KR100484906B1 - 에어해머가 장착되는 지반 굴착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지반 및 암반층에 구멍을 굴착한 다음 굴착된 구멍에 몰타르를 충진시켜 파일을 성형하는 지반 굴착장치에 관한 것으로서, 특히 암반층의 굴착작업이 용이하도록 에어해머에 고압으로 에어를 주입하는 한편 굴착된 구멍에 몰타르와 물을 주입시켜 파일을 성형함으로서 암반층의 굴착작업과 몰타르의 충진작업이 일괄적으로 이루어지는 지반 굴착장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 특징은 지반 굴착기의 포스트에 설치된 굴착헤드에 결합되어 몰타르와 물과 에어가 주입되고 하단에 팁이 부착된 비트가 장착되는 기존의 굴착용 관에 있어서, 내부 중앙에 몰타르주입공이 형성된 내관이 배치되고 그 외부에 중관과 외관이 설치되어 물주입공과 에어주입공이 형성되는 한편 상하단에 나사 체결부가 형성된 3중관과; 상기 3중관의 하단 체결부에 결합되고 물과 에어를 분사하는 분사구가 장착되며 중앙부에 몰타르주입공과 토출공이 형성되고 그 아래로 물주입공과 연통되게 밸브가 설치되는 한편 하단으로 유입공이 관통되게 형성된 로드와; 상기 유입공이 관통된 로드의 하단부에 체결되고 고압으로 에어가 공급되어 피스톤과 비트의 상하 작동으로 구멍을 굴착하는 에어해머로 구성되는 것이다.

Description

에어해머가 장착되는 지반 굴착장치{The foundation an excavator adhesion air hammer}

본 발명은 지반 및 암반층에 구멍을 굴착한 다음 굴착된 구멍에 몰타르(콘크리트)를 충진시켜 파일을 성형하는 지반 굴착장치에 관한 것으로서, 특히 에어해머가 장착되어 암반층의 굴착작업이 이루어지도록 고압으로 에어를 주입하는 한편 굴착된 구멍에 몰타르와 물을 주입시켜 파일을 성형함으로서 암반층의 굴착작업과 몰타르의 충진작업이 일괄적으로 이루어지는 지반 굴착장치에 관한 것이다.

일반적으로 건축공사 및 지하철 공사장의 토목공사에는 토사가 흘러내리거나 무너지지 않도록 콘크리트 옹벽이 설치되고 있으며, 이러한 콘크리트 옹벽은 지반 및 암반층에 구멍을 굴착하고, 굴착된 구멍에 콘크리트를 충진시켜 파일을 성형하며, 상기 콘크리트 파일을 상호 근접하게 시공함으로서 지하에 콘크리트 옹벽을 설치하게 된다.

기존에 지반을 굴착하여 콘크리트 옹벽을 시공하는 방식은 도면에 도시된 도 1 과 도 2 와 같이 굴착기(10)를 사용하는 방식으로 굴착기(10)의 포스트(11)위에 콘크리트와 물과 에어를 주입하는 굴착헤드(20)가 매달려 설치되고, 상기 굴착헤드(20)에 각기 콘크리트와 물과 에어를 공급하는 호스가 연결되며, 하단에 굴착용 비트(bit)가 장착된 굴착용 관(21)이 굴착헤드(20)에 결합된 한편 로테이터(12)에 장착되어 굴착기(10)의 동력을 받아 회전함으로서 지반에 구멍을 굴착하고, 소정깊이로 구멍이 굴착되면 굴착용 관(21)을 빼내면서 굴착헤드(20)와 굴착용 관(21)의 내부를 통해 굴착된 구멍으로 콘크리트를 충진시켜서 파일을 성형하여 콘크리트 옹벽을 시공하게 되는 것이며, 콘크리트와 물과 에어를 주입하는 굴착헤드(20)에 관한 기술은 본 출원인이 국내 실용신안등록 제0273573호, 제0316569호로 등록한 바 있다.

