KR101666141B1

KR101666141B1 - 오거축 보호용 천공교반기

Info

Publication number: KR101666141B1
Application number: KR1020160062576A
Authority: KR
Inventors: 윤종익; 김효근
Original assignee: 주식회사 윤앤플락; 윤종익
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2016-10-24
Also published as: CN107419728B; CN107419728A

Abstract

본 발명은 오거축 보호용 천공교반기에 관한 것으로, 오거축 내부로 공급되는 굴착용 고압수와 교반용 시멘트의 공급에 대하여 오거축 내부를 개별 공급 라인으로 설계하며, 교반날개들의 코너 사이로 달라붙는 머드볼의 부착도 방지하는 고압수 공급 라인까지 오거축 내부에 설계하는 한편, 굴착 진행 과정에서의 오거축으로 전달되는 전단력에도 불구하고 오거축의 회전 유격을 방지하도록, 오거축의 길이 구간 일정 지점마다 오거축의 회전 유격을 제어하기 위한 커플러의 구성, 및 이러한 커플러를 오거축들의 중심에 위치된 지지축에 결합되게 한 구성으로 이루어진 오거축 보호용 천공교반기를 제공하고자 함에 있다.

Description

오거축 보호용 천공교반기{Drill Stirrer For Protecting Auger}

본 발명은 오거축 보호용 천공교반기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지중의 경질지반을 굴착 및 교반하는 과정에서 야기될 수 있는 오거축 내부의 고압수 및 시멘트 막힘 현상 방지와 함께, 교반날개들 사이 코너로 달라붙는 머드볼의 부착 문제를 해소하면서, 오거축들 간의 횡 방향 모멘트 취약성으로 나타나는 오거축들의 회전 유격을 방지하는 오거축 보호용 천공교반기에 관한 것이다.

연약지반의 토질개량 및 연직차수벽 구축을 위하여 사용되는 공법 가운데 하나인 고결공법은 (a) 경화성 물질을 토립자에 첨가 혼합하는 방법, (b) 토립자의 간극에 경화성 물질을 충진하는 방법, (c) 가열에 의해 점토광물 중에 고용체를 생성시켜 토립자를 결합시키는 방법 등이 있다.

여기서 (a) 경화성 물질을 토립자에 첨가 혼합하는 방법은 석회, 시멘트 및 이들을 주체로 하는 '과화제'를 주로 사용하여 시공하게 되는데, 대표적인 예로는 천층 혼합처리공법(Shallow Mixing Method)과 심층 혼합처리공법(Deep Mixing Method)가 있으며, 이러한 천층 혼합처리공법이나 심층 혼합처리공법을 수행하기 위해서는 스테빌라이저(stabilizer) 또는 다축오거장치(Multi-Auger machine) 등을 사용하게 된다.

종래의 다축오거장치(Multi-Auger machine)는 교반로드에 천공비트를 부착하고, 천공비트를 회전시켜 지중을 교반, 굴착하면서 고화제 등을 투입하여 기존의 토사와 고화제(슬러리, slurry)를 섞게 된다.

종래의 천공비트는 자중과 회전력만으로 굴착이 이루어지게 되어 N치 15 이상의 경질지반에서는 굴착력이 급격히 저하되는 문제점이 있으며, 교반비트 표면이 일반적인 강철 재질로만 되어 있어 굴착 및 교반 과정에서 점토 등이 엉겨 붙어 머드볼(Mud Ball)을 형성하게 되면서 관입 및 인발 저항을 급격히 증가시키고 개량체의 품질을 저하시키는 문제점이 있다.

실제 지중의 지반을 경질에 따라 N치 0 ~ 15로 규정할 때, 종래 천공기기들은 N치 15 이상을 뚫을 수 없는 한계에 이르게 되었고, N치 15 정도까지만 천공하는 수준에 머물고 있다.

또한, 교반비트가 일반형의 블래이드 비트를 사용하고, 교반비트에 대한 표면 처리가 되지 않은 상태며, 2 방향의 분사 방식을 가짐에 따라, 굴착 능력에 한계가 있고 머드볼 현상에 의한 관입속도 저해와 함께 굴착력력 저하로 이어지는 문제를 초래하고 있다.

아울러 고화제를 토출하는 토출구가 교반비트 하부에만 구비되어 경질지반이나 점착력이 높은 점토질 지반에서 심층 혼합처리공법을 수행할 경우 굴착 후 개량대상 지반의 상부까지 교반비트를 인발하고 다시 고화제를 주입(토출)하면서 교반비트를 하강시키며 교반이 이루어짐에 따라 공기(공사기간)가 증가하는 문제점이 있다.

즉, 기존의 천공비트로는 DCM(심층고화처리공법) 공법 적용 시 상기와 같은 여러 취약점과 아울러 관입 속도 저하로 인한 경질지반에서의 시공이 근본적으로 어려웠다.

다시 말해, 기존 DCM 공법에서는 N치 15 이상의 점토층이나 압밀된 모래층에서 관입속도 저하로 시공이 어려웠고, 점착력이 높은 점토 및 사질토 지반은 원지반과 시멘트 페이스트의 혼합 교반이 용이하지 않고 혼합 교반된 지반과 교반비트와의 엉킹현상(머드볼) 으로 시공의 품질 저하 및 오거의 회전력을 저해시키고 이로 인한 시공 속도 및 품질이 떨어졌다.

