KR20180129248A

KR20180129248A - 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체

Info

Publication number: KR20180129248A
Application number: KR1020170064980A
Authority: KR
Inventors: 김운학
Original assignee: 김운학
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2018-12-05
Also published as: KR101987533B1

Abstract

본 발명에 따른 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체는, 하단의 가장자리에 굴삭용 비트날이 부착되고 중간에는 물과 시멘트가 혼합된 그라우팅재가 분사되는 그라우팅 분사노즐과 상기 그라우팅 분사노즐의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐과 상기 그라우팅 분사노즐에 일정각도로 다르게 형성되며 압축수가 분사되는 압축수 분사노즐이 형성된 굴삭 모니터 본체와, 상기 굴삭 모니터 본체의 상단에 조립되며 최소한 1 m 이상의 길이를 갖는 연결로드와, 상기 연결로드의 상단에 착탈가능하게 조립되며 중간에는 물과 시멘트가 혼합된 그라우팅재가 분사되는 그라우팅 분사노즐과 상기 그라우팅 분사노즐의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐과 상기 그라우팅 분사노즐에 일정각도로 다르게 형성되며 압축수가 분사되는 압축수 분사노즐이 형성되고 상단에는 연결나사부가 형성된 상부 노즐분사체를 포함하여, 굴착된 지반을 상부 노즐분사체와 일정길이로 연장되는 연결로드로 이격되게 설치된 굴삭 모니터 본체의 분사노즐로 2중으로 연결로드의 간격으로 이격되게 물과 그라우팅재와 압축공기를 분사하게 되면서 일정각도로 다르게 형성된 압축수 분사노즐이 압축수를 분사하면서 굴착공을 신속하게 확공시키고 확공된 지반내에 투입되는 그라우팅재의 투입효율이 대폭적으로 늘어나게 되어 월등히 빠르게 적어도 1/2 정도로 공기의 단축이 이루어지게 되며 이와 같이 투입된 그라우팅재가 대량으로 투입되므로 그라우팅보강기둥의 직경이 2배 이상, 3000 ~ 3700 mm 로 크게 형성되면서 지반의 보강지지력이 대폭적으로 향상되고 우수한 차수의 기능을 갖는 것이 가능하다.

Description

프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체{ A excavation head }

본 발명은 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 압축공기 분사노즐과 그라우팅 분사노즐과 물분사노즐로 이루어진 굴착장비로 지반을 먼저 천공하여 굴착공을 형성하고, 그 굴착공에 파일을 삽입한 다음 파일의 주변을 그라우팅하여 소정의 지지력을 확보하는 프리보링(Preboring) 공법을 이용하여 소정깊이까지 굴착을 수행하고 굴착된 지반을 상부 노즐분사체와 연결로드로 이격되게 설치된 하부의 굴삭 모니터 본체의 분사노즐로 2중으로 연결로드의 간격으로 이격되게 배치되고 지반에 그라우팅재를 주입하는 공정에서 상부 노즐분사체에서는 그라우팅재와 압축수와 압축공기를 분사하고 하부의 굴삭 모티터 본체는 그라우팅재와 압축수와 압축공기를 분사하게 되면서 신속하게 확공시키면서 확공된 지반내에 투입되는 그라우팅재의 투입효율이 상부 노즐분사체와 하부 굴삭 모니터 본체에서 2중으로 분사되므로 그라우팅재의 투입량이 대폭적으로 늘어나게 되어 그라우팅기둥의 직경이 2배 이상으로 넓어지게 되어 보강지지력이 월등하게 향상되고 차수벽의 차수력이 향상됨과 더불어 월등히 빠르게 공기의 단축이 이루어지게 되는 것이 가능한 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 지반주입공법은 지반 속에 약액ㆍ시멘트 그라우팅재 등의 응결제를 주입, 굳힘으로써 지반의 강도를 증가시키는 공법으로서, 초고압분사 충전공법(SIG 공법), 고압충전공법(SRC 공법), 초고압분사 교반공법(RJP 공법), 고압분사 교반공법(JSP 공법) 등이 널리 사용되고 있다.

여기서, 상기한 SIG 공법은 초고압(P=400∼600㎏/㎠)의 제트류를 분사하면서 회전시켜 연약토를 배출시키고, 배출된 공간에 직경(Φ=1200∼2000㎜) 정도의 대구경 원주형 고결체를 조성하는 공법으로, 주로 토사층, 사력층, 자갈층, 연암층 및 N<10인 점성토층에 사용된다.

