KR102112630B1 - 내경비트 조립체의 회수기능을 가진 방향성 굴착장치, 이를 이용한 지반의 방향성 굴착방법 및 지반 보강방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미 존재하고 있는 빌딩 등과 같은 기존 구조물의 하부 지반을 보강하기 위하여 기존 구조물의 하부 지반을 수평하게 천공하고 약액 주입 등의 그라우팅 작업을 수행하는 방향성 굴착장치로서, 수평굴진이 완료된 후에는 고가의 내경비트와 위치센서를 효율적으로 회수할 수 있는 구성을 가지는 방향성 굴착장치와, 이를 이용하여 지반을 굴착 및 천공하는 방법, 그리고 지반을 보강하는 방법에 관한 것이다.

Description

내경비트 조립체의 회수기능을 가진 방향성 굴착장치, 이를 이용한 지반의 방향성 굴착방법 및 지반 보강방법{Apparatus having Double type Bit and Injection Tube for Grouting after Horizontal Drilling, and Drilling and Reinforcing Method of Ground using such apparatus}

본 발명은 내경비트와 위치센서의 회수기능을 가지는 방향성 굴착장치, 이를 이용한 지반의 방향성 굴착방법, 및 지반 보강방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 이미 존재하고 있는 빌딩 등과 같은 기존 구조물의 하부 지반을 보강하기 위하여 기존 구조물의 하부 지반을 수평하게 천공하고 약액 주입, 콤팩션 그라우팅 등의 그라우팅 작업을 수행하되 수평굴진에 의한 천공이 완료된 후에는 고가의 내경비트와 고가의 위치센서를 효율적으로 회수할 수 있는 구성을 가지는 방향성 굴착장치와, 이를 이용하여 지반을 굴착하여 천공하는 방법, 그리고 지반을 보강하는 방법에 관한 것이다.

연약한 지반을 보강하는 방법 중 널리 이용되는 것은 지반을 천공하고, 대한민국 공개특허 제10-2014-0132996호에 개시된 것과 같은 그라우팅 주입장치를 이용하여 안정액이나 고정액 등과 같은 약액을 지반에 주입하는 것이다. 그런데 이미 존재하고 있는 빌딩 등과 같은 기존 구조물의 경우, 그 하부 지반을 위와 같은 약액 주입에 의한 그라우팅 작업으로 보강하기 위해서 종래 기술에는 기존 구조물의 기초바닥을 관통하여 하부 지반을 연직하게 천공하거나 또는 경사진 형태로 천공하여 그라우팅 작업을 해야 되었다. 그러나 기존 구조물의 기초로 인하여 기존 구조물의 바로 아래에 존재하는 하주 지반으로의 접근이 불가능하거나 작업공간이 협소한 경우에는 하부 지반에 대한 보강작업에 어려움이 있었다. 또한, 기존 구조물 아래에 존재하는 하부 지반의 경우, 연직 천공이나 경사 천공으로는 그라우팅 작업 범위가 넓지 않기 때문에 충분한 보강이 이루어지지 않을 수 있으며, 보강 효율도 저하되는 문제점이 있다.

이러한 문제점에 대응하는 방안으로서, 기존 구조물의 하부 지반을 수평천공하여 그라우팅 작업을 시행하려는 아이디어가 제시되고 있다. 도 1 및 도 2에는 각각 수평천공에 의한 그라우팅 작업의 기본 개념을 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 새로 제안되고 있는 아이디어는, 도 1에 도시된 것처럼 기존 구조물로부터 이격된 지상에 굴착구동장비(201)를 설치하고, 방향성 굴착장치(200)를 이용하여 지상에서부터 기존 구조물을 향하여 처음에는 경사지게 굴착하여 천공하고, 기존 구조물 아래의 그라우팅 계획범위에서는 수평하게 천공한 후, 도 2에 도시된 것처럼 그라우팅장비(202)를 이용하여 수평 천공된 그라우팅 계획범위에 약액 주입, 콤팩션 그라우팅 등에 의한 그라우팅 작업을 수행하여 하부 지반을 보강하는 것을 핵심으로 하고 있다. 도 1에서 부재번호 203은 방향성 굴착장치(200)를 회전 구동하여 전진시키기 위한 롯드(203)이고, 도 2에서 부재번호 230은 하부 지반에 고정액이 주입되어 보강된 지반보강부분(230)이다.

이러한 아이디어를 구체적으로 실행하기 위해서는, 기존 구조물로부터 이격된 지상 위치에서 기존 구조물 하부의 목표범위 즉, 그라우팅 작업을 목표로 하고 있는 그라우팅 계획범위까지 정확한 방위를 가지고 수평방향으로 천공해야 하며, 이를 위해서는 방향성 굴착장치(200)의 굴진 위치와 굴진 방향을 정확하게 파악하는 것이 매우 중요하다. 이를 위해서 방향성 굴착장치(200)에 위치센서를 내장시킬 수 있는데, 이 경우 위치센서로 인하여 그라우팅 작업에 어려움이 생길 수 있다. 그라우팅 계획범위 까지 수평하게 천공이 이루어진 후 그라우팅 작업을 수행하려면, 약액을 주입할 수 있는 주입통로를 확보해야 하는데, 방향성 굴착장치(200)에 위치센서가 내장되어 있으면 약액 주입통로의 확보가 어렵기 때문이다. 그 뿐만 아니라, 위치센서가 설치된 위치를 피하여 약액 주입통로를 확보하였더라도, 그라우팅 작업시 고압의 약액이 주입되는 과정에서 그 압력에 의해 고가의 위치센서가 손상될 우려가 매우 크며, 결국에는 고가의 위치센서를 지중에 버리게 되어, 보강작업의 경제성이 악화되는 문제점이 발생하게 된다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0132996호(2014. 11. 19. 공개).

