KR20150144454A - 지반 천공장치 및 이를 이용한 지반 천공방법 - Google Patents

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KR20150144454A
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Abstract

본 발명은 지반을 굴착하기 위해 회전하는 굴착부, 상기 굴착부가 지반을 굴착함에 따라 발생하는 굴착토를 배출시키기 위한 순환수를 공급하는 순환수공급부, 상기 순환수공급부에 연결되게 설치되고, 지반을 경화시키기 위한 충진부재를 공급하는 충진부재공급부, 및 상기 굴착부가 회전하는 회전속도를 측정하기 위한 센서부를 포함하고, 상기 충진부재공급부는 상기 센서부가 측정한 회전속도가 기준속도 미만이면 상기 충진부재를 공급하여 지반을 경화시키는 것을 특징으로 하는 지반 천공장치에 관한 것으로,
본 발명에 따르면, 천공 내벽이 무너질 경우, 지반 전체를 그라우팅하는 대신 천공 내벽이 무너질 때마다 공벽 안을 그라우팅하도록 구현됨으로써 지반을 굴착하는 굴착작업의 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

지반 천공장치 및 이를 이용한 지반 천공방법{Apparatus for Drilling Ground and Method for Drilling Ground using the same}
본 발명은 지반을 천공하기 위한 지반 천공장치 및 이를 이용한 지반 천공방법에 관한 것이다.
최근 소음을 크게 줄이면서 연약지반, 경질지반 등의 지반 천공(穿孔)이 가능한 역순환 굴착(RCD, Reverse Circulation Drill)공법이 많이 시공되고 있다. 이는 1950년 중반 독일의 자르츠사와 Wirth사에 의해 최초로 개발된 것으로 어스드릴(Earth Drill) 공법과 함께 대표적인 대구경 현장타설 콘크리트 말뚝 시공법이다.
RCD공법은 물속에 잠겨 있는 드릴 스트링(Drill String) 및 드릴 로드 파이프(Drill Rod Pipe)를 통하여 최하부의 드릴 비트까지 압축공기를 공급하고, 압축공기가 파이프를 통하여 부양될 때 생기는 부력을 이용하여 굴착된 토사나 파쇄된 암석 조각들을 배출하는 것이다. 이런 일련의 작업을 통하여 지하 암반을 굴착하여 암반에 철근 콘크리트 기둥을 시공할 수 있도록 하는 장비를 RCD Machine 또는 RCD Rig라 한다.
상기 RCD공법은 RCD장비를 이용해 정수압으로 지반을 보호하며 드릴 로드 파이프 끝부분에 장착된 특수한 드릴 비트(Drill Bit)를 360° 회전시켜 지반에 천공을 한 후, 미리 조립된 철근망을 천공홀에 삽입하고 콘크리트를 타설하여 3000mm 이상의 대구경 현장타설 콘크리트 말뚝을 시공하는 공법이다. 또한, 이 공법은 일반적인 로터리식 타공(Boring)공법에서의 물의 순환과는 반대로 드릴 로드파이프(Drill Rod Pipe)로 순환수와 굴착토를 함께 흡입하여 지상으로 배출하고 배출된 순환수는 침전지를 거쳐 다시 천공홀로 보내어지는 순환과정을 반복한다.
종래 기술에 따른 RCD공법은 상기 RCD장비를 이용해 지반을 천공하는 중에 제1천공홀의 천공 내벽이 무너지면 제1천공홀의 천공 작업을 중단하고, 해당 지반 전체를 단단하게 만들기 위해 약 20개의 제2천공홀을 형성한 후 그에 대한 그라우팅(Grouting) 작업을 수행하여 단단해진 지반을 다시 천공하였다. 여기서, 종래 기술에 따른 RCD공법은 다음과 같은 문제가 있다.
