KR101228138B1 - 압입체 두부에 장착되는 와이어 절삭장치 - Google Patents

Abstract

선로 하부 지반을 횡단하도록 시공되는 비개착시 지하횡단구조물 시공에 있어서 저토피고의 한계를 극복할 수 있고 효율적인 지반 굴착이 가능한 견인되는 압입체 두부에 장착되는 와이어 절삭장치가 개시되며 상기 와이어 절삭장치는 압입체 전면의 외주면으로부터 견인방향으로 연장되도록 설치된 다수의 절삭 와이어 연결장치; 상기 절삭 와이어 연결장치들의 연결단부가 배면에 연결되며 전면에는 긴장재들의 연결단부가 연결되어 압입체 전면의 전방에 다수 형성된 절삭와이어 고정장치; 상기 고정블록들 사이사이에 장착되어 압입체 견인 시 전방의 지반을 압입체의 형상에 대응하여 절삭 굴착시키는 절삭 와이어;를 포함한다.

Description

압입체 두부에 장착되는 와이어 절삭장치{WIRE SAW APPARATUS EQUIPPED AT THE FRONT OF STEEL TUBE FOR NON-OPEN CUT EXCAVATION}

본 발명은 압입체 두부에 장착되는 와이어 절삭장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 철도(선로) 하부 지반을 횡단하도록 시공되는 비개착시 횡단구조물 시공에 있어서 저토피고의 한계를 극복할 수 있고 효율적인 지반 굴착이 가능한 압입체 두부에 장착되는 와이어 절삭장치에 관한 것이다.

본 발명과 관련하여 현재 적용되고 있는 대표적인 비개착식 지하구조물 시공공법으로는 함체견인공법, 강관 단면루프공법, JES&HEP 공법 등이 소개되어 있다.

먼저, 상기 함체견인공법은 함체가 통과할 지중에 미리 소구경 함체지지용 가설용 강관 단면을 수평으로 압입 관통시킨 후 지중을 횡단하여 이어진 다수의 PC 강선을 현장에서 제작된 함체와 결속한 후 견인하여 함체내의 내부토사를 제거하고, 이와 같은 견인과 굴착작업을 반복하여 지중에 구조물을 설치하는 공법으로, 이 공법은 함체 추진공사 중 추진함체와 강관 단면의 수평압입시 발생한 시공오차에 의한 가설 강관 단면과의 틈새만큼 함체 상부의 도로나 지장물에 침하가 발생할 우려가 있으며, 또한 함체가 미리 제작되어 견인 설치되므로 상부 토피가 깊은 경우 함체를 이루는 부재치수가 커지게 되어 견인이 곤란해지며 작업장의 규모가 큰 편이라는 단점이 있다.

또한 상기 강관루프 공법은 구조물이 형성될 지중에 미리 가설용 소형 강관을 순차적으로 압입 연결하여, 강관 루프를 형성하고, 강관 루프의 안쪽의 내부 토사를 제거하면서 지지보와 가설기둥을 설치하며 그 내부공간에 콘크리트를 타설하여 구조물을 축조하게 된다. 따라서 상부 토피가 깊을 경우 1차적으로 강관 루프와 지지보 등 가설재가 상부하중을 지지해야하므로 가시설의 규모가 커지는 문제점이 있다.

그리고 JES&HEP(Jointed Element Shield Structure and High Speed Element Pull Method)공법은 축 방향으로 힘의 전달이 가능한 이음부를 가지는 강관을 도 1a와 도 1b와 같이 연속하여 견인, 삽입한 후 강관 내부에 콘크리트를 채워 사각형 라멘구조물을 시공하는 방법으로서 상기 이음부가 인장력을 전달할 수 있는 구조로 시공되는 방법이다.

이러한 JES 공법은 강관의 전면부에 HEP공법의 사각형쉴드(일종의 기계적 굴착장치)를 설치하여 견인방식으로 시공하여 자동배토 시스템을 이용할 수 있어 정밀 시공이 가능하고 견인을 위한 반력벽으로 종점부의 토류벽을 이용하기 때문에 시점부의 반력설비가 불필요하며 최소 토피 1m까지 시공이 가능하다는 등의 장점이 있다.

말하자면 JES&HEP 공법은 강관을 전방에서 견인하면서 강관 내부의 토사 등을 강관의 전면부에 별도로 장착한 사각형쉴드로 굴착하는 방법이라 할 수 있다.