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 기존 구조물의 하부 지반을 그라우팅으로 보강하기 위하여 방향성 굴착장치를 이용하여 기존 구조물의 하부 지반을 수평하게 천공함에 있어서, 정확한 굴착을 위하여 방향성 굴착장치에 위치센서를 안전하게 내장하면서도, 그라우팅 작업을 위한 고정액의 가압공급이 원활하게 이루어질 수 있으며, 그라우팅 작업시 고가의 위치센서가 손상되는 것을 원천적으로 방지되고, 고가의 위치센서를 회수하여 보강작업의 경제성을 향상시키되, 이러한 과정이 지상에서 이루어질 수 있도록 함으로써, 작업의 효율성을 극대화시킬 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 위치센서가 내장되어 있어서 정확한 굴진 방향과 위치를 지상에서 파악하면서 기존 구조물의 하부 지반을 수평하게 굴진하며, 수평 굴진이 완료된 후에는 위치센서를 안전하게 지상으로 회수하여 그라우팅 작업을 위한 약액 주입통로가 용이하게 확보되는 구성의 방향성 굴착장치와, 이러한 방향성 굴착장치에서 위치센서를 포함하는 내경비트 조립체를 지상에서 효율적으로 회수하는 기술이 제공된다.

구체적으로 본 발명에서는 기존 구조물의 하부 지반을 수평하게 굴착 및 천공하고, 천공된 구멍에 약액을 주입하여 그라우팅 작업을 수행하는 방향성 굴착장치(100)로서, 중공을 가지며 회전에 의해 지반을 굴착 및 천공하는 외경비트(1), 상기 외경비트(1)의 후방에 결합되는 통형상의 커플링 케이스(10), 및 상기 커플링 케이스(10)의 중공 내에 삽입되는 내경비트 조립체(20)를 포함하며; 내경비트 조립체(20)는, 외경비트(1)의 중공에 끼워져서 외경비트(1)와 일체를 이루어서 함께 회전하여 지반을 굴착 및 천공하는 내경비트(2)와, 위치정보를 전송하는 위치센서(2)가 설치된 센서홀더 모듈(3)을 포함하며; 센서홀더 모듈(3)에는 커플링 케이스(10)와 선택적으로 체결 또는 비체결되는 가변고정장치가 구비되어 있으며; 지반의 굴착 및 천공시에는 내경비트(2)가 외경비트(1)의 중공 내에 끼워지고, 센서홀더 모듈(3)이 커플링 케이스(10)의 중공 내에 삽입 배치되며, 가변고정장치가 커플링 케이스(10)와 체결되어, 내경비트 조립체가 후방으로 움직이지 못한 상태에서, 내경비트(2)와 외경비트(1)가 함께 회전하게 되며; 지반의 굴착 및 천공 완료 후에는 천공된 구멍을 통해서, 인양 와이어가 연결된 인양조립체(4)가 지상에서부터 공급되어 센서홀더 모듈(3)의 후방에 일체로 체결된 상태에서, 인양 와이어가 당겨지면 가변고정장치와 커플링 케이스(10)의 체결상태가 해제되어, 내경비트 조립체가 지상으로 인발되어 회수되고, 비어 있는 외경비트의 중공과 커플링 케이스의 내부를 통해서 약액이 주입되어 그라우팅 작업이 이루어지는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 방향성 굴착장치가 제공된다.

한편, 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 중공을 가진 외경비트(1), 상기 외경비트(1)에 결합되는 통형상의 커플링 케이스(10), 및 상기 커플링 케이스(10) 내에 삽입되는 내경비트 조립체를 포함하며, 내경비트 조립체는, 내경비트와, 위치정보를 전송하는 위치센서가 설치된 센서홀더 모듈을 포함하는 구성을 가지고 있어서 내경비트가 외경비트의 중공에 끼워져서 내경비트와 외경비트가 함께 회전하여 굴착 및 천공 작업이 진행되는 방향성 굴착장치에서, 굴착 및 천공 작업 후 내경비트 조립체를 지상으로 인발하여 회수하는 방법으로서, 방향성 굴착장치의 센서홀더 모듈에는 커플링 케이스와 선택적으로 체결 또는 체결 해제되는 가변고정장치가 구비되어 있어서 가변고정장치가 커플링 케이스와 체결되어 내경비트 조립체가 후방으로 움직이지 못하는 상태에서 굴착 및 천공 작업이 진행되며; 지반의 굴착 및 천공이 완료 후에는 인양 와이어가 연결된 인양조립체가 지상에서부터 공급되는 단계; 인양조립체가 센서홀더 모듈의 후방에 일체 체결되는 단계; 및 인양 와이어를 당겨지면 가변고정장치와 커플링 케이스의 체결이 해제되면서 내경비트 조립체가 지상으로 인발 회수되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 굴착장치에서의 내경비트 조립체 회수방법이 제공된다.

