KR101313433B1 - 피알디 공법을 이용한 대구경 천공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1,000~2,000Φ의 일반적인 천공 시 사용되는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법으로서, 천공 크기 이상의 외부 케이싱, 외부 케이싱 내부에 구비되는 내부 케이싱, 내부 케이싱과 결합되어 외부 케이싱 사이에 구비되는 복수 개의 제1 연결부, 및 제1 연결부를 통해 외부 및 내부 케이싱 사이에 형성되는 복수 개의 공간부를 포함하는 가이드부를 천공 위치에 압입하는 과정과; 회전 및 항타되는 에어 해머(hammer), 에어 해머 하부에 구비되는 비트(bit), 및 에어 해머 둘레에 구비되는 케이싱을 포함하는 천공부가 복수 개 짝을 이루는 PRD 공법용 천공부로 가이드부의 외부 케이싱 내벽 곡면을 따라 PRD 공법용 천공부가 삽입되는 크기로 형성된 공간부를 차례로 이동하면서 천공하는 과정과; 내부 케이싱 및 제1 연결부를 인발하는 과정과; 천공된 부분의 잔재물을 에어 펌핑하는 과정과; 천공된 부분에 강관을 압입하는 과정; 및 외부 케이싱 및 강관 사이에 그라우팅(grouting) 및 시멘트(cement)를 주입하는 과정;을 포함한다. 본 발명은 외부 케이싱의 내벽 곡면을 따라 PRD 공법용 천공부가 차례로 천공함으로써, 천공이 이루어지지 않는 부분이 거의 없어 대구경 천공을 빠르고 용이하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

피알디 공법을 이용한 대구경 천공 방법{METHOD FOR WIDENING HOLE DRILLING USING PRD(PERCUSSION ROTARY DRILL) METHOD}

본 발명은 천공 장치 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치에 관한 것이다.

건축물을 건설하거나 구축물을 설치하기 위하여 지하를 파는 공사, 강이나 바다에서 실시하는 물막이 공사, 도로를 확장하는 공사 등과 같은 각종 공사를 실시할 때에는 토사가 흘러내리거나 지반이 무너지는 것을 방지하기 위한 작업 수행을 위해 일반적으로 천공(down hole) 작업이 선행된다.

천공 작업에 사용되는 공법으로는 PRD(Percussion Rotary Drill) 공법과 RCD(Reverse Circulation Drill) 공법이 있다. PRD 공법은 일반적인 천공 작업에 사용되는 공법으로서, 강관 구경이 최대 1,000~2,000Φ정도 될 때 사용된다. 주로 사용되는 강관의 구경은 1,000Φ 이하이다. PRD 공법에 사용되는 장치는 에어 해머(air hammer)와 비트(bit)로 구성되고, 타격과 회전을 동시에 수행하여 천공 작업이 진행된다. 이 때, 종래의 PRD 공법은 강관 내부 전체를 한 번에 타격 및 회전으로 천공하는 것으로서, 싱글 비트를 채택하는 싱글 에어 해머 구조를 가진다.

한편, RCD 공법, 즉 연마 공법은 강관 구경이 대구경인 경우에 사용된다. 연마 공법은 에어 해머의 타격 없이, 비트의 회전을 통해 연마하여 천공 작업이 수행된다. 즉, 비트의 회전만으로 천공 작업이 수행되므로, PRD 공법에 비하여 속도가 현저히 떨어지고, 이로 인해 공사 기간이 지연되는 문제점이 있다. 그리고 특수 비트 및 대형 장비를 사용해야 하고, 굴착토 제거만을 위한 별도의 에어 컴프레셔가 구비되어야 하며, 느린 순환수의 이동속도로 인하여 굴착토의 제거가 원활하게 이루어지지 않는 문제점 및 고가의 장비로 인한 비용이 현저히 높아지는 문제점도 있다. 여기서, 갈아서 천공을 하기 때문에 잔재물이 항상 천공되는 부분에 잔재해 있어 천공을 방해하는 문제점도 있다.

