KR20110123268A - 제트 그라우팅 장비 - Google Patents

Abstract

본 발명의 장비는 비원형 단면을 갖는 강화 토양 칼럼을 형성하는 역할을 하며, 마스트(2, 8), 상기 마스트에 평행한 축을 따라 병진이동 가능하고 회전 가능한 로터리(3), 상기 로터리(3)로부터 일시적으로 잠금해제 가능한 일련의 중공 로드(4), 및 상기 로터리의 회전 속도를 하나 또는 그보다 많은 미리 정해진 각도 범위 내에서 변화시키는 장치를 포함한다. 로터(21)는 스트링의 로드 중 하나에 직접 고정되고 제어 신호 발생 장치(20)에 작동적으로 결합되어, 로터의 각위치에 응답하여 상기 로터리의 회전 속도를 변화시킨다. 관통 클램프(10)는 상기 로터리의 회전 맨드릴에 장착되고, 잠금 부재를 구비하며, 상기 잠금 부재는 로드를 클램핑하여 상기 로터리에 일체화시키도록 작동될 수 있고, 상기 로터리를 상기 로드에 대해 이동하게 하도록 상기 로드를 해제하도록 작동 중지될 수 있다.

Description

제트 그라우팅 장비{JET GROUTING EQUIPMENT}

본 발명의 제트 그라우팅 장비에 관한 것이다.

"제트 그라우팅(jet grouting)"으로 지칭되는 기술은 관형 로드 스트링(string)의 바닥에 배치되는 노즐들을 통하여 시멘트질 그라우트(cementitious grouts)를 매우 높은 압력으로 주입함으로써 토양 부분을 강화(consolidation)하는 것으로 이루어진다. 제트 그라우팅 시스템은 이 분야의 모든 요구를 충족시키기 위해 오랜 시간동안 개발되어 왔으며, 사용되는 유체(단지 시멘트질 그라우트만, 시멘트질 그라우트 및 공기, 시멘트질 그라우트 및 공기와 물)의 개수 및 수십 센티미터로부터 3m 초과까지 강화된 토양의 직경을 변화시키는 작동 파라미터(operative parameters)로 구별된다. 이러한 처리를 실행하는 방법은 "연속적"이거나 "단계적"으로 분류될 수 있다.

연속적인 방법에서, 주입은 주로 로드의 회전 및 병진이동 운동을 결합함으로써 발생하며; 로드의 회전 속도, 강화 유체의 상승 속도(ascent rate), 유동 속도 및 압력은 생성될 칼럼(column)의 직경, 강화된 토양에 요구되는 저항, 선택되는 제트 그라우팅 유형(단일-, 이중-, 또는 삼중-유체 유형)에 관계된다.

단계적 회수 주입(withdrawal injection) 방법은 연속적인 방법과 차이를 나타내는데, 그 이유는 강화 그라우트의 주입이 상부 벤치(upper bench)로 노즐을 위치시키기 위해 실행되는 회수 단계들에 대해 미리 설정된 기간동안 인출하지 않고 로드를 단지 회전시키는 단계들을 교대시킴으로써 일어나기 때문이다. 그러므로, 칼럼형 처리(columnar treatment)는 다수의 단계적으로 강화된 토양의 "호(arches)들"로 구성된다. 이러한 시스템의 한계는 처리 작동 파라미터 세트를 유지할 때, 보다 높은 가변성(variability)을 제공하고 보다 복잡한 기계의 보드 상의 기구의 일부에 관계된다. 한편, 로터리 헤드(rotary head)는 연속적인 방법에 비해 보다 빠른 방식으로 이동될 수 있다. 그러나 전술된 헤드 행정(head stroke)에 관계된 "재시작(restart)" 한계는 불변으로 남아 있다.

제트 그라우팅 기술을 사용하는 것에 관하여 강화 작업(consolidating operations)을 실행하기 위해, 일반적으로 15 내지 50m 범위의 깊이에 도달되게 된다. (드릴링 중에 로드가 회전하는데 필요한 드릴링 토크(drilling torque)를 전달하기 때문에, 이 분야에서 "로터리(rotary)"로 정의된) 로터리 헤드에 대해 이용 가능한 수직 행정은 일반적으로 불충분한데, 이는 보다 널리 보급된 크기의 장비의 부분품들이 통상적으로 길이가 4 내지 7m 범위인 마스트를 갖기 때문이다. 일부 특수한 제트 그라우팅 장비는 15 내지 18m까지의 행정을 가질 수 있지만, 이는 중량, 넓은 공간 및 충분히 측량된(well-levelled) 토양을 필요로 하는 운반 비용, 및 조립 시간의 문제를 수반한다. 아울러, 더 이상 자가-직립할(self-erecting) 수 없는 드릴링 장치는 마스트의 모든 핸들링 단계들을 위한 보조 크레인을 필요로 한다.

그러므로 설계 깊이에 도달하기 위해, 드릴 스트링(drill string)에 로드를 추가할 필요가 있다. 그러나 로드를 추가하고 제거하는 작업은 도관 내에 토양을 도입시켜, 결과적으로 이 도관을 차단시키킬 위험을 수반하기 때문에, 많은 시간과 비용이 드는 작업(practice)이다.

