KR20060135588A

KR20060135588A - 강관 보강형 그라우트 주입장치 및 이를 이용한 강관보강형 그라우트 공법

Info

Publication number: KR20060135588A
Application number: KR1020060125794A
Authority: KR
Inventors: 지원섭
Original assignee: 계림하이텍(주)
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2006-12-29
Also published as: KR100756536B1

Abstract

본 발명은 강관 보강형 그라우트 주입장치 및 이를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법에 관한 것으로, 사면이나 터널굴착시 예정단면 방향으로 일정간격 천공된 구멍에 설치되는 강관의 내부에 설치되어 크라우트재를 주입하기 위한 그라우트 주입장치를 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재의 꼭지점 중심으로부터 그라우트가 분사되어 강관과 천공홀 내부를 충진할 수 있도록 함으로써 강관의 정착을 보다 용이하게 할 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명은 사면이나 터널굴착시 굴착방향 전방인 예정단면에 우산(Umbrella) 형태로 강관을 천공 설치한 상태에서 강관 내부에 그라우트를 압력 주입하여 상기 그라우트의 양생을 통해 상기 강관과 주변지반을 일체화시킴으로써 빔 아크(Beam Arch)를 형성하는 강관 보강형 그라우트 공법의 그라우트 주입장치에 있어서, 그라우트 주입장치는 강관의 내부에 길이가 다르게 다단으로 삽입 설치되어 외부의 펌프를 통해 공급되는 그라우트를 강관으로 주입되도록 하는 다수의 주입호스; 주입호스 각각의 배출구측 외주면 상에 결합 고정되어 끝단의 최정점 중심에 그라우트 분사공이 형성되어지되 펌프를 통한 그라우트 주입시 그 주입압력에 의해 팽창되어 강관의 내벽을 막아 다수로 구획시키는 한편 팽창에 의해 최정점 중심의 그라우트 분사공이 확장되어 그라우트를 분사하는 팽창부재; 및 주입호스 각각의 배출구측 외주면 상에 양단이 연결되지 않은 겹친 상태로 결합 고정되어지되 그 끝단이 열린 상태로 팽창부재의 둘레를 커버하여 강관의 내부에 삽입시 팽창부재를 보호하는 보호부재를 포 함한 구성으로 이루어진다.

그라우팅, 그라우트, 터널시공, 강관, 그라우트 공법, 보강재

Description

강관 보강형 그라우트 주입장치 및 이를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법{Grout injection apparatus and a method of construction type reinforcement steel pipe}

도 1a 및 도 1b 는 일반적인 강관 보강형 그라우트 공법에 의한 터널굴착 예정단면을 보인 정면도와 측면도.

도 2 는 종래 기술에 따른 강관 보강형 그라우트 공법의 그라우트 충전 기술을 보인 구성도.

도 3 은 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 보인 분리 사시도.

도 4 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 보인 결합 사시도.

도 5 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 보인 단면 구성도.

도 6a 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치의 구성에서 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재를 보인 사시도.

도 6b 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치의 구성에서 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재의 팽창된 상태를 보인 사시도.

도 6c 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치의 구성에서 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재의 팽창된 상태를 보인 단면도.

도 6d 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치의 구성에서 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재의 팽창을 단계적으로 보인 단면도.

도 7 은 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법의 직천공시 시공순서의 1단계인 구멍의 천공을 보인 단면 구성도.

도 8 은 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법의 직천공시 시공순서의 2단계인 코킹(Caulking)을 보인 단면 구성도.

도 9a 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법의 직천공시 시공순서의 3단계인 그라우트 주입과정에서 그라우트 주입장치의 설치를 보인 단면 구성도.

도 9b 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법의 직천공시 시공순서의 3단계인 그라우트 주입과정에서 그라우트 주입장치에 의한 그라우트의 주입을 보인 단면 구성도.

도 9c 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법의 직천공시 시공순서의 3단계인 그라우트 주입과정에서 그라우트 주입장치에 의한 그라우트의 주입이 완전히 이루어진 상태를 보인 단면 구성도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10. 터널 예정단면 12. 천공홀

20. 강관 100a. 그라우팅 주임장치

110. 주입호스 120. 팽창부재

122. 그라우트 분사공 130. 보호부재

140. 그라우트 혼합부재 140a. 혼합 가이드

142. 스토퍼핀 150. 고정밴드

본 발명은 강관 보강형 그라우트 주입장치 및 이를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널굴착과 동시에 터널 내·외부에서 주변지반이나 굴착시 막장자립의 안정을 도모하기 위한 보조공법 중 강관 보강형 그라우팅 공법의 터널굴착시 예정단면 방향으로 일정간격 천공 설치되는 강관 내부에 그라우트를 주입할 수 있도록 한 강관 보강형 그라우트 주입장치 및 이를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법에 관한 것이다.

