KR102002525B1

KR102002525B1 - 수직구 외주면 굴착시스템

Info

Publication number: KR102002525B1
Application number: KR1020160158498A
Authority: KR
Inventors: 홍은수; 조계춘; 차요한; 박승형
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2019-07-22
Also published as: KR20170061092A; KR102059051B1; KR20190100125A; KR20170061093A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 수직구 외주면 굴착시스템은, 발전기를 포함하고, 상기 발전기를 통해 공압 및 유압을 발생시키는 동력시스템, 상기 동력시스템으로부터 전달된 상기 공압 및 유압을 이용하여 지반을 수직으로 굴착하는 수직구 외주면 굴착장치 및 상기 동력시스템과 상기 수직구 외주면 굴착장치를 연결하며, 상기 동력시스템 또는 상기 수직구 외주면 굴착장치를 제어하는 제어시스템을 포함하고, 상기 수직구 외주면 굴착장치는, 상기 지반에 형성될 수직구의 외주면을 굴착할 수 있다.

Description

수직구 외주면 굴착시스템{VERTICAL SHAFT RING CUT EXCAVATING SYSTEM}

본 발명은 수직구의 외주면을 굴착 할 수 있는 수직구 외주면 굴착시스템에 관한 것이다.

지하도로, 지하철, 지중 전력시설, 통신시설, 급수 및 배수 지하 공동구 시설에 필요한 수직 터널 건설은 산악지역을 제외하면 평균 깊이 20m ~ 50m 범위에 해당되며 지반깊이 20m ~ 30m 전후 암반 지반까지 지반보강용 가설공사를 선행 시공한 후 수직 굴착 공사와 수직 구조물 공사를 후속으로 작업해야 되는 환경이다.

국내 수직구 공사 중 굴착용 가설 작업은 일반적으로 수직 H형 강재 및 토류판 설치, 콘크리트 부어넣기 및 수평지지 보강용 띠장을 설치하여 굴착 중 지반의 붕괴 및 토압에 따른 굴착 및 구조물 시공에 선행공정으로 필요하여 가설작업 후 일부 해체 및 매립되고 있다.

그러나 이러한 건설 공법은 가설 구조물의 불안정성으로 인한 안정성 문제와 공사비 증가 문제가 있다. 수직구 굴착 중 가장 일반적인 안정성 문제는 지하수 문제인데, 특히 지하수위가 높은 도심지 충적층 지반에서 굴착 중 지하수 유출은 수직구 굴착공정의 시공성을 급격히 떨어뜨리고 지하수위 저하에 따른 광범위한 지반침하와 토립자 유출에 따른 수직구 주변지반의 국부적 지반침하를 유발한다.

특히 기반암에 수직 H형 강재의 근입 깊이가 부족한 경우, 앵커/띠장/버팀대(스트러트) 등에 문제가 생기는 경우 구조물 붕괴를 유발 할 수 있다.

기존의 수직구 굴착 및 시공 공법은, 가설 구조물 설치, 본공사(터널) 수행, 수직구 구조물 시공 순으로 시공이 이루어진다. 심도가 깊어지는 경우 토압의 증가로 인해 가설 구조물 설치에 많은 공사비가 소요되고, 도심지 지장물이 많은 곳에서는 시공성이 떨어지며 사고 발생 가능성이 높은 문제가 있다.

상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명은 구조물의 붕괴 위험이 없고, 주변 지반의 침하를 방지하면서 굴착할 수 있는 수직구 외주면 굴착시스템을 제공하고자 한다.

상기 수직구 외주면 굴착장치는, 지반에 삽입되어 지하수 또는 상기 지반의 유입을 막는 외부케이스, 상기 외부케이스와 연결되며, 내측으로부터 이격된 내부케이스, 상기 외부케이스와 상기 내부케이스 사이에 위치하는 프레임부, 상기 외부케이스에 연결되어 상기 프레임부를 회전시키는 회전장치 및 상기 프레임부 내부에 연결된 굴착장치를 포함할 수 있다.

상기 프레임부에 연결되며, 상기 프레임부를 가압하여 상기 외부케이스 및 내부케이스를 상기 지반에 삽입시킬 수 있는 가압장치를 더 포함할 수 있다.

