KR101901381B1 - Reamer of pneumatic multiple hammer type for drilling horizontally having screw whose diameter decreases toward the rear and, methods for calculating the diameter - Google Patents

Reamer of pneumatic multiple hammer type for drilling horizontally having screw whose diameter decreases toward the rear and, methods for calculating the diameter Download PDF

Info

Publication number
KR101901381B1
KR101901381B1 KR1020170078396A KR20170078396A KR101901381B1 KR 101901381 B1 KR101901381 B1 KR 101901381B1 KR 1020170078396 A KR1020170078396 A KR 1020170078396A KR 20170078396 A KR20170078396 A KR 20170078396A KR 101901381 B1 KR101901381 B1 KR 101901381B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
diameter
screw blade
rod
reamer
rear rod
Prior art date
Application number
KR1020170078396A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
조정우
오주영
박진영
강훈
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020170078396A priority Critical patent/KR101901381B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101901381B1 publication Critical patent/KR101901381B1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/106Making by using boring or cutting machines with percussive tools, e.g. pick-hammers
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/12Devices for removing or hauling away excavated material or spoil; Working or loading platforms
    • E21D9/124Helical conveying means therefor
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04Directional drilling
    • E21B7/046Directional drilling horizontal drilling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

A reamer according to the present invention has a screw blade with a diameter decreasing to the rear due to sagging of a rear rod such that rocks can be efficiently discharged while reducing the weight and frictional force of the screw blade and production costs.

Description

스크류 날개의 직경이 후방으로 갈수록 감소하는 수평방향 굴착용 공압식 다중해머 확공기 및, 스크류 날개의 직경을 구하는 방법{Reamer of pneumatic multiple hammer type for drilling horizontally having screw whose diameter decreases toward the rear and, methods for calculating the diameter}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a pneumatic multi-hammer reamer for horizontal excavation and a method for obtaining a diameter of a screw blade, calculating the diameter}

본 발명은 수평방향 굴착용 공압식 다중해머 확공기에 대한 것으로서, 더욱 구체적으로는 확공기의 후단에 연결된 스크류 날개의 직경이 후방으로 갈수록 감소되므로, 암분을 효율적으로 배출하면서도 스크류 날개의 무게와 마찰력을 줄일 수 있고 제작 단가를 낮출 수 있는 확공기에 대한 것이다. The present invention relates to a pneumatic multi-hammer reamer for horizontal excavation, and more specifically, because the diameter of a screw blade connected to the rear end of the reamer is reduced toward the rear, the weight of the screw blade and the frictional force And to reduce the manufacturing cost.

아울러, 본 발명은 이러한 스크류 날개의 직경을 구하는 방법에 대한 것이기도 하다. In addition, the present invention also relates to a method for obtaining the diameter of such a screw blade.

다중 해머 방식의 천공기는 몸체에 설치된 다수 개의 해머가 왕복이동을 하면서 전방(前方)의 암반을 타격하여 굴착하는데, 해머의 작동방식에 따라 수압식과 공압식으로 분류된다.The multi-hammer type perforator excavates the front rock mass while reciprocating a plurality of hammer mounted on the body, and is classified into hydraulic type and pneumatic type according to the operation mode of the hammer.

공압식 다중 해머 방식의 천공기는 지하수 개발, 천심도 지열 개발 등과 같은 수직 천공에 주로 사용되고 있다. 공압식 해머를 이용하여 암반을 수직 천공할 때, 암반 또는 지반이 파쇄되어 만들어진 암분(rock particles)은 해머의 작동을 위해 사용된 압축공기에 의해 자동으로 지표면으로 배출된다. 암분이 압축공기와 함께 상부로 배출될 때, 천공벽과의 마찰에 의한 부분적 속도 감소를 제외하면 전반적으로 속도 벡터가 비교적 균일(uniform)하게 형성되고, 이에 따라 암분이 원활하게 외부로 배출될 수 있다.Pneumatic multi-hammer type drilling machines are mainly used for vertical drilling such as groundwater development and geothermal development. When piercing the rock using a pneumatic hammer, the rock particles produced by crushing the rock or the ground are automatically discharged to the surface by the compressed air used for the operation of the hammer. The velocity vector is uniformly formed in a relatively uniform manner except for the partial velocity reduction due to the friction with the perforated wall when the rock is discharged to the upper portion together with the compressed air so that the cancer can be smoothly discharged to the outside have.

그러나, 공압식 다중 해머 방식의 천공기를 이용하여 수평방향으로 천공하는 경우에는 굴진장이 길어질수록 암분 배출이 잘 되지 않는데, 이러한 점을 다중해머 방식의 확공기를 예로 들어 설명하면 아래와 같다. However, in the case of punching in the horizontal direction using a pneumatic multi-hammer type perforator, as the excavation length becomes longer, the ash discharge is not good. This will be described by taking the multi-hammer type reamer as an example.

알려진 바와 같이, 공압식 다중해머 확공기는 압축공기에 의해서 해머가 왕복이동하면서 전방(前方)의 암반을 타격하여 터널을 확장하고, 상기 타격에 의해서 만들어진 암분은 상기 해머를 작동시키는 데 사용된 압축공기에 의해서 후방으로 배출된다. As is known, the pneumatic multi-hammer ream expands the tunnel by hitting the rock on the front side while the hammer reciprocates by the compressed air, and the ash produced by the hitting causes the compressed air used to operate the hammer As shown in Fig.

도 1(a)에 나타난 바와 같이, 굴착 시작부에서는 확공기(1) 후방에 암분(3)이 거의 없고, 이에 따라 암분 배출이 방해를 받지 않기 때문에 암분(3)이 원활하게 후방(지상)으로 배출될 수 있다. As shown in Fig. 1 (a), at the beginning of the excavation, the female part 3 is hardly behind the reamer 1, .

그러나, 도 1(b)에 나타난 바와 같이, 굴진장이 10m ~ 30m 정도 되면 확공기(1) 후방에 암분(3)이 쌓이기 때문에 암분 배출이 방해를 받기 시작하고, 도 1(c)에 나타난 바와 같이, 굴진장이 30m ~ 50m를 초과하면 암분(3)이 확공기(1) 후방에 많이 쌓이기 때문에 암분 배출이 저하되고 재밍(jamming)이 발생한다.However, as shown in Fig. 1 (b), when the excavation length is about 10 m to 30 m, since the rock mass 3 is accumulated behind the reamer 1, the release of the rock mass starts to be disturbed, Likewise, when the excavation field exceeds 30m to 50m, the ash (3) accumulates behind the reamer (1), so the discharge of the ash decreases and jamming occurs.

위와 같이, 공압식 다중해머 천공기(확공기 포함)를 이용하여 수평방향으로 천공하는 경우에는 굴진장이 길어질수록 암분(3)이 외부로 원활하게 배출되지 않고, 이에 따라 천공 작업에 지장이 생긴다는 문제점이 있다. As described above, in the case of punching in the horizontal direction using a pneumatic multiple hammer drill (including reamer), the problem is that as the excavation length becomes longer, the ash 3 is not smoothly discharged to the outside, have.

본 출원인은 상기 문제점들을 해결하기 위해 확공기의 후방 로드(7)에 스크류 날개를 설치한 바 있다. 스크류 날개의 직경은 터널의 직경 보다 작다. 그리고, 스크류 날개의 직경은 확공기에서부터 지상까지 동일하다. 스크류 날개는 후방 로드(7)와 함께 회전되면서 암분을 후방으로 이동시킨 후 지상으로 배출한다. In order to solve the above problems, the present applicant has installed a screw blade on the rear rod 7 of the reamer. The diameter of the screw blade is smaller than the diameter of the tunnel. The diameters of the screw blades are the same from the reamer to the ground. The screw blade is rotated together with the rear rod (7) to move the female part backward and then to the ground.

그러나, 후방 로드(7)에 스크류 날개를 설치하면 그 만큼 후방 로드(7)의 무게가 증가되고 스크류 날개와 암분 사이의 마찰력으로 인해 회전력이 손실되고, 이에 따라 더 큰 추력과 회전력을 확공기에 제공해야 한다는 문제점이 있다. However, when the screw wing is provided on the rear rod 7, the weight of the rear rod 7 is increased accordingly, and the rotational force is lost due to the frictional force between the screw wing and the arm portion, There is a problem that it must be provided.

