KR100887189B1 - 막장유지 및 수평조절 압입용 선도관 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 막장유지 및 수평조절 압입용 선도관 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 견고하지 않은 지반에 압입되는 추진강관의 선단부에 장착되어 아래쪽으로 그라우팅 혼합재를 분사하면서 반작용에 의해 추진강관의 선단부가 위쪽으로 올라가도록 함으로써, 추진강관이 자체 하중에 의해 아래쪽으로 쳐지는 것을 방지할 수 있도록 하는 막장유지 및 수평조절 압입용 선도관 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 견고하지 않은 지반에서 추진강관을 압입할 때에도 추진강관이 아래쪽으로 휘어지지 않도록 함으로써 정밀한 시공이 가능해지는 효과가 있다.

추진공법, 추진강관, 선도관, 노즐, 분사, 그라우팅 혼합재

Description

막장유지 및 수평조절 압입용 선도관 장치{HEAD PIPE DEVICE FOR SHIELD AND LEVEL CONTROL JACKING}

본 발명은 막장유지 및 수평조절 압입용 선도관 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 견고하지 않은 지반에 압입되는 추진강관의 선단부에 장착되어 아래쪽으로 그라우팅 혼합재를 분사하면서 반작용에 의해 추진강관의 선단부가 위쪽으로 올라가도록 함으로써, 추진강관이 자체 하중에 의해 아래쪽으로 쳐지는 것을 방지할 수 있도록 하는 막장유지 및 수평조절 압입용 선도관 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 지중에 구조물을 축조하는 방식으로 개착 및 비개착에 의한 구조물 축조방식이 있다.

기존 도로 및 철도 하부를 횡단해서 하수암거나 지하차도, 터널구조물 등을 설치해야 하는 경우 공사에 따른 지장물의 이전이 곤란하거나, 지장물 저촉, 차량 소통 장애 등으로 개착이 불가능하여 비개착공법이 요구되는데, 비개착에 의한 구조물 축조 공법에는 횡단하는 도로나 저장물의 양측으로 작업구 개념의 전진기지와 도달기지가 필수적이며, 대표적인 비개착식 지중구조물 축조공법으로는 강관루프공법이 있다.

강관루프공법은 구조물이 형성될 지중에 강관을 순차적으로 압입, 연결하여 강관루프를 형성하고, 강관 안쪽의 내부 토사를 전부 제거하여 구조물을 축조하게 된다.

강관을 추진할 지반 내부에 암반이 있거나 지반이 딱딱할 경우에는 문제가 없지만, 토사층으로 이루어진 지반을 추진할 때에는 강관의 자체 하중에 의해 강관 선단부가 아래쪽으로 쳐지는 현상이 발생할 수 있다.

강관의 선단부가 조금만 아래쪽으로 휘어져도 도달구에 도착할 때쯤에는 상당한 거리만큼 수직 방향 오차가 발생할 수 있어서, 추진 도중에 이를 교정할 필요성이 있다.

이러한 강관의 쳐짐 현상을 방지하기 위하여 강관 선단부의 방향을 교정해주는 장치가 개시되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 추진강관 선도관 장치의 구조를 나타낸 단면도로서, 방향수정부는 방향수정용잭(107) 및 외부 토사 및 물의 강관 내 진입 방지 장치로 추진선도관의 방향수정을 위하여 추진선도관(F)과 2번관 사이에 상하좌우 방향수정용 유압잭(107)을 설치하며, 방향수정용 유압잭 지지대(110)를 추진선도관(F)에 설치하며, 그리고 2번관의 유압잭 실린더(108)의 힘을 받는 부분에 지지대(110)를 각각 설치한다.

또한 추진작업중 회전성이 없는 직강관을 사용하는 추진선도관(F)과 회전성이 있는 스파이럴 강관(G)을 사용하는 2번관의 용접접합 작업은 실시하지 않으며 그 대신에 고무패킹이 충전되어 있는 오목형 레일을 2번관 둘레에 접합한 후, 추진선도관(F)과 고장력 강판및 T자형강으로 연결하여 추진작업중의 스파이럴 강관(G) 의 회전성을 추진선도관(F)에 전달되지 않도록 하였다. 그리고 높은 수압으로 인하여 추진선도관(F)과 2번관의 연결부위에서 들어올 수 있는 고압수를 오목레일내의 고무패킹으로 하여금 차단토록 하였다.

