KR20110034616A - 경화 유체 주입 및 기계적 혼합에 의한 토양 경화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경화 유체를 주입하고 기계적으로 혼합시켜 토양을 경화시키기 위한 장치(1)에 관한 것으로서, 상기 토양 경화 장치(1)는 하나 또는 그 이상의 드릴링 로드에 연결되고 드릴링 및 혼합 작업을 수행하도록 설계되며, 상기 장치는 본체(10)와 하나 또는 그 이상의 블레이드(30, 30', 30")를 포함하고, 상기 하나 또는 그 이상의 블레이드(30, 30', 30")는 상기 본체(10)에 대해 이동할 수 있으며 캠(22)에 의해 상기 본체(10)의 내부에 있는 중앙 구조물(20)에 수용되며, 상기 토양 경화 장치(1)는 수밀 방식으로 하나 이상의 분무장치에 연결된 유체 흐름용 수단(40)을 추가로 포함하고, 상기 블레이드(30, 30', 30")를 개방시키는 상기 유체 흐름용 수단(40) 내로 유입된 액체의 압력에 따라 상기 외부 본체(10)와 상기 중앙 구조물(20) 사이에는 상대 운동이 발생한다.

Description

경화 유체 주입 및 기계적 혼합에 의한 토양 경화 장치{DEVICE FOR CONSOLIDATING SOILS BY MEANS OF MECHANICAL MIXING AND INJECTION OF CONSOLIDATING FLUIDS}

본 발명은 딥 드릴링(deep drilling)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 경화 유체를 주입하고 기계적으로 혼합시켜 토양을 경화시키기 위한 장치에 관한 것이다.

토양을 경화시키는 데에는 드릴링 장치를 사용하여 홀(hole)을 드릴링하는 작업을 고려한다. 이 드릴링 단계 동안, 또는 드릴링 단계 끝에서, 토양에 근접한 영역 또는 실질적으로 홀에 해당하는 영역을 견고하게 하는 특성을 증가시키도록 설계된 작업들이 수행된다.

경화 작업은 하기에서 상세하게 설명되는 기술을 사용할 수 있다고 알려져 있다.

첫 번째 기술은 소위 "기계적 건식 혼합(mechanical dry mixing)"으로서, 충분한 양의 물이 있는 토양에 종종 사용되는데, 이 기술의 사용은, 예를 들어, 드릴링 로드(drilling rod)의 배터리에 대해 고정된 회전 블레이드가 장착된 혼합 공구(mixing tool)와 통상 30bar를 초과하지 않는 압력에서 압축된 공기를 사용하여, 토양에 시멘트를 분말 형태로 삽입시키는 것을 고려한다.

두 번째 기술은 소위 "저압 습식-혼합(low-pressure wet-mixing)"으로서, (통상 "그라우트(grout)"로 알려져 있는) 콘크리트와 물의 혼합물로 만들어진 유체 제트(jet)에 의해 경화된다. 상기 유체 제트는 위에서 언급한 유체와 토양을 혼합할 수 있는 블레이드들이 장착된 공구를 통해 낮은 압력(최대로 대략 40-50bar)을 특징으로 한다.

마지막으로, 세 번째 기술은 소위 "고압의 기계적 습식-혼합(high-pressure mechanical wet-mixing)"이다.

이 세 번째 기술을 사용하면, 경화 토양의 처리는 혼합 블레이드들이 (통상 반경방향 위치로) 장착된 드릴링 및 주입 공구의 배럴(barrel)로부터 나온 고압(통상 대략 100-400bar)의 그라우트 제트를 주입시킴으로써 수행된다.

이런 방식으로, 혼합 블레이드의 존재에 의해(및 이런 이유로 용어 "기계적 최소(mechanical minimum)"가 사용됨) 경화 영역의 최소 직경이 보장되고 경화 유체의 존재에 의해 경화 영역의 최대 직경이 보장된다. 사실, 경화 유체는 드릴링 및 주입 드릴링 공구의 혼합 블레이드의 정도에 의해 도달되지 않는 토양의 영역들에 작용할 수 있게 된다.

특히, 세 번째 기술이자 맨 마지막 기술을 보면, 토양은, 드릴링(하부 방향으로의) 단계 또는 그 외의 경우 드릴링(상부 방향으로의) 단계의 끝에서 또는 처리되어야 하는 토양의 타입에 따라 양 방향 모두에서, 혼합될 수 있다.

설계상의 특정 필요조건에 대해(예를 들어, 빌딩의 기초를 세우거나 또는 꼭 필요한 토양 처리 작업들이 수행된 후에 토양 제거 작업들이 고려되는 경우), 특정 깊이에서 국부적으로 한정된 토양의 일부분에 기계적인 혼합이 수행될 필요가 있을 수도 있다. 이 경우, 그 구역에서는, 용어 ("아이들 트랜스버스(idle transverse)"가 사용되는데, 이는 반경 방향으로 설정된 연장식 블레이드(extensible blade)들이 장착되며, 상기 현장의 평면으로부터 처리 높이로 통과하며, 최소 드릴링 직경(drilling diameter)을 보장할 수 있도록 블레이드들이 닫힌 상태로 남아있다. 이러한 해결방안은 드릴링 작업이 속도를 높일 수 있고 비용 측면에서 더 유리하다.

