KR101177724B1 - 지반굴착장치를 이용한 암자갈층의 연직차수벽 구축공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반굴착장치를 이용한 암자갈층의 연직차수벽 구축공법에 관한 것으로, 동력원인 모터가 장착된 채 지상에 수직상으로 고정 설치된 리더를 따라 상,하로 왕복이동이 가능하게 설치되는 오거장치와, 상기 오거장치의 하단에 설치되어 모터의 회전동력을 전달하기 위한 복수의 기어들이 회전가능하게 장착되는 기어박스와, 상기 기어박스의 저부에 돌출되는 복수의 조인트 회전축과, 상기 조인트 회전축 각각의 상단에 설치되어 외부로부터 공급되는 시멘트풀을 조인트 회전축의 중심부에 형성된 시멘트풀통로로 주입하는 복수의 시멘트풀 공급용 스위벨과, 상기 조인트 회전축 각각의 하단에 형성된 조인트로부터 회전동력을 전달받을 수 있도록 수직상으로 연결됨과 동시에 상기한 시멘트풀통로에 연결되는 연결통로가 형성되어 있는 굴착롯드와, 상기 굴착롯드 각각의 하단에 장착되어 지반을 굴착하는 오거헤드를 포함하여 구성되는 지반굴착장치를 이용하여 지하연속벽체를 구축하는 연직차수벽 구축공법에 있어서, 상기 지반굴착장치는,
상기 조인트 회전축의 중심부를 관통하도록 형성된 시멘트풀통로의 주위에 이중관 구조로 형성되어 있는 공압통로로 공압을 주입하기 위하여 상기 시멘트풀 공급용 스위벨의 하측에 위치하도록 기어박스의 상면에 장착된 상태로 공압 공급용 스위벨이 형성되어 있으며,
상기 굴착롯드는 수직상으로 연결 조립되는 상측 굴착롯드 및 하측 굴착롯드로 구분되며, 상기한 상,하측 굴착롯드 각각의 회전축 외주에는 굴착되는 토사 및 파쇄된 돌멩이를 배토할 수 있도록 나선상으로 형성되는 나선형 스크류날개와, 상기 나선형 스크류날개의 나선방향을 향해 일정간격으로 나선형 스크류날개에서 돌출하는 길이를 갖는 복수의 막대형 교반날개가 일체로 결합된 상태로 형성되어 있으며,
상기 하측 굴착롯드의 회전축 내부에 장착되어 있는 해머드릴로 지하의 암층과 자갈층을 파쇄하면서 굴착되는 토사와 파쇄되는 돌멩이에 시멘트풀을 배출시켜서 상기한 시멘트풀이 고르게 혼합되는 토사와 돌멩이를 이용하여 지하에 연속벽체를 구축하도록 구성된 것을 특징으로 하는 발명이다.

Description

지반굴착장치를 이용한 암자갈층의 연직차수벽 구축공법{Rock socket-soil. cement. wall method}

본 발명은 지반굴착장치를 이용한 암자갈층의 연직차수벽 구축공법(Rock socket-soil. cement. wall method : RS-S.C.W)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굴착 대상 지반이 암반층 및 자갈층(이하 '암자갈층'이라 함)을 포함하고 있는 경우 상기한 암자갈층을 파쇄하면서 굴착할 때 굴착되는 토사 및 파쇄된 자갈 등을 일부 배토시키면서 굴착토록 하므로써 굴착공 속으로 압입되는 시멘트풀 등이 굴착되는 토사와 돌멩이에 고르게 혼합 교반되도록 하여 지하수의 침출을 차단하면서 지하연속벽체를 구축할 수 있도록 하며, 또한 토사와 돌멩이에 시멘트풀 등이 고르게 혼합되도록 하므로써 고른 강도를 갖는 지하연속벽체를 구축할 수 있도록 하는 지반굴착장치를 이용한 암자갈층의 연직차수벽 구축공법에 관한 것이다.

일반적으로 연약지반을 개량하거나 또는 지하에 침출수 차단기능을 가진 지하연속벽체를 시공하는 데에는 지반을 굴착하는 기능과, 굴착된 토사를 교반하는 기능, 그리고 교반되는 토사에 시멘트풀을 강제 주입시키는 기능을 가지고 있는 복수의 굴착롯드가 수직상으로 연결 조립되는 지반굴착장치를 이용하고 있다.

연약지반 개량공사 또는 지하연속벽체시공 등에 사용되는 굴착롯드는, 하단에는 지반을 굴착하는 오거헤드가 장착되어 있고, 외주면에는 원주방향으로 일정각도로 이격 설치되는 복수의 막대형 교반날개들이 상,하 일정높이로 다단상으로 설치되어 있거나 또는 나선상으로 형성된 스크류 교반날개가 형성되어 있으며, 굴착된 토사에 시멘트풀을 주입할 수 있도록 시멘트풀 주입통로가 마련되어 있는 것이 사용되고 있으며, 또한 암석이나 자갈이 많이 분포되어 있는 암자갈층을 굴착할 경우에는 해머드릴이 장착된 굴착롯드가 사용되고 있다.

