KR101922032B1 - 지반굴착장치를 이용한 연약지반개량 dcm 장치 및 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반굴착장치를 이용한 연약지반개량 DCM 장치 및 공법에 관한 것으로, 모터를 동력원으로 하여 구동하는 오거드라이브유닛과, 상기 오거드라이브유닛의 하단에 형성되어 오거드라이브유닛으로부터 동력을 전달받아 하향을 향해 복수단으로 연결 조립되는 복수의 연결로드를 회전시킬 수 있도록 구성되어 있는 기어박스와, 상기 복수의 연결로드 각각의 하단에 연결 조립되는 복수의 교반로드와, 상기 복수의 교반로드 각각의 하단에 연결 조립되어 지반을 굴착하는 복수의 오거헤드를 구비하고 있는 지반굴착장치를 이용하여 연약지반 개량공사를 시공하도록 구성되는 연약지반개량 DCM 장치 및 공법에 있어서,
상기 기어박스의 상측에 고정 설치되어 있으며, 상기 복수의 연결로드 및 복수의 교반로드 각각의 중심에 형성되는 중심공급통로와, 상기 중심공급통로를 감싸도록 2중관 구조로 형성되는 2중관공급통로를 구비하고 있는 구성으로 외부로부터 공급되는 시멘트풀을 상기 중심공급통로 및 상기 2중관공급통로 각각에 선택적으로 공급할 수 있도록 구성되어 있는 투웨이 스위벨을 구비하고 있으며,
상기 투웨이 스위벨을 이용하여 상기 복수의 연결로드 및 교반로드 각각의 중심에 형성되어 있는 중심공급통로로 시멘트풀을 공급하게 될 때에는 상기 교반로드의 하단측에 형성되어 있는 하단 토출구를 통해 시멘트풀이 토출되도록 하며, 상기 복수의 연결로드 및 교반로드 각각에 형성되어 있는 2중관공급통로로 시멘트풀을 공급하게 될 때에는 상기 교반로드의 상단측에 형성되어 있는 상단 토출구를 통해 시멘트풀이 토출되도록 구성하여서 된 것을 특징으로 하며,
또한 연약지반을 설정된 깊이까지 굴착하는 굴착단계에서부터 교반로드를 지상으로 인발하는 인발단계에 이르기까지 교반로드를 멈추지 않고 계속해서 정회전 방향으로 회전시키는 방법으로 굴착단계 및 인발단계를 진행하며, 연약지반을 굴착하는 굴착단계에서는 교반로드 하단측에서 시멘트풀이 토출되도록 하며, 교반로드를 지상으로 상승시키는 인발단계에서는 교반로드의 상단측에서 시멘트풀이 토출되도록 함으로써 시멘트풀을 토사에 고르게 혼합시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 발명이다.

Description

지반굴착장치를 이용한 연약지반개량 DCM 장치 및 공법{DCM soft ground improved apparatus and method using a ground rig}

본 발명은 지반굴착장치를 이용한 연약지반개량 DCM 장치 및 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지반굴착장치의 교반로드를 사용하여 연약지반을 굴착 및 교반할 때에는 상기 교반로드의 하단을 통해 시멘트를 토출시키면서 교반하도록 하며, 상기 교반로드를 인발할 때에는 교반로드의 상부에서 시멘트를 토출시키면서 교반토록 하여 연약지층에 시멘트가 골고루 혼합되는 상태로 개량될 수 있도록 하며, 또한 상기 지반굴착장치는 교반로드를 사용하여 지반을 굴착할 때나 인발할 때에도 항시 한 방향(예를 들면, 정회전 방향)으로만 상기 교반로드를 회전시키면서 연약지반을 개량할 수 있도록 하는 연약지반개량 DCM(Deep Cement Mixing) 장치 및 공법에 관한 것이다.

일반적으로 연약지반 개량공사 및 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사를 시공할 때에는 지반을 굴착하면서 굴착되는 지층의 토사 속으로 시멘트풀을 주입시키거나 또는 시멘트풀과 함께 급결제와 같은 약품을 주입시키는 방법으로 연약지반을 개량하거나 지하에 지중 물막이 연속 차수벽을 구축할 수 있도록 구성되어 있는 지반굴착장치를 이용하고 있다.

종래의 지반굴착장치는 오거드라이브유닛와, 이의 하단에 위치하도록 설치되어 상기 오거드라이브유닛으로부터 전달되는 회전동력으로 굴착로드를 회전시키도록 구성되는 기어박스와, 상기 기어박스에 착탈가능하도록 하향을 향해 다단상으로 연결 조립되는 복수의 연결로드와, 상기 복수의 연결로드 각각에 복수단으로 연결 조립되어 굴착된 토사를 교반하는 복수의 교반로드 및 상기 복수의 교반로드 각각의 하단에 하나씩 연결되어 지반을 굴착하도록 구성된 복수의 오거헤드 등이 구성되어 있다.

또한 종래의 지반굴착장치에는 외부로부터 공급되는 시멘트풀을 굴착되는 토사층에 토출시킬 수 있도록 하는 로터리 스위벨(Rotary swivel)이 구비되어 있으며, 상기한 로터리 스위벨은 본 발명의 발명자가 선출원으로 제안하여 실용신안으로 등록된 발명이 공고번호 실1996-6344호로 소개된 바 있다.

또한 상기한 로터리 스위벨은 기어박스의 상측에 고정 설치되어 외부로부터 공급되는 시멘트풀을 상기 기어박스에 연결되어 있는 복수의 연결로드 및 교반로드가 회전하게 되더라도 상기 복수의 연결로드 및 교반로드 각각의 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 공급통로로 공급할 수 있도록 구성되어 있다.

따라서 종래의 지반굴착장치는 지반굴착작동을 진행하면서 굴착되는 토사층으로 시멘트풀을 토출시킬 수 있게 되므로 굴착되는 토사와 토출되는 시멘트풀을 고르게 교반할 수 있으므로써 연약지반을 개량할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 종래의 지반굴착장치를 이용하여 연약지반을 개량공사를 진행하고자 할 때에는 통상적으로 지반을 굴착할 때에는 연결로드 및 교반로드를 정회전 방향으로 회전시키면서 하강시키는 작동으로 지반을 굴착하게 되며, 이와는 달리 상기 연결로드 및 교반로드를 설정된 깊이까지 하강시킨 다음, 연결로드 및 교반로드를 상향으로 상승작동시켜서 인발하고자 할 때에는 상기 연결로드 및 교반로드를 역회전 방향으로 회전시키면서 상승시키는 방법으로 연약지반을 개량하도록 구성되어 있다.

상기와 같은 종래의 지반굴착장치는 로터리 스위벨을 통해 굴착되는 토사층으로 시멘트풀을 토출시키기 위한 시멘트풀 토출구를 연결로드에 연결 조립되는 교반로드의 하단에 형성하는 구조로 구성되어 있다.

따라서 종래의 지반굴착장치를 이용하여 연약지반 개량공사를 진행할 때에는 상기한 복수의 연결로드 및 교반로드를 정회전 방향으로 회전작동시키면서 지반을 굴착함과 동시에 시멘트풀을 굴착되는 토사층으로 시멘트풀을 토출시키면서 상기한 교반로드에 형성되어 있는 복수의 교반날개가 오거헤드에 의해 굴착되는 토사와 시멘트풀 토출구로부터 토출되는 시멘트풀을 교반하는 방법으로 연약지반을 개량하도록 구성되어 있다.

그런데, 상기와 같이 교반로드의 하단에 연결 조립되어 있는 오거헤드로 연약지반을 굴착하면서 상기 교반로드를 하강시킴과 동시에 상기 교반로드의 하단에 형성되어 있는 시멘트풀 토출구를 통해 시멘트풀을 토출시키면서 연약지반을 굴착하게 될 때에는 상기 시멘트풀 토출구의 상측에 형성되어 있는 복수의 교반날개들이 상기 오거헤드에 의해 굴착되는 토사와 상기 시멘트풀 토출구로 토출되는 시멘트풀을 교반하게 되므로 토사와 시멘트풀의 혼합이 잘 이루어질 수는 있겠지만, 이와는 달리 굴착작동을 완료한 후 상기 교반로드를 상승시키면서 상기 교반로드의 하단에 형성되어 있는 시멘트풀 토출구를 통해 시멘트풀을 토출시킬 때에는 토사와 시멘트풀이 잘 혼합되지 않게 된다. 왜냐하면, 상기 교반로드의 하단에 형성되어 있는 시멘트풀 토출구는 교반로드에 형성된 복수의 교반날개들 보다 밑(하측)에 형성되어 있기 때문에 상승하는 상기 교반로드의 하단에 형성된 시멘트풀 토출구를 통해 토출되는 시멘트풀은 복수의 교반날개 밑에서 토출되는 상태가 됨과 동시에 상기 복수의 교반날개들은 상승하는 상태이므로 상기 시멘트풀 토출구에서 토출되는 시멘트풀을 복수의 교반날개들의 회전작동 범위에서 벗어난 상태가 되므로 토사와 혼합될 수 없게 되는 것이다.