상기와 같은 기존의 옹벽 시공방식에서 굴착헤드(20)에 결합되는 굴착용 관(21)의 하단에 팁(tip)이 부착된 비트를 장착하여 구멍을 굴착하는 방식은 암반층이 없는 지층에선 굴착작업이 원활하게 이루어지나, 지층에 암반층이 있는 경우는 굴착작업이 어려운 실정으로, 작업중 암반층이 발견되면 굴착용 에어해머가 장착된 별도의 굴착기를 이용하여 굴착작업이 이루어지고, 구멍이 굴착되면 에어해머를 구멍에서 빼낸 다음 콘크리트를 충진시켜 파일을 성형함으로 작업이 매우 번거롭고 지연되는 문제점들이 있었다.

즉, 기존 굴착용 관에 부착된 비트는 암반의 굴착력이 떨어짐에 따라 암반층이 발견되면 에어해머가 장착된 굴착기를 이용하여 구멍을 굴착하고 있으며, 상기에서 에어해머가 장착된 굴착장비는 굴착 전용장비로써 구멍만을 굴착할 수 있고, 콘크리트(몰타르)는 주입할 수 없으므로 구멍을 굴착한 다음 구멍에서 에어해머를 빼낸 다음 콘크리트 주입장비로 굴착된 구멍에 콘크리트를 주입하여 파일을 성형하는 복잡하고 번거로운 작업이 뒤따르게 된다.

본 발명은 상기와 같은 기존 지반 굴착기의 문제점들을 해소하고자 안출된 것으로서, 에어해머의 작동으로 지반 및 암반층의 굴착작업이 순조롭게 이루어지도록 굴착용 관의 하단으로 고압상의 에어를 주입하는 한편 굴착된 구멍에 몰타르와 물이 충진되게 굴착용 관으로 몰타르와 물을 주입시켜 파일을 성형함으로서 암반층의 굴착작업과 몰타르의 충진작업이 일괄적으로 이루어져 시공비용과 작업시간을 단축시키는 지반 굴착장치를 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명의 특징은 지반 굴착기의 포스트에 설치된 굴착헤드에 결합되어 몰타르와 물과 에어가 주입되고 하단에 팁이 부착된 비트가 장착되는 기존의 굴착용 관에 있어서, 내부 중앙에 몰타르주입공이 형성된 내관이 배치되고 그 외부에 중관과 외관이 설치되어 물주입공과 에어주입공이 형성되는 한편 상하단에 나사 체결부가 형성된 3중관과; 상기 3중관의 하단 체결부에 결합되고 물과 에어를 분사하는 분사구가 장착되며 중앙부에 몰타르주입공과 토출공이 형성되고 그 아래로 물주입공과 연통되게 밸브가 설치되는 한편 하단으로 유입공이 관통되게 형성된 로드와; 상기 유입공이 관통된 로드의 하단부에 체결되고 고압으로 에어가 공급되어 피스톤과 비트의 상하 작동으로 구멍을 굴착하는 에어해머로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 에어해머의 작동으로 지반 및 암반층의 굴착작업이 순조롭게 이루어지고 구멍을 굴착한 다음 에어해머를 빼내면서 구멍에 몰타르와 물을 충진시켜서 파일을 성형하여 암반층의 굴착작업과 몰타르의 충진작업이 일괄적으로 이루어지는 굴착장치로서, 도면에 도시된 도 3 내지 도 11 에서 본 발명의 실시예에 따른 구성을 자세히 보이고 있다.