상기한 바와 같은 SIG 공법은 기존의 제트 그라우팅의 단점인 고압분사 주입으로 인한 주변지반 융기 문제와 분출수로 인한 원지반 연약화 문제를 해결할 수 있고, 다중관 로드의 회전인발 속도를 조절할 수 있어 단면의 크기조절이 용이하며, 고압수로 석회암 공동이나 파쇄대의 연약한 토사분을 배출시키면서, 배출된 공간에 시멘트 그라우팅재를 주입하여 원지반과 전혀 다른 성질의 지반강도 및 내구성이 우수한 보강지반을 형성할 수 있으며, 특히 치환공법이므로 보강 후 강도 증가가 현저한 장점이 있다.

그러나 상기한 바와 같은 SIG 공법은 대규모 공동이 상호 연결되어 있는 경우에는 그라우트 주입량이 과다하게 발생하고, 시멘트가 경화하면서 수축되어 원지반과 경화재가 밀착되지 않아 지하수에 의해 공동이 다시 발생되는 단점이 있다.

한편, 상기한 SRC 공법은 천공시 압축공기를 동반한 초고압수(0∼800㎏/㎠)를 이용하여 지반을 절삭, 이완시키며, 이때 배출되는 절삭 이토를 고화재와 섞어 주입재로 재사용하는 공법이다.

상기한 바와 같은 SRC 공법은 절삭, 충전(치환)시 배출되는 이토는 절삭수와 충전재의 혼합재로 사용하기 때문에 슬라임이 대폭 삭감되는 특징이 있으며, 슬라임을 이수와 이토로 분류하여 재사용하므로 폐기물 처리가 거의 없는 친환경적인 공법이며, 충전재의 배합비를 조정하여 개량목적에 적합한 강도조정이 가능하며, 시공시 지반이나 주변 구조물에 영향을 주지 않는 장점이 있다.

그러나 상기한 바와 같은 SRC 공법은 배출된 이토의 양이 적을 경우에는 주입재를 보충하여야 하며, 슬라임을 재처리하여 주입하므로 장비가 복잡하며, 공법을 적용하는 구간의 토사가 점토일 경우에는 이토로의 재사용이 불가능하고, 그라우트주입재를 충전시 지하수와 접촉시 재료분리 현상이 나타나며 공동내부에 자갈 및 사질토에 치환 주입할 수 없는 단점이 있다.

한편, 상기한 RJP 공법은 초고압(P=400∼600㎏/㎠)의 제트류를 분사하면서 회전시켜 지중에 원지반의 연약토와 교반시켜 직경(Φ=1200∼2000㎜) 정도의 대구경 원주형 고결체를 조성하는 공법으로, 주로 토사층, 사력층, N<10인 점성토층에사용된다.

상기한 바와 같은 RJP 공법은 무진동, 무소음으로 도심지에서 시공이 가능하고 보조작업이 필요 없으며, 다중관 로드의 회전 인발 속도를 조절할 수 있어 단면의 크기조절이 용이하며, 고압수로 석회암 공동이나 파쇄대의 연약한 토사분과 시멘트 그라우팅재를 교반시켜 주변지반과 일체화시키므로 지반 강도 및 내구성이 우수한 보강지반을 형성할 수 있는 장점이 있다.

그러나 상기한 바와 같은 RJP 공법은 SIG 공법에 비해 개량체의 강도(최대강도=60㎏/㎠) 및 경제성이 떨어지며, 대규모 공동이 상호 연결되어 있는 경우에는 그라우트 주입량이 과다하게 발생하고, 시멘트가 경화하면서 수축되어 원지반과 경

화재가 밀착되지 않아 지하수에 의해 공동이 다시 발생되는 단점이 있다.

한편, 상기한 JSP 공법은 고압(P=200㎏/㎠)의 제트류를 분사하면서 회전시켜 지중에 직경(Φ=800∼1000㎜) 정도의 원주형 고결체를 조성하는 공법으로, 주로 토사층, 사력층, N<10인 점성토층에 사용된다.

상기한 바와 같은 JSP 공법은 수직, 경사 어떤 방법으로도 시공이 가능하고, 특히 협소한 장소(건물의 지하실, 교량 하부 등)에서 작업이 가능하므로 기존 구조물의 보강공법으로 적합하며 원주고결체의 배치, 배열의 조합에 의하여 여러 가지로 개량되며, 지중에 인공적으로 만든 공극에 그라우트재를 충전하는 것이기 때문에 보통의 약액주입공법 처럼 인근 구조물이나 지하매설물에 영향을 미치는 일이 거의 없는 장점이 있다.