압입 추진과정에서 추진선도관(F)의 방향이 잘못되었을 경우에 정면이 스파이럴강관(G)쪽을 향하고 있으며, 후면은 추진선도관(F)의 후미에 형성된 방향수정용지지대(110)에 위치된 상하좌우 방향 수정용 4개의 방향수정용잭(107) 중 수정하고자 하는 방향의 반대쪽 방향수정용잭(107)을 작동시켜 추진선도관(F)의 방향을 수정하게 된다.

그런데, 이러한 장치를 암반층이 아닌 지반에 사용하는 경우에는 강관과 선도관 자체의 하중에 의해 아래쪽으로 휘어질 수 있는데, 방향수정잭을 사용하더라도 이를 정밀하게 교정할 수 없는 문제점이 있다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 견고하지 않은 지반에 압입되는 추진강관의 선단부에 선도관 장치를 부착하고, 선도관 장치 하단면에 분사노즐을 설치하여 그라우팅 혼합재의 분사에 따른 반작용으로 선도관을 위로 띄울 수 있도록 하는 막장유지 및 수평조절 압입용 선도관 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 선도관의 내부에 선택적으로 개폐가능하게 설치되는 안전막을 설치함으로써, 지반 내부의 토사를 선택적으로 인입시켜 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 막장유지 및 수평조절 압입용 선도관 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 선도관 내부에 오거 굴착기를 설치하고, 연약지반의 굴착과 토사배출이 동시에 이루어질 수 있도록 하는 막장유지 및 수평조절 압입용 선도관 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 비개착적 방법으로 지중구조물을 축조하기 위하여 지중에 설치되는 추진강관의 선단이 견고하지 않은 지반 속에서 하중에 의해 아래쪽으로 휘는 것을 방지하기 위한 장치로서, 상기 추진강관의 선단에 연결되는 원통형의 선도관과; 상기 선도관의 하단부에 장착되어 그라우팅 혼합재를 상기 선도관의 하단부를 지지하는 지반 방향으로 고속 분사하는 분사노즐;을 포함한다.

상기 선도관은 일정한 길이 범위내에서 신축 가능하게 설치되는 다수의 조절잭에 의해 상기 추진강관에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 선도관 외주면에서 상기 분사노즐을 중심으로 원주방향으로 일정 거리 떨어진 곳에는 돌출형성된 누수방지판이 상기 선도관의 길이방향으로 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 선도관의 내부에 설치되어 상기 선도관이 통과하는 지반 내부의 토사를 선택적으로 인입시키는 안전막;을 추가로 포함한다.

상기 안전막은 가운데 회전축을 중심으로 회동가능하게 연결된 고정판과 회전판으로 구성되며, 상기 고정판은 상기 선도관 내벽면에 고정된 상태에서 상기 회전판의 회전에 의해 토사 유입구가 선택적으로 개폐되는 것을 특징으로 한다.

상기 선도관의 내부에 설치되어 상기 선도관이 통과하는 지반을 굴착하면서 토사를 인입시키는 오거굴착기;를 추가로 포함한다.

상기 오거굴착기는 상기 지반을 굴착하기 위한 블레이드가 형성된 커터헤드와; 상기 커터헤드에 의해 분쇄된 토사를 후방으로 이송시키는 오거스크류와; 상기 커터헤드 및 오거스크류를 회전시키는 구동모터와; 몸체를 상기 선도관의 내벽면에 고정시키는 고정대;를 포함한다.

본 발명에 따르면 견고하지 않은 지반에서 추진강관을 압입할 때에도 추진강관이 아래쪽으로 휘어지지 않도록 함으로써 정밀한 시공이 가능해지는 효과가 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 막장유지 및 수평조절 압입용 선도관 장치(이하, '선도관 장치'라 함)에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선도관 장치의 구조를 나타낸 단면도, 도 3은 선도관 장치의 입구측 구조를 나타낸 정면도이다.