또한, 대구경 천공을 위해서는, 구경에 비례하여 충분한 하중을 비트에 공급해야 하는데, 이 경우 충분한 하중을 공급하기 위한 드릴 칼라 등의 제작에 상당한 비용이 소요될 뿐 아니라, 대형 비트는 큰 회전력을 요구하므로, 대형 장비를 사용해야 하는 문제점도 있다.

여기서, 대구경 천공 시, 전술한 PRD 공법을 적용하는 경우, 강관의 크기에 맞추어 장비들, 예컨대 에어 해머와 비트의 크기가 커져야 한다. 그러나, 싱글 에어 해머 구조를 가지는 장치의 크기를 크게 하는 데에는 기술적인 어려움이 있으므로, 대구경 천공을 위해서는 PRD 공법을 적용하지 않는다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 대구경 천공에 적용이 가능한 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 대구경 천공 시, 시간과 비용이 절감될 수 있는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, PRD 공법용 천공기를 이용하여 대구경 천공을 빠르고 용이하게 수행할 수 있는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 대구경 천공 시, 외부 케이싱의 내벽 곡면을 따라 PRD 공법용 천공기가 차례로 천공함으로써, 천공이 이루어지지 않는 부분이 거의 없어 천공 시간이 빨라질 수 있는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 1,000Φ 이하의 일반적인 천공 시 사용되는 PRD(Percussion Rotary Drill) 공법을 이용한 대구경 천공 방법은, 천공 크기 이상의 외부 케이싱, 상기 외부 케이싱 내부에 구비되는 내부 케이싱, 상기 내부 케이싱과 결합되어 상기 외부 케이싱 사이에 구비되는 복수 개의 제1 연결부, 및 상기 제1 연결부를 통해 상기 외부 및 내부 케이싱 사이에 형성되는 복수 개의 공간부를 포함하는 가이드부를 천공 위치에 압입하는 과정과; 회전 및 항타되는 에어 해머(hammer), 상기 에어 해머 하부에 구비되는 비트(bit), 및 상기 에어 해머 둘레에 구비되는 케이싱을 포함하는 천공부가 복수 개 짝을 이루는 PRD 공법용 천공부로 상기 가이드부의 외부 케이싱 내벽 곡면을 따라 상기 PRD 공법용 천공부가 삽입되는 크기로 형성된 상기 공간부를 차례로 이동하면서 천공하는 과정과; 상기 내부 케이싱 및 제1 연결부를 인발하는 과정과; 상기 천공된 부분의 잔재물을 에어 펌핑하는 과정과; 상기 천공된 부분에 강관을 압입하는 과정; 및 상기 외부 케이싱 및 강관 사이에 그라우팅(grouting) 및 시멘트(cement)를 주입하는 과정;을 포함하는 것에 특징이 있다.

그리고 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법은, 상기 천공 과정 이후에, 상기 내부 케이싱 내부는 상기 PRD 공법용 천공부를 통해 천공한 뒤 나머지 부분을 쇄암(碎巖)봉을 여러 번 자유 낙하시켜 천공하거나, 상기 내부 케이싱 내부 전체에 상기 쇄암봉을 여러 번 자유 낙하시켜 천공하는 과정을 더 포함하는 것에 특징이 있다.

또한, 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법의 상기 에어 해머 및 쇄암봉은 본체와 소정 각도로 기울어짐이 가능한 붐(boom)을 구비하는 크레인의 상기 붐 끝단에 고리와 후크를 통해 연결되는 것에 특징이 있다.

그리고 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법의 상기 PRD 공법용 천공부는 제1 에어 해머, 제1 비트, 제1 케이싱을 포함하는 제1 천공부와, 제2 에어 해머, 제2 비트, 제2 케이싱을 포함하는 제2 천공부로 구성되고, 상기 제1 및 제2 천공부를 일체화하기 위해 상기 제1 및 제2 케이싱을 연결하는 제2 연결부를 더 포함하며, 상기 공간부는 8 개가 형성되는 것에 특징이 있다.

