KR101023154B1 - 레이저를 이용한 대형구조물의 해체방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 대형구조물의 해체방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저를 이용해 대형구조물을 소정길이 단위로 반복 커팅해서 절단하여 해체하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 대형구조물의 해체방법은, 레이저 노즐을 이동하면서 대형구조물의 외주면에 레이저빔을 조사하여 제1방향과, 그 제1방향과 교차되는 제2방향으로 다수의 제1커팅라인을 소정 깊이만큼 교차되게 형성하여 대형구조물의 표면을 소정 깊이만큼 잘게 조각내고, 그 조각에 충격을 주어 대형구조물에서 분리한 다음 분리된 조각을 수거하여 절단홈을 형성하며, 상기 절단홈에 노즐을 삽입한 상태에서 상기한 공정을 반복 수행하여 절단홈 내측으로 또 다른 절단홈을 레이저빔의 1회 조사만으로 대형구조물의 비절단 부위를 절단할 수 있을 때까지 반복 형성하되, 상기 절단홈에 노즐을 삽입하여 1회 조사만으로 대형구조물의 비절단 부위를 완전히 절단하여 해체한다.

레이저, 대형구조물, 해체, 절단홈, 유효 커팅거리

Description

레이저를 이용한 대형구조물의 해체방법 {Large Structure Pulling Down Method Using Laser}

본 발명은 레이저를 이용한 대형구조물의 해체방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저를 이용해 대형구조물을 소정길이 단위로 반복 커팅해서 절단하여 해체하는 방법에 관한 것이다.

최근에는 다리의 교각, 탑, 기초 바닥, 터널, 옹벽과 같은 대형구조물의 해체 방법으로 다이아몬드 와이어쏘(wire saw) 공법을 이용하는 것이 주목받고 있다.

이 다이아몬드 와이어쏘 공법은 일련의 가이드를 이용하여 다이아몬드가 박힌 와이어를 대형구조물에 걸고 구동장치로 고속회전시켜 와이어에 장력을 주어 대형구조물을 절단하는 기술이다.

상기한 바와 같은 다이아몬드 와이어쏘 공법은 전천후 시공과 무진동 저소음 등의 장점이 있지만, 절단시에 많은 열과 분진이 발생하여, 이를 방지하기 위해 다량의 작업수를 사용하여 와이어쏘를 냉각시켜야 하며, 이와 같이 와이어쏘 냉각을 위해 작업수를 사용하기 때문에 작업수 처리를 위한 별도의 시설이 필요한 문제가 있다.

둘째, 구조물을 절단하면서 발생되는 슬러지가 작업수와 함께 하천 등으로 유입되어 구조물 절단에 따라 발생되는 슬러지로 인하여 하천이 오염되어 생태계를 파괴하는 심각한 환경 오염 문제가 있다.

한편, 각종 구조물의 절단용으로 최근 레이저빔 절단이 각광받고 있으나, 레이저빔에 의한 절단의 경우, 현재의 기술상 레이저빔의 조사 거리가 최대 30cm를 넘지 못하는 관계로 절단될 구조물의 두께가 60cm를 넘게 되면 절단이 불가능한 것으로 알려져 있으며, 이 때문에 두께가 1m이상 되는 다리 교각 등의 대형 구조물의 경우 레이저빔에 의한 절단이 불가능한 것으로 당업계에 인식되어져 왔다.

이와 같은 이유는 레이저빔에 의한 절단폭은 매우 미세한데 비해 레이저빔을 조사하는 레이저 노즐은 절단폭에 비해 엄청 큰 크기를 가지므로 레이저 노즐의 크기 때문에 구조물의 두께에 제한을 받게 된 데 기인한 한계였다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 레이저를 이용해 대형구조물을 소정길이 단위로 반복 커팅해서 절단하여 해체함으로써, 절단시에 많은 열과 분진이 발생하지 않고, 냉각을 위해 다량의 작업수를 사용하지 않아도 되며, 또한 작업수 처리를 위한 별도의 시설이 필요하지 않은 레이저를 이용한 대형구조물의 해체방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 레이저에 의해 구조물을 절단하기 때문에 절단시 발생되는 슬러지의 양이 종래보다 현저히 감소되어 하천 오염을 방지할 수 있는 레이저를 이용한 대형구조물의 해체방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저를 이용한 대형구조물의 해체방법은, Ⅰ) 대형구조물의 외주면에 레이저 노즐을 근접시킨 상태에서 노즐을 이동하면서 대형구조물의 외주면에 레이저빔을 조사하여 제1방향으로 적어도 상하 2개이며, 상기 레이저 노즐의 삽입을 허용하는 간격을 가지도록 제1커팅라인을 소정 깊이만큼 형성하고, 상기 상하의 제1커팅라인 사이의 외주면에 제1커팅라인과 교차되도록 노즐을 이동하면서 레이저빔을 조사하여 제1방향과 교차되는 제2방향으로 다수의 제2커팅라인을 소정 깊이만큼 형성하여 대형구조물의 표면을 소정 깊이만큼 잘게 조각내며, 그 조각에 충격을 주어 대형구조물에서 분리한 다음 분리된 조각을 수거하여 상기 레이저 노즐의 삽입을 허용하도록 상하로 소정의 폭과 소정 깊이를 가지는 절단홈을 형성하는 절단홈 형성 공정과;