상기와 같은 종래 기술의 굴착롯드는 지반을 굴착하는 오거헤드 주위로 배출되는 시멘트풀이 굴착되는 토사와 원활하게 혼합되지 못하고 오버플로우(over flow)되는 현상이 나타나게 되는데, 그 이유 중의 하나는 오거헤드에 의해 굴착된 토사가 상향으로 배토되지 않고 단순히 교반작용만 반복하게 되므로 시멘트풀이 스며들 수 있는 공간이 부족하기 때문에 계속해서 강제 주입되는 시멘트풀이 굴착 교반되는 토사와 원활하게 혼합되지 못하게 되며, 이로 인해 토사보다 가벼운 시멘트풀이 상측으로 이동하게 되는 오버플로우 현상이 나타나는 문제점이 발생하게 된다.

또한 해머드릴이 장착된 굴착롯드로 지반을 굴착함과 동시에 암층 및 자갈층을 해머드릴로 잘게 부서뜨리면서 시멘트풀을 주입하여 지반을 개량하거나 또는 지하연속벽체를 구축하고자 할 경우에는 상기한 해머드릴의 타격작동으로 잘게 부서진 돌멩이들이 토사와 함께 고르게 혼합되지 못하고 굴착공의 바닥에 집중되는 현상이 나타나는 문제점이 발생하게 된다. 그 이유 중의 하나는 앞에서 설명한바 있듯이 굴착롯드에 형성된 막대형 교반날개 또는 스크류 교반날개들이 굴착된 토사와 잘게 파쇄된 돌멩이를 교반 혼합할 때 토사에 비하여 상대적으로 무거운 돌멩이들은 중력에 의해 밑으로 내려가기 때문에 결과적으로 설정된 심도의 깊이까지 굴착작업을 완료하였을 때에는 잘게 파쇄된 돌멩이들이 굴착공의 바닥에 집중적으로 쌓여있게 되는 것이다.

종래 지반굴착장치에 다단상으로 연결 조립되는 3축의 굴착롯드를 이용하여 암층 및 자갈층이 있는 지반의 개량공사 또는 지하연속벽체 구축공사 등을 시공하고자 할 때에는 해머드릴이 장착된 굴착롯드를 사용하여 지반굴착작업을 진행하게 되는데, 이 경우 3축의 굴착롯드들 중 가운데 위치하는 1축의 굴착롯드에만 해머드릴을 장착하고 좌,우 양측에 위치하는 2축의 굴착롯드를 통해서는 시멘트풀을 강제 주입하는 방법과, 3축의 굴착롯드들 중 좌,우 양측에 위치하는 2축의 굴착롯드 각각에는 해머드릴을 장착하고 가운데 1축의 굴착롯드를 통해서는 시멘트풀을 주입하는 방법이 소개된 바 있다.

상기한 전자의 방법으로는 본원발명의 출원인에 의해 제안된 실용신안등록 제390760호(이하 "선행기술 1"이라 함)가 있다.

상기한 선행기술 1의 경우는 가운데 1축의 굴착롯드에 장착되어 있는 해머드릴의 타격작동으로 암층 및 자갈층을 파쇄할 수 있으므로 암자갈층이 형성되어 있는 지반의 굴착작동이 어느 정도 원활하게 진행될 수 있지만 좌,우 양측에 형성되어 있는 2축의 굴착롯드를 통해서 굴착되는 토사에 강제 주입되는 시멘트풀이 가운데 1축의 굴착롯드에 장착된 해머드릴에 의해 파쇄되는 돌멩이 및 굴착되는 토사에는 원활하게 혼합되지 않게 되므로 지하에 구축되는 지하연속벽체의 강도가 균일하지 못하게 된다는 것이 문제점으로 나타나고 있으며, 또한 상기 선행기술 1 역시 앞에서 설명한 바 있듯이 3축의 굴착롯드에는 교반날개들만 형성되어 있기 때문에 해머드릴에 의해 파쇄된 돌멩이들이 중력에 의해 굴착공의 바닥 쪽에 집중적으로 쌓이게 되는 문제점도 나타나게 된다.

상기한 후자의 방법으로는 특허등록 제497281호(이하 "선행기술 2"라 함)가 제안된 바 있다.

