KR100920256B1 - 강관 루프 구조체의 선단 압입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강관 루프 구조체의 선단 압입장치에 관한 것으로, 강관루프 구조체를 원활하게 압입함은 물론 지반이 침하하지 않도록 한 것이다.

본 발명에 의한 강관 루프 구조체의 선단 압입장치는, 횡단할 도로나 지장물의 양측에 작업구를 설치한 후 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 순차적으로 압입 설치되는 강관의 선단부에 연결되어 지반을 굴착하는 것으로, 상기 강관의 외경과 동일한 외경으로 이루어지는 본체(11), 상기 본체의 선단 둘레부에 타구간보다 오목하게 형성되는 가이드부(12), 상기 본체의 후방에 형성되며 상기 강관에 연결되는 연결부(13), 하나 이상의 배출공(14a)이 형성된 곡선형 단면이며 상기 가이드부의 저부에 용접 결합되는 지지부(14)로 구성된 추진 지지관(10)과; 상기 추진 지지관의 가이드부에 상기 지지부의 지지를 받아 장착되는 곡선형 단면의 굴착구(20)와; 그리고, 상기 굴착구를 전후진시켜 지반을 굴착토록 하는 액추에이터(30)를 포함하고, 상기 가이드부는 상기 추진 지지관 본체의 일부분이 절개되어 형성된 공간인 것이다.

강관 루프 구조체, 선단 압입, 굴착, 침하

Description

강관 루프 구조체의 선단 압입장치{APPARATUS FOR PRESSING FRONT END OF STEEL PIPE LOOP STRUCTURE}

본 발명은 강관 루프 구조체의 선단 압입장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강관 루프 구조체의 압입시 지반 침하를 막고 강관 루프 구조체의 압입 방향을 조정할 수 있도록 한 강관 루프 구조체의 선단 압입장치에 관한 것이다.

일반적으로, 지중에 구조물을 축조하는 방식에는 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 지장물의 양측으로 작업구 개념의 전진기지와 도달기지가 필수적이며, 대표적인 비개착식 지중구조물 축조공법으로는 함체견인공법과 강관루프공법 등을 들 수 있다.

함체견인공법은 함체가 통과할 지중에 미리 600mm 내외의 함체지지용 가설용 강관을 전진기지에서 도달기지 방향으로 수평으로 압입 관통시킨 후, 견인할 함체의 반대측 도달기지로부터 지중을 횡단하여 이어진 다수의 P.C강선을 현장에서 제작된 함체와 결속한 후, 견인하여 함체내의 내부토사를 제거하고, 이와 같은 견인과 굴착작업을 반복하여 지중에 구조물을 설치하는 공법이다.

그러나, 이러한 공법은 함체 추진시 함체의 추진하중이나 추진함체와 이미 지중에 설치된 가설강관과의 틈에 의해 함체 상부의 도로나 지장물에 침하가 발생할 우려가 있으며, 또한 함체가 미리 제작되어 견인 설치되므로 함체의 규모가 커지게 되면 견인에 제약이 따르게 되고 작업장의 규모가 큰 편이므로 심도가 깊은 지하공간에서의 작업이 곤란한 문제점이 있었다.

또한, 함체간의 연결부 처리가 미흡하게 되면 누수 등이 발생할 우려가 있었는 바, 이러한 함체견인공법의 단점 등에 의하여 비개착식 지중구조물 축조공법으로는 강관루프 공법이 많이 적용되고 있는 실정이다.

본 발명 출원인은, 상기한 강관루프 공법 중, 종래에 시공되고 있는 강관루프 공법들의 문제점에 착안하여 이웃하는 강관들을 서로 맞댄 상태로 연결시켜 그 횡방향 강성이 확고해지도록 함으로써, 별도의 횡방향 지지보 없이도 시공이 가능하도록 한 강관루프 구조체(특허출원 제2005-18780호)를 선출원한 바 있다.