그러나 상기한 바와 같은 JSP 공법은 개량체가 원지반 흙과 시멘트 그라우팅재에 의해 형성된 일종의 소일 시멘트이므로 소요강도의 발현 등에 따른 품질관리가 어려우며, SIG 공법에 비해 개량체의 강도(최대강도=40㎏/㎠) 및 경제성이 떨어지는 단점이 있다.

또한, 상기한 바와 같은 JSP 공법은 대규모 공동이 상호 연결되어 있는 경우에는 그라우트 주입량이 과다하게 발생하고, 시멘트가 경화하면서 수축되어 원지반과 경화재가 밀착되지 않아 지하수에 의해 공동이 다시 발생되는 단점이 있다.

상기한 바와 같은 JSP 공법의 시공은, 지반에 단단한 층이 존재할 가능성이 높거나, 소음, 진동 등의 공해로 인해 항타 작업이 곤란한 경우, 또는 선단 지지력이 중요한 경우 유효한 공법이다. 프리보링 공법에 의한 파일 시공의 경우에는 파일이 설치되는 전체 깊이에 걸쳐 처음부터 끝까지 굴착하기 때문에 굴착량이 많을 뿐만 아니라, 무조건 선 굴착후 파일을 삽입하므로, 현장 여건상 지반의 지층변화가 심한 점을 고려할 때 공사비 낭비 요소가 매우 큰 문제점이 있다. 굴착시 지표부에서 지하수 등에 의한 공벽 붕괴가 발생할 우려가 높기 때문에 공벽 붕괴를 방지시키기 위한 케이싱을 설치해야 하는 등 별도의 조치가 필요하고, 굴착작업에 많은 시간이 소요됨으로써 공기가 길어진다.

또한, 종래의 3중관용 굴착헤드에 의한 파일 시공의 경우에는 굴착후에 상승되면서 그라우팅재, 물과 압축공기를 분사하면서 확공시키면서 그라우팅재를 분사하게 되나, 그라우팅재, 물과 압축공기를 분사하는 분사노즐이 분사압력이 크다고 하더라도 확공을 시키면서 분사하는데는 한계가 있으므로 그라우팅기둥의 직경이 최대로 하여도 2000 mm 를 넘을 수가 없으므로 지방보강력이 크지 못하게 되는 문제점과 많은 수의 굴착공을 천공하고 그라우팅재를 분사시키므로 시공기간이 길어지게 되는 문제점이 있었다.

등록특허 10-1040040, 등록특허 10-0656142

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 굴착장비로 지반을 먼저 천공하여 굴착공을 형성하고, 그 굴착공에 파일을 삽입한 다음 파일의 주변을 그라우팅하여 소정의 지지력을 확보하는 JSP 공법의 3중관을 이용하여 소정깊이까지 굴착을 수행하고 굴착된 지반을 1.5 m ~ 3 m 의 길이를 갖는 연결로드의 하부에 굴착 모니터 본체를 설치하고 연결로드의 상부에 상부 노즐분사체를 설치하여 상기 연결로드의 높이만큼의 이격간격으로 이격되고 상부 노즐분사체는 그라우팅재와 압축수와 압축공기를 분사하게 되면서 굴착공을 신속하게 확공시키고 하부 굴착 모니터 본체는 그라우팅재와 압축수와 압축공기를 고압으로 분사하여 확공된 지반내에 투입되는 그라우팅재의 투입효율이 2중으로 분사되므로 대폭적으로 늘어나게 되어 월등히 빠르게 공기의 단축이 이루어지게 되며 이와 같이 투입된 그라우팅재가 대량으로 투입되므로 그라우팅보강기둥의 직경이 2배 이상, 3000 ~ 3700 mm 로 크게 형성되면서 지반의 보강지지력이 대폭적으로 향상되고 차수벽의 기능를 수행하는 것이 가능한 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은, 하단의 가장자리에 굴삭용 비트날이 부착되고 중간에는 물과 시멘트가 혼합된 그라우팅재가 분사되는 그라우팅 분사노즐과 상기 그라우팅 분사노즐의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐과 상기 그라우팅 분사노즐에 일정각도로 다르게 형성되며 압축수가 분사되는 압축수 분사노즐이 형성된 굴삭 모니터 본체와, 상기 굴삭 모니터 본체의 상단에 조립되며 최소한 1 m 이상의 길이를 갖는 연결로드와, 상기 연결로드의 상단에 착탈가능하게 조립되며 중간에는 물과 시멘트가 혼합된 그라우팅재가 분사되는 그라우팅 분사노즐과 상기 그라우팅 분사노즐의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐과 상기 그라우팅 분사노즐에 일정각도로 다르게 형성되며 압축수가 분사되는 압축수 분사노즐이 형성되고 상단에는 연결나사부가 형성된 상부 노즐분사체를 포함하는 본 발명에 따른 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체에 의하여 달성된다.

