KR102043364B1

KR102043364B1 - 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치

Info

Publication number: KR102043364B1
Application number: KR1020120080880A
Authority: KR
Inventors: 조계춘; 오태민
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2019-11-12
Also published as: KR20140014564A

Abstract

1. 기술분야
본 발명은 터널굴착 과정에서 발생하는 발파에 의한 충격 혹은 진동의 전파를 억제하기 위한 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 워터젯을 이용하여 터널 굴착 시 자유면을 형성하여 소음 및 진동을 억제하기 위한 워터젯 터널 굴착 장비를 제작함에 있어서 노즐이 자유면 안에서 절삭 진행 중 굴착 장비의 흔들림으로 인한 오차 및 노즐 훼손을 방지하고, 정확한 단면을 형성함으로써 발파 시 진동이 지표면으로 전파되지 않도록 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치에 관한 것이다.
2. 주요구성
본 발명의 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치는, 터널 굴착 단면에 다수의 분할된 굴착영역으로 설계되는 아치형의 굴착대상면으로 이동하는 이동수단을 구비한 굴착 차량; 상기 강판 상에 형성된 레일; 상기 레일을 따라 이동하면서 터널 자유면 절삭을 위하여 물과 혼합된 연마제의 분사를 위한 노즐부; 상기 노즐부에 연마제를 공급하는 펌프와 연결된 호스; 굴착대상면 상에 강판을 설치 및 고정 지지하는 붐대; 터널 굴착 단면으로 이동하는 이동수단을 구비하면서, 상기 붐대와 고정을 이루고 분할된 굴착대상면 상으로 붐대를 방사방향으로 인출하는 굴착 차량; 으로 이루어진다.
3. 기술효과
본 발명에 의하면, 워터젯을 이용하여 터널 굴착 시 자유면을 형성하여 소음 및 진동을 억제하기 위한 워터젯 터널 굴착 장비로 노즐이 자유면 안에서 절삭 진행 중 굴착 장비의 흔들림으로 인한 오차 및 노즐 훼손을 방지하고, 정확한 단면을 형성함으로써 발파 시 진동이 지표면으로 전파되지 않도록 하는 효과가 있다.

Description

터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치{Free surface water-jet nozzle for the formation of tunnel drive}

본 발명은 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널굴착 과정에서 발생하는 발파에 의한 충격 혹은 진동의 전파를 억제하기 위한 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 워터젯을 이용하여 터널 굴착 시 자유면을 형성하여 소음 및 진동을 억제하기 위한 워터젯 터널 굴착 장비를 제작함에 있어서 노즐이 자유면 안에서 절삭 진행 중 굴착 장비의 흔들림으로 인한 오차 및 노즐 훼손을 방지하고, 정확한 단면을 형성함으로써 발파 시 진동이 지표면으로 전파되지 않도록 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치에 관한 것이다.

건설 및 토목공사, 특히 지하 터널굴착에는 폭약을 이용한 발파공정이 빈번하게 이루어진다. 발파공정은 암반이나 기타 장애물을 폭약의 폭발력을 통해 효율적으로 제거할 수 있다는 장점은 있지만, 발파시 필연적으로 발생하는 진동과 소음이 지표면으로 전파되어 건물이나 각종 구조물에 좋지 않은 영향을 미친다. 부연하면, 발파공정에서 폭원으로부터 전파되는 충격파는 거리에 따라 현저하게 감쇄하지만 이때 발생하는 에너지의 일부는 탄성파의 형태로 전파되면서 지반의 진동(발파 진동, blast vibration)을 야기한다. 만약 폭원과 비교적 근접한 거리에 건물이나 지하철 시설물이 있는 경우에는 심각한 문제로 확대될 개연성이 있다.

여기서, 발파공정은 폭약의 폭발력을 이용하여 압축응력을 발생시키고 자유면을 만나면 압축응력은 인장응력으로 변화게 된다.

상술한 발파 진동을 억제하기 위한 선행기술들을 살펴보면 다음과 같다.

종래 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-0531985에는 "라인 드릴링공을 이용한 발파진동 차단을 위한 굴착구조 및 공법"이 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.

종래 라인 드릴링공을 이용한 발파진동 차단을 위한 굴착구조 및 공법은 굴착될 암반 중 발파를 위한 영역 주변에 2열 이상의 라인 드릴링공을 천공하되 각 열의 라인 드릴링공을 서로 엇갈리게 배치하는 기술을 개시하고 있다.

또, 대한민국 등록특허 제0599982호 터널 발파공법은 도 2에 도시한 바와 같이 터널 외곽부와 이격되어 천공된 대구경의 무장약공, 이들 무장약공 사이에 배치되도록 천공된 균열유도공, 무장약공의 내측으로 천공된 다수의 확대공들을 이용한 기술을 개시하고 있다.

이들 선행기술들의 공통점은 터널진행 방향으로 천공된 복수개의 구멍을 발파시의 진동 억제수단으로 활용함에 있다. 그러나 복수개의 구멍을 천공한다 하더라도 구멍과 구멍 사이에는 연결영역이 존재한다. 이 연결영역을 통해 전파되는 발파진동은 차단되지 않는다. 즉, 선행기술들이 활용하고 있는 천공 구멍은 불완전한 진동 억제수단이다.

터널 굴착 시 자유면을 형성하여 소음 및 진동을 억제하기 위한 워터젯 터널 굴착 장비에서 노즐이 자유면 안에서 절삭 진행 중 굴착 장비의 흔들림으로 인한 오차 및 노즐 훼손을 방지하고, 정확한 단면을 형성해야 하는데 현재 노즐의 장착 방식 및 움직임에 있어서 정밀한 제어가 필요한 상황이다.

