KR100805949B1 - 관로 굴진용 이수처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펌핑에 의한 물을 터널 굴착부분에 분사하여 굴착에 의한 토사를 이수(泥水 흙탕물)로 변환하여 배수시키도록 함과 동시에 그 이수에 포함된 토사를 채거름방식에 의해 여과시켜 순환시키도록 하는 관로 굴진용 이수처리장치에 관한 것이다.
이에 따른 본 발명은, 수직 추진갱으로부터 수직 도달갱 사이의 소구경 터널을 굴착하는 굴진기의 후방 또는 굴진기와 연속하여 설치되는 매립관 내부의 조인트관과 연결 구성되는 물공급 순환배관과, 물탱크로부터의 물공급 및 순환력을 제공하는 펌프로 구성되는 소구경 터널의 굴착장치에 있어서, 일정 용적공간을 가지고 그 공간내에 저수된 물을 공급하기 위한 물공급 순환배관의 송니관과 연결된 이수탱크와; 상기 이수탱크의 상부에 지지틀에 의해 위치 고정되고, 4방향의 진동스프링에 의해 지지되도록 설치되며, 물공급 순환배관의 배니관과 연결된 상부 지지함체와; 상기 상부 지지함체의 상부에 고정 설치되어 진동스프링과 연동하여 상부 지지함체를 상하방향으로 요동시키는 진동 바이브레이터와; 상기 상부 지지함체의 내부에, 물공급 순환배관의 배니관과 수직으로 마주하도록 다수의 층으로 고정 설치되고, 상기 배니관을 통해 배니되는 이수(泥水)에 포함된 토사를 걸러내도록 서로 다른 매쉬 입경을 갖는 층간 스크린 판; 및 상기 층간 스크린 판의 후측에 각각 설치되고 걸러진 토사를 진동에 의해 외부로 배출시키도록 안내하는 토사 안내판;을 포함하여 구성된 것이다.
이수, 굴진기, 터널, 진동 바이브레이터

Description

관로 굴진용 이수처리장치{Muddy water filtration apparatus for a tunnel}
본 발명은 관로 굴진용 이수처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스크류장치나 컨베이어에 의한 종래의 배토방법을 배제하고, 펌핑에 의한 물을 터널 굴착부분에 분사하여 굴착에 의한 토사를 이수(泥水 흙탕물)로 변환하여 배수시키도록 함과 동시에 그 이수에 포함된 토사를 채거름방식에 의해 여과시켜 순환시키도록 하는 관로 굴진용 이수처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 소구경 터널은 내경 1000mm 이하의 소구경 터널을 지칭하는 것으로 단순히 외형적인 특징뿐만 아니라 광케이블, 전화선, 전력선 등의 각종 전선관 또는 가스관, 송유관 등을 원활히 수용할 수 있도록 구획되어진 안전한 공간을 의미한다.
따라서, 소구경 터널은 지중에 매설 구축되므로 외부 하중(토압)에 대한 저항성이 뛰어나야 하며, 다양한 형태와 크기의 관들을 원활히 수용해야 하며, 그 외 다른 소구경 터널과의 연동성도 충분히 확보되어야 하므로 고내하력관인 강관 또는 철근 콘크리트 흄관을 사용하게 된다.
이러한 소구경 터널은 근래 들어 산업화, 도시화의 진전에 따라 도시기반 시 설이 폭발적으로 증가하여 대도시 주거밀집지역은 이미 각종 지하 매설물들이 포화상태에 이르렀고, 교통혼잡에 따른 도로 굴착 규제강화가 매우 강력하게 시행되면서 공사기간, 작업시간 등 관련 부대비용이 상승하는 등 직접공사비 뿐만 아니라 사회간접비용 까지 감안하게 되면서 개착식으로 매설되지 않고 대개 비개착식으로 매설된다.