상기한 선행기술 2의 경우는 3축의 굴착롯드들 중 좌,우 양측에 위치하는 2축의 굴착롯드 각각에 해머드릴이 장착되어 있으며, 가운데 위치하는 1축의 굴착롯드를 통해서는 시멘트풀을 강제 주입하는 구조로 되어 있는바, 이러한 선행기술 2는 좌,우 양측 2축의 굴착롯드 각각에 장착된 해머드릴의 타격작동으로 암층 및 자갈층을 파쇄할 수 있으므로 전술한 선행기술 1에 비하여 암자갈층이 형성된 지반의 굴착작업을 원활하게 진행할 수 있도록 하는 장점이 있기는 하지만, 이 역시 가운데 위치한 1축의 굴착롯드를 통해 굴착되는 토사에 강제 주입되는 시멘트풀이 좌,우 양측 2축의 굴착롯드 각각에 장착된 해머드릴에 의해 파쇄되는 돌멩이 및 굴착되는 토사에 고르게 혼합되지 않게 되며, 이로 인해 지하에 구축되는 지하연속벽체의 강도가 균일하지 않게 되는 문제점이 나타나게 되며, 또한 상기한 선행기술 2의 각 굴착롯드에 형성된 스크류날개 역시 굴착된 토사 및 돌멩이를 교반하는 작용만 하게 될 뿐이어서 파쇄된 돌멩이들이 토사에 비해 무게가 무겁기 때문에 돌멩이들은 중력에 의해 굴착공의 바닥 쪽으로 집중되고 토사는 돌멩이들 위에 쌓이게 되는 좋지 못한 현상이 나타나게 된다. 또한 상기한 선행기술 2에서는 좌,우 양측에 위치하는 2축의 굴착롯드 각각에 장착된 해머드릴의 오거헤드(해머비트)는 단면이 원형으로 형성된 중심부에서 돌출하는 연장다리를 복수개 형성하는 구조로서 스크류 교반날개의 직경과 같은 넓은 범위를 타격할 수 있도록 하므로써 스크류 교반날개를 보호할 수 있다고 기재되어 있으나, 이러한 선행기술 2와 같이 오거헤드(해머비트)의 중심부에서 외측으로 돌출된 연장다리는 오거헤드(해머비트)의 회전작동을 방해하는 요인이 되어 해머드릴의 원활한 회전작동 및 타격작동을 기대하기 어렵다는 것이 단점으로 지적되고 있다. 왜냐하면, 오거헤드(해머비트)가 타격하는 위치에 중심부에서 돌출된 연장다리는 타격위치에서 벗어나 회전하는 방향에 암층 또는 자갈층이 돌출되어 있을 경우에는 그 돌출물에 걸리게 되어 회전하지 못하게 되는 현상이 나타나기 때문이다. 따라서 국내에서 시공되고 있는 연약지반개량공사 내지 지하연속벽체시공 공사현장에서는 상기한 선행기술 2의 장치가 사용되지 않고 있는 실정이다.

(특허문헌) 실용신안등록 제20-0390760호

(특허문헌) 특허 제10-0497281호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서 나타나는 제반 문제를 감안하여 제안된 것으로, 굴착롯드를 개량하여 오거헤드에서 굴착되는 토사 및 돌멩이의 일부를 배토하는 작용으로 굴착롯드 하단으로 배출되는 시멘트풀 등을 굴착되는 토사 및 돌멩이와 고르게 혼합할 수 있도록 하며, 또한 3축의 굴착롯드 각각에 모두 해머드릴을 장착하여 암층 및 자갈층이 많은 지반을 굴착하면서 시멘트풀 등을 동시에 강제 주입할 수 있도록 하므로써 지하수가 많은 암자갈층 지반을 설정된 깊이(대략 30～60mm 정도)의 심도까지 굴착되는 토사와 돌멩이에 시멘트풀 및 약품을 고르게 혼합시킬 수 있게 되어 침출수를 차단할 수 있고 균일한 강도를 갖는 지하연속벽체를 구축할 수 있도록 하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 구현하기 위한 수단으로서,

동력원인 모터가 장착된 채 지상에 수직상으로 고정 설치된 리더를 따라 상,하로 왕복이동이 가능하게 설치되는 오거장치와, 상기 오거장치의 하단에 설치되어 모터의 회전동력을 전달하기 위한 복수의 기어들이 회전가능하게 장착되는 기어박스와, 상기 기어박스의 저부에 돌출되는 복수의 조인트 회전축과, 상기 조인트 회전축 각각의 상단에 설치되어 외부로부터 공급되는 시멘트풀을 조인트 회전축의 중심부에 형성된 시멘트풀통로로 주입하는 복수의 시멘트풀 공급용 스위벨과, 상기 조인트 회전축 각각의 하단에 형성된 조인트로부터 회전동력을 전달받을 수 있도록 수직상으로 연결됨과 동시에 상기한 시멘트풀통로에 연결되는 연결통로가 형성되어 있는 굴착롯드와, 상기 굴착롯드 각각의 하단에 장착되어 지반을 굴착하는 오거헤드를 포함하여 구성되는 지반굴착장치를 이용하여 지하연속벽체를 구축하는 연직차수벽 구축공법에 있어서,

