그라우팅 자동관리 시스템 AGS(automatic grouting system)을 이용한 최적화 그라우팅 공법● 회사명 : (주)한국지오텍 ● 특허 제 10-0625333호, 특허 제 10-0907923호, 특허 제 10-09070497호● 철도시설공단 등록번호 2010-0038 ● 분야 : 토질 ● 등록기간 : 2014-08-07 1. 공법 개요국내 현장에서는 주입압과 주입속도를 기록 관리하기 위해서 대부분 적산유량계라는 자동기록장치를 사용하여 롤페이퍼에 자료를 기록하고 있다. 명칭에서 알 수 있듯이 적산유량계는 기록되는 시간 사이의 단위주입량을 합산하여 주입량을 정확하게 기록할 수 있다. 그러나, 압력의 경우는 기록되는 시간 사이의 초기값, 중간값, 종값 등 어느 순간값을 기록하기 때문에 압력의 대표성을 어느 기준으로 설정하느냐에 따라서 기록치가 달라진다. 따라서, 기존의 적산유량계에 기록된 주입압과 주입대상지반의 주입특성과의 연관성이 작기 때문에 그라우팅 품질관리의 객관적인 수단으로 사용하는데 신뢰성이 떨어진다.본 기술은 그라우팅에 대한 시공조건을 현장에서 합리적으로 결정할 수 있는 시공기술을 제공하기 위한 그라우팅 자동화 시스템(AGS)을 개발하여 컴퓨터를 이용한 현장관리 체계(computer aided grouting procedure)를 구축함으로서 그라우팅에 대한 정밀도를 향상시키는 것이다. 즉, 대상지반의 특성에 적합한 한계주입압(pcr)과 한계주입속도(qcr)를 현장에서 확인하고, 지반특성에 적합한 주입재료와 공정을 조합하며, 한계주입압(pcr)과 한계주입속도(qcr)의 한계 내에서 주입중단을 합리적으로 결정할 수 있도록 관리하며, 주입압(p), 주입속도(q), 주입시간(t)과의 관계를 실시간으로 확인하여 주입특성을 판정하며, 주입공의 step 및 주입공별로 평균 주입압과 누적주입량을 기록하거나 각 단위의 시간대(초, 분, 시간, 일, 월 등)별로 pqt chart를 기록하는 절차를 체계화시킴으로서 현장에서의 즉시 대응 가능한 정밀 시공 및 다양하게 기록된 데이터에 의해서 사후관리가 가능한 그라우팅 자동화 시스템을 구축하였다.2. 공법 특징현장에서 최적화된 그라우팅 시공관리를 위해 그라우팅 자동관리 시스템(AGS)은 주입지반의 시공조건평가와 p~q~t chart 검측에 의한 주입유형분석 및 지반 탐사, 주입 중단 자동관리를 통한 최적화 시공 monitoring등 시공 품질을 정량적으로 관리할 수 있는 것이 특징이다.본 기술은 주입공사 중 관리해야 할 품질관리 요소기술을 자동화된 시스템(AGS) 및 자동화 설계시공 프로그램을 통하여 그라우팅 건설현장에서 주입공법이 적용되는 공정의 품질 및 시공관리를 통해 최적화 그라우팅을 시현할 수 있도록 다음과 같이 개선하였다.- 1단계 ; 주입전 주수시험으로 최대주입압 Pmax 결정.- 2단계 ; P~q~t chart 검출 및 분석에 의한 주입지반 탐사.- 3단계 ; 주수시험 및 지반탐사 결과에 의한 최적화 그라우팅.① 재료 및 배합조정, ② 주입방법 조정, ③ 주입압 자동관리 적용.- 4단계 ; 주입효과 평가.① 주수시험, ② 굴착확인, ③ SPT, ④ 공내재하시험- 5단계 ; Reporting(분석 및 대안제시)지금까지 그라우팅은 주입 전ㆍ후 투수성 변화와 SPT에 의한 지지력변화 등 시공 후 효과평가로만 품질관리가 수행되었다. 그러나 본 기술의 그라우팅 자동 관리 시스템을 적용함으로써 pqt chart유형분석, 주입중단 관리기준적용, 시공조건(p, q, R)적합성 검증 등 시공 중 품질을 관리할 수 있는 방법이 적용되어 그라우팅 시공ㆍ품질관리가 정성적 수준에서 정량적 수준으로 향상될 것으로 기대된다.3. 기존 공법과의 기술비교○ 기존 그라우팅 공법 주입압(p)과 주입량(q)을 경험적으로 표준량 주입 과다주입에 의한 수압파쇄 발생 과소주입에 의한 미충전부 발생 부정확한 계측장비 사용. 시공품질관리를 경험에 의존. 