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강관다단 그라우팅에 적용하는 속경성 실링재 개발
즉, 강관다단 그라우팅 공법은 다공질 강관을 지반 속으로 삽입하고 지반조건에 따라 주입길이를 조정하여 단. 계별로 그라우트를 주입하는 싱글패커(single packer)방식 …
Source: www.jkta.or.kr
Date Published: 2/18/2021
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강관보강형 다단 그라우팅공법의 개발 – 건설기술정보시스템
강관보강형 다단 그라우팅공법은 굴착전에 일정규모의 강관을 지중에 삽입, 주입재를 다단으로. – 5 -. Page 7. 주입하여 지반굴착전에 강관의 빔작용을 유발시키고 주입재 …
Source: www.codil.or.kr
Date Published: 5/20/2021
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[논문]강관 다단 그라우팅 공법(UAM)의 설계법 제안
본 논문에서는 강관 다단 그라우팅 공법을 적용한 NATM 현장에서 계측을 통해 터널 굴착에 따른 강관의 거동을 분석하고, UAM 설계시에 적용할 수 있는 하중계를 제안 …
Source: scienceon.kisti.re.kr
Date Published: 12/20/2021
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- Author: sangjae an
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- Date Published: 2015. 11. 2.
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강관 다단그라우팅
고강도 강관과 주변지반을 일체화시켜 낙반 및 여굴을 효과적으로 방지
지반보강과 차수효과를 동시에 얻을 수 있음
강관제작이 쉽고 재료가 저렴하여 경제적
무기질계 지반주입재 사용으로 강한 침투력, 고강도, 고내구성 및 친환경적
강관다단 그라우팅 공법
1. 공법의 정의
강관다단 GROUTING 공법은 터널 CROWN부에 천공 후 소구경관(외경∅60.5MM 구조용 강관)을 일정간격(주로 500mm)으로 설치하고, 주입재를 주입하여 지반과 강관이 일체가 되게하여 강관의 BEAM 작용을 유발, 일종의 ARCH를 형성, 지반을 보강하는 공법이다.
2. 공법 활용목적
일반적으로 강도가 낮고 자립도가 낮은 지반에서의 터널굴착을 수행하는 경우 또는 지하수위가 높아 지하 굴착 시 지하수 배출에 따른 주변지반의 침하가 예상되거나 연약지반으로 인해 굴착 시 지반의 이완영역이 넓은 경우 등은 지하구조물 및 인접구조물의 안전성을 확보하기 위하여 굴착공법과 병행하여 적절한 보조공법을 사용하게 된다.
이러한 보조공법 중에 전세계적으로 많이 사용되고 있는 공법으로 주입공법을 들 수 있다.
그러나 철도 및 인근 고층건물 등에 의한 상재하중이 큰 경우 또는 투수계수가 낮은 실트, 점토층이나 점토 seam층이 협재해 있는 암반에서는 공법의 효용성을 기대하기가 매우 어려우며 특히 기존의 주입공법은 주입재가 일반적으로 저강도이므로 차수효과는 있으나 보강효과는 크게 발휘하지 못하고 있는 실정이다.
본 강관 다단 그라우팅공법은 기존 공법들의 문제점을 보완하기 위해 개발된 공법으로서 차수 및 지반보강을 동시에 얻을 수 있는 공법이다.
이 공법은 기존의 파이프루프공법을 주공법으로 이용하나 파이프루프를 이루는 파이프들을 단지 지반 보강재로서만 이용치 않고 그 속에 인위적인 구멍들을 내어 파이프를 통한 그라우팅을 수행, 차수와 보강효과를 1개의 공종으로 얻는다는 것이다.
강관보강형 다단 그라우팅공법은 파이프루프공법처럼 터널굴착에 선행하여 터널 예정단면 방향으로 소구경관을 일정간격으로 굴착, 설치하여 일련의 파이프루프를 형성시킨 후 강관 내에 패커를 설치 다단으로 주입재를 주입하여 강관을 정착시키며 주입재의 침투효과에 의해 차수 및 주변지반의 보강과 함께 지반의 이완 및 지압의 확대 등을 방지하므로 사질토, 점성토, 풍화토, 파쇄대층 및 풍화암 등 다양한 지반에 적용될 수 있으며, 특히 지하철 터널구간 및 철도횡단, 상부구조물 횡단 등 시공이 어려운 부분의 지하구조물에 대한 안정 효과 및 차수효과가 큰 것으로 밝혀져 각광을 크게 받고 있다.
