KR101401981B1

KR101401981B1 - 수직갱 굴착장치

Info

Publication number: KR101401981B1
Application number: KR1020120154856A
Authority: KR
Inventors: 김진석; 유재호
Original assignee: (주)성풍건설
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-05-30

Abstract

본 발명은 수직갱 굴착장치에 관한 것으로서, 굴착단면(10)에 수직력을 가하여 굴착하는 복수 개의 커터(101) 및 굴착시에 발생된 버력이 유입되는 흡입구(103)를 포함하고, 하단이 굴착단면(10)을 향하는 굴착 헤드(100), 흡입구(103)를 통해 유입된 버력을 수용하는 저장부(111) 및 굴착 헤드(100)의 상단에 결합하여 굴착 헤드(100)를 굴착단면(10)의 방향으로 추진시키면서 회전시키는 구동부(113)를 포함하는 굴착 본체(110), 굴착 본체(110)의 외주면으로부터 돌출 형성되어 굴착갱(1)의 내벽에 접촉하는 굴착 고정부(120), 및 굴착갱(1)의 천공 위치에 설치되는 지지대(131) 및 지지대(131)에 장착되어 굴착 본체(110)를 굴착갱(1)의 길이 방향을 따라 승강시키는 승강부(133)를 포함하는 지지부(130)를 포함한다.

Description

수직갱 굴착장치{Excavating apparatus of vertical hole}

본 발명은 수직갱 굴착장치에 관한 것이다.

종래 수직갱은 광산에서 광상을 개발하기 위해 굴착되었으나, 최근에는 철도 및 도로시설의 확충 등으로 인한 터널의 건설이 급증하면서 작업갱 및 환기 목적으로 시공이 증가하고 있다.

수직갱 건설은 과거 화약을 이용한 D&B(Drill and Blast) 공법이 널리 사용되어 오다가 광산에서는 하부에서 상부로 RBM(Raise Boring Machine)장비를 이용한 기계화 굴착이 1980년에 처음 도입되어 사용되었다. 또한, 1970년대 후반에는 작업대를 이용한 인력천공과 기계화 운반 방식이라는 RC(Raise Climbe)공법을 주로 사용했다.

D&B(Drill and Blast) 공법은 주로 NATM 개념을 이용하여 화약발파에 의한 재래식 공법으로 주지보재와 라이닝을 활용하는 공법을 말한다. 일반적으로 작업갱 설치를 목적으로 수직갱 하부에 작업공간이 확보되지 않는 경우에 사용하는 하향식 굴착방법이다. 이러한 D&B(Drill and Blast) 공법은 굴착단면 크기 및 심도에 제한 없이 적용할 있다는 장점이 있다. 다만, 버럭 처리에 시간이 많이 소요되어 공사비용이 비싸고 발파 소음, 진동, 버럭 등으로 주변 터널, 지보재, 장비 등에 안전상 위험을 내포하는 등의 단점이 있다.

RC(Raise Climber) 공법은 수직갱 하부에 작업공간이 확보되는 경우 벽면에 앵커로 가이드 레일을 설치하고 이것을 따라 움직이는 작업대를 이용하여 다양한 면적의 수직갱을 천공, 장약, 발파, 환기, 부석정리의 순서대로 반복 진행하는 공법이다. RC(Raise Climber) 공법은 설비가 적어 초기투자비가 저렴하고 지반조건을 보면서 굴착하므로 지반변화에 즉시 가능하다는 장점이 있으나, 지보재를 설치하지 않고 레일을 벽면에 부착하므로 열악한 지반조건에서는 적용하기 곤란하고 발파 및 진동 소음이 크고, 부석정리시 낙반의 위험성 등 안정상 문제를 내포하고 있다는 등의 단점이 있다.

RBM(Raise Boring Machine)공법은 상부 및 하부에 작업공간을 확보할 수 있는 경우에 사용되는 상향식 굴착방법으로, 상부 기계실에 RBM장비를 안착시켜 소구경의 트리콘 비트(Tri-con Bit)로 상부에서 하부로 굴착하면서 소구경 유도경을 관통시킨 후 상부로 리머 헤드(Reamer Head)를 끌어올리면서 수직갱를 대구경으로 확공하여 나가는 방법이다. 수직갱내에 인원 투입이 없어 매우 안전하고 화기 및 발파 등의 영향을 받지 않는다는 등의 장점이 있으나, 극경암 지역에는 커터의 비용이 높고 유도공이 평향되어 천공될 경우 수직오차를 줄이기 어렵다는 등의 단점이 있다.