상기 지반굴착장치는,

상기 조인트 회전축의 중심부를 관통하도록 형성된 시멘트풀통로의 주위에 이중관 구조로 형성되어 있는 공압통로로 공압을 주입하기 위하여 상기 시멘트풀 공급용 스위벨의 하측에 위치하도록 기어박스의 상면에 장착된 상태로 공압 공급용 스위벨이 형성되어 있으며,

상기 굴착롯드는 수직상으로 연결 조립되는 상측 굴착롯드 및 하측 굴착롯드로 구분되며, 상기한 상,하측 굴착롯드 각각의 회전축 외주에는 굴착되는 토사 및 파쇄된 돌멩이를 배토할 수 있도록 나선상으로 형성되는 나선형 스크류날개와, 상기 나선형 스크류날개의 나선방향을 향해 일정간격으로 나선형 스크류날개에서 돌출하는 길이를 갖는 복수의 막대형 교반날개가 일체로 결합된 상태로 형성되어 있으며,

상기 하측 굴착롯드의 회전축 내부에 장착되어 있는 해머드릴로 지하의 암층과 자갈층을 파쇄하면서 굴착되는 토사와 파쇄되는 돌멩이에 시멘트풀을 배출시켜서 상기한 시멘트풀이 고르게 혼합되는 토사와 돌멩이를 이용하여 지하에 연속벽체를 구축하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 연약지반 개량공사 및 지하수가 많은 암자갈층 지층에 지하연속벽체시공을 위해 지반을 굴착할 때 굴착되는 토사 및 파쇄되는 돌멩이를 배토시켜서 굴착공 속에 외부로부터 공급되는 시멘트풀을 주입시킬 수 있는 공간을 확보할 수 있도록 하여 시멘트풀이 오버플로우되는 현상을 방지하는 효과가 있으며, 굴착공 속으로 강제 주입되는 시멘트풀을 토사와 돌멩이에 고르게 혼합 교반시킬 수 있도록 하는 효과를 제공하며, 암자갈층 굴착시에는 해머드릴의 파쇄작동으로 굴착작동이 원활하게 진행되게 하는 효과와 함께 암자갈층을 결합시켜서 침출수를 차단할 수 있도록 하는 효과가 있으므로 연약지반을 균일한 강도로 개량할 수 있을 뿐 아니라 지하연속벽체시공을 균일한 강도로 구축할 수 있도록 하는 장점이 있는 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명을 설명하기 위한 지반굴착장치의 정면도 및 측면도
도 3은 본 발명의 다축 굴착장치의 오거장치를 일부 단면한 측면도
도 4는 도 3의 A-A선 단면도
도 5는 본 발명의 지반굴착장치의 상,하측 굴착롯드 분리상태 정면도
도 6은 본 발명의 지반굴착장치의 상,하측 굴착롯드 결합상태 정면도
도 7은 본 발명의 지반굴착장치의 굴착롯드의 나선형 스크류날개에서 막대형 교반날개를 분리한 상태를 나타낸 일부 사시도
도 8은 본 발명의 지반굴착장치의 굴착롯드의 나선형 스크류날개와 막대형 교반날개의 결합상태를 나타낸 평면도
도 9는 본 발명의 지반굴착장치에 3축으로 연결 조립되는 상,하측 굴착롯드의 결합상태 정면도

본 발명에 의한 지반굴착장치를 이용한 암자갈층의 연직차수벽 구축공법에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면부호 1은 오거장치를 나타내는 것으로, 상기 오거장치(1)은 지상에서 이동하는 크롤러 크레인(2)의 선단 지지암에 의해 고정 지지되어 수직상으로 설치된 리더(21)에 매달린 상태로 설치되어 상.하 승강이동이 가능하게 설치되어 있다.

상기 오거장치(1)의 좌,우측에는 동력원인 2대의 모터(11)와, 상기 모터(11) 각각에는 모터의 회전출력을 감속시키는 유성기어감속기(부호 생략)가 장착되어 있으며, 상기한 유성기어감속기 각각에는 출력축(12a,12b)이 회전가능하게 설치되어 있다.

상기 오거장치(1)의 하부에는 좌,우 양측의 유성기어감속기 각각의 출력축(12a,12b)이 회전가능하게 설치되는 기어박스(13)가 설치되어 있다.

상기 기어박스(13) 내부에 회전가능하게 설치되는 좌,우 양측의 출력축(12a,12b)에는 구동기어(14a,14b)가 축착되어 있으며, 또한 상기 기어박스(13)에는 복수의 조인트 회전축(3a,3b,3c)이 회전가능하게 설치되어 있다.

상기 복수의 조인트 회전축(3a,3b,3c) 각각의 상부는 기어박스(13)의 상면에 노출된 상태로 설치되어 있으며, 하부는 기어박스(13)의 저부에서 하향으로 돌출된 상태로 설치되어 있다.

