KR20050008343A - 케이싱과 고무튜브형 패커를 이용한 다단그라우팅장치 및그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사면보강이나 댐 또는 터널내 보강을 위한 파이프 루프공법 또는 터널내의 선지보공법에 쓰이는 그라우팅 장치 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 네일, 강봉, 파이프등의 보강재의 선단부의 외주면에 고무튜브형 패커(20)를 설치하여 깊은 심도에서 천공홀(1)의 입구까지 순차적으로 여러번에 걸쳐 다단으로 그라우팅을 할 수 있도록 고안하였으며, 가압호스(25)로 연결된 고무튜브형 패커(20) 내부에 압축공기 또는 물에 의한 압력을 가하여 천공구멍을 밀폐시키게 하였으며, 상기 고무튜브형 패커(20)를 천공홀(1)로 부터 인발시 공벽의 붕괴로 인한 고무튜브형 패커(20)의 피탈을 방지하기 위해 케이싱(10)을 사용하였다. 본 발명은 기존의 강관다단그라우팅을 하던 것을 파이프 및 강봉과 빈공에도 케이싱을 이용하여 공벽의 무너짐이 없이 가압 그라우팅이 가능하도록 하였다.

Description

케이싱과 고무튜브형 패커를 이용한 다단그라우팅장치 및 그 시공방법 {Multistage grouting apparatus and method using casing and packer}

본 발명은 사면보강이나 터널내 지반보강에 있어서 강봉형 또는 파이프형 보강재를 천공홀에 삽입장착하고 그라우팅을 할 경우 원지반의 파괴를 방지하면서 보강재 주변의 균일한 그라우팅을 위한 다단그라우팅장치 및 그 시공방법에 관한 것이다.

최근 터널굴착을 위한 지반보강공법으로 강관다단 그라우팅공법이 많이 사용되고 있으며, 사면보강공사의 네일보강에서도 무압공법에서 발전하여 가압다단그라우팅을 동시에 하여 지반자체를 보강하는 추세이며, 차수와 지반보강효과를 동시에 얻을 수 있어 차수그라우팅과 보강그라우팅 등 두 가지 공법으로 혼용하기도 한다.

종래의 강관 보강형 다단 그라우팅공법이나 RPU공법은 갱 천공, 강관 건입, 코킹 및 실링, 그라우팅순으로 진행하며, 주로 연약한 토사나 풍화암층의 차수 및 보강에 적합하다. 터널의 경우 터널천단부 원주면에서 φ125 정도의 방사상으로 여러개의 구멍을 천공하고 분사구멍과 역류방지용 고무밴드가 장착된 소구경 강관을 건입한 후 강관과 천공 구멍 사이로 그라우트재를 충전하고 코킹재로 천공 구멍의 입구를 막아 그라우트재가 새어 나오지 못하게 막는다. 그리고 다단 그라우팅은 유공강관내에서 패커를 이동시켜가며 가압그라우팅을 한다.

대한민국 출원번호 제20-2000-0021638호는 밸브(10)의 외주연은 테이퍼지게 형성하고, 상기 외주연의 양측으로 이탈방지구를 구비하며 상기 밸브(10)가 결합되게 내면이 테이퍼지게 형성된 밸브결합공(21)을 형성한 밸브케이스(20)를 구비하되, 상기 밸브케이스(20)의 외주연은 단이 지게 걸림턱(22)을 구비하고, 상기 걸림턱(22)의 일측으로 나사부(23)를 구비하며, 외주연의 양측으로 상기 밸브(10)의 이탈방지구(11)와 결합되는 이탈방지홈(24)을 천공되게 형성하고, 상기 걸림턱(22)의 단부에 회동공구홈(25)을 형성한 것을 특징으로 하는 강관 그라우팅 주입밸브를 개시하고 있다.

