KR100447871B1 - 비배토식 강관 수평압입공법의 강관압입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반을 개방상태로 굴착하지 않고 지하에 강관을 압입 매설하는 공법에 사용되는 비배토식 강관 수평압입공법의 강관압입장치에 관한 것으로, 도로나 철도 또는 하천 등을 가로질러 지하에 강관을 매설하기 위하여 그 지반의 양측에 적당한 깊이로 맨홀을 굴착한 다음 일측 맨홀에서 유압실린더를 이용하여 타측 맨홀을 향해 강관을 수평상으로 압입하여 매설하는 것에 있어서, 원추형으로 형성되며, 회전작동으로 지하를 뚫고 들어가는 회전굴착부와; 원통형으로 형성되며, 상기 회전굴착부의 회전작동을 허용하면서 그 후단에 삽입된 상태로 연결되어 회전굴착부에 회전력을 전달하는 회전력전달부와; 원통형으로 형성되며, 상기 회전력전달부의 후단에 일체적으로 체결된 상태로 연결되어 회전력전달부의 회전축을 회전시키는 동력발생부와; 원통형으로 형성되며, 상기 동력전달부와 그 선단측에 수평상으로 연결된 회전력전달부 및 회전굴착부들을 상,하,좌,우 사방으로 기울기를 조정하여 강관의 압입방향을 수정하는 압입방향조정부를 포함하여 이루어진 강관압입기에 다수의 강관을 수평상으로 용접하여 연결시키면서 유압실린더로 지하에 수평 압입시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 발명이다.

Description

비배토식 강관 수평압입공법의 강관압입장치{Push horizontal pipe jacking apparatus}

본 발명은 도로, 철도 등의 지반을 개방상태로 굴착하지 않고 지하에 강관을 압입 매설하는 공법에 사용되는 비배토식 강관 수평압입공법의 강관압입장치에 관한 것이다.

일반적으로 상수도관, 가스관, 통신관, 송유관 등 각종 관체를 지하에 매설할 때에는 그 관체의 매설깊이에 따라 지반을 굴착하는 방법으로 관체를 매설하고 있는데, 관체를 차량이나 기차가 통행하는 도로, 철도 등의 지하에 매설하기 위해 지반을 굴착하게 될 경우에는 교통에 많은 지장을 주게 되며, 또한 굴착된 흙은 일단 공사현장에 쌓아놓아야 하기 때문에 그 쌓아놓은 흙이 도로를 점거하게 되어 차량 통행을 방해하게 될 뿐 아니라 굴착된 흙이 공사현장 주변에 사방으로 흩어지게 되고, 또 굴토된 흙에 물기가 있을 경우에는 진흙탕물이 도로로 흘러서 공사주변을 더욱 오염시키게 되는 문제점이 있으며, 철도의 경우에 있어서는 공사기간동안 기차의 통행이 불가능하게 된다는 문제점이 있게 된다.

그리고 지반을 굴착하여 관체를 매설한 다음 굴착된 지반을 굴토된 흙으로 되메우기를 한 후 다져주는 작업을 시행하더라도 그 되메워진 흙이 굴착하기 전 지반상태로 단단하게 다져줄 수 없기 때문에 지반굴착공법으로 관체를 매설한 지점의 지반은 시간이 지남에 따라 다져지면서 침하되는 현상이 나타나 통행하는 차량에 불편을 주게되는 등 여러 가지 문제점을 야기시키게 된다.

또한 상기와 같은 지반굴착식 공법은 인력과 시간이 많이 소요되어 공사기간이 길게될 뿐 아니라 공사비가 많이 들게되는 비경제적인 문제점이 있다.

종래 기술에서는 상기와 같은 지반굴착식 공법의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 도로의 양측에 웅덩이를 파낸 다음 그 웅덩이 안에서 강관을 수평식으로 타입시키는 방법과, 유압으로 밀어넣는 방법이 제안된 바 있다.

그러나 전자의 강관 타입식은 강관을 해머 등으로 타격하여 압입시키는 방법으로서 점결력이 약한 점토질 등의 연약지반에 비교적 소직경의 강관을 타입시키는데 적용된 바 있으나, 해머의 타격방향에 따라 강관의 타입방향이 바뀌게 될 뿐 아니라 타입되는 강관은 지반의 저항(반력)이 약한 쪽으로 쏠리게 되는 현상으로 인하여 강관이 매설하고자 하는 타입방향을 향해 똑바르게 타입되지 않고 삐뚤어진 방향으로 타입되는 등 오차가 크게 나타나는 문제점으로 인하여 실제 강관을 매설하는 공사현장에서는 강관 타격식 공법을 회피하고 있는 실정이며, 또한 직경이 크면 클수록 해머의 크기 및 중량도 그에 따라 커야 하기 때문에 초대형의 해머타격장비를 구비해야 한다는 것도 회피하는 이유중의 하나로 지적되고 있다.

후자의 강관 압입식 공법은 강관을 유압실린더로 전진작동으로 밀어서 압입시키는 방법으로서 이 또한 점결력이 약한 지반에 비교적 큰 직경(대략 600mm 이상)에 적용된 바 있으나, 이 역시 강관을 목표지점을 향해 일직선상으로 정확하게 압입시키지 못하였을 뿐 아니라 강관의 압입작업이 매우 더디고 또 강관 내측으로 유입되는 흙을 배출시키기 위해서는 작업자가 엎드린 상태로 강관 속으로 들어가 배토작업을 수행해야 하기 때문에 배토작업이 매우 힘들고 시간이 많이 소요되며, 또 배토된 흙을 처리하는 데에도 많은 시간과 인력이 소요되기 때문에 공사비는 비싸지고 공기는 더욱 길어지게 된다는 것이 단점으로 지적되고 있었다.