첫째, 종래 기술에 따른 RCD공법은 천공 내벽이 무너진 제1천공홀보다 직경이 작은 약 20개의 제2천공홀을 제1천공홀 주위에 추가로 형성한 후, 제2천공홀들에 대한 그라우팅 작업을 수행하여 지반을 다진 다음 제1천공홀을 다시 천공하였다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 RCD공법은 약 20개의 제2천공홀을 형성해야 하는 시간이 늘어남으로써 공사가 지연되는 문제가 있다.
둘째, 종래 기술에 따른 RCD공법은 제2천공홀들에 대한 그라우팅 작업을 수행할 경우 제2천공홀이 제1천공홀보다 직경이 작게 형성됨으로써 별도의 그라우팅 장비가 투입되어야 하므로 공사비용이 증대되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 지반을 천공하는 굴착작업의 효율성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 지반 천공장치 및 이를 이용한 지반 천공방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 지반을 천공하는데 소모되는 비용이 증대되는 것을 방지할 수 있는 지반 천공장치 및 이를 이용한 지반 천공방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 지반 천공장치는 지반을 굴착하기 위해 회전하는 굴착부; 상기 굴착부가 지반을 굴착함에 따라 발생하는 굴착토를 배출시키기 위한 순환수를 공급하는 순환수공급부; 상기 순환수공급부에 연결되게 설치되고, 지반을 경화시키기 위한 충진부재를 공급하는 충진부재공급부; 및 상기 굴착부가 회전하는 회전속도를 측정하기 위한 센서부를 포함할 수 있다. 상기 충진부재공급부는 상기 센서부가 측정한 회전속도가 기준속도 미만이면 상기 충진부재를 공급하여 지반을 경화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 지반 천공장치에 있어서, 상기 충진부재공급부는 상기 센서부가 측정한 회전속도가 기준속도 이상이면 상기 굴착부가 계속해서 지반을 굴착하도록 상기 충진부재를 공급하지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 지반 천공장치에 있어서, 상기 충진부재는 조강시멘트(rapid hardening portland cement)일 수 있다.
본 발명에 따른 지반 천공방법은 지반을 굴착하는 단계, 굴착부의 회전속도를 측정하는 단계, 측정한 회전속도가 기준속도 미만이면 지반을 경화시키는 단계, 및 경화된 지반을 굴착부가 재굴착하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 지반 천공방법에 있어서, 지반을 경화시키는 단계는 굴착부를 천공홀로부터 이격시키는 단계, 천공홀에 충진부재를 공급하는 단계, 및 충진부재를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 천공 내벽이 무너질 경우, 지반 전체를 그라우팅하는 대신 천공 내벽이 무너질 때마다 공벽 안을 그라우팅하도록 구현됨으로써 지반을 굴착하는 굴착작업의 효율성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 천공 내벽이 무너져도 천공홀 주위의 지반 전체를 그라우팅하지 않아도 되도록 구현됨으로써 지반을 천공하는데 소모되는 비용이 증대되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지반 천공장치를 설명하기 위한 단면도
도 2는 본 발명에 따른 지반 천공장치의 작동상태를 설명하기 위한 단면도
도 3은 본 발명에 따른 지반 천공장치 중 굴착부가 천공 내벽의 붕괴로 회전하지 못하는 것을 설명하기 위한 단면도
도 4는 본 발명에 따른 지반 천공장치가 붕괴된 천공이 위치한 연약지반에 1차 그라우팅 작업을 수행하는 것을 설명하기 위한 단면도
도 5는 본 발명에 따른 지반 천공장치가 1차 그라우팅 된 지반을 다시 천공하는 것을 설명하기 위한 단면도
도 6은 본 발명에 따른 지반 천공장치가 연약지반에 2차 그라우팅 작업을 수행한 후 2차 그라우팅 된 지반을 다시 천공하는 것을 설명하기 위한 단면도
도 7은 본 발명에 따른 지반 천공방법을 설명하기 위한 공정흐름도
