KR20190104673A

KR20190104673A - 터널 보강용 그라우팅 장치 및 그것을 이용한 그라우팅 공법

Info

Publication number: KR20190104673A
Application number: KR1020180025039A
Authority: KR
Inventors: 박헌
Original assignee: 박헌
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2019-09-11

Abstract

본 발명은 터널 보강용 그라우팅 장치 및 그것을 이용한 그라우팅 공법에 관한 것으로, 터널 등의 굴착 시 지반 주변을 강화시키고 차수성을 향상시키기 위한 보강공사에 적용되는 그라우팅 장치로 다수 개의 주입관을 포함하는 특정 구조의 강관을 적용하여 그라우팅 작업 시 천공홀 내의 공기 및 지하수 등이 용이하게 외부로 배출되면서 천공홀 내부 및 그 주변에 견고하게 그라우팅재가 채워질 수 있도록 한 터널 보강용 그라우팅 장치 및 그것을 이용한 그라우팅 공법을 제공함에 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 터널 보강용 그라우팅 장치는, 지반의 일정 지점에 천공된 천공홀 내에 설치된 후 외부로부터 주입되는 그라우팅재의 분출을 통해 해당 천공홀 주변의 지반을 보강하는 것으로서; 일단이 폐쇄된 일정 길이의 강관으로 이루어져, 그 몸체의 일정 지점에는 내부로 주입되는 그라우팅재의 분출을 위한 다수 개의 분출홀 및 패커용 분출홀이 천공되는 그라우팅관과; 상기 그라우팅관의 내주면 직경과 대응되는 직경의 원통형상으로 이루어져, 상기 그라우팅관의 내부에 고정 설치되어 그라우팅관의 내부 공간부를 분할하는 다수 개의 스페이서와; 상이한 길이를 갖는 각각의 관으로서, 상기 스페이서를 매개로 그라우팅관 내부에 고정 설치되되, 상기 그라우팅관 외부에 설치되는 각 패커와 연통되도록 패커용 분출홀이 천공되어, 상기 패커용 분출홀과 대응되는 패커 및 상기 스페이서로 분할된 해당 공간부 내에 그라우팅재가 채워지도록 하는 다수 개의 주입관과; 각 주입관의 단부를 폐쇄시켜 주입되는 그라우팅재가 패커용 분출홀을 통해 분출되도록 하고, 일정 압력 이상이 가해짐에 따라 개방되면서 주입되는 그라우팅재가 그라우팅관 내부의 분할된 공간부에 채워지도록 하는 차폐부재 및; 상기 스페이서의 설치지점과 대응되는 그라우팅관의 외주면에 각각 설치되어, 대응되는 주입관을 통한 소정 그라우팅재의 분출에 따라 팽창되면서 천공홀 내벽에 밀착되는 다수 개의 패커;를 포함하여 구성된다.

Description

터널 보강용 그라우팅 장치 및 그것을 이용한 그라우팅 공법{GROUTING APPARATUS FOR REINFORCING TUNNEL AND THE GROUTING METHOD THEREOF}

본 발명은 터널 보강용 그라우팅 장치 및 그것을 이용한 그라우팅 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그라우팅관 내부의 다수 개 주입관이 그라우팅관 외부와 연통되게 설치되는 특정 구조의 그라우팅 장치를 매개로 보다 효율적으로 그라우팅 작업을 수행할 수 있도록 한 터널 보강용 그라우팅 장치 및 그것을 이용한 그라우팅 공법에 관한 것이다.

일반적으로, 철도나 자동차 도로 등의 건설을 위한 터널의 굴착 시에는 지반의 상황이나 용수에 의해 시공이 곤란해지거나 지보효과가 저하되는 경우 안전하고 효율적인 터널시공을 위한 보강 공법이 요구된다.

현재, 터널의 시공에 있어서는 지반의 일정 지점을 천공한 후 강관을 삽입하고 그라우팅을 시행하는 강관 그라우팅 공법이 널리 사용되고 있으며, 이와 같은 터널 굴착 보조 공법을 통해 연약 지반에 터널을 굴착하는 경우 굴착 예정 지반 주변을 선행하여 강화시키고 차수성을 향상시킬 수가 있게 된다.

즉, 상기 강관 그라우팅 공법은 굴착 터널의 천정부 주변에 다수 개의 천공홀을 형성한 후 각 천공홀 내부에 강관을 설치하고, 각 강관의 내부를 통하여 그라우팅재를 분사하여, 강관과 천공홀 벽면 사이 및 지반 내부로 그라우팅재가 침투되도록 함에 따라, 주입재에 의한 지반의 고결로 강관과 주변 지반을 일체로 만들어 굴착 예정 지반 주위의 인장 강도를 증가시켜 전단 저항을 강화시킴과 아울러, 지반 차수성을 증대시킬 수가 있게 된다.