3. 공법의 원리
본 공법의 기본원리는 터널굴착 전에 소구경 강관(Ф외경:60.5mm, 두께:4mm)을 적절한 형상으로 배열 설치하고 그 강관의 내측으로 패커를 설치하여 그라우트재를 주입함으로서 주입재에 의한 지반의 고결로 인하여 강관과 지반을 일체로 만들고 강관 및 주변지반의 빔작용에 의해 터널에 가해지는 상재하중, 토압 등의 분산과 및 경감효과를 얻는다.
또한 주입시 물유리와 시멘트를 주입재로 이용하므로 차수 및 보강효과를 동시에 얻을 수 있다.
강관보강형 다단 그라우팅공법은 파이프루프 공법 및 일반 그라우팅공법을 단일 공정으로 시공하는 공법으로서 터널 굴착 전에 지보재를 설치하여 상부의 토압 및 이완영역의 경감효과를 얻고 또한 주입재에 의한 지반의 보강으로 각 강관사이의 간격이 있다 할지라도 흙의 전단강도를 증대시켜 지지할 수 있으며 주입을 강관 속에서 수행하므로 시공성, 경제성 측면에서 매우 유리한 공법이다.
실제 지하수위가 높고 자립성이 낮은 지반조건하에서 파이프루프 공법을 적용하게 되면 강관사이의 토사유출이 발생하는 경우 또는 터널 상부의 토피가 극히 얕아 상재하중을 직접적으로 받는 경우 등은 강관사이에 연결 조인트를 설치하여 강관과 강관이 일체화된 강관연결 구조물을 터널 예정단면 상부에 형성시켜 굴진단면을 보강하게 되는데, 여기에 지반주입재를 주입하여 강관과 강관사이의 지반을 보강시키는 본 강관보강형 다단 그라우팅공법의 기본원리는 상기 강관 연결방식의 파이프루프 공법과 유사하다고 볼 수 있다.
4. 공법의 활용분야
강관보강형 다단 그라우팅공법은 굴착전에 일정규모의 강관을 지중에 삽입, 주입재를 다단으로 주입하여 지반굴착전에 강관의 빔작용을 유발시키고 주입재의 주입에 의해 지반의 차수 및 점착력, 밀도, 내부마찰각을 증가시켜 상부 및 주변지반을 지지해 주는 역할을 하기 때문에 하중 경감효과 및 차수효과를 동시에 늘릴 수 있어 다양한 용도로 이용될 수 있다.
본 공법은 상재하중의 크기나 지질조건, 인접구조물의 특성 및 규모, 터널의 토피두께 등에 따라 강관을 적정한 위치형상으로 배열시켜 주변의 환경적, 지질조건에 강력히 대처해 나가는 공법으로 굴진장비의 반출, 반입이 가능한 지역 어느 장소나 시공할 수 있다.
특히 충적토 지반의 경우 강관 삽입공의 천공홀의 유지가 어려워 시공이 불가능하였으나 비트식 파이프를 이용하면 이 문제를 해결할 수 있다.
강관 보강형 다단 그라우팅은 일반적인 용도는 다음과 같다.