본 출원인은 이러한 문제점을 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과, 수평 굴착시 후방 로드(7)가 아래로 쳐지고 처짐량은 전체 후방 로드(7)의 길이가 길어질수록 커진진다는 점과, 암분은 터널 하부에 쌓이게 된다는 점에 착안하여 후방으로 갈수록 스크류 날개의 직경을 작게 함으로써 스크류 날개로 인한 무게 증가를 줄이고 스크류 날개와 암분 사이의 마찰력을 감소시킬 수 있었으며 제작 단가를 낮출 수 있었다. As a result of repeated researches to solve such a problem, Applicant has found that the rear rod 7 is lowered and the amount of deflection becomes larger as the entire length of the rear rod 7 becomes longer during horizontal excavation, It is possible to reduce the weight increase due to the screw blades and to reduce the frictional force between the screw blades and the ash blade, and to lower the manufacturing cost by reducing the diameter of the screw blades.

이와 같이, 본 발명은 암분을 효율적으로 배출하면서도 스크류 날개의 무게와 마찰력을 줄일 수 있고 제작 단가를 낮출 수 있는 확공기를 제공하는 것에 그 목적이 있다. Thus, it is an object of the present invention to provide a reamer capable of reducing the weight and frictional force of screw wings while lowering the manufacturing cost while efficiently discharging the ash.

아울러, 본 발명의 또 다른 목적은 이러한 스크류 날개의 직경을 구하는 방법을 제공하는 것에 있다. It is a further object of the present invention to provide a method of determining the diameter of such a screw blade.

본 발명에 따른 확공기(100)는, 몸체(10); 몸체(10)의 후단에 연결되어 몸체(10)와 함께 회전되는 후방 로드(50); 및, 후방 로드(50)의 외주면에 나선 형상으로 형성된 스크류 날개(60);를 포함한다. 수평 방향으로 지반 굴착시 후방 로드(50)는 아래쪽으로 쳐지게 된다. 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 후방으로 갈수록 작아지되, 후방 로드(50)의 상기 쳐짐을 고려하여 터널 바닥 또는 터널 하부에 쌓인 암분을 후방으로 배출할 수 있는 직경(Dsc)을 갖는다.A reamer (100) according to the present invention comprises a body (10); A rear rod 50 connected to a rear end of the body 10 and rotated together with the body 10; And a screw blade (60) formed in a spiral shape on the outer peripheral surface of the rear rod (50). When the ground excavation is performed in the horizontal direction, the rear rod 50 is struck downward. The diameter (D sc) has a diameter capable of discharging the rock flour jidoe smaller toward the rear, considering the sagging of the back rod 50 has built-up on the tunnel floor or tunnel lower rearward (D sc) of the screw blade (60) .

몸체(10)에 설치된 다수 개의 해머(20)는 압축공기에 의해서 왕복이동하면서 전방의 암반을 타격하며, 압축공기는 해머(20)를 구동시킨 후 후방으로 배출되면서 암분을 몸체(10)의 후방으로 배출하고, 후방으로 배출된 암분은 스크류 날개(60)에 의해서 지상으로 배출된다. The plurality of hammers 20 installed on the body 10 are reciprocated by the compressed air to strike the front rocks. The compressed air is discharged to the rear after driving the hammers 20, And the ash discharged to the rear is discharged to the ground by the screw vanes 60. [

곡선 궤도 굴착을 위해서, 해머(20)의 해머비트 중에서 일부가 몸체(10) 보다 측방향으로 돌출되도록 설치되거나 몸체(10)가 후방으로 갈수록 그 직경이 작아지도록 형성될 수도 있다. In order to perform curved track excavation, a part of the hammer bit of the hammer 20 may be provided to protrude laterally from the body 10, or the body 10 may be formed to have a smaller diameter as it goes backward.

상기 압축공기에 의해 후방으로 배출되는 암분은 몸체(10)의 후단에서부터 소정 거리만큼 이격된 곳에 쌓이게 되고, 이에 따라 스크류 날개(60)는 몸체(10)의 후단에서 1m ~ 2m의 후방에서부터 후방 로드(50)에 형성될 수 있다. The screw blades 60 are arranged at a distance of 1 m to 2 m from the rear end of the body 10 to the rear side of the rear side of the body 10, (Not shown).

스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 후방으로 갈수록 점차로 감소하거나 계단식으로 감소할 수 있다. 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 아래의 식 1에 의해서 계산될 수 있다. The diameter D sc of the screw vane 60 may gradually decrease or decrease stepwise toward the rear. The diameter D sc of the screw blade 60 can be calculated by the following equation (1).

[식 1][Formula 1]

Dsc = Dt - δmax×2 - Ccurve D sc = D t - 隆max 2 - C curve

Dt : 확공기에 의해서 굴착되는 터널의 직경D t : Diameter of the tunnel excavated by reamer

δmax : 후방 로드(50)의 최대 처짐량? max : maximum deflection amount of the rear rod 50

Ccurve : 곡선 굴착시 터널 벽면과의 유격을 위한 보정값C curve : Correction value for clearance with tunnel wall during curve excavation

한편, 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 후방으로 갈수록 감소하다가 일정한 값으로 수렴된다. 스크류 날개(60)의 최소 직경인 상기 수렴 값은 아래의 식 2에 의해서 계산될 수 있다. On the other hand, the diameter D sc of the screw vane 60 decreases toward the rear and converges to a constant value. The convergence value, which is the minimum diameter of the screw blade 60, can be calculated by the following equation (2).

[식 2][Formula 2]

Dsc_min = Dr + WD sc_min = D r + W

Dsc_min : 스크류 날개(60)의 최소 직경D sc_min : the minimum diameter of the screw blade 60

Dr : 후방 로드(50)의 직경D r : diameter of rear rod 50

W : 스크류 날개 자체의 폭(70mm ~ 130mm)W : The width of the screw blade itself (70mm ~ 130mm)

본 발명에 따라 스크류 날개의 직경을 구하는 방법은, (a) 후방 로드(50)의 개수 또는 후방 로드(50)가 연결된 전체 길이(L)에 따른 후방 로드(50)의 최대 처짐량(δmax)을 각각 구하는 단계; 및, (b) 상기 최대 처짐량(δmax)과 식 1을 이용하여 후방 로드(50)에 결합된 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)을 계산하는 단계;를 포함한다. (A) the maximum deflection amount? Max of the rear rod 50 in accordance with the number of the rear rods 50 or the total length L of the rear rods 50 is determined according to the present invention, Respectively; And (b) calculating the diameter (D sc ) of the screw blade (60) coupled to the rear rod (50) using the maximum deflection amount (? Max ) and Equation (1).

상기 (a) 단계는 스크류 날개(60)가 없는 상태에서 후방 로드(50)의 최대 처짐량(δmax)을 구한다. 확공기(100)의 굴착 길이가 늘어남에 따라 확공기(100)에 추가로 연결되는 후방 로드(50)에 결합된 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 확공기에 연결된 전체 후방 로드(50)의 개수 또는 전체 후방로드(50)의 길이(L)에 따른 최대 처짐량(δmax)과 식 1을 이용하여 계산된다. In the step (a), the maximum deflection amount? Max of the rear rod 50 is determined in a state where the screw blade 60 is not provided. The diameter D sc of the screw vane 60 coupled to the rear rod 50 which is further connected to the reamer 100 as the excavation length of the reamer 100 increases, 50 and the maximum deflection amount? Max in accordance with the length L of the entire rear rods 50 and Equation (1).

본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.The present invention has the following effects.

첫째, 확공기를 이용한 수평 굴착시, 암분을 효율적으로 배출하면서도 스크류 날개의 무게와 마찰력을 줄일 수 있고 제작 단가를 낮출 수 있다. First, in horizontal excavation using reamer, it is possible to reduce the weight and frictional force of the screw blade and to reduce the manufacturing cost while discharging ash efficiently.

둘째, 스크류 날개의 직경을 구하는 방법을 제공한다. Second, a method for obtaining the diameter of a screw blade is provided.