이와 같은 기존의 문제점들은 본 발명의 출원인으로부터 출원된 출원번호 제10-2014-0027597호의 기술을 통하여 대부분 해소되었으나, 경질지반의 굴착 과정에서 고압수와 함께 시멘트의 공급이 하나의 공급라인을 통하여 배출되는 관계로, 오거축의 내부 세척이 제대로 이루어지지 않아 시멘트의 응고로 공급라인이 막히는 현상이 발생하게 되고, 이러한 공급라인의 막힘 현상은 오거축의 신규 제작까지 염두에 둘 정도로 심각하다.

또한, 오거축에 달린 보조교반날개들과 보강부재의 표면에 머드볼의 부착 현상을 방지하기 위한 코팅층을 이루고 있으나, 실제 굴착 작업에 투입된 오거축을 외부로 인출하여 보면, 보조교반날개들 사이의 코너 부위 표면으로 머드볼의 부착 현상이 여전하다.

이러한 머드볼의 부착 현상은 굴착 작업 이후 머드볼의 세척 작업을 요하는 관계로, 작업자의 작업 부담을 증가시키는 요인으로 작용하고 있다.

한편, 천공교반기의 오거축들이 오거장치에 다축으로 연결 설치된 상태로 경질지반을 굴착할 경우에는 전단력에 따른 오거축들 간의 횡 방향 모멘트 작용으로 인한 오그축들 간의 모멘트 취약성에 의해 오그축들 회전 유격이 발생되고, 이러한 회전 유격으로 인하여 오그축들의 연결 부위 부품 파손의 문제점들이 발생되고 있다.

아울러, 이러한 오그축들 간의 유격 발생으로 인하여 경질지반 굴착 과정에서 원하는 타킷 방향으로 굴착할 수 없을뿐더러, 굴착 포인트를 비켜나가는 굴착의 오류가 발생하는 추세이다.

한편, 지반의 굴착 장치에 관한 기술로서, 등록특허 제10-1052548호(등록일2011.07.22)와, 등록특허 제10-1069107호(등록일 2011.09.23)와, 등록실용신안 제20-0462768호(2012.09.21)와, 등록특허 제10-1202359호(등록일 2012.11.12)와, 등록특허 제10-1230320호(등록일 2013.01.31)와, 등록특허 제10-1274671호(2013.06.07) 등이 개시된 바 있다.

등록특허 제10-1052548호(등록일2011.07.22) 등록특허 제10-1069107호(등록일 2011.09.23) 등록실용신안 제20-0462768호(등록일 2012.09.21) 등록특허 제10-1202359호(등록일 2012.11.12) 등록특허 제10-1230320호(등록일 2013.01.31) 등록특허 제10-1274671호(등록일 2013.06.07)

전술된 문제점들을 해소하기 위한 본 발명은, 오거장치에 다축으로 연결된 오거축들을 이용하여 경질지반의 굴착 작업에서 오거축에 남아 있는 시멘트의 응고에 따른 오거축 내부 막힘 현상과 함께, 교반날개들 사이로 달라붙는 머드볼의 부착 현상을 방지하면서, 굴착 작업 진행 과정에서 오거축에 전달되는 전단력 작용에 따라 오거축의 회전 유격을 방지하기 위한 오거축 보호용 천공교반기를 제공하고자 함에 그 목적을 두고 있다.

전술된 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 오거축의 내부를 따라 연결되는 관으로서, 보조교반날개와 천공교반부 사이 구간에 해당되는 오거축 내부까지 구성되어 오거축 외부로 관통되는 제일의 토출구를 형성하고, 상기 제일의 토출구를 통하여 시멘트를 배출시키는 제1공급관; 상기 제일의 토출구 아래 구간인 공간부 구간에 해당되는 오거축 내부까지 구성되어 상기 공간부의 라운드부로 관통되는 제이의 토출구를 형성하고, 상기 제이의 토출구를 통하여 고압수를 제트분사하는 제2공급관; 및 상기 보조교반날개들의 사이 구간에 해당되는 오거축 내부까지 구성되어 오거축 외부로 관통되는 제삼의 토출구를 형성하고, 상기 제삼의 토출구를 통하여 고압수를 제트분사하는 제3공급관; 을 포함하고, 상기 제1공급관의 제일의 토출구로 배출되는 시멘트는 경질지반의 굴진에 의해 형성되는 굴착지에 주입되는 한편, 상기 제2공급관의 제이의 토출구로 배출되는 고압수는 공간부를 거쳐 메인교반날개에 설치된 분사노즐들 및 천공교반체의 굴착비트 후방에 설치된 분사노즐들을 통하여 굴진 방향을 향해 제트분사되는 한편, 상기 제3공급관의 제삼의 토출구로 배출되는 고압수는 상 하 부위에 위치한 보조교반날개와 보강부재 사이 코너에 달라붙은 머드볼을 향해 제트분사되며, 상기 제3공급관의 제삼의 토출구로 제트분사되는 고압수의 분사범위 조절을 위해, 상기 제삼의 토출구로부터 돌출되는 하나 이상의 돌출봉; 상기 돌출봉의 위치에서부터 상기 제삼의 토출구를 커버하는 형태이되, 고압수의 분사압력조절에 따라 상기 돌출봉의 위치에서부터 멀어지거나 가까워지는 방식으로 이동되면서 상기 고압수의 분사범위를 결정유도하는 분기유도판; 및 상기 돌출봉에 삽입되되, 그 일단은 상기 제삼의 토출구에 고정되는 한편, 그 타단은 상기 분기유도판에 고정되어 고압수의 분사압력조절에 따라 탄성을 상기 분기유도판에 제공하는 인장스프링; 을 포함하고, 상기 분기유도판은 외측 방향으로 경사진 갓 형태이면서 그 이면 중앙에 고압수를 분할 유도하기 위한 분기유도침이 돌출 형성되어 있는 오거축 보호용 천공교반기에 일 특징이 있다.