다른 종래 기술로서 세미쉴드(semi shelled) 공법이 있는데, 이는 강관의 선단에 총알같이 생긴 회전체를 회전시키면서 물을 분사시키는 작동으로 흙을 굴토해내면서 강관을 밀어넣는 것인데, 이러한 세미쉴드공법의 장비는 매우 고가인 반면에 분사되는 물로 굴토되는 흙은 물에 펌퍽이 된 채 진흙탕이 되어 강관을 통해 배출되기 때문에 배토작업이 매우 힘들고 어려우며, 또 강관을 밀어 넣는 장비가 진흙탕에 오염되지 않도록 하는 것이 상당히 어렵고, 작업맨홀에서 퍼올린 진흙탕을 공사현장에 쌓아놓고 물기가 다 빠질 때까지 장시간 방치시켜야 하기 때문에 공사현장이 흙탕물에 의해 오염되는 단점이 있으며, 또한 이 공법 역시 지층을 굴토하는 회전체가 목표지점을 향해 똑바르게 전진하지 못하고 오차가 크게 발생된다는 것이 단점으로 지적되고 있었을 뿐 아니라 물을 분사하여 굴토하는 과정에서 지층을 붕괴시키는 현상이 나타나 강관매설 후 지반이 침하되는 등 여러 가지 문제점을 발생시키고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서 나타나는 제반 문제점들을 일소하기 위하여 창출된 것으로, 지하에 강관을 매설할 때 흙을 배출시키지 않고도 강관을 매설시킬 수 있으며, 또한 지하를 뚫고 들어갈 때 압입방향에 편차가 발생되면 그 편차가 발생되는 지점에서 즉시로 방향수정을 할 수 있는 강관압입기와 그 부속부재로 이루어진 강관압입장치를 제공하여 강관매설공사시 도로, 철도 등의 지반을 굴착하지 않고도 강관을 허용오차의 범위내에서 정확하게 매설할 수 있도록 하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

강관을 매설하고자 하는 지반의 양측에 적당한 깊이로 맨홀을 굴착한 다음 일측 맨홀에서 유압실린더를 이용하여 타측 맨홀을 향해 강관을 수평상으로 압입시키는 것에 있어서,

상기 유압실린더의 전진압력에 의하여 일측 맨홀에서 타측 맨홀을 향해 지하를 수평상으로 뚫고 들어가는 강관압입기는,

원추형으로 형성되어 회전하면서 지하를 뚫고 들어가는 회전굴착부와, 원통형으로 형성되어 상기 회전굴착부의 회전작동을 허용하면서 그 후단에 삽입된 상태로 연결되어 회전굴착부에 회전력을 전달하는 회전력전달부와, 원통형으로 형성되어 상기 회전력전달부의 후단에 체결된 상태로 연결되어 회전력전달부의 회전축을 회전시키는 동력발생부와, 원통형으로 형성되어 상기 동력전달부와 그 선단측에 연결된 회전력전달부 및 회전굴착부들을 상,하,좌,우 사방으로 기울기를 조정하여 강관압입기 자체의 압입방향을 수정할 수 있도록 하는 압입방향조정부로 구성된 것임을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 상기 강관압입기의 회전굴착부는, 외주에 다수의 초경팁이 적당한 간격으로 배치된 상태로 고정 부착되어 있는 원추형 회전통체와, 상기 원추형 회전통체의 첨단부측을 통해 압축공기·물·벤토나이트 중에서 선택된 어느 하나를 분사하는 분사통로가 형성된 채 원추형 회전통체의 내측 중심에 고정 설치되는 회전봉과, 상기 원추형 회전통체의 후단 내측에 설치되는 차단판 및 상기 회전봉의 후단에 형성된 결합공 양측으로 결합핀을 삽입시킬 수 있도록 원추형 회전통체의 내측 중간부분과 회전봉의 후단을 연결시키는 복수의 연결관체가 구성되어 있는 것을특징으로 하는 것이며,

또한 상기 강관압입기의 회전력전달부는, 상기 회전굴착부의 회전작동을 허용할 수 있게 원추형 회전통체의 후단연장부 내측으로 선단지지판이 진입되는 상태로 설치되는 제1 원통체와, 상기 제1 원통체의 선단지지판 중심에 베어링으로 회전가능하게 설치되는 회전축과, 상기 회전축의 선단에 돌출되어 상기 회전봉의 결합공에 분리가능하게 삽입되어 결합핀으로 결착되는 결합돌기와, 상기 회전축이 자유롭게 회전하는 것을 허용하면서 그 회전축의 후단을 감싼 상태로 설치되어 압축공기·물·벤토나이트 중에서 선택된 어느 하나를 공급하는 로타리 스위벨이 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이며,

또한 상기 강관압입기의 동력발생부는, 상기 회전작동부의 제1 원통체의 후단지지판에 고정 조립되는 제2 원통체와, 상기 제2 원통체의 내측 중심에 위치한 채 제1 원통체의 후단지지판에 고정 부착되는 기어박스와, 상기 기어박스에 고정 설치되는 동력원인 유압모터가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이며,

또한 상기 강관압입기의 압입방향조정부는, 상기 동력발생부의 제2 원통체의 후단 내측으로 틸팅가능하게 삽입되는 틸팅시일링이 부착되어 있는 제3 원통체와, 상기 제2 원통체의 후단판재에 상,하,좌,우 사방으로 각각 하나씩 고정 설치된 채 제3 원통체 내측으로 돌출되는 다수의 브라켓과, 상기 제3 원통체의 종단판재에 상,하,좌,우 사방으로 각각 하나씩 고정 설치된 다수의 힌지돌기와, 상기 제3 원통체의 내측 상,하,좌,우 사방에 축방향으로 각기 하나씩 설치된 채 피스톤로드는 다수의 브라켓 각각에 회전가능하게 연결되고 실린더몸체는 다수의 힌지돌기 각각에회전가능하게 설치되는 다수의 조정실린더와, 상기 제3 원통체의 종단판재 중심에 축방향으로 고정 설치되는 관절봉과, 상기 관절봉의 선단에 형성된 구형돌기를 회전가능하게 수용하는 구형홈이 형성된 관절작동체 및 상기 제3 원통체의 종단판재보다 후방으로 연장되어 강관받침관과 및 강관의 착탈을 허용하는 연장부가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 요부인 강관압입기의 측면 구성도.

도 2는 본 발명의 요부인 강관압입기의 단면도.

도 3은 도 2의 A-A선 단면도.

도 4는 도 2의 B-B선 단면도.