수용 수치의 초기 드릴링 작업을 실행할 수 있으며, 원하는 깊이에 도달되었을 때, '혼합 블레이드'로 언급되는 커터(cutter)와 닮은 몇몇 기계 구성요소들의 개방에 의해, 얕은 깊이의 직경보다 훨씬 더 큰 직경에서, 드릴링 작업 또는, 단순히, 주입된 경화 유체와 토양의 혼합 작업이 수행될 수 있는 공구들이 존재한다.

토양의 혼합 작업은 쉽게 작업되는 토양의 경우에서는 하부 방향으로 용이하게 수행될 수 있지만, "다루기 어려운(difficult)" 토양의 경우에는, 토양을 가볍게 하고 그 후의 혼합을 위해 준비하기 위해, 이전의 작업 후에, 심지어 서로 다른 유체의 주입 작업의, 내려가는 초기 단계(기술적으로 '프리-컷(pre-cut)' 단계로 언급되는 단계) 동안, 상부 방향으로 혼합 작업이 수행되는 것이 바람직하다.

드릴링, 커팅 및 혼합 장치에 관하여, 다수의 문헌들이 종래 기술에 공지되어 있다.

예를 들어, US 7,195,080호는 작업 구성에 있어서 커팅 수단(커터)에 의해 제공될 수 있는 드릴링 직경의 고유성에 관한 문제를 어떻게 해결할 것인지에 대해 기술하고 있다. 또한, 이 문헌 US 7,195,080호는 작업 동안 커터의 진동을 줄이는 차단 수단을 통해 커터를 어떻게 더 강하게 제조할 것인지에 대해 기술하고 있다.

US 7,195,080호는 깊이 내려가는 단계 동안 보어 홀을 넓히기 위한 공구를 도시하고 있는데, 이 공구는 공구의 커팅 수단(커터)의 반경 방향으로의 개방 이동을 위해, 드릴링 직경에서 변경될 수 있게 위에서 언급한 블레이드의 개방 상태를 변경시킬 수 있는 위치 표시기(인덱서(indexer))에 연결된 선형 액츄에이터(잭(jack))를 삽입하여 유압 에너지를 사용할 수 있으며; 전기 모터 및/또는 그 외의 다른 간단한 기계 장치를 제공하여, 예를 들어, 전기 에너지와 같은 그 외의 다른 형태의 에너지를 사용할 수 있다.

유압 에너지는 전용 유체에 의해 또는 굴착(excavation)을 위해 사용된 동일한 유체를 사용하여 공급된다(벤토나이트). 이 유체는 본체를 축방향으로 이동시키는 잭을 작동시켜, 복수의 지렛대(fulcrum) 상에서 레버를 받침으로써 커터가 개방된다. 압축 유체가 유입되고 난 뒤, 차단 수단이 커터에 대해 밀려진다. 드릴링 작업의 끝에서, 원하는 깊이에 도달하고 나면, 전용 유체 또는 드릴링 유체(벤토나이트)의 전달이 차단되어 차단 수단이 자유로이 이동되고 이에 따라 커터가 풀리고(release) 차단 수단이 초기 위치로 다시 올 때까지 자동적으로 닫힐 수 있다.

하지만, 위의 문헌에서 기술한 기술은 몇몇의 단점을 보이고 있다. 사실, 이 기술을 사용하면, 드릴링 단계 동안, 커터를 닫은 상태로 유지하면서, 드릴링 유체(벤토나이트)와 작용시키는 것이 가능하지 않다. 게다가, 상기 문헌은 드릴링 유체(벤토나이트)와 다른 경화 유체를 주입하는 가능성에 대해서는 언급하지 않는다. 마지막으로, US 7,195,080호에서 나타난 공지된 기술에 따르면, 드릴링 헤드는 블레이드가 기계적 수단과 전기적 수단에 의해 이동되는 경우 오로지 블레이드의 이동 시스템에 전담된 기계적 수단 또는 경로(passage)를 반드시 나타내어야만 한다. 더구나, 주어진 작업 환경을 고려할 때, 전기적 수단에 의한 블레이드의 이동은 매우 불편하고 민감할 수 있다.

상기 미국특허출원은, 어떤 방식으로, 하부 방향으로 작업하고 상부 방향으로 작업하여 경화될 수 있게 할 것이며 효율적인 헤드를 제조하는지에 대해서는 기술하고 있지 않다.

본 발명의 목적은, 위에서 언급한 결점들이 없는, 경화 유체(consolidating fluid)를 주입하고 기계적으로 혼합시켜 토양을 경화시키기 위한 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따르면, 청구항 제 1항에 따라서, 경화 유체를 주입하고 기계적으로 혼합시켜 토양을 경화시키기 위한 장치가 제공된다.

