KR101736141B1 - 지반굴착장치의 시멘트풀 배출로드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반굴착장치의 시멘트풀 배출로드에 관한 것으로, 상단에는 상기 복수의 연결로드 각각의 하단에 하나씩 연결되는 수조인트가 형성되어 있으며, 하단에는 서로 대칭하도록 돌출하는 복수의 회전돌기가 형성되어 있는 상부 배출로드와; 상기 상부 배출로드의 하단에 서로 대칭하도록 돌출된 복수의 회전돌기가 일정각도 범위내에서 회전할 수 있도록 내면에 복수의 회전안내통로가 형성되도록 하면서 상기 복수의 회전돌기와 함께 회전하는 복수의 걸림돌기가 형성되어 있는 연결용 원통체와; 하단에는 상기 복수의 교반로드 각각의 상단에 하나씩 연결되는 암조인트가 형성되어 있으며, 상단에는 상기 연결용 원통체의 하단에 연결되는 하부 배출로드를 포함하는 구성으로 되어 있되,
상기 하부 배출로드의 상단 내측에는 상부 배출로드의 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 공급통로의 하단에 연결되는 상부 중심연결공과, 상기 상부 중심연결공의 일측에 연결 형성되는 하부 편심연결공이 형성되어 있는 상부 디스크밸브; 및 상기 상부 디스크밸브의 하단에 일정각도 범위 내에서 회전 가능하도록 연결된 채 상기 하부 편심연결공에 연결되거나 분리되도록 형성되는 상측 편심연결공과, 상기 상측 편심연결공과는 연결된 채 상기 암조인트의 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 배출단관에 연결되는 하측 중심연결공과, 상기 상측 편심연결공에 대하여 상부 디스크밸브의 하부 편심연결공에 교대적으로 연결되거나 분리되도록 형성되는 상단 편심배출공과, 상기 상단 편심배출공의 일측에 연결된 채 상기 하부 배출로드의 상부 일측에 형성된 토출구에 항시 일치하는 배출공이 형성되어 있는 하부 디스밸브가 삽입 설치되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발명이다.

Description

지반굴착장치의 시멘트풀 배출로드{Cement paste venting road of ground dnilling}

본 발명은 지반굴착장치의 시멘트풀 배출로드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연약지반 개량공사 또는 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사를 시공하기 위하여 지반굴착장치에 장착된 오거헤드를 지하에 삽입시키면서 지반을 굴착하는 작동을 진행할 때에는 상기 오거헤드가 장착되는 교반로드의 하단으로 시멘트풀이 토출되게 하는 작동과, 상기 오거헤드의 굴착작동이 완료된 후 오거헤드를 지상으로 인발하고자 할 때에는 오거헤드가 장착되어 있는 교반로드의 상측으로 시멘트풀을 배출시킬 수 있도록 하며, 또한 지반을 굴착하는 작동을 진행할 때는 물론이고 오거헤드를 인발할 때에도 상기 교반로드의 상측에서 압축공기를 지속적으로 지하에 주입시킬 수 있도록 함으로써 지하에 박힌 상태로 회전하게 되는 교반로드에 작용하게 되는 토사압력의 강도가 지하에 주입되는 압축공기의 부력으로 인해 약화되도록 하여 교반로드를 원활하게 회전시킬 수 있도록 시멘트풀 배출구조는 개선되고 압축공기를 주입시킬 수 있는 구조를 포함하여 구성되는 시멘트풀 배출로드에 관한 것이다.

일반적으로 연약지반이나 물기가 많은 갯벌을 개량하거나 또는 지중 물막이 연속 차수벽 등을 구축하고자 할 때에는 지반굴착장치를 사용하고 있다.

상기 지반굴착장치는 지상에서 자주식으로 운행되는 크레인장치와, 지상에서 수직상으로 고정설치되는 리더와, 상기 크레인장치에 의하여 리더를 따라 상,하로 승강작동을 하는 오거드라이브유닛과, 상기 오거드라이브유닛으로부터 동력을 전달받을 수 있도록 오거드라이브유닛의 하측에 설치되는 기어박스와, 상기 기어박스로부터 회전동력을 전달받을 수 있도록 기어박스에 수직상으로 연결 조립되는 복수의 연결로드와, 상기 복수의 연결로드의 하단에 연결 조립되어 굴착되는 토사를 교반하는 복수의 교반로드와, 상기 복수의 교반로드 하단에 연결 조립되어 지반을 굴착하는 오거헤드 등으로 구성되어 있다.

또한 상기 지반굴착장치는 연약지반을 개량공사 또는 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사를 시공하고자 할 때는 지반을 일정 깊이로 굴착한 후에는 상기 교반로드의 하측으로 시멘트풀을 주입하며, 그 주입되는 시멘트풀이 오거헤드에 의해 굴착되는 토사와 혼합되도록 하는 방법으로 연약지반을 개량하거나 또는 지하에 지중 물막이 연속벽을 구축하도록 구성되어 있다.

그러나, 종래 지반굴착장치는 복수의 연결로드, 교반로드 및 오거헤드를 정회전 방향(시계방향)으로 회전작동시키면서 지반을 굴착하게 되며, 지반을 일정깊이로 굴착한 후부터는 지반굴착작동을 계속 진행하면서 지하에 시멘트풀을 주입하게 되는데, 이때 상기 기어박스에 연결되어 있는 연결로드의 상단을 통해 공급되는 시멘트풀은 상기 연결로드 하단에 연결되어 있는 복수의 교반로드의 하측으로 배출되는 작동이 잘 이루어지게 되므로, 이에 따라 상기 교반로드의 하단에 연결된 오거헤드에 의해 굴착되는 토사와 상기 교반로드 하측에서 배출되는 시멘트풀은 교반로드에 형성되어 있는 복수의 교반날개에 의하여 교반이 잘 이루어지게 할 수 있으나, 상기 오거헤드를 설정된 깊이까지 삽입시킨 후 지상으로 인발하고자 할 때에는 기어박스의 연결되어 있는 연결로드를 역회전 방향(반시계방향)으로 회전시키는 방법으로 상기 교반로드 및 오거헤드를 상승시키면서 인발하게 하며, 이와 같이 상기 교반로드 및 오거헤드를 역회전 방향으로 회전시키면서 상승시킬 때에도 연결로드의 상단을 통해 시멘트풀을 계속 공급하면서 상기 교반로드를 인발하게 되는데, 이때 상기 연결로드의 상단에 형성되어 있는 시멘트풀 공급용 스위벨을 통해 공급되는 시멘트풀이 교반로드의 하단을 통해 배출될 경우에는 시멘트풀을 토사에 혼합시킬 수 없게 된다는 것이 단점으로 지적되어 왔다.

때문에 본 발명의 발명자는 상기와 같은 종래 지반굴착장치를 개선하여 특허 제10-142486호의 발명을 제안한 바 있다.

상기 선행특허는 기어박스에 수직상으로 조립 설치되는 복수의 연결로드의 하측에 연결되는 상,하부 교반로드 사이에 시멘트풀 배출로드를 설치하고, 상기 하부 교반로드의 하단에 오거헤드를 연결 조립하는 구조로 구성함에 있어 상,하부 교반로드에 연결 설치되는 시멘트풀 배출로드를 삽입체와 괘지체로 구분 형성하고 상기 삽입체가 괘지체 속으로 삽입시킨 구조로 구성하되, 상기 삽입체를 감싸도록 연결된 괘지체가 삽입체를 따라 상,하로 이동가능하게 설치되어 상기 괘지체의 하단에 연결되어 있는 오거헤드가 정회전 방향(시계방향)으로 회전 및 하강하면서 지반을 굴착하게 될 때에는 상기 오거헤드가 지층의 반력에 의해 상승하는 상태가 되는데, 이때에는 상기 오거헤드의 상승작동에 따라 괘지체가 삽입체의 상측으로 상승이동하는 상태가 됨과 동시에 상기 삽입체의 중심부에 형성된 공급통로의 하단에 설치되어 있는 양측 분기통로가 상기 괘지체에 형성되어 있는 양측 유도통로와 연결되는 상태가 되도록 함으로써 외부에서 공급되는 시멘트풀이 상기 삽입체의 중심에 형성되어 있는 공급통로의 하단 양측에 형성되어 있는 양측 분기통로를 통해 상기 괘지체의 양측 유도통로로 유입되며, 이와 같이 양측 유도통로로 유입되는 시멘트풀은 상기 괘지체의 하단 중심에 형성되어 있는 배출통로를 통해 교반로드의 하단을 통해 오거헤드의 상측으로 배출되면서 오거헤드의 회전작동에 의해 굴착되는 토사에 시멘트풀이 혼합되도록 구성되어 있다.

