KR101410851B1 - 소구경 관로 무회전 굴진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반의 굴착 경로를 관측하면서 굴착하되 관로가 동시에 매설되도록 추진하여 정확한 굴진 경로를 향한 지반의 굴착을 도모하는 동시에 관로를 효율적으로 매설함을 제공하도록, 지면에 수직방향으로 천공된 추진기지에서부터 도달기지까지의 지중에 관로를 형성할 수 있도록 파이프를 연속적으로 압입하여 굴착하는 굴진장치에 있어서, 한쪽 선단에 장비의 굴진 경로를 측정가능하도록 관측센서가 장착되고 도달기지까지의 굴진 방향을 향해 길게 연장 형성되는 선도파이프와, 상기 선도파이프의 길이방향을 따라 연장된 구조를 이루며 지반을 굴착가능하게 형성되는 굴착수단과, 상기 굴착수단으로부터 굴착된 공간을 따라 추진되어 굴진 경로 상에 매설되는 관로파이프로 구성되는 굴착유닛과; 추진기지 상에 고정 설치되고 상부에 가이드레일이 형성되는 베이스프레임과, 상기 베이스프레임 상에 설치되고 상기 가이드레일을 따라 전후로 왕복이동가능하게 구동실린더가 구비되어 상기 굴착유닛을 추진시키는 본체프레임과, 상기 본체프레임 상에 설치되고 상기 굴착유닛의 선도파이프 및 굴착수단은 물론 상기 관로파이프를 수평방향으로 장착하여 고정가능하게 형성되는 장착부로 구성되는 추진유닛;을 포함하고, 상기 추진유닛은 상기 장착부에 설치된 상기 굴착유닛의 관로파이프를 전방으로 무회전 추진시키도록 이루어지는 관로 굴착용 굴진장치를 제공한다.

Description

소구경 관로 무회전 굴진장치 {Tunneling Apparatus for Pipeline Excavation}

본 발명은 관로 굴착용 굴진장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지반의 굴착 경로를 관측하면서 굴착하되 관로가 동시에 매설되도록 추진하여 정확한 굴진 경로를 향한 지반의 굴착을 도모하는 동시에 관로를 효율적으로 매설하는 것이 가능한 관로 굴착용 굴진장치에 관한 것이다.

일반적으로 광케이블이나 전화선, 전력선 등의 각종 전선관을 비롯하여 가스관, 송유관 등을 원활히 수용할 수 있도록 지중에 구획된 안전한 지하공간을 이루되 1000㎜ 이하의 소구경 터널을 이룰 수 있도록 관로를 매립하며 다양한 형태의 굴진장치를 사용하여 지중에 매립 시공하게 된다.

이러한 도시기반시설로서 각종 관로를 매립하여 시공함에는 지금까지 개착식 공법으로 실시하는 것이 대부분이었으나, 근래 들어 산업화, 도시화의 진전에 따라 도시기반시설이 폭발적으로 증가하여 대도시 주거밀집지역은 이미 각종 지하 매설물들이 포화상태에 이르렀기 때문에 새롭게 건설되는 관로 공사는 점점 깊은 지하 심도에서의 공사가 요구되는 등 공사량의 증가 및 공사환경의 변화로부터 기존의 개착식 공법이 아닌 비개착식 공법에 의한 관로 공사가 시장을 점유해가고 있는 실정이다.

여기서 비개착식 공법에 의한 관로의 구축과정을 간단히 살펴보면, 지중에 관로를 매설하고자 하는 시작지점과 도달지점을 각각 수직방향으로 천공하여 추진기지와 도달기지를 형성하고, 추진기지에서 지중의 굴진 방향을 향해 관로관을 추진하여 관로를 형성한 다음 추진장치를 이용해 관로 내부의 구조물을 압입 굴진시켜 매설하게 된다.