하기 선행기술문헌의 실용신안문헌에 개시된 바와 같이, 종래기술에 따른 수직갱 굴착장치는 굴착 동력을 제공하는 굴착 구동부가 지상의 높은 곳에 설치됨으로써 무게중심이 상부에 있게 되어, 작업에 안정성을 확보하기 어려운 문제가 있다. 또한, 굴착 구동부에서 제공되는 굴착 동력을 드릴이나 커터 등에 전달하기 위해서는 동력전달용 로드를 사용해야 하므로, 로드가 변형되는 등의 문제가 존재한다.

한편, 대구경 수직갱 굴착시에 굴착 깊이가 깊어지고 굴착시 발생하는 진동으로 인해 굴착갱의 내벽이 붕괴될 수 있는 문제점이 있다.

또한, 굴착갱의 내벽의 붕괴를 막기 위해서 굴착을 진행하면서 복공을 설치하는 경우에 굴착갱의 단면이 협소해져서 굴착이 종료된 후 기계화 장치의 드릴이나 커터를 굴착갱을 통해 끌어내기 어렵다는 문제가 있다.

KR

20-0337286

Y1

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 굴착 구동부와 커터가 포함된 굴착 헤드를 결합함으로써, 굴착시 굴착 헤드와 함께 굴착 구동부가 굴착갱으로 관입하는 수직갱 굴착장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 수직갱 굴착장치는 굴착단면에 수직력을 가하여 굴착하는 복수 개의 커터 및 굴착시에 발생된 버력이 유입되는 흡입구를 포함하고, 하단이 상기 굴착단면을 향하는 굴착 헤드, 상기 흡입구를 통해 유입된 버력을 수용하는 저장부 및 상기 굴착 헤드의 상단에 결합하여 상기 굴착 헤드를 상기 굴착단면의 방향으로 추진시키면서 회전시키는 구동부를 포함하는 굴착 본체, 상기 굴착 본체의 외주면으로부터 돌출 형성되어 굴착갱의 내벽에 접촉하는 굴착 고정부, 및 상기 굴착갱의 천공 위치에 설치되는 지지대 및 상기 지지대에 장착되어 상기 굴착 본체를 상기 굴착갱의 길이 방향을 따라 승강시키는 승강부를 포함하는 지지부를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수직갱 굴착장치에 있어서, 상기 고정부는 상기 굴착갱의 내벽에 접촉하여 상하로 이동할 수 있도록 회전하는 롤러, 및 상기 굴착 본체로부터 돌출 형성되고 일단에 상기 롤러가 결합되어 상기 롤러를 굴착갱의 내벽에 접촉하도록 이동시키는 제1 작동기를 더 포함한다

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수직갱 굴착장치에 있어서, 상기 고정부는 상기 굴착 본체의 외주면을 따라 일정한 간격으로 이격되어 결합되는 연결부를 더 포함하고, 상기 제1 작동기의 타단이 상기 연결부에 결합된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수직갱 굴착장치에 있어서, 상기 굴착 헤드는 상기 커터에 결합되어 상기 커터를 상기 굴착 헤드의 종축과 일정한 각을 이루며 상기 굴착 헤드의 방사상 외측까지 이동시키는 제2 작동기를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수직갱 굴착장치에 있어서, 상기 굴착 본체와 상기 굴착 헤드가 통과되도록 통로가 구비된 중공관 및 상기 중공관의 외주면으로부터 방사상으로 둘출 형성된 돌출부를 포함하고, 지반에 일정한 깊이로 삽입되는 보강부를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수직갱 굴착장치에 있어서, 상기 저장부에 수용된 상기 버력을 상기 굴착갱 외부로 배출하는 배출부를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수직갱 굴착장치에 있어서, 상기 배출부는 액체를 수용하는 탱크, 상기 액체를 상기 저장부로 수송하는 파이프, 상기 탱크에 수용된 상기 액체를 상기 파이프로 수송시키는 제1 펌프, 상기 저장부에 수용되는 상기 액체와 상기 버력을 수송하는 배출관, 및 상기 배출관의 입구로 상기 액체와 상기 버력을 흡입하여 상기 배출관의 출구로 배출시키는 제2 펌프를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수직갱 굴착장치에 있어서, 상기 배출부는 상기 저장부에 연결되어 상기 버력을 배출시키는 버켓 컨베이어이다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수직갱 굴착장치에 있어서, 상기 배출부는 상기 저장부에 연결되어 상기 버력을 배출시키는 스크류 컨베이어이다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수직갱 굴착장치에 있어서, 상기 굴착갱의 내벽을 감싸도록 굴착진행에 대응하여 복수의 세그먼트가 조립되어 형성되는 복공관을 더 포함한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 굴착 구동부를 포함하는 굴착 본체와 커터를 포함하는 굴착 헤드를 결합함으로써, 굴착시 굴착 헤드와 함께 굴착 구동부가 굴착갱으로 관입하므로, 작업에 안정성을 확보할 수 있고, 또한, 굴착 구동부와 굴착 헤드가 결합된 굴착 본체에 고정부를 장착함으로써, 고정부가 굴착갱의 내벽에 접촉하므로, 굴착시 진동에 의한 굴착 본체의 요동을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 커터에 작동기를 결합함으로써, 커터를 굴착 헤드의 방사상 외측까지 이동시킬 수 있으므로, 굴착갱의 단면을 확장하여 굴착 종료 후에 굴착갱을 통해 굴착 본체를 용이하게 끌어올릴 수 있는 효과가 있다.