또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 중공을 가진 외경비트(1), 상기 외경비트(1)에 결합되는 통형상의 커플링 케이스(10), 및 상기 커플링 케이스(10) 내에 삽입되는 내경비트 조립체를 포함하며, 내경비트 조립체는, 내경비트와, 위치정보를 전송하는 위치센서가 설치된 센서홀더 모듈을 포함하는 구성을 가지고 있어서 내경비트가 외경비트의 중공에 끼워져서 내경비트와 외경비트가 함께 회전하여 굴착 및 천공 작업이 진행되는 방향성 굴착장치를 이용한 지반보강방법으로서, 방향성 굴착장치를 이용하여 지반에 수평으로 굴착 및 천공하는 단계; 내경비트 조립체를 지상으로 인발하여 회수하는 단계; 및 내경비트 조립체의 회수로 인하여 비어 있는 외경비트의 중공과 커플링 케이스의 내부를 통해서 약액을 주입하여 지반에 그라우팅 작업을 수행하는 단계를 포함하는데; 방향성 굴착장치의 센서홀더 모듈에는 커플링 케이스와 선택적으로 체결 또는 체결 해제되는 가변고정장치가 구비되어 있어서 가변고정장치가 커플링 케이스와 체결되어 내경비트 조립체가 후방으로 움직이지 못하는 상태에서 굴착 및 천공이 진행되며; 지반의 굴착 및 천공이 완료된 후에는 인양 와이어가 연결된 인양조립체가 지상에서부터 공급되어, 인양조립체가 센서홀더 모듈의 후방에 일체 체결되며; 인양조립체와 센서홀더 모듈의 체결 후, 인양 와이어가 당겨지면 가변고정장치와 커플링 케이스의 체결이 해제되면서 내경비트 조립체가 지상으로 인발 회수되는 것을 특징으로 하는 방향성 굴착장치를 이용한 지반보강방법이 제공된다.

위의 본 발명에 따른 방향성 굴착장치 및 본 발명의 방법에 있어서, 센서홀더 모듈(3)에 구비된 가변고정장치는, 날개 형태를 가지며 접혀져서 수축하거나 펼쳐져서 확장되는 제1래치부재(31)로 이루어져서 센서홀더 모듈(3)의 횡측면에 설치되며; 내경비트 조립체가 커플링 케이스(10) 내에 삽입되었을 때 제1래치부재(31)가 존재하는 위치에서 커플링 케이스(10)의 내면에는 내부 공간이 확장되어 있는 제1확장부(11)가 형성되어 있고, 제1확장부(11)의 후방에는 제1단차부(12)가 형성되어 있으며; 지반의 굴착 및 천공을 위해 가변고정장치가 커플링 케이스(10)와 체결될 때에는, 제1래치부재(31)가 확장되어 제1확장부(11)에 위치함으로써, 제1래치부재(31)의 후방단부가 제1단차부(12)에 걸리게 되어 내경비트 조립체가 후방으로 움직이지 못하게 되며; 내경비트 조립체의 인발을 위해 가변고정장치와 커플링 케이스(10)의 체결이 해제될 때에는 제1래치부재(31)가 수축하게 되어 제1래치부재(31)의 후방단부가 제1단차부(12)에 걸리지 않게 됨으로써 내경비트 조립체가 후방으로 움직일 수 있게 되는 구성을 가질 수 있는데, 특히 센서홀더 모듈(3)은, 위치센서(5)를 감싸면서 내경비트(2)의 후방에 결합되는 센서홀더(6)와, 중공이 형성되어 있어서 전방에서 중공에 센서홀더(6)가 끼워져서 결합되는 홀더 케이스(7)를 포함하며; 제1래치부재(31)는 센서홀더(6)의 횡측면에 설치되고; 홀더 케이스(7)에는 제1래치용 장공(71)이 형성되어 있어서, 센서홀더(6)가 홀더 케이스(7)에 삽입된 상태에서, 지반의 굴착 및 천공 시에는 제1래치부재(31)가 확장되어 제1래치용 장공(71)을 통해서 홀더 케이스(7)의 횡측면 밖으로 돌출되며; 내경비트 조립체의 인발시에는 홀더 케이스(7)가 후방으로 당겨져서 움직임에 따라 제1래치용 장공(71)의 위치와 제1래치부재(31)의 위치가 서로 어긋나게 되면서 제1래치부재(31)가 횡방향으로 가압되어 수축되는 구성을 가질 수 있고, 더 나아가 센서홀더(6)의 횡측면에는 제1돌기(63)가 돌출 구비되고; 홀더 케이스(7)에는 제1돌기용 장공(73)이 형성되어 있어서; 센서홀더(6)가 홀더 케이스(7)에 삽입된 상태에서 제1돌기(63)가 제1돌기용 장공(73)에 끼워져서 제1돌기용 장공(73)의 천공방향 길이 범위 내에서만 제1돌기(63)가 천공방향으로 움직일 수 있게 되어, 홀더 케이스(7)가 후방으로 당겨질 때 센서홀더(6)가 홀더 케이스(7)로부터 뽑히는 정도를 제한하게 되는 구성을 가질 수 있다.

