KR20180085540A - 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 층으로 이루어진 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법 및 이에 사용되는 다채널 주입관에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다채널 주입관은 가요성이 있는 연질 재료로 이루어지며 선단은 밀폐되고 외측면에 다수의 관통공이 형성되어 있는 외부관, 주입재가 이송되는 중공형 관으로서 외부관 내에 삽입설치되며 성토 토반의 복수의 층이 배치된 심도에 대응하도록 서로 길이가 다르게 형성되는 복수의 내부관유닛 및 복수의 내부관 유닛의 선단부가 배치된 공간을 상호 분리하도록 외부관 내부에 충진되는 하나 이상의 격벽부를 구비하는 것에 특징이 있다.

Description

다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법{GROUTING METHOD FOR REINFORCEMNT OF MULTIPLE LAYERED EMBANKED BED}

본 발명은 토목 구조물의 보수보강공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철도, 도로 등에서 성토를 통해 형성한 노반을 보수 및 보강하기 위한 그라우팅 공법에 관한 것이다.

철도 성토 노반은 복수의 층이 적층되어 형성된다.

도 1은 철도용 성토 노반의 개략적 단면도이다. 도 1을 참고하면, 성토 노반(9)은 자갈 등의 굵은 골재를 이용한 암성토부(1)가 지반 위에 형성되고, 그 위에 토사를 다짐한 흙성토부(2)가 적층된다. 흙성토부(2) 위에는 다시 골재를 충진한 강화노반층(3)이 적층된다. 강화노반층(3) 위에는 일반적으로 무근 콘크리트층(4)이 깔리고, 그 위에 철근 콘크리트층(5)을 설치한다. 마지막으로 철근콘크리트층(5) 위에 침목과 레일(6)을 설치한다.

상기한 바와 같이, 철도용 성토 노반은 이종의 재료를 적층하여 다층 구조를 형성한다. 도 1에서는 성토 노반이 암성토부(1)와 흙성토부(2), 강화노반(3) 등으로 이루어진 것으로 도시하였지만, 지반의 상태나 조건에 따라 성토부는 보다 많은 층으로 구성될 수도 있다. 철도 노반과 마찬가지로 고속도로용 노반도 이종 재료가 순차적으로 적층되어 다층 구조를 이루고 있다.

성토 노반은 설치시에 성토부에 대한 다짐이 충분하지 않거나, 시공을 급하게 진행하는 경우 설계시의 높이와 강도를 유지하지 못하고 노반이 침하되는 문제가 종종 발생한다. 또한 시공 과정에 문제가 없더라도, 장기간 사용하는 경우 절기에 따라 수분이 얼었다 녹았다를 반복하는 동결융해과정에서 성토부의 압밀도가 저하되고 연약화되면서 침하가 발생할 수 있다.

상기한 바와 같이 성토 노반 침하 등이 발생하는 경우 철도 레일부의 높낮이가 변경되어 철도의 안전 운행의 위험 요소로 작용한다. 이에 성토 노반에 대한 일상적 모니터링과 함께, 연약화된 부분에 대한 보강이 필요하다.

종래의 성토 노반 보강은 천공홀을 형성한 후, 시멘트를 주재료로 하는 그라우트재를 주입하여 강성을 보강하는 방식으로 이루어졌다. 그러나 종래에는 성토 노반이 다층 구조로 이루어지며, 각 층을 이루는 재료의 특성을 반영하지 않아 보강이 원활히 이루어지지 않았다.

예컨대 종래에는 천공홀을 형성한 후 팩커가 부착되어 있는 주입관을 삽입한다. 팩커를 부풀려 천공홀 내부의 공간을 밀폐한 후 주입관을 통해 그라우트재를 압력 주입한다. 그리고 팩커를 다시 수축시킨 후, 주입관을 인상하여 동일한 과정을 반복한다. 즉, 심도 구간별로 분할하여 그라우트재를 주입하는 방식이다. 그러나 이 과정에서 재료는 동일한 재료를 사용하여 성토 노반의 각 층의 물적 특성, 특히 공극률과 침투성을 고려하지 않았다. 굵은 자갈로 이루어진 암성토층은 공극이 크게 형성되므로 그라우트재의 주입이 원활하지만, 흙성토층은 공극이 작아 그라우트재의 침투가 원활하지 않을 수 있다. 흙성토층에 대하여 주입이 원활하지 못하면, 주입 압력을 높여서 주입을 하게 되는데, 이 경우 저압의 침투 주입이 아니라 이른바 고압의 '할렬 주입'이 이루어지므로 오히려 성토 노반에 균열을 발생시키는 문제가 있었다.