또한 대한민국 특허출원 제20-1999-0025197호는 흙막이 보강벽체의 형성이나 사면안정을 위해 마련되는 쏘일네일링 구조에 있어서, 해당 지반의 천공홀상에 외주면으로 일정 간격의 간격재가 일체로 설치된 네일기능의 파이프 보강재를 설치하되, 상기 파이프 보강재는 그 외주면으로 고압의 시멘트 밀크가 공급되어 분사될 수 있도록 복수개로 형성된 분사공과; 표면과의 부착력 확대를 위해 외주면의 일부에 형성된 나선부와; 보강재 외주면의 선단쪽에 일정한 간격을 유지하면서 전/후면으로 대향설치되며, 주입공이 형성된 한 쌍의 지지부재; 및 이 지지부재의 주입공을 통해 우레탄약액이 주입되어 겔화에 따른 부피팽창으로 천공홀을 긴밀하게 밀폐하여주는 패킹부재가 마련됨을 그 특징으로 하는 가압 그라우팅을 이용한 쏘일네일링 구조를 개시하고 있다.

기타 대한민국 특허출원 제 10-2000-0062033은 유리섬유 강화파이프 주입관을 이용한 다단계그라우팅장치와 그 시공방법을 소개하고 있다.

즉, 다단그라우팅을 하는 현재까지의 기술은 지반을 천공한 후 유공 보강 파이프를 삽입하고 보강파이프와 지반사이에 주로 벤토나이트 혼합물 또는 시멘트밀크 실링재를 먼저 그라우팅하고 유공보강파이프 내에 패커를 채워서 가압 그라우팅하므로써 그라우트 밀크가 유공파이프 구멍을 통하여 지반에 그라우팅되는 방법으로 심부에서부터 고무튜브형 패커를 여러번 나누어 채우면서 그라우팅을 하여야 한다.

종래 기술의 단점은 파이프 보강재와 지반과의 사이에 실링재를 사용함으로 인해 지반과 보강재가 완전히 접착하기 어렵고 보강재가 파이프일 경우에만 다단 그라우팅이 된다는 한계가 있었다.

즉, 현재까지는 강봉형의 보강재가 삽입된 천공지반을 원활하게 다단그라우팅 할 수 있는 장치가 없었다.

상기 기술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 상기 파이프형 뿐만 아니라 강봉형 보강재가 삽입된 천공지반을 다단그라우팅 할 수 있으며 천공 공벽의 붕괴를 방지하면서 고무튜브형 패커를 회수할 수 있는 장치 및 그 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술한 목적을 달성하기 위하여, 터널, 사면 및 지반을 보강하는 그라우팅장치에 있어서, 케이싱과 상기 케이싱에 삽입하는 보강재와; 케이싱내에 그라우트재를 주입하기 위한 그라우팅 주입관과; 보강재 및 그라우팅주입관과 디스챠지 파이프가 관통하는 홀이 형성되어 있으며, 주입된 그라우트재의 역류를 방지하는 고무튜브형 패커와; 상기 고무튜브형 패커와 연결되어 액체 또는 공기를 주입하는 가압호스로 구성되어 하나의 천공홀에서 고무튜브형패커를 인발하면서 여러번의 가압그라우팅을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 다단계 그라우팅장치와 그 시공방법을 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명인 케이싱과 고무튜브형 패커를 이용한 다단그라우팅장치를 개략적으로 도시한 측단면도.

도 2는 상기 도1의 A-A의 단면을 나타낸 도면.

도 3a은 개방부가 형성되어 있는 케이싱의 형상을 개략적으로 도시한 도면.

도 3b은 개방부가 입구의 일부에만 형성되어 있는 케이싱의 형상을 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 상기 도1의 고무튜브형 패커와 케이싱이 부착되어 있는 것을 도시한 B-B단면도.

도 5는 상기 도1의 고무튜브형 패커가 주변지반과 밀착되어 있는 구조를 도시한 C-C단면도.

도 6는 상기 도1의 스페이서의 구조를 개략적으로 도시한 D-D단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 천공홀 10 : 케이싱

13 : 개방부 15 : 그라우팅 주입관

17 : 보강재 20 : 고무튜브형 패커

25 : 가압호스 30 : 디스챠지 파이프

35 : 스페이서

본 발명의 구성과 그 시공방법의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 다음 설명에 의해 본 발명의 기술적범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명인 케이싱과 고무튜브형 패커1를 이용한 다단그라우팅장치를 개략적으로 도시한 측단면도이며, 도 2는 상기 도1의 A-A의 단면을 나타낸 도면이고, 도 3a는 개방부가 형성되어 있는 케이싱의 형상을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3b는 개방부가 입구의 일부에만 형성되어 있는 케이싱의 형상을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 상기 도1의 고무튜브형 패커와 케이싱이 부착되어 있는 것을 도시한 B-B단면도이고, 도 5는 상기 도1의 고무튜브형 패커가 주변지반과 밀착되어 있는 구조를 도시한 C-C단면도이며, 도 6은 상기 도1의 스페이서의 구조를 개략적으로 도시한 D-D단면도이다.

