KR20210111018A - 터널 그라우팅 보강공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 보강 그라우팅 공법에 관한 것이다. 그라우팅 공법에서는 보강하고자 하는 지반에 공홀을 굴착하고 강관을 삽입한 후, 천공홀 내에 씰재를 충진한다. 씰재가 겔 상태로 경화되면 그라우트재를 지반에 주입하여 지반을 보강하게 된다.
본 발명은 천공홀에 주입하는 벤토나이트 재의 조성을 새롭게 하여 공기를 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 벤토나이트의 팽윤성을 충분히 보장할 수 있도록 한다.
또한 천공홀에 적어도 하나의 회전봉을 삽입하여 씰재의 경화 여부를 물리적으로 모니터링할 수 있도록 하여 그라우팅 보강공법을 보다 안정적으로 적용할 수 있다.

Description

터널 그라우팅 보강공법{TUNNEL GROUTING REINFORCEMENT METHOD}

본 발명은 터널 시공방법에 관한 것으로서, 특히 NATM 공법에 의하여 터널을 시공할 때, 터널의 배면에 그라우트액을 주입하여 지반을 보강하는 터널 그라우팅 보강공법에 관한 것이다.

강도와 자립도가 낮은 연약 지반에서 터널을 굴착할 때에는 굴착과 함께 지반을 보강해야 한다. 이러한 보강방법으로 가장 널리 사용되는 것이 그라우팅 공법이다. 터널 보강을 위한 그라우팅 공법은 터널 굴착 전에 그라우트재를 터널의 배면의 지반에 주입하여 원지반의 강도를 증대시킴으로써 터널 굴착면을 안정화시키고 붕괴를 방지한다.

터널 그라우팅 보강공법들 중 가장 널리 사용되는 강관다단 그라우팅 공법이 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 도 1은 전체 공정과 함께 터널의 길이방향의 단면을 도시한 것이다. 도 2는 터널이 막장면을 전방에서 촬영한 사진이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 강관다단 그라우팅 공법은 굴착 예정인 터널 막장면에서 천공을 수행한다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 아치형 터널의 경우 아치(크라운부)를 따라 연속적으로 천공을 수행한다. 천공이 수행된 지반은 터널 형성 후 터널의 배면 영역이 된다. 천공 각도는 대략 5~10도 정도로 형성한다. 천공 후에는 다수의 분사공이 형성되어 있는 강관을 천공홀에 삽입하고 씰재(seal material) 주입관을 설치한다. 다만, 실재 주입관은 강관의 외측에 별도로 설치할 수도 있지만, 실재를 강관을 통해 주입할 수도 있다. 그리고 천공홀 전단을 밀폐하는 코킹 작업을 수행한다.

천공홀이 밀폐되면 천공홀 내벽과 강관 사이의 공간에 실재를 주입하여 겔 상태로 경화시킨다. 이후 강관을 통해 그라우트재(주입재)를 가압하여 공급하면, 주입재는 겔 상태로 경화된 실재를 관통하면서 지반으로 주입되어 지반 내 균열을 메우고 지반을 일체화시켜 강도를 강화시킨다. 그라우트재가 경화되면 막장면을 발파하여 굴착한다. 지반 보강을 수행하였는 바, 발파 과정에서 천정이 붕괴되는 등의 원치 않는 사고를 방지할 수 있고, 발파 설계에 따른 안정적 발파 굴착이 가능하다.

강관다단 보강은 터널의 진행방향을 따라 연속적으로 수행되며, 강관은 대략 12m 정도를 사용하는데, 강관 설치시 길이방향을 따라 일부가 겹치게 설치하므로, 최종적으로 강관이 설치된 모습은 도 3에 도시된 바와 같다.

상기한 강관다단 그라우팅 공법을 적용하는데 있어서 가장 큰 기술적 이슈 중 하나는 씰재에 관한 것이다.

씰재는 강관과 천공홀 사이에 주입되어 겔화됨으로써 추후 그라우트재가 지반에 밀실하게 주입되게 하는 기능을 수행한다. 위 기능이 제대로 발현되기 위해서 씰재에 요구되는 기능은 아래와 같다.

