[논문]강관다단 그라우팅에 적용하는 속경성 실링재 개발

신현강; 정혁상; 김동현; 유용선; 김동훈

doi:10.9711/ktaj.2019.21.2.301

강관다단 그라우팅에 적용하는 속경성 실링재 개발
Development of rapidly hardening seal material applicable to steel pipe multistage grouting 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.21 no.2, 2019년, pp.301 - 321

신현강 ((주)포스코건설 인프라사업본부 인프라솔루션그룹) , 정혁상 (동양대학교 철도건설안전공학과) , 김동현 (동양대학교 철도건설안전공학과) , 유용선 ((주)케미우스코리아) , 김동훈 (제주시 도시건설국 도시계획팀)

초록
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본 논문에서는 강관다단 그라우팅에 적용하는 속경성 실링재 개발에 관한 실험적 내용을 다루었다. 강관다단 그라우팅 공법에서 실링재는 본 주입재의 주입시 역류를 방지하기 위해 주입하며 주입 후 일정시간이 지난 다음 겔화 상태에서 본 주입재를 주입해야 한다. 그러나 주입된 실링재가 겔 상태가 되기 이전 유동성이 있을 경우 본 주입재와 함께 혼합됨은 물론, 주입재의 역류가 발생되어 원지반으로 주입이 곤란하며, 반대로 너무 시간이 지나 겔화단계를 넘어 고결되었을 경우 본 주입재가 지반내로 주입되지 못하는 경우가 발생된다. 실링재의 유동성이 없어져 겔화 상태로까지 걸리는 시간에 따라 강관다단 그라우팅의 공사시간이 결정되며, 이는 전체 터널의 공사기간과 밀접한 관련이 있어 중요한 요소 중에 하나이다. 따라서 본 연구에서는 실링재 본연의 역할과 기능을 할 수 있을 뿐 아니라 공사기간을 단축시킬 수 있도록 실링재의 겔화시간을 단축시킬 수 있는 칼슘알루미네이트 재료를 개발하였고, 실링재 겔화 여부를 판단하는 방법에 대해 제시하고, 아울러 실링재의 겔 상태에서 블리딩율에 대해서도 각 품질기준과 시험방법에 대해 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The development of a rapidly hardening seal material applicable to steel pipe multistage grouting is described in this paper. In the multistage technique, seal materials are inserted to prevent the backflow of main grouting material. The grouting material must be inserted only after sufficient time has passed for the seal material to reach a gel state. Otherwise, the fluid seal material mixes with the main grouting material and a backflow of the grouting material occurs, thereby making its in situ insertion difficult. Furthermore, if the seal material remains in the gel state for too long a time, it solidifies; and the main grouting material will not be able to seep into the soil. The gel time, i.e., the time needed for the fluid seal material to turn into a gel state, determines the construction period of steel pipe multistage grouting. The gel time is one of the important factors in this technique, because it impacts the total tunnel construction period significantly. This study develops a rapidly hardening calcium aluminate material, which can reduce the gel time and shorten the construction period while retaining proper sealing function. It also presents a method to determine whether the seal material has reached the gel state as well as the quality standard and bleeding rate testing method for the seal material in the gel state.

주제어

표/그림 (22)

