그라우팅 천공기 종류별로 어떤 특성이 있나?

회전식 천공기

그라우팅 공사에서 가장 많이 사용되고 있는 천공기로써 속이 빈 드릴파이프(롯드)에 천공비트를 부착시키고 이를 모터의 회전으로 돌림으로써 암반이 굴착된다.

드릴파이프의 회전수는 200~300 rpm부터 수천 rpm까지 다양합니다.

비트에 가해지는 압력은 유압식이거나 기계식이며 드릴파이프로 보내는 청수에 의해 천공파쇄물이 공 밖으로 배제됩니다.

수십 미터의 천공을 하는 그라우팅 공사에서는 소규모의 기계로도 가능하며 장비가 가볍기에 이동성도 뛰어납니다.

그러나 규모가 작은 소형 장비는 임의 각도의 경사천공을 하기가 어렵고 드릴파이프의 삽입과 인양도 매우 어렵습니다.

토사 등의 미고결지층의 천공에는 주로 회전식 공법을 적용합니다.

천공 파쇄물이 파쇄대나 절리의 틈에 끼이지 않게 하기 위해서는 일반적인 회전식 시추공법이 아닌 역순환 공법을 적용해야 하나 시간이 많이 소요되어 공사비가 일반 회전식 공법보다 많이 들어 특별한 경우 이외에는 적용하지 않습니다.

회전식 공법의 장점은 천공수가 누수되는 부분을 정확하게 파악할 수 있어 파쇄대나 균열이 천공파쇄물 등으로 막히기 전에 천공을 중단하고 즉시 주입할 수 있다는 것입니다.

또한 천공이 종료되면 드릴파이프를 인양하지 않은 상태에서 공내 세척을 할 수 있다는 것입니다.

단점으로는 충격식에 비해 공사비가 비싸며 천공파쇄물이 천공수의 압력으로 인해 균열의 틈으로 들어갈 수 있다는 것입니다.

충격식 천공기는 고압의 압축공기나 유압으로 해머비트를 작동시키는 것으로 잭해머,드리프터,왜이곤,크롤러드릴이 이에 해당됩니다.

드릴은 속이 빈 강철제 드릴파이프에 생크가 붙어 있으며 맨 끝에 고정식 또는 탈착식의 비트로 구성되어 있습니다.

위의 장비는 발파공 천공을 위해 이용되는 장비로써 주입을 위한 천공에서도 유용하게 이용할 수 있습니다.

천공 중에 발생하는 파쇄물은 공기와 물을 이용하여 쉽게 제거시킬 수 있습니다.

이외에도 압축공기를 이용하는 DTH해머를 장착할 수도 있습니다.

잭해머는 손으로 기계를 잡고 천공할 수 있으나 가벼워서 얕은 심도의 천공에 이용되며, 드리프터는 삼각대나 기둥에 부착하여 천공하며 왜이곤드릴은 트랙, 바퀴 또는 스키드에 붙은 차대의 리드에 드릴헤드가 부착되어 있습니다.

암반의 천공과정에서 점토, 실트가 끼어 있는 지층을 만나면 이들이 파쇄물과 뒤범벅이 되어 공기의 통로를 막을 수 있으므로 소량의 물이나 기포제를 넣어서 제거시켜야 합니다.

이방법의 장점은 회전식 공법에 비해 천공 심도가 대단히 빨라서 그라우팅 공사비에 큰 비중을 차지하는 천공비를 절감할 수 있으며, 천공파쇄물이 파쇄대로 깊이 들어갈 가능성이 적다는 점입니다.

단점으로는 연암을 굴착할 때 파쇄물이 공벽을 문지르며 부착해버려 천공이 끝난 후 다시 별도의 세척이 필요하다는 점입니다.

때로는 연암에 발달되어 있는 파쇄대에는 이들 슬라임이 박혀서 세척을 하여도 잘 제거되지 않기도 합니다.

또 다른 단점으로는 압축공기로 천공할 때 순환공기가 새는 자리를 정확히 파악할 수 없어 천공을 중단하고 주입을 해야 하는 주요한 부위를 놓쳐버린 다는 점입니다.

이외에도 천공도중에 비트 위의 전 구간에 걸쳐 높은 공기압력이 적용함으로써 암반에 발달되어 있는 수평상이나 낮은 각도의 구조대에서 융기나 들어올림 현상이 발생할 수 있으며 제당성토부의 천공 때는 성토가 파괴될 위험이 크다는 단점이 있습니다.

지금까지는 그라우팅 공사에서 충격식 공법을 기피해 왔으나 습식으로 천공하고 천공도중 비트를 자주 들어 올리면서 슬라임을 제거 한다면 공내를 깨끗하게 할 수 있어 큰 문제가 없습니다

또한 회전식 공법으로 만들어진 공벽에 비해 거칠고 울퉁불퉁하여 패커를 완전하게 설치할 수 없어 꺼려왔으나 팽창식 패커가 개발되어 파커설치에도 문제가 없어 이 공법을 많이 적용하는 추세입니다.

천공은 반드시 습식으로 해야 하며 건식 천공기로 주입공을 뚫은 뒤에는 반드시 물로 공내세척을 하여 천공파쇄물이 균열로 들어가는 것을 최소화하여야 합니다.

공기만으로 공내청소를 하게 되면 파쇄물이 빠져나오면서 일시적으로 뭉쳐져 드릴파이프와 공벽 사이를 막음으로써 압축공기가 지반의 균열로 들어가며 때로는 급속하게 넓은 범위까지 영향을 미쳐

암반이 변위를 일으키거나 지표로 공기가 새어나가게 되어 주입재의 누출 및 불필요한 구간까지 주입재가 침투하는 원인이 될 수 있습니다.

또 다른 이유는 지하수면 상부를 천공할 때는 암분이 비산하여 공기를 오염시켜 환경에 좋지 않고 여러 가지로 민원이 생기기 때문입니다.

압축공기에 의해 구동되는 장비에 비해 유압식 장비가 훨씬 능력이 뛰어나서 그라우팅 현장에 많이 사용되고 있습니다.

특히 작업장이 넓고 천공량이 많은 현장에는 규모가 큰 트랙드릴이 효과적이며 크롤러 트랙이 있어서 장비의 이동도 신속하고 난이도가 있는 장소에도 쉽게 올라갈 수 있습니다.

장비의 중량도 상당하여 천공도중 장비의 요동도 심하지 않아 목적하는 천공방향을 유지할 수 있습니다.

반면에 규모가 작은 구형 왜이곤드릴은 공이 휘어지기 쉬우므로 기계를 앵커로 잡아야 합니다.

이중장치로 경사지게 하는 붐이라면 어떠한 경사지반에도 장비가 앉을 수 있습니다.

그러나 고정 붐 일때는 쉽게 접근이 가능한 지역에서는 무난하나 경사가 급하거나 울퉁불퉁한 지형에서는 사용이 어렵습니다.

그러나 터널, 수갱등 협소한 장소에서는 규모가 큰 장비를 쓸 수 없으므로 소형장비를 사용해야 합니다.

DTH공법은 대부분의 암반층에 유용하게 적용할 수 있는 것으로써 해머는 서서히 회전하며 천공속도도 임의로 조정할 수 있습니다.

해머작동에 소요되는 압축공기는 공저에서 방출되면서 굴착파쇄물을 공 밖으로 배제시킵니다.

DTH비트의 최소 구경은 100mm크기여서 외국에서도 그라우팅 공사에는 일반적으로 사용하지 않습니다.