KR100718247B1

KR100718247B1 - 주름제거수단을 이용하는 비굴착 변형관 삽입공법 및 장치

Info

Publication number: KR100718247B1
Application number: KR1020060024695A
Authority: KR
Inventors: 송호면; 조정일; 김영택
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-05-15
Anticipated expiration: 2026-03-17

Abstract

본 발명은 변형관을 삽입하는 비굴착 공법에 의하여 공장에서 생산된 제품을 그대로 적용할 수 있어 품질안정성의 확보 및 품질관리가 용이하고, 다른 공법에 비해 현장에서 수지를 경화시키는 공정이 필요하지 않으므로 공사기간의 단축 등을 실현할 수 있어 경제적이며, 우수한 조도계수로 인하여 매설관경의 축소에 따른 통수능의 저하를 발생시키지 않고, 유해물질을 배출시키지 않는 친환경에 적합하며, 지하 매설관의 보수 및 보강시에 이음부 단차 등의 부위에서 발생될 수 있는 라이너의 주름 등을 주름제거수단을 이용하여 제거할 수 있고, 이에 따른 주름 제거에 의하여 유하속도의 저감을 방지할 수 있는 주름제거수단을 이용하는 비굴착 변형관 삽입공법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 보수 또는 보강을 위하여 기존의 매설관에 인입수단을 이용하여 변형관으로 사용되는, 접힌 형태이며 유연한 재질의 라이너가 삽입되고; 상기 접힌 형태의 라이너가 삽입된 매설관을 밀폐시키기 위하여 상기 매설관의 양 단부에 패커부재를 장착하되, 상기 일측의 패커부재에는 주입관이 구비되며, 대향측의 패커부재에는 배출관이 구비되고; 유체 공급부로부터 공급되는 유체는 패커부재의 주입관을 거쳐서 매설관 내부로 주입되어 배출관을 통해서 배출되며, 상기 유체 공급부를 통해 주입된 유체에 의해 접힌 형태의 라이너가 펼쳐지면서 매설관의 내벽으로 팽창밀착되고; 상기 팽창밀착된 라이너를 냉각시킨 후에 상기 패커부재가 제거되고; 상기 라이너의 내부로 주름제거수단을 인입시켜서 상기 매설관의 내벽에 팽창밀착된 라이너 내벽의 주름이 제거되는 주름 제거 변형관 삽입공법 및 장치를 제공한다.

하수관, 변형관, 주름제거수단, 라이너, 할로겐 히터, 보수용 패커부재

Description

주름제거수단을 이용하는 비굴착 변형관 삽입공법 및 장치{Close-fit pipes lining system of trenchless technology using means for removing pleat and apparatus thereby}

도1은 본 발명에 따른 변형관이 삽입된 상태를 나타낸 구성도.

도2는 본 발명에 따른 주름제거수단을 이용하여 라이너의 주름을 제거하는 상태를 나타낸 구성도.

도3은 본 발명에 따른 변형관을 삽입하는 과정을 나타내는 개략도.

도4는 본 발명에 따른 변형관이 접힌 형태로 매설관에 삽입된 상태를 나타낸 사시도.

도5는 본 발명에 따른 주름제거수단을 이용하여 라이너의 내벽에 형성된 주름을 제거하는 과정을 나타낸 사시도.

도6은 본 발명의 할로겐 히터와 라이너 재료의 거리에 따른 온도변화를 나타낸 그래프.

도7은 본 발명의 라이너 재료에 따른 두께별 온도 예측식을 나타낸 그래프.

도8은 본 발명에 따른 온도에 의한 라이너 재료의 수축량 변화의 실험데이타를 나타낸 그래프.

도9는 본 발명에 따른 라이너 재료의 50년후의 내마모성(무게변화)을 예측한 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100: 매설관 110: 맨홀

200: 인입수단 210: 윈치

220: 와이어 300: 변형관(라이너)

400: 라이너 내벽의 주름 500: 패커부재

510: 주입관 520: 배출관

600: 유체 공급부 610: 물 공급탱크

620: 펌프 700: 주름제거수단

710: 할로겐 히터 720: 압축기

730: 보수용 패커부재

본 발명은 주름제거수단을 이용하는 비굴착 변형관 삽입공법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하수관에서 하수의 유출로 인한 토양 및 지하수 오염 방 지, 하수관거 침투 및 유입수 발생을 방지하여 하수처리장의 효율적인 운영 도모,지하 매설관의 보수 및 보강시의 현장 적응성과 품질안정성의 확보와 경제적이며 친환경에 적합한 주름제거수단을 이용하는 비굴착 변형관 삽입공법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 하수관은 장기간의 사용으로 인한 노후화와 유지관리의 미흡으로 강도가 저하되고, 균열, 파손 및 부식 등이 발생하여 하수처리장의 운영이 효율적으로 되지 못하며, 또한 상기와 같은 하수관의 경우에는 파손된 부위로 각종 오폐수가 지반으로 유입되어 토양과 지하수를 오염시키고, 지반 침하를 야기하고 있으며, 하수관의 파손부위로 유입되는 우수는 하수처리 비용을 증가시키는 등 많은 문제점을 내포하고 있다.