그림 Fig. 1. Role of sealing material and principle of main injection
그림 Fig. 2. Step-by-step construction sequence for multi-stage grout of steel pipe
표 Table 1. Comparison of sealing material test cases (Ahn, 2018)
표 Table 2. Example of compounding ratio (Korea Rail Network Authority, 2018b)
그림 Fig. 3. Separation of materials in sealing materials (Korea Rail Network Authority, 2018a)
그림 Fig. 4. Structure of clay minerals (Kaolinite) (Storr and Murray, 1986)
그림 Fig. 5. Crystalline structure of bentonite (Masindi, 2015)
표 Table 3. Binding table of sealing material
표 Table 4. Test items of sealing material
표 Table 5. Chemical composition and physical properties of New sealing Type
그림 Fig. 6. Sealing materials mixing
그림 Fig. 7. Gelled state visually observed when tilted 90°
그림 Fig. 8. Bleeding observation result
그림 Fig. 9. Test of Vicat needle penestration and results
표 Table 6. Test Result of Vicat needle penestration
그림 Fig. 10. Injection tube design overview and real picture
표 Table 7. Test Cases
그림 Fig. 11. Model test sequence for sealing materials
그림 Fig. 12. Test result of Case 1: Grout injection failed into sandy soil and Hardened sealing materials
그림 Fig. 13. Test result of Case 2: Grout size: Long axis: 43.5 cm, Short axis: 21.75 cm, Width: 17 cm
그림 Fig. 14. Test result of Case 3: Grout size: Width range: 6.8~12.3 cm, Average length: 20 cm
그림 Fig. 15. Test result of material separation and viscosity (Korea Railroad Research Institute, 2018)

AI 본문요약
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문제 정의

기존 실링재의 겔화 지연, 재료분리 문제(블리딩 포함) 등은 강관다단 그라우팅 공법을 적용하기 위해서는 반드시 선결되어야 하며, 이에 본 연구에서는 겔화시간을 단축하고 블리딩이 발생되지 않는 새로운 속경성 실링재를 개발하였으며 개발된 실링재의 적정성에 대한 검증을 실시하였다.
5 Mpa 이하의 저압으로 주입하는 강관다단 그라우팅 공법에서 비카트 침 관입량 10mm 이하의 굳기를 가진 실링재를 뚫고 역류 없이 원지반으로 주입되는지는 시험을 통해서만 확인할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 이에 대한평가를 위해 원지반을 모사한 모형토조에 비카트 침의 관입량 10mm 이하를 가진 실링재를 주입하고 나서 본 그라우트 주입성능 시험을 실시하여 실링재의 겔화에 대한 고찰을 실시하였다.
본 고에서는 기존에 사용된 실링재를 “소구경 강관다단 그라우팅의 공사시방서(안)”에서 제시한 시험 방법으로 비교, 검증하고 이를 근거로 실제 현장에서 적용성이 높고 간편한 시험기준을 제안하고자 한다.
본 연구에서는 터널의 강관다단 그라우팅에 적용되는 실링재에 대한 기존의 연구사례를 조사하고 일반 실링재의 문제점을 분석하여 새로운 실링재를 개발하였으며, 실내시험 및 모형시험 결과를 통해 실링재를 검증하고 기존에 제시된 품질기준을 수정 제안하였다. 본 연구결과를 통해 얻어진 결론은 다음과 같다.
한편, 한국철도기술연구원은 한국철도시설공단에서 제시한 “소구경 강관다단그라우팅 공사시방서(안)”을 개선하기 위하여 “철도터널 보강용 강관다단공법 시공개선 연구”를 수행한 바 있으며 실링재에 대한 연구사례는 상기에서 언급한 정도로 매우 미흡한 실정이며 최근에 활발히 연구가 진행되고 있다. 이에 본 고에서는 앞선 사례를 토대로 실링재에 대한 추가적인 연구를 진행하고자 한다.
이에 본 논문에서는 연구를 통해 실링재 본연의 역할과 기능을 할 수 있을 뿐 아니라 공사기간을 단축시킬 수 있도록 실링재의 겔화시간을 단축시키는 속경성 실링재를 개발한 내용과 실링재의 겔화 여부를 판단하는 방법에 대해 제시하고 아울러 실링재의 겔 상태에서 블리딩이 발생되지 않도록 하는 방안 등 품질기준과 시험방법을 제시하였다.