그리고 상기와는 달리 오거헤드가 설정된 깊이까지 굴착작동을 완료한 후에 상기 오거헤드를 지상으로 인발하고자 할 때에는 오거헤드 및 상,하부 교반로드 등을 지상으로 상승시킴과 동시에 역회전 방향(반시계방향)으로 회전시키면서 인발하게 되는데, 이때 오거헤드 및 하부 교반로드의 무게가 괘지체에 작용하게 되므로 상부 교반로드가 일정높이로 상승하게 됨에 따라 괘지체는 자중이 작용하게 됨과 동시에 오거헤드 및 하부 교반로드의 무게가 작용하게 되므로, 이로 인해 상기 괘지체는 상승하게 되는 연결로드에 연결되어 있는 삽입체와 같이 상승하지 못하고 상기 삽입체가 일정높이로 상승하게 될 때까지 제자리에 정지되어 있는 상태가 되며, 이때에는 상기 삽입체의 하단 양측에 형성되어 있는 양측 분기통로가 상기 괘지체에 형성된 양측 유도통로보다 높은 상측 위치에 형성되어 있는 양측 배출공과 연결되는 상태가 되므로 상기 삽입체의 중심에 형성되어 있는 공급통로로 공급되는 시멘트풀이 양측 분기통로와 연결되어 있는 괘지체의 양측 배출공을 통해 배출되도록 구성되어 있다.

상기와 같이 선행특허는 오거헤드가 정회전 방향으로 회전 및 하강하면서 굴착작동을 개시할 때에는 시멘트풀이 괘지체의 하단에 연결 조립된 교반로드의 하단을 통해 오거헤드의 상측으로 배출되도록 하는 한편, 오거헤드를 역회전 방향으로 회전시키면서 상승시키게 될 때에는 시멘트풀이 괘지체에 형성되어 있는 양측 배출공을 통해 배출되도록 함으로써 연약지반 개량공사 및 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사를 시공하고자 할 때 지반을 일정깊이로 굴착한 후부터는 지반을 굴착하는 오거헤드 바로 위에서 시멘트풀이 배출되도록 하고, 상기 오거헤드를 지상으로 인발하게 될 때에는 시멘트풀이 괘지체의 양측에 형성되어 있는 배출공을 통해 하부 교반로드의 상측에서 배출되도록 하여 하부 교반로드에 형성된 복수의 교반날개가 시멘트풀과 토사를 고르게 혼합시킬 수 있도록 함으로써 연약지반 개량공사 및 지중 물막이 연속벽 구축공사를 설계에 맞추어 시공할 수 있도록 하는 개선된 특징을 가지고 있다.

그런데 상기한 선행특허는 연약지반 개량공사 또는 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사를 시공하고자 하는 지반이 오거헤드 및 교반로드의 자중에 의한 단순한 누름압력에 저항하는 강도를 지닌 단단한 지층일 경우에는 앞에서 설명한 개선된 특징을 기대할 수 있게 되지만, 상기 오거헤드 및 상,하부 교반로드 자중에 의한 단순한 누름압력에 대하여 저항하는 강도를 가지고 있지 아니한 지반으로서 예를 들면, 해안가의 갯벌과 같이 물기가 많은 늪과 같은 질퍽한 흙으로 구성된 매우 연약한 지반에서는 앞에서 설명한 개선된 특징을 기대할 수 없다는 것이 단점으로 지적되고 있다.

왜냐하면, 지반굴착작동시 오거헤드 및 교반로드 자체가 연약지반을 일정깊이로 굴착한 후에도 상기 오거헤드가 자중으로 인해 밑으로 내려가지 못하게 하는 저항을 충분히 받지 못하게 되므로, 이로 인해 굴착작동이 개시되는 동안 시멘트풀 배출로드의 괘지체가 삽입체 상측으로 이동하지 못하게 되므로 외부에서 공급되는 시멘트풀이 하부 교반로드의 하단에 형성되어 있는 배출공으로 배출되지 않게 되기 때문이다.

따라서 본 발명의 출원인은 특허 제10-142486호의 선행특허에서 나타나는 문제점을 해결하기 위하여 실용신안 제20-454518호의 고안을 제안한 바 있다.

상기한 실용신안 제20-454518호의 선행고안은 내면에 고정 스플라인이 형성되어 있는 휘메일로드와 외면에 가동 스플라인이 형성되어 있는 메일로드를 연결시킴에 있어 상기 메일로드를 휘메일로드의 내부에 삽입시킨 다음, 상기 휘메일로드에 형성되어 있는 키삽입공을 통해서 키블럭을 상기 메일로드에 볼트로 부착시키는 수단으로 상기 메일로드가 휘메일로드에 회전가능하도록 삽입 조립하는 구조로 구성한 것이다.

그러나 상기한 선행고안은 휘메일로드에 삽입된 메일로드를 회전가능하게 붙잡아주는 키블럭이 상기 휘메일로드의 환형통로에서 마찰접촉하는 상태로 회전하도록 구성되어 있기 때문에 상기 메일로드의 회전작동시에는 마찰저항이 반드시 발생하게 되며, 이로 인해 메일로드의 회전작동이 원활하게 이루어지지 않게 되는 현상이 나타나는 것을 발견하게 되었으며, 이와 같이 키블럭의 마찰저항으로 인해 메일로드의 회전작동이 원활하지 않게 될 경우에는 체크밸브의 개폐작동이 정확하게 이루어지지 않게 되는 것이며, 이로 인해 시멘트풀이 원하는 위치의 배출공으로 배출되지 않게 되는 문제가 발생하게 되며, 또한 휘메일로드의 상단과 메일로드의 상단이 단순히 면접촉하는 상태로 조립되어 있기 때문에 토사가 침투하게 되는 현상이 나타날 수 있게 되는데, 만일 토사가 휘메일로드 내부의 환형통로에 침투하는 현상이 나타나게 될 때에는 키블럭의 회전이동이 제대로 이루어지지 않기 때문에 체크밸브가 정확하게 작동하지 못하게 되는 문제가 발생하게 된다는 것을 발견하게 되었다.

따라서 본 발명의 출원인은 상기한 실용신안 제20-454518호의 선행고안에서 나타나는 문제점을 해결하기 위하여 또 다른 선행기술인 실용신안 제20-462768호의 고안을 또다시 제안한 바 있다.

상기한 실용신안 제20-462768호의 선행기술은 시멘트풀 배출로드를 구성하는 메일로드와 상기 메일로드가 일정각도의 범위내에서 회전가능하게 메일로드를 감싸주는 원형부를 구비하고 있는 휘메일로드로 구성되어 있으며, 또한 상기 휘메일로드의 원형부와 메일로드는 볼베어링과 원통베어링에 의해 회전가능하게 연결 조립하는 구조로 구성되어 있으므로 상기한 선행고안과 같이 환형통로에 회전이동이 가능하게 설치된 키블럭이 회전이동하게 될 때 마찰저항이 발생하지 않도록 함으로써 상기 원통부와 휘메일로드 사이에 조립되어 있는 체크밸브는 상기 메일로드가 정·역 방향으로 회전하게 될 때 휘메일로드와 함께 정·역 방향으로 정밀하게 회전하게 됨으로써 시멘트풀을 오거헤드의 저부로 배출되게 하거나 또는 메일로드의 측방으로 배출되게 하는 구성이 정확하게 이루어지게 하는 특징을 가지고 있다.