일반적으로 그라우트(grout)라 함은 토목공사에서 누수방지공사(漏水防止工事)나 토질안정(土質安定) 등을 위하여 지반의 갈라진 틈·공동(空洞) 등에 충전재를 주입하는 것을 말하는 것으로, 그라우팅(grouting)이라고도 한다. 또한, 그 주입재도 그라우트 또는 그라우트라고 한다. 주입재(注入材)를 그 중력(重力)이나 펌프를 이용해 충전(充塡)하거나, 건축물의 균열(龜裂) 부분의 보수, 기초부분·기계대좌(機械臺座)의 지지력을 보강할 목적으로 실시한다.

전술한 바와 같은 그라우트의 종류는 시공목적에 따라 지수 그라우트, 지반개량 그라우트, 충전 그라우트, 보강 그라우트 등이 있고, 주입장소에 따라 공동 그라우트, 균열 그라우트, 공극(孔隙) 그라우트 등이 있으며, 그라우트의 종류는 시멘트계·철분질계(鐵粉質系)·아스팔트계·약액(藥液) 그라우트(케미컬 그라우트) 등으로 분류된다. 초기의 그라우트에는 시멘트·물·점토(粘土) 등을 사용한 시멘트계 그라우트가 사용되었으나, 1919년 케미컬 그라우트가 발명되어 사용범위가 넓어졌다. 최근에는 비닐 중합(重合)과 크롬리그닌의 발견으로 그라우트 기술은 급진전하였다.

한편, 터널굴착시 지반의 상황이나 용수에 의해 시공이 곤란해지거나 지보효과가 저하되는 경우 안전하고 효율적인 터널시공을 위하여 터널의 지보재(숏크리트, 록볼트, 강지보재 등)와 병용하여 보조공법을 사용하게 된다. 이러한 보조공법은 터널굴착과 동시에 터널 내·외부에서 주변지반이나 굴착시 막장자립의 안정을 도모하는 것으로 천단부와 막장안정을 위한 지반강화, 구조적 보강, 차수 및 배수를 위한 공법으로 대별할 수 있다.

그리고, 산지를 통과하는 도로터널은 지하수 여건이 지하철터널에 비해 양호하기 때문에 보조공법 중 용수대책 공법보다는 지반강화 및 구조적 보강목적의 보조공법인 Forepolling, Umbrella 공법, 막장면 지지코아, 가인버트 등이 설계 및 시공에 주로적용되고 있다. 최근에는 터널갱구부의 자연환경 훼손을 최소화하기 위하여 풍화대(풍화토, 풍화암) 지반에서의 NATM시공이 늘어나고 있으며, 터널천단 안정을 위한 Umbrella 공법 적용이 설계 및 시공에 있어서 필수사항이 되었다. 다음은 일반적인 강관 보강형 그라우팅 공법을 보인 것이다.

도 1a 및 도 1b 는 일반적인 강관 보강형 그라우트 공법에 의한 터널굴착 예정단면을 보인 정면도와 측면도, 도 2 는 종래 기술에 따른 강관 보강형 그라우트 공법의 그라우트 충전 기술을 보인 구성도이다.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같은 일반적인 강관 보강형 그라우트 공법은 파이프루프를 이루는 강관을 단지 지반 보강재로서만 이용하지 않고 그 속에 인위적인 구멍들을 내어 강관을 통한 그라우트를 수행함으로써 차수와 보강효과를 1개의 공정으로 얻는 기술이다.

먼저, 도 1a 및 도 1b 에 도시된 바와 같이 일반적인 강관 보강형 그라우트 공법은 터널굴착시 굴착방향 전방인 예정단면(10)에 우산(Umbrella) 형태로 강관(20)을 천공 설치한 후, 천공 설치된 강관(20) 내부에 그라우트를 압력 주입하여 보강재와 주변지반을 일체화시킴으로써 빔 아크(Beam Arch)를 형성하게 된다.

전술한 바와 같이 강관 보강형 그라우트 공법을 통해 터널굴착 예정단면(10)을 보강시 강관(20)을 배설하기 위한 천공방식은 구멍(12)의 천공 후 강관(20)을 삽입하는 일반적인 방식으로 할 수도 있고, 구멍(12)의 천공과 동시에 강관(20)을 지반 내에 삽입하는 직천공 방식으로 할 수도 있다.

