KR102067515B1 - 암반 급속 굴착을 위한 일체형 구조를 갖는 굴착 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일 장치를 통해 할암 대상 암반을 굴착하면서 암반을 분할 및 파쇄할 수 있는 암반 급속 굴착을 위한 일체형 구조를 갖는 굴착 장치에 관한 것으로 상세하게는, 굴착대상 암반에 형성되는 할암 공간으로 삽입되며, 쐐기 구조로 상기 할암 공간에서 외형이 확장되어 암반을 분할 또는 파쇄하는 할암부;를 포함하는 것이 특징이다.

Description

암반 급속 굴착을 위한 일체형 구조를 갖는 굴착 장치{Excavating apparatus with integrated structure for rapidity rock excavation}

본 발명은 일 장치를 통해 할암 대상 암반을 천공하면서 연속적으로 암반을 분할 및 파쇄할 수 있는 암반 급속 굴착을 위한 일체형 구조를 갖는 굴착 장치에 관한 것이다.

일반적으로 건설작업 현장에서 널리 사용되는 굴착기에는 구매자의 구사항에 따라 굴착기에 설치된 고유의 버킷을 포함하여 여러 가지 부가적인 작업기(option attachment)를 설치함으로써 굴착기의 용도를 다양화시킬 수 있도록 되어 있는 바, 이러한 옵션작업기는 굴착기 선단의 암에 체결용 핀과 속공 클램프에 의하여 장착되도록 되어 있다.

또한, 암반 굴착방식은 발파방식, 파워 브레이커(Power breaker)를 사용하는 기계식 천공 등이 주류를 이루고 있다.

그러나, 상기 발파방식은 매우 큰 소음, 진동, 분진 등을 유발하여 특수한 경우를 제외하면 특히 도심지에서 사용되지 않는다.

이때, 도심지에서 일반적으로 사용되는 굴착방식은 파워 브레이커공법으로 수압브레이커를 굴착기에 장착하여 굴착면에 치젤을 타격하여 암반을 파쇄하는 방법으로 굴착된 암석을 2차 소할 하는데도 사용된다.

그러나, 이러한 방식도 소음과 충격진동이 비교적 크기 때문에 민원을 유발하여 시가지의 장기적인 작업에는 부적합하다는 문제점이 있다.

그 외에도 종래의 암반 굴착방식들은 암반의 천공, 할암 및 상차 등을 각기 다른 장비로 수행함으로써 작업이 비효율적이고, 자유면이 없는 경우 할암 작업이 불가능한 등의 문제점이 있었다.

대한민국 등록실용신안공보 등록번호 제20-0317939호 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1014793호

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 일 장치를 통해 할암 대상 암반을 천공하면서 연속적으로 암반을 분할 및 파쇄할 수 있도록 함으로써 작업의 신속성, 편의성, 경제성이 우수한 암반 급속 굴착을 위한 일체형 구조를 갖는 굴착 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 암반 급속 굴착을 위한 일체형 구조를 갖는 굴착 장치(이하 '굴착 장치'라 함)는, 굴착대상 암반에 형성되는 할암 공간으로 삽입되며, 쐐기 구조로 상기 할암 공간에서 외형이 확장되어 암반을 분할 또는 파쇄하는 할암부;를 포함하는 것이 특징이다.

하나의 예로써, 상기 할암부는, 횡단면의 너비가 하부로 갈수록 작아지게 구성되며 연직 방향을 따라 승강하는 확장모듈; 및 상기 확장모듈의 형상과 대응하는 내부공간을 가지며 연직 방향으로 복수의 절개부위를 형성하여 분할된 복수의 단위 모듈로 구성되면서 상기 내부공간으로 삽입되는 확장모듈의 삽입 깊이에 따라 상호 단위 모듈 간의 횡방향 거리가 이격되는 유동모듈;을 포함하여 구성될 수 있다.