과압으로 수압파쇄 빈발로 그라우팅 효과 저하.○ 그라우팅 자동관리 시스템(Atomatic Grouting System) 주입압(p)과 주입량(q)을 관리하기 위해서 AGS 적용 대상지반의 공동 및 공극량 분포에 따른 정량적 관리 가능 충전홀 및 이완영역에 대한 충전도 평가 관리시스템 도입 미충전부 발생 억제 원지반과 강관의 일체성 향상4. 현장 적용성기존 주입시스템의 단순기록 적산 유량계를 그라우팅 자동관리 시스템(AGS)으로 교체함으로써 주입 관리 자동화 시스템을 구축한다.【특징】- 별도 교체비용 없음.- 기존장비 시스템 활용.- 모든 주입공법 적용 가능.그림 1. AGS 주입관리 모식도그림 2. 그라우팅 자동관리 시스템 사진 (a. AGS정면, b.시공관리 장면)5. 시공성, 유지보수성, 안전성1) 시공성컴퓨터를 이용한 현장관리 체계(computer aided grouting procedure)를 구축하여 최대주입압(Pmax)의 한계 내에서 주입중단을 합리적으로 결정할 수 있기 때문에 재래식 공법에서 발생되었던 주입압(p)과 주입량(q)의 경험적 주입을 막고, 현장에서의 즉시 대응 가능한 정밀 시공 할 수 있음.2) 유지 보수성그라우팅 자동관리 시스템 AGS(automatic grouting system)는 철제를 사용한 외관으로 외부충격에 강하며, 내부는 정밀함을 요구되는 컴퓨터 및 기계장비의 정기적인 테스트를 통해 정확한 데이터 추출을 함.3) 안전성시공 전 현장 주수시험을 통해 현장조건에 맞는 주입설계와 주입중단관리를 통해 수압파쇄 및 미충전부 발생 등을 방지하여 지반안정화 실현.6. 시공 실적 시공실적 번호 공사명 원도급 공사기간 1 인천지하철 201공구 포스코 건설 09.09.30~11.12.31 2 인천지하철 202공구 쌍용건설 09.09.30~11.12.31 3 인천지하철 215공구 우창건설 10.02.08~10.03.14 4 서울지하철 915공구 경남기업 09.04.24~10.12.31 5 강변북로 건설공사 시험시공 넥스지오 10.04.01~10.04.30 6 석동~소사도로개설공사 에스케이건설㈜ 10.04.26~14.12.25 7 제천~도담간 복선전철 건설공사 대우건설 10.07.20~10.08.31 8 영주다목적댐건설공사 도화종합기술 10.04.13~10.06.01 9 적성-전곡간 도로건설공사 롯데건설 10.05.18~10.12.31 10 동홍천~양양간 건설공사 14공구 ㈜대우건설 10.04.01~12.12.31 11 헌릉로 연결도로공사 중 비탈면보강공사 롯데건설 09.11.12~10.01.14 12 지방도424호선 사초교 개량공사 중 기초보강공사 한바로건설㈜ 08.04.07~08.05.31 7. 적용 분야컴퓨터를 이용한 자동관리 시스템(Automatic Grouting System)적용으로 지반 차수.보강, 사면보강, 터널분야 등 모든 그라우팅 영역에 걸쳐 적용가능 함.1) 지반 차수.보강분야 그림 1 참조 지반 차수.보강을 위해 적절한 간격으로 천공. Pqt chart을 활용하여 지반특성과 주입유형을 판정함으로써 최적품질시공관리. 경제적인 시공 ; 수압파쇄, 일탈주입, 과도한 주입 방지.2) 터널분야 : 강관다단 자동화 그라우팅(소.대구경, 직천공)그림 4 참조 터널부 보강을 위해 강관을 적절한 간격으로 설치. 주입압(p), 주입속도(q) 계측제어 관리로 막장상부의 다단그라우팅 보강 및 차수. 재료유실 방지 및 주입량 정산근거 확보.3 ) 사면보강분야 : 컴퓨터를 이용한 자동화 압력식 쏘일네일링그림 5 참조 사면부 보강을 위해 강관을 적절한 간격으로 설치 전단저항력과 인발저항력을 동시에 증대시킬수 있기 때문에 시공본수 감소로 인한 경제성 향상. 파쇄암반의 절리와 공극에 주입재의 충전도를 평가하기 때문에 그라우팅 품질우수. 1회/STEP별 압력식 그라우팅 주입에 의한 지반의 유효경 증대.그림 3. 터널분야 적용 모식도그림 4. 사면보강분야 적용 모식도[출처 : 한국철도시설공단 등록신기술자료]