씰재는 유동성이 충분하여 강관과 천공홀 사이로 용이하게 주입될 수 있어야 하지만, 주입 후에는 빠른 시간 내에 겔화되어 그라우트재가 주입할 수 있는 조건을 형성해야 한다. 씰재가 느리게 겔화되면 본 주입재인 그라우트재를 주입할 수 없으므로 공기가 지연되는 문제가 있다.

씰재의 겔화는 유동성이 저하되어 더 이상 흐르지 않는 상태를 말하며, 이 상태의 씰재는 그라우트재를 주입할 때에 그라우트재와 섞이지 않아 그라우트재가 지반으로 원활히 주입될 수 있도록 한다. 씰재의 겔화가 이루어지지 않은 상태에서 그라우트재를 주입하면 씰재와 그라우트재가 혼합되어 그라우트재의 성능이 떨어지고, 주입압이 원하는 부위로의 집중되지 못하고 천공홀 전체로 소산되어 원하는 주입을 할 수 없게되는 단점이 있다.

그라우트재는 씰재의 겔화 이후 경화가 이루어지기 전까지만 주입이 가능하므로, 씰재는 겔화 이후 경화에 이르기까지 충분한 시간을 가져야 한다.

또한 씰재는 블리딩 또는 재료분리에 의하여 2차 공극이 형성되지 않아야 한다. 일반적으로 천공홀은 상방으로 경사지게 형성되는데, 씰재의 재료 분리로 인하여 천공홀의 상측에는 물만 남고 하측에 고형분이 모여 2차 공극이 발생하기 때문이다.

종래에는 씰재로 시멘트와 벤토나이트와 물을 혼합하여 사용하였다. 벤토나이트의 팽윤성을 이용하여 천공홀에 주입후 씰재가 급격하게 팽창하여 겔 상태로 경화될 수 있기 때문이다. 또한 시멘트는 벤토나이트의 유동성을 억제시킬 수 있기 때문에 씰재에 포함시켰다.

그러나 벤토나이트와 실재를 주재료로 하는 종래의 씰재는 시멘트 내 칼슘 성분이 벤토나이트에 흡착되면서 벤토나이트의 팽윤성을 저하시키는 문제가 발생하는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위하여 종래에는 벤토나이트와 물을 먼저 교반한 후 시멘트를 교반하여 주입하는 방법을 사용하기도 하였는데, 이 경우 씰재에서 물비가 너무 높아져서 경화 시간이 지연될 뿐만 아니라 블리딩이 발생하여 빈공간(2차 공극)이 발생하는 우려가 있다. 또한 이런 경우에 경화시간을 앞당기기 위하여 규산소다를 첨가하기도 하는데 씰재의 경화강도가 높아져 추후 그라우트재의 주입에 문제가 되기도 하며, 장기적으로 볼 때에는 규산소다가 지하수에 의하여 용탈되어 주변 수계에 영향을 미치는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 주입이 용이할 뿐만 아니라, 블리딩이 방지되고, 3시간 이내에 경화되는 씰재를 사용함으로써 공기를 단축시키고 안정적인 지반보강이 가능한 그라우팅 보강공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

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

Comment:

"과제의 해결수단"은 특허문서의 형식적 요건입니다. 내용은 특허청구범위를 그대로 복사하는 부분입니다. 따라서 여기서 검토하실 필요는 없고, 뒤에 나오는 특허청구범위를 꼼꼼하게 검토해 주시면 됩니다. 여기서는 그냥 패스하세요.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 그라우팅 보강공법은,

(a)지반에 천공홀을 형성하고, 상기 천공홀에 강관을 삽입설치한 후, 상기 강관과 천공홀 사이를 코킹하는 단계;

(b)상기 강관과 천공홀 사이에 씰재를 주입 및 경화시키는 단계;

(c)상기 강관을 통해 그라우트재를 주입하여, 상기 그라우트재가 상기 씰재를 통해 지반에 주입 및 경화되는 단계:를 포함하여,

상기 씰재는 벤토나이트 10~30중량%, 칼슘알루미네이트 5~10중량%, 칼슘설포알루미네이트 5~10중량%, 시멘트 40~70중량%, 황산이온공급제 3~8중량% 및 첨가제 1~5중량%을 포함하는 것에 특징이 있따.