○ 도로, 철도횡단의 굴착보조수단
– 도로, 철도의 방호대책
– 굴착터널의 자체안정
○ 지상 및 지중구조물 주변 통과시 보조수단
– 지상의 수로 및 고층건물의 방호
– 기존 지하구조물의 방호
– 터널 굴착시 자체안정
○ 대단면 터널 시공시의 보조수단
– 지하 확대 단면부의 방호
– 지하역, 복합 대단면 시공시의 터널방호
○ 터널 시공시의 보조수단
– 풍화대 및 파쇄대층의 보강 및 차수
– 사면 상하부의 구조물 방호
○ 하저, 해저, 단층파쇄대, 붕괴성 지반통과시의 보조수단
– 터널막장 및 주변의 강력방호
○ 기타 보조수단
– 교량 기초등의 기초 보조수단
– 쉴드 및 추진공 발전부의 방호수단
– 각종 구조물의 기초 보수공사
5. 강관보강형 다단 그라우팅 장단점
장 점 단 점 ․ 강관 제작이 용이하며 강관 재료비가 저렴한 편임 ․ 천공홀에 삽입된 강관이 지보재 역할을 수행 ․ 천공홀이 붕괴될 시에도 강관의 단면적이 작아 강관의 삽입이 용이 ․ 기존의 공법(훠폴링, 록볼트, 파이프루프)에 비하여 시공효과가 뛰어나고, 공기 단축 가능 ․ 강관 자체의 중량으로 인한 시공성 저하 ․ 강관 절단의 어려움 ․ 강관의 부식성으로 인한 장기간 취급이 어려우며 영구 보강재로서 부적합 ․ 강관 삽입 후 천공 홀 하부측과 강관외벽이 접촉되어 그라우트재 분사구를 밀폐시켜 주입 저하
6. 강관보강형 다단 그라우팅 시공법
1) 시공순서도
2) 시공 Flow
천공(Ф100mm이상) 강관가공 및 밴딩 강관 삽입(Ф60.5mm) SEAL재 주입관 삽입 CAULKING작업 SEAL재 주입 PACKER 설치 LW 약액 주입 시멘트밀크 주입 한계 압력 상승 다음 단계 이동(3m)
3) 강관보강형 다단 그라우팅의 적용
강관보강형 다단 그라우팅공법을 성공리에 시공하기 위해서는 강관삽입을 위한 천공작업이 매우 정밀하게 이루어져야 하며, 후속되는 그라우팅작업도 효율적으로 시행되어야 한다.
그러나 국내의 경우 근대화된 시공장비의 보급도가 낮으며, 특히 천공장비에 문제가 많으므로 최근까지 시공현장에서는 본 공법적용 시 고숙련도의 굴공기술과 지반성상에 의존하는 면이 아직까지 많은 실정이다.
따라서 현 단계에서의 확실한 안전시공을 위해서는 사전에 세밀한 조사와 시공계획이 이루어져야 하며 굴공 시에도 시공관리 등에 세밀한 주위를 기울임과 동시에 굴진상황의 상세한 파악을 통해 때에 따라 적절한 대응책을 수립하는 방법이 강구되어야 한다.
4) 터널에서의 강관다단 그라우팅
터널 굴착에 선행하여 터널 원주면을 따라 일정 간격으로 천공한 후, 강성이 큰 강관을 사용하여 빔 효과를 극대화 시키며, 강관 내부에 이동식 패커를 설치하여 다단으로 그라우트를 주입하는 공법이다.
그라우트에 의한 지반 개량효과로 주변지반의 전단강도를 증가시키며, 강관의 빔(Beam) 형성으로 터널에 작용하는 상재하중, 토압 등의 분산작용 및 경감효과를 얻어 막장의 안전성을 확보하게 된다.
<대구경 직천공 그라우팅>
5) 단계별 시공방법
강관보강형 다단 그라우팅공법은 파이프루프공법과는 달리 여러단계의 공종을 거치므로 시공이전에 시공수준을 명확하게 숙지하고 굴착 및 지보재 설치공사와의 상호공정 사이클을 맞추어 나가야한다.
또한 본 공법은 터널의 안정을 이루어 주변지반의 거동을 극소화하고 차수효과를 얻기 위해 시행되는 일종의 터널굴착 보조공법이므로 가급적 작업시간을 단축하여 터널의 주 공정에 차질이 없도록 시행하여야 한다.
따라서 본 공법을 적용하기 위하여 수행되는 여러단계의 작업과정을 단순화, 일체화 시키는 방향으로 연구가 추진되어야 할 것이며 이를 위한 우수한 시공장비의 개발의 개발도 필요하다.
① 1단계(천공)
1 단 계 천 공 ․ 천공직경 : 보강용 강관의 1.8~2.0배(∅100mm) ․ 천 공 장 : 12.0m ․ 천공각도 : 터널 진행방향으로 10~15도 천공시 지보재 여건을 고려하여 최대한 수평에 가깝도록 천공 보통 갱구부 보강시 2~3도, 갱내 보강시 10~15도 ․ 천공시 터널막장 천단부의 지질상황을 판단을 위해 슬라임(Slime)채취, 지질 상태 파악 ․ 천공장비 : 터널전용 공압식 드릴 ․ 천공간격 : C.T.C 0.4 ~ 0.6m
강관 삽입공의 천공은 현재 시공의 효율성을 위하여 타격식 시추장비(공압식 드릴)를 사용하여 굴진하며 터널의 진행방향으로 약 15°방향(가능한 한 수평이 되도록 노력해야 함)의 경사공을 천공한다.