그러나 상기한 선행기술은 선행고안(실용신안 제20-454518호)과 같이 체크밸브의 외주에 서로 마주하게 형성된 양측 배토구를 탄성재질의 밸브판이 개폐하도록 구성되어 있는데, 상기 탄성밸브판은 지반을 굴착하기 위하여 오거헤드를 하강시키면서 회전시키는 작동을 개시할 때에는 배토구를 폐쇄하도록 구성되어 메일로드의 중심부에 형성되어 있는 공급통로 공급되는 시멘트풀이 오거헤드측으로 흐르도록 구성되어 있으며, 이와는 달리 지반굴착작동을 완료한 후 오거헤드를 상승시켜서 인발하고자 할 때에는 상기 메일로드의 중심에 형성된 공급통로 공급되는 시멘트풀이 양측 배출통로를 통해 체크밸브에 형성되어 있는 양측 배토구를 통해 배출되면서 탄성밸브판을 체크밸브 외측으로 밀어내어 탄력적으로 개방시키면서 배출시키도록 구성되어 있으며, 또한 탄력적으로 개방된 탄성밸브판은 체크밸브가 반시계방향으로 회전할 때 발생되는 토사압력에 의해 계속적으로 개방된 상태를 유지하고 있도록 구성하여 오거헤드를 인발할 때 외부에서 공급되는 시멘트풀은 시멘트풀 배출로드의 체크밸브에 형성되어 있는 양측 배토구를 통해 탄성밸브판을 개방시키면서 배출되도록 구성되어 있는 것이다.

그런데, 상기한 선행고안이나 선행기술은 오거헤드를 지상으로 인발하고자 할 때 외부에서 공급되는 시멘트풀이 오거헤드의 의해 굴착되는 굴착공 속으로 배출되는 시멘트풀의 배출압력에 의하여 개방되어야 하는데, 이때 시멘트풀의 배출압력에 의하여 개방되는 탄성디스크패킹 및 탄성밸브판의 개방작동은 육안으로는 볼 수 없는 상태이기 때문에 상기 탄성디스패킹 및 탄성밸브판이 정상적으로 개방작동되지 않게 되는 현상이 나타날 수 있음에도 불구하고 지반굴착장치를 운전하는 작업자는 교반로드 및 오거헤드를 지반을 굴착할 때와는 반대방향으로 상기한 교반로드 및 오거헤드를 회전시키게 되면 상기 탄성디스패킹 및 탄성밸브판이 자동적으로 개방작동될 것이라는 막연한 추측에 의존하고 있다는 것이 문제점으로 지적되고 있는 실정이다.

왜냐하면, 지반을 굴착하는 오거헤드 및 이에 연결된 교반로드가 굴착공 속에 깊게 박혀있는 상태에서 탄성디스패킹이나 탄성밸브판 주위의 외측에 암석이나 커다란 돌멩이 또는 단단한 토사덩어리가 존재하고 있어 상기한 탄성디스크패킹 및 탄성밸브판이 개방작동되지 못하도록 방해 내지 억제하는 현상이 발생하게 되어 시멘트풀의 배출압력에 의해 탄성디스패킹 또는 탄성밸브판이 개방작동이 제대로 이루어지지 아니한 경우에도 지반굴착장치를 운전하는 작업자는 시멘트풀이 탄성디스크패킹이나 탄성밸브판을 개방시키고 정상적으로 배출되고 있는 것으로 착각하게 되므로 연약지반 개량공사 또는 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사를 설계대로 정확하게 시공하지 못하게 된다는 문제점으로 지적되고 있다.

그리고 종래에 사용하고 있는 지반굴착장치는 연약지반 개량공사 또는 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사를 시공함에 있어 지반을 굴착할 때나 오거헤드 등을 지상으로 인발하고자 할 때 지반에 일정 깊이로 박혀있는 연결로드와 교반로드 및 오거헤드에 토압이 강하게 작용하기 때문에 상기한 각 로드에 회전력을 부여하는 오거드라이브유닛에 부하가 많이 걸리게 된다는 것이 문제점으로 지적되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서 나타나는 제반 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연약지반 개량공사 및 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사를 시공할 때 굴착되는 토사에 설계에 맞추어 시멘트풀을 정확하게 주입하여 굴착된 토사에 고르게 혼합시킬 수 있도록 함으로써 연약지반 개량공사 및 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사를 설계대로 시공할 수 있도록 하며, 또한 지반을 굴착할 때는 물론이고 교반로드 등을 지상으로 인발할 때에도 지하에 압축공기를 계속 주입시킬 수 있도록 함으로써 굴착공에 삽입되어 있는 연결로드, 교반로드 및 오거헤드에 작용하게 되는 토시압력이 덜 걸리도록 하여 오거드라이브유닛에 무리한 부하가 걸리지 않도록 함으로써 상기한 교반로드 등을 원활하게 회전작동시킬 수 있도록 하여 연약지반 개량공사 및 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사시 굴착되는 토사층에 시멘트풀을 정확한 주입량으로 주입하여 토사와 고르게 혼합되도록 하여 연약지반 개량공사 및 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사 등을 설계된 대로 시공할 수 있도록 하는 개선된 시멘트풀 배출로드를 제공하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 추구하기 위한 수단으로서,

지상에서 자주식으로 이동 및 정차하는 기능이 있는 크레인과, 상기 크레인의 선단지지암 및 스테이에 각각 연결 지지된 채 지상에 수직상으로 고정 설치되어 있는 리더와, 상기 리더의 상단에 설치된 톱시브 프레임에 와이어로 연결되어 상기 리더를 따라 상,하로 승강이동하도록 설치된 오거드라이브유닛과, 상기 오거드라이브유닛의 하단에 고정 설치되는 기어박스와, 상기 기어박스로부터 회전동력을 전달받을 수 있도록 기어박스를 수직방향으로 관통하여 상,하로 승강작동을 하도록 설치되는 복수의 연결로드와, 상기 복수의 연결로드 각각의 하측으로 연결 설치되는 복수의 교반로드와, 상기 복수의 교반로드 각각의 하단에 하나씩 연결 설치되는 복수의 오거헤드가 구비되어 있는 지반굴착장치로 구성되어 있으며, 외부에서 상기 복수의 연결로드 각각의 상단을 통해 공급되는 시멘트풀이 복수의 연결로드에 형성되어 있는 공급통로에 연결되도록 연결 조립되는 복수의 오거헤드 각각에서 배출되게 하거나 또는 복수의 교반로드 각각의 상측에서 배출되도록 구성되는 시멘트풀 배출로드에 있어서,

상기 시멘트풀 배출로드는,

상단에는 상기 복수의 연결로드 각각의 하단에 하나씩 연결되는 수조인트가 형성되어 있으며, 하단에는 서로 대칭하도록 돌출하는 복수의 회전돌기가 형성되어 있는 상부 배출로드와;

상기 상부 배출로드의 하단에 서로 대칭하도록 돌출된 복수의 회전돌기가 일정각도 범위내에서 회전할 수 있도록 내면에 복수의 회전안내통로가 형성되도록 하면서 상기 복수의 회전돌기와 함께 회전하는 복수의 걸림돌기가 형성되어 있는 연결용 원통체와;

하단에는 상기 복수의 교반로드 각각의 상단에 하나씩 연결되는 암조인트가 형성되어 있으며, 상단에는 상기 연결용 원통체의 하단에 연결되는 하부 배출로드를 포함하는 구성으로 되어 있되,

상기 하부 배출로드의 상단 내측에는 상부 디스크밸브와 하부 디스크밸브가 상,하로 삽입 설치되어 있으며,

상기 상부 디스크밸브는 상부 배출로드와 함께 회전하도록 연결된 채 상기 상부 배출로드의 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 공급통로의 하단에 연결되는 상부 중심연결공과, 상기 상부 중심연결공의 일측에 연결된 상태로 형성되는 하부 편심연결공이 형성되어 있으며,

상기 하부 배출로드에는 상기 상부 디스크밸브가 일정각도 범위내에서 회전할 수 있도록 상부 디스크밸브의 하단에 회전 가능하도록 연결된 채 상기 하부 편심연결공에 연결되거나 분리되도록 형성되는 상측 편심연결공과, 상기 상측 편심연결공에 연결된 채 상기 암조인트의 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 배출단관에 연결되는 하측 중심연결공과, 상기 상측 편심연결공에 대하여 상부 디스크밸브의 하부 편심연결공에 교대적으로 연결되거나 분리되도록 형성되는 상단 편심배출공과, 상기 상단 편심배출공의 일측에 연결된 채 상기 하부 배출로드의 상부 일측에 형성된 토출구와 연결되는 배출공이 형성되어 있는 하부 디스크밸브를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부 디스크밸브의 하단과 상기 암조인트의 상단 사이에는 하부 디스밸브의 하측 중심연결공과 암조인트의 시멘트풀 배출단관이 서로 연결되도록 하는 중심공이 형성되어 있는 디스크 패킹이 내재되어 있는 구성을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부 배출로드의 상단에 삽입 설치되는 상부 디스크밸브는 상부 배출로드의 하단에 나사조립되는 복수의 록킹볼트에 의하여 상부 배출로드와 함께 회전하도록 구성되어 있으며, 상기 하부 디스크밸브는 암조인트의 상단에 꽂아지는 복수의 록킹핀에 의하여 암조인트와 함께 회전하도록 구성되어 있는 특징으로 한다.

