KR200370667Y1

KR200370667Y1 - 다단식 우레탄계 약액 주입볼트

Info

Publication number: KR200370667Y1
Application number: KR20-2004-0027243U
Authority: KR
Inventors: 김대활
Original assignee: (주)지중공영
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2004-12-23

Abstract

본 고안은 복수개의 주입관을 다단으로 구성하고 다단으로 구성된 주입관 주변에 개별적으로 교반기를 설치함으로써 우레탄계 약액을 겔타임 내에 상당 깊이(6m 이상)에까지 안정적으로 주입할 수 있도록 한 다단식 우레탄계 약액 주입볼트에 관한 것이다.

본 고안의 다단식 우레탄계 약액 주입볼트는 일단은 폐쇄되고 타단은 개방된 관형상으로 폐쇄단부를 포함하는 선단부와 개방단부를 포함하는 후단부로 구분되며, 상기 선단부 및 후단부에 다수개의 토출구가 형성되고 상기 선단부와 후단부의 경계에는 차단벽이 형성된 외관; 상기 외관의 개방단부를 통해 삽입되어 후단부에만 배치되는 것으로, 외관 외부에 위치하는 주입구와 외관의 후단부에 위치하는 배출구를 포함하여 구성되는 제1주입관; 및, 상기 외관의 개방단부를 통해 삽입되어 후단부를 지나 선단부까지 연장·배치되는 것으로, 외관 외부에 위치하는 주입구와 외관의 선단부에 위치하는 배출구를 포함하여 구성되는 제2주입관;을 포함하여 구성되되, 상기 제1주입관 및 제2주입관의 배출구 주위에 교반기가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

다단식 우레탄계 약액 주입볼트{The bolt for Multi-step urethane grouting}

본 고안은 다단식 우레탄계 약액 주입볼트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 주입관을 다단으로 구성하고 다단으로 구성된 주입관 주변에 개별적으로 교반기를 설치함으로써 우레탄계 약액을 겔타임 내에 상당 깊이(6m 이상)에까지 안정적으로 주입할 수 있도록 한 다단식 우레탄계 약액 주입볼트에 관한 것이다.

연약화된 지반이나 터널을 보강하기 위한 방법의 하나로 약액 주입공법(그라우팅 공법)이 있다. 약액 주입공법이란 응고되는 성질이 있는 화학재료(약액)를 지반중의 소정장소에 압송, 충진시켜 일정한 시간(Gel Time) 경과 후 지반을 고결시키는 방법을 말하는 것으로, 최근에는 이러한 약액주입공법 중에서도 환경적인 면과 침투성이 우수하여 점토나 실트지반에서도 뛰어난 효과를 발휘하는 우레탄계 약액 주입공법의 활용이 크게 늘어가고 있는 실정이다.

우레탄계 약액 주입공법은 연약한 지층, 파쇄대 및 단층대 등에 일정한 간격으로 천공한 후 주입볼트를 삽입하고 이 삽입된 주입볼트 내에 발포성 우레탄계 약액을 배합하여 1-25kg/㎠정도의 압력을 가하여 천공부에 충진함으로써 지반을 보강하는 공법으로, (1)우레탄 약액에 유해 및 공해 물질을 함유하지 않아 환경문제가 없고, (2)발포 특성이 우수하여 열악한 현장조건하에서도 쉽게 발포, 고결되고, (3) 매우 높은 고결강도를 지닐 뿐 아니라 수분에도 강하여 다량의 수분 수축시에도 고결강도를 유지하며, (4)발포형태의 약액으로 발포 압력에 의하여 미세한 절리의 틈까지도 침투 고결시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.