한편, 굴착진행에 대응하여 복수의 세그먼트가 조립되어 복공관을 형성함으로써, 복공관이 굴착갱의 내벽에 설치되므로, 굴착시 내벽이 붕괴되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직갱 굴착장치의 설치도이다.
도 2는 도 1에서 도시된 굴착 헤드와 굴착 본체의 상세도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 굴착장치의 설치도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고정부의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2 작동기의 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 보강부의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 보강부의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배출부의 설치도이다.
도 9는 도 4에서 도시된 복공관의 사시도이다.
도 10은 도 9에서 도시된 복공관의 분해사시도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직갱 굴착장치의 설치도이고, 도 2는 도 1에서 도시된 굴착 헤드와 굴착 본체의 상세도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수직갱 굴착장치는 굴착단면(10)에 수직력을 가하여 굴착하는 복수 개의 커터(101) 및 굴착시에 발생된 버력이 유입되는 흡입구(103)를 포함하고, 하단이 굴착단면(10)을 향하는 굴착 헤드(100), 흡입구(103)를 통해 유입된 버력을 수용하는 저장부(111) 및 굴착 헤드(100)의 상단에 결합하여 굴착 헤드(100)를 굴착단면(10)의 방향으로 추진시키면서 회전시키는 구동부(113)를 포함하는 굴착 본체(110), 굴착 본체(110)의 외주면으로부터 돌출 형성되어 굴착갱(1)의 내벽에 접촉하는 굴착 고정부(120), 및 굴착갱(1)의 천공 위치에 설치되는 지지대(131) 및 지지대(131)에 장착되어 굴착 본체(110)를 굴착갱(1)의 길이 방향을 따라 승강시키는 승강부(133)를 포함하는 지지부(130)를 포함한다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 굴착 헤드(100)는 지반을 굴착하고, 굴착시에 발생된 버력을 흡입하는 것으로서, 커터(101)와 흡입구(103)를 포함한다. 여기서, 굴착 헤드(100)는 상단에 굴착 본체(110)와 결합되어, 굴착 본체(110)에서 발생된 추진력을 전달받아 굴착단면(10)을 향해 전진하면서 굴착한다. 구체적으로, 굴착은 굴착 헤드(100)의 커터(101)의 종류에 따라 버튼 커터(botton cutter)의 회전력을 이용한 절삭식과 디스크 커터(disc cutter)의 회전력과 압축력을 이용한 압쇄식으로 구분한다. 이때, 굴착방식은 지반의 암석의 강도에 따라 선택할 수 있는데, 압쇄식이 다양한 지질에 적용될 수 있으므로, 이하 압쇄식을 기준으로 설명한다.

한편, 굴착 헤드(100)에는 굴착단면(10)에 수직력을 가하여 굴착하는 커터(101)가 하단에 배열된다. 이때, 수직력은 굴착 본체(110)와 굴착 헤드(100)의 자중에 의해서 발생하지만, 지반의 암석의 강도에 따라 더 큰 수직력이 요구되는 경우에는, 굴착 본체(110)의 구동부(113)에서 굴착 헤드(100)에 추진력을 전달한다. 여기서, 굴착 본체(110)의 구동부(113)는 굴착 헤드(100)를 추진시키면서 동시에 회전시킬 수도 있으므로, 굴착 헤드(100)의 회전에 대응하여 굴착 단면에 접한 커터(101)가 회전하게 된다. 이때, 주판알 형태의 커터(101)가 베어링을 통해 커터 마운트에 연결됨으로써, 굴착시 커터(101)도 회전하게 되므로, 커터(101)와 굴착단면(10) 사이에서 발생하는 마찰이 줄어들고 커터(101)의 교체가 용이해진다.