도 5는 본 발명의 강관압입기의 선단굴착부 분리상태를 나타낸 측면도.

도 6은 본 발명의 강관압입기의 압입방향을 수정하는 작동상태도.

도 7은 본 발명의 강관압입기의 설치상태도.

도 8은 본 발명의 강관압입기의 강관받침관 단면도.

도 9 내지 도 18은 본 발명의 강관압입기로 강관을 압입설치하는 작동상태를

도시한 단면도.

도 19는 본 발명의 강관압입기의 다른 실시예를 보인 측면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 강관압입기 2 : 회전굴착부

3 : 회전력전달부 4 : 동력발생부

5 : 압입방향조정부 6 : 강관받침관

7 : 강관 8 : 반력벽

9 : 강관압입장비 21 : 초경팁

21a : 스크류돌기 22 : 원추형 회전통체

23 : 회전봉 24 : 차단판

25 : 분사통로 26 : 결합공

27 : 결합핀 28 : 연결관체

29 : 후단연장부 31 : 제1 원통체

32 : 선단지지판 33 : 후단지지판

34 : 베어링 35 : 회전축

36 : 로타리 스위벨 37 : 시일링

38,46 : 보호통 41 : 제2 원통체

42 : 유압모터 43 : 기어박스

44 : 후단판재 45 : 연결축

51 : 제3 원통체 52 : 관절봉

53a∼53d : 조정실린더 54 : 관절작동체

55 : 브라켓 56 : 종단판재

57 : 힌지돌기 58 : 틸팅시일링

59 : 연장부 100 : 유압실린더

본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 요부인 강관압입기의 측면 구성도이며, 도 2는 본 발명의 요부인 강관압입기의 단면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도이며, 도 4는 도 2의 B-B선 단면도이고, 도 5는 본 발명의 강관압입기의 선단굴착부 분리상태를 나타낸 측면도이며, 도 6은 본 발명의 강관압입기의 압입방향을 수정하는 작동상태도이고, 도 7은 본 발명의 강관압입기의 설치상태도이며, 도 8은 본 발명의 강관압입기의 강관받침관 단면도이고, 도 9 내지 도 18은 본 발명의 강관압입기로 강관을 압입설치하는 작동상태를 도시한 단면도이며, 도 19는 본 발명의 강관압입기의 다른 실시예를 보인 측면도를 도시한 것으로,

도면부호 1은 강관압입기를 나타내는 것으로, 상기 강관압입기(1)는 유압실린더(100)로부터 압력을 받아 지하로 압입될 때 자체적으로 회전작동하면서 지하를 수평상으로 뚫고 들어가기에 적합하도록 구성되어 있으며, 또한 지하를 뚫고 들어가는 과정에서 압입방향에 정상궤도를 벗어나는 조짐이 나타날 때에는 그 즉시로 압입방향을 수정하여 정상궤도로 압입될 수 있도록 구성되어 있다.

상기 강관압입기(1)는 지하를 뚫고 들어가는 회전굴착부(2)와. 상기 회전굴착부(2)를 회전시켜주는 회전력전달부(3)와, 상기 회전력전달부(3)에 회전력을 발생시켜주는 동력원인 동력발생부(4) 및 상기 회전굴착부(2)·회전력전달부(3)·동력발생부(4)를 상,하,좌,우 사방으로 기울기를 조정해주는 압입방향조정부(5)로 구성되어 있다.

이하 상기 강관압입기(1)를 구성하고 있는 각 구성요소들을 설명한다.

먼저, 상기 회전굴착부(2)는 외주에 다수의 초경팁(21)들이 적당한 간격으로 재치되어 있는 원추형 회전통체(22)와, 상기 원추형 회전통체(22)의 내측 중심에 축방향으로 설치되는 회전봉(23) 및 상기 원추형 회전통체(22)의 후단측을 폐쇄시키기 위하여 원추형 회전통체(22)의 후단과 회전봉(23)의 후단에 고정 부착되는 차단판(24)은 원추형 회전통체(22)로 유입되는 토사 등이 회전력전달부(3)로 침입되는 것을 차단하게 된다.

그리고 상기 회전봉(23)의 중심에는 유체통로(25)가 관통된 상태로 형성되어 있으며, 그 후단에는 육각형 등 다각형으로 된 결합공(26)이 형성되어 있으며, 또한 상기 회전봉(23)의 후단 양측에는 두개의 결합핀(27)이 관통하는데, 이들 두개의 결합핀(27)은 결합공(26)의 양측을 관통하는 상태로 설치된다.

그리고 상기한 두개의 결합핀(27)의 착탈이 가능하도록 상기 회전봉(23)의 후단 양측에 결합핀(27)이 관통하는 두개의 구멍(부호 생략)들 양측에 복수개의 연결관체(28)가 용접되어 있는데, 상기한 연결파이프(28)들 각각은 원추형 회전통체(22)의 외부에서 머리없는 볼트(281)가 각각 나사조립되는 구조로 되어 있으며, 상기한 복수개의 연결관체(28)들과 이들 연결관체와 직교하는 방향으로 설치되는 복수개의 보강대(282)들 각각의 양단은 회전봉(23)의 후단과 원추형 회전통체(22)의 중간부분에 용접되어 있으므로 상기 원추형 회전통체(22)와 회전봉(23)은 일체적으로 연결된 상태가 되어 함께 회전작동을 할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 원추형 회전통체(22)의 외주에 고정 배치된 다수의 초경팁(21)들은 원추형 회전통체(22)가 회전작동함에 따라 지층을 굴토하는 작동을 수행함과 동시 굴토된 흙을 후방측으로 밀어낼 수 있도록 일방향을 향해 경사진 상태로 부착되어 있다.

상기 원추형 회전통체(22)의 첨단부 반대측으로서 직경이 가장 큰 후단에는 원통상으로 된 후단연장부(29)가 형성되어 있다.

다음, 상기 회전력전달부(3)는 원통형으로 된 제1 원통체(31)의 외경은 상기 원추형 회전통체(22)의 후단연장부(29)의 내경보다 조금 작은 상태로 형성되어 있어 상기 제1 원통체(31)의 선단측 후단연장부(29) 내측으로 삽입된 채 회전가능한 상태로 설치되어 있다.