하지만, 상기와 같은 우레탄계 약액 주입공법의 장점에도 불구하고 우레탄계 약액의 겔타임(gel-time)이 60초 정도로 빠르기 때문에 그 적용성에 한계가 있었다. 즉, 우레탄계 약액 주입공법에 사용되는 주입볼트로는 통상 도 1의 것을 사용하게 되는데, 우레탄계 약액은 주입볼트 내부를 완전히 채우면서 토출구를 통해 분사되기 때문에 불필요한 약액의 손실이 유발되었고 또한 겔타임 내에 우레탄계 약액이 주입볼트 선단부까지 미치는 거리가 6m정도에 불과하였는 바 6m이상 깊이로 보강이 요구되는 경우에는 그 적용이 어려웠다.

이러한 문제를 개선하기 위하여 도 2와 같은 중공 이중관형 고결제 주입볼트가 개발되어 실용신안등록 제263622호로 등록받은 바 있다. 상기 중공 이중관형 고결제 주입볼트는 이중관 구조이어서 도 1에 비해 우레탄계 약액의 사용량을 줄일 수 있다는 장점이 있으나, 주입되면 바로 교반되는 구성이므로 주입과 동시에 겔타임이 진행되는 것은 도 1의 경우와 마찬가지인 바 우레탄계 약액이 고결되지 않고 6m가 넘는 깊이에까지 안정적으로 균일하게 주입하기 어렵다는 문제점을 여전히 내재하고 있었다. 이러한 문제점은 고압으로 주입가능한 고가의 장비를 이용하여 해결하여 왔으나, 고가의 장비 사용으로 시공비를 증가시키는 문제를 유발하였다.

본 고안은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수개의 주입관을 다단으로 구성하고 다단으로 구성된 주입관 주변에 개별적으로 교반기를 설치함으로써 우레탄계 약액을 겔타임 내에 상당 깊이(6m 이상)에까지 안정적으로 균일하게 주입할 수 있도록 한 다단식 우레탄계 약액 주입볼트를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 고안의 다른 목적은 기존의 우레탄계 약액 주입장비를 이용하여 시공 가능한 다단식 우레탄계 약액 주입볼트를 제공하는 것이다.

도 1 및 도 2는 종래의 약액 주입볼트의 사시도이다.

도 3은 본 고안의 다단식 우레탄계 약액 주입볼트의 일실시예의 단면도이다.

도 4는 도 3의 다단식 우레탄계 약액 주입볼트에서 선단부와 후단부 경계의 상세도이다.

도 5는 도 3의 다단식 우레탄계 약액 주입볼트를 이용하여 지반을 보강한 상태의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 외관 10a: 후단부

10a-1: 내관 10b: 선단부

10b-1: 주관 10b-2: 분기관

11: 차단벽 15a, 15b: 토출구

20a: 제1주입관 20b: 제2주입관

21a, 21b: 주입구 22a, 22b: 배출구

25a, 25b: 교반기 30: 커버패킹

40: 패커 45: 코킹재 주입관

H: 천공홀

상기의 목적달성을 위해 본 고안은 천공된 지반에 삽입·설치되어 우레탄계 약액을 주입·고결시킴으로써 지반을 보강하는데 적용되는 주입볼트에서, 일단은 폐쇄되고 타단은 개방된 관형상으로 폐쇄단부를 포함하는 선단부와 개방단부를 포함하는 후단부로 구분되며, 상기 선단부 및 후단부에 다수개의 토출구이 형성되고 상기 선단부와 후단부의 경계에는 차단벽이 형성된 외관; 상기 외관의 개방단부를 통해 삽입되어 후단부에만 배치되는 것으로, 외관 외부에 위치하는 주입구와 외관의 후단부에 위치하는 배출구를 포함하여 구성되는 제1주입관; 및, 상기 외관의 개방단부를 통해 삽입되어 후단부를 지나 선단부까지 연장·배치되는 것으로, 외관 외부에 위치하는 주입구와 외관의 선단부에 위치하는 배출구를 포함하여 구성되는 제2주입관;을 포함하여 구성되되, 상기 제1주입관 및 제2주입관을 통해 주입되는 약액이 발포성 우레탄인 경우로서, 제1주입관 및 제2주입관의 배출구 주위에 교반기가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 다단식 우레탄계 약액 주입볼트를 제공한다.