본 발명에 따르면, 상기 황산이온공급제는 무수석고를 사용할 수 있다.

그리고 기 첨가제는 팽창제와 응결조절제 중 어느 하나 또는 이들을 혼합한 것을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 예에서, 일방향으로 길게 배치되는 봉과, 상기 봉의 하단에 절곡되어 형성되는 마찰부로 이루어진 회전봉을 마련하여, 상기 회전봉의 선단부는 상기 천공홀의 외부에, 상기 마찰부는 천공홀의 내부에 배치하여,

상기 씰재를 주입한 후 사전에 설정된 시간이 경과된 후 상기 회전봉을 회전시켜 보아 마찰 정도에 따라 상기 씰재의 경화여부를 확인하는 단계를 더 구비할 수 있다.

특히, 상기 회전봉을 복수 개 설치하되, 하나의 회전봉의 마찰부는 상기 천공홀의 상부에 배치되도록 하고, 다른 하나는 천공홀의 중앙/하부에 배치되도록 한다. 재료분리가 일어나는 경우 천공홀 상부가 물로 채워져 경화되지 않는 바, 상기 씰재의 재료분리 여부를 확인할 수 있다.

본 발명에서는 천공홀에 충진되는 벤토나이트와 시멘트가 혼합된 보통의 씰재에 칼슘알루미네이트, 칼슘설포알루미네이트 및 무수석고를 첨가한 점에 특징이 있다.

본 발명에서 사용하는 씰재는 물과 반응하여 급격하게 에트링자이트를 형성함으로써 시멘트 내 칼슘을 소모함으로써 벤토나이트의 팽윤성을 충분히 보장할 수 있다는 이점이 있다.

또한 에트링자이트가 급격하게 형성되어 벤토나이트 입자 사이에 개재되어 씰재가 매우 빠른 시간 내에 겔 상태로 경화됨으로써, 보다 빨리 그라우트재를 주입할 수 있다는 이점이 있다. 즉 씰재의 경화시간을 단축시켜 그라우팅 보강공법에서 가장 문제가 되는 공기단축의 문제를 일부 해결할 수 있다는 이점이 있다.

또한 천공홀 내부에 회전봉을 설치하여 씰재의 경화여부를 물리적으로 확인함으로써 보다 안정적으로 그라우팅 공법을 적용할 수 있다. 더 나아가 회전봉을 통해 천공홀 내부에서 씰재의 재료 분리 여부도 확인가능하다는 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 터널 보강 그라우팅 공법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 터널 보강 그라우팅 공법이 수행되는 막장면을 촬영한 사진이다.
도 3은 터널의 길이방향을 따라 연속적으로 강관이 설치된 모습을 나타낸 것이다.
도 4는 벤토나이트의 재료적 특징을 설명하기 위한 개략적 그림이다.
※ 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 터널 보강을 위한 그라우팅 공법, 특히 강관을 설치하여 그라우트재를 주입하는 강관다단 그라우팅 공법에 관한 것이다.

그러나 본 발명이 반드시 터널 보강용 그라우팅 공법에만 한정되는 것은 아니며, 사면 보강을 포함하여 강관을 지반에 삽입하고 그라우트재를 주입하여 지반을 보강하는 모든 그라우팅 공법에 적용할 수 있다는 점을 미리 밝혀둔다. 즉 본 발명의 명칭은 예시적인 것이며, 그 명칭에도 불구하고 본 발명은 지반 보강을 위한 모든 그라우팅 공법에 적용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 예에 따른 터널 보강 그라우팅 공법에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 예에 따른 터널 보강 그라우팅 공법은 보편적인 그라우팅 공법을 따른다.