이를 위해, 상술한 바와 같은 그라우팅 공법을 시행하기 위한 다양한 구조의 그라우팅 장치가 적용되어 그라우팅 공법이 시행되고 있는데, 종래의 그라우팅용 강관은 그 구조가 복잡함에 따라, 제조공정이 번거롭고 제조원가가 상승되어 경제성이 떨어지는 문제점이 발생하게 되었으며, 또한 그라우팅 공법의 시행 시에는 상기 천공홀의 전체면적에 걸쳐 그라우팅재를 균일하게 채워 넣기가 어려운 문제점이 발생하면서 각 강관이 설치되는 천공홀과 지반 사이에 임의적인 틈새가 생길 우려가 있는 문제점도 발생하게 되었다.

즉, 종래의 그라우팅 장치를 이용한 그라우팅 작업공정에서는 그라우팅 장치가 시공되는 천공홀 내에 지하수 및 공기 등이 임의로 잔존하게 되므로, 지반의 보강 효과가 현저히 저하되는 문제점이 발생하게 되었다.

국내 공개특허공보 제10-2004-0075487호 국내 등록실용신안공보 제20-0410782호

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 터널 등의 굴착 시 지반 주변을 강화시키고 차수성을 향상시키기 위한 보강공사에 적용되는 그라우팅 장치로 다수 개의 주입관을 포함하는 특정 구조의 강관을 적용하여 그라우팅 작업 시 천공홀 내의 공기 및 지하수 등이 용이하게 외부로 배출되면서 천공홀 내부 및 그 주변에 보다 견고하게 그라우팅재가 채워질 수 있도록 한 터널 보강용 그라우팅 장치 및 그것을 이용한 그라우팅 공법을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터널 보강용 그라우팅 장치는, 지반의 일정 지점에 천공된 천공홀 내에 설치된 후 외부로부터 주입되는 그라우팅재의 분출을 통해 해당 천공홀 주변의 지반을 보강하는 것으로서; 일단이 폐쇄된 일정 길이의 강관으로 이루어져, 그 몸체의 일정 지점에는 내부로 주입되는 그라우팅재의 분출을 위한 다수 개의 분출홀 및 패커용 분출홀이 천공되는 그라우팅관과; 상기 그라우팅관의 내주면 직경과 대응되는 직경의 원통형상으로 이루어져, 상기 그라우팅관의 내부에 고정 설치되어 그라우팅관의 내부 공간부를 분할하는 다수 개의 스페이서와; 상이한 길이를 갖는 각각의 관으로서, 상기 스페이서를 매개로 그라우팅관 내부에 고정 설치되되, 상기 그라우팅관 외부에 설치되는 각 패커와 연통되도록 패커용 분출홀이 천공되어, 상기 패커용 분출홀과 대응되는 패커 및 상기 스페이서로 분할된 해당 공간부 내에 그라우팅재가 채워지도록 하는 다수 개의 주입관과; 각 주입관의 단부를 폐쇄시켜 주입되는 그라우팅재가 패커용 분출홀을 통해 분출되도록 하고, 일정 압력 이상이 가해짐에 따라 개방되면서 주입되는 그라우팅재가 그라우팅관 내부의 분할된 공간부에 채워지도록 하는 차폐부재 및; 상기 스페이서의 설치지점과 대응되는 그라우팅관의 외주면에 각각 설치되어, 대응되는 주입관을 통한 소정 그라우팅재의 분출에 따라 팽창되면서 천공홀 내벽에 밀착되는 다수 개의 패커를 포함하여 구성된 것;을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 그라우팅관의 내부 공간을 분할하도록 각 지점에 설치되는 상기 스페이서는 한 쌍씩의 부재가 5 내지 30센티미터의 간격을 갖도록 설치되고, 그 사이에는 발포우레탄이 채워져 해당 공간을 완전히 밀폐시키도록 구성되며, 상기 발포우레탄이 채워진 지점에는 상기 주입관의 패커용 분출홀 및 그라우팅관의 패커용 분출홀이 연통되게 천공되어 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 그라우팅관 내부 공간을 분할하는 각 스페이서와 일정 거리 이격된 지점에는 각각 보조 스페이서가 추가로 설치되어 별도의 격실을 형성하도록 구성되고, 상기 격실과 대응되는 그라우팅관에는 공기 및 지하수가 천공홀로부터 유입되는 유입홀이 천공되며, 상기 그라우팅관의 중앙에는 각 격실과 연통되게 홀이 천공된 배출관이 길이방향을 따라 설치되어 구성된다.

더 바람직하게, 상기 배출관의 외면에는 공기 및 지하수 배출을 위한 필터가 설치되어 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 스페이서 및 보조 스페이서는 원형상의 단면 중앙에 배출관이 관통 결합되는 관통홀이 형성되고, 그 외주면에 걸쳐서는 네 개의 주입관이 각각 결합되는 네 개의 끼움홈이 형성되어 구성된 것을 특징으로 한다.