하나의 예로써, 상기 할암부는, 승강 공간을 가지며 하부에는 상기 확장모듈이 통과할 수 있는 개구부가 형성된 실린더케이싱; 상기 실린더케이싱의 승강 공간 내에서 유압 또는 공압 또는 수압에 의해 연직 방향으로 승강 구동하는 피스톤;을 더 포함하게 되며, 이때 상기 확장모듈은, 상기 피스톤의 하단부에 결합되어 피스톤과 일체로 연동하며 상기 피스톤의 승강 구동에 따라 상기 실린더케이싱의 개구부를 통해 승강 공간으로부터 하부 방향으로 인출되거나 승강 공간을 향하여 상부방향으로 인입될 수 있으며, 상기 유동모듈은, 상단부의 테두리를 따라 상기 개구부의 직경보다 큰 걸림테두리가 형성되어 상단부가 상기 실린더케이싱의 승강 공간에 위치하면서 횡방향을 따라 이동이 가능하게 구성될 수 있다.

하나의 예로써 본 발명의 굴착 장치는 상기 할암부의 전방에 이격되게 연결되며 굴착대상 암반을 일정 깊이로 천공하여 할암 공간을 형성하기 위한 천공부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이에 더하여 본 발명의 굴착 장치는 상기 실린더케이싱와 피스톤 및 유동모듈의 각 중심부를 연직 방향으로 관통하며 상기 천공부와 연통하여 고압수를 상기 천공부에 공급하는 워터공급관;을 더 포함하여 구성될 수 있다.

하나의 예로써, 상기 천공부는, 상기 할암부의 전방에서 회전 가능하게 구비되는 워터젯하우징과, 상기 워터젯하우징 전방에 구비되는 한 쌍의 워터젯노즐 및 복수의 드릴 비트를 포함하되, 상기 워터젯하우징은 전방의 직경선상에 형성되는 전방유로와, 상기 전방유로와 연결되고 상기 워터젯하우징의 측면에 형성되는 측면유로를 포함하고, 상기 한 쌍의 워터젯노즐은 상기 워터젯하우징의 중심축의 양쪽에 동일한 간격으로 이격되어 상기 전방유로 상에 구비되며 그 분사방향은 상기 워터젯하우징의 중심축과 나란한 방향에서 서로 엇갈리는 방향으로 20 내지 70도 경사지게 구성되며, 상기 한 쌍의 워터젯노즐에서 분사되는 고압수에 의해 암반이 천공되면서 고압수의 반력으로 워터젯천공부가 회전하고 동시에 상기 드릴비트에 의해 미천공된 암반이 천공되게 구성될 수 있다.

상술한 해결 수단에 의해 본 발명의 굴착 장치는, 일 장치를 통해 할암 대상 암반을 천공하면서 연속적으로 암반을 분할 및 파쇄할 수 있도록 함으로써 작업의 신속성, 편의성, 경제성이 우수한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 할암부의 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 할암부의 작동 상태를 나타내는 측단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 굴착 장치의 구성을 나타내는 측단면도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 굴착 장치의 작동 상태를 나타내는 측단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 천공부의 구조를 설명하기 위한 측단면도.
도 6은 도 5에 도시된 천공부의 저면을 나타내는 도면.
도 7은 도 5에 도시된 A-A'단면도.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 할암부의 구성을 나타내는 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 할암부의 작동 상태를 나타내는 측단면도이다.

본 발명의 굴착 장치(10)는 굴착대상 암반을 천공하기 위한 천공부(20)와, 상기 천공부(20)의 하단에서 이격된 위치에 일체로 장착되며 천공된 공간으로 상기 천공부(20)와 함께 연속적으로 삽입되어 암반을 분할 또는 파쇄하는 할암부(30)를 포함하여 구성된다.