도 1(a) ~ 1(c)는 공압식 다중해머 확공기를 이용한 수평방향 암반 굴착 및 그에 따른 암분 배출을 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공압식 다중해머 확공기를 보여주는 정면도.
도 3a는 확공기 내부의 압축공기 흐름을 보여주는 단면도.
도 3b는 확공기에 의한 암반 굴착시 암분이 후방으로 배출되는 것을 보여주는 단면도.
도 4는 확공기에 연결된 후방 로드와 스크류 날개를 보여주는 정면도.
도 5는 스크류 날개의 변형예를 보여주는 정면도.
도 6은 수치해석 대상인 드릴링 로드의 체결 구조를 보여주는 단면도.
도 7은 드릴링 로드의 처짐을 수치해석하기 위한 하중, 구속조건, 로드 조인트의 구조를 보여주는 도면.
도 8은 로드의 길이에 따른 최대 처짐량을 보여주는 그래프.
도 9는 로드의 직경이 73mm인 경우에 로드의 개수(길이)에 따른 처짐량을 각각 보여주는 도면.
도 10은 로드의 직경이 114mm인 경우에 로드의 개수(길이)에 따른 처짐량을 각각 보여주는 도면.
도 11은 로드의 길이에 따른 스크류 날개의 직경을 보여주는 그래프.
FIGS. 1 (a) to 1 (c) are cross-sectional views illustrating horizontal rock excavation using pneumatic multiple hammer ream, and resulting debris discharge.
2 is a front view showing a pneumatic multi-hammer reamer according to a preferred embodiment of the present invention;
Figure 3a is a cross sectional view showing the compressed air flow inside the re-air.
FIG. 3B is a cross-sectional view showing that the rock is discharged to the rear during rock excavation by reamer. FIG.
4 is a front view showing the rear rods and screw wings connected to the reamer.
5 is a front view showing a modification of the screw blade.
6 is a cross-sectional view showing a fastening structure of a drilling rod which is a numerical analysis target;
Fig. 7 is a view showing a load, a restraint condition, and a structure of a rod joint for numerically analyzing deflection of a drilling rod; Fig.
8 is a graph showing the maximum deflection amount along the length of the rod.
Fig. 9 is a view showing the amount of deflection according to the number of rods (length) when the diameter of the rod is 73 mm; Fig.
Fig. 10 is a view showing deflection amounts depending on the number (length) of rods when the diameter of the rods is 114 mm; Fig.
11 is a graph showing the diameter of a screw blade according to the length of the rod;

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely examples of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations are possible.

1. 확공기의 구성1. Configuration of reamer

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공압식 다중해머 확공기를 보여주는 정면도이다.2 is a front view showing a pneumatic multi-hammer reamer according to a preferred embodiment of the present invention.

도면에 나타난 바와 같이, 확공기(100)는 몸체(10)와, 몸체(10)에 설치된 해머(20)와, 몸체(10)의 선단에 연결된 구동 로드(5)와, 몸체(10)의 후단에 연결된 후방 로드(50) 및, 후방 로드(50)의 외주면에 결합된 스크류 날개(60)를 포함한다.As shown in the drawing, the reamer 100 includes a body 10, a hammer 20 provided on the body 10, a driving rod 5 connected to the front end of the body 10, A rear rod 50 connected to the rear end, and a screw blade 60 coupled to the outer circumferential surface of the rear rod 50. [

상술한 바와 같이, 확공기(100)는 지반(암반 포함)을 수평 방향으로 굴착하는 경우에 이용되는데, 본 명세서에서 '수평 방향 굴착'은 수학적인 의미에서의 수평 방향 굴착 뿐만 아니라, 확공기를 이용한 굴착시 후방 로드가 아래로 쳐지게 되는 방향으로의 굴착을 의미한다. As described above, the reamer 100 is used in the horizontal excavation of a ground (including a rock), in which 'horizontal excavation' refers not only to horizontal excavation in a mathematical sense, This means excavation in the direction in which the rearward rod is struck down when used.

몸체(10)는 구동로드(5)에 연결되어 소정의 회전속도(R.P.M.)로 회전된다. 구동로드(5)는 몸체(10)를 전방 쪽으로 당기면서 회전시킨다.The body 10 is connected to the driving rod 5 and rotated at a predetermined rotation speed R.P.M. The driving rod 5 pulls the body 10 forward and rotates.

몸체(10)의 후단에는 후방 로드(50)가 연결되어 있는데, 후방 로드(50)는 해머(20)의 작동을 위한 압축공기를 몸체(10)에 공급한다. 그리고, 후방 로드(50)의 외주면에는 스크류 날개(60)가 결합되어 있다.A rear rod 50 is connected to the rear end of the body 10 and the rear rod 50 supplies compressed air for operation of the hammer 20 to the body 10. [ A screw blade (60) is coupled to the outer circumferential surface of the rear rod (50).

후방 로드(50)를 통해서 공급된 압축공기는 해머(20)를 전,후방으로 왕복이동시켜 암반을 굴착할 수 있도록 한다. 도 3a의 붉은 색 점선과 화살표는 확공기 내부에서 압축공기의 흐름을 나타낸다. The compressed air supplied through the rear rod (50) allows the hammer (20) to reciprocate forward and backward to excavate the rock mass. The red dotted lines and the arrows in FIG. 3A indicate the flow of compressed air inside the reamer.

해머(20)의 작동에 사용된 압축공기는 해머비트에 형성된 배출공(21)을 통해 막장으로 배출된 후, 도 3b에 나타난 바와 같이 플러싱 채널(30)을 통해서 후방으로 배출된다. 플러싱 채널(30)은 몸체(10)를 관통하도록 몸체(10)의 길이방향을 따라 형성된다. The compressed air used for the operation of the hammer 20 is discharged to the cover through the discharge hole 21 formed in the hammer bit, and then discharged backward through the flushing channel 30 as shown in FIG. 3B. The flushing channel 30 is formed along the longitudinal direction of the body 10 so as to penetrate through the body 10.

구동로드(5)에 의한 몸체(10)의 회전, 후방 로드(50)를 통한 압축공기의 공급, 압축공기에 의한 해머(20)의 작동 및, 플러싱 채널(30)을 통한 후방으로의 암분 배출 등은 통상적인 확공기의 구성이고 당업자에게 잘 알려져 있으므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.The rotation of the body 10 by the drive rod 5, the supply of the compressed air through the rear rod 50, the operation of the hammer 20 by the compressed air, and the discharge of the ash back through the flushing channel 30 And the like are well known to those skilled in the art, so a detailed description thereof will be omitted here.

후방 로드(50)는 몸체(10)의 후단에 결합되어 있고, 이에 따라 몸체(10)와 함께 회전된다. 몸체(10)와 후방 로드(50)의 결합은 공지의 커플러(도면에 미도시)에 의해서 이루어진다. 상기 커플러는 몸체(10)와 후방 로드(50)를 결합시킬 뿐만 아니라, 몸체(10)의 회전력을 후방 로드(50)에 전달한다. The rear rod 50 is coupled to the rear end of the body 10 and is thus rotated together with the body 10. The coupling of the body 10 and the rear rod 50 is performed by a known coupler (not shown). The coupler not only connects the body 10 and the rear rod 50 but also transmits the rotational force of the body 10 to the rear rod 50.

후방 로드(50)는 그 내부가 비어있는 중공관으로서, 그 양단부는 이웃하는 후방 로드(50)와 결합될 수 있다. 따라서, 확공기(100)의 굴착 거리가 길어지면 후방 로드(50)가 서로 결합되어 지상까지 연장될 수 있다. 후방 로드(50)가 몸체(10)에 연결된 경우, 수평 굴착시 후방 로드(50)는 아래로 처지게 되는데, 그 처짐량은 후방 로드(50)의 전체 길이가 길어질수록 그리고, 후방 로드(50)의 직경이 작을수록 커지게 된다. The rear rod 50 is a hollow tube whose inside is hollow, and both ends thereof can be engaged with the neighboring rear rod 50. Accordingly, when the excavation distance of the reamer 100 becomes long, the rear rods 50 can be coupled to each other and extend to the ground. When the rear rod 50 is connected to the body 10, the rear rod 50 is sagged downward at the time of horizontal excavation. The amount of deflection becomes larger as the entire length of the rear rod 50 becomes longer, The smaller the diameter, the larger the diameter.

