KR20120007557U - 터널공사 등에서의 경화재 수평 고속분사 교반공법에서 사용되는 자동 스토퍼장치 - Google Patents

Abstract

터널 굴진용 터널 벽이 만들어지도록 하는, 지반 경화재의 수평 고속분사 교반공법에 사용되는 자동 스토퍼장치로서, 지반토(1)의 격벽(3)에 박히는 케이싱(12)의 후단부에 설치되는 밸브(14)와, 이 밸브(14)의 뒤쪽에 상기 케이싱(12)에 일체로 연장 형성되고서 그 단부의 외주에 제 1 나사부(15')가 형성된 연장부(15)와, 이 연장부(15)의 상기 제 1 나사부(15')에 나사결합되는 것으로 그의 후단부 외주에 2차 주입용 호스(18)가 결합되는 제 2 나사부(17')가 형성된 연장부(17)를 가진 중간 어탭터(16)로 구성되어 있다.

Description

터널공사 등에서의 경화재 수평 고속분사 교반공법에서 사용되는 자동 스토퍼장치{Automatic stopper unit of horizontal high velocity blast shaking for use in construction of tunnel etc.}

이와 같은 장치로는, 본 출원인이 제안하여 특허등록 제974075호의 공보에 기재된 자동 스토퍼장치를 들 수가 있다. 이 자동 스토퍼장치는, 대형 터널을 시공할 때 굴착기(도시되지 않음) 등을 이용해서 굴진하도록 하는 데에 원주상의 고결체를 병렬로 인접되게 연속 형성함으로써 터널의 벽체를 보강하면서 굴진하는 터널 굴진공법에서 채택하고 있는 자동 스토퍼장치이다. 그리고 이 자동 스토퍼장치가 채용되고 있는 터널 굴진공법은, 터널의 굴진방향 막장의 벽면이 자립할 수 있도록 하기 위해 벽면을 뿜어 붙이기 콘크리트(shotcrete)로 처리하여 보강한 다음, 이 보강된 벽면에다 천공과 경화재 분사를 하기 위해 천공수와 경화재를 같은 로드(rod)에서 분사할 수 있는 전용의 로드(이하 전용 로드라 함)를 이용해서, 먼저 천공수를 고속으로 분사하여 콘크리트 기둥을 형성할 깊이까지 천공하고, 이어 전용 로드의 선단부에 장착된 측방노즐을 통해 고속으로 지반 경화재를 분사하면서 전용 로드를 서서히 후퇴시키면, 분사된 지반 경화재와 주변 지반토의 토사가 혼합되어 원주상의 고결체가 형성되도록 되어 있다. 이와 같이 해서 형성된 원주상 고결체의 형성을 병렬적으로 인접위치에 계속해서 형성하게 되면 고결체의 길이만큼의 폭을 가진 터널 벽이 형성되고, 이러한 작업을 계속함으로써 고결되어 형성된 원주상 고결체의 깊이(길이) 만큼씩의 터널 굴진작업을 하게 된다.

이와 같이 터널을 굴진하기 위해 터널 벽을 경화재 수평 고속분사 교반방법에서는, 지반 경화재를 주입할 때 주입공으로부터 지반 경화재가 누설되는 것을 방지하기 위해 자동 스토퍼장치(13)가 사용되고 있는바, 종래에는 도 12에 도시된 것과 같이, 지반(1)의 격벽(3) 내에 박혀 넣어지는 케이싱(2)의 후단부에 일체로 설치되는 것으로, 전용 로드(5)가 관통하는 밸브구멍(116)을 가진 제 1 밸브(114)와, 이 제 1 밸브(114)에 인접해서 경화재를 주입호스로 주입하도록 된 주입구(117)를 가진 제 2 밸브(115)를 갖도록 구성되어 있었다.

그러나, 이와 같은 종래의 자동 스토퍼장치(13)는, 2개의 밸브(114, 115)를 가진 구조로 되어 있어서, 구조가 복잡해서 제조하는 데에 비용이 든다고 하는 것이 문제로 되고 있다.