또한, 상기한 강관루프 구조체와 관계된 기술도 선출원하여 등록받은 바 있다.(특허등록 제737328호 : 강관루프 구조체 및 그 시공방법, 특허등록 제770159호 : 강관루프 구조체)

상기한 강관루프 구조체는, 횡단할 도로나 지장물의 양측에 작업구를 설치한 후, 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 순차적으로 압입 설치되는 것으로서, 각각 일측에 수평방향으로 수평홈이 형성되고, 상기 수평홈의 내측으로는 이 수평홈에 의해 하중에 따라 찌그러지는 것을 방지하도록 일정간격을 두고 상하에 걸쳐 복수의 지지대가 설치되며, 상기 수평홈의 타측에는 이 수평홈과 대응하는 앵글이 설치된 다수의 강관들이 상호 정렬된 상태로 측방향 결합된 것을 주요 특징으로 하고 있다.

이 경우, 상기 강관들 중, 압입 추진된 강관의 수평홈에 압입 추진될 강관의 앵글이 슬라이드 식으로 끼워지면서 측방향 결합되는 것을 부가적인 특징으로 한다.

이러한 종래의 강관루프 구조체를 이루는 강관들을 지중에 압입,추진하는 방법으로는, 비트 등의 기계를 이용하여 지중을 굴착하면서 동시에 강관을 압입,추진하는 방법과, 작업자가 강관의 선단측 지중을 일정깊이씩 굴착한 후, 굴착된 만큼 강관을 압입,추진하는 방법이 있다.

여기서 작업자가 강관의 선단측 지중을 일정깊이씩 굴착할 경우에는 대략 50cm정도 굴착한 후, 강관을 굴착된 깊이만큼 압입, 추진하는 과정을 반복하게 되는데, 지반이 연약지반이거나 토사인 경우, 작업자가 굴착한 지반이 붕괴되거나 침하될 우려가 있었으며, 이로 인하여 작업자가 안전사고를 당하게 될 우려가 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 선단 압입장치가 있다.

예를 들어 종래 기술에 의한 강관루프 구조체의 선단 압입장치는, 도 1과 도 2에서 보이는 것처럼, 강관(1)들의 선단측 상부를 덮도록 호형으로 이루어지되, 이동수단(2)에 의해 일정간격만큼 전,후진이 가능하도록 강관(1)들의 선단측 상부에 설치됨으로써, 강관(1)을 일정깊이씩 지중에 압입, 추진하고자 지반을 일정깊이만큼 굴착할 경우, 굴착한 지반의 상부가 침하나 붕괴되는 것을 예방하여 안전사고를 방지하도록 하는 선단 압입부재(3)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 종래 기술에 의하면, 강관루프 구조체를 이루는 강관을 지중에 일정깊이씩 압입,추진하고자 작업자가 강관 내부에서 지중을 일정깊이씩 굴착할 경우, 굴착하는 지중의 상부가 선단 압입장치에 의해 덮여짐으로써, 지반의 붕괴나 침하에 따라 작업자가 안전사고를 당할 우려가 불식되는 효과가 있다.

그러나, 종래 기술에 의한 강관루프 구조체의 선단 압입장치에 따르면, 선단 압입부재(3)가 강관(1)의 외주면에 배치되기 때문에 강관(1)과 선단 압입부재(3)간에 두께의 차이가 발생된다. 즉, 선단 압입부재(3)가 굴착한 부분을 강관(1)이 뒤따르기 때문에 강관(1)과 강관(1) 상부의 지반 사이에 공간(선단 압입부재(3)의 두께 이상)이 형성되어 결국 지반이 침하하는 문제점을 유발한다.

