KR101296066B1

KR101296066B1 - 강관회전압입장치 및 이를 이용한 지하구조물 시공방법

Info

Publication number: KR101296066B1
Application number: KR1020130004868A
Authority: KR
Inventors: 권기진; 배춘식
Original assignee: 용호건설(주); 권기진
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2013-08-16

Abstract

본 발명은 강관회전압입장치에 관한 것으로서, 지면에 고정지지되는 일정크기의 지지프레임부와; 상기 지지프레임부를 따라 슬라이딩 이동가능하게 구비되는 강관과, 상기 강관의 선단에 결합되고 회전하며 상기 노반을 굴착하는 커팅부가 구비된 회전강관부와; 상기 강관의 후단에 결합되어 상기 강관과 함께 직선이동되며 상기 회전강관부가 회전되도록 구동력을 제공하는 회전구동부와; 상기 지지프레임의 단부에 구비되며 상기 회전구동부를 가압하여 상기 회전강관부가 회전하며 전진되어 상기 노반에 압입되도록 하는 회전구동부가압부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

강관회전압입장치 및 이를 이용한 지하구조물 시공방법{STEEL PIPE ROTATING- PUSHING APPARATUS AND UNDERGROUND STRUCTURE BUIDLING METHOD}

본 발명은 강관회전압입장치 및 이를 이용한 지하구조물 시공방법에 관한 것으로서, 보다 자세히는 강관을 회전시키며 노반에 압입하는 강관회전압입장치와 이를 이용한 지하구조물 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 도로나 철도가 형성된 노반을 관통하여 지하구조물을 형성하기 위해서는 비개착식 공법과 개착식 공법이 사용되고 있다.

비개착식 공법은 비교적 노반의 표피가 두꺼운 곳에 사용된다. 비개착식 공법은 등록특허 제10-1022382호 "비개착식 지하터널 축조장치 및 방법"에 개시된 바와 같이 대형강관을 압입하여 강관 내부의 토사를 인력으로 굴착한 후 외부로 배출하고, 지반 하중을 견딜 수 있도록 다수의 버팀목을 세우 후 좁은 공간에서 철근을 배근하고 거푸집을 형성하여 구조물을 시공하게 된다.

이러한 비개착식 공법은 좁은 공간에서 작업인력이 직접 작업하게 되므로 안전사고가 발생될 위험이 있으며 인력과 시간 및 자재가 많이 소모되는 문제가 있다.

또한, 비개착식 공법은 큰 압력으로 지중에 강관을 압입해야 하므로 이를 지지하기 위한 반력벽도 큰 용량으로 설치해야하는 문제가 있다. 또한, 지반하중에 의해 강관의 수평유지가 어려울 뿐 아니라 철도노반이 부상하는 등으로 열차안전운행에 지장을 초래하는 문제가 있다.

한편, 개착식 공법은 노반의 표피가 비교적 얕은 곳에서 사용된다. 개착식 공법은 공개특허 제2012-0013182호 "다단굴착 및 복공판 패널을 이용한 개착식 터파기 구조 및 개착식 터파기 시공방법"에 개시된 바와 같이 철도노반을 완전히 개착하고 시공되므로 인력절감과 시공시간 단축의 효과는 있으나 하로판 제작 등으로 비용 부담이 크고 열차운행을 차단하거나 열차서행이 이루어져야 하는 불편함이 있다.

또한, 개착식 공법은 구조물의 시공 후에도 노반의 침하로 장기간 열차서행과 노반복구가 이루어져야 함으로 상대적으로 공사비와 공사기간이 많이 소요되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 강관을 회전하며 노반 내부에 압입시켜 신속하고 경제적으로 지하구조물을 구축할 수 있는 강관회전압입장치 및 이를 이용한 지하구조물 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 노반 표피고의 높낮이에 상관없이 지하구조물을 구축할 수 있는 강관회전압입장치 및 이를 이용한 지하구조물 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 별도의 반력벽의 설치 없이 강관의 압입이 가능한 강관회전압입장치 및 이를 이용한 지하구조물 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 별도의 수평제어수단 없이 강관을 수평하게 압입할 수 있는 강관회전압입장치 및 이를 이용한 지하구조물 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