일부 경우, 처리 깊이를 증가시키기 위해, 로터리가 미끄러지는 마스트가 수용할 수 있는 것보다 훨씬 더 긴 로드의 스트링을 수용하도록 하는 마스트 연장부(mast extensions)가 사용된다. 이 경우, 로드는 잠금 수단에 의해 로드를 끌어당기는 로터리 내부를 통과(passing "through")한다.

이 경우, 드릴링 및 처리 작업은 설계된 깊이에 도달하도록 로드의 더 많은 "재시작(restarts)"시 실행된다. 로터리 헤드가 가이드 마스트의 최고 지점(topmost point)에 도달했을 때, 로드의 이른바 "재시작"이 실행되며; 드릴 스트링(drill string)은 잠기며, 클램프 조립체에 의해 마스트 베이스(mast base)에 일시적으로 현수된다(overhung). 그 후, 로터리 헤드는 하향 복귀 행정(downward return stroke)을 실행한 뒤, 새로운 상승 및 주입 단계(제트 그라우팅)를 다시 시작한다.

이러한 기술의 적용 가능한 일부 주요 분야에서, 부분적으로 중첩된(overlapped) 제트 그라우팅 요소들(표면 굴착부, 댐을 위한 불투과성 차폐물(shields), 인접하는 매몰된 패널들 사이의 이음매(joints)의 불투과화(impermeabilization), 둑을 위한 다이어프램 벽(diaphragm walls)들)의 조합에 의해 형성되는 커튼 벽(curtain wall)을 형성하는 것이 요구된다. 이 경우, 그 불투과성 이음매의 보다 높은 레벨의 확실성을 갖도록 하기 위해, 통상적으로 커튼 벽 또는 둑의 정렬 방향으로, 원형이 아니라 그 대신 세장형인 수평한 섹션을 갖는 일련의 강화된 토양 칼럼의 구현은 비용 효율적일 수 있다. 또한, 세장형 형상은 구멍 안으로 주입될 더 적은 강화 재료로 인해 시간 및 비용 절감적으로, 다이어프램 벽을 완성하는데 요구되는 요소들 및 결과적으로 인접하는 "칼럼들"의 중첩된 부분인 요구되는 이음매의 개수를 감소시킨다.

EP 1 862 596 A1은 로터리 헤드(또는 "로터리")로 구성된 세장형 형상을 갖는 강화된 토양 칼럼을 구현하는 시스템을 개시하며, 이 로터리 헤드는 회전시 로드의 스트링을 구동시키며, 로드는 그 단부에서 주입 헤드(또는 "모니터")로 종결되며, 주입 헤드는 토양으로 강화 그라우트를 방출하기 위한 노즐을 구비한다. 회전 헤드의 회전부에 고정되며 회전 헤드의 고정된 부분에 일체화된 근접 센서를 향하는 돌출 탭(projecting tabs)을 포함하는 장치는 헤드의 순간적인 각위치(angular position)에 따라, 회전 속도를 증가시키거나 늦추도록, 드릴링 장치의 유압 회로의 조정을 조절함으로써, 상이한 처리 모드를 활성화시킨다. 강화된 토양 요소의 수평 크기는 제트의 특정한 에너지 및 결과적으로 (압력 및 유속을 일정하게 유지하면서) 제트에 대한 노출 시간에 따른다. 이 경우, 노출 시간은 상승률(ascent rate)에 의한 것 외에, 제트가 강화될 토양 본체에 대항하는 회전 속도에 의해 제공된다. 결과적으로, 회전 속도는 토양으로 투입되는 특정 에너지에 반비례한다. 높은 특정 에너지 값은 높은 직경의 처리를 실행하게 한다.

EP 1 862 596 A1에서, 노즐의 각위치는 로터리의 각위치를 탐지함으로써 유도된다. 이 시스템은 로터리와 로드 사이에 각을 이룬 슬라이딩 운동(angular sliding movements)이 발생되는 경우 정밀도를 상실한다. 이러한 문제는 처리 깊이를 증가시키도록 하는 요구로 인해, 로터리가 미끄러지는 마스트가 허용할 수 있는 것보다 훨씬 더 긴 로드의 스트링을 수용하게 하는 마스트 연장부를 사용할 때 일어난다. 이 경우, 로드는 로터리의 일체형 부분을 "통과(passing "through")"하며, 더 이상 일체형 부분에 직접적으로 고정되지 않는다. 그러므로, 로터리로부터 로드로의 드릴링 운동의 전달은, 소위 클램프 또는 클램프 제트를 통해, 제 3 부재를 삽입함으로써 일어나며, 클램프 또는 클램프 제트는 로터리로부터의 회전을 수용하고, 이를 (일반적으로 완벽하게 원통형이며 매끄러운 외부 프로파일을 갖는) 로드로 이들 회전 성분들을 마찰에 의해 전달하는 웨지(wedges)를 기초로 클램핑 시스템에 의해 전달한다.

