KR20110134880A

KR20110134880A - 제트 그라우팅을 통한 토양 강화용 ｄｔｈ 햄머 드릴 장치

Info

Publication number: KR20110134880A
Application number: KR1020117021269A
Authority: KR
Inventors: 메그너스 회만; 피터 에프 요한슨
Original assignee: 바싸라 악티에볼라그
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2011-12-15
Also published as: SE534066C2; CN102301073A; HK1163197A1; US20120039673A1; JP5712144B2; US8992130B2; EP2393991A1; TR201811159T4; JP2012517540A; EP2393991A4; EP2393991B1; CA2749972A1; ZA201106559B; WO2010090577A1; SE0900155A1; CN102301073B

Abstract

본 발명은 DTH(down-the-hole) 햄머 드릴 장치에 관한 것으로서, 특히 제트 그라우팅으로 알려진 공법을 통해 토양 강화에 사용되는 장치로서, 원통형의 머신 하우징(2), 머신 하우징의 척(chuck)(4)에 고정 장착된 드릴 비트(bit)(5)에 왕복 운동 방식으로 충격을 가하도록 배치되고 머신 하우징에 장착되어 가압 유체에 의해 구동되는 충격 메커니즘(3)을 구비하고, 머신 하우징은 충격 메커니즘으로 향하는 구동 유체(driving fluid)를 위한 중앙의 공급 라인(6) 및 사용된 구동 유체를 위한 출구를 구성하고 드릴 비트에 있는 채널들을 가진다. 제트 그라우팅 동안 효율을 향상시키기 위하여, 머신 하우징(2)은 제트 그라우팅(jet grouting)을 위한 그라우팅 노즐(7)이 마련되며, 그라우팅 노즐은 머신 하우징의 벽(8)의 둘레에 측변 방향으로 향하도록 배열되고, 린싱(rinsing) 채널(9)은 머신 하우징을 통한 그라우팅 혼합물을 그라우팅 노즐로 안내하고, 그라우팅 혼합물을 위한 린싱 채널(9)은 충격 메커니즘의 구동 유체를 위한 공급 라인으로부터 분리된다.

Description

제트 그라우팅을 통한 토양 강화용 ＤＴＨ 햄머 드릴 장치{Arrangement for a down-the-hole hammer drill for use in soil consolidation through jet grouting}

본 발명은 DTH(down-the-hole) 햄머 드릴 장치에 관한 것으로서, 특히 청구항 1의 도입부에 따른 제트 그라우팅(jet grouting)을 통한 토양 강화용 DTH 햄머 드릴 장치에 관한 것이다.

토양 강화 또는 압밀(soil consolidation) 동안, 그 끝단에 연결된 다수의 드릴 피스와 그 전방 끝단에 장착된 드릴 비트를 가진 DTH 햄머 드릴로 구성된 드릴 스트링(drill string) 형태의 암석 천공 장치를 구비하는 안정화 장치를 통상적으로 사용한다. 드릴 스트링은 회전 모터와 공급 모터를 가진 피드 빔(feed beam)에 의해 전통적인 방식으로 공급력이 주어진다. 토양 강화를 위한 기술은 오래전에 알려져 있으며, 토양과 지상 구조물의 정적 업그레이드를 위해 사용된다. 도로와 유사한 토목 공학 구조물의 적재 용량은 시멘트와 같은 결착제로 토양층의 안정화를 설명하는 용어인 토양 강화를 통해 엄청나게 개선될 수 있다.