도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 선도관 장치는 견고하지 않은 지질 속에 추진 압입되는 추진강관(202)의 선단부에 설치된다.

추진강관(202)의 크기나 형태와 유사한 크기와 형태를 갖는 선도관(204)은 조절잭(206)에 의해 추진강관(202)의 선단부에 결합된다. 조절잭(206)은 종래기술에서 사용된 것과 같은 방향수정용 유압잭으로서, 상하좌우 방향으로 방향을 수정할 때 사용된다. 조절잭(206)은 일정한 길이 범위내에서 신축 가능하게 설치되는 장치로서, 가운데축을 중심으로 90°위치마다 하나씩, 즉 원주상에 4개 설치함으로써 상하좌우 방향의 조절이 가능해진다.

본 발명에서는 조절잭(206)이 설치되는 것으로 설명하지만, 실제로 공사를 할 때에는 조절잭(206) 없이 선도관 장치만 사용할 수도 있을 것이다.

선도관(204)의 말단부 외주면에는 선도관(204)의 지름의 크기보다 약간 큰 지름을 갖는 선단보강링(208)이 부착된다.

선단보강링(208)은 선도관(204)의 말단부를 감싸면서 바위나 돌 등에 의해 선도관(204)이 파손되는 것을 방지해주는 역할을 하며, 토사가 선도관(204) 내부로 잘 들어올 수 있도록 하는 가이드 역할도 해준다.

선도관(204) 내부에는 안전막(210)이 설치되는데, 안전막(210)은 선도관(204)이 통과하는 지반 내부의 토사를 선택적으로 인입시키는 역할을 한다.

이를 위해 안전막(210)은 선택적으로 개폐할 수 있는 구조를 가지는데, 안전막(210)의 구조와 동작 원리에 대해서는 후술한다.

선도관(204)의 하단부에는 다수 개의 분사노즐(212)이 설치된다. 분사노즐(212)은 선도관(204)의 하단부에 형성된 설치공을 통해 외부로 노출되는데, 분사노즐(212)에는 그라우팅 혼합재(시멘트+물+규산소다 등의 혼합재료)를 공급하는 공급튜브(214)가 연결된다.

분사노즐(212)은 추진강관(202)과 선도관(204)을 지탱하는 지반 방향으로 그라우팅 혼합재를 고압으로 분사함으로써 부력과 반작용에 의해 선도관(204)이 위쪽으로 올라갈 수 있게 하는 역할을 한다.

추진강관(202)의 압입 과정에서 추진강관(202)의 선단부가 아래쪽으로 휘어지는 것을 발견한 경우, 분사노즐(212)을 통해 그라우팅 혼합재를 분사하면서 압입을 하게 된다. 그러면 선도관(204)의 말단이 약간 뜬 상태가 되면서 전진하게 되므로, 그 이후에는 추진강관(202)이 직선으로 진행을 할 수 있게 되는 것이다.

분사노즐(212)의 분사압력이나 시간 등은 선도관(204)의 휘어진 상태에 따라 적절하게 조절하게 된다.

또한 분사노즐(212)은 지면을 향해 수직 하방으로 분사하여야 반대방향의 부력을 얻을 수 있으므로, 선도관(204)과 지지기반이 만나는 수직 하방으로 설치하는 것이 바람직하다.

선도관(204)의 외주면에는 분사노즐(212)을 중심으로 원주방향으로 일정 거리 떨어진 곳에 좌우 한 쌍의 누수방지판(216)이 돌출형성된다.

누수방지판(216)은 선도관(204)의 길이방향으로 연장 형성되면서 돌출되는데, 누수방지판(216)은 분사노즐(212)을 통해 분사된 토사나 물이 선도관(204) 바깥 영역으로 한꺼번에 빠져나가지 못하도록 막아주는 역할을 한다.