상기 복수의 조인트 회전축(3a,3b,3c) 각각에는 기어박스(13) 내부에 위치하도록 연동기어(31,32,33)가 하나씩 축착되어 있으며, 또한 상기 기어박스(13) 내부에는 아이들기어(34,35)가 회전가능하게 설치되어 있다.

상기한 연동기어(31,32,33) 및 아이들기어(34,35)들 중 도 4의 도시를 기준하여 볼 때 좌측의 연동기어(31)는 구동기어(14a)와 아이들기어(34)에 치합되어 있고, 우측의 연동기어(33)는 구동기어(14b)와 아이들기어(35)에 치합되어 있으며, 중간의 연동기어(32)는 좌,우 양측의 아이들기어(34,35)에 치합되어 있다.

따라서 기어박스(13) 내부에 배치되어 있는 각 기어들은 서로 간에 맞물린 구조 연결되어 있다. 예를 들어, 좌,우 양측의 출력축(12a,12b)이 도면상 반시계방향으로 회전 구동하게 될 경우에는 좌,우측 구동기어(14a,14b) 각각에 맞물린 좌,우측 연동기어(31,33) 및 양측 아이들기어(34,35)에 맞물린 중간측 연동기어(32) 각각은 같은 방향(도면상 시계방향)으로 회전하게 되고 상기한 양측 아이들기어(34,35)는 좌,우측 구동기어(14a,14b)와 같이 반시계방향으로 회전하게 된다.

상기 기어박스(13)의 상면에 노출된 복수의 조인트 회전축(3a,3b,3c) 각각의 상단에는 시멘트풀 공급용 스위벨(4a)이 하나씩 형성되어 있으며, 상기 시멘트풀 공급용 스위벨(4a)에 형성된 시멘트풀주입구(41)는 조인트 회전축(3a,3b,3c) 각각의 중심부에 형성된 시멘트풀통로(36)와 연결되어 외부로부터 공급되는 시멘트풀을 시멘트풀통로(36)로 주입하게 되며, 또한 상기 기어박스(13)의 상면으로 돌출하는 복수의 조인트 회전축(3a,3b,3c) 각각에는 외부로부터 공급되는 공압을 상기 시멘트풀통로(36) 주위에 이중관 구조로 형성된 공압통로(37)로 공압을 공급하기 위한 공압 공급용 스위벨(4b)이 하나씩 장착되어 있다.

상기 공압 공급용 스위벨(4b)들 각각은 도 3의 도시와 같이 기어박스(13)의 상면으로 돌출하는 조인트 회전축(3a,3b,3c) 각각의 상단에 형성된 시멘트풀 공급용 스위벨(4a)들 각각의 하측에 위치하도록 기어박스(13)의 상면에 장착되어 있으며, 또한 공압주입구(42)로 주입되는 공기를 환형통로(43)를 통해 공압통로(37)로 공급하도록 구성되어 있는데, 상기 조인트 회전축(3a,3b,3c) 각각의 중심부에 형성된 시멘트풀통로(36)와 공압통로(37)는 이중관 구조로 형성되어 있다.(도 4 참조)

상기 시멘트풀 공급용 스위벨(4a) 및 공압 공급용 스위벨(4b)들 각각은 기어박스(13)의 상면에 상,하 2단으로 고정 설치된 상태에서 복수의 조인트 회전축(3a,3b,3c)들의 회전작동을 허용하는 구조로 설치되어 있으며, 이에 대한 구성은 공지된 기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.

상기 기어박스(13)의 저부에 하향으로 돌출하도록 설치된 복수의 조인트 회전축(3a,3b,3c) 각각의 하단에는 굴착롯드에 회전출력을 전달하기 위한 조인트(44)가 하나씩 연결 조립되어 있다.

본 발명에서는 상기 굴착롯드를 상측 굴착롯드(5a) 및 하측 굴착롯드(5b)로 구분 형성하고 연결 결합하여 사용하는 것을 실시 예로 하고 있으며, 또한 상기 상,하측 굴착롯드(5a,5b) 각각은 원통형의 회전축(50a,50b)에 토사와 돌멩이를 배토시키는 작용을 하도록 나선형으로 형성된 나선형 스크류날개(6a,6b)와, 토사와 돌멩이 및 시멘트풀을 교반할 수 있도록 상기한 나선형 스크류날개에서 연장된 상태로 돌출 형성된 복수의 막대형 교반날개(7a,7b)가 일체로 결합된 구조로 형성되어 있다.

상기 복수의 막대형 교반날개(7a,7b) 각각은 회전축(50a,50b) 각각의 외주에 나선상으로 형성되는 나선형 스크류날개(6a,6b)의 나선방향을 따라 일정간격으로 절개 형성된 절개홈(61)에 끼워진 상태에서 용접되는 연결단부(71)와, 상기 연결단부에서 연장되어 나선형 스크류날개(6a,6b)에서 연장되는 상태로 돌출되는 돌출단부(72)로 구분 형성되어 있으며, 상기 연결단부(71)의 상부는 나선형 스크류날개(6a,6b)의 상면과 같은 경사각도를 갖도록 연마가공되는 평면(73)으로 형성되어 배토작용이 원활하게 진행될 수 있도록 하였으며, 상기 돌출단부(72)는 굴착되는 토사와 돌멩이 및 시멘트풀, 약품 등을 고르게 교반할 수 있도록 나선형 스크류날개(6a,6b)보다 길게 연장 돌출되어 있다.