본 발명의 실시예에 따른 특징은 지반 굴착기의 포스트에 설치된 굴착헤드에 결합되어 몰타르와 물과 에어가 주입되고 하단에 팁이 부착된 비트가 장착되는 기존의 굴착용 관에 있어서,

내부 중앙에 몰타르주입공(31a)이 형성된 내관(31)이 배치되고 내관(31)의 외부에 물주입공(32a)이 형성되게 중관(32)이 설치되며 중관(32)의 외부에 에어주입공(33a)이 형성되게 외관(33)이 설치되고 상단과 하단에 각각 나사 체결부(35)가 형성되어 소정길이로 구성된 3중관(30)과; 상기 3중관(30)의 하단 체결부(35)에 결합되고 물과 에어를 분사하는 분사구(44)가 양쪽에 장착되며 중앙부에 몰타르주입공(41a)과 토출공(46b)이 형성되고 토출공(46b)의 아래로 물주입공(42a)(46a)과 연통되게 밸브(48)가 설치되는 한편 밸브(48)에서 하단으로 유입공(49b)이 관통되게 형성된 로드(40)와; 상기 유입공(49b)이 관통된 로드(40)의 하단부에 체결되고 고압으로 에어가 공급되어 피스톤(54)과 비트(56)의 상하 작동으로 구멍을 굴착하는 에어해머(50)로 구성되는 것이다.

본 발명에서 3중관(30)은 굴착헤드(20)의 하측부에 결합되어 굴착헤드(20)를 통해 내부로 몰타르와 고압상의 물과 에어가 주입되고, 상하 소정길이(1.5~2m)로 제작되어 구멍의 굴착 깊이에 따라 상하 다단으로 체결하여 굴착작업이 이루어지며, 상기 3중관(30)의 하단부에는 굴착된 구멍으로 몰타르를 토출시켜 충진하고 고압상의 물과 에어를 분사하는 로드(40)가 장착된다.

한편 로드(40)의 하단부에 구성된 척(49)에는 에어해머(50)의 탑서브(51)가 체결되고, 에어해머(50)는 3중관(30)과 로드(40)를 통하여 고압상의 에어가 주입되어 피스톤(54)과 비트(56)의 상하 작동으로 구멍을 굴착하며, 여기서 3중관(30)이 굴착기(10)의 로테이터(12)에 장착되어 회전함에 따라 에어해머(50)의 비트(56)는 상하 작동과 회전운동을 동시에 하면서 구멍을 굴착하게 된다.

본 발명에서 굴착헤드(20)에 결합되는 3중관(30)은 원통형상으로 상하 소정길이로 제작되며, 내부 중앙에 소정직경으로 몰타르주입공(31a)이 형성된 내관(31)이 위치하고, 내관(31)의 외부에 다소 직경이 큰 중관(32)을 설치하되, 상기 내관(31)과 중관(32)사이에 물주입공(32a)을 형성하며, 또한 중관(32)의 외부로 에어주입공(33a)이 형성되게 외관(33)을 끼워 설치한다.

상기에서 내관(31)과 중관(32)과 외관(33)으로 구성된 3중관(30)의 상단과 하단에 각각 나사 체결부(35)를 형성하되, 나사 체결부(35)는 외관(33)의 상단과 하단에만 형성하고, 내관(31)과 중관(32)은 패킹(35a)에 의한 끼움 맞춤으로 체결되게 구성한다.

한편 내관(31)과 중관(32)에는 상호 간격을 유지하도록 간격유지돌기(34)가 형성되어 내관(31)과 중관(32), 중관(32)과 외관(33)의 간격이 일정하게 유지되도록 설치한다.

3중관(30)의 하단에 체결되어 굴착작업시 에어해머(50)로 고압상태의 에어를 주입하고, 굴착된 구멍에 몰타르를 충진하는 한편 물과 에어를 분사하는 기능의 로드(40)는 내부 중앙으로 몰타르가 주입되는 주입공(41a)이 형성된 내관(41)이 끼워져 배치되고, 상단에 3중관(30)의 하단쪽 체결부(35)에 결합되는 체결부(43)가 구성되며, 분사구(44)가 장착된 결합체(42)와, 커플링(45)과, 몰타르의 토출공(46b)이 형성된 결합체(46)와, 밸브(48)가 내장 설치되고 에어해머(50)의 탑서브(51)가 체결되는 체결홈(49a)이 형성된 척(49)이 상호 결합되어 구성된다.