상기와 같은 관로 굴착장치에 대한 기술과 관련하여 개시되어 있었던 종래기술로써, 대한민국 등록특허공보 제381669호(2003.04.11.)에는 토사층과 암반층 지중에 관계없이 터널 구조물을 시공할 수 있는 터널 굴착장치로서, 지상에서 일정한 깊이로 수직 굴착된 수직 전진갱의 하단 일측벽에 설치된 버팀 반력벽에 지지되어 터널 구조물을 상기 수직 전진갱의 수평방향으로 지중에 밀어 넣도록 힘을 가하는 압입 추진 수단과; 상기 압입 추진수단에 의해 밀어 넣어지는 상기 터널 구조물의 선단에 설치되어 상기 지중 내부로 밀어 넣어지면서 지상에서 일정한 깊이로 수직 굴착된 수직 도달갱까지 터널 굴착공간을 먼저 형성하는 선추진 프레임과; 상기 선추진 프레임의 후단 내벽면에 고정 설치되며 상기 압입 추진수단에 의해 가압되는 터널 구조물에 구동축이 지지된 상태에서 작동하여서 상기 선추진 프레임을 상기 지중 내부로 밀어 넣는 선추진 유압 실린더와; 상기 선추진 프레임의 내부 저면에 설치되어서 상기 선추진 프레임에 의해 형성된 상기 터널 굴착공간내부의 토사 또는 암반을 굴삭하는 굴삭기와; 상기 선추진 프레임의 내벽면에 설치되어 상기 선추진 프레임의 내주를 따라 횡방향으로 회전하면서 상기 터널 굴착공간 내부의 암반층 전단면에 다수개의 굴착공을 형성하는 암반 보링기와; 상기 암반 보링기에 의해 형성된 상기 다수개의 굴착공을 파쇄하는 유압 해머와; 상기 유압 해머에 의해 파쇄되며 상기 굴삭기에 의해 굴삭된 상기 토사 및 암반을 상기 수직 전진갱으로 이송시켜 외부로 배출하는 이송수단과; 상기 굴삭기, 암반 보링기와 유압해머에 의해 굴착된 상기 터널 굴착공간으로 상기 압입추진수단에 의해 연속적으로 압입되어서 터널을 형성하는 다수개의 터널 구조물로 구성됨에 따라 토사층 또는 암반층에 상관없이 시공할 수 있도록 이루어지는 터널 굴착장치가 공지되어 있다.

그러나 상기한 종래 굴착장치는 지중 내부를 향해 선추진 프레임 즉 관로관을 먼저 추진하여 형성한 이후에 굴착기를 사용하여 굴착하기 때문에 작업이 어려움은 물론 시간이 많이 소요되어 공기가 길어진다는 문제점이 있었다.

또한 관로관을 무작정 추진시키는 경우 굴착 현위치를 확인할 수 없어 관로의 형성하는 추진과정에서 굴진 경로를 쉽게 이탈해버리는 현상이 발생하고, 이는 계획된 굴진 경로대로 관로를 매설하기 어려우며 직진성이 저하되어 시공효율이 현저히 떨어진다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지반의 굴착과 함께 관로파이프을 동시에 추진시킬 수 있도록 구성하므로 일괄적인 시공작업을 도모하여 작업이 간단함은 물론 시공기간을 최소화하고 관로에 대한 매설작업의 효율을 높일 수 있는 관로 굴착용 굴진장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.

뿐만 아니라 본 발명은 관로가 추진될 경로를 설정할 수 있는 수단을 구성하므로 관로의 추진 방향에 대한 직진성을 유지하고 관로의 굴진 경로가 틀어지거나 어긋나는 현상을 미연에 방지할 수 있는 관로 굴착용 굴진장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 관로 굴착용 굴진장치는 지면에 수직방향으로 천공된 추진기지에서부터 도달기지까지의 지중에 관로를 형성할 수 있도록 파이프를 연속적으로 압입하여 굴착하는 굴진장치에 있어서, 한쪽 선단에 장비의 굴진 경로를 측정가능하도록 관측센서가 장착되고 도달기지까지의 굴진 방향을 향해 길게 연장 형성되는 선도파이프와, 상기 선도파이프의 길이방향을 따라 연장된 구조를 이루며 지반을 굴착가능하게 형성되는 굴착수단과, 상기 굴착수단으로부터 굴착된 공간을 따라 추진되어 굴진 경로 상에 매설되는 관로파이프로 구성되는 굴착유닛과; 추진기지 상에 고정 설치되고 상부에 가이드레일이 형성되는 베이스프레임과, 상기 베이스프레임 상에 설치되고 상기 가이드레일을 따라 전후로 왕복이동가능하게 구동실린더가 구비되어 상기 굴착유닛을 추진시키는 본체프레임과, 상기 본체프레임 상에 설치되고 상기 굴착유닛의 선도파이프 및 굴착수단은 물론 상기 관로파이프를 수평방향으로 장착하여 고정가능하게 형성되는 장착부로 구성되는 추진유닛;을 포함하고, 상기 추진유닛은 상기 장착부에 설치된 상기 굴착유닛의 관로파이프를 전방으로 무회전 추진시키도록 이루어진다.

상기 굴착유닛의 굴착수단은 상기 선도파이프의 후방에 한쪽이 연결 결합하고 반대편은 상기 추진유닛 상에 설치되어 회전가능하게 형성되는 회전축과, 상기 회전축의 앞쪽 선단에 연결 결합하여 굴착 전단면에 위치하고 지반을 굴착하여 토사 또는 자갈을 후방으로 유입시킬 수 있게 복수의 분쇄날 및 유입공이 형성되는 굴착헤드와, 상기 굴착헤드에 의해 굴착된 토사 또는 자갈을 후방으로 배출토록 이송시키는 굴착스크류로 이루어진다.

