)를 통해 외측으로 돌출되면서 잭 선단부에 부착 설치된 클램핑 패드(132a)가 수평강관 또는 추진강관(1) 내주면을 압착하게 되어 있다.

단, 상기 추진기(110)의 클램핑 유압잭(112,115)은 추진기(110) 전체를 시공된 수평관(2) 내부, 즉 시공된 후방의 수평강관 또는 세그먼트 조립형 강관 또는PC관에 고정하는 역할을 하나, 상기 이동식 고정기(130)의 클램핑 유압잭(132)은 이후 상세히 설명되는 바와 같이 지중 압입 굴진되는 또 다른 수평강관 또는 추진강관(1) 내부에 이동식 고정기(130)를 고정하는 역할을 하게 된다.

도 2e를 참조하면, 이동식 고정기(130)의 본체 하우징(131) 내부에 추진기(110) 전부에서와 같이 상하좌우 4방향으로 클램핑 유압잭(132)이 장착되어서 총 4개의 클램핑 유압잭(132)이 장착되어 있음을 볼 수 있다.

물론, 상기 이동식 고정기(130) 내부에 설치되는 클램핑 유압잭(132)의 갯수와 설치위치 등은 목적하는 바의 역할을 수행할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경이 가능하며, 도 2e는 이동식 고정기 내 클램핑 유압잭의 바람직한 설치예를 나타낸 것일 뿐, 이에 의해 본 고안이 한정되는 것은 아니다.

도 2a~도 2c에서 도면부호 111c는 추진기(110)의 본체 하우징(111) 중앙에 마련된 전후 이동통로로서, 이와 같이 추진기(110)의 본체 하우징(111)이 중앙에 하측으로 개방되어 전후 연결통로의 역할을 하는 일정공간의 내부공간을 가지는 바, 이 이동통로(111c)를 통해 작업시 토사 운반차량 및 작업인원이 이동할 수 있게 되어 있다.

이러한 이동통로는 도 2d와 도 2e에서 도면부호 121c와 131c로 나타낸 바와 같이 조립기(120)의 본체 하우징(121)과 이동식 고정기(130)의 본체 하우징(131)에도 동일한 형태로 구비되는 바, 추진기(110), 조립기(120), 이동식 고정기(130)의 이동통로(111c,121c,131c)가 하측 개방상태로 본체 하우징(111,121,131)간에 연통된 구조로 구비되어, 장치(100) 전후방으로 토사 운반차량 및 작업인원이 자유로이이동할 수 있게 되어 있다.

도 1a와 도 1b는 전방 이동식 고정기(130)의 클램핑 유압잭(132)이 선두의 수평강관 또는 추진강관(1) 내주면을 압착하고 있는 상태에서 시공된 후방의 수평관(수평강관 또는 세그먼트 조립형 강관 또는 PC관)(2)에 고정된 후방 추진기(110)가 이동식 고정기(130)를 유압실린더(113)를 이용하여 밀게 되면 선두의 수평강관 또는 추진강관(1)이 전방으로 추진될 수 있음을 보여주고 있다.

이와 같이 추진기(110)가 고정된 상태에서 이동식 고정기(130)가 추진될 때 그 반발력은 전술한 바와 같이 추진기(110) 내 클램핑 유압잭(112,115))이 관(2) 내주면을 밀어서 견디게 되어 있다.

바람직하게는, 추진기(110) 및 이동식 고정기(130)에 장착된 각 클램핑 유압잭(112,115,132)에서 관(1,2) 내주면을 압착하게 되는 클램핑 패드(112a,115a,132a)면에는 마찰력 증대를 위한 마찰부재(112b,115b,132b)를 설치할 수 있으며, 이 마찰부재(112b,115b,132b)로서 클램핑 패드(112a,115a,132a)면에 탈부착이 가능하도록 제작된 금속재 키(key)를 사용할 수 있다.

상기 키(112b,115b,132b)는 추진기(110)와 이동식 고정기(130)의 밀림을 방지하는 역할을 하는 것으로, 클램핑 패드(112a,115a,132a)와 수평관(1,2) 내주면 사이에 압착 개재되도록 설치되며, 이동식 고정기(130)의 추진시 수평으로 전달되는 반발력을 추진기(110)와 이동식 고정기(130)가 밀리지 않도록 수평관(1,2)으로 전달시키게 된다.

한편, 전술한 바의 수평관 압입장치를 이용하여 지하에 수평관을 시공하는방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 3a~도 3i는 본 고안의 수평관 압입장치를 이용한 수평관 시공방법의 제1실시예를 나타내는 작업상태도이다.

지하구조물 구축을 위한 수평관을 시공하기 위하여, 우선 통상 실시되는 지질조사, 지하 지장물 조사 및 시공준비를 마친 후, 도시한 바와 같이 적정의 위치에 작업구(전진기지)(10) 및 도달구(20)를 설치한다.

그리고, 상기 작업구(10) 내에는 반력벽(11) 및 강관 조종레일(12) 등 시설물들을 소정의 위치에 설치하고, 이어 앞서 설명한 본 고안의 수평관 압입장치(100)를 작업구(10) 내 정위치로 이동시켜 설치한다.

이후 정확하게 위치측량을 실시한 후, 최초 압입 굴진되는 수평강관(3a)을 상기 수평관 압입장치(100)의 이동식 고정기(130)에 거치하되, 이때 이동식 고정기(130)가 수평강관(3a) 내부에 고정된 상태가 되도록 한다.