상기 로드(40)의 상단쪽 체결부(43)는 3중관(30)의 하단쪽 체결부(35)에 대응하여 결합되게 나사산과 패킹(43b)이 형성되고, 상기 체결부(43)의 한쪽에 분사구(44)가 장착된 결합체(42)가 나사 체결되며, 분사구(44)는 에어주입공(43a)과 물주입공(42a)이 관통되게 장착된다.

한편 상기 결합체(42)의 하단쪽에 위치하는 다른 하나의 결합체(46)는 몰타르주입공(41a)과 연통되게 외측으로 토출공(46b)이 천공되고, 상단쪽 결합체(42)에 형성된 물주입공(42a)과 연통되게 중앙 외측으로 물주입공(46a)이 형성되며, 상단쪽 결합체(42)와 커플링(45)으로 결합된다.여기서, 하단쪽의 결합체(46)에 몰타르 주입공(41a)과 연통되게 외측으로 천공되는 토출공(46b)은 도면에 도시된 도12와 같이 몰타르가 주입되는 방향에서 아래쪽으로 역 Y자 형상을 갖도록 형성하여 몰타르의 토출을 원활하게 한다.

또한 상기 하단에 위치하는 결합체(46)의 하단부에는 밸브(48)가 장착되고 에어해머(50)가 체결되는 척(49)이 결합되며, 척(49)에서 밸브(48)는 척(49)의 상단쪽 내부에 삽입되어 스프링(48a)에 탄지되게 장착되고, 구멍이 형성된 스토퍼(47)가 척(49)의 상단쪽 내부에 체결되어 밸브(48)의 이탈을 방지하게 설치된다.

상기에서 척(49)에 장착된 밸브(48)의 하단으로 유입공(49b)이 관통되게 형성되는 한편 하단부 중앙에는 에어해머(50)가 체결되게 나사산이 형성된 체결홈(49a)이 구성되며, 유입공(49b)은 상기 체결홈(49a)의 중앙에 관통되게 위치한다.본 발명에서 스프링(48a)은 밸브(48)를 탄성 압력으로 탄지하여 굴착작업시 에어가 공급되면 열려 있는 상태를 유지하여 에어해머(50)로 에어를 공급하고, 굴착후 몰타르의 충진작업시 물이 공급되면 물의 저항압력으로 스프링(48a)에 탄지된 밸브(48)가 밀려서 척(49)의 유입공(49b)을 차단함으로서 에어해머(50)로 물의 공급을 차단하는 한편 에어해머(50)의 작동을 정지시키는 기술적 구성으로 스프링(48a)의 탄성 압력이 매우 중요한 것이며, 스프링(48a)의 탄성 압력에 따라 밸브(48)의 개폐 여부가 결정되는 것이다.

로드(40)의 하단부 척(49)에 장착되는 에어해머(50)는 근래 공지된 기술로서 척(49)의 하단부 체결홈(49a)에 결합되게 상단쪽에 탑서브(51)가 배치되고, 탑서브(51)의 아래로 케이스(50a)와, 드라이브서브(55)와, 비트(56)가 배치되며, 케이스(50a)의 내부에는 체크밸브(53)와, 내부실린더(52)와, 피스톤(54)이 내장 설치된다.

여기서, 에어해머(50)는 척(49)의 유입공(49b)과 탑서브(51)의 유입공(51a)을 통해 고압상태의 에어가 주입되어 작동하는 것으로, 탑서브(51)의 유입공(51a)을 통하여 주입되는 에어는 체크밸브(53)에서 내부실린더(52)로 공급됨에 따라 피스톤(54)을 상하 작동시켜 비트(56)를 상하 구동시키게 된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

우선 굴착작업시 굴착헤드(20)에 수개의 3중관(30)을 다단으로 결합한 다음 하단쪽의 3중관(30) 체결부(35)에 로드(40)의 체결부(43)를 결합하고 로드(40)의 척(49)에 에어해머(50)를 장착한 후, 먼저 굴착헤드(20)의 물호스를 통해 고압상의 에어를 주입하는 동시에 로테이터(12)를 구동시켜 3중관(30)과, 로드(40)와, 에어해머(50)를 회전시키면서 굴착작업이 이루어진다.