상기 회전장치는, 상기 외부케이스 내측면에 설치되는 고정브라켓 및 상기 고정브라켓에 고정되고, 상기 프레임부와 연결되는 구동모터를 포함할 수 있다.

상기 회전장치는, 상기 프레임부를 0˚ 내지 ±45˚ 의 범위내로 회전시킬 수 있다.

상기 프레임부는, 상기 프레임부 내측면에 설치되어 상기 회전장치와 연결되고, 상기 내부케이스 상단에 위치하는 피니언기어를 포함할 수 있다.

상기 피니언기어는, 상기 프레임부 내측면을 따라 형성되고, 상기 프레임부 내측면의 1/4 이하의 길이로 형성될 수 있다.

상기 피니언기어는, 상기 프레임부 내측의 일면에 연결되는 제1 피니언기어 및 상기 제1 래크기어의 양단으로부터 이격되고, 상기 프레임부 내측의 타면에서 상기 제1 피니언기어와 마주보며 연결되는 제2 피니언기어를 포함할 수 있다.

상기 굴착장치는, 상기 프레임부로부터 상기 지반을 향하여 돌출될 수 있는 어쓰오거 및 암반해머를 포함하고, 상기 어쓰오거와 상기 암반해머는 서로 인접하게 설치될 수 있다.

상기 어쓰오거와 상기 암반해머 중 어느 하나가 상기 지반의 상태에 따라 선택되어 돌출될 수 있다.

상기 프레임부는, 복수개의 제1 프레임 및 제2 프레임을 포함하고, 상기 제1 프레임에는, 상기 굴착장치가 삽입되는 삽입부가 형성될 수 있다.

상기 프레임부는, 상기 외부케이스 및 상기 내부케이스와 마주하는 면에 각각 복수개의 볼베어링 또는 슬라이딩 패드 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 가압장치는, 상기 복수개의 제1 프레임 및 제2 프레임에 각각 설치될 수 있다.

상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임은 교호로 배치될 수 있다.

상기 외부케이스 및 상기 내부케이스는, 상기 지반과 닿는 부분에 연결되는 선단슈를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 외주면 굴착시스템은, 구조물의 붕괴 위험이 없고, 지하수 및 토사의 유입과 그로 인한 수직구 주변 지반의 침하를 방지하면서 수직구 외주면을 굴착할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 외주면 굴착시스템은, 가시설을 시공하지 않고 지반에 수직으로 굴착되는 수직구를 형성하므로 시공 속도가 크게 향상되고, 이에 따라 공사비가 크게 절감될 수 있다.

또한, 수직구 외주면 굴착, 라이닝 시공 또는 수직구 내부 굴착 중 어느 하나의 시공이 늦어지더라도 서로 영향을 받지 않고 각 공사를 진행 할 수 있어 시공성이 크게 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 외주면 굴착시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 수직구 외주면 굴착장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 수직구 외주면 굴착장치의 분리사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 수직구 외주면 굴착장치의 유압실린더부와 어쓰오거 부위를 잘라서 본 단면도이다.
도 5은 도 4에 도시된 "C"를 확대하여 나타낸 확대도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

또한, 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 외주면 굴착시스템을 나타낸 구성도이다.

도 1을 참고하면, 수직구 외주면 굴착시스템(1000)은 동력시스템(200), 제어시스템(300) 및 수직구 외주면 굴착장치(100)를 포함한다.

동력시스템(200)은 유압시스템(220), 에어컴프레셔(230) 및 유압시스템(220)과 에어컴프레셔(230)를 구동하기 위한 발전기(210)를 포함할 수 있다.

제어시스템(300)은 동력시스템(200)과 수직구 외주면 굴착장치(100)를 서로 연결하며, 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어시스템(300)은 수직구 외주면 굴착 상태를 측정하여, 에어컴프레셔(230) 또는 유압시스템(220)을 구동할 수 있다.

수직구 외주면 굴착장치(100)는 수직구의 외주면을 굴착하는 장치이다. 예를 들면, 수직구는 외주면과 내부를 나누어 각기 굴착될 수 있다. 수직구 내부는 굴착기로 굴착할 수 있다.