또한, 커터(101)는 복수 개로, 굴착 헤드(100)의 하단에 방사상으로 배열할 수 있다. 이때, 굴착 헤드(100)의 원주상에 커터(101)를 배열함으로써, 굴착단면(10)의 직경을 굴착 헤드(100)의 직경보다 크게 굴착할 수도 있다. 다만, 복수 개의 커터(101)의 배열 위치가 제한되는 것은 아니고 지반조건 및 굴착 목적에 따라 조정할 수 있다.

한편, 굴착 헤드(100)에는 굴착시에 발생된 버력이 유입되는 흡입구(103)가 형성된다. 여기서, 버력은 암석 등을 파쇄 굴착한 굴착토를 의미한다. 이때, 흡입구(103)는 굴착 헤드(100)상에서 커터(101)의 주변부에 형성됨으로써, 버력이 굴착과 동시에 흡입구(103)로 흡입된다. 다만, 흡입구(103)의 위치가 제한되는 것은 아니고 지반조건 및 굴착 목적에 따라 조정할 수 있다. 이때, 흡입구(103)는 굴착 본체(110)의 저장부(111)와 연결되어, 흡입구(103)로 유입된 버력이 저장부(111)에 수용된다.

굴착 본체(110)는 굴착 헤드(100)를 굴착단면(10)의 방향으로 추진시키고, 굴착 헤드(100)의 흡입구(103)로 유입된 버력을 수용하는 것으로서, 구동부(113)와 저장부(111)를 포함한다. 또한, 굴착 본체(110)는 굴착 헤드(100)의 상단에 결합되어, 굴착시 굴착 헤드(100)와 함께 굴착갱(1) 내로 삽입된다. 도 3은 종래 기술에 따른 굴착장치의 설치도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 굴착 장치는 구동부(5)와 굴착 헤드(9)가 분리되고, 동력전달용 로드(7)가 구동부(5)와 굴착 헤드(9) 사이에 결합됨으로써, 구동부(5)에서 발생된 추진력과 회전력을 굴착 헤드(9)에 전달한다. 이때, 구동부(5)는 지상에 설치된 지지대(3)에 장착되므로, 굴착 장치의 무게중심이 상부에 놓이게 되어 작업에 안전성을 확보할 수 없는 문제가 있다. 또한, 굴착 헤드(9)의 추진력은 구동부(5)의 동력에 의해서만 발생되므로, 구동부(5)는 큰 용량의 추진력을 갖도록 설계되어야 하는 문제점이 존재한다. 다만, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 구동부(113)를 포함하는 굴착 본체(110)가 굴착 헤드(100)와 결합됨으로써, 굴착 장치의 무게중심이 굴착진행에 따라 하부로 이동하므로, 작업에 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 본 발명은 굴착 헤드(100)의 추진력이 굴착 본체(110)의 하중에 의해서도 발생되므로, 적은 용량의 추진력을 갖는 구동부(113)를 이용하여 굴착을 할 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래 굴착장치는 로드(7)가 굴착 헤드(9)의 중심축에 결합되므로, 굴착 헤드(9)의 중심에서부터 가장자리까지 균일한 수직력이 전달되지 않는 문제가 발생한다. 또한, 굴착시 굴착 헤드(9)의 커터(11)가 굴착단면(10)과 접촉되어 추진되고 회전되므로, 굴착 헤드(9)의 커터(11)와 굴착단면(10) 사이에 마찰이 발생한다. 이러한 마찰은 구동부(5)의 회전력과 굴착 헤드(9)의 회전력의 차이를 발생시켜 로드(7)에 토션(torsion), 즉 비틀림을 발생시킨다. 또한, 굴착 헤드(9)의 중심축에 로드(7)가 결합되고, 평탄하지 않은 굴착단면(10)과 굴착 헤드(9)의 커터(11) 사이에 마찰이 발생하면, 굴착 헤드(9)의 중심축에 수직한 축을 기준으로 굴착 헤드(9)가 상하로 진동한다. 이러한 진동은 로드(7)에 작용하는 추진력과 합해져 로드(7)에 변형, 즉 스트레인(strain)과 벤딩(bending)을 일으킨다. 여기서, 로드(7)에 가해지는 비틀림과 진동은 로드(7)를 파괴(fracture)시키는 원인이 되고, 굴착진행에 대응하여 로드(7)의 길이는 길어지게 되므로, 강성이 큰 재료를 이용하거나 외경을 크게 하여 로드(7)를 제작해야 한다. 반면, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 구동부(113)를 포함하는 굴착 본체(110)가 굴착 헤드(100)에 결합됨으로써, 종래 굴착장치의 로드(7)에 가해지는 문제점을 해소할 수 있다.

