KR100894031B1 - 슬라임 제거용 복합 세미쉴드머신 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 슬라임 제거용 복합 세미쉴드머신에 관한 것으로, 복합 세미쉴드머신을 구성하는 본체의 후방 하부와 정방 양측면에 각각 암편 제거용 송니밸브가 설치하고, 상기 송니밸브로 분사되는 송니수의 분사방향과 분사위치 및 분사압력을 달리함으로써, 굴착시 발생된 본체 하부 및 측부의 슬라임을 모두 제거하여 추력 상승 요인 및 슬라임 적체에 의한 본체가 압밀되는 요인을 사전에 방지되어 굴착 진행 방향아 정확하고, 장거리 굴진이 가능한 슬라임 제거용 복합 세미쉴드머신에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 커터헤드와, 상기 커터헤드가 설치되고 송니수가 분사되는 송니밸브가 설치된 본체로 구성된 복합 세미쉴드머신에 있어서, 상기 송니밸브는 본체의 후방 저면에 설치된 후방 암편 제거 송니밸브와, 본체의 전방 양측면에 설치된 전방 암편 제거 송니밸브로 구성된 슬라임 제거용 복합 세미쉴드머신이 제공된다.
쉴드공법, 세미쉴드공법, 복합 세미쉴드머신, 슬라임, 송니밸브
Description
본 발명은 슬라임 제거용 복합 세미쉴드머신에 관한 것으로, 복합 세미쉴드머신을 구성하는 본체의 후방 하부와 정방 양측면에 각각 암편 제거용 송니밸브가 설치하고, 상기 송니밸브로 분사되는 송니수의 분사방향과 분사위치 및 분사압력을 달리함으로써, 굴착시 발생된 본체 하부 및 측부의 슬라임을 모두 제거하여 추력 상승 요인 및 슬라임 적체에 의한 본체가 압밀되는 요인을 사전에 방지되어 굴착 진행 방향아 정확하고, 장거리 굴진이 가능한 슬라임 제거용 복합 세미쉴드머신에 관한 것이다.
[문헌 1] 한국 특허공개 제10-2005-0093749호, 2005.09.23
[문헌 2] 한국 특허등록 제0335245호, 2002.04.20
벤토나이트와 청수 및 안정액을 혼합한 이수(泥水)를 공급하여 터널을 굴착하고, 굴착된 파편을 배니관을 통하여 배출하는 이수가압식 복합 세미쉴드공법에서는 복합 세미쉴드머신의 굴진 과정에서 굴착면 하부에 슬라임(slime, 굴착시 발생된 암반의 석분, 모래 등)이 발생하면 복합 세미쉴드머신의 급격한 저항력의 증대로 굴착 진행이 어렵고, 세그멘트의 높낮이를 정확하게 유지하기가 어려울 뿐만 아니라 끼임 현상이 발생되어 정확하게 계획된 시공이 불가능하게 된다.
즉, 복합 세미쉴드머신의 하부에 퇴적된 슬라임은 복합 세미쉴드머신을 상방향으로 자세를 흐트러지게 하고, 이에 의해 굴착을 위한 복합 세미쉴드머신의 진행은 결국 상방향으로 잘못된 굴착을 행하게 된다. 또한 굴착연장이 길어질수록 하부에 퇴적된 슬라임이 점차적으로 압밀되어 굴착 방향에 대하여 쐐기 역할을 하여 끼임 현상을 초래함으로써 추력이 과다하게 상승되어 중거리 및 장거리 시공이 불가능 하게 된다.
따라서 복합 세미쉴드머신의 하부에 퇴적된 슬라임을 효과적으로 제거하는 것이 원활한 작업과 설계에 따른 정확한 시공이 가능하게 된다.
종래의 경우 상기와 같은 문제점을 해소하고자 복합 세미쉴드머신의 하부에 워싱라인(washing line)이 설치되어 송니관과 같은 역할을 하면서 하부의 슬라임을 송니수로 씻어낼 수 있도록 하였다. 그리고 에어젯(air jet)을 이용하여 슬라임의 퇴적을 방지하는 방법도 있다. 그러나 상기의 경우는 굴착 부분이 경암일 경우에는 슬라임의 단위 체적당 질량이 크기 때문에 슬라임의 퇴적을 완전히 제거할 수 없었다.