상기 굴착헤드에는 상기 유입공에 연통하여 토사 또는 자갈을 후방으로 유입시킬 수 있게 연통공을 구비하되 회동조작에 따라 상기 유입공을 폐쇄하여 토사 또는 자갈의 유입을 차단할 수 있는 차단막이 형성되는 차단부재를 구성하는 것도 가능하다.

상기 추진유닛의 장착부는 상기 본체프레임으로부터 전방을 향해 돌출 형성되고 상기 굴착유닛의 선도파이프 및 굴착수단을 연결하여 고정하되 회동가능하게 형성되는 제1장착부와, 상기 제1장착부의 외측 둘레를 따라 간격을 두고 위치하고 상기 굴착유닛 중 관로파이프의 한쪽 면에 접하여 고정가능하게 형성되는 제2장착부로 구성한다.

상기 제1장착부에는 상기 본체프레임 상에 설치되고 상기 굴착수단이 회전구동가능하도록 동력을 인가하는 구동수단을 구성한다.

상기 제2장착부는, 상기 굴착유닛의 관로파이프가 면 접촉하여 끼워지는 압입부재와, 상기 압입부재가 상기 본체프레임으로부터 간격을 두고 위치할 수 있게 상기 압입부재의 후방에 연장하여 상기 본체프레임 상에 고정 설치되는 복수의 연장지지부재로 구성한다.

본 발명에 따른 관로 굴착용 굴진장치에 의하면, 굴착유닛의 굴착수단과 관로파이프를 함께 장착한 후 동시에 추진시킬 수 있는 추진유닛을 구성하므로, 작업이 일괄적으로 이루어져 작업이 편리하면서도 시공공기를 대폭 줄일 수 있는 효과를 얻는다.

뿐만 아니라 본 발명에 따른 관로 굴착용 굴진장치는 굴진 경로를 측정하도록 관측센서가 장착된 선도파이프를 구성하므로, 기설계된 굴진 경로대로 관로를 추진시킬 수 있어 시공효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 관로 굴착용 굴진장치는 관로파이프를 무회전으로 추진시켜 시공하므로, 관로파이프의 회전에 따른 지반과의 접촉을 줄여 관로파이프의 손상을 최소화하고 토사층 등의 지중에 보다 효율적으로 시공할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 관로 굴착용 굴진장치는 굴착헤드의 유입공을 개폐 설정할 수 있는 차단부재를 구성하므로, 지반환경에 따라 토사 또는 자갈 등의 유입을 차단할 수 있어 지반이 무너지는 현상을 미연에 방지하고 관로파이프의 원활한 진입을 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예를 나타내는 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 굴착유닛을 나타내는 측단면도.
도 3은 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 굴착헤드를 나타내는 분리사시도.
도 4는 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 굴착헤드를 나타내는 정면도.
도 5는 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 추진유닛을 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 추진유닛을 나타내는 측면도.
도 7은 본 발명에 따른 일실시예에 있어서 시공순서를 나타내는 공정도.