삭제

오거장치에 다축으로 수직 연결된 오거축들의 경질지반 굴착 과정에서 오거축들에 발생되는 전단력 작용에 따른 오거축들의 취약 구조를 개선하기 위하여, 오거축들의 중심에서 오거축들의 수직 길이 방향을 따라 수직으로 구축되어 상기 오거축들을 견고히 홀딩하는 지지축과, 상기 오거축들의 수직 길이 방향을 따라 일정한 지점에서 상기 오거축들을 삽입하는 방식으로 포위한 상태에서 상기 오거축들의 중심에 위치된 상기 지지축에 결합되어 상기 오거축들의 회전 굴착에서 발생하는 전단력 작용에 따른 상기 오거축들에 대한 회전 유격을 제어하여 방지하는 커플러를 포함하는 오거축 보호용 천공교반기에 일 특징이 있다.

상기 커플러는, 상기 오거축을 삽입하여 에워싸는 원통형의 구속원통부와, 상기 구속원통부의 상 하단에 결합되는 결합플레이트를 포함하고, 상기 구속원통부는, 반원통형으로 구성되어 상호 간에 결합되거나 분리되는 구조의 두 구속반호통과, 상기 구속반호통의 외주 중앙에서부터 그 내경으로 그리스를 주입하기 위한 그리스 주입구와, 상기 구속반호통의 내경 상 하부 단차 부위에 구성되어 상기 오거축에 대한 유연한 회전 및 윤활성과 함께, 내마모성 및 내압력성을 제공하는 그리스패킹을 더 포함하며, 상기 결합플레이트는, 그리스패킹의 외부 탈거 방지용으로 상호 간 결합된 두 구속반호통의 상 하단에 결합되는 한편, 상기 두 구속반호통 중 어느 한 구속반호통의 측부에 일체형으로 구성된 체결플레이트가 상기 지지축의 중앙 외주에 일체형으로 구성된 체결플레이트에 결합되면서 상기 오거축들에 대한 상기 지지축의 견고한 홀딩 상태가 유지되는 오거축 보호용 천공교반기에 일 특징이 있다.

상기 오거축, 상기 커플러, 및 상기 지지축을 통째로 구속하기 위한 수단으로서, 상기 지지축과 인접되어 수직으로 구축된 프레임축조의 양측단에 힌지된 실린더와, 상기 실린더보다 상기 지지축에 더 인접한 상태로 상기 프레임축조의 양측단에 힌지되어 상기 지지축의 양측에서 상기 지지축을 구속하는 가이드, 및 상기 지지축의 외주에 일체로 구성된 체결플레이트 사이에서 일체로 구성되어 상기 실린더 동력에 의해 오므려지는 상기 가이드를 물게 되는 가이드레일을 포함하고, 상기 가이드의 프레임축조 힌지 지점 외측에 힌지되는 실린더의 피스톤 힌지 구조에 의해 피스톤 전진 시에 상기 가이드가 오므려지면서 상기 지지축의 양측에 일체된 상기 가이드레일에 물리면서 상기 지지축을 구속하게 되는 오거축 보호용 천공교반기에 일 특징이 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 오거축 보호용 천공교반기는, 경질지반의 굴착 과정에서 오거축 내부로 공급된 시멘트의 세척 불가로 인하여 고압수 및 시멘트의 공급라인 막힘 현상을 해소함에 따라, 고압수 및 시멘트 공급이 원활해지는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 오거축 보호용 천공교반기는, 오거축에 달린 교반날개들 사이 코너로 달라붙는 머드볼의 부착 현상을 방지할 수 있음에 따라, 굴착 작업 이후 별도로 수행되는 머드볼의 세척 작업을 생략할 수 있으며, 작업자의 작업 부담을 경감시키고 천공교반기의 사후 관리가 용이해 지는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 오거축 보호용 천공교반기는, 경질지반의 굴착 과정에서 오거축에 전달되는 전단력 작용에도 불구하고 모멘트 취약성을 개선하여 오거축의 회전 유격이 방지되는 효과가 있다.