한편, 국내에 기시공된 대부분의 지하 매설관(일예로, 하수관 또는 상수관 등)은 장기 사용 및 매설 심도, 상재 하중의 역학관계를 고려하지 않은 설계/제작 및 유지관리의 미흡 등으로 인하여, 매설관이 설계수명 이전에 노화되고 있는 실정이다. 이렇게 파손된 매설관들은 전술한 바와 같이 오폐수 누수로 인한 환경오염 및 하수처리 비용 증가로 인한 사회 간접자본의 손실 등 많은 문제를 내포하고 있다.

이에 따라, 지하 매설관의 보수 및 보강에 있어서 크게 굴착 공법과 비굴착 공법이 시공되고 있으며, 국내에서는 거의 굴착에 의한 매설관의 교체가 시행되고 있다. 그러나, 상기 굴착 공법은 문제가 발생하였을 경우 불량 매설관이 매설된 도로 전체를 장시간에 걸쳐 광범위하게 통제하고, 중장비와 인력을 동원해 도로를 굴 착하여 노후관을 교체하고 있으나, 이러한 방법은 온전한 도로의 파손, 장시간의 도로통제로 인한 사회 간접자본의 손실, 상당한 수준의 소음/진동/분진 등의 유해환경요소의 발생 및 도로 재포장 비용 등 많은 비용과 시간을 필요로 하기 때문에, 최근에는 굴착 공법의 불합리한 점을 보완하여 공사기간이 단축되고 비용도 저렴한 비굴착 공법이 개발되고 있는 실정이다.

상기 비굴착 공법이란 지하에 매설된 매설관이 부실시공이나 장기간 동안 부하된 응력하중에 의하여 균열, 단락, 누수, 벽체 유실, 함물, 이음부 이완, 연결부 파손, 연결관 돌출/이완, 맨홀부 파손 등의 불량요소가 발생하여 구조적인 강도를 유지하지 못하고, 파손된 부분을 통한 침투/유입수의 증가로 하수의 역할을 제대로 수행하지 못하는 경우에 종래의 굴착하여 교체하는 공법 대신에 도로의 굴착 없이 단시간 내에 여러 불량요인 등을 보수하고, 신관 이상의 강도와 조도계수 및 내구연한을 장기간으로 하는 공법을 말한다. 이러한 비굴착 공법으로는 현재 신관삽입공법(slip lining), 제관공법(spirally wound pipes lining) 및 보강튜브강화공법(cured-in-place-pipes lining, CIPP) 등이 개발되어 있다.

그러나, 상기 비굴착 공법은 매설관의 보수/보강시에 공장에서 소요되는 시간에 비하여 현장에서 소요되는 시간이 많이 소요되어 현장에서의 적응성이 떨어지는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 상기 비굴착 공법은 현장에서의 직접적인 경화가 필요하기 때문에, 품질관리에 어려움이 있다. 즉, 공장에서 엄격한 품질관리를 하여도 현장 여건 등에 따라 경화 상태가 달라질 수 있으므로 품질안정성의 확보에 문제점도 있다. 또한, 상기 비굴착 공법은 현장 경화시에 경화제 및 희석제로써 화학약품을 사용하므로 인체에 유해한 물질이 배출될 수 있기 때문에 친환경에 부적합한 문제점도 있다.

또한, 국내 하수관의 대부분인 흄관은 이음부 등의 불량이 많기 때문에 보수 및 보강 후에 이를 개선하여야 하는데, 상기 비굴착 공법은 현장에서 경화가 완료되면 재성형이 어렵기 때문에, 이에 대한 대책이 없으며 이는 하수의 흐름에 영향을 주어 유하속도가 저하되는 문제점도 있다.