본 발명에 의하면, 기존 구조물의 하부 지반을 보강하기 위하여 기존 구조물의 하부 지반을 수평하게 천공하고 약액 주입 등의 그라우팅 작업을 수행하는 방향성 굴착장치에 위치센서를 설치하여 정확한 굴진 방향과 위치를 지상에서 파악하면서 기존 구조물의 하부 지반을 수평하게 굴진할 수 있게 되는 바, 하부 지반 보강 작업의 신뢰도를 높일 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 굴착 과정에서 위치센서를 안전하게 보호할 수 있고, 위치센서가 회수된 후에 그라우팅 작업이 이루어지므로 굴착 작업 및 그라우팅 작업시 고가의 위치센서가 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

또한 본 발명에서는 천공 작업 완료 후 고가의 위치센서를 포함하는 내경비트 조립체 전부를 회수하게 되는 바 고가의 장비를 희생시키지 않고 회수하여 재사용할 수 있는 바, 보강작업의 경제성을 향상시킬 수 있게 되며, 특히 위치센서 및 내경비트 조립체의 회수작업을 지상에서의 간단한 작업에 의해 진행될 수 있으므로 회수작업의 효율성을 극대화시킬 수 있게 되는 매우 유용한 장점이 발휘된다.

또한 본 발명에서는 내경비트 조립체의 회수작업이 완료되면 그라우팅 작업을 위한 약액 주입통로가 확실하게 확보되므로, 그라우팅 작업이 더욱 원활하고 효율적으로 그리고 신뢰성 있게 수행될 수 있는 장점이 발휘된다.

도 1 및 도 2는 각각 종래의 아이디어에 따라 기존 구조물의 하부 지반을 수평천공하여 그라우팅 작업하는 기본 개념을 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방향성 굴착장치의 개략적인 조립 사시도이다.
도 4는 본 발명의 방향성 굴착장치에 구비된 내경비트 조립체의 개략적인 사시도이다.
도 5 및 도 6은 각각 내경비트 조립체를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서홀더 모듈에서 센서홀더와 홀더 케이스의 결합 관계를 상세하게 보여주는 개략적인 분해 사시도이다.
도 8 및 도 9는 각각 도 7에 도시된 센서홀더와 홀더 케이스가 결합된 상태를 보여주는 개략적인 조립 사시도이다.
도 10은 홀더 헤드의 삽입중공 형태를 보여주는 개략적인 부분 단면 사시도이다.
도 11은 외경비트와 커플링 케이스 내에 내경비트 조립체가 삽입 배치되어 일체화되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 단면 사시도이다.
도 12는 도 11의 원 B부분에 대한 개략적인 확대 측면도이다.
도 13은 도 11에 도시된 본 발명의 방향성 굴착장치의 후방에 인양조립체가 결합되기 전의 상태를 보여주는 개략도이다.
도 14는 인양조립체의 실시예에 대한 개략적인 사시도이다.
도 15는 도 13에 도시된 상태에 후속하여 방향성 굴착장치의 후방에 인양조립체가 결합되어 체결된 후의 상태를 보여주는 개략도이다.
도 16은 본 발명에서 인양헤드가 홀더 헤드에 끼워져 체결된 상태를 보여주는 홀더 헤드의 후방단부에 대한 개략적인 부분 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 인양헤드의 구체적인 구성을 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에서 인양헤드가 케이싱부재에 박혀서 제2래치부재가 수축되어 있는 상태를 보여주는 도 17에 대응되는 개략적인 사시도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에서 인양헤드가 홀더 헤드의 후방단부 입구를 통과하기 직전의 상태를 보여주는 도 16에 대응되는 개략적인 부분 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 참고로 청구범위를 포함하는 본 명세서 전체에서 방향성 굴착장치가 지반을 굴착하면서 천공하여 진행하는 방향을 "천공방향"이라고 하고, 이러한 천공방향에서 앞쪽을 "전방"이라고 하고, 이와 반대로 뒤쪽을 "후방"이라고 한다. 그리고 천공방향에 대해 직교하는 방향을 "횡방향"이라고 기재하며, 종래의 방향성 굴착장치(200)와 구분하기 위하여 본 발명에 따른 방향성 굴착장치는 부재번호 100을 부여하여 "방향성 굴착장치(100)"라고 기재한다.

도 3에는 본 발명에 따른 방향성 굴착장치(100)의 개략적인 조립 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 방향성 굴착장치(100)에서, 외경비트(1)와 결합된 커플링 케이스(10)의 내부 구조 및 그에 삽입되는 내경비트 조립체(20)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 5 및 도 6에는 각각 내경비트 조립체(20)를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 4에서 외경비트(1) 및 커플링 케이스(10)는 도 3의 화살표 A-A 방향으로 절단한 상태의 단면도로 도시되어 있다.

본 발명에 따른 방향성 굴착장치(100)는, 회전에 의해 지반을 굴착하여 천공하되 중공(中空)을 가지는 외경비트(bit)(1), 상기 외경비트(1)의 후방에 결합되며 중공(中空)을 가지는 통형상의 커플링 케이스(coupling case)(10), 및 상기 커플링 케이스(10)의 중공 내에 삽입되는 내경비트 조립체(20)를 포함하여 구성된다. 본 발명의 내경비트 조립체(20)는 외경비트(1)이 중공 내에 삽입되어 외경비트(1)와 함께 회전하면서 지반을 굴착 및 천공하는 내경비트(2)와, 그 후방에 결합된 센서홀더 모듈(3)을 포함하여 구성되는데, 센서홀더 모듈(3)은, 내경비트(2)의 후방에 연결되는 부재로서, 위치정보를 지상으로 전송하는 위치센서(5)를 포함하고 있는데, 굴착 및 천공 시에는 후방으로 밀리지 않도록 커플링 케이스(10)와 결합되지만 굴착 및 천공이 완료되고 내경비트 조립체(20)를 회수할 때에는 후술하는 인양조립체(4)가 결합되어 후방으로 당겨지면 커플링 케이스(10)와 분리되는 구성을 가진다.