도 1을 참조하면, 상기 할암부(30)는 굴착대상 암반에 형성되는 할암 공간(11)에 삽입되어 암반을 분할 또는 파쇄하는 것으로, 상기 천공부(20)을 따라 할암 공간(11)으로 삽입될 수 있으며, 특히 쐐기 구조로 구성되어 상기 할암 공간(11)에서 외형이 점차 확장됨으로써 암반을 할암하도록 한다.

일 예로 상기 할암부(30)는 외형이 확장되는 확장모듈(300)과 상기 확장모듈(300)을 확장시키기 위한 유동모듈(310)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 확장모듈(300)은 횡단면의 너비가 하부로 갈수록 작아지게 구성되어 있으며 연직 방향을 따라 승강하게 되는 쐐기 구조를 가질 수 있다.

상기 유동모듈(310)은 상기 확장모듈(300)의 형상과 대응하는 내부공간(311)을 가지며 상기 내부공간(311)을 향하여 하강하는 상기 확장모듈(300) 수용할 수 있다.

그리고 상기 유동모듈(310)은 연직 방향으로 복수의 절개부위(a)를 형성함으로써 분할된 복수의 단위 모듈(312)로 구성될 수 있다.

도 1 등에서는 상기 절개부위(a)가 한 쌍으로 구성되어 2개의 단위 모듈(312)이 대칭으로 분할된 예를 제시하고 있으나, 상기 절개부위(a) 및 절개부위(a)에 따라 분할되는 단위 모듈(312)의 개수는 임의 설정이 가능하다.

여기서 상기 유동모듈(310)은 그 형상에 있어 한정되지 않으나 바람직하게는 원통형보다는 하나 이상의 측면을 갖는 육면체형으로 구성될 수 있다.

상기 유동모듈(310)은 상기 내부공간(311)으로 삽입되는 확장모듈(300)의 삽입 깊이에 따라 상호 단위 모듈(312) 간의 횡방향 거리가 이격될 수 있으며, 이러한 유동모듈(310)의 확장에 의해 할암공간(11)에서 암반을 분할 내지 파쇄할 수 있게 된다.

즉, 본 실시 예에 따른 할암부(30)의 구조에 의하면 상기 확장모듈(300)외 외면과 상기 유동모듈(310)의 내면은 서로 동일한 기울기를 갖는 테이퍼(taper) 형상을 가지게 되는데, 상기 확장모듈(300)이 하강하여 상기 유동모듈(310)의 내부공간(311)으로 삽입되는 과정에서 확장모듈(300)이 설정된 임계 깊이를 초과하여 삽입되면 상기 유동모듈(310)의 단위 모듈(312)들이 절개 부위(a)를 중심으로 상호 외측 방향으로 점차 이격되어 확장될 수 있는 것이며, 이러한 확장에 의해 인접한 암반의 측면을 가압하여 할암 공정을 수행하게 되는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 할암부(30)는 상기 유동모듈(310)에 대한 승강 구동을 제공하기 위한 구동 수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.

일 예로 상기 구동 수단은 도 2에 도시된 바와 같이 실린더케이싱(320)과 피스톤(330)을 포함할 수 있다.

상기 실린더케이싱(320)는 내부에 피스톤(330)과 확장모듈(300)이 승강할 수 있는 승강 공간(321)을 가지며, 하부에는 상기 확장모듈(300)이 통과할 수 있는 개구부(322)가 형성되어 있다.

상기 실린더케이싱(320)은 상기 승강공간(321)과 연통하는 유입/배출구(323)가 구비되어 외부의 펌프와 연결될 수 있으며, 상기 펌프로부터 제공되는 유압 또는 공압 또는 수압 중 선택된 하나가 상기 승강공간(321)에 작용하도록 하여 압력을 가하도록 한다.

상기 피스톤(330)은 상기 실린더케이싱(320)의 승강공간(321) 내에서 작용하는 압력에 의하여 연직 방향으로 승강 구동한다.