천공시 터널막장 천단부의 지질상황을 파악하기 위해 슬라임을 채취, 지질상태를 계속 파악하며 지하수 유출시 토사가 섞여 나오면 바로 강관을 삽입한 후 corking을 실시하여 누수를 방지한다.
굴진공의 공경은 100-120mm(보강용 강관의 1.8~2.0배)로서 강관의 삽입이 용이하여야 하며 공의 붕괴를 최대한 방지하여야 한다.
<공압식 드릴에 의한 천공작업>
② 2단계(강관 가공 및 삽입)
2 단 계 강관 가공 및 삽입 ․ 규격 : 외경 ∅60.5mm, T=4.0mm(일반 구조용 탄소 강관) ․ 분사공 : ∅5.0mm ․ 분사공간격 : 0.50~1.00m ․ 분사공커버 : 강관의 설치에 따른 손상을 방지하기 위해 타이머튜브 사용, 테이프로 고정, 스틸링으로 주변보호 ․ 천공시 Casing이 삽입되면 Casing 사이로 강관을 삽입한 후, Casing 제거 ․ 강관연결(Coupling) :4~8m 단관 연결- 현장에서 실시하며 Coupling으로 연결(6m 간격) 특별한 경우 관을 용접하여 사용할 수 있다. ․ 벤딩(Banding, 고무재질) : 주입재의 역류 방지
– 강관의 가공
삽입되는 강관은 강관 상부의 토하중을 지지할 수 있는 강도를 갖고 있으면서 구입 및 가공이 용이한 ∅60.5mm, 두께 4mm 이상의 구조용 강관을 사용하는 것이 유리하나 큰 상재하중이 작용하거나 터널단면이 작은 경우에는 강관직경의 크기를 변화시키는 것이 바람직하다.
강관은 시공성 및 경제성을 감안하여 약 50-80cm 간격으로 스트레나를 설치한 후 주입제의 역류를 방지하기 위하여 밴딩을 실시한다.
강관은 시공성을 고려하여 단관을 필요한 길이만큼 연결하여 사용토록하며 또한 강관의 연결을 용이하게 하기위해 양단에 나사를 설치하여 접속이 용이하도록 한다.
강관은 길이 6m 단관을 연결하여 사용하는 것을 원칙으로 하며, 커플링 작업은 현장에서 실시한다.
강관에 설치하는 주입구멍의 간격은 현장주입효과 결과 풍화토, 풍화암에서 약 1m 주변이 주입범위에 들고 있으므로 시공성을 고려하여 약 40-60cm로 한다.
주입구멍의 크기는 주입압의 전달성을 고려하여 ∅5.0±2mm로 하고 강관길이 0.5m 간격당 2-4공씩 설치한다.
천공구멍의 커버는 강관의 설치에 따른 손상을 방지하기 위해 타이어 튜브를 사용, 테이프로 고정하고 주변을 스틸링으로 보호토록 한다.
– 강관삽입
천공된 공내에는 가공된 강관을 삽입하게 되는데 이때 강관의 손상을 방지하고 주입제의 역류를 방지하기 위하여 고무밴딩을 실시한다. 또한 천공후 장시간이 지나면 공벽이 붕괴되어 삽입이 안되므로 풍화토에선 즉시, 풍화암에서는 20분 이내에 강관을 삽입하여야 한다.
