KR100418746B1 - 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치 하는 방법 및 그장치 - Google Patents

Abstract

유압클램프와 기어박스를 포함한 헤드와, 이를 구동시키는 유압시스템등으로 구성된 지반천공 장치를 사용하여 지반에 강관을 삽입하는 방법 및 그 장치에 있어서, 상기 유압클램프하우징은 내통과 외통으로 구성되되 내통은 강관이 통과되는 원통형의 하우징이며, 바깥부의 외통은 선단부의 지름이 작고 후부의 지름이 크게 형성된 깔때기 형상으로서, 상기 내통과 외통의 사이는 비어 있으며, 상기 유압클램프하우징 내부에는 유압클램프가 설치되되, 상기 유압클램프 하우징의 내통과 외통에는 강관의 이송방향과 동일하게 직선의 가이드홈이 형성되어, 상기 죠오가 상기 가이드홈을 따라서 유압실린더에 의하여 전후로 왕복가능하며, 상기 강관의 선단부는 천공기가 설치되어 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치가 가능한 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

Description

천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치 하는 방법 및 그 장치{omitted}

본 발명은 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치 하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 통상적으로 지하도, 터널 등의 터널 구조물을 시공하기 위해서 다양한 터널 구조물 시공방법이 사용되고 있다.

Pipe roof 공법은 지질조건이 열악하거나 토피두께가 얇은 지반에 응력제인 Pipe를 Arch형으로 삽입시켜 지반의 안정성을 높이는데 적용하는 공법이다. 즉 터널굴착에 앞서 터널주위에 아치형으로 지반개량체를 형성함으로서 막장 전 지반을 보강하는 길이가 긴 Forepoling공법이며, 지반의 선행 변위억제, 지반의 느슨함방지, 시공의 안정성확보등을 주요목적으로 하여 실시된다. 우산망(RPU)공법은 튜브(강관, FRP)를 이용한 Grouting으로 지반을 우산형태로 보강, 강화시켜 토사,풍화암, 파쇄대, 갱구부 및 토피가 작은 구간에서 터널안정 및 지표면 침하억제를 위한 획기적인 굴착보조공법이다.

최근 구조물하부 또는 토피가 작고 붕괴되기 쉬운 지반에서 터널건설이 증가되고 있어 구조물과 터널의 안정을 위한 보조공법이 필요하게 되었다.

그 기본원리는 다음과 같다.

터널 굴착전에 대, 소구경강관을 적절한 형상으로 배열, 설치하고 그 강관의 내측으로 패커를 설치하여 그라우트재를 주입함으로서 주입재에 의한 지반의 고결로 인하여 강관과 지반을 일체로 만들고 강관 및 주변지반의 빔(Beam)작용에 의해 터널에 가해지는 상재하중, 토압 등의 분산효과 및 경감효과를 얻는다.

또한, 주입 시 물유리와 시멘트를 주 주입재로 이용하므로 차수효과 및 보강효과를 동시에 얻을 수 있다

그 특징은 다음과 같다.파이프루프공법 및 일반 그라우팅공법을 일연의 단일공정으로 시공하는 공법으로서, 터널 굴착전에 지지보재를 설치하여 상부의 토압 및 이완영역의 경감효과를 얻고 또한 주입에 의한 지반의 보강으로 각 강관 사이의 간격이 있다 할지라도 토질, 암반의 전단강도를 증대시켜 지지할 수 있으며 주입을 강관속에서 수행하므로 시공성, 경제성측면에서 매우 유리한 공법이다.

그 공법활용분야는 도로, 철도횡단의 굴착보조수단, 지상 및 지중구조물 주변통과시 보조수단, 대단면 터널시공시의 보조수단, 터널갱구부 시공시의 보조수단, 하저, 해저, 단층파쇄, 붕괴성지반통과시의 보조수단 등이다.위와 같은 시공을 위해서 쓰이는 장비가 ROOF PILING MACHINE이다.

본 발명은 위와 같은 공법에 쓰이는 장비인 루프파일링에 한 부분인 유압클램프를 개선하여 강관을 삽입하여 지반 계량체를 형성하는 방법에 관한 것이다. 유압클램프의 전체적인 형상과 각 부분의 명칭은 첨부도면과 같다.

종래의 구형유압클램프는 첨부도면 제 4도, 5 도, 6 도, 7 도, 13 도와 같이 3개의 죠오가 내부원통의 수평중심축으로부터 방사상으로 위치한다. 상호 등간격으로 설치된 이유로 균등한 힘이 작동되며, 그 작동원리를 살펴보면 아래와 같다. 원통형의 하우징 즉, 유압척은 그 내부단면이 선단부가 좁고 후단부가 넓은 공간이 형성되어 있다. 여기에 블록모양의 죠오가 설치되되 각 죠오의 가운데에는 홈이 형성되고 여기에 스프링이 끼워지게 된다. 스프링은 밖으로 확장되려는 힘이 항상 작용되고, 따라서, 강관이 전진할 시는 상기 죠오가 유압에 의하여 기어박스 방향으로 인위적으로 전진하여, 즉 상기 강관의 전진방향과는 반대로 움직여서 상기 강관을 긴밀히 잡아주게 되나, 강관이 후퇴하게 될 때는 상기 스프링의 확장력에 의하여 죠오는 밖으로 움직여지게 되며, 동시에 앞서와 달리 기어박스 방향과 반대방향으로 움직여서 상기 유압척의 경사면에 접촉하게 되고, 따라서, 강관은 자유롭게 상기 죠오의 파지력을 벗어나 후퇴할 수 있게된다.

