KR101542929B1 - 지반 내에 관로 형성을 위한 비굴착식 천공 장치 및 비굴착식 천공 공법 - Google Patents

Abstract

지반 내에 관로 형성을 위한 비굴착식 천공 장치 및 비굴착식 천공 공법이 개시된다. 개시된 천공 장치는, 비굴착식으로 지반 내에 관로를 형성하는 것으로, 회전 가능하게 설치되는 드릴 샤프트와, 상기 드릴 샤프트의 선단에 부착되어 상기 드릴 샤프트와 함께 회전하도록 마련되는 것으로, 지반에 압력을 가하면서 회전함으로써 홀(hole)을 형성하는 비트와, 상기 드릴 샤프트를 둘러싸도록 마련되는 제1 도관과, 상기 제1 도관을 둘러싸도록 마련되는 제2 도관과, 상기 비트와 상기 제2 도관 사이에 마련되어 상기 제2 도관의 선단부를 고정하는 헤드 케이싱을 포함한다.

Description

지반 내에 관로 형성을 위한 비굴착식 천공 장치 및 비굴착식 천공 공법{Non-digging type boring device for forming pipe conduit in ground and no-digging boring method}

본 발명은 천공 장치 및 천공 공법에 관한 것으로, 상세하게는 지반 내부에 상하수도, 전력선, 가스관, 통신관 등을 매설하기 위해 지표면을 위에서 파지 않고 지반을 측면에서 수평이나 경사지게 천공함으로써 관로를 형성하는 비굴착식 천공 장치 및 비굴착식 천공 공법에 관한 것이다.

종래에는 도로 하부의 지반 내에 상하수도, 전력선, 가스관, 통신관 등을 매설하기 위해서 굴삭기로 지표면을 일정 깊이로 파낸 다음, 상하수도, 전력선, 가스관, 통신관 등을 매설하고 이를 다시 토사(土砂)로 덮는 방법이 사용되었다. 그러나, 이러한 방법은 필수적으로 도로를 훼손하게 되므로 도로 복구를 위해 공사 기간도 길어질 뿐만 아니라 공사 기간 중 교통 장애가 발생될 수 있으며, 또한 복구 비용도 증가하는 문제점 있다. 최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 지표면을 위에서 파지 않고 지반을 측면에서 파서 천공을 함으로써 지반 내부에 상하수도, 전력선, 가스관, 통신관 등을 매설하는 방식인 비굴착식 천공 공법이 개발되고 있다.

도 1는 종래의 비굴착식 천공 장치를 도시한 것이다. 도 1에는 지반(G) 일부를 굴착한 다음, 굴삭기 본체(200)를 천공 장치(10)에 연결하여 지반(G) 내부에 홀을 형성하는 모습이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 천공 장치(10)는 회전에 의해 지반(G)에 홀을 형성하는 드릴 샤프트(drill shaft,11)와, 이 드릴 샤프트(11)를 회전시키기 위한 구동 수단(12)을 포함할 수 있다. 여기서, 구동 수단(12)에 의해 드릴 샤프트(11)가 회전하게 되면 그 선단부가 지반에 접촉하여 회전하면서 압력을 가하게 되고 이에 따라 토사가 파지면서 지반(G) 내부에 일정한 직경을 가지는 홀(hole)을 형성하게 된다. 그리고, 이러한 홀 형성 과정에서 발생되는 토사는 드릴 샤프트(11)의 외주면에 형성된 스크류를 통해 밖으로 밀려 나오게 된다. 이와 같이, 천공 작업이 완료된 후에는 홀 내부에 상하수도, 전력선, 가스관, 통신관 등을 삽입하여 설치하게 된다. 그러나, 이러한 종래 비굴착식 천공 공법에서는 수신호를 이용하여 천공 작업을 정밀도를 조작하게 되므로 천공 작업의 정밀도가 떨어지게 되고, 천공 작업 중에 지하수가 나오게 되면 더 이상 작업을 수행하기 불가능하다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 천공 작업의정밀도를 향상시킬 수 있고, 보다 간단한 작업으로 지반 내에 관로를 형성할 수 있는 비굴착식 천공 장치 및 비굴착식 천공 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

일 측면에 있어서,

비굴착식으로 지반 내에 관로를 형성하는 천공 장치에 있어서,

회전 가능하게 설치되는 드릴 샤프트(drill shaft);

상기 드릴 샤프트의 선단에 부착되어 상기 드릴 샤프트와 함께 회전하도록 마련되는 것으로, 지반에 압력을 가하면서 회전함으로써 홀(hole)을 형성하는 비트(bit);

상기 드릴 샤프트를 둘러싸도록 마련되는 제1 도관;

상기 제1 도관을 둘러싸도록 마련되는 제2 도관; 및

상기 비트와 상기 제2 도관 사이에 마련되어 상기 제1 및 제2 도관 중 적어도 하나의 선단부를 고정하는 헤드 케이싱(head casing)을 포함하는 비굴착식 천공장치가 제공된다.