이러한 피스톤(330)은 도면에 도시된 바 없으나 상기 실린더케이싱(320)의 내면과 접하게 되는 둘레에 외주면이 테이퍼 형상이거나 가운데가 볼록한 구조의 피스톤 링이 장착되어 상기 실린더케이싱(320)의 내면과 선접촉을 하면서 승강 작동시에도 기밀을 유지할 수 있도록 한다.

또한 상기 구동 수단은 상기 펌프를 제어하기 위한 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있는 바, 상기 제어부는 상기 피스톤(330)이 상기 실린더케이싱(320)의 승강공간(321)에서 교차로 상승과 하강을 반복할 수 있도록 상기 펌프의 압력을 제어하여 천공된 할암 공간(11) 내에서 상기 할암부(30)에 의한 반복적인 가압 및 충격을 가하도록 함으로써 암반에 대한 할암 과정을 보다 용이하고 효율적으로 수행할 수 있도록 한다.

도 2를 참조하면, 상기 확장모듈(300)은 상기 피스톤(330)의 하단부에 결합되어 피스톤(330)과 일체로 연동하며 상기 피스톤(330)의 승강 구동에 따라 상기 실린더케이싱(320)의 개구부(321)를 통해 승강 공간(321)으로부터 하부 방향으로 인출되거나 승강 공간(321)을 향하여 상부방향으로 인입될 수 있다.

이때 상기 유동모듈(310)은 상단부의 테두리를 따라 상기 개구부(321)의 직경보다 큰 걸림테두리(313)가 형성되어 있으며, 상기 걸림테두리(313)가 형성된 상단부가 상기 실린더케이싱(320)의 승강 공간(321)에 위치하면서 횡방향을 따라 이동이 가능하도록 하여, 유동모듈(310)의 이탈을 방지함과 더불어 움직임이 안정적으로 이루어질 수 있도록 가이드한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 굴착 장치의 구성을 나타내는 측단면도이고, 도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 굴착 장치의 작동 상태를 나타내는 측단면이다. 그리고 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 천공부의 구조를 설명하기 위한 측단면도이며, 도 6은 도 5에 도시된 천공부의 저면을 나타내는 도면이며, 도 7은 도 5에 도시된 A-A'단면도이다.

본 발명의 굴착 장치(10)는 앞서 언급한 바와 같이 상기 할암부와(30) 일체로 결합되는 천공부(20)를 포함할 수 있다.

상기 천공부(20)는 상기 할암부(30)의 전방에 이격되게 연결되어 있으며 굴착대상 암반을 일정 깊이로 천공하여 할암 공간(11)을 형성한다.

이러한 천공부(20)는 공지 기술을 적용하여 다양하게 실시될 수 있으나, 본 발명에서는 일 실시 예로서 고압의 물을 분사하도록 구성되는 워터젯(water jet) 원리를 적용하여 천공 시 발생할 수 있는 진동 및 소음을 최소화할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 할암부(30)는 앞서 언급한 바와 같이 천공부(20)의 후단에 연결되어 상기 천공부(20)에 의해 형성되는 할암 공간(11)에 삽입되어 굴착대상 암반에 대한 할암 공정을 수행하게 되는 바, 천공과 할암을 일 장치를 통해 연속적으로 실시할 수 있어 시공 시간을 단축시킬 수 있게 된다.

이때 본 발명의 일 실시 예에 따른 굴착 장치(10)는 외부로부터 상기 천공부(20)에 고압수를 공급하기 위한 공급수단이 구비될 수 있는 바, 상기 실린더케이싱(320)과 피스톤(330) 및 유동모듈(310)의 중심부를 관통하여 상기 천공부(20)와 연통하는 워터공급관(40)을 포함할 수 있다.