토양 강화를 수행하기 위해, "모니터" 또는 "인젝터 헤드"로 알려진 것들은 DTH 햄머 드릴 그 자체와 드릴 스트링 사이에 배치된다. 이러한 모니터는 "노즐"로 알려져 있고 그곳을 통해 그라우팅 혼합물이 고속으로 유출될 수 있는 하나 또는 여러 개의 그라우팅 개구들을 지지하는 유니트이다. 물(water) 형태의 구동 유체를 통상적으로 구비하는 구동 유체(driving fluid)는 천공 작업을 수행하기 위해 드릴 스틸에 있는 중앙 채널의 도움으로 드릴 햄머 하부로 유도된다. 중앙 채널, 또는 분리 채널은 그라우팅 모니터의 그라우팅 노즐로 그라우팅 혼합물을 하부로 유도하는데 사용된다. 그라우팅 혼합물은 시멘트와 물의 용액으로 구성되는 것이 보통이다. 드릴 비트가 드릴-구멍의 미리 결정된 위치에 도달하게 되면, 통상적으로 1 메가 파스칼 내지 수십 메가 파스칼(Mpa) 규모의 압력에서 토양의 제트 그라우팅이 시작하고, 회전되는 동안 드릴 스트링은 뒤로 후퇴한다. 통상적으로 몇몇 형태의 밸브 장치가 모니터에 설치되고, 암석 드릴 장치가 제트 그라우팅을 위해 그리고 모니터에 있는 그라우팅 노즐 쪽으로 드릴 스트링의 중앙 채널을 통해 그라우팅 혼합물을 유도하기 위해 사용될 때, 밸브 장치의 도움으로 충격 햄머로 향하는 유동 경로가 막힐 수 있다. 제트 그라우팅 동안, 그라우팅 노즐로부터 유출되어 외측으로 향하는 그라우팅 혼합물의 흐름(stream)은 구멍의 중앙으로부터 대략 1미터의 지름 안에서 이용할 수 있는 토양과 혼합될 것이고, 천공된 구멍의 깊이만큼의 대략적 높이를 가진 필라(pillar) 또는 기둥을 생성할 것이다. 드릴 스트링은 강화 작업 후에 천공된 구멍으로부터 완전히 후퇴한 후, 추가적인 천공과 강화 사이클에 사용될 준비를 한다.

토양 강화를 위한 장치는 SE 512 653으로부터 알려져 있는 바, 장치의 모니터는 드릴 스트링 상부의 적정 간격으로, DTH 햄머 드릴 위에 위치된다. 제트 그라우팅이 시작되기 전에 모니터가 미리 결정된 깊이에 위치되는 것을 보장하기 위해 구멍이 보다 깊게 천공되어야 하기 때문에, 그렇지 않으면 필요하게 되는 것보다 더 큰 천공-구멍을 만들어야 하는 결과가 필요함을 이해해야 한다. 다시 말해, 모니터는 필라 또는 기둥의 필요한 높이가 형성될 수 있는 깊이만큼 위치되어야 한다.

토양 강화를 위한 장치는, 햄머의 충격 메카니즘으로 향하는 구동 유체와 제트 그라우팅 노즐로 향하는 그라우팅 혼합물을 위한 분리된 공급 라인들을 가진 JP 06264435로부터 알려져 있다. 상기 제트 그라우팅 노즐은 드릴 비트와 매우 근접하게 DTH 햄머 드릴의 앞단에 위치된다. DTH 햄머 드릴은 충격 햄머를 위한 머신 하우징을 가진다. 머신 하우징은 외부 파이프 형태의 외부 케이싱에 의해 감싸진다. 제트 그라우팅 노즐은 외부 케이싱에 배치됨으로써 그라우팅 혼합물은 외부 케이싱과 머신 하우징의 외부 표면 사이에 형성된 채널에 있는 머신 하우징의 외측의 그라우팅 노즐 쪽으로 유도된다. 구동 유체와 그라우팅 혼합물을 위한 분리된 공급 라인들이 있다는 사실 때문에, 그리고 제트 그라우팅 노즐이 드릴 비트에 가까운 DTH 햄머 드릴의 앞단에 위치된다는 사실 때문에, 이러한 알려진 장치는 토양 강화 동안 필요한 것보다 천공-구멍을 더 깊게 할 필요가 없다는 장점을 가진다. 그러나, 외부 케이싱과 케이싱의 그라우팅 노즐의 장치는 DTH 햄머 드릴을 더 크게 할 뿐만 아니라 그 설계를 더 복잡하게 한다.

본 발명의 목적은 천공 깊이뿐만 아니라 제트 그라우팅 전의 구멍 직경과 관련한 결정되거나 미리 결정된 그러한 것들에 매우 근접한 치수를 가진 천공-구멍의 생성이 가능한 DTH 햄머 드릴을 제공하는 한편, 동시에 종래의 알려진 DTH 햄머 드릴보다 더 컴팩트하고 더 간단한 디자인을 가진 DTH 햄머 드릴을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 청구항 1에 개시된 특징과 성질을 설명하는 DTH 햄머 드릴용 장치에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 장점은 종속항에 의해 분명해 진다.

본 발명은 다음의 첨부된 도면에 도시된 비한정적인 실시예를 참조하여, 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 액체-구동 DTH 햄머 드릴의 앞단의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 단면도이다.