제안 방법

4. 본 연구에서는 겔화의 판단기준을 유동성이 없는 상태를 확인하기 위해 컵도립법으로 90°를 기울였을 때 유동성이 멈춰진 상태를 겔화 판단기준으로 하고, 겔화의 유지시간, 즉 본 그라우트재가 주입이 가능한 시간을 결정하기 위해 실제 소구경 강관다단 그라우팅의 천공홀 내 강관과 지반면의 이격거리인 22.5mm를 고려하여 비카트 침 관입량을 25mm 이상을 겔화의 유지시간으로 제안한다.
이러한 수화반응의 속도 차이에 의해 벤토나이트 입자의 유동을 구속하여 흐름을 정지시키고 경화되는 시간이 시멘트에 비해 크게 단축되는 효과가 있다. 개발된 실링재의 효과를 확인하기 위해 기존의 일반 실링재와 같이 겔화 및 블리딩 발생여부 확인시험, 비카트 침의 근입도 시험을 실시하여 개발된 실링재의 성능을 비교, 검증하였다.
4mm, Mesh size 20 × 20)을 2~3겹정도 말아서 홀안으로 모래가 들어오는 것을 방지하고 그라우트재의 모래층으로 주입이 가능하도록 하였다. 또 모래다짐시 철망 사이로 모래가 들어오는 것을 방지하기 위해 천공홀 보호관(아크릴)을 설치하였고 모래다짐 후 지반에 영향을 최소하하며 제거하였다. 시험 순서에 따라 주입시험을 하되 시험별에 따라 약간의 시험순서 및 조건을 달리하였다.
또한, 위 배합비의 경우 실링재 겔화시간은 23 ± 1시간으로 하여야 하는 것으로 규정하였고, 겔화시간 단축을 위해서는 배합비 및 배합재료를 달리하여 시험시공 및 실내시험을 통해 적정 겔화시간이 확인된 경우 건설사업관리기술자의 승인을 득한 후 변경할 수 있도록 하였으며 단, 배합재료로 급결재는 사용하지 않는 것을 원칙으로 제시하였다.
먼저, Case 1의 경우 실링재를 교반하여 주입 후 비카트 침 관입시험을 진행하면서 관입량이 10 mm 이하일 때 본 그라우트 재를 주입하였고, Case 2의 경우 실링재를 주입하고 흐름정지가 발생되는 30분이 지나고 난 후 본 그라우트재를 주입하였으며, 다단 효과를 모사하기 위하여 주입관B를 이용해 주입구를 일정 개수만 설치한 후 주입하였으며, Case 3의 경우 실링재를 주입하지 않고 다단효과를 모사하지 않기 위해 주입관A를 이용해 그라우트를 한 번에 주입하였다. 시험 순서는 Fig.
모형지반은 규사 5호사(D0.7~1.4mm)를 사용하여 몰드 내에서 진동다짐방법을 사용하여 조성하였고 모래 지반의 투수계수는 1.21 × 10-2cm/sec이다.
시험시간은 “소구경 강관 다단 그라우팅의 공사시방서(안)”에서는 경화시간 18시간 이후에 비카트 침의 관입시험을 수행하도록 하였으나 본 연구에서는 관입량에 대한 경향파악을 위해 교반 후 매 1시간마다 비카트 침의 관입시험을 수행하여 시간별 실제 관입량을 모두 측정하였다.