하지만 국내에서 이러한 JES 공법의 현장 적용 사례가 적어 설계가 용이하지 않으며 무엇보다 사각형쉴드에 의한 굴착에 있어 품질관리가 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 이러한 기계적 굴착장치를 이용하면 시공속도가 매우 빠르다는 장점은 있으나 이러한 기계적 굴착장치는 그 제작, 설치가 매우 복잡하고 시공공종이 많아지기 때문에 운용비용이 커질 수밖에 없고 고장이 발생하는 경우 현장에서 대응하기가 쉽지 않다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 지하횡단구조물을 시공하기 위하여 지반에 강관과 같은 압입체를 압입시켜 강관 구조체를 시공한 후, 상기 강관 구조체 내측에 지하횡단구조물을 시공하는 방법에 있어서, 상기 압입체를 견인하여 압입시키면서 압입체 전방의 지반을 보다 효율적으로 절삭 굴착할 수 있는 지하횡단구조물의 시공용 와이어 절삭장치 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은

첫째, 지반 굴착을 인력이 아닌 장비를 이용하되 이러한 장비는 굴진을 위하여 별도의 동력장비를 이용하지 않아 운용이 용이하면서도 굴착성능을 충분히 확보할 수 있도록 하기 위하여 압입체의 전방에 와이어 절삭장치를 장착하고, 압입체를 전방으로 견인시키는 과정에서 와이어 절삭장치가 자연스럽게 전방의 지반을 절삭 굴착하도록 하였다.

둘째, 상기 와이어 절삭장치는 압입체의 전방에 장착된 상태에서 PC 강선과 같은 긴장재로 압입체를 전방으로 견인할 때 전방의 지반을 압입체의 형태에 대응하는 모양으로 절삭 할 수 있도록 설치되며 이를 위해 상기 와이어 절삭장치는 상기 긴장재와 절삭와이어를 고정시킬 수 있는 절삭와이어 고정장치와 상기 절삭와이어 고정장치를 압입체에 연결시키는 절삭 와이어 연결장치를 포함하여 구성되도록 하였다.

이를 위해 본 발명은

압입체를 긴장재로 전방으로 견인하여 지반에 압입시키면서 압입체 전방의 지반을 절삭 굴착할 수 있도록 상기 압입체 전방에 설치되는 와이어 절삭장치로서 상기 와이어 절삭장치가

압입체 전면의 외주면으로부터 견인방향으로 연장되도록 설치된 다수의 절삭 와이어 연결장치;

상기 절삭 와이어 연결장치들의 연결단부가 배면에 연결되며 전면에는 긴장재들의 연결단부가 연결되어 압입체 전면의 전방에 서로 이격되어 설치되는 절삭와이어 고정장치;

상기 절삭와이어 고정장치들 사이사이에 장착되어 압입체 견인 시 전방의 지반을 압입체의 형상에 대응하여 절삭 굴착시키는 절삭 와이어;를 포함하도록 하게 된다.

본 발명의 지반에 압입체를 견인시켜 강관구조체를 시공한 후, 상기 강관구조체 내측에 지하횡단물 구조물을 시공하는 방법에 있어 지반을 절삭 와이어를 이용하여 절삭 굴착시키게 되므로 지반의 교란이 심하지 않아 지반의 침하가 거의 발생하지 않게 된다.

이에 철도용 선로 하부의 지반을 횡단하는 구조물과 같이 지반침하가 엄격히 제한되는 저토피고 지하횡단물구조물 시공에 있어 매우 효과적인 지반 굴착이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 와이어 절삭장치는 구조가 매우 간단하여 손상이나 고장 발생율이 낮고 설사 손상 등이 발생되더라도 간단하게 교체할 수 있기 때문에 시공성, 유지 관리성이 매우 뛰어나 보다 경제적인 지반 굴착 및 이를 통한 지하 횡단물 구조물 시공이 가능하게 된다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 비개착 지하구조물의 시공방법도,
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 와이어 절삭장치의 구성사시도, 구성 발췌사시도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 와이어 절삭장치의 작용사시도다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

[ 본 발명의 와이어 절삭장치(100) ]

도 2a는 압입체(200)에 장착된 장착사시도이며 도 2b는 상기 와이어 절삭장치(100)의 구성도이다.

이때 상기 압입체(200)는 강관(사각 강관)인 경우를 기준으로 살펴본다.

먼저, 와이어 절삭장치(100)는 압입체(200)의 전방에 PC 강선을 포함하는 긴장재(300)에 의하여 압입체(200)가 전방으로 견인 될 때 상기 견인력에 의하여 압입체(200)의 전방 지반을 절삭 굴착시키는 장치로서 절삭 와이어(110)를 이용하게 된다.