상기와 같은 종래 지반굴착장치에서 나타나는 제반 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 발명자는 특허 제142486호 및 특허 제451962호를 제안한 바 있다.

상기한 전자의 선행기술(특허 제142486호)은 지반을 굴착할 때에는 굴착로드의 하단부분에서 시멘트풀이 배출되도록 하고, 굴착작업을 완료한 후 굴착로드를 인발할 때에는 굴착로드의 중간부분에서 시멘트풀이 배출되도록 함으로써 상기 굴착로드의 중간부분에서 시멘트풀을 배출시키는 시멘트풀 배출공의 하측에서 회전하는 복수의 교반날개가 상기한 시멘트풀 배출공에서 배출되는 시멘트풀을 토사와 함께 교반하도록 하면서 연약지반 개량공사를 진행하도록 구성되어 있으나, 상기한 전자의 선행기술(특허 제142486호)은 굴착로드를 상,하측 로드로 분리 형성한 다음 상기한 상측 로드와 하측 로드 사이에 2중관 구조로 된 배출장치를 용접하여 연결하는 구조로 되어 있으며, 2중관 구조로 된 배출장치는 굴착로드의 상측 로드 하단에 용접된 삽입로드가 굴착로드의 하단 로드 상단에 용접된 괘지로드에 상,하로 이동가능하게 끼워진 상태로 조립되어 있으며, 상기 굴착로드를 하강시켜서 지반을 굴착하게 될 때에는 배출장치의 삽입로드를 감싸고 있는 괘지로드가 상승이동되어 굴착로드의 상측 로드 및 하측 로드 각각의 중심에 형성된 상,하측 안내통로를 연결시키도록 함으로써 상기한 상측 로드의 중심에 형성된 상측 안내통로로 공급되는 시멘트풀이 하측 로드의 중심에 형성된 하측 안내통로를 통해 굴착로드의 하단에서 배출되도록 하면서 굴착작동이 진행되도록 하는 한편, 굴착작동을 완료한 후 굴착로드를 지상으로 인발하기 위해 상승시킬 때에는 삽입로드를 감싼 상태로 상승시킴과 동시에 상기한 괘지로드의 외주에 형성된 시멘트풀 배출공을 통해 상측 로드의 상측 안내통로로 공급되는 시멘트풀이 배출되도록 구성되어 있다.

그러나, 상기한 전자의 선행기술(특허 제142486호)은 굴착로드의 상측 로드와 하측 로드를 연결하는 배출장치의 삽입로드를 감싸도록 조립되어 있는 괘지로드가 상,하로 이동하게 될 때 삽입로드의 외면과 괘지로드의 내면 사이에 토사가 끼이게 되는 현상이 나타난 괘지로드의 상,하 이동이 원활하지 목하게 되는 현상이 나타나 지반을 굴착하게 될 때나 지상으로 인발하게 될 때 시멘트풀이 제대로 배출되지 않게 되는 문제점이 자주 발생되고 있으며, 또한 상기 굴착로드를 지상으로 인발하기 위해 상승시킬 때 배출장치의 괘지로드 외주에 형성된 배출공으로배출되는 시멘트풀은 굴착로드의 외주로 넓게 퍼지는 상태로 배출되지 않고 상기한 괘지로드의 외면을 따라 흘러내리는 상태로 배출되기 때문에 상기 배출장치의 하측에서 회전하는 교반날개들의 교반작동에 의해서도 시멘트풀이 굴착로드 주위로 넓게 퍼지지 않게 되어 상기 배출장치를 통해 배출되는 시멘트풀을 토사에 고르게 혼합 교반하지 못하게 된다는 것이 단점으로 지적되고 있다.

또한 상기한 후자의 선행기술(특허 제451962호)는 전자의 선행기술(특허 제 142486호)에서 나타나는 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 굴착로드의 중심에는 시멘트풀을 배출시키기 위한 1개의 시멘트풀 유출통로가 형성되고, 하단에는 상기한 시멘트풀 유출통로를 통해 공급되는 시멘트풀을 배출시키기 위한 시멘트풀 배출공이 형성되어 있으며, 상기 굴착로드의 하단에 사방을 향해 돌출된 복수의 굴착비트 중 대칭하는 방향으로 돌출된 2개의 굴착비트 각각에는 공압 배출공과 약품 배출공이 형성되어 있고, 상기 굴착로드 내부에는 상기한 공압 배출공 및 약품 배출공 각각에 연결되는 공압 유출통로 및 약춤 유출통로를 형성하여 굴착로드로 지반을 굴착할 때와 굴착로드를 지상으로 인발할 때 굴착 및 교반되고 있는 토사층에 시멘트풀과 공압 및 약품(급결제 등)을 동시에 주입할 수 있도록 구성되어 있다.

그러나, 상기한 후자의 선행기술(특허 제451962호)은 굴착 및 교반되고 있는 토사층에 강한 분사압력으로 주입되는 공압으로는 토사덩어리의 응집력을 약화시켜서 잘게 부서지도록 함으로써 시멘트풀과의 교반이 잘 이루어지게 하는 장점은 기대할 수 있겠지만, 상기한 시멘트풀은 굴착로드의 하단에 형성된 시멘트풀 배출공을 통해서만 배출되고, 공압 및 약품은 상기 굴착로드의 하단에서 사방으로 돌출되어 있는 복수의 굴착비트 중 서로 대칭하는 위치에 있는 2개의 굴착비트에 형성된 공압 배출공 및 약품 배출공을 통해서만 배출되기 때문에 굴착로드를 지상으로 인발하기 위해 상승이동시킬 때 굴착로드의 하단에서 배출되는 시멘트풀이나 공압 및 약품 등이 토사에 잘 섞이지 않게 된다는 것이 문제점으로 지적되고 있다.

한편, 종래의 지반굴착장치를 이용하여 연약지반 개량공사를 진행하기 위하여 연약지반을 굴착할 때에는 굴착로드를 정회전 방향으로 회전시킴과 동시에 시멘트풀을 시키면서 연약지반을 굴착하게 되며, 연약지반을 설정된 깊이로 굴착작동을 완료한 후 굴착로드를 지상으로 인발하고자 할 때에는 역회전방향으로 회전시키면서 상승시키게 되는데, 이와 같이 정회전하면서 연약지반을 굴착하던 굴착로드를 역회전 방향으로 회전시키기 위해서는 반드시 굴착로드를 완전히 정지시킨 상태에서 역회전시켜야 하는데, 이때 정회전 방향으로 회전하면서 연약지반을 굴착하던 굴착로드를 지하에서 일단 정지시킨 후 다시 굴착로드를 역회전 또는 정회전 방향으로 시키기 위해서는 지상에서 연약지반을 굴착하기 위해 굴착로드를 회전시킬 때 소요되는 동력에 비하여 1.5배 이상의 동력이 필요하게 되기 때문에 오거드라이브유닛에 설치되는 모터의 용량(마력)을 충분히 큰 것을 사용하여야 하므로 오거드라이브유닛의 제조비가 비싸지게 될 뿐 아니라 연료의 소모량이 많아지게 된다는 것이 문제점으로 지적되고 있다.

또한 선행기술로 제안된 특허 제451962호 및 특허 제 491876호에 기재되어 있는 복합형 스위벨 및 멀티 스위벨은 굴착로드의 중심에 형성된 시멘트풀 공급통로의 주위에 별도로 형성된 유체통로를 통해 공압이나 약품(급결제 등) 등은 공급할 수 있겠지만, 시멘트풀을 공급할 수 없는 구조로 구성되어 있기 때문에 시멘트풀을 공급하는 용도로는 사용되지 못하고 있는 실정이다. 왜냐하면, 상기한 복합형 스위벨 및 멀티 스위벨은 교반로드 및 굴착로드 위에 연결 조립되어 외부에서 공급되는 공압이나 약품의 경우에는 기밀구조(seal 구조)에 아주 작은 소량이 스며들게 되더라고 상기한 기밀구조(seal 구조)가 쉽게 손상되지 않지만, 시멘트풀이 상기한 기밀구조(seal 구조)에 극소량으로 스며들게 되더라도 기밀구조(seal 구조)가 쉽게 손상되어 고장을 일으키기 때문이다.