앞서 기술한 바와 같이 실링재의 겔화시 주입 성능을 확인하기 위해 모형토조를 이용한 실내주입시험을 실시하였으며, 주입에 따른 침투정도와 고결체의 형성크기를 파악하기 위하여 고결성 시험을 실시하였다. 시험은 실링재(New sealing Type#1, W/C = 150%)를 주입 후 비카트 침 근입량 10 mm 이하일 때 본 그라우트재를 주입하는 경우와 실링재(New sealing Type#2, W/C = 150%)를 주입 후 겔화라고 판단되는 흐름 정지 상태가 유지되는 30분 후에 본 그라우트재를 주입하는 경우를 적용하였고 또한 실링재의 역할을 고찰하고자 실링재 없이 본 그라우트 재료를 주입할 경우에 대해서도 시험을 시행하여 비교해 보았다. 시험 Case는 Table 7과 같다.
앞서 기술한 바와 같이 실링재의 겔화시 주입 성능을 확인하기 위해 모형토조를 이용한 실내주입시험을 실시하였으며, 주입에 따른 침투정도와 고결체의 형성크기를 파악하기 위하여 고결성 시험을 실시하였다. 시험은 실링재(New sealing Type#1, W/C = 150%)를 주입 후 비카트 침 근입량 10 mm 이하일 때 본 그라우트재를 주입하는 경우와 실링재(New sealing Type#2, W/C = 150%)를 주입 후 겔화라고 판단되는 흐름 정지 상태가 유지되는 30분 후에 본 그라우트재를 주입하는 경우를 적용하였고 또한 실링재의 역할을 고찰하고자 실링재 없이 본 그라우트 재료를 주입할 경우에 대해서도 시험을 시행하여 비교해 보았다.
앞서 언급된 바와 같이 최근까지 실링재에 대한 품질기준 사례는 거의 제시된 바가 없으나 최근 한국철도시설 공단은 “강관다단 그라우팅 보강시 실링재 및 주입재의 배합비 시험”과 관련된 연구를 실시하여 “소구경 강관 다단그라우팅 공사시방서(안) (Korea Rail Network Authority, 2018b)”을 작성하여 배포하였고 한국철도시설공단의 “소구경 강관다단그라우팅 공사시방서(안)”에서 실링재 관련 사항(3.6절)인 배합비, 배합방법 및 겔화시간, 겔화 판단기준 등을 다음과 같이 제시하였다.
앞서 육안 확인 시 시행한 컵도립법을 이용하여 90°를 유지하여 유동성이 없는 상태일 때의 시간을 측정하여 흐름정지 상태인 것을 겔화 상태라고 판단한 다음, 본 그라우트재의 겔화 유지시간(본 그라우트재가 주입될 수 있는 시간)을 판단하기 위해 비카트 침의 최대 관입량을 측정한다.
5mm 공간이 형성되며 이 공간으로 실링재가 채워지게 된다. 즉, 저압주입을 통해 두께 22.5mm의 실링재를 통과해서 원 지반으로 주입이 되어야 하므로 비카트 침의 최소 관입량은 25mm 이상을 유지하는 시간까지를 본 주입을 위한 겔화 유지시간으로 제안한다.
천공홀을 모사하기 위해서 철망(직경 0.4mm, Mesh size 20 × 20)을 2~3겹정도 말아서 홀안으로 모래가 들어오는 것을 방지하고 그라우트재의 모래층으로 주입이 가능하도록 하였다.
또한, 위 배합비의 경우 실링재 겔화시간은 23 ± 1시간으로 하여야 하는 것으로 규정하였고, 겔화시간 단축을 위해서는 배합비 및 배합재료를 달리하여 시험시공 및 실내시험을 통해 적정 겔화시간이 확인된 경우 건설사업관리기술자의 승인을 득한 후 변경할 수 있도록 하였으며 단, 배합재료로 급결재는 사용하지 않는 것을 원칙으로 제시하였다. 특히, 겔화의 판단기준은 비카트 침에 의한 수경성 시멘트의 응결시험(KS L 5108)을 시행하여 관입 량이 30초간 최대 10 mm 이하로 규정하였다.