더 바람직하게, 상기 스페이서 및 보조 스페이서 중앙의 관통홀에는 금속재질의 사각 파이프로 이루어진 배출관이 관통 설치됨과 아울러, 상기 네 개의 끼움홈에는 길이가 상이한 PVC 재질의 전선관이 각각 관통 설치되어 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그라우팅관은 12미터[m]의 길이로 이루어지고, 상기 그라우팅관 내부의 공간부를 분할하는 다수 개의 스페이서는 그라우팅관의 개방구와, 개방구로부터 3미터[m], 6미터[m], 9미터[m]에 이르는 지점에 각각 한 쌍씩 위치되도록 설치되며, 그라우팅재의 주입을 위한 각 주입관은 그라우팅관의 개방구로부터 10.5미터[m], 7.5미터[m], 4.5미터[m], 1.5미터[m] 지점에 그 단부가 위치되도록 설치되어 구성됨이 바람직하다.

또, 상기 스페이서 및 보조 스페이서에는 다수 개의 보조홀이 천공되고, 동일선상에 위치된 다수 개의 보조홀을 순차적으로 관통한 상태로 일정 길이의 호스나 열선으로 이루어진 열공급부재가 그라우팅관 내에 길이방향을 따라 설치되어, 그라우팅재의 주입 후 고온의 열공급을 통해 신속한 양생이 이루어질 수 있도록 구성됨이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 터널 보강용 그라우팅 장치를 이용한 그라우팅 공법은, 지반 보강을 위한 특정 위치에 일정 깊이 및 직경을 갖도록 천공홀을 형성하는 단계와; 상기 천공홀 내에 그라우팅 장치를 삽입 설치하는 단계와; 상기 그라우팅 장치가 설치된 상태에서, 최상단 측에 단부가 위치하는 주입관을 통해 그라우팅재를 주입하여, 해당 주입관의 패커용 분출홀과 대응되게 설치된 패커를 팽창시킨 후, 해당 패커 상측의 천공홀 내에 그라우팅관으로부터 분출되는 그라우팅재가 채워지도록 하는 단계와; 최상단 측의 패커 및 천공홀 내에 그라우팅재가 채워진 후, 순차적으로 그 하측의 패커 및 천공홀에 그라우팅재가 채워지도록 각각의 주입관에 그라우팅재를 주입하여, 최하단 측의 패커 및 천공홀까지 그라우팅재가 모두 채워지도록 하는 단계 및; 다수 개의 주입관을 통한 그라우팅재의 주입을 통해 해당 천공홀 내에 그라우팅재가 모두 채워지면, 그라우팅관 중앙의 배출관에 그라우팅재를 주입한 후 개방된 주입구를 마감 처리하는 단계의 과정으로 진행되는 것;을 특징으로 한다.

바람직하게, 각각의 주입관을 통한 그라우팅재의 주입 시에는, 주입된 그라우팅재가 패커용 분출홀을 통해 대응되는 지점의 패커를 팽창시키는 과정과, 상기 패커의 팽창에 따라 주입관 내부의 압력이 증가되면서 단부 측에 설치된 차폐부재가 개방되는 과정과, 상기 차폐부재가 개방되면, 그라우팅관 내부의 해당 공간 내에 그라우팅재가 채워진 후, 분출홀을 통해 그라우팅재가 천공홀 측으로 분출되면서 팽창된 패커 상측부분으로 적층되며 채워지는 과정과, 상기 그라우팅재의 적층과 동시에 천공홀의 해당 공간 내에 존재하는 공기 및 지하수가 그라우팅관의 유입홀을 통해 관 내부로 유입되면서 보조 스페이서를 매개로 형성된 격실로 유도된 후 배출관을 통해 외부로 배출되는 과정 및, 상기 패커로 분할된 천공홀의 해당 공간이 모두 채워지고, 격실 내부에도 그라우팅재가 유입되어 채워지는 과정으로 진행되는 것을 특징으로 한다.

상기에서 설명한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 터널 등의 굴착 시 보강공사에 적용되는 그라우팅 장치를 특정 구조로 구성함에 따라, 그라우팅재의 주입 시 천공홀 내부 및 그 주변에 균일하고 안정적으로 그라우팅재가 채워지면서 보다 효율적인 그라우팅 작업이 수행될 수 있는 효과가 있게 된다.

즉, 특정 구조의 강관을 통해 그라우팅 작업 시 천공홀 내의 공기 및 지하수 등이 용이하게 외부로 배출되면서 천공홀 내부 및 그 주변에 보다 견고하게 그라우팅재가 채워질 수 있게 되며, 이를 통해 지반의 보강력 및 차수효과가 극대화될 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 터널 보강용 그라우팅 장치의 구성을 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 터널 보강용 그라우팅 장치의 구성을 나타내는 분리사시도,
도 3은 본 발명에 따른 터널 보강용 그라우팅 장치에서 그라우팅관에 내장되는 일체형 구조물의 구성을 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 터널 보강용 그라우팅 장치의 구성을 나타내는 측단면도,
도 5a 내지 도 5e는 도 4의 A-A'선 내지 E-E'선 단면도,
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 터널 보강용 그라우팅 장치를 이용한 그라우팅 공법을 통한 지반의 보강작업 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 터널 보강용 그라우팅 장치 및 그것을 이용한 그라우팅 공법은, 특정 구조의 그라우팅 장치를 이용하여 그라우팅 작업을 실시함에 따라, 천공홀 내의 공기 및 지하수 등을 원활하게 외부로 배출하면서 해당 천공홀 내부 및 그 주변부에 보다 견고하게 그라우팅재가 채워질 수 있도록 구현된다.

