KR100309173B1 - 터널굴진기의 커터비트 및 커터헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암반터널이나 실드터널 등의 굴진을 위해 단단한 암반이어도 절삭 가능한 티스비트를 제공하는 것과, 또 암반으로부터 연약지반까지 다종다양한 지질에 있어서 장거리에 걸쳐 절삭날을 교환하는 일 없이 굴진할 수 있는 터널굴진기의 커터헤드를 제공하는 것으로서,

쐐기형 커터비트(10)의 절삭부(13)의 날끝에 절삭칩(12)을 매설하여 절삭부를 날끝을 향해 폭이 축소하도록 형성하고, 커터헤드에 오목끼움부(15b)를 구비한 설치대좌(15)를 고정하고 이 설치대좌의 오목끼움부에 쐐기형 커터비트의 설치부 (14)를 끼워맞춤 고정하며, 이 쐐기형 커터비트는 날끝이 채굴현장을 향하여 가장 돌출하도록 커터헤드(20)에 배치하고 롤러비트(24)는 날끝이 쐐기형 커터비트의 날끝보다도 후방에 위치하도록 설치하며 쇼트티스비트(40)는 날끝이 롤러비트의 날끝보다도 후방에 위치하도록 설치하는 것을 특징으로 한다.

Description

터널굴진기의 커터비트 및 커터헤드{CUTTER BIT AND CUTTER HEAD FOR TUNNEL EXCAVATING EQUIPMENT}

본 발명은 암반굴삭용의 터널굴진기, 실드굴진기 또는 소구경추진기계와 같은 터널굴진기의 커터비트 및 커터헤드에 관한 것이다.

암반 등을 굴삭하여 터널을 구축하기 위해서는 대부분의 경우 커터헤드에 롤러비트만을 구비하는 터널굴진기를 사용하고 있으며, 토질이 변화하면 그 때마다 커터헤드의 절삭날을 교환할 필요가 있어 번잡하였다. 또 암반에 점성토가 많이 포함되는 경우에는 점성토가 롤러비트에 부착하여 절삭이 불가능하게 된다는 결점이 있었다.

한편 실드터널 등을 구축하기 위해서는 대부분의 경우 롤러비트나 도 4(a)∼(c)에 나타낸 티스비트(40) 등을 구비하는 터널굴진기를 사용하고, 이 티스비트 (40)는 커터헤드의 스포크(21) 등에 설치된 설치대좌(41)에 볼트(25)로 고정된다. 여기에서 티스비트(40)는 도 4(c)에 나타낸 바와 같이 설치대좌(41)의 평탄한 면에 고정되기 때문에 커터비트의 설치부에 측방으로부터 직접적으로 큰 하중이 작용한 경우에는 설치볼트(25)에 전단파괴를 생기게 하는 일이 있다. 또 예상이상으로 경질의 채굴현장, 예를 들면 일축압축강도가 150㎏f/㎠이상의 암반이 출현한 경우에는 티스비트(40)가 파손하거나, 또는 굴삭 불능에 이르는 일이 있어 굴진작업이 중단되어 공기가 길어진다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 그 과제는 암반터널이나 실드터널 등의 굴진을 위해 단단한 암반, 예를 들면 일축압축강도가 500㎏f/㎠정도까지의 단단한 암반이어도 절삭 가능한 커터비트(특히 티스비트)를 제공하는 것에 있다.

또 본 발명의 다른 과제는 암반으로부터 연약지반까지 다종다양한 지질에 있어서 장거리에 걸쳐 절삭날을 교환하는 일 없이 굴진할 수 있는 터널굴진기의 커터헤드를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 설치부와 절삭부로 이루어지는 커터비트이고, 터널굴진기의 커터헤드에는 오목끼움부를 구비한 설치대좌를 고정하고, 상기 설치대좌의 오목끼움부에 상기 커터비트의 설치부를 끼워맞추어서 고정하는 것을 특징으로 하는 터널굴진기의 커터비트를 제공한다. 이와 같이 설치대좌의 오목끼움부에 커터비트의 설치부를 끼워맞추어서 고정하면 해당 커터비트의 설치부에 측방으로부터 직접적으로 큰 하중이 작용하는 것을 방지할 수 있어 설치볼트 등의 전단파괴를 방지할 수 있다. 또한 커터비트의 설치부를 설치볼트로 설치대좌에 고정하는 경우에는 볼트축이 설치면에 대하여 교차하도록 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는 상기 커터비트의 절삭부의 날끝에 착암용 칩을 매설하고 상기 절삭부를 날끝을 향하여 폭이 축소하도록 형성해도 좋고, 이와 같이 커터비트의 절삭부를 형성하면 암석에 직접적으로 접촉하는 면적은 감소하여 절삭저항을 약하게 할 수 있고, 또한 설치부의 폭이 상대적으로 넓어지기 때문에 설치강도가 향상한다는 이점이 있다. 여기에서 상기 착암용 칩이란 일축압축강도가 500㎏f/㎠정도까지의 단단한 암반을 절삭할 수 있는 재질이면 좋고, 예를 들면 초경합금을 사용할 수 있다. 또 상기 착암용 칩은 폭방향에 있어서 중앙 등의 한곳이 뾰족해지도록 각도를 취해도 좋고 이에 의에 의해 착암용 칩에 작용하는 절삭저항을 더욱 약하게 할 수 있다.