그러나 장비의 구동방식 및 노즐 연장의 처짐, 연마제 및 분진에 의한 움직임 둔화 등 장비에 사용되는 재료 및 구동방법에 따른 문제점이 있다.

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 터널굴착 과정에서 발생하는 발파에 의한 충격 혹은 진동의 전파를 억제하기 위한 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치를 이용하여 터널 굴착 시 자유면을 형성하여 소음 및 진동을 억제하기 하며, 노즐이 자유면 안에서 절삭 진행 중 굴착 장비의 흔들림으로 인한 오차 및 노즐 훼손을 방지하고, 정확한 단면을 형성함으로써 발파 시 진동이 지표면으로 전파되지 않도록 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치는, 터널 굴착 단면에 다수의 분할된 굴착영역으로 설계되는 아치형의 굴착대상면에 대응하는 형상을 가지는 강판; 상기 강판 상에 형성된 레일; 상기 레일을 따라 이동하면서 터널 자유면 절삭을 위하여 물과 혼합된 연마제의 분사를 위한 노즐부; 상기 노즐부에 연마제를 공급하는 펌프와 연결된 호스; 굴착대상면 상에 강판을 설치 및 고정 지지하는 붐대; 터널 굴착 단면으로 이동하는 이동수단을 구비하면서, 상기 붐대와 고정을 이루고 분할된 굴착대상면 상으로 붐대를 방사방향으로 인출하는 굴착 차량; 으로 이루어진다.

본 발명의 상기 강판은, 굴착대상면 상을 따라 노즐부의 이동을 유도하는 레일을 장착하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 노즐부는, 레일을 따라 이동하는 자석식 바퀴; 및 상기 자석식 바퀴와 연결되어 이동하는 노즐 받침판; 상기 노즐 받침판에 고정되어 굴착대상면에 연마제를 분사하는 노즐로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐부는, 레일을 따라 노즐 받침대와 노즐이 이동하면서 굴착대상면을 파쇄하는 것을 포함한다.

상기 노즐은, 굴착대상면에 연마제를 분사하여 자유면을 형성하는 것을 한다.

본 발명의 상기 붐대는, 길이 방향의 연장 또는 단축되는 것을 특징으로 한다.

상기 붐대는, 강판을 굴착대상면에 근접된 위치에 고정 지지하거나 굴착대상면에 밀착 고정지지하는 어느 하나의 동작을 수행하는 것을 포함한다.

본 발명의 상기 굴착 차량은, 터널굴착을 위한 굴착대상면을 향해 전후이동 가능한 이동수단; 붐대를 굴착대상면에 위치하도록 이동하는 수직 이동수단; 펌프를 구비하여 노즐에 연마제를 공급하는 공급장치 및 노즐의 이동을 제어하는 제어수단을 포함한다.

또한, 본 발명의 상기 굴착영역은, 아치형의 굴착대상면을 좌측 측면부, 좌측 천정부, 우측 천정부, 우측 측면부의 4개 영역으로 분할하는 것을 특징으로 한다.

상기 굴착영역은, 소정의 영역으로 분할되고, 각 영역에는 강판 1개, 붐대 2개, 노즐 1개, 호스 1개로 구성을 이루는 것을 포함한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 워터젯을 이용하여 터널 굴착 시 자유면을 형성하여 소음 및 진동을 억제하기 위한 워터젯 터널 굴착 장비로 노즐이 자유면 안에서 절삭 진행 중 굴착 장비의 흔들림으로 인한 오차 및 노즐 훼손을 방지하고, 정확한 단면을 형성함으로써 발파 시 진동이 지표면으로 전파되지 않도록 하는 효과가 있다.

아울러, 굴착부분의 충격, 진동 및 소음의 전달을 감소시키는 일련의 연속된 자유면을 형성해 발파 진동을 억제하는 효과가 있다.

따라서 최소의 공사 시간과 비용으로 발파 효율을 극대화시킬 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 발파진동 차단을 위한 굴착구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치의 전체 구성도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 강판에 노즐부 장착을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 레일 위에 노즐부를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자유면 형성을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치의 전체 구성도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자유면 형성을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치의 전체 구성도.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자유면 형성을 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레일 위에 노즐부를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시에 따른 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치는 굴착대상면(110), 강판(120), 레일(130), 노즐부(140), 호스(150). 붐대(160), 굴착 차량(170)을 포함한다.

상기 굴착대상면(110)을 4개의 굴착영역으로 구분하여 굴착대상면(110)과 일치하는 4개의 강판(120)을 제작한 후 굴착차량(170)에 붐대(160)를 장착하여 강판(120)의 양단을 고정시키고 강판(120) 위에 노즐(140)이 레일(130)을 따라 이동하면서 터널의 자유면(102)을 절삭하는 것이다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치의 각 구성간의 결합관계를 설명하면 다음과 같다.

우선, 굴착대상면(110)은 터널 굴착 단면(104)에 다수의 분할된 굴착영역으로 설계되는 것이며, 아치형 형상을 가진다.

상기 굴착영역(111)은 아치형의 굴착대상면(110)을 좌측 측면부(112), 좌측 천정부(114), 우측 천정부(116), 우측 측면부(118)의 4개 영역으로 분할한다.

아울러, 발파 대상 영역이 되는 터널의 굴착단면(104)은 종단면 형태와 유사한 아치형이고, 노즐이 이동하면서 굴착대상면(110)에 자유면(102)을 형성한다.