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 지반 천공장치에 관해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 지반 천공장치를 설명하기 위한 단면도, 도 2는 본 발명에 따른 지반 천공장치의 작동상태를 설명하기 위한 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 지반 천공장치 중 굴착부가 천공 내벽의 붕괴로 회전하지 못하는 것을 설명하기 위한 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 지반 천공장치가 붕괴된 천공이 위치한 연약지반에 1차 그라우팅 작업을 수행하는 것을 설명하기 위한 단면도, 도 5는 본 발명에 따른 지반 천공장치가 1차 그라우팅 된 지반을 다시 천공하는 것을 설명하기 위한 단면도, 도 6은 본 발명에 따른 지반 천공장치가 연약지반에 2차 그라우팅 작업을 수행한 후 2차 그라우팅 된 지반을 다시 천공하는 것을 설명하기 위한 단면도, 도 7은 본 발명에 따른 지반 천공방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도 1 내지 도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 건물 또는 구조물을 지지하는 지지장치가 지반(10)에 고정될 수 있도록 지반(10)을 굴착하여 천공홀을 형성한다. 상기 천공홀은 상기 지반 천공장치(1)에 의해 상기 지반(10)에 형성된 원통 형태의 홈이다. 상기 지지장치는 상기 천공홀에 삽입될 수 있다.예컨대, 상기 지지장치는 대구경 현장타설 콘크리트 말뚝일 수 있다. 상기 지반(10)은 위치에 따라 육지지반과 해양지반으로 구분될 수 있다. 상기 지반(10)은 지질의 강도에 따라 강도가 강한 경질(硬質)지반(11)과 강도가 약한 연약지반(12)으로 구분될 수도 있다. 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 자켓 레그(20, Jacket leg, 도1에 도시됨)에 의해 상기 지반(10)에 고정될 수 있다. 이 경우, 상기 지반(10)은 해저지반일 수 있다. 상기 자켓 레그는 머드매트(Mudmat, 미도시)를 이용하여 상기 지반(10)에 고정될 수도 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 자켓 레그에 의해 상기 지반(10)에 고정되게 설치됨으로써 상기 지반(10)을 굴착할 수 있다.
본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 지반(10)을 굴착하기 위해 회전하는 굴착부(2), 순환수를 공급하는 순환수공급부(3), 충진부재(4')를 공급하는 충진부재공급부(4), 및 상기 굴착부(2)가 회전하는 회전속도를 측정하기 위한 센서부(5)를 포함한다.
상기 굴착부(2)는 상기 지반(10)을 굴착하기 위해 회전한다. 상기 순환수공급부(3)는 상기 굴착토를 배출시키기 위한 순환수를 공급한다. 상기 충진부재공급부(4)는 지반(10)을 경화(硬化)시키기 위한 충진부재(4')를 공급한다. 예컨대, 상기 지반(10)은 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)가 지반(10)을 천공하는 과정에서 천공 내벽이 무너진 곳에 위치한 연약지반(12)일 수 있다. 상기 센서부(5)는 상기 굴착부(2)가 상기 지반(10)을 굴착하기 위해 회전하는 회전속도를 측정할 수 있다. 상기 충진부재공급부(4)는 상기 센서부(5)가 측정한 회전속도가 기준속도 미만이면 상기 충진부재(4')를 공급하여 지반을 경화시킬 수 있다. 상기 기준속도는 상기 굴착부(2)가 상기 지반(10)을 굴착하기 위해 회전하는 평균속도를 의미한다. 상기 기준속도는 작업자에 의해 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 굴착부(2)가 상기 지반(10)을 굴착하기 위해 회전하는 평균속도를 100㎧ 라고 가정했을 때, 상기 센서부(5)가 측정한 상기 굴착부(2)의 회전속도가 50㎧ 라면, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 천공 내벽이 붕괴되어 토사(土砂)가 상기 굴착부(2)에 적층됨으로써 상기 굴착부(2)의 회전을 늦추는 것으로 판단하여 굴착 작업을 중단한다. 