또 본 발명에서는 제 2 항에 기재한 커터비트와, 롤러비트와, 자갈용 비트가 설치된 터널굴진기의 커터헤드이고, 상기 커터비트는 그 날끝이 채굴현장을 향하여 가장 돌출하도록 배치하고, 상기 롤러비트는 그 날끝이 상기 커터비트의 날끝보다도 후방에 위치하도록 설치하며, 또한 상기 자갈용 비트는 그 날끝이 상기 롤러비트의 날끝보다도 후방에 위치하도록 설치한 것을 특징으로 하는 터널굴진기의 커터헤드를 제공한다.

이와 같은 위치관계에서 각 비트를 배치한 경우 최초에 제 2 항에 기재한 커터비트가 80∼90％의 확률로 바위를 절삭하고, 나머지의 10∼20％의 바위를 롤러비트가 절삭한다. 이어서 제 2 항에 기재한 커터비트가 마모 또는 결락한 경우에는 롤러비트가 60∼70％의 확률로 바위를 절삭하고 나머지의 30∼40％의 바위를 자갈용 비트가 절삭한다. 또한 롤러비트도 파손한 경우에는 자갈용 비트가 100％의 부담으로 절삭하고 이것이 파손한 시점에서 각 절삭날을 모두 바꾼다. 따라서 암반이나 암석을 많이 포함하는 지반에 있어서도 장거리에 걸쳐 절삭날을 교환하는 일 없이 굴진할 수 있다.

또 상기의 위치관계에서 각 비트를 배치하면 특히 지질변화가 심한 암반으로부터 연약지반까지 복잡하게 혼재한 지질이어도 각 비트가 유효하게 절삭하기 때문에 장거리에 걸쳐 절삭날을 교환하는 일 없이 굴진할 수 있다.

도 1은 본 발명은 터널굴진기의 커터헤드의 정면도.

도 2는 (a)는 본 발명의 커터비트의 평면도이고, (b)는 그 측면도이며, (c)는 그 정면도이고, (d)는 그 단면도.

도 3은 각 절삭날의 높이방향의 위치관계를 나타낸 설명도.

도 4는 (a)∼(c)는 각각 종래의 티스비트를 나타내는 평면도, 측면도 및 단면도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 쐐기형 커터비트(커터비트) 12: 절삭칩(착암용 칩)

13: 절삭부 14: 설치부

15: 설치대좌 15b: 오목끼움부

20: 커터헤드 24: 롤러비트

40: 쇼트티스비트(자갈용 비트)

이하에 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명의 터널굴진기의 커터헤드의 한 실시예를 나타내는 정면도이고, 도 2(a)∼(d)는 본 발명의 커터비트의 한 실시예이며, 도 2(a)는 도 2(b)에 있어서의 일점쇄선(Ⅱa-Ⅱa)방항에서 본 평면도이고, 도 2(b)는 측면도이며, 도 2(c)는 도 2(b)에 있어서의 일점쇄선(Ⅱc-Ⅱc)방향에서 본 정면도이고, 도 2(d)는 도 2(b)에 있어서의 일점쇄선(Ⅱc-Ⅱc)을 따른 단면도이다. 또 도 3은 각 절삭날의 높이방향의 위치관계를 나타낸 설명도이다.

본 발명의 터널굴진기의 커터헤드(20)는 도 1에 나타낸 바와 같이 중앙으로부터 방사상으로 연장되는 복수의 스포크(21)와, 이 스포크(21, 21)의 사이에 개구부(23)를 통하여 설치된 면판(22)을 구비하고, 각 스포크(21)의 축방향 양측에는 복수의 쐐기형 비트(10)와 관용의 티스비트(40)가 각각 설치대좌(15, 41)를 통하여 고정되고, 각 스포크(21)의 소정의 위치에는 롤러비트(24)가 설치되어 있다.