상기 드릴 샤프트의 외주면에는 상기 홀 형성에 의해 발생되는 토사(土砂)를 후방으로 이동시켜 외부로 배출하는 스크류(screw)가 형성될 수 있다.

상기 비굴착식 천공 장치는 상기 드릴 샤프트를 회전시키는 구동 수단을 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 구동 수단과 상기 드릴 샤프트의 사이에는 상기 비트의 중앙부로부터 물 또는 공기를 분사시킴으로써 암석을 분쇄하거나 또는 토사를 주위로 이동시키기 위한 워터젯(water jet) 장치 또는 에어젯(air jet) 장치가 마련될 수 있다. 또한, 상기 비굴착식 천공 장치는 상기 드릴 샤프트를 전방으로 추진시키는 추진 장치를 더 포함할 수 있다.

천공 작업시 상기 제1 및 제2 도관, 및 상기 헤드 케이싱은 상기 드릴 샤프트 및 상기 비트와 함께 전방으로 추진되며, 상기 드릴 샤프트 및 상기 비트의 회전시 상기 제1 및 제2 도관과 상기 헤드 케이싱은 회전하지 않도록 마련될 수 있다.

상기 제2 도관은 천공 작업 후 상기 지반에 형성된 상기 홀 내부에 남아서 관로를 형성할 수 있다. 상기 제1 도관은 상기 제2 도관보다 강한 재질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 도관은 강관(steel pipe)를 포함하며, 상기 제2 도관은 PE관(polyethylene pipe)을 포함할 수 있다.

다른 측면에 있어서,

전술한 천공 장치를 이용하여 비굴착식으로 지반 내에 관로를 형성하는 천공 공법에 있어서,

상기 드릴 샤프트 및 상기 비트, 상기 제1 및 제2 도관, 및 상기 헤드 케이싱을 전방으로 추진시키는 동시에 상기 드릴 샤프트 및 상기 비트를 회전시킴으로써 지반 내에 홀을 형성하는 단계; 및

상기 홀 내부에 상기 제2 도관만 남도록 상기 드릴 샤프트 및 상기 비트, 상기 제1 도관 및 상기 헤드 케이싱을 제거하여 관로를 형성하는 단계;를 포함하는 비굴착식 천공 공법이 제공된다.

상기 홀 형성 과정에서 발생되는 토사를 상기 드릴 샤프트의 외주면에 형성된 스크류를 이용하여 후방으로 이동시켜 외부로 배출하는 단계가 더 포함될 수 있다.

그리고, 워터젯 장치 또는 에어젯 장치를 이용하여 상기 비트의 중앙부로부터 물 또는 공기를 분사시킴으로써 암석을 분쇄하거나 또는 토사를 주위로 이동시키는 단계가 더 포함될 수 있다.

상기 드릴 샤프트 및 상기 비트, 상기 제1 도관 및 상기 헤드 케이싱을 제거하는 단계는, 상기 헤드 케이싱 및 상기 비트가 위치하는 지표면을 파서 상기 헤드 케이싱 및 상기 비트를 제거하는 단계; 및 상기 드릴 샤프트 및 상기 제1 도관을 후방으로 이동시켜 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 있어서,

비굴착식으로 지반 내에 관로를 형성하는 천공 공법에 있어서,

드릴 샤프트 및 비트의 추진시 상기 관로를 형성하는 제2 도관과, 상기 제2 도관을 보호하기 위한 제1 도관도 함께 추진하는 동시에 상기 드릴 샤프트 및 상기 비트를 회전시킴으로써 지반 내에 홀을 형성하는 단계; 및