일부 경우, 예를 들면 로드 상의 클램프에 의한 불충분한 클램핑의 작용 또는 전술한 클램핑의 해제 하에, 충돌 및 진동으로 인해, 또는 순간적으로 도구를 정지시키며 그에 따라 동작 전달 시스템상에 상당한 관성을 생성할 수 있는 이러한 유형의 지하 작업에 통상적인 갑작스러운 과부하로 인해, 또는 또한 모든 이러한 경우에 로드와 직접 접촉하여 웨지 표면상에 위치되는 톱니(toothing)의 점진적인 마모로 인해, 로드와 클램프 웨지 사이의 슬라이딩은 결과적으로 로드와 로터리 사이에서 발생한다. 이러한 단점은 원통형 칼럼의 경우 불리함을 수반하지 않는 반면, 세장형 부재의 경우, 그 대신 로드에 일체형인 노즐 위치의 평가 오차에 의해 원치 않는 방향으로 수평으로 세장형인 칼럼을 발생시키며; 이는 인접하는 패널들의 불충분한 상호 침투(compenetration) 및 연결을 수반하는 결과로서 지하 구조물의 불투과성에 대한 손실을 유발하는 것이 명백할 것이다. 이 경우, 이러한 결점은 인지되면, 추가의 드릴링 작업 및 커튼 벽 처리를 실행함으로써 치유될 수 있다. 그 대신, 이러한 결점이 인지되지 않았을 때, 구현될 구조물의 구조적 무결성은 비용에 훨씬 더 큰 영향을 주면서 절충될 수 있다.

본 발명의 목적은 지금까지 획득될 수 있는 것에 비해 보다 높은 정확도 및 깊이를 갖는 비원형인 섹션을 갖는 칼럼형 제트 그라우팅 강화 작업을 실행하는 것이다.

여타 목적 및 이점은 첨부된 특허청구범위에 한정된 특징들을 갖는 장비에 의해 이루어진다.

이제 본 발명의 몇몇 바람직하지만 비제한적이 실시예들이 설명될 것이다. 다음과 같은 첨부 도면이 참조된다.

도 1은 제트 그라우팅 강화 작업의 실행을 위한 장비의 정면도이고;
도 2는 로터리보다 아래에 장착된 관통 클램프 및 상부 및 중간 가이드 트롤리를 포함하는 조립체의 확대 사시도이며;
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 장비의 로터리 및 최상단부의 상이한 각도로부터의 확대도이며;
도 4는 도 1의 장비의 관통 클램프 형성부의 부분적으로 절단된 사시도이며;
도 5는 드릴링 운동중에 로드를 구동시키는데 사용되는 관통 클램프의 클램핑 웨지의 몇몇 시야에서의 평면도 및 세부도이며;
도 6은 로드와 동축인 유형의 잭 관통 클램프(jack through clamp)를 구비하는 마스트 연장부를 갖는 가이드 마스트의 평면도이며;
도 7은 도 6의 세부의 확대도이며;
도 8은 도 4의 관통 클램프 및 그에 결합된 로터리의 사시도이며;
도 9는 로드의 각위치를 탐지하는 장치의 사시도이며;
도 10은 회전 센서의 작동에 필요한 섹터를 지지하는 로드에 일체형인 링의 사시도이며;
도 11은 링의 상대 회전에 의해 획득 가능한 폭 조정이 관측될 수 있는 섹터를 갖는 링을 지지하는 로터의 평면도이며;
도 12a 내지 도 12e는 재시작 동작(restart manoeuvre)이 명백한 드릴 스트링의 조립을 위한 순서를 나타내는 도면들이며;
도 13, 14 및 15는 로드의 각위치의 간접적인 탐지를 위한 장치의 사시도들이다.

먼저 도 1을 참조하면, 자주식(self-propelled) 차량(1)은 수직 위치에 세워진 드릴링 마스트(2)(또는 "마스트")를 구비하며, 이 마스트를 따라서 상승(3")되고 하강(3')되는 두 위치에 도시된 로터리(3)가 미끄러진다. 로터리는 드릴링 및 제트 그라우팅(jet grouting) 처리를 실행할 때, 로드(4)의 스트링(string)에 회전 및 슬라이딩 운동(풀-푸시; pull-push)을 전달하는 역할을 한다. 로터리는 결합된 유압 모터 감속기 조립체(5)에 의해 작동된다. 도 1에 도시된 장비의 일반적인 구조는 일반적으로 공지된 것을 의미할 것이다. 따라서, 하기의 본 발명의 상세한 설명에서 본 발명의 실시예의 목적을 위해 특별한 중요성 및 관계를 갖는 요소들만이 상세하게 설명될 것이다. 그러므로 예를 들면, 로터리 헤드(예를 들면, 풀-푸시 시스템)의 핸들링 수단과 같이, 자세히 도시되지 않은 요소 및 부분들의 실행을 위하여, 공지된 유형의 임의의 제트 그라우팅 장비가 참조될 수 있다.