본 발명은 지면에 수직방향으로 천공된 추진기지에서부터 도달기지까지의 지중에 관로를 형성할 수 있도록 파이프를 연속적으로 압입하여 굴착하는 굴진장치에 있어서, 한쪽 선단에 장비의 굴진 경로를 측정가능하도록 관측센서가 장착되고 도달기지까지의 굴진 방향을 향해 길게 연장 형성되는 선도파이프와, 상기 선도파이프의 길이방향을 따라 연장된 구조를 이루며 지반을 굴착가능하게 형성되는 굴착수단과, 상기 굴착수단으로부터 굴착된 공간을 따라 추진되어 굴진 경로 상에 매설되는 관로파이프로 구성되는 굴착유닛과; 추진기지 상에 고정 설치되고 상부에 가이드레일이 형성되는 베이스프레임과, 상기 베이스프레임 상에 설치되고 상기 가이드레일을 따라 전후로 왕복이동가능하게 구동실린더가 구비되어 상기 굴착유닛을 추진시키는 본체프레임과, 상기 본체프레임 상에 설치되고 상기 굴착유닛의 선도파이프 및 굴착수단은 물론 상기 관로파이프를 수평방향으로 장착하여 고정가능하게 형성되는 장착부로 구성되는 추진유닛;을 포함하고, 상기 추진유닛은 상기 장착부에 설치된 상기 굴착유닛의 관로파이프를 전방으로 무회전 추진시키도록 이루어지는 관로 굴착용 굴진장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 굴착유닛의 굴착수단은 상기 선도파이프의 후방에 한쪽이 연결 결합하고 반대편은 상기 추진유닛 상에 설치되어 회전가능하게 형성되는 회전축과, 상기 회전축의 앞쪽 선단에 연결 결합하여 굴착 전단면에 위치하고 지반을 굴착하여 토사 또는 자갈을 후방으로 유입시킬 수 있게 복수의 분쇄날 및 유입공이 형성되는 굴착헤드와, 상기 굴착헤드에 의해 굴착된 토사 또는 자갈을 후방으로 배출토록 이송시키는 굴착스크류를 포함하는 관로 굴착용 굴진장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 굴착헤드에는 상기 유입공에 연통하여 토사 또는 자갈을 후방으로 유입시킬 수 있게 연통공을 구비하되 회동조작에 따라 상기 유입공을 폐쇄하여 토사 또는 자갈의 유입을 차단할 수 있는 차단막이 형성되는 차단부재를 포함하는 관로 굴착용 굴진장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 추진유닛의 장착부는 상기 본체프레임으로부터 전방을 향해 돌출 형성되고 상기 굴착유닛의 선도파이프 및 굴착수단을 연결하여 고정하되 회동가능하게 형성되는 제1장착부와, 상기 제1장착부의 외측 둘레를 따라 간격을 두고 위치하고 상기 굴착유닛 중 관로파이프의 한쪽 면에 접하여 고정가능하게 형성되는 제2장착부를 포함하는 관로 굴착용 굴진장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 제1장착부에는 상기 본체프레임 상에 설치되고 상기 굴착수단이 회전구동가능하도록 동력을 인가하는 구동수단을 포함하는 관로 굴착용 굴진장치를 기술구성의 특징으로 한다.

또한 상기 제2장착부는 상기 굴착유닛의 관로파이프가 면 접촉하여 끼워지는 압입부재와, 상기 압입부재가 상기 본체프레임으로부터 간격을 두고 위치할 수 있게 상기 압입부재의 후방에 연장하여 상기 본체프레임 상에 고정 설치되는 복수의 연장지지부재를 포함하는 관로 굴착용 굴진장치를 기술구성의 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 도면들에 한정되지 않는다.

먼저 본 발명에 따른 관로 굴착용 굴진장치의 일실시예는 도 1에 나타낸 바와 같이, 지면에 수직방향으로 천공된 추진기지(10)에서부터 도달기지(20)까지의 지중에 관로를 형성할 수 있도록 파이프를 연속적으로 압입하여 굴착하는 굴진장치에 있어서, 굴착유닛(100)과, 추진유닛(200)을 포함하여 이루어진다.

상기 굴착유닛(100)은 지중에 직접적으로 접하여 추진기지(10)의 지점부터 도달기지(20)의 지점까지 굴착하는 기능을 수행한다.

상기 굴착유닛(100)은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 지중의 굴착 방향을 향하도록 상기 추진유닛(200) 상에 설치하여 구성되는 것으로서, 선도파이프(110)와 굴착수단(120) 및 관로파이프(130)로 이루어진다.

상기 선도파이프(110)는 상기 굴착수단(120)에 의한 직접적인 굴착작업 전에 굴진 경로를 설정하여 이후 굴착작업에 대한 굴진 방향을 안내하는 기능을 수행한다.

상기 선도파이프(110)는 지중의 굴진 방향을 향해 길게 연장하도록 형성된다. 즉 상기 선도파이프(110)는 일정한 길이의 파이프가 후방에 반복적으로 연결 결합하여 추진기지(10)에서부터 도달기지(20)까지 길게 연장된 구조를 이룬다.

상기 선도파이프(110)는 상기 추진유닛(200)으로부터 굴진 방향을 향해 추진되어 지중에 압입되도록 형성된다.

상기 선도파이프(110)의 한쪽 선단에는 장비의 굴진 경로를 측정가능하도록 관측센서(115)가 장착된다.

상기 관측센서(115)는 실제 굴진 경로에 대한 위치정보를 파악하기 위한 것으로서, 지상에서 작업자로부터 정보를 수집할 수 있도록 형성되며 지중을 향한 굴진 방향이나 거리 등 다양한 위치정보를 파악하여 신호하도록 형성된다.

상기 관측센서(115)는 매 순간마다 3축에 각각 해당되는 가속도와 회전 각속도의 각 센서 값들을 측정하고, 시간에 따른 위치정보가 축적됨에 따라 굴진 경로를 측정하게 된다.

상기 관측센서(115)로부터 관측신호를 전달함에는 유선상으로 신호하도록 구성하는 것도 가능하고, 무선상으로 신호할 수 있게 구성하는 것도 가능하다.