또한 상기 복수의 막대형 교반날개(7a,7b)의 돌출단부(72)들은 토사와 돌멩이 및 시멘트풀과 약품 등을 교반할 때 회전축(50a,50b)을 향해 끌어 모을 수 있도록 도 8의 도시와 같이 나선형 스크류날개(6a,6b)의 회전방향을 향해 휘어진 상태로 돌출 형성되어 있다.

상기 상측 굴착롯드(5a)는 하나 이상으로 형성되어 1단 또는 2단 이상으로 연결 조립하여 사용할 수 있는 것이며, 상기 하측 굴착롯드(5b)의 하단에는 지반을 굴착하는 오거헤드(51)가 하나씩 장착되어 있고, 또한 하측 굴착롯드(5b)의 회전축(50b) 내부에는 해머드릴(8)이 삽입 장착되어 있어 암자갈층 구조의 지층을 굴착할 때 암층 및 자갈층을 파쇄하면서 굴착할 수 있도록 하였다.

상기 상측 굴착롯드(5a)의 회전축(50a)에는 기어박스(13) 저부에 하향으로 돌출된 복수의 조인트 회전축(3a,3b,3c) 각각에 형성된 시멘트풀통로(36), 공압통로(37) 각각으로 주입되는 시멘트풀, 공압 등을 안내하는 연결통로(52)가 형성되어 있으며, 또한 상기 하측 굴착롯드(5b)의 회전축(50b)에도 상기 상측 굴착로드(5a)에 형성된 연결통로(52)와 연결되는 연결통로(53)가 형성되어 있는데, 상기 상,하측 굴착로드(5a)(5b) 각각에 형성된 연결통로(52)(53)는 이중관 구조로 형성되어 있다. 따라서 상기 시멘트풀 공급용 스위벨(4a)에서 공급되는 시멘트풀과 상기 공압 공급용 스위벨(4b)을 통해 공급되는 공압은 서로 섞이지 않고 따로따로 상,하측 굴착로드(5a) 각각의 내부로 공급되는 것이며, 상측 굴착로드(5a)를 통해 하측 굴착로드(5b)로 공급되는 공압은 해머드릴(8)을 작동시킨 후 헤머드릴의 하단으로 배출되는 한편, 시멘트풀은 하측 굴착로드(5b)의 하단에 형성되어 있는 시멘트풀배출구(54)를 통해 배출되는 것이다.

상기 상,하측 굴착롯드(5a,5b) 각각의 회전축(50a,50b) 상,하단에는 서로 간에 맞물린 상태로 연결 결합되는 암,수조인트가 형성되어 있으며, 또한 상측 굴착롯드(5a)의 회전축(50a) 상단에는 후술하는 연결롯드(9)의 하단에 형성된 암조인트에 연결 결합되는 수조인트(부호 생략)가 형성되어 있다.

상기한 상,하측 굴착롯드 및 연결롯드들을 연결 결합시키기 위한 암,수조인트의 구성은 잘 알려진 주지 관용의 공지된 구성이므로 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명에서는 오거장치(1)의 좌,우측에 설치된 2대의 모터의 회전력을 기어박스(13)에 회전가능하게 설치된 복수의 조인트 회전축(3a,3b,3c)을 통해 상기한 상,하측 굴착롯드(5a,5b)에 전달하기 위해서 상기 기어박스(13)의 저부로 돌출된 복수의 조인트 회전축 각각의 하단에 형성된 복수의 조인트(44) 각각에 연결롯드(9)를 하나씩 연결 조립하고, 상기 연결롯드(9)들은 굴착공의 굴착깊이에 따라 1단 또는 그 이상으로 연결 조립되는 것이며, 상기 연결롯드(9)들의 하단에는 상,하측 굴착롯드(5a,5b)가 연결 조립하여 지반굴착작업을 진행하게 되는 것이다.

한편, 상기 상,하측 굴착롯드(5a,5b)들 중 어느 일측의 굴착롯드에는 축간거리유지밴드(100)가 체결되는 밴드체결용 환홈(200)이 형성되어 있는데, 본 발명의 실시예에서는 상측 굴착롯드(5a)의 하단측에 밴드체결용 환홈(200)이 형성되어 있는 구조로 되어 있다.