상기 제1 원통체(31)의 선,후단측에는 선단지지판(32)과 후단지지판(33)이 고정 부착되어 있으며, 상기 선단지지판(32)의 중심에는 베어링(34)에 의하여 회전이 자유롭도록 회전축(35)이 설치되는데, 상기 회전축(35)의 선단에는 원추형 회전통체(22)측으로 돌출되어 회전봉(23)의 결합공(26)에 삽입되는 육각형 등 다각형으로 된 결합돌기(351)가 형성되어 있고, 상기 제1 원통체(31)의 내측으로 돌출된 회전축(35)의 후단에는 연결공(352)이 형성되어 있다.

상기한 회전축(35)의 선단에 형성된 결합돌기(351)는 회전봉(23) 후단의 결합공(26)에 삽입된 상태에서 결합핀(27)에 의하여 체결되는 것이며, 이와 같이 결합돌기(351)와 결합공(26)을 결합시키는 결합핀(27)에 의해 회전축(35)과 회전봉(23)이 일체로 연결되는 것이며, 또는 체결된 결합핀을 해체하게 되면 그것들을 분리시킬 수 있게 된다.

상기 회전축(35)의 후단측에는 로타리 스위벨(36 : rotary swivel)이 설치되어 있는데, 상기 로타리 스위벨(36)은 배어링(34)의 커버에 고정 부착된 상태에서 회전축(35)이 자유롭게 회전할 수 있도록 설치되는 것이며, 또한 상기 로타리 스위벨(36)은 압축공기·물·벤토나이트 등 여러 종류의 유체중 어느 하나를 선택하여 회전축(35)의 중심에 형성된 공급통로(353)으로 공급할 수 있는 구조를 가지고 있다. 즉, 상기 로타리 스위벨(36)의 일측에는 선택된 유체가 유입되는 유입공(361)이 형성되어 있고 그 유입공 내측에는 환형홈(362)이 형성되어 있어 상기 유입공으로 유입된 유체가 환형홈(362)을 통해 회전축(35)에 형성된 유입통로(354)로 유입될 수 있게 되며, 상기 유입통로(354)로 유입되는 유체는 공급통로(353)을 통해 회전봉(23)의 분사통로(25)로 분출되게 된다.

상기 제1 원통체(31)의 선단측 외주에는 원추형 회전통체(22)의 후단연장부(29)와의 사이에 형성된 틈새를 막아주는 시일링(37)이 형성되어 있는데, 상기 시일링(37)은 후단연장부(29) 내면과 미세한 간극으로 이격되어 있어 원추형 회전통체(22)의 회전작동을 방해하지 않으면서 굴토된 흙이 제1 원통체(31)내부로 유입되는 것을 막아주는 작용을 담당한다.

또한 상기 제1 원통체(31) 내측에는 선단지지판(32)과 후단지지판(33) 각각에 양단이 고정 부착되는 원통상의 보호통(38)을 설치하여 원추형 회전통체(22)의 후단연장부(29)와 시일링(37) 사이의 미세한 틈으로 침투하게 되는 흙으로부터 회전축(35)과 로타리 스위벨(36)을 보호할 수 있도록 구성한다.

다음, 상기 동력발생부(4)는 제1 원통체(31)와 동일한 직경을 가지는 제2 원통체(41)와, 상기 제2 원통체(41)의 내측에 유압모터(42) 및 기어박스(43)로 구성되어 있다.

상기 동력발생부(4)의 유압모터(42)는 제2 원통체(41)의 후단 내측에 설치된 후단판재(44)에 뚫어진 구멍(도시 생략)을 통해 제2 원통체(41) 내측으로 진입시킨 유압호스(도시 생략)로부터 유압을 공급받아 정회전 또는 역회전할 수 있도록 구성된 것이며, 상기 기어박스(43)는 유압모터(42)의 회전동력을 적당히 감속시켜서 출력축(45)으로 감속회전시킬 수 있도록 구성되어 있다.

상기 동력발생부(4)는 제2 원통체(41)의 선단측이 제1 원통체(31)의 후단지지판(33)에 볼트 등으로 고정 부착되는 구조로 설치되는 것이므로 상기 회전력전달부(3)와 동력발생부(4)는 일체적으로 결합되는 구조로 구성되어 있다.

또한 상기 동력발생부(4)의 제2 원통체(41) 내부에는 유압모터(42)와 기어박스(43)를 흙으로부터 보호하는 보호통(46)이 설치되어 있다.

한편, 상기 동력발생부(4)의 기어박스(43)에서 돌출된 출력축(45)과 회전력전달부(3)의 회전축(35) 후단에 형성된 연결공(352)는 상호 스플라인 구조로 결합되거나 또는 별도를 키구조에 의해 결합되는 구조로서 유압모터(42)의 회전동력이 회전축(35)에 전달시킬 수 있도록 구성되어 있다.

다음, 상기 압입방향조정부(5)는 제1 및 제2 원통체(3)(4)와 동일한 직경을 가지는 제3 원통체(51)와, 그 내측 중심에는 하나의 관절봉(52)을, 상,하,좌,우 사방 각각에는 유압으로 작동하는 4개의 조정실린더(53a,53b,53c,53d)가 장착되어 있으며, 상기 제2 원통체(41)의 후단판재(44)에는 볼트 또는 용접으로 고정 부착된 채 제3 원통체(51) 내부로 돌출도록 관절작동체(54)가 설치되는데, 상기 관절작동체(54)의 중심에 형성된 구형홈(541)에 상기 관절봉(53)의 선단에 형성된 구형돌기(521)가 회전가능하게 끼워져 있다.

그리고 상기 제2 원통체(41)의 후면판재(44)에는 제3 원통체(51)의 내측으로 돌출되는 다수의 브라켓(55)이 고정 부착되는데, 상기 다수의 브라켓(55)들은 후면판재(44)에 상,하,좌,우 사방으로 각기 하나씩 부착되는 구조로 설치되어 있으며, 상기 제3 원통체(51)의 후단 내측에 고정 설치된 종단판재(56)의 내면에도 상,하,좌,우 사방에 각기 하나씩 부착되는 다수의 힌지돌기(57)가 설치되어 있으며 상기한 다수의 브라켓(55)과 힌지돌기(57)들은 서로 마주하고 있다.