본 발명의 목적은 노반에 강관을 삽입하는 강관회전압입장치에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 강관회전압입장치는 지면에 고정지지되는 일정크기의 지지프레임부와; 상기 지지프레임부를 따라 슬라이딩 이동가능하게 구비되는 강관과, 상기 강관의 선단에 결합되고 회전하며 상기 노반을 굴착하는 커팅부가 구비된 회전강관부와; 상기 강관의 후단에 결합되어 상기 강관과 함께 직선이동되며 상기 회전강관부가 회전되도록 구동력을 제공하는 회전구동부와; 상기 지지프레임의 단부에 구비되며 상기 회전구동부를 가압하여 상기 회전강관부가 회전하며 전진되어 상기 노반에 압입되도록 하는 회전구동부가압부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 강관의 축방향을 따라 배치되며 상기 회전구동부로부터 구동력을 전달받아 회전하며 상기 커팅부의 굴착에 의해 발생되는 토사를 상기 강관의 후단으로 이송하는 토사이송부를 더 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 회전구동부가압부의 일측에 배치되며, 상기 회전구동부와 연결된 복귀로프를 권취하여 상기 회전구동가압부에 의해 전진된 상기 회전구동가압부를 초기위치로 복귀시키는 회전구동부복귀부를 더 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 강관의 후단에는 외주면을 따라 일정간격으로 바삽입공이 함몰형성되고, 상기 회전구동부는 회전판구동모터의 구동력에 의해 회전되는 회전판과; 상기 회전판의 전면에 돌출형성되어 상기 바삽입공에 삽입되는 강관결합바를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 토사이송부는 상기 강관의 내부에 배치되는 회전축과, 상기 회전축의 외주연에 나선형으로 결합되는 이송날개를 포함하며, 상기 회전구동부는, 상기 회전축과 연결되는 회전축연결축과, 상기 회전축연결축으로 이송날개구동모터의 구동력을 전달하는 이송날개구동기어를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 커팅부는 벤토나이트를 상기 커팅부 외부로 이동시키는 벤토나이트유동관이 형성되고, 상기 회전축과 상기 회전축연결축은 각각 내부에 벤토나이트를 상기 벤토나이트유동관으로 공급하는 벤토나이트이동관이 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 지지프레임부는, 지면에 배치되는 프레임본체와;상기 프레임본체의 외주연을 따라 수직하게 배치되며, 구동력의 제공여부에 따라 지하로 삽입되어 상기 회전강관부의 회전이송에 따른 반발력을 지지하는 복수개의 고정스크류부를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 지지프레임부는, 상기 프레임본체의 축방향을 따라 구비되는 이송봉과; 상기 회전구동부가압부의 가압력에 의해 상기 이송봉을 따라 슬라이딩 이동되며 상기 강관의 외주면을 회전가능하게 지지하는 복수개의 하부지지롤러를 포함한다.

한편, 본 발명의 목적은 상술한 강관회전압입장치를 이용한 지하구조물 시공방법에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 지하구조물 시공방법은, 선도강관을 회전구동부에 연결시키고, 회전구동부와 회전가압부구동부를 구동하여 선도강관을 노반에 압입시키는 단계와; 상기 선도강관의 압입이 완료되면 상기 회전구동부복귀부를 통해 상기 회전구동부를 초기 위치로 복귀시키는 단계와; 상기 선도강관의 후단에 후속강관을 용접하여 결합시키고, 상기 후속강관을 상기 회전구동부에 결합시키는 단계와; 상기 회전구동부를 구동시켜 상기 선도강관과 상기 후속강관을 함께 회전시켜 노반 내부로 압입시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 복수개의 강관이 노반을 관통하게 연결되면, 상기 복수개의 강관의 선단과 후단에 각각 수직하게 수직파일을 설치하는 단계와; 상기 수직파일의 상면에 가로빔을 설치하는 단계와; 상기 복수개의 강관 내부에 상기 가로빔에 거치되게 세로빔을 배치하는 단계와; 상기 세로빔과 상기 가로빔 사이에 간격조절판을 설치하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 상기 강관 하부의 토사를 제거하고 측면토류판을 설치하는 단계와; 지하구조물을 설치하는 단계와; 상기 지하구조물과 상기 강관 사이에 몰탈그라우팅을 실시하는 단계와; 상기 세로빔과 상기 가로빔을 철거하고, 상기 강과 내부에 그라우팅을 실시하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 강관회전압입장치 및 이를 이용한 지하구조물 시공방법은 강관을 회전하며 압입함으로 종래 타격식 또는 유압식으로 압입하는 경우와 비교할 때 상대적으로 작은 압력으로 신속하게 강관을 압입할 수 있다.

이에 의해 열차나 차량의 차단이나 열차의 서행이 불필요하므로 열차의 정상운행이 확보될 수 있다.

또한, 본 발명은 지지프레임부가 지면에 안정적으로 고정되므로 별도의 반력력이 필요없게 된다. 이에 따라 반력벽 설치시간과 비용일 절감될 수 있다.

또한, 회전구동부가 회전강관부를 회전하며 압입하기 때문에 소수의 인력만으로 작업가능하므로 작업자의 안전사고 위험이 감소된다.

그리고, 강관이 회전되며 굴착되므로 강관의 수평제어가 용이하다.

또한, 지지프레임에서 강관의 지지높이를 조절할 수 있으므로 강관의 구경에 상관없이 호환하여 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 강관회전압입장치 및 이를 이용한 지하구조물 시공방법은 강관 내부의 작업 없이 외부에서 세로빔을 신속하게 설치할 수 있으며, 강관압입 시간이 짧으므로 지하구조물 설치기간이 획기적으로 단축되고 가로빔, 세로빔 및 굴착장치 및 굴착장치 등을 계속적으로 재활용하여 사용될 수 있어 자재비가 절감되고 궁극적으로 공사비가 절감될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 강관회전압입장치 및 이를 이용한 지하구조물 시공방법은 노반 표피고의 높낮이에 관계없이 어떤 지형에도 사용이 가능하다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 강관회전압입장치의 강관압입 과정을 도시한 측면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 강관회전압입장치의 지지프레임부의 구성을 도시한 단면도,
도 4a는 본 발명에 따른 강관회전압입장치의 회전강관부의 정면구성을 도시한 정면도,
도 4b는 본 발명에 따른 강관회전압입장치의 회전구동부의 정면구성을 도시한 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 강관회전압입장치의 회전강관부와 회전구동부의 결합상태를 도시한 측단면도,
도 6은 본 발명에 따른 강관회전압입장치가 강관의 수평을 유지하는 과정을 도시한 예시도,
도7 내지 도 12는 본 발명에 따른 지하구조물 시공과정을 도시한 예시도들이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 강관회전압입장치(1)의 구성을 도시한 측면도이고, 도 2는 강관회전압입장치(1)가 작동중인 상태의 구성을 도시한 측면도이다.