한편, 도 2 에 도시된 바와 같이 강관(20) 내부에 그라우트의 원활한 주입 및 주입효과의 극대화를 위하여 삽입된 강관(20) 내에 일정간격으로 패커(30)를 설치한 후, 그라우트 주입관(40)과 에어 주입관(42)을 강관(20)의 내부에 삽입하여 펌프(50)와 에어콤프레샤(52)를 통해 그라우트와 에어를 강관(20)의 내부에 주입한다.

그러나, 전술한 바와 같이 일정간격으로 패커를 설치하는 구조의 종래 기술에 따른 강관 보강형 그라우팅 공법은 그라우트를 다단으로 주입할 수 밖에 없기 때문에 강관을 정착시키는데 시간과 노력을 필요로 하는 문제가 있다. 즉, 시공에 어려움이 따르게 된다.

또한, 전술한 바와 같이 패커를 설치하는 구조의 종래 기술에 따른 강관 보강형 그라우팅 공법은 강관 내에 주입된 그라우트가 어느 정도 양생되기 전에는 그라우트 주입관과 에어 주입관을 제거하지 못하기 때문에 터널시공의 작업공기에 영향을 미치게 된다. 즉, 모르타르나 밀크 상태의 주입된 그라우트가 어느 정도 양생되기 전에 그라우트 주입관과 에어 주입관을 제거하게 되면 강관으로부터 흘러내리기 때문에 주입된 그라우트가 어느 정도 양생되어 그라우트 주입관과 에어 주입관을 제거해도 흘러내리지 않을 때까지 충분한 시간을 필요로 하게 된다.

따라서, 전술한 바와 같이 패커를 설치하는 구조의 종래 기술에 따른 강관 보강형 그라우팅 공법을 통한 터널시공은 하나의 강관을 천공 설치하여 그라우트의 주입을 통해 강관을 정착시키는 작업이 끝난 후에 다른 강관을 순차적으로 천공 설치하여야 하므로 작업공기의 지연과 이로 인하여 시공비의 부담이 가중되는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 제안된 것으로, 사면이나 터널굴착시 예정단면 방향으로 일정간격 천공된 구멍에 설치되는 강관의 내부에 설치되어 크라우트재를 주입하기 위한 그라우트 주입장치를 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재의 꼭지점 중심으로부터 그라우트가 분사되어 강관과 천공홀 내부를 충진할 수 있도록 함으로써 강관의 정착을 보다 용이하게 할 수 있도록 한 강관 보강형 그라우트 주입장치 및 이를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적으로는 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재의 꼭지점 중심으로부터 그라우트가 분사되어 강관과 천공홀 내부를 충진할 수 있도록 한 다단의 그라우트 주입장치를 구성함으로써 시공현장의 상황에 따른 현장작업이 가능하도록 함에 있다.

아울러, 본 발명에 따른 기술은 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재의 꼭지점 중심으로부터 그라우트가 분사되어 강관과 천공홀 내부를 충진할 수 있도록 한 다단의 그라우트 주입장치를 통해 강관과 천공홀 내부에 그라우트를 충진 후 그라우트의 양생 과정에서 강관 내부에 설치된 그라우트 주입장치도 함께 정착될 수 있도록 함으로써 작업공기를 단축시킬 수 있도록 함은 물론 작업공기의 단축을 통해 공사비의 절감이 있도록 함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치는 사면이나 터널굴착시 굴착방향 전방인 예정단면에 우산(Umbrella) 형태로 강관을 천공 설치한 상태에서 강관 내부에 그라우트를 압력 주입하여 상기 그라우트의 양생을 통해 상기 강관과 주변지반을 일체화시킴으로써 빔 아크(Beam Arch)를 형성하는 강관 보강형 그라우트 공법의 그라우트 주입장치에 있어서, 그라우트 주입장치는 강관의 내부에 길이가 다르게 다단으로 삽입 설치되어 외부의 펌프를 통해 공급되는 그라우트를 강관으로 주입되도록 하는 다수의 주입호스; 주입호스 각각의 배출구측 외주면 상에 결합 고정되어 끝단의 최정점 중심에 그라우트 분사공이 형성되어지되 펌프를 통한 그라우트 주입시 그 주입압력에 의해 팽창되어 강관의 내벽을 막아 다수로 구획시키는 한편 팽창에 의해 최정점 중심의 그라우트 분사공이 확장되어 그라우트를 분사하는 팽창부재; 및 주입호스 각각의 배출구측 외주면 상에 양단이 연결되지 않은 겹친 상태로 결합 고정되어지되 그 끝단이 열린 상태로 팽창부재의 둘레를 커버하여 강관의 내부에 삽입시 팽창부재를 보호하는 보호부재를 포함한 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 주입호스와 팽창부재 및 보호부재로 이루어진 그라우트 주입장치는 생산공장에서 강관의 내부에 설치된 상태로 제품화 하여 예정단면에 천공된 천공홀에 삽입 설치되거나 예정단면의 천공홀에 강관을 삽입 설치한 후 시공현장에서 강관에 삽입 설치하는 구성으로 이루어질 수 있다.

