KR101828834B1 - 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드 및 그 제작 방법 - Google Patents

Abstract

비개착 공법에 적용되는 수평굴착기용 압입 강관의 선단에 동일한 직경의 별도의 단관을 결합하여 방향조정 장치를 형성할 필요 없이 압입 강관의 선단을 직접 가공하여 방향조정 헤드를 현장에서 간단하게 형성할 수 있고, 또한, 압입 강관의 선단을 직접 가공하여 방향조정 헤드를 형성함으로써 방향조정 헤드의 상승 또는 하강을 정밀하게 제어할 수 있고, 이에 따라 수평굴착기용 강관을 편향 없이 정확하게 수평으로 압입시킬 수 있는, 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드 및 그 제작 방법이 제공된다.

Description

수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드 및 그 제작 방법 {DIRECTION ADJUSTMENT HEAD FOR PRESSING STEEL PIPE OF HORIZONTAL BORING MACHINE, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 강관을 지중에 수평방향으로 압입하기 위하여 수평굴착기를 사용하여 굴착 및 파쇄를 수행할 경우, 잘못된 방향으로 굴착되는 것을 감지하여 조정하는 방향조정 헤드(Direction Adjustment Head)를 압입 강관의 선단에서 직접 가공하여 형성하는, 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드 및 그 제작 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 지중에 구조물을 축조하는 방식으로 개착 및 비개착에 의한 구조물 축조 방식이 있다.

기시공된 도로 및 철도 하부의 지중을 횡단해서 하수암거, 지하차도, 터널구조물 등을 설치해야 하는 경우, 공사에 따른 지장물의 이전 곤란, 지장물의 저촉, 차량 소통의 장애 등으로 개착이 불가능하여 비개착 공법이 요구된다. 이러한 비개착에 의한 구조물 축조 공법은 횡단하는 도로 또는 지장물의 양측으로 작업구 개념의 전진기지와 도달기지가 필수적으로 요구되며, 또한, 대표적인 비개착식 지중구조물 축조 공법으로는 함체견인 공법, 강관루프 공법 등을 들 수 있다.

함체견인 공법은 함체가 통과할 지중에 미리 600㎜ 내외의 함체지지용 가설용 강관을 전진기지에서 도달기지 방향으로 수평으로 압입 관통시킨 후, 견인할 함체의 반대 측 도달기지로부터 지중을 횡단하여 이어진 다수의 PC 강선을 현장에서 제작된 함체와 결속시키고, 이후, 견인하여 함체내의 내부토사를 제거하고, 이와 같은 견인작업과 굴착작업을 반복함으로써 지중에 구조물을 설치하는 공법이다.

그러나 함체견인 공법은 함체 추진시 함체의 추진하중이나 추진함체와 이미 지중에 설치된 가설강관의 틈에 의해 함체 상부의 도로나 지장물에 침하가 발생할 우려가 있으며, 또한, 함체가 미리 제작되어 견인 설치되므로 함체의 규모가 커지게 되면 견인에 제약이 따르게 되고, 또한, 작업장의 규모가 큰 편이기 때문에 심도가 깊은 지하공간에서의 작업이 곤란하다는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 함체견인 공법은 함체간의 연결부의 처리가 미흡하게 되면 누수 등이 발생할 우려가 있는데, 이러한 함체견인 공법의 단점으로 인해서 최근 비개착식 지중구조물 축조 공법으로서, 강관루프 공법(Pipe Roof Method)이 많이 적용되고 있는 실정이다.

이하, 주로 비개착 방식의 강관루프 공법에도 적용되는 종래의 기술에 따른 강관루프 공법에 대하여 도 1 내지 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 기술에 따른 비개착 구조물 축조 공법을 설명하기 위한 구성 단면도이고, 도 2는 도 1a 및 도 1b에 각각 도시된 강관루프 구조체의 연결 구조를 나타낸 상세 단면도이다.

종래의 기술에 따른 강관루프 공법은, 도 1a에 도시된 바와 같이, 구조물이 형성될 지중에 미리 강관(1)을 순차적으로 압입 및 연결하여 강관루프를 형성하고, 이후, 강관루프 내측의 내부 토사를 전부 제거하여 구조물을 축조하게 되는데, 이때, 굴착 시 발생하는 상부하중 또는 측면하중은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 횡방향 지지보(4), 가설기둥(5) 등의 가설재로 지지된다.

이러한 강관루프의 축조 과정을 간단히 설명하면, 먼저 조성할 구체의 크기를 고려하여 전진기지에서 구체 외곽 면에 600~800㎜ 정도의 가설용 강관(1)을 수평 압입하고, 이후, 강관 내에 콘크리트를 타설함으로써, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 강관루프를 형성한다.

여기서, 전진기지로부터 구조물이 축조될 강관루프의 내측을 굴착하게 되는데, 상부하중과 측압에 대한 안전성을 고려하여 강관루프의 상층부위로부터 하향으로 단계별로 굴착이 이루어지게 된다.

구체적으로, 1차로 강관루프 하면을 3m 내외의 심도로 굴착하게 되는데, 강관루프에 사용된 강관들(1)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 단순한 고리형태(2, 3)로 연결되므로, 강관루프 하면과 측면에 강관과 직각방향으로 H형 강재로 횡방향 지지보(4)를 설치하고 다수의 가설기둥(5)으로 받침으로써, 전체 구간에 걸쳐 하중을 지지할 수 있다.

다시 말하면, 종래의 기술에 따른 강관루프는, 도 2에 도시된 바와 같이, 강관 측면 중앙부에 한 쌍의 ㄱ자형 고리(2)와 T자형 걸쇠(3)가 부착된 요철의 연결구조로서, 기압입된 강관들을 상호 고리형태로 연결하여 시공함으로써, 하중에 견디는 역할보다는 강관의 위치 이탈을 방지하기 위한 개념에 불과하다.

따라서 상기 강관루프의 연결부 사이에 횡방향 강성을 확보할 수 없는 문제점이 있었다. 이에 따라, 횡방향 지지보(4)와 보다 많은 개수의 가설기둥(5)이 설치되어야 하며, 또한, 지지보(4)만큼 이격되어 구조물이 설치되어야 하므로, 가시설의 규모가 커지는 문제점이 있었다.

이후, 2차 및 3차로 굴진하면서 이미 설치된 가설기둥(5)을 조심스럽게 하향으로 연장하여 구조물의 설치심도까지 내부의 토사 굴착을 완료한 후, 최종적으로 상부슬래브(60), 벽체(65), 하부슬래브(80) 등을 위한 철근과 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설함으로써 지중 축조물의 구조체를 완성한다.

이와 같이 종래의 기술에 따른 축조된 강관루프는 굴착을 실시한 후에 이미 설치된 가설기둥을 설치심도까지 하향으로 연장 설치해야 하는 문제점으로 인해서 시공중에 침하의 우려가 높고, 또한, 기존에 설치된 가설재(4, 5)와의 저촉 문제로 인해 공기가 늦어지고 공사비가 많이 소요되는 문제점이 있었다.

이에 따라, 전술한 문제점을 해소하기 위하여, 강관루프를 이용한 지중 축조물 공사시에 지중 축조물 공사의 규모나 심도에 구애받지 않고 별도의 횡방향 지지보의 설치 없이 가설 기둥만 설치하여 시공하는 것이 가능한 강관루프 구조체가 제안되었다.