상기 홀 내부에 상기 제2 도관만 남기고 상기 드릴 샤프트 및 상기 비트와 상기 제1 도관을 제거함으로써 관로를 형성하는 단계;를 포함하는 비굴착식 천공 공법이 제공된다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 드릴 샤프트, 비트, 제1 및 제2 도관, 헤드 케이싱이 함께 전방으로 추진하면서 드릴 샤프트 및 비트가 회전함에 따라 지반 내에 원하는 직경의 홀을 형성할 수 있다. 그리고, 이러한 홀 형성 과정에서 드릴 샤프트를 직접 둘러싸는 제1 도관은 제2 도관이 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 천공 작업이 완료된 후에는 드릴 샤프트와 제1 도관, 비트와 헤드 케이싱을 제거함으로써 홀 내부에는 제2 도관만 남아서 관로를 형성할 수 있다. 이에 따라, 지표면을 굴착하여 관로를 형성하는 굴착식 천공 공법에 비하면 지반을 복구할 필요가 없으므로 공사 기간 및 공사 비용을 줄일 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 드릴 샤프트를 둘러싸는 제1 및 제2 도관도 드릴 샤프트와 함께 추진되어 홀을 형성하게 되므로, 천공 작업 중에 지반 내에 지하수가 발생된다고 하더라도 계속하여 천공 작업을 수행할 수 있게 된다.

도 1은 종래 비굴착식 천공 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비굴착식 천공 장치의 사시도를 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 천공 장치에서, 제1 및 제2 도관을 절개하여 그 내부를 도시한 것이다.
도 4는 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 5는 도 2의 B 부분을 확대하여 도시한 것이다.
도 6a 내지 도 6f는 도 2에 도시된 천공 장치를 이용하여 지반 내에 관로를 형성하는 비굴착식 천공 공법을 설명하는 도면들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비굴착식 천공 장치의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 도 1에 도시된 천공 장치에서, 제1 및 제2 도관을 절개하여 그 내부를 도시한 것이다. 도 4는 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 것이며, 도 5는 도 2의 B 부분을 확대하여 도시한 것이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 비굴착식 천공 장치(100)는 지표면 하부에 상하수도, 전력선, 가스관, 통신관 등을 매설하기 위한 관로를 형성하기 위해서 지표면을 파내지 않고, 지반(G)의 측면에서 지표면과 나란하거나 또는 경사지게 홀을 형성하는 천공 작업을 수행한다. 이러한 비굴착식 천공 장치(100)는 드릴 샤프트(drill shaft, 111)와, 드릴 샤프트(111)의 선단에 결합되는 비트(bit,130)와, 드릴 샤프트(111)의 외곽을 둘러싸도록 마련되는 제1 및 제2 도관(141,142)과, 제1 및 제2 도관(141,142)의 선단부를 고정하는 헤드 케이싱(head casing, 120)을 포함한다.

드릴 샤프트(111)는 회전 가능하게 설치되며, 그 외주면에는 스크류(screw, 111a)가 형성되어 있을 수 있다. 여기서, 스크류(111a)는 후술하는 바와 같이 지반(G)내에 홀을 형성하는 과정에서 발생되는 토사를 드릴 샤프트(111)의 후방으로 이동시켜 외부로 배출시키는 역할을 한다. 이러한 드릴 샤프트(111)에는 드릴 샤프트(111)를 회전시키기 위한 구동 수단(160)이 연결되어 있다. 한편, 천공 장치(100)는 천공 작업시 드릴 샤프트(111)를 전방으로 추진시키기 위한 추진 장치(170)를 포함할 수 있다. 이러한 추진 장치(170)는 드릴 샤프트(111)에 전방으로의 추진력을 전달하는 역할을 하는 것으로, 예를 들면, 유압 실린더를 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

비트(130)는 드릴 샤프트(111)의 선단부에 부착되어 드릴 샤프트(111)와 함께 회전할 수 있게 마련되어 있다. 여기서, 비트(120)는 천공 작업 완료 후 드릴 샤프트(111)로부터 분리가 가능하도록 드릴 샤프트(111)의 선단에 체결되어 있다. 예를 들면, 비트(130)는 드릴 샤프트(111)의 선단에 나사 결합되어 있을 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 비트(130)와 드릴 샤프트(111) 사이에는 다양한 체결 방법이 사용될 수 있다.

후술하는 바와 같이, 구동 수단(160)과 추진 장치(170)가 구동하게 되면 드릴 샤프트(111)와 비트(130)가 전방으로 추진되면서 회전하게 되고, 이에 따라, 비트(130)는 지반에 접촉하여 회전하면서 전방으로 압력을 가하게 된다. 이에 따라 비트(130)가 토사를 파내면서 홀을 형성하게 된다.