상기 외관의 선단부는 제2주입관의 배출구에서 외관 선단부에 형성된 다수개의 토출구까지 연결되어 약액 주입경로를 형성하는 단면구조로 구성될 수 있고, 이때 상기 약액 주입경로는 제2주입관의 배출구에서 연결되어 외관 선단부의 길이방향으로 연장되는 주관과 상기 주관에서 외관 선단부의 너비방향으로 연장되는 분기관을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 고안의 다단식 우레탄계 약액 주입볼트에서 상기 외관의 후단부 내부에는 내관이 형성되어 외관의 후단부가 이중관구조를 이루되 제1주입관은 내관 외부에 위치하고 상기 제2주입관은 내관 내부에 위치하도록 형성시킬 수 있고, 이때 상기 제1주입관 및 제2주입관의 주입구이 노출되면서 외관 후단부의 개방단부를 밀폐하는 커버패킹이 더 포함되도록 할 수 있으며, 상기 커버패킹은 강관 후단부의 개방단부 외측 둘레를 감싸도록 개방단부의 외경보다 크고 개방단부 외측으로 삽입홀이 형성되도록 제작된 것으로서 상기 외관의 선단부와 후단부 경계의 외주면에 설치되는 패커와 상기 커버패킹의 삽입홀에 삽입되어 패커까지 연장·설치되는 코킹재 주입관을 더 포함하도록 구성할 수 있다.

이하, 도면에 따라 본 고안을 상세히 설명한다.

도 3은 본 고안의 다단식 우레탄계 약액 주입볼트의 일실시예의 단면도이고 도 4는 도 3의 다단식 우레탄계 약액 주입볼트의 상세도이며, 도 5는 도 3의 다단식 우레탄계 약액 주입볼트를 이용하여 지반을 보강한 상태의 단면도이다.

본 고안의 다단식 우레탄계 약액 주입볼트는 천공된 지반에 삽입·설치되어 우레탄계 약액을 주입·고결시킴으로써 지반을 보강하는데 적용되는 주입볼트로서 외관(10), 제1주입관(20a) 및 제2주입관(20b)을 포함하여 구성되며 특히 제1주입관 및 제2주입관의 배출구(22a, 22b) 주위에 교반기(25a, 25b)가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

외관(10)은 일단은 폐쇄되고 타단은 개방된 관형상으로 폐쇄단부를 포함하는 선단부(10b)와 개방단부를 포함하는 후단부(10a)로 구분되며, 상기 선단부(10b) 및 후단부(a)에 다수개의 토출구(15a, 15b)가 형성되고 상기 선단부(10b)와 후단부(10a)의 경계에는 차단벽(11)이 형성된다. 상기 차단벽(11)은 외관(10)을 구획함으로써 우레탄계 약액이 역류하는 것을 방지하여 다단으로 주입되는 것을 가능케 한다(도 4a 참조).

상기 외관의 선단부(10b)와 후단부(10a)의 각각의 길이는 우레탄계 약액이 겔타임 내에 균일하게 분산되어 발포·고결될 수 있는 최장거리인 6m를 넘지않는 것이 바람직하겠다. 본 고안은 보강깊이를 6m이상으로도 할 수 있다는 점을 특징으로 하는 바, 일반적인 규격(통상 6m)으로 제작된 외관을 그대로 적용하는 경우에는 길이 확장을 위해서 커플링을 이용하여 연결한다.