본 발명은 대구경 천공 시, 외부 케이싱의 내벽 곡면을 따라 PRD 공법용 천공기가 차례로 천공함으로써, 천공이 이루어지지 않는 부분이 거의 없어 대구경 천공을 빠르고 용이하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

그리고 일반적인 구경에 사용되던 PRD 공법을 대구경에 적용함으로써, 대구경 천공 시 시간과 비용이 절감될 수 있는 효과가 있다. 즉, 대구경 천공에 사용되던 RCD 공법, 즉 연마 공법으로 인한 공사 기간 지연 및 고비용 문제가 해결될 수 있고, 대구경 천공에 PRD 공법을 적용 시 기술적인 어려움이 있던 문제가 해결되는 효과가 있다.

또한, 천공 이후 강관 삽입 이전에, 천공으로 인해 존재하는 천공된 부분의 잔재물을 에어 펌프를 통해 분출하므로, 잔재물에 의해 천공이 지연되는 문제점도 해결될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되나, 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1a와 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법 시, 가이드부를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법 시, 천공부를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 위한 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 나타낸 블록도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법 시, 쇄암봉을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법의 다른 예를 나타낸 블록도이다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 나타낸 도면이다.
도 9a와 도 9b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법 시, 가이드부를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 10a 내지 도 10h는 본 발명의 제2 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

제1 실시예

본 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법은, 강관이 원통형상일 경우를 예로 들어 설명한다. 도 1a와 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법 시, 가이드부를 나타낸 사시도 및 단면도이고, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법 시, 천공부를 나타낸 사시도 및 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 위한 장치를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 위한 장치(100)는 가이드부(10)와 PRD 공법용 천공부(20)를 포함한다.

가이드부(10)는 도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같이, 외부 케이싱(11), 내부 케이싱(13), 제1 연결부(15), 및 공간부(16)를 포함한다.

외부 케이싱(11)은 원통 형상으로서, 천공 위치에 삽입되고, 천공 크기 이상으로 준비된다. 본 실시예에 따른 천공 장치(100)는 대구경용이므로, 외부 케이싱(11)의 크기는 대구경 천공 크기에 준하는 크기이다. 예컨대, 외부 케이싱(11)의 크기는 2,000Φ 이상이다.

내부 케이싱(13)은 외부 케이싱(11) 내부에 원통 형상으로 구비된다. 내부 케이싱(13)의 크기는, 외부 케이싱(11) 내벽과 내부 케이싱(13) 외벽 사이의 직선거리가 하기되는 비트(bit; 22)의 지름과 동일하도록 구비된다. 제1 연결부(15)는 외부 케이싱(11)과 내부 케이싱(13) 사이에 구비되되, 내부 케이싱(13)에 용접되어 결합된다. 제1 연결부(15)는 8 개가 구비될 수 있다.

공간부(16)는 외부 케이싱(11)과 내부 케이싱(13) 사이에서 제1 연결부(15)에 의해 형성되고, 8 개가 형성된다. 각 공간부(16)에는 하기되는 한 쌍의 PRD 공법용 천공부(20)가 맞게 삽입될 수 있다. 본 실시예에서는 연결부(15)와 공간부(16)가 8 개인 것을 예로 들어 설명하지만, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니고, 천공 크기에 따라 상이해질 수 있다.

PRD 공법용 천공부(20)는 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 에어 해머(air hammer; 21), 비트(22), 케이싱(23)을 포함한다.

에어 해머(21)는 회전 및 항타된다. 비트(22)는 에어 해머(21) 하부에 구비되어, 에어 해머(21)의 구동에 따라 회전 및 항타된다. 케이싱(23)은 에어 해머(21) 둘레에 구비된다.