따라서 본 발명은 장거리 및 급곡선 시공을 목적으로 하는 복합 세미쉴드머신을 적용하기 위하여 종래의 복합 세미쉴드머신에서 발생되는 슬라임을 완전하게 제거할 수 있도록 하는 구조를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 복합 세미쉴드머신을 구성하는 본체의 하부에 송니관과 연결된 후방 암편 제거 송니밸브가 설치되고, 본체의 양측부에 상기 후방 암편 제거 송니밸브의 설치위치보다 앞쪽에 송니관과 연결된 전방 암편 제거 송니밸브가 설치되며, 후방 암편 제거 송니밸브는 전방 암편 제거 송니밸브보다 송니수의 송출압력이 커도록 하여 슬라임이 후방에 퇴적되지 않고 전방으로 이송되어 배니관으로 배출될 수 있도록 하는 구조가 제공된다.
본 발명에 의하면, 전방 암편 제거 송니밸브에 의해 굴착된 파편이 전방으로 이송되고, 잔여의 파편이 복합 세미쉴드머신의 하방으로 퇴적되거나 후방으로 아동되더라도 후방 암편 제거 송니밸브에 의해 전량이 전방으로 다시 이송되어, 모든 파편이 퇴적되어 쌓이는 것 없이 모두 배니관으로 배출됨으로써, 복합 세미쉴드머신의 정확한 직진 굴착과 장거리 굴착이 가능하게 된다.
본 발명의 복합 세미쉴드머신(100)은 롤러비터와 스크래퍼 비트가 설치되고, 내외부가 관통된 유입공이 형성된 커터헤드(50)와; 상기 커터헤드(50)가 설치되고 커터헤드(50)를 회전시키는 구동장치와, 후방에 설치된 세그멘트(60)와, 세그멘트(60)을 밀어 추진하는 실린더(1)가 설치된 본체(70);로 구성된다.
상기의 복합 세미쉴드머신(100)을 일체로 밀어 추진시키는 장치는 세미 실드용 공법에 사용되는 추진 실린더로서, 다수개의 추진관(61)의 최후방에 설치된다. 그리고 상기 세그멘트(60)와 추진관(61)을 연결시키는 장치로서 어뎁터 링이 설치된다.
상기 본체(70)에는 송니수가 외부로 토출되는 송니밸브와, 외부의 송니수를 흡입하여 배출시키는 흡입구(2)가 형성된다. 그리고 상기의 흡입구(2)는 외부로 연결된 배니관(3)에 연결되어 있다.
송니밸브는 본체(70)의 후방측 하부면에 설치된 후방 암편 제거 송니밸브(4)와, 후방 암편 제거 송니밸브(4)보다 전방에 설치되고 본체(70)의 양측부에 각각 설치된 전방 암편 제거 송니밸브(5)로 구성된다.
상기의 후방 암편 제거 송니밸브(4)와 전방 암편 제거 송니밸브(5)는 각각 송니관(6a)과 송니관(6b)에 연결되어 있다. 물론 상기의 송니관(6a)과 송니관(6b)는 각각 독립되게 설치되거나, 하나의 주 송니관에서 분기되어 설치될 수도 있다.
상기의 후방 암편 제거 송니밸브(4)와 전방 암편 제거 송니밸브(5)는 전방으 로 송니수가 토출될 수 있는 구조를 가지는데, 송니관(6a)(6b)의 단부에 요입편(7)이 설치되고, 상기 요입편(7)에 결합되는 요철편(8)이 설치된다.
상기 요철편(8)은 요입편(7)에 체결된 볼트나 스크류 등의 작동구(9)의 단부에 자유롭게 체결되어, 작동구(9)의 회전에 의해 요철편(8)이 요입편(7)에서 승강하여 개폐되는 구조를 가진다.
요철편(8)과 요입편에는 각각 접합되는 경사면(10)이 형성되어 있고, 경사면(10)은 전방으로 송니수를 송출하는 방향으로 경사진 형태이다.
상기와 같은 복합 세미쉴드머신(100)은 쉴드공법이나 세미쉴드 공법 또는 쉴드공법과 세미쉴드공법이 혼합된 혼합공법에서 사용된다.
쉴드공법과 세미쉴드공법은 지하철이나 도시기반시설인 상하수도나 전기통신선로의 공동구 등을 형성시키기 위한 공법으로, 커터헤드(cutter head)를 회전시키면서 지중으로 진행하여 터널을 굴착하는 공법이다. 쉴드공법은 복합 세미쉴드머신을 구성하는 본체(70)에 설치된 실린더(1)의 신장으로 전진하고, 후부에 형성된 공간부에 세그먼트(11)를 반복해 설치하여 터널을 만들어 가는 방식이다.