먼저 터널의 크라운부를 따라 복수의 천공홀을 형성한다. 천공홀은 도 3에 도시된 바와 같이 상향으로 경사지게 형성하며 대략 12m 수준이다. 물론 경사와 길이는 환경과 조건에 따라 달라질 수 있다.

천공홀을 형성한 후에는 강관을 삽입설치하며, 씰재를 주입할 수 있는 주입관을 별도로 설치할 수 있다. 물론 별도의 씰재 주입관이 없이 강관을 통해 씰재를 주입할 수도 있다. 그리고 강관은 다양한 형태와 구성을 사용할 수 있다. 예컨대, 강관다단 공법을 적용하도록 팩커가 설치되어 있는 강관을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 출원인의 특허 제10-772684호에 기재된 복합 강관을 사용할 수 있다. 본 발명에서 강관의 구성과 형태는 제한하지 않는다. 본 발명의 일 예에서는 씰재의 경화 정도를 확인하기 위한 구성을 포함할 수 있는데 이에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.

강관과 씰재 주입관을 설치한 후에는 천공홀과 강관 사이을 밀폐하는 코킹작업을 수행한다. 코킹을 통해 천공홀 내부는 밀폐된다.

장비 설치가 완료되면 강관과 천공홀 내벽 사이로 씰재를 주입하여 경화시킨다.

본 발명에서는 씰재의 조성에 특징이 있는데, 본 발명에서 사용하는 씰재는 KSF2432에 의한 흐름시험결과가 20초 이내로 매우 유동성이 좋아 빠른 시간안에 주입이 가능하며, 주입 후 3시간 이내에 겔화되어 흐름이 정지되며, 블리딩을 5% 이내로 제한할 수 있도록 한다. 이는 씰재의 조성에 의해서 달성되는데 이에 대해서는 뒤에서 자세하게 설명한다.

씰재를 주입 후 겔 상태로 경화가 이루어지면, 강관을 통해 그라우트재를 주입한다. 홀 전체에 대해서 한 번에 주입할 수도 있으며, 팩커를 이용하여 천공홀의 일부를 밀폐시킨 상태에서 다단으로 그라우트재를 주입할 수도 있다.

그라우트재는 강관으로부터 배출된 후 겔 상태의 씰재를 압력으로 파열시키면서 씰재를 통과한 후 지반의 절리와 공극으로 주입된다. 절리와 공극을 메운 그라우트재가 경화되면 강관과 지반을 일체화시킴으로써 지반의 강도를 보강한다.

상기한 과정으로 이루어진 그라우팅 공법은 주지의 방법이며, 또한 본 발명 역시 다양한 변형된 형태의 기존의 그라우팅 공법에 적용 가능하다. 이에 공법 자체에 대한 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는 본 발명의 핵심적인 특징에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 중요한 특징은 본 발명에서 사용하는 씰재의 독특한 조성과 이러한 조성에 따라 발현되는 씰재의 기능에 있다.

본 발명에서 사용하는 씰재는 벤토나이트 10~30중량%, 칼슘알루미네이트 5~10중량%, 칼슘설포알루미네이트 5~10중량%, 시멘트 40~70중량%, 황산이온공급제 3~8중량% 및 첨가제 1~5중량%로 이루어진다. 여기서 첨가제는 다양하게 구성될 수 있는데, 팽창제(수축방지)와 응결조절제(겔화 촉진 및 이상응결 방지)가 사용될 수 있다. 여기서, 이온 공급제로서 무수석고 및 이수석고, 반수석고, 소듐설페이트, 포타슘설페이트가 사용될 수 있다.

기존의 씰재와 비교하면 칼슘알루미네이트, 칼슘설포알루미네이트 및 황산이온공급제가 포함되어 있다는 점에서 차이가 있다.