또한 종래 지반굴착장치를 이용하여 연약지반 개량공사를 진행하게 될 때 하나의 로터리 스위벨과 교반로드의 중심에 형성되어 있는 하나의 공급통로를 통해서는 교반로드의 상,하단에 형성되어 있는 상,하측 토출공을 선택하여 시멘트풀이 토출되도록 제어할 수는 없다. 왜냐하면, 상기한 교반로드에 형성되어 있는 상,하측 토출공은 단순히 뚫려있는 상태에서 시멘트풀을 토출시키도록 구성되어 있으므로 굴착작동 중에는 지하에 박혀 있는 관계로 육안으로는 볼 수 없을 뿐 아니라 상기한 상,하측 토출공이 토사나 돌멩이 등에 의해 막히게 되는 등 저항이 적게 걸리는 토출공 측으로 세멘트풀이 토출되기 때문에 상기한 상,하측 토출공 중 어느 쪽을 선택하여 시멘트풀이 토출되도록 제어할 수 없기 때문에 연약지반의 개량공사를 효율적으로 진행할 수 없게 되는 것이다.

실용신안공보 공고번호 실1996-0006344호(1996. 07. 23. 공고) 등록특허공보 제10-0142486호(1996. 11. 19. 공개) 등록특허공보 제10-0451962호(2004. 10. 08. 공고) 등록특허공보 제10-0491876호(2005. 05. 30. 공고) 등록특허공보 제10-0512095호(2005. 09. 02. 공고) 등록특허공보 제10-0472795호(2005. 02. 14. 공고) 등록특허공보 제10-1170656호(2012. 07. 27. 공고) 등록특허공보 제10-1219377호(2013. 01. 02. 공고)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서 나타나는 제반 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연약지반을 굴착할 때에는 교반로드의 하단측에서 시멘트풀이 토출되도록 하여 하강하는 교반날개에 의하여 굴착되는 토사와 토출되는 시멘트풀의 혼합이 잘 이루어지도록 하는 한편, 상기 교반로드를 인발할 때에는 교반로드의 상단측에서 시멘트풀이 토출되도록 하여 상승하는 교반날개가 토출되는 시멘트풀이 토사에 잘 혼합될 수 있도록 하며, 이를 위해 시멘트풀이 교반로드의 하단측 및 상단측으로의 공급되도록 하는 것을 제어할 수 있도록 하며, 또한 연약지반을 굴착할 때에나 굴착작동을 완료한 후 교반로드를 인발할 때에도 상기 교반로드를 항시 한 방향(예를 들면, 정회전 방향)으로만 회전작동시키면서 굴착작동 및 인발작동을 진행할 수 있도록 함으로써 오거드라이브유닛을 구동시키기 위한 모터의 용량을 줄일 수 있도록 함으로써 연약지반 개량공사를 효율적으로 시공할 수 있도록 하는 DCM 장치 및 공법을 제공하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 추구하기 위한 수단으로서,

본 발명의 연약지반개량 DCM 장치는,

모터를 동력원으로 하여 구동하는 오거드라이브유닛과, 상기 오거드라이브유닛의 하단에 형성되어 오거드라이브유닛으로부터 동력을 전달받아 하향을 향해 복수단으로 연결 조립되는 복수의 연결로드를 회전시킬 수 있도록 구성되어 있는 기어박스와, 상기 복수의 연결로드 각각의 하단에 연결 조립되는 복수의 교반로드와, 상기 복수의 교반로드 각각의 하단에 연결 조립되어 지반을 굴착하는 복수의 오거헤드를 구비하고 있는 지반굴착장치를 이용하여 연약지반 개량공사를 시공하도록 구성되는 연약지반개량 DCM 장치에 있어서,

상기 기어박스의 상측에 고정 설치되어 있으며, 상기 복수의 연결로드 및 복수의 교반로드 각각의 중심에 연결되도록 형성되는 중심공급통로와, 상기 중심공급통로를 감싸도록 2중관 구조로 형성되는 복수의 2중관 소형공급통로를 구비하고 있는 구성으로서 외부로부터 공급되는 시멘트풀을 상기 중심공급통로 및 상기 복수의 2중관 소형공급통로 각각에 선택적으로 공급할 수 있도록 구성되어 있는 투웨이 스위벨을 구비하고 있으며,

상기 투웨이 스위벨을 이용하여 상기 복수의 연결로드 및 교반로드 각각의 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 공급통로로 시멘트풀을 공급하게 될 때에는 상기 교반로드의 하단측에 형성되어 있는 하단 토출구를 통해 시멘트풀이 토출되도록 하며, 상기 복수의 연결로드 및 교반로드 각각에 형성되어 있는 2중관 시멘트풀 공급통로로 시멘트풀을 공급하게 될 때에는 상기 교반로드의 상단측에 형성되어 있는 상단 토출구를 통해 시멘트풀이 토출되도록 구성하여서 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 투웨이 스위벨은 상면에 고정 부착되는 고정덮개의 중심에는 중심공급통로로 시멘트풀을 공급하기 위한 중심공급통로입구가 형성되어 있으며, 상기 고정덮개의 중심공급통로입구 일측에는 일정간격으로 형성되는 복수의 2중관 소형공급통로로 시멘트풀을 공급하기 위한 편심공급통로입구가 편심된 위치에 고정된 상태로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 투웨이 스위벨은 고정덮개가 고정 부착되는 고정체와, 상기 복수의 연결로드 각각의 상단에 연결되어 각 연결로드와 같이 회전하도록 형성되는 회전체로 구성되어 있으며, 상기 고정체에는 중심공급통로입구와 연통하는 중심공급통로와, 상기 고정체의 상면에는 중심공급통로와는 별도 분리된 상태로 형성되어 있는 환형공급통로와, 상기 환형공급통로의 바닥과 연통하도록 상기 중심공급통로 주위에 일정간격으로 형성되는 복수의 2중관 소형공급통로가 형성되어 있으며, 상기 회전체에는 고정체에 형성되어 있는 중심공급통로와 연결되는 중심연결통로와, 상기 복수의 2중관 소형공급통로들과 연통하도록 형성되는 환형연결통로와, 상기 환형연결통로의 바닥과 연통하도록 형성된 채 중심연결통로 주위에 일정간격으로 형성되는 복수의 소형연결통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 연결로드 및 복수의 교반로드 각각의 중심에는 투웨이 스위벨의 중심공급통로입구를 통해 주입되는 시멘트풀이 상기 복수의 교반로드의 각 하단측에 하나 이상으로 형성되어 있는 하단 토출구를 통해 토출될 수 있도록 시멘트풀을 상기 하단 토출구까지 안내하기 위한 시멘트풀 공급통로가 형성되어 있으며, 상기 복수의 연결로드 및 교반로드 각각에는 시멘트풀 공급통로를 감싸는 상태로 형성되는 2중관 시멘트풀 공급통로가 형성되어 있되, 상기 2중관 시멘트풀 공급통로는 복수의 교반로드 각각의 상단측에 하나 이상으로 형성되는 상단 토출구에 연결되는 위치까지 형성되어 상기 편심공급통로입구를 통해 주입되는 시멘트풀이 상기 복수의 교반로드의 상단측에 형성되어 있는 상단 토출구를 통해 토출시킬 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연약지반개량 DCM 장치는 외부로부터 펌핑 공급되는 시멘트풀을 상기 투웨이 스위벨에 형성되어 있는 중심공급통로입구 및 편심공급통로입구 각각에 선택적으로 공급할 수 있도록 하는 시멘트풀 공급조절밸브를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시멘트풀 공급조절밸브는 고정 설치되는 밸브몸체와, 상기 밸브몸체의 일측에 축방향을 향해 일정간격으로 형성되는 복수의 주입구와, 상기 밸브몸체의 타측에 축방향을 향해 일정간격으로 형성되는 복수의 제1 배출구와, 상기 복수의 제1 배출구에 대하여 일정각도 어긋난 위치에 일정간격으로 형성되는 복수의 제2 배출구와, 상기 밸브몸체의 내측에 회전가능하게 삽입 설치되어 있는 밸브회전체와, 상기 밸브회전체의 일측에 원주방향을 향해 호형상으로 형성된 채 축방향으로 일정간격을 유지하도록 형성되어 있는 복수의 주입통로와, 상기 복수의 주입통로와 연결된 채 상기 제1 및 제2 배출구 각각에 선택적으로 연결되도록 형성되어 있는 복수의 배출통로와, 상기 밸브몸체의 일측에 형성되어 밸브회전체를 시계방향 및 반시계방향으로 일정각도씩 회전시키는 작동실린더로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연약지반개량 DCM 공법은,