상기 절삭 와이어(110)는 구조물 절삭용 와이어 쏘(WIRE SAW)를 이용할 수 있는데 예컨대 심선(피아노선 등)이 되는 선상체의 외주면에 높은 경도를 가진 다이아몬드 재질의 저립을 도금 등의 방법으로 고착시킨 것을 이용하면 된다.

이러한 절삭 와이어는 철근콘크리트 구조물도 절삭할 수 있을 정도이므로 토사 등 지반은 쉽게 절삭이 가능하다.

이러한 절삭 와이어(110)는 절삭되는 대상에 파고들도록 힘을 가하여 대상을 절삭시킬 수 있게 된다. 본 발명도 상기 절삭 와이어(110)가 압입체(200) 두부의 전방에 위치한 지반을 파고들어 절삭 굴착되도록 하게 된다.

이때 상기 파고드는 힘은 압입체(200)의 견인력이다. 이에 상기 견인력을 전달받기 위하여 절삭 와이어(110)는 PC 강선과 같은 긴장재(300)가 고정될 수 있는 긴장재 고정수단에 장착시키게 된다.

이때 상기 긴장재 고정수단에는 절삭 와이어(110)를 효과적으로 설치하되 탈착이 용이하도록 절삭 와이어 고정수단이 함께 구비되도록 하게 된다.

이로서 상기 긴장재 고정수단 및 절삭 와이어 고정수단의 역할을 하는 것이 바로 본 발명의 절삭와이어 고정장치(120)이다.

이러한 절삭와이어 고정장치(120)는 고정블록(121) 및 절삭와이어 걸림구(122)를 포함하여 구성된다.

먼저 상기 고정블록(121)은 도 2a와 같이 서로 이격되어 절삭 와이어(110)가 이격된 고정블록(121) 사이에 위치하도록 하게 된다.

이러한 고정블록(121)은 압입체가 전방으로 견인되면서 전방의 지반에 압입되므로 고정블록(121)은 지반의 저항을 받을 수밖에 없다.

이에 고정블록(121)은 지반의 저항을 줄일 수 있는 형태로 형성 및 배치시키게 된다.

도 2b에는 압입체(200)의 네 모서리 전방에 각각 배치되도록 하되 전체적으로는 부채꼴 단면의 블록으로 형성되는 몸체부(121a)와 상기 몸체부(121a)로부터 다른 고정블록 방향으로 연장된 중앙돌설부(121b)를 포함하여 형성시킬 수 있음을 알 수 있다.

이때 상기 절삭 와이어(110)를 고정블록(121) 사이에 끼워져 장착될 수 있도록 상기 중앙돌설부(121b)의 측면에는 도르래 형태의 절삭와이어 걸림구(122)가 형성되어 있다.

이러한 절삭와이어 걸림구(122)는 도 2b와 같이 고정블록(121)의 몸체부(121a)에 볼트(121c)에 의하여 체결될 수 있도록 하여 절삭 와이어(110)가 다이어스(121d, 일종의 간격재)에 의하여 절삭와이어 걸림구(122)에 장착되도록 하게 된다.

이에 서로 이격된 절삭와이어 걸림구(122)를 감싸 끼워지도록 설치되어 전체적으로 사각 링 형태로 고정블록(121)에 절삭 와이어(110)가 장착되어 있음을 알 수 있다.

도 2a의 경우에는 사각 강관으로 형성된 압입체(200)의 네 모서리 전방에 4개의 고정블록(121)이 배치되어 있고, 상기 고정블록(121) 각각에는 2개의 절삭와이어 걸림구(122)가 중앙돌설부(121b)의 양 측면에 형성되도록 하여, 1개의 고정블록(121)에 2개의 절삭 와이어(110)가 걸쳐지도록 함을 알 수 있으며,

상기 4개의 고정블록(121) 사이에 4개의 사각 링 형태의 절삭 와이어(110)가 장착되어 사각 밴드 형태로 장착됨을 알 수 있다.

이때 절삭 와이어(110)를 사각 밴드 형태로 형성시키는 이유는 압입체(200)가 사각 강관의 형태이므로 그 전방의 지반도 사각 형태로 절삭시켜야 하기 때문이다.

나아가 상기 절삭와이어 고정장치(120)의 고정블록(121)들에는 긴장재(300)가 연결되도록 하게 되는데 상기 긴장재(300)는 전방(종점부)로부터 견인되므로 고정블록(121)의 호형 몸체부(121a) 전면에 형성시킨 연결구(123)에 상기 긴장재(300)의 단부가 연결되어 고정되도록 하게 된다.