본 발명에 따른 강관회전압입장치(1)는 지상에 철로 또는 도로가 형성된 노반의 지하에 지하구조물을 형성하기 위해 사용된다. 강관회전압입장치(1)는 노반 내부에 복수개의 강관(220,240)이 서로 연결되도록 압입한다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 강관회전압입장치(1)는 강관(220,240)을 회전시켜 지하 노반에 압입시킨다. 이를 위해 강관회전압입장치(1)는 노반에 위치가 고정되어 강관(220,240)의 회전시 발생되는 반발력을 지지하는 지지프레임부(100)와, 지지프레임부(100)의 상부에 구비되고 회전하며 노반을 굴착하는 회전강관부(200)와, 회전강관부(200)가 회전되도록 강관(220,240)에 회전력을 제공하는 회전구동부(300)와, 회전구동부(300)가 전진되는 방향으로 가압하는 회전구동부가압부(400)와, 전진된 회전구동부(300)를 초기위치로 복귀시키는 회전구동부복귀부(500)를 포함한다.

지지프레임부(100)는 회전강관부(200)가 회전될 때 발생되는 반발력을 지지할 수 있도록 노면(B)에 위치가 고정된다. 지지프레임부(100)는 일정 면적을 갖는 프레임본체(110)와, 프레임본체(110)의 외주연을 따라 일정간격으로 배치되며 노면(B) 아래로 수직하게 삽입되는 고정스크류부(120)와, 회전강관부(200)가 직선이동되도록 지지하는 이송부(130)와, 회전강관부(200)가 회전가능하게 회전강관부(200)의 하부를 지지하는 강관지지부(140)를 포함한다.

프레임본체(110)는 직사각형태로 형성된다. 프레임본체(110)의 상면에는 회전강관부(200)와, 회전구동부(300)와, 회전구동부가압부(400) 및 회전구동부복귀부(500)가 배치된다. 이에 따라 프레임본체(110)는 각 구성들의 배치위치를 고려하여 적절한 크기로 구비되는 것이 바람직하다.

고정스크류부(120)는 프레임본체(110)의 외주연에 구비되어 프레임본체(110)가 지면에 고정되도록 한다. 도 1에는 고정스크류부(120)가 한 개만 도시되어 있으나 프레임본체(110)의 모서리 영역에 4개가 구비되어 안정적인 지지가 이루어지도록 한다.

도 3은 고정스크류부(120)의 단면구성을 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이 고정스크류부(120)는 상하로 수직이동가능하게 구비되는 고정스크류(121)와, 고정스크류(121)의 상부에 연장형성된 스플라인기어(122)와, 고정스크류(121)를 구동시키는 고정스크류고정모터(123)과, 고정스크류구동모터(123)의 구동력을 스플라인기어(122)로 전달하는 고정스크류기어(125)와, 이들을 내부에 수용하는 고정스크류케이싱(127)을 포함한다.

고정스크류(121)는 상부에 형성된 스플라인기어(122)가 고정스크류구동모터(123)의 구동력을 전달받아 정역회전하면, 이에 연동하여 상하로 이동된다. 고정스크류(121)는 노면(B) 내부에 일정 깊이 삽입되므로 프레임본체(110)의 위치가 안정적으로 고정되게 된다.

고정스크류부(120)는 프레임본체(110)의 모서리를 비롯하여 테두리영역을 따라 복수개가 구비된다. 고정스크류부(120)는 강관(220,240)의 직경과 회전구동부(300)의 용량 등을 고려하여 적절한 수로 배치되는 것이 바람직하다.

고정스크류부(120)가 노면(B)에 일정깊이 삽입되어 위치가 고정되므로 별도의 반력벽 없이도 회전강관부(200)의 회전구동을 지지해줄 수 있다.

이송부(130)는 회전구동부가압부(400)의 가압력에 의해 회전강관부(200)와 회전구동부(300)가 전방을 향해 직선이동되도록 지지한다. 이송부(130)는 지지프레임부(100)의 양측면에 축방향을 따라 일정길이 형성되는 한 쌍의 이송봉(131)과, 한 쌍의 이송봉(131) 상을 이동가능하게 결합되는 복수개의 슬라이드캡(135)을 포함한다.