상기한 과정에서 주입관은 그대로 사용하되 심도별로 다른 재료를 주입할 수도 있으나 이러한 종래의 예는 찾아볼 수 없다. 더욱이, 종래의 주입관은 하나의 재료만을 주입하는 것을 전제하고 있기 때문에, 주입관 내부에 기존의 주입한 재료가 충진되어 있는 상태에서 심도별로 재료를 변경하는 것은 구조적으로 곤란하다.

또한 기존의 그라우팅 공법의 경우 주입관을 하부에서부터 상부로 인상하면서 그라우트재를 주입하기 때문에 하나의 인상장비는 하나의 천공홀에 대해서 작업이 완료될 때까지 다른 작업을 진행할 수 없었으므로, 공기를 지연시키는 원인이 되었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 서로 다른 재료적 특성을 가지는 복수의 층으로 이루어진 성토 노반에 대하여 각 층에 적합한 그라우트재를 별도로 주입할 수 있어 보강 효율이 향상된 성토 노반 보강공법을 제공하는데 목적이 있다.

또한 각 층별로 서로 다른 그라우트재를 동시에 주입할 수 있으며, 종래와 같이 인상 장비가 필요 없어 설치 및 운용이 용이하도록 구조가 개선된 다채널 주입관을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 다채널 주입관은 성토 노반에 삽입되어 상기 성토 노반 보강용 주입재를 주입하기 위한 것으로서, 가요성이 있는 연질 재료로 이루어지며, 선단은 밀폐되고 외측면에 다수의 관통공이 형성되어 있는 외부관; 상기 주입재가 이송되는 중공형 관으로서 상기 외부관 내에 삽입설치되며, 상기 성토 토반의 복수의 층이 배치된 심도에 대응하도록 서로 길이가 다르게 형성되는 복수의 내부관유닛; 및 상기 복수의 내부관 유닛의 선단부가 배치된 공간을 상호 분리하도록 상기 외부관 내부에 충진되는 하나 이상의 격벽부;를 구비하는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 외부관은 구부리는 경우 직경 1m의 원을 형성할 수 있는 연질 재료로 형성되며, 상기 천공홀에 삽입이 용이하도록 상기 외부관의 선단부에 결합되는 무게추를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 외부관에 형성된 관통공에는 마개부가 결합되되, 상기 마개부는 상기 외부관 외측으로부터 유체가 유입되지 못하고 내측으로부터만 외측으로 배출되게 하는 체크밸브이거나 또는 상기 주입재의 압력에 의해서 상기 마개부가 외측으로 이탈되는 분리형을 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에서, 상기 격벽부는 상기 관통공을 통해 우레탄 폼을 주입하여 형성하는 것이 바람직하며, 우레탄 폼의 정착이 용이하도록 상기 외부관은 주름관인 것이 바람직하다.

또한, 상기 내부관유닛은 복수의 재료가 함께 주입될 수 있도록 복수의 관으로 이루어 질 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법은, (a)복수의 층으로 이루어진 성토 노반을 천공하여 상기 성토 노반을 이루는 복수의 층의 구조 및 상태를 파악하는 단계; (b)상기 성토 노반을 이루는 복수의 층별로 주입재를 선정하는 단계; (c)상기 성토 노반의 적층 구조에 대응하여 상기한 다채널 주입관을 제작하는 단계; 및 (d)상기 성토 노반에 천공홀을 형성하고, 상기 천공홀에 상기 주입관을 삽입한 후, 상기 (b)단계에서 선정된 주입재를 상기 주입관을 통해 상기 복수의 층에 각각 주입하는 단계;를 구비하는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 주입재의 주입이 완료된 후, 상기 주입관을 상기 천공홀에 매설된 상태로 마감할 수 있다.