상술한 바와 같이 노즐(146)은 레일(130)의 형태에 종속적으로 이동하므로 아치형의 궤적을 그린다. 따라서 굴착대상면(110)에 소정 깊이를 가지는 아치형의 자유면(102)이 형성된다. 이 자유면(102)은 발파 대상영역과 지표면 사이에 개재되어 발파 대상영역을 감싸는 형태이다.

상기 굴착대상면(110)에 자유면(102)을 형성하기 위한 장치로 이동 가능한 굴착 차량(170) 및 굴착 차량(170)에서 방사 방향으로 인출 가능한 붐대(160)가 구성된다.

상기 붐대(160)는 강판(120)과 연결되어 강판(120)을 굴착대상면(110) 상으로 이동 가능하며, 상기 강판(120)에는 레일(130)을 형성하고, 상기 레일(130)을 따라 노즐(146)이 굴착대상면(110) 상으로 이동하면서 굴착대상면(110)의 전면을 향해 고압의 연마제를 분사하는 구성이다.

아울러, 상기 굴착대상면(110)과 대응하는 아치형 형상을 가지는 강판(120)은 굴착대상면(110)에 근접한 위치에 고정되며, 강판(120)에 형성된 레일(130)을 따라 노즐(146)이 이동할 수 있도록 하는 구성이다.

도 5를 참조하면, 상기 강판(120)은 노즐(146)이 이동할 수 있는 레일(130)을 형성한다.

상기 레일(130)은 노즐(146)이 이동할 수 있도록 아치형의 이동로를 제공한다,

이렇게, 노즐부(140)의 노즐(146)은 레일(130)이 제공하는 이동로를 따라 이동하면서 터널 자유면(102) 절삭을 위하여 물과 혼합된 연마제의 분사할 수 있도록 한다.

상기 노즐부(140)는 도 6에 도시한 바와 같이 레일(130)을 따라 노즐(146)이 이동할 수 있도록 하는 자석식 바퀴(142)를 구성하며, 상기 자석식 바퀴(142)와 결합되어 이동하는 노즐 받침판(144)에 노즐(146)이 장착되는 구성을 가진다.

보다 구체적으로 강판(120)은 굴착대상면(110)의 전면에 배치된다. 강판(120)은 터널의 종단면 형태와 유사한 아치형이며, 강판(120)에는 레일(130)이 구비되어 있다. 레일(130)을 따라 노즐(146)이 터널굴착 방향을 따라 이동 가능하다. 레일(130)에는 노즐이동수단에 의해 노즐(146)이 이동가능하게 계합된다. 노즐이동수단은 제어장치의 제어 하에 레일(130)을 따라 노즐(146)이 왕복 순회된다.

상기 노즐 받침판(144)에 고정된 노즐(146)은 굴착대상면(110)의 전면에 연마제를 분사하여 자유면(102)을 형성한다.

이때, 상기 노즐(146)은 호스(150)와 연결되며, 호스(150)를 통해 펌프에서 연마제를 노즐(146)에 공급한다.

이렇게, 노즐부(140)는 레일(130)을 따라 노즐 받침대(144)와 노즐(146)이 이동하면서 굴착대상면(110)을 파쇄하는 것이다.

상기 노즐(146)은 레일(130)을 따라 굴착영역(111) 별로 왕복 순회하면서 굴착대상면(110)에 연마제를 분사하여 자유면(102)을 형성한다.

여기서, 상기 굴착대상면(110) 상에 강판(120)을 설치 및 고정 지지하는 붐대(160)가 구성되며, 상기 붐대(160)는 굴착 차량(170)과 연결된다.

상기 붐대(160)는 강판(120)을 굴착 차량(170)에서 굴착대상면(110) 측으로 인출할 수 있는 구성이다.

상기 굴착 차량(170)은 차량형태로 터널 굴착 단면(104)으로 이동하는 이동수단을 구비하면서, 상기 붐대(160)와 고정을 이루고 분할된 굴착대상면(110) 상으로 붐대(160)를 방사방향으로 인출하는 구성을 가진다.

상기 굴착 차량(170)에 구비된 붐대(160)는 길이 방향의 연장 또는 단축되는 것이며, 강판(120)을 굴착대상면(110)에 근접된 위치에 고정 지지하거나 굴착대상면(110)에 밀착 고정지지하는 어느 하나의 동작을 수행한다.

아울러, 상기 굴착 차량(170)은 터널굴착을 위한 굴착대상면(110)을 향해 전후이동 가능한 차량 이동형태의 이동수단과 굴착 차량(170)에서 붐대(160)를 길이방향으로 인출하여 굴착대상면(110)에 위치하도록 이동하는 수직 이동수단 및 펌프를 굴착 차량(170)에 구비하여 노즐(146)에 연마제를 공급하는 공급장치 및 노즐(146)이 레일(130)을 따라 이동하도록 하는 동력전달 및 노즐(146)이 이동과 정지 그리고 노즐(146)를 통해 연마제가 분사하는 제어수단을 포함한다.

한편, 제어수단은 레일(130)을 따라 이동하는 노즐(146)의 이동속도, 노즐(146)에서 분사되는 물의 압력 및 방향을 제어한다. 이때, 노즐(146)을 통해 분사되는 물에는 굴착의 효율성을 높이기 위해 연마제 등의 보조물질이 혼합될 수 있다.