본 발명에 따른 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체는, 하단의 가장자리에 굴삭용 비트날이 부착되고 중간에는 물과 시멘트가 혼합된 그라우팅재가 분사되는 그라우팅 분사노즐과 상기 그라우팅 분사노즐의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐과 상기 그라우팅 분사노즐에 일정각도로 다르게 형성되며 압축수가 분사되는 압축수 분사노즐이 형성된 굴삭 모니터 본체와, 상기 굴삭 모니터 본체의 상단에 조립되며 최소한 1 m 이상의 길이를 갖는 연결로드와, 상기 연결로드의 상단에 착탈가능하게 조립되며 중간에는 물과 시멘트가 혼합된 그라우팅재가 분사되는 그라우팅 분사노즐과 상기 그라우팅 분사노즐의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐과 상기 그라우팅 분사노즐에 일정각도로 다르게 형성되며 압축수가 분사되는 압축수 분사노즐이 형성되고 상단에는 연결나사부가 형성된 상부 노즐분사체를 포함하여, 굴착된 지반을 상부 노즐분사체와 일정길이로 연장되는 연결로드로 이격되게 설치된 굴삭 모니터 본체의 분사노즐로 2중으로 연결로드의 간격으로 이격되게 물과 그라우팅재와 압축공기를 분사하게 되면서 일정각도로 다르게 형성된 압축수 분사노즐이 압축수를 분사하면서 굴착공을 신속하게 확공시키고 확공된 지반내에 투입되는 그라우팅재의 투입효율이 대폭적으로 늘어나게 되어 월등히 빠르게 적어도 1/2 정도로 공기의 단축이 이루어지게 되며 이와 같이 투입된 그라우팅재가 대량으로 투입되므로 그라우팅보강기둥의 직경이 2배 이상, 3000 ~ 3700 mm 로 크게 형성되면서 지반의 보강지지력이 대폭적으로 향상되고 우수한 차수의 기능을 갖는 것이 가능한 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체의 사시도
도 2a,2b는 도 1의 I-I선 및 II-II선을 따라 취한 굴삭 모니터 본체의 개략적인 종단면도
도 3은 도 1의 I-I선을 따라 취한 연결로드의 개략적인 종단면도
도 4a,4b는 도 1의 I-I선 및 II-II을 따라 취한 상부 노즐분사체의 개략적인 종단면도
도 5a,5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체를 사용하여 지반을 확공시키는 상태가 도시된 지반보강단면도

본 발명의 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체를 설명하는 도면에서, 이미 3중관의 구조는 공지된 구조로 이미 널리 알려져 있으므로, 3중관을 설명의 편의와 이해를 돕기위하여 상 제1이송로와, 제2이송로와, 제3이송로의 도시를 개략적으로 도시하여 설명한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체(A)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하단의 가장자리에 굴삭용 비트날(11)이 부착되고 중간에는 물과 시멘트가 혼합된 그라우팅재가 분사되는 그라우팅 분사노즐(12)과 상기 그라우팅 분사노즐(12)의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐(13)이 형성되고 중간에 체크밸브(14)가 배치되고 상기 그라우팅 분사노즐(12)과 일정각도로 다르게 배치된 압축수 분사노즐(19)이 배치된 굴삭 모니터 본체(1)와, 상기 굴삭 모니터 본체(1)의 상단에 조립되며 2m의 길이로 형성된 연결로드(2)와, 상기 연결로드(2)의 상단에 착탈가능하게 조립되며 중간에는 물과 시멘트가 혼합된 그라우팅재가 분사되는 그라우팅 분사노즐(32)과 상기 그라우팅 분사노즐(32)의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐(33)이 형성되고 상기 그라우팅 분사노즐(32)과 일정각도로 다르게 배치된 압축수 분사노즐(39)이 배치된 상부 노즐분사체(3)를 포함한다.