그리고 상기 주입재를 선정할 때, 상기 복수의 층의 공극 크기가 상기 주입재의 입자 크기 대비 15~20 범위가 되도록 상기 주입재를 선정하는 것이 바람직하다. 이러한 주입비 기준을 만족할 수 있도록, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 주입재로서 최대 입자크기가 1~10μm 범위인 케미칼 약액을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 주입재를 할렬 주입이 아닌 침투 주입 방식으로 수행하며, 주입 압력은 수십~수백kPa 범위이다.

본 발명에서는 복수의 층에 대하여 순차적으로 주입재를 주입하거나 또는 복수의 층에 대하여 주입재를 동시에 주입할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 그라우팅 보강에 필요한 장비를 주간의 열차 운행시간 동안 보관하기 위하여, 상기 성토 노반의 측면에 플랫폼 가시설을 설치하는 단계를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법은 복수의 층의 물리적 특성을 파악한 후, 각 층의 특성에 맞게 주입재를 선정함으로써 성토 노반 보강을 효과적으로 수행할 수 있고, 시공 품질이 우수하다는 이점이 있다.

또한 본 발명에 따른 다채널 주입관을 통해 복수의 층에 대하여 주입재를 동시에 주입할 수 있고, 주입관을 상하로 이동시키는 등의 추가적 공정이 필요하지 않으므로, 보강 공사의 공기가 획기적으로 단축될 수 있다.

또한 가볍고 연질 재료로 제작되는 다채널 주입관은 장비의 도움없이도 사람이 직접 설치 및 운용할 수 있는 바, 보강 영역에 설치되는 복수의 천공홀에 대한 동시 작업이 가능하다는 이점이 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 철도용 성토 노반의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법의 개략적 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 다채널 주입관의 개략적 사시도이다.
도 4는 도 3의 개략적 단면도이다.
도 5는 도 4의 A 부분의 개략적 확대도이다.
도 6은 외부관의 가요성 정도를 나타내기 위한 도면이다.
도 7은 플랫폼 가시설을 설치한 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 주입재와 성토재 사이의 침투 관계를 보여주는 표이다.
도 9는 성토 노반에 천공홀을 형성하고 다채널 주입관을 설치한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 10은 성토 노반의 각 층별로 서로 다른 주입재가 주입된 상태를 보여주는 단면도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 철도 또는 고속도로 구조물에서의 성토 노반을 보강하기 위한 공법에 관한 것이다. 성토 노반은 복수의 층으로 이루어지는데, 기존의 그라우팅 공법에서는 복수의 층에 대하여 서로 다른 주입재를 주입하는 방법은 물론, 각 층에 대하여 동시에 개별적으로 주입재를 공급하는 방법이 없었다. 또한 각 층에 동시에 다른 재료를 주입하기 위한 장치적 구성도 개시되지 않았었다. 이에 종래에는 복수의 층에 다른 주입재를 공급하기 위해서는 각각 천공홀을 형성하는 방법으로 보강을 진행하였다. 본 발명은 복수의 층에 대하여 서로 다른 주입재를 공급하고, 또한 하나의 천공홀에서 복수의 층에 동시에 주입재를 공급할 수 이쓴ㄴ 방법과 장치를 제공하고자 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법(이하, '성토 노반 보강공법'이라 함)과, 다채널 주입관에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법의 개략적 흐름도이다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 성토 노반 보강공법에서는 먼저 보강 영역에 플랫폼 가시설을 설치한다. 도 7은 플랫폼 가시설이 설치된 모습을 나타낸 것이다. 플랫폼 가시설은 성토 노반 보강공법에 사용되는 장비들을 임시로 적치해 놓을 수 있는 장소이다. 철도 성토 노반에 대한 보강공사에는 현실적으로 2가지 문제가 존재한다. 하나는 보강공사를 열차 운행이 종료된 새벽의 짧은 시간 동안에만 한시적으로 진행할 수 있다는 것이다. 다른 하나는 보강 공사를 위해서는 천공장비를 비롯하여 다양한 장비들이 필요한데, 암석과 흙을 쌓아 올려서 만드는 성토 노반 주변에는 장비들을 적치해 놓을 여유 공간이 없다는 것이다.