제1 도관(141)은 드릴 샤프트(111)를 둘러싸도록 마련되어 있으며, 제2 도관(142)은 제1 도관(141)을 둘러싸도록 마련되어 있다. 여기서, 제2 도관(142)은 천공 작업 완료 후 지반에 형성된 홀 내부에 남아서 관로를 형성할 수 있다. 그리고, 제1 도관(141)은 천공 작업시 제2 도관(142)을 보호하는 역할을 할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하면, 만약 제1 도관(141) 없이 제2 도관(142)이 드릴 샤프트(111)를 직접 둘러싸도록 마련되어 있다면 천공 작업 중에 관로 형성을 위한 제2 도관(142)이 손상되거나 또는 파손될 수 있다. 즉, 천공 작업 중에는 회전하는 드릴 샤프트(111)의 외주면에 형성된 스크류(111a)가 제2 도관(142)과 접촉할 수도 있는데 이 경우에 제2 도관(142)이 손상되거나 또는 파손될 수 있다. 또한, 천공 작업 중에 발생되는 토사는 드릴 샤프트(111)를 따라 후방으로 이동하여 외부로 배출되게 되는데 이러한 토사의 이동 중에 토사 내에 섞여 있는 암석 등에 의해 제2 도관(142)이 손상될 수도 있다. 이와 같이, 제2 도관(142)이 손상되거나 파손되게 되면 제2 도관(142)의 내부로 토사가 유입될 수도 있고, 제2 도관(142)이 손상에 의해 취약해 짐으로써 향후에 제2 도관이 파손될 수도 있다.

본 실시예에서는, 천공 작업 중에 발생될 수 있는 제2 도관(142)의 손상을 방지하기 위해 제2 도관(142)의 안쪽에 제1 도관(141)을 마련한다. 즉, 제1 도관(141)이 드릴 샤프트(111)를 직접 둘러싸도록 마련되고, 이 제1 도관(141)을 제2 도관(142)이 둘러싸도록 마련되어 있다. 여기서, 제1 도관(141)은 제2 도관(142)을 보호하는 역할을 하므로 예를 들면, 제2 도관(142) 보다 강한 재질로 이루어질 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 도관(142)이 제1 도관(141)과 같은 재질을 포함하거나 또는 제1 도관(141)보다 강한 재질을 포함하는 것도 가능하다. 즉, 제1 도관(141)은 천공 작업 중에 제2 도관(142)이 손상되지 않도록 제2 도관(142)을 보호하는 역할을 하는 것이므로 반드시 제2 도관(142) 보다 강한 재질로 이루어질 필요는 없다.

제1 도관(141)은 예를 들면, 강관(steel pipe)가 될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 다양한 재질의 도관이 사용될 수 있다. 또한, 제2 도관(142)은 사용하고자 하는 용도에 따라 그 재질이 달라질 수 있다. 예를 들어, 상하수도를 매설하고자 하는 경우에는 제2 도관(142)은 PE관(polyethylene pipe)이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 관로 형성을 위한 제2 도관(142)은 상하수도, 전력선, 가스관, 통신관 등과 같이 사용되는 용도에 따라 그 직경이 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면, 제2 도관(142)은 그 직경이 대략 150mm, 200mm, 300mm, 400mm 등이 될 수 있지만, 이는 단지 예시적인 것으로 이외에도 다양한 직경을 가질 수 있다.

헤드 케이싱(120)은 비트(130)와 제2 도관(142) 사이에 마련되어 제2 도관(142)의 선단부를 고정한다. 이러한 헤드 케이싱(120)은 드릴 샤프트(111)의 선단부를 둘러싸도록 마련되어 있다. 헤드 케이싱(120)은 천공 작업 완료 후 제2 도관(142)으로부터 분리가 가능하도록 제2 도관(142)의 선단부에 체결될 수 있다. 예를 들면, 헤드 케이싱(120)은 제2 도관(142)의 선단부와 나사 결합되어 있을 수 있다. 하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 헤드 케이싱(120)과 제2 도관(142) 사이에는 다양한 체결 방법이 사용될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 잇지 않으나, 헤드 케이싱(120)은 제1 도관(141)의 선단부에 체결될 수도 있으며, 이 경우 천공 작업 완료 후 헤드 케이싱(120)은 제1 도관(141)으로부터 분리될 수 있다. 여기서, 헤드 케이싱(120)은 제1 도관(141)의 내면에 나사 결합되어 있을 수 있다. 헤드 케이싱(120)이 제1 및 제2 도관(141,142)의 선단부에 체결되어 이를 고정하는 것도 가능하다.