마스트(2)를 따라 슬라이딩하며, 또한 베이스 마스트(2)에 대해 정렬되는 (일반적으로 구현되며 본 명세서에서 트레슬(trestle)로 도시된) 마스트 연장부(8)의 길이에 대해 그 운동을 연장시킬 수 있는 상부 트롤리(trolley)가 6으로 지시된다. 마스트 연장부(들)(8)은 베이스 마스트(2)의 길이를 넘어 로드의 스트링에 대한 가이드를 연장시키는 기능을 한다. 이는 보다 깊은 깊이에서 드릴링 작업을 실행하기 위해, 베이스 마스트(2)를 따르는 회전 행정보다 더 높은 전체 길이인 로드의 스트링을 갖고 있는 동안, 드릴링을 시작하게 한다. 베이스 마스트(2)만이 사용된 경우, 요구되는 깊이에 도달하도록 드릴링하는 동안 추가되는 로드를 제거하도록 하는 요구로 인해, 상승중에 실행되는 제트 처리(jet treatment)를 중단할 필요가 있을 것이다. 처리의 중단은 이러한 처리의 무결성 및 추가되는 추가 로드와 (토양 내로 깊이 위치되며 모니터 상에 위치되는) 노즐의 각위치 사이의 기준을 잃는 문제 모두에 빠지게 한다. 상부 트롤리(6)는 호스(9)에 의해 유체 및 그라우트를 스트링의 최상단(topmost) 로드의 상단부(upper end)로 도입하는 공급 헤드(7)를 지지한다. 트롤리 조립체(6)뿐 아니라, 공급 헤드 및 몇몇 유체를 위한 다른 공급 및 펌핑 수단은 기술상 공지되어 있으며, 이들은 본 명세서에서 상세히 설명될 필요가 없다.

때때로, 베이스 마스트와 마스트 연장부의 길이가 상당할 때(예를 들면, 20m 초과), 도 2에 도시되며 상부 트롤리(6)와 로터리(3) 사이에 배치되는 중간 트롤리(29)를 도입할 수 있다. 이러한 트롤리의 목적은 로터리 위에 위치되는 로드의 자유 길이(the rod free length)를 차단하여, 가해지는 회전 운동에 의해 스트링 상에 발생되는 위험한 굴곡(flextures)을 방지하는 것이다. 로드(4)를 안내하기 위해, 중간 트롤리(29)는 칼라(30)를 구비하며, 칼라는 축방향 및 회전 슬라이딩 운동에 대한 스트링의 자유를 허용한다.

관통 클램프(through clamp)는 일반적으로 도 4에서 10으로 지시되며, (도 3에 간략화된) 로터리(3)의 회전 맨드릴(rotatable mandrel)보다 아래쪽에 장착된다. 관통 클램프(10)의 기능은, 도 12a 내지 도 12e의 순서가 도시될 때, 하기의 본 명세서에서 보다 명확히 이해되는 바와 같이, 모든 스트링의 조립 단계에서 및 로드의 "재시작"이 실행되어야 할 때, 모든 드릴링 및 제트 그라우팅 처리 단계 중에 로드(4)를 맨드릴에 일체화고 맨드릴로부터 로드를 해제하는(clear) 것이다. 관통 클램프는 유압 잭(12)에 의해 들어올릴 수 있는 외부 칼라(11)를 포함한다. 칼라는 칼라(11)를 수평하게 유지하도록, 잭에 대하여 일측에 및 신축자재식 바(telescopic bars) 형상의 슬라이딩 커플링(14)에 대해 대향하는 측에, 그 조립을 위한 정반대로 대향하는 이어(13) 쌍을 형성한다. 관통 클램프가 클램프의 중심 슬리브(15)의 내부 직경과 동일한 자유 내부 통로(free inner pasage)에 의해 주어지는 최대값까지 상이한 직경의 로드들과 작동하기 적합하기 때문에, 이러한 신축자재식 조정이 필요하게 된다. 상이한 직경의 로드들은 잭(jack)에 상이한 클램핑 행정을 요구하고, 계속해서 작용력(efforts)을 비례시키고 로드 상에 클램핑 작업이 최적화되도록 요구하며, 타이 바(tie bar; 14) 길이는 그 신축자재식 커플링을 통하여(예를 들면, 나사 - 길이를 감소시키도록 나사 고정되는 너트 나사 시스템을 이용하여) 조정된다. 중심 슬리브(15)를 따르는 칼라(11)를 들어올리는 것(lifting)은 스트링의 로드의 표면에 대해 (웨지형 푸시 받침대(25)에 의해 방사상으로 밀리는) 일련의 웨지형 블록(16)의 방사상 클램핑을 발생시킨다. 이들 웨지형 블록(16)은 일반적으로 단 하나의 로드 직경을 클램핑하기에 적합한데, 이는 웨지형 블록의 표면이 기껏해야(at best) 로드의 외면을 둘러싸도록 구성됨으로써 도 5에서 보이는 2개의 부재들 사이에 최적의 클램핑을 보장하기 때문이다. 그러므로, 사용되는 상이한 로드 직경들이 처리를 위해 사용되는 직경에 대해 전용인 것들과 웨지(16)를 교체하게 한다(impose). 관통 클램프는, 상부에 일련의 양각 형성부(relief formations; 17)를 갖고, 이들 양각 형성부는 그로부터의 회전 운동을 클램프로 전달하도록, 회전측에 형성되는 대응하는 리세스(미도시)와 결합하도록 구성된다. 로드 축방향 운동 성분들은 푸싱 표면(27)(로드 상에 푸시) 또는 고정 나사(26)(로드 상에서 수축 당김(withdrawal pull)를 통해 관통 클램프로 로터리에 의하여 가해진다. 관통 클램프는 또한 접촉부(16a) 내의 표면들 사이에 마찰에 의해서만 잠기는(locked) 스트링을 유지하는 상기 웨지형 블록(16)을 통하여서 다시 로드 축방향 운동을 가한다. 이를 위해, 로드의 대체로 매끄러운 원통형 표면과 접촉하는 웨지형 블록의 표면(16a)은 2개의 부재들 사이에 그립핑(gripping)을 증가시키도록 처리되며; 예를 들면, 그 형상은 웨지상에 로드의 유지를 촉진시키는(promoting) 뾰족한 삽입부 또는 (도 5에 보이는) 톱니를 가질 수 있다.