아울러, 본 발명에 따른 오거축 보호용 천공교반기는, 오거축의 회전 유격이 방지됨에 따라, 본래 목표로 설정된 굴착지의 입방미터(㎥) 범위에 맞는 굴착을 수행할 수 있으며, 목표로 한 입방미터 범위의 굴착지에 공급되는 시멘트의 공급량 또한 초과되거나 미달되지 않는 적량으로 공급되어 굴착지에 건립되는 개량체의 품질 향상 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 오거축 보호용 천공교반기로서 DCM 전용선에 수직으로 설치된 상태를 도시한 일례의 도면,
도 2는 본 발명의 오거축 보호용 천공교반기로서 DCM 전용선에 수직으로 설치된 상태를 도시한 다른 일례의 도면,
도 3은 본 발명의 오거축 보호용 천공교반기에 대한 사시 도면,
도 4는 도 3에 도시된 오거축의 내부 상태 파악까지 가능한 도면,
도 5는 도 4에 도시된 오거축의 제1,2,3공급관을 통하여 고압수 분사 및 시멘트의 배출 상태를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 오거축 보호용 천공교반기에 있어 오거축에 대한 커플링의 삽입 구조를 평면으로 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 오거축 보호용 천공교반기에 있어 오거축에 대한 커플링의 삽입 구조를 측면으로 도시한 도면,
도 8은 도 7에 도시된 오거축의 내부 상태를 확대하여 도시한 확대 단면 상세 도면,
도 9는 도 8에 도시된 오거축을 평면으로 도시한 도면,
도 10은 도 7에 도시된 커플링만을 도시한 도면,
도 11은 도 10에 도시된 커플링의 측면 모습을 도시한 도면,
도 12는 도 11에 도시된 커플링의 평면 상태를 도시한 도면,
도 13은 도 6에 도시된 오거축들과 커플링 및 지지축을 통째로 구속하여 제어하는 수단으로서 프레임축조에 힌지된 실린더와 가이드의 연결 구조를 평면으로 도시한 도면이다.

본 발명에 있어 첨부된 도면은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되어 도시됨을 밝히고, 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술적 사상을 토대로 해석되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 오거축 보호용 천공교반기에 관한 기술로서, 본 발명의 출원인으로부터 출원된 출원번호 제10-2014-0027597호에 개시된 내용을 준용하되, 상기 출원 기술에서 발생하는 보조교반날개(180)들 사이에서의 머드볼 응겨붙는 문제와 라운드부(132a) 내에서의 시멘트 잔존 문제 및 오거축(120) 회전시 편심 회전 현상과 같은 유격 문제들을 방지할 수 있는 점에 그 기술적 특징을 가진다.

이러한 본 발명의 오거축 보호용 천공교반기는, 상기 출원 기술에 개시된 바와 같이, 오거축(120), 보조교반날개(180), 천공교반부(M)들을 준용할 수 있으며, 상기 천공교반부(M)에 포함된 교반스크류(131)와 다수의 굴착비트(133)들은 물론, 오거축(120)의 상 하단의 결합에 요구되는 플랜지(F), 메인교반날개(140), 보조교반날개(180)의 보강부재(181), 오거축(120)의 내부에 연장된 라운드부(132a)를 형성한 공간부(132), 교반스크류(131)의 후방에 구비된 분사노즐(134)들도 준용될 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 오거축 보호용 천공교반기는, 도 1, 2에 도시된 바와 같이, DCM 전용선 상에서 수직으로 설치되어 구축되는바, 프레임축조(2)의 옆에 구성된 오거장치(1)에 회전 가능한 방식으로 오거축(120)들이 연결되는데, 이러한 오거축(120)들은 오거축(120)들의 중앙에서 지지하는 지지축(300)에 의해 오거축(120)들의 회전 동작에 안전성을 확보할 수 있다.

특히, 오거축(120)들은 지지축(300)에 의해 홀딩되는 구조를 통하여 더욱 회전 동작의 안전성을 확보하게 되는데, 이러한 홀딩 구조를 위해 상기 오거축(120)들은 지지축(300)의 주변에서 커플러(200) 구성에 의해 지지축(300)에 홀딩되는 구조이다.

이러한 오거축(120)들은 플랜지(F) 간의 결합에 의해 수직으로 연장 가능한 방식으로 연결되고, 이러한 오거축(120)들은 일정한 길이 구간에서 상기 커플러(200)들의 구성에 의해 구속받으며 상기 지지축(300)에 홀딩되는 구조인 관계로, 오거축(120)들의 개별 회전 작동 시에도 경질 지반 굴착에 따른 부하로 인한 회전 유격을 방지할 수 있다.

하기 도면에서는 오거축(120)들이 오거장치(1)에 4축으로 연결 설치된 타입을 일례로 도시하였으나, 이러한 4축 타입뿐만 아니라, 4축 이상의 다축이나, 4축 이하의 축 타입까지도 포함하는 방식으로 해석될 수 있다.

4축으로 구성된 오거축(120)들과 그 중심에 구성된 지지축(300) 및 이들을 연결하면서 상기 오거축(120)들을 구속하는 커플러(200)에 대한 구성은, 추후에 설명된다.

한편, 4축으로 구성되는 오거축(120)들 중 어느 한 축의 오거축(120)에 대한 외부 구성 및 내부 구성을 먼저 설명하기로 한다.

도면 3을 참고로, 도 4, 5에 도시된 바와 같이, 오거축(120)은 상 하단에 구성된 플랜지(F) 구성에 의해 오거축(120)의 상 하단으로 다른 오거축(120)들이 결합되면서 수직으로 연장 연결 가능하다.