종래기술에 있어서, 강관삽입시의 리더의 위치는 도면 제15도에 도시된 것에 의하여 설명하여 보면 다음과 같다. ①은 ROD나 강관을 교체후 작업 위치로 이동하는 것을 도시하고 있으며, ②는 리더의 길이가 한정되있기 때문에 ROD나 강관삽입후(6m~8m) 12m를 삽입시에는 다시 ②번 위치로 가서 강관이나 ROD를 연결하는 작업을 도시하고 있다. ③은 다시 작업위치로 복귀하여 작업 수행을 하는 것을 도시하고 있다.

아울러, 강관삽입 시의 순서도를 서술하면 다음과 같다.

기존 장비의 작업 순서는 먼저 강관을 삽입할 홀을 천공한다. →리더의 길이 제한으로 12m를 한번에 천공할 수 없으므로 ROD를 연결하여 12m를 천공한다. → 천공후 천공 TOOL을 제거한후 강관을 삽입한다. → 리더의 길이 제한 때문에 12m의 강관을 한번에 삽입할 수 없으므로 6m삽입 후 또다시 6m강관을 조립하여 삽입한다. → 위 작업, 즉 천공과 강관삽입을 반복하는 것이며, 도면 제15도와 같이 ①번 위치에서의 천공작업 후 기존의 장비는 ROD나 강관을 연결시에는 장착이 편리한 위치 즉, ②번 위치로 리더를 이동시켜 강관이나 ROD 를 연결하여 또다시 ③번위치인 작업위치로 이동한 후 작업을 실시하였다. 이러한 번거로운 작업을 할 수밖에 없었던 이유는 강관을 잡아주는 클램프 후방이 막혀있었기 때문이다. 상기의 유압클램프는 죠오의 안쪽의 삽입된 스프링의 복귀력에 의해 유압클램프에 물려지는 강관의 지름이 결정되었다. 상기의 유압클램프는 죠오의 안쪽의 삽입된 스프링의 복귀력에 의해 유압클램프에 물려지는 강관의 지름이 결정되었다.즉, 스프링의 복귀력이 제한되어 있으므로, 스프링의 크기 및 탄성력에 따라서, 물릴 수 있는 강관의 지름이 당연히 제한을 받고 달라지며, 단일 구경의 강관만이 사용가능하다. 이는 곧 JAW의 풀림 작용 시 사용되는 회복 스프링의 탄성 한계에 기인한다.

또한, 천공을 한 뒤에 다시 강관을 삽입하기 위하여 천공장비를 제거한 뒤에 다시 강관을 삽입하는 번거로움이 있었다. 이 경우 6m의 강관을 연이어 삽입하여 사용한다. 강관 삽입 시에도 강관의 지름의 크기에 따라 죠오를 교체해야 하는 번거로움이 중복되었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 죠오의 행정복귀를 스프링에 의하지 않고 유압에 의하여 작동되게 함으로써 강관의 외경에 상관없이 강관을 삽입시킬 수 있게 하며, 강관에 맞춰 죠오를 교환하지 않아도 되는 것이다.

결론적으로 죠오의 스프링 사용을 하지 않고 동시에 강관의 교체시의 연속작업이 가능하고, 천공과 강관삽입이 동시에 이루어질 수 있게 하는데 그 목적이 있다. 즉, 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치 하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

도 1은 터널천공모식도의 측면도

도 2는 터널천공모식도

도 3은 본발명의 루프파일링 장비의 전체도

도 4는 종래의 유압클램프가 기어박스 방향으로 이동하여 죠오가 강관을 잡고 있는 상태의 종단면도

도 5는 종래의 유압클램프가 기어박스 방향으로 이동하여 죠오가 강관을 잡고 있는 상태의 횡단면도

도 6은 종래의 유압클램프가 기어박스와 반대방향으로 이동하여 죠오가 강관을 놓고 있는 상태의 종단면도

도 7은 종래의 유압클램프가 기어박스와 반대방향으로 이동하여 죠오가 강관을 놓고 있는 상태의 횡단면도

도 8은 본 발명의 유압클램프가 기어박스 방향으로 이동하여 죠오가 강관을 잡고 있는 상태의 종단면도

도 9는 본 발명의 유압클램프가 기어박스 방향으로 이동하여 죠오가 강관을 잡고 있는 상태의 횡단면도

도 10은 본 발명의 유압클램프가 기어박스 반대 방향으로 이동하여 죠오가강관을 놓고 있는 상태의 종단면도

도 11은 본 발명의 유압클램프가 기어박스 반대 방향으로 이동하여 죠오가 강관을 놓고 있는 상태의 횡단면도

도 12는 본 발명의 유압클램프와 하우징의 단면도

도 13은 종래의 유압클램프와 하우징의 단면도

도 14는 본 발명의 유압클램프와 하우징의 설치도

도 15는 종래의 강관삽입시의 리더의 위치를 순차적으로 설명한 작업도

도 16은 본 발명의 2헤드시스템의 루프파일링장비의 사시도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 강관하우징 2 : 유압클램프 하우징