상기 외관의 후단부(10a) 내부에는 내관(10a-1)이 형성되어 이중관구조를 이루도록 할 수 있으며, 이때에는 후술하는 제1주입관(20a)은 내관(10a-1) 외부에 위치하고 제2주입관(20b)은 상기 내관(10a-1) 내부에 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이는 제1주입관(20a)을 통해 외관의 후단부(10a)에 우레탄계 약액이 주입될 때 외관(10)과 내관(10a-1) 사이에만 충진되도록 함으로써 약액의 사용량을 줄여 재료비를 절감하고, 우레탄계 약액의 신속한 분산을 유도하며, 동시에 제2주입관(20b)을 보호하기 위함이다. 즉, 약액의 주입은 일정정도 이상의 압력으로 이루어지는데 이때 약액 분사압력으로 제2주입관(20b)이 파괴될 우려가 있고 또는 우레탄계 약액이 외관의 후단부(10a)에 발포·고결될 때 제2주입관(20b)의 변형을 일으킬 우려가 있는 바, 후단부(10a)의 이중관구조는 이러한 문제를 원천적으로 차단해 주는 것이다.

상기 외관의 선단부(10b)는 후술하는 제2주입관의 배출구(22b)에서 외관 선단부(10b)에 형성된 다수개의 토출구(15b)까지 연결되어 약액 주입경로를 형성하는 단면구조로 구성되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 제2주입관(20b)을 통해 외관의 선단부(10b)에 우레탄계 약액이 주입될 때 주입경로를 따라서만 충진되도록 함으로써 약액의 사용량을 줄여 재료비를 절감하고, 동시에 선단부(10b)의 폐쇄단부까지 신속한 분산을 유도하기 위함이다. 이때, 상기 약액 주입경로는 도 3에서와 같이 제2주입관의 배출구(22b)에서 연결되어 외관 선단부(10b)의 길이방향으로 연장되는 주관(10b-1)과 상기 주관에서 외관 선단부의 너비방향으로 연장되는 분기관(10b-2)을 포함하는 구성으로 형성시킬 수 있다.

제1주입관(20a)은 상기 외관(10)의 개방단부를 통해 삽입되어 후단부(10a)에만 배치되는 것으로, 외관(10) 외부에 위치하는 주입구(21a)와 외관의 후단부(10a)에 위치하는 배출구(22a)를 포함하여 구성되며, 상기 제1주입관의 배출구(22a) 주위에는 교반기(25a)가 더 설치된다. 상기 제1주입관의 주입구(21a)를 통해 우레탄계 약액이 주입되면 제1주입관의 배출기(22a) 주위에 설치된 교반기(25a)에서 교반되며, 이후 교반된 우레탄계 약액이 배출구(22a)를 통해 배출되면 차단벽(11)에 의해 외관의 후단부(10a)에만 충진되고 외관 후단부(10a)에 형성된 토출구(15a)를 통해 분출됨으로써 천공홀(H)까지 신속 침투하게 된다(도 5a 및 도 5b 참조).

제1주입관(10a)에 주입되는 우레탄계 약액의 겔타임은 교반시 바로 진행된다. 결국, 천공홀(H)까지 침투된 우레탄계 약액이 고결되면 외관 후단부(10a)가 위치하는 천공홀(H) 주위는 균일하고 안정적인 보강구조로 완성하게 된다.

제2주입관(20b)은 상기 외관(10)의 개방단부를 통해 삽입되어 후단부(10a)를 지나 선단부(10b)까지 연장·배치되는 것으로, 외관(10) 외부에 위치하는 주입구(21b)와 외관의 선단부(10b)에 위치하는 배출구(22b)를 포함하여 구성되며, 상기 제2주입관의 배출구(22b) 주위에는 교반기(25b)가 더 설치된다. 제2주입관의 주입구(21b)를 통해 우레탄계 약액이 주입되면 외관의 후단부(10a)를 지나 외관의 선단부(10b)에 위치하는 제2주입관의 배출기(22b) 주위에 설치된 교반기(25b)에서 교반되며, 이후 교반된 우레탄계 약액이 배출구(22b)를 통해 배출되면 차단벽(11)에 의해 외관의 선단부(10b)에만 충진되고 곧 외관 선단부(10b)에 형성된 토출구(15b)를 통해 분출됨으로써 천공홀까지 침투하게 된다(도 5a 및 5c 참조).