이러한 연결은 도 2b와 같이 미리 연결구(123)를 긴장재(300)의 단부에 형성시켜 놓고 상기 연결구(123)를 고정블록(121)의 호형 몸체부(121a)에 나사 체결식으로 체결시키는 방식 등을 이용할 수 있을 것이다.

또한 절삭와이어 고정장치(120)는 압입체(200)의 전방에 이격되도록 배치되어 있는데 상기 절삭와이어 고정장치(120)와 압입체(200) 사이의 거리를 유지하면서 전방으로 압입체가 효과적으로 견인될 수 있도록 원형단면의 봉 또는 관형태의 절삭와이어 연결장치(130)를 이용하게 된다.

구체적으로는 상기 봉 또는 관형태의 절삭와이어 연결장치(130)를 압입체(200)의 네 모서리 전면과 고정블록(121)의 호형 몸체부(121a)의 배면 사이에 형성되도록 하여 절삭와이어 고정장치(120)와 절삭 와이어(110)를 압입체(200) 전방에 고정 배치되도록 하게 된다.

이때 상기 절삭와이어 연결장치(130) 각각은 도 2c와 같이 2개의 반원형 봉(131,132)으로 구분되도록 형성시키고, 2개의 반원형 봉이 절삭와이어 고정장치(120)에 삽입되어 일체로 고정되도록 하고, 이에 2개의 반원형 봉(131,132) 사이 간격에 압입체(200)가 끼워져 볼트(133)로 고정되도록 함으로서 설치하게 된다.

상기 압입체(200)는 강관(사각 강관)으로 형성되어 있어 상기 2개의 반원형 봉(131,132) 사이의 간격에 양 측판이 삽입되도록 하고 볼트(133)로 고정되도록 하게 된다. 이는 결국 볼트(133)에 의하여 분리가 가능함을 알 수 있다.

이로서 본 발명의 절삭 와이어(110)는 압입체(200)의 형태에 따른 지반 절삭 굴착이 가능하도록 하게 됨을 알 수 있으며 절삭와이어 고정장치(120)는 강관의 모서리 전방에 최소한의 부피를 차지하고 있을 뿐이므로 견인에 따른 저항이 작고, 절삭와이어 연결장치(130)도 절삭와이어 고정장치(120) 후방에 직선 형태로 연장되어 있어 역시 견인에 따른 저항이 작음을 알 수 있으며 사각 링 형태의 절삭 와이어(110)를 이용할 수 있어 효과적인 지반 절삭 굴착이 가능함을 알 수 있다.

또한 상기 사각 링 형태의 절삭 와이어(110)는 절삭와이어 고정장치(120)로부터 걸림형태로 장착 및 해체가 가능하여 유지보수에 있어 매우 효과적이다.

이에 압입체(200)의 두부 전방에는 절삭와이어 연결장치(130)에 의하여 절삭와이어 고정장치(120)가 세팅되어 있고,

상기 절삭와이어 고정장치(120)에는 절삭 와이어(110)와 긴장재(300)이 장착되어 있어 긴장재를 전방으로 견인하게 되면 압입체(200)가 함께 견인되면서 전방의 지반이 절삭 와이어(110)에 의하여 절삭 굴착된다.

이러한 절삭 굴착된 지반은 견인되는 압입체(200) 내부로 밀려들어가게 되지만 이러한 과정에서 상부 지반의 침하가 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위하여 본 발명은 도 2c와 같이 절삭와이어 연결장치(130)에 침하방지판(140)을 설치하게 된다.

즉, 압입체(200)의 위쪽 2개의 모서리 전방으로 연장된 절삭와이어 연결장치(130) 사이에 수평판 형태의 침하방지판(140)을 설치하게 된다.

이를 위해 상기 침하방지판(140)의 양 측단이 끼워지도록 서로 이격된 지지판으로 형성된 침하방지판 끼움구(141)를 상기 절삭와이어 연결장치(130)의 측면에 일체로 형성시킬 수 있을 것이다.

[ 본 발명의 와이어 절삭장치(100)의 작용 ]

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 와이어 절삭장치(100)의 작용을 도시한 것이다.

먼저, 압입체(200)의 두부 전방에는 앞서 살펴본 절삭 와이어(110), 절삭와이어 고정장치(120) 및 절삭와이어 연결장치(130)를 포함하는 와이어 절삭장치(100)가 장착되어 있으며 상기 와이어 절삭장치(100)에는 긴장재(300)가 전방으로부터 연장되어 연결되어 있음을 알 수 있다.