그리고, 종래 강관루프 구조체의 선단 압입장치는 지중에 매설되는 강관(1)을 이용한 것으로, 지중을 관통한 후 강관(1)에서 절단된다. 따라서, 선단 압입장치의 재사용이 어려운 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강관루프 구조체를 원활하게 압입함은 물론 지반이 침하하지 않도록 한 강관루프 구조체의 선단 압입장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 목적은 지중에 매설되는 강관과 분해 조립이 용이하도록 구성되어 지중을 관통한 후 강관에서 분해되어 재사용되도록 하려는데 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 강관루프 구조체의 선단 압입장치는, 횡단할 도로나 지장물의 양측에 작업구를 설치한 후 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 순차적으로 압입 설치되는 강관의 선단부에 연결되어 지반을 굴착하는 것으로, 상기 강관의 외경과 동일한 외경으로 이루어지는 본체, 상기 본체의 선단 둘레부에 타구간보다 오목하게 형성되는 가이드부, 상기 본체의 후방에 형성되며 상기 강관에 연결되는 연결부로 구성된 추진 지지관과; 상기 추진 지지관의 가이드부에 상기 지지부의 지지를 받아 장착되는 곡선형 단면의 굴착구와; 그리고, 상기 굴착구를 전후진시켜 지반을 굴착토록 하는 액추에이터를 포함하고, 상기 가이드부는 상기 추진 지지관 본체의 일부분이 절개되어 형성된 공간인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 강관루프 구조체의 선단 압입장치에 의하면, 선단 굴착구가 강관의 외경과 동일한 추진 지지관의 표면보다 돌출되지 않기 때문에 추진 지지관과 지반 사이에 턱이 형성되지 않으므로 강관이 추진 지지관을 따라 압입될 때 강관과 지반 사이에 틈이 형성되지 않으며, 결국 지반의 침하가 일어나지 않는다.

그리고, 선단 압입관은 추진을 위한 선행 구조물로서만 사용되며, 강관과 끼움식으로 연결되어 지중을 관통한 후 후행하는 강관에서 쉽게 분리되기 때문에 다른 강관의 추진시 강관의 선단부에 끼워 재사용할 수 있으므로 시공 원가를 절감할 수 있다.

도 3 내지 도 5에서 보이는 것처럼, 본 발명에 의한 강관 루프 구조체의 선단 압입장치(100)는, 횡단할 도로나 지장물의 양측에 작업구를 설치한 후 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 순차적으로 압입 설치되는 강관(1)(도면에는 3개의 강관이 용접 등으로 결합된 것으로 도시하였으나, 이는 일 예를 도시한 것일 뿐이다)의 선단부에 장착되어 지반을 굴착하는 것으로, 추진 지지관(10), 굴착구(20) 및 액추에이터(30)로 이루어진다.

추진 지지관(10)은 강관(1)의 앞쪽에 결합된 상태에서 강관(1)의 외주면과 턱이 생기지 않도록 즉, 동일한 외경 및 형상으로 형성된다. 여기서, 추진 지지관(10)은 외경이 강관(1)의 외경과 동일한 것이면 내경이 강관(1)의 내경과 다르더 라도 무관할 것이다. 이와 같은 기능의 추진 지지관(10)은 본체(11), 본체(11)의 앞쪽에 타구간보다 돌출되지 않도록 오목한 형태로 형성되는 곡선형 가이드부(12), 본체(11)의 후방쪽에 돌출 형성되며 후행하는 강관(1)과 연결되는 연결부(13)로 구성된다.

본체(11)는 강관(1)과 동일한 형태 및 외경이 동일한 관형이다.

가이드부(12)는 본체(11)의 일부가 절개된 형태일 수 있으며, 굴착구(20)를 저부에서 지지할 수 있도록 지지부(14)가 형성된다.

지지부(14)는 굴착구(20)를 지지할 수 있는 모든 형태와 구조, 바람직하게 곡선형 단면이 가능하며, 자재의 사용을 줄일 수 있도록 본체(11)에서 절개된 것이 사용될 수 있다. 도 6에서 보이는 것처럼, 지지부(14)는 추진 지지관(10)의 본체(11)에서 양측의 절개선이 본체(11)의 중심과 일치되도록 경사지게 절개되어 외측간의 직선 거리가 가이드부(12)의 내측간의 직선거리보다 길게 형성됨으로써 좌우 양측이 가이드부(12)의 저부에 겹쳐지므로 용접 결합이 가능하다.

지지부(14)는 굴착구(20)에 의한 굴착시 흙이 떨어지더라도 흙에 의해 굴착구(20)의 전후진을 방해하지 않도록 하나 이상의 배출공(14a)이 형성된다.

지지부(14)는 흙의 배출이 원활하면서 굴착구(20)를 지지할 수 있는 단면만 유지할 것이며, 배출공(14a)은 이를 감안하여 적절한 단면과 수량 및 형상이 결정된다.