Ⅱ) 상기 절단홈 형성 공정을 통해 상기 절단홈 내측 부위의 대형구조물의 비절단 부위의 두께가 1회 레이저빔 유효 커팅거리보다 크게 남아 있게 된 경우 상기 절단홈으로 노즐을 삽입하여 절단홈 형성 공정을 반복하여 실행하는 절단홈 반복 형성 공정과;

Ⅲ) 상기 절단홈 형성 공정 또는 상기 절단홈 반복 형성 공정을 실시한 결과 상기 절단홈 내측 부위의 대형구조물의 비절단 부위의 두께가 1회 레이저빔 유효 커팅거리보다 작게 남아 있게 된 경우, 상기 절단홈으로 노즐을 삽입하여 대형구조물의 비절단부의 외주면에 노즐을 근접시킨 상태에서 절단홈을 따라 이동하면서 레이저빔을 조사하여 제1방향으로 한개의 커팅라인을 통해 완전히 절단하는 절단 완료 공정을;

포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제 해결 수단에 의하면, 절단시에 많은 열과 분진이 발생하지 않고, 냉각을 위해 다량의 작업수를 사용하지 않아도 되며, 또한 작업수 처리를 위한 별도의 시설이 필요하지 않을 뿐만 아니라, 절단시 발생되는 슬러지의 양이 종래보다 현저히 감소되어 하천 오염을 방지할 수 있다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 대형구조물의 해체 방법을 나타내는 순서도이고, 도 2a 내지 도 2c는 도 1에 나타낸 제1절단홈 형성공정의 사시도이다.

본 발명의 해체 방법에 적용되는 레이저 절단기는 공지된 것으로, 레이저를 발생시키는 물질을 이용해 수 ㎛ 파장대의 빔(beam)을 발생하고, 이 레이저빔을 끝단부에 형성된 노즐을 통해 피절단체에 조사하여 절단한다.

이때 1회의 조사에 의한 레이저빔에 유효 커팅거리는 최대 30cm이기 때문에 두께가 60cm 이상인 대형구조물, 예를 들면 통상 두께가 1m 이상인 교각 등인 경우에는 1회의 커팅으로 완전히 절단할 수 없어 본 발명에서는 아래의 방법으로 대형구조물을 절단해서 해체한다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 해체하고자 하는 대형구조물(10)에 노즐(20)을 근접시킨 상태에서 노즐(20)을 이동하면서 대형구조물(10)의 외주면(18)에 레이저빔을 조사하되, 이격거리를 두고 최소 상하 2회를 조사하여 대형구조물(10)에 제1방향(수평방향을 의미한다)으로 다수의 제1커팅라인(12)을 소정 깊이(t)만큼 형성한다(S102).

이때 최상부의 제1커팅라인(12)과 최하부의 제1커팅라인(12) 사이의 수직거리(h)는 노즐(20)의 사이즈보다 크게 하여, 이후 형성된 제1절단홈(10a)에 노즐(20)을 삽입하여 레이저빔을 조사할 수 있도록 한다.

다음 도 2b에 도시된 바와 같이 최상부의 제1커팅라인(12)과 최하부의 커팅라인(12) 사이의 대형구조물(10)의 외주면(18)에 제1커팅라인(12)과 직각으로 교차되도록 노즐(20)을 이동하면서 레이저빔을 조사하되, 이격거리를 두고 대형구조 물(10)의 전체 둘레에 걸쳐 조사하여 대형구조물(10)에 제1방향과 교차되는 제2방향(이하 수직 또는 지그재그를 포함하는 사선방향을 의미한다)으로 다수의 제2커팅라인(14a)을 소정 깊이만큼 형성한다(S104).

또는 2c에 도시된 바와 같이 최상부의 제1커팅라인(12)과 최하부의 커팅라인(12) 사이의 대형구조물(10)의 외주면(18)에 제1커팅라인(12)과 사선 방향으로 엇갈리게 교차되도록 노즐(20)을 이동하면서 레이저빔을 조사하되, 지그재그식으로 연속 조사하여 대형구조물(10)에 제1방향과 엇갈리게 교차되는 제2방향으로 제2커팅라인(14b)을 소정 깊이만큼 지그재그식으로 형성한다(S104).