만약 분사된 물이 선도관(204) 하단면으로부터 옆으로 자유롭게 빠져나가 버린다면 선도관(204)을 밀어올려 줄 부력이 부족해지는 문제가 생긴다. 이때 누수방지판(216)이 설치되어 있으므로 일정한 시간동안 그라우팅 혼합재를 가둬둘 수 있고, 이 과정에서 부력에 의해 선도관(204)이 위로 올라갈 수 있는 것이다.

누수방지판(216)의 진행방향 앞쪽은 추진과정에서 토사층을 뚫고 지나가야 하므로, 약간 경사지게 형성하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구조를 이용하여 선도관(204)의 방향을 교정하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 4a와 4b는 선도관의 위치 교정 방법을 나타낸 단면도로서, 추진되던 추진강관(202)과 선도관(204)이 자체 하중에 의해 아래로 휘어진 상태가 된다.(도 4a)

선도관(204)의 휘어짐을 발견한 경우, 분사노즐(212)을 통해 그라우팅 혼합재를 분사하면 선도관(204) 아랫면과 연약지반 지지면 사이에 그라우팅 혼합재가 차면서 부력이 생기게 된다.

따라서 선도관(204)의 말단부가 다시 위로 휘어지면서 제자리를 찾아가게 된다.(도 4b)

한편, 도 5는 안전막의 구조를 나타낸 정면도이며, 도 6은 안전막이 열린 상 태를 나타낸 정면도이다.

안전막(210)은 지반 내부에 있던 토사가 급격히 선도관(204) 내부로 유입되어 추진강관(202) 내부가 막히거나, 그 안에서 작업하던 작업자가 매몰되는 것을 방지하기 위한 장치이다.

지반 내부에 암반이 있는 경우에는 위험성이 작지만, 토사층으로 이루어진 지반 내부에서 공사를 진행할 때에는 이러한 위험을 제거해줄 필요가 생긴다.

안전막(210)은 선도관(204) 내부를 막아주는 방향으로 설치된다.

안전막(210)은 두 개의 부분으로 나뉘어지는데, 가운데 원형기어(210c)를 중심으로 서로 회전가능하게 고정된 고정판(210a)과 회전판(210b)으로 구성된다.

고정판(210a)과 회전판(210b)은 모두 부채꼴 형상으로서, 한 개씩일 수도 있으며, 여러 개씩으로 이루어질 수도 있다.

도 5에서는 중심각이 90°인 두 개씩의 부채꼴 형상으로 나타나 있으나, 중심각의 크기는 사용용도에 따라 달라질 수 있을 것이다.

만약 회전판(210b)이 회전하면서 고정판(210a)과 겹치지 않는 위치에서 멈춘다면 안전막(210)은 닫힌 상태가 되므로, 선도관(204) 내부로 토사가 전혀 흘러들어올 수 없게 된다.

회전판(210b)을 회전시켜 고정판(210a)과 전부 또는 일부가 겹쳐진 상태가 되게 하면 나머지 열린 공간을 통해 토사가 선도관(204) 내부로 들어오게 된다.

따라서 회전판(210b)의 회전 각도를 조절함으로써 유입되는 토사의 양을 조절할 수 있게 된다.

회전판(210b)의 회전은 가운데 원형기어(210c)를 유압잭(210e)에 연결된 수평기어(210d)의 전후진에 의해 회전시키는 방식으로 이루어진다.

도 6에서와 같이 유압잭(210e)이 늘어나면 원형기어(210c)가 시계방향으로 회전하면서 회전판(210b)이 시계방향으로 회전하게 될 것이다.

그러나 이러한 회전방식은 하나의 예일 뿐이며, 고정판(210a)을 중심으로 회전판(210b)을 회전시키는 방식은 여러 가지가 있을 수 있다.

안전막(210)을 통해 선도관(204)과 추진강관(202) 내부로 들어온 토사는 레일이나 스크류, 인력 등에 의해 외부로 배출된다.

한편, 도 7은 다른 실시예에 따른 선도관 장치의 구조를 나타낸 단면도이며, 도 8은 오거 굴착기의 입구측 구조를 나타낸 정면도이다.

