KR100829075B1 - 편심 크러셔를 구비한 터널 굴진기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편심 크러셔를 구비한 터널 굴진기에 관한 것으로서, 전방통의 일측에는 중공의 회전축이 회전 가능하게 설치되고, 회전축의 일단에는 커터 헤드가 결합되며, 회전축의 외주면에는 일측에 곡률면을 형성하는 복수의 크러셔가 일정 간격으로 설치되고, 전방통의 일측에는 회전축 및 복수의 크러셔 외측을 감싸서 파쇄공간을 이루는 파쇄면이 형성되어, 커터 헤드에 의해 파쇄되는 암석의 파편이 파쇄공간으로 유입되어 커터 헤드와 함께 회전하는 크러셔에 의해 파쇄되는 터널 굴진기에 있어서, 크러셔(100)의 곡률면(110)의 곡률반경(R₃)은 파쇄면(200)의 곡률반경(R₄)에 비해 작게 형성되되, 크러셔(100)의 곡률면(110)의 곡률중심(O')은 파쇄면(200)의 곡률중심(O)과 편심되게 형성되는 것으로서, 커터 헤드에 의해 일차적으로 굴착된 암석의 파편을 이차적으로 파쇄시키는 크러셔의 곡률면과 파쇄면간의 간격을 크러셔의 곡률면상의 위치에 따라 다르도록 형성함으로써 암석의 파편에 대한 이차적인 파쇄 성능을 향상시켜 굴진 효율을 증대시키는 효과를 가지고 있다.

Description

편심 크러셔를 구비한 터널 굴진기{TUNNELING MACHINE OF HAVING AN ECCENTRICITY CRUSHER}

도 1은 종래의 터널 굴진기를 도시한 부분단면도이고,

도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 편심 크러셔를 구비한 터널 굴진기의 요부단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 ; 크러셔 110 ; 곡률면

200 ; 파쇄면 300 ; 파쇄공간

본 발명은 편심 크러셔를 구비한 터널 굴진기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크러셔의 곡률면과 파쇄면간의 간격을 크러셔의 곡률면상의 위치에 따라 다르도록 형성함으로써 암석의 파편에 대한 이차적인 파쇄 성능을 향상시킨 편심 크러셔를 구비한 터널 굴진기에 관한 것이다.

터널을 굴착하는 공법중 추진공법은 마이크로 터널링 머신(micro tunneling machine) 또는 세미 실드 머신(semi-shield machine)이라는 강재 원통형의 굴진기계를 수직 작업구 내에 투입시켜 기계 선단부에 장착되어 있는 토사 또는 암반 굴착용 커터 헤드(cutter head)를 회전시키면서 지반을 굴착하고 막장면에 각종 보조공법(이수(泥水) 및 약액주입)을 실시하여 막장면의 붕괴를 방지하면서 터널 굴진기의 후방부에 설치된 추진관을 하나씩 유압잭으로 압입, 추진시키는 작업을 반복하면서 터널을 굴착하는 것이다.

터널을 굴착하기 위한 추진공법에 사용되는 터널 굴진기를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 터널 굴진기를 도시한 부분단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 터널 굴진기는 전방통(front body;10)과 후방통(tail body;20)으로 구성되며, 이들은 강재의 원통형으로 형성된다.

전방통(10)은 내측으로부터 연장된 고정브라켓(11a)에 의해 중공축(11)이 중심부에 고정 설치된다.

중공축(11)은 외주면에 기어박스(12)가 베어링 결합되며, 외측에 전방으로 갈수록 직경이 커지는 나팔형상을 가지는 중공의 회전축(13)이 회전가능하게 설치된다.

회전축(13)은 그 일단이 기어박스(12)의 외주면과 나사결합되고, 그 타단이 전방통(10)의 직경과 비슷한 정도로 연장 형성되어 커터 헤드(30)가 결합되며, 경사를 이루는 외주면에는 일측에 곡률면(14a)을 형성하는 복수 개의 크러셔(14)가 외주면을 따라 일정 간격으로 설치된다.

크러셔(14)가 회전축(13)의 외주면에 설치되기 위하여 회전축(13)의 외주면에 전후로 설치되는 지지브라켓(15,16)에 의해 크러셔(14)의 양단이 지지되어 고정된다.

전방통(10)은 일측에 크러셔(14)의 외측면과 서로 마주보며 일정 간격을 유지하도록 회전축(13)과 크러셔(14)를 감싸는 파쇄면(17)이 경사지게 형성되며, 파쇄면(17)은 파쇄공간(18)을 형성한다.

파쇄공간(18)에는 커터 헤드(30)에 의해 일차적으로 파쇄된 암석의 파편(a,b)과 토사가 유입되어 회전축(13)과 함께 회전하는 크러셔(14)와 파쇄면(17)에 의해 파쇄된다.

커터 헤드(30)는 굴착을 위해 미도시된 비트(bit), 롤러 커터(roller cutter) 및 워터젯 노즐(water jet nozzle) 등이 형성 내지는 설치되며, 굴착으로 인해 유입되는 토사, 암석이 유입되는 개구부(미도시)가 형성된다.