천공 작업을 진행하는 과정에서 제1 및 제2 도관(141,142)과 헤드 케이싱(120)은 드릴 샤프트(111) 및 비트(130)와 함께 전방으로의 추진 운동은 하지만, 드릴 샤프트(111) 및 비트(130)가 회전하여도 제1 및 제2 도관(141,142)과 헤드 케이싱(120)은 회전 운동을 하지 않는다. 이에 따라, 비트(130)의 회전으로 인해 발생될 수 있는 비트(130)와 헤드 케이싱(120) 사이의 마찰을 줄여주기 위해서 비트(130)와 헤드 케이싱(120) 사이에는 베어링(bearing, 미도시)이 마련될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 천공 장치(100)는 구동 수단(160)과 드릴 샤프트(111) 사이에 마련되는 워터젯(water jet) 또는 에어젯(air jet) 장치(150)를 더 포함할 수 있다. 이러한 워터젯 또는 에어젯 장치(150)는 천공 작업 중에 단단한 재질의 암석과 만나게 되면 물이나 공기를 강한 압력으로 분사함으로써 암석을 분쇄하는 역할을 할 수 있고, 이외에도 토사나 분쇄된 암석들을 주위로 이동시키는 역할을 할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 비굴착식 천공 장치(100)는 드릴 샤프트(111), 비트(130), 제1 및 제2 도관(141,142), 헤드 케이싱(120)이 함께 전방으로 추진하면서 드릴 샤프트(111) 및 비트(130)가 회전함에 따라 홀을 형성하게 된다. 이러한 홀 형성 과정에서 드릴 샤프트(111)를 둘러싸는 제1 도관(141)이 제2 도관(142)이 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 천공 작업이 완료된 후에는 드릴 샤프트(111)와 제1 도관(141), 비트(130)와 헤드 케이싱(120)을 제거하여 홀 내부에는 제2 도관(142)만 남게 됨으로써 상하수도, 전력선, 가스관, 통신관 등의 매설을 위한 관로를 형성할 수 있다.

이하에서는 전술한 비굴착식 천공 장치(100)를 이용하여 지반(G) 내에 관로를 형성하는 천공 공법에 대해 상세히 설명한다. 도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 비굴착식 천공 공법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 6a를 참조하면, 지반(G)의 표면 일부를 소정 깊이로 판 다음, 비굴착식 천공 장치(100)를 설치한다. 이어서, 구동 수단(160) 및 추진 장치(170)를 구동하여 드릴 샤프트(111) 및 비트(130)를 소정 깊이로 파진 지반(G)의 측면을 향하여 추진하면서 회전시킨다. 이때, 드릴 샤프트(111)를 둘러싸도록 마련된 제1 도관(141)과, 제1 도관(141)을 둘러싸도록 마련된 제2 도관(142), 그리고, 제1 및 제2 도관(141,142)의 선단부에 마련되어 제2 도관(142)을 고정하는 헤드 케이싱(120)은 드릴 샤프트(111) 및 비트(130)와 함께 이동하게 된다. 여기서, 제1 및 제2 도관(141,142)과, 헤드 케이싱(120)은 드릴 샤프트(111) 및 비트(130)와 함께 회전하지는 않는다. 이를 위해, 전술한 바와 같이, 비트(130)와 헤드 케이싱(120) 사이의 마찰을 줄여주기 위해서 비트(130)와 헤드 케이싱(120) 사이에 베어링(미도시)이 마련될 수 있다.

이어서, 비트(130)가 추진을 계속하면서 지반(G)의 측면과 접촉하게 되면, 비트(130)의 회전에 의해 지반(G)의 측면에 파이면서 홀이 형성되기 시작한다. 이때, 홀 형성 과정에서 발생되는 토사(190)는 비트(130)를 통해 드릴 샤프트(111)를 따라 후방으로 이동할 수 있다. 여기서, 드릴 샤프트(111)의 외주면에는 스크류(111a)가 형성되어 있으므로, 이 스크류(111a)에 의해 토사(190)는 드릴 샤프트(111)를 따라 후방으로 용이하게 이동하여 외부로 배출될 수 있다.

이러한 홀 형성 과정에서 제1 도관(141)은 제2 도관(142)을 보호하는 역할을 하게 된다. 즉, 홀 형성 과정에서 관로 형성을 위한 제2 도관(142)이 회전하는 드릴 샤프트(111)의 외주면에 형성된 스크류(111a)에 직접 접촉하게 되면 제2 도관(142)이 손상되거나 파손될 수 있는 바, 제2 도관(142)의 내측에 제1 도관(141)을 마련함으로써 드릴 샤프트(111)의 스크류(111a)가 제2 도관(142)과 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 천공 작업 중에 발생되는 토사(190)는 드릴 샤프트(111)를 따라 후방으로 이동하여 외부로 배출되게 되는데 이때 제2 도관(142)이 토사(190)의 이동 중에 토사 내에 섞여 있는 암석 등에 충돌하게 되면 제2 도관(142)이 손상될 수 있는 바, 제2 도관(142)의 내측에 제1 도관(142)을 마련함으로써 제2 도관(142)이 이동하는 토사와 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 일반적으로는 제2 도관(142)을 보호하는 제1 도관(141)이 관로 형성을 위한 제2 도관(142)보다는 강한 재질로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.