또한 상기 압입방향조정부(5)에 설치되는 다수의 조정실린더(53a∼53d)들은 각기 하나씩 상기한 브라켓(55)과 힌지돌기(57)에 설치되는데, 각 조정실린더들의 실린더몸체(531)들은 각각 힌지돌기(57)에 회전가능하게 연결되며, 피스톤로드(532)들은 각각 브라켓(55)에 회전가능하게 연결되어 있다.

상기 압입방향조정부(5)의 제3 원통체(51) 선단 내측에는 제2 원통체(41)의내주면에 미세한 간격으로 이격된 상태로 삽입되는 틸팅시일링(58)이 용접되어 있으며, 상기한 틸팅시일링(58)은 제2 원통체(41)가 상,하,좌,우 사방을 향해 기울어지는 것을 허용하면서 굴토된 흙이 제2 원통체(51) 내부로 침투하는 것을 최대한 억제하는 작용을 담당한다.

그리고 상기 압입방향조정부(5)의 제3 원통체(51)의 후단 즉, 종단판재(56)를 기준하여 후방(도면상 우측방향)으로 연장된 연장부(59)에는 강관받침관(6) 또는 강관(7)의 일측을 삽입 연결 또는 용접 연결된다.

상기한 강관압입기(1)를 구성하고 있는 회전력전달부(3)의 후단지지판(33)과, 동력발생부(4)의 후단판재(44) 및 압입방향조정부(5)의 종단판재(56) 각각에는 유압모터(42)와 각 조정실린더(53a∼53d)에 유압을 공급하는 유압호스(도시 생략) 및 로타리 스위벨(36)에 유체(압축공기·물·벤토나이트 등)를 공급하는 유체호스(도시 생략)를 강관압입기(1) 내부로 진입시킬 수 있는 다수의 구멍이 뚫어져 있다.

한편, 도 19는 강관압입기(1)의 선단에서 지층을 굴토하는 작동을 담당하는 회전굴착부(2)의 원추형 회전통체(22) 외주에 다수의 초경팁(21) 대신에 나선상의 스크류돌기(21a)를 형성시킨 것으로, 상기한 스크류돌기(21a)는 지층을 뚫어주는 작용과 함께 굴토된 흙을 후방측으로 밀어내는 작용을 나타낸다.

이와 같이 구성된 강관압입기(1)로 지하에 강관(7)을 압입는 작용을 설명한다.

강관(7)을 매설하는 현장이 도로나 철도와 같이 지반을 굴착할 수 없을 때에는 도로 및 철도의 양측에 매설하고자 하는 강관(7)의 매설깊이보다 조금 더 깊게맨홀(M)(m)을 굴착하는데, 강관(7)을 압입시키는 일측 맨홀(M)은 타측 맨홀(m)보다 넓게 형성한 다음 그 일측 맨홀(M) 내측에 콘크리트 등으로 반력벽체(8)를 구축하며, 바닥에는 레일(81)을 수평상으로 설치한다.

상기와 같이 일측 맨홀(M)에 구축된 반력벽체(8)의 전면측에 강관(7)을 압입시키기 위한 유압실린더(100)를 설치하는데, 상기한 유압실린더(100)는 강관(7)의 크기(직경)와 지반의 지층구조에 따라서 강관을 압입시킬 수 있는 충분한 압력을 가지는 것을 선택하여 설치한다.

그리고 일측 맨홀(M) 주변의 지상에는 유압탱크(91), 유압펌프(92), 엔진(93) 등으로 구성된 강관압입장비(9)와, 도면에는 도시하지 아니하였지만 강관(7)이 압입되는 상태(상,하,좌,우 편차 등)를 일일이 감지하는 센서와 강관이 목표하는 지점을 향해 미리 설정해 놓은 정상궤도로 압입되는지 또는 정상궤도를 벗어나는지를 좌표 등으로 나타내는 모니터로 구성되는 송수신 전자장비가 구비되어 있는데, 이러한 송수신 전자장비는 예를 들어, 지중금속탐지기와 같이 지하에 매장되어 있는 금속물을 감지하고 그 감지된 것을 모니터에 좌표로 나타낼 수 있는 장비를 이용하고 있는 것이므로 이에 대한 설명은 생략하기로 하며, 이하에서 강관(7)을 지하에 압입시키는 작용에 대하여 설명한다.

먼저, 도 9의 도시와 같이 일측 맨홀(M)에 기 설치된 유압실린더(100)의 밀판(101)에 복수개의 강관받침관(6)을 일렬로 조립 설치하는데, 상기 강관압입관(6)은 비교적 짧은 길이를 가지며 일측에는 외경이 작은 삽입단(61)이 형성되어 있고, 타측에는 상기한 삽입단(61)이 삽입 연결되는 외경이 큰 수용단(62)이 형성되어 있으며, 또한 크레인 등을 이용하여 이동운반할 수 있는 고리(63)가 형성되어 있다.

따라서 크레인을 이용하여 강관받침관(6)을 하나씩 맨홀(M)로 이동시켜서 레일(81)에 올려놓으면서 일렬로 조립하는 작업으로 복수개의 강관받침관(6)을 수평상으로 연결 설치하는 것이며, 이렇게 조립된 강관받침관(6)의 선단측에 강관압입기(1)를 수평하게 연결하는데, 이때에는 강관압입기(1) 선단측의 회전굴착부(2)는 강관(7)을 압입시키고자 하는 맨홀(M)의 수직면을 향하도록 하는 한편, 후단측의 압입방향조정부(5)의 제3 원통체(51) 후단에 형성된 연장부(59) 속으로 강관받침관(7)의 삽입단(61)이 삽입된 상태가 되게 한 상태에서 용접하게 되면 강관압입기(1)의 설치작업이 완료되는 것이다.