즉, 이동식 고정기(130) 내 클램핑 유압잭(132)을 본체 하우징(131)의 반경방향 외측으로 돌출 작동시켜, 잭 선단부에 부착 설치된 클램핑 패드(132)가 수평강관(3a, 도 2e에서는 도면부호 1임)의 내주면을 압착하여 물게 함으로써 이동식 고정기(130)를 수평강관(3a)에 완전히 고정하는 것이다.

상기와 같이 수평관 압입장치(100)와 수평강관(3a)을 정위치에 세팅하여 수평강관 압입ㆍ굴착을 위한 준비작업을 완료한 후에는 추진기(110)의 유압실린더(113)를 작동시켜 이동식 고정기(130)가 추진기(110)로부터 전진 이동하도록 하여 수평강관(3a)을 지중에 압입시킨다.

이와 같이 추진기(110)에서 이동식 고정기(130)를 유압실린더(113)를 이용하여 밀게 되면 수평강관(3a)이 앞으로 추진되어 압입되며, 이때 그 반발력을 추진기(110)가 후방의 반력벽(11)에 지지되면서 견디게 되어 있다.

이어서 수평강관(3a) 내부의 토사는 굴착하여 운반차량(5)을 이용해 작업구(10)로 이동시킨 후 갱외로 반출하고, 이동식 고정기(130)의 클램핑 상태를 해제한 후 본 고안의 수평관 압입장치(100)를 수평강관(3a) 내부로 이동시킨다.

여기서, 토사 반출을 위한 운반차량(5)은 수평관 압입장치(100)의 각 구성부 본체 하우징(111,121,131) 중앙에 마련된 이동통로(111c,121c,131c)를 통해 수평관 압입장치(100)를 통과시켜 이동시킨다.

이후 작업구(10)의 내부공간에 직경이 상대적으로 작은 또 다른 수평강관(3b)을 지중에 압입된 수평강관(3a) 후방으로 거치시킨 다음, 후방의 수평강관(3b) 내로 수평관 압입장치(100)를 이동시켜 추진기(110)를 고정하고, 이동식 고정기(130)는 전방의 수평강관(3a)에 고정시킨다(유압실린더의 피스톤 전진작동 전 상태로 고정).

그 다음 유압실린더(113)를 작동시켜서(피스톤 전진작동) 추진기(110)로부터 이동식 고정기(130)를 밀어 전방의 수평강관(3a)을 최대한 압입 굴진시키며, 이후 압입된 전방의 수평강관(3a) 내부로 작은 직경의 수평강관(3b)을 넣어 이 작은 직경의 수평강관(3b)에 이동식 고정기(130)를 고정하고, 큰 직경의 수평강관(3a)에 추진기(110)를 고정시킨 뒤 다시 추진기(110)로부터 이동식 고정기(130)를 밀어 작은 직경의 수평강관(3b)을 조금씩 압입한다.

이와 같은 방법으로 수평강관(3a,3b) 내부에서 압입장치(100)의 추진기(110)와 이동식 고정기(130)를 조금씩 전방으로 이동 전진시키면서 작은 직경의 수평강관(3b)을 계속하여 압입 굴진시키는 바, 최종적으로는 전방으로 위치되는 작은 직경 강관(3b)의 후단부와 후방으로 위치되는 큰 직경 강관(3a)의 전단부를 일부 겹쳐지게 한 뒤 그 사이에 빈 공간이 발생하지 않도록 벤토나이트(bentonite) 팽창제(4b)를 도포하여 채우고, 이어 두 강관(3a,3b)을 용접하여 연결한다.

도 3i에서 도면부호 4a는 용접재를 나타낸다.

이와 같이 강관 내부에서 압입장치(100)의 추진기(110)와 이동식 고정기(130)가 굼뱅이처럼 단계적으로 이동 전진하면서 또 다른 강관들을 계속 반복 압입하여 도달구(20)까지 강관을 시공하게 되며, 이와 같이 전방에서 새로운 강관을 압입함과 동시에 정위치에 이미 설치가 완료된 강관에서는 주변으로 즉시 그라우팅을 실시한다.

여기서, 그라우팅 시공과정은 여러 예를 들어 이후 다시 상세히 설명하기로 한다.

이와 같이 하여, 위에서 설명한 수평관 시공방법은 수평강관을 단계별로 추진하는 방식으로서, 단계별 추진길이는 자재, 토질조건, 현장여건에 따라 편리하게 조정할 수 있어, 주변 현황에 따른 설계가 매우 용이하며, 공사속도가 빠르고, 주변 침하가 거의 없는 장점을 가진다.

한편, 추진기, 조립기 및 이동식 고정기로 이루어진 본 고안의 수평관 압입장치를 이용하여 지하에 지하구조물 구축을 위한 수평관을 시공하는 방법의 다른실시예를 상술하면 다음과 같다.

첨부한 도 4a~도 4d는 본 고안의 수평관 압입장치를 이용한 수평관 시공방법의 제2실시예를 나타내는 작업상태도이다.

지하구조물 구축을 위한 수평관을 시공하기 위하여, 우선 제1실시예와 마찬가지로 통상 실시되는 지질조사, 지하 지장물 조사 및 시공준비를 마친 후, 도시한 바와 같이 적정의 위치에 작업구(전진기지)(10) 및 도달구(20)를 설치한다.

그리고, 상기 작업구(10) 내에는 반력벽(11) 및 추진강관 조종레일(12) 등 시설물들을 소정의 위치에 설치하고, 이어 수평관 압입장치(100)를 작업구(10) 내 정위치로 이동시켜 설치한다.

이후 정확하게 위치측량을 실시한 후, 추진강관(6)을 상기 수평관 압입장치(100)의 이동식 고정기(130)에 거치하되, 이때 이동식 고정기(130)가 추진강관(6) 내부에 고정된 상태가 되도록 한다.