한편, 비굴착식 천공 장치(100)에 워터젯 또는 에어젯 장치(150)가 더 구비될 수 있으며, 이러한 워터젯 또는 에어젯 장치(150)에 의해 보다 용이하게 홀을 형성될 수 있다. 즉, 워터젯 또는 에어젯 장치(150)로부터 비트(130)의 중앙부를 통해 물이나 또는 공기를 고압으로 분사하게 되면 단단한 재질의 암석을 분쇄하면서 홀을 형성할 수 있다. 한편, 워터젯 또는 에어젯 장치(150)는 비트(130)의 앞쪽에 존재하는 토사를 그 주위로 이동시키는 역할도 할 수 있다. 이와 같이, 드릴 샤프트(111) 및 비트(130)는 계속 전진하면서 홀을 형성하고 되고, 이러한 드릴 샤프트(111) 및 비트(130)와 함께 제1 및 제2 도관(141,142)과, 헤드 케이싱(120)도 추진하게 된다.

도 6b를 참조하면, 지반(G)에 형성하고자 하는 홀의 길이가 긴 경우에는 제1 및 제2 추가도관(141',142')을 사용하여 천공 작업을 계속 수행할 수 있다. 이러한 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저, 제1 및 제2 도관(141,142)과 드릴 샤프트(111)의 거의 대부분이 지반(G) 내에 들어갔을 때, 드릴 샤프트(111)의 후단부를 구동 수단(160)으로부터 분리한다. 이어서, 제1 및 제2 추가도관(141',142')과 추가 드릴 샤프트(111')를 준비한 다음, 제1 및 제2 추가도관(141',142')을 제1 및 제2 도관(141,142)에 체결하고, 추가 드릴 샤프트(111')를 드릴 샤프트(111)에 체결한다. 여기서, 추가 드릴 샤프트(111')의 외주면에도 드릴샤프트(111)의 스크류(111a)와 연속된 형태로 스크류(111'a)가 형성될 수 있다. 도 6c는 도 6b에 도시된 체결부를 확대하여 도시한 것이다.

제1 추가도관(141')과 제1 도관(141)의 체결, 제2 추가도관(142')과 제2 도관(142)의 체결, 추가 드릴 샤프트(111') 및 드릴 샤프트(111)의 체결은 예를 들면, 나사 결합에 의해 수행될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 이외에 다른 체결 수단에 의해도 체결이 이루어질 수도 있다. 다음으로, 추가 드릴 샤프트(111')의 후단부를 구동 수단(160)에 연결한다. 그리고, 구동 수단(160) 및 추진 장치(170)를 다시 구동하게 되면 홀을 계속을 형성할 수 있다. 한편, 이상에서는 홀 형성을 위해 도관(141,141',142,142') 및 드릴 샤프트(111,111')가 2개씩 마련된 경우 예시적으로 설명되었으나, 형성하고자 하는 홀의 길에 따라 도관(141,141',142,142') 및 드릴 샤프트(111,111')의 개수는 다양하게 변형될 수 있다. 이상과 같은 천공 작업을 통해 홀을 필요한 길이만큼 형성한다.

도 6d를 참조하면, 비트(130)가 위치한 지반(G)의 표면을 소정 깊이로 굴착하여 헤드 케이싱(120) 및 비트(130)를 노출시킨다. 이어서. 도 6e를 참조하면, 비트(130)를 드릴 샤프트(111)로부터 분리하여 제거하고, 헤드 케이싱(120)은 제2 도관(142)의 선단부로부터 분리하여 제거한다. 전술한 바와 같이, 비트(130)는 드릴 샤프트(111)의 선단에 나사 결합 등과 같은 체결 수단에 의해 결합되어 있으며, 헤드 케이싱(120)도 제2 도관(142)의 선단부에 나사 결합 등과 같은 체결 수단에 의해 결합되어 있다. 따라서, 이러한 체결 수단을 해제함으로써, 지반이 굴착된 부분(195)을 통해 드릴 샤프트(111)의 선단부로부터 비트(130)를 분리하고, 제2 도관(142)의 선단부로부터 헤드 케이싱(120)을 분리할 수 있다. 도 6d에는 헤드 케이싱(120)이 제2 도관(142)의 선단부에 체결된 경우가 예시적으로 도시되어 있으나. 이외에도 헤드 케이싱(120)은 제1 도관(141)이나 또는 제1 및 제2 도관(141,142)에 체결될 수도 있다. 이 경우, 천공 작업이 완료되면 헤드 케이싱(120)은 제1 도관(141)이나 또는 제1 및 제2 도관(141,142)으로부터 분리될 수 있다.