즉, 수직구 내부 굴착과 수직구 외주면 굴착은 별개로 진행되며, 이에 따라, 어느 하나의 시공이 늦어지더라도 서로 영향을 받지 않고 각 공사를 진행할 수 있다. 이를 통해, 수직구 외주면을 굴착하여 수직구 내부의 굴착 공사에 영향을 받지 않고 수직구 외주면에 라이닝(400, 도 2 참조)을 설치할 수 있다.

수직구 외주면 굴착장치(100)는 가시설을 시공하지 않고 지반을 수직으로 굴착할 수 있다. 이에 따라, 굴착된 수직구 외주면에 라이닝을 시공할 수 있으며, 시공성이 크게 향상된다. 또한, 가시설을 설치 및 해체하는 과정이 생략되므로 비용이 크게 절감되어 경제적으로 매우 우수하다.

수직구 외주면 굴착장치(100)는 연직도측정기(70), 회전장치(60), 가압장치(50, 이하 유압실린더) 및 굴착장치(40)를 포함할 수 있다.

수직구 외주면 굴착장치(100)는 제어시스템(300)을 매개로 동력시스템(200)과 연결된다. 이에 따라 수직구 외주면 굴착장치(100)는 제어시스템(300)에 의해 제어되어 작동된다.

굴착장치(40)는 유압시스템(220) 및 에어컴프레셔(230)와 연결될 수 있다. 예를 들면, 굴착장치(40)는 어쓰오거(earth augar, 42) 및 암반해머(rock hammer, 44)를 포함할 수 있다.

굴착장치(40)는 지반(500)의 상태에 따라 선택되어 지반(500)을 굴착할 수 있다. 어쓰오거(42)는 유압시스템(220)으로부터 전달되는 유압으로 작동할 수 있다. 암반해머(44)는 에어컴프레셔(230)와 연결되어 작동될 수 있다.

굴착장치(40)는 회전장치(60)의 회전에 의해 지반(500, 도 4 참조)을 굴착할 수 있다. 예를 들면, 연약지반의 경우에는 어쓰오거(42)의 회전에 의해서 지반(500)의 굴착이 이루어질 수 있다. 이 경우, 암반해머(44)는 지반(500)과 닿지 않도록 위치하게 된다. 암반해머(44)는 암반과 호박돌 등 단단한 지반(500)의 굴착에 사용될 수 있다.

연직도측정기(70)는 어쓰오거(42)와 암반해머(44)가 지반(500)과 수직하게 회전할 수 있도록 연직도를 측정할 수 있다. 연직도측정기(70)는 굴착장치(40)에 각각 연결될 수 있다. 연직도측정기(70)는 굴착장치(40)에서 측정된 정보를 제어시스템(300)에 전달한다.

예를 들면, 어쓰오거(42) 및 암반해머(44)로 이루어지는 굴착장치(40)는 지반(500)과 수직한 상태로 회전하게 되나, 지반(500)의 반력에 의해 굴착장치(40)는 기울어 질 수 있다. 이에 따라, 수직구 외주면 굴착장치(40)의 지반 굴착 능력이 저감될 수 있다. 따라서, 연직도측정기(70)를 통해 어쓰오거(42)와 암반해머(44)의 연직도를 측정하여 지반 굴착 능력이 저감되는 것을 방지할 수 있다.

가압장치(50, 이하 유압실린더)는 제어시스템(300)을 매개로 유압시스템(220)과 연결되어 있다. 유압시스템(220)은 라이닝(400) 또는 지상에 설치되는 지지부(미도시)와 연결되어 수직구 외주면 굴착장치(100)를 지반(500)을 향해 수직으로 가압한다. 예를 들면, 유압실린더(50)는 어쓰오거(42) 등으로 수직구 외주면 굴착장치(100)의 하부 지반이 굴착되어 공간이 형성되면, 수직구 외주면 굴착장치(100)를 공간으로 밀어넣어 수직구 외주면 굴착장치(100)를 지반(500)에 삽입시킨다.

굴착된 지반(500)은 암반해머(44) 또는 어쓰오거(42)에 의하여 배토 될 수 있다. 배토된 지반은 수직구 외주면 굴착장치(100) 내부로 배토되어 굴착되는 수직구 내부 토사와 함께 수직구 밖으로 배출될 수 있다.