3 : 기아박스 4 : 내통

5 : 외통 6 : 죠오

7 : 강관 8 : 가이드홈

9 : 스프링 10 : 유압척

11 : 유압실린더

이 장치는 지반천공장치이다. 범용의 수평천공에도 사용할 수 있고 암반터널의 입구부에 터널개구부 형성을 위해 사용되기도 하지만, 특히 연약 지반의 지하 굴착을 위하여 파이프루프를 형성하거나 소위 보호 우산망 기법을 사용하는 현장에서 효율적인 운용이 가능한 장치이다.이는 기존의 유사장비가 전방으로만 오픈된 파우어헤드(POWER HEAD)를 가진 관계로, 천공과 그 후 그라우팅을 위한 튜브 압입의 과정이 좁고 연약한 터널 내부라는 상황에서 복잡하고 더디게 진행된 바와 달리 본 장치는 전후방 오픈된 파우어헤드를 사용하므로 설계된 길이만큼의 천공과 그 후 그라우팅을 위한 튜브압입이 클램프 후방으로부터 전방으로 아주 용이하게 수행됨으로써 작업시간과 비용을 현저히 단축 절감시키고 있는 것이다.더구나 이러한 파우어헤드를 동일 리더위에 2개 장착시키면 대개의 지질조건의 경우 천공과 동시에 튜브 압입을 가능케 할 뿐 아니라 천공과 압입이 독립적으로 이루어질 경우에도 기존장치에 비하여 월등히 신속한 작업 진행을 보장한다.기존장비의 경우 전방쪽으로만 개방된 파우어헤드 구조로는 천공로드 및 그라우팅용 튜브를 설계된 길이만큼 압입 시키기 위해서는 보조리더를 채용하고 전방여유 공간을 충분히 확보하고 작업 대차, 고소작업대 등 보조 수단을 이용하여 로드 및 튜브의 연결작업이 이루어져야 한다.하지만 본 발명의 장치는 우선 파우어헤드가 양방향 관통된 유압클램프 및 기어박스를 채택하고 장비의 시스템이 이에 적응되게 설계되어 있으므로, 터널의 작업공간이 좌우 협소하나 후방으로 여유 있음을 감안할 때 소정설계 길이만큼의 천공로드와 튜브를 후방으로부터 전방으로 무난하고 용이하게 공급압입 가능케 함으로써 작업시간과 작업비용을 현실적으로 절감케한다.보호우산망기법은 연약한 지반에 우산망과 같은 그라우팅 개량체를 형성하여 터널안정 및 지중면 침하억제를 위한 기법이다.따라서, 이 기법은 그라우팅을 위한 튜브가 압입되어야 하고 튜브를 압입시키기 위한 천공이 이루어져야 한다즉, 천공-튜브압입-그라우팅의 세 단계를 밟는다.한편 지질 조건이나 보조기구 사용등에 따라 천공과 튜브압입이 동시에 이루어지는 경우가 가능한 바, 이를 소위 직천공이라 한다. 효율적인 그라우팅을 위하여 지반응력제를 겸한 그라우팅용 튜브는 NON-RETURN VALVE를 구비한 것도 있고 내부에 STRAINER를 갖춘 것도 있다.따라서, 본 발명은 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치 하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 그 구성은 루프파일링 장비 또는 수평천공기 등의 천공장비의 기어박스의 전면에 연결된 유압클램프하우징과 상기 유압클램프하우징의 전면에 설치된 원통형의 강관하우징과 상기 유압클램프를 구동시키는 유압실린더로 구성되며, 루프파일링 장비 또는 수평천공기 등의 천공장비에 설치되는 유압클램프에 있어서, 상기 유압클램프하우징은 내통과 외통으로 구성되되 내통은 강관이 통과되는 원통형의 하우징이며, 바깥부의 외통은 선단부의 지름이 작고 후부의 지름이 크게 형성된 깔때기 형상으로서, 상기 내통과 외통의 사이는 비어 있으며, 상기 유압클램프하우징 내부에는 3개의 죠오가 설치되되, 상기 3개의 죠오가 수평중심축으로부터 동일간격으로 동심원상에 위치하고, 상기 유압클램프하우징의 내통과 외통에는 강관의 이송방향과 동일하게 직선의 가이드홈이 형성되어, 상기 죠오가 상기 가이드홈을 따라서 유압실린더에 의하여 전후로 왕복가능하되 수직이송도 동시에 진행되어 강관을 선택적으로 잡아주거나, 놓아줄 수 있는 것을 특징으로 하는 루프파일링 장비 또는 수평천공기 등의 천공장비에 설치되는 유압클램프와, 또한 상기 죠오는 그 단면이 ' I '형상이며, 상기 유압클램프 하우징에 ' I '형상의 윗부분이 상기 유압클램프 하우징의 외통에 형성된 가이드홈에 걸쳐짐과 동시에 상기 가이드홈을 따라 슬라이딩 운동하게 되어, 선택적으로 강관을 잡아주거나 놓아줄 수 있는 것을 특징으로 하는 유압클램프의 사용에 의하며, 상기 기어박스의 중앙부에 지지홀을 형성하여 상기 강관의 후단부가 상기 지지홀을 관통하여 충분히 지지되는 장치에 관한 것이다.또한, 본 발명은 유압클램프와 기어박스를 포함한 헤드와, 이를 구동시키는 유압시스템 등으로 구성된 지반천공 장치를 사용하여 지반에 강관을 삽입설치하는 방법에 있어서, 상기 강관은 12m정도의 길이의 것을 사용하되 상기 유압클램프 후방의 기어박스의 중앙부에 지지홀을 형성하여 상기 강관의 후단부가 상기 지지홀을 관통하여 충분히 지지되며, 상기 유압클램프는 상기 기어박스의 전면에 연결된 유압클램프하우징과 상기 유압클램프하우징의 전면에 설치된 원통형의 강관하우징과 상기 유압클램프를 구동시키는 유압실린더로 구성되며, 상기 유압클램프하우징은 내통과 외통으로 구성되되 내통은 강관이 통과되는 원통형의 하우징이며, 바깥부의 외통은 선단부의 지름이 작고 후부의 지름이 크게 형성된 깔때기 형상으로서, 상기 내통과 외통의 사이는 비어 있으며, 상기 유압클램프하우징 내부에는 유압클램프가 설치되되, 상기 유압클램프는 3개의 죠오가 수평중심축으로부터 동일간격으로 동심원상에 위치하고, 상기 유압클램프 하우징의 내통과 외통에는 강관의 이송방향과 동일하게 직선의 가이드홈이 형성되어, 상기 죠오가 상기 가이드홈을 따라서 유압실린더에 의하여 전후로 왕복가능하되 수직이송도 동시에 진행되어 강관을 선택적으로 잡아주거나, 놓아줄 수 있으며, 상기 강관의 선단부는 천공기가 설치된 것을 특징으로 하는 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치 하는 방법에 관한 것이다.