상기와 같이 굴진 경로를 측정하도록 관측센서(115)가 장착된 선도파이프(110)를 구성하게 되면, 기설계된 굴진 경로대로 관로를 추진시킬 수 있어 시공효율을 높이는 것이 가능하다.

상기 굴착수단(120)은 상기 선도파이프(110)를 따라 전진하면서 지반을 굴착하는 기능을 수행한다.

상기 굴착수단(120)은 상기 선도파이프(110) 중 마지막으로 연결되는 후방에 연이어 연결 결합하여 지반을 굴착가능하게 위치한다.

상기 굴착수단(120)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 선도파이프(110)의 길이방향을 따라 연장된 구조를 이루는 것으로서, 회전축(121)과 굴착헤드(123) 및 굴착스크류(127)로 이루어진다.

상기 회전축(121)은 상기 선도파이프(110)의 후방에 한쪽이 연결 결합하고 반대편은 상기 추진유닛(200) 상에 설치된다.

상기 회전축(121)은 상기 선도파이프(110) 중 지반을 향해 가장 먼저 압입된 선도파이프(110)가 도달기지(20)에 도달한 시점부터 상기 선도파이프(110)의 후방에 연결 결합한다.

상기 회전축(121)은 굴진 방향을 향해 길게 연장된 구조를 이루되 복수 개가 계속해서 연결 결합하여 추진기지(10)에서부터 도달기지(20)까지의 길이를 이룰 수 있게 형성된다.

상기 회전축(121)은 상기 추진유닛(200)으로부터 회전력이 인가되어 회전가능하도록 형성된다.

상기 굴착헤드(123)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 회전축(121)의 앞쪽 선단에 연결 결합하되 상기 관로파이프(130)의 선단에서 굴착 전단면에 위치하도록 구성된다.

상기 굴착헤드(123)는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 원형의 플레이트 상에 복수의 분쇄날(123a) 및 유입공(123b)이 형성된다. 즉 상기 굴착헤드(123)는 지반에 접하여 굴착할 수 있게 복수의 분쇄날(123a)을 구비하고, 상기 분쇄날(123a)에 의해 굴착됨에 따라 생성되는 토사 또는 자갈을 후방으로 유입시킬 수 있도록 복수의 유입공(123b)이 형성된다.

상기 굴착헤드(123)의 분쇄날(123a)은 굴착방향 즉 지반을 향해 전방으로 돌출 형성된다.

상기 분쇄날(123a)은 상기 굴착헤드(123)의 한쪽 면 상에 45~60°의 각도로 기울어진 경사각(α)을 이루도록 형성된다.

상기 유입공(123b)은 상기 굴착헤드(123) 상에 형성되되 상기 분쇄날(123a)이 기울어진 방향에 근접하게 위치하도록 형성된다.

상기 굴착헤드(123)에는 상기 관로파이프(130)가 위치한 후방을 향해 토사 또는 자갈의 유입 여부를 설정할 수 있도록 상기 유입공(123b)에 대해 개폐가능한 구조를 갖는 차단부재(125)가 구성된다.

상기 차단부재(125)는 상기 굴착헤드(123)에서 후방에 위치하고, 연통공(125b)과 차단막(125a)이 형성된다. 구체적으로는 상기 유입공(123b)에 연통하여 토사 또는 자갈을 후방에 위치한 상기 굴착스크류(127)를 향해 유입시킬 수 있게 연통공(125b)을 구비하고, 토사 또는 자갈의 유입을 차단할 수 있도록 상기 유입공(123b)을 폐쇄가능하게 형성되는 차단막(125a)이 구비된다.

상기 연통공(125b)은 상기 유입공(123b)에 상응하는 크기 및 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 차단부재(125)는 상기 회전축(121) 상에 회전설정할 수 있게 설치된다. 즉 상기 차단부재(125)로부터 상기 유입공(123b)을 개폐함에는 작업자에 의한 회동조작에 따라 상기 연통공(125b) 및 상기 차단막(125a)의 위치를 설정한다.

상기와 같이 굴착헤드(123)의 유입공(123b)을 개폐 설정할 수 있는 차단부재(125)를 구성하게 되면, 지반환경에 따라 토사 또는 자갈 등의 유입을 차단할 수 있어 지반이 무너지는 현상을 미연에 방지하고 관로파이프의 원활한 진입을 도모하는 것이 가능하다.

상기 굴착스크류(127)는 상기 굴착헤드(123)에 의해 굴착되어 상기 관로파이프(130)의 내측으로 유입되는 토사 또는 자갈을 후방으로 배출토록 이송시키는 기능을 수행한다.