PRD 공법용 천공부(20)는 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 복수 개, 예컨대 두 개의 천공부(20a, 20b)로 구성될 수 있다. 제1 천공부(20a)는 제1 에어 해머(21a), 제1 비트(22a), 및 제1 케이싱(23a)으로 구성되고, 제2 천공부(20b)는 제2 에어 해머(21b), 제2 비트(22b), 및 제2 케이싱(23b)으로 구성된다. 제1 에어 해머(21a)와 제2 에어 해머(21b)는 회전 방향이 반대이다. 즉, 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 에어 해머(21a, 21b)는 서로 바깥을 향하도록 반대 방향으로 회전된다. 이로 인해, 천공이 용이하게 이루어질 수 있다.

제1 및 제2 천공부(20a, 20b)는 제2 연결부(25)로 연결되는데, 제2 연결부(25)에 의해 제1 및 제2 천공부(20a, 20b)는 일체화되어 사용될 수 있다. PRD 공법용 천공부(20)의 크기는 하나의 크기로 제작되어, 복수 개의 천공부로 구성됨으로써 다양한 대구경 천공 시 사용될 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 천공부가 두 개인 것을 예로 들어 설명하지만, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 천공의 크기가 커질수록, 그 크기에 대응되도록 복수 개의 천공부를 준비하고, 이들을 연결부로 연결하여 사용할 수 있다. 예컨대 도 2c에 도시된 바와 같이, 네 개의 천공부를 쌍으로 이루어 사용할 수도 있다.

PRD 공법용 천공부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 크레인(30)에 연결된다. 크레인(30)은 본체와 소정 각도로 기울어짐이 가능한 붐(boom; 35)을 구비하고, 붐(35) 끝단에 고리와 후크를 통해 에어 해머(21)가 연결된다. 붐(35)을 구비한 크레인(30)에 의해, 장비의 진입이 어려운 지형에 천공이 용이한 효과가 있다. 그리고 종래의 장비의 경우, 오거 모터가 회전되지 않고 승강이 가능하도록 리드가 필요한 구조였으나, 본 실시예에서는 리드 없이, 외부 및 내부 케이싱(11, 13) 사이의 공간부(16)로 PRD 공법용 천공부(20)가 삽입되므로 오거 모터가 자체적으로 뒤틀리거나 회전되는 일 없이 천공이 용이한 효과도 있다.

이하에서는 본 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 천공 장치(100)를 이용하여 대구경 천공 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 나타낸 블록도이고, 도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 가이드부(10)를 압입한다(S1). 그 후에, 가이드부(10)의 공간부(16)에 차례대로 PRD 공법용 천공부(20)를 삽입하여 천공한다(S3). 이러한 과정이 진행되는 도면이 도 5a 내지 도 5c에 도시된다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 첫 번째 공간부에 PRD 공법용 천공부(20)를 삽입하여 천공을 수행하고, 차례대로 나머지 공간부에 PRD 공법용 천공부(20)를 삽입하여 천공을 수행한다.

이어서, 내부 케이싱(13) 및 제1 연결부(15)를 인발한다(S5). 이러한 과정이 진행되는 도면이 도 5d에 도시된다. 즉, 외부 케이싱(11) 내부의 공간부의 천공이 다 이루어진 후, 제1 연결부(15)가 용접으로 결합된 내부 케이싱(13)을 인발한다.

다음으로, 천공된 부분의 잔재물을 에어 펌핑한다(S7). 천공 작업 이후, 천공된 부분으로 잔재물이 투입될 수 있다. 즉, 각 공간부로 이동해가면서 천공 시, 천공 작업으로 인한 잔재물이 천공된 부분으로 투입된다. 따라서, 에어 펌프 등을 이용하여 잔재물을 분출시킨다. 이로 인해, 천공된 부분에 잔재물이 투입되어 천공이 지연되는 문제를 해결할 수 있다.