또한, 상기 비굴착 공법은 매우 고비용이 발생되는 문제점도 내포하고 있으며, 따라서 이러한 문제점들을 개선한 새로운 비굴착 공법이 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 변형관을 삽입하는 비굴착 공법은 현장에서 수지를 경화시키는 공정이 필요 없어 현장적응성이 우수하며, 공장에서 생산된 제품을 그대로 적용할 수 있어 품질안정성의 확보 및 품질관리가 용이하고, 다른 공법에 비해 현장에서의 경화가 필요하지 않으므로 공사기간의 단축 등을 실현할 수 있어 경제적이며, 우수한 조도계수로 인하여 매설관경의 축소에 따른 통수능의 저하를 발생시키지 않고, 유해물질을 배출시키지 않는 친환경에 적합한 주름제거수단을 이용하는 비굴착 변형관 삽입공법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 지하 매설관의 보수 및 보강시에 이음부 단차 등의 부위에서 발생될 수 있는 라이너의 주름 등을 주름제거수단을 이용하여 제거할 수 있고, 이에 따른 주름 제거에 의하여 유하속도의 저감을 방지할 수 있는 주름제거수단을 이용하는 비굴착 변형관 삽입공법 및 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 보수 또는 보강을 위하여 기존의 매설관에 인입수단을 이용하여 변형관으로 사용되는, 접힌 형태이며 유연한 재질의 라이너가 삽입되고; 상기 접힌 형태의 라이너가 삽입된 매설관을 밀폐시키기 위하여 상기 매설관의 양 단부에 패커부재를 장착하되, 상기 일측의 패커부재에는 주입관이 구비되며, 대향측의 패커부재에는 배출관이 구비되고; 유체 공급부로부터 공급되는 유체는 패커부재의 주입관을 거쳐서 매설관 내부로 주입되어 배출관을 통해서 배출되며, 상기 유체 공급부를 통해 주입된 유체에 의해 접힌 형태의 라이너가 펼쳐지면서 매설관의 내벽으로 팽창밀착되고; 상기 팽창밀착된 라이너를 냉각시킨 후에 상기 패커부재가 제거되고; 상기 라이너의 내부로 주름제거수단을 인입시켜서 상기 매설관의 내벽에 팽창밀착된 라이너 내벽의 주름이 제거되는 주름 제거 변형관 삽입공법을 제공한다.

본 발명에 따른 상기 라이너의 재료는 폴리에칠렌, 폴리에칠렌 복합재, 폴리염화비닐 및 폴리염화비닐 복합재로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 인입수단은 일측의 맨홀에 위치된 접힌 형태의 라이너를 매설관에 삽입할 수 있도록 타측의 맨홀에 위치되는 윈치; 일단은 상기 윈치에 연결되고, 타단은 라이너에 연결되는 와이어; 및 상기 윈치에 연결된 와이어를 라이너에 연결할 수 있도록 매설관의 내부를 따라 이동할 수 있는 이동기기를 포함한다.

본 발명에 따른 상기 유체는 고온 고압 또는 고온 저압의 증기로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 상기 주름제거수단에 의한 주름 제거는 라이너 내벽에 발생된 주름 부위에 히터수단을 인입시키고; 상기 히터수단에 의하여 열원을 소정거리에서 소정시간 동안 소정온도가 될 때까지 주름 부위에 가해서 주름 부위를 연화시키고; 상기 연화된 주름 부위를 보수수단으로 제거한다.

여기에서, 상기 히터수단은 할로겐 히터로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 보수수단은 압축기를 통해 소정의 압력을 소정시간 동안 공급하여 압력에 의해 주름을 제거하는 보수용 패커부재로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 상기 주름 부위와 할로겐 히터의 거리는 10cm ~ 15cm로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 할로겐 히터에 의해 주름 부위에 조사되는 시간은 4분 ~ 10분이 바람직하며, 상기 할로겐 히터에 의해 조사되는 주름 부위의 연화온도는 120℃로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 라이너의 주름을 제거하기 위하여 보수용 패커부재에 공급되는 압력은 1.5기압이며, 그 시간은 5분으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 기존의 매설관은 하수관 또는 상수관으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은 보수 또는 보강을 위하여 기존의 매설관에 인입수단을 이용하여 삽입되며 변형관으로 사용되는, 접힌 형태이고 유연한 재질의 라이너; 상기 접힌 형태의 라이너가 삽입된 매설관을 밀폐시키기 위하여 상기 매설관의 양 단부에 장착되되, 일측에는 주입관이 구비되며 대향측에는 배출관이 구비되는 패커부재; 상기 접힌 형태의 라이너가 펼쳐지면서 매설관의 내벽으로 팽창밀착되도록 상기 패커부재의 주입관을 통하여 매설관의 내부로 주입되고 배출관을 통하여 배출되게 유체를 공급하는 유체 공급부; 및 상기 라이너 내벽에 발생된 주름을 제거하기 위하여 라이너의 내부로 인입시키는 주름제거수단을 포함하는 주름 제거 변형관 삽입장치를 제공한다.