씰재에서 벤토나이트를 사용하는 이유는 팽창성과 손쉽게 겔 상태를 발현하기 위한 것이다. 씰재의 가장 기본적인 목적은 그라우트재를 주입할 때 그라우트재가 천공홀에서 역류하는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉 천공홀을 채우기 위한 것이다. 그런데 시멘트 등으로만 채우게 되면 겔화 속도가 느려 그라우트 주입이 지체되고, 블리딩 발생으로 2차공극이 형성되며, 겔화된 후의 강도가 너무 강해서 추후 그라우트재 주입에 어려움이 있다. 이에 벤토나이트와 같은 팽창성 물질을 이용하여 천공홀을 채우면서도 겔 상태 정도의 약한 강도를 발현시키는 것이다.

벤토나이트는 4면체-8면체-4면체 광물 결정이 연속적으로 배열된 판상의 구조로 이루어지며, 도 4에 도시된 바와 같이, 판상 구조체가 여러겹 적층되어 이루어진다. 이렇게 적층된 판과 판 사이에 물 분자가 흡착되면서 벤토나이트는 팽윤(swelling)하여 부피가 급격하게 증가한다. 부피 증가에 의해서 천공홀이 채워지는 것이므로 강도는 겔 상태로 낮게 나타난다. 그리고 벤토나이트의 부피가 증가하면 점도도 함께 증가하지만 유동성은 계속 유지된다. 유동성을 억제하여 흐르지 않는 겔 상태를 만들기 위해서 시멘트를 첨가하게 된다. 물과 반응하여 형성되는 시멘트 수화물은 벤토나이트 입자 사이에 침전하면서 벤토나이트 입자를 구속하여 유동성을 억제한다. 또한 시멘트는 지속적으로 수화되어 천공홀의 장기강도(그라우트재 주입후)를 향상시키는 역할을 한다.

기존의 그라우팅용 씰재는 상기한 바와 같은 이유로 벤토나이트와 시멘트 및 물을 혼합하여 사용하였다. 여기서 한 가지 문제가 발생한다. 도 4에 도시된 바와 같이 벤토나이트의 판과 판 사이에는 물과 함께 양이온이 흡착되는데, Na과 같은 1가 양이온이 흡착되는 것이 팽창하는데 유리하다. 반면에 Ca와 같은 2가 이온이 흡착하면, 2가 이온은 전기적 인력이 1가 이온보다 강하기 때문에 벤토나이트의 판과 판 사이가 덜 벌어지며, 결과적으로 팽윤성이 떨어진다. 벤토나이트 역시 Ca계 벤토나이트가 있고 Na계 벤토나이트가 있는데, 철도시설관리공단에서는 씰재에서 Na계 벤토나이트를 사용하도록 규정하고 있다. 그러나 Na계 벤토나이트를 사용하더라도, 시멘트를 첨가하게 되면 시멘트 내 Ca이 벤토나이트에 기흡착되어 있는 Na을 치환함으로써 Ca계 벤토나이트로 전환시켜 버린다. 이에 따라 씰재의 팽창성이 저하되는 문제가 발생했던 것이다. 이를 해결하기 위하여 벤토나이트와 물을 먼저 교반한 후, 나중에 시멘트를 첨가하는 등의 해결책이 제시되었지만 종래기술에서 설명한 바와 같이 이는 또 다른 문제를 나타내곤 하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 칼슘알루미네이트, 칼슘설포알루미네이트와 무수석고를 씰재에 혼합 사용하였다.

칼슘알루미네이트(CA)는 일반적으로 아래와 같은 반응을 통해 시멘트의 강도 발현에 기여한다.

CA + H = CAH₁₀

C₁₂A₇ + H = C₂AH₈ + AH₃

그러나 칼슘설포알루미네이트는 황산이온이 존재하는 조건에서는 수십 초 내에 에트링자이트(3C₆AS₃H₃₂) 결정을 생성하게 된다. 즉 급격하게 에트링자이트를 만들어내면서 칼슘 이온을 소비함으로써 벤토나이트 내 나트륨이 칼슘으로 치환되지 않게 함으로써 벤토나이트의 팽윤성이 충분히 발현되도록 한다.

칼슘설포알루미네이트도 칼슘알루미네이트와 마찬가지로 황산이온의 존재하에서 급격하게 에트링자이트 결정을 만들어낸다.