모터를 동력원으로 하여 구동하는 오거드라이브유닛과, 상기 오거드라이브유닛의 하단에 형성되어 오거드라이브유닛으로부터 동력을 전달받아 하향을 향해 복수단으로 연결 조립되는 복수의 연결로드를 회전시킬 수 있도록 구성되어 있는 기어박스와, 상기 복수의 연결로드 각각의 하단에 연결 조립되는 복수의 교반로드와, 상기 복수의 교반로드 각각의 하단에 연결 조립되어 지반을 굴착하는 복수의 오거헤드를 구비하고 있는 지반굴착장치를 이용하여 연약지반 개량공사를 시공하도록 구성되는 연약지반개량 DCM 공법에 있어서,

상기 복수의 교반로드를 회전시킴과 동시에 하강시키는 작동으로 연약지반을 설정된 깊이로 굴착하고자 할 때 상기 교반로드를 한 방향(정회전 방향)으로 회전시킴과 동시 하강시키는 작동으로 굴착작동을 진행하게 될 때에는 상기 교반로드의 하단측에 형성되어 있는 하단 토출구를 통해 시멘트풀을 토출시켜 상기 하단 토출구 상측에서 회전하는 복수의 교반날개로 굴착되는 토사와 토출되는 시멘트풀을 혼합시키도록 하면서 연약지반을 굴착하도록 구성되는 굴착단계;

상기 굴착단계에서 연약지반을 설정된 깊이까지 굴착한 후 교반로드를 인발하고자 할 때에는 상기 교반로드의 한 방향(정회전 방향)으로 회전시키는 작동을 일단 정지시키지 않고 계속하여 교반로드를 같은 방향(정회전 방향)으로 회전시킴과 동시에 상기 교반로드의 상단에 형성되어 있는 상단 토출구를 통해 시멘트풀을 토출시켜 상기 상단 토출구 하측에서 회전하는 복수의 교반날개로 토출되는 시멘트풀을 토사에 혼합시키면서 교반로드를 지상으로 상승시키도록 구성되는 인발단계;

로 연약지반을 개량하도록 구성하여서 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 연약지반 개량공사를 시공하고자 할 때 기어박스의 상측에 설치되어 있는 투웨이 스위벨을 통해 시멘트풀을 공급함에 있어 연약지반을 굴착하고자 할 때에는 교반로드를 한 방향(정회전 방향)으로 회전시키면서 하강시키는 작동으로 굴착작동을 진행함과 동시에 교반로드의 하단측에 형성되어 있는 하단 토출구를 통해서 시멘트풀을 토출시키도록 함으로써 회전하면서 하강하는 교반날개들이 상기 하단 토출구에서 토출되는 시멘트풀과 굴착되는 토사를 잘 혼합시킬 수 있도록 하는 한편, 연약지반을 설정된 깊이로 굴착작동을 완료한 후 상기 교반로드를 상승시키고자 할 때에는 교반로드를 일단 정지시키지 아니한 채 한 방향(정회전 방향)으로 계속 회전시키면서 상승시킴과 동시에 상기 교반로드의 상단측에 형성되어 있는 상단 토출구를 통해서 시멘트풀을 토출시키도록 함으로써 상승하는 교반날개들이 토출되는 시멘트풀과 토사를 혼합시킬 수 있도록 하여 연약지반 개량공사를 효율적으로 진행할 수 있도록 하는 효과가 있으며, 또한 연약지반을 설정된 깊이로 굴착하기 위해 교반로드를 정회전시켜 설정된 깊이로 굴착작동을 완료한 후 상기 교반로드를 인발하기 위해 상승시킬 때에도 교반로드는 정지하지 않고 계속해서 한 방향(정회전 방향)으로만 회전시키면서 상승하도록 함으로써 오거드라이브유닛을 구동시키는 모터에 과부하가 걸리지 않도록 할 수 있으므로 상기한 모터의 용량을 줄일 수 있도록 하여 상기 오거드라이브유닛의 제조비용 절감 및 상기한 모터를 구동시키기 위한 발전기의 연료소비를 줄일 수 있도록 하여 운전비용을 절감시킬 수 있도록 하는 효과가 있으며, 또한 교반로드의 회전반경 주위의 토사층에 시멘트풀이 고르게 혼합되는 상태로 연약지반을 개량할 수 있도록 하는 효과가 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 연약지반 DCM 장치 설치상태도
도 2는 본 발명의 연약지반개량 DCM 장치의 교반로드 연결상태를 일부 단면 및 일부 확대하여 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 연약지반개량 DCM 장치의 연결로드 연결상태를 확대하여 나타낸 단면도
도 4는 본 발명의 연약지반개량 DCM 장치의 연결로드 및 교반로드의 연결조인트에 개재되는 패킹부재의 결합상태 평면도 및 단면도
도 5는 본 발명의 연약지반개량 DCM 장치의 투웨이 스위벨의 조립상태 단면도 및 평,저면도
도 6은 본 발명의 연약지반개량 DCM 장치의 시멘트풀 공급조절밸브의 작동실린더 작동상태도
도 7은 도 6의 A-A선 단면도
도 8의 (ㄱ)(ㄴ)은 도 7의 B-B선 단면도로 나타낸 시멘트풀 공급조절밸브의 작동상태 단면도
도 9는 본 발명의 교반로드의 하단 토출구로 토출되는 시멘트풀이 교반로드의 회전영역 내측부분의 토사에 60∼80% 정도로 많이 혼합되는 상태를 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 교반로드의 상단 토출구에서 토출되는 시멘트풀이 교반로드 회전영역 외측부분의 토사에 60∼80% 정도로 많이 혼합되는 상태를 나타낸 도면

본 발명에 의한 지반굴착장치를 이용한 연약지반개량 DCM 장치 및 공법에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면부호 1은 지반굴착장치를 나타내는 것으로, 상기 지반굴착장치(1)는 지상에 자주식으로 주행이 가능하도록 구성된 크롤러 크레인(10)과, 상기 크롤러 크레인(10)의 선단 지지암(11)에 지지된 상태로 수직상으로 고정 설치되는 리더(12)와, 상기 리더(12)의 상단에 형성된 톱시브에 와이어로 연결되어 상,하로 승강이동이 가능하게 설치되는 오거드라이브유닛(13)과, 상기 오거드라이브유닛(13)의 하단에 설치되어 있는 기어박스(14)와, 상기 기어박스(14)에 착탈가능하게 연결되어 상기 오거드라이브유닛(13)으로부터 회전동력을 전달받아 회전하도록 복수단으로 연결 조립되는 복수의 연결로드(15)와, 상기 복수의 연결로드(15) 각각의 하단에 연결 조립되는 복수의 교반로드(16)와, 상기 복수의 교반로드(16) 각각의 하단에 연결 조립되어 지반을 굴착하는 복수의 오거헤드(17) 등이 구성되어 있다.

상기 복수의 연결로드(15) 및 복수의 교반로드(16) 각각의 중심에 수직상으로 연결되도록 형성되는 시멘트풀 공급통로(2a)와, 상기 시멘트풀 공급통로(2a)를 감싸도록 형성되는 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)가 형성되어 있으며, 상기 시멘트풀 공급통로(2a)는 복수의 교반로드(16) 각각의 하단측에 하나 이상으로 형성되는 하단 토출구(21)까지 연장 형성되어 시멘트풀 공급통로(2a)로 공급되는 시멘트풀을 상기 하단 토출구(21)를 통해 토출시킬 수 있도록 구성되어 있으며, 또한 상기 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)는 복수의 교반로드(16) 각각의 상단측에 하나 이상으로 형성되어 있는 상단 토출구(22)와 연결되는 위치까지 연장 형성되어 2중관 시멘트 공급통로(2b)로 공급되는 시멘트풀을 상기 상단 토출구(22)를 통해 토출시킬 수 있도록 구성되어 있다.

본 발명의 특징은, 복수의 연결로드(15) 및 교반로드(16) 각각의 중심에 수직상으로 연결 형성되어 있는 시멘트풀 공급통로(2a) 및 상기 시멘트풀 공급통로(2a)를 감싸도록 2중관 구조로 형성되어 있는 2중관 시멘트풀 공급통로(2b) 각각에 시멘트풀 펌핑장치(미도시)에 의하여 펌핑 공급되는 시멘트풀을 공급할 수 있도록 하는 투웨이 스위벨(3 : 2 way swivel)과, 상기 시멘트풀 펌핑장치에 의하여 펌핑 공급되는 시멘트풀을 상기 투웨이 스위벨(3)에 각각 분리 형성되어 있는 중심공급통로입구(32) 및 편심공급통로입구(33)로 공급할 수 있도록 하는 시멘트풀 공급조절밸브(4)를 구비한 것에 있다.