즉, 이동식 고정기(130) 내 클램핑 유압잭(132)을 본체 하우징(131)의 반경방향 외측으로 돌출 작동시켜, 잭 선단부에 부착 설치된 클램핑 패드(132a)가 추진강관(6, 도 2e에서는 도면부호 1임) 내주면을 압착하여 물게 함으로써 이동식 고정기(130)를 추진강관(6)에 완전히 고정하는 것이다.

상기와 같이 수평관 압입장치(100)와 추진강관(6)을 정위치에 세팅하여 압입ㆍ굴착을 위한 준비작업을 완료한 후에는 추진기(110)의 유압실린더(113)를 작동시켜 이동식 고정기(130)가 추진기(110)로부터 전진 이동하도록 하여 추진강관(6)을 지중에 압입시킨다.

이와 같이 추진기(110)에서 이동식 고정기(130)를 유압실린더(113)를 이용하여 밀게 되면 추진강관(6)이 앞으로 추진되어 지중에 압입되며, 이때 그 반발력을 추진기(110)가 후방의 반력벽(11)에 지지되면서 견디게 되어 있다.

이어서 지중에 압입된 추진강관(6) 내부의 토사는 굴착하여 운반차량(5)을 이용해 작업구(10)로 이동시킨 후 갱외로 반출하고, 이동식 고정기(130)의 클램핑 상태를 해제한 후 본 고안의 수평관 압입장치(100)를 추진강관(6) 내 공간으로 전진 이동시킨다.

다음으로, 강관 세그먼트(도 5에서 도면부호 7a임)들을 작업구(10)를 통해 운반차량(5)을 이용하여 토사 반출 후 형성된 추진강관(6) 내 공간에 위치하는 조립기(120)로 이동시킨 뒤, 이 조립기(120)를 이용하여 강관 세그먼트(7a)들을 관의 형태로 조립함으로써 추진강관(6) 내부에 세그먼트 조립형 강관(7)을 시공하게 된다.

여기서, 첨부한 도 5에 도시한 바와 같이 두 강관 세그먼트(7a)의 일부가 서로 겹쳐지도록 한 후 고장력 볼트(7b)로 체결 고정하는 방식으로 하여 여러 개의 강관 세그먼트(7a)들을 관의 형태로 조립하여서 세그먼트 조립형 강관(7)을 시공하게 된다.

이후 수평관 압입장치(100)의 전방측 이동식 고정기(130)를 추진강관(6)에 다시 고정(유압실린더의 피스톤 전진작동 전 상태로 고정)함과 동시에 후방측 추진기(110)를 시공된 세그먼트 조립형 강관(7)에 고정하고, 이어 유압실린더(113)를 작동시켜서(피스톤 전진작동) 추진기(110)로부터 이동식 고정기(130)를 밀어 추진강관(6)을 압입 굴진시킨다.

물론, 추진기(110)를 세그먼트 조립형 강관(7)에 고정하는 것은 이동식 고정기(130)와 마찬가지로 클램핑 유압잭(112)을 본체 하우징(111)의 반경방향 외측으로 돌출 작동시켜, 잭 선단부에 부착 설치된 클램핑 패드(112a)가 추진강관(6) 안쪽에 위치되는 세그먼트 조립형 강관(7, 도 2a~도2c에서는 도면부호 2임)의 내주면을 압착하여 물게 함으로써 추진기(110)를 세그먼트 조립형 강관(7)에 완전히 고정하는 것이다.

상기와 같이 추진강관(6)이 지중 압입된 후 다시 추진강관(6) 내부의 토사를 굴착하여 갱외로 반출하고, 추진기(110)와 이동식 고정기(130)의 클램핑 상태를 해제한 후 추진기(110)와 조립기(120)를 전진 이동시켜 가면서 추진강관(6) 내부에 계속하여 세그먼트 조립형 강관(7)을 시공한다.

이와 같이 일정 구간 세그먼트 조립형 강관(7)을 시공한 뒤 다시 추진기(110)와 이동식 고정기(130)를 각각 세그먼트 조립형 강관(7)과 추진강관(6)에 고정시키고, 이어 이동식 고정기(130)를 밀어 추진강관(6)을 압입 굴진시킨 뒤 다시 토사 반출 및 세그먼트 조립형 강관(7)의 시공을 시행한다.

이와 같이 압입장치(100)의 추진기(110)와 이동식 고정기(130)가 굼뱅이처럼 단계적으로 이동 전진하면서 추진강관(6)을 압입 굴진시키는 과정과 이동 위치에서 조립기(120)를 이용하여 세그먼트 조립형 강관(7)을 시공하는 과정을 도달구(20)까지 반복하게 된다.

또한, 상기와 같이 시공이 이루어진 수평관, 즉 세그먼트 조립형 강관(7)으로부터 외측 추진강관(6)이 전방 추진되어서 빠져나간 뒤 노출상태가 되는 세그먼트 조립형 강관(7)에서는 주변으로 즉시 그라우팅을 실시한다.

본 실시예의 수평관 시공과정에서 토사 반출 및 강관 세그먼트(7a)의 이동을 위한 운반차량(5)은 수평관 압입장치(100)의 각 구성부 본체 하우징(111,121,131) 중앙에 마련된 이동통로(111c,121c,131c)를 통해 통과시켜 이동시킨다.