수직구 외주면 굴착장치(100) 하부의 굴착면은 어쓰오거(42)를 통해서만 외기와 접할 수 있다. 즉, 수직구 외주면 굴착장치(100)의 하부 공간은 외기로부터 밀폐되어 있으며, 이에 따라, 예기치 못한 용출수 또는 지반 함몰이 발생할 수 있는 상황이 방지될 수 있다.

도 2는 도 1의 수직구 외주면 굴착장치를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 수직구 외주면 굴착장치의 분리사시도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 수직구 외주면 굴착장치(100)는 외부케이스(10), 내부케이스(20) 및 프레임부(30)를 포함할 수 있다. 수직구 외주면 굴착장치(100)는 전체적으로 원통 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 외부케이스(10), 내부케이스(20) 및 프레임부(30)는 복수개의 단위조각으로 분리될 수 있고, 복수개의 단위조각이 연결되어 조립되어 제작될 수 있다. 이러한 단위조각의 크기 및 개수는 지반에 굴착하는 수직구의 크기에 따라 변경될 수 있다.

수직구 외주면 굴착장치(100)는, 수직구의 굴착이 완료되고 해체할 수 있다. 이때 외부케이스(10)는 최종 굴착 후, 회수되지 않고 지반(500, 도 4 참조)에 묻힐 수 있다.

외부케이스(10)는 지반(500)에 수직으로 삽입되어 외부케이스(10) 내부로 지하수가 유입되거나 토사 붕괴를 방지할 수 있다.

이를 통해 주변지반의 침하를 방지할 수 있다. 예를 들면, 외부케이스(10)는 흙막이 역할을 하며 최종 굴착후 장비 해체시 회수되지 않고 지반(500)에 묻힐 수 있다.

내부케이스(20)는 외부케이스(10) 내측으로 이격되어 위치하고, 외부케이스(10)와 서로 연결될 수 있다. 이에 따라, 내부케이스(20)와 외부케이스(10) 사이에는 이격된 공간이 형성된다. 내부케이스(20)는 외부케이스(10)에 비해 길이가 짧게 형성된다. 다만, 내부케이스(20)는 외부케이스(10)와 지반에 삽입되는 하단부의 레벨은 동일하다. 내부케이스(20)는 수직구 외주면 굴착장치(100) 내부에 안전한 작업공간을 확보할 수 있다. 이에 따라, 수직구 내부에 남겨진 지반인 관내토의굴착이 가능하다.

프레임부(30)는 외부케이스(10)와 내부케이스(20) 사이에 위치하며, 외부케이스(10)와 내부케이스(20) 사이에 형성된 공간에 삽입될 수 있다.

프레임부(30)는 외부케이스(10)에 연결된 회전장치(60)에 의해 외부케이스(10)와 내부케이스(20) 사이를 회전할 수 있다. 즉, 외부케이스(10)와 내부케이스(20) 사이에 형성된 공간을 프레임부(30)가 회전하게 되며 회전경로가 형성된다.

지반(500)에 삽입되는 내부케이스(20)와 외부케이스(10)에는 수십톤의 토압이 작용될 수 있다. 따라서, 프레임부(30)가 회전할 때 가해지는 마찰력을 감소하기 위해, 프레임부(30) 외측면에는 테프론 재질(마찰계수가 강재의 1/5)의 슬라이딩패드(38a) 또는 볼베어링(38, 도 4 참조)이 연결될 수 있다. 복수개의 슬라이딩패드(38a) 또는 볼베어링(38, 도 4 참조)은 프레임부(30) 외측면에 이격되어 배열될 수 있다.

프레임부(30)는 외부케이스(10)와 내부케이스(20)에 마주하는 면이 외부케이스(10) 내면 및 내부케이스(20)의 외면을 따라 만곡지게 형성될 수 있다.

프레임부(30)는 복수개의 제1 프레임(31) 및 제2 프레임(32)을 포함할 수 있다. 즉, 프레임부(30)는 복수개의 제1 프레임(31)과 제2 프레임(32)이 서로 연결되어 이루어진다.

예를 들면, 제1 프레임(31)과 제2 프레임(32)은 각각 4개로 이루어질 수 있다. 다만, 이러한 제1 프레임(31) 및 제2 프레임(32)의 개수는 수직구의 크기에 따라 변화될 수 있다. 이하에서는 각각 4개의 제1 프레임(31) 및 제2 프레임(32)이 교호로 조립되어 프레임부(30)를 형성하는 것을 예로 들어 설명한다.