한편, 전술한 바와 같은 그라우트 주입장치에는 주입호스를 통해 공급되는 그라우트를 상기 주입호스 내부에서 혼합시키기 위한 그라우트 혼합수단이 더 구성될 수 있다. 이러한 그라우트 혼합수단은 주입호스의 내부에 삽입 설치되어지되 그 외주면에는 나선 형태의 정·역 방향으로 반복 형성된 혼합 가이드가 형성된 그라우트 혼합부재; 및 주입호스의 배출구측에 관통 설치되어지되 주입호스의 내부로 공급되는 그라우트의 흐름을 막지 않은 굵기로 이루어져 그라우트의 주입압력에 의해 그라우트 혼합부재가 주입호스의 외부로 배출되지 않도록 하는 스토퍼핀으로 이루어질 수 있다.

그리고, 전술한 바와 같은 구성에서 팽창부재는 풍선과 같은 형태로 이루어지되 주입구로부터 최정점의 중심부까지 다른 부위에 비해 두께가 있는 방사상의 등간격으로 다수 형성되어 그라우트 주입압력에 의해 팽창부재의 팽창시 터짐을 방 지하는 보강심이 더 형성될 수 있다.

아울러, 전술한 팽창부재의 그라우트 분사공이 형성된 최정점의 중심부는 다른 부위에 비해 두껍게 형성되어 팽창부재의 팽창에 의해 확장되는 그라우트 분사공의 찢어짐이 방지되도록 함이 보다 양호하다.

한편, 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법은 앞서의 강관 보강형 그라우트 주입장치를 통해 터널굴착시 굴착방향 전방인 예정단면에 우산(Umbrella) 형태로 천공 설치된 강관 내부에 그라우트를 압력 주입하여 그라우트의 양생을 통해 강관과 주변지반을 일체화시킴으로써 빔 아크(Beam Arch)를 형성하는 구성으로 이루어진다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치 및 이를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3 은 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 보인 분리 사시도, 도 4 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 보인 결합 사시도, 도 5 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 보인 단면 구성도, 도 6a 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치의 구성에서 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재를 보인 사시도, 도 6b 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치의 구성에서 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재의 팽창된 상태를 보인 사시도, 도 6c 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치의 구성에서 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재의 팽창된 상태를 보 인 단면도, 도 6d 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치의 구성에서 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재의 팽창을 단계적으로 보인 단면도이다.

도 3 내지 도 6 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치(100)는 강관(20)의 내부에 길이가 다르게 다단으로 삽입 설치되어 외부의 펌프(도시하지 않음)를 통해 공급되는 그라우트를 강관(20)으로 주입되도록 하는 다수의 주입호스(110), 주입호스(110) 각각의 배출구(112)측 외주면 상에 결합 고정되어 끝단의 최정점 중심에 그라우트 분사공(122)이 형성되어지되 펌프를 통한 그라우트 주입시 그 주입압력에 의해 팽창되어 강관(20)의 내벽을 막아 다수로 구획시키는 한편 팽창에 의해 최정점 중심의 그라우트 분사공(122)이 확장되어 그라우트를 분사하는 팽창부재(120) 및 주입호스(110) 각각의 배출구(112)측 외주면 상에 양단이 연결되지 않은 겹친 상태로 결합 고정되어지되 그 끝단이 열린 상태로 팽창부재(120)의 둘레를 커버하여 강관(20)의 내부에 삽입시 팽창부재(12)를 보호하는 보호부재(130)를 포함한 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치(100)는 펌프에 의해 그라우트의 공급이 이루어지면 공급되는 그라우트는 각각의 주입호스(110)를 통해 팽창부재(120)의 내부로 주입된다. 이처럼 각각의 주입호스(110)를 통해 팽창부재(120)의 내부로 그라우트의 주입이 이루어지면 각각의 팽창부재(120)는 그라우트의 주입압력에 의해 팽창되어 각각의 위치에서 강관(20)의 내벽을 막아 강관(20)의 내부를 다수로 구획하게 된다.