상기 투웨이 스위벨(3)은 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 기어박스(14)의 상측에 위치하여 고정프레임 구조물(미도시) 등에 부착되어 있도록 고정 설치되는 고정체(3a)와, 상기 복수의 연결로드(15) 각각의 상단에 연결 조립되어 회전가능하게 설치되는 회전체(3b)가 조립된 구조로 구성되어 있다.

또한 상기 투웨이 스위벨(3)의 고정체(3a) 상면에는 고정덮개(31)가 고정 붙착되어 있으며, 상기 고정덮개(31)의 중심에는 중심공급통로입구(32)가 형성되어 있고, 상기 중심공급통로입구(32)의 일측 편심된 위치에는 편심공급통로입구(33)가 형성되어 있으며, 상기 고정체(3a)의 상면에는 중심에 형성되는 중심공급통로(34)와 상기 중심공급통로(34)의 주위에 환형형상으로 형성되는 환형공급통로(35)가 형성되어 있다.

또한, 상기 환형공급통로(35)의 상부는 편심공급통로입구(33)와 연결되어 있으며, 상기 환형공급통로(35)의 바닥에는 중심공급통로(34)의 주위에 일정간격으로 형성되어 중심공급통로(34)를 감싸주는 상태로 2중관 구조를 형성하는 복수의 2중관 소형공급통로(36)가 연결되도록 구성되어 있다.

또한 상기 투웨이 스위벨(3)의 회전체(3b) 중심에는 상기 중심공급통로(34)와 수직상으로 연결되는 중심연결통로(37)가 형성되어 있으며, 상기 중심연결통로(37)의 상면에는 상기 복수의 2중관 소형공급통로(36)가 연결되는 환형연결통로(38)가 형성되어 있으며, 상기 환형연결통로(38)의 바닥에는 중심연결통로(37) 주위에 일정간격으로 형성되는 복수의 소형연결통로(39)가 연결되도록 구성되어 있다.

또한 상기 투웨이 스위벨(3)의 회전체(3b) 중심에 형성되어 있는 중심연결통로(37)는 복수의 연결로드(15) 각각의 중심에 연결 형성되는 시멘트풀 공급통로(2a)와 연결되도록 구성되며, 상기 중심연결통로(37)의 주위에 일정간격으로 형성되어 있는 복수의 소형연결통로(39)들은 상기 복수의 연결통로(16)의 시멘트풀 공급통로(2a)를 감싸도록 형성되어 있는 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)에 연결되도록 구성되어 있다.

상기 투웨이 스위벨(3)은 시멘트풀 공급조절밸브(4)로부터 시멘트풀을 공급받도록 구성되어 있으며, 또한 상기 시멘트풀 공급조절밸브(4)는 도시하지 아니한 시멘트풀 펌핑장치로부터 펌핑 공급되는 시멘트풀을 상기 투웨이 스위벨(3)에 형성되어 있는 중심공급통로입구(32) 및 편심공급통로입구(33) 중 어느 하나의 입구를 향해 선택적으로 공급할 수 있도록 구성되어 있다.

이를 위해, 상기 시멘트풀 공급조절밸브(4)는 원통형으로 형성되는 밸브몸체(41)와, 상기 밸브몸체(41) 내부에 회전가능하게 삽입 설치되는 밸브회전체(42)와, 상기 밸브회전체(42)를 일정각도로 회전시키기 위하여 유압으로 작동하는 작동실린더(43)를 구성하고 있다.(도 6 참조)

또한 상기 밸브몸체(41) 일측에는 축방향을 향해 일정간격으로 형성되는 복수의 주입구(44)가 형성되어 있으며, 상기 밸브회전체(42)의 원주면 일측에는 상기 복수의 주입구(44) 각각에 연통하는 복수의 주입통로(45)가 축방향을 향해 일정간격으로 형성되어 있는데, 상기한 복수의 주입통로(45) 각각은 밸브회전체(42)가 일정각도의 범위 안에서 회전하게 되더라도 복수의 주입구(44)와 연통하는 상태가 될 수 있도록 상기 밸브회전체(42)의 원주방향을 향해 일정 각도의 곡면으로 긴 원호형상으로 형성되어 있다.(도 8 참조)

또한 상기 밸브몸체(41)의 타측에는 주입구(41)로 유입되는 시멘트풀을 배출시키기 위한 제1 및 제2 배출구(46)(47)이 일정각도로 형성되어 있는데, 상기 제1 배출구(46)는 주입구(44)의 반대측에 위치하는 상태로 형성되어 있으며, 상기 제2 배출구(47)는 제1 배출구(46)에서 일정각도 벗어난 위치에 형성되어 있으며, 또한 상기 밸브회전체(42)에는 주입통로(45)에 연결되는 배출통로(48)가 밸브회전체(42)를 관통하도록 형성되어 있으며, 상기 배출통로(48)는 작동실린더(43)의 피스톤로드가 출몰작동함에 따라 밸브회전체(42)가 일정각도로 회전하게 될 때마다 제1 배출구(46) 및 제2 배출구(47) 각각에 교대적으로 연결되도록 구성되어 있다.

예를 들어, 상기 작동실린더(43)의 피스톤로드가 출현작동으로 밸브회전체(42)를 시계방향으로 일정각도 회전시키게 될 때에는 배출통로(48)는 제1 배출구(46)에 연결되는 상태가 되며, 이와는 달리 상기 작동실린더(43)의 피스톤로드가 몰입작동으로 밸브회전체(42)를 반시계방향으로 일정각도 회전시키게 될 때에는 배출통로(48)는 제2 배출구(47)에 연결되는 상태가 된다.(도 8 참조)

또한 상기 시멘트풀 공급조절밸브(4)는 작동실린더(43)의 피스톤로드가 출몰작동함에 따라 밸브회전체(42)를 일정각도의 범위 안에서 왕복회전시킬 수 있도록 하기 위하여 상기 밸브회전체(42)의 일단(42a)을 밸브몸체(41)의 일측으로 돌출되도록 형성한 다음, 상기 일단(42a)에 밸브작동간(49)을 고정 부착하고, 상기 밸브작동간(49)의 자유단에 작동실린더(43)의 피스톤로드 선단을 연결하도록 구성되어 있다.(도 6 및 도 7 참조)

한편, 상기 지반굴착장치(1)는 연약지반을 개량하는 공사를 시공할 때에는 통상 기어박스(14)에 복수단으로 연결 조립되는 복수의 연결로드(15) 및 교반로드(16)를 4축의 굴착로드로 구성하여 시공하게 되며, 또한 오거드라이브유닛(13)의 동력원인 모터는 2대로 형성하여 4축의 굴착로드를 회전시키도록 구성하거나 또는 4축의 굴착로드 각각의 상단에 모터 한대씩 각각 설치하여 각축의 굴착로드를 회전시키는 방법으로 연약지반 개량공사를 시공하게 된다.

본 발명에서는 상기 지반굴착장치(1)의 기어박스(14)의 상측이나 또는 오거드라이브유닛(13)의 상측에 투웨이 스위벨(3) 및 시멘트풀 공급조절밸브(4)를 설치한 상태에서 연약지반 개량공사를 시공하도록 구성되어 있다.

또한 상기 복수의 연결로드(15) 및 복수의 교반로드(16) 각각은 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 암,수 조인트(5a)(5b)에 의하여 수직방향을 향해 복수단으로 연결 조립되는 것이며, 상기 복수의 연결로드(15) 및 교반로드(16) 각각의 중심에 형성되도록 연결되는 시멘트풀 공급통로(2a)는 상기 암,수 조인트(5a)(5b)의 중심을 관통하도록 연결되어 있으며, 또한 상기 암,수 조인트(5a)(5b) 각각에는 시멘트풀 공급통로(2a)를 감싸는 직경을 가지는 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)가 연결되어 상기 시멘트풀 공급통로(2a)와 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)는 2중관 구조를 형성하도록 구성되어 있다.

또한 상기 암,수 조인트(5a)(5b)는 2개의 결합핀(53)(54)에 의하여 결합되도록 구성되어 있는데, 이는 4축의 연결로드(15) 각각의 상단에 한대씩의 모터가 설치되도록 구성될 경우에는 암,수 조인트(5a)(5b)에 무거운 하중이 걸리게 되므로 종래와 같이 1개의 결합핀으로 암,수 조인트(5a)(5b)를 결합시킬 경우에는 암,수 조인트의 결합상태가 불완전한 상태가 되어 후술하는 기밀패킹(6)이 쉽게 마모되는 현상이 나타나거나 심한 경우 암,수 조인트(5a)(5b)가 쉽게 마모되어 고장을 일으킬 수 있기 때문에 본 발명에서는 상기 암,수 조인트(5a)(5b)를 2개의 결합핀(53)(54)으로 결합시키도록 구성하여 오거드라이브유닛(13) 등의 하중이 암,수 조인트(5a)(5b)에 집중되는 현상이 나타나게 되더라도 2개로 구성된 결합핀(53)(54)이 상기 암,수 조인트(5a)(5b)의 결합상태를 안전하게 유지할 수 있게 되는 것이다.