이렇게, 상기 굴착 차량(170)이 굴착대상면(110)으로 이동하고 굴착 차량(170)에서 붐대(160)의 연장으로 강판(120)이 굴착대상면(110)에 위치하고, 강판(120)의 레일(130)을 따라 노즐(146)이 이동하면서 굴착대상면(110)에 연마제를 분사하여 자유면(102)을 형성한다.(1cm/sec)

이때, 굴착영역(111)은 좌측 측면부(112), 좌측 천정부(114), 우측 천정부(116), 우측 측면부(118)의 4개 영역으로 분할하고, 각 영역에는 강판(120) 1개, 붐대(160) 2개, 노즐(146) 1개, 호스(150) 1개가 1조를 이루어 작업을 실행한다.

즉, 각 영역에 강판(120) 1개, 붐대(160) 2개, 노즐(146) 1개, 호스(150) 1개를 1조로 구성하여, 터널 자유면(102)의 좌측 측면부(112), 좌측 천정부(114), 우측 천정부(116), 우측 측면부(118)의 4개 영역에 대한 총 4개조가 1식을 구성하게 된다.

보다 구체적으로 좌측 측면부(112) 1조는 강판(120) 1개, 붐대(160) 2개, 노즐(146) 1개, 호스(150) 1개로 구성되고, 좌측 천정부(114) 2조는 강판(120) 1개, 붐대(160) 2개, 노즐(146) 1개, 호스(150) 1개로 구성되고, 우측 천정부(116) 3조는 강판(120) 1개, 붐대(160) 2개, 노즐(146) 1개, 호스(150) 1개로 구성되고, 우측 측면부(118) 4조는 강판(120) 1개, 붐대(160) 2개, 노즐(146) 1개, 호스(150) 1개로 구성된다.

한편, 굴착대상면(110)에 아치형으로 자유면(102)을 형성하고 작업이 완료되면 장비는 붐대(160)에 의해 굴착대상면(110)에서 강판(120)과 노즐(146)이 이격되고, 붐대(160)는 굴삭 차량(170) 측으로 축소되는 장비 이동이 이루어진다. 굴착 차량(170)을 터널 굴착 단면(104)에서 외부로 차량이동한다.

상기와 같이 제1 실시에 따른 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치는 고정된 강판(120)에 형성된 레일(130)을 따라 노즐(146)이 이동하면서 굴삭대상면(110)의 전면을 절삭하는 방법으로 장비의 흔들림이 없어 터널 자유면(102) 형성의 정확도가 매우 우수하며, 반복 작업이 진행되면서 발생되는 오차를 최소화 할 수 있다.

또한, 본 발명의 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치에 대한 제2 실시예로서, 도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 구성을 도시한 도면이다.

제2 실시예의 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치는 구체적으로 크게 굴착대상면(210), 굴착 차량(220), 회전형 붐대(230), 노즐(240), 호스(250)를 포함하여 이루어진다.

굴착 차량(220)에 회전형 붐대(230)를 장착하여 회전형 붐대(230)의 회전 중심을 굴착대상면(110)의 중심에 일치시킨 후 회전형 붐대(230) 끝에 노즐(240)을 장착하고, 회전형 붐대(230)가 회전하면서 터널의 자유면(202)을 절삭하는 것이다.

우선, 상기 굴착대상면(210)은 터널 굴착 단면(204)에 다수의 분할된 굴착영역(211)으로 설계되는 것이며, 아치형 형상을 가진다.

상기 굴착영역(211)은 아치형의 굴착대상면(210)을 좌측 측면부(212), 좌측 천정부(214), 우측 천정부(216), 우측 측면부(218)의 4개 영역으로 분할한다.

아울러, 발파 대상 영역이 되는 터널의 굴착단면(204)은 종단면 형태와 유사한 아치형이고, 노즐(240)이 이동하면서 굴착대상면(210)에 자유면(202)을 형성한다.

상기 굴착대상면(210)에 자유면(202)을 형성하기 위한 장치로 이동 가능한 굴착 차량(220) 및 굴착 차량(220)에서 방사 방향으로 인출 가능한 회전형 붐대(230)가 구성된다.

상기 굴착 차량(220)은 이동할 수 있는 이동수단을 가지며 터널 굴착 단면(204)으로 이동한다.

상기 굴착 차량(220)은 터널굴착을 위한 굴착대상면(210)을 향해 전후이동 가능한 차량 이동형태의 이동수단을 가지며, 굴착 차량(220)에 고정되어 굴착 차량(220)에서 길이방향으로 인출하여 방사 방향으로 회전형 붐대(230)를 굴착대상면(210)에 위치하도록 이동하도록 하는 수직 이동수단을 구비한다.

그리고, 굴착 차량(220)에 펌프를 구비하여 노즐(240)에 연마제를 공급하는 공급장치 및 노즐(240)이 굴착대상면(210) 상으로 연마제를 분사하여 자유면(202)을 형성하도록 하면서 이동을 제어하는 제어수단을 포함한다.

아울러, 상기 굴착 차량(220)에 고정되는 회전형 붐대(230)는 굴착대상면(210) 측을 향해 방상 방향으로 인출되는 것이며, 다수 연장되어 분할된 굴착대상면(210) 상으로 위치하게 된다.

상기 회전형 붐대(230)는 굴착 차량(220)에 고정되어 굴착대상면(210)의 각 굴착영역(211) 중앙에서 각 굴착영역(211) 범위 내에서 좌우 이동하는 기능과 길이 방향의 연장 또는 단축되는 기능을 갖는다.

상기 회전형 붐대(230)는 굴착 차량(220)에 고정된 고정식 붐대(232)와 상기 고정식 붐대(232)의 일단에서 절곡을 이루는 관절형 붐대(234)로 구성된다.