또한, 상기 교반로드의 하단에는 시멘트풀 배출관에 연결되어 시멘트풀의 배출을 제어하는 체크밸브가 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부 배출로드에는 시멘트풀 공급통로의 외주면에 형성되는 압축공기 공급통로가 형성되어 있으며, 상기 상부 디스크밸브에는 상기 압축공기 공급통로로부터 압축공기를 공급받을 수 있도록 연결되는 연결통로와, 상기 연결통로로부터 공급되는 압축공기를 하부 배출로드의 일측에 형성된 공압배출공을 통해 굴착된 토사로 배출시킬 수 있도록 상기 상부 디스크밸브의 외주면에 상기 연결통로와 상기 공압배출공을 연결하는 환형통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 지반굴착장치의 오거드라이브유닛의 하단에 설치된 기어박스에 수직상으로 설치되는 복수의 연결로드 각각의 하단과 복수의 교반로드 각각의 상단을 연결하도록 설치되는 하나 이상의 시멘트풀 배출로드는 지반을 굴착하기 위해 복수의 오거헤드를 하강시킬 때에는 외부로부터 공급되는 시멘트풀이 복수의 오거헤드 각각을 통해 배출되면서 각 오거헤드에 의해 굴착되는 토사와 혼합되도록 하는 작동과, 복수의 교반로드를 인발하기 위해 상기 복수의 오거헤드를 상승시킬 때에는 외부에서 공급되는 시멘트풀이 상기 교반로드의 상측에 연결되어 있는 시멘트풀 배출로드에서 배출되도록 함으로써 상승하면서 회전하는 각 교반로드에 형성된 복수의 교반날개에 의하여 굴착된 토사에 고르게 혼합되게 하는 작동으로 연약지반 개량공사 및 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사를 시공할 때 설계에 맞추어 시멘트풀의 주입량을 정확한 량으로 주입할 수 있도록 하며, 또한 지반을 굴착하는 오거헤드가 지하에 일정 깊이 삽입된 상태에서 지반을 굴착할 때는 물론이고 상기 오거헤드가 설정된 깊이로 구착작동을 완료한 후 교반로드 등을 지상으로 인발하고자 할 때에도 시멘트풀 배출로드의 일측에서는 항시 압축공기를 계속해서 배출시키로록 함으로써 교반로드 등이 굴착된 토사의 압력을 덜 받을 수 있도록 하여 교반로드 등에 회전력을 부여하는 오거드라이브유닛에 무리한 부하가 걸리지 않도록 하여 오거드라이브유닛의 사용수명이 현저하게 연장될 수 있도록 하는 효과와 함께 연약지반 개량공사 및 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사를 설계한 대로 시공할 수 있도록 하는 동시에 부실시공이 발생되지 않도록 하는 특징이 있는 것이다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 지반굴착장치로 지반을 굴착하는 일실시예를 나타낸 측면도
도 2는 본 발명의 시멘트풀 배출로드의 설치상태도
도 3은 본 발명의 시멘트풀 배출로드의 조립상태 단면도
도 4의 (a)(b)는 도 3의 A-A선 단면도로 나타낸 시멘트풀 배출로드의 작동상태도
도 5는 도 3의 B-B선 단면도로 나타낸 상부 디스크밸브의 단면도
도 6은 도 3의 C-C선 단면도로 나타낸 하부 디스크밸브의 단면도
도 7의 (a)(b)는 본 발명의 상부 디스크밸브 평면도 및 X-X선 단면도
도 8의 (a)(b)는 본 발명의 하부 디스크밸브 평면도 및 Y-Y선 단면도
도 9의 (a)(b)는 본 발명의 시멘트풀 배출로드에 장착된 디스크패킹 평면도 및 Z-Z선 단면도

본 발명에 의한 지반굴착장치의 시멘트풀 배출로드에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세 설명하면 다음과 같다.

도면부호 100은 지반굴착장치를 나타내는 것으로, 상기 지반굴착장치(100)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 지상에서 자주식으로 주행 및 정차할 수 있는 크레인(10)과, 상기 크레인(10)의 선단지지암(11) 및 후단의 스테이(12)에 연결 및 지지된 채 지상에서 수직상으로 일정높이로 고정 설치되는 리더(20)와, 상기 리더(20)를 따라 상,하로 승강이동하도록 설치되는 오거드라이브유닛(30)과, 상기 오거드라이브유닛(30)으로부터 감속된 회전출력을 전달받을 수 있도록 오거드라이브유닛의 하단에 설치되어 있는 기어박스(40)와, 상기 기어박스(40)로부터 감속된 회전출력을 전달받을 수 있도록 하면서 기어박스를 수직상으로 관통하도록 다단으로 연결 설치되는 복수의 연결로드(50)와, 상기 복수의 연결로드(50)의 하측에 연결 조립되는 복수의 교반로드(60)와, 상기 복수의 교반로드의 하단 각각에는 오거헤드(70)가 하나씩 연결 설치되어 있다.

본 발명의 특징은, 상기 복수의 연결로드(50)의 하단과 복수의 교반로드(60)의 상단 사이에 연결 설치되는 시멘트풀 배출로드(1)가 지반을 굴착하기 위해 오거헤드(70)를 하강시키면서 지반을 굴착하는 지반굴착작동시에는 외부로부터 연결로드(50)를 통해 공급되는 시멘트풀이 상기 시멘트풀 배출로드(1)를 통과하여 오거헤드(70)측에서 배출되면서 상기 오거헤드(70)에 의해 굴착되는 토사와 혼합되도록 하는 작동과, 지반굴착동을 완료하고 오거헤드(70)를 지상으로 상승시키는 인발작동시에는 시멘트풀이 상기 교반로드(60)의 상측에서 시멘트풀 배출로드(1)가 직접 배출시키는 작동으로 시멘트풀이 굴착된 토사에 고르게 혼합 교반되도록 하는 작동이 정확하게 이루어질 수 있도록 한 것에 있다.

이를 위해, 상기 복수의 연결로드(50)의 하단과 상기 복수의 교반로드(60)의 상단 사이에는 시멘트풀 배출로드(1)를 연결 조립하며, 상기 시멘트풀 배출로드(1)는 지반을 굴착할 때에는 외부로부터 공급되는 시멘트풀이 오거헤드(70)가 연결되는 교반로드(60)의 하단을 통해 배출되게 하거나 또는 교반로드(60) 및 오거헤드(70) 등을 지상으로 인발할 때에는 상기 교반로드(60)의 상측에서 배출되도록 하는 조절기능을 가지고 있도록 구성되어 있다.

상기 시멘트풀 배출로드(1)는 다단으로 조립되는 복수의 연결로드(50)들 중 하단에 형성된 연결로드(50)에 연결되는 상부 배출로드(2)와, 복수단으로 조립되는 복수의 교반로드(60)들 중 상단에 형성되는 교반로드(60)에 연결되는 하부 배출로드(3) 및 상기 상부 배출로드(2)의 하부를 감싸준 상태에서 상,하부 배출로드(2)(3) 사이에 조립 형성되는 연결용 원통체(4)로 구분 형성되어 있다.(도 3 참조)

상기 하부 배출로드(3)의 상단 내측에는 시멘트풀을 오거헤드(70)가 연결되는 교반로드(60)의 하단에 장착되어 있는 체크밸브(61)를 통해 배출되게 하거나 또는 교반로드(60)의 상측에서 배출되게 하는 상,하부 디스크밸브(5a)(5b)가 장착되어 있다.