이어서, 천공된 부분, 예컨대 외부 및 내부 케이싱(11, 13) 사이에 강관(50)을 삽입한다(S9). 즉, 외부 케이싱(11) 내부의 천공이 이루어진 공간부에 강관(50)을 삽입한다. 이러한 과정이 진행되는 도면이 도 5e에 도시된다. 이로 인해, 천공 및 강관(50) 삽입이 완료된다.

다음으로, 외부 케이싱(11) 및 강관(50) 사이에 그라우팅(grouting) 및 시멘트(cement)를 삽입한다(S11). 이러한 과정이 진행되는 상태가 도 5f에 도시된다. 강관(50)이 삽입되면, 외부 케이싱(11)과 강관(50) 사이에 그라우팅 및 시멘트와 같은 충전물을 삽입하여, 원하는 작업을 수행할 수 있다. 여기서, 본 과정은 작업에 따라 수행되지 않을 수도 있다.

한편, 전술한 본 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 천공 장치(100)를 이용하여 대구경 천공 방법의 다른 예로서, PRD 공법을 이용한 천공 장치(100)가 쇄암봉(40)을 더 포함할 수도 있다. 도 6은 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법 시, 쇄암봉을 나타낸 사시도이다.

쇄암(碎巖)봉(40)은 도 6에 도시된 바와 같은 형태이다. 쇄암봉(40)은 크레인(30)에 연결된다. 전술한 PRD 공법용 천공부(20)와 마찬가지로, 크레인(30)의 붐(35) 끝단에 고리와 후크를 통해 쇄암봉(40)이 연결된다. 쇄암봉(40)은 자유 낙하된다. 즉, 쇄암봉(40)은 본 실시예에 따른 대구경 천공 시, PRD 공법용 천공부(20)를 통해 천공 한 뒤, 나머지 부분에 자유 낙하되어 천공을 마무리한다.

쇄암봉(40)을 사용하여 본 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 천공 장치(100)를 이용한 대구경 천공 방법에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법의 다른 예를 나타낸 블록도이고, 도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 전술한 도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 가이드부(10)를 압입한다(S101). 그 후에, 가이드부(10)의 공간부(16)에 차례대로 PRD 공법용 천공부(20)를 삽입하여 천공한다(S103).

다음으로, 내부 케이싱(13) 내부에 PRD 공법용 천공부(20)를 삽입하여 천공을 수행한다(S105). 이러한 과정이 진행되는 도면이 도 8a에 도시된다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 내부 케이싱(13) 내부에서 하부에 먼저 PRD 공법용 천공부(20)를 투입시켜 천공을 수행한 뒤, 상부에 PRD 공법용 천공부(20)로 천공을 수행한다. 그 후에, 내부 케이싱(13)의 나머지 부분에 쇄암봉(40)을 자유 낙하시켜 천공을 수행한다(S107). 이러한 과정이 진행되는 도면이 도 8b에 도시된다. 즉, PRD 공법용 천공부(20)를 통해 천공한 뒤 나머지 부분을 쇄암봉(40)을 여러 번 자유 낙하시켜 천공한다.

한편, 전술한 S103 과정 이후에, 내부 케이싱(13) 내부에 쇄암봉(40)만을 자유 낙하시켜 천공을 수행할 수도 있다(S117). 이러한 과정이 진행되는 도면이 도 8c에 도시된다. 즉, 내부 케이싱(13) 내부의 천공을 쇄암봉(40)을 여러 번 자유 낙하시켜 천공을 수행할 수도 있다.

전술한 S105와 S107 과정 또는 S117 과정은 외부 케이싱(11)의 공간부(16)가 이미 천공이 된 상태이므로, 내부 케이싱(13) 내부의 지반은 약해진 상태이다. 따라서, 쇄암봉(40)을 자유 낙하시키는 것으로 내부 케이싱(13) 내부에서 용이하게 천공이 이루어질 수 있다.