상기 굴착스크류(127)는 상기 관로파이프(130)의 내측 공간에 위치하되 상기 회전축(121)에 의해 회전가능하도록 형성된다.

상기 굴착스크류(127)는 상기 회전축(121)을 따라 날개가 나선형으로 반복해서 형성된 구조를 이룬다.

상기 관로파이프(130)는 지중의 굴착된 공간에 매설되어 관로를 이루도록 구성된다. 즉 상기 관로파이프(130)는 상기 굴착수단(120)으로부터 굴착된 공간을 따라 추진되어 굴진 경로 상에 매설된다.

상기 관로파이프(130)는 파이프 관 형상으로 이루어지고, 상기 굴착수단(120)과 함께 상기 추진유닛(200)에 의해 추진되도록 형성된다.

상기 관로파이프(130)는 지중에 매설할 관로의 길이에 상응하도록 복수 개가 반복적으로 연결 결합된 구조를 이룬다.

상기 추진유닛(200)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 추진기지(10) 상에 고정 설치되고 상기 굴착유닛(100)을 지반의 굴진 방향을 향해 압입하는 기능을 수행한다.

상기 추진유닛(200)은 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 추진기지(10) 상에 고정 설치되는 베이스프레임(210)과, 상기 굴착유닛(100)을 추진시키도록 전후로 이동가능하게 설치되는 본체프레임(220)과, 상기 굴착유닛(100)을 장착하여 고정가능하게 형성되는 장착부(230)로 이루어진다.

상기 베이스프레임(210)에는 상부에 가이드레일(211)이 형성된다. 즉 상기 가이드레일(211)은 상기 베이스프레임(210)의 상부에 좌우 일정한 거리를 두고 한 쌍으로 형성된다.

상기 가이드레일(211) 상에는 상기 본체프레임(220)의 전후 이동범위를 이루며 안전한 작업을 도모할 수 있게 스토퍼(도면에 미도시)를 구비하여 구성하는 것이 바람직하다.

상기 본체프레임(220)은 상기 베이스프레임(210)의 상부에 위치하되 상기 가이드레일(211) 상에 연결 결합하여 설치된다.

상기 본체프레임(220)은 상기 굴착유닛(100)의 굴진 방향 즉 전방을 향해 추진시킬 수 있도록 상기 베이스프레임(210)의 가이드레일(211)을 따라 전후로 왕복이동가능하게 구동실린더(225)가 구비된다.

상기 구동실린더(225)는 상기 베이스프레임(210)의 원활한 이동을 도모하도록 좌/우측에 각각 구비토록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 장착부(230)는 상기 본체프레임(220) 상에 설치된다. 즉 상기 장착부(230)는 상기 본체프레임(220)의 전방 즉 상기 굴착유닛(100)의 굴진 방향을 향해 상기 굴착유닛(100)이 원활하게 장착될 수 있도록 구성된다.

상기 장착부(230)는 상기 굴착유닛(100)의 선도파이프(110) 및 굴착수단(120)은 물론 상기 관로파이프(130)를 전방에 수평방향으로 장착하여 고정가능하게 형성되는 것으로서, 제1장착부(231)와 제2장착부(235)로 구성된다.

상기 제1장착부(231)에는 상기 굴착유닛(100) 중 선도파이프(110) 및 굴착수단(120)을 연결하여 고정할 수 있도록 형성되는 것으로, 상기 본체프레임(220)으로부터 전방을 향해 돌출 형성된다.

상기 제1장착부(231)는 상기 본체프레임(220) 상에 회동가능하게 형성된다. 즉 상기 본체프레임(220) 상에 상기 굴착수단(120)이 회전구동가능하도록 동력을 인가하는 구동수단(232)이 설치된다.

도면에 나타내지는 않았지만 상기 구동수단(232)은 상기 제1장착부(231)에 다양한 형태의 벨트 등으로 서로 연결된 구조를 이룬다.

상기 제2장착부(235)는 상기 굴착유닛(100) 중 관로파이프(130)가 장착될 수 있도록 상기 제1장착부(231)의 외측 둘레를 따라 간격을 두고 위치한다.

상기 제2장착부(235)에는 상기 관로파이프(130)의 한쪽 면에 접하여 고정가능하게 형성된다.

상기 제2장착부(235)는 상기 굴착유닛(100)의 관로파이프(130)가 면 접촉하여 끼워지는 압입부재(236)와, 상기 압입부재(236)가 상기 본체프레임(220) 상에 연결될 수 있도록 고정 설치되는 연장지지부재(237)로 구성된다.

상기 압입부재(236)는 원형의 링 형상으로 이루어지고, 상기 관로파이프(130)가 접하는 상기 압입부재(236)의 한쪽 면에는 단턱이 형성된 구조로 구성한다.