이송봉(131)은 일정직경을 갖는 봉형상으로 형성되며, 하부에 프레임결합바(133)가 수직하게 결합된다. 프레임결합바(133)는 프레임본체(110)의 상면에 용접 등의 방법으로 고정된다. 슬라이드캡(135)은 이송봉(131)의 외주연에 결합되어 외력이 인가될 때 이송봉(131)을 따라 직선이동된다.

강관지지부(140)는 강관(220,240)이 회전구동부(300)의 구동력에 의해 회전하며 전진하도록 강관(220,240)의 외주면을 접촉지지한다. 강관지지부(140)는 슬라이드캡(135)에 고정결합되는 높이조절기(141)와, 높이조절기(141)의 내부에 삽입되는 롤러지지관(145)과, 롤러지지관(145)의 상부에 결합되어 강관(220,240)의 외주면과 접촉되는 하부지지롤러(143)를 포함한다.

롤러지지관(145)은 높이조절기(141)의 내부를 상하 이동가능하게 구비되어 강관(220,240)의 직경에 따라 하부지지롤러(143)의 지면으로부터의 높이를 조절한다. 롤러지지관(145)과 높이조절기(141)는 유압에 의해 높이가 조절가능하게 구비되거나, 체결볼트(미도시)와 같은 기계적 수단에 의해 높이를 조절할 수 있다.

이렇게 높이조절기(141)의 높이가 조절가능하므로 다양한 직경의 강관을 강관회전압입장치(1)에 결합시켜 사용할 수 있다.

하부지지롤러(143)는 롤러지지관(145)의 단부에 배치되며 강관(220,240)의 외주면을 접촉지지한다. 하부지지롤러(143)는 아이들회전 가능하게 구비되어 강관(220,240)의 회전을 간섭하지 않는다.

여기서, 강관(220,240)을 중심으로 한 쌍의 하부지지롤러(143)가 일정각도 간격으로 강관(220,240)을 지지한다. 또한, 후술할 상부지지롤러(330)가 강관(220,240)의 상부를 지지한다. 이 때, 한 쌍의 하부지지롤러(143)와 한 개의 상부지지롤러(330)는 강관(220,240)의 외주연을 따라 120°간격으로 이격되게 배치되어 강관(220,240)이 안정적으로 회전되며 전진하도록 지지한다.

회전강관부(200)는 회전하며 노반을 굴착하여 강관(220,240)이 노반에 삽입되도록 한다. 회전강관부(200)는 선도강관(220)과, 선도강관(220)의 전방에 결합되어 노반을 절삭하는 커팅부(210)와, 선도강관(220)의 내부에 구비되어 커팅부(210)에 의해 커팅된 토사를 외부로 이송하는 토사이송부(230)를 포함한다.

도 4a는 회전강관부(200)의 정면구성을 도시한 정면도이다. 도시된 바와 같이 커팅부(210)는 선도강관(220)의 전방에 결합되어 선도강관(220)과 함께 회전하며 노반을 굴착한다. 커팅부(210)는 토사유입구(212)가 관통형성되며 선도강관(220)에 삽입 고정되는 커팅본체(211)와, 커팅본체(211)의 전면에 결합되는 복수개의 커팅날(213)과, 커팅본체(211)의 내부에 형성되어 벤토나이트가 유동되는 벤토나이트유동관(215)과, 벤토나이트유동관(215)의 단부에 형성되어 벤토나이트를 외부로 공급하는 벤토나이트노즐(217)을 포함한다.

커팅본체(211)는 외주연이 캡의 형태로 형성되어 선도강관(220)의 전방에 삽입 고정된다. 이 때, 회전에 의해 커팅본체(211)가 선도강관(220)으로부터 분리되지 않도록 커팅본체(211)는 선도강관(220)에 억지끼워맞춤되거나 별도의 체결부재에 의해 고정된다.

커팅날(213)은 커팅본체(211)의 판면에 일정간격으로 복수개가 구비되어 커팅날(213)의 회전시 지하 노반을 절삭하여 굴착한다. 이 때, 커팅날(213)은 지하구조물이 형성되는 암반의 지질특성을 고려하여 적합한 형상과 재질로 구비될 수 있다.

벤토나이트유동관(215)은 커팅본체(211)의 내부에 관통형성되어 토사이송부(230)를 통해 공급받은 벤토나이트를 외부로 이동시킨다. 벤토나이트는 벤토나이트노즐(217)을 통해 커팅본체(211)의 외부로 공급되어 커팅부(210)에 의해 커팅되어 여굴된 부분에 유입된다. 또한, 자체특성에 의해 윤활작용을 하여 지중압력을 완화시켜 커팅본체(211)와 선도강관(220)이 원활하게 회전되도록 한다.

선도강관(220)은 커팅부(210)와 회전구동부(300) 사이에 배치되어 회전구동부(300)의 구동력을 전달받아 회전한다. 선도강관(220)은 커팅부(210)와 함께 회전하며 노반에 일정깊이 압입되고, 이후 도 8에 도시된 바와 같이 회전구동부(300)와 분리된 후 선도강관(220)의 후단에 후속강관(240)이 연결된다. 선도강관(220)과 복수개의 후속강관(240)이 점차 압입되며 서로 연결되게 된다. 서로 연결된 선도강관(220)과 복수개의 후속강관(240)은 회전구동부(300)의 구동력에 의해 함께 회전하며 압입되게 된다.