<대구경 직천공 강관의 삽입>
③ 3단계
3 단 계 코킹 및 실링 ․ 강관과 천공면 사이의 천공 주입구 코킹(Corking) ․ 강관 삽입 직후 실시 : 지하수의 누수 및 토사의 유출 방지를 위해 실시 ․ Corking재 : 압력 2Mpa 이상 강도 4Mpa 이상 급결시멘트 또는 발포재 사용 ․ Corking재 부피 배합비 물 지수재(급결시멘트) 3 7 ․ Corking시 Seal재 주입 호스(∅12mm, P.E Pipe) 2조를 설치 강관의 주변부 설치(주입구, 토출구) ․ 천공된 공벽과 강관 사이의 공간에 Seal재 투입(1.0 Shot 방식) – 주입재의 역류 및 한정된 범위에의 주입을 위하여 실시 – 강관과 천공 Hole 사이의 공간이 완전히 밀폐되도록 시행 ․ Seal재 배합비 주입량(ℓ) 물 시멘트(㎏) 특수실재(㎏) 비고 1,000ℓ기준 855.1 200 62.5 1,000리터당 ․ 실링은 1.0 shot 주입
– 코킹 작업
천공완료후 지하수의 누수 및 토사의 유출을 방지하기 위하여 즉시 굴진공에 강관을 삽입한 후 코오킹 작업을 완료한다. 코킹재는 다단주입시 2Mpa 압력 이상으로 주입되는바 강도가 4Mpa 이상의 강도를 가지는 재질이어야 하며 경화시간이 짧아 누수시에도 충분한 효과를 발휘할 수 있어야 한다.
<대구경 직천공 강관의 코킹>
– 실링작업
스트레나가 설치된 강관을 삽입한 후 천공된 공벽과 강관사이의 공간을 막기 위하여 강관과 공벽사이에 주입호스로 실재를 투입한다. 이는 주입재의 역류 및 한정된 범위에의 주입을 실시하기 위하여 시행한다. 실제의 주입시 강관과 공사이를 완전히 밀폐시켜야 하며 또한 실재의 고결강도는 주입재가 널리 퍼져나갈 수 있도록 너무 높지 않아야 하며, 부피가 팽창하여 공간을 남기지 않아야 한다.
<대구경 강관의 실링 작업>
④ 4단계
4 단 계 다단식 그라우트 주입 ․ 지반의 특성을 고려하여 주입재의 선정과 혼합비 결정 후 주입실시 ․ 주입압력은 현장여건 및 지질조건에 따라 조절하여 적용하며, 기준압력은 P=1.5~2.0Mpa, △P=0.5~1.0Mpa를 적용한다. ․ 주입시 Packer 설치 간격은 지질여건에 따라 조절할 수 있지만, 매 Step당 2.0~3.0m 간격으로 설치하여 주입하는 것을 원칙으로 한다. ․ 시멘트 현탁액 그라우트재의 배합비 구분 1,000ℓ/Batch당 비고 보통시멘트(㎏f) 물(ℓ) 배합비 500 841 ․ LW 그라우트재의 배합비 구분 주입량 (ℓ) A액 B액 비고 규산소다(ℓ) 물 (ℓ) 시멘트 (㎏f) 물 (ℓ) W/C (%) – 배합1 1,000ℓ기준 250 250 250 420 168 ․ A액과 B액의 혼합비 1:1 시멘트 비중은 3.15 1Batch는 1,000ℓ를 기준으로 하고 시공 편의상 시멘트의 대수는 정수로 만들어 결정 ․ 주입방법 : 1.5 shot 주입하며, 1 step당 3m씩 ․ 주입시간 : 주입속도가 10ℓ/분에서 주입압 10㎏/㎠로 10분간 주입되었을 때까지 주입 ․ 배합비 조절 : 주입압과 주입량의 변화에 따라 빈배합에서 부배합으로 조절 ․ 지하수용출량 및 수압에 따라 Chemical Grout재 사용(GEL TIME : 20~25SEC) ․ CHEMICAL GROUTING 및 L/W 및 CEMENT MILK의 혼합 병용주입
– 패커설치
주입재의 원활한 주입 및 주입효과의 극대화를 위하여 삽입된 강관내에 1.5-3.0m 간격으로 패커를 설치하여 선정된 주입재를 주입한다. 일반적으로 패커 설치간격은 지반의 투수계수, 암반의 절리특성 등을 고려하여 결정하도록 본 공사전 시험주입을 통하여 설치간격을 조절하는 것이 바람직하다. 패커는 mechanical rubber packer와 hydraulic packer가 있으며 mechnical rubber packer는 가격이 저렴하며 특수한 숙련도를 요하지 않으나 패킹작용이 완벽하지 않아 주입재의 역류, 패커의 파손 등으로 인해 주입을 못하고 폐공되는 경우가 생긴다.