비개착식으로 구축되는 소구경 터널을 구축하기 위한 종래의 방법은 매설하고자 하는 터널 매설 구간의 양끝지점에서 각각 수직 추진갱과 수직 도달갱을 형성하고, 수직 추진갱에서 수직 도달갱으로 소구경 터널 굴착장치를 지중 내부로 굴진시켜 수평 터널을 먼저 형성한 다음 수평터널 내부로 유압 추진장치를 이용하여 터널 구조물을 압입 굴진시켜 매설하게 된다.
그러나, 종래 방법에서 사용되는 터널 굴진장치는 터널 굴진장치 내부에 암반 부스러기나 토사들을 배토시키는 별도의 스크류장치나 컨베이어 장치 등이 필요하기 때문에 이 스크류장치나 컨베이어 장치 등으로부터 배토되는 토사가 수직 추진갱에 쌓이게 되어 별도로 제거해야 하고, 또한 인력에 의해 관로내부의 흙을 굴착하고 이송해야하는 문제점이 있었다.
또한, 종래에도 본 발명에서 주로 언급되어질 이수공법이 있었지만 이수가 분리된 물의 순환의 개념이 아니라 물의 공급단계와 배수단계로만 되어 있어 사용수량이 엄청날 뿐만 아니라 완전하게 처리되지 못한 이수 흙탕물을 강이나 개울가에 그냥 버리게 될 경우 수질악화 및 생태계 교란 등이 수반되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 관로 굴진시 발생되는 토사를 용이하게 배토시키기 위한 목적은, 스크류장치나 컨베이어 장치 등에 의한 종래의 배토방법을 배제하고, 펌핑에 의한 물을 터널 굴착부분에 분사하여 굴착에 의한 토사를 이수(泥水 흙탕물)로 변환하여 배수시키도록 함과 동시에 그 이수에 포함된 토사를 채거름방식에 의해 여과시켜 순환시키도록 하는 관로 굴진용 이수처리장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
수직 추진갱으로부터 수직 도달갱 사이의 소구경 터널을 굴착하는 굴진기의 후방 또는 굴진기와 연속하여 설치되는 매립관 내부의 조인트관과 연결 구성되는 물공급 순환배관과, 물탱크로부터의 물공급 및 순환력을 제공하는 펌프로 구성되는 관로 굴진용 이수처리장치에 있어서,
일정 용적공간을 가지고 그 공간내에 저수된 물을 공급하기 위한 물공급 순환배관의 송니관과 연결된 이수탱크와;
상기 이수탱크의 상부에 지지틀에 의해 위치 고정되고, 4방향의 진동스프링에 의해 지지되도록 설치되며, 물공급 순환배관의 배니관과 연결된 상부 지지함체와;
상기 상부 지지함체의 상부에 고정 설치되어 진동스프링과 연동하여 상부 지지함체를 상하방향으로 요동시키는 진동 바이브레이터와;
상기 상부 지지함체의 내부에, 물공급 순환배관의 배니관과 수직으로 마주하도록 다수의 층으로 고정 설치되고, 상기 배니관을 통해 배니되는 이수(泥水)에 포함된 토사를 걸러내도록 서로 다른 매쉬 입경을 갖는 층간 스크린 판; 및
상기 층간 스크린 판의 후측에 각각 설치되고 걸러진 토사를 진동에 의해 외부로 배출시키도록 안내하는 토사 안내판;을 포함하여 구성된 특징을 갖는다.
또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여,
물공급 순환배관의 배니관과 근접하는 상부 지지틀 상부에 별도로 배관 설치되는 보충수 공급관과, 상기 보충수 공급관과 연결되고 물공급 순환배관을 통해 순환되는 이수를 보충하기 위해 이수탱크에 공급하는 보충수 탱크;를 더 구비한 특징을 갖는다.