상기 시멘트풀 배출로드(1)를 형성하는 상,하부 배출로드(2)(3)에는 연결로드(50) 및 교반로드(60)에 연결시키기 위한 조인트수단이 각각 형성되어 있으며, 상기 상부 배출로드(2)의 상단에는 복수의 연결로드(50)들 중 하단에 연결 조립된 연결로드(50)의 하단에 형성된 암조인트(51)에 삽입 연결되는 수조인트(21)가 형성되어 있으며, 상기 하부 배출로드(3)의 하단에는 복수의 교반로드(60)들 중 상단에 연결 조립되어 있는 교반로드(60)의 상단에 형성된 수조인트(미도시)가 삽입 연결되는 암조인트(31)가 형성되어 있다.

또한 상기 상부 배출로드(2)는 연결용 원통체(4)에 삽입되는 하단부(22)의 외주에 연결로드(50)의 회전력을 하부 배출로드(3)에 전달하기 위한 복수의 회전돌기(23)가 대칭상으로 돌출 형성되어 있으며, 상기 상부 배출로드(2)의 하단부(22)를 감싸준 상태로 조립된 상기 연결용 원통체(4)의 내면에는 상기 복수의 회전돌기(23)가 일정각도 범위 내에서 회전할 수 있도록 하는 복수의 회전안내공간(42)과 상기 복수의 회전돌기(23)가 걸림되면 회전돌기와 함께 회전하도록 대칭상으로 구성되는 복수의 걸림돌기(41)가 돌출 형성되어 있다.

또한 상기 연결용 원통체(4)의 상측 플랜지(43)는 상부 배출로드(2)의 하단 플랜지(24)에 복수의 조립볼트(부호 생략)에 의하여 고정 연결되고, 상기 연결용 원통체(4)의 하측 플랜지(44)는 하부 배출로드(3)의 상단 플랜지(32)에 복수의 조립볼트(부호 생략)에 의해 고정 연결되어 있다.

또한 상기 연결용 원통체(4)의 내면 상,하단과 상기 상부 배출로드(2)의 하단부(22) 상,하측 사이에는 상기한 하단부(22)가 일정각도 범위 내에서 회전작동을 가능하게 하는 상,하부 베어링(45)(46)이 각각 장착되어 있다.

또한 상기 상부 배출로드(2)의 하단 플랜지(24) 내측과, 상기 하부 배출로드(3)의 상단 플랜지(32) 내측 각각에는 상,하부 기밀패킹구조(6a)(6b)가 각각 장착되어 있는데, 상기 상부 기밀패킹구조(6a)는 외부로부터 먼지 등 이물질의 상기 연결용 원통체(4)의 내측으로 유입되지 못하게 차단하는 작용을 하며, 상기 하부 기밀패킹구조(6b)는 하부 배출로드(3)의 상단에 장착되어 있는 상부 디스크밸브(5a)측으로 시멘트풀이 유입되지 못하게 차단하는 작용을 하도록 구성되어 있다.

상기 하부 배출로드(3) 상단에 장착되어 있는 상,하부 디스크밸브(5a)(5b)는 외부로부터 복수의 연결로드(50)의 상단 중심과 내부 중심으로 연결 형성되어 있는 공급통로(미도시)로 공급되는 시멘트풀이 오거헤드(70)가 지반을 굴착하는 작동을 계속 진행하면서 하강하게 될 때에는 상기 오거헤드(70)가 연결되는 교반로드(6)의 하단에 장착되어 있는 체크밸브(61)를 통해 배출시킬 수 있도록 작동하는 한편, 상기 오거헤드(70)가 지반굴착작동을 중지하고 오거헤드 및 교반로드 등을 지상으로 인발하기 위해 상승시키게 될 때에는 교반로드(60)의 상측에서 시멘트풀을 배출시킬 수 있게 작동하도록 구성되어 있다.

이를 구체적으로 설명할 것 같으면, 상기 상부 디스크밸브(5a)의 중심 상단에는 상부 배출로드(2)의 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 공급통로(25)와 연결되는 상부 중심연결공(51)이 형성되어 있으며, 상기 상부 디스크밸브(5a)의 하단에는 편심되는 위치에 형성되는 하부 편심연결공(52)이 형성되어 있는데, 상기한 상부 중심연결공(51)과 하부 편심연결공(52)은 상부 디스크밸브(5a)의 내부에서 서로 연결되는 구조로 형성되어 있다.(도 7 참조)

그리고 상기 하부 디스크밸브(5b)의 상단에는 상부 디스크밸브(5a)의 하단에 형성된 하부 편심연결공(52)에 대하여 교대적으로 연결되는 상측 편심연결공(53)과 상단 편심배출공(55)이 일정간격으로 이격되도록 따로따로 형성되어 있으며, 상기 하부 디스크밸브(5b)의 하단 중심에는 상기 상측 편심연결공(53)과 연결되는 하측 중심연결공(54)이 형성되어 있다.(도 8 참조)

또한 상기 하부 디스크밸브(5b)에는 상단에 편심 위치에 형성되어 있는 상단 편심배출공(55)은 하부 디스크밸브(5b)의 일측에 개구된 상태로 형성되는 배출공(56)과 연결되는 구조로 형성되어 있으며, 상기 하부 디스크밸브(5b)의 일측에 형성된 배출공(56)은 하부 배출로드(3)의 상부 일측에 외측을 향해 개구된 상태로 형성되어 있는 토출구(33)에 항시 연결되는 상태를 유지하도록 구성되어 있다.(도 3 참조)

또한 상기 하부 배출로드(3)의 상단 내측에 장착되는 상부 디스크밸브(5a)는 상부 배출로드(2)의 하단에 나사조립되는 복수의 록킹볼트(7a)에 의하여 상부 배출로드(2)에 고정 부착되어 있는데, 이에 따라 상기 상부 디스크밸브(5a)는 상부 배출로드(2)의 회전작동시 상기 상부 배출로드(2)와 같이 회전하도록 구성되어 있다.(도 3 참조)

또한 상기 하부 디스크밸브(5b)에는 복수의 록킹핀(7b)의 하단이 하부 디스크밸브(5b)의 하단에서 하향으로 돌출하도록 고정 부착되어 있으며, 상기 하부 디스크밸브(5b)에 고정 부착된 복수의 록킹핀(7b) 각각은 암조인트(31)의 상면에 형성된 핀끼움공(부호 생략)에 억지끼움되는 구조로 하부 배출로드(5b)에 고정 부착되어 상기 하부 디스크밸브(5b)가 하부 배출로드(3)와 항시 함께 회전하도록 구성되어 있다.(도 3 참조)

상기와 같이 시멘트풀 배출로드(1)의 상,하부 배출로드(2)(3) 사이에 장착되어 있는 상,하부 디스크밸브(5a)(5b)는 상부 배출로드(2)가 정회전 방향(시계방향) 또는 역회전 방향(반시계방향)으로 회전하게 됨에 따라 상부 배출로드(2)의 중심에 형성된 시멘트풀 공급통로(25)로 공급되는 시멘트풀이 체크밸브(61)가 장착되어 있는 교반로드(60)의 하단으로 흐르도록 안내하여 시멘트풀이 상기 체크밸브(62)를 통해 오거헤드(70) 상측에서 배출되게 하거나 또는 시멘트풀이 하부 배출로드(3)의 상부 일측에 형성되어 있는 토출구(33)를 통해 교반로드(60)의 상측에서 배출되게 하는 작동을 수행하도록 구성되어 있다.

상기 체크밸브(62)는 교반로드(6)의 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 배출관(61)과 연결되도록 설치되어 있으며, 상기 체크밸브(62)에 형성되어 있는 밸브공(63)을 개폐하는 밸브판(64)과 상기 밸브판을 자동으로 개폐작동시키기 위한 코일스프링(65)이 구비되어 있으며, 상기 밸브판(64)은 시멘트풀이 밸브공(63)을 통해 배출될 때에는 코일스프링(65)을 탄력적으로 압축시키면서 개방되게 하는 한편, 시멘트풀이 시멘트풀 배출로드(1)에 형성된 토출구(33)를 통해 배출될 때에는 상기 밸브판(64)에 시멘트풀 배출압이 걸리지 않게 되므로 이때에는 코일스프링(65)의 탄력에 의해 밸브판(64)이 밸브공(63)을 탄력적으로 폐쇄하도록 구성되어 있다.