도 3a 및 도 3b는 각각 종래의 기술에 따른 비개착 구조물 축조 공법의 다른 예를 설명하기 위한 구성 단면도이고, 도 4는 도 3a 및 도 3b에 각각 도시된 강관루프 구조체의 연결 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 비개착 강관루프 구조체에 의해 축조된 구조물도, 도 1a, 도 1b 및 도 2를 참조하여 전술한 종래의 기술에 따른 강관루프 공법과 마찬가지로 강관루프 구조체에 상하부 슬래브(60, 80) 및 벽체부(65)를 두고 있다.

그러나 강관루프 구조체의 경우, 상부 하중에 견디기 위하여 횡방향 지지보를 두고 있지 않다. 그 이유는, 강관루프 구조체에 적용되는 강관의 구조가, 도 4에 도시된 바와 같이, 양측에 각각 플랜지(12)와 걸쇠강판(70)이 부착되고, 어느 강관의 플랜지(12)와, 이 강관과 연접하는 강관의 걸쇠강판(70)이 서로 끼워 맞추어진 상태에서, 이후 강관 내부와, 상기 플랜지(12) 및 걸쇠강판(70)에 의해 형성된 폐압공간(6)에 콘크리트를 충전하여 내하력을 증가시켰기 때문이다.

다시 말해서, 상기와 같이 강관을 서로 연결시켜 연속적으로 설치하게 되면 플랜지와 걸쇠강판에 의해 강제로 폐합된 공간(6)이 형성된다.

물론, 강관(10)의 내부 및 강관과 강관의 플랜지(12) 및 걸쇠강판(70) 등의 연결장치에 의해 형성된 폐합공간(6)에 몰탈이나 콘크리트를 충전함으로써 상부 토사 하중을 보다 잘 지탱할 수 있는 일체화된 횡방향 연속 가설 루프 구조체가 형성되는 바, 강관루프 밑에 설치하는 횡방향 지지보(4)가 불필요하게 된다.

그러나 전술한 강관루프 구조체는, 플랜지와 걸쇠강판에 의해 형성된 폐압공간과 강관들의 내부에 각각 콘크리트나 몰탈을 충전함으로써, 강관루프가 횡방향 강성을 갖도록 함으로써, 결국 종래의 기술에 따른 횡방향 지지보를 배제한다고 하였으나, 이것은 현실적으로 작업이 불가능한 문제점이 있게 된다.

즉, 강관 내부는 상부와 측부의 토사와 별도의 공간을 이루는 바, 강관의 직경이 작업 가능한 크기이므로 강관의 압입 추진에 따라 그 내부에 존재하게 되는 토사는 밖으로 빼내고 콘크리트나 몰탈 충진에 어려움은 없으나, 상기 플랜지와 걸쇠강판에 의해 형성된 폐압공간은 작업이 가능한 공간이므로, 그 내부의 토사를 밖으로 빼내고 콘크리트나 몰탈을 충전하는 것은 작업상 불가능하게 된다.

따라서 강관루프는 강관 내부로 콘크리트나 몰탈을 충전한 후에 양생을 실시하기 전에는, 플랜지와 걸쇠강판이 연결된 부위로만 횡방향 강성을 갖게 되는 바, 이것만으로는 상부측 토사의 하중을 견디지 못하여 결국 별도의 횡방향 지지보가 필요할 수밖에 없게 된다.

또한, 만일 별도의 횡방향 지지보 없이 횡방향 강성을 가진다 하더라도, 상기 강관의 플랜지와 인접하는 강관의 걸쇠강판이 연결된 부위로 토사의 압력이 집중됨으로써, 강관루프가 횡방향, 즉, 수평방향으로 정렬된 상태를 이루지 못함으로써, 원활한 시공이 이루어지지 못하게 되는 문제점이 있게 된다.

종래의 기술에 따른 강관루프 공법은 전술한 기술들 외에도 다양한 기술이 제공되어 있으며, 특히, 이웃하는 강관들을 서로 맞댄 상태로 연결하여 수평방향으로 정렬된 상태에서 그 횡방향 강성이 확고해지도록 함으로써, 결국, 별도의 횡방향 지지보 없이도 시공이 가능하도록 한 강관루프 구조체가 대한민국 특허출원번호 제2005-18780호에 개시되어 있는데, 도 5, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명한다.

도 5는 종래의 기술에 따른 지중에 압입 설치된 강관루프 구조체의 다른 형태를 나타낸 단면도이고, 도 6a 및 도 6b는 각각 도 5에 적용된 강관들의 연결관계 및 결합상태를 나타내는 도면이다.

도 5, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 강관루프 구조체는, 횡단할 도로나 지장물의 양측에 작업구를 설치한 후에 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 순차적으로 압입 설치되며, 각각 일측에 수평방향으로 수평홈(94)이 형성되고, 상기 수평홈(94)의 내측으로는 이 수평홈에 의해 하중에 따라 찌그러지는 것을 방지하도록 일정 간격을 두고 상하에 걸쳐 복수의 지지대(92)가 설치되며, 상기 수평홈(94)의 타측에는 이 수평홈과 대응하는 앵글(96)이 설치된 다수의 강관(90)들이 상호 정렬된 상태로 측방향 결합된 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같은 구조로 이루어진 강관루프 구조체와 기타 종래의 강관루프들은 지중에 압입되면서 서로 루프로서 연결되는데, 이때, 인력으로는 강관들을 지중에 압입시키는 것이 불가능하므로 별도의 추진장치(비트)를 이용하게 된다.

그러나 별도의 추진장치를 이용하여 강관을 지중에 수평방향으로 압입시키게 되면, 추진장치의 비트에 의해 굴착되거나 파쇄되는 토사 및 폐토석들이 강관 내부에 쌓이게 됨으로써, 작업자가 강관 내부로 들어가서 쌓인 토사 및 폐토석들을 일일이 외부로 배출시켜야 하는 불편한 문제점이 있었다.

즉, 추진장치의 비트를 이용하여 지중을 일정 깊이만큼 굴착 또는 파쇄한 후, 작업을 멈추고 작업자가 강관 안으로 들어가 토사 및 폐토석을 외부로 배출시키는 과정을 수차례 반복해야 하므로, 그 작업성이 양호하지 못할 뿐만 아니라 작업자의 안전사고가 발생할 우려가 있다.

전술한 추진장치의 비트를 이용할 경우의 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 출원인에 의해 특허출원된 대한민국 공개특허번호 제2010-131053호에는 "수평 강관 압입용 보링장치"가 개시되어 있다.

종래의 기술에 따른 수평 강관 압입용 보링장치를 이용하여 작업 현장에 적용하면 강관들을 압입시킬 때 서로 부딪치지 않도록 할 수 있어 기계적 굴착에 따른 시공상 문제점을 일거에 해결할 수 있고, 작업자가 지중에 압입하고자 하는 강관 내부로 들어가 직접 굴착한 후, 굴착된 토사나 폐토석들을 외부로 빼내는 작업을 수행하지 않고도 강관을 굴착과 동시에 지중에 압입시킬 수 있음으로써, 작업성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 안전사고를 방지할 수 있다.