대상 데이터

모형지반 몰드는 직경(내경) D = 490mm, 높이 h = 500mm, 두께 t = 10mm의 원통형 조립박스를 사용하였다. 모형지반은 규사 5호사(D0.
주입시험을 위한 주입관은 길이(l) = 300mm, 직경(d) = 15mm, 두께(t) = 3mm의 원통형 PVC관으로서 직경 d = 5mm의 주입구가 25mm 마다 90°회전에서 2개씩 설치되었으며 주입관의 개요도와 실물사진은 Fig. 10과 같다.

이론/모형

비카트 침에 의한 수경성 시멘트 응결시험(KS L 5108)을 배합비에 따라 시행하였다. 시험시간은 “소구경 강관 다단 그라우팅의 공사시방서(안)”에서는 경화시간 18시간 이후에 비카트 침의 관입시험을 수행하도록 하였으나 본 연구에서는 관입량에 대한 경향파악을 위해 교반 후 매 1시간마다 비카트 침의 관입시험을 수행하여 시간별 실제 관입량을 모두 측정하였다.

성능/효과

2. 실링재의 겔화시간 단축을 위해 본 연구에서는 주요 바인더를 칼슘알루미네이트로 변경하여 새로운 실링재를 개발하였으며, 컵도립법에 의한 흐름정지가 발생되는 겔화시간을 확인한 결과 30분으로 확인되었고, 비카트 침 관입량 10mm 이하의 값은 배합 후 배합비별로 13~29시간에 만족하는 것으로 나타났으며, 재료분리 및블리딩도 전혀 발생되지 않았다.
3. 모형 토조시험을 통해 실링재를 주입한 후 본 그라우트재에 대한 주입성능에 대한 시험결과 비카트 침의 근입량이 10 mm 이하가 되는 실링재를 사용할 경우 본 그라우트재가 전혀 주입되지 않았으며, 이는 저압주입으로 시공하는 그라우트 재료가 이미 단단히 굳어버린 실링재를 통과하여 침투주입이 되지 않고 일부 할열주입만 이루어진 것으로 판단된다. 실링재를 흐름정지가 발생된 겔화상태(1시간 후)에서 본 그라우트재를 주입하였을 때에는 주입효과가 우수한 것으로 나타났으며, 실링재 없이 본 그라우트재만 주입하였을 경우 주입은 가능하였으나 본 주입재의 역류 등 주입을 방해하는 요인으로 인해 실링재를 사용하여 다단 주입을 했던 경우에 비해 주입효과는 저하되었다.
5. 또한, 실링재의 배합시 동시배합이 아닌 순차배합을 원칙으로 하며, 재료분리 및 블리딩이 5% 이내로 발생되도록 배합시간 등을 사전에 시험하여 실링재의 최적 배합비를 선정하는 것이 타당할 것으로 사료된다.
7. 본 연구를 통해 개발된 실링재는 겔화시간 지연, 재료분리, 주입성능 저하 등 현장의 실질적인 문제를 일부 해결할 수 있었다고 평가하며, 현장에서 판단하기 쉬운 품질기준으로 기존 한국철도시설공단의 품질기준을 일부 수정 제안하였다. 향후 혼합수와 양생 시 외기온도의 영향, 비카트 침 관입압과 본 그라우트재의 주입과의 상관관계, 비카트 침 관입량별 주입시험 등의 추가적인 연구를 통해 더 명확한 품질기준을 마련할 필요가 있다고 사료된다.
개발된 실링재는 배합은 다르지만 교반 후 30분 이내에 흐름정지 상태인 겔화 상태로 되는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 일반 실링재의 경우에는 약 10시간이 지나서야 흐름이 정지하는 겔화 상태가 되었으며, 이 경우에도 기존 시험사례와 동일하게 블리딩이 발생되었다.
그라우트 고결체의 크기는 장축 43.5cm, 단축 21.75cm 정도이며 두께는 17cm로 주입구의 위치에서 그라우트 고결체가 형성되었음을 확인할 수 있었다. 일반적인 강관다단 그라우팅시 확산범위인 5배보다 큰 범위로 확산되어 주입된 것을 알 수 있었다.
그라우트 주입압 1.5 MPa로 그라우트를 30초 동안 20 liter를 모두 주입한 결과 모래 일부가 뭉쳐있는 정도였고 주입관 주변으로 주입재의 주입흔적은 Fig. 12와 같이 살펴볼 수 없었으며, 실링재의 경우도 겨우 걷어낼 수 있어 그라우트재는 일부 할열주입만 이루어진 것으로 판단된다.