우선 도 3 및 도 4를 참조하여 방향성 굴착장치(100)에 구비되는 외경비트(1)와 커플링 케이스(10)에 대하여 설명한다. 외경비트(1)는 회전에 의해 지반을 굴착하면서 천공하는 부재로서 가운데에는 중공이 형성되어 있다. 굴착 방향의 조정이 용이하도록 외경비트(1)의 전방은 경사진 형태의 경사단부로 이루어지는데, 도면에 도시되지 않았지만 필요에 따라서는 외경비트(1)의 경사단부에는 경사회전판이 더 구비될 수도 있으며, 전방으로 물을 주입하면서 굴착이 이루어질 수 있도록 외경비트(1) 내에는 물 공급로가 형성되고 외경비트(1)의 경사단부면에는 물 공급로와 연통된 물 분사 노즐이 형성될 수 있다. 외경비트(1)의 중공에는 내경비트(2)가 끼워진다.

굴착에 의한 천공작업이 진행될 때에는 내경비트(2)가 외경비트(1)와 일체를 이루어서 함께 회전하게 되지만, 천공이 완료되어 내경비트(2)를 회수하여야 할 때에는 내경비트(2)가 후방으로 당겨져서 외경비트(1)와 분리되어야 한다. 이를 위해서 내경비트(2)의 외면과 외경비트(1)의 내면에는 천공방향으로 연장된 형태의 요철이 형성되어 있다. 도면에 예시된 실시예의 경우, 외경비트(1)의 내면에는 원주를 따라 복수개의 위치에 오목부가 형성되고, 이에 대응하여 내경비트(2)의 외면에는 볼록부가 형성되어 있다. 오목부와 볼록부는 천공방향으로 길게 연장된다. 따라서 굴착에 의한 천공작업이 진행될 때에는 오목부와 볼록부의 체결에 의해 내경비트(2)와 외경비트(1)가 일체를 이루어서 함께 회전하게 되고, 회수를 위하여 내경비트(2)가 후방으로 당겨지면 내경비트(2)는 천공방향 후방으로 슬라이딩되어 외경비트(1)의 중공으로부터 빠져나오게 된다. 도면에 예시된 것과 반대로 외경비트(1)의 내면에 볼록부가 형성되고 내경비트(2)의 외면에는 오목부가 형성될 수도 있으며, 오목부와 볼록부가 외경비트(1)의 내면과 내경비트(2)의 외면에 혼합되어 존재할 수도 있다.

외경비트(1)의 후방에는 중공(中空)을 가지는 통형상의 커플링 케이스(coupling case)(10)가 결합된다. 도면에서는 상세히 도시하지 않았지만 커플링 케이스(10)이 후방 단부에는 굴착구동장비(201)에 의해 회전 구동하는 롯드(203)가 연결된다. 따라서 지상에 위치하는 굴착구동장비(201)의 구동에 의해 롯드(203)가 회전하게 되면 커플링 케이스(10)와 외경비트(1), 그리고 내경비트(2)가 함께 회전하면서 지반을 굴착 및 천공하게 된다. 커플링 케이스(10)의 중공 내에는 내경비트 조립체(20)가 삽입 배치된다. 커플링 케이스(10)의 중공 내부에는 후술하는 센서홀더 모듈(3)의 제1래치부재(31)에 대응되는 위치에서 내부 공간이 확장되어 있는 제1확장부(11)가 형성되어 있고, 제1확장부(11)의 후방에는 확장된 상태의 제1래치부재(31)의 후방단부가 걸리게 되는 제1단차부(12)가 형성되어 있다.

다음에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 내경비트 조립체(20)에 대하여 설명한다. 내경비트 조립체(20)에는 내경비트(2)가 포함되어 있는데, 내경비트(2)는 외경비트(1)의 중공에 끼워져서 외경비트(1)와 일체를 이루어서 함께 회전함으로써 지반을 굴착 및 천공하게 된다. 회수를 위하여 내경비트 조립체(20)가 후방으로 당겨지면 내경비트(2)는 외경비트(1)의 중공으로부터 빠져서 외경비트(1)로부터 분리된다.

본 발명에는 내경비트(2)의 위치를 파악할 수 있도록 위치정보를 지상으로 전송하는 위치센서(5)가 구비되는데, 도면에 도시된 실시예의 경우 위치센서(5)는 센서홀더 모듈(3)에 설치되어 있으며 센서홀더 모듈(3)은 내경비트(2)의 후방에 결합되는 구성을 가지고 있다. 센서홀더 모듈(3)은 커플링 케이스(10)의 중공 내에 삽입 배치되는데, 굴착 및 천공 시에는 후방으로 밀리지 않지만 굴착 및 천공이 완료되고 내경비트 조립체(20)의 회수를 위하여 후방으로 인양력이 가해지면 후방으로 당겨져서 움직이게 되는 구조로 커플링 케이스(10)의 중공 내에 설치된다.

위와 같은 구조 즉, 후방으로 밀리지 않는 상태와 후방으로 밀려서 이동이 가능한 상태가 서로 전환될 수 있는 가변결합구조로 센서홀더 모듈(3)이 커플링 케이스(10)의 중공 내에 설치될 수 있도록 하기 위하여, 센서홀더 모듈(3)에는 가변고정장치가 구비된다. 따라서 위치센서(5)와 센서홀더 모듈(3)을 포함하는 내경비트 조립체(20)가 커플링 케이스(10) 내에 설치되고, 가변고정장치가 커플링 케이스(10)와 체결됨으로써 내경비트 조립체(20)가 후방으로 밀리지 않는 상태에서 내경비트(2)와 외경비트(1)가 함께 회전하여 지반의 굴착 및 천공이 진행되며, 굴착 및 천공의 완료 후 내경비트 조립체(20)를 지상으로 인양할 때에는 가변고정장치가 커플링 케이스(10)와 체결되어 있던 상태가 해제됨으로써 내경비트 조립체(20)가 커플링 케이스(10)와 분리된다.