그러나 실제 작업 현장에 적용시에 수평 굴착시 정확하게 일직선과 같이 수평 방향으로 보링이 이루어져야 하는데, 암석이나 기타 물질 등과 마찰됨으로 인하여 실제 시공시에는 상하좌우 중 일부 방향으로 편향되어 굴착되는 문제가 있다.

전술한 수평 강관 압입용 보링장치에 따른 편향 굴착의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 출원인에 의해 특허출원된 대한민국 공개특허번호 제2010-0118191호에 "수평압입 강관의 방향 조정장치"가 개시되어 있는데, 도 7a, 도 7b 및 도 8을 참조하여 설명한다.

도 7a 및 도 7b는 각각 종래의 기술에 따른 수평 압입 강관의 방향 조정장치의 정면도 및 평면도이고, 도 8은 종래의 기술에 따른 수평 압입 강관의 방향 조정장치에서 수평레벨 감지기의 설치 상태를 보인 정면도이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 종래의 기술에 따른 수평 압입 강관의 방향 조정장치는, 수평굴착기로 강관(11)을 수평을 압입함에 있어서, 강관의 진행방향을 상하로 조절하여 수평으로 압입될 수 있게 한다.

강관(11)의 선단에 강관(11)과 직경이 동일한 단관(21)을 결합하고, 상기 단관(21)의 선두 방향을 상방이나 하방으로 임의로 조절함으로써 강관(11)의 진행방향을 조절하여 강관(11)이 지중에 수평으로 매립될 수 있게 한다.

이때, 상기 단관(21)의 후단 상면과 하면에 외주면의 중앙과 이어지는 경사진 테이퍼부(24)를 형성하며, 단관(21)의 후단 양측 외주면과, 상기 강관(11)의 선단 양측 외주면을 힌지부(31)로 결합함으로써, 상기 강관(11) 전단의 단관(21)은 상기 힌지부(31)를 중심으로 상하로 이동가능하게 결합된다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 힌지부(31)에 의해 결합되는 단관(21)의 상면과 강관(11)의 상면에는, 강관브라켓(12)과 단관브라켓(22)을 부착하며, 상기 강관브라켓(12)과 단관브라켓(22)에 단관작동구(25)를 제1 핀(13) 및 제2 핀(23)으로 각각 연결하며, 상기 강관브라켓(12)에 고정되는 제1 핀(13)이 삽입되는 연관작동구(25)의 결합구멍을 단관작동구(25)가 앞뒤로 이동가능한 장공으로 형성하여 단관작동구(25)를 잡아당길 경우, 단관작동구(25)는 뒤로 후진하면서 단관(21)의 단관브라켓(22)에 제2 핀(23)으로 연결되는 단관(21)은 힌지부(31)를 중심으로 회전하여 상기 단관(21)은 상승하게 되며, 반대로 단관작동구(25)를 밀 경우, 힌지부(31)를 중심으로 단관(21)은 아래로 회전하여 상기 단관(21)의 선단부는 아래 방향으로 하강하게 된다.

상기 단관(21)을 상하로 작동시키는 단관작동구(25)의 후단부는 연결대(27)로 연결되며, 상기 연결대(27)는 연결대(27)를 밀거나 당기는 연결대 구동부와 연결된다.

따라서 앞으로 진입하는 강관(11)의 진행 방향을 상방으로 조절하고자 할 경우 연결대(27)를 잡아당겨 단관(21)이 상승하도록 조절하며, 반대로 강관(11)의 진행방향을 하방으로 조절하고자 할 경우, 연결대(27)를 밀어 단관(21)의 단부를 하강하도록 조절하게 된다.

종래의 기술에 따른 수평 압입 강관의 방향 조정장치는, 도 8에 도시된 바와 같이, 수평굴착기(70)에 의해 앞으로 압입 전진하는 강관(11)의 진행방향이, 수평방향으로 진행되는지 또는 상방이나 하방으로 치우쳐서 진행하는지를 감지하는 수평레벨 감지기(41)를 구비하며, 강관(11)의 단부에 감지헤드(32)가 설치된다.

상기 강관(11) 단부에 설치된 감지헤드(32)는 수평레벨 감지기(41)의 액주계(44) 하방과 제1 호스(42)로 연결되며, 액주계(44)의 하방에는 물탱크(50)와 연결되는 제2 호스(43)가 연결되며, 액주계(44)는 투명한 관으로 내측에서 유동하는 물(액체)의 높이 변화를 육안으로 확인하게 되며, 이때, 상기 액주계(44)의 높이 변화는 상기 액주계(44) 옆에 부착된 눈금(45)으로 그 높이 변화를 확인할 수 있다.

상기 수평레벨 감지기(41)의 액주계(44)는 강관(11) 단부 상면에 감지헤드(32)의 높이가 변화될 경우, 상기 액주계(44)의 수위가 변동되어, 강관(11) 단부의 높이를 파악할 수 있다.

즉, 초기 세팅된 액주계(44)의 수위의 변화는 강관(11) 단부의 감지헤드(32)의 높이가 높아지거나 낮아질 경우, 액주계(44)의 수위가 변화되어 강관(11) 단부의 수위를 감지할 수 있다. 예를 들면, 상기 액주계(44)의 수위가 초기 세팅 값보다 낮아질 경우, 강관(11)이 하강 전진하는 것을 의미하므로 연결대(27)를 잡아당겨 강관(11) 단부의 단관(21)의 앞 부분을 상승시켜 상기 강관(11)의 진행방향을 조절하게 되며, 반대로 액주계(44)의 수위가 높아질 경우, 강관(11)의 진행방향은 상승 진행하는 것이므로, 연결대(27)를 밀어 단관작동구(25)가 단관(21)을 하강시켜 상기 강관(11)의 진행방향을 아래로 조절함으로써, 상기 강관(11)이 수평으로 진행될 수 있다.

종래의 기술에 따른 수평 압입 강관의 방향 조정장치에 따르면, 수평굴착기로 강관을 수평으로 압입함에 있어, 토질이나, 토압에 의해 압입되는 강관이 상방이나 하방으로 치우쳐 진행되어 수평으로 지중에 압입되지 못하는 것을 강관 앞의 단관의 높이를 조절함으로, 강관이 수평으로 압입될 수 있게 한다. 또한, 강관의 외주면이나 강관의 내측으로 윤활제를 주입하는 윤활제 주입구성을 구비함으로써 수평굴착기에 의해 압입되는 강관의 진행이 원활하게 하며, 또한, 굴착헤드에 의해 파쇄된 흙을 후진시키는 스크류를 원활하게 회전시킴으로써 파쇄된 흙을 원활히 배출시킬 수 있다.