따라서 종래에는 열차 운행 종료시간에 맞추어, 임시 화물열차를 이용하여 철길을 따라 보강에 필요한 장비들을 이송하여 보강공사를 진행한 후, 다시 열차 운행시간 전에 보강 장비들을 기차역으로 다시 가지고 들어와야 한다. 작업가능한 시간이 매우 짧은데, 장비의 이송에 드는 시간으로 인하여 실제 보강 공사의 진행속도가 느려질 수 밖에 없다. 특히 보강 영역이 기차역으로부터 멀리 떨어져 있는 경우에는 이러한 문제가 매우 심각하여 공기가 느려지는 원인으로 작용하였다. 보강영역이 기차역과 가까운 경우에도 매일 장비의 반입 및 반출을 반복해야 하므로 문제가 있었다.

이에 본 발명에서는 도 7에 도시된 바와 같이 플랫폼 가시설을 설치한다. 먼저 성토 노반의 평평한 단차부에 복수의 말뚝을 삽입하여 고정시킨다. 그리고 스틸 소재의 격자형 프레임을 성토 노반의 경사진 측면을 따라 고정시킨다. 복수의 말뚝이 격자형 프레임을 지지하는 구조이다. 그리고 프레임의 중간 부분에서 다시 수직하게 기둥을 형성하고, 그 위에 평평한 데크를 설치하여 플랫폼 가시설을 완성한다. 본 발명에서 채용하는 플랫폼 가시설은 성토 노반의 경사진 측면 구조에 적합하게 설계되어 있다. 특히, 평평하게 단차진 부분에 말뚝을 삽입하고, 그 위에 격자형 프레임을 경사면에 밀착시켜 고정함으로써, 경사진 노반에서 데크를 안정적으로 설치할 수 있는 구조를 형성한다. 플랫폼 가시설은 경사진 성토 노반에서도 안정적으로 데크를 지지할 수 있는 구조를 제공하며, 특히 간단한 구조로 이루어져 가시설에 맞게 설치 및 해체가 용이하다는 이점이 있다. 보강 장비들을 플랫폼 가시설에 보관할 수 있으므로, 보강 장비를 매일 이동시켜야 하는 문제가 해결되고, 보강공사의 작업시간을 충분하게 확보할 수 있다는 이점이 있다. 철도 노반 보강공사에서 현실적으로 가장 큰 문제점을 본 발명에서 플랫폼 가시설을 통해 해결하였다.

상기한 바와 같이, 플랫폼 가시설이 설치되면 장비들을 반입한 후, 본격적으로 보강 공사가 시행된다. 먼저 성토 노반의 적층 구조 및 상태를 파악한다. 본 실시예에서는 성토 노반에 대한 코어링(coring)을 수행하여, 성토 노반의 심도별 코어(core)를 획득한다. 코어 분석을 통해 성토 노반이 몇 개의 층으로 이루어져 있는지, 각 층의 두께 및 성토재의 종류, 성토재의 입도, 공극률 및 투수계수 등을 파악한다. 물론 코어링을 하지 않고, 성토 노반의 설계 및 시방사항들을 통해 간접적으로 성토 노반의 구조를 파악할 수도 있다. 그러나 본 실시예와 같이 코어링을 통해 직접적으로 파악하는 것이 현재의 성토 노반의 구조 및 상태를 가장 잘 파악할 수 있다.