또한 상기 암,수 조인트(5a)(5b)에는 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)를 통해 공급되는 시멘트풀이 잘 흐를 수 있도록 시멘트풀 공급통로(2a)의 외경보다 큰 내경을 가지는 시멘트풀 배출통로(51)(52)가 각각 형성되어 있으며, 상기 암,수 조인트(5a)(5b) 사이에는 시멘트풀이 누설되지 아니하는 상태로 공급되도록 하는 기밀패킹(6)이 하나씩 개재되어 있다.

상기 기밀패킹(6)은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 내링(61)과 외링(62) 그리고 상기 내,외링(61)(62) 사이에 개재되는 금속링(63)으로 구성되어 있으며, 상기 금속링(63)의 두께는 내,외링(61)(62)의 직경보다 작은 규격으로 형성되어 있으며, 또한 상기 금속링(63)에는 시멘트풀이 막힘없이 배출될 수 있도록 하기 위하여 시멘트풀이 잘 흐를 수 있도록 원주방향으로 길게 형성되는 복수의 장공(64)이 일정간격으로 형성되어 있는데, 상기 복수의 장공(64)은 내,외링(61)(62) 사이에 원형으로 형성되는 것에 비하여 단면적을 크게 형성할 수 있게 되므로 시멘트풀이 막히지 않고 원활하게 배출 수 있도록 하는 작용을 하게 된다.

또한 상기 기밀패킹(6)의 내,외링(61)(62)은 금속링(63)의 두께보다 큰 직경으로 형성되어 있으므로 암,수 조인트(5a)(5b)에 무거운 하중이 집중되는 현상이 나타나게 되더라도 금속링(63)이 암,수 조인트(5a)(5b)에 직접적으로 닿지 않도록 하는 작용을 하게 되며(도 3 참조), 이에 따라 상기 수 조인트(5b)에 형성되어 있는 시멘트풀 배출통로(51)를 통해 배출되는 시멘트풀은 누설되지 않고 암 조인트(5a)의 시멘트풀 배출통로(52)를 통해 배출이 잘 이루질 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명에서는 상기 지반굴착장치(1)의 복수의 교반로드(16)로 연약지반을 굴착할 때에는 상기 복수의 교반로드(16)가 한 방향(예를 들면, 정회전 방향)으로 회전하면서 하강하는 작동으로 연약지반을 굴착하는 동시에 시멘트풀이 교반로드(16)의 하단측에서 토출되도록 함으로써 하강하게 되는 복수의 교반날개(160)들이 하단측에서 토출되는 시멘트풀을 굴착되는 토사에 혼합시키면서 굴착작동을 진행하도록 구성되어 있으며, 또한 설정된 깊이까지 굴착작동을 완료하게 되더라도 상기 교반로드(16)는 계속하여 한 방향(정회전 방향)으로 회전시키는 상태에서 지상을 향해 상승하도록 인발작동이 이루어지게 되는데, 이때 상기 교반로드(16)를 상승시키는 인발작동이 시작될 때에는 시멘트풀이 교반로드(16)의 상단측에서 토출되도록 함으로써 상승하는 복수의 교반날개(16)들이 교반로드(16)의 상단측에서 토출되는 시멘트풀을 토사에 고르게 혼합시킬 수 있도록 구성되어 있다.

이를 위해, 상기 복수의 교반로드(16)에는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 하단측에 시멘트풀 공급통로(2a)의 하단에 연결되는 하나 이상의 하단 토출구(21)를 형성하고 있으며, 상기 복수의 교반로드(16)의 상단측에는 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)의 하단에 연결되는 하나 이상의 상단 토출구(22)를 형성하고 있다.

또한 상기 하단 토출구(21)는 교반로드(16)의 하단을 통해 시멘트풀을 토출시키도록 구성되어 있으며, 상기 상단 토출구(22)는 교반날개(160)에 형성되어 있는 토출통로(23)를 통해 시멘트풀을 토출시키도록 구성되어 있다.

한편, 본 발명에서는 투웨이 스위벨(3)에 형성되어 있는 중심공급통로입구(32)와 편심공급통로입구(33) 각각에 선택적으로 시멘트풀을 공급하는 시멘트풀 공급조절밸브(4)를 구비하고 있으므로 1대의 시멘트풀 펌핑장치를 이용하게 되더라도 시멘트풀을 시멘트풀 공급통로(2a) 및 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)에 선택적으로 공급할 수 있게 되지만, 상기 시멘트풀 공급조절밸브(4)를 이용하지 않고 2대의 시멘트풀 펌핑장치를 이용하여 투웨이 스위벨(3)의 중심공급통로입구(32) 및 편심공급통로입구(33) 각각에 시멘트풀을 선택적으로 공급할 수도 있는 것이다.

또한 본 발명은 연약지반 개량공사를 시공하는데 사용할 수 있음은 물론이고 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사 등을 시공하는 데에도 적용할 수 있는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 지반굴착장치(1)를 이용하여 연약지반 개량공사를 시공하는 연약지반개량 DCM 장치의 작용을 설명함에 있어서는 DCM 공법으로 연약지반을 굴착하는 작동과 함께 시멘트풀을 토출시키는 작동을 동시에 진행하는 방법으로 굴착되는 토사와 토출되는 시멘트풀을 혼합하는 굴착단계와, 연약지반을 설정된 깊이까지 굴착작동을 완료하고 교반로드(16)를 지상으로 인발할 때 교반로드(16)를 굴착작동할 때와 마찬가지로 한 방향(예들 들면, 정회전 방향)으로 회전시키는 동시에 시멘트풀을 토출시키면서 교반날개(160)의 교반작동으로 시멘트풀과 토사를 혼합하면서 인발하는 인발단계를 구분하여 설명하기로 하며, 본 발명의 연약지반개량 DCM 장치 및 공법에 대한 구체적인 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 연약지반을 설정된 깊이로 굴착하는 굴착단계에 대하여 설명한다.

도 1의 도시와 같이 지상에 수직상으로 고정 설치되어 있는 리더(12)를 따라 상,하로 승강이동하는 오거드라이브유닛(13)의 하단에 설치되어 있는 기어박스(14)에 4축을 형성하도록 복수의 연결로드(15)와 복수의 교반로드(16) 각각을 연결 조립하여 설치하며, 상기 복수의 교반로드(16) 각각의 하단에 오거헤드(17)를 하나씩 연결 조립한 상태에서 연약지반을 굴착하게 되는데, 상기 복수의 교반로드(16) 각각의 하단에 연결된 각 오거헤드(17)가 지상에서 지하의 일정 깊이까지 굴착하는 동안에는 시멘트풀을 주입시키지 아니하고, 상기 각 오거헤드(17)가 어느 정도 설정된 깊이까지 연약지반을 굴착하였을 때부터 굴착되는 토사층으로 시멘트풀을 주입하는 작동을 시작하게 되는 것이다.

굴착단계에서 연약지반을 굴착할 때에는 오거헤드(17), 교반로드(16), 연결로드(15) 등을 모두 한 방향(정회전 방향)으로 회전시키는 동시에 하강시키면서 지반을 굴착하게 되며, 상기와 같이 오거헤드(17)가 시멘트풀이 주입되는 깊이까지 연약지반을 굴착하게 되면, 이때부터는 지상에 설치되어 있는 시멘트풀 펌핑장치(미도시)를 작동시켜 시멘트풀 공급조절밸브(4)에 형성되어 있는 복수의 주입구(44) 각각에 연결되어 있는 복수의 메인공급호스(100)를 통해 시멘트풀을 공급하게 되는데, 이때 연약지반을 굴착하는 굴착단계에서는 시멘트풀 공급조절밸브(4)의 작동실린더(43)가 작동하여 피스톤로드를 출현작동시켜서 밸브작동간(49)을 반시계방향(도 6의 화살표 부분 참조)으로 일정각도 회전시키게 되면 밸브몸체(41)에 회전가능하게 삽입 설치되어 있는 밸브회전체(42)도 반시계방향으로 일정각도 회전하게 되며, 이에 따라 상기 밸브회전체(42)에 형성되어 있는 배출통로(48)가 제1 배출구(46)와 연결되는 상태가 되며(도 8의 (ㄱ) 참조), 따라서 상기 시멘트풀 공급조절밸브(4)에 형성된 복수의 주입구(44)로 유입되는 시멘트풀은 제1 배출구(46)에 연결되어 있는 복수의 중심연결호스(200) 각각을 통해 투웨이 스위벨(3)의 중심공급통로입구(32)로 공급되는 것이다.(도 1의 확대부분 참조)