상기와 같이 일측 맨홀(M)에 강관압입기(1)의 설치완료 후 지상에 설치된 강관압입장비(9)를 가동시키게 되면 맨홀(M)에 설치된 유압실린더(100)의 피스톤로드가 전진(출현)작동하게 되어 밀판(101)이 후단측 강관받침관(6)을 강력한 압력으로 밀어내게 되면 선단측 강관받침관(6)에 연결 설치된 강관압입기(1)가 맨홀(M)의 수직단면을 향해 압입되는 상태가 되는데, 이때 강관압입기(1)의 동력발생부(4)에 장착되어 있는 유압모터(42)도 강관압입장비(9)로부터 유압을 공급받아 구동하는 상태이므로 상기한 유압실린더(100)가 강관압입기(1)를 밀어낼 때에는 상기 유압모터(42)도 계속하여 구동하게 되며, 유압모터(42)에 직결된 기어박스(43)는 유압모터의 회전력을 적당히 감속시켜서 그의 출력축(45)에 연결된 회전축(35)을 감속회전시키게 되며, 또 상기 회전축(35)은 그에 일체적으로 연결 결합된 원추형 회전통체(22)를 회전시키게 된다. 따라서 맨홀(M)에 설치된 유압실린더(100)가 강관압입기(1)를 압입시키는 작동과 강관압입기(1)의 회전굴착부(2)가 회전되는 작동이 동시에 일어나게 되는 것이며, 상기 회전굴착부(2)의 원추형 회전통체(22) 외주에는 지층을 굴토하는 다수의 초경팁(21) 또는 스크류돌기(21a)가 돌출되어 있으므로 상기 강관압입기(1)는 유압실린더(100)의 압입력과 회전굴착부(2)의 굴토작동에 의하여 지하를 수평상으로 뚫고 들어가게 되는 것이다.

또한 다수의 초경팁(21) 또는 스크류돌기(21a)는 흙을 굴토하면서 후방으로 밀어내는 작용도 겸하고 있어 강관압입기(1)의 회전굴착부(2)는 지하를 수평상으로 뚫고 들어가게 되는 것이며, 또한 상기 회전굴착부(2)의 후단측에 차례로 연결설치된 회전력전달부(3), 동력발생부(4), 압입방향조정부(5)들은 선단측에 회전작동으로 지하를 굴토하고 있는 회전굴착부(2)가 뚫어놓은 구멍으로 압입되는 상태이므로 강관압입기(1)의 압입작동은 원활하게 이루어지게 되는 것이며, 더욱이 상기 회전굴착부(2)의 원추형 회전통체(22)의 후단연장부(29) 외경은 제1 내지 제3 원통체(3)(4)(5)의 직경보다 큰 직경으로 형성되어 있으므로 상기 회전굴착부(2)의 원추형 회전통체(22)에 의하여 굴토되는 구멍은 제1 내지 제3 원통체의 외경보다 조금 크게 형성되기 때문에 제1 내지 제3 원통체는 토압의 영향을 받지 않는 상태에서 회전굴착부(2)가 뚫어놓은 굴착구멍으로 부드럽게 압입되는 것이며, 또한 상기 회전굴착부(2)에 의해 굴토되는 굴착구멍은 제1 내지 제3 원통체의 외경보다 크기 때문에 회전굴착부(2)의 초경팁(21) 또는 스크류돌기(21a)에 의해 굴토되면서 후방으로 밀려나는 흙은 후단연장부(29)의 외경보다 작은 외경을 가지는 회전력전달부(3), 동력발생부(4), 압입방향조정부(5) 주위로 배출되어 쌓이게 되는 상태가되므로서 굴토된 흙이 맨홀(M)으로 배토되는 것을 최대한 방지할 수 있게 된다.

상기와 같이 회전굴착부(2)의 원추형 회전통체(22)의 후단연장부(29)의 외경을 제1 내지 제3 원통체(3)(4)(5)의 외경보다 크게 형성한 이유는, 다수의 초경팁(21) 또는 스크류돌기(21a)에 의해 굴토되는 흙이 후방으로 밀려날 수 있는 공간부를 확보하므로서 강관압입기(1) 및 강관압입기에 수평상으로 용접 연결되는 강관(7)의 압입작동이 원활하게 이루어질 수 있도록 함과 더불어 강관압입기(1) 및 강관(7)을 압입시킬 때 지반이 융기되는 현상을 방지하기 위함이다.

또한 상기 강관압입기(1)의 회전굴착부(2)가 지층을 뚫고 들어갈 때 회전력전달부(3)의 로타리 스위벨(36)의 유입공(361)로 압축공기나 물 또는 벤토나이트 중 어느 하나의 유체를 공급할 수 있는데, 상기한 유체들은 지층의 구조에 따라 선택적으로 공급되는 것으로서, 선택된 유체는 분사통로(25)를 통해 회전굴착부(2)의 원추형 회전통체(22) 첨단부측에서 분출되면서 지층의 점결력을 약화시켜 굴토작동이 잘 이루어지게 함과 동시 굴토된 흙이 후방으로 잘 밀려나도록 하는데 도움을 주게 된다.

도 10은 유압실린더(100)의 전진작동으로 강관압입기(1)를 지하에 압입시키는 작동을 완료한 상태를 도시한 것으로, 이때에는 강관압입기(1)의 후방에 조립된 압입방향조정부(5) 후단의 연장부(59)는 맨홀(M)의 수직단면에서 돌출된 상태가 되게 하는데, 이는 강관(7)의 일단을 연결하기 위함이다.

그리고 도 10과 같이 강관압입기(1)의 압입작동을 완료한 다음에는 유압실린더(100)의 피스톤로드를 후퇴(몰입)작동시키고 이어서 복수개의 강관압입관(6)들을해체한다.

도 11은 강관압입관(6)을 해체한 다음 매설하고자 하는 강관(7)을 크레인을 이용하여 맨홀(M)의 바닥에 내려놓은 다음 강관(7)의 일단(선단)을 강관압입기(1)의 압입방향조정부(5)의 연장부(59)에 연결시키는 것을 도시한 것인데, 이때에는 강관(7)의 일단을 연장부(59)에 용접하여 강관압입기(1)와 강관(7)이 일체적으로 결합된 상태가 되게 연결시키는 것이다.