후방 로드(50)의 외주면에는 스크류 날개(60)가 나선 형상으로 후방 로드(50)의 길이방향을 따라 연속적으로 결합된다. 스크류 날개(60)는 후방 로드(50)와 함께 회전된다. 따라서, 구동로드(5)의 회전력에 의해서 몸체(10)가 회전되면 후방 로드(50) 및 스크류 날개(60)가 함께 회전되면서 암분을 후방으로 배출시킨다. On the outer circumferential surface of the rear rod (50), a screw blade (60) is continuously engaged along the longitudinal direction of the rear rod (50) in a spiral shape. The screw blade (60) is rotated together with the rear rod (50). Therefore, when the body 10 is rotated by the rotational force of the driving rod 5, the rear rod 50 and the screw blade 60 are rotated together to discharge the female parts backward.

압축공기에 의해 후방으로 배출되는 암분은 몸체(10) 후방 1~2m 지점, 정확하게는 몸체(10) 후방 1.5m 부터 쌓이기 시작하므로, 스크류 날개(60)는 몸체(10) 후방 1~2m 지점부터 설치될 수도 있다. 도 2에서 g는 몸체(10) 후단과 스크류 날개(60)의 시작점 사이의 거리를 나타낸다. 이러한 구성은 스크류 날개(60)의 무게를 감소시키고 회전력 감소를 줄이며, 제작 단가를 낮출 수 있다는 장점이 있다. Since the ash discharged from the rear side of the body 10 starts to accumulate at a distance of 1 to 2 m from the rear of the body 10 and more precisely from 1.5 m to the rear of the body 10, May be installed. 2, g represents the distance between the rear end of the body 10 and the starting point of the screw blade 60. This configuration has the advantage that the weight of the screw vane 60 can be reduced, the torque reduction can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.

도 4에 나타난 바와 같이, 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 후방로드(50)의 직경과 스크류 날개 자체의 폭(W)을 합친 것으로서, 후방 로드(50)의 직경은 일정하지만 스크류 날개 자체의 폭(W)이 후방으로 갈수록 작아지므로 직경(Dsc)도 후방으로 갈수록 작아진다. 이것은 후방 로드(50)의 처짐량이 후방으로 갈수록 커진다는 점과 암분이 터널의 하부에 쌓이게 된다는 점에 착안하여 스크류 날개(60)의 직경(Dsc), 정확하게는 스크류 날개 자체의 폭(W)을 후방으로 갈수록 작게 하여도 암분을 효율적으로 배출할 수 있기 때문이다. 직경(Dsc)을 후방으로 갈수록 작게 만들면 그만큼 스크류 날개(60)의 하중이 작아지므로 회전력 손실이 줄어든다. 4, the diameter D sc of the screw blade 60 is the sum of the diameter of the rear rod 50 and the width W of the screw blade itself. Even though the diameter of the rear rod 50 is constant, Since the width W of the wing itself becomes smaller toward the rear, the diameter D sc becomes smaller toward the rear as well. This is because the diameter D sc of the screw blade 60 and the width W of the screw blade itself are set to be large in consideration of the fact that the amount of deflection of the rear rod 50 increases toward the rear side and the arm portion is accumulated in the lower portion of the tunnel. The female part can be efficiently discharged even if the distance is reduced toward the rear. If the diameter D sc is made smaller toward the rear side, the load of the screw vane 60 becomes smaller, thereby reducing the torque loss.

도 4에 나타난 바와 같이, 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 계단식으로 줄어든다. 즉, 하나의 후방 로드(50)에 결합된 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 동일하되, 이웃하는 후방 로드(50)에 결합된 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)과는 차이가 있다. 따라서, 후방 로드(50)가 이웃하는 후방 로드(50)와 연결되는 부분에는 계단턱(62)이 형성된다(도 4는 후방 로드의 연결 부분을 확대하여 보여준다). As shown in Fig. 4, the diameter D sc of the screw vane 60 is reduced stepwise. That is, of the screw blade (60) coupled to one of the rear rod 50 diameter (D sc) is the diameter (D sc) of the screw blade (60) coupled to the rear rod 50 which, but the same, neighbor There is a difference. Accordingly, a stepped step 62 is formed at a portion where the rear rod 50 is connected to the neighboring rear rod 50 (FIG. 4 is an enlarged view of the connecting portion of the rear rod).

이에 비해, 도 5는 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)이 점차적으로 변하는 구조를 보여준다. 즉, 동일한 후방 로드(50)에서 스크류 날개(60)는 좌측 단부에서 우측 단부로 갈수록 그 직경이 점차적으로 줄어든다. 따라서, 후방 로드(50)의 양측 단부에는 계단턱(62)이 없다. 그리고, 아래의 수학식 1, 2에 의해서 계산된 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 후방 로드(50)의 중앙 부분의 직경에 해당된다. In contrast, FIG. 5 shows a structure in which the diameter D sc of the screw vanes 60 gradually changes. That is, in the same rear rod 50, the diameter of the screw blade 60 gradually decreases from the left end to the right end. Therefore, the stepped jaws 62 are not provided at the both side ends of the rear rod 50. The diameter D sc of the screw blade 60 calculated by the following equations (1) and (2) corresponds to the diameter of the central portion of the rear rod 50.

한편, 본 발명은 곡선 궤도의 터널을 굴착하는 데에도 적용될 수 있다. 본 출원인은 곡선 궤도 터널을 굴착하는데 효과적으로 사용될 수 있는 확공기를 연구 개발한 바 있고, 이를 대한민국 특허등록 제1677278호 "곡선 궤도로 굴착이 가능한 확공기 및, 이를 이용한 확공 방법"으로 등록받은 바 있다. 상기 특허등록 제1677278호에 개시된 내용은 본 명세서에 포함된다. The present invention can also be applied to excavating tunnels of curved trajectories. The present applicant has researched and developed a reamer which can be effectively used for excavating a curved orbit tunnel, and has been registered as a Korean Patent Registration No. 1677278 entitled " Reamer capable of excavating in a curved orbit, and a reaming method using the reamer " . The contents disclosed in the above-mentioned Patent Registration No. 1677278 are included in this specification.

상기 등록된 특허발명은 해머 비트들 중의 일부가 확공기 몸체 보다 측방향으로 돌출된 구조를 갖거나 확공기 몸체가 후방으로 갈수록 그 직경이 감소하는 구조를 갖는데, 이러한 구조는 곡선 궤도를 확공하는데 효과적이다. The registered patent invention has a structure in which some of the hammer bits are protruded laterally from the reamer body, or the diameter of the reamer body decreases as the reamer body is moved backward. This structure is effective in expanding the curved track to be.

곡선 궤도를 굴착하는 경우, 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 직선 궤도인 경우보다 작은 것이 바람직한데, 이것은 직경(Dsc)이 크면 곡선 궤도 굴착시 터널 측벽이나 천정에 닿을 수도 있기 때문이다. It is desirable that the diameter D sc of the screw blade 60 be smaller than that of the linear orbit when the curved orbit is excavated because the larger diameter D sc may touch the tunnel sidewall or the ceiling at the time of excavation of the curve orbit to be.

구체적으로, 곡선 궤도인 경우에는 직선 궤도인 경우 보다 직경(Dsc)이 50mm ~ 250mm 정도 작고, 바람직하게는 100mm ~ 200mm 정도 작으며, 더욱 바람직하게는 130mm ~ 170mm 정도 작다. 이 점에 대해서는 아래에서 더 자세히 설명될 것이다. Specifically, in the case of a curved track, the diameter D sc is smaller by about 50 mm to 250 mm, preferably about 100 mm to 200 mm, and more preferably about 130 mm to 170 mm, as compared with the case of a straight track. This will be discussed in more detail below.

2. 스크류 날개의 직경 계산2. Calculation of diameter of screw blade

상술한 바와 같이, 후방 로드(50)는 중공형 관으로서, 일정한 길이를 갖는다. 그리고, 확공기(100)의 굴착 길이가 길어지면 그에 대응하여 후방 로드(50)를 하나씩 순차적으로 연결하여 지상까지 연장되도록 하여야 하고, 순차적으로 연결되는 후방 로드(50)의 스크류 날개(60)는 암분을 후방으로 효율적으로 배출할 수 있어야 한다. 이러한 조건 하에서 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)을 구하는 방법은 길이가 정해진 구조물 예를 들어, 일정한 길이의 보(beam)의 처짐을 구하고 이에 따라 철근량 등을 계산하는 방법과는 다르다. As described above, the rear rod 50 is a hollow tube and has a constant length. When the excavation length of the reamer 100 becomes long, the rear rods 50 are sequentially connected one by one to correspond to the excavation length, and the screw wings 60 of the rear rods 50, which are sequentially connected, It is necessary to be able to efficiently discharge the ash backward. The method of determining the diameter D sc of the screw blade 60 under these conditions is different from the method of calculating the deflection of a beam having a predetermined length, for example, a beam having a predetermined length, and calculating the amount of rebar or the like.