도 6f를 참조하면, 드릴 샤프트(111) 및 추가 드릴 샤프트(111')와, 제1 도관(141) 및 제1 추가도관(141')을 제거한다. 이때 홀 내부에는 제2 도관(142) 및 제2 추가도관(142')은 그대로 남아서 관로를 형성하게 된다. 이러한 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도 6e에 도시된 상태에서 드릴 샤프트(111) 및 추가 드릴 샤프트(111')와, 제1 도관(141) 및 제1 추가도관(141')을 후방으로 이동시켜 체결부를 외부로 노출시킨 다음, 구동 수단(160)으로부터 추가 드릴 샤프트(111')를 분리한다. 그리고, 추가 드릴 샤프트(111')를 드릴 샤프트(111)로부터 분리하여 제거하고, 제1 추가도관(141')를 제1 도관(141)으로부터 분리하여 제거한다. 전술한 바와 같이, 추가 드릴 샤프트(111')는 드릴 샤프트(111)에 나사 결합 등과 같은 체결 수단에 의해 결합되어 있으며, 제1 추가도관(141')도 제1 도관(141)에 나사 결합 등과 같은 체결 수단에 의해 결합되어 있다. 따라서, 이러한 체결 수단을 해제함으로써, 드릴 샤프트(111)로부터 추가 드릴 샤파트(111')를 분리하고, 제1 도관(141)으로부터 제1 추가도관(141')을 분리할 수 있다.

이어서, 드릴 샤프트(111)와 제1 도관(141)을 후방으로 이동시켜 홀 내부로부터 제거하게 되면 도 6f에 도시된 바와 같이 홀 내부에는 제2 도관(142) 및 제2 추가도관(142')이 남아서 관로를 형성하게 된다. 그리고, 이러한 관로를 이용하여 상하수도, 전력선, 가스관, 통신관 등을 설치할 수 있다.

이상의 실시예들에 따른 비굴착식 천공 장치 및 천공 공법에 의하면, 드릴 샤프트, 비트, 제1 및 제2 도관, 헤드 케이싱이 함께 전방으로 추진하면서 드릴 샤프트 및 비트가 회전함에 따라 지반 내에 원하는 직경의 홀을 형성할 수 있다. 그리고, 이러한 홀 형성 과정에서 드릴 샤프트를 둘러싸는 제1 도관은 제2 도관이 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 천공 작업이 완료된 후에는 드릴 샤프트와 제1 도관, 비트와 헤드 케이싱을 제거하여 홀 내부에는 제2 도관이 남게 됨으로써 관로를 형성할 수 있다. 따라서, 지표면을 굴착하여 관로를 형성하는 굴착식 천공 공법에 비하면 지반을 복구할 필요가 없으므로 공사 기간 및 공사 비용을 줄일 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 드릴 샤프트를 둘러싸는 제1 및 제2 도관도 드릴 샤프트와 함께 추진되어 홀을 형성하게 되므로, 천공 작업 중에 지반 내에 지하수가 발생된다고 하더라도 계속하여 천공 작업을 수행할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100.. 비굴착식 천공 장치
111.. 드릴 샤프트
111'.. 추가 드릴 샤프트
111a.. 스크류
120.. 헤드 케이싱
130.. 비트
141.. 제1 도관
141'.. 제1 추가도관
142.. 제2 도관
142'.. 제2 추가도관
150.. 워터젯 또는 에어젯 장치
160.. 구동 수단
170.. 추진 장치

Claims (14)