다음, 상기 천공홀에 삽입된 상태인 상기 굴착부(2)를 상기 천공홀로부터 이격시킨다. 다음, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 붕괴된 천공홀로 충진부재(4')를 공급하여 경화시킨다. 다음, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 굴착부(2)를 삽입한다. 다음, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 굴착부(2)가 상기 경화된 충진부재(4')를 천공하면서 상기 지반(10)에 대한 천공 작업을 계속 수행한다. 이 경우, 상기 굴착부(2)의 회전속도는 100㎧ 이상의 속도일 수 있다. 상기와 같은 과정은 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)에 있어서, 상기 굴착부(2)의 회전속도가 상기 기준속도 미만일 경우에 반복적으로 수행될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 지반(10)을 천공하는 과정에서 천공 내벽이 붕괴될 때마다 붕괴된 천공 내벽을 그라우팅(Grouting)하면서 계속적으로 상기 지반(10)을 천공할 수 있다. 상기 그라우팅은 균열이나 공동(空洞) 등의 틈새에 주입액을 주입하거나 충전(充塡)하는 일을 말한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 천공 내벽이 무너질 경우, 종래 기술에 따른 RCD공법처럼 지반 전체를 그라우팅(Grouting)하는 대신 천공 내벽이 무너질 때마다 공벽 안을 그라우팅하도록 구현됨으로써 상기 지반(10)을 굴착하는 굴착작업의 효율성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 천공 내벽이 무너져도 천공홀 주위의 지반 전체를 그라우팅하기 위해 별도의 그라우팅 장비를 사용하지 않아도 됨으로써 상기 지반(10)을 천공하는데 소모되는 비용이 증대되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 상기 굴착부(2), 상기 순환수공급부(3), 상기 충진부재공급부(4), 및 상기 센서부(5)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 2를 참고하면, 상기 굴착부(2)는 경질(硬質)지반(11) 및 연약지반(12) 등의 상기 지반(10)을 굴착한다. 상기 굴착부(2)는 회전됨에 따라 상기 지반(10)을 굴착할 수 있다. 상기 굴착부(2)의 내부에는 상기 지반(10)을 굴착함에 따라 발생하는 굴착토가 배출되기 위한 배출부(2')가 형성될 수 있다. 상기 굴착부(2)는 무게 추 등이 설치됨으로써 중력에 의해 지상(地上)에서 지하(地下)를 향하는 방향으로 상기 지반(10)을 굴착할 수 있다. 상기 굴착부(2)는 대형 크레인(Crane) 등에 의해 상기 천공홀로부터 이격될 수 있다.
도 2를 참고하면, 상기 순환수공급부(3)는 상기 굴착부(2)가 상기 지반(10)을 굴착함에 따라 발생하는 굴착토를 배출시키기 위한 순환수를 천공홀에 공급한다. 상기 배출부(2')를 통해 상기 굴착토가 포함된 순환수가 배출될 경우, 상기 순환수공급부(3)는 여과과정 등을 통해 상기 굴착토가 제거된 순환수를 상기 천공홀에 재공급할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 순환수가 순환될 수 있도록 폐쇄된 구조를 형성한다. 상기 순환수공급부(3)는 높은 압력으로 상기 순환수를 상기 천공홀로 공급할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 순환수가 상기 굴착부(2)와 상기 지반(10) 사이에 형성된 공간 즉, 천공홀에 채워짐으로써 천공홀의 압력을 높여 굴착된 지반(10)이 무너지는 것을 방지할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 상기 충진부재공급부(4)는 상기 지반(10)을 경화(硬化)시키기 위한 충진부재(4')를 상기 천공홀에 공급한다. 상기 충진부재공급부(4)는 상기 순환수공급부(3)에 연결되게 설치됨으로써 상기 충진부재(4')를 상기 천공홀에 공급할 수 있다. 