하지만, 종래의 기술에 따른 수평압입 강관의 방향 조정장치의 경우, 강관(11)의 선단에 강관(11)과 직경이 동일한 별도의 단관(21)을 형성하여 결합시켜야 하므로 현장에서 시공성이 떨어지고, 방향 조정장치의 상승 또는 하강을 정밀하게 제어하기 어렵다는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허번호 제2010-118191호(공개일: 2010년 11월 5일), 발명의 명칭: "수평 압입 강관의 방향 조정장치" 대한민국 공개특허번호 제2002-40688호(공개일: 2002년 5월 30일), 발명의 명칭: "선단 조정이 가능한 굴착기" 대한민국 등록특허번호 제10-578409호(출원일: 2004년 4월 27일), 발명의 명칭: "강관 압입 수평굴착용 굴착 장치" 대한민국 등록특허번호 제10-436878호(출원일: 2002년 6월 18일), 발명의 명칭: "강관압입 추진공법시 사용되는 추진강관의 수평유지 방법 및 그 장치" 대한민국 등록실용신안번호 제20-379065호(출원일: 2004년 12월 21일), 고안의 명칭: "굴착기용 수평레벨 감시장치" 대한민국 공개특허번호 제2010-131053호(공개일: 2010년 12월 15일), 발명의 명칭: "수평 강관 압입용 보링장치" 대한민국 공개특허번호 제2010-118190호(공개일: 2010년 11월 5일), 발명의 명칭: "강관 수평 압입 굴착기용 토양 절단헤드" 일본 공개특허번호 제2003-148954호(공개일: 2003년 5월 21일), 발명의 명칭: "고저차 측정장치 및 고저차 측정방법" 일본 특개평5-133185호(공개일: 1993년 5월 28일), 발명의 명칭: "추진공법"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비개착 공법에 적용되는 수평굴착기용 압입 강관의 선단에 동일한 직경의 별도의 단관을 결합하여 방향조정 장치를 형성할 필요 없이 압입 강관의 선단을 직접 가공하여 방향조정 헤드를 현장에서 간단하게 형성할 수 있는, 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드 및 그 제작 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 압입 강관의 선단을 직접 가공하여 방향조정 헤드를 형성함으로써 방향조정 헤드의 상승 또는 하강을 정밀하게 제어할 수 있는, 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드 및 그 제작 방법을 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법은, 비개착 공법에 적용되는 수평굴착기용 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법에 있어서, a) 압입 강관의 상단과 하단의 중심에 표시선을 따라 소정 크기의 직사각형을 표시하는 단계: b) 상기 표시된 직사각형의 모서리로부터 상기 압입 강관의 상단과 하단의 측면까지 절단선을 표시하고, 상기 절단선을 따라 상기 압입 강관을 절단하여 노치를 형성하는 단계; c) 상기 압입 강관의 측면에 설치될 힌지 연결부와 상부에 설치된 방향조정 어셈블리의 중심을 각각 일치시키고, 상기 힌지 연결부 뒤쪽이 상기 노치의 수직선과 평행이 되도록 힌지를 상기 압입 강관의 측면 중심선에 정렬하는 단계; d) 상기 방향조정 어셈블리의 중심이 일치하도록 위치를 조정하고, 상기 방향조정 어셈블리 및 상기 힌지 연결부를 용접한 후, 상기 압입 강관의 상단과 하단에 남아 있는 상기 방향조정 어셈블리 하부에 표시된 직사각형 부분을 절단하여 분리하는 단계; e) 방향조정 로드를 상기 방향조정 어셈블리의 후단에 체결하는 단계; f) 감지헤드에 물을 공급하는 물공급 파이프를 상기 방향조정 로드와 평행하도록 정렬하고, 상기 압입 강관의 외주면에 감지헤드 접합홀을 천공하는 단계; 및 g) 상기 감지헤드를 상기 감지헤드 접합홀 상부에 용접하는 단계를 포함하되, 상기 a) 단계의 방향조정 헤드는 상기 압입 강관의 선단부를 절단하여 직접 가공되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 힌지 연결부는, 상기 압입 강관의 측면에 설치되어 상기 힌지 프레임에 삽입되는 힌지; 상기 방향조정 헤드의 헤드 단관 측면에 설치되고, 상기 헤드 단관이 상기 힌지를 중심으로 상하로 이동 가능하도록 결합하는 힌지 프레임; 및 상기 힌지가 상기 힌지 프레임에 삽입된 후, 상기 힌지 프레임에 결합되는 힌지 커버를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법은, h) 방향조정 헤드를 강화시키기 위한 보강링을 상기 방향조정 헤드의 전면 외주부에 끼운 후 용접하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

여기서, 상기 b) 단계에서 상기 압입 강관을 180도 회전시킨 후에 동일한 작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 c) 단계에서 상기 압입 강관의 측면에서 상기 힌지를 부착할 위치에 표시를 하고 상기 힌지를 절단 형성한 후, 상기 힌지가 상기 압입 강관의 내측과 평행이 되도록 삽입하고, 그 자리에 힌지를 용접하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 압입 강관 직경이 25.4~35.6㎝인 경우, 상기 힌지 연결부의 힌지의 직경은 8.9㎝이고, 상기 압입 강관 직경이 40.6~86㎝인 경우, 상기 힌지 연결부의 힌지의 직경은 19㎝이며, 상기 압입 강관 직경이 91㎝ 이상인 경우, 상기 힌지 연결부의 힌지의 직경은 23㎝일 수 있다.

여기서, 상기 e) 단계에서 상기 압입 강관이 지반을 뚫고 지나갈 때 상기 압입 강관의 외측에 윤활이 필요한 경우, 상기 방향조정 로드에 홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 압입 강관의 외측에서 벤토나이트를 배출시키고자 할 경우에 상기 방향조정 로드에 홈을 형성하거나, 또는 시추 용액으로 상기 압입 강관의 외측을 윤활시키기 위한 별도의 라인을 방향조정 로드에 평행하게 설치하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 f) 단계에서 폐토석 제거가 용이하도록 상기 압입 강관 내부의 물 또는 벤토나이트를 배출시켜야 할 경우, 상기 방향조정 로드의 좌측에 배출홀을 형성할 수 있다.

여기서, 상기 압입 강관 내부의 물 또는 벤토나이트를 배출시키기 위한 배출 파이프의 끝단을 비스듬한 형태로 절단하고, 상기 배출 파이프의 비스듬하게 절단된 부분을 상기 배출홀에 용접하며, 상기 배출 파이프를 가열하여 상기 압입 강관 상부에 접하도록 절곡하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 비개착 공법에 적용되는 수평굴착기용 압입 강관의 선단에 동일한 직경의 별도의 단관을 결합하여 방향조정 장치를 형성할 필요 없이 압입 강관의 선단을 직접 가공하여 방향조정 헤드를 현장에서 간단하게 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 압입 강관의 선단을 직접 가공하여 방향조정 헤드를 형성함으로써 방향조정 헤드의 상승 또는 하강을 정밀하게 제어할 수 있고, 이에 따라 수평굴착기용 강관을 편향 없이 정확하게 수평으로 압입시킬 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 기술에 따른 비개착 구조물 축조 공법을 설명하기 위한 구성 단면도이다.
도 2는 도 1a 및 도 1b에 각각 도시된 강관루프 구조체의 연결 구조를 나타낸 상세 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 종래의 기술에 따른 비개착 구조물 축조 공법의 다른 예를 설명하기 위한 구성 단면도이다.
도 4는 도 3a 및 도 3b에 각각 도시된 강관루프 구조체의 연결 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는 종래의 기술에 따른 지중에 압입 설치된 강관루프 구조체의 다른 형태를 나타낸 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 도 5에 적용된 강관들의 연결관계 및 결합상태를 나타내는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 종래의 기술에 따른 수평 압입 강관의 방향 조정장치의 정면도 및 평면도이다.
도 8은 종래의 기술에 따른 수평 압입 강관의 방향 조정장치에서 수평레벨 감지기의 설치 상태를 보인 정면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 방향조정 헤드를 구비한 강관의 압입을 위한 수평굴착기를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 수평굴착기 내의 오거를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 방향조정 헤드를 구비한 강관의 압입을 위한 수평굴착기에서 동력부와 강관 푸셔가 트랩에 결합된 상태의 전면 및 배면을 나타내는 사시도들이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 정면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드에서 방향조정 어셈블리를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드에서 힌지 연결부를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법의 동작흐름도이다.
도 17a 내지 도 17n은 각각 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 18a 및 도 18b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 방향조정 어셈블리 및 힌지 연결부를 나타내는 사진들이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