그리고 상기 밸브판(64)과 밸브공(63)이 서로 접촉하는 면은 구면상으로 형성되어 있으므로 상기 체크밸브(62)의 폐쇄작동시 밸브판(64)이 밸브공(63)을 기밀하게 폐쇄할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 하부 배출로드(3)의 암조인트(31) 상단 중심에는 하부 디스크밸브(5b)에 형성된 하측 중심연결공(54)에 연결되는 시멘트풀 배출단관(34)이 형성되어 있으며, 상기 하부 디스크밸브(5b)의 하단과 상기 암조인트(31)의 상단 사이에는 디스크패킹(7)이 개재되어 있는데, 상기 디스크패킹(7)은 탄력적인 압축작용으로 하부 디스크밸브(5b)를 탄력적으로 지지하게 되므로 상기 상부 디스크밸브(5a)의 하면이 하부 디스크밸브(5b)의 상면에 기밀하게 밀착된 상태에서 일정각도 회전할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서 상기 디스크패킹(7)은 상부 디스크밸브(5a)의 상부 중심연결공(51)으로 유입되는 시멘트풀이 하부 편심연결공(52)을 통해 상기 하부 디스크밸브(5b)의 상측 편심연결공(53)으로 배출될 때 또는 하부 디스크밸브(5b)의 상단 편심배출공(55)으로 배출될 때 시멘트풀이 상기 상부 디스크밸브(5a)의 하면과 상기 하부 디스크밸브(5b)의 상면 사이로 스며들지 못하게 상기 하부 디스크밸브(5b)를 탄력적으로 지지하게 되는 것이다.

또한 상기 디스크패킹(7)의 중심에는 하부 디스크밸브(5b)의 하측 중심연결경(54)과 연결되는 중심공(71)이 형성되어 있으며, 상기 중심공(71)의 주위에는 복수의 록킹핀(7b) 각각의 하단이 관통하는 복수의 핀관통공(72)이 형성되어 있다.

본 발명의 다른 특징은, 오거헤드(70)로 지반을 굴착할 때 내지 오거헤드(7)를 지상으로 인발할 때 외부로부터 공급되는 압축공기가 시멘트풀 배출로드(1)를 통해 배출되도록 함으로써 굴착공 속에 삽입되어 있는 연결로드(50), 교반로드(6), 오거헤드(70) 등이 토사의 압력을 덜 받는 상태로 회전작동을 할 수 있도록 하는 것에 있다.

이를 위해, 상기 시멘트풀 배출로드(1)의 상부 배출로드(2) 중심에 형성된 시멘트풀 공급통로(25)의 외주에는 외부로부터 공급되는 압축공기가 공급되는 압축공기 공급통로(26)가 하단부(22)의 하단까지 연장 형성되어 있으며, 상기 상부 배출로드(2)의 하단부(22)의 하면과 상부 디스크밸브(5a)의 상면 사이에는 상기 압축공기 공급통로(26)의 하단과 상부 디스크밸브(5a)에 일정간격으로 형성된 연결통로(58)의 일단(도면상 상단)을 연결시키기 위한 환형패킹구조(27)가 장착되어 있으며, 상기 연결통로(58)의 타단(도면상 하단)은 하부 배출로드(5b)의 일측에 형성된 공압배출구(35)에 연결되어 있으며, 상기 연결통로(58)의 타단과 공압배출구(35)의연결단은 환형통로(59)에 의하여 연결되는데, 상기 환형통로(59)는 상부 디스크밸브(5a)가 일정각도의 범위 내에서 회전하게 되더라도 연결통로(58)와 공압배출구(35)가 항시 연결된 상태를 유지하고 있도록 하는 것이다.(도 3의 확대도 참조)

이와 같이 구성된 본 발명의 시멘트풀 배출로드(1)는 지반굴착장치(100)로 지반을 굴착하기 위해 오거헤드(70)를 정회전시키면서 하강시킬 때와 상기 지반굴착장치(100)로 지반을 설정된 깊이까지 굴착작동을 완료한 후 오거헤드(70)를 지상으로 인발하기 위해 역회전시키면서 상승시킬 때 외부로부터 공급되는 시멘트풀이 오거헤드(70)가 연결되는 교반로드(60)의 하단을 통해 배출되게 하거나 또는 시멘트풀이 시멘트풀 배출로드(1)에 형성된 토출구(33)를 통해 배출되도록 하는 작용과, 또 상기 시멘트풀 배출로드(1)가 지반을 굴착하기 위해 오거헤드(70)를 정회전 방향(시계방향)으로 시킬 때나 오거헤드(70)를 인발하기 위해 역회전 방향(반시계방향)으로 때에 관계없이 외부로부터 공급되는 압축공기를 오거헤드(70)에 의해 굴착된 토사 속으로 주입시키는 작동을 굴착된 토사의 압력이 교반로드(6) 및 연결로드(50)에 집중적으로 작용하지 않도록 하는 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 지반굴착장치(100)로 지반을 굴착하기 위해 오거헤드(70)를 정회전 방향으로 회전시킬 때 외부로부터 공급되는 시멘트풀이 교반로드(60)의 하단을 통해 배출되게 하는 작용에 대하여 설명하기로 한다.

상기 지반굴착장치(100)는 도 1에 도시된 실시예와 같이 리더(20)를 따라 상,하로 승강작동하는 하나의 오거드라이브유닛(30)을 이용하여 기어박스(40)에 복수의 연결로드(50)를 복수 축으로 구성할 수 있으며, 도면에 도시하지 않았지만 상기 복수의 연결로드(50)를 단축상으로 구성할 수도 있다.

그리고 도 1에 도시된 실시예에는 시멘트풀을 공급하기 위한 시멘트풀 스위벨(swivel)이 도시되어 있지 않았지만, 상기한 시멘트풀 스위벨은 연결로드(50)의 상단에 설치되어 외부로부터 공급되는 시멘트풀이 연결로드(50)의 상단을 통해서 시멘트풀 배출로드(1)의 상부 배출로드(2) 중심에 형성된 시멘트풀 공급통로(25)로 공급되도록 하는 작용을 하게 되는 것이다.

또한 상기 지반굴착장치(100)는 오거드라이브유닛(30)의 하측에 설치된 기어박스(40)에 수직상으로 설치되도록 다단으로 연결 조립되는 복수의 연결로드(50)와, 상기 복수의 연결로드(50)의 하단에 연결되는 복수의 교반로드(60) 및 상기 복수의 교반로드(60)의 하단에 연결되어 지반을 굴착하는 오거헤드(70)를 구비하고 있으며, 상기 연결로드(50)의 하단과 교반로드(60)의 상단 사이에 연결 조립되어 있는 시멘트풀 배출로드(1)는 오거헤드(70)를 하강시키면서 지반을 굴착하게 될 때 또는 오거헤드(70)를 지상으로 인발하기 위해 상승시키게 될 때 외부로부터 공급되는 시멘트풀이 교반로드(60)의 하단에서 배출되게 하거나 또는 상기 시멘트풀 배출로드(1)에서 직접 교반로드(60) 상측으로 배출되게 하는 수단으로, 연약지반 개량공사 또는 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사 등을 설계대로 시멘트풀을 정확히 주입하는 방법으로 시공할 수 있게 되는 것이다.