성토 노반의 구조와 상태에 대한 파악이 완료되면, 각 층별로 어떤 주입재를 주입하여 보강을 수행할 것인지에 대하여 결정한다. 즉, 각 층의 공극의 크기 또는 공극률, 투수계수 등에 따라 성토재 사이의 공극으로 원활하게 침투될 수 있는 주입재를 선정하는 것이다. 본 발명에 따른 성토 노반 보강공법은 할렬 주입 방식이 아니라 침투 주입 방식을 택한다는 점에 유의해야 한다. 할렬 주입은 주입재를 고압으로 공급하며, 주입재는 성토재 내의 공극뿐만 아니라 노반에 균열을 형성하면서 주입된다. 할렬 주입을 하면 노반의 강성에 영향을 줄 수 있으므로 바람직하지 않다. 이에 본 발명에서는 저압, 예컨대 수십~수백kPa 범위의 압력으로 이른바 침투 주입을 실시한다. 침투 주입은 저압 영역에서 이루어지므로, 할렬 주입에서와 같은 노반 균열을 형성하지 않고, 성토재 사이의 공극으로 주입재가 침투되는 형식이다.

주입재가 성토재 사이의 공극으로 원활하게 침투될 수 있는지는 공극의 크기와 주입재의 입도에 의하여 결정된다. 본 실시예에서는 성토재의 공극 크기가 주입재의 입도의 15~20 범위 수준이 되도록 주입재를 선정한다. 도 8은 주입재와 성토재(대상토) 사이의 침투율을 설명한 표이다. 도 8을 참고하면, 주입재들 중 마이크로 시멘트를 시멘트 밀크로 형성한 경우에만 실트층에 주입이 가능한 것을 알 수 있다. 마이크로 시멘트를 SGR 또는 LW 형식으로 형성하는 경우 모래층에서만 침투가 가능하다. 시멘트의 입도는 대략 20~70μm 수준으로 형성되며, 초미립자로 분류되는 마이크로 시멘트의 최대 입도는 대략 20~30μm 수준이다. 그런데, 모래층의 토립자 입경이 medium 기준으로 0.2~0.5mm로 형성되고, 공극의 크기는 일반적으로 토립자 입경의 0.2배 수준이므로, 모래층(medium)의 공극 크기는 0.04~0.1mm 수준이 된다. 앞에서 설명하였지만, 공극 크기가 주입재 입도에 대하여 15~20배 범위로 설정되어야 침투가 원활하게 이루어지므로, 초미립자인 마이크로 시멘트를 사용하는 경우에도 성토층의 재질에 따라서는 침투가 원활하지 않을 수 있다. 실질적으로 다짐한 흙성토층에 대해서는 고압의 할렬주입이 아닌 이상 기존의 그라우트재가 침투주입되지 못하는 것으로 보고되고 있다.

이에 본 실시예에서는 모래층과 같이 공극의 크기가 작은 경우 주입재로서 입도가 1~10μm 범위인 케미칼 약액을 사용할 수 있다. 앞에서 성토 노반의 각 층별 성토재의 종류와 공극의 크기를 파악하였으므로, 위 범위에 맞게 주입재를 선정할 수 있다.

주입재의 선정과 함께 다채널 주입관을 제작한다. 다채널 주입관은 성토 노반의 복수의 층에 서로 다른 주입재를 각각 주입하기 위하여 특수하게 제작된 주입관이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 다채널 주입관의 개략적 사시도이며, 도 4는 도 3의 개략적 단면도이고, 도 5는 도 4의 A 부분의 개략적 확대도이다.

도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 다채널 주입관(100)은 외부관(10), 내부관유닛(20,30) 및 격벽부(40)를 구비한다.

외부관(10)은 지상으로부터 천공홀의 저부까지 길게 연장되어 형성된다.

외부관(10)은 가요성이 있는 연질 재료의 중공형 관이며, 하단부는 밀폐되어 있다. 기존의 그라우팅 공법에서는 주입관의 재료는 강관이나 경질의 PE 또는 PVC 등의 재질로 이루어졌다. 그러나 본 발명에서 주입관은 외부관 및 내부관이 모두 가요성있는 연질의 플라스틱 또는 고무 소재로 이루어진다. 침투 주입방식으로 주입재의 압력 범위가 높지 않으므로, 연질 재료를 사용하여도 문제가 없으며, 뒤에서 후술하겠지만 본 발명에서는 주입관을 수거하지 않고 천공홀에 매설한 상태로 마감하므로 경제성을 고려하여 연질 재료를 선택하였다. 또한, 경질의 주입관은 천공홀에 삽입하는 과정에서 공벽과 충돌해서 공벽을 훼손할 우려가 있는 바, 외부관을 연질로 선택하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 외부관(10)의 가요성 정도는 도 6에 도시된 바와 같이 외부관(10)을 구부리면, 반경(r) 50cm의 원을 형성할 수 있는 수준이다.