상기 기술한 도1,도2,도3a,3b 및 도4에서 도시된 바와 같이, 터널, 사면 및 지반을 보강하는 그라우팅장치에 있어서, 그라우팅 주입관(15)과 디스챠지 파이프(30) 및 가압호스(25)를 길이방향으로 일부가 개방된 개방부(13)가 형성되어 있어 상기 그라우팅 주입관(15)과 디스챠지 파이프(30) 및 가압호스(25)를개방부(13)로 늘어뜨려 작업할 수 있게 하는 케이싱(10)과 상기 케이싱(10)에 삽입하는 보강재(17)와; 케이싱(10)내에 그라우트재를 주입하기 위한 그라우팅 주입관(15)과; 상기 그라우팅 주입관(15)의 선단부에 장착되어 주입된 그라우트재의 역류를 방지하는 고무튜브형 패커(20)와; 가압호스(25) 및 디스챠지 파이프(30)로 구성되어 있음을 알 수 있다.

그리고 상기 보강재는 일면이 막힌 파이프형 뿐만 아니라 강봉형도 사용할 수 있는 것이 특징이다.

즉, 본 발명은 일면이 막힌 파이프형 뿐만 아니라 강봉형태의 보강재까지도 다단 그라우팅을 할 수 있도록 하였으며 실링재(sealing)를 사용하지 않으므로 주변지반과 보강재의 부착력이 보다 크게 발휘될 수 있도록 하였고 보강재가 없는 단순천공 지반 그라우팅도 패커의 중심부 네일구멍이 없는 것을 사용하여 다단그라우팅이 가능하도록 하였다.

천공된 주변지반에 고무튜브형 패커가 압력을 가하면 공벽이 신선한 암반인 경우를 제외한 대부분의 경우 공벽이 손상되게 되므로 고무튜브형 패커의 회수가 어렵고 여러번에 걸친 다단그라우팅이 불가하게 되어 이에 공벽의 무너짐을 방지하면서 케이싱을 이용하여 고무튜브형 패커를 회수하여 여러번에 걸친 단계그라우팅이 가능토록 하고자 하였다.

이때, 케이싱은 공벽의 붕괴가 예상되지 않는 양호한 지반에서는 도3과 같은 개방형케이싱을 사용하고, 공벽의 붕괴가 많은 토사지반에서는 도3-1과 같은 입구만 개방형이거나 전체가 원통형인 것을 사용하여 공벽붕괴를 방지하면서 시공의 편의성을 도모하며 패커를 용이하게 회수 할 수 있다.

이하 본 발명인 케이싱과 고무튜브형 패커를 이용한 다단그라우팅장치를 이용하여 효과적으로 지반을 보강하는 그라우팅 시공방법에 대해 살펴보면 다음과 같다.

터널, 사면 절개지와 연약지반보강 그라우팅방법에 있어서, 수평방향이나 상, 하경사 방향으로 천공홀(1)을 천공하는 천공공정과; 케이싱(10)과 보강재(17) 및 그라우팅주입관(15)과 디스챠지 파이프(30)가 관통하는 고무튜브형 패커(20)를 조립하는 공정과; 천공홀(1)에 상기 조립한 장치를 인입하는 공정과; 고무튜브형 패커(20)를 가압호스(25)로 가압하여 케이싱(10)의 내벽과 천공된 지반의 내벽에 상기 고무튜브형 패커(20)를 밀착시킨 후 그라우팅주입관(15)을 통하여 그라우트를 주입하는 공정과; 그라우트의 주입의 초기에 디스챠지 파이프(30)로 공기나 액체를 배출시키고 상기 디스챠지 파이프(30)를 잠궈서 공내를 가압그라우팅하게 되는 공정과; 상기 공정 후 고무튜브형 패커(20)를 인발하여 위치를 변경하고 고무튜브형 패커(20)의 가압에서부터 상기 공정을 반복하여 다단계 그라우팅을 천공홀(1)의 입구까지 순차적으로 진행하여 지반을 보강하게 된다.