상기 지반굴착장치(100)로 지반을 굴착할 때에 대하여 설명하며, 상기 기어박스(40)가 오거드라이브유닛(30)으로부터 회전동력을 전달받아 수직상으로 연결 설치되어 있는 복수의 연결로드(50)를 정회전 방향(시계방향)으로 회전시키면서 이와 동시에 연결로드(50), 교반로드(6), 오가헤드(70)를 하강시키는 작동으로 지반을 굴착하게 되는데, 이때 상기 연결로드(50)가 정회전 방향으로 회전하게 될 때 상기 시멘트풀 배출로드(1)의 상부 배출로드(2)가 연결로드(40)와 같이 정회전 방향으로 회전하게 됨과 동시에 상기 상부 배출로드(2)의 하단에 나사조립된 복수의 록킹볼트(7a)에 의하여 상부 배출로드(2)의 하단부(22)에 고정 부착되어 있는 상부 디스크밸브(5a)도 상부 배출로드(2)와 같이 회전하게 되는 것이며, 이 경우 상기 상부 배출로드(2)의 하단부(22) 외주에 돌출 형성되어 있는 복수의 회전돌기(23)가 연결용 원통체(4)의 내면에 돌출 형성되어 있는 복수의 걸림돌기(41)에 걸림되지 아니한 상태에서 회전안내공간(42)을 따라 일정각도 회전하게 될 때에는 상기 상부 디스크밸브(5a)가 상부 배출로드(2)와 같이 정회전 방향으로 공회전하는 상태가 되지만, 상기 상부 배출로드(2)가 일정각도 정회전 방향으로 회전하여 복수의 회전돌기(23)가 도 4의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이 연결용 원통체(4) 내면에 형성된 걸림돌기(42)에 걸림되는 상태가 되었을 때에는 상기 상부 배출로드(2)와 연결용 원통체(4) 및 상부 디스크밸브(5a)는 다함께 정회전 방향으로 회전하게 되며, 이와 동시에 상기 하부 배출로드(3) 및 하부 디스크밸브(5b)도 같이 정회전 방향으로 회전하게 되는데, 이때 상기 상,하부 배출로드(2)(3)가 같이 정회전 방향(시계방향)으로 회전하게 되는 상태가 될 때에는 상부 디스크밸브(5a)에 형성된 하부 편심연결공(52)이 하부 디스크밸브(5b)의 상측 편심연결공(53)에 일치하는 상태로 연결되므로 상부 배출로드(2)의 시멘트풀 공급통로(25)로 공급되는 시멘트풀은 상부 디스크밸브(5a)의 상부 중심연결공(51)→하부 편심연결공(52)→하부 디스크밸브(5b)의 상측 편심연결공(53)→하측 중심연결공(54)을 차례대로 거치면서 암조인트(31)의 상단 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 배출단관(34)을 통해 복수의 교반로드(60)의 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 배출관(61)로 공급되며, 상기 시멘트풀 배출관(61)으로 공급되는 시멘트풀은 체크밸브(62)를 통해 배출되는 것이며, 이와 같이 상기 교반로드(60)의 하단에 장착된 체크밸브(62)에서 배출되는 시멘트풀은 오거헤드(70)에 의해 굴착되는 토사에 혼합되는 것이다.

다음, 상기 지반굴착장치(100)로 지반을 설정된 깊이로 굴착을 완료한 후 연결로드(50), 교반로드(60), 오거헤드(70) 등을 지상으로 인발하는 작동에 대하여 설명하기로 한다.

상기 연결로드(50), 교반로드(60), 오거헤드(70) 등을 인발고자 할 때에는 각 로드를 역회전 방향(반시계방향)으로 회전시키면서 상승시키게 됨과 동시에 상기 연결로드(50) 상단에 설치되어 있는 시멘트공급용 스위벨(미도시)을 통해 시멘트풀이 계속 공급되게 하면서 각 로드를 인발하게 되는데, 이때 연결로드(50)의 하단에 연결되어 있는 시멘트풀 배출로드(10)의 상부 배출로드(2)가 역회전 방향(반시계방향)으로 회전하게 될 때 그 하단부(22)에 대칭 돌설된 복수의 회전돌기(23)가 연결용 원통체(4)의 회전안내공간(42)에서 일정각도의 범위 내에서 공회전하게 될 때에는 상부 디스크밸브(5a)는 생부 배출로드(2)와 함께 일정각도 역회전하는 상태가 되지만, 하부 디스크밸브(5b)는 상기한 복수의 회전돌기(23)가 역회전방향으로 공회전하는 동안에는 역회전하지 않고 제자리에 정지된 상태를 유지하고 있게 되며, 상기 상부 배출로드(2)의 하단부(22)에 형성된 복수의 회전돌기(23)가 도 4의 (b)도시와 같이 역회전 방향으로 일정각도 공회전한 후 상기 연결용 원통체(4)의 내면에 대칭 형성된 복수의 걸림돌기(41)에 걸림되는 상태가 되면 상기 상부 배출로드(2)와 이의 하단부(22) 및 연결용 원통체(4) 각각은 함께 역회전 방향으로 회전하게 되며, 이에 따라 상기 연결용 원통체(4)와 결합되어 있는 하부 배출로드(3)도 함께 역회전 방향으로 회전하게 되는데, 이때 상기 상부 디스크밸브(5a)가 상부 배출로드(2)와 같이 일정각도 역회전 방향으로 회전하게 되면 상부 디스크밸브(5a)에 형성되어 있는 하부 편심연결공(52)이 하부 디스크밸브(5b)에 형성되어 있는 상단 편심연결공(55)에 일치하는 상태로 연결된다.

따라서 상기 상부 배출로드(2)의 내부 중심에 형성된 시멘트풀 공급통로(25)로 공급되는 시멘트풀이 상부 디스크밸브(5a)의 상부 중심연결공(51)→하부 편심연결공(52)→하부 디스크밸브(5b)의 상단 편심배출공(55)→배출공(56)을 차례대로 거치면서 상기 하부 배출로드(3)의 상부 일측에 형성되어 있는 토출구(33)를 통해 교반로드(60)의 상측에서 배출되는 것이다.

그리고 상기 시멘트풀 배출로드(1)의 하부 배출로드(3) 상부 일측에 형성되어 있는 토출구(33)는 항시 개구된 상태를 유지하고 있게 되므로 상기 토출구(33)를 통해서는 시멘트풀이 막힘없이 배출되는 것이며, 이와 같이 상기 토출구(33)를 통해 배출되는 시멘트풀은 교반로드(60)에 형성되어 있는 복수의 교반날개들의 회전작동에 의하여 토사에 고르게 혼합되는 것이다.

한편, 상기 지반굴착장치(100)로 지반을 굴착하기 위해 오거헤드(70)를 정회전 방향으로 회전시킬 때나, 지반을 설정된 깊이로 굴착한 후 연결로드(50), 교반로드(60), 오거헤드(70) 등을 지상으로 인발하기 위해 오거헤드(70)를 역회전 방향으로 회전시킬 때에는 상기 연결로드(50)의 상부에 시멘트풀 공급용 스위벨과 별도로 설치되어 있는 압축공기 공급용 스위벨(미도시)를 통해 외부로부터 공급되는 압축공기를 공급하게 된다.

상기와 같이 압축공기 공급용 스위벨을 통해 공급되는 압축공기는 연결로드(50)의 하단에 연결되어 있는 시멘트풀 배출로드(1)에 형성된 시멘트풀 공급통로(25)의 외주에 형성되어 있는 압축공기 공급통로(26)로 공급되며, 상기 압축공기 공급통로(26)로 공급되는 압축공기는 생부 배출로드(2)의 하단부(22)에 복수의 록킹볼트(7a)로 조립되어 있는 상부 디스크밸브(5a)에 형성되어 있는 연결통로(58)로 공급되는 것인데, 이때 상기 상부 배출로드(2)의 하단부(22)에 형성된 압축공기 공급통로(26)의 하단과 상기 상부 디스크밸브(5a)에 형성된 연결통로(58)의 상단 사이에 장착되어 있는 환형패킹구조(27)는 압축공기의 누설을 방지하게 된다.

따라서 상기 시멘트배출로드(1)에 형성되어 있는 압축공기 공급통로(26)로 공급되는 압축공기는 누설됨이 없이 전량 상부 디스크밸브(5b)에 형성되어 있는 연결통로(58)를 통해 하부 배출로드(3)의 상부 일측에 형성되어 있는 공압배출구(35)를 통해 배출되는 것이며, 또한 상기 공압배출구(35)와 연결통로(58)는 하부 배출로드(3)의 상부 내면과 상부 디스크밸브(5b)의 외면 사이에 형성되어 있는 환형통로(59)에 의하여 연결되도록 구성되어 있으므로 상부 디스크밸브(5a)가 일정각도 범위 내에서 정·역 방향으로 회전하게 되더라도 상기 환형통로(59)는 상부 디스밸브(5a)에 형성되어 있는 연결통로(58)와 하부 배출로드(3)에 형성되어 있는 공압배출구(35)를 항시 연결된 상태가 유지되도록 하는 것이다.