도 12는 상기 강관(7)의 용접연결작업이 완료되면 다시 유압실린더(100)를 작동시킴과 동시 강관압입기(1)의 동력발생부(4)에 장착된 유압모터(42)를 작동시키게 되면 강관압입기(1)의 회전굴착부(2)는 전술한 바와 같이 회전작동하면서 유압실린더(100)의 압입력에 의해 지층속으로 수평압입시키는 것을 도시한 것인데, 통상 강관(7)의 길이는 상기 유압실린더(100)의 피스톤로드가 전,후진하는 작동거리에 비하여 2배 이상 길다. 따라서 상기 유압실린더(100)가 한차례 전진작동을 하였을 때에는 강관압입기(1) 자체는 지층속으로 압입된 상태가 되지만 강관(7)은 선단측 일부만 압입되는 상태가 된다.

도 13의 도시는 상기 유압실린더(100)가 한차례의 전진작동을 완료한 후에는 후퇴작동시킨 다음 강관(7)의 후단과 밀판(101) 사이에 형성된 공간으로 강관받침관(6)을 삽입시키되 강관받침관(6)의 삽입단(61)이 강관(7)의 후단에 삽입되어 견고하게 연결되게 한 상태에서 다시 유압실린더(100)의 피스톤로를 전진작동시켜서 강관받침관(6)의 길이만큼 강관압입기(1)와 강관(7)을 지하에 수평상으로 압입시키는 것을 보여주고 있다.

도 14의 도시는 도 13과 같이 하나의 강관받침관(6) 길이만큼 압입작동을 완료한 후 유압실린더(100)의 피스톤로드를 후퇴작동시키고 이어서 또 하나의 강관받침관(6)을 끼워 연결시킨 상태에서 압입작동을 완료한 것을 보여주고 있다.

도 15의 도시는 강관(7)의 후단측에 세개의 강관받침관(6)을 일렬로 조립 연결한 상태에서 유압실린더(100)로 압입작동을 완료한 것으로 보여주고 있다.

도 16의 도시는 강관압입기(1)에 용접 연결된 강관(7)의 압입작동이 완료된 후 그 압입된 강관(7)의 후단에 다시 새로운 강관의 선단을 용접으로 연결시킨 다음 유압실린더(100)로 압입시키는 것을 보여주고 있으며, 이와 같이 새로 연결된 강관(7)의 압입작동은 전술한 도 11 내지 도 14의 도시와 같이 강관받침관(6)을 하나씩 추가로 조립하여 추가로 연결된 강관(7)을 지하에 수평상으로 압입시키는 것이다.

도 17의 도시는 강관(7)을 계속하여 연결시키는 작업과 강관받침대(6)를 이영하여 단계적으로 압입시키는 작업을 반복하여 강관압입기(1)가 타측 맨홀(m)에서 완전히 노출시킨 상태가 되면 강관(7)의 압입작업은 완료되는 것이며, 이어서 도 18의 도시와 같이 양측 맨홀(M)(m)에서 강관받침관(6)과 강관압입기(1)를 해체 수거하게 되면 강관의 매설작업은 완전히 종료하게 되는 것이다.

상기와 같이 유압실린더(100)의 작동으로 강관압입기(1)와 이에 단계적으로 연속해서 용접 연결되는 강관(7)을 지하에 압입시킬 때에는 지상의 작업자들은 강관압입기(1)가 원하는 목표지점을 향해 정상적인 궤도로 압입되는지의 여부를 파악하고 있는데, 지층구조의 변화 등에 의해 강관압입기(1)가 정상궤도를 벗어나게 것이 감지될 때에는 강관의 압입작동을 일시적으로 중단한 다음 강관압입기(1)의 압입방향을 수정하는데, 이때에는 작업자가 강관압입기(1)의 압입상태를 나타내고 있는 모니터의 좌표를 보고 강관압입기(1)의 압입방향조정부(5)에 상,하,좌,우 사방에 장착된 네개의 조정실린더(5a∼5d) 중 해당되는 하나 또는 복수의 조정실린더를 선택하여 작동시키는 수단으로 압입방향을 수정하는 것이며, 상기한 네개의 조정실린더들은 지상에 설치된 콘트롤장치(도시 생략)에 의하여 작동되는 것이다. 즉, 도 6의 도시예와 같이 조정실린더(53a)의 피스톤로드(532)를 출현작동시키게 되면 동력발생부(4)의 후단판재(44)는 그에 부착된 관절작동체(54)가 관절봉(52)의 구형돌기(521)를 붙잡고 있는 상태에서 기울어지는 틸팅(tiltting)작동하게 되므로서 이에 따라 동력발생부(4)와 그 전방측에 연결 설치된 회전력전달부(3) 및 회전굴착부(2)가 소정의 각도(대략 0.1도 내지 5도)로 기울어지게 되므로서 강관압입기(1)의 압입방향을 수정할 수 있게 되는 것이며, 이와 같이 강관압입기(1)의 압입방향을 수정시킬 때에는 압입방향조정부(5)와 그 후단의 연장부(59)에 용접 연결된 강관(7)은 움직이지 않고 강관압입기(1)의 회전굴착부(2), 회전력전달부(3), 동력발생부(4)만 소정의 각도로 수정되는 것이다.

그리고 상기와 같이 다수의 조정실린더(53a∼53d)를 선택적으로 작동시켜서 강관압입기(1)의 압입방향을 수정하는 작동은 유압실린더(100)로 강관압입기(1)의 압입작동을 진행하는 상태에서도 수행할 수 있다.

한편, 도 6과 같이 강관압입기(1)의 압입방향을 수정하기 위하여 해당된 조정실린더(53a)의 피스톤로드(532)를 출현작동시켰을 경우에는 그외 다른 조정실린더(53b,53c,53d)들은 후단판재(44)가 기울어지는 각도만큼 몰입작동이 이루어지게 하므로서 관절작동체(54)의 구형홈(541)과 관절봉(52)의 구형돌기(521)간에 관절작동이 원활하게 이루어지게 되는 것이다.