[수평굴착기(100)]

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 방향조정 헤드를 구비한 강관의 압입을 위한 수평굴착기를 나타내는 도면이고, 도 10은 도 9에 도시된 수평굴착기 내의 오거를 구체적으로 나타내는 도면이며, 도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 방향조정 헤드를 구비한 강관의 압입을 위한 수평굴착기에서 동력부와 강관 푸셔가 트랩에 결합된 상태의 전면 및 배면을 나타내는 사시도들이다.

먼저, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수평 강관 압입용 보링장치(100)는, 엔진 등의 동력발생부와, 클러치, 변속기 등의 동력전달부를 포함하는 동력부(110)를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 방향조정 헤드를 구비한 강관의 압입을 위한 수평굴착기(100)는, 동력부(110)의 선단에 설치되어서 강관의 후단과 밀착되어 압입 강관(200)을 전방으로 밀어주는 강관 푸셔(120)를 포함한다.

상기 강관 푸셔(120)는 대략 원통형으로 이루어지며, 그 일측 또는 양측에는 굴착된 토사 및 폐토석 등이 배출되기 위한 토출구(122)가 형성되어 있다.

상기 강관 푸셔(120)의 안쪽에는 동력부(110)의 운전에 따라 회전되면서, 후술되는 오거(130)에 의해 이송된 토사 또는 폐토석을 상기 토출구(122)로 배출시키는 스포일 이젝터(Spoil ejector: 126)가 설치되어 있다.

한편, 압입하고자 하는 압입 강관(200)의 직경에 병용하여 적용할 수 있도록 하는 케이싱 어댑터(124)가 객체로 구비되어 있다. 즉, 강관 푸셔(120)의 직경에 해당하는 강관을 수평으로 지중에 압입할 경우에는, 상기 압입 강관(200)을 강관 푸셔(120)에 의해 전방으로 밀도록 하면 되고, 강관 푸셔(120) 보다 직경이 작은 강관을 수평으로 지중에 압입할 경우에 는, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이 작은 직경의 강관 크기에 맞는 케이싱 어댑터(124)를 강관 푸셔(120) 안쪽에 끼워 넣고 압입 강관(200)을 수평 압입시키면 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 방향조정 헤드를 구비한 강관의 압입을 위한 수평굴착기(100)는, 동력부(110)의 선단에 길이방향으로 설치되어서 동력부(110)의 동력발생에 따른 회전으로 지중을 천공하는 오거(Auger: 130)를 포함한다.

오거(130)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 일단에는 수나사형 생크(132)가 형성되고 타단에는 암나사형 부싱(미도시됨)이 형성된 구조로 이루어져서 압입 강관(200)의 길이에 따라 복수개가 결합될 수 있는 구조로 이루어져 있으며, 상기 수나사형 생크(132)에는 지중과 접촉하면서 토사나 폐토석 등을 굴착 또는 파쇄하는 비트(미도시됨)가 착탈 가능하게 설치된다.

또한, 상기 오거(130)의 축 둘레에는 나선형의 교반날개(134)가 형성되어 있으며, 이 교반날개(134)는 오거(130)의 끝단에 설치된 비트에 의해 굴착되거나 파쇄된 토사나 폐토석들을 후방으로 이송시켜서 상기 강관 푸셔(120)의 일측 또는 양측에 형성된 토출구(122)를 통해 외부로 배출시키는 기능을 담당하게 된다.

이때, 오거(130)의 교반날개(134)에 의해 후방으로 이송된 토사나 폐토석들은 강관 푸셔(120)의 안쪽에 회전가능하게 설치된 스포일 이젝터(126)에 의해 토출구(122)로 안내되어 외부로 배출이 용이하게 이루어진다.

이러한 구성으로 이루어진 오거(130)에는 지중에 압입하고자 하는 압입 강관(200)이 수평방향으로 끼워지게 되며, 상기 오거(130)의 전진과 동시에 강관 또한 전진이 이루어짐으로써, 지중에 대한 오거(130)의 압입과 동시에 압입 강관(200)이 압입된다.

한편, 상기 오거(130)에 대하여 압입 강관(200)이 수평방향으로 끼워지더라도 오거(130)와 상기 압입 강관(200)이 일정간격 이격된 상태로 끼워지기 때문에 상기 압입 강관(200)의 수평을 유지하기 위한 새들 어댑터(140)가 제공된다.

상기 새들 어댑터(140)는 압입 강관(200)의 선단 부위를 받쳐줌으로써, 압입 강관(200)의 후단을 받쳐주는 강관 푸셔(120)와 함께 압입 강관(200)이 오거(130)와 일정 간격 이격된 상태에서도 수평을 유지할 수 있도록 하는 기능을 담당한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 방향조정 헤드를 구비한 강관의 압입을 위한 수평굴착기(100)는, 상기한 동력부(110), 강관 푸셔(120)가 동력에 의해 전방으로 전진이 이루어지도록 하는 트랙(150)을 포함한다.

상기 트랙(150)은 압입 강관(200)을 압입하고자 하는 부위의 일측 바닥에 설치되고, 일정 길이만큼 형성된 것을 복수개 구비하여 일렬로 설치가능하게 이루어진다. 즉, 압입 강관(200)의 길이에 따라 복수개의 트랙(150)을 설치하여 그 길이를 조절할 수 있게 된다.

상기 트랙(150)의 양측면에는 랙과 같은 형태의 가이드 기어(152)가 형성되어 있다. 또한, 상기 동력부(110)의 일측에는 동력부(110)의 동력발생에 따라 작동되는 기어박스(112)가 설치되어 있는데, 이 기어박스(112)에는 모터(미도시됨)와, 이 모터의 구동에 의해 회전되는 피니언과 같은 회전기어(미도시됨)가 구비된다.

여기서 기어박스(112) 내의 회전기어는 트랙(150)의 양측면에 형성된 가이드 기어(152)와 치합되며, 이에 따라 동력부(110)의 동력전달에 의한 기어박스(112)의 회전기어 회전으로 동력부(110) 및 상기 동력부(110)의 선단에 설치되는 강관 푸셔(120)와 오거(130)가 전진이 이루어지게 되는 것이다.

이때, 상기 동력부(110)와 강관 푸셔(120)는 트랙(150)의 상면에 형성되는 가이드면(154)을 따라 전후진이 이루어지게 되며, 새들 어댑터(140)는 트랙(150)의 선단측에 고정 설치되어 압입 강관(200)을 받쳐주는 기능을 담당하게 된다.