우레탄계 약액의 겔타임은 외관의 후단부(10a)를 통과할 때까지는 진행하지 않다가 외관의 선단부(10b) 진입 무렵인 제2주입관 배출구(22b) 주위에 설치된 교반기(25b)에서 교반된 후에야 비로소 진행하게 되는 바, 제2주입관(20b)을 통해 주입되는 우레탄계 약액은 겔타임 내에 무리없이 외관의 선단부(10b)에 고르게 분산되고 천공홀(H)까지 신속 침투하게 된다. 결국, 천공홀(H)까지 침투된 우레탄계 약액이 고결되면 외관 선단부(10b)가 위치하는 천공홀(H) 주위는 균일하고 안정적인 보강구조로 완성하게 된다.

본 고안의 다단식 우레탄계 약액 주입볼트에는 외관 후단부(10a)의 개방단부를 밀폐하기 위한 커버패킹(30)을 더 포함할 수 있는데, 이때 커버패킹(30)은 제1주입관 및 제2주입관의 주입구(21a, 21b)가 외관(10) 외부로 노출되도록 형성된다. 상기 커버패킹(30)은 외관(10)을 밀폐시켜 제1주입관 및 제2주입관의 배출구(22a, 22b)에서 분사되는 우레탄계 약액의 분사압을 유지하면서 외관(10) 밖으로 유출되는 것을 방지하기 위해 구비된다.

또한, 상기 외관(10)의 외주면에는 패커(40)가 더 설치되도록 할 수 있다. 이때, 상기 패커(40)는 외관의 선단부(10b)와 후단부(10a)의 경계에 구비하도록 하는 것이 외관(10) 내의 우레탄계 약액의 주입과정을 고려할 때 바람직하다. 즉,도 5a에서와 같이 지반에 침투되는 우레탄계 약액이 외관의 후단부 및 선단부가 위치하는 부분을 각각 구획하여 개별적인 그라우팅구역(제1그라우팅구간, 제2그라우팅구간)을 형성토록 하기 위함이다. 상기 패커(40)는 외관(10)이 천공홀(H) 내에서 움직이지 않도록 고정시키면서 천공홀(H) 내에 침투된 우레탄계 약액이 역류하는 것을 방지함으로써 다단식의 구조를 완성시켜 준다.

상기 패커(40)의 패키징처리를 위해서 도 4b에서와 같이 패커(40)까지 코킹재를 주입할 수 있어야 할 것이다. 본 고안의 실시예에서는 이를 위해 커버패킹(30)으로 외관 후단부(10a)의 개방단부 외측 둘레를 감싸도록 개방단부의 외경보다 크고 개방단부 외측으로 삽입홀이 형성되도록 제작된 것을 사용하고, 상기 커버패킹의 삽입홀에 삽입되어 패커까지 연장·설치되는 코킹재 주입관(45)을 더 포함하도록 구성하고 있다.

도 5a에서와 같이 본 고안의 다단식 우레탄계 약액 주입볼트를 천공홀(H)에 삽입·설치한 후 코킹재 주입관(45)을 통해 외부에서 코킹재를 주입하여 패커(40)를 팽창시키면 패커(40)가 주입볼트의 외관(10)과 천공홀(H) 사이의 틈을 메움으로써 주입볼트의 위치를 고정시키고 천공홀(H)을 구획하고, 이로써 우레탄계 약액이 침투로 형성되는 그라우팅구역(제1그라우팅구간 및 제2그라우팅구간)이 구획되어 다단구조를 완성하게 된다.