본 발명을 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 터널천공모식도의 측면도이다. 도 2는 터널천공모식도이며, 도 3은 루프파일링 장비의 전체도이다. 도 4는 종래의 유압클램프가 기어박스 방향으로 이동하여 죠오가 강관을 잡고 있는 상태의 종단면도이며, 도 5는 종래의 유압클램프가 기어박스 방향으로 이동하여 죠오가 강관을 잡고 있는 상태의 횡단면도이다. 도 6은 종래의 유압클램프가 기어박스와 반대방향으로 이동하여 죠오가 강관을 놓고 있는 상태의 종단면도이며, 도 7은 종래의 유압클램프가 기어박스와 반대방향으로 이동하여 죠오가 강관을 놓고 있는 상태의 횡단면도이다. 도 8은 본 발명의 유압클램프가 기어박스 방향으로 이동하여 죠오가 강관을 잡고 있는 상태의 종단면도이며, 도 9는 본 발명의 유압클램프가 기어박스 방향으로 이동하여 죠오가 강관을 잡고 있는 상태의 횡단면도이다. 도 10은 본 발명의 유압클램프가 기어박스 반대 방향으로 이동하여 죠오가 강관을 놓고 있는 상태의 종단면도이며, 도 11은 본 발명의 유압클램프가 기어박스 반대 방향으로 이동하여 죠오가 강관을 놓고 있는 상태의 횡단면도이다. 도 12는 본 발명의 유압클램프와 하우징의 단면도이며, 도 13은 종래의 유압클램프와 하우징의 단면도이며, 도 14는 본 발명의 유압클램프와 하우징의 설치도이다. 도 15는 종래의 강관삽입시의 리더의 위치를 순차적으로 설명한 작업도이며, 도 16은 본발명의 2헤드시스템의 루프파일링장비의 사시도이다.그 기술적 구성을 설명하면, 상기 유압클램프 하우징은 내통과 외통으로 구성되되 내통은 강관이 통과되는 원통형의 하우징이며, 바깥부의 외통은 선단부의 지름이 작고 후부의 지름이 크게 형성된 깔때기 형상으로서, 상기 내통과 외통의 사이는 비어 있는 사유로 상기와 같이 죠오가 가이드홈을 따라서 기어박스쪽으로 이동하게 되면, 죠오는 수평이동과 병행하여 내통의 수평중심축으로 가까이 오게 되어 상기 강관을 긴밀하게 잡아주게 된다. 작업이 끝난 뒤 강관이 후퇴하게 될 경우 또는, 이 상태에서 또 다른 강관을 추가로 설치할 경우를 위하여 강관을 놓아주어야 할 경우에는 앞서의 과정과 역순으로 진행한다. 즉, 죠오가 가이드홈을 따라서 유압에 의하여 기어박스와 멀어지는 방향으로 이동하게 되어 상기 강관을 놓아주게 된다. 즉, 죠오는 수평이동과 병행하여 내통의 수평중심축으로부터 멀어지게되어, 상기 강관을 놓아주게 된다. 즉, 본 발명은 클램프가 작동할 수 있는 유압 실린더에 따라서 다양한 크기의 Rod 혹은 강관을 광범위하게 사용하여 작업의 연속성을 유지할 수 있게된다. 주로 사용되는 강관의 직경은 Φ73, Φ89, Φ114, Φ120, Φ140 등이 있다. 여기서 상기 강관의 이동 및 상기 죠의 이동에 필요한 유압시스템은 종래의 기술적 구성과 유사하며, 단지 상기 죠오의 이동에 있어서, 전후진에 걸쳐서 모두 유압이 작용된다는 것이며, 이의 기술적 구현은 상기 종래기술에 의하여 이분야에 종사하는 기술자가 충분히 실시 가능하며, 또한 상기 중장비등의 유압시스템에 관한 기 발명특허문헌이 상당수가 기공고되어 있으며, 상기와 같은 유압회로 등은 본 발명의 주요요지가 아닌 바, 이의 자세한 기술은 생략하나, 상기의 유압시스템은 유압발생기, 유압저장탱크, 역지변, 유압분배밸브, 압력센서 및 그의 제어장치 등의 관용적 수단에 의하여 그 실시가 가능하다.