연결부(13)는 후행하는 강관(1)의 내부에 삽입되도록 본체(11)의 후방에 단차지게 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 연결부(13)가 강관(1)의 표면보다 돌 출되면 이로 인한 침하가 발생될 것이기 때문이다.

연결부(13)는 예컨대 원형단면이면서 후행하는 강관(1) 내부에 끼워질 수 있는 직경으로 이루어진다.

강관(1)은 후방에서 전방으로 추진되는 것이기 때문에 강관(1)의 선단부가 본체(11)와 연결부(13) 사이의 턱에만 지지되어도 강관(1)이 추진될 때 압입장치(100)가 전방으로 추진될 수 있으므로 연결부(13)는 별도의 고정수단이 부가 적용되지 않아도 된다.

굴착구(20)는 가이드부(12)의 곡률과 동일한 호 형상이며 가이드부(12)에 안착된 상태에서 본체(11)의 표면보다 돌출되지 않는 두께로 이루어져, 가이드부(12)에 전후진 가능하게 장착된다. 굴착구(20)는 액추에이터(30)에 의해 장착되며 이는 액추에이터(30)의 설명시 구체화하였다.

굴착구(20)는 굴착 효율을 높이기 위하여 선단부에 돌출형 비트(21)가 형성될 수 있다.

액추에이터(30)는 굴착구(20)를 전진(또는 전후진)시켜 굴착구(20)에 의해 굴착이 이루어지도록 하는 것으로, 추진 지지관(10)의 내주면에 분리 가능하게 장착되며 외부(지상)로부터 유체(오일, 에어)를 공급받아 굴착구(20)에 연결된 로드(31)가 인출되어 굴착구(10)를 전진시킨다. 액추에이터(30)는 추진 지지관(10)의 내부에 삽입되어 있으면서 몸체는 추진 지지관(10)에 고정되고 로드(31)는 굴착구(20)의 저부에 고정되어 굴착구(20)를 전후진시킨다. 즉, 굴착구(20)의 외부에는 흙이 있고 굴착구(20)는 액추에이터(20)에 의해 지지부(14)측으로 지지되기 때문에 가이드부(12)에서 이탈하지 않는다.

액추에이터(30)는 통상적인 배관으로 유압탱크와 연결되어 있으며, 전기적 신호에 의해 유압탱크의 유체가 공급되거나 또는 내부의 유체가 유압탱크로 배출되도록 구성되어 있다.

따라서, 전기적 신호를 입력하여 유압탱크의 유체가 액추에이터(30)로 공급되도록 하면, 액추에이터(30)의 로드(31)가 신장되고, 이에 따라 로드(31)의 선단과 연결된 굴착구(20)가 전진하게 된다.

이와 같은 구성의 선단 압입장치(100)는 강관(1)의 형태와 수량에 따라 달라지는 것이며, 도면에서는 강관(1)이 2개의 강관(1a,1b)과 곡선형 연결부재(1c)에 의해 형성된 것으로 예시되어 추진 지지관(10)도 동일한 형태로 이루어진 것이다.

즉, 강관(1)과 추진 지지관(10)은 각각 하나씩만 구성될 수도 있고, 2개, 3개 등 다양한 수량과 다양한 형태로 이루어질 수 있는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 강관루프 구조체의 선단 압입장치의 작동은 다음과 같다.

도 7a 내지 7e에서 보이는 것처럼, 강관루프 구조체의 추진 구역 앞에 선단 압입장치(100)를 배치한다. 이때, 굴착구(20)의 굴착시 추진 지지관(10)이 후방으로 밀리지 않도록 추진 지지관(10)의 후방에는 받침시설이 갖추어진다.

액추에이터(30)에 유체를 공급하면 로드(31)가 신장되면서 굴착구(20)가 전진하여 지중을 굴착한다. 굴착구(20)의 굴착시 추진 지지관(10)은 전진하지 않고 정지 상태이다.

굴착구(20)가 전진하면 일부 흙이 가이드부(12)에 떨어지며 이 흙은 배출공(12a)을 통해 본체(11) 내부에 유입되어 가이드부(12)에는 흙이 없으므로 굴착구(20)는 방해를 받지 않고 전후진할 수 있다.