상기와 같이 강관압입기(1)가 정상궤도를 향하도록 압입방향을 수정한 후에는 다시 압입작동을 개시하여 강관(7)을 압입시키게 되므로서 강관을 허용오차의 범위내에서 압입시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같은 본 발명에 의하면 지반을 굴착하지 않고 강관을 맨홀내에서 지하에 매설시킴에 있어 맨홀에 설치된 유압실린더로 강관압입기가 지하를 수평상으로 뚫고 들어가도록 하는 작업으로 강관을 압입시키게 되므로서 강관의 압입설치공기를 단축시킬 수 있는 효과가 있으며, 또한 강관을 압입시킬 때 굴토되는 흙을 배출시키지 않게 되어 종래와 같이 배토된 흙 또는 진흙탕을 치워야 하는 수고를 배제할 수 있고 공사현장을 오염시키지 않는 효과가 있으며, 또한 강관압입기가 압입되는 과정에서 정상궤도를 벗어나게 될 때에는 이를 그 즉시로 수정하여 정상궤도를 향해 압입작동이 이루어질 수 있도록 하는 효과를 가져다주어 강관을 설계에 맞추어 정확하게 설치할 수 있게 하는 유용한 발명이다.

Claims (8)

1. 도로나 철도 또는 하천 등을 가로질러 지하에 강관을 매설하기 위하여 그 지반의 양측에 적당한 깊이로 맨홀을 굴착한 다음 일측 맨홀에서 유압실린더를 이용하여 타측 맨홀을 향해 강관을 수평상으로 압입하여 매설하는 것에 있어서,

   지하를 뚫고 들어가기가 용이하도록 원추형으로 형성된 원추형 회전통체와, 상기 원추형 회전통체의 첨단부측을 통해 압축공기·물·벤토나이트 중에서 선택된 어느 하나의 유체를 분사하는 분사통로가 형성된 채 원추형 회전통체과 함께 회전하도록 그의 내측 중심에 서치되어 있는 회전봉을 포함하고 있는 회전굴착부와;

   상기 회전굴착부의 회전작동을 허용할 수 있게 원추형 회전통체의 후단연장부 내측으로 선단지지판이 진입된 상태로 수평성치되는 제1 원통체와, 상기 제1 원통체의 선단지지판 중심에 베어링으로 회전가능하게 설치되는 회전축과, 상기 회전축의 선단에 돌출되어 상기 회전봉의 결합공에 삽탈가능하게 삽입되어 결합핀으로 결착되는 결합돌기와, 상기 회전축이 자유롭게 회전하는 것을 허용하면서 그 회전축의 후단을 감싼 상태로 설치되어 압축공기·물·벤토나이트 중에서 선택된 어느 하나의 유체를 회전축의 중심에 형성된 유입통로로 공급하기 위한 로타리 스위벨을 포함하고 있는 회전력전달부와;

   상기 회전력전달부의 제1 원통체의 후단지지판에 수평상으로 연결 조립되는 제2 원통체와, 상기 제2 원통체의 내측 중심에 위치한 채 제1 원통체의 후단지지판에 부착되어 상기 회전력전달부의 회전축을 회전시키기 위하여 제2 원통체의 내측으로 출력축을 돌출시키도록 설치되는 기어박스와, 상기 기어박스에 부착 설치되어 기어박스에 회전동력을 전달하는 동력원인 유압모터를 포함하고 있는 동력발생부와;

   상기 동력발생부의 제2 원통체의 후단 내측으로 틸팅가능하게 삽입 설치되는 틸팅시일링이 부착된 채 수평상으로 연결 설치되는 제3 원통체와, 상기 제3 원통체의 후단판재 및 상기 제3 원통체의 후단에 형성된 종단판재 각각에 상,하,좌,우 사방으로 각기 하나씩 설치된 복수의 브라켓과 힌지돌기에 피스톤로드와 실린더몸체가 연결 설치된 다수의 조정실린더와, 상기 제3 원통체의 내측에 위치하도록 상기의 후단판재의 중심에 고정 설치된 관절작동체와, 상기 제3 원통체의 종단판재 중심에서 관절작동체를 향해 축방향으로 고정 설치되어 관절작동체의 구형홈에 구형돌기가 사방으로의 움직임이 가능하게 결합되는 관절봉을 포함하고 있는 압입방향조정부;

   를 포함하여 강관압입기를 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 비배토식 강관 수평압입공법의 강관압입장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전굴착부의 원추형 회전통체 외주에는 다수의 초경팁이 적당한 간격으로 돌출 배치되어 있으며, 또한 원추형 회전통체의 후단과 회전봉의 후단에 연결되어 원추형 회전통체의 후단측을 폐쇄시키도록 설치되는 차단판과, 상기 회전봉의 후단에 형성된 결합공 양측으로 결합핀을 삽입시킬 수 있도록 원추형 회전통체의 내측 중간부분과 회전봉의 후단을 연결시키도록 설치되는 복수의 연결관체를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비배토식 강관 수평압입공법의 강관압입장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 강관압입기의 압입방향조정부에는 강관 받침관 및 강관을 착탈할 수 있도록 하기 위하여 제3 원통체의 후단에 형성된 종단판재의 후방으로 연장되는 연장부가 형성되어 있는 것임을 특징으로 하는 비배토식 강관 수평압입공법의 강관압입장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 강관압입기를 맨홀에서 최초로 수평압입시킬 때에는 압입방향조정부 후단의 연장부에 복수개의 강관받침관을 수평으로 연결 조립하여 유압실린더로 압입시킨 다음 상기 강관압입기가 지하에 압입된 상태에서는 압입방향조정부 후단의 연장부에 다수의 강관을 수평상으로 차례차례 용접하여 연결시키면서 유압실린더로 지하에 압입시키는 것을 특징으로 하는 비배토식 강관 수평압입공법의 강관압입장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전굴착부의 원추형 회전통체 후단에 원통형으로 형성된 후단연장부는 회전력전달부의 제1 원통체 외경보다 크게 형성하여 상기의 후단연장부가 제1 원통체의 선단부분 외주를 감싼 상태가 되게 구성된 것임을 특징으로 하는 비배토식 강관 수평압입공법의 강관압입장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전굴착부의 원추형 회전통체 외주에 스크류돌기를 형성한 것을 특징으로 하는 비배토식 강관 수평압입공법의 강관압입장치.