이제, 본 발명은 본 발명의 구체예의 비-제한적인 예를 예시하는, 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 경화 유체를 주입하고 기계적으로 혼합시켜 토양을 경화시키기 위한 장치를 예시한 3차원의 첫 번째 도면으로서, 상기 장치에는 닫힌 위치에 있는 블레이드들이 장착된다.
도 2는 도 1의 장치의 횡단면을 예시한 도면이다.
도 3은 블레이드가 개방된 도 1의 장치를 예시한 3차원의 두 번째 도면이다.
도 4는 도 3의 장치의 횡단면을 예시한 도면이다.
도 5와 도 6은 도 1의 장치의 일부분의 제 1 대안예를 예시한 도면이다.
도 7은 도 1의 장치의 일부분의 제 2 대안예를 예시한 도면이다.

도 1을 보면, 경화 유체를 주입하고 기계적으로 혼합시켜 토양을 경화시키기 위한 장치가 제공되는데, 이 장치는 전체적으로 도면부호 1로 표시된다. 상기 토양 경화 장치(1)는 사용 시에 드릴링 로드(도시되지 않음)의 배터리에 고정되고 이 드릴링 로드를 사용하여 보어 홀 내로 유체를 유입시킬 수 있는 본체(10)를 포함한다. 상기 유체는 통상 드릴링 로드 내에서 흐르게 된다.

사용 동안 통상 자체적으로 회전되는 상기 토양 경화 장치(1)는 복수의 드릴링 및/또는 혼합 블레이드(30)를 가지며, 이 블레이드(30)들은 상기 토양 경화 장치의 본체를 따라 설치되고 실질적으로 블레이드가 상기 토양 경화 장치(1)의 최대 연장 방향으로 배열되는 제 1 사용 위치, 및 블레이드가 실질적으로 상기 토양 경화 장치(1)의 본체(10)에 의해 형성된 용량을 초과하여 연장되는 제 2 사용 위치를 가진다.

도 2에 예시된 것과 같이, 상기 토양 경화 장치(1)는 장치 내부에 내부 구조물(20)을 포함하며, 이 내부 구조물(20)은 본체(10) 내에서 축방향으로 안내되고 본체(10)의 하나 또는 그 이상의 가이드(12) 내에서 슬라이딩 이동되도록 설계된 하나 또는 그 이상의 외측 영역(lateral region, 21)을 가진다.

상기 내부 구조물(20)은 본체(10)에 대해 슬라이딩 이동할 수 있으며 회전 드릴링 토크(rotating drilling torque)를 수용할 수 있다.

내부 구조물(20)이 본체(10)에 대해 화살표로 표시된 방향으로 슬라이딩 이동되면, 본체(10) 상에 힌지연결된 복수의 블레이드(30)가 개방되며 상기 블레이드들은 이런 방식으로 토양 경화 장치(1)로부터 외부를 향해 연장된다.

이러한 움직임(movement)은 복수의 캠(22)들에 의해 가능하게 되며, 상기 캠(22)들은 해당 블레이드(30)에 대해 고정된 각각의 핀(31)과 결합된 특별히 설계된 내부 구조물(20)의 지지부(support) 상에 제공된다.

토양 경화 장치(1)는 유체를 통과시키게 하기 위해 내부 관(40)을 가지는데, 이 내부 관(40)은 유체의 기밀(fluid tightness)을 보장하기 위해 (공지된 기술에 의해) 드릴링 로드에 연결될 수 있도록 설계된다. 상기 내부 구조물(20)에 대해 고정된 상기 내부 관(40)은 각각 제 1 말단부(termination, 41, 43) 및 토양 경화 장치(1)의 외측 표면을 향하는 제 2 말단부(42)를 가지며, 상기 제 1 말단부(41, 43)는 상기 내부 관(40)의 방향에 대해 횡방향으로 배열되고 블레이드(30)에 대해 각각 상부 영역과 바닥 영역에 위치되며, 작업 요구사항에 따라 상기 제 1 말단부(41, 43)는 차단될 수 있다.

한편, 제 2 말단부(42)는 유체의 방향을 드릴링 방향(예를 들어, 45°에서, 하지만 이 각도에만 제한되지 않음)에 대해 변경될 수 있는 경사각도로 하부를 향하도록 안내한다. 토양 경화 장치(1)의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 제 2 말단부(42)는 상기 토양 경화 장치(1) 자체의 바닥 단부에 위치된다.

마지막으로, 상기 토양 경화 장치(1)에는, 내부 구조물(20)이 상부 방향으로 철회되는 정지 위치, 및 내부 구조물(20)이 하부에 있는 상태를 유지하고 이에 따라 복수의 블레이드(30)로부터 개방되는 연장 위치를 가질 수 있도록, 본체(10)와 내부 구조물(20) 사이에서 수용되는 콘트라스트 스프링(contrast spring, 50)이 장착된다. 상기 콘트라스트 스프링(50)의 작용력은 조절될 수 있다.