이러한 오거축(120)에는 그 외부로 다수의 보조교반날개(180)들이 구성되는데, 이러한 보조교반날개(180)들은 오거축(120)을 에워싸는 보강부재(181)에 결합되어 있는 구조이다.

한편, 상기 보조교반날개(180) 및 보강부재(181)의 하부에는 천공교반부(M)가 구성되는데, 이러한 천공교반부(M)는 메인교반날개(140)와 천공교반체(130)로 구성되며, 상기 천공교반체(130)는 교반스크류(131)와 상기 교반스크류의 끝단에 다수로 구비되는 굴착비트(133)와 상기 굴착비트의 후방에 구비되는 분사노즐(134)들로 구성되며, 이러한 분사노즐(134)들은 상기 메인교반날개(140)에도 구비되어 있음은 물론이다.

본 발명에서의 오거축 보호용 천공교반기는, 오거축(120)의 내부로 3개의 공급관이 구성되는바, 도 3을 참고로, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 오거축(120) 내부로 상호간 일정 간극을 유지하며 형성되는 제1공급관(150), 제2공급관(160), 제3공급관(170)으로 구성된다.

이러한 제1공급관(150), 제2공급관(160), 제3공급관(170)은 오거축(120)의 내부에 구분되는 형태로 구성되는바, 이는 도 4와 5를 참고로, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 제1공급관(150), 제2공급관(160), 제3공급관(170)의 사이로 오링(O)이 밀폐되어 있어 다른 공급관으로 공급되는 투입물(물, 물과 혼합된 시멘트)의 유입 오류를 방지할 수 있다.

상기 제1공급관(150)은 경질지반의 굴착 공간으로 물과 혼합된 시멘트를 주입하기 위한 용도이며, 상기 제2공급관(160)은 경질지반의 굴착과 파쇄에 요구되는 워터(물)을 분사하기 위한 제트분사 용도이고, 상기 제3공급관(170)은 상기 보조교반날개(180)들의 사이로 엉겨붙는 머드볼(Mud Ball)의 세척에 요구되는 워터(물)을 분사하기 위한 날개 제트분사 용도이다.

즉, 오거축(120) 내부에서 상기 제1,2,3공급관(150,160,170)들은 상호 간에 독립적으로 구분된 구성으로 이루어짐에 따라, 각 공급관을 통하여 공급되는 투입물의 역할이 개별적으로 나누어질 수 있고, 이로 인하여 굴착 작업에서 야기될 수 있는 보조교반날개(180) 사이로 머드볼의 엉겨붙는 현상이나, 오거축(120) 내부에 연장된 공간부(132)의 라운드부(132a)에 묻은 시멘트로 인한 막힘 현상 등을 방지하는 굴착 작업의 효율성을 기대할 수 있다.

상기의 제1,2,3공급관(150,160,170)에 대한 구성을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

상기 제1공급관(150)은 보조교반날개(180)들과 천공교반부(M)의 사이인즉, 도 4에서와 같이, 공간부(132)의 라운드부(132a) 상부 지점에 이르기까지 오거축(120)의 내부에 구성된 상태에서 오거축(120)의 외주까지 관통된 토출구(151)를 구성하게 된다. 이러한 토출구(151)를 통하여 시멘트의 외부 배출이 이루어지게 된다.

상기 제2공급관(160)은 공간부(132)에 이르기까지 오거축(120)의 내부에 구성된 상태에서 공간부(132)의 라운드부(132a)까지 관통된 토출구(161)를 구성하게 된다. 이러한 상기 토출구(161)를 통하여 물이 공간부(132)로 배출되다가, 메인교반날개(140)에 구성된 분사노즐(134)들과 천공교반체(130)에 구성된 분사노즐(134)들을 통하여 경질지반의 굴착지 방향으로 고압수가 제트분사된다.

즉, 천공교반체(130)의 교반스크류(131)와 함께 굴착비트(133)들이 회전되면서 경질지반을 굴착하게 되는데, 이 과정에서 굴착비트(133)들의 각 후방에 구성된 분사노즐(134)들을 통하여 고압수의 제트 분사가 이루어짐으로써 경질지반에 대한 굴착의 용이함과 굴착 작업의 효율을 기대할 수 있다.

또한, 상기 메인교반날개(140)는 상기 천공교반체(130)를 통하여 굴진되는 굴착 공간으로 시멘트(물과 혼합된 시멘트로서 고화제인 슬러리(slurry)가 포함됨)를 원지반 토양(점토)과 고르게 교반시키는 역할을 수행하게 된다.

상기 제3공급관(170)은 보조교반날개(180)들의 사이 구간인즉, 보강부재(181)들의 사이 구간에 해당되는 오거축(120)의 내부 지점에 이르기까지 구성된 상태에서 오거축(120)의 외주까지 관통된 토출구(171)를 구성하게 된다. 이러한 토출구(171)를 통하여 고압수의 물이 배출된다.

여기서, 상기 토출구(171)의 입구 둘레를 따라 소정의 길이를 갖는 돌출봉(172)이 도 4와 같이 구성되고, 상기 돌출봉(172)에는 인장스프링(173)이 삽입되는 구조이되, 인장스프링(173)의 일단은 상기 토출구(171)의 입구에 고정되며, 그 타단은 후술되는 분기유도판(174)에 고정되는 구조다. 상기 분기유도판(174)은 외부 방향으로 벌어진 갓 형태를 유지하게 된다. 이러한 외부 방향으로 분기유도판(174)의 벌어짐 현상은 분기유도판(174)의 이면에 부딪치는 고압수의 분사 방향이 상 하 방향으로 나누어지면서 분사되도록 유도하기 위해서다.