상기와 같은 본 발명을 적용하게 되면, 터널 굴착에 있어 이수 가압식에 의한 이수의 순환시 배토되는 토사를 수직 추진갱과 떨어진 별도의 공간에, 다수의 스크린 판과 요동수단들로 인해 토사를 여과시키는 여과장치를 구성함으로써 종래에 사용되었던 스크류나 컨베이어 같은 장치가 필요 없으며, 이에 따른 작업장의 오염을 방지할 수 있는 잇점이 있다.
또한, 물을 이용하여 배토를 실현하기 위한 종래의 이수공법에서는 물의 공급과 배수단계가 존재하였던 반면, 본 발명은 물의 순환과정과 배토에 의한 이수를 여과하여 재순환하며, 이수에 포함된 토사를 걸러내는 과정을 모두 포함하기 때문에 사용되는 용수의 양을 종래에 비해 현저하게 절감할 수 있다.
도 1은 이수 가압식 소구경 터널 굴착장치의 전반 구성을 도시한 시공 단면 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 관로 굴진용 이수처리장치를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 관로 굴진용 이수처리장치의 정면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 관로 굴진용 이수처리장치의 정단면도이다.
본 발명의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 관로 굴진용 이수처리장치에 적용되는 여과장치이다. 참고적으로, 이수 가압식 소구경 터널 굴착장치란 비개착식으로 소구경 터널을 굴착하기 위해 먼저 터널 굴착을 위한 작업장, 즉 일정 깊이의 수직 추진갱(T)과 임의 거리 떨어진 수직 도달갱(도시안됨)의 굴착과 그 수직 추진갱(T)의 터널 굴착위치를 확정한 다음 굴착추진을 위한 유압추진장비(10)를 상기 수직 추진갱(T)의 바닥에 위치시켜 고정한다. 상기 유압추진장비(10) 위로 터널 굴착용 굴진기(20)를 안착시켜 터널 굴착을 시행하게 된다.
상기 굴진기(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 원통형의 본체(21)의 전방에 토사나 암반층을 분쇄하기 위해 방사형으로 배치된 분쇄커터(22a)가 설치된 커터헤드(22)가 구비되고, 그 커터헤드(22)의 후방에는 상기 분쇄커터(22a)의 회전력을 제공하기 위한 유압모터(23) 및 동력전달기어결합체(24)가 위치되고, 그 후방에 굴진기(20)의 직진방향이 원하는 방향으로 움직이지 않을 경우 커터헤드(22)의 각도를 조정하기 위한 유압잭(25)이 구비되어 있으며, 그 하부에는 커터헤드(22)의 전방에 연결되어 굴착시 발생되는 토사를 배토시키기 위한 물공급 및 배수의 순환을 위한 이수배관(26)이 구비되며, 상기 이수배관(26)은 외부로터 연결 구비되는 물공 급 순환호스(27) 및 순환펌프(28)의 연결에 의해 가능하도록 되어 있다.
이러한 상기 굴진기(20)에 제어를 위한 신호케이블과, 커터헤드(22)의 유압모터(23)의 구동 및 유압잭(25)의 구동을 위한 동력케이블, 이수배관(26)과 연결하기 위한 물공급 순환호스(27)를 지상의 조작반(40)과 유압공급수단(50) 및 순환펌프(28)에 각각 연결하여 굴착작업을 시행하게 된다.
상기 유압추진장비(10)의 직진 가압력에 의해 그 스트로크만큼 이동된 굴진기(20)의 후방 공간으로 굴진기(20)와 일렬로 연결되는 매립관(29a)과 그 매립관(29a) 내부에 슬라이딩되게 끼워져 이수배관(26)과 연결되는 상기 조인트관(32)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 매립관(30)의 내부에 슬라이딩되도록 끼워져 굴진기(20)의 이수배관(26)과 결합하여 연통되도록 두 개의 연통로(도시안됨)가 형성되어 있고, 그 상부에 공간부가 형성되어 있는데, 그 공간부는 굴진기의 후방으로 연결되는 구조에 의해 신호케이블, 동력케이블 등을 연속적으로 이어지도록 하는 설치 공간부인 것이다.