상기 굴삭 모니터 본체(1)에서는 지반의 천공시에는 비트날(11)이 회전하여 천공하고 냉각수가 상기 체크밸브(14)를 통과하면서 냉각시켜 주고 천공후의 그라우트재를 분사하는 경우에는, 체크밸브(14)가 차단되고 상기 그라우팅 분사노즐(12)을 통하여 약 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 그라우트재가 분사되게 되는 것이며, 이와 동시에 압축공기 분사노즐(13)을 통하여 동일한 압력으로 압축공기가 분사되므로, 이와 같이 분사된 그라우트재와 압축공기는 천공부를 확장시키면서 그라우팅기둥(G)이 형성되게 되는 것이다.

또한, 상기 그라우팅 분사노즐(12)과 90도 각도로 다른 방향으로 상부에 배치된 압축수 분사노즐(19)은 압축수 분사노즐(19)을 통하여 약 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 압축수가 분사되면서, 그라우팅재를 분사하여 그라우팅 시킬 공간을 미리 압축수로 가격하여 확공을 보다 넓으면서도 효과적으로 시킬 수가 있게 하는 것이다.

상기 굴삭 모니터 본체(1)의 내부에는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 종방향으로 그라우팅재가 이송되며 상기 그라우팅 분사노즐(12)과 체크밸브(14)와 연통되는 제1이송로(15)와, 압축공기가 이송되며 상기 그라우팅 분사노즐(12)의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐(13)에 연통되는 제2이송로(16)가 형성되고, 물이 이송되며 상기 압축수 분사노즐(19)과 연통되는 제3이송로(17)가 종방향으로 형성되어 있다.

상기 그라우팅 분사노즐(12)에서도 약 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 그라우트재가 분사되고 주변의 압축공기 분사노즐(13)에서도 약 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 압축공기가 분사되므로, 상기 굴삭 모니터 본체(1)는 압축수 분사노즐(19), 그라우팅 분사노즐(12) 및 압축공기 분사노즐(13)에서 협동하여 압축수, 그라우팅재, 압축공기가 분사되므로, 굴착공(H1)에서 확공되는 직경은 최대 약 3.7 m 의 직경으로 확공되는 것이 가능하다.

상기 연결로드(2)는 길이가 1.5m 에서 3m 사이의 파이프 형태의 봉체로서, 이와 같은 길이를 갖는 연결로드(2)의 상하에 상기 굴삭 모니터 본체(1)와 상부 노즐분사체(3)가 배치되게 되므로, 상기 굴삭 모니터 본체(1)와 상부 노즐분사체(3)에 각기 설치된 그라우팅 분사노즐(12,32)에서 분사되는 약 400kgf/㎠ 의 분사압력이 적어도 1.5m 의 사이를 두고 이격되게 분사되게 되는 구조를 갖는 것이고 이와 같이 충분하게 이격된 거리에서 상부에서는 그라우팅재와 압축수와 압력공기가 분사되고 하부에서는 연약해진 지반내에 그라우트재와 압축수와 압축공기가 분사되므로 효과적인 확관과 충진이 이루어질 수가 있는 것이라고 할 것이며, 본 실시예에서는 연결로드(2)의 길이가 2m의 길이를 갖는 것이 사용되어 적어도 2m 이상의 이격거리를 갖게 설치되었다.

상기 연결로드(2)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 마찬가지로 길이방향으로 상기 굴삭 모니터 본체(1)의 제1이송로(15)와 연통되는 제1이송로(21)가 중앙에 형성되고, 상기 제1이송로(21)의 외측으로 상기 제2이송로(16)와 연통되는 제2이송로(22)가 형성되고, 상기 제3이송로(17)와 연통되는 제3이송로(23)가 연통되게 형성되어 있다. 이러한 연결로드(2)의 상세한 구조는 이미 현재 3중관에서 사용되고 있는 연결로드(2)와 동일한 구조를 사용하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 상부 노즐분사체(3)는 상기 연결로드(2)의 상단부에 설치되어 있으므로, 본 실시예에서는 상기 굴삭 모티터 본체(1)와 적어도 2m 의 이격된 차이로 형성되며, 상기 상부 노즐분사체(3)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 종방향으로 그라우팅재가 하방으로 이송되며 그라우팅 분사노즐(32)에 연통되는 제1이송로(35)와, 고압공기가 분사되는 압축공기 분사노즐(33)에 연통되는 제2이송로(36)와, 상기 그라우팅 분사노즐(32)과 90도 각도로 다르게 설치된 압축수 분사노즐(39)과 연통되는 제3이송로(37)가 형성되어 있다.

상기 상부 노즐분사체(3)의 상부에 형성된 상기 연결나사부(34)에 의하여 다른 연결로드(2)에 의하여 계속적으로 연결되게 되는 것이다.