이를 위해, 본 발명에 따른 터널 보강용 그라우팅 장치는, 지반(100)에 일정 깊이로 천공된 천공홀(110) 내에 설치된 후 외부로부터 주입되는 그라우팅재(200)의 분출을 통해 해당 천공홀(110) 주변의 지반을 보강하도록 제공된다.

상기 터널 보강용 그라우팅 장치는, 일정 길이의 강관으로 보강을 위한 지반(100)의 천공홀(110) 내에 설치되는 그라우팅관(10)과, 상기 그라우팅관(10)의 내부공간을 분할하기 위한 다수 개의 스페이서(20) 및 보조 스페이서(28)와, 상기 스페이서(20)를 매개로 그라우팅관(10) 내부에 고정 설치되는 다양한 길이를 갖는 다수 개의 주입관(30), 각 주입관(30)의 단부에 설치되는 차폐부재(32), 그리고 상기 그라우팅관(10)의 내부 중앙에 고정 설치되는 배출관(34) 및, 상기 그라우팅관(10)의 외주면에 끼워져 설치되는 다수 개의 패커(40), 상기 그라우팅관(10) 내부에 길이방향을 따라 설치되는 열공급부재(60) 등을 포함하여 구성된다.

상기 그라우팅관(10)은 일단이 폐쇄된 일정 길이의 강관으로 이루어져, 그 몸체의 일정 지점에는 내부로 주입되는 그라우팅재(200)의 분출을 위한 다수 개의 분출홀(12)이 일정 간격으로 천공되고, 또한 패커(40)의 설치지점에 구비되는 다수 개의 패커용 분출홀(14)이 각각의 주입관(30)과 대응된 상태로 연통되게 천공되어 구성된다.

또, 상기 그라우팅관(10)의 각 분출홀(12)과 일정 거리 이격된 지점에는 다수 개의 유입홀(16)이 천공되고, 상기 스페이서(20) 및 보조 스페이서(28)의 내장 위치와 대응되도록 다수 개의 우레탄 주입홀(11)이 천공되어 구성된다.

이때, 상기 그라우팅관(10)에 형성되는 분출홀(12) 및 패커용 분출홀(14), 유입홀(16), 우레탄 주입홀(11)의 개수 및 천공 위치 등은 다양하게 변경 설계할 수가 있음은 물론이다.

상기 스페이서(20)는 그라우팅관(10)의 내주면 직경과 대응되는 치수로 이루어지되, 원활한 삽입 설치를 위해 약간 작은 치수로 이루어짐이 바람직하며, 대략 원통형상 또는 원판형상 등으로 형성된 상태에서, 상기 그라우팅관(10)의 내부에 고정 설치되어 그라우팅관(10)의 내부 공간부를 분할하는 기능을 제공하도록 구성된다.

여기에서, 상기 그라우팅관(10)의 내부 공간을 분할하는 스페이서(20)는 그 분할지점마다 한 쌍씩의 부재가 대략 5 내지 30센티미터의 간격을 갖도록 설치되되, 한 쌍의 스페이서(20) 사이에는 발포우레탄(26)이 채워져, 상기 발포우레탄(26)의 발포작용을 통해 인접한 공간과 완벽하게 격리된 상태를 유지하도록 이루어진다.

각각 한 쌍씩으로 제공되는 상기 스페이서(20)는 한 쌍의 스페이서에 대응되게 천공된 다수 개의 보조홀(21)에 체결되는 복수 개의 볼트(20a) 및 너트(20b)를 매개로 상호 일정 간격 이격된 상태에서 견고한 결합상태를 유지할 수 있도록 구성된다.

또, 상기 스페이서(20)에는 원형상의 단면 중앙에 대략 정사각형 형상으로 관통되어 배출관(34)이 관통 설치되는 한 개의 관통홀(22)이 형성되고, 그 몸체의 외주면과 인접한 지점에는 일정 간격을 유지하도록 다수 개의 주입관(30)이 관통 결합되도록 총 네 개의 끼움홈(24)이 대략 원형상으로 형성되어 제공된다.

상기 다수 개의 주입관(30)은 상이한 길이를 갖는 PVC 재질의 전선관으로 각각 이루어지며, 상기 스페이서(20)를 매개로 분할된 다수 개의 공간에 각각 상기 차폐부재(32)가 설치된 각 주입관 단부가 위치되도록 그라우팅관(10) 내부에 고정 설치된다.

각 주입관(30)에는 상기 그라우팅관(10)의 특정 패커용 분출홀(14)과 연통되는 구조를 이루도록 패커용 분출홀이 천공되어 구성됨에 따라, 외부로부터 주입되는 그라우팅재(200)는 해당 패커용 분출홀(14)과 대응되는 패커(40)를 먼저 채우고, 그 후 그라우팅재(200)로부터 가해지는 일정 강도 이상의 압력에 의한 상기 차폐부재(32)의 개방에 따라 상기 스페이서(20)로 분할된 그라우팅관(10)의 해당 공간부 내부를 채운 후 그라우팅관(10)에 천공된 다수 개의 분출홀(12)을 통해 외부로 분출되면서 천공홀(110)을 채우도록 제공된다.