또한, 상기 분기유도판(174)의 이면 중앙에 돌출된 분기유도침(174a)은 토출구(171)로부터 토출되는 고압수를 분할하기 위함이며, 이러한 분기유도침(174a)은 도면에서 하나로 도시되었으나, 고압수의 다양한 분할 패턴을 위해 하나 이상의 개수도 가능하다.

상기 보조교반날개(180)들의 바로 하단에 해당되는 보강부재(181)에는 분사노즐(175)이 더 구성되는바, 상기 분사노즐(175)을 통하여 고압수가 분사되면서 보조교반날개(180)에서부터 보강부재(181)에 이르는 코너 부위에 응겨붙는 머드볼을 떼어낼 수 있다.

이때, 상기의 분사노즐(175)은 분사각의 조절이 어려운 관계로 보조교반날개(180)와 보강부재(181) 사이의 코너 부위에 응겨붙은 머드볼을 모두 세척하여 떼어내지 못할 수 있고, 일부 응겨붙은 머드볼은 상기의 토출구(171)로부터 분사되는 고압수에 의해 세척될 수 있다.

상기 고출구(171)로부터 분사되는 고압수는 압력 세기의 조절에 따라 분기유도판(171)에 부딪치는 충격력이 다를 수 있다. 따라서 고압수의 압력 세기가 셀 경우 분기유도판(171)에 전달되는 충격력 또한 강하기 때문에 인장스프링(173)의 인장이 더욱 늘어나 상 하 방향으로 분사되는 고압수의 분사범위가 커지게 된다. 물론, 고압수의 압력 세기가 약할 경우 고압수의 분사범위는 작아진다.

이와 같이, 고압수의 압력 세기를 조절함에 따라, 고압수는 그 분사범위가 조절되는 방식으로 일부 응겨붙어 있는 머드볼의 세척 분리도 가능하게 된다.

한편, 본 발명에서 일례로 제시된 4축의 오거축(120)들은, 도 2를 참고로, 도 6에 도시된 바와 같이, 4축의 오거축(120) 중심에 구축된 지지축(300)의 홀딩되어 견고한 결합 상태를 유지하게 되는데, 이러한 4축 오거축(120)과 지지축(300)과의 견고한 결합력을 위해 요구되는 것이 커플러(200)의 구성이다.

상기 지지축(300)도 4축의 오거축(120)과 동일하게 상 하단에 형성된 플랜지(310)의 구성으로 지지축(300)의 상 하단에 다른 지지축(300)들이 결합되는 방식으로 수직 연장이 가능한 구조이다.

이때, 상기 커플러(200)들은 하나의 지지축(300) 중앙 부근에 결합되어 상기 4축의 각 오거축(120)들을 삽입하여 에워싸는 구조를 이루게 된다.

이러한 상기 커플러(200)는, 도 2 및 도 6을 참고로, 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 통 형상의 구속원통부(210)로 구성되되, 상기 구속원통부(210)는 둘로 분리되거나 결합되는 구조의 반통 형상의 구속반호통(211,212)으로 구성된다.

이러한 구속반호통(211,212)은 상호 간의 볼트 체결 작업의 용이함을 위해 외주 부위에 함몰부(210a)가 형성되어 있어 구속반호통(211,212) 간의 용이한 볼트 체결 결합이 가능하며, 이러한 구속반호통(211,212)의 볼트 체결 결합으로 하나의 구속원통부(210)가 구성될 수 있다.

즉, 상기 구속반호통(211,212) 간의 볼트 체결 결합으로 오거축(120)은 하나의 구속원통부(210)에 삽입되는 구조이며, 이때 구속원통부(210)의 내부 상 하부 단차 부위에는 오거축(120)의 유연한 회전 및 윤활성과 함께, 내열성과 내마모성 및 내압력성을 유지하기 위한 그리스패킹(214)이 구성되며, 이러한 그리스패킹(214)의 외부 탈거 방지를 위해 구속원통부(210)의 상 하단에 체결 결합되는 결합플레이트(230,240)가 구성된다.

상기 그리스패킹(214) 뿐만 아니라, 구속원통부(210)의 중앙 부근에는 그리스를 주입하기 위한 그리스 주입구(213)가 형성된 관계로, 상기 그리스 주입구(213)를 통하여 주입되는 그리스는 구속원통부(210)의 내경과 오거축(120)의 외경 사이에서 마찰을 감소시키는 윤활유 역할을 수행하게 된다.

한편, 상기 구속원통부(210)를 구성하는 상기 구속반호통(211,212) 중 하나의 구속반호통(212) 측부에는, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 체결플레이트(250)가 일체형으로 결합 형성되어 있고, 이러한 체결플레이트(250)는 도 2를 참고로 도 6에서와 같이 지지축(300)의 길이 중앙 부근 외주에 일체형으로 결합 형성된 체결플레이트(320)에 볼트 체결되는 방식으로 결합됨에 따라, 오거축(120)들은 각 구속원통부(210)들에 의해 포위된 상태로 지지축(300)을 중심으로 견고히 결합되는 구조이다.