상기와 같이 투웨이 스위벨(3)의 중심공급통로입구(32)로 공급되는 시멘트풀은 중심공급통로(34), 중심연결통로(37)를 통해 복수의 연결로드(16) 각각의 중심에 연결 형성되어 있는 시멘트풀 공급통로(2a)로 공급되어 복수의 교반로드(16) 각각의 하단측에 형성되어 있는 하단 토출구(21)를 통해 굴착되는 토사층으로 토출되는 것이며, 상기 복수의 교반로드(16) 각각의 하단측에 하나 이상씩 형성되어 있는 하단 토출구(21)에서 토출되는 시멘트풀은 하강하면서 회전하게 되는 복수의 교반날개(160)들의 회전작동에 의하여 굴착되는 토사에 혼합 교반되는 상태가 되는 것이며, 이와 같이 연약지반을 굴착하는 굴착단계에서는 상기 교반로드(16)의 하단 토출구(21)를 통해 토출되는 시멘트풀이 하강하면서 회전하는 복수의 교반날개(160)들의 회전작동에 의해 굴착되는 토사에 고르게 혼합 교반되는 작용이 잘 이루어지게 되는데, 이때 상기 교반로드(16)의 하단 토출구(21)에서 토출되는 시멘트풀은 도 9의 도시와 같이 복수의 교반날개(160)들의 회전반경영역 중 내측영역(H₁)에는 60∼80% 정도가 혼합되고 외측영역(H₂)에는 20∼40% 정도가 혼합되는 것이며, 이와 같이 굴착되는 토사와 토출되는 시멘트풀을 혼합 교반시키는 작동은 연약지반을 설정된 깊이까지 굴착하는 동안 지속적으로 동일하게 이루어지게 되므로 굴착단계에서 오거헤드(17)에 의해 굴착되는 토사와 하단 토출구(21)에서 토출되는 시멘트풀은 고르게 혼합 교반되는 상태가 되는 것이다.

다음, 연약지반을 설정된 깊이까지 굴착하는 작동이 완료되면 곧바로 교반로드(16)를 지상으로 상승시키는 인발단계가 진행되는데, 이에 대하여 설명한다.

인발단계는 연약지반을 설정된 깊이까지 굴착하는 굴착단계에서 연결로드(15), 교반로드(16), 오거헤드(17) 등을 한 방향(정회전 방향)으로 회전시키면서 굴착작동을 진행하여 설정된 깊이까지 굴착작동을 진행한 후에도 회전작동을 멈추지 아니한 채 계속해서 한 방향(정회전 방향)으로 회전하는 작동이 진행되도록 하면서 상기 연결로드(15), 교반로드(16), 오거헤드(17) 등을 지상으로 상승시키는 단계를 말한다.

따라서 굴착단계의 완료 후 곧바로 이어지게 되는 인발단계의 시작시 오거드라이브유닛(13)의 동력원인 모터에 과부하가 걸리지 않게 되는 것이며, 그 이유는 인발단계에서도 굴착단계에서 교반로드(16) 등을 한 방향(정회전 방향)으로 회전시키는 회전력을 이용하여 교반로드(16) 등을 한 방향으로 회전시킬 수 있기 때문이다.

상기 인발단계가 시작될 때에는 시멘트풀 공급조절밸브(4)의 작동실린더(43)가 작동하여 피스톤로드를 몰입작동시키게 되면 상기 시멘트풀 공급조절밸브(4)의 밸브작동간(49)이 시계방향으로 일정각도 회전시키게 되며, 이에 따라 상기 밸브몸체(41)에 회전가능하게 삽입 설치되어 있는 밸브회전체(42)가 시계방향으로 일정각도 회전하게 되므로써 상기 밸브회전체(42)에 형성되어 있는 배출통로(48)는 제2 배출구(47)에 연통하는 상태가 되는데, 이때 상기 밸브회전체(42)가 시계방향으로 일정각도 회전하게 되더라도 주입통로(45)는 주입구(44)와 연결되는 상태를 그대로 유지하고 있게 된다.(도 8의 (ㄴ) 참조)

따라서 상기 지반굴착장치(1)의 외부에 설치되어 있는 시멘트풀 펌핑장치(미도시)에서 펌핑 공급되는 시멘트풀이 복수의 메인공급호스(100)를 통해 시멘트풀 공급조절밸브(4)의 밸브몸체(41)에 형성되어 있는 복수의 주입구(44)로 주입되는데, 이때 상기 시멘트풀 공급조절밸브(4)의 밸브회전체(42)는 도 8의 (ㄴ)에 도시되어 있는 바와 같이 일정각도 회전된 상태에서 주입구(44)와 제2 배출구(47)를 연결시키는 상태를 유지하고 있게 되므로 상기 밸브회전체(42)에 형성되어 있는 복수의 주입구(44)로 주입되는 시멘트풀은 주입통로(45), 배출통로(48)를 통해 제2 배출구(47)로 배출되는 상태가 되는 것이다.

또한 상기 시멘트풀 공급조절밸브(4)의 제2 배출구(47)와, 상기 투웨이 스위벨(3)의 편심공급통로입구(33)는 복수의 편심연결호스(300)에 의하여 연결(도 1의 확대부분 참조)되어 있으므로, 시멘트풀 펌핑장치(미도시)에 의하여 복수의 메인공급호스(100)로 펌핑 공급되는 시멘트풀은 상기 시멘트풀 공급조절밸브(4)에 형성되어 있는 복수의 주입구(44) 각각으로 주입되는데, 이와 같이 복수의 주입구(44) 각각으로 주입되는 시멘트풀은 주입통로(45), 배출통로(48)를 통과하여 제2 배출구(47)에 연결되어 있는 편심연결호스(300)를 통해 투웨이 스위벨(3)의 편심공급통로입구(33)로 공급된다.

상기와 같이 투웨이 스위벨(3)의 편심공급통로입구(33)로 공급되는 시멘트풀은 고정체(3a)의 상면에 환형상으로 형성되어 있는 환형공급통로(35)를 통해서 복수의 2중관 소형공급통로(36)로 각각 균등하게 분배 공급되며, 또한 상기 복수의 2중관 소형공급통로(36)로 각각 분배 공급되는 시멘트풀은 회전체(3b)에 환형상으로 형성되어 있는 환형연결통로(38)를 통해서 복수의 소형연결통로(39) 각각으로 균등하게 분배 공급되는 것인데, 상기 회전체(3b)에 형성되어 있는 복수의 소형연결통로(39)는 연결로드(15)의 중심에 형성된 시멘트풀 공급통로(2a)를 감싸도록 형성된 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)와 연결되도록 구성되어 있으므로, 이에 의해 상기 투웨이 스위벨(3)의 회전체(3b)에 형성되어 있는 복수의 소형연결통로(39)를 통해 배출되는 시멘트풀은 상기 연결로드(15)에 형성되어 있는 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)로 공급되는 것이다.

상기와 같이 연결로드(15)에 형성되어 있는 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)로 시멘트풀이 공급될 때에는 연결로(15), 교반로드(16)의 각 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 공급통로(2a)에는 시멘트풀이 공급되지 않게 되는 반면, 상기 교반로드(16)의 상단측에 형성되어 있는 상단 토출구(22)까지는 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)가 형성되어 있으므로 상기 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)로 공급되는 시멘트풀은 교반로드(16)의 상단 토출구(22)까지 공급되며, 상기 상단 토출구(22) 부분까지 공급되는 시멘트풀은 교반날개(160)에 형성되어 있는 토출통로(23)를 통해 토출되는 것이며, 이와 같이 상기 교반날개(160)에 형성되어 있는 토출통로(23)로 토출되는 시멘트풀은 그 하측에 형성되어 있는 복수의 교반날개(160)들이 상승하면서 회전하는 작동에 의하여 토사에 고르게 혼합되는데, 이때 상기 교반로드(16)의 상단 토출구(22)를 통해 토출통로(23)로 토출되는 시멘트풀은 상승작동을 하는 복수의 교반날개(16)들에 의하여 도 10의 도시와 같이 교반날개(160)의 회전반경영역 중 외측영역(H₂)에는 60∼80% 정도가 혼합되고, 내측영역(H₁)에는 20∼40% 정도가 혼합되는 것이다.