황산이온 공급재로서 무수석고및 이수석고, 반수석고, 소듐설페이트, 포타슘설페이트를 사용할 수 있다.

또한 본 발명에서 사용하는 씰재는 위에서 설명한 것처럼 물과 반응하는 초기에 에트링자이트 결정을 급격하게 형성하고, 에트링자이트 결정이 벤토나이트 입자들 사이에 개재됨으로써 벤토나이트의 유동성을 억제한다. 이에 따라 종래의 씰재에 비하여 씰재가 훨씬 빨리 정지되고 겔화된다는 특징이 있다.

종래의 씰재에서는 벤토나이트의 유동성을 막기 위한 시멘트 수화물은 주로 CSH로서 씰재가 더 이상 이동하지 않고 겔화되기까지 20시간 이상이 소요되었기 때문에 철도시설관리공단 등에서는 씰재의 양생시간을 23±1시간으로 정하였다.

그러나 본 발명에서 사용하는 씰재의 경우 수십초만에 에트링자이트가 형성되어 벤토나이트의 유동성을 억제하는 바, 본 주입재(그라우트재)를 보다 일찍 주입할 수 있는 바, 공기가 단축되는 이점이 있다.

즉, 본 발명에서 사용하는 씰재가 벤토나이트와 시멘트 및 물을 혼합하는 것을 기존과 동일하지만, 칼슘알루미네이트와 칼슘설포알루미네이트 및 무수석고를 추가적으로 용하여 에트링자이트 결정을 형성시킨다는 점에서 차이가 있다.

물론 종래에도 칼슘설포알루미네이트를 씰재에 일부 혼입하기도 하지만 이는 씰재가 경화하는 과정에서 부피변화를 방지하는 기능을 하는 것으로서 본 발명에서의 기능과 차이가 있다. 본 발명에서는 칼슘알루미네이트와 칼슘설포알루미네이트가 단지 사용되는 것이 아니라, 무수석고와 함께 사용되었을 때 본 발명에서 의동한 기능을 달성할 수 있다.

한편, 위에서 언급된 씰재 재료 100중량부에 대하여 물을 150~200 중량부의 범위로 배합한다. 씰재 재료의 비중이 2.8~3,0 정도이고, 씰재 재료 100중량부에 대하여 물(비중 1)을 200중량부로 배합하는 경우를 무게로 환산하면, 씰재 430kg에 물 860L를 혼합하는 결과가 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 씰재의 독특한 조성으로 인하여 종래의 씰재에서 문제가 되었던 벤토나이트의 팽창성이 저하되는 문제 또는 벤토나이트와 물을 먼저 혼합해야 하는 문제를 모두 해결하였으며, 벤토나이트의 팽윤성을 충분히 발현할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 씰재 내에서 에트링자이트가 급격하게 형성되어 벤토나이트의 유동성을 억제하고 겔화를 촉진함으로써 그라우트재를 보다 빨리 주입할 수 있는 바 공기단축에 이점이 있다. 강관다단 그라우팅 공법을 적용함에 있어서 언제나 기술적 이슈가 되는 공기단축의 문제를 본 발명에 의하여 일부 해결할 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 본 발명에서는 본 주입재를 주입하기 전에 씰재가 충분히 겔 상태로 경화되었는지를 확인하기 위한 기구적 구성을 마련한데 또 다른 특징이 있다.

본 발명에서는 독특한 조성의 씰재를 활용하여 벤토나이트의 팽윤성을 최대한 보장하고, 아울러 씰재의 경화 시간을 단축시킨데 특징이 있다. 다만, 씰재가 천공홀 내에서 실제 경화되었는지를 물리적으로 모니터링함으로써 그라우팅 공법을 보다 안정적으로 적용할 수 있도록 하였다.

이를 위하여, 본 발명에서는 강관을 천공홀에 삽입할 때, 모니터링용 회전봉(미도시)강관에 회전가능하게 설치하거나 강관과 별도로 천공홀에 주입한다. 회전봉은 도시하지는 않았지만, 하키 스틱과 같이 강관의 길이방향을 따라 일방향으로 길게 배치된 봉(회전)의 하단을 절고하여 마찰부를 형성한다. 그리고 봉의 선단은 천공홀 외부로 연장된다.