이와 같은 방법으로 유압추진장비(10)의 계속되는 직진 가압력과 그 가압에 의해 이동된 거리만큼의 후퇴력, 연속하여 설치되는 매립관(29a) 및 조인트관(29b)의 연결에 의해 수직 도달갱의 도달지점까지 터널이 만들어지게 된다.
본 발명의 구성적 핵심은 상기의 터널 굴착장치에서 이수배관(26)을 통해 물을 공급 및 순환시켜 굴착시 발생되는 토사 등을 제거해야 하는데, 토사의 효율적인 여과 후 물(이수)를 끊임없이 순환시키도록 하는 여과장치(30)의 구성에 있다.
상기 본 발명의 여과장치(30)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이,
일정 용적공간을 가지고 그 공간내에 저수된 물을 공급하기 위한 물공급 순환배관(27)의 송니관(27a)과 연결된 이수탱크(31)가 구비된다.
또한, 이수탱크(31)의 상부에는 H형강으로 짜맞추어 결합된 지지틀(32)에 의해 위치되고 물공급 순환배관(27)의 배니관(27a)과 연통된 상부 지지함체(33)가 구비되는데, 상기 상부 지지함체(33)의 고정은 그 함체의 외측에 4방향으로 설치된 상부 브래킷(34a)과, 지지틀(32)의 하부에 그 상부 브래킷(34a)과 대응하는 위치에 설치되는 하부 브래킷(34b) 및 그 사이에 개재되어 상기 지지함체(33)를 지지하도록 된 진동스프링(35)의 구성에 의해 가능하다.
이러한 상부 지지함체(33)의 상부에는 진동스프링(35)과 연동하여 상기 상부 지지함체(33)를 상하방향으로 요동치게 하는 진동 바이브레이터(36)가 고정 설치된다.
한편, 상기 상부 지지함체(33)의 내부에는 물공급 순환배관(27)의 배니관(27a)과 수직으로 마주하도록 격간 다수의 층으로 고정 설치되고, 상기 배니관(27a)을 통해 배니되는 이수(泥水)에 포함된 토사를 걸러내도록 서로 다른 매쉬 입경을 갖는 층간 스크린 판(37a)(37b)이 구비된다.
즉, 상기 층간 스크린 판(37a)(37b)의 상부는 큰 입자의 토사를 걸러내는 역할을, 하부측은 작은 입자까지의 토사를 걸러내도록 함으로서 여과를 수행하게 된다. 상기 층간 스크린 판(37a)(37b)의 구성은 도면에서 2단으로 도시하였지만 그 이상의 다수의 층으로 구성할 수 있다.
또한, 상기 층간 스크린 판(37a)(37b)의 후측에는 걸러진 토사를 진동 바이 브레이터(36)와 진동 스프링(35)에 의한 요동운동에 의해 외부 배출을 안내하도록 토사 안내판(38a)(38b)이 고정 설치된다.
상기 층간 스크린 판(37a)(37b)은 토사 안내판(38a)(38b)으로 갈수록 점차 낮아지는 기울기를 갖도록 구성하여 토사의 배출이 보다 용이하게 함이 바람직하다.
한편, 상기 물공급 순환배관(27)의 배니관(27b)과 근접하는 상부 지지함체(33) 상부에 별도로 배관 설치되는 보충수 공급관(39)과, 상기 보충수 공급관(39)과 연결되고 물공급 순환배관(27)을 통해 순환되는 이수를 보충하기 위해 이수탱크(31)에 공급하는 보충수 탱크(도시안됨)를 별도로 구비하여 안정적인 물공급을 이룰 수 있다.
참고적으로, 본 발명의 이수처리장치가 설치된 이수공법과, 배토를 위해 물의 공급과 배수에 의해 처리가 이루어지던 종래의 이수공법에 각각 공급되는 용수량을 비교하면 다음과 같다.