이어서, S107 과정 또는 S117 과정 이후에, 내부 케이싱(13) 및 제1 연결부(15)를 인발한다(S109). 이러한 과정이 진행되는 도면이 도 8d에 도시된다. 즉, 외부 케이싱(11) 내부의 천공이 다 이루어진 후, 제1 연결부(15)가 용접으로 결합된 내부 케이싱(13)을 인발한다.

다음으로, 천공된 부분의 잔재물을 에어 펌핑한다(S111). 천공 작업 이후, 천공된 부분으로 잔재물이 투입될 수 있으므로, 에어 펌프 등을 이용하여 잔재물을 분출시킨다. 이로 인해, 천공된 부분에 잔재물이 투입되어 천공이 지연되는 문제를 해결할 수 있다.

이어서, 외부 및 내부 케이싱(11, 13) 사이에 강관(50)을 삽입한다(S113). 이러한 과정이 진행되는 도면이 도 8e에 도시된다. 즉, 외부 케이싱(11) 내부에 강관(50)을 삽입한다. 이로 인해, 천공 및 강관(50) 삽입이 완료된다.

다음으로, 외부 케이싱(11) 및 강관(50) 사이에 그라우팅 및 시멘트를 삽입한다(S115). 여기서, 본 과정은 작업에 따라 수행되지 않을 수도 있다.

제2 실시예

본 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법은 전술한 제1 실시예에 따른 발명과 유사하지만, 외부 및 내부 케이싱의 형태가 사각통 형태인 것에 특징이 있다. 본 실시예에서 제1 실시예와 유사하거나 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법 시, 천공부를 나타낸 사시도 및 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법 시, 쇄암봉을 나타낸 사시도이며, 도 9a와 도 9b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법 시, 가이드부를 나타낸 사시도 및 단면도이다.

가이드부(10')는 도 9a와 도 9b에 도시된 바와 같이, 외부 케이싱(11'), 내부 케이싱(13'), 제1 연결부(15'), 및 공간부(16')를 포함한다. 외부 케이싱(11')은 사각통 형상으로서 천공 위치에 삽입되고, 천공 크기 이상으로 준비된다. 외부 케이싱(11')의 크기는 대구경 천공 크기에 준하는 크기로서, 예컨대, 2,000Φ 이상이다.

내부 케이싱(13')은 외부 케이싱(11') 내부에 사각통 형상으로 구비된다. 내부 케이싱(13')의 크기는, 외부 케이싱(11') 내벽과 내부 케이싱(13') 외벽 사이의 직선거리가 비트(22')의 지름과 동일하도록 구비된다. 제1 연결부(15')는 외부 케이싱(11')과 내부 케이싱(13') 사이에 구비되되, 내부 케이싱(13')에 용접되어 결합된다. 제1 연결부(15')는 8 개가 구비될 수 있다.

공간부(16')는 외부 케이싱(11')과 내부 케이싱(13') 사이에서 제1 연결부(15')에 의해 형성되고, 8 개가 형성된다. 각 공간부(16')에는 하기되는 한 쌍의 PRD 공법용 천공부(20)가 맞게 삽입될 수 있다. 본 실시예에서는 연결부(15')와 공간부(16')가 8 개인 것을 예로 들어 설명하지만, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니고, 천공 크기에 따라 상이해질 수 있다.

PRD 공법용 천공부(20)는 전술한 제1 실시예의 도 2a와 도 2b에 도시된 형태와 동일한 형태이다. 한 쌍의 제1 및 제2 천공부(20a, 20b)로 구성되는 PRD 공법용 천공부(20)가 사용된다. 본 실시예에서는 천공부가 두 개인 것을 예로 들어 설명하지만, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 천공의 크기가 커질수록, 그 크기에 대응되도록 복수 개의 천공부를 준비하고, 이들을 연결부로 연결하여 사용할 수 있다.