도면에 도시된 본 발명의 실시예에서, 센서홀더 모듈(3)에 구비된 가변고정장치는, 날개 형태를 가지며 접혀지거나(수축) 펼쳐지도록(확장) 작동하는 제1래치(latch)부재(31)를 포함하고 있다. 제1래치부재(31)는 후방으로 가면서 상향 경사의 빗변을 가지는 삼각형 형태의 날개부재 2개로 이루어져서 센서홀더 모듈(3)의 횡측면에 설치된 것으로서, 필요에 따라 날개부재가 펼쳐져서 센서홀더 모듈(3)의 횡측면으로 돌출되는 상태(확장상태)와, 날개부재가 오므려져서 센서홀더 모듈(3)의 횡측면으로 돌출되지 않거나 아주 작은 높이로만 돌출되는 상태(수축상태)로 변화될 수 있는 구성을 가진다. 따라서 굴착 및 천공을 위하여 설치가 완료된 상태 또는 굴착 및 천공이 진행 중일 때는 제1래치부재(31)가 확장상태에 있게 되어 커플링 케이스(10)의 제1단차부(12)에 걸리게 되고, 그에 따라 센서홀더 모듈(3)이 커플링 케이스(10)의 중공 내부에서 후방으로 밀려가지 않게 되며, 굴착 완료 후 내경비트 조립체(20)의 회수를 위하여 센서홀더 모듈(3)에 후방으로의 인양력이 작용하게 되면 제1래치부재(31)가 수축하게 되어 더 이상 제1단차부(12)에 걸리지 않게 되어 센서홀더 모듈(3)이 커플링 케이스(10)의 중공 내부에서 후방으로 자유롭게 움직일 수 있게 된다.

이와 같이 센서홀더 모듈(3)에 위치센서(5)가 구비되고 제1래치부재(31)의 확장/수축 동작에 의해 센서홀더 모듈(3)이 커플링 케이스(10)가 결합/분리의 상태로 가변체결될 수 있도록 하기 위하여, 도 5 및 도 6에 도시된 실시예의 경우, 센서홀더 모듈(3)은, 위치센서(5)를 감싸면서 내경비트(2)의 후방에 결합되는 센서홀더(6)와, 중공이 형성되어 있어서 전방에서 중공에 센서홀더(6)가 끼워져서 결합되는 홀더 케이스(7)를 포함하는 구성을 가진다. 더 나아가 인양조립체가 쉽게 결합될 수 있도록 하기 위하여 도면에 도시된 실시예의 센서홀더 모듈(3)에는, 상기 홀더 케이스(7)의 후방에 결합되며 인양조립체의 인양헤드가 후방단부에 끼워져서 체결되는 홀더 헤드(8)가 더 구비되어 있다.

도면에 도시된 실시예에 따른 센서홀더 모듈(3)의 구성을 좀더 상세히 살펴보면, 위치센서(5)의 후방 일부가 센서홀더(6)의 전방 단부에서 센서홀더(6)에 형성된 오목홈에 끼워지고, 센서홀더(6)가 내경비트(2)의 후방에 결합되면 위치센서(5)의 전방 일부가 내경비트(2)에 내장되는 구성을 가지고 있다. 위치센서(5)는 그 전부가 내경비트(2) 내에 내장될 수도 있지만 굴착 과정에서 발생하는 진동, 충격 등으로 인한 손상을 방지하기 위하여 도면에 도시된 실시예처럼 위치센서(5)는 센서홀더(6)에 내장되는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 본 발명의 방향성 굴착장치(100)에는 내경비트(2)와 직접 결합되거나 또는 내경비트(2)에 인접한 위치에 위치센서(5)가 구비되고, 위치센서(5)를 통해서 위치정보가 지상의 관리자에게 전송되는 바, 관리자는 지상에서 방향성 굴착장치(100)의 굴진 위치와 굴진 방향을 정확하게 파악하면서 기존 구조물 하부의 그라우팅 계획범위까지 정확한 방위를 가지고 수평방향으로 천공할 수 있게 된다.

도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서홀더 모듈(3)에서 센서홀더(6)와 홀더 케이스(7)의 결합 관계를 상세하게 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 8 및 도 9에는 각각 도 7에 도시된 센서홀더(6)와 홀더 케이스(7)가 결합된 상태를 보여주는 개략적인 조립 사시도가 도시되어 있는데, 도 8에는 지반의 굴착 및 천공이 진행될 때의 상태가 도시되어 있고, 도 9에는 굴착 및 천공이 완료된 후 내경비트 조립체(20)를 후방으로 당겨서 인발할 때의 상태가 도시되어 있다.