반면에 hydraulic packer system은 장비가 고가이나 작업성이 우수하고 패커효과가 뛰어나며 주입재의 역류현상이 거이 없는 system으로서 강관보강형 그라우팅공법에서는 hydraulic packer system을 주로 사용한다.
<팩커 형상>
<팩커 작동 시험>
– 주입플랜트 설치
강관보강형 다단 그라우팅공법은 주입재의 종류에 따라 주입플랜트의 형태가 여러 종류로 변해야 한다. 실제 다단주입이 시멘트 밀크, L/W, chemical grout재 등 현장조건에 맞게 1종류 및 동시에 2종류 이상을 복합주입하게 되므로 믹서기의 경우 3조식 믹서와 2조식 믹서를 동시에 설치한다.
또한 주입관의 경우 L/W 및 chemical 약재를 복합주입하기 위해 Y관을 이용하여 주입강관입구에 설치하여 사용한다.
grout pump는 2대의 펌프가 1조로 이루어진 등량주입식 펌프를 사용하고 있으며 이 펌프는 최대압력 2Mpa 이상의 토출압 능력을 보유해야 한다. 또한 유량자동 기록계를 설치하여 주입량 및 주입압을 자동 기록하도록 한다.
– 주입작업
강관보강형 다단 그라우팅공법은 여러 가지 주입재를 일종 및 수종의 복합주입을 실시하므로 현장 담당기술자의 숙련된 기술을 요하게 된다.
특히 압력관리 및 주입량관리와 주입재의 주입되는 현상을 정확히 관찰하여 그때그때 주입재를 교체하여 사용해야 하므로 현장기술자 및 기능원의 현장경험과 숙련된 기술이 시공성과를 크게 좌우하게 된다.
○ 시멘트 밀크의 주입
시멘트 밀크는 실제 그라우팅의 주입재로서 가장 많이 사용되는 주입재의 일종으로 고결후 가장 높은 강도를 얻을 수 있는 주입재이나 지질조건 및 지층의 투수도에 따라 효과가 상이하게 나타난다.
본 시멘트 밀크는 실제 grouting시 chemical grouting의 단점인 장시간 방치후 겔상태가 수압 등에 의해 밀려나오는 점을 방지해주는 역할 및 지반의 강도증가를 위해 사용한다.
부수적으로 차수재로서도 작용한다.
<주입펌프 및 플랜트 설치>
○ 물유리계 주입
LW 주입재는 물유리계통의 주입재로서 시멘트 현탁액의 물유리를 주로 사용하며 강관보강형 다단 그라우팅의 경우 지하수의 유동이 있을 경우에 차수의 효과를 극대화하기 위하여 사용한다.
또한 시멘트 밀크의 주입범위의 한계를 보완하기 위하여 사용하기도 하며 시멘트 밀크와 교대로 사용한다.
○ Chemical grout 재의 주입
chemical grout 재의 주입은 주입지반의 투수도 및 지하수의 유동상황, 지층의 연약유무에 따라 주입을 실시한다.
지하수의 유동이 심할 경우 chemical grout 재의 장점인 겔타임을 쉽게 조절하여 주입을 실시한다.
상기의 3종류의 주입재는 서로 보완적인 관계에 있으며 지반의 특성을 고려하여 주입재의 선정과 혼합비를 결정한 후 주입을 실시한다.