선도강관(220)과 후속강관(240)은 일정길이를 갖는 관 형태로 형성된다. 선도강관(220)과 후속강관(240)의 후단부에는 회전구동부(300)의 강관결합바(321)가 삽입되는 바삽입공(223)이 일정간격으로 함몰 형성된다. 바삽입공(223)에 강관결합바(321)가 삽입고정되어 회전구동부(300)의 구동력에 의해 선도강관(220)과 후속강관(240)이 회전되게 된다.

토사이송부(230)는 커팅부(210)에 의해 굴착된 토사를 선도강관(220) 내부를 통해 외부로 이송한다. 토사이송부(230)는 선도강관(220) 내부에 축방향을 따라 결합된 회전축(231)과, 회전축(231)의 축방향을 따라 나선형으로 결합되어 토사를 이송하는 이송날개(233)를 포함한다.

회전축(231)은 선단은 커팅본체(211)의 회전축결합공(211a)에 삽입되고, 후단은 회전구동부(300)의 회전축연결축(356)과 결합된다. 회전축(231)은 회전축연결축(356)의 회전에 연동하여 회전한다. 회전축(231)의 선단에는 회전축결합공(211a)에 결합된 회전축(231)의 분리를 방지하기 위한 고정캡(235)이 결합된다.

회전축(231)의 내부에는 벤토나이트를 벤토나이트유동관(215)으로 공급하는 벤토나이트이동관(232)이 구비된다. 벤토나이트이동관(232)은 회전축연결축(356)에 결합된 벤투나이트 주입플러그(357)를 통해 주입된 벤토나이트를 커팅본체(211)로 이송한다.

벤토나이트는 벤토나이트 주입플러그(357)를 통해 공급된 후, 회전축연결축(356)과 회전축(231)의 벤토나이트이동관(232)을 통해 이동하여 커팅본체(211)의 벤토나이트유동관(215)를 거쳐 벤토나이트노즐(217)로 배출된다.

이송날개(233)는 회전축(231) 상에 결합되어 커팅부(210)의 굴착에 의해 토사유입구(212)를 통해 선도강관(220) 내부로 유입된 토사를 선도강관(220) 후단부로 공급한다. 선도강관(220) 후단부로 이송된 토사는 회전구동부(300)의 일측에 배치된 토사유출구(359)를 통해 외부로 배출된다.

회전구동부(300)는 회전강관부(200)가 회전되며 노반을 굴착하도록 회전력을 제공한다. 도 4은 회전구동부(300)의 전면구성을 도시한 정면도이고, 도 5는 회전구동부(300)의 내부구성을 도시한 측단면도이다.

도시된 바와 같이 회전구동부(300)는 하우징(310)과, 하우징(310)의 전방에 회전가능하게 구비되며 강관(220,240)과 고정되는 회전판(320)과, 하우징(310)에 결합되며 선도강관(220)의 상부를 지지하는 상부지지롤러(330)와, 회전판(320)이 회전되도록 구동력을 제공하는 회전판구동부(340)와, 토사이송부(230)가 회전되도록 구동력을 제공하는 토사이송부구동부(350)를 포함한다.

하우징(310)은 내부에 회전판구동모터(341)와 토사이동부구동모터(351)를 수용하며, 회전판케이싱(323)을 회전가능하게 지지한다. 하우징(310)의 가운데 영역에는 회전축연결축(356)이 구비되고, 회전축연결축(356)의 외부로 회전판케이싱(323)이 결합된다.

회전판(320)은 하우징(310)의 전방에 회전가능하게 결합되어 선도강관(220)과 고정된다. 회전판(320)의 전면에는 선도강관(220)의 바삽입공(223)에 삽입되는 강관결합바(321)가 복수개 배치된다. 강관결합바(321)는 체결부재(321a)에 의해 회전판(320)에 고정된다.

회전판(320)의 배면에는 회전판케이싱(323)이 하우징(310) 내부에서 회전판(320)을 회전가능하게 지지한다.

상부지지롤러(330)는 하우징(310)의 상부에 결합된다. 상부지지롤러(330)는 아이들롤러의 형태로 형성되어 선도강관(220)의 상면을 접촉지지한다. 이러한 상부지지롤러(330)와 하부지지롤러(143)의 지지에 의해 선도강관(220)이 안정적으로 회전구동될 수 있다. 또한, 상부지지롤러(330)가 선도강관(220)의 상면을 지지하므로 선도강관(220)이 상방향으로 이동되는 것을 방지할 수 있다.

회전판구동부(340)는 회전판(320)이 안정적으로 회전되며 선도강관(220)으로 회전력이 전달되도록 한다. 회전판구동부(340)는 하우징(310)의 내부에 구비된 회전판구동모터(341)와, 회전판구동모터(341)의 구동에 의해 회전하는 회전판구동기어(343)와, 회전판구동기어(343)와 맞물려 회전하는 회전판전동기어(345)를 포함한다.