연질 재료는 비중이 상대적으로 작으므로 천공홀에 외부관을 삽입할 때 관이 구부러지는 등 삽입이 용이하지 않을 수 있다. 이에 본 실시예에서는 외부관(10)의 하부에 외측이 곡면으로 이루어진 무게추(12)를 부착하여 천공홀에 대한 삽입이 용이하도록 하였다.

외부관(10)에는 다수의 관통공(11)이 형성된다. 이 관통공(11)은 주입재가 외부로 배출되는 통로로 기능한다. 관통공(11)을 형성한 상태에서 외부관을 그대로 사용할 수도 있지만, 본 실시예에서는 관통공(11)에 마개부(50)가 결합된다. 마개부(50)는 도 5에 도시된 바와 같이 체크밸브 구조를 선택할 수 있다. 즉, 외부관(10)으로부터 유체가 배출되는 것은 허용되지만, 역으로 외부관(10) 내측으로 유입되는 것은 방지되는 구조이다. 도 5를 참고하면, 본 실시예에서 채용하는 마개부(50)는 한 쌍의 커버(51,52)를 구비한다. 이 커버(51,52)는 관통공(11)에 끼워져 설치되는데, 외부관(10)의 외측면으로부터 약간 이격되게 배치됨으로써 내압이 인가되면 커버(51,52)가 양측으로 회동되어 관통공(11)이 개방될 수 있다. 그러나 외압이 인가되면 커버(51,52)가 외부관(10)의 외측면에 밀착되고, 상호 접근되는 방향으로 힘을 받으므로 관통공(11)은 개방되지 않는다. 이러한 체크밸브 형태는 하나의 예시에 불과하며 다양한 형태와 구조의 체크밸브를 마개부로 사용할 수 있다. 또한 체크밸브 형태가 아니라 분리형 마개부를 사용할 수도 있다. 도시하지는 않았지만, 외부관(10) 내측에서 내압이 인가되면 관통공(10)에 느슨하게 끼워져 있던 마개부가 압력에 의하여 외부로 이탈되도록 할 수도 있다.

내부관유닛(20,30)은 주입재를 이송하기 위한 것으로서, 외부관(10)에 삽입되설치된다. 내부관유닛(20,30)은 성토 노반을 이루는 층의 개수에 따라 복수 개로 구비된다. 예컨대, 성토 노반이 3개의 층으로 이루어지고, 모든 층에 대한 보강이 필요한 경우 3개의 내부관유닛이 마련되며, 2개의 층에 대해서만 보강이 필요하다면 본 실시예와 같이 2개의 내부관유닛이 마련된다.

도 4에 도시된 바와 가팅, 내부관유닛(20,30)의 길이는 보강이 필요한 각 층이 배치된 심도에 맞게 결정된다. 예컨대 A층의 중앙 심도가 10m, B층의 중앙 심도가 5m라면, A층을 대상으로 하는 내부관유닛(20)의 길이는 대략 10m, B층을 대상으로 하는 내부관유닛(30)의 길이는 대략 5m 정도로 제작된다.

내부관유닛(20,30)은 하나의 관으로 형성될 수도 있지만, 복수의 약품이 함께 주입되어야 하는 경우 복수의 관(21,22 또는 31,32)으로 이루어질 수도 있다. 복수의 관을 사용하는 경우 이 관들을 함께 묶을 수 있는 밴드(t)가 마련된다.

내부관유닛(20)을 이루는 관들도 외부관(10)과 마찬가지로 가요성 있는 연질 재료로 형성되며, 예컨대 세탁기에서 사용되는 고무 호스를 이용할 수도 있다. 주입재의 압력을 견딜 수 있는 수준의 강도만 보장되면 된다. 내부관의 가요성 정도도 외부관의 가요성에 맞추어 형성될 수 있다.