상기 충진부재공급부(4)는 상기 굴착부(2)가 회전하는 회전속도에 따라 상기 충진부재(4')를 상기 천공홀에 공급할 수 있다. 상기 회전속도는 상기 센서부(5)에 의해 측정되어 제공받을 수 있다. 예컨대, 상기 충진부재공급부(4)는 상기 굴착부(2)의 회전속도가 기준속도 미만이면, 상기 충진부재(4')를 상기 천공홀에 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 충진부재공급부(4)는 상기 굴착부(2)의 회전속도가 기준속도 이상이면, 상기 충진부재(4')를 상기 천공홀에 공급하지 않는다. 상기 기준속도는 상기 굴착부(2)가 상기 지반(10)을 굴착하기 위해 회전하는 평균속도를 의미한다. 상기 기준속도는 작업자에 의해 미리 설정될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 굴착부(2)의 회전속도가 기준속도 미만일 경우에만 상기 천공홀에 상기 충진부재(4')를 공급함으로써, 상기 충진부재(4')가 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 상기 센서부(5)는 상기 굴착부(2)가 회전하는 회전속도를 측정한다. 상기 센서부(5)는 상기 굴착부(2)가 회전하는 회전축에 위치된 굴착파이프에 설치됨으로써 상기 굴착부(2)의 회전속도를 측정할 수 있다. 예컨대, 상기 센서부(5)는 단위 시간당 상기 굴착부(2)가 회전되는 회전수를 측정함으로써 상기 굴착부(2)의 회전속도를 도출할 수 있다. 상기 센서부(5)는 속도측정센서일 수 있다. 상기 센서부(5)는 상기 굴착부(2)에 직접 설치되어 상기 굴착부(2)의 회전속도를 측정할 수도 있다. 상기 센서부(5)는 무선통신 및 유선통신 중에서 적어도 하나를 이용하여 측정한 회전속도를 상기 충진부재공급부(4)에 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 굴착부(2)의 회전속도에 따라 상기 천공홀의 붕괴 여부를 신속하게 판단할 수 있을 뿐만 아니라 그에 따른 그라우팅 작업을 신속하게 수행함으로써 상기 지반(10)을 굴착하는 굴착작업의 효율성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 지반(10)을 굴착하는 과정에서 천공 내벽이 붕괴된 것으로 판단되면, 상기 굴착부(2)를 상기 천공홀로부터 이격시킨 후 상기 충진부재공급부(4)가 신속하게 충진부재(4')를 상기 천공홀에 공급할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 붕괴된 천공홀 주변 전체에 대한 그라우팅 작업을 수행하지 않고 붕괴된 천공 내벽이 위치된 부분에만 그라우팅 작업을 수행함으로써 충진부재(4')가 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 지반(10)을 굴착하는 과정에서 연약지반(12)이 나타날 때마다 그라우팅 작업을 수행할 수 있도록 구현되었다. 이에 따라, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 연약지반(12)이 나타날 때마다 천공홀 주변 전체를 그라우팅 작업하던 종래 기술에 비해 굴착작업의 공사기간을 현저하게 단축시킬 수 있다.
본 발명에 따른 지반 천공장치(1)에 있어서, 상기 충진부재공급부(4)는 상기 센서부(5)가 측정한 상기 굴착부(2)의 회전속도가 기준속도 이상이면 상기 굴착부(2)가 계속해서 지반을 굴착하도록 상기 충진부재(4')를 공급하지 않을 수 있다. 상기 굴착부(2)의 회전속도가 기준속도 이상이라는 것은 상기 굴착부(2)가 상기 지반(10)을 용이하게 굴착하고 있다는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 굴착부(2)의 회전속도가 기준속도 이상일 경우에는 상기 충진부재(4')를 공급하지 않음으로써 상기 충진부재(4')를 절약할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 굴착부(2)의 회전속도가 기준속도 이상일 경우에는 상기 지반(10)을 용이하게 굴착하는 것으로 판단하여 굴착작업을 중단하지 않아도 됨으로써 굴착작업을 신속하게 수행할 수 있다.