한편, 전술한 바와 같이 그라우트의 주입압력에 의해 팽창되어 각각의 위치에서 강관(20)의 내벽을 막아 강관(20)의 내부를 다수로 구획하는 과정에서 팽창부재(120)의 최정점 끝단에 형성된 그라우트 분사공(122) 역시 확장되어 팽창부재(120) 내부로 주입된 그라우트를 그라우트 분사공(122)을 통해 분사를 하여 강관(20) 내부를 충진하게 된다. 이처럼 그라우트 분사공(122)을 통해 그라우트의 부사가 이루어져 강관(20) 내부를 충진하게 되면 강관(20) 내부에 충진된 그라우트는 강관(20)에 다수 구성된 누수공(22)을 통해 천공홀(12)로 흘러들어 천공홀(12) 내부를 충진하게 된다.

전술한 바와 같이 공급되는 그라우트가 팽창부재(120)의 그라우트 분사공(122)을 통해 강관(20) 내부로 분사되어 강관(20) 내부를 충진시킨 후, 강관(20)의 누수공(22)을 통해 천공홀(12)의 내부로 흘러들어 천공홀(12) 내부를 충진하고도 그라우트의 주입 계속 이루어지면 천공홀(12) 내부를 충진한 그라우트는 지반의 틈새를 로 스며들게 되어 결국 충진된 그라우트의 양생에 의해 천공홀(12) 내부와 삽입 설치된 강관(20)은 주변의 지반과 일체화 된다.

본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치(100)의 구성을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 주입호스(110)는 펌프(도시하지 않음)에 의해 공급되는 그라우트를 강관(20) 내부로 공급되도록 하기 위한 것으로, 이 주입호스(110)는 도 3 내지 도 5, 후술하는 도 9a 내지 도 9c 에 도시된 바와 같이 길이가 다른 세 개의 주입호스(110)로 이루어져 강관(20)의 내부에 다단으로 삽입 설치된다.

전술한 바와 같이 길이가 다른 세 개의 구성으로 이루어진 주입호스(110)는 도 3 내지 도 5, 도 9a 내지 도 9c 에 도시된 바와 같이 길이가 제일 긴 것은 그 끝단이 강관(20) 내부의 후반부에 위치되고, 중간 길이의 것은 그 끝단이 강관(20) 내부의 중반부에 위치되며, 그 길이가 가장 짧은 것은 그 끝단이 강관(20) 내부의 전반부에 위치된다. 그 이유에 대해서는 팽창부재(120)의 설명에서 하기로 한다.

팽창부재(120)는 그라우트 주입압력에 의해 팽창되어 강관(20) 내부의 내벽을 막아 강관(20) 내부를 다수의 공간으로 구획하는 한편 그 내부로 주입된 그라우트를 가수의 공간 상에 분사하여 충진시키기 위한 것으로, 이 팽창부재(120)는 도 3 내지 도 5, 도 6a 내지 도 6d 에 도시된 바와 같이 주입호스(110) 각각의 배출구(112)측 외주면 상에 결합 고정되어 끝단의 최정점 중심에 그라우트 분사공(122)이 형성되어지되 펌프를 통한 그라우트 주입시 그 주입압력에 의해 팽창되어 강관(20)의 내벽을 막아 다수로 구획시키는 한편 팽창에 의해 최정점 중심의 그라우트 분사공(122)이 확장되어 그라우트를 분사하게 된다.

다시 말해서, 전술한 바와 같이 구성된 팽창부재(120)는 도 3 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 주입호스(110) 각각의 배출구(112)측 외주면 상에 주입구(124) 일부가 씌워진 상태에서 주입구(124) 외주면으로 고정되는 고정밴드(150)에 의해 주입호스(110) 각각의 배출구(112)측 외주면 상에 결합 고정된다.

한편, 전술한 바와 같이 구성된 팽창부재(120)은 풍선과 같은 형태로 이루어지되 일반 시중에서 구입할 수 있는 것과는 달리 주입구(124)로부터 최정점의 중심부까지 다른 부위에 비해 두께가 있는 방사상의 등간격으로 다수 형성되어 그라우 트 주입압력에 의해 팽창부재(120)의 팽창시 터짐을 방지하는 보강심(126)이 더 형성된 구성으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 주입구(124)로부터 최정점의 중심부까지 다른 부위에 비해 두께가 있는 방사상의 등간격으로 다수 형성되는 보강심(126)은 그라우트의 주입압력에 의해 팽창부재(120)가 팽창되는 과정에서 팽창되는 팽창부재(120)의 형이 짱구 모양이 되지 않도록 그 형태를 타원형이 되도록 일정하게 유지하여 터짐을 방지하게 된다.