상기 기어박스는 중앙부에 구멍이 형성되고, 12m정도의 강관이 상기 구멍을 통과하여 루프파일링 장비에서 지지되며, 상기 강관의 선단부는 천공기가 설치되어 천공과 동시에 강관의 설치가 가능하다.

따라서, 본 발명은 유압클램프와 기어박스를 포함한 헤드와, 이를 구동시키는 유압시스템 등으로 구성된 지반천공 장치를 사용하여 지반에 강관을 삽입설치하는 방법에 있어서, 상기 강관은 12m 정도의 길이의 것을 사용하되 상기 유압클램프 후방의 기어박스의 중앙부에 지지홀을 형성하여 상기 강관의 후단부가 상기 지지홀을 관통하여 충분히 지지되며, 상기 유압클램프는 상기 기어박스의 전면에 연결된 유압클램프하우징과 상기 유압클램프하우징의 전면에 설치된 원통형의 강관하우징과 상기 유압클램프를 구동시키는 유압실린더로 구성되며, 상기 유압클램프하우징은 내통과 외통으로 구성되되 내통은 강관이 통과되는 원통형의 하우징이며, 바깥부의 외통은 선단부의 지름이 작고 후부의 지름이 크게 형성된 깔때기 형상으로서, 상기 내통과 외통의 사이는 비어 있으며, 상기 유압클램프하우징 내부에는 유압클램프가 설치되되, 상기 유압클램프는 3개의 죠오가 수평중심축으로부터 동일간격으로 동심원상에 위치하고, 상기 유압클램프 하우징의 내통과 외통에는 강관의 이송방향과 동일하게 직선의 가이드홈이 형성되어, 상기 죠오가 상기 가이드홈을 따라서 유압실린더에 의하여 전후로 왕복가능하되 수직이송도 동시에 진행되어 강관을 선택적으로 잡아주거나 놓아줄 수 있으며, 상기 강관의 선단부는 천공기가 설치된 것을 특징으로 하는 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치 하는 방법에 관한 것이며, 유압클램프와 기어박스를 포함한 헤드와, 이를 구동시키는 유압시스템 등으로 구성된 지반천공 장치를 사용하여 지반에 강관을 삽입하는 방법에 있어서, 상기 강관끝에 천공용 공구, 즉 크라운 비트나 크로스비트를 부착하는 1단계와; → 천공작업과 동시에 강관을 삽입하는 2단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치 하는 방법에 관한 것이며,유압클램프와 기어박스를 포함한 헤드와, 이를 구동시키는 유압시스템 등으로 구성된 지반천공 장치를 사용하여 지반에 강관을 삽입하는 방법에 있어서, 장치의 앞쪽 헤드(①)로는 강관을 잡고 뒤쪽 헤드(②)로는 로드(ROD)를 체결해 천공작업을 수행하는 1단계와 →오버 버든 비트와 해머(Hammer)가 천공을 시작하면서 강관이 물려있는 앞쪽해드가 전진하며 강관이 삽입되는 2단계와 →12m정도 깊이의 천공과 동시에 강관 삽입은 완료 되며 천공용 공구는 강관 내경쪽으로 후진하여 회수되는 3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치 하는 방법에 관한 발명이며, 또한 유압클램프와 기어박스를 포함한 헤드와, 이를 구동시키는 유압시스템 등으로 구성된 지반천공 장치를 사용하여 지반에 강관을 삽입하는 방법에 있어서, 앞쪽 헤드(①)로는 강관을 잡고 뒤쪽 헤드(②)로는 로드(ROD)를 체결해 천공작업을 수행하는 1단계와; →오버 버든 비트를 쓰지 않고 Hammer로 천공을 시작하는 2단계와; 상기 앞쪽 HEAD가 전진하며 물려있는 강관이 삽입되는 3단계와; →12m정도 깊이의 천공과 동시에 강관 삽입은 완료되며, 천공용 공구는 강관 내경쪽으로 후진하여 회수되는 제4단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치 하는 방법에 관한 발명이다.

아울러 본 발명은 유압클램프와 기어박스를 포함한 헤드와, 이를 구동시키는 유압시스템 등으로 구성되고, 지반에 강관을 삽입하는 지반천공장치에 있어서, 상기 헤드는 2개가 설치되어 앞쪽헤드는 강관을 잡고 뒤쪽헤드로는 로드(ROD)를 체결해 천공작업을 수행하며, 유압크램프의 후방을 오픈 하여 즉, 유압클램프의 후면에 설치된 기어박스의 중앙부에 지지홀을 형성하여 상기 강관의 후단부가 상기 지지홀을 관통하여 충분히 지지함으로써, 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치가 가능한 장치에 관한 발명이며, 상기 지반천공장치는 수평천공기 또는 루프파일링 장비인 것을 특징으로 하는 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치가 가능한 장치에 관한 발명이다.즉, 본 발명의 기술적 구성은 일반적으로 사용되는 지반에 강관을 천공하여 삽입설치하는 범용의 장치에 모두 적용할 수 있는 것을 의미한다.