이와 같이 하여, 제2실시예의 수평관 시공방법은 이동식 고정기(130)를 추진강관(6)에 고정시킨 뒤 이 추진강관(6)을 추진시켜 압입하고, 토사 반출 후 형성된 추진강관(6) 내 공간에서 중간 조립기(120)를 이용해 세그먼트 조립형 강관(7)을 조립하여 시공하며, 이후 압입장치(100)의 추진기(110)와 이동식 고정기(130)가 굼뱅이처럼 단계적으로 이동 전진하면서 추진강관(6)을 압입 굴진시키는 과정과 이동 위치에서 조립기(120)를 이용하여 세그먼트 조립형 강관(7)을 시공하는 과정을 반복 시행함으로써, 작업구(10)로부터 도달구(20)까지 이르는 지중에 수평관, 즉 세그먼트 조립형 강관(7)을 조립 시공해 나가는 공법이다.

이러한 수평관 시공방법은 선두의 추진강관 내에서 모든 구조물이 만들어지는 공법으로, 방향 전환 및 굴진 길이에 영향을 받지 않는 장점을 가진다.

한편, 추진기, 조립기 및 이동식 고정기로 이루어진 본 고안의 수평관 압입장치를 이용하여 지하에 지하구조물 구축을 위한 수평관을 시공하는 방법의 또 다른 실시예를 상술하면 다음과 같다.

첨부한 도 6은 본 고안의 수평관 압입장치를 이용한 수평관 시공방법의 제3실시예를 나타내는 작업상태도이다.

본 실시예는 제2실시예와 비교할 때 강관 세그먼트를 조립하여 수평관으로서 세그먼트 조립형 강관을 조립 시공하는 것 대신에 PC(Precast Concrete) 세그먼트를 조립하여 수평관으로서 PC관을 조립 시공하는 것에 차이가 있을 뿐 나머지 공정은 모두 동일하다.

지하구조물 구축을 위한 수평관을 시공하기 위하여, 우선 제2실시예와 마찬가지로 통상 실시되는 지질조사, 지하 지장물 조사 및 시공준비를 마친 후, 도시한 바와 같이 적정의 위치에 작업구(전진기지)(10) 및 도달구(20)를 설치한다.

그리고, 상기 작업구(10) 내에는 반력벽(11) 및 추진강관 조종레일(12) 등 시설물들을 소정의 위치에 설치하고, 이어 수평관 압입장치(100)를 작업구(10) 내 정위치로 이동시켜 설치한다.

이후 정확하게 위치측량을 실시한 후, 추진강관(6)을 상기 수평관 압입장치(100)의 이동식 고정기(130)에 거치하되, 이때 이동식 고정기(130)가 추진강관(6) 내부에 고정된 상태가 되도록 한다.

즉, 이동식 고정기(130) 내 클램핑 유압잭(132)을 본체 하우징(131)의 반경방향 외측으로 돌출 작동시켜, 잭 선단부에 부착 설치된 클램핑 패드(132a)가 추진강관(6, 도 2e에서는 도면부호 1임) 내주면을 압착하여 물게 함으로써 이동식 고정기(130)를 추진강관(6)에 완전히 고정하는 것이다.

상기와 같이 수평관 압입장치(100)와 추진강관(6)을 정위치에 세팅하여 압입ㆍ굴착을 위한 준비작업을 완료한 후에는 추진기(110)의 유압실린더(113)를 작동시켜 이동식 고정기(130)가 추진기(110)로부터 전진 이동하도록 하여 추진강관(6)을지중에 압입시킨다.

이와 같이 추진기(110)에서 이동식 고정기(130)를 유압실린더(113)를 이용하여 밀게 되면 추진강관(6)이 앞으로 추진되어 지중에 압입되며, 이때 그 반발력을 추진기(110)가 후방의 반력벽(11)에 지지되면서 견디게 되어 있다.

이어서 지중에 압입된 추진강관(6) 내부의 토사는 굴착하여 운반차량(5)을 이용해 작업구(10)로 이동시킨 후 갱외로 반출하고, 이동식 고정기(130)의 클램핑 상태를 해제한 후 본 고안의 수평관 압입장치(100)를 추진강관(6) 내 공간으로 전진 이동시킨다.

다음으로, PC 세그먼트(도 7에서 도면부호 8a임)들을 운반차량(5)을 이용하여 토사 반출 후 형성된 추진강관(6) 내 공간에 위치하는 조립기(120)로 이동시킨 뒤, 이 조립기(120)를 이용하여 PC 세그먼트(8a)들을 관의 형태로 조립함으로써 추진강관(6) 내부에 PC관(8)을 시공하게 된다.

첨부한 도 7은 본 고안에서 조립된 상태의 PC관을 나타내는 사시도이다.

이후 수평관 압입장치(100)의 전방측 이동식 고정기(130)를 추진강관(6)에 다시 고정(유압실린더의 피스톤 전진작동 전 상태로 고정)함과 동시에 후방측 추진기(110)를 시공된 PC관(8)에 고정하고, 이어 유압실린더(113)를 작동시켜서(피스톤 전진작동) 추진기(110)로부터 이동식 고정기(130)를 밀어 추진강관(6)을 압입 굴진시킨다.

물론, 추진기(110)를 PC관(8)에 고정하는 것은 클램핑 유압잭(112,115)을 본체 하우징(111)의 반경방향 외측으로 돌출 작동시켜, 잭 선단부에 부착 설치된 클램핑 패드(112a,115a)가 추진강관(6) 안쪽에 위치되는 PC관(8, 도 2a~도 2c에서는 도면부호 2임)의 내주면을 압착하여 물게 함으로써 추진기(110)를 PC관(8)에 완전히 고정하는 것이다.

상기와 같이 추진강관(6)이 지중 압입된 후 다시 추진강관(6) 내부의 토사를 굴착하여 갱외로 반출하고, 추진기(110)와 이동식 고정기(130)의 클램핑 상태를 해제한 후 추진기(110)와 조립기(120)를 전진 이동시켜 가면서 추진강관(6) 내부에 계속하여 PC관(8)을 시공한다.