블레이드(30)를 닫힌 위치(제 1 사용 위치)에 유지시키는데 도움을 주기 위해, 토양 경화 장치(1)에는 내부 구조물(20)에 의해 실질적인 윤곽이 형성되는 주변을 따라 반경 방향으로 배열된 복수의 포켓(60)들이 장착되며, 각각의 블레이드(30) 마다 한 포켓이 제공되어 포켓들에 힌지연결된 블레이드(30)의 단부로부터 일정한 거리에 기계적인 대조 힘(mechanical contrast)을 발생시킨다.

포켓(60)들은 드릴링 및 혼합 단계 또는 단계들 동안 포켓 내부에 축적될 수 있는 임의의 물질이 쉽게 배출할 수 있도록 하부 방향으로 개방된다.

콘트라스트 스프링(50)이 블레이드(30)를 제 1 사용 위치(즉 닫힌 위치)에 유지될 수 있을 때 포켓(60)들은 블레이드(30)가 고정될 수 있게 하며, 사실 포켓(60)들이 블레이드(30) 상에 적어도 부분적으로 중첩될 수 있도록 하기 위해 내부 구조물(20) 상에 설치된다. 대신, 콘트라스트 스프링(50)과 중앙 구조물(20)이 하부 방향으로 연장되도록 압축시키기에 충분한 힘이 존재할 때, 포켓(60)들은 블레이드(30)의 한 단부를 풀어서(release) 이에 따라 연장될 수 있다.

임의의 경우에서, 중앙 구조물(20)의 행정(travel)은, 블레이드(30)가 완전히 닫힐 때, 오직 완전히 닫힐 때에만 포켓(60)들이 포켓(60)들을 적어도 부분적으로 블레이드(30)의 상부 위에 배열되도록 하는 특정 유극(play)이 존재하도록 형성된다. 달리 말하면, 중앙 구조물(20)의 행정은 아이들 연장부(idle extension)의 제 1 신장(stretch) 단계와 제 2 신장 단계를 포함하며, 상기 제 1 신장 단계에서 블레이드(30)는 포켓들에 대해 평행하게 이동하여 포켓들로부터 결합해제(disengaging)되고, 상기 제 2 신장 단계에서 상기 블레이드(30)들은 외부 방향으로 개방된다.

블레이드(30)가 개방되어 복수의 기계적 콘트라스트 부재(contrast element, 23)들에 수용된다. 상기 기계적 콘트라스트 부재(23)들은 중앙 구조물(20) 상에서 반경 방향으로 배열되고, 본체(10)의 일부를 형성하는 제동장치(arrest, 13)를 지탱함으로써 블레이드(30) 위로 위치되고, 회전 동안 블레이드(30)에 의해 실질적으로 형성된 주변(circumference)의 최대 직경을 결정한다. 해체될 수 있고 상호교환될 수 있는 상기 제동장치(13)는 본체(10)에 대해 중앙 구조물(20)이 다양하게 이동할 수 있게 하며 이에 따라 복수의 직경을 가진 토양 처리 영역을 얻을 수 있게 하는 형태를 가진다.

이제까지 기술한 구체예에 대한 대안의 구체예로서, 상기 토양 경화 장치(1)의 또 다른 구체예에서는, 스프링 대신, 예를 들어, 압축 가스가 있는 챔버, 혹은 전기 또는 자기 유압식 보상기(compensator)와 같이, 유체의 힘에 반대로 작용하는(countering) 또 다른 수단을 사용하는 것을 고려할 수 있다.

사용 시에, 토양 경화 장치(1)가 내려가는 동안, 예를 들어, 공기, 물, 벤토나이트(bentonite), 또는 그라우트(grout)와 같이 저압(약 40-50bar까지의 압력)에 있는 드릴링 유체가 내부 관(40)을 거쳐 보어 홀 내로 유입된다.

드릴링 단계 동안 즉 하부 방향으로 작업하는 동안, 토양 경화 장치(1)는 제 1 사용 위치에서 블레이드(30)를 사용하여 진행할 수 있으며, 상기 블레이드들은 상기 토양 경화 장치(1)의 최대 연장 방향에 대해 실질적으로 평행하게 배열된다.

내부 관(40) 내로 저압의 유체가 유입되면, 드릴링 방향에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 작용하는 힘을 생성시켜, 이 힘은 내부 구조물(20)에 작용하지만, 복수의 블레이드(30)들은 개방될 수 없다. 사실, 상기 힘은 콘트라스트 스프링(50)에 의해 가해지는, 적어도 동일한 계수(modulus)를 가진 반대 힘에 의해 반대로 작용한다.

명백히, 건식 작업(dry working) 동안 즉 어떠한 유체도 사용하지 않고 드릴링 함으로써 진행되는 작업 동안, 블레이드(30)들은 여전히 제 1 사용 위치에 유지된다.