결과적으로, 개선된 장비의 유압클램프는 후방이 OPEN된 형식이라 강관을 교체시에 뒤쪽에서 삽입되므로 교체 공간을 확보하지 않아도 되기때문에 작업의 신속성과 편리성이 더욱 강화된 것이라 볼 수 있다.이러한 작업시간의 단축과 위 작업이 가능한 이유는 첫째, 강관을 잡아주는 JAW가 복귀 스프링에 의존하지 않기 때문에 강관의 크기에 상관없이 강관이나 ROD탈착이 가능하기 때문이고 둘째, 유압 클램프 후방이 OPEN 형식이라 12m짜리 ROD나 강관을 한번에 장착하거나 교체 시 뒤쪽으로 한번에 장착되기 때문이다.

현 장비의 작업 순서를 기술하면 다음과 같으며, 이는 첨부도면 제16도에 자세히 도시되어 있다. 본 발명에서 현 장비로 작업을 하는 3가지의 경우가 기술된다. 첫 번째의 방법으로서 강관으로만 천공시의 작업순서는 다음과 같다. 우선 강관끝에 천공용 공구를 부착한다. (크라운 비트나 크로스비트를 용접하여 붙인다.) →천공과 동시에 강관이 삽입 된다. →12m를 한번에 천공할 수 있는 이유는 클램프 뒤쪽이 OPEN되어 있어 12m짜리 강관이나 ROD나 강관을 한번에 장착시키거나 또는 연결 시에는 교체시간이 현저히 단축된다. →위 작업을 반복한다.

두 번째의 방법으로서, 오버버든 비트를 사용한 hammer로 천공시의 작업순서는 다음과 같다.먼저 첨부도면 16과 같이 앞쪽 HEAD(①)로는 강관을 잡고 뒤쪽 HEAD(②)로는 ROD를 체결해 천공작업을 수행한다. →오버 버든 비트와 Hammer가 천공을 시작하면서 강관이 물려있는 앞쪽HEAD가 전진하며 강관이 삽입된다. →12m정도의 깊이로 천공과 동시에 강관 삽입은 완료되며 천공용 공구는 강관 내경쪽으로 후진하여 회수 된다. →위 작업을 반복한다.

세 번째의 방법은 오버버든 비트를 사용하지 않고 hammer로 천공시의 작업을 하는 경우의 순서는 다음과 같다.우선 첨부도면 16과 같이 앞쪽 HEAD(①)로는 강관을 잡고 뒤쪽 HEAD(②)로는 ROD를 체결해 천공작업을 수행한다. →오버 버든 비트를 쓰지 않고 Hammer로 천공을 시작한다. 앞쪽HEAD가 전진하며 물려있는 강관이 삽입된다. →12m정도의 깊이로 천공과 동시에 강관 삽입은 완료되며 천공용 공구는 강관 내경쪽으로 후진하여 회수된다. →위 작업을 반복한다.

상기의 세 번째 작업방법에서 오버버든 비트를 사용하지 않고 hammer로 천공할 수 있는 방법이 가능한 이유는 2 HEAD SYSTEM이란 방법으로 가능한데, 이것은 강관용 유압클램프헤드와 천공용유압클램프헤드가 따로 있는 구성으로 이 공법의 마지막 단계이자 목적인 강관 삽입을 좀 더 일반적인 방법과 연속성 유지 및 시간의 경제적 단축이라는 사항들을 유지하면서 시공이 가능하게 되었다.

기본적으로 이 공법이 쓰이는 지층이 연약 지반이므로 오버버든 비트를 사용하지 않고도 강관 외경보다 작은 구경의 천공용 공구를 사용하더라도 직접 직천공이 가능한 것이다. 이때의 강관외경과 천공용 공구의 외경차는 큰 차이가 아니면 현 공정이 시공되는 연약 지반의 특성상 무시 할 수 있다.

본 발명에서의 2 HEAD SYSTEM에 관하여 기술하면 다음과 같다.

앞에서 언급한바와 같이, 현 장비는 후면에서 ROD나 강관삽입이 가능하다. 이와 같은 원리는 기존의 장비에서는 찾아 볼 수 없다. 이 같은 작업 공정이 가능한 이유로는 2 HEAD SYSTEM과 클램프 후방 OPEN 형식이라는 발명으로 가능하다. 그리고 굳이 OVERBURDEN을 쓰지 않더라도 천공이 가능할 수 있다. 이것은 천공구경이 강관경보다 작더라도 강관 삽입이 가능한 SYSTEM으로 기존 방법과는 다른 확실한 개선 사항이라고 할 수 있다.