도시된 바에 대한 대안적인 실시예에서, 잭(12)은 둘 또는 둘보다 많다.

도 6에서, 관통 클램프(10b)가 보고되며, 관통 클램프에서 잭(12)은 단일하며 로드에 동축이다. 이 경우, 잭의 운동은 (가해진 제어에 따라, 개방 동안 및 폐쇄 동안 모두) 웨지형 푸시 본체(25)의 축방향 변위를 야기하며, 이는 클램핑을 위한 웨지형 블록(16)의 방사상 변위를 로드(4)에 전달한다.

도 9에서, 장비에 결합된 로드의 각위치를 탐지하는 장치를 볼 수 있다. 근접 센서(20)가 로드를 위한 상부 가이드 트롤리(guide upper trolley; 6)에 견고하게 고정되며; 로드(4)에는 섹터(sectors)를 갖는 로터(21)가 잠기며, 로터는 바람직한 실시예에서 두 쌍의 대향하는 각을 이룬 섹터(21', 21")로 구성되며, 이때 각각의 쌍은 각각의 링(22(상부), 23(하부))에 의해 지지된다. 도 10에서, 관형 본체가 로드(4)의 통행을 허용하도록 구성되는 내부 원통형 공동을 가지며 그 둘레 상에 2개의 정반대로 대향하는 섹터(21', 21")를 지지하는 링(22)의 세부도를 볼 수 있으며, 이 섹터들은 감소되는 폭의 각을 이룬 연장부를 가지며, 일반적으로 실행될 처리의 유형에 맞춰진다. 로드(4) 상에서의 링(22)의 각을 이룬 잠금에 필요한 방사상 맞춤못(24)을 삽입하기 위한 나사공(threaded holes)을 또한 볼 수 있다. 로터(21)는 로드의 표면에 대해 링(22, 23)을 잠그는 방사상 맞춤못(24)을 통하여 로드에 일체화된다. 이러한 기계적 잠금 또는 동등한 시스템, 또는 제거 가능한 잠금 시스템(용접, 브레이징, 접착 작업)은 로드(4)와 로터(21) 사이에 정확하고 안전한 연결을 형성하여, 로터에 대한, 그에 따라 섹터(21', 21")에 대한, 로드의 각위치를 명확히(univocally) 확인시킨다. 로드(4)가 회전할 때, 센서(20)는 그 앞을 통과하는 로터 섹터의 존재(또는 부재)를 탐지하며, 로드의 순간적인 각위치를 나타내는 전기 신호를 발생(또는 방지)시킨다. 이러한 신호는 로터리의 회전 속도를 제어하는 처리 기어 케이스(미도시)로 제공되어, 노즐이 구현될 다이어프램 벽의 축을 따라 배향될 때, 로터리를 감속시킨다. 반대로, 회전 속도는 얇은 두께의 칼럼이 충분한 방향으로 로드가 배향될 때 증가된다.

작동적으로, 로드의 스트링이 설치되면, 섹터(21', 21") 쌍의 위치는 맞춤못(24) 상에 작용함으로써 노즐(들)의 위치에 대해 상대적으로 조정된다. 결과적으로, 섹터의 위치에 대한 주입 제트(injection jet)의 출구 방향이 명확히 식별된다. 그러므로, 각도 폭(angular width)은 링(23)의 섹터(예를 들면, 21')를 링(22)의 섹터(예를 들면, 21')에 대해 중첩시킴으로써 조정될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 바람직하지만 비제한적인 실시예에서, 45°와 동일한 최소 폭의 섹터는 섹터(21')를 완전히 중첩시킴으로써 얻어진다. 한편, 90°와 동일한 최대 폭 연장부는 섹터들을 인접하게 유지시킴으로써, 도면에 도시된 바와 같이 얻어진다. 임의의 중간 중첩 위치들이 사용될 수 있다. 폭은 로터가 섹터들을 갖지 않는 비율과 상이한 비율을 제트가 갖는 길이의 지속(duration)을 지시한다.