여기서, 상기 충진부재(4')는 조강시멘트(Rapid hardening portland cement)일 수 있다. 상기 조강시멘트는 화학적 합성, 소성도, 분말도 등을 보통 시멘트와 다르게 변화시킴으로써 보통 시멘트에 비해 발열성이 높다. 이에 따라, 상기 조강시멘트는 보통 시멘트에 비해 경화되는 경화속도가 빠를 뿐만 아니라, 강도도 높다. 예컨대, 상기 조강시멘트의 양생(養生)시간은 약 6시간이다. 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 그라우팅 작업시 상기 충진부재(4')로 상기 조강시멘트를 사용함으로써 붕괴된 천공 내벽 주변을 신속하게 경화(硬化)시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 천공 내벽이 붕괴된 경우에도 공사기간이 늘어나는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 센서부(5)가 측정한 상기 굴착부(2)의 회전속도에 따라 천공 내벽의 붕괴 여부를 신속하게 판단함으로써 종래 기술에 비해 굴착작업에 대한 공사기간을 단축시킬 수 있다.
본 발명에 따른 지반 천공장치(1)는 상기 충진부재(4')로 상기 조강시멘트를 사용함으로써 붕괴된 천공 내벽을 신속하게 경화시킴으로써 종래 기술에 비해 굴착작업에 대한 공사기간을 더 단축시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 지반 천공방법에 관해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 지반 천공방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 지반 천공방법(S100)은 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
우선, 지반(10)을 굴착한다(S110). 이러한 공정(S110)은 상기 경질지반(11) 및 상기 연약지반(12) 등의 지반(10)을 굴착함으로써 이루어질 수 있다. 상기 지반(10)을 굴착하는 공정(S110)은 상술한 바와 같은 지반 천공장치(1)의 상기 굴착부(2) 및 상기 순환수공급부(3)에 의해 수행될 수 있다.
다음, 상기 굴착부(2)의 회전속도를 측정한다(S120). 이러한 공정(S120)은 상기 센서부(5)가 상기 굴착부(2)의 단위 시간당 회전수를 측정함으로써 이루어질 수 있다. 상기 센서부(5)는 측정한 상기 굴착부(2)의 회전속도를 무선통신 또는 유선통신 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 충진부재공급부(4)에 회전속도 정보를 제공할 수 있다.
다음, 상기 측정한 굴착부(2)의 회전속도가 기준속도 이상인지를 여부를 판단한다(S130). 이러한 공정(S130)은 상기 센서부(5)가 측정한 상기 굴착부(2)의 회전속도가 상기 기준속도 이상인지 여부를 판단함으로써 이루어질 수 있다. 상기 측정한 굴착부(2)의 회전속도가 상기 기준속도 이상인지 여부를 판단하는 공정(S130)은, 상기 충진부재공급부(4)가 상기 센서부(5)로부터 수신한 회전속도가 상기 기준속도 이상인지 여부를 판단함으로써 이루어질 수 있다.
다음, 상기 측정한 회전속도가 상기 기준속도 이상이면 상기 센서부(5)는 상기 지반(10)을 굴착하고 있는 상기 굴착부(2)의 회전속도를 측정한다(S120). 이러한 공정(S120)은 상술한 바와 같은 지반 천공장치(1)의 상기 센서부(5)에 의해 수행될 수 있다. 상기 굴착부(2)의 회전속도가 상기 기준속도 이상이면 상기 회전속도를 계속적으로 측정하는 공정(S120)은 상기 지반(10)에 대한 굴착작업이 용이하게 수행되고 있는 것으로 판단함에 따른 것이다.
다음, 상기 측정한 회전속도가 상기 기준속도 미만이면 상기 붕괴된 천공 내벽에 대한 그라우팅 작업을 수행한다(S140). 이러한 공정(S140)은 상기 센서부(5)가 측정한 회전속도가 상기 기준속도 미만일 경우에 상기 충진부재공급부(4)가 상기 충진부재(4')를 상기 천공홀에 공급하여 경화시킴으로써 이루어질 수 있다.