회전판전동기어(345)는 회전판(320)의 외주연을 감싸도록 형성되고, 회전판구동기어(343)는 회전판전동기어(345)의 좌우에 한 쌍이 맞물려 회전되도록 구비된다. 회전판구동기어(343)의 구동에 의해 회전판(320)은 회전축연결축(356)을 중심으로 회전판케이싱(323)과 함께 회전하게 되고, 강관결합바(321)에 의해 회전판(320)과 고정된 선도강관(220)도 함께 회전되게 된다.

토사이송부구동부(350)는 토사이송부(230)가 회전되도록 구동력을 전달한다. 토사이송부구동부(350)는 토사이송부구동모터(351)와, 토사이송부구동기어(353) 및 토사이송부전동기어(355)와, 토사이송부전동기어(355)와 결합된 회전축연결축(356)으로 구비된다. 토사이송부구동모터(351)는 하우징(310)의 내부에 수용된다. 토사이송부구동모터(351)가 회전되면, 토사이송부구동모터(351)의 구동축에 연결된 토사이송부구동기어(353)가 회전되고, 토사이송부구동기어(353)와 맞물리게 배치된 토사이송부전동기어(355)가 회전된다. 이에 토사이송부전동기어(355)의 내부에 결합된 회전축연결축(356)은 토사이송부전동기어(355)에 치합되며 회전되고, 회전축연결축(356)과 연결된 회전축(231)이 회전되며 토사를 이송하게 된다.

회전구동부가압부(400)는 지지프레임부(100)의 후단에 고정되어 회전구동부(300)를 천천히 전방으로 가압한다. 회전구동부가압부(400)의 가압에 의해 회전구동부(300)와 회전강관부(200)는 회전하며 이송봉(131)를 따라 전방으로 이동되며 노반에 압입되게 된다.

회전구동부가압부(400)는 유압잭의 형태로 구현될 수 있다. 회전구동부가압부(400)는 유압잭본체(410)와, 유압잭본체(410)에 결합되어 회전구동부(300)를 가압하는 가압대(420)를 포함한다. 가압대(420)는 점차 길이가 길어지며 회전구동부(300)를 가압하게 된다.

회전구동부복귀부(500)는 회전구동부가압부(400)의 일측에 구비되어 전방으로 이동된 회전구동부(300)를 초기 위치로 복귀시킨다. 회전구동부가압부(400)에 의해 전방으로 이동되며 선도강관(220)이 일정깊이 압입되면, 회전구동부(300)를 선도강관(220)과 분리한 후 초기 위치로 복귀시켜야 한다.

회전구동부복귀부(500)는 복귀로프(520)를 이용해 회전구동부(300)를 초기위치로 복귀시킨다. 회전구동부복귀부(500)는 복귀로프(520)가 권취되는 윈치본체(510)와, 윈치본체(510)를 회전시키는 로프구동모터(530)로 구성된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 강관회전압입장치(1)의 작동과정을 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

먼저, 작업자는 선도강관(220)이 삽입되어야할 노반의 일측에 수평하게 형성된 노면에 지지프레임부(100)를 안착시킨다. 그리고, 고정스크류구동모터(123)를 구동시켜 각각의 고정스크류(121)를 노면 하부에 일정깊이 삽입한다. 복수개의 고정스크류(121)가 모두 지면에 삽입되어 지지프레임부(100)의 위치가 고정되면 선도강관(220)을 강관지지부(140) 상에 적재한다.

선도강관(220)의 전방에는 커팅부(210)를 조립하고, 선도강관(220)의 내부에는 토사이송부(230)를 삽입한다. 선도강관(220)의 위치가 고정되면, 선도강관(220)의 후방에 회전구동부(300)를 결합시킨다.

선도강관(220)의 바삽입공(223)에 회전판(320)의 강관결합바(321)를 삽입하여 회전판(320)과 선도강관(220)을 서로 고정시킨다.

이렇게 고정이 완료되면, 회전판구동모터(341)와 토사이송부구동모터(351)를 동작시킨다. 회전판구동모터(341)의 구동에 의해 회전판(320)이 회전되고, 이에 연동하여 선도강관(220)이 회전한다. 선도강관(220)과 이에 결합된 커팅부(210)가 함께 회전되며 노반을 절삭하게 된다.

이와 동시에 회전구동부가압부(400)의 유압잭본체(410)가 구동되며 가압대(420)가 회전구동부(300)의 하우징(310)을 가압한다. 이에 의해 회전강관부(200)는 회전하며 이송봉(131)을 따라 점차 전방으로 압입되게 된다. 이 때, 회전축(231)이 회전되며 벤토나이트가 커팅부(210) 외측으로 공급된다. 이에 따라 여굴된 영역에 벤토나이트가 충진되며 윤활작용을 하게 된다. 따라서, 작은 압력으로 선도강관(220)의 회전이 가능하게 된다.

커팅부(210)의 커팅에 의해 굴착된 토사는 선도강관(220) 내부로 유입되고, 토사이송부(230)를 통해 외부로 배출된다.

이러한 과정의 반복에 의해 선도강관(220) 전체가 노반 내부에 완전히 압입되면, 선도강관(220)과 회전판(320)을 서로 분리한다. 강관결합바(321)를 선도강관(220)으로부터 분리하고, 로프구동모터(530)를 구동하여 회전구동부(300)를 초기위치로 복귀시킨다.