상기 회전형 붐대(230)는 고정식 붐대(232)가 굴착 차량(220)에 고정되며 굴착 차량(220)과 고정된 축을 중심으로 굴착대상면(210)의 좌측 천정부(214)와 우측 천정부(216) 굴착영역(211) 상에서 좌우 회전을 하게 된다.

이때, 상기 굴착영역(211)의 좌측 천정부(214)와 우측 천정부(216) 측에 위치하는 회전형 붐대(230)는 관절형 붐대(234)를 사용하지 않고 수직한 상태로 굴착대상면(210)의 좌측 천정부(214)와 우측 천정부(216)에 근접하여 좌우 이동을 하게 된다.

그리고, 상기 굴착영역(211)의 좌측 측면부(212), 우측 측면부(218)에 위치하는 회전형 붐대(230)는 고정식 붐대(232)가 굴착영역(211)의 굴착 차량(220)에서 수직하게 인출되고, 관절부분에서 절곡되어 굴착대상면(210)의 좌측 측면부(212), 우측 측면부(218) 굴착영역(211) 상으로 근접하여 좌우 이동을 하게 된다.

이때, 상기 회전형 붐대(230)의 일단에 노즐(240)이 장착되어 터널 굴착대상면(210)의 전면 절삭을 위하여 물과 혼합된 연마제의 분사하여 자유면(202)을 형성한다.

이때, 상기 노즐(240)은 호스(250)와 연결되며, 호스(250)를 통해 펌프에서 연마제를 노즐에 공급한다.

아울러, 상기 노즐(240)은 회전형 붐대(230)의 끝단에 설치되어 회전형 붐대(230)의 각 굴착영역(211)에서의 좌우 이동하는 왕복 순회하면서 노즐(240)도 함께 좌우 이동하여 굴착대상면(210)의 전면을 파쇄하는 것이다.

상기 회전형 붐대(230)는 노즐(240)과 함께 굴착대상면(210)의 전면에 배치된다. 회전형 붐대(230)는 터널굴착 방향을 따라 이동 가능하다.

이렇게, 상기 굴착 차량(220)이 굴착대상면(210)으로 이동하고 굴착 차량(220)에서 회전형 붐대(230)의 연장과 좌우 측의 관절부분의 절곡에 회전형 붐대(230)에 장착된 노즐(240)이 각 굴착영역(211)의 굴착대상면(210)에 위치하고, 회전형 붐대(230)의 좌우 이동에 따라 노즐(240)이 이동하면서 굴착대상면(210)에 연마제를 분사하여 자유면(202)을 형성한다.(1cm/sec)

이때, 굴착영역(211)은 좌측 측면부(212), 좌측 천정부(214), 우측 천정부(216), 우측 측면부(218)의 4개 영역으로 분할하고, 각 영역에는 회전형 붐대(230) 1개, 노즐(240) 1개, 호스(250) 1개가 1조를 이루어 작업을 실행한다.

즉, 각 영역에 좌측 측면부(212) 1조는 고정식 붐대(232), 관절형 붐대(234), 노즐(240), 호스(250)로 구성되고, 좌측 천정부 2조는 고정식 붐대(232), 관절형 붐대(234), 노즐(240), 호스(250)로 구성되고, 우측 천정부 3조는 고정식 붐대(232), 관절형 붐대(234), 노즐(240), 호스(250)로 구성되고, 우측 측면부 4조는 고정식 붐대(232), 관절형 붐대(234), 노즐(240), 호스(250)로 구성된다.

한편, 굴착대상면(210)에 아치형으로 자유면(202)을 형성하고 작업이 완료되면 장비의 회전형 붐대(230)는 굴삭 차량(220) 측으로 축소되는 장비 이동이 이루어진다. 굴착 차량(220)을 터널 굴착 단면(204)에서 외부로 차량이동한다.

상기와 같이 제2 실시에 따른 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치는 노즐(240)과 연결된 호스(250) 및 주변 부품을 회전형 붐대(230) 안쪽으로 넣어 부품의 회손을 방지하며, 미관상 보기가 좋고, 장비의 철거 및 이동이 간편하여 현장 적용에 적합하다. 또한, 굴착대상면(210)의 변화에 즉각 대응이 가능하다.

또한, 본 발명의 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치에 대한 제3 실시예로서, 도 9 내지 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 구성을 도시한 도면이다.

제3 실시예의 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치는 구체적으로 크게 굴착대상면(310), 강재거푸집(320), 지지구조체(330), 아치형 프레임(340), 노즐부(350), 호스(360)를 포함하여 이루어진다.

우선, 굴착대상면(310)은 터널 굴착 단면(304)에 다수의 분할된 굴착영역(311)으로 설계되는 것이며, 아치형 형상을 가진다.

상기 굴착영역(311)은 아치형의 굴착대상면(310)을 좌측 측면부(312), 좌측 천정부(314), 우측 천정부(316), 우측 측면부(318)의 4개 영역으로 분할한다.

아울러, 발파 대상 영역이 되는 터널의 굴착단면(304)은 종단면 형태와 유사한 아치형이고, 노즐(356)이 이동하면서 굴착대상면(310)에 자유면(302)을 형성한다.

상기 굴착대상면(310)에 자유면(302)을 형성하기 위한 장치로 노즐(356)을 아치형 방향으로 이동시키는 이동장치 및 상기 굴착대상면(310)으로 설치되는 강재거푸집(320)과 지지구조체(330) 등으로 구성된다.

먼저 상기 강재거푸집은(320) 굴착대상면(310)과 대응하는 아치형 형상을 가진 기초 구조물이다.