상기 연장지지부재(237)는 상기 압입부재(236)가 상기 본체프레임(220)으로부터 소정의 간격을 두고 위치할 수 있게 상기 압입부재(236)의 후방에 연장하여 형성된다.

상기 연장지지부재(237)는 상기 압입부재(236)의 둘레를 따라 일정한 간격을 두고 복수 개가 형성된다. 바람직하게는 상기 관로파이프(130)를 안전하게 추진시킬 수 있게 적어도 3개 이상을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 추진유닛(200)은 상기 장착부(230)에 설치된 상기 굴착유닛(100)의 관로파이프(130)를 전방으로 무회전 추진시키도록 이루어진다. 즉 상기 추진유닛(200)은 상기 장착부(230) 중 상기 제2장착부(235)에 장착되는 상기 관로파이프(130)의 경우 상기 구동실린더(225)에 의한 상기 본체프레임(220)의 직선운동에 의해서만 추진될 수 있도록 이루어진다.

상기와 같이 관로파이프(130)를 무회전으로 추진시켜 시공하게 되면, 관로파이프(130)의 회전에 따른 지반과의 접촉을 줄여 관로파이프(130)의 손상을 최소화하고 토사층 등의 지중에 보다 효율적으로 시공하는 것이 가능하다.

다음으로 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 관로 굴착용 굴진장치의 작동관계에 따른 시공과정을 도 7을 참조하여 설명한다.

먼저 지면에 추진지점과 도달지점을 각각 수직으로 굴착하여 추진기지(10)와 도달기지(20)를 형성하고, 추진기지(10) 내의 바닥면에 추진유닛(200)이 설치된 상태에서 지반 굴착에 따른 관로 매립시공을 개시한다.

이때 지상으로부터 추진기지(10)를 향해 선도파이프(110)가 공급되면 상기 선도파이프(110)를 제1장착부(231)에 연결 설치한 후 상기 추진유닛(200)을 구동하여 지반에 선도파이프(110)를 압입한다. 즉 추진유닛(200)은 베이스프레임(210)의 가이드레일(211)을 따라 본체프레임(220)이 전방으로 직선이동하므로 상기 제1장착부(231)에 설치된 선도파이프(110)를 지반을 향해 추진하여 압입한다.

이러한 선도파이프(110)의 압입작업은 지상으로부터 공급되는 선도파이프(110)를 계속해서 연결 결합하되 상기 추진유닛(200)이 전후로 반복해서 구동함에 따라 상기 선도파이프(110)를 압입하며, 도달기지(20)에 진입하기 시작한 상기 선도파이프(110)는 계속해서 분리하여 해체하게 된다.

이처럼 상기 선도파이프(110)를 추진함에는 관측센서(115)로부터 굴진 경로를 측정하면서 기설정된 굴진 경로를 따라 상기 선도파이프(110)를 추진시킨다.

이후 상기 선도파이프(110)가 도달기지(20)에 이른 시점부터는 굴착유닛(100)의 굴착수단(120)과 관로파이프(130)를 추진기지(10) 내에 공급하여 상기 추진유닛(200)의 장착부(230)에 장착한 후 추진시키되 상기 굴착수단(120) 중 회전축(121)의 한쪽은 상기 선도파이프(110)의 후단에 연결하는 반면 상기 회전축(121)의 반대편은 상기 제1장착부(231)에 연결 설치하고 상기 관로파이프(130)는 제2장착부(235)에 설치한 상태에서 추진하므로 상기 굴착수단(120)과 관로파이프(130)를 동시에 추진한다.

이때 지반을 굴착함에는 상기 굴착수단(120)의 회전축(121)이 결합한 상기 제1장착부(231)가 구동수단(232)에 의해 회동하여 상기 굴착수단(120)의 굴착헤드(123)를 회전시킴에 따라 상기 굴착헤드(123)가 지반에 접하면서 분쇄날(123a)로부터 지반을 굴착하고 토사 또는 자갈은 상기 굴착헤드(123)의 유입공(123b)을 통해 후방으로 배출되어 상기 굴착수단(120)의 굴착스크류(127)로부터 이송 배출된다.

반면 상기 제2장착부(235)에 설치된 상기 관로파이프(130)의 경우 상기 베이스프레임(210)의 가이드레일(211)을 따라 상기 본체프레임(220)이 전후로 직선운동하여 상기 관로파이프(130)를 압입시킨다.

이어 지반을 굴착하던 상기 굴착수단(120)이 도달기지(20)에 진입하게 되면 상기 굴착수단(120)은 하나씩 분리하여 철거하므로 지중에 관로의 매설작업을 완료하게 된다.