따라서 상기와 같이 교반로드(16)를 하강시키면서 굴착단계에서 토사에 시멘트풀을 토사에 혼합시키는 작동과 교반로드(16)를 상승시키는 인발단계에서 토사에 혼합시키는 작동을 완료하게 될 때에는 상기 교반로드(16)에 형성된 복수의 교반날개(160)의 회전반경영역인 내,외측영역(H₁)(H₂)에는 시멘트풀이 고르게 혼합되는 상태로 연약지반을 개량할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 지반굴착장치(1)를 이용하여 연약지반 개량공사를 시공하기 위하여 복수 축으로 구성되는 연결로드(15), 교반로드(16), 오거헤드(17) 등으로 연악지반을 굴착하는 굴착단계에서는 시멘트풀 펌핑장치로부터 공급되는 시멘트풀이 교반로드(16)의 하단측에 형성되어 있는 하단 토출구(21)를 통해 토출되도록 함으로써 하강하면서 한 방향(정회전 방향)으로 회전하는 교반로드(16)에 형성되어 있는 복수의 교반날개(160)들이 상기 하단 토출구(21)에서 토출되는 시멘트풀을 굴착되는 토사와 함께 교반하여 혼합이 잘 이루어지도록 하며, 연약지반을 설정된 깊이까지 굴착을 완료한 후 교반로드(16) 등을 지상으로 인발하고자 할 때에는 교반로드(16) 등의 회전작동을 멈추지 않고 굴착단계와 같이 교반로드(16) 등을 한 방향(정회전 방향)으로 계속 회전시키면서 상승시키는 동시에 상기 교반로드(16)의 상단측에 형성되어 있는 상단 토출구(22)를 통해 시멘트풀이 토출되도록 함으로써 상기 상단 토출구(22)의 하측에서 회전하면서 상승하는 복수의 교반날개(160)들이 상단 토출구(22)에서 토출되는 시멘트풀과 토사를 교반하여 혼합이 잘 이루어지도록 함으로써 연약지반 개량공사를 효율적으로 시공할 수 있도록 하는 특징이 있는 것이다.

1 : 지반굴착장치 10 : 크롤러 크레인
12 : 리더 13 : 오거드라이브유닛
14 : 기어박스 15 : 연결로드
16 : 교반로드 17 : 오거헤드
2a : 시멘트풀 공급통로 2b : 2중관 시멘트풀 공급통로
21 : 하단 토출구 22 : 상단 토출구
23 : 토출통로 3 : 투웨이 스위벨
3a : 고정체 3b : 회전체
31 : 고정덮개 32 : 중심공급통로입구
33 : 편심공급통로입구 34 : 중심공급통로
35 : 환형공급통로 36 : 2중관 소형공급통로
37 : 중심연결통로 38 : 환형연결통로
39 : 소형연결통로 4 : 시멘트풀 공급조절밸브
41 : 밸브몸체 42 : 밸브회전체
43 : 작동실린더 44 : 주입구
45 : 주입통로 46 : 제1 배출구
47 : 제2 배출구 48 : 배출통로
49 : 밸브작동간 5a,5b : 암,수 조인트
51,52 : 시멘트풀 배출통로 53,54 : 결합핀
6 : 기밀패킹 61,62 : 내,외링
63 : 금속링 64 : 장공
100 : 메인공급호스 160 : 교반날개
200 : 중심연결호스 300 : 편심연결호스

Claims (7)

1. 모터를 동력원으로 하여 구동하는 오거드라이브유닛(13)과, 상기 오거드라이브유닛의 하단에 형성되어 오거드라이브유닛으로부터 동력을 전달받아 하향을 향해 복수단으로 연결 조립되는 복수의 연결로드(15)를 회전시킬 수 있도록 구성되어 있는 기어박스(14)와, 상기 복수의 연결로드(15) 각각의 하단에 연결 조립되는 복수의 교반로드(16)와, 상기 복수의 교반로드 각각의 하단에 연결 조립되어 지반을 굴착하는 복수의 오거헤드(17)를 구비하고 있으며,
   상기 기어박스(14)의 상측에 고정 설치되어 있으며, 상기 복수의 연결로드(15) 및 복수의 교반로드(16) 각각의 중심에 연결되도록 형성되는 중심공급통로(34)와, 상기 중심공급통로를 감싸주는 상태로 2중관 구조를 형성하게 되는 복수의 2중관 소형공급통로(36)를 구비하고 있는 구성에 의해 외부로부터 공급되는 시멘트풀을 상기 중심공급통로(34) 및 상기 복수의 2중관 소형공급통로(36) 각각에 선택적으로 공급할 수 있도록 구성되어 있는 투웨이 스위벨(3)을 구비하고 있으며,
   상기 투웨이 스위벨(3)을 이용하여 상기 복수의 연결로드(15) 및 교반로드(16) 각각의 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 공급통로(2a)로 시멘트풀을 공급하게 될 때에는 상기 교반로드(16)의 하단측에 형성되어 있는 하단 토출구(21)를 통해 시멘트풀이 토출되도록 하며, 상기 복수의 연결로드(15) 및 교반로드(16) 각각에 형성되어 있는 2중관 시멘트풀 공급통로(2b)로 시멘트풀을 공급하게 될 때에는 상기 교반로드(16)의 상단측에 형성되어 있는 상단 토출구(22)를 통해 시멘트풀을 토출하는 지반굴착장치를 이용하여 연약지반개량공사를 시공하도록 구성되는 연약지반개량 DCM 장치에 있어서,
   상기 투웨이 스위벨(3)은 상면에 고정 부착되는 고정덮개(31)의 중심에는 중심공급통로(34)로 시멘트풀을 공급하기 위한 중심공급통로입구(32)가 형성되어 있으며, 상기 고정덮개(31)의 중심공급통로입구(32) 일측에는 일정간격으로 형성되어 있는 복수의 2중관 소형공급통로(36)로 시멘트풀을 공급하기 위한 편심공급통로입구(33)가 편심된 위치에 고정된 상태로 형성되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 지반굴착장치를 이용한 연약지반개량 DCM 장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 투웨이 스위벨(3)은 고정덮개(31)가 고정 부착되는 고정체(3a)와, 상기 복수의 연결로드(15) 각각의 상단에 연결되어 각 연결로드와 같이 회전하도록 형성되는 회전체(3b)로 구성되어 있으며, 상기 고정체(3a)에는 중심공급통로입구(32)와 연통하는 중심공급통로(34)와, 상기 고정체(3a)의 상면에는 중심공급통로(34)와는 별도 분리된 상태로 형성되어 있는 환형공급통로(35)와, 상기 환형공급통로의 바닥과 연통하도록 상기 중심공급통로(34) 주위에 일정간격으로 형성되는 복수의 2중관 소형공급통로(36)가 형성되어 있으며, 상기 회전체(3b)에는 고정체(3a)에 형성되어 있는 중심공급통로(34)와 연결되는 중심연결통로(37)와, 상기 복수의 2중관 소형공급통로(36)들과 연통하도록 형성되는 환형연결통로(38)와, 상기 환형연결통로(38)의 바닥과 연통하도록 형성된 채 중심연결통로(37) 주위에 일정간격으로 형성되는 복수의 소형연결통로(39)가 형성되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 지반굴착장치를 이용한 연약지반개량 DCM 장치.
   
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 연약지반개량 DCM 장치는 외부로부터 펌핑 공급되는 시멘트풀을 상기 투웨이 스위벨(3)에 형성되어 있는 중심공급통로입구(32) 및 편심공급통로입구(33) 각각에 선택적으로 공급할 수 있도록 하는 시멘트풀 공급조절밸브(4)를 더 포함하고 있으며,
   상기 시멘트풀 공급조절밸브(4)는 고정 설치되는 밸브몸체(41)와, 상기 밸브몸체의 일측에 축방향을 향해 일정간격으로 형성되는 복수의 주입구(44)와, 상기 밸브몸체(41)의 타측에 축방향을 향해 일정간격으로 형성되는 복수의 제1 배출구(46)와, 상기 복수의 제1 배출구에 대하여 일정각도 어긋난 위치에 일정간격으로 형성되는 복수의 제2 배출구(47)와, 상기 밸브몸체(41)의 내측에 회전가능하게 삽입 설치되어 있는 밸브회전체(42)와, 상기 밸브회전체의 일측에 원주방향을 향해 호형상으로 형성된 채 축방향으로 일정간격을 유지하도록 형성되어 있는 복수의 주입통로(45)와, 상기 복수의 주입통로와 연결된 채 상기 제1 및 제2 배출구(46)(47) 각각에 선택적으로 연결되도록 형성되어 있는 복수의 배출통로(48)와, 상기 밸브몸체의 일측에 형성되어 밸브회전체(42)를 시계방향 및 반시계방향으로 일정각도씩 회전시키는 작동실린더(43)가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 지반굴착장치를 이용한 연약지반개량 DCM 장치.
   
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