프레임부(30)에는 어쓰오거(42)와 암반해머(44)가 각각 삽입되는 삽입부(31a)가 형성될 수 있다. 어쓰오거(42)와 암반해머(44)는 서로 인접하도록 위치한다. 예를 들면, 프레임부(30)의 제1 프레임(31)에는 어쓰오거(42)와 암반해머(44)가 삽입되는 삽입부(31a)가 형성될 수 있다.

프레임부(30)에는 내측면의 상단에 복수개의 래크기어(37)가 연결될 수 있다. 복수개의 래크기어(37)는 서로 마주보며 프레임부(30) 내측면에 연결될 수 있다. 래크기어(37)를 통해 프레임부(30)의 결속력은 보다 향상될 수 있다.

래크기어(37)는 프레임부(30)의 1/4의 길이로 형성될 수 있다. 예를 들면, 래크기어(37)를 따라 프레임부(30)는 -45° 내지 +45°범위로 회전될 수 있다. 즉, 프레임부(30)는 좌우로 회전할 수 있다. 래크기어(37)는 2개의 제1 프레임(31)과, 제1 프레임(31) 사이에 배치된 제2 프레임(32) 내측면에 연결될 수 있다.

예를 들면, 래크기어(37)의 단부측에는 제1 프레임(31)에 형성된 삽입부(31a)가 위치할 수 있다. 이에 따라, 프레임부(30)의 좌우 회전에 의해서, 복수개의 래크기어(37)의 단부측에 위치하는 어쓰오거(42)와 암반해머(44)는 프레임부(30)의 외부케이스(10)와 내부케이스(20) 사이에 형성된 공간을 굴착할 수 있다. 보다 구체적으로, 프레임부(30)는 좌측으로 45°회전하면서 지반(500)을 굴착한뒤, 원위치로 복귀하고, 프레임부는(30)는 우측으로 45°회전하면서 지반(500)을 굴착할 수 있다.

래크기어(37)는 내부케이스(20) 내측면 상단에 위치할 수 있다. 예를 들면, 래크기어(37)는 내부케이스(20)의 상단에 지지될 수 있다. 이를 통해, 유압실린더(50)에 의해 압입되는 프레임부(30)는 유압실린더(50)로부터 전달되는 압입력을 내부케이스(20)에 전달하여 내부케이스(20)를 지반으로 압입시킬 수 있다.

외부케이스(10)에는 래크기어(37)와 맞물리는 회전장치(60)가 연결된다. 회전장치(60)는 프레임부(30) 및 내부케이스(20)와 이격되어 설치된다. 회전장치(60)는 구동모터(64)와 구동모터(64)가 연결되는 고정브라켓(62)을 포함할 수 있다.

고정브라켓(62)은 래크기어(37)의 중앙에 위치하고, 복수개가 형성될 수 있다. 구동모터(64)는 래크기어(37)에 맞물리는 피니언(미도시)을 포함한다. 전술한 바와 같이 구동모터(64)의 구동력이 피니언에 의해 래크기어(37)에 전달되어 래크기어(37)를 따라 회전하게 될 수 있다.

프레임부(30)에는 유압실린더(50)가 연결되며, 유압실린더(50)는 라이닝(400) 또는 지상에 설치될 지지대와 연결되어 프레임부(30)를 지반(500)을 향해 가압한다. 프레임부(30)를 가압하면, 내부케이스(20) 및 외부케이스(10)는 프레임부(30)와 같이 거동하여 지반(500)에 삽입된다. 다수의 유압실린더(50)는 수직구 외주면 굴착장치(100)가 수직하게 지반(500)에 삽입되도록 순차적으로 작동할 수 있다.

예를 들면, 내부케이스(20) 및 외부케이스(10)가 지반(500)에 가압되어 삽입되면, 주변지반에 의한 마찰로 인해 내부케이스(20) 및 외부케이스(10)의 외면에 수백톤의 압입력이 발생될 수 있다. 이 경우, 마찰을 최소화 하기 위해 지반(500)과 내부케이스(20) 및 외부케이스(10) 사이에 벤토나이트의 액상 충진재를 압입 충진할 수도 있다.