상기에서 굴착헤드(20)의 물호스를 통해 주입되는 에어는 도면의 도 8 내지 도 9 와 같이 3중관(30)의 물주입공(32a)을 통해 로드(40)의 물주입공(42a)(46a)으로 제공되며, 로드(40)의 물주입공(42a)(46a)으로 제공된 에어는 스프링(48a)에 탄지되어 열려 있는 상태의 밸브(48)와 유입공(49b)을 통해 에어해머(50)로 주입됨으로서 에어해머(50)가 작동되어 굴착작업이 진행된다.

이때, 로드(40)의 물주입공(42a)으로 제공되는 에어의 일부는 물주입공(42a)과 연통되게 장착된 분사구(44)로 공급되어 굴착작업시 고압상태의 에어를 굴착된 구멍으로 분사함으로서 굴착력을 향상시키게 된다.

상기와 같이 굴착헤드(20)의 물호스를 통해 에어를 주입함에 따라 에어해머(50)가 작동되어 지반 및 암반층의 굴착작업이 진행되고, 이로써 소정깊이로 굴착작업이 완료되면 에어의 주입을 차단하고, 3중관(30)과 로드(40)와 에어해머(50)를 굴착된 구멍에서 서서히 빼내면서 굴착헤드(20)의 몰타르주입호스와 물호스와 에어호스를 통해 몰타르, 물, 에어를 주입하게 된다.

이때, 굴착헤드(20)를 통하여 주입되는 몰타르, 물, 에어는 각각 3중관(30)과 로드(40)에 구성된 몰타르주입공(31a)(41a)과, 물주입공(32a)(42a)과, 에어주입공(33a)(43a)으로 제공되며, 몰타르는 로드(40)의 몰타르주입공(41a)으로 공급되어 토출공(46b)을 통해 굴착된 구멍으로 토출되어 몰타르가 충진되며, 이때 토출공(46b)이 몰타르가 주입되는 방향에서 역 Y자 형상으로 형성됨에 따라 몰타르의 충진이 원활하고, 물은 3중관(30)의 물주입공(32a)과 로드(40)의 물주입공(42a)(46a)으로 공급되어 밸브(48)로 제공된다.

이때, 밸브(48)는 고압으로 공급되는 물의 압력을 받아 하측으로 밀려서 척(49)의 유입공(49b)을 차단함으로서 물이 에어해머(50)로 공급되지 않도록 차단하며, 물은 물주입공(42a)과 연통되게 장착된 분사구(44)를 통해 굴착된 구멍의 벽면쪽으로 분사된다.

한편 3중관(30)과 로드(40)의 에어주입공(33a)(43a)으로 공급되는 에어는 로드(40)의 분사구(44)로 제공되어 굴착된 구멍의 벽면쪽으로 분사하며, 여기서 분사구(44)는 물과 에어를 중앙과 외측으로 함께 분사하게 된다.

상기에서 굴착된 구멍의 벽면쪽으로 고압 분사되는 물과 에어는 구멍의 직경을 보다 넓히는 한편 몰타르와 혼합되어 구멍에 충진됨으로서 파일을 성형하게 되는 것이다.

이와 같이 3중관(30)과 로드(40)와 에어해머(50)를 굴착된 구멍에서 서서히 빼내면서 몰타르, 물, 에어를 주입하여 굴착된 구멍을 충진시킴으로서 하나의 작업공정을 완료하게 된다.

이러한 본 발명은 굴착작업시 굴착헤드(20)에서 3중관(30)과 로드(40)의 물주입공(32a)(42a)(46a)으로 에어를 주입하여 에어해머(50)를 작동시키고, 굴착 후에는 몰타르, 물, 에어를 주입하여 굴착된 구멍을 충진하는 동시에 밸브(48)를 차단시켜 에어해머(50)로 물이 공급되지 않도록 하고 작동을 정지시킨다.