이에 본 고안은, 종래의 이상과 같은 문제를 해결하기 위해 고안한 것으로, 터널 굴진 작업을 하기 위해 터널 벽면을 고결체를 형성시켜 보강하는 방법에서, 전용로드(5)를 뽑아내더라도 즉시 천공구멍(4)이 막히도록 함과 더불어, 만일의 염려를 위해 로드가 빠져나온 후에 다시 지반 경화재를 주입할 수 있도록 해서, 원주상 고결체(9) 주위에 공간(11)이 생기지 않은 완전한 원주상의 고결체(9)가 형성되도록 하는 경화재 수평 고속분사 교반공법에 사용되는 자동 스토퍼장치에서, 1개의 밸브만을 가진 간단한 구조의 자동 스토퍼장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 경화재 수평 고속분사 교반공법에서 사용되는 자동 스토퍼장치는, 종래의 수평 고속분사 교반공법에서 사용하고 있던, 지반의 격벽 내에 박혀 넣어지는 케이싱의 후단부에 일체로 설치되고서 전용 로드가 관통하는 밸브구멍을 가진 제 1 밸브와 보강용 경화재를 주입하도록 된 주입구를 가진 제 2 밸브, 2개의 밸브를 갖도록 구성된 자동 스토퍼장치와는 달리, 지반의 격벽 내에 박혀 넣어지는 케이싱과, 이 케이싱의 후단부에 설치되고서, 전용 로드가 관통하는 밸브구멍을 가진 밸브와, 이 밸브가 설치되는 케이싱의 단부에 직경을 달리하여 일체로 연장 형성되고서 그의 단부 외주면에 제 1 나사부가 형성된 연장부와, 상기 연장부에 나사결합될 수 있게 설치되고서 그의 단부 외주에 고결체를 2차로 주입하기 위한 2차 주입용 고압호스를 나사결합으로 연결하기 위한 제 2 나사부가 형성된 중간 어댑터로 구성되어 있다.

이상과 같이 구성된 자동 스토퍼장치를 터널공사 등에서의 경화재 수평 고속분사 교반공법에서 사용하게 되면, 자동 스토퍼장치가 1개의 밸브만을 가진 구조로 되어, 종래의 자동 스토퍼의 구조에 비해 간단해지게 됨으로써, 제조에 비용이 저감되고, 중간 어댑터가 나사결합 등에 의해 착탈될 수가 있어 경화재를 2차로 주입하는 작업이 쉬워지게 된다.

도 1은, 본 고안의 자동 스토퍼장치가 지반토에 박혀져 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 모식도,
도 2는, 본 고안을 이용해서 전용로드의 고속수 분사로 지반토 내에 천공구멍을 형성하는 상태를 나타낸 도면,
도 3은, 천공구멍이 완성된 후 전용로드의 경화재 분사노즐로부터 경화재가 분사되는 상태를 나타낸 도면,
도 4는, 경화재와 지반토가 혼합된 경화재 혼합물이 천공구멍과 케이싱 내에 체워진 상태의 도면,
도 5는, 도 4의 상태에서 제 1 밸브를 밸브구멍 밖으로 전용 로드가 빠져나온 상태의 도면,
도 6 (a)는, 제 1 밸브를 통해 경화재가 다시 주입되는 상태를 나타낸 도면, (b)는 (a)에 도시된 자동 스토퍼의 구조를 를 확대해서 나타낸 도면,
도 7은, 전용 로드가 빠져나온 후 전용 로드 전단부에 보강재를 장착시킨 상태의 도면,
도 8은, 도 7에서 제 2 밸브의 밸브구멍을 통해 보강재를 삽입하는 상태의 도면,
도 9 (a), (b)는, 각각 보강재의 외주에 탄성을 가진 패킹용 링이 끼워진 상태의 정면도 및 종단면도,
도 10은, 도 8에서 보강재의 삽입이 완료된 상태의 도면,
도 11은, 도 10의 상태 후에 제 2 밸브의 주입구(17)를 통해 경화재를 다시 주입하는 상태의 설명도면,
도 12는, 종래의 자동 스토퍼장치가 지반토에 박혀져 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 모식도이다.

이하. 첨부된 도면을 참조로 해서 본 고안을 상세히 설명한다.

도 1은, 본 고안에 따른 자동 스토퍼장치가 경화재 수평 고속분사 교반방법에 사용되고 있는 상태를 모식적으로 나타낸 도면이고, 도 2 ~ 도 6은, 본 고안에 따른 자동 스토퍼장치를 사용해서 경화재 수평 고속분사 교반방법으로 지반에 원주형 고결체를 형성하는 과정을 차례로 나타낸 도면이다.