본 발명에 따른 상기 주름제거수단은 라이너 내벽에 발생된 주름 부위에 인입시켜서 소정거리에서 소정시간 동안 소정온도가 될 때까지 주름 부위에 열원을 가해 주름 부위를 연화시키는 히터수단; 및 상기 히터수단에 의하여 연화된 주름 부위를 제거하는 보수수단을 포함한다.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 변형관이 삽입된 상태를 나타낸 구성도이고, 도2는 본 발명에 따른 주름제거수단을 이용하여 라이너의 주름을 제거하는 상태를 나타낸 구성도이며, 도3은 본 발명에 따른 변형관을 삽입하는 과정을 나타내는 개략도이고, 도4는 본 발명에 따른 변형관이 접힌 형태로 매설관에 삽입된 상태를 나타낸 사시도이다.

본 발명에 따른 주름제거수단을 이용하는 변형관 삽입공법 및 장치는 기존에 지하에 매설되어 있는 매설관을 보수하거나 보강하기 위하여 시공되는 공법 및 장치로서, 본 실시예에서는 기존의 매설관을 일예로 하수관에 기초하여 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 지하에 매설된 매설관을 보수하는 경우에 모두 적용할 수 있다. 다시 말해서, 후술할 변형관 삽입공법 및 장치는 상수관에도 적용할 수 있으며, 일예로 가스관의 경우에는 소정의 변형(즉, 라이너에 내화학성에 강한 코팅처리를 하는 변형)에 의하여 달성될 수 있다.

도1 내지 도4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 변형관 삽입공법 및 장치는 보수 또는 보강을 할 필요가 있는 하수관(100)에 인입수단(200)을 이용하여 변형관으로 사용되는, 접힌 형태이며 유연한 재질의 라이너(300)를 삽입하고; 상기 접힌 형태의 라이너(300)가 삽입된 하수관(100)을 밀폐시키기 위하여 상기 하수관(100)의 양 단부에 패커부재(500)를 장착하되, 상기 일측의 패커부재(500)에는 주입관(510)이 구비되며, 대향측의 패커부재(500)에는 배출관(520)이 구비되고; 유체 공급부(600)로부터 공급되는 유체는 패커부재(500)의 주입관(510)을 거쳐서 하수관(100) 내부로 주입되어 배출관(520)을 통해서 배출되며, 상기 유체 공급부(600)를 통해 주입된 유체(예를 들어, 고온 고압의 증기)에 의해 접힌 형태의 라이너(300)(여기에서, 상기 라이너는 열에 의해 고압 팽창 등이 가능하게 이루어지는 재료로서 예를 들어, 폴리에칠렌, 폴리에칠렌 복합재, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐 복합재 등을 들 수 있다)가 펼쳐지면서 하수관(100)의 내벽으로 팽창밀착되고; 상기 팽창밀착된 라이너(300)를 냉각시킨 후에 상기 패커부재(500)를 제거하고; 상기 라이너(300)의 내부로 주름제거수단(700)을 인입시켜서 상기 하수관의 내벽에 팽창밀착된 라이너(300) 내벽의 주름(400)을 제거한다.

여기에서, 상기 하수관(100)에 삽입된 접힌 형태의 라이너(300)를 하수관(100)의 내벽으로 원형 형태로 팽창시켜서 밀착시키기 위하여 사용되는 유체는 고 온 고압 또는 고온 저압의 증기로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 상기 라이너(300)를 원형 형태로 펼쳐서, 즉 팽창시켜서 밀착시킬 수 있다면 어느 유체로 이루어지더라도 무방하다. 또한, 상기 유체 공급부(600)는 도1에 일예로 유체를 증기로 사용하는 경우, 물 공급탱크(610)와 상기 유체를 패커부재의 주입관(510)으로 공급하기 위한 펌프(620)를 나타낸 것이다.

본 실시예에서, 상기 인입수단(200)에 의하여 변형관으로 사용되는 라이너(300)를 기존의 하수관(100)에 삽입하는 방법은, 도3에 나타낸 바와 같이 일측의 맨홀(110)에 윈치(210)를 위치시키고, 상기 윈치(210)에 와이어(220)의 일단을 연결한 후에 와이어(220)의 타단을 이동기기(미도시)에 연결하여, 상기 이동기기가 하수관(100)을 이동하여 타측의 맨홀(110)로 이동되게 한다. 그 후, 상기 이동기기에 연결된 와이어(220)를 타측에 위치된 접힌 형태의 라이너(300)에 연결하고, 상기 윈치(210)에 의하여 라이너(300)를 타측의 맨홀(110)로부터 일측의 맨홀(110)로 인입하여 하수관(100)의 내부에 삽입되게 한다. 여기에서, 상기 이동기기는 와이어(220)를 하수관(100)을 통해 이동시킬 수 있다면 어느 것이어도 무방하며, 일예로 무선 로봇을 들 수도 있다.