한편 본 실시 예의 천공부(20)는 고압의 물을 분사하도록 구성되는 워터젯(water jet) 원리를 적용하여 소음과 진동을 최소화할 수 있도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 천공부(20)는 상기 할암부(30)의 전방에 위치하며 상기 워터공급관(40)을 통해 공급되는 고압수에 의해 작동되어 고속 회전을 통해 암반을 천공하는 것으로, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 워터젯하우징(210)과, 워터젯하우징(210) 전방에 구비되는 한 쌍의 워터젯노즐(220) 및 상기 워터넷하우징(210) 전단에 구성되는 복수의 드릴비트(230)를 포함한다.

상기 워터젯하우징(210)은 전방의 직경선상에 형성되는 전방유로(240)와, 전방유로(240)와 연결되고 워터젯하우징(210)의 측면에 형성되는 측면유로(250)를 포함하고, 한 쌍의 워터젯노즐(220)은 상기 워터젯하우징(210)의 중심 양쪽에 동일한 간격으로 이격되어 전방유로(240) 상에 구비된다.

상기 전방유로(240)와 측면유로(250)는 천공 작업 시 발생되는 암분을 외부로 유출시키는 배출통로로 사용되는 것으로, 도면에 도시된 바 없으나 외부로부터 유입되는 배출라인과 연통하도록 구성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 워터공급관(40)을 이중관 형태로 구성하고 상기 워터공급관(40)의 이중관을 통해 배출될 수 있도록 한다.

상기 한 쌍의 워터젯노즐(220)은 상호 엇갈리는 방향으로 고압수를 분사함으로써, 고압수에 의해 암반이 천공되고 동시에 고압수의 반력에 의해 천공부(20)가 회전 구동하게 되는 것으로, 이때 복수의 드릴비트(230)에 의해 미천공된 암반이 천공된다.

따라서 워터젯노즐(220)의 분사방향은 천공부(20)의 중심축을 통과하는 평면과 일정한 각도로 경사지게 되는데, 이때 분사방향은 워터젯하우징(210)의 중심축과 나란한 방향에서 20 내지 70도, 바람직하게는 30 내지 60도, 가장 바람직하게는 40 내지 50도 경사지게 하는 것이 좋다.

즉, 한 쌍의 워터젯노즐(220)에서 서로 엇갈린 방향으로 분사되는 고압수에 의해 암반이 천공되고, 고압수의 반력으로 천공부(20)가 회전하며, 이 회전 시 천공부(20) 저면에 형성된 드릴비트(230)에 의해 미천공된 암반이 천공(분쇄)되는 것이다.

여기서 상기 한 쌍의 워터젯노즐(220)의 분사방향의 각도를 크게 하면 천공부(20)의 회전은 잘 되나 천공방향이 너무 외측으로 향하게 되고, 분사방향의 각도를 적게 하면 천공부(20)의 회전이 원활하게 되지 않아 결국 드릴비트(230)에 의해 천공이 불리하게 되므로, 분사방향의 각도를 위에서 한정한 범위 내에서 선택하는 것이 바람직하다.

또한 상기 한 쌍의 워터젯노즐(220)로 고압수를 공급하기 위한 워터젯라인이 구비될 수 있는 바, 이러한 워터젯라인은 도면에 도시된 바 없으나 상기 할암부(30)을 관통하는 워터공급관(40)을 통해 상기 천공부(20)로 유입됨으로써 상기 워터젯노즐(220)과 연통할 수 있다.

상기 천공부(20)는 상기 할암부(30)에 전단에서 나사 결합될 수 있으며, 중앙에 중앙에 상기 워터젯라인과 연통되는 유로가 구비된 회전축(260)과, 회전축(260) 전방에 구비되어 고압수 누수를 방지하는 부시(270)와, 상기 회전축(260) 둘레 측면에 구비되어 상기 할암부(30)의 전단에서 독립적으로 회전 가능하도록 하는 베어링(159)으로 이루어지도록 하여 고압수 누수를 방지하는 동시에 원활한 회전이 가능하게 한다.

이때, 상기 천공부(20)에 의한 천공 과정에서 사용되는 고압수는 초고압수파워팩(UHP<Ultra High Pressure water jet> Power pack)으로부터 공급될 수 있다.