그리고 디스챠지 피이프도 신선한 암을 제외하고는 대개 필요가 없으며, 그 이유는 가압그라우팅에 의해 공내에 남아 있는 액체나 공기는 리핑암이나 사질토사에서는 지반으로 스며들기 때문이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 다단그라우팅 중에 발생할 수 있는 천공공벽의 무너짐을 케이싱으로 보호하면서 상기 케이싱을 통해 고무튜브형 패커의 인발 및 인입을 자유롭게 할 수 있으며 특히, 사면용 네일을 다단그라우팅 할 수 있도록 하였고 이에 따라 보강재가 삽입된 주변지반을 일반적으로 천공입구에서만 가압그라우팅 할때보다 큰 압력으로 그라우팅이 가능하고 그라우팅 구근의 직경이 보다 더 커지며 따라서 원지반과 그라우팅재와의 마찰응력과 마찰력이 커지게 된다.

또한 지반보강에서 지반의 융기없이 큰압력으로 다단그라우팅을 할때의 장점은 고압으로 인해 파쇄대가 벌어진후 닫히게 될 때 암과 시멘트사이의 강력한 결합력이 발생하고 그라우트재의 관입량이 많아져서 천공수를 감소할수 있으며 그라우트재가 공극사이로 관입되면서 물이 빠져나가므로 지반의 강도가 향상된다.

Claims (5)

1. 터널, 사면 및 지반을 보강하는 그라우팅장치에 있어서, 케이싱(10)과 상기 케이싱(10)에 삽입하는 보강재(17)와; 케이싱(10)내에 그라우트재를 주입하기 위한 그라우팅 주입관(15)과; 보강재(17) 및 그라우팅주입관(15)과 디스챠지 파이프(30)가 관통하는 홀이 형성되어 있으며, 주입된 그라우트재의 역류를 방지하는 고무튜브형 패커(20)와; 가압호스(25) 및 디스챠지 파이프(30)로 구성되어 하나의 천공홀(1)에서 고무튜브형 패커(20)를 인발하면서 여러번의 가압그라우팅을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 케이싱과 고무튜브형 패커를 이용한 다단그라우팅장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 케이싱(10)은 길이방향으로 일부가 개방된 개방부(13)가 형성되어 있는 구조를 특징으로 하는 케이싱과 고무튜브형 패커를 이용한 다단그라우팅장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 보강재(17)는 일면이 막힌파이프형이나 강봉형중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 케이싱과 고무튜브형 패커를 이용한 다단그라우팅장치.
4. 제 1항에 있어서, 단순천공 지반에서는 중심부에 보강재(17)가 삽입되는 홀이 없는 고무튜브형 패커를 사용하는 것을 특징으로 하는 케이싱과 고무튜브형 패커를 이용한 다단그라우팅장치.
5. 터널, 사면 절개지와 연약지반보강 그라우팅방법에 있어서, 수평방향이나 상, 하경사 방향으로 천공홀(1)을 천공하는 공정과; 케이싱(10)과 보강재(17) 및 그라우팅주입관(15)과 디스챠지 파이프(30)가 관통하는 고무튜브형 패커(20)를 조립하는 공정과; 천공홀(1)에 상기 조립한 장치를 인입하는 공정과; 고무튜브형 패커(20)를 가압호스(25)로 가압하여 케이싱(10)의 내벽과 천공된 지반의 내벽에 상기 고무튜브형 패커(20)를 밀착시킨 후 그라우팅주입관(15)을 통하여 그라우트를 주입하는 공정과; 그라우트의 주입의 초기에 디스챠지 파이프(30)로 공기나 액체를 배출시키고 상기 디스챠지 파이프(30)를 잠궈서 공내를 가압그라우팅하게 되는 공정과; 상기 공정 후 고무튜브형 패커(20)를 인발하여 위치를 변경하고 고무튜브형 패커(20)의 가압에서부터 상기 공정을 반복하여 다단계 그라우팅을 천공홀(1)의 입구까지 순차적으로 진행하여 지반을 보강하는 것을 특징으로 하는 케이싱과 고무튜브형 패커를 이용한 다단그라우팅장치.