도면 제16도와 같이 앞쪽 HEAD(①)로는 강관을 잡고 뒤쪽 HEAD(②)로는 ROD를 체결해 천공작업을 수행한다. 이와 같은 발명으로 직천공 즉, 천공과 동시에 강관을 삽입 할 수 있는 것이다. 참고로 오버버든이란(OVERBURDEN Drilling system)편심된 비트로 연결구의 형성은 계속적인 진원 및 수직도를 유지시키면서 구경을 확공하는 것으로 위에 설명된 오버버든 비트가 이것이다.부언하여, 기존 클램프와 본 발명의 클램프와의 비교(작업의 연속성에 관한 내용)는 다음과 같다.기존 클램프는 POWER HEAD 혹은 DRIFTER에 일체형으로 부착되어 강관 압입의 보조 수단 역할을 하며, JAW의 풀림 작용 시 사용되는 회복 스프링의 탄성 한계 때문에 단일 구경의 강관만 처리가 가능하며, 후방 POWER HEAD에 의하여 전방만 OPEN된 구조이다.반면에 본 발명의 클램프는 강력한 파워와 효율적인 구조로 POWER HEAD의 역할을 수행하므로 천공과 강관 압입을 동시 수행이 가능하며, 클램프가 작동할 수 있는 유압 실린더에 따라서 다양한 크기의 Rod 혹은 강관을 광범위하게 사용하여 작업의 연속성을 유지할 수 있다. 즉, Φ73, Φ89, Φ114, Φ120, Φ140에 적용이 가능하다. 또한, 전후방 OPEN된 구조로서 이론적으로 무한길이의 롯드 천공과 강관압입이 가능하다.본 발명 기계의 특징은 후방이 Open된 구조의 유압클램프를 Power Head로 채택하였으므로, 별도의 위치변경이나 연결작업 없이 한번에 천공 및 강관압입을 가능하게 하여 작업시간을 현저히 단축시켰을 뿐만 아니라 부대인력의 장비의 투입을 최소화시켰다. 특히 직천공, 장천공에 탁월한 능력을 발휘한다.본 발명의 천공압입방법을 케이스별로 비교하여 보면 다음과 같다.강관 자체로 천공 및 압입을 하는 경우는 강관 끝에 천공용 공구를 부착하여 천공과 동시에 강관 삽입하며, 기존장비는 토사 중심의 지반 천공 ⇒ 작업 대차 등을 이용하여 강관 연결 ⇒ 천공 ⇒ 위 작업을 반복하는 데 반하여 본 장비는 천공 및 압입 과정 동시 수행한다. 본 발명의 또 다른 실시예인 2헤드시스템에서는 후방 클램프에 Hammer을 장착하면 암반 돌출 시에도 중단 없이 작업 수행이 가능하다천공 후 강관 압입 하는 경우에는 (천공경이 강관구경보다 큰 경우) 강관 삽입을 위한 천공후 강관삽입하며, 대상지반조건은 암반이 광범위하게 분포되어 있는 연약지반에 적용된다. 기존장비를 사용할 경우 6∼8m 천공 ⇒ ROD연결 ⇒ 천공 완료(6∼8m) ⇒ Head에 강관 장착 ⇒ 강관 압입(6∼8m) ⇒ 강관 연결 ⇒ 강관 압입 완료 ⇒ 위작업 반복하는데 반하여, 본 장비는 필요 길이 만큼 천공 ⇒ Power Head(클램프)에 강관 장착 ⇒ 강관 압입 ⇒ 위 작업 반복을 한다. 본 발명의 또 다른 실시예인 2헤드시스템에서는 후방 클램프로 필요 길이만큼 천공 ⇒ 전방 클램프로 강관 압입 ⇒ 위 작업을 반복 실시하게 된다.천공 후 강관 압입하는 또 다른 경우는 (천공경이 강관경보다 작은 경우) 강관 삽입을 위한 천공 후 강관삽입하는 경우로서, 암반이 크게 분포하지 않은 연약지반에 사용된다. 기존장비를 사용할 경우는 8m 천공 ⇒ 천공 ROD연결 ⇒ 천공 완료 ⇒ Head 에 강관 장착 ⇒ 강관 압입 ⇒ 강관 연결 ⇒ 강관 압입 완료 위 작업을 반복하게 되나, 본 장비를 사용할 경우는 필요 길이 만큼 천공 ⇒ Power Head(클램프)에 강관 장착 ⇒ 강관 압입 ⇒ 위 작업 반복을 한다. 본 발명의 또 다른 실시예인 2헤드시스템에서는 후방 클램프로 천공 작업하는 사이에 전방 클램프로 강관 압입 동시 수행하는 방법이 있다.천공과 강관 압입 동시 수행 (Over Burden)하는 경우는 Over Burden System을 사용하여 천공과 동시에 강관 압입하는 경우로서, 암반이 광범위하게 분포되어 있는 연약지반에 사용된다. 기존장비가 6∼8m천공과 동시에 강관 압입 ⇒Head로 부터 Rod 강관 해체한후 각각 연결작업⇒ 재조립 후 천공/압입 완료 ⇒ 위 작업 반복의 공정을 행하는 데 반하여, 본 장비를 사용하게 되면, 천공 및 압입 동시 수행( 연결작업 불필요)이 가능하게 되며, 천공과 강관 압입 동시 수행하게 된다.(연결 작업 불필요) 본 발명의 또 다른 실시예인 2헤드시스템에서는 보조 클램프가 강관을 지지하므로 훨씬 안정적이다.

따라서, 본 발명은 죠오의 행정복귀를 스프링에 의존하지 않고 유압실린더의 행정과 같이 작동하도록 개선된 것에 의하여 강관의 외경에 상관없이(Φ89mm ∼ Φ114mm까지) 강관을 삽입시킬 수 있게 되었고 강관에 맞춰 죠오를 교환하지 않아도 될 수 있도록 변형되었다.