그리고, 선도강관(220)과 회전구동부(300) 사이에 후속강관(240)을 배치하고, 후속강관(240)의 선단은 선도강관(220)의 후단과 용접결합하고, 후속강관(240)의 후단은 회전판(320)에 고정시킨다. 그리고, 회전축(231)과 회전축연결축(356) 사이에 후속 토사이송부(미도시)를 연결한다.

연결과정이 완료되면 다시 회전구동부(300)를 구동시켜 선도강관(220)과 후속강관(240)을 함께 회전하여 압입한다. 후속강관(240)도 노반 내부에 완전히 압입되면 앞서 설명한 바와 동일하게 또 다른 후속강관을 연결한다.

여기서, 본 발명에 따른 강관회전압입장치(1)은 강관(220,240)을 회전하며 압입하게 되므로 도 6에 도시된 바와 같이 노반 내부를 좌우로 회전하며 전진하게 된다. 이에 따라 강관(220,240)의 수평제어가 용이하다. 즉, 강관(220,240)의 회전시에 일방향(L)으로 편심되더라도 다시 회전되며 반대방향(M)으로 편심되게 되므로 결국은 수평한 방향으로 나아가게 된다.

한편, 도 7 내지 도 12는 상술한 강관압입이 완료된 후 지하구조물을 시공하는 과정을 도시한 개략도들이다.

도 7에 도시된 바와 같이 철길 레일(600)이 형성된 노반(A)의 하부에 복수개의 강관(220,240)들이 압입되면, 도 8에 도시된 바와 같이 복수개의 강관(220,240)의 좌우 종단점에 수직하게 수직파일(640)을 설치한다. 그리고, 양측의 수직파일(640)의 상부에 가로방향으로 가로빔(620)을 설치하고 결속강재(650)로 결속한다.

이 때, 수직파일(640) 상부에 충격완화판(680)을 설치한다.

도 9에 도시된 바와 같이 강관(220,240) 내부를 통하여 복수개의 세로빔(630)을 가로빔(620) 위에 거치시키고, 도 10에 도시된 바와 같이 세로빔(630)을 강관(220,240)의 상부 내벽면에 밀착되도록 한 후, 가로빔(620)과 세로빔(630) 사이에 간격조절판(670)을 투입하고 체결부재로 결속한다. 그리고, 강관(220,240) 하부의 토사를 제거하면서 동시에 측면 토사의 유출을 방지할 측면토류판(690)을 설치하고, 구조물을 시공하게 된다.

도 11과 도 12에 도시된 바와 같이 지하구조물(660)이 설치된 후 지하구조물(660) 상부와 강관(220,240) 하부 사이에 몰탈그라우팅(700)을 시공하고, 세로빔(630)과 가로빔(620)을 제거한다. 그리고, 강관(220,240) 내부에 그리우팅 시공으로 지하구조물을 완성한다. 이렇게 강관(220,240) 내부에 그라우팅을 하게 되면 노반(A)이 더욱 견고해지게 된다. 또한, 제거된 가로빔(620)과 세로빔(630)은 재사용할 수 있으므로 경제적인 시공이 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 강관회전압입장치 및 이를 이용한 지하구조물 시공방법은 강관을 회전하며 압입함으로 종래 타격식 또는 유압식으로 압입하는 경우와 비교할 때 상대적으로 작은 압력으로 신속하게 강관을 압입할 수 있다.

또한, 본 발명은 지지프레임부가 지면에 안정적으로 고정되므로 별도의 반력벽이 필요없게 된다. 이에 따라 반력벽 설치시간과 비용일 절감될 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 본 발명에 따른 강관회전압입장치 및 이를 이용한 지하구조물 시공방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 강관회전압입장치 100 : 지지프레임부
110 : 프레임본체 120 : 고정스크류부
121 : 고정스크류 122 : 스플라인기어
123 : 고정스크류구동모터 125 : 고정스크류기어
127 : 고정스크류케이싱 130 : 이송부
131 : 이송봉 133 : 프레임결합바
135 : 슬라이드캡 140 : 강관지지부
141 : 높이조절기 143 : 하부지지롤러
145 : 롤러지지관 200 : 회전강관부
210 : 커팅부 211 : 커팅본체
211a : 회전축결합공 212 : 토사유입구
213 : 커팅날 215 : 벤토나이트유동관
217 : 벤토나이트노즐 220 : 선도강관
221 : 선도강관본체 223 : 바삽입공
230 : 토사이송부 231 : 회전축
232 : 벤토나이트이동관 233 : 이송날개
235 : 고정캡 240 : 후속강관
300 : 회전구동부 310 : 하우징
311 : 하우징지지실린더 313 : 하우징슬라이딩캡
320 : 회전판 321 : 강관결합바
323 : 회전판케이싱 330 : 상부지지롤러
331 : 롤러지지축 340 : 회전판구동부
341 : 회전판구동모터 343 : 회전판구동기어
345 : 회전판전동기어 350 : 토사이송부구동부
351 : 토사이송부구동모터 353 : 토사이송부구동기어
355 : 토사이송부전동기어 356 : 회전축연결축
356a : 벤토나이트이동관 357 : 벤토나이트 주입플러그
359 : 토사유출구 400 : 회전구동부가압부
410 : 유압잭본체 420 : 가압대
500 : 회전구동부복귀부 510 : 윈치본체
520 : 복귀로프 530 : 로프구동모터
600 : 철 610 : 침목
620 : 가로빔 630 : 세로빔
640 : 수직파일 650 : 결속강재
660 : 지하구조물 670 : 간격조절판
680 : 충격완화판 690 : 측면토류판
700 : 몰탈그라우팅