도면에 도시된 실시예의 경우, 제1래치부재(31)는 센서홀더(6)의 횡측면에 설치되어 있는데, 제1래치부재(31)를 이루는 날개부재에 횡방향으로 가압력이 작용하여 눌리게 되면 접혀지는 형태로 수축하여 날개부재가 센서홀더(6)의 횡측면으로 돌출되는 높이가 낮아지게 되고, 횡방향으로 눌리는 상태가 해제되면 다시 원상 복귀되어 펼쳐져서 확장됨으로써 날개부재가 센서홀더(6)의 횡측면으로 상당한 높이로 돌출된다. 제1래치부재(31)에 횡방향으로 가압력이 작용하지 않을 동안에 제1래치부재(31)가 계속 확장되어 있게 만들기 위해서, 필요에 따라서는 제1래치부재(31)를 이루는 2개의 날개부재 사이 또는 날개부재의 회전축에 스프링을 설치하여 제1래치부재(31)를 확장시키는 힘이 지속적으로 발생하게 만들 수 있다.

한편, 센서홀더(6)의 횡측면에는 제1돌기(63)가 돌출되어 있는데, 제1돌기(63)는 센서홀더(6)의 양쪽 횡측면 대칭 위치에 구비될 수 있다. 센서홀더(6)에 제1돌기(63)가 미리 형성된 상태에서는 센서홀더(6)가 홀더 케이스(7)의 중공에 끼워지기 어렵기 때문에, 도 7에 도시된 것처럼 센서홀더(6)에 횡방향으로 횡관통공(65)을 형성하고, 센서홀더(6)가 홀더 케이스(7)에 끼워지고 후술하는 제1돌기용 장공(73)과 횡관통공(65)이 연통된 상태에서 핀(67)을 횡관통공(65)에 관통 삽입하여 횡측면으로 돌출되는 핀(67)의 양단부로 하여금 제1돌기용 장공(73) 내에 위치하는 제1돌기(63)로서 기능하게 만드는 것이 바람직하다.

홀더 케이스(7)는 센서홀더(6)를 감싸는 부재로서, 홀더 케이스(7)의 전방에는 중공이 형성되어 있고, 홀더 케이스(7)의 중공 내부로 센서홀더(6)가 삽입된다. 센서홀더(6)가 홀더 케이스(7)에 삽입되었을 때, 제1래치부재(31)가 존재하게 되는 위치에서, 홀더 케이스(7)에는 천공방향으로 길게 연장된 관통 구멍 형태의 제1래치용 장공(71)이 형성되어 있다. 따라서 센서홀더(6)가 홀더 케이스(7)에 삽입된 상태에서 제1래치부재(31)가 확장되면 제1래치부재(31)는 제1래치용 장공(71)을 통해서 홀더 케이스(7)의 횡측면 밖으로 돌출된다.

홀더 케이스(7)에는 천공방향으로 연장된 관통 구멍 형태의 제1돌기용 장공(73)이 더 형성되어 있는데, 센서홀더(6)가 홀더 케이스(7)에 삽입되었을 때 센서홀더(6)의 제1돌기(63)는 제1돌기용 장공(73)에 끼워지게 되며, 그에 따라 제1돌기용 장공(73)의 천공방향 길이 범위 내에서만 제1돌기(63)가 천공방향으로 움직일 수 있게 된다. 그러므로 센서홀더(6)는 홀더 케이스(7)에 삽입된 상태에서 제1돌기용 장공(73)의 길이 범위 내에서 천공방향으로 움직일 수 있게 되는 것이다. 따라서 후술하는 것처럼 홀더 케이스(7)가 후방으로 당겨져서 제1래치부재(31)를 수축시킬 때, 홀더 케이스(7)가 후방으로 움직이는 정도 즉, 센서홀더(6)가 홀더 케이스(7)로부터 뽑히는 정도를 제한함으로써, 센서홀더(6)가 홀더 케이스(7)로부터 전방으로 과도하게 뽑히는 것이 효과적으로 방지된다.

이와 같이 센서홀더(6)의 제1돌기(63)가 홀더 케이스(7)의 제1돌기용 장공(73)에 끼워져서 천공방향으로 움직일 수 있는 구성에 의해, 홀더 케이스(7)의 횡측면 밖으로 돌출된 제1래치부재(31)의 확장/수축 작동이 이루어진다. 지반의 굴착 및 천공이 진행될 때에는 도 8에 도시된 것처럼 센서홀더(6)가 홀더 케이스(7)에 끼워진 상태에서 제1래치부재(31)가 제1래치용 장공(71)을 통해서 확장되어 홀더 케이스(7)의 횡측면 밖으로 돌출된 상태에 있게 된다. 후술하는 것처럼 굴착 및 천공이 완료되어 내경비트 조립체(20)를 지상으로 인발하기 위하여 내경비트 조립체(20)에 후방으로 인발력이 가해지게 되면 홀더 케이스(7)에도 후방으로의 인발력이 작용하게 되어 도 9에 도시된 것처럼 홀더 케이스(7)가 후방으로 움직이게 된다. 그에 따라 제1래치용 장공(71)도 후방으로 이동하게 되어, 제1래치용 장공(71)의 위치와 제1래치부재(31)의 위치가 서로 어긋나게 되면서 제1래치부재(31)가 홀더 케이스(7)에 의해 즉, 홀더 케이스에서 제1래치용 장공(71)이 형성되지 않은 부분에 의해 횡방향으로 가압되어 수축하게 된다. 즉, 홀더 케이스(7)에 후방으로의 인발력이 작용하게 되면 제1래치부재(31)가 수축하면서 홀더 케이스(7)의 횡측면 위로 돌출되는 높이가 감소하게 되는 것이다. 물론 앞서 언급한 것처럼 굴착 및 천공이 진행될 때에는 도 8과 같은 상태가 되어 제1래치용 장공(71)을 통해서 제1래치부재(31)가 확장되어 홀더 케이스(7)의 횡측면 위로 필요한 높이만큼 돌출된다.