도면 중, 미설명 부호 (160)는 동력부(110)의 운전을 정지시키기 위한 브레이크 수단을 도시한 것이고, (170)는 후방지지대를 나타낸 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 방향조정 헤드를 구비한 강관의 압입을 위한 수평굴착기(100)를 이용하여 지중에 압입 강관(200)을 수평방향으로 압입하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

수평방향으로 압입 강관(200)을 압입하고자 하는 지중의 시작점으로부터 일정간격만큼 공간을 형성한 후, 상기 공간의 바닥면을 다진 상태에서 압입하고자 하는 압입 강관(200)의 길이에 맞추어 복수의 트랙(150)을 일렬로 설치한다.

상기 트랙(150)의 끝단 즉, 지중의 시작점으로부터 가장 먼 끝단에 동력부(110)를 설치하고, 이 동력부(110)의 선단에 강관 푸셔(120)를 설치하여, 상기 동력부(110)와 강관 푸셔(120)가 트랙(150)의 가이드면(154)을 따라 전후진이 가능하도록 한다.

다음에, 압입하고자 하는 압입 강관(200)의 길이에 맞추어서 복수의 오거(130)들을 동력부(110) 선단에 설치된 회전축(도면부호 미부여)과 연결한 후, 오거(130)의 둘레에 압입하고자 하는 압입 강관(200)을 끼워 넣는다.

이때, 트랙(150)의 선단에는 압입 강관(200)의 선단을 받쳐주기 위한 새들 어댑터(140)를 고정함으로써, 압입 강관(200)의 선단 및 후단이 각각 새들 어댑터(140)와 강관 푸셔(120)에 의해 수평방향으로 지지되도록 한다.

또한, 압입 강관(200)의 직경이 강관 푸셔(120) 보다 작을 경우, 강관 푸셔(120)의 안쪽에 케이싱 어댑터(124)를 설치하여 강관이 수평을 이루도록 한다.

마지막으로, 압입하고자 하는 지중과 가까운 오거(130)의 선단 즉, 압입하고자 하는 압입 강관(200)의 선단으로부터 돌출된 오거(130)의 선단에 비트를 설치하면 된다.

이와 같은 상태에서, 동력부(110)를 운전하면 된다. 상기 동력부(110)의 운전으로 인하여 기어박스(112) 내에 구비되는 모터에 동력이 전달되고, 이에 따라 회전기어가 회전을 하면서 트랙(150)의 양측면에 형성된 가이드 기어(152)와 치합되면서 전진이 이루어지게 된다.

따라서 동력부(110)와, 상기 동력부(110)의 선단에 형성된 회전축에 연결된 오거(130)와, 강관 푸셔(120)가 동력부(110)와 함께 서서히 전방으로 전진된다.

이때, 상기 오거(130)는 회전을 이루면서 전진이 이루어지는바, 지중을 수평방향으로 굴착 또는 파쇄하면서 전진이 이루어지고, 이 오거(130)와 함께 상기 압입 강관(200) 또한 지중으로 서서히 압입된다.

오거(130)에 의해 굴착되거나 파쇄되는 토사나 폐토석들은 압입 강관(200) 내부로 인입이 이루어지며, 동시에 압입 강관(200) 내부에서 회전되는 오거(130)의 교반날개(134)들에 의해 후방으로 이송이 이루어지게 된다. 이와 같이 계속해서 후방으로 이송되는 토사나 폐토석들은 스포일 이젝터(126)의 안내에 따라 강관 푸셔(120)의 일측 또는 양측에 형성된 토출구(122)를 통해 외부로 배출이 이루어지게 되는바, 오거(130)의 선단에 형성된 비트는 계속해서 토사나 암석을 파쇄하면서 굴착이 이루어지게 된다.

이때, 상기 트랙(150)의 선단에 고정 설치되는 새들 어댑터(140)에 의해 인입되는 강관(P)은 계속해서 수평상태를 유지하면서 인입이 이루어지게 된다.

이와 같은 방법으로, 압입 강관(200)의 후단 즉, 강관 푸셔(120)의 일단에 밀착 지지되는 후단까지 지중에 인입이 완료되면, 동력부(110)의 운전을 반대로 하여 후진시키면 된다.

상기 압입 강관(200)은 오거(130)에 대하여 일정 간격을 두고 끼워진 상태인 바, 동력부(110)의 후진에 따라 동력부(110)와 강관 푸셔(120) 및 오거(130)가 반대방향으로 빠져나오는데 아무런 저해를 받지 않고, 지중에 압입된 강관만 압입된 상태를 유지하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드는, 비개착 공법에 적용되는 수평굴착기용 압입 강관의 선단에 동일한 직경의 별도의 단관을 결합하여 방향조정 장치를 형성할 필요 없이 압입 강관의 선단을 직접 가공하여 방향조정 헤드를 현장에서 간단하게 형성하기 위한 것으로, 이하, 도 12 내지 도 18을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

[수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드(300)]

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 정면도이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 사시도이며, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드에서 방향조정 어셈블리를 구체적으로 나타내는 도면이고, 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드에서 힌지 연결부를 구체적으로 나타내는 도면이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드(300)는, 헤드 단관(310), 힌지 연결부(320), 방향조정 어셈블리(330), 감지헤드(340), 보강링(350) 및 토사 가이드(Dirt Guide: 360)를 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 이때, 상기 방향조정 어셈블리(330)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 방향조정 기구(331), 단관작동구(332) 및 방향조정 블록(333)을 포함할 수 있고, 상기 힌지 연결부(320)는, 도 15에 도시된 바와 같이, 힌지 프레임(321), 힌지(322) 및 힌지 커버(323)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드(300)는, 헤드 단관(310)을 압입 강관(200)의 선단부를 절단 가공하여 형성되며,

이때, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 방향조정 헤드(300)의 양 측면 중앙에 힌지 연결부(320)가 설치되고, 상부 중앙에 방향조정 어셈블리(330)가 설치된다. 또한, 상기 압입 강관(200)의 상부에서 상기 방향조정 어셈블리(330)의 방향조정 기구(331)의 측면에 감지헤드(340)가 설치된다.

또한, 상기 방향조정 헤드(300)를 강화시키도록 예를 들면, 보강링(350)을 상기 방향조정 헤드(300)의 전면 외주부에 끼운 후 용접하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 보강링(350)의 상단에, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 토사 가이드(161, 162)를 설치할 수 있다.

도 15에 도시된 바와 같이, 상기 힌지 연결부(330)는, 힌지 프레임(321), 힌지(322) 및 힌지 커버(323)를 포함한다.

상기 힌지 연결부(330)의 힌지(322)는 상기 압입 강관(200)의 측면에 설치되어 상기 힌지 프레임(321)에 삽입된다.

상기 힌지 연결부(330)의 힌지 프레임(321)은 상기 방향조정 헤드(300)의 헤드 단관(310) 측면에 설치되고, 상기 헤드 단관(310)이 상기 힌지(322)를 중심으로 상하로 이동 가능하도록 결합한다.