상기 초고압수파워팩은 상기 워터젯라인과 연결되도록 하여 고압수가 상기 천공부(20)로 공급 및 분사되도록 한다.

일 예로써 고압수를 발생시키는 UHP Power pack은 압력 3,000bar 이상의 고수압과 유량 30 l/min 이상의 유량을 발생시킬 수 있게 하며, 각각의 천공부(20)에는 6~7 l/min의 유량을 공급하도록 하는 것이 좋다.

이때, 고압수를 천공부(20)에 공급하여 할암 작업에 사용하는 고압수의 압력은 1,500 bar 정도로 설정하여 별도의 유압장치 없이 초고압수파워팩으로 천공 및 할암 작업이 가능하게 한다.

또한, 상기 천공부(20)는 그 단부에 워터젯노즐(220)이 형성된 구조로, 고압 분사 시 상호 반대 방향으로 분사되는 8kgf 정도의 고압수에 의해 반발력이 작용하며, 이 반발력에 의해 회전축(260)을 중심으로 회전력이 발생하게 된다.

그리고 상기 회전축(260)에 형성된 부시(270)는 고압수의 누수를 방지하며, 베어링(280)은 원활한 회전을 위한 구조를 제공하고, 워터젯노즐(220)을 통해 암반 천공 시 노즐의 수가 2개이나 워터젯노즐(220)에 의해 천공부(20)는 회전을 하며 전 면적을 빠짐없이 천공함으로써 원형의 할암 공간을 형성하게 된다.

특히, 고압수 분사에 따라 연동하는 드릴비트(230)가 회전함으로써 고압수에 의해 천공되지 않은 돌출된 부분을 타격 및 분쇄하도록 하여 순수 워터젯 보다 기계 천공을 병용하는 워터젯 천공의 천공속도가 증가하게 된다.

즉, 천공부(20)의 천공속도는 일반적으로 볼 때 Φ60mm 기준 500mm/min 정도인데, 이 속도는 유압 크롤러드릴 천공속도보다 작으나 공압식 천공기보다는 높은 수준이고, 또한 일반적으로 암반 할암에 사용되는 회전식 코어드릴의 50mm/min 보다는 매우 빠른 속도이다.

일반적으로 천공속도가 빠른 유압식 크롤러 드릴보다 속도가 떨어지는 코어드릴 사용이유는 천공경이 매끈하게 천공되어야 할암부(30)의 삽입이 편리하고, 할암시 밀착이 잘되어 원활한 할암이 가능하기 때문이며, 본 발명의 천공부(20)는 첫째 고속으로 회전하는 워터젯을 사용하여 일반적인 크롤러 드릴과 달리 타격에 의한 암반의 교란을 최소화하므로 매끈한 형태의 천공 확보가 가능하고, 둘째 천공기로 천공 후 할암기를 다시 삽입하여 할암하는 일반 공법과 달리 천공과 동시에 할암을 수행하므로 천공경의 상태가 할암 공정에 미치는 영향이 적고, 일반적인 할암 공법에 비해 매우 효율적인 할암 작업이 가능하게 한다.

천공된 암분(debris)은 천공부(20) 내지 할암부(30) 등에 설치된 배출라인을 통하여 밖으로 배출될 수 있도록 한다. 통상적으로 크롤러드릴 등은 천공된 암분을 고압공기를 사용하여 밖으로 배출하지만 수 ~ 십수 m에 달하는 크롤러 드릴 천공 깊이와 달리 본 발명은 천공경이 500mm 정도로 매우 짧으므로 고압공기를 사용하지 않아도 원활한 배출이 가능하며, 고압의 워터젯을 분사하므로 배출수와 함께 암분이 용이하게 배출될 수 있다.