상기 차폐부재(32)는 각 주입관(30)의 단부를 폐쇄시켜 각각의 주입관으로 주입되는 그라우팅재(10)가 대응되는 패커용 분출홀(14)을 통해 먼저 분출되도록 하고, 일정 압력 이상이 가해짐에 따라 외력에 의해 자동 개방되면서 주입된 그라우팅재(200)가 그라우팅관(10) 내부의 분할된 공간부에 채워지도록 유도하는 작용을 행하게 된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 차폐부재(32)는 그 외주면의 일부가 개방된 원통형상을 갖는 특정 구조의 하우징(32a) 내에 탄성부재(32b) 및 주입관(30) 단부를 폐쇄시키는 마개(32c)가 장착되어 구성되며, 이에 그라우팅재(200)가 소정 압력 이상을 인가할 시에 상기 탄성부재(32b)가 수축되면서 상기 마개(32c)를 해당 주입관(30) 단부로부터 이격시키도록 구성된다.

그 이외에, 상기 차폐부재(32)는 상기 주입관(30)의 단부에 합성수지나 고무 등의 재질로 일정 두께의 막이 형성된 상태에서, 소정 압력 이상의 인가시 파손되면서 해당 주입관(30)의 단부가 개방되도록 변경 구성할 수도 있다.

상기 보조 스페이서(28)는 상기 그라우팅관(10)의 내부 공간을 분할하는 각 스페이서(20)와 대략 10 내지 20센티미터 정도 이격된 지점에 한 쌍으로 설치되는 것으로, 한 쌍의 보조 스페이서(28) 사이에는 그라우팅관(10)의 우레탄 주입홀(11)을 통해 주입되는 발포우레탄(26)이 채워져 상기 그라우팅관(10) 내에 설치된 상태에서 그라우팅관(10)의 내주면에 밀착 고정되어 별도의 격실(50)을 형성하도록 제공된다.

상기 보조 스페이서(28)를 매개로 형성되는 각각의 격실(50)에는 그라우팅 장치가 설치되는 천공홀(110)로부터 공기 및 지하수가 유입될 수 있도록 다수 개의 유입홀(16)이 천공되어 구성된다.

상기 보조 스페이서(28)는 상기 스페이서(20)와 동일 또는 유사한 구조를 갖도록 구성되며, 이에 중앙에는 배출관(34)이 결합되는 한 개의 관통홀이 형성되고, 그 외주면에 걸쳐서는 네 개의 주입관(30)이 각각 결합되는 네 개의 끼움홈이 형성되어 구성된다.

상기 스페이서(20) 및 보조 스페이서(28) 중앙의 관통홀(22)에 결합 설치되는 배출관(34)은 일정 길이를 갖는 금속재질의 사각 파이프로 이루어지며, 상기 배출관(34)에는 보조 스페이서(28)를 매개로 형성된 그라우팅관(10) 내의 각 격실(50)과 연통되도록 다수 개의 홀(36)이 천공되어 구성된다.

이때, 상기 배출관(34) 외면의 홀(26) 주변에는 그라우팅재(200)의 유입이 방지되면서 공기 및 지하수만이 홀(36) 측으로 유입될 수 있도록 천부재나 망사부재 등으로 이루어진 필터(38)가 덧씌어져 구성됨이 바람직하다.

한편, 본 발명의 실시예에서, 상기 그라우팅관(10)은 그 직경이 대략 60밀리미터[mm] 또는 120[mm] 내외로 이루어진 12미터[m]의 길이의 강관으로 이루어지는 한편, 이에 맞춰 상기 그라우팅관(10) 내부의 공간부를 분할하는 다수 개의 스페이서(20)는 그라우팅관의 개방구와, 개방구로부터 대략 3미터[m], 6미터[m], 9미터[m]에 이르는 지점에 각각 한 쌍씩 발포우레탄(26)을 매개로 견고하게 고정 설치되어 구성된다.

상기 그라우팅관(10) 내부에 그라우팅재(200)의 주입을 위해 설치되는 네 개의 주입관(30)은 상기 그라우팅관(10)의 개방구로부터 대략 10.5미터[m], 7.5미터[m], 4.5미터[m], 1.5미터[m] 지점에 그 단부가 위치되도록 설치되며, 상기 배출관(34)은 상기 그라우팅관(10)의 폐쇄된 단부 측에 형성되는 격실(50) 내에 그 단부가 위치되도록 설치되어 구성된다.