상기 힌지 연결부(330)의 힌지 커버(323)는 상기 힌지(322)가 상기 힌지 프레임(321)에 삽입된 후, 상기 힌지 프레임(321)에 결합된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드(300)는, 후술하는 도 17a 내지 도 17n에 도시된 바와 같이, 물공급 파이프(370), 방향조정 로드(380) 및 배출 파이프(390) 등을 포함할 수 있는데, 구체적인 설명은 후술하기로 한다.

따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 비개착 공법에 적용되는 수평굴착기(100)용 압입 강관(200)의 선단에 동일한 직경의 별도의 단관을 결합하여 방향조정 장치를 형성할 필요 없이 압입 강관(200)의 선단을 직접 가공하여 방향조정 헤드(300)를 현장에서 간단하게 형성할 수 있다. 또한, 압입 강관(200)의 선단을 직접 가공하여 방향조정 헤드를 형성함으로써 방향조정 헤드의 상승 또는 하강을 정밀하게 제어할 수 있고, 이에 따라 수평굴착기용 압입 강관(200)을 편향 없이 정확하게 수평으로 압입시킬 수 있다.

[수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법]

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법의 동작흐름도이고, 도 17a 내지 도 17n은 각각 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.

도 16, 도 17a 내지 도 17n을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법은, 먼저, 압입 강관(200)의 상단과 하단의 중심에 표시선을 따라 소정 크기의 직사각형을 표시한다(S101). 구체적으로, 도 17a에 도시된 바와 같이, 압입 강관(200)의 선단부에 방향조정 헤드(300)를 가공할 수 있도록 압입 강관(200)의 상단과 하단의 중심에 표시선을 따라, 예를 들면, 방향조정 헤드(300)를 가공할 수 있도록 10.2㎝(D1) x 5.1㎝(D2) 크기의 직사각형을 표시한다.

다음으로, 도 17b에 도시된 바와 같이, 상기 표시된 직사각형의 모서리로부터 상기 압입 강관(200)의 상단과 하단의 측면까지 절단선(L1, L2)을 표시한다(S102).

다음으로, 도 17c에 도시된 바와 같이, 상기 절단선(L1, L2)을 따라 상기 표시된 직사각형의 모서리로부터 상기 압입 강관(200)의 상단과 하단의 측면 중심선 지점까지 상기 압입 강관(200)을 절단하여 노치를 형성하고, 상기 압입 강관(200)을 180도 회전시킨 후에 동일한 작업을 수행한다(S103).

다음으로, 노치가 형성된 후, 설치될 힌지 연결부(320)와 방향조정 어셈블리(330)의 중심을 각각 일치시키고, 힌지 연결부(320) 뒤쪽이 상기 노치의 수직선과 평행이 되도록 상기 힌지 연결부(320)의 힌지(322)를 상기 압입 강관(200)의 측면 중심선에 정렬한다(S104). 이때, 상기 압입 강관(200)의 측면에서 상기 힌지(322)를 부착할 위치에 표시를 하고 상기 힌지(322)를 절단 형성한 후, 상기 힌지(322)가 상기 압입 강관(200)의 내측과 평행이 되도록 삽입하고, 그 자리에 힌지(322)를 용접한다. 구체적으로, 도 17d에 도시된 바와 같이, 상기 압입 강관(200) 직경이 25.4~35.6㎝인 경우, 상기 힌지 연결부(320)의 힌지(322)의 직경은 8.9㎝일 수 있고, 압입 강관(200) 직경이 40.6~86㎝인 경우, 상기 힌지 연결부(320)의 힌지(322)의 직경은 19㎝일 수 있고, 또는, 압입 강관(200) 직경이 91㎝ 이상인 경우, 상기 힌지 연결부(320)의 힌지(322)의 직경은 23㎝인 것이 바람직하다.

다음으로, 도 17e에 도시된 바와 같이, 상기 방향조정 어셈블리(330)의 중심이 정확하게 일치하도록 위치를 조정한다(S105). 여기서, D3은 상기 방향조정 어셈블리(330)의 폭을 나타낸다.

다음으로, 도 17f에 도시된 바와 같이, 상기 방향조정 어셈블리(330) 및 상기 힌지 연결부(320)를 용접한 후, 상기 압입 강관(200)의 상단과 하단에 남아 있는 상기 방향조정 어셈블리(330) 하부에 표시된 직사각형 부분을 절단하여 분리한다(S106).

다음으로, 선택적으로, 상기 압입 강관(200)의 외측에 윤활이 필요한 경우, 도 17g에 도시된 바와 같이, 3.8㎝ 직경의 방향조정 로드(380)에 1.3㎝의 홈을 형성한다(S107). 예를 들면, 상기 압입 강관(200)이 지반을 뚫고 지나갈 때, 상기 압입 강관(200)의 윤활을 위해 상기 압입 강관(200)의 외측에서 벤토나이트를 배출시키고자 할 경우에만 상기 방향조정 로드(380)에 홈을 형성한다. 또는, 시추 용액으로 상기 압입 강관(200)의 외측을 윤활시키기 위한 별도의 1.3㎝ 라인을 방향조정 로드(380)에 평행하게 설치할 수도 있다.

다음으로, 도 17h에 도시된 바와 같이, 방향조정 로드(380)를 상기 방향조정 어셈블리(330)의 후단에 체결하고, 감지헤드(340)에 물을 공급하는 물공급 파이프(370)를 상기 3.8㎝ 직경의 방향조정 로드(380)와 평행하도록 상기 방향조정 로드(380)의 우측에 정렬한다(S108). 이때, 상기 물공급 파이프(370)는 다른 모든 파이프보다 짧게 형성되며, 예를 들면, 4.9 내지 5.2m 길이인 것이 바람직하다.

다음으로, 도 17i에 도시된 바와 같이, 상기 압입 강관(200)의 외주면에 0.95㎝ 크기의 감지헤드 접합홀을 천공한다(S109). 예를 들면, 폐토석 제거가 용이하도록 상기 압입 강관(200) 내부의 물 또는 벤토나이트를 배출시켜야 할 경우, 상기 방향조정 로드(380)의 좌측에 배출홀(H)을 형성할 수도 있다.

다음으로, 도 17j에 도시된 바와 같이, 상기 감지헤드 접합홀 및 배출홀이 일직선을 이루도록 일치시키고, 상기 감지헤드(340)를 0.95㎝ 크기의 감지헤드 접합홀 상부에 용접한다(S110).

다음으로, 도 17k에 도시된 바와 같이, 1.3㎝ 직경의 배출 파이프(390)의 끝단을 비스듬한 형태로 절단한다(S111).

다음으로, 도 17l에 도시된 바와 같이, 상기 배출 파이프(390)의 비스듬하게 절단된 부분을 상기 S109 단계에서 형성된 배출홀(H)에 용접한다(S112).

다음으로, 도 17m에 도시된 바와 같이, 상기 배출 파이프(390)를 가열하여 상기 압입 강관(200) 상부에 접하도록 절곡한다(S113).

다음으로, 도 17n에 도시된 바와 같이, 상기 방향조정 헤드(300)를 강화시키도록 예를 들면, 0.95㎝ x 15.2㎝의 보강링(350)을 상기 방향조정 헤드(300)의 전면 외주부에 끼운 후 용접한다(S114).