상기 상부 노즐분사체(3)의 내부에 형성된 제1이송로(35)는 그라우트재가 상부에서 유입되어 상기 연결로드(2)의 제1이송로(15)를 통하여 굴삭 모니터 본체(1)의 그라우팅 분사노즐(12)을 통하여 약 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 그라우트재가 분사되게 되게 하방으로 그라우트재를 공급하는 것과 아울러 그라우팅 분사노즐(32)을 통하여 측방향으로 그라우트재를 분사하여 그라우팅처리를 수행하는 것이며, 상기 그라우팅 분사노즐(32)의 주변의 압축공기 분사노즐(33)에서도 약 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 압축공기가 분사되고, 상기 압축수 분사노즐(39)에서도 동일한 압력으로 물이 분사되므로, 상기 상부 노즐분사체(3)는 상부에서 1차적으로 굴착공(H1)의 주변의 토지를 확관이나 차수가 이루어지도록 부드러운 상태로 만들게 1차적으로 압축수가 분사됨과 동시에 그라우트재가 분사되어 그라우팅처리를 수행할 수가 있게 압축수, 그라우팅분사 및 압축공기의 분사가 동시에 분사되게 되는 것이다.

본 발명에서 중요한 부분은, 먼저 상부 노즐분사체(3)의 그라우팅 분사노즐(32)과 압축공기 분사노즐(33)상에서 1차로 천공부를 확공시키면서 약 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 그라우팅재가 분사되게 되며 아울러 그 주변에 압축공기도 동일한 압력으로 분사되고, 상기 그라우팅 분사노즐(32)과 90도 각도로 각도를 달리하여 상부에 압축수 분사노즐(39)을 통하여 물도 동일한 압력으로 분사되면서 이와 같이 1차로 상부 노즐분사체(3)에서 지반을 부드러운 상태로 교란시키면서 그라우팅처리를 수행한 후에, 연결로드(2)의 높이인 2m의 간격으로 이격되어 하부에 설치된 굴삭 모니터 본체(1)의 상부의 압축수 분사노즐(19)에서 압축수를 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 분사하고, 하부의 그라우팅 분사노즐(12)과 상기 그라우팅 분사노즐(12)의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐(13)에서 다시 각기 약 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 그라우팅재와 압축공기가 분사되게 되는 것이다.

상기 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체(A)의 상승 시간은 그라우팅재의 분사압력이나 그라우팅기둥의 형성직경에 따라 변경이 될 수 있음은 물론이라고 할 것이다.

따라서. 먼저 상부 노즐분사체(3)의 그라우팅 분사노즐(32)과 압축공기 분사노즐(33)과 압축수 분사노즐(39)에 의하여 1차로 지반이 확공이 되어 교란이 되고 그라우팅처리가 되어 있는 상태에서, 일정한 시간을 두고서 약 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 분사되는 경우에는 약 2분 정도의 시간 경과 후에, 다시 굴삭 모티터 본체(1)의 그라우팅 분사노즐(12)과 압축공기 분사노즐(13)과 압축수 분사노즐(19)에서 2차로 분사되어 교란시키게 되므로, 상기 굴삭 모니터 본체(1)에 의하여 지하에서 형성되는 그라우팅기둥(G)의 직경이 종래에 비하여 2배, 3000 ~ 3700 mm 정도가 되게 되므로 지반지지력은 적어도 3배이상이 향상되게 되는 것이다. 또한, 상기 그라우팅 분사노즐(12,32)과 압축공기 분사노즐(13,33)과 압축수 분사노즐(19,39)의 분사압력을 높이거나 분사시간을 더 길게 할 경우에는 4m 이상의 직경을 갖는 그라우팅 기둥(G)의 형성도 가능하다고 할 것이다.

또한, 상기 연결로드(2)의 상하에서 상기 굴삭 모니터 본체(1)와 상부 노즐분사체(3)에서 2중으로 그라우팅재가 분사되게 되므로 그라우팅재의 분사속도가 빠르게 되어 시공기간이 크게 단축되는 것이 가능하게 되는 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 보강지지력이 향상된 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체(A)의 작동이 이하에 상세하게 기술한다.

먼저, 소정의 깊이까지 굴삭이 수행되면, 물과 시멘트가 혼합된 그라우트재가 분사되는 확공과 그라우팅기둥(G)의 성형공정이 수행되는 3중관용 굴삭헤드 구조체(A)의 상승작동이 수행된다.