1. 비굴착식으로 지반 내에 관로를 형성하는 천공 장치에 있어서,
   회전 가능하게 설치되는 드릴 샤프트(drill shaft);
   상기 드릴 샤프트의 선단에 부착되어 상기 드릴 샤프트와 함께 회전하도록 마련되는 것으로, 지반에 압력을 가하면서 회전함으로써 홀(hole)을 형성하는 비트(bit);
   상기 드릴 샤프트를 둘러싸도록 마련되는 제1 도관;
   상기 제1 도관을 둘러싸도록 마련되는 제2 도관; 및
   상기 비트와 상기 제2 도관 사이에 마련되어 상기 제1 및 제2 도관 중 적어도 하나의 선단부를 고정하는 헤드 케이싱(head casing);을 포함하고,
   상기 제1 도관은 상기 드릴 샤프트와 상기 제2 도관 사이에 마련되어 천공 작업 시 상기 제2 도관의 내면을 보호하며, 상기 제2 도관은 천공 작업 후 상기 지반에 형성된 상기 홀 내부에 남아서 상기 관로를 형성하는 비굴착식 천공 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 드릴 샤프트의 외주면에는 상기 홀 형성에 의해 발생되는 토사(土砂)를 후방으로 이동시켜 외부로 배출하는 스크류(screw)가 형성되어 있는 비굴착식 천공 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 드릴 샤프트를 회전시키는 구동 수단을 더 포함하는 비굴착식 천공 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 드릴 샤프트를 전방으로 추진시키는 추진 장치를 더 포함하는 비굴착식 천공 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 구동 수단과 상기 드릴 샤프트의 사이에는 상기 비트의 중앙부로부터 물 또는 공기를 분사시킴으로써 암석을 분쇄하거나 또는 토사를 주위로 이동시키기 위한 워터젯(water jet) 또는 에어젯(air jet) 장치가 마련되는 비굴착식 천공 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   천공 작업시 상기 제1 및 제2 도관, 및 상기 헤드 케이싱은 상기 드릴 샤프트 및 상기 비트와 함께 전방으로 추진되며, 상기 드릴 샤프트 및 상기 비트의 회전시 상기 제1 및 제2 도관과 상기 헤드 케이싱은 회전하지 않도록 마련되는 비굴착식 천공 장치.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 도관은 상기 제2 도관보다 강한 재질을 포함하는 비굴착식 천공 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제1 도관은 강관(steel pipe)를 포함하며, 상기 제2 도관은 PE관(polyethylene pipe)을 포함하는 비굴착식 천공 장치.
10. 제 1 항에 기재된 천공 장치를 이용하여 비굴착식으로 지반 내에 관로를 형성하는 천공 공법에 있어서,
    상기 드릴 샤프트 및 상기 비트, 상기 제1 및 제2 도관, 및 상기 헤드 케이싱을 전방으로 추진시키는 동시에 상기 드릴 샤프트 및 상기 비트를 회전시킴으로써 지반 내에 홀을 형성하는 단계; 및
    상기 홀 내부에 상기 제2 도관만 남도록 상기 드릴 샤프트 및 상기 비트, 상기 제1 도관 및 상기 헤드 케이싱을 제거하여 상기 관로를 형성하는 단계;를 포함하는 비굴착식 천공 공법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 홀 형성 과정에서 발생되는 토사를 상기 드릴 샤프트의 외주면에 형성된 스크류를 이용하여 후방으로 이동시켜 외부로 배출하는 단계를 더 포함하는 비굴착식 천공 공법.
12. 제 11 항에 있어서,
    워터젯 장치 또는 에어젯 장치를 이용하여 상기 비트의 중앙부로부터 물 또는 공기를 분사시킴으로써 암석을 분쇄하거나 또는 토사를 주위로 이동시키는 단계를 더 포함하는 비굴착식 천공 공법.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 드릴 샤프트 및 상기 비트, 상기 제1 도관 및 상기 헤드 케이싱을 제거하는 단계는,
    상기 헤드 케이싱 및 상기 비트가 위치하는 지표면을 파서 상기 헤드 케이싱 및 상기 비트를 제거하는 단계; 및
    상기 드릴 샤프트 및 상기 제1 도관을 후방으로 이동시켜 제거하는 단계;를 포함하는 비굴착식 천공 공법.
14. 비굴착식으로 지반 내에 관로를 형성하는 천공 공법에 있어서,
    드릴 샤프트 및 비트의 추진시 상기 관로를 형성하는 제2 도관과, 상기 제2 도관과 상기 드릴 샤프트 사이에 마련되어 상기 제2 도관의 내면을 보호하기 위한 제1 도관도 함께 추진하는 동시에 상기 드릴 샤프트 및 상기 비트를 회전시킴으로써 상기 지반 내에 홀을 형성하는 단계; 및
    상기 홀 내부에 상기 제2 도관만 남기고 상기 드릴 샤프트 및 상기 비트와 상기 제1 도관을 제거함으로써 상기 관로를 형성하는 단계;를 포함하는 비굴착식 천공 공법.

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