도 2b에 의해서는 수직의 제2커팅라인(14a)이 좌우 이격거리를 두고 형성되고, 도 2c에서는 지그재그의 제2커팅라인(14b)이 연속되게 형성된다.

이와 같이 대형구조물(10)에 교차되게 형성된 제1커팅라인(12)과 제2커팅라인(14a,14b)에 의해 대형구조물(10)의 표면은 소정 깊이(t)만큼 잘게 조각(16a,16b)난 상태가 된다.

다음 상기 조각(16a,16b)에 충격을 주어 대형구조물(10)에서 분리한 다음 분리된 조각을 수거하면, 대형구조물(10)에 제1방향으로 상하 소정 폭(h)과 소정 깊이(t)를 가지는 제1절단홈(10a) 형성 공정이 완료된다(S106).

상기 제1절단홈(10a) 내측 부위의 대형구조물(10)의 비절단 상태로 남아있는 중심부의 두께가 1회 레이저빔 유효 커팅거리(2t)보다 작은 경우(S108), 이때는 내측으로 이동한 대형구조물(10)의 외주면(18a)의 둘레를 따라 이동하는 레이저빔의 1회 조사만으로도 절단할 수 있으므로, 상기 제1절단홈(10a)으로 노즐(20)을 삽입 하여 제1절단홈(10a)을 따라 이동하면서 단지 1회의 레이저빔만을 조사하여 대형구조물(10)을 제1방향으로 완전히 절단하는 절단 완료 공정을 실시한다(S116).

이 공정에서는 절단된 상부 몸체를 안정적으로 기중기로 고정, 거치시켜야 한다.

마지막으로, 구조물 이송공정(S118)은 상기한 절단 완료 공정(S116) 후에 시행하며, 기중기에 의해 고정 지지된 절단된 대형구조물(10)의 절단된 상부 몸체를 차량에 실어 소정의 장소로 이송시키며, 계속해서 차량으로 이송시킬 수 있을 만한 크기 만큼 절단 공정을 계속 실시하여 마지막으로 밑둥까지 잘라내어 이송하면 구조물의 해체작업은 완료된다.

한편, 상기 제1절단홈(10a) 내측 부위의 대형구조물(10)의 비절단 부위의 두께가 1회 레이저빔 유효 커팅거리(2t)보다 큰 경우(S108), 이때는 대형구조물(10)의 비절단부 외주면(18a) 둘레를 따라 이동하는 레이저빔의 1회 조사로 절단할 수 없으므로, 제1절단홈(10a)으로 노즐(20)을 삽입하여 제1절단홈(10a) 안쪽에 다시 제2절단홈(10b)을 형성하게 되는 데, 이는 상기 제1절단홈 형성 공정을 반복 실시하는 절단홈 반복 형성 공정이다.

즉, 도 3과 같이 제1절단홈(10a)에 노즐(20)을 삽입하여 나머지 대형구조물(10)의 둘레 즉 외주면(18a)에 노즐(20)을 근접시킨 상태에서 이동하면서 레이저빔을 조사하되, 상하 폭 사이로 노즐(20)의 삽입을 허용토록 이격거리를 두고 2회 이상 복수회 조사하여 대형구조물(10)의 비절단 부위에 제1방향으로 다수의 제3커팅라인을 소정 깊이만큼 형성한다(S110).

다음 제1절단홈(10a)에 삽입된 노즐(20)을 제3커팅라인과 직각으로 교차되도록 이동하면서 레이저빔을 조사하되, 이격거리를 두고 수회 조사하여 나머지 대형구조물(10)에 제1방향과 직각 교차되는 제2방향으로 다수의 제4커팅라인을 소정 깊이만큼 형성한다(S112).

또는 제1절단홈(10a)에 삽입된 노즐(20)을 S110 공정에 형성된 제3커팅라인과 사선 방향으로 엇갈리게 교차되도록 이동하면서 레이저빔을 조사하되, 지그재그식으로 연속 조사하여 상기 대형구조물(10)의 비절단 부위에 제1방향과 엇갈리게 교차되는 제2방향으로 제4커팅라인을 소정 깊이만큼 지그재그식으로 형성한다(S112).

이와 같이 제1절단홈(10a) 내측으로 교차되게 형성된 제3커팅라인과 제4커팅라인에 의해 제1절단홈(10a) 내측의 나머지 대형구조물(10)의 표면은 소정 깊이만큼 잘게 조각난 상태가 된다

다음 상기 조각에 충격을 주어 대형구조물(10)에서 분리한 다음 분리된 조각을 수거하면, 대형구조물(10)에 제1절단홈(10a) 안쪽으로 제2절단홈(10b)이 형성된다(S114)(도 4 참조).