이에 미리 지반(G)에는 압입체(200)이 횡단하는 시점부와 종점부를 미리 수직갱 형태로 형성시켜 놓고,

종점부로부터 시점부 쪽으로 지반을 횡단하여 관통되도록 긴장재(300)를 미리 설치하고, 상기 긴장재(300)의 연결단부가 상기 압입체(200)의 전방에 세팅된 와이어 절삭장치(100)에 연결되도록 하게 된다.

이에 도 3b와 같이 긴장재(300)를 종점부에서 견인시키게 되면 압입체(200)에 견인력이 작용하면서 시점부로부터 종점부로 압입된다.

이러한 압입은 전방에 형성된 지반에 의하여 방해되므로 이러한 지반은 본 발명의 절삭 와이어(110)에 의하여 견인과 함께 절삭 굴착된다.

상기 절삭 굴착된 지반은 강관 내부로 유입되는데 유입된 지반은 강관 내부로부터 시점부쪽으로 배토시키게 된다.

이에 최종 압입체(200)의 전방에 있는 지반은 제거되어 긴장재(300)에 의한 견인이 용이하게 되며 압입체(200)은 시점부에서 종점부까지 견인되도록 하게 된다.

100: 와이어 절삭장치
110: 절삭 와이어
120: 절삭와이어 고정장치
130: 절삭와이어 연결장치
140: 침하방지판
200: 압입체
300: 긴장재(PC 강선)

Claims (7)

1. 압입체(200)를 긴장재(300)로 전방으로 견인하여 지반에 압입시키면서 압입체 전방의 지반을 절삭 굴착할 수 있도록 상기 압입체 전방에 설치되는 와이어 절삭장치(100)로서 상기 와이어 절삭장치는,
   압입체(200) 전면의 외주면으로부터 견인방향으로 연장되도록 설치된 다수의 절삭 와이어 연결장치(130); 상기 절삭 와이어 연결장치(130)들의 연결단부가 배면에 연결되며 전면에는 긴장재(300)들의 연결단부가 연결되어 압입체 전면의 전방에 다수 설치되는 절삭와이어 고정장치(120); 및 상기 절삭와이어 고정장치(120)들 사이사이에 장착되어 압입체 견인 시 전방의 지반을 압입체의 형상에 대응하여 절삭 굴착시키는 절삭 와이어(110);를 포함하며,
   상기 절삭와이어 고정장치(120)는 절삭 와이어 연결장치(130)들의 연결단부가 배면에 연결되며 전면에는 긴장재들의 연결단부가 연결되는 고정블록(121); 및 상기 고정블록(121)의 측면에 형성되어 절삭 와이어가 장착되는 절삭와이어 걸림구(122);를 포함하며,
   상기 고정블록(121)은 부채꼴 단면의 블록으로 형성되는 몸체부(121a)와 상기 몸체부(121a)로부터 다른 고정블록 방향으로 연장된 중앙돌설부(121b)를 포함하며, 상기 절삭 와이어(110)를 고정블록(121) 사이에 끼워져 장착될 수 있도록 상기 중앙돌설부(121b)의 측면에는 도르래 형태의 절삭와이어 걸림구(122)가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 압입체 두부에 장착되는 와이어 절삭장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 압입체(200)는 사각 강관을 이용하되 4개의 모서리에 상기 절삭 와이어 연결장치(130)가 각각 설치되도록 하되, 상기 절삭 와이어 연결장치(130)는 상기 4개의 모서리와 고정블록 배면 사이에 설치된 봉 또는 관 형태의 부재로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 압입체 두부에 장착되는 와이어 절삭장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 절삭 와이어 연결장치(130) 중 압입체 상부에 2개의 모서리에 서로 이격 설치된 절삭 와이어 연결장치 사이에는 침하방지판(140)이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 압입체 두부에 장착되는 와이어 절삭장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 고정블록(121)은 사각 강관인 압입체 4개의 모서리에 설치된 절삭 와이어 연결장치(130)들 각각의 연결단부가 배면에 연결되며 전면에 4개의 긴장재(300)의 연결단부가 연결되도록 하여, 압입체 4개의 모서리 전방에 배치되도록 하고,
   상기 고정블록(121) 사이사이에 사각 링 형태의 절삭 와이어(110)가 장착되도록 하여 상기 절삭 와이어(110)는 고정블록 사이사이에 사각 밴드 형태로 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 압입체 두부에 장착되는 와이어 절삭장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 사각 링 형태의 절삭 와이어(110)는 고정블록의 중앙돌설부(121b) 양 측면에 형성된 다수의 도르래 형태의 절삭와이어 걸림구(122) 사이에 끼워져 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 압입체 두부에 장착되는 와이어 절삭장치.

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