15(a)). 그리고 혼합시간에 대한 점도시험 결과, 배합시간이 길어질수록 상대적으로 짧은 시간에 점도가 커지는 경향을 나타내었다. 따라서 일정시간 이내에 실링재의 충분한 겔화 정도(점도)를 얻기 위해서 믹싱시간을 증가시키는 것이 효과적인 것으로 나타났다(Fig.
, 1994) 연구에서 다루어졌다. 당시에는 실링재의 충분한 겔화를 위해 48시간 경과 후 본 주입을 실시하였는데, 시료완성 직후와 24시간 경과 후, 48시간 경과 후, 72시간 경과 후에 대한 시료의 수축성을 측정한 결과 24시간 이후부터는 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 즉, 당시 실링재의 충분한 겔화를 위해 48시간 경과 후 본 주입 공정을 24시간으로 대폭 줄일 수 있는 연구결과를 얻은 것이다.
그리고 혼합시간에 대한 점도시험 결과, 배합시간이 길어질수록 상대적으로 짧은 시간에 점도가 커지는 경향을 나타내었다. 따라서 일정시간 이내에 실링재의 충분한 겔화 정도(점도)를 얻기 위해서 믹싱시간을 증가시키는 것이 효과적인 것으로 나타났다(Fig. 15(b)).
기존에 사용하던 실링재(시멘트 + 벤토나이트 + 물)에 대한 배합비 시험을 수행하여 작성한 “강관다단 그라우팅 보강시 실링재 및 주입재의 배합비 시험결과 보고서”를 참조하면 시방서(안)에 제시된 일반 배합비로는 24시간 이후에 겔 상태가 되는 것을 확인하였다. 또한, 모형시험시 실링재 주입 후 실링재의 재료분리가 발생되었고, 이는 물과 시멘트의 재료분리로 인해 실링재의 겔화가 늦어지는 것으로 파악된다. 재료분리 현상은 Fig.
또한, 블리딩 여부에 대한 측정을 위해 교반 배합 후 24시간이 지나고 관측한 결과 새로 개발된 실링재는 블리딩이 전혀 발생하지 않았으나 일반 실링재의 경우 블리딩율이 34%정도 발생되는 것을 알 수 있었다. 이러한 현상은 상기 3.
상기 결과에 따라 일반 실링재를 사용할 경우 물과 벤토나이트를 30분에서 약 3시간 믹싱한 다음 시멘트를 첨가하여 약 30분간 믹싱 후 겔화 시간 및 재료분리 여부를 확인하고 실링재를 사용하는 것이 유용할 것으로 판단되며, 블리딩율은 5% 이내로 하는 것이 타당할 것으로 사료된다.
시험 결과 비카트침 관입량 10mm 이하에 만족하는 겔화 판단시간은 개발된 실링재의 경우 13시간(W/C = 100%), 23시간(W/C = 150%), 29시간(W/C = 200%)으로 측정되었고, 기존 일반 실링재의 경우에는 44시간이 되어서야 관입량이 10mm 이하로 측정되었다. 기존 실링재에 비해 개발된 실링재의 겔화시간이 34~70%가량 단축된 것으로 나타났지만 기존 실링재는 “소구경 강관다단 그라우팅의 공사시방서(안)”에서 제시한 겔화시간과 차이가 있었다.
모형 토조시험을 통해 실링재를 주입한 후 본 그라우트재에 대한 주입성능에 대한 시험결과 비카트 침의 근입량이 10 mm 이하가 되는 실링재를 사용할 경우 본 그라우트재가 전혀 주입되지 않았으며, 이는 저압주입으로 시공하는 그라우트 재료가 이미 단단히 굳어버린 실링재를 통과하여 침투주입이 되지 않고 일부 할열주입만 이루어진 것으로 판단된다. 실링재를 흐름정지가 발생된 겔화상태(1시간 후)에서 본 그라우트재를 주입하였을 때에는 주입효과가 우수한 것으로 나타났으며, 실링재 없이 본 그라우트재만 주입하였을 경우 주입은 가능하였으나 본 주입재의 역류 등 주입을 방해하는 요인으로 인해 실링재를 사용하여 다단 주입을 했던 경우에 비해 주입효과는 저하되었다.