굴착장치(40)는 어쓰오거(42) 및 암반해머(44)를 포함할 수 있다. 어쓰오거(42)는 토사의 굴착에 사용되며, 암반해머(44)는 암반과 호박돌 등 단단한 지반(500)의 굴착에 사용될 수 있다. 어쓰오거(42) 및 암반해머(44)는 유압시스템(220, 도 1 참조) 및 에어컴프레셔(230, 도 1 참조)와 각각 연결되어 있으며, 지반(500)의 상태에 따라 취사 선택될 수 있다. 또한, 프레임부(30)로부터 연직 하향되면서 돌출되어 지반(500)을 굴착한 굴착장치(40)는 회전장치(60)에 의해 회전하면서 지반(500)을 굴착하게 된다.

예를 들면, 어쓰오거(42) 또는 암반해머(44)는 수직구 외주면 굴착장치(100)에 연결되어 지반(500)과 수직한 방향으로 돌출되며 지반(500)을 굴착할 수 있다. 또한, 회전장치(60)는 수직구 외주면 굴착장치(100)에 연결되어, 어쓰오거(42) 및 암반해머(44)를 수직구 외주면 굴착장치(100)에 형성되는 회전경로를 따라 회전시킬 수 있다.

이와 같이, 어쓰오거(42) 또는 암반해머(44)를 회전경로를 따라 회전시킴으로써, 회전경로 하부의 지반을 굴착할 수 있다. 결국, 수직구 외주면 굴착장치(100)는 어쓰오거(42) 또는 암반해머(44)의 수직 이동에 의한 굴착뿐 아니라, 어쓰오거(42) 또는 암반해머(44)의 회전에 의한 굴착이 가능하다.

어쓰오거(42) 및 암반해머(44)는 지반(500)의 상태에 따라 선택되어 지반(500)을 굴착하게 된다. 예를 들면, 연약지반의 경우에는 어쓰오거(42)의 회전에 의해서 지반(500)의 굴착이 이루어질 수 있다. 이 경우, 암반해머(44)는 지반(500)과 닿지 않도록 위치하게 된다.

어쓰오거(42) 및 암반해머(44)는 제1 프레임(31)에 형성된 삽입부(31a)에 삽입될 수 있다. 어쓰오거(42) 및 암반해머(44)는 지반(500)의 상태에 따라 제1 프레임(31)으로부터 연직방향으로 돌출되어 지반(500)을 굴착할 수 있다.

예를 들면, 어쓰오거(42)가 돌출된 상태에서, 회전장치(60)는 프레임부(30)를 회전시킴으로써, 어쓰오거(42)를 회전시킬 수 있다. 어쓰오거(42)의 회전력에 의해 지반(500)은 굴착된다. 또한, 어쓰오거(42)는 상하로 수직 이동하면서 지반(500)을 굴착할 수 있으며, 굴착된 토사를 외부로 배출할 수도 있다. 단단한 지반이 발견된 경우에는 돌출된 어쓰오거(42)를 제1 프레임(31)에 삽입하고, 암반해머(44)를 제1 프레임(31)으로부터 돌출시켜 단단한 지반을 파쇄할 수 있다. 이후, 암반해머(44) 또는 어쓰오거(42)를 회전시켜 다시 지반(500)을 굴착하게 된다.

도 4는 도 2에 도시된 수직구 외주면 굴착장치의 유압실린더부와 어쓰오거 부위를 잘라서 본 단면도이다.

도 2 및 도 4를 참고하면, 수직구 외주면 굴착시스템(1000)은 수직구 외주면 굴착과 수직구 내부의 굴착이 별개로 이루어질 수 있다.

수직구 외주면 굴착장치(100)는 수직구 외주면을 굴착하고, 지하수 유출 또는 토사의 붕괴를 막아 수직구 내부의 굴착이 이뤄질 수 있도록 내부에 작업공간을 확보할 수 있다. 내부케이스(20) 내부는 굴착기(600)로 굴착될 수 있다.

라이닝(400)은 수직구 외주면 굴착장치(100)에 의해 굴착되는 수직구 외주면에 설치될 수 있다. 라이닝(400)은 수직구 외주면 굴착장치(100)의 유압실린더(50)에 연결되어 설치될 수 있다.

예를 들면, 라이닝(400)은 프리캐스트 콘크리트일 수 있다. 라이닝(400)은 유압실린더(50)에 지지되고, 외부케이스(10)에 가이드되어 수직구 외주면 굴착장치(100) 위로 설치될 수 있다.