또한, 상기 스페이서(20) 및 보조 스페이서(28)에는 다수 개의 보조홀(21)이 천공된 상태에서, 동일선상에 위치된 다수 개의 보조홀(28)을 순차적으로 관통한 상태로 일정 길이의 호스나 열선 등으로 이루어진 열공급부재(60)가 그라우팅관(10) 내에 길이방향을 따라 인입된 후 인출되도록 설치되어 구성되며, 이에 그라우팅재(200)의 주입 완료 후 호스를 통한 스팀이나 온수주입, 전기공급을 통한 열선의 동작 등을 매개로 한 고온의 열공급을 통해 주입된 그라우팅재의 신속한 양생이 이루어질 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 스페이서(20) 및 보조 스페이서(28)에는 각각 4개씩의 보조홀(21)이 동일한 구조로 천공되며, 이에 두 개의 보조홀은 한 쌍의 스페이서(20) 상호 간 또는 한 쌍의 보조 스페이서 상호 간을 결합시키는 볼트체결 용도로 사용되며, 두 개의 보조홀은 상기 열공급부재(60)의 인입 및 인출 용도로 사용될 수 있게 된다.

상기 패커(40)는 상기 스페이서(20)의 설치지점과 대응되는 그라우팅관(10)의 외주면에 설치되는 것으로서, 폴리에스테르 등의 특수재질로 이루어진 상태에서, 상기 그라우팅관(10)의 외주면과 소정 공간부를 형성하면서 밀폐된 구조를 갖도록 설치되어 제공된다.

이에, 각 주입관(30)을 통해 주입된 그라우팅재(200)가 각 패커용 분출홀(14)을 통해 분출됨에 따라, 상기 그라우팅관(10)의 외주면과 패커(40) 내면 사이의 공간부가 채워지면서 상기 패커(40)의 외면은 팽창된 상태로 해당 천공홀(110)의 내벽에 밀착될 수가 있게 된다.

이어, 상술한 바와 같이 이루어진 본 발명에서의 터널 보강용 그라우팅 장치를 이용한 그라우팅 작업과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 터널 보강용 그라우팅 장치를 이용한 지반의 보강작업을 위해서는, 먼저 터널 보강용 그라우팅 장치의 시공을 위한 지반(100)의 굴착면 일정 지점에 일정 깊이 및 직경을 갖도록 천공홀(110)을 일정 기울기로 천공한 후, 각 천공홀(100) 내에는 본 발명에 따른 특정 구조의 그라우팅 장치를 삽입 설치한다(도 6a의 (가)).

상기 천공홀(110) 내에 그라우팅 장치의 설치가 완료되면, 각 주입관(30)을 통한 그라우팅재(200)의 주입과정이 진행되게 되는데, 먼저 최상단 측에 단부가 위치하는 최장 길이의 주입관부터 점차적으로 길이가 짧은 주입관으로 순차적으로 그라우팅재(200)의 주입이 이루어지게 된다(도 6a 내지 도 6d).

각 주입관(30)에 그라우팅재(200)가 주입되면, 해당 주입관(30)과 연통되는 패커용 분출홀(14)과 대응되는 위치에 설치된 패커(40)가 먼저 팽창되고, 해당 패커(40)를 매개로 격리된 천공홀(110) 내의 일정 공간에 그라우팅관(10)으로부터 분출되는 그라우팅재(200)가 채워지게 된다.

즉, 각 주입관(30)을 통한 그라우팅재(200)의 주입에 따라, 주입된 그라우팅재는 해당 주입관(30)과 그라우팅관(10)의 일정 지점에 연통되게 천공된 패커용 분출홀(12)을 통해 대응되는 지점의 패커(40)를 팽창시키는 과정이 진행되고(도 6a의 (나)), 그 후 해당 패커(40)의 팽창이 완료되면 주입관(30)의 내부압력 증가에 따라 그 단부 측에 설치된 차폐부재(32)가 개방되는 과정이 진행되게 된다(도 6a의 (다)).

또, 상기 차폐부재(32)의 개방에 따라, 그라우팅관(10) 내부의 해당 공간 내에 그라우팅재(200)가 완전히 채워지면 그라우팅재(10)가 분출홀(12)을 통해 그라우팅관 외부의 천공홀(100) 측으로 분출되면서 팽창된 패커(40) 상측부분에 해당하는 천공홀(110) 내에 적층되며 채워지게 된다.

이때, 상기 그라우팅재(200)가 적층되면서 천공홀(110) 내부의 공간이 축소됨에 따라, 천공홀(110)의 해당 공간 내에 존재하는 공기 및 지하수 등은 해당 공간 상측에 위치하는 그라우팅관(10)의 유입홀(16)을 통해 관 내부로 유입되면서 보조 스페이서(28)를 매개로 형성된 격실(50) 내부로 유도되게 되며, 해당 격실(50) 내부로 유입된 공기 및 지하수 등은 배출관(34)의 홀(36) 측으로 유도되어 외부로 배출될 수 있게 된다(도 6a의 (라)).

그리고, 상기 패커(40)를 통해 분할된 천공홀(110)의 일정 공간이 모두 채워짐과 아울러, 상기 보조 스페이서(28)를 매개로 형성된 격실(50) 내부에도 그라우팅재가 유입되어 채워짐에 따라, 소정 주입관(30)을 매개로 주입되는 그라우팅재(200)는 한 쌍의 스페이서(20)를 매개로 분할된 그라우팅관(10) 내부의 일정 공간 및 격실(50), 그와 대응되는 패커(40)와 상기 패커에 의해 분할된 천공홀(110) 내의 일정 공간 모두에 완전히 채워질 수 있게 된다(도 6a의 (마)).