이상에서는 고압수를 이용한 워터젯(water jet) 구조를 일 예로 천공부(20)를 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되지 않으며 유압식 등 다양한 공지의 천공 방식을 적용할 수 있음은 당연하다.

이하에서는 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 본 발명의 굴착 장치(10)의 작동 상태를 설명하기로 한다.

먼저 도 4a에 도시된 바와 같이 굴착대상 암반에 본 발명의 굴착 장치(10)를 위치시킨 후, 굴착 장치(10)를 하강시켜 천공부(20)가 지반과 대면하도록 한다.

그리고 도 4b 및 4c에 도시된 바와 같이 상기 워터공급관(40)을 통해 고압수를 상기 천공부(20)로 공급하여 상기 천공부(20)를 작동시키면서 기설정된 깊이로 굴착 장치(10)를 점차 하강시키고, 천공부(20)의 회전 구동을 통해 계획 심도까지 천공 공정을 수행하게 된다.

이후 계획 심도까지 천공부(20)에 의한 천공 공정이 완료되면, 굴착 장치(10)의 위치가 고정된 상태에서 상기 워터공급관(40)의 고압수 공급을 중단시켜 천공부(20)의 작동을 정지시킴과 동시에 외부의 펌프를 통해 유압 또는 공압 또는 수압을 상기 실린터케이싱(320)의 승강 공간(321)으로 공급하여 승강 공간(321) 내에 압력이 작용하도록 하고, 이러한 압력에 의해 피스톤(330)과 피스톤(330)에 연결된 확장모듈(300)이 실린더케이싱(320)의 개부구(322)를 통해 하방향으로 인출될 수 있도록 한다.

도 4d에 도시된 바와 같이 인출된 확장모듈(300)의 일부는 유동모듈(310)의 내부공간(311)으로 삽입되는데, 상기 펌프를 제어하여 유압 또는 공압 또는 수압의 공급량을 조절하면 상기 확장모듈(300)의 삽입 깊이를 조절할 수 있게 되므로 할암 공정시에는 상기 확장모듈(300)을 점차적으로 하강시켜 설정된 임계 깊이 즉 확장모듈(300)의 외면과 유동모듈(310)의 내면이 상호 접하게 되는 깊이를 초과하도록 승강공간(321)에 압력을 가한다.

설정된 임계 깊이를 초과하도록 상기 확장모듈(300)이 삽입되면 상기 유동모듈(310)의 단위 모듈(312)들은 절개 부위(a)를 중심으로 상호 외측 방향으로 이격되어 확장하게 되며, 이러한 확장에 의해 인접한 암반의 측면을 가압하여 할암 대상 암반을 할암할 수 있게 된다.

이때, 앞서 설명한 바와 같이 확장모듈(300)의 위치를 반복적으로 상승 및 하강시켜 할암 공간(11) 내에서 상기 할암부(30)에 의한 반복적인 가압 및 충격을 가하도록 함으로써 암반에 대한 할암 과정을 보다 용이하고 효율적으로 수행하게 할 수 있다.

이후 할암 공정이 완료되면 상기 실린더케이싱(320)의 승강 공간(321)에 공급한 유압 또는 공압 또는 수압을 회수하여 상기 피스톤(330)과 피스톤(330)에 연결된 확장모듈(300)을 상승시킴과 더불어 유동모듈(310)이 원래의 상태로 복귀하도록 한 후 굴착 장치(10)를 상승시켜 천공된 할암공간(11)으로부터 분리하도록 한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

10 : 본 발명의 굴착 장치 20 : 천공부
30 : 할암부 40 : 워터공급관
200 : 할암 공간 300 : 유동모듈

Claims (6)