외부관(10)의 내부에서 복수의 내부관유닛(20,30)의 선단부가 배치된 영역은 서로 격리된다. 각 내부관유닛(20,30)별로 서로 다른 주입재가 공급되기 때문에, 내부관유닛(20,30)의 선단부가 배치된 영역이 서로 통해 있으면 서로 다른 주입재가 섞이게 된다. 이에 본 발명에서는 내부관유닛(20,30)의 각 선단부가 배치된 공간이 서로 격리되도록 격벽부(40)를 마련한다.

본 실시예에서 격벽부(40)는 우레탄 폼을 이용하여 형성한다. 즉, 내부관유닛(20,30)이 외부관(10) 내에 설치된 상태에서 관통공(11)을 통해 우레탄 폼을 외부관(10) 내측으로 주입하면 우레탄 폼은 팽창하여 내부관유닛(20,30)들의 각 선단부가 배치된 공간을 상호 격리할 수 있다. 더욱이, 본 실시예에서는 우레탄 폼이 외부관 내측에서 보다 잘 정착할 수 있도록, 외부관은 주름관을 사용할 수 있다. 주름관은 내주면에 연속적으로 골이 형성되어 있어 우레탄 폼이 정착되기에 용이한 이점이 있다.

상기한 바와 같이 다채널 주입관(100)의 제작이 완료되면, 성토 노반에 천공홀을 형성한다. 천공홀은 복수의 지점에 각각 형성하며, 다채널 주입관(100)도 천공홀의 개수와 동일하게 제작된다. 천공홀이 형성되면 도 9에 도시된 바와 같이 다채널 주입관(100)을 각 천공홀에 삽입설치한다. 이후 도 10에 도시된 바와 같이 각 내부관유닛(20,30)을 통해 성토 노반의 층별로 선정된 주입재를 펌프에 의하여 저압으로 주입한다. 내부관유닛(20,30)의 선단부를 통해 배출된 주입재는 외부관(10)의 관통공(11)을 통해 성토 노반의 각 층으로 침투 주입되어 성토 노반에 대한 보강이 이루어진다.

본 실시에에서는 주입재를 각 층에 동시에 주입하지만, 다른 예에서는 며, 층별로 순차적으로 주입할 수도 있다. 주입재를 동시 주입하면 외부관(10) 내측의 격벽부(40)를 사이에 두고 양측에 압력이 함께 인가되므로, 내부 압력에 의하여 격벽부(40)가 어느 일측으로 밀리지 않으므로 보다 효과적일 수 있다. 물론, 순차 주입을 하더라도 격벽부(40)가 외부관(10) 내측에 공고하게 결합되어 있는 바, 격벽부의 밀림 현상은 방지될 수 있을 것이다.

주입재를 공급하여 보강이 완료되면, 다채널 주입관(100)이 천공홀에 그대로 매설된 상태로 천공홀 상부를 폐쇄하여 마감함으로써 성토 노반에 대한 보강이 완료된다.

본 발명에서는 다채널 주입관(100)은 연질 재료로서 가벼우므로 종래의 그라우팅 공법과 같이 장비를 이용하여 주입관을 지지하거나 상하로 이동시킬 필요가 없다. 즉 작업자가 수작업으로 다채널 주입관을 천공홀에 삽입설치할 수 있다. 기존 그라우팅 공법에서는 천공홀마다 장비가 필요하였는데, 사용할 수 있는 장비의 개수는 한정적이므로 복수의 천공홀에 대하여 동시 작업이 불가능하였다. 그러나 본 발명에서는 가벼운 연질의 다채널 주입관을 사용하며, 기존과 같이 주입관을 상하로 이송시키면서 순차 주입을 할 필요가 없으므로, 복수의 천공홀에 대한 보강 작업이 동시에 이루어질 수 있어 공기가 획기적으로 단축되는 이점이 있다. 또한 다채널 주입관은 매우 경제적으로 제조가능하므로, 주입관을 회수하지 않고 천공홀에 매설된 상태로 천공홀을 폐쇄, 마감할 수 있는 바 보강 작업이 단순화되며 공기도 획기적으로 단축시킬 수 있다는 이점도 있다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