상술한 바와 같은 과정을 통해, 상기 그라우팅관(10)의 최상단 측에 위치한 패커(40) 및 천공홀(110) 내에 그라우팅재가 채워진 후에는 순차적으로 각각의 주입관(30)에 그라우팅재(200)를 주입함에 따라, 도 6b 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 그 하측의 패커(40) 및 천공홀(110)에도 동일한 과정으로 그라우팅재(200)가 채워질 수 있게 된다.

또한, 다수 개의 주입관(30)을 통한 그라우팅재(200)의 주입을 통해 다수 개의 패커(40) 및 그라우팅관(10), 상기 그라우팅관(10)이 설치된 천공홀(110) 내에 그라우팅재(200)가 모두 채워지면, 그라우팅관(100) 중앙의 배출관(34)에도 그라우팅재를 주입한 후 개방된 주입구를 마감 처리하므로서, 특정 구조의 그라우팅 장치를 통한 해당 지반 주변의 그라우팅 작업이 완료되게 된다(도 6d의 (마)).

이때, 상기 그라우팅관(10)을 통한 그라우팅 작업 시에는 해당 천공홀(110) 내에 잔존하는 공기 및 지하수 등이 그라우팅관(10) 내부의 배출관(34)을 통해 원활하게 외부로 배출됨에 따라, 천공홀(110) 내부 및 그 주변에 보다 견고하게 그라우팅재(200)가 채워지면서 지반의 보강력 및 차수효과가 극대화될 수 있게 되는 것이다.

추가적으로, 상기 그라우팅관(10) 내부에 일정 길이의 호스나 열선 등으로 이루어진 열공급부재(60)를 설치한 상태에서, 상기 열공급부재(60)를 통해 고온의 열을 그라우팅관(10) 내부에 공급함에 따라, 그라우팅관(10) 내부 및 천공홀(100) 주변에 채워진 그라우팅재의 양생시간을 대폭적으로 단축시킬 수가 있게 된다.

한편, 본 발명에서 기재된 내용과 다른 변형된 실시예들이 돌출 된다고 하더라도 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 내에 속하게 됨은 물론이다.

10: 그라우팅관, 11: 우레탄 주입홀,
12: 분출홀, 14: 패커용 분출홀,
16: 유입홀, 20: 스페이서,
21: 보조홀, 22: 관통홀,
24: 끼움홈, 26: 발포우레탄,
28: 보조 스페이서, 30: 주입관,
32: 차폐부재, 34: 배출관,
36: 홀, 38: 필터,
40: 패커, 50: 격실,
60: 열공급부재, 100: 지반,
110: 천공홀, 200: 그라우팅재.