이와 같은 쉴드공법은 복합 세미쉴드머신(100)을 전진시키는 실린더(1)가 복합 세미쉴드머신(100)의 후부에서 함께 전진하기 때문에 지중에서 방향 수정이 용이하여 곡률반경이 작은 급곡선 구간도 굴착이 가능한 장점을 가진다. 그러나 복합 세미쉴드머신(100) 내부에서 에렉터(erector)로 세그먼트(11)를 조립하고, 그 세그먼트(11)를 반력대로 하여 전진하기 때문에 세그먼트(11)를 운반하기 위한 밧데리카(battery car)나 세그먼트 운반대차등의 후방설비를 필요로 한다. 따라서 초기 굴진 시에는 이와 같은 후방설비가 설치 가능할 때까지는 후속공정 때문에 굴착 속도가 떨어지는 문제점이 있다.
세미쉴드공법은 복합 세미쉴드머신(100)을 수직구에 고정되어 있는 후단의 실린더(1)로 밀어서 추진시키고, 다시 후진된 실린더(1)와의 사이에 추진관(61)을 설치하여 다시 실린더(1)로 밀어서 복합 세미쉴드머신(100)과 추진관(61)이 함께 전진하도록 하는 굴착공법으로 쉴드공법에 비해 굴진속도가 빠르고 초기 굴진 공정이 단순하여 단거리인 경우에는 공기를 단축할 수 있다.
이와 같이 세미쉴드공법은 소구경 및 대구경의 모든 터널의 굴착이 가능하나, 수직구에 고정되어 있는 실린더(1)를 이용하여 다수개의 추진관(61)과 복합 세미쉴드머신(100)을 밀어서 굴착하는 공법이기 때문에 굴진 거리가 긴 경우에는 누적되는 추진관(61)의 수량에 의해 주변마찰력과 전체 하중이 증가되어 굴진 속도가 크게 저하되고, 또한 원만한 곡선형의 터널은 형성이 가능하나, 곡률반경이 작은 급곡선 구간의 굴착은 사실상 불가능한 단점이 있다.
따라서 쉴드공법과 세미쉴드공법의 단점을 극복하여, 장거리 구간이나 급곡선 구간의 터널을 굴착할 수 있도록, 굴착 초기 및 직선구간에서는 세미쉴드공법으로 굴착을 행하고, 급곡선 구간 또는 장거리 구간 후반부에서는 쉴드공법을 행하여, 종래의 쉴드공법 적용 시 초기단계에서 수반되는 공정을 제거하고 장거리 구간 및 급곡선 구간등의 다양한 조건에서도 굴착 가능하도록 하여 종래의 터널굴착공법으로 굴착하지 못한 문제점을 극복하도록 한 이중 터널굴착공법이 있다.
이와 같이 본 발명은 쉴드공법과 세미쉴드공법 및 이중 터널굴착공법에 모두 사용가능한 것이다. 즉, 상기 어떠한 공법으로 굴착을 행하더라도 굴착에 의해 발생된 파편을 모두 배니관(3)으로 배출토록하는 구조를 제공하게 된다.
커터헤드(50)의 회전으로 전방의 암반층을 파쇄하게 되는데, 이 때 송니수를 분사하면서 굴착을 행한다. 그리고 굴착에 관연한 송니수는 파편과 함께 배니관(3)을 통해 외부로 배출된다.
송니수의 분사는 송니관(6a)(6b)을 통해 이루어지고, 상기 송니관(6a)(6b)의 단부에 설치된 송니밸브를 통해 전방으로 분사되면서, 굴착에 의한 파편이나 하부에 쌓이는 슬라임을 배출시키게 된다.
송니밸브는 도 1에 도시된 바와 같이 본체(70)의 저면부에 설치된 후방 암편 제거 송니밸브(4)와, 전방에 설치된 전방 암편 제거 송니밸브(5)로 구성된다. 따라서 굴착시에는 송니수가 후방 암편 제거 송니밸브(4)와 전방 암편 제거 송니밸브(5)로 동시에 송출된다. 그리고 후방 암편 제거 송니밸브(4)의 송니수 분사압력은 전방 암편 제거 송니밸브(5)의 분사압력보다 크며, 대략 1~2배 정도의 압력을 가지도록 함이 바람직하다. 그러나 상기 압력의 차이는 굴착하고자 하는 암반 등의 상태에 따라 달리함이 바람직하므로, 상기의 압력차이는 절대적인 것이 아닌 일실시예에 불과하고, 적절하게 결정하여 사용하면 된다.