이와 같이, 커플러(200)는 하나의 지지축(300) 길이 중앙 부근에서 4축의 오거축(120)들을 삽입하는 방식으로 포위하여 지지축(300)의 견고한 지지를 받게 하는 결합 연결 매개체가 되는 수단이다.

이러한 커플러(200)는 하나의 지지축(300) 상 하단에 구성된 플랜지(310) 구성에 의해 수직 연결된 여러 지지축(300)들 중 일정 구간마다 해당 지지축(300)의 길이 중앙 부근에 결합 구성되면서 4축의 오거축(120)들을 구속하게 된다.

따라서, 지지축(300)을 중심으로 커플러(200)의 결합 구성으로 지지축(300)의 외측 반경에 구성된 4축 오거축(120)들은 경질지반의 굴착 과정에서 전단력 작용으로 인하여 축 방향으로의 휨 모멘트 부하를 받아도 기존 출원된 천공교반기의 오거축에서 나타나는 편심회전과 같은 회전 유격을 방지하게 된다.

즉, 기존 출원된 천공교반기의 경우, 회전 유격이 심하여, 오거축 주변 부품 간의 심각한 마찰이 발생 되고, 이러한 마찰로 인하여 부품의 잦은 고장 및 잦은 교체와 같은 문제뿐만 아니라, 경질지반의 굴착 과정에서 목표로 한 굴착의 표준입방미터(m³)에 공급되는 시멘트(물과 혼합된 시멘트, 슬러리 포함됨)의 공급량을 맞출 수 없는 문제가 발생 되었으며, 이러한 입방미터 및 시멘트 공급량의 조절 실패로 경질지반의 굴착지에 건립되는 개량체의 품질 저하까지 초래하는 문제가 발생 되었으나, 본 발명에서의 오거축 보호용 천공교반기에서는, 오거축(120)의 회전에 따른 경질지반의 굴착 과정에서 오거축(120)들을 삽입하여 포위한 커플러(200)의 구성 및 지지축(300)의 견고한 지지를 받게 하는 구성을 통하여 오거축(120)의 회전 유격 문제를 방지함에 따라, 기존 출원된 천공교반기에서 야기되는 상기의 문제들을 해소하는 효과를 기대해볼 수 있다.

상기 커플러(200)들은 지지축(300)과 그 주변에 구축된 4축 오거축(120)의 길이 구간에서 일정한 간극마다 설치되는데, 바람직하게는 지지축(300)과 4축 오거축(120)의 길이 구간 중 상부와 중간 및 하부 지점에 설치되는 3개소 구간에서의 설치가 바람직할 수 있다.

한편, 지지축(300)과 4축 오거축(120)의 길이 구간 중 중간 지점에 설치되는 커플러(200)의 설치뿐만 아니라, 이러한 중간 지점에는 상기 지지축(300)과 상기 4축 오거축(120) 및 상기 커플러(200)를 통째로 구속하기 위한 수단이 더 구비될 수 있다.

이러한 수단으로서는, 도 13에 도시된 바와 같이, 지지축(300)과 인접하여 수직으로 구축 설치된 프레임축조(2)의 양측단으로부터 힌지된 실린더(C), 상기 실린더(C)의 힌지 부근에서 이격된 프레임축조(2)의 양측단으로부터 힌지된 가이드(G), 상기 가이드(G)의 힌지 외측 부근에 상기 실린더(C)의 피스톤 힌지 구성을 통해 가능하다.

또한, 상기 지지축(300)의 외주에 일체된 체결플레이트(320)의 사이에 해당되는 지지축(300) 외주의 양측에는 가이드레일(330)이 더 구성되어 있음에 따라, 상기의 실린더(C) 작동에 의해 펼쳐지는 피스톤 동작에 따라 양쪽 가이드(G)가 상기 가이드레일(330)를 향하여 오므려지면서 양 가이드(G)의 끝단 단부가 상기 가이드레일(330)에 물리는 방식으로 상기 지지축(330)과 4축 오거축(120) 및 커플러(200)를 통째로 구속할 수 있게 된다.

120 : 오거축
150 : 제1공급관 151 : 토출구
160 : 제2공급관 161 : 토출구
170 : 제3공급관 171: 토출구
172 : 돌출봉 173 : 인장스프링
174a : 분기유도침 174 : 분기유도판
175 : 분사노즐
200 : 커플러
210 : 구속원통부 210a : 함몰부
211, 212 : 구속반호통 213 : 그리스 주입구 214 : 그리스팩킹
230,240 : 결합플레이트
250 : 체결플레이트
300 : 지지축 310 : 플랜지
320 : 체결플레이트 330 : 가이드레일