대신, 보어 홀을 넓게 하고 기계적 혼합을 처리하기에 필요한 깊이가 도달될 때, 콘트라스트 스프링(50)에 의해 가해진 힘이 극복될 수 있게 하고 이에 따라 블레이드(30)가 밖으로 개방될 수 있게 하기 위해, 혼합 유체가 일정 압력에서 내부 관(40) 내에 유입된다.

혼합 유체는 시멘트, 그라우트, 수지, 또는 그 외의 다른 화학적 경화 혼합물일 수 있다.

명백하게, 지금까지 기술된 힘들은 단순히 콘트라스트 스프링(50)의 복원력(retention force)만을 말하는 것이 아니며, 특히, 블레이드(30)들이 개방될 수 있게 하기에 필요한 힘은 콘트라스트 스프링의 힘, 마찰력, 블레이드를 개방시키기 위한 힘 및 일반적으로 토양 경화 장치의 효율적인 작동 동안에 방해하는 그 외의 모든 힘들보다 더 커야 한다.

명백히, 최대 드릴링 직경은 제 1 사용 위치에 대해 90°로 회전된 후에 블레이드(30)에 의해 형성된 직경에 상응한다.

도 3과 도 4는 각각 상기 토양 경화 장치(1)의 3차원 도면과 횡단면을 도시하는데, 여기서 각각의 제동장치(13)를 지탱하고 있는 기계적 콘트라스트 부재(23)들이 표시될 수 있다. 또한, 사용 시에 토양 내로 처음 유입되는 토양 경화 장치(1)의 일부분에 대해 측정되는 경우 90°보다 더 작은 최대 개방 각도에서 또는 심지어 90°보다 더 큰 각도에서, 블레이드(30)가 차단될 수 있는지도 표시될 수 있다.

경화 작업 단계 동안 즉 블레이드(30)가 개방되는 동안(제 2 사용 위치에 있는 동안), 중앙 구조물(20) 상에 혼합 유체의 압력에 의해 야기된 개방 외에, 추가로 차단 힘(blocking force)이 존재한다. 이는 중앙 구조물(20)과 본체(10) 사이에 회전으로 인해 토크가 전달됨으로써 발생된 마찰 성분들에 의해 구성되며, 이 토크는 가이드(12)의 표면들에 의해 외측 영역(21)들로 전달된다. 이에 따라, 중앙 구조물(20)을 이동시키려 하는 외부 작용은 외측 블록(21)들과 가이드(12) 사이에 정반대의 마찰 힘을 발생시켜, 블레이드(30)가 움직이는 것을 방지한다.

중앙 구조물(20)을 차단시켜, 각각의 캠(22) 내에 결합된 핀(31)에 의해 기계적 타입의 블레이드(30)가 차단된다.

상부 방향으로의 운동이 가해질 때, 토양 경화 장치(1)는 기계적 혼합을 처리하기 시작하고, 혼합 유체는 제 1, 제 2 및 제 3 말단부(41-43)로부터 나온다. (고압에서) 혼합 유체에 가해지면 제 2 말단부(42)에 대한 통로를 닫음으로써, 적절한 밸브 수단(도시되지 않음)이 블레이드(30) 가까이에서 횡방향으로 유체가 밑으로부터 나오고, 농축되며 분해되는 것을 방지할 수 있다.

경화 처리 단계 끝에서 상기 높이(특정 경우에 따라, 토양의 상측 표면과 일치할 수 있고 일치하지 않는 높이)에 도달하고 나면, 혼합 유체의 전달이 중지되고, 콘트라스트 스프링(50)은 블레이드(30)를 닫기 위해 중앙 구조물(20)을 토양 경화 장치(1)의 본체(10) 내로 다시 복원시켜(recall), 복수의 포켓(60)들에 의해 차단된다.

지금까지는 상부 방향으로의 혼합 단계를 기술하였지만, 실제적으로, 블레이드(30)가 개방되는 혼합 단계와 혼합 유체를 주입하는 단계가 하부 방향으로도 수행될 수 있다. 하부 방향으로 수행되는 경우에서, 앞에서 기술했었던 것과는 달리, 혼합 후에 블레이드(30)가 닫히는 깊이는 원하는 최대 깊이 또는 혼합 시작 때의 높이로 복귀되는 깊이일 것이다.

특히, 하부 방향으로 작동되는 토양의 혼합이 수행되는 경우에서, 블레이드(30)의 배열(arrangement)은 블레이드가 개방될 때 토양을 향하는 본체(10)로부터 떨어진 자유 단부를 가지며, 혼합 작업 동안, 블레이드(30) 자체가 개방된 상태로 유지되도록 도와주는 드릴링 모션에 반대인 힘을 생성시킨다. 이는 토양에 작용시키기에 힘들 때 특히 유용하다고 입증될 수 있다.

토양 경화 장치(1)는 블레이드(30)가 원래 위치로 다시 돌아왔을 때 블레이드(30)의 오목한 형상을 얻기 위해 변형될 수 있는데, 이 경우 본체(10)의 영역에 블레이드(30)의 힌지연결 위치를 중앙 구조물(20)의 위치보다 더 낮게 하고 캠(22)과 핀(31)의 배열을 반대로 한다.