또한, 팽창부재(120)의 그라우트 분사공(122)이 형성된 최정점의 중심부 역시 다른 부위에 비해 두껍게 형성되어 팽창부재(120)의 팽창에 의해 확장되는 그라우트 분사공(122)의 찢어짐이 방지되도록 한다.

전술한 바와 같이 구성된 팽창부재(120)는 도 6 에서와 같이 팽창이 되어 감에 따라 최정점의 중심부에 형성된 그라우트 분사공(122) 역시 그 지름이 확장되어 그라우트의 주입압력을 소화할 수 있게 된다. 즉, 팽창부재(120)의 팽창에 따라 그라우트 분사공(122) 역시 그 지름이 확장되어 팽창부재(120)의 내부에 주입된 그라우트를 그라우트 분사공(122)을 통해 분사함으로써 그라우트 주입압력을 상쇄시킨다.

따라서, 전술한 바와 같이 팽창부재(120)의 팽창에 따라 그라우트 분사공(122) 역시 그 지름이 확장되어 팽창부재(120)의 내부에 주입된 그라우트의 분사를 통해 그라우트 주입압력을 상쇄시키게 되면 팽창부재(120)의 팽창은 더 이상 이루어지지 않게 되어 계속된 그라우트의 공급에도 터지지 않게 된다.

보호부재(130)는 팽창부재(120)가 배출구(112)측에 결합된 주입호스(110)를 강관(20)의 내부에 삽입 설치시 팽창부재(120)가 강관(20)의 내벽면이나 기타의 것에 의해 찢어지거나 흡이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로, 이 보호부재(130)는 도 3 내지 도 5 에 도시된 바와 같이 주입호스(110)의 배출구(112)측 외주면 상에 양단이 연결되지 않은 겹친 상태로 고정밴드(150)에 의해 결합 고정되어지되 그 끝단이 열린 상태로 팽창부재(120)의 둘레를 커버하게 된다.

한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치(100)에는 주입호스(110)를 통해 공급되는 그라우트를 주입호스(110) 내부에서 혼합시키기 위한 그라우트 혼합수단이 더 구성될 수 있는데, 이러한 그라우트 혼합수단은 주입호스(110)의 내부에 삽입 설치되어지되 그 외주면에는 나선 형태의 정·역 방향으로 반복 형성된 혼합 가이드(140a)가 형성된 그라우트 혼합부재(140) 및 주입호스(110)의 배출구(112)측에 관통 설치되어 그라우트의 주입압력에 의해 그라우트 혼합부재(140)가 주입호스(110)의 외부로 배출되지 않도록 하는 스토퍼핀(142)으로 이루어진다.

전술한 바와 같이 구성된 그라우트 혼합수단은 펌프에 의해 공급되는 그라우트가 주입호스(110)의 배출구(112) 내측에 설치된 그라우트 혼합부재(140)를 통과하는 과정에서 혼합 가이드(140a)에 의해 정역 회전가이드 되면서 혼합이 이루어지도록 한다. 이때, 주입호스(110)의 배출구(112)에 관통 결합된 스토퍼핀(142)은 도 5 에서와 같이 주입호스(110)의 내부로 공급되는 그라우트의 흐름을 막지 않은 굵기로 이루어져 그라우트 주입압력에 의해 그라우트 혼합부재(140)가 배출되는 것 을 방지하게 된다.

전술한 바와 같이 주입호스(110)와 팽창부재(120) 및 보호부재(130)로 이루어진 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치(100)는 생산공장에서 강관(20)의 내부에 설치된 상태로 제품화 하여 예정단면(10)에 천공된 천공홀(12)에 삽입 설치되거나 예정단면(10)의 천공홀(12)에 강관(20)을 삽입 설치한 후 시공현장에서 강관(20)에 삽입 설치될 수 있다.

도 7 은 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법의 직천공시 시공순서의 1단계인 구멍의 천공을 보인 단면 구성도, 도 8 은 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법의 직천공시 시공순서의 2단계인 코킹(Caulking)을 보인 단면 구성도, 도 9a 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법의 직천공시 시공순서의 3단계인 그라우트 주입과정에서 그라우트 주입장치의 설치를 보인 단면 구성도, 도 9b 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법의 직천공시 시공순서의 3단계인 그라우트 주입과정에서 그라우트 주입장치에 의한 그라우트의 주입을 보인 단면 구성도, 도 9c 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법의 직천공시 시공순서의 3단계인 그라우트 주입과정에서 그라우트 주입장치에 의한 그라우트의 주입이 완전히 이루어진 상태를 보인 단면 구성도이다.