이때, 상기 강재거푸집(320)은 터널 굴착 시 자유로운 움직임을 위하여 단면보다 작게 제작한다.

상기 강재거푸집(320)은 다수의 프레임들이 현장에서 조립되어 굴착대상면(310)에 노즐(356)이 근접하도록 하는 구조물이 된다.

그리고, 상기 강재거푸집(320)을 조립함에 있어 강재거푸집(320)을 아치형의 굴착대상면(310)에 근접한 위치에서 고정하는 길이조절이 가능한 연결유니트(332)와 H형강(334)들로 이루어진 지지구조체(330)들이 다수개로 상호 연결 조립된다.

이렇게, 굴착대상면(310)에 강재거푸집(320)과 지지구조체(330)가 조립을 이루고, 강재거푸집(320)은 아치형 프레임(340)을 굴착대상면(310)에 근접하도록 고정하게 되고, 아치형 프레임(340)과 굴착대상면(310) 사이에는 아치형으로 소정의 영역으로 이동공간을 마련한다.

여기서, 상기 지지구조체(330)는 터널굴착을 위한 굴착대상면(310)을 향해 전후이동 가능한 이동수단을 포함한다.

상기 지지구조체(30)는 강재거푸집(320)과 지지구조체(330)의 연결유니트(332)와 H형강(334)들로 조립을 이루어 터널 굴착 단면(304)으로 이동하여 굴착대상면(310)에 아치형 프레임(340)이 근접하게 고정한다.

상기 연결유니트(332)는 유압젝 또는 스크류젝과 같은 길이조정이 가능한 것을 사용한다.

한편, 상기 아치형 프레임(340)에는 굴착대상면(310) 상을 따라 노즐부(350)의 이동을 유도하는 레일(342)을 장착한다.

상기 노즐부(350)는 아치형 프레임(340)에 장착되어 레일(342)을 따라 굴착영역(311)별로 아치형으로 왕복 순회하면서 물과 혼합된 연마제의 분사하여 터널 자유면(302) 절삭하게 된다.

상기 노즐부(350)는 레일(342)을 따라 이동하는 자석식 바퀴(352) 및 상기 자석식 바퀴(352)와 연결되어 이동하는 노즐 이동장치(354)를 구성한다.

상기 노즐 이동장치(354)에 노즐(356)이 고정되며 레일(342)을 따라 이동하는 노즐(356)이 굴착대상면(310)의 전면을 향해 고압의 연마제를 분사하여 자유면(302)을 형성한다.

보다 구체적으로 아치형 프레임(340)은 굴착대상면(310)의 전면에 배치된다. 아치형 프레임(340)은 터널의 종단면 형태와 유사한 아치형이며, 아치형 프레임(340)에는 레일(342)이 구비되어 있다. 레일(342)을 따라 노즐(356)이 터널굴착 방향을 따라 이동 가능하다. 레일(342)에는 노즐이동수단에 의해 노즐(356)이 이동가능하게 계합된다. 노즐이동수단은 제어장치의 제어 하에 레일(342)을 따라 노즐(356)이 왕복 순회된다.

이때, 상기 노즐(356)은 길이 연장형 노즐(356)로 전후 길이가 조절된다.

상기 노즐(356)은 길이 연장이 3m 정도 연장되도록 한다.

이러한, 상기 노즐(356)은 아치형 프레임(340)에 형성된 레일(342)을 따라 노즐 이동장치(354)와 길이 연장형 노즐(356)이 이동하면서 굴착대상면(310)을 파쇄하게 된다.

이때, 상기 노즐(356)은 호스(360)와 연결되며, 호스(360)를 통해 펌프에서 연마제를 노즐(356)에 공급한다.

이렇게, 상기 굴착대상면(310)에 아치형 프레임(340)이 근접하게 고정을 이루고, 레일(342)을 따라 노즐(356)이 굴착영역(311) 별로 레일(342)을 따라 노즐(356)이 이동하면서 굴착대상면(310)에 연마제를 분사하여 자유면(302)을 형성한다.(1cm/sec)

이때, 굴착영역(311)은 좌측 측면부(312), 좌측 천정부(314), 우측 천정부(316), 우측 측면부(318)의 4개 영역으로 분할하고, 각 영역에는 노즐 이동장치 (354)1개, 길이 연장형 노즐(356) 1개, 호스(360) 1개가 1조를 이루어 작업을 실행한다.

즉, 각 영역에 좌측 측면부(312) 1조는 노즐 이동장치 (354)1개, 길이 연장형 노즐(356) 1개, 호스(360) 1개로 구성되고, 좌측 천정부(314) 2조는 노즐 이동장치 (354)1개, 길이 연장형 노즐(356) 1개, 호스(360) 1개로 구성되고, 우측 천정부(316) 3조는 노즐 이동장치 (354)1개, 길이 연장형 노즐(356) 1개, 호스(360) 1개로 구성되고, 우측 측면부(318) 4조는 노즐 이동장치 (354)1개, 길이 연장형 노즐(356) 1개, 호스(360) 1개로 구성된다.

한편, 굴착대상면(310)에 아치형으로 자유면(304)을 형성하고 작업이 완료되면 장비의 이동가능한 지지구조체(330)는 터널 굴착 단면(304)에서 외부로 이동한다.