여기에서 상기 쐐기형 비트(10)는 도 3에 나타낸 바와 같이 그 날끝이 산형상의 땅(地山)(30)을 향하여 가장 돌출하는 위치에서 고정하고, 또 롤러비트(24)는 그 날끝이 쐐기형 비트(10)의 날끝보다도 소정 길이(a)만큼 후방에 위치하도록 설치하고, 티스비트(40)는 그 날끝이 롤러비트(24)의 날끝보다도 소정 길이(b)만큼 후방에 위치하는 동시에 쐐기형 비트(10)의 날끝보다도 소정 길이(c)만큼 후방에위치하도록 설치한다. 또한 상기 길이(a)는 30∼20㎜정도, 길이(b)는 25∼20㎜정도, 길이(c)는 50∼40㎜정도인 것이 바람직하다.

또 상기 쐐기형 비트(10)는 도 2(a)∼(d)에 나타낸 바와 같이 설치부(14)와 절삭부(13)로 이루어지며, 이 설치부(14)에는 복수의 볼트구멍(14a)을 형성하고 한편 절삭부(13)에는 그 선단에 절삭칩(12), 상면에 보강칩(11)을 매설한다. 그리고 절삭부(13)에는 선단을 향하여 폭이 축소하도록 테이퍼부분(13a)을 형성하고 또한 절삭칩(12)에도 중앙이 뾰족해지도록 테이퍼부분(12a)을 형성한다. 이와 같은 형상으로 절삭부(13)와 절삭칩(12)을 형성하면 채굴현장의 암석에 직접 접촉하는 면적이 감소하기 때문에 절삭저항을 약하게 할 수 있다. 또한 상기 절삭칩 (12)과 보강칩(11)은 코발트와 텅스텐을 포함하는 초경합금을 사용하여 은땜질에 의해 비트본체에 설치하고 있다.

또한 상기 설치대좌(15)는 오목끼움부(15b)의 양측에 볼록부(15a, 15a)를 갖는 형상으로 형성하고, 이 오목끼움부(15b)에는 볼트구멍을 뚫어 설치하여 용접에 의해서 스포크(21)에 고착한다. 그리고 상기 쐐기형 비트(10)를 오목끼움부 (15b)에 끼워맞추도록 배치하여 볼트(25)에 의해 고정한다. 볼트(25)는 도 2에 나타낸 바와 같이 그 축방향이 쐐기형 비트(10)와 설치대좌(15)의 맞닿음면에 대하여 직교하도록 나사식으로 결합되지만 쐐기형 비트(10)의 설치부(14)의 양측면에는 볼록부 (15a, 15a)가 돌출하도록 배치되기 때문에 여기에 측방으로부터 큰 외력이 작용해도 볼트(25)는 전단파괴를 생기게 하는 일 없이 쐐기형 비트(10)의 설치부(14)는보호된다.

Claims (3)

1. 설치부(14)와 절삭부(13)로 이루어지는 커터비트(10)이고, 터널굴진기의 커터헤드(20)에는 오목끼움부(15b)를 구비한 설치대좌(15)를 고정하고, 상기 설치대좌(15)의 오목끼움부(15b)에 상기 커터비트(10)의 설치부(14)를 끼워맞추어서 고정하는 것을 특징으로 하는 터널굴진기의 커터비트.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 커터비트(10)의 절삭부(13)의 날끝에 착암용 칩(12)이 매설되고, 상기 절삭부(13)는 날끝을 향하여 폭이 축소하도록 형성된 것을 특징으로 하는 터널굴진기의 커터비트.
3. 제 2 항에 기재한 커터비트(10)와, 롤러비트(24)와, 자갈용 비트(40)가 설치된 터널굴진기의 커터헤드(20)이고,

   상기 커터비트(10)는 그 날끝이 채굴현장을 향하여 가장 돌출하도록 배치하고, 상기 롤러비트(24)는 그 날끝이 상기 커터비트(10)의 날끝보다도 후방에 위치하도록 설치하며, 또한 상기 자갈용 비트(40)는 그 날끝이 상기 롤러비트(24)의 날끝보다도 후방에 위치하도록 설치한 것을 특징으로 하는 터널굴진기의 커터헤드.