따라서, 본 발명은 에어해머(50)의 작동으로 지반 및 암반층의 굴착작업이 신속하고 간편하게 이루어지며, 또한 굴착작업 후에 몰타르의 충진작업이 연속적으로 이루어짐으로서 작업성을 향상시키게 된다.

상기에서 본 발명의 실시예를 참고로 설명 하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

본 발명은 에어해머의 작동으로 지반 및 암반층의 굴착작업이 순조롭게 이루어지는 한편 굴착된 구멍에 몰타르와 물을 주입시켜 파일을 성형함으로서 암반층의 굴착작업과 몰타르의 충진작업이 일괄적으로 이루어져 시공비용과 작업시간을 단축시키는 효과를 제공하는 것이다.

도 1 은 기존 굴착기에 의한 지반의 굴착상태도

도 2 는 기존 굴착헤드에 굴착용 관의 결합상태를 도시한 사시도

도 3 은 본 발명에 따른 3중관과 로드와 에어해머의 분해 사시도

도 4 는 본 발명에 따른 3중관과 로드와 에어해머의 분해 단면도

도 5 는 본 발명에 따른 3중관을 도시한 단면도

도 6 은 본 발명에 따른 로드를 도시한 단면도

도 7 의 (가)와 (나)는 본 발명에 따른 로드의 작동상태 단면도

도 8 은 본 발명에 따른 3중관의 에어 공급상태를 도시한 단면도

도 9 는 본 발명에 따른 로드의 에어 공급상태를 도시한 단면도

도 10 은 본 발명에 따른 로드의 물 공급상태를 도시한 단면도

도 11 은 본 발명에 따른 지반의 굴착상태도도 12 는 본 발명에 따른 로드에서 몰타르 토출공의 구조를 도시한 단면도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

10: 굴착기 20: 굴착헤드 30: 3중관

31: 내관 31a: 몰타르주입공 32: 중관

32a: 물주입공 33: 외관 33a: 에어주입공

35: 체결부 40: 로드 41: 내관

41a: 몰타르주입공 42: 결합체 42a: 물주입공

43: 체결부 44: 분사구 45: 커플링

46: 결합체 46a: 물주입공 46b: 토출공

48: 밸브 49: 척 49a: 체결홈

49b: 유입공 50: 에어해머 51: 탑서브

52: 내부실린더 53: 체크밸브 54: 피스톤

56: 비트

Claims (3)

  1. 지반 굴착기(10)의 포스트(11)에 설치된 굴착헤드(20)의 하단에 몰타르주입공(31a)이 형성된 내관(31)과 물주입공(32a)이 형성된 중관(32)과 에어주입공(33a)이 형성된 외관(33)으로 구성되는 3중관(30)이 체결되고, 3중관(30)의 하단에 물과 에어를 분사하는 분사구(44)가 양쪽에 장착된 한편 중앙부에 몰타르주입공(41a)과 토출공(46b)이 형성된 로드(40)가 체결되며, 로드(40)의 하단부에 형성된 척(49)에 고압으로 에어가 공급되어 피스톤(54)과 비트(56)의 상하 작동으로 구멍을 굴착하는 에어해머(50)가 체결된 기존의 굴착장치에 있어서,
    3중관(30)의 하단에 체결되는 로드(40)에서 몰타르가 토출되는 중앙부 토출공(46b)의 아래로 물주입공(42a)(46a)과 연통되게 밸브(48)가 설치된 한편 밸브(48)에서 척(49)이 형성된 하단으로 유입공(49b)이 관통이게 형성된 것을 특징으로 하는 에어해머가 장착되는 지반 굴착장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    로드(40)에 설치된 밸브(48)는 척(49)의 상단쪽 내부에 삽입되어 스프링(48a)에 탄지되게 장착되고, 구멍이 형성된 스토퍼(47)가 척(49)의 상단쪽 내부에 체결되어 이탈이 방지되게 설치된 것을 특징으로 하는 에어해머가 장착되는 지반 굴착장치.
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