한편, 굴착 본체(110)와 굴착 헤드(100)는 여러 가지 방법으로 결합할 수 있다. 예를 들어, 굴착 헤드(100)에 추진력을 가하는 유압 실린더의 일단을 굴착 본체(110)의 원주상에 결합하고, 타단은 굴착 헤드(100) 상단의 원주상에 결합함으로써, 굴착 본체(110)와 굴착 헤드(100)를 결합할 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 굴착 본체(110)는 굴착 헤드(100)를 굴착단면(10)의 방향으로 추진시키는 구동부(113)를 포함한다. 이때, 굴착 헤드(100)의 추진력은 굴착 헤드(100)와 굴착 본체(110)의 자중에 의해서도 발생되나, 지반의 조건이나 목적에 따라 필요한 추진력을 구동부(113)에서 발생시킨다. 여기서, 구동부(113)는 유압을 이용하여 큰 출력의 직선운동을 실현시키는 유압실린더, 유압을 가압하는 유압펌프, 유압펌프를 작동시키는 유압잭 등을 포함함으로써, 추진력을 발생시킬 수 있다. 이때, 유압실린더의 직선운동은 굴착 본체(110)의 자중, 굴착 본체(110)를 지지하는 지지부(130) 등에 대한 반발력으로서, 굴착 헤드(100)를 굴착단면(10)의 방향으로 추진시킨다. 또한, 구동부(113)는 지반의 조건 및 목적에 따라, 굴착이 용이하게 진행되도록 굴착 헤드(100)를 굴착 헤드(100)의 종축을 중심으로 회전하도록 회전력을 발생시킬 수도 있다. 다만, 구동부(113)는 유압장치에 한정되는 것은 아니고, 공압실린더 등을 사용할 수도 있다.

한편, 굴착 본체(110)는 굴착시에 굴착 헤드(100)의 흡입구(103)를 통해 유입된 버력을 수용하는 저장부(111)를 포함한다. 여기서, 저장부(111)는 굴착 헤드(100)의 흡입구(103)와 파이프(403) 등으로 연결될 수 있고, 저장부(111)에 수용된 버력은 다양한 방식으로 굴착갱(1) 외부로 배출되게 된다.

한편, 지지부(130)는 굴착 본체(110)를 굴착갱(1) 내에 위치시키고, 상하 방향으로 승강시키는 것으로서, 지지대(131)와 승강부(133)를 포함한다. 여기서, 굴착 본체(110)는 굴착이 종료된 후 굴착갱(1) 내에서 분해되지 않고, 지지부(130)에 의해서 굴착갱(1) 외부로 끌려 올라오게 된다.

여기서, 지지대(131)는 굴착갱(1)의 천공 위치에 설치되는 것으로서, 상부 프레임(131a) 및 상부 프레임(131a)의 모서리에서 하부 수직방향으로 연장되어 형성된 하부 프레임(131b)을 포함한다. 이때, 하부 프레임(131b)은 지면에 고정되도록 일정 깊이로 삽입된다.

한편, 승강부(133)는 굴착 본체(110)를 지지하고 굴착갱(1) 내에서 굴착 본체(110)를 상하로 이동시키는 것으로서, 지지대(131)에 장착된다. 여기서, 승강부(133)는 지지대(131)의 상부 프레임(131a)에 윈치를 설치하고 와이어를 윈치와 굴착 본체(110)에 연결하거나, 유압실린더 또는 공압실린더 등을 지지대(131)와 굴착 본체(110) 사이에 연결하여 사용할 수도 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고정부의 사시도이다. 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 고정부(120)는 굴착 본체(110)의 외주면으로부터 돌출 형성되어, 굴착갱(1)의 내벽에 접촉되므로, 굴착시 굴착 본체(110)에 발생하는 요동을 방지할 수 있다. 여기서, 고정부(120)는 굴착 본체(110)와 일체로 형성될 수 있고, 나사결합 등으로 굴착 본체(110)와 결합될 수도 있다. 이때, 고정부(120)는 굴착 본체(110)의 외주면을 따라 일정한 간격으로 복수 개가 형성될 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 고정부(120)는 굴착 본체(110)가 굴착갱(1)의 내벽에 접촉하여 상하로 용이하게 이동할 수 있도록, 롤러(121) 및 제1 작동기(123)를 포함할 수 있다.