여기서, 상기 종래의 기술과 같은 구성 부재에는 같은 참조부호를 붙이고서, 그에 대한 설명은 생략한다.

먼저, 처리 대상 벽면에 콘크리트를 뿜어 붙이기 위해 터널의 벽면을 보강하는 보강부를 형성하는바, 이는 대상 벽면이 자체적으로 자립할 수는 있어도 분출수를 이용해서 수평천공을 하거나 경화재를 분사할 때에 흘러나오는 물과 슬라임(물과 경화재의 혼합물) 때문에 벽면이 붕괴할 수가 있어서, 반드시 보강을 하여야만 한다.

다음에는, 대상 지반토(1)에 필요한 각도로 천공구멍(4)을 뚫기 위해 전용 로드(5)를 삽입하여 천공을 하기 전에, 도 1에 도시된 것과 같이 지반토(1)의 표면에서 약 1 ~ 2m의 두께로 격벽(3; 고결체가 형성되지 않는 영역)의 폭에 맞춘 길이로 강관이나 강화플라스틱 관 등으로 만들어진 케이싱(12)을 박아넣고, 자동 스토퍼(13)를 연결한 후 이를 통해 전용 로드(5)를 삽입해서 천공구멍(4)을 형성한다.

여기서, 천공구멍(5)의 형성은, 이 역시 종래와 마찬가지로 선단에 고속수를 전방으로 뿜어내는 고속수 분사 구멍(5-1)과 이 고속수 분사 구멍(5-1)의 후방 옆쪽에 갖춰져 측방으로 분사하는 경화재 분사 노즐(6)을 가진 전용 로드(5)를, 고속수를 분사하면서 회전 및 전진하도록 해서 필요한 깊이까지 천공구멍(4)을 형성하고, 이어 고속수의 공급을 중단하면 소정 깊이의 천공구멍이 형성되게 된다(도 2 참조).

이렇게 고속수의 공급을 중단시킨 다음에는, 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 전용 로드(5)의 선단부 측면에 갖춰진 경화재 공급노즐(6)을 통해 경화재를 경화재 주입기(도시되지 않음)를 이용해서 고압으로 주입해서 고속으로 분사되도록 한다. 이때, 전용 로드(5)를 서서히 회전 및 후퇴시키면 경화재가 천공구멍 내로 분사되어, 경화재와 주변의 지반토가 혼합되어 원주상의 고결체 전단계의 경화재와 지반토가 혼합된 경화재 혼합물(8)을 이루게 되고, 이 경화재 혼합물(8)이 굳어지면 원주상의 고결체(固結體; 9)를 형성하게 된다. 이 경우, 경화재 분사의 충격력과 지반토의 성질에 따라 원주상으로 형성되는 고결체(9)의 직경이 달라질 수 있게 되므로, 지반토(1)의 성질 등을 감안하여 경화재의 분사 충격력과 전용 로드(5)의 회전 및 후진속도를 결정하게 된다.

그리고, 경화재의 주입이 격벽(3)에 이르러 경화재의 분사를 정지하면, 경화재와 지반토가 혼합된 경화재 혼합물(8)이 미리 정해진 직경으로 형성됨과 동시에, 케이싱(12)과 전용 로드(5) 사이 및 자동 스토퍼장치(13)까지를 모두 메우게 되고, 이어 전용 로드(5)를 완전히 뽑아내면, 도 5에 도시된 것과 같이, 케이싱(12)과 자동 스토퍼(13) 내부까지 모두 경화재 혼합물(8)로 충만되게 된다. 이어 전용 로드(5)를 자동 스토퍼(13)의 밸브(14)의 밸브구멍을 통해 완전히 뽑아내면, 밸브(14; 체크밸브)가 닫혀져, 경화재 혼합물(8) 등이 더 이상 밖으로 새어나오지 않게 된다.