후속적으로, 상기 보강링(350)의 상단에 제1 및 제2 토사 가이드(161, 162)를 설치할 수 있다. 또한, 상기 방향조정 헤드(300)와 수평굴착기(100)의 헤드커터와의 간격은 5.1㎝ 이상이 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

한편, 도 18a 및 도 18b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 방향조정 어셈블리 및 힌지 연결부를 나타내는 사진들로서, 방향조정 헤드(300)의 방향조정 어셈블리(330) 및 힌지 연결부(320)가 가공된 것을 나타내며, 이때, 도 18b에 도시된 바와 같이, 상기 힌지 연결부(320)의 힌지(322)가 힌지 프레임(321) 상에 삽입되는 것을 예시한다.

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 비개착 공법에 적용되는 수평굴착기용 압입 강관의 선단에 동일한 직경의 별도의 단관을 결합하여 방향조정 장치를 형성할 필요 없이 압입 강관의 선단을 직접 가공하여 방향조정 헤드를 현장에서 간단하게 형성할 수 있다. 또한, 압입 강관의 선단을 직접 가공하여 방향조정 헤드를 형성함으로써 방향조정 헤드의 상승 또는 하강을 정밀하게 제어할 수 있고, 이에 따라 수평굴착기용 강관을 편향 없이 정확하게 수평으로 압입시킬 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 수평 강관 압입용 보링장치
110: 동력부
112: 기억박스
120: 강관 푸셔
122: 토출구
130: 오거
134: 교반날개
140: 새들 어댑터
150: 트랙
152: 가이드 기어
154: 가이드면
200: 압입 강관
300: 방향조정 헤드
310: 헤드 단관
320: 힌지 연결부
321: 힌지 프레임
322: 힌지
323: 힌지 커버
330: 방향조정 어셈블리
331: 방향조정 기구
332: 단관작동구
333: 방향조정 블록
340: 감지헤드(Water Level Head)
350: 보강링
360: 토사 가이드(Dirt Guide)
361: 제1 토사 가이드
362: 제2 토사 가이드
370: 물공급 파이프
380: 방향조정 로드
390: 배출 파이프

Claims (10)

1. 비개착 공법에 적용되는 수평굴착기용 강관 압입을 위한 방향조정 헤드(Direction Adjustment Head)의 제작 방법에 있어서,
   a) 압입 강관(200)의 상단과 하단의 중심에 표시선을 따라 소정 크기의 직사각형을 표시하는 단계:
   b) 상기 표시된 직사각형의 모서리로부터 상기 압입 강관(200)의 상단과 하단의 측면까지 절단선(L1, L2)을 표시하고, 상기 절단선(L1, L2)을 따라 상기 압입 강관(200)을 절단하여 노치를 형성하는 단계;
   c) 상기 압입 강관(200)의 측면에 설치될 힌지 연결부(320)와 상부에 설치된 방향조정 어셈블리(330)의 중심을 각각 일치시키고, 상기 힌지 연결부(320) 뒤쪽이 상기 노치의 수직선과 평행이 되도록 힌지(322)를 상기 압입 강관(200)의 측면 중심선에 정렬하는 단계;
   d) 상기 방향조정 어셈블리(330)의 중심이 일치하도록 위치를 조정하고, 상기 방향조정 어셈블리(330) 및 상기 힌지 연결부(320)를 용접한 후, 상기 압입 강관(200)의 상단과 하단에 남아 있는 상기 방향조정 어셈블리(330) 하부에 표시된 직사각형 부분을 절단하여 분리하는 단계;
   e) 방향조정 로드(380)를 상기 방향조정 어셈블리(330)의 후단에 체결하는 단계;
   f) 감지헤드(340)에 물을 공급하는 물공급 파이프(370)를 상기 방향조정 로드(380)와 평행하도록 정렬하고, 상기 압입 강관(200)의 외주면에 감지헤드 접합홀을 천공하는 단계; 및
   g) 상기 감지헤드(340)를 상기 감지헤드 접합홀 상부에 용접하는 단계 를 포함하되, 상기 a) 단계의 방향조정 헤드(300)는 상기 압입 강관(200)의 선단부를 절단하여 직접 가공되며,
   상기 f) 단계에서 폐토석 제거가 용이하도록 상기 압입 강관(200) 내부의 물 또는 벤토나이트를 배출시켜야 할 경우, 상기 방향조정 로드(380)의 좌측에 배출홀(H)을 형성하며, 상기 압입 강관(200) 내부의 물 또는 벤토나이트를 배출시키기 위한 배출 파이프(390)의 끝단을 비스듬한 형태로 절단하고, 상기 배출 파이프(390)의 비스듬하게 절단된 부분을 상기 배출홀(H)에 용접하며, 상기 배출 파이프(390)를 가열하여 상기 압입 강관(200) 상부에 접하도록 절곡하는 것을 특징으로 하는 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 힌지 연결부(320)는,
   상기 압입 강관(200)의 측면에 설치되어 힌지 프레임(321)에 삽입되는 힌지(322);
   상기 방향조정 헤드(300)의 헤드 단관(310) 측면에 설치되고, 상기 헤드 단관(310)이 상기 힌지(322)를 중심으로 상하로 이동 가능하도록 결합하는 힌지 프레임(321); 및
   상기 힌지(322)가 상기 힌지 프레임(321)에 삽입된 후, 상기 힌지 프레임(321)에 결합되는 힌지 커버(323)
   를 포함하는 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법.
3. 제1항에 있어서,
   h) 방향조정 헤드(300)를 강화시키기 위한 보강링(350)을 상기 방향조정 헤드(300)의 전면 외주부에 끼운 후 용접하는 단계를 추가로 포함하는 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 b) 단계에서 상기 압입 강관(200)을 180도 회전시킨 후에 동일한 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 c) 단계에서 상기 압입 강관(200)의 측면에서 상기 힌지(322)를 부착할 위치에 표시를 하고 상기 힌지(322)를 절단 형성한 후, 상기 힌지(322)가 상기 압입 강관(200)의 내측과 평행이 되도록 삽입하고, 그 자리에 힌지(322)를 용접하는 것을 특징으로 하는 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 압입 강관(200) 직경이 25.4~35.6㎝인 경우, 상기 힌지 연결부(320)의 힌지(322)의 직경은 8.9㎝이고, 상기 압입 강관(200) 직경이 40.6~86㎝인 경우, 상기 힌지 연결부(320)의 힌지(322)의 직경은 19㎝이며, 상기 압입 강관(200) 직경이 91㎝ 이상인 경우, 상기 힌지 연결부(320)의 힌지(322)의 직경은 23㎝인 것을 특징으로 하는 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 e) 단계에서 상기 압입 강관(200)이 지반을 뚫고 지나갈 때 상기 압입 강관(200)의 외측에 윤활이 필요한 경우, 상기 방향조정 로드(380)에 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 압입 강관(200)의 외측에서 벤토나이트를 배출시키고자 할 경우에 상기 방향조정 로드(380)에 홈을 형성하거나, 또는 시추 용액으로 상기 압입 강관(200)의 외측을 윤활시키기 위한 별도의 라인을 방향조정 로드(380)에 평행하게 설치하는 것을 특징으로 하는 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드의 제작 방법.
9. 삭제
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방향조정 헤드의 제작 방법에 의해 제작된 수평굴착기의 강관 압입을 위한 방향조정 헤드.

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