마지막으로, 토양 경화 장치(1)에는 본체(10)와 중앙 구조물(20) 사이의 거리를 측정하고 및/또는 블레이드(30)의 개방 레벨 및 이에 따라 경화의 효과적인 직경을 측정하기 위해 탐지 기기(예시되지 않음)가 장착된다. 사실, 블레이드(30)의 길이는, 예를 들어, 본체(10)와 중앙 구조물(20) 사이의 상대 이동을 측정함으로써, 또는, 대안으로, 블레이드(30)의 개방 각도를 측정함으로써, 앞에서 공지되어 있으며, 충분히 근접하게 정밀하게, 블레이드가 작동되는 직경에 도달하는 것이 가능하다.

위에서 기술한 타입의 기기는 전기유압식 타입 또는 그 외의 다른 몇몇 타입으로 작동되는 선형 또는 각위치 센서 및 데이터를 보여주거나 또는 디스플레이하는 적절한 시스템을 포함할 수 있다.

이러한 점에서 볼 때, 위치 센서로부터 데이터를 보여주거나 또는 디스플레이하는 시스템으로의 데이터 전송, 신호 케이블 또는 무선 타입의 데이터 전송 기술도 사용될 수 있다.

도 5와 도 6은 지금까지 기술한 토양 경화 장치의 블레이드(30)의 제 1 대안예를 예시한다.

블레이드(30')는, 토양 경화 장치의 종방향 수치를 과도하게 증가시키지 않고도, 심지어 더 큰 혼합 직경을 얻을 수 있도록 외부 방향으로 연장하도록 설계된 텔레스코픽(telescopic) 타입으로 구성된다. 또한, 점차 증가하는 혼합 직경도 얻어지고, 이에 따라, 더욱 내부를 향하는 영역(더 작은 직경에 해당하는 영역)에서 존재하는 토양이 이미 혼합되고 이에 따라 분해되며 훨씬 더 낮은 저항에 반대하는 한, 최외측 영역(더 큰 직경에 해당하는 영역) 내에서 수행되는 혼합 단계 동안 덜 강한(less severe) 핀들에 대한 작용이 얻어진다.

블레이드(30')는 토양 경화 장치의 본체에 힌지연결된 제 1 내부 부분(30'.1), 및 상기 내부 부분(30'.1) 내에 부분적으로 포함된 제 2 외부 부분(30'.2)을 포함한다.

특히 오직 블레이드(30')의 주어진 개방 단계에서만 내부 관(40)과 소통하도록 설정된 챔버(50)에 의해 블레이드의 개방을 조절하는 유체를 사용하여 블레이드(30')가 연장되며, 이에 따라 도 6의 화살표로 표시된 것처럼 제 2 부분(30'.2)의 헤드(51)에 작용하는 압축 유체가 통과할 수 있게 한다. 상기 헤드(51)는 유체의 압력이 없는 상태에서 철회된 위치(연장되지 않은 위치)에 블레이드(30')를 유지시키도록 설계된 스프링(90)에 작용한다.

나선형 타입의 스프링(90)은 블레이드(30')의 제 1 부분(30'.1)의 최외측 섹션에 위치되며 챔버(50) 내의 압력이 증가될 때 압축된다.

대안으로, 블레이드(30')는 전용 밸브(배열은 나타나지 않음)에 의해 조종되는 압력 명령에 의해 연장될 수 있다.

마지막으로, 도 7은 블레이드(30")의 제 2 대안예를 예시하는데, 회전축(힌지연결부(32)의 축)은 임의의 경우에서 블레이드(30)가 최대 직경으로 연장될 수 있게 하는 공구(tool)의 가로(transverse) 직경에 대해 접선이 아닌 방향으로 배열된다.

본 발명의 이점들은 앞에서 기술한 내용에서 명확하게 나타난다. 토양 경화 장치(1)는 보어 홀들을 넓히기 위한 장치의 단일 공구 내에서의 조합을 가능하게 하며, 혼합 유체의 전달을 위한 수단으로 상부 방향과 하부 방향으로 작동할 수 있다. 이 장치는 다소 단순한 기계 수단으로 작동될 수 있으며, 블레이드(30)들은 내부 관(40) 내에 주입된 액체의 압력에 의해 대부분의 부분(드릴링 방향으로 생성된 가능한 힘들로부터 멀리 떨어진)을 위해 개방된다. 이에 따라, 토양 경화 장치(1)의 작동 구성을 변경시키기 위하여 특히 복잡하거나 또는 값비싼 기기를 설치하지 않고도 상기 내부 관 내로 유입된 유체의 압력을 변경시키기에 충분하며, 예를 들어 상이한 범위의 압력을 발생시킬 수 있는 펌프를 제공하기에 충분하다. 이에 따라, 드릴링 유체를 사용하여 작동시키고 블레이드를 닫은 상태로 유지하며 더 작은 직경으로 드릴링하는 것이 가능하여 이에 따라 에너지와 시간을 줄일 수 있다.