실링재의 배합시 동시혼합에 비해 순차혼합을 시행할 경우 재료분리 현상이 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 실링재를 구성하는 성분은 벤토나이트, 물, 시멘트인데, 세 가지 재료를 한 번에 섞는 동시혼합방법에 비해 순차 혼합(벤토나이트와 물을 먼저 충분히 혼합 후 시멘트를 추가로 배합) 방법이 재료분리 현상이 덜 발생하였다(Fig.
이러한 결과로 볼 때 실링재를 주입하여 다단 주입을 하는 것이 실링재 없이 일시적으로 주입하는 경우보다 고결체의 주입폭이 크고, 주입효과도 더욱 양호한 것으로 판단된다.
이러한 결과로 볼 때 한국철도시설공단에서 제시한 비카트 침 관입시험에서 10mm 이하의 관입량을 갖는 실링재를 겔화상태로 판단한다는 기준은 적합하지 않은 것으로 판단된다. 근입량이 10mm 이하의 겔 상태에서는 저압 주입되는 그라우트재가 실링재를 통과하여 원 지반으로 침투되기 곤란한 것으로 시험결과 판단된다.
두 번째 의문에 대한 해답을 찾기 위해 본 연구에서는 별도의 주입시험을 실시할 필요성을 갖게 되었다. 즉, 1.5 Mpa 이하의 저압으로 주입하는 강관다단 그라우팅 공법에서 비카트 침 관입량 10mm 이하의 굳기를 가진 실링재를 뚫고 역류 없이 원지반으로 주입되는지는 시험을 통해서만 확인할 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 이에 대한평가를 위해 원지반을 모사한 모형토조에 비카트 침의 관입량 10mm 이하를 가진 실링재를 주입하고 나서 본 그라우트 주입성능 시험을 실시하여 실링재의 겔화에 대한 고찰을 실시하였다.
당시에는 실링재의 충분한 겔화를 위해 48시간 경과 후 본 주입을 실시하였는데, 시료완성 직후와 24시간 경과 후, 48시간 경과 후, 72시간 경과 후에 대한 시료의 수축성을 측정한 결과 24시간 이후부터는 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 즉, 당시 실링재의 충분한 겔화를 위해 48시간 경과 후 본 주입 공정을 24시간으로 대폭 줄일 수 있는 연구결과를 얻은 것이다. 그 이후 현재까지 명확한 실링재의 공학적 기준이 제시되지 못한 상태에서 통용적으로 실링재 주입 24시간 경과 후 본주입을 실시하는 방안이 적용되고 있다.
측정결과 일반 실링재의 경우 비카트 침의 관입량이 10mm 이내가 되는 시간은 44시간이 지나야 해당 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 즉, 일반 실링재는 10시간이 되어야 흐름정지에 해당되는 겔화상태를 육안으로 확인할 수 있었고, 기존과 동일 시험에서도 제시한 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 각 실링재에 대한 시험결과는 Table 6과 Fig.
시험시간은 “소구경 강관 다단 그라우팅의 공사시방서(안)”에서는 경화시간 18시간 이후에 비카트 침의 관입시험을 수행하도록 하였으나 본 연구에서는 관입량에 대한 경향파악을 위해 교반 후 매 1시간마다 비카트 침의 관입시험을 수행하여 시간별 실제 관입량을 모두 측정하였다. 측정결과 일반 실링재의 경우 비카트 침의 관입량이 10mm 이내가 되는 시간은 44시간이 지나야 해당 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 즉, 일반 실링재는 10시간이 되어야 흐름정지에 해당되는 겔화상태를 육안으로 확인할 수 있었고, 기존과 동일 시험에서도 제시한 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다.