본 실시예에서는 선도관(204) 내부에 토사층을 굴착할 수 있는 오거 굴착기(300)를 설치하여 사용하도록 하고 있다.

오거 굴착기(300)는 토사층을 분쇄하는 커터헤드(302), 분쇄된 토사층을 뒤로 이동시키는 오거스크류(304), 커터헤드(302)와 오거스크류(304)를 회전시키는 구동모터(306)로 이루어지며, 오거스크류(304)의 후방 끝부분 아래에는 토사가 선도관(204) 내부로 떨어지는 토사반출구(308)가 구비된다.

그리고 오거스크류(304)를 비롯한 구조물들은 고정대(310)에 의해 선도관(204) 내벽면에 고정된다.

커터헤드(302)는 선도관(204) 말단부와 같은 위치 또는 약간 튀어나온 위치에 설치되는데, 토사층의 종류나 강도에 따라 다양한 종류의 장치가 사용될 수 있 다.

도 9에는 연약지반에 사용되는 커터헤드(302)의 한 종류가 사진으로 표현되어 있다. 커터헤드(302)의 말단부에는 토사층을 분쇄하는 블레이드가 구비되어 있다.

본 실시예에서는 앞서 설명한 안전막(210)에 의한 토사 유입 조절과는 달리, 오거 굴착기(300)를 회전시키면서 능동적으로 토사를 굴착 및 배출할 수 있어서 다양한 종류의 지반에 사용할 수 있다.

기타 분사노즐(212)을 통한 선도관(204) 교정작업은 앞선 실시예에서와 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래기술에 따른 추진강관 선도관 장치의 구조를 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선도관 장치의 구조를 나타낸 단면도.

도 3은 선도관 장치의 입구측 구조를 나타낸 정면도.

도 4a와 4b는 선도관의 위치 교정 방법을 나타낸 단면도.

도 5는 안전막의 구조를 나타낸 정면도.

도 6은 안전막이 열린 상태를 나타낸 정면도.

도 7은 다른 실시예에 따른 선도관 장치의 구조를 나타낸 단면도.

도 8은 오거 굴착기의 입구측 구조를 나타낸 정면도.

도 9는 일반적인 커터헤드의 구조를 나타낸 사진.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 비개착적 방법으로 지중구조물을 축조하기 위하여 지중에 설치되는 추진강관의 선단이 견고하지 않은 지반 속에서 하중에 의해 아래쪽으로 휘는 것을 방지하기 위한 장치로서,

   상기 추진강관의 선단에 연결되는 원통형의 선도관과;

   상기 선도관의 하단부에 장착되어 그라우팅 혼합재를 상기 선도관의 하단부를 지지하는 지반 방향으로 고속 분사하는 분사노즐;을 포함하며,

   상기 선도관 외주면에서 상기 분사노즐을 중심으로 원주방향으로 일정 거리 떨어진 곳에는 돌출형성된 누수방지판이 상기 선도관의 길이방향으로 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 막장유지 및 수평조절 압입용 선도관 장치.
4. 삭제
5. 비개착적 방법으로 지중구조물을 축조하기 위하여 지중에 설치되는 추진강관의 선단이 견고하지 않은 지반 속에서 하중에 의해 아래쪽으로 휘는 것을 방지하기 위한 장치로서,

   상기 추진강관의 선단에 연결되는 원통형의 선도관과;

   상기 선도관의 하단부에 장착되어 그라우팅 혼합재를 상기 선도관의 하단부를 지지하는 지반 방향으로 고속 분사하는 분사노즐과;

   상기 선도관의 내부에 설치되어 상기 선도관이 통과하는 지반 내부의 토사를 선택적으로 인입시키는 안전막;을 포함하며,

   상기 안전막은 가운데 회전축을 중심으로 회동가능하게 연결된 고정판과 회전판으로 구성되며,

   상기 고정판은 상기 선도관 내벽면에 고정된 상태에서 상기 회전판의 회전에 의해 토사 유입구가 선택적으로 개폐되는 것을 특징으로 하는, 막장유지 및 수평조절 압입용 선도관 장치.
6. 삭제
7. 삭제

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