이와 같이, 상기 접힌 형태의 라이너(300)가 하수관(100)의 내부에 삽입된 상태는 도4에 나타낸 바와 같으며, 본 실시예에서는 상기 라이너(300)가 "ㄷ"자 형태로 이루어져 있으나, 하수관(100)에 용이하게 삽입될 수 있다면 다른 형태로 이루어져도 무방하다. 이러한, 상기 라이너(300)는 공장에서 파이프인 라이너(즉, 라이너(300)의 재료는 후술함)를 압출 성형한 후에 "ㄷ"자 형태로 변형시켜서 릴 형 태로 생산하며, 이때 상기 라이너(300)의 품질은 공장에서 생산시에 관리되어 일정한 품질을 계속적으로 유지, 즉 다른 공법과는 달리 본 발명에 따른 공법은 현장에서 별도의 경화 공정이 필요하지 않으므로 공장에서 생산시에 관리된 품질을 계속적으로 유지할 수 있다.

본 발명에 따른 변형관 삽입공법 및 장치에 사용되는 라이너(300)의 재료는 가공 및 시공이 편리하며 현장 적용성이 확보되어야 하고, 외압에 견딜 수 있는 강도와 장기적인 안정성이 확보되어야 하며, 접힌 부분의 라이너가 가열에 의해 고압팽창이 가능하여야 하며 접힘 부분의 물성변화가 발생하지 않아야 하고, 내화학성 및 내마모성이 우수하며 조도계수가 낮아 통수 능력이 우수해야 하며, 이음부 불량 부위 시공시에도 주름발생이 적으며 주름발생시에 재형성이 가능하여야 하고, 경제적이며 대량 생산이 가능하여야 하는 조건을 만족하는 재료이면 무방하다. 그러나, 보다 양호한 라이너(300)의 재료를 찾기 위한 여러 번의 실험(아래의 표1 참조, 표1은 본 발명에 따른 라이너 재료의 실험데이타를 나타낸 것임)에 의하면, 상기 라이너(300)의 재료는 폴리에칠렌(polyethylene; PE)이나 고밀도 폴리에칠렌(high-density polyethylene; HDPE), 폴리에칠렌 복합재(PE 복합재), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride; PVC) 및 폴리염화비닐 복합재(PVC 복합재)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

도5는 본 발명에 따른 주름제거수단을 이용하여 라이너의 내벽에 형성된 주름을 제거하는 과정을 나타낸 사시도이다.

상기 주름제거수단(700)에 의한 주름 제거는 도2 및 도5에 나타낸 바와 같이, 라이너(300) 내벽에 발생된 주름 부위(400)에 히터수단을 인입시키고; 상기 히터수단에 의하여 주름 부위(400)에 열원을 소정거리에서 소정시간 동안 소정온도가 될 때까지 가해서 주름 부위를 연화시키고(도5 (a,b)); 상기 라이너(300)의 내부로 보수수단을 인입시켜서 상기 연화된 주름 부위(400)를 보수수단으로 제거한다(도5 (c,d,e). 도5 (f)는 상기 라이너(300)의 내벽에 형성된 주름(400)이 주름제거수단(700)에 의하여 제거된 상태를 나타낸 것이며, 이와 같이 주름제거수단(700)에 의하여 라이너(300) 내벽의 주름이 제거된 후, 상기 라이너(300)의 양 단부와 연결부위들은 로보트 절단기로 처리하여 마무리한다.

여기에서, 상기 히터수단은 원적외선 히터, 스팀, 열수, 전자렌지로 이루어질 수 있지만, 본 발명에 따른 주름제거수단을 이용하는 변형관 삽입공법 및 장치에서 열원에 대한 실험(아래의 표2 참조, 표2는 본 발명에 따른 주름제거를 위한 열원별 온도상승(80℃)에 대한 실험데이타를 나타낸 것임)에 의하면 히터수단은 할로겐 히터(710)로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 실시예에서, 상기 보수수단은 압축기(720)를 통해 소정의 압력을 소정시간 동안 공급하여 압력에 의해 주름(400)을 제거하는 보수용 패커부재(730)로 이루어질 수 있다.

표3은 본 발명의 할로겐 히터와 라이너 재료에 따른 연화시간을 측정한 실험데이타를 나타낸 것이고, 도6은 본 발명의 할로겐 히터와 라이너 재료의 거리에 따른 온도변화를 나타낸 그래프이다.