출원인이 실행한 실험은, (일반적으로 유압식) 장치의 작동 작용시 지연(delays)을 계산하기 위해, 섹터의 이론적인 위치설정이 "오프셋"되어야 함을 나타내었다. 즉, 처리 속도(무엇보다도 최소값으로 감속되어야 하는 최대 속도를 위해)에 대하여 및 작동 시스템의 일시적인 관성을 위해, 로드의 회전 방향에 대한 반대 방향으로 몇 도만큼 회전(신호의 진행)되어야 하는 제 1 섹터의 결과적인 변위와 함께, 전기 신호의 진행(advance)이 요구된다. 일단 요구되는 속도에 도달되면, 최소 속도에서 제트를 중단하기 위해, (일반적으로 이전 진행과 동일하지 않은) 진행이 또한 요구된다.

로드의 각위치를 전기 신호로 전환하기 위해, 다른 탐지 수단이 전술된 바를 대체하여 사용될 수 있다. 추가 실시예에서, 로드 회전 속도는 개별 방식 대신 점진적이거나 지속적인 방식으로 변화가 이루어진다. 예를 들면, (도 13에 도시된) 다른 실시예에서, 탐지 장치는 스트링의 회전에 대해 반대인 회전을 받도록, 예를 들면 로드에 대해 가압되는 고무 롤(35)과 같은 마찰 기구를 포함한다. 이 경우, 제 2 신호 방출기(31)가 제공되는데, 이는 비회전부(예를 들면, 상부 트롤리(6))에 고정되고, 로드에 고정된 링에 근접하여 배치되며, 이 링은 하나 또는 그보다 많은 양각 부재 또는 톱니(32')를 구비한다. 이러한 양각 부재 각각의 통행시, 센서가 여기되고, 센서는 각도 기준(angular reference)을 수정하는데 사용되는 신호를 방출함으로써, 제 1 방출기(20)에 의해 축적된 가능한 슬라이딩 오차(sliding errors)를 제거한다. 본 명세서에 기재된 시스템은 연속적인 유형(20)의 방출기를 설치하는데 이점을 제공하는데, 이는 돌기의 존재 또는 부재에 의해 충동적으로 더 여기되지 않기 때문이다. 그러므로, 이 경우 2개의 한계값들 사이에서 속도를 변화시킬 수 있을 뿐 아니라, 시간에 따라 모든 과도 현상(transients)을 처리할 수 있는 신호 변조 기술을 채택할 수 있다.

도 14 및 도 15에 도시된 다른 바람직한 실시예에서, 로드 각위치의 탐지 장치는 기어 기구(34)(도 14)를 포함하거나, 체인(33)(도 15)과 같은 가요성 전동 수단을 포함하며, 이 수단은 로드에 일체 성형되어 회전하거나 어떤 식으로든 로드와 함께 작동하도록 장치된 부재에 의해 동작을 수용한다. 이 경우에, 또한 그 로터에 의해 취해진 위치에 비례하는 전기 신호를 방출하도록, 전위차계(potentiometer)의 특성을 기초로 하는 것과 같은 상이한 유형의 인코더(20)를 설치할 수 있다. 로드 각운동의 변조는 상이한 반경의 원형 섹터들로 구성된 사실상 임의의 형상의 대략 압축되고 세장형인 수평한 섹션들을 갖는 강화된 토양 칼럼을 얻게 한다. 도시되지 않은 또 다른 실시예에서, 모니터 노즐 중 하나의 순간적인 각위치를 나타내는 신호는 모니터에 제약된 방출기에 의해 트롤리 상에 장착된 수신기로 전송된다. 픽업된 신호(picked up signal)는 로드의 스트링의 회전 속도를 조정하는 처리 및 제어 수단으로 전송된다.

도 12a 내지 도 12e에는 로드의 로딩 순서가 도시된다. 도 12a에서, 로터리 헤드(3)는 위치(3')에서 안테나(2)의 베이스로 낮춰지며, 그 후 공급 헤드(7)가 도시되지 않은 엘리베이터 또는 크레인과 같은 보조 장비를 통하여 위치된 제 1 로드(4a)의 최상단에 나사 고정되며, 상부 트롤리(6)에 고정된다. 관통 클램프(10)는 폐쇄되며, 즉 웨지가 로드를 클램핑하여 클램프에 일체화시키도록 잭이 작동된다. 마스트 베이스에 장착된 제 2 클램프(18)는 로드를 축방향으로 해제하도록(free) 개방되며; 로터리가 들어 올려지며, 그와 함께 로드(4a)가 들어 올려진다. 제 2 로드(4b)는 마스트 상부 클램프(도 12b) 내에 배치되어 잠기며; 그 후 로터리는 이전에 로터리에 장착된 로드(4a)에 제 2 로드(4b)를 나사 고정하도록 낮춰진다. 이들 나사 고정 작업들은 클램프(18) 바로 위에 장착된 나사고정-나사고정해제 장치(19)에 의해 실행된다. 로드(4a, 4b)가 서로에 대해 일단 나사 고정되면, 로드(4a, 4b)와 함께, 마스트 클램프가 다시 개방되고, 로터리 헤드가 다시 들어 올려진다. 이러한 작동 순서는 로터리가 마스트를 따라 그 최저 단부 행정에 도달할 때까지(도 12c) 반복된다. 이 시점에서, 로드의 재시작 단계가 실행될 수 있다. 로드는 마스트 클램프 내에 클램핑된다. 관통 클램프는 개방되며, 로터리는 마스트(2)의 베이스에서 그 최저 단부 행정(3')(도 12d)으로 낮춰진다. 그 후 관통 클램프는 마지막으로 장착된 로드 상에서 다시 폐쇄될 수 있고, 마스트 클램프(18)가 잠금해제될 수 있으며, 로터리는 이미 나사고정된 모든 로드와 함께 다시 들어 올려질 수 있으며, 그 후 새로운 로드(4e)가 마스트 클램프 내에 배치되어, 상부 트롤리(6)가 마스트 연장부(8)의 최상단 부근에 도달할 때까지 지속될 수 있다.