상기 축간거리유지밴드(100)는 상,하측 굴착롯드(5a,5b)를 다축으로 구성할 경우 예를 들면, 도 1의 도시와 같이 3축으로 연결 조립하여 지반을 굴착할 때 서로 이웃하는 축간거리를 일정하게 유지시키기 위해 사용되는 것이며, 이 경우 도 9의 도시와 같이 상측 굴착롯드(5a)에 형성된 밴드체결용 환홈(200)에 상기 축간거리유지밴드(100)를 체결하여 서로 이웃하는 상,하측 굴착롯드(5a,5b)들의 축간거리를 일정하게 유지시키게 된다.

또한 상기 상측 굴착롯드(5a)에 형성된 밴드체결용 환홈(200)은 축간거리유지밴드(100)를 체결하였을시 상기한 축간거리유지밴드(100)의 외경이 상측 굴착롯드(5a)의 외경과 일치하도록 하였는데, 이는 나선형 스크류날개(6a)에 의해 상측으로 배토되는 토사 및 돌멩이의 이동작용에 저항이 발생되지 않도록 하므로써 배토작용이 원활하게 나타나게 되는 것이며, 또한 상기 밴드체결용 환홈(200)과 축간거리유지밴드(100) 사이에는 상측 굴착롯드(5a)가 원활하게 회전하도록 부싱(미도시)이 개재되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2의 도시는 상,하측 굴착롯드(5a,5b)로 지반을 굴착하는 것을 나타낸 실시 예로서, 이는 오거장치(1)의 기어박스(13)에 형성된 복수의 조인트 회전축(3a,3b,3c)에 연결롯드(9)와 상,하측 굴착롯드(5a,5b)를 3축으로 연결 조립한 것을 실시 예로 하고 있다.

따라서 3축의 상,하측 굴착롯드(5a,5b)는 오거헤드(51)로 지반을 굴착하면서 해머드릴(8)의 작동으로 해머비트(81)가 암층 및 자갈층을 타격하여 파쇄하게 되므로서 연약지반은 물론이고 암층 및 자갈층이 분포되어 있는 지층을 원하는 깊이까지 굴착롯드를 손상시키지 않고 용이하게 굴착할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 지반굴착작업을 할 때 3축의 상,하측 굴착롯드(5a,5b)는 모두 같은 방향(도면상 시계방향 : 도 4 참조)으로 회전하게 되므로 상기 상,하측 굴착롯드(5a,5b) 각각의 회전축(50a,50b)에 나선상으로 형성되어 있는 나선형 스크류날개(6a,6b)들은 굴착되는 토사 및 파쇄되는 돌멩이를 상향으로 이동시키면서 교반하게 되는 것이며, 상기한 나선형 스크류날개(6a,6b)에서 돌출 형성된 복수의 막대형 교반날개(7a,7b)들은 나선형 스크류날개(6a,6b)와 함께 회전하면서 토사와 돌멩이를 혼합 교반하게 되는데, 이때 해머비트(81)의 타격작동으로 파쇄된 돌멩이들의 일부가 나선형 스크류날개(6a,6b)에 의해 상측으로 이동되는 작용이 나타나게 되므로 막대형 교반날개(7a,7b)의 교반작동에 의해 토사와 혼합 교반되는 돌멩이들이 중력에 의해 밑으로 내려가는 현상을 방지할 수 있게 되어 굴착공 바닥으로 돌멩이가 집중되는 현상을 막을 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기와 같은 굴착작업으로 설정된 깊이까지 지반굴착작업을 완료한 후에는 오거장치(1)를 상승이동시키는 작동으로 상,하측 굴착롯드(5a,5b)를 인발하면서 시멘트풀을 굴착공 속의 지층에 강제 주입하여 혼합 교반하게 되는데, 이때 상,하측 굴착롯드(5a,5b)에 형성된 나선형 스크류날개(6a,6b)가 토사와 돌멩이들 일부를 상측으로 이동 배토시키는 작용을 하게 되므로 상,하측 굴착롯드(5a,5b)의 회전축(50a,50b) 각각의 주위에는 시멘트풀 및 약품이 주입될 수 있는 공간이 형성되는 것이며, 이에 따라 상기 하측 굴착롯드(5b)의 하단 양측에 형성된 시멘트풀배출구(54)로 배출되는 시멘트풀은 상기한 나선형 스크류날개(6a,6b)에 의해 형성된 공간으로 주입되면서 복수의 막대형 교반날개(7a,7b)들이 회전하는 교반작동에 의해 토사 및 돌멩이들과 고르게 혼합 교반되는 것이며, 또한 상기한 나선형 스크류날개(6a,6b)에서 연장 돌출되어 있는 복수의 막대형 교반날개(7a,7b)들 각각의 돌출단부(72)는 나선형 스크류날개(6a,6b)의 나선방향을 향해 휘어진 상태로 형성되어 있으므로 상기한 복수의 막대형 교반날개(7a,7b)들은 교반작동시 토사와 돌멩이 및 시멘트풀을 회전축(50a,50b) 주위로 끌어 모아주는 상태로 교반하게 되므로 3축의 상,하측 굴착롯드(5a,5b) 각각에 형성된 복수의 막대형 교반날개(7a,7b)의 회전반경 범위내에 있는 토사와 돌멩이 및 시멘트풀은 고르게 혼합 교반되는 것이다.