후방통(20)은 전방통(10)과 다수의 방향수정 잭(미도시)으로 결합되고, 내측에 방향수정 잭에 유압을 공급하기 위한 장치들이 마련되며, 커터 헤드(30)를 구동시키기 위한 다수의 커터 모터(cutter motor;21)와 감속기(reducer;22)가 설치되고, 감속기(22)는 전방통(10)의 기어박스(12)에 기어결합된다.

또한, 후방통(20)은 지상과 연결된 다수의 배관(미도시)이 설치되고, 후방에는 관측용 카메라(23)가 설치된다.

이와 같은 종래의 터널 굴진기는 크러셔(14)의 곡률면(14a)과 파쇄면(17)이 서로 다른 곡률반경(R₁,R₂)을 각각 가지되, 크러셔(14)의 곡률면(14a)의 곡률반경(R₁)은 파쇄면(17)의 곡률반경(R₂)보다 작으며, 크러셔(14)의 곡률면(14a)과 파쇄면(17)의 곡률중심(O)은 서로 일치한다. 따라서, 파쇄공간(18)을 이루는 크러셔(14)의 곡률면(14a)과 파쇄면(17)간의 간격은 크러셔(14)의 곡률면(14a)상의 어느 위치에서라도 일정하다.

따라서, 커터 헤드(30)에 의해 일차적으로 파쇄되어 파쇄공간(18)으로 유입되는 암석의 파편중 크러셔(14)의 곡률면(14a)과 파쇄면(17)간의 간격보다 작은 암석의 파편(a)만 크러셔(14)와 파쇄면(17)사이를 통과하면서 파쇄되고, 이들의 간격보다 큰 암석의 파편(b)은 파쇄되지 않은 상태에서 파쇄공간(18)내에 머물게 되어 터널 굴진기의 파쇄성능을 떨어뜨려 굴진 효율을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 이를 해결하기 위해 크러셔(14)의 곡률면(14a)과 파쇄면(17)간의 간격을 증대하는 경우 이들에 의해 파쇄된 암석의 파편이 필요 이상으로 커지게 되어 이차적인 암석의 파편에 대한 파쇄가 효율적이지 못하게 되는 다른 문제점을 가지게 되었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 커터 헤드에 의해 일차적으로 굴착된 암석의 파편을 이차적으로 파쇄시키는 크러셔의 곡률면과 파쇄면간의 간격을 크러셔의 곡률면상의 위치에 따라 다르도록 형 성함으로써 암석의 파편에 대한 이차적인 파쇄 성능을 향상시켜 굴진 효율을 증대시키는 편심 크러셔를 구비한 터널 굴진기를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 전방통의 일측에는 중공의 회전축이 회전 가능하게 설치되고, 회전축의 일단에는 커터 헤드가 결합되며, 회전축의 외주면에는 일측에 곡률면을 형성하는 복수의 크러셔가 일정 간격으로 설치되고, 전방통의 일측에는 회전축 및 복수의 크러셔 외측을 감싸서 파쇄공간을 이루는 파쇄면이 형성되어, 커터 헤드에 의해 파쇄되는 암석의 파편이 파쇄공간으로 유입되어 커터 헤드와 함께 회전하는 크러셔에 의해 파쇄되는 터널 굴진기에 있어서, 크러셔의 곡률면의 곡률반경은 파쇄면의 곡률반경에 비해 작게 형성되되, 크러셔의 곡률면의 곡률중심은 파쇄면의 곡률중심과 편심되게 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 부여하고 그 설명은 생략하기로 하겠다.

도 3은 본 발명에 따른 편심 크러셔를 구비한 터널 굴진기를 도시한 요부단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 편심 크러셔를 구비한 터널 굴진기는 크러셔(100)의 곡률면(110)의 곡률반경(R₃)은 파쇄면(200)의 곡률반경(R₄)에 비해 작게 형성되되, 크러셔(100)의 곡률면(110)의 곡률중심(O')은 파쇄면(200)의 곡률중심(O)과 편심되게 형성된다.

회전축(13)은 전방으로 갈수록 직경이 커지는 나팔형상을 가지는 중공으로 형성되어 전방통(10; 도 1에 도시)의 일측, 즉 전방에 회전가능하게 설치되고, 그 일단에는 암반의 일차적인 파쇄를 위한 커터 헤드(30; 도 1에 도시)가 설치되며, 그 외주면에는 커터 헤드(30; 도 1에 도시)에 의해 파쇄된 암석의 파편(a,b)을 이차적으로 파쇄하는 복수의 크러셔(100)가 둘레를 따라 일정 간격으로 복수개로 설치된다.

크러셔(100)는 일측, 즉 후술하는 파쇄면(200)과 마주보는 면에 일정한 곡률반경(R₃)을 가지는 곡률면(110)이 형성되고, 그 양단이 회전축(13)의 경사진 외주면에 전후로 설치되는 지지브라켓(15; 도 1에 도시)(16)에 의해 지지되어 회전축(13)의 외주면에 설치됨으로써 회전축(13)과 함께 회전한다.