표3 및 도6에 나타낸 바와 같이, 상기 주름 부위(400)와 할로겐 히터(710)의 거리가 10cm 이하인 경우에는 연화되는 시간이 짧아서 라이너(300)가 완전 연화되며, 상기 거리가 15cm 이상인 경우에는 라이너(300)가 연화되지 않는 경우가 발생되어 현장에서의 적용에 어려움이 있다. 따라서, 상기 주름 부위(400)와 할로겐 히터(710)의 거리는 10cm ~ 15cm로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 표3 및 도6에 나타낸 바와 같이, 상기 할로겐 히터(710)에 의해 주름 부위(400)에 조사되는 시간이 4분 이하인 경우에는 라이너(300)가 연화되지 않는 경우가 발생되며, 상기 시간이 10분 이상인 경우에는 라이너(300)가 완전 연화되어 변성될 수 있어서 현장에서의 적용에 어려움이 있다. 따라서, 상기 할로겐 히터(710)에 의해 주름 부위(400)에 조사되는 시간은 4분 ~ 10분이 바람직하다.

또한, 상기 할로겐 히터(710)에 의해 조사되는 주름 부위(400)의 연화온도는 120℃로 이루어지는 경우에 최적의 상태를 나타내었다. 상기 할로겐 히터(710)에 의한 거리, 시간 및 연화온도는 종합적으로 이루어지는 것이 바람직하며, 현장에서의 적용에 따라 그 거리, 시간 및 연화온도는 변경될 수도 있다.

또한, 상기 라이너(300)의 주름(400)을 제거하기 위하여 보수용 패커부재(730)에 공급되는 압력과 시간을 실험한 결과 압력이 1.5기압이며, 그 시간은 5분일 경우에 주름이 완전히 제거되었으며, 이와 같은 압력과 시간도 현장에서의 적용에 따라 변경될 수도 있을 것이다.

표4는 본 발명의 라이너 재료에 따른 실험데이타에 의한 두께별 온도 예측식을 나타낸 것이고, 도7은 본 발명의 라이너 재료에 따른 두께별 온도 예측식을 나타낸 그래프이다.

상기 표4 및 도7에 나타낸 바와 같이, 상기 라이너(300)의 내부에 주름(400)이 발생되면, 본 실험데이타에 근거하여 라이너 재료에 따른 할로겐 히터(710)의 최적조사거리와 조사시간을 구할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 주름제거수단(700)에 의하면 라이너(300)를 시공한 후에 기존 하수관(100)의 단차, 곡부 등에 의해 발생된 라이너(300)의 주름(400)을 완전히 제거하여 그 품질의 향상뿐만 아니라 조도계수가 높아지는 것을 방지하여 통수능의 향상을 기할 수 있어 유하속도의 저하를 방지할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 주름제거수단을 이용하는 비굴착 변형관 삽입공법 및 장치의 효과 및 작용에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 이하, 상기 표1에 부가하여 본 발명에 따른 라이너의 재료에 대한 실험에 대해서 구체적으로 설명한다.

표5는 본 발명에 따른 온도에 의한 라이너 재료의 선팽창계수의 실험데이타를 나타낸 것이고, 도8은 본 발명에 따른 온도에 의한 라이너 재료의 수축량 변화의 실험데이타를 나타낸 그래프이다.

상기 표5 및 도8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 라이너 재료를 온도에 따른 수축량을 실험한 결과에 의하면 원주방향 및 길이방향의 수축/팽창량이 작다는 것을 알 수 있으며, 또한 하수관(100)의 길이 50m(일반적으로, 국내에서의 하수관의 길이, 즉 일측 맨홀에서 타측 맨홀까지의 길이)를 시공한 경우의 선팽창계수에 의한 예측량도 작으므로 본 공법 및 장치에 적용된 라이너의 재료는 바람직하다는 것을 알 수 있다.

표6은 본 발명에 따른 라이너 재료를 96h 동안 측정한 내마모성 실험데이타(무게변화, g)를 나타낸 것이고, 표7은 표6의 실험데이타에 근거하여 50년후의 내마모성에 대한 예측을 나타낸 것이며, 도9는 본 발명에 따른 라이너 재료의 50년후의 내마모성(무게변화)을 예측한 그래프이다.

상기 표6, 표7 및 도9에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 라이너(300) 재료의 50년후의 내마모성은 우수하므로, 본 공법 및 장치에 적용된 라이너의 재료는 바람직하다는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 변형관(라이너) 삽입공법 및 장치에 있어서 조도계수를 실험하여 기존 하수관(100)의 내벽에 라이너(300)를 팽창밀착시킨 경우의 통수능력을 살펴본다. 표8은 본 발명에 따른 라이너를 삽입한 경우의 조도계수의 실험데이타(10회 평균값임)를 나타낸 것이다.