이와 같이 이중관용 굴삭헤드 구조체(A)의 상승작동시에, 그라우트재가 제1이송로(15, 21, 35)을 통하여 그라우팅 분사노즐(12,32)을 통하여 분사되게 된다. 이와 같이 그라우팅 분사노즐(12,32)을 통하여 그라우트재가 분사가 되는 경우, 상부 노즐분사체(3)의 그라우팅 분사노즐(32)은 연결로드(2)를 통하여 2m 이상의 높이로 하부의 굴삭 모니터 본체(1)의 그라우팅 분사노즐(12)과 이격거리가 차이가 있게 설치되어 있으므로, 먼저 천공부의 벽을 1차로 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 그라우팅재가 분사되게 되어 천공부를 확공시키면서 그라우팅재를 혼합시키게 된다.

이와 아울러, 상부 노즐분사체(3)의 상부에 위치되는 압축수 분사노즐(39)에서 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 압축수가 분사되게 되므로 더욱 큰 천공부가 형성되게 지반을 교란시킬 수가 있게 되는 것이며, 이와 같이 지반이 교란된 상태에서, 하부의 그라우팅 분사노즐(32)을 통하여 분사되는 그라우팅재가 동일한 분사압력으로 분사되면서 그라우팅처리가 되게 되는 것이므로, 상부 노즐분사체(3)에서 미리 1차로 그라우팅처리가 수행되게 되는 것이다.

이와 동시에, 일정시간이 경과된 상태에서 상승되는 하부의 굴삭 모니터 본체(1)는 1차로 상부 노즐분사체(3)에 의하여 그라우팅처리가 된 부분을 다시 그라우팅처리를 수행하게 되므로, 그라우팅처리되는 지반의 직경이 더욱 커지게 되면서 그라우팅처리의 수행이 가능하게 되는 것이다.

즉, 상승되는 하부의 굴삭 모니터 본체(1)는 먼저 다시 상부에 위치되는 압축수 분사노즐(19)에서 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 압축수가 분사되면서 1차로 그라우팅 처리된 지반을 교란하게 되므로 더욱 큰 천공부가 형성되게 지반을 교란시킬 수가 있게 되는 것이며, 이와 같이 1차로 그라우팅처리된 지반이 교란된 상태에서, 하부의 그라우팅 분사노즐(12)을 통하여 분사되는 그라우팅재가 동일한 분사압력으로 분사되면서 그라우팅처리가 되게 되는 것이고 동시에 압축공기 분사노즐(13)도 함께 분사되므로 그라우팅 분사노즐(12)을 통하여 분사되는 그라우팅재가 더욱 큰 직경을 갖는 그라우팅기둥(G)을 형성시키는 것이 가능하게 되는 것이다.

이를 더욱 구체적으로 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 1차로 상부 노즐분사체(3)의 압축수 분사노즐(39)을 통하여 지반을 교란시키면서 확공시키고 그 상태에서 그라우팅 분사노즐(32)은 천공부(H1)의 벽을 1차로 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 그라우팅재가 분사되게 되어 천공부를 확공시키면서 그라우팅재를 혼합시키게 되고, 상부 노즐분사체(3)의 압축공기 분사노즐(33)도 함께 분사가 되게 되므로 그라우팅 분사노즐(32)을 통하여 분사되는 그라우팅재가 훨씬 더 큰 압력으로 천공부(H1)를 확공시키게 되는 것이다.

그리고, 일정시간 후에 하부에서 상승된 굴삭 모티터 본체(1)의 압축수 분사노즐(19)에서 1차로 그라우팅된 지반을 다시 교란시키는 작업을 선행한 후에 그라우팅 분사노즐(12)에서 400kgf/㎠ 의 분사압력으로 2차로 그라우팅재가 분사되게 되고 이와 함께 압축공기 분사노즐(13)에서 압축공기도 함께 동일한 압력으로 분사되므로, 이미 상부 노즐분사체(3)에 의하여 부드럽게 확공되고 1차로 그라우팅처리된 부분이 굴삭 모니터 본체(1)의 그라우팅 분사노즐(12)과 압축공기 분사노즐(13)과 압축수 분사노즐(19)에서 분사가 되므로, 이미 부드러워진 지반이 용이하게 확공이 이루어지면서 더욱 넓게 그라우팅재가 분사되면서 그라우팅기둥(G)의 직경이 종래에 비하여 2배이상으로 크게 형성되게 되는 것이다.

따라서, 이러한 직경이 크게 형성된 그라우팅기둥(G)의 지반지지력은 종래에 비하여 3배이상으로 증진되게 되는 것이고 마찬가지의 논리로 차수벽을 용이하고 신속하게 그라우팅을 하여 차수기능을 달성시킬 수가 있게 되는 것이다.