그 결과 상기 제2절단홈(10b)이 형성된 대형구조물(10)의 나머지 비절단부의 두께가 1회 레이저빔 유효 커팅거리(2t)보다 작은 경우에는 상기 S116 공정을 수행하고, 큰 경우에는 도 4와 같이 제2절단홈(10b)에 노즐을 삽입한 상태에서 상기 S110 ~ 114 공정을 수행하여 제3절단홈을 형성하는데, 이 공정은 사실상 상기 제1절단홈 형성 공정 또는 절단홈 반복 형성 공정과 같은 방법을 반복하여 실시하는 공정이다.

따라서 이러한 공정은 절단홈 내측의 대형구조물(10)의 비절단 상태로 남아있는 두께가 1회 레이저빔 유효 커팅거리보다 작을 때까지 반복 수행하며, 이에 따라, 절단이 시작되는 대형구조물(10)의 외주면은 18→18a→18b 순으로 점차 내부로 옮겨간다.

대형구조물(10)은 레이저빔의 1회 조사로 완전히 절단할 수 없으므로 본 발명은 노즐(20)을 삽입하여 레이저빔을 조사할 수 있도록 대형구조물(10)에 소정 깊이와 상하 폭을 갖는 절단홈을 반복 형성한 후, 마지막에 레이저빔의 1회 조사로 대형구조물(10)을 완전 절단하게 되는 것이다.

이상에서는 제1방향으로 수평방향을, 제2방향으로 수직이나 지그재그 방향을 예를 들어 설명하였으나, 대형구조물(10)을 수직으로 절단하고자 하는 경우에는 제1방향으로 수직방향을, 제2방향으로 수평이나 지그재그 방향으로 할 수도 있다.

이와 같은 작업은 교각의 예를 들면 교각 한개의 총 중량이 20t이라 가정하고, 차량 한대가 40t의 중량을 실어 날을 수 있다면, 교각은 높이 방향으로 5등분하여 절단하는 작업을 상측에서 하측 순으로 작업하게 되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 대형구조물의 해체 방법을 나타내는 순서도,

도 2a 내지 도 2c는 도 1에 나타낸 제1절단홈 형성공정의 사시도,

도 3과 도 4는 도 1에 나타낸 제2,3절단홈 형성공정에서 노즐 위치를 나타내는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 대형구조물 10a,10b: 절단홈

12,14: 커팅라인 16: 조각

18,18a,18b: 외주면 20: 노즐

Claims (3)

1. Ⅰ) 대형구조물의 외주면에 레이저 노즐을 근접시킨 상태에서 노즐을 이동하면서 대형구조물의 외주면에 레이저빔을 조사하여 제1방향으로 적어도 상하 2개이며, 상기 레이저 노즐의 삽입을 허용하는 상하 간격을 가지도록 제1커팅라인을 소정 깊이만큼 형성하고, 상기 상하의 제1커팅라인 사이의 외주면에 제1커팅라인과 교차되도록 노즐을 이동하면서 레이저빔을 조사하여 제1방향과 교차되는 제2방향으로 다수의 제2커팅라인을 소정 깊이만큼 형성하여 대형구조물의 표면을 소정 깊이만큼 잘게 조각내며, 그 조각에 충격을 주어 대형구조물에서 분리한 다음 분리된 조각을 수거하여 상기 레이저 노즐의 삽입을 허용하도록 상하로 소정의 폭과 소정 깊이를 가지는 절단홈을 형성하는 절단홈 형성 공정과;

   Ⅱ) 상기 절단홈 형성 공정을 통해 상기 절단홈 내측 부위의 대형구조물의 비절단 부위의 두께가 1회 레이저빔 유효 커팅거리보다 크게 남아 있게 된 경우 상기 절단홈으로 노즐을 삽입하여 상기 절단홈 형성 공정을 반복하여 실행함으로써 다시 상기 노즐이 삽입 가능한 상태의 절단홈을 형성하는 절단홈 반복 형성 공정과;

   Ⅲ) 상기 절단홈 형성 공정 또는 상기 절단홈 반복 형성 공정을 실시한 결과 상기 절단홈 내측 부위의 대형구조물의 비절단 부위의 두께가 1회 레이저빔 유효 커팅거리보다 작게 남아 있게 된 경우, 상기 절단홈으로 노즐을 삽입하여 대형구조물의 비절단부의 외주면에 노즐을 근접시킨 상태에서 절단홈을 따라 이동하면서 레이저빔을 조사하여 제1방향으로 한개의 커팅라인을 통해 완전히 절단하는 절단 완료 공정을;

   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대형구조물의 해체방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1방향은 수평방향으로 형성되고, 제2방향은 제1방향과 직각으로 교차되도록 수직방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대형구조물의 해체방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1방향은 수평방향으로 형성되고, 제2방향은 제1방향과 엇갈리게 교차되도록 지그재그 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 대형구조물의 해체방법.

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