상기 표8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 변형관 삽입공법 및 장치에 따른 라이너를 삽입하여 보수한 후의 조도계수에 근거하여 하수관의 유량을 계산하면, 우선 일반적인 하수관 내의 유량은 다음 식에 의하여 구할 수 있다.

식(1)

(여기에서, Q = 유량, V = 유속, A = 단면적, n = 조도계수,

R = 경심(D/4), I = 동수구배, D = 관의 지름,

C = π/4 X (1/4)^(2/3) X I^(1/2))

본 실시예에서, 관경 300mm에 라이너를 시공한 경우, I값은 동일하므로 상기 라이너의 두께는 평균 6.4mm이면, 관경 축소는 12.8mm가 되므로 전체로 볼때 약 4%의 관경 축소가 나타난다. 이에 따라서, 기존 하수관(100)의 유량을 Q₀, 라이너를 삽입하여 보수한 후의 유량을 Q₁이라 할 경우, 관경 축소에 따른 통수능을 상기 식(1)에 따라 검토하면 다음과 같이 그 결과가 구해진다.

이와 같이, 계산한 결과 라이너(300)의 삽입에 의하여 4%의 관경 축소가 발생하여도 우수한 조도계수로 인하여 통수능의 증가가 발생함을 알 수 있으며, 상기 계산한 결과에 따르면 약 12%의 관경 축소가 발생하여도 통수능의 저하는 발생하지 않는 것을 알 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 변형관 삽입공법 및 장치에서의 라이너의 재료는 바람직하다는 것을 알 수 있으며, 또한 시공시에 있어서 본 실험데이타에 의하여 어느 재료가 최적이며 두께는 어느 정도로 할 것인지를 최적의 상태로 선택할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 변형관을 삽입하는 비굴착 공법은 현장에서 수지를 경화시키는 공정이 필요 없어 현장적응성이 우수하며, 공장에서 생산된 제품을 그대로 적용할 수 있어 품질안정성의 확보 및 품질관리가 용이하고, 다른 공법에 비해 현장에서의 경화가 필요하지 않으므로 공사기간의 단축 등을 실현할 수 있어 경제적이며, 우수한 조도계수로 인하여 매설관경의 축소에 따른 통수능의 저하를 발생시키지 않고, 유해물질을 배출시키지 않는 친환경에 적합한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 지하 매설관의 보수 및 보강시에 이음부 단차 등의 부위에서 발생될 수 있는 라이너의 주름 등을 주름제거수단을 이용하여 제거할 수 있고, 이에 따른 주름 제거에 의하여 유하속도의 저감을 방지할 수 있는 효과도 있다.

Claims

보수 또는 보강을 위하여 기존의 매설관에 인입수단을 이용하여 변형관으로 사용되는, 접힌 형태이며 유연한 재질의 라이너가 삽입되고;

상기 접힌 형태의 라이너가 삽입된 매설관을 밀폐시키기 위하여 상기 매설관의 양 단부에 패커부재를 장착하되, 상기 일측의 패커부재에는 주입관이 구비되며, 대향측의 패커부재에는 배출관이 구비되고;

유체 공급부로부터 공급되는 유체는 패커부재의 주입관을 거쳐서 매설관 내부로 주입되어 배출관을 통해서 배출되며, 상기 유체 공급부를 통해 주입된 유체에 의해 접힌 형태의 라이너가 펼쳐지면서 매설관의 내벽으로 팽창밀착되고;

상기 팽창밀착된 라이너를 냉각시킨 후에 상기 패커부재가 제거되고;

상기 라이너의 내부로 주름제거수단을 인입시켜서 상기 매설관의 내벽에 팽창밀착된 라이너 내벽의 주름이 제거되는

주름 제거 변형관 삽입공법.
제1항에 있어서,

상기 라이너의 재료는 폴리에칠렌, 폴리에칠렌 복합재, 폴리염화비닐 및 폴리염화비닐 복합재로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어지는

주름 제거 변형관 삽입공법.
제1항에 있어서,

상기 인입수단은

일측의 맨홀에 위치된 접힌 형태의 라이너를 매설관에 삽입할 수 있도록 타측의 맨홀에 위치되는 윈치;