Claims

노반에 강관을 삽입하는 강관회전압입장치에 있어서,
지면에 고정지지되는 일정크기의 지지프레임부와;
상기 지지프레임부를 따라 슬라이딩 이동가능하게 구비되는 강관과, 상기 강관의 선단에 결합되고 회전하며 상기 노반을 굴착하는 커팅부가 구비된 회전강관부와;
상기 강관의 후단에 결합되어 상기 강관과 함께 직선이동되며 상기 회전강관부가 회전되도록 구동력을 제공하는 회전구동부와;
상기 지지프레임의 단부에 구비되며 상기 회전구동부를 가압하여 상기 회전강관부가 회전하며 전진되어 상기 노반에 압입되도록 하는 회전구동부가압부와;
상기 강관의 축방향을 따라 배치되며 상기 회전구동부로부터 구동력을 전달받아 회전하며 상기 커팅부의 굴착에 의해 발생되는 토사를 상기 강관의 후단으로 이송하는 토사이송부와;
상기 회전구동부가압부의 일측에 배치되며, 상기 회전구동부와 연결된 복귀로프를 권취하여 상기 회전구동가압부에 의해 전진된 상기 회전구동가압부를 초기위치로 복귀시키는 회전구동부복귀부를 포함하며,
상기 강관의 후단에는 외주면을 따라 일정간격으로 바삽입공이 함몰형성되고,
상기 회전구동부는 회전판구동모터의 구동력에 의해 회전되는 회전판과; 상기 회전판의 전면에 돌출형성되어 상기 바삽입공에 삽입되는 강관결합바를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관회전압입장치.
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제1항에 있어서,
상기 토사이송부는 상기 강관의 내부에 배치되는 회전축과, 상기 회전축의 외주연에 나선형으로 결합되는 이송날개를 포함하며,
상기 회전구동부는,
상기 회전축과 연결되는 회전축연결축과, 상기 회전축연결축으로 이송날개구동모터의 구동력을 전달하는 이송날개구동기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관회전압입장치.
제5항에 있어서,
상기 커팅부는 벤토나이트를 상기 커팅부 외부로 이동시키는 벤토나이트유동관이 형성되고,
상기 회전축과 상기 회전축연결축은 각각 내부에 벤토나이트를 상기 벤토나이트유동관으로 공급하는 벤토나이트이동관이 형성되는 것을 특징으로 하는 강관회전압입장치.
제6항에 있어서,
상기 지지프레임부는,
지면에 배치되는 프레임본체와;
상기 프레임본체의 외주연을 따라 수직하게 배치되며, 구동력의 제공여부에 따라 지하로 삽입되어 상기 회전강관부의 회전이송에 따른 반발력을 지지하는 복수개의 고정스크류부를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관회전압입장치.
제7항에 있어서,
상기 지지프레임부는,
상기 프레임본체의 축방향을 따라 구비되는 이송봉과;
상기 회전구동부가압부의 가압력에 의해 상기 이송봉을 따라 슬라이딩 이동되며 상기 강관의 외주면을 회전가능하게 지지하는 복수개의 하부지지롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관회전압입장치.
제1항, 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 강관회전압입장치를 이용한 지하구조물 시공방법에 있어서,
선도강관을 회전구동부에 연결시키고, 회전구동부와 회전가압부구동부를 구동하여 선도강관을 노반에 압입시키는 단계와;
상기 선도강관의 압입이 완료되면 상기 회전구동부복귀부를 통해 상기 회전구동부를 초기 위치로 복귀시키는 단계와;
상기 선도강관의 후단에 후속강관을 용접하여 결합시키고, 상기 후속강관을 상기 회전구동부에 결합시키는 단계와;
상기 회전구동부를 구동시켜 상기 선도강관과 상기 후속강관을 함께 회전시켜 노반 내부로 압입시키는 단계와;
상기 복수개의 강관이 노반을 관통하게 연결되면, 상기 복수개의 강관의 선단과 후단에 각각 수직하게 수직파일을 설치하는 단계와;
상기 수직파일의 상면에 가로빔을 설치하는 단계와;
상기 복수개의 강관 내부에 상기 가로빔에 거치되게 세로빔을 배치하는 단계와;
상기 세로빔과 상기 가로빔 사이에 간격조절판을 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하구조물 시공방법.
삭제
제9항에 있어서,
상기 강관 하부의 토사를 제거하고 측면토류판을 설치하는 단계와;
지하구조물을 설치하는 단계와;
상기 지하구조물과 상기 강관 사이에 몰탈그라우팅을 실시하는 단계와;
상기 세로빔과 상기 가로빔을 철거하고, 상기 강과 내부에 그라우팅을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하구조물 시공방법.