전술된 순서로부터, 관통 클램프의 기능들이 로드의 자유 슬라이딩 및 잠금 모두를 허용하는 방법이 명백할 것이다. 그러므로, 보다 단순하고 가장 공통적인 잠금 시스템은 로드의 매끄러운 원통형 외면에 관통 클램프를 연결하는 마찰 시스템에 의해 실행된다. 이러한 결합은 작동 부하의 직접적인 작용, 항상 효율적이지만은 않은 작동 시스템, 및 직접 접촉하는 부품들의 마모 상태로 인해, 상대 회전 및 상대 슬라이딩 운동을 받는다.

로드와 웨지 사이의 이러한 각도 슬라이딩 운동들은 일반적으로 발생하는 것이며, 로드 및 그에 따라 로드에 일체화된 노즐의 각도 기준이 상실되며, 로터리에 일체화된 부재에 대한 해석(reading)이 이루어지는 경우, 각위치의 탐지는 부정확하게 되는 것이 명백할 것이다. 이는 처리 축에서의 보다 긴 회전을 야기하여, 처리된 토양 요소들 사이의 중첩의 감소를 발생시키며, 이러한 토양 요소들은 상호 교차(secant)되어야 하지만, 오차가 증가함에 따라, 인접하는 요소로부터 하나의 요소를 해제되게 할 수 있다.

본 발명은 비원형 형상의 깊이가 있는 칼럼을 구현하게 하지만, 로드의 각도 회전(angular rotation)을 제어함으로써, 노즐(들)의 위치를 제어하게 한다. 관통 클램프는 처리 깊이를 증가하게 하는 반면, 강화 제트(consolidating jet)를 원하는 방향으로 지향시키는 성능을 유지시킨다. 경제적인 점에서, 이러한 시스템은 시간을 절약하게 하며; 사실상 각도 회전은 완전한 회전(turn)에 대해 일정한 각 속도로 유지되지 않지만, 적어도 2개의 섹터인 희망 결과에 좌우되는 폭에서 회전이 가속된다. 아울러 강화 재료가 절약되는데, 이는 주입된 부피가 대응하는 원통형 칼럼에 비해 훨씬 더 작으며, 이러한 유리한 효과는 관통 클램프를 사용함으로써 증가할 수 있는 칼럼 깊이에 따라 함께 비례적으로 증가한다.

구현 관점으로부터, 기술분야는 공지되어 있으며, 이 기술 분야에서 드릴링 및 관련 제트 그라우팅 처리는 수평선에 접근하는 굴착 방향(excavation direction)으로 실행되는 것이 요구된다. 이 경우, 사용되는 드릴링 장치는 도면에 도시되지만 수직선에 대해 회전된 마스트(2)를 이용하여 작동하는 유형의 장치, 또는 일반적으로 포지셔너(positioners)로 공지된 터널 내에서의 적용을 위한 것으로, 이 터널 축에 평행한 방향으로 이동 가능한 전용의 마스트를 갖는 장치 모두 일 수 있다.

이에 관련하여서, 또한 깊이가 있는 드릴링 작업을 실행하기 위해, 관통 클램프 및 연장부를 사용함으로써 칼럼형 처리를 실행할 필요성이 요구될 수 있다. 전술된 발명은 기재된 바에 대한 임의의 변형예를 필요로 하지 않으면서 이러한 유형의 작업에도 적용할 수 있다.

Claims (13)