그리고, 상기 자동 스토퍼(13)는, 케이싱(12)의 후단부인 밸브(14)가 설치되는 부분의 뒤쪽에는 연장부(15)가 일체로 갖춰지도록 되어 있는바, 이 연장부(15)의 단부에는 제 1 나사부(15')가 형성되어 있어서, 이 제 1 나사부(15')에 2차 주입용 주입호스(18)가 연결되도록 하기 위한 제 2 나사부(17')가 형성된 연장부(17)를 가진 중간 어댑터(16)가 나사결합에 의해 착탈될 수 있게 설치되도록 되어 있다. 이 어댑터(16)는 경화재를 보충해서 충전하는 2차 주입용 주입호스(18)를 연결하기 위한 연결수단으로서, 이 어댑터(16)를 매개로 2차 주입용 주입호스(18)가 연결될 수 있는 연장부(17)에다 주입호스(18)를 연결한 후에 이를 통해 경화재를 주입하면, 도 6에 도시된 것과 같은, 경화재 혼합물(8)의 상단부에 형성될 수 있는 공간(11)이 메어지고, 한편으로는 최종적으로 형성되어 병렬로 연결될 이웃한 고결체 사이에 생길 수 있는 공극이나 고결체 사이의 두께가 얇은 연결부가 두껍게 메워질 수 있게 된다.

이상과 같이 하여 형성된 경화재 혼합물(8)이 굳어져 대상 지반토(1) 내에서 원주상의 고결체(9)를 이루게 되는바, 그 후 케이싱(12)의 연장부(15)에서 중간 어댑터(16)를 포함한 자동 스토퍼(13)를 분리한 다음 격벽(3)의 표면에 뿜어 붙이기 되어 있는 보강부(2) 밖으로 나온 케이싱(12)의 일부분을 절단해서 제거하면, 1개의 원주상 고결체(9) 형성작업이 끝나게 된다.

한편, 상기 중간 어댑터(16)를 통해 2차로 경화재를 주입하기에 앞서, 도 5에 도시된 상태, 즉 전용 로드(5)에 의한 경화재 분사가 완료된 상태에서 케이싱(12)의 연장부(15) 및 밸브(14)를 통해 예컨대 봉강이나 철근, 합성수지로 된 보강재(19)로서 삽입함으로써 최종적으로 형성될 고결체 영역에서의 인장력이나 압축력을 보강하도록 할 수도 있다.

즉, 도 8 ~ 도 11에 도시된 것과 같이, 케이싱(12)의 연장부(15) 및 밸브(14)를 통해 보강재(19)를 삽입해서, 최종적으로 형성되는 고결체(9)가 마치 철근 콘크리트와 같이 보강재(19)에 의해 인장력과 압축력이 보강될 수 있도록 한다. 이때, 보강재(19)를 삽입하는 시기는, 전용 로드(5)에 의해 밸브(14)가 설치된 케이싱(12)의 연장부(15) 내의 구멍을 통한 경화재 분사가 끝나 전용 로드(5)를 뽑아낸 시점으로 한다.

그런데, 이때는 아직 주입된 경화재가 경화재 혼합물(8)의 단계에 있을 때 이므로, 보강재(19)를 삽입하면 보강재(19)의 표면과 상기 연장부(15)의 내주면 사이를 통해 경화재 혼합물(8)이 새어나와, 완성된 고결체(9)가 완전한 원주상의 형태를 이루지 못할 염려가 있게 된다. 이를 방지하기 위해서는, 도 9a 및 도 9b에 각각 그 정면도 및 종단면도로 도시된 것과 같이, 고무 등으로 만들어진 패킹용 링(20)을 보강재(19)에 끼워줌으로써, 보강재(19)를 삽입하는 동안 패킹용 링(20)에 의해 보강재(19)의 표면과 밸브구멍(16)의 가장자리 사이를 통해 경화재 혼합물(8)이 새어 나오는 것을 방지할 수 있도록 한다. 도 8 및 도 10에서 참조부호 21은, 보강재(19)를 경화재 혼합물(8) 내로 삽입하기 위한 실린더 로드이다. 이 실린더 로드(21)에 패킹용 링(20)이 끼워져 있는 것은, 도 9에 도시된 것과 같이 당초에는 패킹용 링(20)이 보강재(19)에 끼워져 있으나, 보강재(19)가 실린더장치(22)의 실린더 로드(21)에 의해 경화재 혼합물(8) 내로 완전히 밀려 들어가면, 패킹용 링(20)은 캐이싱(2)의 연장부(15)의 단부에 걸려져 보강재(19)로부터 벗어나 실린더의 로드(21)로 옮겨진 상태를 나타내고 있다.