본 고안의 실시예에서는 2단구조의 우레탄계 약액 주입볼트에 관하여 상술하고 있으나, 설치길이를 연장하기 위해 외관의 길이를 확장하고(선단부와 후단부 사이에 제1중간부, 제2중간부 등으로 구획되도록 길이 확장) 확장된 외관의 구획구간에 따라 주입관의 수를 증가시키고 주입관 주변에 개별적으로 교반기를 설치함으로써 3단, 4단 등의 다단으로 더 구성할 수 있음은 당연하다. 이때에는 외관의 구획구간 경계부에는 패커를 설치하여 그라우팅구역을 구별하여 형성될 수 있도록 구성함은 마찬가지이다.

본 고안의 다단식 우레탄계 약액 주입볼트에 따르면, 복수개의 주입관을 다단으로 구성하고 다단으로 구성된 주입관 주변에 개별적으로 교반기를 설치함으로써 우레탄계 약액을 겔타임 내에 상당 깊이(6m 이상)에까지 안정적으로 균일하게 주입할 수 있게 된다. 또한, 주입볼트의 길이가 6m이상으로 연장되더라도 고압분사를 위한 특별한 장비없이 기존의 우레탄계 약액 주입장비를 이용하여 시공가능하게 된다. 결국, 본 고안의 다단식 우레탄계 약액 주입볼트를 이용하여 터널 및 지반 등을 보강공사하면 더욱 확고한 보강구조로 완성할 수 있게 된다.

Claims

천공된 지반에 삽입·설치되어 우레탄계 약액을 주입·고결시킴으로써 지반을 보강하는데 적용되는 주입볼트에서,

일단은 폐쇄되고 타단은 개방된 관형상으로 폐쇄단부를 포함하는 선단부와 개방단부를 포함하는 후단부로 구분되며, 상기 선단부 및 후단부에 다수개의 토출구가 형성되고 상기 선단부와 후단부의 경계에는 차단벽이 형성된 외관;

상기 외관의 개방단부를 통해 삽입되어 후단부에만 배치되는 것으로, 외관 외부에 위치하는 주입구와 외관의 후단부에 위치하는 배출구를 포함하여 구성되는 제1주입관; 및,

상기 외관의 개방단부를 통해 삽입되어 후단부를 지나 선단부까지 연장·배치되는 것으로, 외관 외부에 위치하는 주입구와 외관의 선단부에 위치하는 배출구를 포함하여 구성되는 제2주입관;을 포함하여 구성되되,

상기 제1주입관 및 제2주입관의 배출구 주위에 교반기가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 다단식 우레탄계 약액 주입볼트.
제1항에서,

상기 외관의 선단부는 제1주입관의 배출구에서 외관 선단부에 형성된 다수개의 토출구까지 연결되어 약액 주입경로를 형성하는 단면구조로 구성된 것을 특징으로 하는 다단식 우레탄계 약액 주입볼트.
제2항에서,

상기 약액 주입경로는 제1주입관의 배출구에서 연결되어 외관 선단부의 길이방향으로 연장되는 주관과 상기 주관에서 외관 선단부의 너비방향으로 연장되는 분기관을 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다단식 우레탄계 약액 주입볼트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,

상기 외관의 후단부 내부에는 내관이 형성되어 이중관구조를 이루되, 상기 제1주입관은 내관 외부에 위치하고 제1주입관은 내관 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 다단식 우레탄계 약액 주입볼트.
제4항에서,

상기 제1주입관 및 제2주입관의 주입구를 노출시키면서 외관 후단부의 개방단부를 밀폐하는 커버패킹을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다단식 우레탄계 약액 주입볼트.
제5항에서,

상기 커버패킹은 강관 후단부의 개방단부 외측 둘레를 감싸도록 개방단부의 외경보다 크고 개방단부 바깥으로 삽입홀이 형성되도록 제작된 것으로서,

상기 외관의 선단부와 후단부 경계의 외주면에 설치되는 패커와 상기 커버패킹의 삽입홀에 삽입되어 패커까지 연장·설치되는 코킹재 주입관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다단식 우레탄계 약액 주입볼트.