수직구 외주면 굴착, 라이닝(400)의 설치 및 수직구 내부 굴착은 서로 간섭되지 않아 별개로 진행될 수 있다. 이에 따라 어느 하나의 시공이 늦어지더라도 각 공사를 진행할 수 있어 수직구 굴착 및 라이닝(400) 시공의 공사기간을 크게 줄일 수 있다.

프레임부(30) 외측면에는 볼베어링(38)이 복수개가 설치되어 있으며, 프레임부(30)의 길이방향으로 이격 배치될 수 있다. 볼베어링(38)에 의해 외부케이스(10)와 내부케이스(20) 사이에서 프레임부(30)는 보다 용이하게 회전될 수 있다.

다만 프레임부(30) 외측면에는 마찰력을 줄이기 위해 복수개의 슬라이딩패드(38a, 도 3 참조)가 설치될 수 있다.

프레임부(30)의 어쓰오거(42) 및 암반해머(44)는 프레임부(30) 내부에 위치된 상태로, 유압실린더(50)는 프레임부(30)를 가압할 수 있다. 예를 들면, 복수개의 유압실린더(50)는 수직구 외주면 굴착장치(100)가 연직도를 유지하면서 지반(500)에 삽입될 수 있도록 순차적으로 작동할 수 있다.

따라서, 지반(500)에 삽입될 때, 저항을 줄이고 수직구 외주면 굴착장치(100)가 기울어질 경우 어쓰오거(42) 또는 암반해머(44)에 발생될 수 있는 손상을 방지하기 위해 어쓰오거(42) 및 암반해머(44)는 프레임부(30) 내측에 위치시키며 프레임부(30)를 가압시킨다.

어쓰오거(42) 및 암반해머(44)는 프레임부(30)의 가압이 끝나면, 이후 돌출되고 프레임부(30)는 회전하여 외부케이스(10)와 내부케이스(20) 사이의 지반(500)을 굴착하게 된다.

도 5은 도 4에 도시된 "C"를 확대하여 나타낸 확대도이다.

도 5를 참고하면, 외부케이스(10)와 내부케이스(20)는 단부에 연결되는 선단슈(80)를 포함할 수 있다.

유압실린더(50)는 프레임부(30)를 가압하여 프레임부(30) 및 내외부케이스(10)를 지반(500)으로 가압한다. 이때, 내부케이스(20) 및 외부케이스(10) 단부에 연결된 선단슈(80)는 지반(500)에 삽입되면서, 반력 및 마찰력을 감소시킬 수 있다.

즉, 단부의 면적이 작은 선단슈(80)에 가압력이 크게 작용하게 되어 보다 용이하게 지반(500)에 삽입되어 지반(500)으로부터 발생될 수 있는 반력을 줄이고, 쐐기 형상의 선단슈(80)를 따라 상대 이동하는 지반(500)에 공간이 생겨 내부케이스(20) 및 외부케이스(10)와의 마찰력이 감소될 수 있다.

선단슈(80)는 지반(500)을 단절시킬 수 있다. 예를 들면, 수직구 외주면 굴착장치(100)의 내부케이스(20) 및 외부케이스(10)에 의해 형성된 공간에 지반이 유입되며, 외부케이스(10)의 선단슈(80)는 지반을 수직구 외주면 굴착장치(100)의 주변지반과 단절시키고, 내부케이스(20)의 선단슈(80)는 지반(500)을 수직구 외주면 굴착장치(100)의 내부에 위치하는 주변지반과 단절시킬 수 있다. 이를 통해, 내부케이스(20) 및 외부케이스(10) 사이에 형성된 공간에 삽입된 지반(500)은 주변지반과 단절된 상태가 된다. 이를 통해, 어쓰오거(42) 및 암반해머(44)로 보다 용이하게 굴착할 수 있다.