이와 같이 일정 구간 PC관(8)을 시공한 뒤 다시 추진기(110)와 이동식 고정기(130)를 각각 PC관(8)과 추진강관(6)에 고정시키고, 이어 이동식 고정기(130)를 밀어 추진강관(6)을 압입 굴진시킨 뒤 다시 토사 반출 및 PC관(8) 시공을 시행한다.

이와 같이 압입장치(100)의 추진기(110)와 이동식 고정기(130)가 굼뱅이처럼 단계적으로 이동 전진하면서 추진강관(6)을 압입 굴진시키는 과정과 이동 위치에서 조립기(120)를 이용하여 PC관(8)을 시공하는 과정을 도달구(20)까지 반복하게 된다.

또한, 상기와 같이 시공이 이루어진 수평관, 즉 PC관(8)으로부터 외측 추진강관(6)이 전방 추진되어서 빠져나간 뒤 노출상태가 되는 PC관(8)에서는 관 주변으로 즉시 그라우팅을 실시한다.

본 실시예의 수평관 시공과정에서 토사 반출 및 PC 세그먼트(8a)의 이동을 위한 운반차량(5)은 수평관 압입장치(100)의 각 구성부 본체 하우징(111,121,131)중앙에 마련된 이동통로(11c,121c,131c)를 통해 통과시켜 이동시킨다.

이와 같이 하여, 제3실시예의 수평관 시공방법은 이동식 고정기(130)를 추진강관(6)에 고정시킨 뒤 이 추진강관(6)을 추진시켜 압입하고, 토사 반출 후 형성된 추진강관(6) 내 공간에서 중간 조립기(120)를 이용해 PC관(8)을 조립하여 시공하며, 이후 압입장치(100)의 추진기(110)와 이동식 고정기(130)가 굼뱅이처럼 단계적으로 이동 전진하면서 추진강관(6)을 압입 굴진시키는 과정과 이동 위치에서 조립기(120)를 이용하여 PC관(8)을 시공하는 과정을 반복 시행함으로써, 작업구(10)로부터 도달구(20)까지 이르는 지중에 수평관, 즉 PC관(8)을 조립 시공해 나가는 공법이다.

이러한 수평관 시공방법은 선두의 추진강관(8) 내에서 모든 구조물이 만들어지는 공법으로, 자재 규격이 용이하며, 정확성과 품질, 속도면에서 매우 우수한 장점을 가진다.

다음으로, 수평관 시공방법에서 선시공된 수평관 주변으로 그라우팅을 실시하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

선시공된 수평관(수평강관 또는 세그먼트 조립형 강관 또는 PC관) 주변으로 그라우팅을 실시하는 목적은, 선두의 수평강관 또는 추진강관 압입시 후방의 선시공된 수평관(수평강관 또는 세그먼트 조립형 강관 또는 PC관)의 외부 지반을 빠른 시간 내에 고결하여 추진기의 반력을 증대시키며, 또한 지반의 침하 방지 및 방수에 그 목적이 있는 것이다.

또한, 그라우팅을 실시함으로써 수평관 사이의 지반 고결로 구조물 축조 및굴토시 안정을 가져올 수 있게 된다.

즉, 토사층, 풍화암 및 연암층을 통과하는 수평관의 상부 및 하부 지층을 지반경화제인 그라우트제의 주입을 통하여 보강함으로써, 상부 지층의 침하 및 하부 굴토구간의 안정을 가져올 수 있다.

그리고, 해당 지역의 토질상태가 자갈층 또는 토사층, 풍화함 및 연암층으로 형성되어 있을 때 수평관 추진시 교란된 지반과 공극을 완벽하게 고결시킬 수 있으며, 수평관 하단부 굴착시 방수효과를 얻을 수 있다.

첨부한 도 8은 본 고안에서 그라우팅 시공의 작업상태도로서, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 시공된 수평관(수평강관 또는 세그먼트 조립형 강관 또는 PC관, 도 8에서는 도면부호 9로 나타냄)에 소정 크기의 홀(예, 50mm)(9a)을 천공하고, 이 홀(9a)을 통하여 외부 지반을 핸드 드릴로 소정 직경(예, 45~50mm) 및 깊이만큼 천공한다.

이어서 상기와 같이 형성한 지반의 천공홀(13) 내부로 미리 제작한 주입용 슬리브(14)를 삽입한다.

이 주입용 슬리브(14)는 PVC 또는 스틸 파이프에 소정 간격(예, 0.3~0.5m)으로 작은 직경(예, 5mm)의 주입구(14a)를 천공한 뒤 각 주입구(14a)를 고무밴드(15)나 테이프로 감싸서 밀폐시켜 제작된 것이다.

여기서, 주입용 슬리브(14)의 소정 간격 각 위치마다 복수개의 주입구(14a)를 원주방향으로 등간격 형성시키며, 주입구(14a)가 형성된 위치의 주입용 슬리브(14) 외측 표면 원주를 따라 고무밴드(15)나 테이프를 감싸서 주입구(14a)를 밀폐시킨다.

상기 테이프는 1회용으로 사용이 가능하며, 고무밴드(15)는 주입구(14a)를 통해 슬리브(14) 내부에서 외부로 그라우트제가 주입될 때 팽창되면서 주입구(14a)를 열어주었다가 주입이 완료된 후에는 수축되면서 주입구(14a)를 다시 닫아주는 바, 재사용이 가능한 장점이 있다.