도 7 내지 도 9 는 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치(100)를 이용한 직천공 그라우트 공법에 따른 시공순서를 보인 것으로, 도 7 에 도시된 바와 같이 먼저, 사면이나 터널굴착시 굴착방향 전방인 예정단면(10)에 드릴머신(도시하지 않음)을 통해 천공홀(12)을 천공하게 된다. 이때, 천공홀(12)의 천공시 직천공은 보강재인 강관(20)을 외관으로 하고 롯드(도시하지 않음)를 내관으로 하는 이중관 방식을 통해 천공홀(12)을 천공하여 천공홀(12) 상에 외관이 강관(20)은 그대로 놓아 둔 채 롯드만 빼내는 방식이다.

한편, 전술한 바와 같이 강관(20)을 사면이나 터널굴착시 굴착방향 전방인 예정단면(10)에 천공 설치한 후에는 도 8 에 도시된 바와 같이 강관(20)의 외주면과 천공홀(12)의 입구측 사이를 코킹재(25)를 통해 코킹을 한다.

그리고, 전술한 바와 같이 강관(20)의 외주면과 천공홀(12)의 입구측 사이를 코킹재(25)를 통해 코킹을 한 후에는 강관(20)의 내부에 주입호스(110)와 팽창부재(120) 및 보호부재(130)로 이루어진 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치(100)를 삽입 설치하게 된다. 이때, 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치(100)의 주입호스(110)와 팽창부재(120) 및 보호부재(130)는 도 9a 에서와 같이 강관(20)의 내부 후반부와 중반부 및 전반부에 다단으로 설치되어진다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 강관 보강형 그라우트 주입장치(100)의 주입호스(110)와 팽창부재(120) 및 보호부재(130)는 도 9a 에서와 같이 강관(20)의 내부 후반부와 중반부 및 전반부에 다단으로 설치한 후에는 도 9b 에서와 같이 펌프를 통해 그라우트를 공급하게 되면 팽창부재(120)의 팽창에 따라 강관(20)의 내부를 막아 다수로 구획하는 한편 팽창부재(120)의 최정점 중심부에 형성된 그라우 트 분사공(122)을 통해 그라우트가 분사되어 구획된 강관(20)의 내부를 충진하게 된다.

전술한 바와 같이 그라우트 분사공(122)을 통해 그라우트가 분사되어 구획된 강관(20)의 내부를 충진할 때 강관(20)의 전반부에 위치된 팽창부재(120)는 중반부에 위치된 팽창부재(120)와의 사이에 형성된 공간으로 그라우트를 분사하고, 강관(20)의 중반부에 위치된 팽창부재(120)는 후반부에 위치된 팽창부재(120)와의 사이에 형성된 공간으로 그라우트를 분사하며, 강관(20)의 후반부에 위치된 팽창부재(120)는 그 후반부의 공간에 그라우트를 분사하게 된다.

한편, 전술한 바와 같이 그라우트 분사공(122)을 통해 그라우트가 분사되어 구획된 강관(20)의 내부를 충진하는 과정에서 구회된 강관(20)의 내부에 그라우트가 충진되면 충진된 그라우트는 도 9c 에서와 같이 강관(20)의 누수공(22)을 통해 천공홀(12) 내부로 흘러 들어 천공홀(12) 내부를 전부 충진한 다음, 지반의 틈새로 스며들어 결국 그라우트의 양생에 의해 강관(20)과 지반은 일체화된다.

전술한 바와 같이 강관(20) 내부와 천공홀(12) 내부 및 지반으로 스며든 그라우트의 양생에 의해 강관(20)과 지반이 일체화되면 사면이나 터널굴착시 굴착방향 전방인 예정단면의 보강이 이루어진다.

본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 사면이나 터널굴착시 예정단면 방향으로 일정간격 천공된 구멍에 설치되는 강관의 내부에 설치되어 크라우트재를 주입하기 위한 그라우트 주입장치를 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재의 꼭지점 중심으로부터 그라우트가 분사되어 강관과 천공홀 내부를 충진할 수 있도록 함으로써 강관의 정착을 보다 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재의 꼭지점 중심으로부터 그라우트가 분사되어 강관과 천공홀 내부를 충진할 수 있도록 한 다단의 그라우트 주입장치를 구성함으로써 시공현장의 상황에 따른 현장작업이 가능하다는 효과가 발생된다.