한편, 보강재(19)를 삽입하고 나서는 중간 어댑터(16)를 장착시켜 제 2 주입용 주입호스(18)를 통해 경화재를 주입하면, 앞에서 보강재가 삽입되지 않는 경우의 도 6과 관련해서 설명한 것과 같이, 경화재 혼합물(8)의 상단부에 형성될 수 있는 공간(11), 또는 기타 병렬로 연결되는 이웃한 고결체와의 사이에 생길 수 있는 공극이나 얇은 두께의 연결부가 고결체로 두껍게 메워질 수 있게 된다.

이상과 같은 과정을 거쳐 보강해야 할 지반 내부를 완전히 충만되도록 함으로써 형성된 경화재 혼합물(8) 또는 내부에 보강재(19)가 삽입된 경화재 혼합물(8)은, 일정한 시간이 지나면 고결되어 원주상의 고결체(9)를 형성하게 되고, 이러한 고결체(9)를 연속해서, 예컨대 터널의 단면형상의 가장자리를 따라 병렬로 연속해서 형성시키면, 콘크리트 내지 보강재(19)가 보강된 콘크리트에 의한 터널 벽체를 이루게 된다. 그리고, 이 원주상 고결체(9)에 의해 형성되는 터널 벽체의 길이는 고결체(8)의 길이만큼만 형성되므로, 일단 형성된 터널 벽체까지를 굴착기 등으로 굴착하고 나서, 다음번의 터널 벽체를 고결체(8)로 형성하는 방법으로 터널을 굴진해 나가게 된다.

한편, 상기 예에서는 터널을 굴진하는 데에 본 고안의 자동 스토퍼장치로서 중간 어댑터(18)가 나사결합에 의해 결합되도록 한 예를 들어 설명하였으나, 이른바 원 터치 조인트(one touch joint)를 사용할 수도 있다.

1 : 지반토, 2 : 케이싱,
3 : 격벽, 4 : 천공구멍,
5 : 전용 로드, 6 : 분사노즐,
8 : 경화재 혼합물, 9 : 고결체,
11 : 공간, 12 : 케이싱,
13 : 자동 스톱퍼장치, 14 : 밸브,
15 : 연장부, 15' : 제 1 나사부,
16 : 어댑터, 17 : 연장부,
17' : 제 2 나사부, 18 : 주입호스,
19 : 보강재, 20 : 패킹용 링,
21 : 실린더 로드, 22 : 실린더장치.

Claims (2)

1. 터널공사 등을 시공함에 있어, 수평 이상의 방향으로 전용 로드(5)를 이용해서 고속수 분사로 천공구멍을 형성한 후, 측방의 경화재 분사노즐(6)로부터 경화재를 분사하면서 전용 로드(5)를 일정 속도로 회전 및 후퇴시킴으로써 지반토(1) 내에 다수의 원주상의 고결체(9)를 병렬로 형성시켜, 터널 굴진용 터널 벽이 만들어지도록 하는, 지반 경화재 수평 고속분사 교반공법에 사용되는 자동 스토퍼장치에 있어서,
   지반(1)의 격벽(3) 내에 박혀 넣어지는 케이싱(2)과, 이 케이싱(2)의 후단부에 설치되어 상기 전용 로드(5)가 관통할 수 있도록 구성된 밸브(14)와, 이 밸브(14)가 설치되는 케이싱(2)의 후단부에 일체로 연장되어 형성되고서 그의 단부 외주면에 제 1 나사부(15')가 형성된 연장부(15)와, 상기 연장부(15)의 제 1 나사부(15')에 나사결합될 수 있게 설치되고서 그의 후단부 외주에 경화재를 2차로 주입하기 위한 2차 주입용 주입호스(18)를 나사결합으로 연결하기 위한 제 2 나사부(17')가 형성된 연장부(17)를 가진 중간 어댑터(16)로 이루어진 것을 특징으로 하는, 터널공사 등에서의 경화재 수평 고속분사 교반공법에서 사용되는 자동 스토퍼장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 어댑터(16)를 상기 케이싱(2)의 연장부(15)에 연결하기 위한 연결수단이, 상기 연장부(15)의 단부 외주면에 형성된 제 1 나사부(15')를 이용하는 나사결합 대신 원 터치 조인트에 의해 연결될 수 있게 된 것을 특징으로 하는, 터널공사 등에서의 경화재 수평 고속분사 교반공법에서 사용되는 자동 스토퍼장치.

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