여기서, 롤러(121)는 굴착 본체(110)가 굴착진행시 하강하거나 굴착종료 후 승강할 때, 굴착 본체(110)와 굴착갱(1)의 내벽에 생기는 마찰력을 감소시키기 위한 것으로서, 회전 가능한 원통형의 형상으로 형성된다.

한편, 제1 작동기(123)는 굴착 본체(110)의 외주면으로부터 돌출 형성되고, 일단에는 롤러(121)가 결합되어, 롤러(121)를 굴착갱(1)의 내벽에 접촉하도록 이동시키는 것이다. 여기서, 제1 작동기(123)는 전기, 유압, 압축공기 등을 이용하는 구동장치인 액추에이터(actuator)로서, 유압실린더, 공압실린더, 유압펌프, 유압모터, 유압잭 등이 포함된다. 이때, 액추에이터는 지반의 특성, 굴착목적, 설비의 제어 등을 고려하여 정할 수 있고 어느 것에 한정되는 것은 아니다.

또한, 고정부(120)는 제1 작동기(123)가 굴착 본체(110)의 외주면에 결합되도록, 굴착 본체(110)의 외주면을 따라 일정한 간격으로 이격되어 결합되는 연결부(125)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 연결부(125)는 제1 작동기(123)의 일단과 결합되는 것으로서, 굴착 본체(110)와 제1 작동기(123)의 결합을 용이하게 하고, 지반의 특성을 고려하여 굴착 본체(110)에 결합하는 제1 작동기(123)의 개수를 조절할 수 있게 한다.

한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2 작동기의 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 굴착 헤드(100)는 굴착단면(10)의 직경을 크게함으로써, 굴착종료 후 굴착 본체(110)를 용이하게 굴착갱(1)의 외부로 끌어올릴 수 있도록, 제2 작동기(200)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 작동기(200)는 일단에 커터(101)가 결합되고, 커터(101)를 굴착 헤드(100)의 종축과 일정한 각을 이루며 굴착 헤드(100)의 방사상 외측까지 이동시킨다. 이로 인해, 굴착 헤드(100)의 방사상 외측까지 이동된 커터(101)는 굴착단면(10)의 직경을 굴착 헤드(100)의 직경보다 더 크게 굴착한다. 이때, 제2 작동기(200)는 전기, 유압, 압축공기 등을 이용하는 구동장치인 액추에이터(actuator)로서, 유압실린더, 공압실린더, 유압펌프, 유압모터, 유압잭 등이 해당된다. 이때, 액추에이터는 지반의 특성, 굴착목적, 설비의 제어 등을 고려하여 정할 수 있고 어느 것에 한정되는 것은 아니다.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보강부의 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 보강부의 단면도이다. 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 지반 굴착을 시작하는 때, 굴착 본체(110)의 요동을 방지하기 위해서, 지반에 일정 깊이로 삽입되는 보강부(300)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 보강부(300)는 통로가 구비된 중공관(301)과 중공관(301)의 외주면으로부터 돌출 형성된 돌출부(303)를 포함한다. 이때, 중공관(301)의 통로는 굴착 본체(110)와 굴착 헤드(100)가 통과되도록 형성되고, 굴착 본체(110)의 고정부(120)가 중공관(301) 내주면에 접촉함으로써, 굴착 본체(110)의 요동을 방지한다. 한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 돌출부(303)는 굴착시 굴착 헤드(100)와 굴착단면(10)의 마찰로 인하여 발생되는 중공관(301)의 요동을 방지하기 위한 것으로서, 지면에 일정 깊이로 삽입되어 고정된다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 돌출부(303)는 지지대(131)의 하부 프레임(131b)과 결합함으로써, 하부 프레임(131b)에 작용하는 지지력을 상승시킬 수 있다.

한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배출부의 설치도이다. 본 발명은 저장부(111)에 수용된 버력을 굴착갱(1) 외부로 배출하기 위해서, 배출부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 버력은 굴착 헤드(100)의 흡입구(103)로 유입되고, 굴착 본체(110)의 저장부(111)에 수용된 후, 배출부에 의해서 외부로 배출된다. 버력처리 설비는 굴착방식, 수직갱의 크기 및 깊이 등을 감안하고 버력운반 설비와의 균형을 고려하여 정해진다.