1. 공사명: 장승포 하수종말 처리시설 건설공사 중 이수가압식 추진공사
2. 시공개요
1) 시공장소 : 경상남도 거제시 옥포
2) 관 경 : D800
3) 총 연 장 : 200m(순수 추진공사연장)
4) 관 종 : 철근콘크리트 추진관(표준관 1종~700)
5) 지반조건 : 경질암반
3. 용수사용량 비교
구분 종래 이수가압공법 본발명 비고
관경 D800 D800
관종 표준관 1종~700 표준관 1종~700
연장(m) 130 70
굴진기 외경(mm) 980 990
사용 용수량(m3/본) 7.422 1.727
총사용 용수량(m3) 385.944 48.356
사용 용수량(m3/m) 2.9688 0.6908 23.27%
따라서, 상기의 비교표를 보면 본 발명에 의한 이수처리장치는 이수의 공급과 배수(배토) 및 순환의 과정에 의해 종래의 이수가압공법에 비해 23.27%이하로 용수 사용량을 절감할 수 있는 것이다.
도 1은 이수 가압식 소구경 터널 굴착장치의 전반 구성을 도시한 시공 단면 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 관로 굴진용 이수처리장치를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 관로 굴진용 이수처리장치의 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 관로 굴진용 이수처리장치의 정단면도.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
10: 유압추진장비, 20: 굴진기,
21: 본체, 22: 커터헤드,
23: 유압모터, 24: 동력전달기어결합체,
25: 유압잭, 26: 이수배관,
27: 물공급 순환배관, 28: 순환펌프,
29a: 매립관, 29b: 조인트관,
30: 여과장치, 31: 이수탱크,
32: 지지틀, 33: 상부 지지함체,
34a, 34b: 상, 하부 브래킷, 35: 진동스프링,
36: 진동 바이브레이터, 37a, 37b: 층간 스크린 판,
38a, 38b: 토사 안내판, 39: 보충수 공급관,

Claims (3)

  1. 수직 추진갱으로부터 수직 도달갱 사이의 소구경 터널을 굴착하는 굴진기의 후방 또는 굴진기와 연속하여 설치되는 매립관 내부의 조인트관과 연결 구성되는 물공급 순환배관과, 물탱크로부터의 물공급 및 순환력을 제공하는 펌프로 구성되는 관로 굴진장치에 있어서,
    일정 용적공간을 가지고 그 공간내에 저수된 물을 공급하기 위한 물공급 순환배관의 송니관과 연결된 이수탱크와;
    상기 이수탱크의 상부에 지지틀에 의해 위치 고정되고, 4방향의 진동스프링에 의해 지지되도록 설치되며, 물공급 순환배관의 배니관과 연결된 상부 지지함체와;
    상기 상부 지지함체의 상부에 고정 설치되어 진동스프링과 연동하여 상부 지지함체를 상하방향으로 요동시키는 진동 바이브레이터와;
    상기 상부 지지함체의 내부에, 물공급 순환배관의 배니관과 수직으로 마주하도록 다수의 층으로 고정 설치되고, 상기 배니관을 통해 배니되는 이수(泥水)에 포함된 토사를 걸러내도록 서로 다른 매쉬 입경을 갖는 층간 스크린 판; 및
    상기 층간 스크린 판의 후측에 각각 설치되고 걸러진 토사를 진동에 의해 외부로 배출시키도록 안내하는 토사 안내판;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 관로 굴진용 이수처리장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 층간 스크린 판은 토사 안내판으로 갈수록 점차 낮아지는 기울기를 갖도록 구성함을 특징으로 하는 관로 굴진용 이수처리장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 물공급 순환배관의 배니관과 근접하는 상부 지지함체 상부에 별도로 배관 설치되는 보충수 공급관과, 상기 보충수 공급관과 연결되고 물공급 순환배관을 통해 순환되는 이수를 보충하기 위해 이수탱크에 공급하는 보충수 탱크;를 더 구비함을 특징으로 하는 관로 굴진용 이수처리장치.
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