이런 방식으로, 전용 전달 헤드 중 한 헤드는 오직 유체를 전달하고 다른 하나는 블레이드의 작동을 전담하도록 설계된 두 개의 전용 전달 헤드가 더 이상 필요 없거나 또는, 이중-통과 로드(double-pass rod)를 가질 필요가 없어 이에 따라 상기 로드 구성의 복잡성이 줄어들고 이동되어야 하는 장비의 중량이 감소되어, 드릴링 로드의 구조가 현저하게 개선될 수 있다.

마지막으로, 본 장치는 잭(jack), 모터, 또는 인덱서(indexer)와 같은 블레이드(30)를 열거나 또는 닫도록 하는 액츄에이터 장치들이 없기 때문에 더욱 단순화되며, 이 작동은 단순히 유체의 압력에 의해 생성된 힘을 사용함으로써 얻어진다.

지금까지 기술된 장치들에 대한 특정의 변형예들이 제공될 수 있다. 장치에 장착되어야 하는 블레이드의 개수는 블레이드의 형태가 변경될 수 있는 것과 같이 제공된 장치에 대해 변경될 수 있다.

지금까지 기술한 장치의 블레이드의 개수는 도면에서 나타난 장치에 대해 변경될 수 있으며, 본 장치의 바람직한 구체예의 비-제한적인 예를 나타내는 것으로 고려되어야 한다.

대안으로, 반응의 자체-균형 하중(self-balancing load)을 발생시키기 위해 중앙에서 힌지연결된 단일 블레이드를 사용하는 것이 가능하다.

또한, 토양 경화 장치(1)의 바닥 부분에서, 예를 들어 특히 단단한 토양(hard soil)을 드릴링 하도록 도와 주기 위한 형태의 날카로운 치즐(pointed chisel)이 있을 수 있다.

(기술된 것과 같이) 중앙 본체(20) 또는 외부 본체(10)(중앙 본체(20)를 정지상태로 유지하는)를 작동시킴으로써 중앙 본체(20)와 외부 본체(10) 사이의 상대 운동이 얻어질 수 있음은 자명하다.

Claims (14)