본 발명에서는 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)을 구하기 위해, 확공기(100)의 굴착 길이가 늘어남에 따라 확공기(100)에 추가로 연결되는 후방 로드(50)의 스크류 날개(60) 직경(Dsc)은 확공기에 연결된 전체 후방 로드(50)의 개수(길이)에 따른 최대 처짐량(δmax)과 아래의 수학식 1, 2를 이용하여 구하였다. In order to obtain the diameter D sc of the screw blade 60 according to the present invention, the screw blade 60 of the rear rod 50, which is further connected to the reamer 100 as the length of the reamer 100 is increased, The diameter D sc was obtained by using the maximum deflection amount? Max according to the number (length) of all the rear rods 50 connected to the reamer and the following equations (1) and (2).

아래에서는 이러한 계산 방법에 대해서 설명하기로 한다. The calculation method will be described below.

(1) 해석 조건(1) Analysis condition

본 발명에서는 후방 로드(50)의 처짐을 수치해석으로 계산하였다(물론, 후방 로드(50)의 처짐은 축소된 모형 실험 또는 실제 규모의 실험을 통해서도 구해질 수 있다). In the present invention, the deflection of the rear rod 50 is numerically calculated (of course, deflection of the rear rod 50 can also be obtained through a reduced model experiment or an actual scale experiment).

구체적으로, 아래 표 1과 같은 4개 모델의 드릴링 로드(스크류 날개가 없는 상태)를 대상으로 수치해석을 하였다. 상기 로드(50)는 다양한 사이즈로 제작되는 로드 중 실제 현장에 적용되고 있거나 적용 예정인 로드이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 로드(50)는 중공관이고 그 양단부에는 나사산(52)이 형성되어 있어 이웃하는 로드(50)와 나사 결합된다. Specifically, numerical analysis was carried out for four drilling rods (without screw blades) as shown in Table 1 below. The rod 50 is a load that is being applied or is to be applied to a real spot among the loads manufactured in various sizes. As shown in FIG. 6, the rod 50 is a hollow tube, and threaded portions 52 are formed at both ends of the hollow tube 50 to be screwed to the adjacent rod 50.

본 발명은 경량화를 통한 암분 배출이 목표이기 때문에, 과대 설계된 과하중 상태의 로드(50)와 스크류 날개(60)의 처짐 해석을 수행하면 스크류 날개(60)의 직경을 과소 평가하게 되어 암분 배출이 원활히 되지 않는 오류를 범할 수 있다. 따라서, 스크류 날개(60)가 터널 하부 지면에 확실히 닿을 수 있도록 보수적인 설계 방법을 적용하였다.Since the aim of the present invention is to reduce the weight of the screw blade 60, when the overloaded rod 50 and the screw blade 60 are subjected to deflection analysis, the diameter of the screw blade 60 is underestimated. Failure to do so can lead to errors. Therefore, a conservative design method is applied so that the screw vane 60 can be surely contacted with the bottom of the tunnel.

[표 1] 해석 대상인 드릴링 로드 사양 [Table 1] Specification of drilling rod to be analyzed

상기 로드(50)는 G105 Grade 드릴링 파이프이며, 재질은 27MrCo, 37CrMnMo, 42CrMo 등의 강재로 제작되고 있다. 즉, 일반 강재와 기계적 물성(mechanical properties)이 유사하기 때문에 수치 해석에서 영 계수(Young's modulus, E)는 210 GPa, 푸아송비(Poisson's ratio, ν)는 0.3을 적용하였다. The rod 50 is a G105 Grade drilling pipe, and is made of steel such as 27MrCo, 37CrMnMo, and 42CrMo. In other words, the Young's modulus (E) is 210 GPa and Poisson's ratio (ν) is 0.3 in numerical analysis because of similar mechanical properties.

유한요소 해석에서 로드(50)에는 중력에 의한 자중만 작용하며, 이 때 중력가속도(g)는 9810 mm/s2 으로 설정하였다. 중력 가속도의 작용 방향은 도 7에서 -y 방향이다. In the finite element analysis, only the weight due to gravity acts on the rod 50, and the gravity acceleration (g) is set to 9810 mm / s 2 . The direction of action of the gravitational acceleration is -y direction in Fig.

실제 현장에서의 로드 거동에 가깝게 해석하기 위해, 도 7에 나타난 바와 같이, 확공기와 연결되는 로드(50)의 한쪽 끝은 3자유도(x, y, z축 병진운동)를 구속하였고, 반대편은 2자유도(y, z축 병진운동)를 구속하였다. 7, one end of the rod 50 connected to the reamer restrains 3 degrees of freedom (x, y, z axis translational motion), and the other end Constrained the two degrees of freedom (y, z translation).

로드(50)가 나사산에 의해 서로 체결되는 부분은 마주하는 면의 노드(node)들을 1D Rigid로 결합하여 x, y, z 방향 병진운동을 구속하였고, 나머지 맞물리는 부분은 서로 접촉(General Contact, 마찰계수=0.05)되도록 유한요소모델을 생성하였다.The portions where the rods 50 are fastened to each other by the threads join the nodes on the facing surfaces with the 1D rigid to restrain the translations in the x, y and z directions, Friction coefficient = 0.05).

(2) 해석 결과(2) Analysis result

로드(50)가 처짐으로 인해 터널 바닥에 닿을 때까지 로드 길이(로드 개수)를 증가시키면서 유한요소해석을 수행하였다. The finite element analysis was performed while increasing the load length (number of loads) until the rod 50 hit the bottom of the tunnel due to deflection.

도 8은 로드(50)의 연결 길이에 따른 최대 처짐량을 각 로드 타입별로 보여준다. 도 8에 나타난 바와 같이, 로드(50) 길이(로드의 개수)가 증가할수록 최대 처짐이 급격하게 증가하였고, 로드 직경이 작을수록 동일한 길이에서 더 많은 처짐이 발생하였다. 8 shows the maximum deflection amount according to the connection length of the rod 50 for each rod type. As shown in FIG. 8, the maximum deflection increased sharply as the length of the rod 50 (the number of the rods) was increased, and as the rod diameter was smaller, more deflection occurred at the same length.

한편, 확공기의 크기는 직경 650mm, 직경 900mm(총 2가지 타입)이므로, 73(2-7/8"), 89(3-1/2"), 114(4-1/2"), 140(5-1/2")의 로드는 그 연결된 개수가 각각 8, 6, 5, 4개 이상이면 처짐으로 인해 로드 중심부(최대 처짐 발생 위치)가 터널바닥에 닿게 됨을 알 수 있다. Since the size of the reamer is 650 mm in diameter and 900 mm in diameter (total of 2 types), 73 (2-7 / 8 "), 89 (3-1 / 2"), 114 (4-1 / 2 " (5-1 / 2 ") is connected to the bottom of the tunnel due to sagging when the number of connected rods is 8, 6, 5, 4 or more, respectively.

아래의 표 2는 도 8의 그래프를 표로 정리한 것이다. Table 2 below shows the graph of FIG. 8 in a table.

[표 2] 각 로드 타입별 로드의 총 길이에 대한 최대 처짐량 [Table 2] Maximum deflection for the total length of the rod for each load type

Figure 112017059464538-pat00002
Figure 112017059464538-pat00002

도 9는 로드(50)의 직경이 73mm인 경우, 로드(50)가 1~8개 연결되었을 때의 처짐량을 각각 보여주는 도면이다. 그리고, 도 10은 로드(50)의 직경이 114mm인 경우, 로드가 1~5개 연결되었을 때의 처짐량을 각각 보여주는 도면이다. 9 is a view showing the amount of deflection when one to eight rods 50 are connected when the diameter of the rod 50 is 73 mm. 10 is a view showing the amount of deflection when 1 to 5 rods are connected when the diameter of the rod 50 is 114 mm.