상기와 같이 제3 실시에 따른 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치는 고정된 아치형 프레임(340)에 형성된 레일(342)을 따라 노즐(356)이 이동하면서 굴착대상면(310)의 전면을 절삭하는 방법으로 장비의 흔들림이 없어 터널 자유면(302) 형성의 정확도가 매우 우수하며, 반복 작업이 진행되면서 발생되는 오차를 최소화할 수 있고, 굴착대상면(310)의 변화에 즉각 대응이 가능하다.

상술한 바와 같이 노즐(146)(240)(356)은 각 실시예 따른 레일(130)(342)의 형태에 종속적으로 이동하므로 아치형의 궤적을 그린다. 따라서 발파 대상영역의 외곽으로 소정 깊이를 가지는 아치형의 자유면(102)(202)(302)이 형성된다. 이 자유면(102)(202)(302)은 발파 대상영역과 지표면 사이에 개재되어 발파 대상영역을 감싸는 형태이다.

이와 같이 자유면(102)(202)(302) 형성 공정이 완료되면, 후속적으로 발파 대상영역에 적어도 1개소에 라이닝 공을 형성한 후, 장약하여 발파하는 공정이 이루어진다. 발파시에는 폭원으로부터 발파 진동(진동 에너지)이 발생한다. 이 발파 진동은 자유면(102)(202)(302)에 의해 반사되므로 지표면을 비롯한 주변으로의 전파가 효과적으로 억제된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

본 발명은 터널 굴착 시 자유면을 형성하여 소음 및 진동을 억제하기 위한 워터젯 터널 굴착 장비를 제작함에 있어서 노즐이 자유면 안에서 절삭 진행 중 굴착 장비의 흔들림으로 인한 오차 및 노즐 훼손을 방지하고, 정확한 단면 형성을 위한 노즐의 장착 방식 및 움직임에 있어서 정밀한 제어가 가능하여 저소음, 저진동을 요하는 암반파쇄 및 절삭용 장비에 폭넓게 이용될 수 있다.

102:자유면 104:굴착 단면
110:굴착대상면 111:굴착영역
112:좌측 측면부 114:좌측 천정부
116:우측 천정부 118:우측 측면부
120:강판 130:레일
140:노즐부 142:자석식 바퀴
144:노즐 받침판 146:노즐
150:호스 160:붐대
202:자유면 204:굴착 단면
210:굴착대상면 211:굴착영역
212:좌측 측면부 214:좌측 천정부
216:우측 천정부 218:우측 측면부
220:굴착 차량 230:회전형 붐대
232:고정식 붐대 234:관절형 붐대
240:노즐 250:호스
302:자유면 304:굴착 단면
310:굴착대상면 311:굴착영역
312:좌측 측면부 314:좌측 천정부
316:우측 천정부 318:우측 측면부
320:강재거푸집 330:지지구조체
323:연결유니트 324:H형강
340:아치형 프레임 342:레일
350:노즐부 352:자석식 바퀴
354:노즐 이동장치 356:길이 연장형 노즐
360:호스