1. 고압의 물이 분사되도록 구성되는 워터젯(water jet) 구조로 굴착대상 암반을 일정 깊이로 천공하여 할암 공간을 형성하기 위한 천공부;
   상기 천공부의 하단에서 이격된 위치에 일체로 장착되며 상기 천공부에 의해 천공되는 할암 공간으로 천공부와 함께 연속적으로 삽입되고, 쐐기 구조로 상기 할암 공간에서 외형이 확장되어 암반을 분할 또는 파쇄하는 할암부;를 포함하며,
   상기 할암부는,
   횡단면의 너비가 하부로 갈수록 작아지게 구성되는 테이퍼 형상을 가지며 연직 방향을 따라 승강하는 쐐기 구조의 확장모듈;
   상기 확장모듈의 형상과 대응하는 내부공간을 가지며 상기 내부공간을 향하여 하강하는 상기 확장모듈을 수용하며 연직 방향으로 복수의 절개부위를 형성하여 분할된 복수의 단위 모듈로 구성되면서 상기 내부공간으로 삽입되는 확장모듈의 삽입 깊이에 따라 상호 단위 모듈 간의 횡방향 거리가 이격되게 확장되는 유동모듈; 및
   승강 공간을 가지며 하부에는 상기 확장모듈이 통과할 수 있는 개구부가 형성되고 상기 승강 공간과 연통하는 유입/배출구가 구비되며 외부의 펌프와 연결되어 상기 유입/배출구를 통해 유압 또는 공압 또는 수압이 상기 승강 공간으로 공급되는 실린더케이싱과, 상기 실린더케이싱의 승강 공간 내에서 유압 또는 공압 또는 수압에 의해 작용하는 압력에 따라 연직 방향으로 승강 구동하며 상기 실린더케이싱의 내면과 접하게 되는 둘레에 외주면이 테이퍼 형상 또는 가운데가 볼록한 구조의 피스톤 링이 장착되어 상기 실린더케이싱의 내면과 선접촉을 하는 피스톤 및 상기 피스톤이 상기 실린더케이싱의 승강공간에서 교차로 상승과 하강을 반복할 수 있도록 상기 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 구동수단;을 포함하되,
   상기 확장모듈은 상기 피스톤의 하단부에 결합되어 피스톤과 일체로 연동하며 상기 피스톤의 승강 구동에 따라 상기 실린더케이싱의 개구부를 통해 승강 공간으로부터 하부 방향으로 인출되거나 승강 공간을 향하여 상부방향으로 인입되며,
   상기 유동모듈은 상단부의 테두리를 따라 상기 개구부의 직경보다 큰 걸림테두리가 형성되며 상기 걸림테두리가 형성된 상단부가 상기 실린더케이싱의 승강 공간에 위치하면서 횡방향을 따라 이동하고,
   상기 구동수단의 실린더케이싱과 피스톤 및 유동모듈의 각 중심부를 연직 방향으로 관통하며 상기 천공부와 연통하여 고압수를 상기 천공부에 공급하는 워터공급관;을 더 포함하며,
   상기 천공부는,
   상기 할암부의 전방에서 회전 가능하게 구비되는 워터젯하우징과, 상기 워터젯하우징 전방에 구비되는 한 쌍의 워터젯노즐 및 복수의 드릴 비트를 포함하되,
   상기 워터젯하우징은 전방의 직경선상에 형성되는 전방유로와, 상기 전방유로와 연결되고 상기 워터젯하우징의 측면에 형성되는 측면유로를 포함하고,
   상기 한 쌍의 워터젯노즐은 상기 워터젯하우징의 중심축의 양쪽에 동일한 간격으로 이격되어 상기 전방유로 상에 구비되며 그 분사방향은 상기 워터젯하우징의 중심축과 나란한 방향에서 서로 엇갈리는 방향으로 20 내지 70도 경사지게 구성되며,
   상기 한 쌍의 워터젯노즐에서 분사되는 고압수에 의해 암반이 천공되면서 고압수의 반력으로 워터젯천공부가 회전하고 동시에 상기 드릴비트에 의해 미천공된 암반이 천공되는 것을 특징으로 하는 암반 급속 굴착을 위한 일체형 구조를 갖는 굴착 장치.
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