전방통(10)의 일측에는 회전축(13) 및 복수의 크러셔(100)로부터 일정 거리를 두고 이들을 감싸서 파쇄공간(300)을 이루는 파쇄면(200)이 경사지게 형성된다.

파쇄면(200)은 일정한 곡률반경(R₄)을 가지며, 회전축(13)과 함께 회전하는 크러셔(100)와 함께 파쇄공간(300)으로 유입되는 암석의 파편(a,b)을 파쇄시킨다.

한편, 크러셔(100)의 곡률면(110)의 곡률반경(R₃)은 파쇄면(200)의 곡률반경(R₄)에 비해 작게 형성된다. 또한, 크러셔(100)의 곡률면(110)의 곡률중심(O')은 파쇄면(200)의 곡률중심(O)과 서로 편심되도록 형성된다.

그러므로, 크러셔(100)의 곡률면(110)과 파쇄면(200)이 이루는 간격은 크러셔(100)의 곡률면(110)상의 위치에 따라 크기를 달리하며, 도 3에서도 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 크러셔(100)의 곡률면(110)의 양측 각각의 끝단과 파쇄면(200)간의 간격은 동일하도록 크러셔(100)의 곡률면(110)의 곡률중심(O')이 위치하고 있으며, 이들의 간격은 크러셔(100)의 곡률면(110)의 중심부분과 파쇄면(200)간의 간격에 비해 크다.

이와 같은 구조로 이루어진 편심 크러셔를 구비한 터널 굴진기의 동작은 다음과 같이 이루어진다.

커터 헤드(30; 도 1에 도시)의 회전에 의해 막장면의 암반이 일차적으로 파쇄되고, 파쇄된 암석의 파편(a.b)은 토사와 함께 파쇄공간(300)으로 진입한다. 파쇄공간(300)으로 진압한 암석의 파편(a,b)은 커터 헤드(30; 도 1에 도시)를 회전시키는 회전축(13)과 함께 회전하는 크러셔(100)와 파쇄공간(300)을 이루는 파쇄면(200)에 의해 이차적으로 파쇄된다.

이 때, 도 3에서 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 크러셔(100)의 곡률면(110)의 양측 각각의 끝단과 파쇄면(200)간의 간격은 동일하며, 이들의 간격은 크러셔(100)의 곡률면(110)의 중심부분과 파쇄면(200)간의 간격에 비해 크다.

따라서, 크러셔(100)의 곡률면(110)과 파쇄면(200) 사이를 통과할 수 있는 최대 크기의 암석의 파편(b)은 크러셔(100)의 곡률면(110) 끝단과 파쇄면(200)이 이루는 간격과 동일한 크기를 가지며, 크러셔(100)의 곡률면(110)과 파쇄면(200) 사이를 통과함으로써 파쇄되는 최대 크기의 암석의 파편(a)은 크러셔(100)의 곡률 면(110) 중심부분과 파쇄면(200)이 이루는 간격과 동일한 크기를 가진다.

그러므로, 최종적으로 파쇄되는 암석의 파편(a)의 크기를 그대로 유지하거나 줄이더라도 그 크기보다 큰 암석의 파편(b)도 용이하게 파쇄시킬 수 있게 되어 암석의 파편에 대한 이차적인 파쇄 성능을 향상시킨다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 편심 크러셔를 구비한 터널 굴진기는 커터 헤드에 의해 일차적으로 굴착된 암석의 파편을 이차적으로 파쇄시키는 크러셔의 곡률면과 파쇄면간의 간격을 크러셔의 곡률면상의 위치에 따라 다르도록 형성함으로써 암석의 파편에 대한 이차적인 파쇄 성능을 향상시켜 굴진 효율을 증대시키는 효과를 가지고 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 편심 크러셔를 구비한 터널 굴진기를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (1)

1. 전방통의 일측에는 중공의 회전축이 회전 가능하게 설치되고, 상기 회전축의 일단에는 커터 헤드가 결합되며, 상기 회전축의 외주면에는 일측에 곡률면을 형성하는 복수의 크러셔가 일정 간격으로 설치되고, 상기 전방통의 일측에는 상기 회전축 및 상기 복수의 크러셔 외측을 감싸서 파쇄공간을 이루는 파쇄면이 형성되어, 상기 커터 헤드에 의해 파쇄되는 암석의 파편이 상기 파쇄공간으로 유입되어 상기 커터 헤드와 함께 회전하는 크러셔에 의해 파쇄되는 터널 굴진기에 있어서,

   상기 크러셔의 곡률면의 곡률반경은 상기 파쇄면의 곡률반경보다 작고, 상기 크러셔의 곡률면의 곡률중심은 상기 파쇄면의 곡률중심과 편심되게 형성되어, 상기 크러셔의 곡률면의 양끝단이 각각 상기 파쇄면과 이루는 간격은 서로 동일하면서 상기 크러셔의 곡률면의 중심과 상기 파쇄면이 이루는 간격보다 큰

   터널 굴진기.

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