씰재가 천공홀에 주입되면 회전봉은 씰재에 매립되는데, 씰재가 충분히 경화되었을 것이라고 예상되는 시간, 예컨대 씰재 주입 후 10분 경과된 시점에 회전봉을 돌려서 마찰 정도에 따라 씰재의 경화 여부를 확인할 수 있다. 물론 씰재의 경화 정도는 사전에 실험을 통해 회전봉을 돌릴 때 인가되는 힘의 세기를 기준으로 정량화한다.

또한, 본 발명에서 회전봉을 사용함으로써 재료분리 문제와 2차 공극 발생의 문제를 해결할 수 있다. 즉, 터널 그라우팅 보강공법의 경우 천공홀이 상방으로 경사지게 형성된다. 이에 씰재가 천공홀에 주입된 후 재료분리가 일어나는 경우 고체 재료는 천공홀의 중하부로 모이게 되고, 천공홀의 상측에는 물만 남아 있게 되는 경우가 발생한다. 추후 이 부분은 공극으로 남게 되는 바 그라우트재를 주입하는데 문제를 일으키게 된다.

본 발명에서는 회전봉의 단부인 마찰부를 공홀의 상부에 배치시키고 회전시켜 봄으로써 재료 분리 여부를 확인할 수 있다.

보다 확실하게는, 회전봉을 2개 이상 설치하고, 하나의 회전봉의 마찰부는 천공홀의 중앙(또는 하부)에 배치고, 나머지 하나의 회전봉의 마찰부는 홀의 상부에 배치함으로써 씰재의 경화 여부 및 재료 분리 여부를 함께 확인할 수 있다.

본 발명에서는 씰재의 경화 여부 및 재료 분리 여부를 물리적으로 모니터링함으로써, 터널 그라우팅 보강공법을 보다 안정적으로 적용할 수 있다는 이점이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 특한 조성의 씰재와, 씰재의 경화 정도를 확인하기 위한 회전봉을 사용함으로써, 그라우팅 보강공법을 안정적으로 적용할 수 있으며, 공기를 단축할 수 있다는 이점이 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.

Claims (5)

1. (a)지반에 천공홀을 형성하고, 상기 천공홀에 강관을 삽입설치한 후, 상기 강관과 천공홀 사이를 코킹하는 단계;
   (b)상기 강관과 천공홀 사이에 씰재를 주입 및 경화시키는 단계;
   (c)상기 강관을 통해 그라우트재를 주입하여, 상기 그라우트재가 상기 씰재를 통해 지반에 주입 및 경화되는 단계:를 포함하여,
   상기 씰재는 벤토나이트 10~30중량%, 칼슘알루미네이트 5~10중량%, 칼슘설포알루미네이트 5~10중량%, 시멘트 40~70중량%, 황산이온공급제 3~8중량% 및 첨가제 1~5중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 그라우팅 보강공법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 황산이온공급제는 무수석고인 것을 특징으로 하는 터널 그라우팅 보강공법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 첨가제는 팽창제와 응결조절제 중 어느 하나 또는 이들을 혼합한 것을 특징으로 하는 터널 그라우팅 보강공법.
4. 제1항에 있어서,
   일방향으로 길게 배치되는 봉과, 상기 봉의 하단에 절곡되어 형성되는 마찰부로 이루어진 회전봉을 마련하여, 상기 회전봉의 선단부는 상기 천공홀의 외부에, 상기 마찰부는 천공홀의 내부에 배치하여,
   상기 씰재를 주입한 후 사전에 설정된 시간이 경과된 후 상기 회전봉을 회전시켜 보아 마찰 정도에 따라 상기 씰재의 경화여부를 확인하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터널 그라우팅 보강공법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 회전봉을 복수 개 설치하되,
   하나의 회전봉의 마찰부는 상기 천공홀의 상부에 배치되도록 하여 상기 씰재의 재료분리 여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 터널 그라우팅 보강공법.

Images