또한, 상기 주입용 슬리브(14)의 수평관(9)쪽 입구에는 내주면에 나사산(14b)을 가공을 하여 첨부한 도 9에 도시한 바와 같이 볼트(16)가 체결되도록 되어 있는 바, 볼트(16)를 체결 또는 탈거하여 주입용 슬리브(14)의 입구를 열거나 닫을 수 있도록 되어 있다.

다음으로, 이와 같이 제작한 주입용 슬리브(14)를 앞서 설명한 대로 지반의 천공홀(13) 내부에 삽입한 후에는 주입용 슬리브(14)와 그 바깥쪽 공벽 사이의 공간에 저강도의 충전제로서 시멘트와 벤토나이트(bentonite)를 혼합한 현탄액을 자연압으로 채운 뒤 굳힌다.

이때, 주입용 슬리브(14) 바깥쪽의 공내에 채워지는 상기 현탄액은 본 주입이 가능하도록 고결강도를 맞추어야 하므로 시멘트의 배합량을 적게 하고, 빈 공간이 발생하지 않도록 팽창제인 벤토나이트를 적정량 포함시켜야 한다.

이와 같이 공 내부 뒷채움이 끝난 후 1~6시간 이상이 경과되면 본 주입을 실시한다.

본 주입은 그라우트제를 공급하는 주입 파이프(18)를 상기 주입용 슬리브(14) 끝단까지 깊게 삽입한 후 끝단에서부터 주입구(14a) 간격, 예를 들면 0.3~0.5m의 간격으로 주입 파이프(18)를 수평관(9) 내부로(도면상의 좌측으로) 빼내면서 단계적으로 주입을 한다.

즉, 주입 파이프(18)에 형성된 복수개의 토출공(18a)이 주입용 슬리브(14)의 주입구(14a)에 위치되도록 한 상태에서 상기 토출공(18a) 및 주입구(14a)를 통해 그라우트제가 주입되도록 하고, 설계된 주입압 및 주입량만큼 주입이 되고 나면 주입 파이프(18)를 0.3~0.5m만큼 빼낸 후 다시 토출공(18a)과 다음 위치의 주입구(14)를 일치시켜 주입을 하며, 이와 같이 천공 길이에 대해 주입구(14a) 간격, 즉 0.3~0.5m씩 나누어서 주입을 한다.

여기서, 주입 파이프(18)를 통해 소정 압력으로 공급된 그라우트제가 토출공(18a)을 통해 주입용 슬리브(14) 내부로 일단 토출된 후 주입구(14)를 통해 고무밴드(15)를 밀고 주입이 이루어지는 바, 이때 압력에 의해 그라우트제가 주입용 슬리브(14) 주변에 채워진 저강도의 채움재(충전제)를 파쇄하면서 순간적으로 주변 지반으로 침투하여 충전됨으로써 지반을 개량하게 된다.

위와 같이 각 위치에서 설계된 주입압 및 주압량만큼 그라우트제가 주입되고 나면 주입 파이프(18)의 토출공(18a)을 주입용 슬리브(14)의 다음 주입구(14a) 위치로 이동시켜 같은 방식으로 주입을 한다.

도 8에서 도면부호 19는 상기 주입 파이프(18)의 외주상에서 주입용 슬리브(14)의 내주와의 사이에 설치되어 밀폐역할을 하는 패커(packer)로서, 주입 파이프(18)의 토출공(18a)을 통해 토출된 그라우트제가 수평관(9) 안쪽으로 유입되는 것을 차단하는 역할을 한다.

상기 패커(19)는 1차 그라우팅만을 실시하는 경우 토출공(18a)에서 수평관(9)쪽 방향으로 위치되게 하나가 설치될 수도 있으나, 바람직하게는 2차 그라우팅 및 그 이상의 추가적인 그라우팅 실시를 위하여 상기 패커(19)를 토출공(18a)을 중심으로 양쪽에 설치하여 주입 파이프(18)를 주입용 슬리브(14)에서 완전히 빼냈을 때 주입용 슬리브(14) 내부에 그라우트제가 남아 있지 않도록 한다.

위와 같이 1차 그라우팅이 끝나면 지반의 변화 및 공극상태에 따라 6~12시간이 지난 후 2차, 3차 그라우팅을 같은 방법으로 실시한다.

그리고, 모든 그라우팅 공정이 끝나고 주입 파이프(18)를 철거한 후에는 도 9에 도시한 바와 같이 주입용 슬리브(14)의 입구에 볼트(16)를 체결하여 입구를 막아놓는다.

이러한 그라우팅 시공은 몇 년이 지난 후 지반상태에 따라 다시 그라우팅이 필요한 경우에 볼트(16)만 풀고 그라우팅제를 재주입할 수 있는 방법이다.

한편, 첨부한 도 10a~도 10c는 본 고안에서 수평관의 시공 및 배치상태에 따라 이루어지는 그라우팅 시공의 여러 예를 보여주는 시공상태도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 10a에 나타낸 바와 같이, 수평관(수평강관 또는 세그먼트 조립형 강관 또는 PC관)(9)을 하나의 열로 시공한 경우(예, 상/하수도관, 통신관로, 전기박스 등), 수평관(9) 주변 지반에 방사상으로 천공홀을 뚫어 주입용 슬리브(14)를 삽입 설치한 후 각 주입용 슬리브(14)를 통해 주변 지반으로 그라우팅을 실시한다(독립관그라우팅).

여기서, 그라우트제를 주입하는 과정은 전술한 바와 같다.