Claims

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오거축의 내부를 따라 연결되는 관으로서, 보조교반날개와 천공교반부 사이 구간에 해당되는 오거축 내부까지 구성되어 오거축 외부로 관통되는 제일의 토출구를 형성하고, 상기 제일의 토출구를 통하여 시멘트를 배출시키는 제1공급관; 상기 제일의 토출구 아래 구간인 공간부 구간에 해당되는 오거축 내부까지 구성되어 상기 공간부의 라운드부로 관통되는 제이의 토출구를 형성하고, 상기 제이의 토출구를 통하여 고압수를 제트분사하는 제2공급관; 및 상기 보조교반날개들의 사이 구간에 해당되는 오거축 내부까지 구성되어 오거축 외부로 관통되는 제삼의 토출구를 형성하고, 상기 제삼의 토출구를 통하여 고압수를 제트분사하는 제3공급관; 을 포함하고,
상기 제1공급관의 제일의 토출구로 배출되는 시멘트는 경질지반의 굴진에 의해 형성되는 굴착지에 주입되는 한편, 상기 제2공급관의 제이의 토출구로 배출되는 고압수는 공간부를 거쳐 메인교반날개에 설치된 분사노즐들 및 천공교반체의 굴착비트 후방에 설치된 분사노즐들을 통하여 굴진 방향을 향해 제트분사되는 한편, 상기 제3공급관의 제삼의 토출구로 배출되는 고압수는 상 하 부위에 위치한 보조교반날개와 보강부재 사이 코너에 달라붙은 머드볼을 향해 제트분사되며,
상기 제3공급관의 제삼의 토출구로 제트분사되는 고압수의 분사범위 조절을 위해, 상기 제삼의 토출구로부터 돌출되는 하나 이상의 돌출봉;
상기 돌출봉의 위치에서부터 상기 제삼의 토출구를 커버하는 형태이되, 고압수의 분사압력조절에 따라 상기 돌출봉의 위치에서부터 멀어지거나 가까워지는 방식으로 이동되면서 상기 고압수의 분사범위를 결정유도하는 분기유도판; 및
상기 돌출봉에 삽입되되, 그 일단은 상기 제삼의 토출구에 고정되는 한편, 그 타단은 상기 분기유도판에 고정되어 고압수의 분사압력조절에 따라 탄성을 상기 분기유도판에 제공하는 인장스프링; 을 포함하고,
상기 분기유도판은 외측 방향으로 경사진 갓 형태이면서 그 이면 중앙에 고압수를 분할 유도하기 위한 분기유도침이 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 오거축 보호용 천공교반기.
제3항에 있어서,
오거장치에 다축으로 수직 연결된 오거축들의 경질지반 굴착 과정에서 오거축들에 발생되는 전단력 작용에 따른 오거축들의 취약 구조를 개선하기 위하여, 오거축들의 중심에서 오거축들의 수직 길이 방향을 따라 수직으로 구축되어 상기 오거축들을 견고히 홀딩하는 지지축;
상기 오거축들의 수직 길이 방향을 따라 일정한 지점에서 상기 오거축들을 삽입하는 방식으로 포위한 상태에서 상기 오거축들의 중심에 위치된 상기 지지축에 결합되어 상기 오거축들의 회전 굴착에서 발생하는 전단력 작용에 따른 상기 오거축들에 대한 회전 유격을 제어하여 방지하는 커플러;
를 포함하는 오거축 보호용 천공교반기.
제4항에 있어서,
상기 커플러는, 상기 오거축을 삽입하여 에워싸는 원통형의 구속원통부;
상기 구속원통부의 상 하단에 결합되는 결합플레이트;
를 포함하고,
상기 구속원통부는, 반원통형으로 구성되어 상호 간에 결합되거나 분리되는 구조의 두 구속반호통;
상기 구속반호통의 외주 중앙에서부터 그 내경으로 그리스를 주입하기 위한 그리스 주입구;
상기 구속반호통의 내경 상 하부 단차 부위에 구성되어 상기 오거축에 대한 유연한 회전 및 윤활성과 함께, 내마모성 및 내압력성을 제공하는 그리스패킹;
을 더 포함하며,
상기 결합플레이트는, 그리스패킹의 외부 탈거 방지용으로 상호 간 결합된 두 구속반호통의 상 하단에 결합되는 한편, 상기 두 구속반호통 중 어느 한 구속반호통의 측부에 일체형으로 구성된 체결플레이트가 상기 지지축의 중앙 외주에 일체형으로 구성된 체결플레이트에 결합되면서 상기 오거축들에 대한 상기 지지축의 견고한 홀딩 상태가 유지되는 것을 특징으로 하는 오거축 보호용 천공교반기.
제4항에 있어서,
상기 오거축, 상기 커플러, 및 상기 지지축을 통째로 구속하기 위한 수단으로서, 상기 지지축과 인접되어 수직으로 구축된 프레임축조의 양측단에 힌지된 실린더;
상기 실린더보다 상기 지지축에 더 인접한 상태로 상기 프레임축조의 양측단에 힌지되어 상기 지지축의 양측에서 상기 지지축을 구속하는 가이드; 및
상기 지지축의 외주에 일체로 구성된 체결플레이트 사이에서 일체로 구성되어 상기 실린더 동력에 의해 오므려지는 상기 가이드를 물게 되는 가이드레일;
을 포함하고,
상기 가이드의 프레임축조 힌지 지점 외측에 힌지되는 실린더의 피스톤 힌지 구조에 의해 피스톤 전진 시에 상기 가이드가 오므려지면서 상기 지지축의 양측에 일체된 상기 가이드레일에 물리면서 상기 지지축을 구속하게 되는 것을 특징으로 하는 오거축 보호용 천공교반기.