쇄암봉(40)은 전술한 제1 실시예의 도 6에 도시된 형태와 동일한 형태이다. 쇄암봉(40)은 본 실시예에 따른 대구경 천공 시, PRD 공법용 천공부(20)를 통해 천공 한 뒤, 나머지 부분에 자유 낙하되어 천공을 마무리한다. 본 실시예에서는 쇄암봉(40)을 통해 내부 케이싱(13') 내부를 자유 낙하시키는 것을 예로 들어 설명하지만, 전술한 제1 실시예에서와 같이, 내부 케이싱(13') 내부를 천공하지 않을 수도 있다.

이하에서는 본 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 천공 장치를 이용하여 대구경 천공 방법에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 나타낸 블록도이고, 도 10a 내지 도 10h는 본 발명의 제2 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 가이드부(10')를 압입한다(S101). 그 후에, 가이드부(10')의 공간부(16')에 차례대로 PRD 공법용 천공부(20)를 삽입하여 천공한다(S103). 이러한 과정이 진행되는 도면이 도 9a 내지 도 9c에 도시된다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 첫 번째 공간부에 PRD 공법용 천공부(20)를 삽입하여 천공을 수행하고, 차례대로 나머지 공간부에 PRD 공법용 천공부(20)를 삽입하여 천공을 수행한다.

다음으로, 내부 케이싱(13') 내부에 PRD 공법용 천공부(20)를 삽입하여 천공을 수행한다(S105). 이러한 과정이 진행되는 도면이 도 10d에 도시된다. 도 10d에 도시된 바와 같이, 내부 케이싱(13') 내부에서 하부에 먼저 PRD 공법용 천공부(20)를 투입시켜 천공을 수행한 뒤, 상부에 PRD 공법용 천공부(20)로 천공을 수행한다. 그 후에, 내부 케이싱(13')의 나머지 부분에 쇄암봉(40)을 자유 낙하시켜 천공을 수행한다(S107). 이러한 과정이 진행되는 도면이 도 10e에 도시된다. 즉, PRD 공법용 천공부(20)를 통해 천공한 뒤 나머지 부분을 쇄암봉(40)을 여러 번 자유 낙하시켜 천공한다.

한편, 전술한 S103 과정 이후에, 내부 케이싱(13') 내부에 쇄암봉(40)만을 자유 낙하시켜 천공을 수행할 수도 있다(S117). 이러한 과정이 진행되는 상태가 도 10f에 도시된다. 즉, 내부 케이싱(13') 내부의 천공을 쇄암봉(40)을 여러 번 자유 낙하시켜 천공을 수행할 수도 있다.

전술한 S105와 S107 과정 또는 S117 과정은 외부 케이싱(11')의 공간부(16')가 이미 천공이 된 상태이므로, 내부 케이싱(13') 내부의 지반은 약해진 상태이다. 따라서, 쇄암봉(40)을 자유 낙하시키는 것으로 내부 케이싱(13') 내부에서 용이하게 천공이 이루어질 수 있다.

이어서, S107 과정 또는 S117 과정 이후에, 내부 케이싱(13') 및 제1 연결부(15')를 인발한다(S109). 이러한 과정이 진행되는 상태가 도 10g에 도시된다. 즉, 외부 케이싱(11') 내부의 천공이 다 이루어진 후, 제1 연결부(15')가 용접으로 결합된 내부 케이싱(13')을 인발한다.

다음으로, 천공된 부분의 잔재물을 에어 펌핑한다(S111). 천공 작업 이후, 천공된 부분으로 잔재물이 투입될 수 있으므로, 에어 펌프 등을 이용하여 잔재물을 분출시킨다. 이로 인해, 천공된 부분에 잔재물이 투입되어 천공이 지연되는 문제를 해결할 수 있다.

이어서, 외부 및 내부 케이싱(11', 13') 사이에 강관(50')을 삽입한다(S113). 이러한 과정이 진행되는 도면이 도 10h에 도시된다. 즉, 외부 케이싱(11') 내부에 강관(50')을 삽입한다. 이로 인해, 천공 및 강관(50') 삽입이 완료된다.