1. 마스트(2, 8),
   상기 마스트에 평행한 축을 따라 병진이동 가능하고 상기 축 둘레에서 회전시 제어 가능한 로터리(3),
   상기 로터리(3)로부터 일시적으로 잠금해제 가능한 일련의 중공 로드(4),
   상기 중공 로드의 스트링을 통하여 토양으로 강화 유체 그라우트(consolidating fluid grout)를 주입하기 위한 공급 수단, 및
   상기 축을 중심으로 하나 이상의 미리 결정된 각도 범위 내에서 상기 로터리의 회전 속도를 변화시키는 수단을 포함하는 비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼(consolidated soil columns)을 형성하는 제트-그라우팅 장비(jet-grouting equipment)에 있어서,
   로터(21) 및 관통 클램프(10)를 더 포함하며,
   상기 로터(21)는 상기 스트링의 로드 중 하나에 직접 고정되고, 하나 이상의 신호 발생 장치(20)에 작동적으로 결합되며, 상기 제트-그라우팅 장비의 비회전부(6)에 장착되어, 상기 로터의 각위치에 대한 응답으로써 상기 로터리의 회전 속도를 변화시키기 위한 제어 신호를 발생시키도록 구성되며,
   상기 관통 클램프(10)는 상기 로터리의 회전 맨드릴(rotatable mandrel)에 장착되고, 잠금 수단을 구비하며, 상기 잠금 수단은 로드를 클램핑하여 상기 로터리에 일체화시키도록 작동될 수 있고, 상기 로터리를 상기 로드에 대해 이동하게 하도록 상기 로드를 해제하도록 작동 중지될(deactivated) 수 있는 것을 특징으로 하는
   비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼을 형성하는 제트-그라우팅 장비.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 관통 클램프는:
   상기 로드(4)에 대한 통로를 형성하는 원통형 공동을 갖는 본체(15),
   상기 공동 안으로 적어도 부분적으로 돌출하여 상기 로드의 외면과 결합하여 클램핑하도록, 방사상 최내부 위치로 이동 가능하며, 상기 공동 둘레에 각을 이루어 분포되는 복수의 블록(16),
   상기 축에 대해 테이퍼지거나 원뿔형이거나 경사진 표면을 가지며 상기 블록(16) 상에 작용하는 하나 이상의 본체(25), 및
   상기 방사상 최내부 위치로 상기 블록(16)을 변위시키도록 상기 본체 또는 본체들(25)을 이동시키는 하나 이상의 액츄에이터(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는
   비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼을 형성하는 제트-그라우팅 장비.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 관통 클램프는 상기 회전 맨드릴의 대응하는 계면과 결합하도록 구성되어 상기 회전 맨드릴로부터의 회전 운동을 상기 클램프로 전달하는 양각 표면(17)을 갖는 것을 특징으로 하는
   비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼을 형성하는 제트-그라우팅 장비.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 관통 클램프는 상기 회전 맨드릴과의 계면에 위치되고 상기 축에 대해 횡방향으로 배향되어 상기 맨들릴로 축방향 추력(axial thrust stresses)을 전달하는 표면(27)을 갖는 것을 특징으로 하는
   비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼을 형성하는 제트-그라우팅 장비.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 클램프는 축방향 연결 수단(26)을 통해 상기 회전 맨드릴에 연결되어 상기 맨드릴에 축방향 인력(axial pulling stresses)을 전달하는 것을 특징으로 하는
   비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼을 형성하는 제트-그라우팅 장비.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 로터는 둘 이상의 각을 이룬 섹터(angular sectors)를 포함하고, 상기 각을 이룬 섹터의 상호 각을 이룬 위치(mutual angular position)는 조정 가능한 것을 특징으로 하는
   비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼을 형성하는 제트-그라우팅 장비.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 로터(21)는 로드에 고정될 수 있는 2개의 링(22, 23)을 포함하고, 각각의 상기 링은 각각의 정반대로 대향하는 각을 이룬 섹터(21', 21") 쌍을 갖는 것을 특징으로 하는
   비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼을 형성하는 제트-그라우팅 장비.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 2개의 링(22, 23) 중 하나 이상은 제거 가능한 고정 수단(24)을 통해 상기 로드에 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는
   비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼을 형성하는 제트-그라우팅 장비.
   
9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 로드(4)는 그 회전 동작을 하나 이상의 구동된 로터(35, 35', 35")로 전달하며, 상기 로터는 상기 로드의 축과 실질적으로 평행한 축을 가지며, 상기 하나 이상의 신호 발생 장치(20)에 작동적으로 결합되는 것을 특징으로 하는
   비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼을 형성하는 제트-그라우팅 장비.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 로드(4) 및 구동된 로터(35, 35', 35")는, 예를 들면 치형 휘일(toothed wheels)을 통해 직접적으로 결합되는 것을 특징으로 하는
    비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼을 형성하는 제트-그라우팅 장비.
    
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 로드(4) 및 구동된 로터(35, 35', 35")는, 예를 들면 치형 벨트를 통하여 간접적으로 결합되는 것을 특징으로 하는
    비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼을 형성하는 제트-그라우팅 장비.
    
12. 제 9 항에 있어서,
    상기 로드의 각각의 회전부(turn)에 하나 이상의 신호를 방출하는 하나 이상의 제 2 신호 발생 장치(31)가 제공되며, 상기 제 2 신호 발생 장치를 이용하여 상기 제 1 신호 발생 장치(20)에 의해 축적된 가능한 오차가 소거되는(zeroed) 것을 특징으로 하는
    비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼을 형성하는 제트-그라우팅 장비.
    
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호는 처리된 신호를 기록, 화면 표시(displaying) 및 프로세싱(processing)하기 위한 제어 유닛으로 보내지는 것을 특징으로 하는
    비원형 단면을 갖는 강화된 토양 칼럼을 형성하는 제트-그라우팅 장비.
    

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