즉, 상기 그라우팅 시공은, 시공된 수평관(9)에 복수개의 홀(9a)을 천공하고, 각 홀(9a)을 통하여 외부 지반을 핸드 드릴로 천공하는 단계와; 외부 지반의 각 천공홀(13) 내부에 길이상의 소정 간격으로 다수개의 주입구(14a)가 형성된 주입용 슬리브(14)를 삽입 설치하는 단계와; 상기 주입용 슬리브(14)와 그 바깥쪽 공벽 사이의 공간에 저강도 충전제로서 시멘트와 벤토나이트를 혼합한 현탄액을 자연압으로 채운뒤 굳히는 단계와; 이후 그라우트제를 공급하는 주입 파이프(18)를 상기 각 주입용 슬리브(14) 끝단까지 삽입한 후 주입 파이프(18)에 형성된 복수개의 토출공(18a)이 상기 주입용 슬리브(14)의 주입구(14a)에 위치하도록 한 상태에서 상기 토출공(18a) 및 주입구(14a)를 통해 외부 지반으로 그라우트제를 주입하는 단계와; 상기 주입용 슬리브(14)의 각 주입구(14a) 위치에 상기 토출공(18)이 위치하도록 상기 주입 파이프(18)를 수평관(9) 내로 주입구(14a) 간격으로 단계적으로 빼내면서 그라우트제를 주입하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

그리고, 도 10b에 나타낸 바와 같이, 여러 개의 수평관(수평강관 또는 세그먼트 조립형 강관 또는 PC관)(9) 열을 주열식으로 시공하고 이들을 연결하여 구조물 또는 가시설물로 사용하는 경우(예, 대형 터널, 지하차도, 지하상가, 지하철 터널, 공동구 박스 등), 수평관(9) 주변 지반에 방사상으로 천공홀을 뚫어 주입용 슬리브(14)를 삽입 설치한 후 각 주입용 슬리브(14)를 통해 주변 지반으로 그라우팅을 실시하되, 수평관(9)과 수평관(9) 사이의 공극으로도 천공홀을 뚫어 주입용 슬리브(14)를 서로 교차하게 삽입 설치한 후 각 주입용 슬리브(14)를 통해 주변 지반으로 그라우팅을 실시하며, 이를 통해 이완된 지반을 완벽하게 고결시킨다(주열식 오버랩 그라우팅).

그리고, 도 10c에 나타낸 그라우팅은 수평관(수평강관 또는 세그먼트 조립형 강관 또는 PC관)(9)의 설치가 모두 완료된 상태에서 실시되는 것으로, 수평관(9)이 주열식으로 시공된 경우에서 실시 가능한 또 다른 방법인데, 도 10b의 그라우팅 방법은 수평관(9) 내부에서 주입하는 방식이나, 본 주열식 방법은 작업구(10)에서 수평관(9)과 수평관(9) 사이 공간에 천공장비를 이용하여 수평관(9)과 나란한 방향으로 길게 지반을 천공한 후, 이 천공홀 내에 주입용 슬리브(14a)를 삽입하고, 이후 주입 파이프(18)를 상기 주입용 슬리브(14)에서 소정 간격으로 빼내면서 주입하는 방식이다(주열식 아웃사이드 그라우팅).

이 그라우팅은 수평관(수평강관 또는 세그먼트 조립형 강관 또는 PC관)(9)의 설치가 모두 완료된 상태에서 실시되는 점, 수평관(9) 내부가 아닌 작업구(10)에서 주입이 이루어진다는 점, 주입용 슬리브(14)를 수평관(9)과 나란한 방향으로 삽입 설치하여 주입한다는 점을 제외하고는 주입용 슬리브(9) 및 주입 파이프(18)의 이용이 앞서 설명한 방법과 모두 동일하다.

즉, 상기 그라우팅 시공은, 작업구(10)에서 시공 완료된 수평관(9)과 수평관(9) 사이의 공간에 천공장비를 이용하여 수평관(9)과 나란한 방향으로 길게 외부 지반을 천공하는 단계와; 외부 지반의 각 천공홀 내부에 길이상의 소정 간격으로 다수개의 주입구(14a)가 형성된 주입용 슬리브(14)를 삽입 설치하는 단계와; 상기주입용 슬리브(14)와 그 바깥쪽 공벽 사이의 공간에 저강도 충전제로서 시멘트와 벤토나이트를 혼합한 현탄액을 자연압으로 채운뒤 굳히는 단계와; 이후 그라우트제를 공급하는 주입 파이프(18)를 상기 각 주입용 슬리브(14) 끝단까지 삽입한 후 주입 파이프(18)에 형성된 복수개의 토출공(18a)이 상기 주입용 슬리브(14)의 주입구(14a)에 위치하도록 한 상태에서 상기 토출공(18a) 및 주입구(14a)를 통해 외부 지반으로 그라우트제를 주입하는 단계와; 상기 주입용 슬리브(14)의 각 주입구(14a) 위치에 상기 토출공(18a)이 위치하도록 상기 주입 파이프(18)를 작업구(10) 내로 주입구(14a) 간격으로 단계적으로 빼내면서 그라우트제를 주입하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

물론, 상기 주입용 슬리브(14)는 각 주입구(14a) 위치마다 복수개의 주입구(14a)를 원주방향으로 등간격 형성시키되, 상기 주입구(14a)가 형성된 위치의 외측 표면에 원주를 따라 고무밴드(15) 또는 테이프를 감싸서 밀폐시킨 것이다.

또한, 상기 주입용 슬리브(14)의 작업구(10)쪽 입구에는 내주면에 나사산(14b)을 가공하여 볼트(16)가 체결될 수 있도록 하고, 이 볼트(16)를 체결 또는 탈거하여 상기 주입용 슬리브(14)의 입구를 열거나 닫을 수 있도록 한다.