100 ... 다채널 주입관
10 ... 외부관, 11 ... 관통공, 12 ... 무게추
20,30 ... 내부관 유닛, 21,22,31,32 ... 관
40 ... 격벽부, 50 ... 마개부

Claims (15)

1. 복수의 층이 적층되어 있는 성토 노반에 삽입되어 상기 성토 노반 보강용 주입재를 주입하기 위한 것으로서,
   가요성이 있는 연질 재료로 이루어지며, 선단은 밀폐되고 외측면에 다수의 관통공이 형성되어 있는 외부관;
   상기 주입재가 이송되는 중공형 관으로서 상기 외부관 내에 삽입설치되며, 상기 성토 토반의 복수의 층이 배치된 심도에 대응하도록 서로 길이가 다르게 형성되는 복수의 내부관유닛; 및
   상기 복수의 내부관 유닛의 선단부가 배치된 공간을 상호 분리하도록 상기 외부관 내부에 충진되는 하나 이상의 격벽부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 다채널 주입관.
2. 제1항에 있어서,
   상기 천공홀에 삽입이 용이하도록 상기 외부관의 선단부에 결합되는 무게추를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 다채널 주입관.
3. 제1항에 있어서,
   상기 외부관은 연질 재료로서 구부리는 경우 직경 1m의 원을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 다채널 주입관.
4. 제1항에 있어서,
   상기 외부관에 형성된 관통공에는 마개부가 결합되되,
   상기 마개부는 상기 외부관 외측으로부터 유체가 유입되지 못하고 내측으로부터만 외측으로 배출되게 하는 체크밸브이거나
   또는 상기 주입재의 압력에 의해서 상기 마개부가 외측으로 이탈되는 분리형인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 다채널 주입관.
5. 제1항에 있어서,
   상기 격벽부는 상기 관통공을 통해 우레탄 폼을 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 다채널 주입관.
6. 제5항에 있어서,
   상기 외부관은 주름관인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 다채널 주입관.
7. 제1항에 있어서,
   상기 내부관유닛은 복수의 재료가 함께 주입될 수 있도록 복수의 관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 다채널 주입관.
8. (a)복수의 층으로 이루어진 성토 노반을 천공하여 상기 성토 노반을 이루는 복수의 층의 구조 및 상태를 파악하는 단계;
   (b)상기 성토 노반을 이루는 복수의 층별로 주입재를 선정하는 단계;
   (c)상기 성토 노반의 적층 구조에 대응하여 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나에 기재된 다채널 주입관을 제작하는 단계; 및
   (d)상기 성토 노반에 천공홀을 형성하고, 상기 천공홀에 상기 주입관을 삽입한 후, 상기 (b)단계에서 선정된 주입재를 상기 주입관을 통해 상기 복수의 층에 각각 주입하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 주입재의 주입이 완료된 후, 상기 주입관을 상기 천공홀에 매설된 상태로 마감하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 주입재의 선정은 상기 복수의 층의 공극 크기에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 주입재를 선정함에 있어서,
    상기 복수의 층의 공극 크기가 상기 주입재의 입자 크기 대비 15~20 범위가 되도록 상기 주입재를 선정하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법.
12. 제8항에 있어서,
    상기 주입재는 최대 입자크기가 1~10μm 범위인 케미칼 약액인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법.
13. 제8항에 있어서,
    상기 주입재는 할렬 주입이 아닌 침투 주입 방식으로 수행하며,
    주입 압력은 수십~수백kPa 범위인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법.
14. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 층에 대하여 상기 주입재를 동시에 주입하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 성토 노반 보강을 위한 그라우팅 공법.
15. 제8항에 있어서,
    그라우팅 보강에 필요한 장비를 주간의 열차 운행시간 동안 보관하기 위하여, 상기 성토 노반의 측면에 플랫폼 가시설을 설치하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 성토 토반 보강을 위한 그라우팅 공법.

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