7. 공법 비교
1) 강관다단 그라우팅공법과 FRP보강 그라우팅 비교
구 분 강관다단 그라우팅공법 FRP보강 그라우팅공법 공법개요 터널 굴착전에 주변지반을 천공하고 강관을 삽입한 후 그 강관속에 패커를 삽입하고 그라우트재를 다단식으로 주입하여 주변지반을 강관과 함께 일체화시켜 Beam Arch를 형성하여 차수 및 보강효과를 동시에 얻는 공법 터널 굴착전에 주변지반을 천공한후 고강도 FRP관을 삽입한 후 그 FRP관속에 패커를 삽입하고 그라우트재를 다단식으로 주입하여 주변지반을 FRP관과 함께 일체화시켜 Beam Arch를 형성하여 차수 및 보강효과를 동시에 얻는 공법 주 입 재 재료 시멘트 + 규산소다 시멘트 + 규산소다 + 혼화재 압력 10～20kg/㎠ ±△P (5kg/㎠ ) 10～20kg/㎠ ±△P (1～10kg/㎠ ) 주입 형태 침투주입+할렬주입 (다단주입) 침투주입+할렬주입 (다단주입) 방향 상부 및 좌우만 주입되고 하부는 주입안됨 방사상(360°) 주입가능 보 강 재 재료 강관 FRP관 간격재 철선 (t=2m/m) FRP (t=12m/m) 규격 ø=50mm (t-4m/m) ø=50mm (t-4m/m) 위치 천공홀 하단에 위치 천공홀 중앙에 위치 특징 ․중량이 커서 보강재 삽입 어렵다 ․굴착선(Crown) 부근의 주입 곤란 ․중량이 강관의 1/5정도이므로 보강재 삽입 용이 ․굴착선(Crown) 부분의 주입효과 양호
2) 지반 약액 주입 공법 비교표
구분 LW(현탁액형 물유리계) 마이크로 실리카계 우레탄계 실리카레진계 개요 차수 및 지반보강, 사력층과 파쇄대의 공극충진 ․ 차수 및 지반보강 차수 및 지반보강 붕락부, 여굴발생부분, 공동 충진 및 봉합 차수 및 지반보강, 지반변상부분, 공동 충진 및 봉합 적용지반 ․ 투수계수가 큰 모든 지반 모든 토사지반(실트질 점토, 세립, 조립사, 사력층) 풍화토(암), 암반파쇄대 ․ 지하수 유량이 많은 지층, 마사토, 풍화토(암), 절리가 심한 파쇄대 ․ 점토층, 모래층 및 균열이 많은 붕괴성 암반이나 파쇄 부분 일축 압축강도 0.5~1.5Mpa 1.5~5Mpa 4.5Mpa이상 4Mpa이상 겔타임 120~180초 50~90초 60±10초 60±10초 주입재료 ․ 보통시멘트+규산 ․ 마이크로시멘트+변성실리케이트, 마이크로무기질급결재 ․ 폴리올+폴리메틸렌, 폴리페닐이소시아네이트 ․ 규산+폴리올변성, 폴리메틸렌, 폴리페닐이소시아네이트 장점 ․ 지수성, 고결체끼리의 연속성 우수 ․ 피압수하에서도 지반개량 우수 ․ 공사비 저렴 ․ 고침투성 ․ 강도수준이 4~5Mpa 이상 발휘될 수 있어 내구적 지반강화 구축 가능 ․ 알카리 용탈이 적어 내구성이 크고 친환경적 ․ 겔타임 조절 가능 ․ 미세한 절리의 틈까지 고결 가능 ․ 약약량 및 고결시간을 자유롭게 조절 ․ 용탈현상 없음 ․ 제한된 범위 내에서도 시공가능 ․ 시공 후 1시간 경과 후 굴진 가능 ․ 주입재 일탈현상이 적고 공극채움이 뛰어남 ․ 수중경화성이 좋고 경화시간이 짧아 차수효과가 뛰어남 ․ 용탈현상이 거의 없음 ․ 강도발현이 빨라 주입 후 바로 굴진 가능 단점 – 강도, 차수효과불량 -보강공정 길다 -겔타입 조절이 어려움 -약액의 용탈현상으로 내구성이 약하고 비환경적 ․ 저속, 저압이므로 주입시간이 다소 느림 ․ 온도차에 의하여 경화성능에 영향이 큼 ․ 주입재 약액이 고가 ․ 개량폭이 좁음 ․ 지반 간극, 균열의 크기 등 주입 대상물의 조건과 시공방법, 사용 주입재의 발포특성, 온도 등 많은 요인에 발포배율이 크게 좌우되어 강도의 변화가 심함
8. 결론
강관보강형 다단 그라우팅은 정밀한 천공작업, 강관의 삽입작업, 그라우트재의 주입작업이 시공의 성패를 좌우하게 된다. 따라서 시공초기에서부터 강관설치의 정확성에 대한조사, 평가가 반드시 이루어져야 한다. 강관의 설치 및 주입작업의 정확성 평가는 강관의 설치방향, 주입재의 인접관으로 유출은 강관의 밴딩상태, 강관의 설치상황에 따라 달리 발생하므로 원인을 철저히 파악하여 대비책을 강구해야 한다. 또한 시공시 적정구간을 선정하여 침하계, 내공변위계 또는 경사계 등을 설치하여 지층 및 지표의 변형상황을 파악하고 강관 및 지보재에 변형게이지 등을 설치하여 터널굴착시 주변지반의 이완발생상황, 각 부재의 내부 응력변화, 토압작용 상황 등을 구체적으로 파악하므로서 강관보강형 다단 그라우팅의 효율성을 분석하고 주변 구조물 및 시공터널의 안전관리를 수행해 간다.