일단은 상기 윈치에 연결되고, 타단은 라이너에 연결되는 와이어; 및

상기 윈치에 연결된 와이어를 라이너에 연결할 수 있도록 매설관의 내부를 따라 이동할 수 있는 이동기기

를 포함하는 주름 제거 변형관 삽입공법.
제1항에 있어서,

상기 유체는 고온 고압 또는 고온 저압의 증기로 이루어지는

주름 제거 변형관 삽입공법.
제1항에 있어서,

상기 주름제거수단에 의한 주름 제거는

상기 라이너 내벽에 발생된 주름 부위에 히터수단이 인입되고;

상기 히터수단에 의하여 열원이 소정거리에서 소정시간 동안 소정온도가 될 때까지 주름 부위에 가해져서 상기 주름 부위가 연화되고;

상기 연화된 주름 부위는 보수수단으로 제거되는

주름 제거 변형관 삽입공법.
제5항에 있어서,

상기 히터수단은 할로겐 히터로 이루어지는

주름 제거 변형관 삽입공법.
제5항에 있어서,

상기 보수수단은 압축기를 통해 소정의 압력을 소정시간 동안 공급하여 압력에 의해 주름을 제거하는 보수용 패커부재로 이루어지는

주름 제거 변형관 삽입공법.
제6항에 있어서,

상기 주름 부위와 할로겐 히터의 거리는 10cm ~ 15cm로 이루어지는

주름 제거 변형관 삽입공법.
제6항에 있어서,

상기 할로겐 히터에 의해 주름 부위에 조사되는 시간은 4분 ~ 10분으로 이루어지는

주름 제거 변형관 삽입공법.
제6항에 있어서,

상기 할로겐 히터에 의해 조사되는 주름 부위의 연화온도는 120℃로 이루어지는

주름 제거 변형관 삽입공법.
제7항에 있어서,

상기 라이너의 주름을 제거하기 위하여 보수용 패커부재에 공급되는 압력은 1.5기압이며, 그 시간은 5분으로 이루어지는

주름 제거 변형관 삽입공법.
제1항에 있어서,

상기 기존의 매설관은 하수관 또는 상수관으로 이루어지는

주름 제거 변형관 삽입공법.
보수 또는 보강을 위하여 기존의 매설관에 인입수단을 이용하여 삽입되며 변형관으로 사용되는, 접힌 형태이고 유연한 재질의 라이너;

상기 접힌 형태의 라이너가 삽입된 매설관을 밀폐시키기 위하여 상기 매설관의 양 단부에 장착되되, 일측에는 주입관이 구비되며 대향측에는 배출관이 구비되는 패커부재;

상기 접힌 형태의 라이너가 펼쳐지면서 매설관의 내벽으로 팽창밀착되도록 상기 패커부재의 주입관을 통하여 매설관의 내부로 주입되고 배출관을 통하여 배출되게 유체를 공급하는 유체 공급부; 및

상기 라이너 내벽에 발생된 주름을 제거하기 위하여 라이너의 내부로 인입시키는 주름제거수단

을 포함하는 주름 제거 변형관 삽입장치.
제13항에 있어서,

상기 라이너의 재료는 폴리에칠렌, 폴리에칠렌 복합재, 폴리염화비닐 및 폴리염화비닐 복합재로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어지고;

상기 유체는 고온 고압 또는 고온 저압의 증기로 이루어지는

주름 제거 변형관 삽입장치.
제13항에 있어서,

상기 주름제거수단은

상기 라이너 내벽에 발생된 주름 부위에 인입시켜서 소정거리에서 소정시간 동안 소정온도가 될 때까지 열원을 주름 부위에 가해 상기 주름 부위를 연화시키는 히터수단; 및

상기 히터수단에 의하여 연화된 주름 부위를 제거하는 보수수단

을 포함하는 주름 제거 변형관 삽입장치.
제15항에 있어서,

상기 히터수단은 할로겐 히터로 이루어지고;

상기 보수수단은 압축기를 통해 소정의 압력을 소정시간 동안 공급하여 압력에 의해 주름을 제거하는 보수용 패커부재로 이루어지는

주름 제거 변형관 삽입장치.
제16항에 있어서,

상기 주름 부위와 할로겐 히터의 거리는 10cm ~ 15cm로 이루어지고;

상기 할로겐 히터에 의해 주름 부위에 조사되는 시간은 4분 ~ 10분으로 이루어지고;

상기 할로겐 히터에 의해 조사되는 주름 부위의 연화온도는 120℃로 이루어지고;

상기 라이너의 주름을 제거하기 위하여 보수용 패커부재에 공급되는 압력은 1.5기압이며, 그 시간은 5분으로 이루어지는

주름 제거 변형관 삽입장치.
제13항에 있어서,

상기 기존의 매설관은 하수관 또는 상수관으로 이루어지는

주름 제거 변형관 삽입장치.