상기와 같이 지반을 굴착할 때나 교반로드(6) 등을 인발할 때에도 외부로부터 공급되는 압축공기가 시멘트풀 배출로드(1)의 하부 배출로드(3)의 상부 일측에 형성되어 있는 공기배출구(35)로 배출되는데, 이와 같이 상기 공기배출구(35)로 배출되는 압축공기는 굴착공 속에 있는 토사층으로 주입되는 것이며, 토사층으로 주입되는 압축공기는 토사를 들뜨게 하는 부력작용을 하게 되며, 이에 따라 굴착공 속으로 삽입된 상태로 정회전 또는 역회전하게 되는 연결로드(50), 교반로드(60)에 토사압력이 집중되지 않게 되어 오거드라이브유닛(30)에 부하가 덜 걸리게 되므로 상기 오거드라이브유닛(30)은 연결로드(50), 교반로드(60), 오거헤드(70) 등을 원활하게 회전작동시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기 시멘트풀 배출로드(1)는 지반굴착장치(100)로 지반을 설정된 깊이까지 굴착하기 위해 오거헤드를 지하로 하강시킬 때에는 시멘트풀이 오거헤드측에서 배출되도록 하여 오거헤드에 의해 굴착되는 토사에 고르게 혼합되도록 하며, 지반을 설정된 깊이까지 굴착한 후 상기 오거헤드를 지상으로 인발하기 위해 오거헤드를 지하에서 상승시킬 때에는 교반로드의 상측에 연결 조립된 시멘트풀 배출로드의 측방에서 직접 시멘트풀을 배출시키도록 함으로써 상승하고 있는 교반로드의 교반날개가 토사와 시멘트풀을 고르게 혼합시킬 수 있게 되는 것이며, 따라서 연약지반 개량공사 및 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사를 시공하고자 할 때 지하에 주입하도록 미리 설계한 대로의 시멘트풀 주입량을 정확하게 굴착공의 토사에 주입하면서 혼합시킬 수 있게 되는 것이며, 또한 상기 지반굴착장치로 지반을 굴착할 때와 각 로드를 지상으로 인발하고자 할 때에는 상기 시멘트풀 배출로드에서 외부에서 공급되는 압축공기가 배출되도록 함으로써 토사압력이 연결로드 및 교반로드에 집중되지 않도록 하는 등 연약지반 개량공사 및 지중 물막이 연속 차수벽 구축공사를 설계대로 시공할 수 있도록 하는 특징이 있는 것이다.

1 : 시멘트풀 배출로드 2 : 상부 배출로드
21 : 수조인트 22 : 하단부
23 : 회전돌기 24 : 하단 플랜지
25 : 시멘트풀 공급통로 26 : 압축공기 공급통로
27 : 환형패킹구조 3 : 하부 배출로드
31 : 암조인트 32 : 상단 플랜지
33 : 토출구 34 : 시멘트풀 배출단관
35 : 공기배출구 4 : 연결용 원통체
41 : 걸림돌기 42 : 회전안내통로
43 : 상측 플랜지 44 : 하측 플랜지
45,46 : 상,하부 베어링 5a,5b : 상,하부 디스크밸브
51 : 상부 중심연결공 52 : 하부 편심연결공
53 : 상측 편심연결공 54 : 하측 중심연결공
55 : 상단 편심배출공 56 : 배출공
58 : 연결통로 59 : 환형통로
6a,6b : 상,하부 기밀패킹구조 61 : 시멘트풀 배출관
62 : 체크밸브 63 : 밸브공
64 : 밸브판 65 : 코일스프링
7a : 록킹볼트 7b : 록킹핀
8 : 디스크패킹 81 : 중심공

Claims (5)

1. 지상에서 자주식으로 이동 및 정차하는 기능이 있는 크레인(10)과, 상기 크레인의 선단지지암(11) 및 스테이(12)에 각각 연결 지지된 채 지상에 수직상으로 고정 설치되어 있는 리더(20)와, 상기 리더의 상단에 설치된 톱시브 프레임에 와이어로 연결되어 상기 리더를 따라 상,하로 승강이동하도록 설치된 오거드라이브유닛(30)과, 상기 오거드라이브유닛의 하단에 고정 설치되는 기어박스(40)와, 상기 기어박스로부터 회전동력을 전달받을 수 있도록 기어박스를 수직방향으로 관통하여 상,하로 승강작동을 하도록 설치되는 복수의 연결로드(50)와, 상기 복수의 연결로드 각각의 하측으로 연결 설치되는 복수의 교반로드(60)와, 상기 복수의 교반로드 각각의 하단에 하나씩 연결 설치되는 복수의 오거헤드(70)가 구비되어 있는 지반굴착장치로 구성되어 있으며, 외부에서 상기 복수의 연결로드(50) 각각의 상단을 통해 공급되는 시멘트풀이 복수의 연결로드에 형성되어 있는 공급통로에 연결되도록 연결 조립되는 복수의 오거헤드(70) 각각에서 배출되게 하거나 또는 복수의 교반로드(60) 각각의 상측에서 배출되도록 구성하기 위하여 상단에는 상기 복수의 연결로드(50) 각각의 하단에 하나씩 연결되는 수조인트가 형성되어 있으며, 하단에는 서로 대칭하도록 돌출하는 복수의 회전돌기(23)가 형성되어 있는 상부 배출로드(2)와, 상기 상부 배출로드(2)의 하단에 서로 대칭하도록 돌출된 복수의 회전돌기(23)가 일정각도 범위내에서 회전할 수 있도록 내면에 복수의 회전안내통로(42)가 형성되도록 하면서 상기 복수의 회전돌기(23)와 함께 회전하는 복수의 걸림돌기(41)가 형성되어 있는 연결용 원통체(4)와, 하단에는 상기 복수의 교반로드(50) 각각의 상단에 하나씩 연결되는 암조인트가 형성되어 있으며, 상단에는 상기 연결용 원통체(4)의 하단에 연결되는 하부 배출로드(3)를 포함하고 있으며,
   상기 하부 배출로드(3)의 상단 내측에는 상부 디스크밸브(5a)와 하부 디스크밸브(5b)가 상,하로 삽입 설치되어 있으며,
   상기 상부 디스크밸브(5a)는 상부 배출로드(2)와 함께 회전하도록 연결된 채 상기 상부 배출로드(2)의 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 공급통로(25)의 하단에 연결되는 상부 중심연결공(51)과, 상기 상부 중심연결공의 일측에 연결된 상태로 형성되는 하부 편심연결공(52)이 형성되어 있으며,
   상기 하부 배출로드(3)에는 상기 상부 디스크밸브(5a)가 일정각도 범위내에서 회전할 수 있도록 상부 디스크밸브(5a)의 하단에 회전 가능하도록 연결된 채 상기 하부 편심연결공(52)에 연결되거나 분리되도록 형성되는 상측 편심연결공(53)과, 상기 상측 편심연결공에 연결된 채 상기 암조인트의 중심에 형성되어 있는 시멘트풀 배출단관(34)에 연결되는 하측 중심연결공(54)과, 상기 상측 편심연결공(53)에 대하여 상부 디스크밸브(5a)의 하부 편심연결공(52)에 교대적으로 연결되거나 분리되도록 형성되는 상단 편심배출공(55)과, 상기 상단 편심배출공의 일측에 연결된 채 상기 하부 배출로드(3)의 상부 일측에 형성된 토출구(33)와 연결되는 배출공(56)이 형성되어 있는 하부 디스크밸브(5b)가 삽입되어 있는 것을 더 포함하여 구성되는 시멘트풀 배출로드에 있어서,
   상기 상부 배출로드(2)에는 시멘트풀 공급통로(25)의 외주면에 형성되는 압축공기 공급통로(26)가 형성되어 있으며,
   상기 상부 디스크밸브(5a)에는 상기 압축공기 공급통로(26)로부터 압축공기를 공급받을 수 있도록 연결되는 연결통로(58)와, 상기 연결통로로부터 공급되는 압축공기를 하부 배출로드(3)의 일측에 형성된 공압배출구(35)를 통해 굴착된 토사로 배출시킬 수 있도록 상기 상부 디스크밸브(5a)의 외주면에 상기 연결통로(58)와, 상기 공압배출구(35)를 연결하는 환형통로(59)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지반굴착장치의 시멘트풀 배출로드.
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