출처 : 인터넷에 검색한 자료를 재구성 하였습니다….
보다 많은 분들이 공유하였으면 해서 작성하였습니다..
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터널보강공법 (강관다단그라우팅)
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터널보강공법(강관다단그라우팅 공법)
■ 개요
고강도 강관과 주변지반을 일체화시켜 낙반 및 여굴을 효과적으로 방지한다.
– 지반보강 및 차수효과를 동시에 얻을 수 있다.
– 강관제작이 쉽고 재료비가 저렴하여 경제적이다.
– 이동식 패커를 사용하여 주입효과를 극대화할 수 있다
■ 특징 터널 굴착전에 강관을 적절한 형상으로 배열 설치하고 강관 내측에삽입한 패커를 이용하여 주변지반에 그라우트를 주입함으로서 강관과 지반을 일체화시켜 터널에 가해지는 상재하중, 토압 등을 분산 및 경감시키는 공법
1. 천공 – 장 비 : 터널 보강용 천공기
– 천공경 : Φ 100mm 이상
– 천공장 : 기 설계된 심도
– 천공각 : 상향 또는 수평 (±3˚이내)
2. 강관 삽입 – 강관에 간격재 및 분사공 역류방지 밸브 설치
– 강관규격 : 외경 Φ 48.6mm~60.5mm, T=4.0mm
– 강관삽입시 실재 주입 및 확인 호스 설치
3. 주입구 코킹 – 코 킹 재 : 특수시멘트 (CEROMAX CX-1)
– 최대압력 : 40kg/cm2 이상
– 범 위 : 천공홀 입구 50cm
4. 실재 주입 – 실링재 : 시멘트+특수혼화재
– 주 입 : 강관외측과 천공홀 내부를 충진하여 주입재의 역류
– 주 입 : 를 방지
– 강 도 : 주입후 재령28일 강도는 주입재와 동일
5. 그라우트 주입 – 주 입 재 : 시멘트 밀크 (필요시 급결제 사용)
– 주입압력 : 1~15kg/cm2, ΔP=1~10kg/cm2
– 다단주입 : 설정된 한계압력 도달시 패커
– 다음단계로 이동
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[논문]강관 다단 그라우팅 공법(UAM)의 설계법 제안
초록
토피고가 낮아 지반의 자립성이 적은 토사층, 풍화암층에서 시공되는 터널 구조물의 경우, 시공중 붕락을 방지하고 단기적인 안정성을 확보하기 위해서 보조공법들이 사용되는데 특히, 터널의 보강과 차수효과를 동시에 얻을 수 있는 강관 다단 그라우팅 공법(Umbrella Arch Method)이 많이 적용되고 있다. 그러나, 국내에서는 아직 본 공법의 적용에 있어 외국자료나 경험적 방법에 의한 설계 및 시공이 이루어지고 있는 실정임을 감안할 때, 합리적이고 이론적인 설계 및 해석기법의 도입이 필요하다. 본 논문에서는 강관 다단 그라우팅 공법을 적용한 NATM 현장에서 계측을 통해 터널 굴착에 따른 강관의 거동을 분석하고, UAM 설계시에 적용할 수 있는 하중계를 제안하였다. 그리고, 제안된 하중계를 바탕으로 실제 현장에서 적용할 수 있는 UAM의 설계지침 즉, 강관길이 $(L_e , L_b)$ , 중첩시공거리(x), 횡방향 설치간격 등을 결정할 수 있는 설계법을 제안하였다.
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