(3) 스크류 날개의 직경 계산(3) Calculation of diameter of screw blade

스크류 날개(60)의 적정한 직경(Dsc)을 제안하기 위하여, 굴착되는 터널의 직경은 확공기의 직경과 동일하다고 가정하였다. 예를 들어, 직경 650mm 확공기로 굴착하는 경우에는 터널 직경도 650mm로 가정하였다. In order to propose the proper diameter D sc of the screw blade 60, it is assumed that the diameter of the tunnel to be excavated is equal to the diameter of the reamer. For example, when excavating with a 650 mm diameter reamer, the tunnel diameter is assumed to be 650 mm.

스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 터널 직경에서 최대 처짐량의 두 배를 감한 후, 곡선굴착을 위한 스크류 보정값(터널면과의 유격)을 추가로 차감하였다(아래의 수학식 1 참조). 스크류 보정값(Ccurve)은 곡선 궤도의 곡률과 터널 직경 등에 따라 결정되는데, 대략 50mm ~ 250mm이고, 바람직하게는 100mm ~ 200mm이며, 더욱 바람직하게는 130mm ~ 170mm이다. 그리고, 만약 굴착 궤도가 직선인 경우에는 스크류 보정값(Ccurve)이 0이다. 하지만, 대부분의 소규모 유틸리티 터널공사는 곡률이 있기 때문에 대부분의 경우에 스크류 보정값(Ccurve)을 입력하는 것이 바람직하다.The diameter D sc of the screw vane 60 was further subtracted from the screw correction value (clearance with the tunnel surface) for curved excavation after subtracting twice the maximum deflection amount in the tunnel diameter (see Equation 1 below) ). The screw correction value (C curve ) is determined according to the curvature of the curved track, the tunnel diameter, etc., and is approximately 50 mm to 250 mm, preferably 100 mm to 200 mm, and more preferably 130 mm to 170 mm. And, if the excavation trajectory is a straight line, the screw correction value (C curve ) is zero. However, most small utility tunnel works have a curvature, so in most cases it is desirable to enter a screw correction value (C curve ).

직경(Dsc)의 최소값 즉, 최소 직경(Dsc_min)은 암분 배출을 위해서 최소한으로 필요한 스크류 날개 자체의 폭(W=스크류 날개의 직경-로드 직경)을 로드 직경에 더한 값을 적용하였다(아래의 수학식 2 참조).Diameter (D sc) the minimum value that is, the minimum diameter (D sc_min) of the order of rock flour discharge of the minimum required screw blade itself width - was applied to the sum of the (W = screw wings diameter rod diameter) of the rod diameter (below (2) "

[수학식 1][Equation 1]

Dsc = Dt - δmax×2 - Ccurve D sc = D t - 隆max 2 - C curve

Dsc : 스크류 날개(60)의 직경D sc : Diameter of the screw blade 60

Dt : 확공기에 의해서 굴착되는 터널의 직경D t : Diameter of the tunnel excavated by reamer

δmax : 로드(50)의 최대 처짐량max : maximum deflection amount of the rod (50)

Ccurve : 곡선 굴착시 터널 벽면과의 유격을 위한 보정값C curve : Correction value for clearance with tunnel wall during curve excavation

[수학식 2]&Quot; (2) "

Dsc_min = Dr + WD sc_min = D r + W

Dsc_min : 스크류 날개(60)의 최소 직경D sc_min : the minimum diameter of the screw blade 60

Dr : 로드(50)의 직경D r : diameter of the rod 50

W : 스크류 날개 자체의 폭. 대략 70mm ~ 130mm이고, 바람직하게는 100mm임.W : The width of the screw blade itself. About 70 mm to about 130 mm, and preferably about 100 mm.

아래의 표 3 ~ 6은 각각 73(2-7/8") 로드, 89(3-1/2") 로드, 114(4-1/2") 로드인 경우, 140(5-1/2") 로드인 경우, 로드의 개수(로드의 총 길이)에 따른 최대 처짐량과 스크류 날개의 직경을 나타낸 것이다. '최대처짐량만 고려한 스크류 직경'은 터널 직경에서 최대 처짐량의 두 배를 감하여 계산된 것으로서, 스크류 보정값(Ccurve)과 최소 직경(Dsc_min)이 고려되지 않은 것이다. Tables 3 to 6 below illustrate the case where the load is 140 (5-1 / 2) when the load is 73 (2-7 / 8 "), 89 (3-1 / 2""), It indicates the maximum deflection amount and the diameter of the screw blade according to the number of rods (total length of the rod). The screw diameter considering only the maximum deflection amount is calculated by subtracting twice the maximum deflection amount in the tunnel diameter. The screw correction value (C curve ) and the minimum diameter (D sc_min ) are not considered.

[표 3] 73(2-7/8") 로드의 스크류 직경 [Table 3] Screw diameter of 73 (2-7 / 8 ") rod

Figure 112017059464538-pat00003
Figure 112017059464538-pat00003

[표 4] 89(3-1/2") 로드의 스크류 직경 [Table 4] Screw diameter of 89 (3-1 / 2 ") rod

Figure 112017059464538-pat00004
Figure 112017059464538-pat00004

[표 5] 114(4-1/2") 로드의 스크류 직경 [Table 5] Screw diameter of 114 (4-1 / 2 ") rod

Figure 112017059464538-pat00005
Figure 112017059464538-pat00005

[표 6] 140(5-1/2") 로드의 스크류 직경 [Table 6] Screw diameter of 140 (5-1 / 2 ") rod

Figure 112017059464538-pat00006
Figure 112017059464538-pat00006

위와 같은 계산 결과를 참조하여 스크류 날개의 경량화가 가능하다. 예를 들어, 89(3-1/2″) 로드(표 4)의 1~3번째 후방 로드의 스크류 날개 직경을 450mm 정도로 설계하고, 4번째 후방 로드의 스크류 날개 직경은 Φ300, 5번째 로드부터는 스크류 날개 직경을 Φ189 mm 이상으로 설계하여 스크류 날개를 경량화할 수 있다. By referring to the above calculation results, it is possible to reduce the weight of the screw blades. For example, the diameter of the screw blade of the first to third rear rods of the 89 (3-1 / 2 ") rod (Table 4) is designed to be about 450 mm, the diameter of the screw blade of the fourth rear rod is Φ300, Screw blades can be designed to have a diameter of Φ189 mm or more to lighten the screw blades.

위 계산 결과를 그래프로 나타내면 도 11과 같다. 도 11에 나타난 바와 같이, 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 후방 로드(50)의 길이가 길어짐에 따라 감소하다가 일정한 값에 수렴한다. 상기 감소 구간은 수학식 1에 의해서 계산된 것이고, 상기 수렴 구간은 수학식 2에 의해서 계산된 것이다. The results of the above calculations are shown in FIG. 11 as a graph. 11, the diameter D sc of the screw blade 60 decreases as the length of the rear rod 50 becomes longer, and converges to a constant value. The decrease interval is calculated by Equation (1), and the convergence interval is calculated by Equation (2).

(4) 계산식 제안(4) Proposal of calculation formula

위 (2)(3)의 결과를 분석하여, 후방 로드(50)의 총 길이(L)에 따른 최대 처짐(δmax) 계산식을 아래와 같이 만들 수 있다. 아래 수학식 3에서 계수 A는 각각의 후방 로드 마다 다른 값을 가진다. The calculation of the maximum deflection (? Max ) according to the total length (L) of the rear rod (50) can be made as follows by analyzing the results of (2) and (3) In the following equation (3), the coefficient A has a different value for each rear load.

[수학식 3]&Quot; (3) "

δmax = A×L4 max = A x L 4

L : 로드(50)의 길이L: length of the rod 50

상기 수학식 3은 단면 형상이 일정한 보(beam)가 길이방향에 수직 방향으로 등분포하중(p)을 받을 때, 최대 처짐(중심부에서 발생)을 계산하는 수식을 기반으로 만들어졌다. 앞서 유한요소해석을 수행한 드릴링 로드는 조인트(체결 부)로 인해 단면형상이 일정하지 않으나, 조인트 길이가 전체 로드길이에 비해 매우 짧고 자중으로 인해 중력방향으로 거의 일정한 하중을 받고 있으므로 위의 수식을 적용 가능하다고 판단된다. Equation (3) is based on a formula for calculating the maximum deflection (occurring at the center) when a beam having a constant sectional shape receives a uniform distribution load p in the direction perpendicular to the longitudinal direction. Although the cross-sectional shape of the drilling rod is not constant due to the joint, the joint length is very short compared to the total length of the rod and the load is almost constant in the direction of gravity due to its own weight. It is considered applicable.