또한 지하수가 많은 암자갈층의 지하에 지하연속벽체를 시공할 경우에는 하측 굴착롯드(5b)의 하단에 형성된 시멘트풀배출구(54)를 통해 배출되는 시멘트가 토사 및 돌멩이에 고르게 혼합 교반되면서 응고되므로 토사와 돌멩이를 시멘트풀이 결합시키게 되므로 지하에 흐르는 침출수의 흐름을 차단할 수 있게 되므로 지하수가 많이 흐르는 암자갈층의 지층에서도 지하연속벽체를 균일한 강도로 구축 시공할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같이 상,하측 굴착롯드(5a,5b)를 3축으로 연결 조립하여 지반을 굴착하여 지하연속벽체를 시공하는 실시 예에 국한하지 않고 오거장치(1)의 기어박스(13) 저부에 1축 내지 5축으로 연결 조립하여 지반을 굴착하는 각종 공사 예들 들면, 연약지반 개량공사 및 지하연속벽체시공 등 다양한 공사현장에 적용하여 지반굴착작업을 실시할 수 있는 것이다.

1 : 오거장치 11 : 모터
12a,12b : 출력축 13 : 기어박스
2 : 크롤러 크레인 21 : 리더
3a,3b,3c : 조인트 회전축 31,32,33 : 연동기어
34,35 : 아이들기어 36 : 시멘트풀통로
37 : 공압통로 4a : 시멘트풀 공급용 스위벨
4b : 공압 공급용 스위벨 41 : 시멘트풀주입구
42 : 공압주입구 43 : 환형통로
44 : 조인트 5a,5b : 상,하측 굴착롯드
51 : 오거헤드 53 : 연결통로
54 : 시멘트풀배출구 6a,6b : 스크류날개
7a,7b : 교반날개 8 : 해머드릴
81 : 해머비트 9 : 연결롯드

Claims (1)

1. 동력원인 모터가 장착된 채 지상에 수직상으로 고정 설치된 리더를 따라 상,하로 왕복이동이 가능하게 설치되는 오거장치와, 상기 오거장치의 하단에 설치되어 모터의 회전동력을 전달하기 위한 복수의 기어들이 회전가능하게 장착되는 기어박스와, 상기 기어박스의 저부에 돌출되는 복수의 조인트 회전축과, 상기 조인트 회전축 각각의 상단에 설치되어 외부로부터 공급되는 시멘트풀을 조인트 회전축의 중심부에 형성된 시멘트풀통로로 주입하는 복수의 시멘트풀 공급용 스위벨과, 상기 조인트 회전축 각각의 하단에 형성된 조인트로부터 회전동력을 전달받을 수 있도록 수직상으로 연결됨과 동시에 상기한 시멘트풀통로에 연결되는 연결통로가 형성되어 있는 굴착롯드와, 상기 굴착롯드 각각의 하단에 장착되어 지반을 굴착하는 오거헤드를 포함하여 구성되는 지반굴착장치를 이용하여 지하연속벽체를 구축하는 연직차수벽 구축공법에 있어서,
   상기 지반굴착장치는,
   상기 조인트 회전축의 중심부를 관통하도록 형성된 시멘트풀통로의 주위에 이중관 구조로 형성되어 있는 공압통로로 공압을 주입하기 위하여 상기 시멘트풀 공급용 스위벨의 하측에 위치하도록 기어박스의 상면에 장착된 상태로 공압 공급용 스위벨이 형성되어 있으며,
   상기 굴착롯드는 수직상으로 연결 조립되는 상측 굴착롯드 및 하측 굴착롯드로 구분되며, 상기한 상,하측 굴착롯드 각각의 회전축 외주에는 굴착되는 토사 및 파쇄된 돌멩이를 배토할 수 있도록 나선상으로 형성되는 나선형 스크류날개와, 상기 나선형 스크류날개의 나선방향을 향해 일정간격으로 나선형 스크류날개에서 돌출하는 길이를 갖는 복수의 막대형 교반날개가 일체로 결합된 상태로 형성되어 있으며,
   상기 하측 굴착롯드의 회전축 내부에 장착되어 있는 해머드릴로 지하의 암층과 자갈층을 파쇄하면서 굴착되는 토사와 파쇄되는 돌멩이에 시멘트풀을 배출시켜서 상기한 시멘트풀이 고르게 혼합되는 토사와 돌멩이를 이용하여 지하에 연속벽체를 구축하도록 구성된 것을 특징으로 하는 지반굴착장치를 이용한 암자갈층의 연직차수벽 구축공법.
   

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