이어서, 추진 지지관(10)을 추진기 등을 통해 전진시키면 추진 지지관(10)은 전진하게 된다.

굴착구(20)는 추진 지지관(10)의 표면에서 돌출되지 않기 때문에 추진 지지관(10)과 지반의 사이에는 틈이 존재하지 않으므로 지반의 침하가 일어나지 않는다.

이와 같은 방법으로 굴착구(20)를 통해 지반을 굴착하면서 추진 지지관(10)을 지중에 압입한다.

추진 지지관(10)의 압입이 완료되면 추진 지지관(10)의 연결부(13)에 강관(1)을 끼워 전술한 것처럼, 추진 지지관(10)을 지중에 추진하면서 강관(1)을 압입한다. 강관(1)의 압입시 강관(1)의 선단부가 추진 지지관(10)의 본체(11)와 연결부(13) 사이의 턱에 지지되어 추진 지지관(10)은 자연스럽게 전진한다.

강관(1)은 구조물의 설계에 따라 다수개가 연쇄적으로 연결된다.

이와 같은 공정에 의해 굴착구(20)가 지중을 통과하면 압입장치(100)의 사용이 완료된 것이고 이 후부터는 강관(1)의 추진만 이루어질 것이므로 강관(1)을 전방으로 추진한다.

도 7e와 같이 가장 앞쪽의 강관(1)이 지중의 출구측에 도달하면 추진 지지관(10)을 강관(1)에서 분리한다. 추진 지지관(10)의 연결부(13)는 강관(1)에 단순히 끼워진 것이기 때문에 추진 지지관(10)을 앞쪽으로 당기면 자연스럽게 강관(1)에서 분리된다.

도 1은 종래 기술에 의한 강관 루프 구조체의 선단 압입장치의 사시도.

도 2는 종래 기술에 의한 강관 루프 구조체의 선단 압입장치의 작동을 보인 측면도.

도 3은 본 발명에 의한 강관 루프 구조체의 선단 압입장치의 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 강관 루프 구조체의 선단 압입장치의 정면도.

도 5는 본 발명에 의한 강관 루프 구조체의 선단 압입장치의 측면도.

도 6은 본 발명에 의한 강관 루프 구조체의 선단 압입장치에 적용된 가이드부의 제조 공정도.

도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 의한 강관 루프 구조체의 선단 압입장치를 이용한 강관 루프 구조체의 시공 공정도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 강관, 10 : 추진 지지관

11 : 본체, 12 : 가이드부

13 : 연결부, 14 : 지지부

20 : 굴착구, 30 : 액추에이터

Claims (4)

1. 횡단할 도로나 지장물의 양측에 작업구를 설치한 후 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 순차적으로 압입 설치되는 강관의 선단부에 연결되어 지반을 굴착하는 것으로,

   상기 강관의 외경과 동일한 외경으로 이루어지는 본체(11), 상기 본체의 선단 둘레부에 타구간보다 오목하게 형성되는 가이드부(12), 원형 단면이면서 상기 본체의 후방에 연장 형성되어 상기 강관의 내부에 끼워 연결되는 연결부(13), 하나 이상의 배출공(14a)이 형성된 곡선형 단면이며 상기 가이드부의 저부에 용접 결합되는 지지부(14)로 구성된 추진 지지관(10)과;

   상기 추진 지지관의 상기 지지부의 지지를 받아 장착되는 곡선형 단면의 굴착구(20)와; 그리고,

   상기 굴착구를 전후진시켜 지반을 굴착토록 하는 액추에이터(30)를 포함하고,

   상기 가이드부는 상기 추진 지지관의 본체에 일부분이 절개되어 형성된 공간이며, 상기 굴착구는 상기 가이드부에 상기 추진 지지관의 표면보다 돌출되지 않도록 설치되는 것을 특징으로 하는 강관 루프 구조체의 선단 압입장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 지지부는 상기 추진 지지관의 본체에서 양측의 절개선이 상기 본체의 중심과 일치되도록 경사지게 절개되어 외측간의 직선 거리가 상기 가이드부의 내측간의 직선거리보다 길게 형성된 것을 특징으로 하는 강관 루프 구조체의 선단 압입장치.
4. 삭제

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