1. 경화 유체를 주입하고 기계적으로 혼합시켜 토양을 경화시키기 위한 장치(1)로서, 상기 토양 경화 장치(1)는 하나 또는 그 이상의 드릴링 로드에 연결되고 드릴링 및 혼합 작업을 수행하도록 설계되며, 상기 장치는 본체(10)와 하나 또는 그 이상의 블레이드(30, 30', 30")를 포함하고, 상기 하나 또는 그 이상의 블레이드(30, 30', 30")는 상기 본체(10)에 대해 이동할 수 있으며 캠(22)에 의해 상기 본체(10)의 내부에 있는 중앙 구조물(20)에 수용되며, 상기 토양 경화 장치(1)는 수밀 방식으로 하나 이상의 분무장치(sprayer)에 연결된 유체 흐름용 수단(40)을 추가로 포함하는 토양 경화 장치(1)에 있어서,
   상기 블레이드(30, 30', 30")를 개방시키는 상기 유체 흐름용 수단(40) 내로 유입된 액체의 압력에 따라 상기 외부 본체(10)와 상기 중앙 구조물(20) 사이에는 상대 운동이 발생하는 토양 경화 장치(1).
2. 제 1항에 있어서,
   상기 중앙 본체(20)는 상기 유체 흐름용 수단(40) 내로 유입된 액체의 압력에 반대로 작용하기 위해 콘트라스트 수단(50)에 연결되며,
   상기 콘트라스트 수단(50)은:
   - 제 1 작업 상태에 의해 정의되며, 상기 제 1 작업 상태에서, 액체의 압력은 제 1 범위 내에 포함되고, 상기 콘트라스트 수단(50)은 상기 중앙 본체(20)를 콘트라스트 수단(50)을 향해 철회된 상태에 유지시키고 상기 블레이드(30, 30', 30")를 제 1 사용 위치에 유지시키며, 상기 블레이드(30, 30', 30")는 상기 토양 경화 장치(1)의 최대 연장 방향에 배열되고;
   - 제 2 작업 상태에 의해 정의되며, 상기 제 2 작업 상태에서, 액체의 압력은 상기 제 1 범위 값보다 훨씬 더 높은 평균값을 가진 제 2 범위 내에 포함되고, 상기 액체 압력은 상기 중앙 본체(20)를 상기 토양 경화 장치(1)의 외부를 향하도록 밀고 상기 블레이드(30, 30', 30")를 제 2 사용 위치에 배치시키며, 상기 블레이드(30, 30', 30")는 제 1 사용 위치에 해당하는 직경보다 더 큰 드릴링 직경을 나타내는 상기 토양 경화 장치(1)의 본체(10)에 의해 형성된 용량을 초과하여 연장되는 것을 특징으로 하는 토양 경화 장치(1).
3. 제 2항에 있어서,
   상기 콘트라스트 수단(50)은 하중-조절식 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 경화 장치(1).
4. 제 2항에 있어서,
   상기 제 2 작업 상태에서, 상기 중앙 본체(20)는 본체(20)가 복수의 제동장치(13)에 대해 기계적인 콘트라스트 부재(23)에 부딪혀서 결정되는 최대 행정(travel)에 도달할 때까지 슬라이딩 이동되며, 상기 제동장치(13)는 상기 본체(10)의 하나 또는 그 이상의 가이드(12) 내에서 슬라이딩 이동하도록 설계된 외측 영역(21)들을 가지는 것을 특징으로 하는 토양 경화 장치(1).
5. 제 3항에 있어서,
   상기 중앙 구조물(20)에 가해진 상기 제 1 범위 내에 있는 액체의 압력은 상기 콘트라스트 수단(50)에 의해 적어도 부분적으로 가해지는 반대 힘보다 더 작은 힘을 발생시키며, 상기 중앙 구조물(20)에 가해진 상기 제 2 범위 내에 있는 액체의 압력은 상기 콘트라스트 수단(50)에 의해 적어도 부분적으로 가해지는 반대 힘보다 더 큰 힘을 발생시키는 것을 특징으로 하는 토양 경화 장치(1).
6. 제 1항에 있어서,
   상기 토양 경화 장치(1)는 복수의 캠(22)을 추가로 포함하며, 상기 캠(22)들은 각각의 블레이드(30, 30', 30")에 대해 고정된 각각의 핀(31)에 결합된 내부 구조물(20)의 지지부 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 토양 경화 장치(1).
7. 제 2항에 있어서,
   블레이드(30)를 위한 복수의 복원 수단(60)이 상기 중앙 구조물(20)에 고정되며, 상기 복원 수단(60)은 상기 블레이드(30, 30', 30")가 상기 제 1 사용 위치에 배열될 때 본체(10)에 수용된 블레이드(30, 30', 30")의 단부들로부터 일정 거리에 고정되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 토양 경화 장치(1).
8. 제 7항에 있어서,
   - 상기 복원 수단(60)은 드릴링 및 혼합 작업 또는 이 작업들 동안 내부에 축적될 수 있는 임의의 물질이 쉽게 배출할 수 있도록 개방되며; 및
   - 상기 중앙 구조물(20)은 아이들 연장부(idle extension)의 제 1 신장(stretch) 단계를 가진 행정(travel)을 가지며, 이 행정에서, 블레이드(30, 30', 30")는 상기 복원 수단(60)에 대해 이동하고 결합해제될 수 있으며, 블레이드(30, 30', 30")가 닫히는 마지막 단계에서 블레이드(30, 30', 30")와 복원 수단(60) 사이는 중첩되는 것을 특징으로 하는 토양 경화 장치(1).
9. 제 1항에 있어서,
   깊이 내려가는 제 1 단계 동안 및 표면을 향해 올라오는 제 2 단계 동안 유체 흐름용 수단(40) 내에 혼합 유체가 유입될 수 있는 것을 특징으로 하는 토양 경화 장치(1).
10. 제 4항에 있어서,
    상기 토양 경화 장치(1)의 회전 동안, 상기 가이드(12)들은 상기 가이드(12)들의 표면에 의해 외측 영역(21)들로 전달되는 토크에 의해 발생된 마찰력을 통해 상기 블레이드(30, 30', 30")를 차단하기 위한 제 2 수단을 제공하는 것을 특징으로 하는 토양 경화 장치(1).
11. 제 1항에 있어서,
    상기 토양 경화 장치(1)는 블레이드(30, 30', 30")의 개방 레벨을 측정하고 및/또는 중앙 구조물(20)과 본체(10) 사이의 상호 행정을 측정하기 위한 탐지 기기를 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 경화 장치(1).
12. 제 1항에 있어서,
    상기 분무장치는 일련의 제 1 분무장치(41, 43)들과 일련의 제 2 분무장치(42)를 포함하는 복수의 분무장치들의 일부를 형성하며, 상기 일련의 제 1 분무장치(41, 43)의 적어도 일부분은 블레이드(30, 30', 30")들이 겹쳐지는(lapped) 방향으로 액체 제트(jet)를 안내하도록 배열되고, 상기 일련의 제 2 분무장치(42)의 하나 이상의 분무장치는 상기 복원 수단(60) 가까이에서 하부 방향으로 배열되고 흐름 차단을 위한 수단에 의해 닫힐 수 있는 것을 특징으로 하는 토양 경화 장치(1).
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드(30")들은 텔레스코픽 구성이며, 이들은 각각 상기 블레이드(30")의 연장부에 대해 반대의 힘을 가하도록 설계된 콘트라스트 수단(90)을 가지는 것을 특징으로 하는 토양 경화 장치(1).
14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블레이드(30")들은 상기 토양 경화 장치(1)의 가로 직경에 대해 접선이 아닌 방향에 배열된 각각의 지지 핀(32)을 가지는 것을 특징으로 하는 토양 경화 장치(1).

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