결론적으로 죠오의 스프링 사용을 하지 않고 동시에 강관의 교체시의 연속작업이 가능하고, 천공과 강관삽입이 동시에 이루어질 수 있으며, 이러한 이유로 작업시간이 현저히 단축되었다.

Claims (6)

1. 지반천공장치의 상부에 유압클램프와 기어박스를 포함한 헤드가 설치되고, 이를 구동시키는 유압시스템 등으로 구성된 지반천공 장치를 사용하여 지반에 강관(7)을 삽입설치하는 방법에 있어서, 상기 강관(7)은 12m정도의 길이의 것을 사용하되 상기 유압클램프 후방의 기어박스(3)의 중앙부에 지지홀을 형성하여 상기 강관(7)의 후단부가 상기 지지홀을 관통하여 충분히 지지되며, 상기 유압클램프는 상기 기어박스(3)의 전면에 연결된 유압클램프하우징(2)과 상기 유압클램프하우징(2)의 전면에 설치된 원통형의 강관하우징(1)과 상기 유압클램프를 구동시키는 유압실린더(11)로 구성되며, 상기 유압클램프하우징(2)은 내통(4)과 외통(5)으로 구성되되, 내통(4)은 강관(7)이 통과되는 원통형의 하우징이며, 바깥부의 외통(5)은 선단부의 지름이 작고 후부의 지름이 크게 형성된 깔때기 형상으로서, 상기 내통(4)과 외통(5)의 사이는 비어 있으며, 상기 유압클램프하우징(2) 내부에는 유압클램프가 설치되되, 상기 유압클램프는 3개의 죠오(6)가 수평중심축으로부터 동일간격으로 동심원상에 위치하고, 상기 유압클램프 하우징(2)의 내통(40과 외통(5)에는 강관(7)의 이송방향과 동일하게 직선의 가이드홈(8)이 형성되어, 상기 죠오(6)가 상기 가이드홈(8)을 따라서 유압실린더(11)에 의하여 전후로 왕복가능하되 수직이송도 동시에 진행되어 강관(7)을 선택적으로 잡아주거나, 놓아줄 수 있으며, 후방이 오픈되어 즉, 유압클램프의 후면에 설치된 기어박스(3)의 중앙부에 지지홀을 형성하여 상기 강관(7)의 후단부가 상기 지지홀을 관통하여 충분히 지지하고, 상기 강관(7)의 선단부는 천공용 공구가 설치되어 로드나 강관(7)의 연결작업 없이, 강관(7)의 길이에 구애받지 않고 한꺼번에 작업 수행하는 것을 특징으로 하는 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치 하는 방법.
2. 지반천공장치의 상부에 유압클램프와 기어박스를 포함한 헤드가 설치되고, 이를 구동시키는 유압시스템 등으로 구성된 지반천공 장치를 사용하여 지반에 강관(7)을 삽입설치하는 방법에 있어서, 상기 강관(7)끝에 천공용 공구 즉, 크라운 비트나 크로스비트를 부착하는 1단계와; 전후 개방구조의 유압클램프에 후방으로부터 전방으로 강관(7)을 압입하여 천공작업과 동시에 강관(7)을 삽입하는 2단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치 하는 방법.
3. 지반천공장치의 상부에 유압클램프와 기어박스를 포함한 헤드가 설치되고, 이를 구동시키는 유압시스템 등으로 구성된 지반천공 장치를 사용하여 연약지반에 강관(7)을 삽입설치하는 방법에 있어서, 강관(7)이 장착된 오버 버든 햄머와 비트를 헤드에 물리는 1단계와; 오버 버든 비트와 햄머(Hammer)가 천공과 동시에 강관을 삽입하는 2단계와; 강관 삽입이 완료되면 천공용 공구는 강관 내경쪽으로 후진하여 회수되는 3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치 하는 방법.
4. 지반천공장치의 상부에 유압클램프와 기어박스를 포함한 헤드가 설치되고, 이를 구동시키는 유압시스템 등으로 구성된 지반천공 장치를 사용하여 지반에 강관(7)을 삽입설치하는 방법에 있어서, 2조의 헤드를 설치하여 앞쪽 헤드(①)로는 강관을 잡고 뒤쪽 헤드(②)로는 강관을 관통한 로드(ROD)를 체결해 천공작업을 수행하는 1단계와; 천공된 홀(hole)에 상기 앞쪽 헤드가 전진하며 물려있는 강관이 삽입되는 2단계와; 12m 정도 깊이의 천공과 동시에 강관 삽입은 완료되며 천공용 공구는 강관 내경쪽으로 후진하여 회수되는 3단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치하는 방법.
5. 상부에 유압클램프와 기어박스를 포함한 헤드가 설치되고, 이를 구동시키는 유압시스템 등으로 구성된 지반천공 장치에 있어서, 상기 헤드는 2개가 설치되어 앞쪽 헤드는 강관을 잡고 뒤쪽 헤드로는 로드(ROD)를 체결해 천공작업을 수행하며, 유압크램프의 후방을 오픈하여 즉, 유압클램프의 후면에 설치된 기어박스(3)의 중앙부에 지지홀을 형성하여 상기 강관(7) 혹은 로드의 후단부가 상기 지지홀을 관통하여 충분히 지지함으로써, 로드나 강관의 별도 연결 작업 없이 천공과 동시에 지반에 강관을 삽입설치가 가능한 장치.
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