상기 수학식 3을 사용하여 각각의 로드에 대한 계수 값(A)을 계산하면 표 7과 같다. The coefficient value (A) for each load is calculated using Equation (3).

[표 7] 로드 길이에 따른 수학식 3의 계수(A) 값 [Table 7] Coefficient (A) value of Equation 3 according to the rod length

Figure 112017059464538-pat00007
Figure 112017059464538-pat00007

위 A의 값을 수학식 3에 대입하여 로드의 총 길이(L)에 따른 최대 처짐량을 계산하고, 이 최대 처짐량을 수학식 1에 대입하여 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)을 구할 수 있는데, 이렇게 구한 직경(Dsc)은 도 11에 점선 그래프(각 색깔별 점선 그래프)로 도시되어 있다. 도 11을 참조하면, 점선 그래프와 실선 그래프가 거의 일치함을 알 수 있다. The maximum deflection amount according to the total length L of the rod is calculated by substituting the value of the above A into the equation (3), and the diameter (D sc ) of the screw blade 60 can be obtained by substituting this maximum deflection amount into the equation The diameter D sc thus obtained is shown by a dotted line graph (a dotted line graph for each color) in FIG. Referring to FIG. 11, it can be seen that the dotted line graph and the solid line graph are almost the same.

위와 같이, 로드 규격(모델) 별로 처짐 해석을 수행하여 계수(A) 값을 알아내면 로드 길이(L)에 따른 최대 처짐량을 산정할 수 있으며, 이를 수학식 1, 2에 적용하면 모든 로드에 대해 스크류 날개 직경을 산출할 수 있다. As described above, when the deflection analysis is performed for each load specification (model) to determine the coefficient A, the maximum deflection amount according to the load length L can be calculated. Applying this to Equations 1 and 2, The diameter of the screw blade can be calculated.

3 : 암분 5 : 구동 로드
7, 50 : 후방 로드 1, 10 : 몸체
20 : 해머 21 : 배출공
30 : 플러싱 채널 60 : 스크류 날개
52 : 나사산 62 : 계단턱
100 : 수평방향 굴착용 공압식 다중해머 확공기
g : 몸체(10)의 후단과 스크류 날개(60)가 시작되는 지점 사이의 거리
Dsc : 스크류 날개(60)의 직경
Dt : 확공기(100)에 의해서 굴착되는 터널의 직경
δmax : 후방 로드(50)의 최대 처짐량
Ccurve : 곡선 굴착시 터널 벽면과의 유격을 위한 보정값
Dsc_min : 스크류 날개(60)의 최소 직경
Dr : 후방 로드(50)의 직경
W : 스크류 날개 자체의 폭
3: female part 5: drive rod
7, 50: rear rod 1, 10: body
20: Hammer 21: Exhaust hole
30: Flushing channel 60: Screw wing
52: thread 62: step jaw
100: Pneumatic multi-hammer reamer for horizontal excavation
g: distance between the rear end of the body 10 and the point where the screw blade 60 starts
D sc : diameter of the screw blade 60
D t is the diameter of the tunnel excavated by the reamer 100
? max : maximum deflection amount of the rear rod 50
C curve : Correction value for clearance with tunnel wall during curve excavation
D sc_min : the minimum diameter of the screw blade 60
D r : diameter of rear rod 50
W : Width of the screw blade itself

Claims (9)