도 1은 척(chuck)(4)에 고정 장착된 드릴 비트(5)에 왕복 운동을 허용하는 방식으로 충격을 가하도록 배열되고 가압 유체에 의해 구동되는 충격 메커니즘(3)이 장착된 주로 원형 대칭 즉, 튜브-형상의 머신 하우징(2)을 가진 DTH 햄머 드릴(1)의 앞단을 도시한다. 머신 하우징(2)은 구동 유체(물)를 위한 중앙 공급 라인(6) 및 그곳을 통해 구동 유체가 유출할 수 있도록 사용되고 그곳을 통해 천공 작업 동안 발생되는 드릴 절단 부산물을 머신 하우징의 외부 표면을 따라 후방으로 구동하는데 사용되는 드릴 비트(5)에 있는 채널들(미도시)을 구비한다. 이러한 형태의 DTH 햄머 드릴은 오래전부터 알려져 있고, 예를 들어 EP 0394255에 개시된 형태이다. 본 실시예가 액체-구동 충격 햄머에 기초하여 설명되더라도, 본 발명에 따른 장치는 이러한 형태의 햄머의 사용에 제한되는 것은 아니며, 공기와 같은 모든 적절한 가압 매체에 의해 구동되는 충격 햄머를 위해 재편될 수 있음을 유의해야 한다.

측면 그라우팅 노즐(7)은 시멘트 용액으로 구성된 그라우팅 혼합물을 유출시키기 위해, DTH 햄머 드릴의 중앙에서 시작하여 드릴 비트(5) 옆에서 끝다는 끝단인, DTH 햄머 드릴(1)의 앞단에 배치된다. 또한, 머신 하우징을 통하고 DTH 햄머 드릴의 앞단에 있는 그라우팅 노즐(7) 앞으로 계속하여 그라우팅 혼합물을 유도하기 위해, 참조부호 9에 의해 총체적으로 표시된 린싱 채널은 머신 하우징의 벽(8)의 일체로 된 부분에 배치된다. 린싱 채널(9)은 드릴 햄머(1)의 세로 방향을 따라 연장되며, 가압된 그라우팅 혼합물의 공급을 위해 도시되지 않았지만 잘 알려진 유체-전달 연결 장비에 배치되거나 그로부터 제거될 수 있는 것을 보장한다. 그라우팅 혼합물은 드릴 스트링(string)의 앞단에 부착된 DTH 햄머 드릴(1)의 그라우팅 노즐에 연결된 드릴 피스로 구성된 드릴 스트링을 통해 상대적으로 고압에서 지상 레벨로부터 하방으로 유도된다. DTH 햄머 드릴(1)은 그라우팅 노즐(7)이 마련되고, 이것은 드릴 스트링에 특수한 모니터 유니트가 불필요한 것을 의미한다.

그라우팅 혼합물의 압력은 통상적으로 1 Mpa 내지 수십 Mpa 규모이므로, 머신 하우징(2)에 배치된 린싱 채널(9)의 단면 영역은 유동 손실이 증가 되는 것을 방지하기 위해 상대적으로 커야 한다. 따라서, 린싱 채널(9)의 단면적은 적어도 60mm²와 160mm² 사이의 값이다. 이와 대조적으로, 그라우팅 노즐(7)의 개구는 유출하는 그라우팅 혼합물의 속도가 충분하도록 아주 작아야 한다. 출구의 직경은 보통 2mm 내지 5mm이므로, 노즐로부터의 출구 속도는 머신 하우징으로부터 방사상의 외측 방향으로 보통 100m/s 내지 수백 m/s에 달한다. 출구 노즐의 출구 면적이 변화하도록 하기 위해, 그라우팅 노즐은 머신 하우징(2)의 벽(8)에 있는 구멍에 나사 결합될 수 있는 설계로 대체될 수 있는 노즐로서 설치되는 것이 바람직하다(나사 구멍 미도시). 전반적인 목적은, 제트 그라우팅 동안 그 반경이 대략 10cm 내지 대략 1m까지 변화될 수 있는 구멍에 필라 또는 기둥을 형성하는 것이다.