즉 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 관로 굴착용 굴진장치에 의하면, 굴착유닛의 굴착수단과 관로파이프를 함께 장착한 후 동시에 추진시킬 수 있는 추진유닛을 구성하므로, 작업이 일괄적으로 이루어져 작업이 편리하면서도 시공공기를 대폭 줄이는 것이 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 추진기지 20 : 도달기지 100 : 굴착유닛
110 : 선도파이프 115 : 관측센서 120 : 굴착수단
121 : 회전축 123 : 굴착헤드 123a : 분쇄날
123b : 유입공 125 : 차단부재 125a : 차단막
125b : 연통공 127 : 굴착스크류 130 : 관로파이프
200 : 추진유닛 210 : 베이스프레임 211 : 가이드레일
220 : 본체프레임 225 : 구동실린더 230 : 장착부
231 : 제1장착부 232 : 구동수단 235 : 제2장착부
236 : 압입부재 237 : 연장지지부재
α : 분쇄날의 경사각

Claims (6)

1. 지면에 수직방향으로 천공된 추진기지에서부터 도달기지까지의 지중에 관로를 형성할 수 있도록 파이프를 연속적으로 압입하여 굴착하는 굴진장치에 있어서,
   한쪽 선단에 장비의 굴진 경로를 측정가능하도록 관측센서가 장착되고 도달기지까지의 굴진 방향을 향해 길게 연장 형성되는 선도파이프와, 상기 선도파이프의 길이방향을 따라 연장된 구조를 이루며 지반을 굴착가능하게 형성되는 굴착수단과, 상기 굴착수단으로부터 굴착된 공간을 따라 추진되어 굴진 경로 상에 매설되는 관로파이프로 구성되는 굴착유닛과;
   추진기지 상에 고정 설치되고 상부에 가이드레일이 형성되는 베이스프레임과, 상기 베이스프레임 상에 설치되고 상기 가이드레일을 따라 전후로 왕복이동가능하게 구동실린더가 구비되어 상기 굴착유닛을 추진시키는 본체프레임과, 상기 본체프레임 상에 설치되고 상기 굴착유닛의 선도파이프 및 굴착수단은 물론 상기 관로파이프를 수평방향으로 장착하여 고정가능하게 형성되는 장착부로 구성되는 추진유닛;을 포함하고,
   상기 추진유닛은 상기 장착부에 설치된 상기 굴착유닛의 관로파이프를 전방으로 무회전 추진시키도록 이루어지되,
   상기 굴착유닛의 굴착수단은, 상기 선도파이프의 후방에 한쪽이 연결 결합하고 반대편은 상기 추진유닛 상에 설치되어 회전가능하게 형성되는 회전축과, 상기 회전축의 앞쪽 선단에 연결 결합하여 굴착 전단면에 위치하고 지반을 굴착하여 토사 또는 자갈을 후방으로 유입시킬 수 있게 복수의 분쇄날 및 유입공이 형성되는 굴착헤드와, 상기 굴착헤드에 의해 굴착된 토사 또는 자갈을 후방으로 배출토록 이송시키는 굴착스크류를 포함하여 이루어지고, 상기 굴착헤드의 분쇄날은 굴착방향을 향해 돌출 형성되고 한쪽 면 상에 45~60°의 각도로 기울어진 경사각(α)을 이루도록 형성되며,
   상기 굴착헤드에는 상기 유입공에 연통하여 토사 또는 자갈을 후방으로 유입시킬 수 있게 연통공을 구비하되 회동조작에 따라 상기 유입공을 폐쇄하여 토사 또는 자갈의 유입을 차단할 수 있는 차단막이 형성되는 차단부재를 포함하여 이루어지고,
   상기 추진유닛의 장착부는, 상기 본체프레임으로부터 전방을 향해 돌출 형성되고 상기 굴착유닛의 선도파이프 및 굴착수단을 연결하여 고정하되 회동가능하게 형성되는 제1장착부와, 상기 제1장착부의 외측 둘레를 따라 간격을 두고 위치하고 상기 굴착유닛 중 관로파이프의 한쪽 면에 접하여 고정가능하게 형성되는 제2장착부를 포함하여 이루어지며,
   상기 제1장착부는, 상기 본체프레임 상에 설치되고 상기 굴착수단이 회전구동가능하도록 동력을 인가하는 구동수단을 포함하여 이루어지고,
   상기 제2장착부는, 상기 굴착유닛의 관로파이프가 면 접촉하여 끼워지는 압입부재와, 상기 압입부재가 상기 본체프레임으로부터 간격을 두고 위치할 수 있게 상기 압입부재의 후방에 연장하여 상기 본체프레임 상에 고정 설치되는 복수의 연장지지부재를 포함하여 이루어지는 관로 굴착용 굴진장치.
   
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