몸체(10);
몸체(10)의 후단에 연결되어 몸체(10)와 함께 회전되는 후방 로드(50); 및,
후방 로드(50)의 외주면에 나선 형상으로 형성된 스크류 날개(60);를 포함하고,
수평 방향으로 지반 굴착시 후방 로드(50)는 아래쪽으로 쳐지게 되며,
스크류 날개(60)의 직경(Dsc)이 후방으로 갈수록 점차로 감소하거나 계단식으로 감소하되, 후방 로드(50)의 상기 처짐을 고려하여 터널 바닥 또는 터널 하부에 쌓인 암분을 후방으로 배출할 수 있는 직경(Dsc)을 갖고,
스크류 날개(60)의 직경(Dsc)이 아래의 식 1에 의해서 계산되는 것을 특징으로 하는, 수평방향 굴착용 공압식 다중해머 확공기.
[식 1]
Dsc = Dt - δmax×2 - Ccurve
Dt : 확공기에 의해서 굴착되는 터널의 직경
δmax : 후방 로드(50)의 최대 처짐량
Ccurve : 곡선 굴착시 터널 벽면과의 유격을 위한 보정값
A body 10;
A rear rod 50 connected to a rear end of the body 10 and rotated together with the body 10; And
And a screw blade (60) formed in a spiral shape on an outer peripheral surface of the rear rod (50)
When the ground excavation is performed in the horizontal direction, the rear rod 50 is struck downward,
The diameter D sc of the screw blade 60 gradually decreases or decreases stepwise as it goes backward, but the diameter of the screw blade 60 is set to a diameter that allows the debris accumulated at the bottom of the tunnel or at the bottom of the tunnel to be discharged backward (D sc )
Characterized in that the diameter (D sc ) of the screw blade (60) is calculated by the following equation (1).
[Formula 1]
D sc = D t - 隆max 2 - C curve
D t : Diameter of the tunnel excavated by reamer
? max : maximum deflection amount of the rear rod 50
C curve : Correction value for clearance with tunnel wall during curve excavation
제1항에 있어서,
구동 로드(5)를 포함하고, 구동 로드(5)는 몸체(10)의 선단에 연결되어 몸체(10)를 당기면서 회전시키고, 후방 로드(50)는 몸체(10)에 압축공기를 공급하며,
몸체(10)에 설치된 다수 개의 해머(20)는 압축공기에 의해서 왕복이동하면서 전방의 암반을 타격하며, 압축공기는 해머(20)를 구동시킨 후 후방으로 배출되면서 암분을 몸체(10)의 후방으로 배출하고, 후방으로 배출된 암분은 스크류 날개(60)에 의해서 지상으로 배출되는 것을 특징으로 하는, 수평방향 굴착용 공압식 다중해머 확공기.
The method according to claim 1,
The driving rod 5 is connected to the front end of the body 10 to rotate the body 10 while pulling the body 10 and the rear rod 50 supplies compressed air to the body 10 ,
The plurality of hammers 20 installed on the body 10 are reciprocated by the compressed air to strike the front rocks. The compressed air is discharged to the rear after driving the hammers 20, , And the ash discharged to the rear is discharged to the ground by the screw blade (60).
제2항에 있어서,
해머(20)의 해머비트 중에서 일부가 몸체(10) 보다 측방향으로 돌출되도록 설치되거나 몸체(10)가 후방으로 갈수록 그 직경이 작아지도록 형성된 것을 특징으로 하는, 수평방향 굴착용 공압식 다중해머 확공기.
3. The method of claim 2,
Wherein a part of the hammer bit of the hammer is formed so as to protrude laterally from the body or the diameter of the body is smaller as the body is rearward. .
제2항에 있어서,
상기 압축공기에 의해 후방으로 배출되는 암분은 몸체(10)의 후단에서부터 소정 거리만큼 이격된 곳에 쌓이게 되고, 이에 따라 스크류 날개(60)는 몸체(10)의 후단에서 1m ~ 2m의 후방에서부터 후방 로드(50)에 형성된 것을 특징으로 하는, 수평방향 굴착용 공압식 다중해머 확공기.
3. The method of claim 2,
The screw blades 60 are arranged at a distance of 1 m to 2 m from the rear end of the body 10 to the rear side of the rear side of the body 10, (50), the pneumatic multi-hammer reamer for horizontal excavation.
삭제delete 제1항에 있어서,
스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 후방으로 갈수록 감소하다가 일정한 값으로 수렴하고, 스크류 날개(60)의 최소 직경인 상기 수렴 값은 아래의 식 2에 의해서 계산되는 것을 특징으로 하는, 수평방향 굴착용 공압식 다중해머 확공기.
[식 2]
Dsc_min = Dr + W
Dsc_min : 스크류 날개(60)의 최소 직경
Dr : 후방 로드(50)의 직경
W : 스크류 날개 자체의 폭(70mm ~ 130mm)
The method according to claim 1,
The diameter D sc of the screw blade 60 decreases toward the rear and converges to a constant value and the convergence value that is the minimum diameter of the screw blade 60 is calculated by the following equation Pneumatic multiple hammer ream for directional excavation.
[Formula 2]
D sc_min = D r + W
D sc_min : the minimum diameter of the screw blade 60
D r : diameter of rear rod 50
W : The width of the screw blade itself (70mm ~ 130mm)
(a) 후방 로드(50)의 개수 또는 후방 로드(50)가 연결된 전체 길이(L)에 따른 후방 로드(50)의 최대 처짐량(δmax)을 각각 구하는 단계; 및,
(b) 상기 최대 처짐량(δmax)과 아래의 식 1을 이용하여 후방 로드(50)에 결합된 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)을 계산하는 단계;를 포함하고,
확공기(100)는 지반을 수평방향으로 굴착하며, 상기 후방 로드(50)는 확공기 몸체(10)의 후단에 연결되어 몸체(10)와 함께 회전되고 일정 길이를 가지며, 확공기(100)에 의한 천공 길이가 길어짐에 따라 후방 로드(50)의 후단에는 또 다른 후방 로드(50)가 연결되며,
후방 로드(50)의 외주면에는 스크류 날개(60)가 나선형으로 형성되고, 스크류 날개(60)는 확공기의 굴착으로 발생된 암분을 후방으로 이동시켜 지상으로 배출하며,
상기 (a) 단계는 스크류 날개(60)가 없는 상태에서 후방 로드(50)의 최대 처짐량(δmax)을 구하고,
확공기(100)의 굴착 길이가 늘어남에 따라 확공기(100)에 추가로 연결되는 후방 로드(50)에 결합된 스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 확공기에 연결된 전체 후방 로드(50)의 개수 또는 전체 후방로드(50)의 길이(L)에 따른 최대 처짐량(δmax)과 아래의 식 1을 이용하여 연산되는 것을 특징으로 하는, 스크류 날개의 직경을 구하는 방법.
[식 1]
Dsc = Dt - δmax×2 - Ccurve
Dt : 확공기에 의해서 굴착되는 터널의 직경
δmax : 후방 로드(50)의 최대 처짐량
Ccurve : 곡선 굴착시 터널 벽면과의 유격을 위한 보정값
(a) obtaining the maximum deflection amount? max of the rear rod 50 according to the number of the rear rods 50 or the total length L of the rear rods 50; And
(b) calculating a diameter (D sc ) of the screw blade (60) coupled to the rear rod (50) using the maximum deflection amount (? max )
The rear wing 50 is connected to the rear end of the reefer body 10 and is rotated together with the body 10 to have a predetermined length, A further rear rod 50 is connected to the rear end of the rear rod 50,
A screw blade 60 is formed in a spiral shape on the outer circumferential surface of the rear rod 50. The screw blade 60 moves the arm portion generated by the excavation of the reamer backward,
In the step (a), the maximum deflection amount? Max of the rear rod 50 is obtained in a state in which the screw vane 60 is not present,
The diameter D sc of the screw vane 60 coupled to the rear rod 50 which is further connected to the reamer 100 as the excavation length of the reamer 100 increases, (50), or the maximum deflection amount (? Max ) according to the length (L) of the entire rear rod (50) and the following formula (1).
[Formula 1]
D sc = D t - 隆max 2 - C curve
D t : Diameter of the tunnel excavated by reamer
? max : maximum deflection amount of the rear rod 50
C curve : Correction value for clearance with tunnel wall during curve excavation
제7항에 있어서,
스크류 날개(60)의 직경(Dsc)은 후방으로 갈수록 감소하다가 일정한 값으로 수렴하고, 스크류 날개(60)의 최소 직경인 상기 수렴 값은 아래의 식 2에 의해서 계산되는 것을 특징으로 하는, 스크류 날개의 직경을 구하는 방법.
[식 2]
Dsc_min = Dr + W
Dsc_min : 스크류 날개(60)의 최소 직경
Dr : 후방 로드(50)의 직경
W : 스크류 날개 자체의 폭(70mm ~ 130mm)
8. The method of claim 7,
Wherein the diameter D sc of the screw blade 60 decreases toward the rear and converges to a constant value and the convergence value that is the minimum diameter of the screw blade 60 is calculated by the following equation 2: How to find the diameter of a wing.
[Formula 2]
D sc_min = D r + W
D sc_min : the minimum diameter of the screw blade 60
D r : diameter of rear rod 50
W : The width of the screw blade itself (70mm ~ 130mm)
제7항 또는 제8항에 있어서,
곡선 터널을 굴착하는 경우, Ccurve 는 100mm ~ 200mm인 것을 특징으로 하는, 스크류 날개의 직경을 구하는 방법.
9. The method according to claim 7 or 8,
Characterized in that, when excavating a curved tunnel, the C curve is from 100 mm to 200 mm.
KR1020170078396A 2017-06-21 2017-06-21 Reamer of pneumatic multiple hammer type for drilling horizontally having screw whose diameter decreases toward the rear and, methods for calculating the diameter KR101901381B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170078396A KR101901381B1 (en) 2017-06-21 2017-06-21 Reamer of pneumatic multiple hammer type for drilling horizontally having screw whose diameter decreases toward the rear and, methods for calculating the diameter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170078396A KR101901381B1 (en) 2017-06-21 2017-06-21 Reamer of pneumatic multiple hammer type for drilling horizontally having screw whose diameter decreases toward the rear and, methods for calculating the diameter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101901381B1 true KR101901381B1 (en) 2018-11-22

Family

ID=64557692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170078396A KR101901381B1 (en) 2017-06-21 2017-06-21 Reamer of pneumatic multiple hammer type for drilling horizontally having screw whose diameter decreases toward the rear and, methods for calculating the diameter

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101901381B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101307217B1 (en) * 2012-12-18 2013-09-11 차수익 Screw having exchangeable module type screw wing for excavating ground

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101307217B1 (en) * 2012-12-18 2013-09-11 차수익 Screw having exchangeable module type screw wing for excavating ground

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101132704B1 (en) Excavating bit structure available expands the hollow in the base rock
EP2407630A2 (en) Pipe umbrella drilling method
CN105888549B (en) A kind of boring BHA of km depth L-type pre grouting from the surface and bore process
CN108979653A (en) A kind of no soil cabin auger micro-disturbance construction shield machine and its working method
CN106014261A (en) Dth drilling machine discharging rock particles effectively and, drilling methods using the same
KR101901381B1 (en) Reamer of pneumatic multiple hammer type for drilling horizontally having screw whose diameter decreases toward the rear and, methods for calculating the diameter
CN112012751A (en) Precise excavation method for gentle slope inclined shaft
KR101514338B1 (en) Beat System of Hammer for Ground Excavation
KR101677278B1 (en) Reamer capable of excavating curved hole and, reaming methods using the same
JP6288895B1 (en) Pipe driving method
CN202300201U (en) Combined drill bit
KR101710582B1 (en) Reamer capable of discharging rock and rock particle collapsed from tunnel roof and, reaming methods using the same
JP2011021401A (en) Self-drilling anchor and earth and sand ground reinforcement method using the same
CN105737700A (en) Pot bottom shaped deep hole smooth bottom smooth blasting construction method applicable to vertical shaft
JP4184233B2 (en) Ground improvement body construction method and apparatus
CN110344767A (en) It is a kind of to be attached using centrifugal force and stable vertical shaft excavating equipment
FI126918B (en) Method for drilling a hole and a drill
CN218991503U (en) Small-aperture anchor cable anchoring hole reaming machine with symmetrically arranged blades
CN220015180U (en) Hard rock floor pipe curtain and pipe following construction device
CN214886838U (en) Drill rod guiding device for assisting impact rotary rock drill to complete grooving operation
CN217270010U (en) Blasthole drilling device and drilling system
JP2019044564A (en) Pipe driving method
CN212536917U (en) Underground pipeline laying device with soil discharging function
CN213982275U (en) Underground pipeline expanding structure
JP2003253982A (en) Annular excavator