Claims

지반의 일정 지점에 천공된 천공홀 내에 설치된 후 외부로부터 주입되는 그라우팅재의 분출을 통해 해당 천공홀 주변의 지반을 보강하는 것으로서;
일단이 폐쇄된 일정 길이의 강관으로 이루어져, 그 몸체의 일정 지점에는 내부로 주입되는 그라우팅재의 분출을 위한 다수 개의 분출홀 및 패커용 분출홀이 천공되는 그라우팅관과;
상기 그라우팅관의 내주면 직경과 대응되는 직경의 원통형상으로 이루어져, 상기 그라우팅관의 내부에 고정 설치되어 그라우팅관의 내부 공간부를 분할하는 다수 개의 스페이서와;
상이한 길이를 갖는 각각의 관으로서, 상기 스페이서를 매개로 그라우팅관 내부에 고정 설치되되, 상기 그라우팅관 외부에 설치되는 각 패커와 연통되도록 패커용 분출홀이 천공되어, 상기 패커용 분출홀과 대응되는 패커 및 상기 스페이서로 분할된 해당 공간부 내에 그라우팅재가 채워지도록 하는 다수 개의 주입관과;
각 주입관의 단부를 폐쇄시켜 주입되는 그라우팅재가 패커용 분출홀을 통해 분출되도록 하고, 일정 압력 이상이 가해짐에 따라 개방되면서 주입되는 그라우팅재가 그라우팅관 내부의 분할된 공간부에 채워지도록 하는 차폐부재 및;
상기 스페이서의 설치지점과 대응되는 그라우팅관의 외주면에 각각 설치되어, 대응되는 주입관을 통한 소정 그라우팅재의 분출에 따라 팽창되면서 천공홀 내벽에 밀착되는 다수 개의 패커를 포함하여 구성된 것;을 특징으로 하는 터널 보강용 그라우팅 장치.
제 1항에 있어서,
상기 그라우팅관의 내부 공간을 분할하도록 각 지점에 설치되는 상기 스페이서는 한 쌍씩의 부재가 5 내지 30센티미터의 간격을 갖도록 설치되고, 그 사이에는 발포우레탄이 채워져 해당 공간을 완전히 밀폐시키도록 구성되며, 상기 발포우레탄이 채워진 지점에는 상기 주입관의 패커용 분출홀 및 그라우팅관의 패커용 분출홀이 연통되게 천공되어 구성된 것을 특징으로 하는 터널 보강용 그라우팅 장치.
제 1항에 있어서,
상기 그라우팅관 내부 공간을 분할하는 각 스페이서와 일정 거리 이격된 지점에는 각각 보조 스페이서가 추가로 설치되어 별도의 격실을 형성하도록 구성되고,
상기 격실과 대응되는 그라우팅관에는 공기 및 지하수가 천공홀로부터 유입되는 유입홀이 천공되며,
상기 그라우팅관의 중앙에는 각 격실과 연통되게 홀이 천공된 배출관이 길이방향을 따라 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 터널 보강용 그라우팅 장치.
제 3항에 있어서,
상기 배출관의 외면에는 공기 및 지하수의 배출을 위한 필터가 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 터널 보강용 그라우팅 장치.
제 1항에 있어서,
상기 스페이서 및 보조 스페이서는 원형상의 단면 중앙에 배출관이 관통 결합되는 관통홀이 형성되고, 그 외주면에 걸쳐서는 네 개의 주입관이 각각 결합되는 네 개의 끼움홈이 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 터널 보강용 그라우팅 장치.
제 5항에 있어서,
상기 스페이서 및 보조 스페이서 중앙의 관통홀에는 금속재질의 사각 파이프로 이루어진 배출관이 관통 설치됨과 아울러, 상기 네 개의 끼움홈에는 길이가 상이한 PVC 재질의 전선관이 각각 관통 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 터널 보강용 그라우팅 장치.
제 1항에 있어서,
상기 그라우팅관은 12미터[m]의 길이로 이루어지고,
상기 그라우팅관 내부의 공간부를 분할하는 다수 개의 스페이서는 그라우팅관의 개방구와, 개방구로부터 3미터[m], 6미터[m], 9미터[m]에 이르는 지점에 각각 한 쌍씩 위치되도록 설치되며,
그라우팅재의 주입을 위한 각 주입관은 그라우팅관의 개방구로부터 10.5미터[m], 7.5미터[m], 4.5미터[m], 1.5미터[m] 지점에 그 단부가 위치되도록 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 터널 보강용 그라우팅 장치.
제 1항에 있어서,
상기 스페이서 및 보조 스페이서에는 다수 개의 보조홀이 천공되고,
동일선상에 위치된 다수 개의 보조홀을 순차적으로 관통한 상태로 일정 길이의 호스나 열선으로 이루어진 열공급부재가 그라우팅관 내에 길이방향을 따라 설치되어, 그라우팅재의 주입 후 고온의 열공급을 통해 신속한 양생이 이루어질 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 터널 보강용 그라우팅 장치.
지반 보강을 위한 특정 위치에 일정 깊이 및 직경을 갖도록 천공홀을 형성하는 단계와;
상기 천공홀 내에 그라우팅 장치를 삽입 설치하는 단계와;
상기 그라우팅 장치가 설치된 상태에서, 최상단 측에 단부가 위치하는 주입관을 통해 그라우팅재를 주입하여, 해당 주입관의 패커용 분출홀과 대응되게 설치된 패커를 팽창시킨 후, 해당 패커 상측의 천공홀 내에 그라우팅관으로부터 분출되는 그라우팅재가 채워지도록 하는 단계와;
최상단 측의 패커 및 천공홀 내에 그라우팅재가 채워진 후, 순차적으로 그 하측의 패커 및 천공홀에 그라우팅재가 채워지도록 각각의 주입관에 그라우팅재를 주입하여, 최하단 측의 패커 및 천공홀까지 그라우팅재가 모두 채워지도록 하는 단계 및;
다수 개의 주입관을 통한 그라우팅재의 주입을 통해 해당 천공홀 내에 그라우팅재가 모두 채워지면, 그라우팅관 중앙의 배출관에 그라우팅재를 주입한 후 개방된 주입구를 마감 처리하는 단계의 과정으로 진행되는 것;을 특징으로 하는 터널 보강용 그라우팅 장치를 이용한 그라우팅 공법.
제 9항에 있어서,
각각의 주입관을 통한 그라우팅재의 주입 시에는,
주입된 그라우팅재가 패커용 분출홀을 통해 대응되는 지점의 패커를 팽창시키는 과정과,
상기 패커의 팽창에 따라 주입관 내부의 압력이 증가되면서 단부 측에 설치된 차폐부재가 개방되는 과정과,
상기 차폐부재가 개방되면, 그라우팅관 내부의 해당 공간 내에 그라우팅재가 채워진 후, 분출홀을 통해 그라우팅재가 천공홀 측으로 분출되면서 팽창된 패커 상측부분으로 적층되며 채워지는 과정과,
상기 그라우팅재의 적층과 동시에 천공홀의 해당 공간 내에 존재하는 공기 및 지하수가 그라우팅관의 유입홀을 통해 관 내부로 유입되면서 보조 스페이서를 매개로 형성된 격실로 유도된 후 배출관을 통해 외부로 배출되는 과정 및,
상기 패커로 분할된 천공홀의 해당 공간이 모두 채워지고, 격실 내부에도 그라우팅재가 유입되어 채워지는 과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 터널 보강용 그라우팅 장치를 이용한 그라우팅 공법.