도 8에 도시된 바와 같이, 배출부는 버력을 액체와 혼합하여 유동성을 갖게 한 후, 액체와 함께 배출하기 위해서, 탱크(401), 파이프(403), 제1 펌프(405), 배출관(407), 제2 펌프(409)를 포함할 수 있다. 여기서, 액체는 물이나 기름 등과 같이 자유로이 유동이 가능한 물질로서, 펌프의 용량 및 버력의 종류 등을 고려하여 정할 수 있다.

한편, 탱크(401)는 액체를 수용하는 것으로서, 반드시 수직갱 외부에 설치되어야 하는 것은 아니고, 작업공간에 따라서, 지지대(131) 등에 설치되거나 보강부(300)에 결합하여 설치될 수도 있다. 또한, 탱크(401)는 인위적인 구조물이 아니라 강이나 하천 등일 수도 있다. 여기서, 파이프(403)는 탱크(401)에 저장된 액체를 굴착 본체(110)의 저장부(111)로 수송하는 것이고, 제1 펌프(405)는 탱크(401)와 파이프(403) 사이에 장착되어 탱크(401)에 저장된 액체를 용이하게 파이프(403)로 수송시키는 것이다. 여기서, 액체가 저장부(111)로 수송되면, 저장부(111) 내의 버력은 액체와 혼합되어 유동성을 가지게 된다. 한편, 배출관(407)은 저장부(111)에 수용된 버력과 액체를 수직갱 외부로 배출하는 통로이고, 제2 펌프(409)는 저장부(111)에 수용된 버력과 액체가 배출관(407)으로 흡입되도록 흡입력을 제공한다.

한편, 배출부는 액체와 혼합하지 아니하고 버력만을 수직갱 외부로 배출하기 위해서, 버켓 컨베이어(bucket conveyor) 또는 스크류 컨베이어(screw conveyor)일 수도 있다. 액체와 혼합된 버력은 탈수 건조 과정을 거쳐야 하기 때문에, 버켓 컨베이어(bucket conveyor) 또는 스크류 컨베이어(screw conveyor)를 이용하여 버력만을 배출하는 것이 시간, 비용을 절감할 수 있다.

여기서, 버켓 컨베이어(bucket conveyor)는 버력을 버켓에 적재하여 운반하는 것으로서, 컨베이어 체인에 장착된 복수의 버켓은 저장부(111)에 수용된 버력을 적재하고, 체인 바퀴를 회전시킴으로써, 버켓에 적재된 버력을 수직갱 외부로 운반할 수 있다.

한편, 스크류 컨베이어(screw conveyor)는 버력을 스크류의 회전운동에 의해 운반하는 것으로서, 홈통안에서 회전축에 형성된 나사선 모양의 날개가 회전함으로써, 날개을 따라 버력이 이동하게 된다.

한편, 도 9는 도 4에서 도시된 복공관의 사시도이고, 도 10은 도 9에서 도시된 복공관의 분해사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 굴착이 진행되는 동안에 굴착갱(1)의 내벽이 붕괴는 것을 막기 위해, 복공관(500)을 더 포함할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 굴착깊이와 굴착시 발생하는 진동에 의해서 굴착갱(1)의 내벽이 붕괴될 수 있기 때문에 강재 또는 철근 콘크리트의 세그먼트(segment)(501, 503, 505)을 조립하여 복공관(500)을 설치하는 것이다. 여기서, 세그먼트(segment)(501, 503, 505)는 구조적 안정성과 굴착장비의 특성을 고려하여 종단면은 사각형의 형상으로 형성되고, 횡단면은 원호형상으로 형성된다. 다만, 세그먼트(segment)(501, 503, 505)의 형상은 굴착 목적, 굴착 단면의 형상에 따라 다른 형상으로 제작될 수 있다. 또한, 세그먼트(segment)(501, 503, 505)의 재질은 반드시 강재 또는 철근 콘크리트에 한정되는 것은 아니고, 지반의 조건, 굴착 목적, 굴착깊이 등을 고려하여 정할 수 있다.