다음으로, 외부 케이싱(11') 및 강관(50') 사이에 그라우팅 및 시멘트를 삽입한다(S115). 여기서, 본 과정은 작업에 따라 수행되지 않을 수도 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 내부 케이싱(13') 내부의 천공이 필요 없는 경우, 전술한 S103 과정을 수행한 후, 바로 S109 과정을 수행할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 강관의 형상이 원통형 또는 사각통 형상인 것을 예로 들어 설명하였지만, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 작업의 종류와 여건에 따라 다양한 형태의 강관이 삽입될 수 있고, 그에 따라 외부 및 내부 케이싱의 형상도 강관에 대응되는 형태로 변형될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법은 전술한 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 중심 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 이는 본원발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

100; PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치
10, 10'; 가이드부
11, 11'; 외부 케이싱
13, 13'; 내부 케이싱
15, 15', 25; 연결부
16, 16'; 공간부
20; PRD 공법용 천공부
21; 에어 해머
22; 비트
23; 케이싱
30; 크레인
35; 붐
40; 쇄암봉
50, 50'; 강관

Claims (5)

1,000Φ 이하의 일반적인 천공 시 사용되는 PRD(Percussion Rotary Drill) 공법을 이용한 대구경 천공 방법에 있어서,
천공 크기 이상의 외부 케이싱, 상기 외부 케이싱 내부에 구비되는 내부 케이싱, 상기 내부 케이싱과 결합되어 상기 외부 케이싱 사이에 구비되는 복수 개의 제1 연결부, 및 상기 제1 연결부를 통해 상기 외부 및 내부 케이싱 사이에 형성되는 복수 개의 공간부를 포함하는 가이드부를 천공 위치에 압입하는 과정과;
회전 및 항타되는 에어 해머(hammer), 상기 에어 해머 하부에 구비되는 비트(bit), 및 상기 에어 해머 둘레에 구비되는 케이싱을 포함하는 천공부가 복수 개 짝을 이루는 PRD 공법용 천공부로 상기 가이드부의 외부 케이싱 내벽 곡면을 따라 상기 PRD 공법용 천공부가 삽입되는 크기로 형성된 상기 공간부를 차례로 이동하면서 천공하는 과정과;
상기 내부 케이싱 및 제1 연결부를 인발하는 과정과;
상기 천공된 부분의 잔재물을 에어 펌핑하는 과정과;
상기 천공된 부분에 강관을 압입하는 과정; 및
상기 외부 케이싱 및 강관 사이에 그라우팅(grouting) 및 시멘트(cement)를 주입하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법.

제1 항에 있어서, 상기 천공 과정 이후에,
상기 내부 케이싱 내부는 상기 PRD 공법용 천공부를 통해 천공한 뒤 나머지 부분을 쇄암(碎巖)봉을 여러 번 자유 낙하시켜 천공하거나, 상기 내부 케이싱 내부 전체에 상기 쇄암봉을 여러 번 자유 낙하시켜 천공하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법.

제1 항에 있어서,
상기 에어 해머는 본체와 소정 각도로 기울어짐이 가능한 붐(boom)을 구비하는 크레인의 상기 붐 끝단에 고리와 후크를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법.

제2 항에 있어서,
상기 쇄암봉은 본체와 소정 각도로 기울어짐이 가능한 붐을 구비하는 크레인의 상기 붐 끝단에 고리와 후크를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법.

제1 항에 있어서,
상기 PRD 공법용 천공부는 제1 에어 해머, 제1 비트, 제1 케이싱을 포함하는 제1 천공부와, 제2 에어 해머, 제2 비트, 제2 케이싱을 포함하는 제2 천공부로 구성되고,
상기 제1 및 제2 천공부를 일체화하기 위해 상기 제1 및 제2 케이싱을 연결하는 제2 연결부를 더 포함하며,
상기 공간부는 8 개가 형성되는 것을 특징으로 하는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 방법.

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