아울러, 본 발명의 기술은 그라우트 주입압력에 의해 팽창되는 팽창부재의 꼭지점 중심으로부터 그라우트가 분사되어 강관과 천공홀 내부를 충진할 수 있도록 한 다단의 그라우트 주입장치를 통해 강관과 천공홀 내부에 그라우트를 충진 후 그라우트의 양생 과정에서 강관 내부에 설치된 그라우트 주입장치도 함께 정착될 수 있도록 함으로써 작업공기를 단축시킬 수 있도록 함은 물론 작업공기의 단축을 통해 공사비를 절감할 수가 있다.

Claims

사면이나 터널굴착시 굴착방향 전방인 예정단면에 우산(Umbrella) 형태로 강관을 천공 설치한 후, 상기 강관 내부에 그라우트를 압력 주입하여 상기 그라우트의 양생을 통해 상기 강관과 주변지반을 일체화시킴으로써 빔 아크(Beam Arch)를 형성하는 강관 보강형 그라우트 공법의 그라우트 주입장치에 있어서,

상기 그라우트 주입장치는 상기 강관의 내부에 길이가 다르게 다단으로 삽입 설치되어 외부의 펌프를 통해 공급되는 상기 그라우트를 상기 강관으로 주입되도록 하는 다수의 주입호스;

상기 주입호스 각각의 배출구측 외주면 상에 결합 고정되어 끝단의 최정점 중심에 그라우트 분사공이 형성되어지되 상기 펌프를 통한 그라우트 주입시 그 주입압력에 의해 팽창되어 상기 강관의 내벽을 막아 다수로 구획시키는 한편 팽창에 의해 최정점 중심의 그라우트 분사공이 확장되어 그라우트를 분사하는 팽창부재; 및

상기 주입호스 각각의 배출구측 외주면 상에 양단이 연결되지 않은 겹친 상태로 결합 고정되어지되 그 끝단이 열린 상태로 상기 팽창부재의 둘레를 커버하여 상기 강관의 내부에 삽입시 팽창부재를 보호하는 보호부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 강관 보강형 그라우트 주입장치.
제 1 항에 있어서, 상기 주입호스와 팽창부재 및 보호부재로 이루어진 그라 우트 주입장치는 생산공장에서 상기 강관의 내부에 설치된 상태로 제품화 하여 상기 예정단면에 천공된 천공홀에 삽입 설치되거나 상기 예정단면의 천공홀에 상기 강관을 삽입 설치한 후 시공현장에서 상기 강관에 삽입 설치하는 것을 특징으로 하는 강관 보강형 그라우트 주입장치.
제 2 항에 있어서, 상기 그라우트 주입장치에는 상기 주입호스를 통해 공급되는 그라우트를 상기 주입호스 내부에서 혼합시키기 위한 그라우트 혼합수단이 더 구성된 것을 특징으로 하는 강관 보강형 그라우트 주입장치.
제 3 항에 있어서, 상기 그라우트 혼합수단은 상기 주입호스의 내부에 삽입 설치되어지되 그 외주면에는 나선 형태의 정·역 방향으로 반복 형성된 혼합 가이드가 형성된 그라우트 혼합부재; 및

상기 주입호스의 배출구측에 관통 설치되어지되 상기 주입호스의 내부로 공급되는 상기 그라우트의 흐름을 막지 않은 굵기로 이루어져 상기 그라우트의 주입압력에 의해 상기 그라우트 혼합부재가 상기 주입호스로부터 배출되지 않도록 하는 스토퍼핀으로 이루어진 것을 특징으로 하는 강관 보강형 그라우트 주입장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창부재는 풍선과 같은 형태로 이루어지되 주입구로부터 최정점의 중심부까지 다른 부위에 비해 두께가 있는 방사상의 등간격으로 다수 형성되어 상기 그라우트 주입압력에 의해 상기 팽 창부재의 팽창시 터짐을 방지하는 보강심이 더 형성된 것을 특징으로 하는 강관 보강형 그라우트 주입장치.
제 4 항에 있어서, 상기 팽창부재의 그라우트 분사공이 형성된 최정점의 중심부는 다른 부위에 비해 두껍게 형성되어 상기 팽창부재의 팽창에 의해 확장되는 상기 그라우트 분사공의 찢어짐이 방지되도록 한 것을 특징으로 하는 강관 보강형 그라우트 주입장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 장치를 통해 터널굴착시 굴착방향 전방인 예정단면에 우산(Umbrella) 형태로 천공 설치된 강관 내부에 그라우트를 압력 주입하여 상기 그라우트의 양생을 통해 상기 강관과 주변지반을 일체화시킴으로써 빔 아크(Beam Arch)를 형성하는 강관 보강형 그라우트 주입장치를 이용한 강관 보강형 그라우트 공법.