따라서, 이와 같이 그라우팅기둥(G)의 직경이 크게 형성되므로 그라우팅을 수행하는 굴삭공을 천공하는 회수가 줄어들게 되는 것은 물론이고, 상기 연결로드(2)의 높이를 이격거리로 하여 연결로드(2)의 상하에 설치된 상부 분사노즐체(3)와 굴삭 모니터 본체(1)를 통하여 그라우트재가 분사되게 되므로 그라우트재의 분사효율이 2배로 증대되게 되므로 신속한 그라우트재의 소진이 가능하게 되어 시공기간이 1/2로 크게 단축되는 것이 가능하게 되는 효과가 있는 것이다.

본 발명에 따른 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체는 일반적인 굴착헤드의 제조산업에서 동일한 제품을 반복적으로 제조하는 것이 가능하다고 할 것이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.

1. 굴삭모니터 본체 2. 연결로드
3. 노즐분사체

Claims

프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체(A)에 있어서,
상기 프리보링용 3중관용 굴착헤드 구조체(A)는, 하단의 가장자리에 굴삭용 비트날(11)이 부착되고 중간에는 물과 시멘트가 혼합된 그라우팅재가 분사되는 그라우팅 분사노즐(12)과 상기 그라우팅 분사노즐(12)의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐(13)이 형성되고 중간에 체크밸브(14)가 배치되고 상기 그라우팅 분사노즐(12)과 일정각도로 다르게 배치된 압축수 분사노즐(19)이 배치된 굴삭 모니터 본체(1)와,
상기 굴삭 모니터 본체(1)의 상단에 조립되며 일정한 길이로 형성된 연결로드(2)와,
상기 연결로드(2)의 상단에 착탈가능하게 조립되며 중간에는 물과 시멘트가 혼합된 그라우팅재가 분사되는 그라우팅 분사노즐(32)과 상기 그라우팅 분사노즐(32)의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐(33)이 형성되고 상기 그라우팅 분사노즐(32)과 일정각도로 다르게 배치된 압축수 분사노즐(39)이 배치되고 상단에는 연결나사부(34)가 형성된 상부 노즐분사체(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리보링용 이중관용 굴착헤드 구조체
제1항에 있어서,
상기 굴삭 모니터 본체(1)는 종방향으로 그라우팅재가 이송되며 상기 그라우팅 분사노즐(12)과 체크밸브(14)와 연통되는 제1이송로(15)와, 압축공기가 이송되며 상기 그라우팅 분사노즐(12)의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐(13)에 연통되는 제2이송로(16)가 형성되고, 물이 이송되며 상기 압축수 분사노즐(19)과 연통되는 제3이송로(17)가 종방향으로 형성되고, 상기 제1이송로(15)의 하단에는 체크 밸브(14)가 형성되고,
상기 그라우팅 분사노즐(12)에는 300 ~ 450kgf/㎠ 의 분사압력으로 그라우트재가 분사되고, 상기 압축공기 분사노즐(13)에서도 300 ~ 450kgf/㎠ 의 분사압력으로 압축공기가 분사되고, 상기 압축수 분사노즐(19)에서도 300 ~ 450kgf/㎠ 의 분사압력으로 물이 분사되고,
상기 연결로드(2)는 길이가 1.5m 에서 3m 사이의 길이로 형성되어 이와 같은 이격거리를 갖으며,
상기 상부 노즐분사체(3)는, 종방향으로 그라우팅재가 이송되며 상기 그라우팅 분사노즐(32)과 연통되는 제1이송로(35)와, 압축공기가 이송되며 상기 그라우팅 분사노즐(32)의 주변에 형성된 압축공기 분사노즐(33)에 연통되는 제2이송로(36)가 형성되고, 상기 그라우팅 분사노즐(32)과 다른 각도로 설치된 압축수 분사노즐(39)과 연통되는 제3이송로(37)가 형성되고,
상기 그라우팅 분사노즐(32)에는 300 ~ 450kgf/㎠ 의 분사압력으로 그라우트재가 분사되고, 상기 압축공기 분사노즐(33)에서도 300 ~ 450kgf/㎠ 의 분사압력으로 압축공기가 분사되고, 상기 압축수 분사노즐(39)에서도 300 ~ 450kgf/㎠ 의 분사압력으로 물이 분사되는 것을 특징으로 하는 프리보링용 이중관용 굴착헤드 구조체