다음, 그라우팅 작업이 완료된 지반(10)을 굴착한다(S110). 이러한 공정(S110)은 상기 천공홀로부터 이격된 상기 굴착부(2)가 다시 천공홀에 삽입되어 상기 그라우팅 작업에 의해 경화된 지반을 굴착함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 공정(S110)은 상술한 바와 같은 지반 천공장치(1)의 상기 굴착부(2) 및 상기 순환수공급부(3)에 의해 수행될 수 있다.
여기서, 상기 붕괴된 천공 내벽에 대한 그라우팅 작업 공정(S140)은 다음과 같은 구성을 더 포함할 수 있다.
우선, 상기 굴착부(2)를 상기 천공홀로부터 이격시킨다(S141). 이러한 공정(S141)은 대형 크레인 등에 의해 상기 굴착부(2)가 상기 자켓 레그(20)로부터 이격됨으로써 이루어질 수 있다.
다음, 상기 충진부재(4')를 상기 천공홀에 공급한다(S142). 이러한 공정(S142)은 상기 충진부재공급부(4)가 상기 충진부재(4')를 상기 천공홀에 공급함으로써 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 지반 천공장치(1)는 상기 충진부재(4')를 붕괴된 상기 천공 내벽으로 공급한 후 상기 천공홀을 밀폐시킨 다음 압축펌프 등을 통해 압축공기를 천공홀로 공급한다. 그러면, 상기 천공홀의 압력이 상승됨으로써 상기 충진부재(4')가 붕괴된 상기 천공 내벽 및 그 주변으로 공급될 수 있다.
다음, 상기 충진부재(4')를 경화시킨다(S143). 이러한 공정(S143)은 상기 충진부재(4')가 붕괴된 상기 천공 내벽 및 그 주변으로 공급된 상태에서 상기 천공홀 내부의 압력을 높게 유지하여 약 6시간을 대기함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 공정(S143)은 상기 충진부재(4')가 붕괴된 상기 천공 내벽 및 그 주변으로 공급된 상태에서 송풍기 등을 통해 상기 천공홀로 기체를 유입시킴으로써 이루어질 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
1 : 지반 천공장치 2 : 굴착부
3 : 순환수공급부 4 : 충진부재공급부
5 : 센서부

Claims (5)

  1. 지반을 굴착하기 위해 회전하는 굴착부;
    상기 굴착부가 지반을 굴착함에 따라 발생하는 굴착토를 배출시키기 위한 순환수를 공급하는 순환수공급부;
    상기 순환수공급부에 연결되게 설치되고, 지반을 경화시키기 위한 충진부재를 공급하는 충진부재공급부; 및
    상기 굴착부가 회전하는 회전속도를 측정하기 위한 센서부를 포함하고,
    상기 충진부재공급부는 상기 센서부가 측정한 회전속도가 기준속도 미만이면 상기 충진부재를 공급하여 지반을 경화시키는 것을 특징으로 하는 지반 천공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충진부재공급부는 상기 센서부가 측정한 회전속도가 기준속도 이상이면 상기 굴착부가 계속해서 지반을 굴착하도록 상기 충진부재를 공급하지 않는 것을 특징으로 하는 지반 천공장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충진부재는 조강시멘트(rapid hardening portland cement)인 것을 특징으로 하는 지반 천공장치.
  4. 지반을 굴착하는 단계;
    굴착부의 회전속도를 측정하는 단계;
    측정한 회전속도가 기준속도 미만이면 지반을 경화시키는 단계; 및
    경화된 지반을 굴착부가 재굴착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반 천공방법.
  5. 제4항에 있어서, 지반을 경화시키는 단계는
    굴착부를 천공홀로부터 이격시키는 단계;
    천공홀에 충진부재를 공급하는 단계; 및
    충진부재를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지반 천공방법.
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