선단슈(80) 내부에는 받침턱이 형성될 수 있다. 프레임부(30)의 하단부는 받침턱에 안착될 수 있다. 이에 따라 유압실린더(50)의 가압력은 프레임부(30)를 통해 내부케이스(20) 및 외부케이스(10)의 선단슈(80)에 전달될 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

10: 외부케이스 20: 내부케이스
30: 프레임부 31: 제1 프레임
32: 제2 프레임 31a: 삽입부
37: 래크기어 38: 볼베어링
38a: 슬라이딩 패드
40: 굴착장치 42: 어쓰오거
44: 암반해머 50: 유압실린더
60: 회전장치 62: 고정브라켓
64: 구동모터 70: 연직도측정기
80: 선단슈
100: 수직구 외주면 굴착장치 200: 동력시스템
210: 발전기 220: 유압시스템
230: 에어컴프레셔 300: 제어시스템
400: 라이닝 500: 지반
600: 굴착기 1000: 수직구 외주면 굴착시스템

Claims

발전기를 포함하고, 상기 발전기를 통해 공압 및 유압을 발생시키는 동력시스템;
상기 동력시스템으로부터 전달된 상기 공압 및 유압을 이용하여 지반을 수직으로 굴착하는 수직구 외주면 굴착장치; 및
상기 동력시스템과 상기 수직구 외주면 굴착장치를 연결하며, 상기 동력시스템 또는 상기 수직구 외주면 굴착장치를 제어하는 제어시스템
을 포함하고,
상기 수직구 외주면 굴착장치는,
상기 지반에 삽입되어 지하수 또는 상기 지반의 유입을 막으며 상기 지반과 닿는 부분에 연결된 선단슈를 가지는 외부케이스;
상기 외부케이스와 연결되며, 내측으로부터 이격되고 상기 지반과 닿는 부분에 연결된 선단슈를 가지는 내부케이스;
상기 외부케이스와 상기 내부케이스 사이의 내부 공간에 위치하는 프레임부;
상기 외부케이스에 연결되어 상기 프레임부를 회전시키는 회전장치; 및
상기 프레임부 내부 공간에 삽입 설치된 굴착장치
를 포함하고,
상기 프레임부는, 상기 프레임부 내측면에 설치되어 상기 회전장치에 회전가능하게 설치된 피니언 기어와 연결되고 상기 내부케이스 상단에 위치하는 래크기어
를 포함하는 수직구 외주면 굴착시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 프레임부에 연결되며, 상기 프레임부를 가압하여 상기 외부케이스 및 내부케이스를 상기 지반에 삽입시킬 수 있는 가압장치를 더 포함하는 수직구 외주면 굴착시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 회전장치는,
상기 외부케이스 내측면에 설치되는 고정브라켓; 및
상기 고정브라켓에 고정되고, 상기 프레임부와 연결되는 구동모터를 포함하는 수직구 외주면 굴착시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 회전장치는,
상기 프레임부를 0˚ 내지 ±45˚의 범위로 회전시키는 수직구 외주면 굴착시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 래크기어는,
상기 프레임부 내측면을 따라 형성되고, 상기 프레임부 내측면의 1/4 이하의 길이로 형성되는 수직구 외주면 굴착시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 래크기어는,
상기 프레임부의 내측면을 따라 서로 이격되어 설치되는 제1 래크기어와 제2 래크기어를 포함하고,
상기 제1 래크 기어와 상기 제2 래크기어는 서로 마주하도록 위치하는 수직구 외주면 굴착시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 굴착장치는,
상기 프레임부로부터 상기 지반을 향하여 돌출될 수 있는 어쓰오거 및 암반해머를 포함하고, 상기 어쓰오거와 상기 암반해머는 서로 인접하게 설치된 수직구 외주면 굴착시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 어쓰오거와 상기 암반해머 중 어느 하나가 상기 지반의 상태에 따라 선택되어 돌출되는 수직구 외주면 굴착시스템.
제 3항에 있어서,
상기 프레임부는,
복수개의 제1 프레임 및 제2 프레임을 포함하고,
상기 제1 프레임에는, 상기 굴착장치가 삽입되는 삽입부가 형성되는 수직구 외주면 굴착시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 프레임부는,
상기 외부케이스 및 상기 내부케이스와 마주하는 면에 각각 복수개의 볼베어링 또는 슬라이딩 패드 중 어느 하나를 포함하는 수직구 외주면 굴착시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 가압장치는,
상기 복수개의 제1 프레임 및 제2 프레임에 각각 설치되는 수직구 외주면 굴착시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임은 교호로 배치되는 수직구 외주면 굴착시스템.
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