Claims

아치형의 굴착대상면에 대응하는 형상을 가지는 강판;
상기 강판 상에 형성된 레일;
상기 레일을 따라 상기 굴착대상면 상을 이동하면서 터널 자유면 절삭을 위하여 상기 굴착대상면의 전면을 향해 물과 혼합된 연마제를 분사하는 노즐부;
상기 노즐부에 연마제를 공급하는 펌프와 연결된 호스;
상기 강판과 연결되어 상기 강판을 상기 굴착대상면 상으로 이동시키는 붐대;
터널 굴착 단면으로 이동하는 이동수단을 구비하고, 상기 붐대를 고정하고 상기 붐대를 상기 굴착대상면을 향해 방사 방향으로 인출하는 굴착 차량을 포함하고,
상기 아치형의 굴착대상면은, 복수의 굴착영역으로 분할되고,
각각의 굴착영역은, 두개의 붐대가 상기 굴착 차량으로부터 상기 굴착대상면을 향하여 인출되고, 상기 강판이 상기 두개의 붐대 사이에 연결되어 상기 굴착대상면에 근접된 위치에 고정되거나 또는 상기 굴착대상면에 밀착 고정되며,
상기 노즐부는, 상기 각각의 굴착 영역마다 구비되는, 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 노즐부는,
레일을 따라 이동하는 자석식 바퀴; 및
상기 자석식 바퀴와 연결되어 이동하는 노즐 받침판;
상기 노즐 받침판에 고정되어 굴착대상면에 연마제를 분사하는 노즐을 포함하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 노즐부는,
레일을 따라 노즐 받침대와 노즐이 이동하면서 굴착대상면을 파쇄하는 것을 특징으로 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
제4항에 있어서,
상기 노즐은,
굴착대상면에 연마제를 분사하여 자유면을 형성하는 것을 특징으로 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 붐대는,
길이 방향의 연장 또는 단축되는 것을 특징으로 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 굴착 차량은,
터널굴착을 위한 굴착대상면을 향해 전후이동 가능한 이동수단;
붐대를 굴착대상면에 위치하도록 이동하는 수직 이동수단;
펌프를 구비하여 노즐에 연마제를 공급하는 공급장치 및 노즐의 이동을 제어하는 제어수단을 포함하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 굴착영역은,
아치형의 굴착대상면을 좌측 측면부, 좌측 천정부, 우측 천정부, 우측 측면부의 4개 영역으로 분할하는 것을 특징으로 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
제9항에 있어서,
상기 굴착영역은,
소정의 영역으로 분할되고, 각 영역에는 강판 1개, 붐대 2개, 노즐 1개, 호스 1개로 구성을 이루는 것을 특징으로 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
터널 굴착 단면에 다수의 분할된 굴착영역으로 설계되는 아치형의 굴착대상면으로 이동하는 이동수단을 구비한 굴착 차량;
상기 굴착 차량과 고정을 이루고, 방사 방향으로 다수 연장되어 분할된 굴착대상면 상으로 위치하는 회전형 붐대;
상기 붐대의 일단에 장착되어 터널 자유면 절삭을 위하여 물과 혼합된 연마제의 분사를 위한 노즐; 그리고
상기 노즐에 연마제를 공급하는 펌프와 연결된 호스; 를 포함하고,
상기 회전형 붐대는,
상기 굴착 차량에 고정되어 상기 굴착 차량으로부터 상기 굴착대상면을 향해 방사방향으로 인출되고, 관절부분에서 절곡되어 상기 굴착대상면 상에서 분할된 소정 범위의 굴착영역 내에서 좌우 이동하며,
상기 굴착영역의 굴착 차량에 고정되어 수직하게 인출되는 고정식 붐대, 그리고
상기 고정식 붐대의 일단에서 절곡되어 상기 굴착영역에 근접하여 좌우 이동하는 관절형 붐대를 포함하고,
상기 굴착영역은,
아치형의 굴착대상면을 좌측 측면부, 좌측 천정부, 우측 천정부, 우측 측면부의 4개 영역으로 분할하고,
상기 관절형 붐대는,
상기 좌측 천정부 및 상기 우측 천정부에서는 절곡되지 않은 일직선 상태로 상기 좌측 천정부와 상기 우측 천정부에 근접하여 좌우 이동하고,
상기 좌측 측면부 및 상기 우측 측면부에서는 상기 고정식 붐대의 일측에서 절곡된 채 상기 좌측 측면부 및 상기 우측 측면부에 근접하여 좌우 이동하는, 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
삭제
제11항에 있어서,
상기 굴착 차량은,
터널굴착을 위한 굴착대상면을 향해 전후이동 가능한 이동수단;
회전형 붐대를 굴착대상면에 위치하도록 이동하는 수직 이동수단;
펌프를 구비하여 노즐에 연마제를 공급하는 공급장치 및 노즐의 이동을 제어하는 제어수단을 포함하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
삭제
삭제
제11항에 있어서,
상기 회전형 붐대는,
길이 방향의 연장 또는 단축되는 것을 특징으로 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
제11항에 있어서,
상기 노즐은,
회전형 붐대의 끝단에 설치되어 좌우 이동하는 것을 특징으로 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
제11항에 있어서,
상기 노즐은,
회전형 붐대의 좌우이동에 따라 굴착대상면에 연마제를 분사하여 자유면을 형성하는 것을 특징으로 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
제11항에 있어서,
상기 굴착영역은,
소정의 영역으로 분할되고, 각 영역에는 회전형 붐대 1개, 노즐 1개, 호스 1개로 구성을 이루는 것을 특징으로 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
터널 굴착 단면에 다수의 분할된 굴착영역으로 설계되는 아치형의 굴착대상면에 대응하는 형상을 가지는 강재거푸집;
상기 강재거푸집을 아치형의 굴착대상면에 근접한 위치에서 고정하는 길이조절이 가능한 연결유니트와 H형강들로 이루어진 지지구조체;
상기 강재거푸집과 굴착대상면 사이에서 형성되는 아치형 프레임;
상기 아치형 프레임에 장착되어 이동하면서 터널 자유면 절삭을 위하여 물과 혼합된 연마제의 분사를 위한 노즐부; 그리고
상기 노즐부에 연마제를 공급하는 펌프와 연결된 호스를포함하고,
상기 아치형 프레임은,
상기 굴착대상면 상을 따라 상기 노즐부의 이동을 유도하는 레일이 장착되어 있고,
상기 노즐부는,
상기 굴착대상면에 연마제를 분사하는 노즐, 그리고
상기 노즐을 상기 레일을 따라 이동시키는 노즐 이동장치를 포함하고,
상기 다수의 분할된 굴착영역은,
상기 굴착대상면 상에서 소정의 영역을 가지며 분할되며,
각각의 굴착영역은,
상기 노즐 이동장치 및 상기 노즐이 별개로 구비되는, 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
삭제
제20항에 있어서,
상기 노즐부는,
레일을 따라 이동하는 자석식 바퀴를 더 포함하고,
상기 노즐 이동장치는,
상기 자석식 바퀴와 연결되어 이동하며,
상기 노즐은,
상기 노즐 이동장치에 고정되어 굴착대상면에 연마제를 분사하는 길이 연장형 노즐인, 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
제20항에 있어서,
상기 노즐부는,
레일을 따라 노즐 이동장치와 길이 연장형 노즐이 이동하면서 굴착대상면을 파쇄하는 것을 특징으로 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
제23항에 있어서,
상기 길이 연장형 노즐은,
굴착대상면에 연마제를 분사하여 자유면을 형성하는 것을 특징으로 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
제20항에 있어서,
상기 지지구조체는,
터널굴착을 위한 굴착대상면을 향해 전후이동 가능한 이동수단을 포함하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
제20항에 있어서,
상기 굴착영역은,
아치형의 굴착대상면을 좌측 측면부, 좌측 천정부, 우측 천정부, 우측 측면부의 4개 영역으로 분할하는 것을 특징으로 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.
제26항에 있어서,
상기 굴착영역은,
소정의 영역으로 분할되고, 각 영역에는 노즐 이동장치 1개, 길이 연장형 노즐 1개, 호스 1개로 구성을 이루는 것을 특징으로 하는 터널 자유면 형성을 위한 워터젯 노즐 구동장치.