도 2에 도시된 구조를 보면, 커터헤드(50)의 작동으로 암반은 굴착되어 그 파편들이 송니수와 함께 흡입구(2)를 통해 흡입되어 배니관(3)으로 배출된다. 그러나 모든 파편이 배출되지 않고 본체(70)의 하부 바닥으로 쌓이게 되는데, 이렇게 쌓인 슬라임은 본체(70)를 상방으로 경사지게 만들어 굴착의 방향을 틀리게 하므로, 완전히 제거하여야 한다.
따라서 본 발명은 송니수를 분사하는 밸브를 본체(70)의 전방 양측부와, 후방 저면부에 설치함에 특징이 있다. 즉, 본체의 상부와 측부로 흐르는 파편은 전방 암편 제거 송니밸브(5)로 분사되는 송니수에 의해 전방의 흡입구(2) 쪽으로 제거하고, 전방 암편 제거 송니밸브(5)에 의해 제거되지 않고 하부로 퇴적되는 파편은 후방 암편 제거 송니밸브(4)에서 분사되는 송니수에 의해 전방으로 이송된다.
즉, 전방 암편 제거 송니밸브(5)는 분사되는 송니수가 전방을 향하도록 하는 구조로 되어 있으므로, 대부분의 파편을 전방의 흡입구(2)로 제거되나, 일부의 파편은 하방으로 퇴적될 수 있으나, 이는 후방 암편 제거 송니밸브(4)가 다시 전방으로 이송시켜 제거하는 구조에 의해 전부가 제거된다. 또한 후방 암편 제거 송니밸브(4)를 통한 송니수의 분사 압력은 전방 암편 제거 송니밸브(5)의 분사압력보다 크기 때문에, 전방 암편 제거 송니밸브(5)에 의해 후방으로 파편이 이송되더라도 전량이 후방 암편 제거 송니밸브(4)에 의해 다시 전방으로 이송시킬 수가 있게 된다.
그리고 상기에서 언급한 바와 같이, 후방 암편 제거 송니밸브(4)와 전방 암편 제거 송니밸브(5)는 도 3에 도시된 바와 같은 구조적 특징을 가진다. 그 각각은 요입편(7)과 요철편(8)의 결합 구조를 가지고, 요철편(8)의 작동으로 송니관(6a)(6b)이 개폐되는 구조이다. 요철편(8)은 요입편(7)을 관통하여 회전되게 설치된 작동구(9)의 단부에 체결되어 있되, 작동구(9)가 회전되더라도 함께 회전되지 않는 체결구조를 가진다. 그리고 요철편(8)이 열려 송니수가 분사될 때, 송니수 가 전방을 향해 분사되도록 요입편(7)과 요철편(8)에는 경사면(10)이 형성된다.
따라서 송니수를 분사할 경우에는 작동구(9)를 회전시켜 요철편(8)을 요입편(7)에서 이격되게 하여 경사면(10)이 이루는 공간부를 형성시키면 된다. 그리고 송니수는 경사면(10)에 의해 본체(70)에 대하여 수직방향으로 분사되지 않고, 경사면(10)을 따라 복합 세미쉴드머신(100)의 전진방향으로 분사되어 파편이나 슬라임을 전방으로 이송시켜 흡입구(2)로 제거할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 전체 사시도
도 2는 본 발명의 내부 구성도
도 3(a)(b)는 송니밸브의 구조를 도시한 단면도
도 4는 본 발명의 저면도
도 5는 본 발명의 측면도
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 실린더 2 : 흡입구
3 : 배니관 4 : 후방 암편 제거 송니밸브
5 : 전방 암편 제거 송니밸브 6a, 6b : 송니관
7 : 요입편 8 : 요철편
9 : 작동구 10 : 경사면
11 : 세그먼트 50 : 커터헤드
60 : 세그멘트 61 : 추진관
70 : 본체
100 : 복합 세미쉴드머신
Claims (3)
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- 삭제
- 커터헤드(50); 상기 커터헤드(50)가 설치되고 송니수가 분사되는 송니밸브가 설치된 본체(70);로 구성된 복합 세미쉴드머신(100)에 있어서, 상기 송니밸브는 요입편(7)과, 요입편(7)에 삽입되어 결합된 요철편(8)과, 요입편(7)에 설치되고 단부가 요철편(8)에 체결되어 회전 조작에 의해 요철편(8)을 작동시키는 작동구(9)로 구성되고; 상기 요철편(8)과 요입편(7)에는 경사면(10)이 형성됨을 특징으로 하는 슬라임 제거용 복합 세미쉴드머신.
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2007
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