린싱 채널(9)은 도 2 및 도 3에 더 상세히 도시된다. 머신 하우징(2)의 벽(8)과 일체인 린싱 채널(9)에 필요한 단면적을 제공하기 위해, 린싱 채널은 머신 하우징(2)의 둘레 주위에 균일하게 배치되고, 천공 작업과 유사하게 햄머의 축 방향으로 연장하는 다수의 서브 채널(9')로서 설계된다. 본 실시예에 있어서, DTH 햄머 드릴(1)의 머신 하우징(2)은 6개의 서브 채널(9')로 구성된 린싱 채널(9)이 제공된다. 서브 채널(9')의 각각은 어느 하나가 다른 하나의 내부에 위치된 두 개의 파이프들(10)(11)의 대면하는 표면들의 적어도 어느 하나에 셰이빙(shaving)을 제거하는 표면 가공에 의해 형성된 트랙의 형태로서 길이 방향으로 함몰된 형태로 설계된다. 어느 하나가 다른 하나의 내부에 위치된 파이프들은 끝단에서 용접하거나 내부 파이프(11)에 대한 외부 파이프(10)의 열박음-고정(shrink-fitting)과 같은 적절한 방법으로 접합된다. 외부 파이프(10)의 내벽에 셰이빙을 제거하는 표면 가공에 의해 형성된 방사상의 트랙-모양의 함몰부 주위를 둘러쌈으로써 서브 채널(9')은 링-형태의 구획(12)으로 전이되며, 이것에 의해 링-형태의 구획(12)과 그라우팅 노즐(7)은 그라우팅 혼합물이 구획으로부터 직접 유출되도록 연통된다. 공통 구획(12)에 있는 서브 채널(9')로부터 그라우팅 혼합물이 수거된다는 사실 때문에, 균일한 압력 분포를 얻을 수 있고 이것에 의해 DTH 햄머 드릴(1)로부터 방사상의 외측으로 균일한 유동을 얻게 된다.

본 발명은 상술한 내용과 도면의 도시된 것에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 혁신적 개념의 범위 내에서 다양한 다른 방법들로 변화되고 개조될 수 있다.

1...DTH 햄머 드릴 2...머신 하우징
3...충격 메커니즘 4...척(chuck)
5...드릴 비트(bit) 6...중앙의 공급 라인
7...그라우팅 노즐 8...머신 하우징의 벽
9...린싱(rinsing) 채널 10,11...파이프

Claims

원통형의 머신 하우징(2), 상기 머신 하우징의 척(chuck)(4)에 고정 장착된 드릴 비트(bit)(5)에 왕복 운동 방식으로 충격을 가하도록 배치되고 상기 머신 하우징에 장착되어 가압 유체에 의해 구동되는 충격 메커니즘(3)을 구비하고, 상기 머신 하우징은 상기 충격 메커니즘으로 향하는 구동 유체(driving fluid)를 위한 중앙의 공급 라인(6) 및 사용된 구동 유체를 위한 출구를 구성하고 상기 드릴 비트에 있는 채널들을 가지며, 제트 그라우팅법을 통해 토양 강화에 사용되는 DTH(down-the-hole) 햄머 드릴 장치에 있어서,
상기 머신 하우징(2)은 제트 그라우팅(jet grouting)을 위한 그라우팅 노즐(7)이 마련되며,
상기 그라우팅 노즐은 상기 머신 하우징의 벽(8)의 둘레에 측변 방향으로 향하도록 배열되고,
린싱(rinsing) 채널(9)은 상기 머신 하우징을 통한 그라우팅 혼합물을 상기 그라우팅 노즐로 안내하고, 상기 그라우팅 혼합물을 위한 상기 린싱 채널(9)은 상기 충격 메커니즘의 상기 구동 유체를 위한 상기 공급 라인으로부터 분리된 것을 특징으로 하는 햄머 드릴 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 그라우팅 노즐(7)은 상기 드릴 비트(5) 부근에서 상기 DTH 햄머 드릴(1)의 앞단에 위치된 것을 특징으로 하는 햄머 드릴 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 린싱 채널(9)은 상기 햄머의 축방향으로 선형으로 연장하고 상기 머신 하우징(2)의 벽(8)의 일체적 부분으로서 설계된 것을 특징으로 하는 햄머 드릴 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 린싱 채널(9)은 상기 머신 하우징(2)의 둘레 주위에 균일하게 분포된 다수의 서브 채널들(9')을 구비하는 것을 특징으로 하는 햄머 드릴 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 서브 채널들 각각은 어느 하나가 다른 하나의 내부에 위치되어 함께 상기 머신 하우징을 형성하는 2개의 파이프들(10)(11)의 대면하는 표면의 적어도 어느 하나에 형성된 트랙(track) 형태로 길이 방향의 함몰부(depression)로서 설계되는 것을 특징으로 하는 햄머 드릴 장치.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
상기 서브 채널들(9')은 링-형상 구획(12)으로 전이되고, 상기 구획은 상기 그라우팅 노즐(7)과 연통하는 것을 특징으로 하는 햄머 드릴 장치.
청구항 5에 있어서,
어느 하나가 다른 하나의 내부에 위치된 상기 파이프들(10(11)은 용접 또는 내부 파이프에 대한 외부 파이프의 열박음-고정에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는 햄머 드릴 장치.