또한, 상기 주입 파이프(18)의 외주상에는 상기 주입용 슬리브(14)의 내주와의 사이에 설치되어 밀폐역할을 하는 패커(19)를 설치하되, 상기 패커(19)를 주입 파이프(18)의 토출공(18a)에서 작업구(10)쪽 방향으로 하나를 설치하거나 상기 토출공(18a)을 중심으로 양쪽에 설치한다.

도 10a 및 도 10b의 그라우팅은 수평관(9)의 설치가 이루어지는 동안 실시되는 것이나, 도 10c의 그라우팅은 수평관(9) 설치가 모두 완료된 뒤 실시되는 것이며, 조기 침하의 가능성은 있으나 공사기간이 상대적으로 빠른 장점이 있다.

이와 같이 하여, 본 고안의 장치를 이용한 수평관 시공방법은 크게 추진기, 조립기 및 이동식 고정기로 이루어진 수평관 압입장치를 이용하여 수평관을 설치하는 과정과, 이후 수평관 주변으로 그라우팅 시공을 하는 과정으로 이루어지며, 본 고안의 장치를 현장에 적용하는 경우 보다 빠르고 안전한 시공이 가능해진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 수평관 압입장치를 이용하게 되면, 종래의 강관 압입방법에 비해 다음과 같은 장점이 있게 된다.

1) 수평관 내부에서 압입장치가 굴진방향으로 이동 전진하면서 압입하므로 강한 압력으로 압입할 수 있으며, 토질, 자재, 현장조건에 따라 다양하게 설계할 수 있다.

2) 수평관 내부에서 압입장치가 이동 전진하면서 압입하므로 종래 추진기지로 사용되었던 작업구가 협소하여도 작업이 가능하며, 종래 강관 압입방법에서는 매우 큰 반력벽을 필요로 하지만 본 고안 적용시 초기 강관 압입시에만 반력벽을 이용하므로 상대적으로 작은 규모의 반력벽으로 시공이 가능하고, 반력벽 후부에 지반 개량 및 지지 말뚝 보강 등이 필요치 않다.

3) 여굴량이 거의 없기 때문에 굴진 중과 굴진 후 주변 지반의 침하가 거의 없어 시공 안전성이 우수하고, 소음 및 진동이 없다.

4) 작업구 내에 추진 유압 시스템이 설치되지 않으므로 작업이 용이하고, 굴진방향 전환이 용이하다.

5) 종래에는 강관 압입 중 그라우팅을 할 수 없었으나 본 고안을 적용하는 경우 추진 중에 주변 그라우팅을 완벽하게 실시할 수 있고, 상대적으로 작은 힘으로 짧은 강관을 압입하므로 굴진 속도가 매우 빠르며, 굴진 길이에 영향을 받지 않는다.

6) 강관 내에서 굴착작업이 이루어지기 때문에 안전하며, 공기가 상대적으로 짧아진다.

Claims (6)

1. 본체 하우징 내부에 하우징 외측으로 돌출 작동하는 복수개의 클램핑 유압잭과, 하기 이동식 고정기의 본체 하우징에 전/후진작동하는 피스톤에 의해 연결된 복수개의 유압실린더가 장착되어 있고, 상기 각 클램핑 유압잭의 클램핑 패드가 본체 하우징 외측의 수평관 내주면을 동시에 압착함으로써 수평관에 일체 고정될 수 있게 된 추진기와;

   본체 하우징이 상기 추진기 본체 하우징과 전방으로 일체화되어 있고, 본체 하우징 내부에 하우징 외측으로 강관 세그먼트 또는 PC 세그먼트를 수평관으로 조립하기 위한 복수개의 조립용 잭이 장착된 조립기와;

   본체 하우징 내부에 하우징 외측으로 돌출 작동하는 복수개의 클램핑 유압잭이 장착되어 각 클램핑 유압잭의 클램핑 패드가 본체 하우징 외측의 관 내주면을 동시에 압착함으로써 수평관 또는 추진강관에 일체 고정될 수 있게 되어 있고, 상기 조립기 전방에 분리 구성되어 수평관 또는 추진강관의 압입 굴진을 위해 추진기로부터 연결된 유압실린더의 피스톤 작동으로 전방 추진하도록 된 이동식 고정기;

   를 포함하는 지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 추진기, 조립기 및 이동식 고정기의 각 본체 하우징은,

   전체적으로 원통형 구조로 되어 있으면서 상기 각 클램핑 유압잭 및 조립용 잭의 하우징 외측 동작을 위한 출입구가 각 대응위치에 형성되어 있고, 중앙에는 전후방 연결통로로서 하측 개방상태로 본체 하우징간에 연통된 일정공간 형태의 이동통로가 형성되어 이를 통해 운반차량 및 작업인원이 전후로 통과할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 추진기의 본체 하우징 전부와 후부에 각각 별도로 복수개의 클램핑 유압잭이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치.
4. 청구항 1 내지 3중 어느 한 항에 있어서,

   상기 추진기의 본체 하우징 후부에 반경방향으로 돌출 작동이 가능한 3개의 클램핑 유압잭이 장착되고, 상기 추진기의 본체 하우징 전부에 반경방향으로 돌출 작동이 가능한 4개의 클램핑 유압잭이 장착된 것을 특징으로 하는 지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치.
5. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 이동식 고정기의 본체 하우징에 반경방향으로 돌출 작동이 가능한 4개의 클램핑 유압잭이 장착된 것을 특징으로 하는 지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 추진기의 본체 하우징 하단부에 수평관 내에서의 이동을 위한 휠이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 지하구조물 구축을 위한 수평관 압입장치.