이때, 복공관(500)은 복수의 세그먼트(segment)(501, 503, 505)의 조립에 의해 형성되는데, 세그먼트(segment)(501, 503, 505)의 조립은 접착제, 클램프에 의해서 이루어질 수 있고, 세그먼트(segment)(501, 503, 505) 자체의 자중에 의해서 적층될 수도 있다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 세그먼트(segment)(510, 520, 530)에 체결부(510a, 530a, 550a)가 형성되어 체결구에 의해 각각의 세그먼트(510, 520, 530)(segment)가 조립될 수도 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나. 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 굴착갱 3: 지지대
5: 구동부 7: 로드
9: 굴착 헤드 11: 커터
10: 굴착단면 100: 굴착 헤드
101: 커터 103: 흡입구
110: 굴착 본체 111: 저장부
113: 구동부 120: 고정부
121: 롤러 123: 제1 작동기
125: 연결부 130: 지지부
131: 지지대 131a: 상부 프레임
131b: 하부 프레임 133: 승강부
200: 제2 작동기 300: 보강부
301: 중공관 303: 돌출부
401: 탱크 403: 파이프
405: 제1 펌프 407: 배출관
409: 제2 펌프 500: 복공관
510a, 530a, 550a: 체결부
501, 503, 505, 510, 520, 530: 세그먼트

Claims

굴착단면에 수직력을 가하여 굴착하는 복수 개의 커터 및 굴착시에 발생된 버력이 유입되는 흡입구를 포함하고, 하단이 상기 굴착단면을 향하는 굴착 헤드;
상기 흡입구를 통해 유입된 상기 버력을 수용하는 저장부 및 상기 굴착 헤드의 상단에 결합하여 상기 굴착 헤드를 상기 굴착단면의 방향으로 추진시키는 구동부를 포함하는 굴착 본체;
상기 굴착 본체의 외주면으로부터 돌출 형성되어 굴착갱의 내벽에 접촉하는 고정부; 및
상기 굴착갱의 천공 위치에 설치되는 지지대 및 상기 지지대에 장착되어 상기 굴착 본체를 상기 굴착갱의 길이 방향을 따라 승강시키는 승강부를 포함하는 지지부;
를 포함하는 수직갱 굴착장치.
청구항 1에 있어서,
상기 고정부는,
상기 굴착갱의 내벽에 접촉하여 상하로 이동할 수 있도록 회전하는 롤러; 및
상기 굴착 본체의 외주면으로부터 돌출 형성되고 일단에 상기 롤러가 결합되어 상기 롤러를 굴착갱의 내벽에 접촉하도록 이동시키는 제1 작동기;
를 포함하는 수직갱 굴착장치.
청구항 2에 있어서,
상기 고정부는,
상기 굴착 본체의 외주면을 따라 일정한 간격으로 이격되어 결합되는 연결부;
를 더 포함하고, 상기 제1 작동기의 타단이 상기 연결부에 결합되는 수직갱 굴착장치.
청구항 1에 있어서,
상기 굴착 헤드는,
상기 커터에 결합되어 상기 커터를 상기 굴착 헤드의 종축과 일정한 각을 이루며 상기 굴착 헤드의 방사상 외측까지 이동시키는 제2 작동기;
를 더 포함하는 수직갱 굴착장치.
청구항 1에 있어서,
상기 굴착 본체와 상기 굴착 헤드가 통과되도록 통로가 구비된 중공관 및 상기 중공관의 외주면으로부터 방사상으로 둘출 형성된 돌출부를 포함하고, 지반에 일정한 깊이로 삽입되는 보강부;
를 더 포함하는 수직갱 굴착장치.
청구항 1에 있어서,
상기 저장부에 수용된 상기 버력을 상기 굴착갱 외부로 배출하는 배출부;
를 더 포함하는 수직갱 굴착장치.
청구항 6에 있어서,
상기 배출부는,
액체를 수용하는 탱크;
상기 액체를 상기 저장부로 수송하는 파이프;
상기 탱크에 수용된 상기 액체를 상기 파이프로 수송시키는 제1 펌프;
상기 저장부에 수용되는 상기 액체와 상기 버력을 수송하는 배출관; 및
상기 배출관의 입구로 상기 액체와 상기 버력을 흡입하여 상기 배출관의 출구로 배출시키는 제2 펌프;
를 포함하는 수직갱 굴착장치.
청구항 6에 있어서,
상기 배출부는 상기 저장부에 연결되어 상기 버력을 배출시키는 버켓 컨베이어인 수직갱 굴착장치.
청구항 6에 있어서,
상기 배출부는 상기 저장부에 연결되어 상기 버력을 배출시키는 스크류 컨베이어인 수직갱 굴착장치.
청구항 1에 있어서,
상기 굴착갱의 내벽을 감싸도록 굴착진행에 대응하여 복수의 세그먼트가 조립되어 형성되는 복공관;
을 더 포함하는 수직갱 굴착장치.