후속연구

6. “소구경 강관다단 그라우팅의 공사시방서(안)”에서는 급결제 사용을 금지하였으나 실링재의 응결시간을 지배하는 요인은 시멘트 성분에 의존하므로 응결시간 단축을 위하여 초속경시멘트(칼슘알루미네이트 등) 등의 특수시멘트 사용은 필요할 것으로 사료된다.
본 실험실의 외기온도는 20~22°였으며, 배합수의 온도는 15~16°였다. 두 번째 의문에 대한 해답을 찾기 위해 본 연구에서는 별도의 주입시험을 실시할 필요성을 갖게 되었다. 즉, 1.
”로 규정되어 있으나 본 연구에서 시행한 모형시험결과 본 그라우트재가 주입이 곤란하다고 판단되므로, 관련 시방서(안)은 일부 수정이 필요한 것으로 판단된다. 실링재는 본 그라우트재의 역류방지의 역할과 원활한 주입을 위해 필요한 재료이므로 그 역할을 충실히 할 수 있도록 겔화상태를 유지하면서도 본 그라우트재의 원활한 주입이 될 수 있을 정도까지의 시간과 굳기 값이 제시될 필요가 있다고 판단된다.
본 연구를 통해 개발된 실링재는 겔화시간 지연, 재료분리, 주입성능 저하 등 현장의 실질적인 문제를 일부 해결할 수 있었다고 평가하며, 현장에서 판단하기 쉬운 품질기준으로 기존 한국철도시설공단의 품질기준을 일부 수정 제안하였다. 향후 혼합수와 양생 시 외기온도의 영향, 비카트 침 관입압과 본 그라우트재의 주입과의 상관관계, 비카트 침 관입량별 주입시험 등의 추가적인 연구를 통해 더 명확한 품질기준을 마련할 필요가 있다고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	강관다단 그라우팅 공법이란 무엇인가?	굴착지반의 강성보강이나 차수보강을 목적으로 할 경우 주입재료나 배합비가 변경되기도 한다. 강관다단 그라우팅 공법은 기존의 파이프 루프(piperoof)공법에서 발전된 공법으로 불량한 지반을 보강하기 위해 굴착 전 지지대 등을 설치하고 강관과 강관을 연결하여 완전한 구조체를 형성함으로써 지반을 보강하던 방법에서 다소 자립이 가능한 지반의 경우 지반의 전단강도 유발을 통해 지지가 가능하도록 강관과 강관 사이를 분리하여 설치한 후 강관 사이의 지반에 강관내부에서 외부로 주입재를 주입하여 지반 보강을 하여 굴착 지반의 아칭효과가 발현되도록 발전시킨 공법이다.
	강관다단 그라우팅 공법이 주로 사용되는 상황은?	강관다단 그라우팅 공법은 터널 굴착 중 아칭현상이 발휘되기 곤란한 갱구부와 같은 저토피 구간이나 굴착지 반이 풍화토 혹은 풍화암과 같이 불량한 경우, 연암 이상의 암반이지만 불연속면이 발달하여 절리면으로 용수 등이 발생되는 경우 자주 적용되는 터널 보조공법이다. 굴착지반의 강성보강이나 차수보강을 목적으로 할 경우 주입재료나 배합비가 변경되기도 한다.
	실링재의 역할 수행을 위해 가져야 할 성질은?	그러나 최근 지적된 바와 같이 규산소다를 이용하여 실링재로 사용할 경우 겔 타임을 매우 짧게 할 수는 있지만 경화되는 속도도 매우 빨라져 본 주입재를 주입할 경우 실링재가 이미 양생된 상태로 주입이 거의 되지 않는 현상이 발생하게 된다. 따라서 본 주입재의 주입에 영향이 없도록 겔 상태를 유지하는 것이 중요하다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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