제1돌기용 장공(73)에는 제1돌기(63)가 끼워져 있고 제1돌기(63)의 이동 범위는 제1돌기용 장공(73)의 길이로 제한되므로, 홀더 케이스(7)를 후방으로 당기는 인발력은 제1돌기용 장공(73)과 제1돌기(63)를 통해서 센서홀더(6)로 전달되고, 그에 따라 홀더 케이스(7)가 인발되면 그와 함께 센서홀더(6), 위치센서(5) 및 내경비트(2)가 모두 후방으로 당겨져 인발된다.

홀더 케이스(7)의 후방에는 홀더 헤드(8)가 결합된다. 도면에 예시된 것처럼 홀더 케이스(7)의 후방에도 중공을 형성하여 홀더 헤드(8)의 전방 단부가 홀더 케이스(7)의 후방 중공에 끼워지는 형태로 홀더 케이스(7)와 홀더 헤드(8)가 결합될 수 있다. 홀더 헤드(8)는 내경비트 조립체(20)를 회수할 때 인양조립체(4)의 인양헤드가 후방단부에 끼워져서 체결되는 부재이다. 이를 위하여 홀더 헤드(8)의 후방에는 인양헤드가 삽입되는 삽입중공이 형성되어 있는데, 삽입중공에는 그 내부 폭이 확장되어 있는 제2확장부(82)가 형성되어 있다. 도 10에는 홀더 헤드(8)의 삽입중공 형태를 보여주는 홀더 헤드(8)의 개략적인 부분 단면 사시도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 것처럼 홀더 헤드(8)의 후방단부 입구(81)보다 더 넓은 직경을 가지고 있어서 제2래치부재(42)가 확장될 수 있는 공간을 이루게 되는 제2확장부(82)가 홀더 헤드(8)의 삽입중공에 형성되어 있는 것이다. 따라서 제2확장부(82)와 홀더 헤드(8)의 후방단부 입구(81) 사이에는 제2단차부(84)가 존재한다. 후술하는 것처럼 내경비트 조립체(20)의 회수를 위하여 인양조립체(4)의 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)의 삽입중공에 끼워지고 인양헤드(41)에 구비된 제2래치부재(42)가 제2확장부(82) 내에서 확장된 상태에서, 제2래치부재(42)의 후방 단부가 제2단차부(84)에 걸리게 되어 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)로부터 뽑히는 것이 방지된다. 이에 대해서는 후술한다.

위에서 설명한 것처럼, 내경비트(2) 및 센서홀더 모듈(3)을 포함하여 내경비트 조립체(20)가 이루어지고, 내경비트(2)가 외경비트(1)의 중공 내에 끼워지고, 센서홀더 모듈(3)은 커플링 케이스(10)의 중공 내에 삽입 배치되어 본 발명의 방향성 굴착장치(100)가 준비된다. 도 11에는 외경비트(1)와 커플링 케이스(10) 내에 위와 같이 내경비트 조립체(20)가 삽입 배치되어 일체화되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 단면 사시도가 도시되어 있고, 도 12에는 도 11의 원 B부분에 대한 개략적인 확대 측면도가 도시되어 있다. 도 11에서는 편의상 외경비트(1)와 커플링 케이스(10)만을 단면 형태로 도시하였다.

앞서 설명한 것처럼 내경비트 조립체가 커플링 케이스(10)의 중공 내에 삽입되었을 때 센서홀더 모듈(3)에 구비된 제1래치부재(31)가 돌출되어 있는 위치에서 커플링 케이스(10)의 내면에는 제1확장부(11)가 형성되어 있고, 제1확장부(11)의 후방에는 제1단차부(12)가 형성되어 있다. 따라서 굴착 및 천공을 위해 방향성 굴착장치(100)가 준비된 상태 또는 굴착 및 천공이 진행 중일 때는 도 11 및 도 12에 도시된 것처럼 제1래치부재(31)가 확장되어 센서홀더 모듈(3)의 횡측면 위로 돌출되어 커플링 케이스(10)의 중공 내부에 형성된 제1확장부(11)에 위치하게 된다. 이러한 상태에서는 제1래치부재(31)의 후방단부가 제1단차부(12)에 걸리게 되며, 그에 따라 센서홀더 모듈(3)이 후방으로 움직이는 것이 방지된다. 즉, 굴착 및 천공이 진행하는 과정에서 내경비트 조립체(20)에 후방으로의 힘이 가해지더라도 내경비트 조립체(20)가 후방으로 움직이지 않게 되는 것이다. 따라서 굴착 및 천공 과정이 원활하게 진행된다.

이와 같이 방향성 굴착장치(100)의 준비가 완료된 후, 커플링 케이스(10)의 후방에 롯드(203)가 연결되고 굴착구동장비(201)에 의해 롯드(203)가 회전 구동됨에 따라 외경비트(1)와 내경비트(2)가 회전하면서 지반을 굴착하면서 전진하여, 앞서 설명한 도 1에 도시된 것처럼 기존 구조물의 보강이 필요한 하부 지반을 수평천공하게 된다. 이 때, 지상에서 관리자는 위치센서(5)에서 전송되어 오는 위치정보를 기반으로 방향성 굴착장치(100)의 진행 방향을 조절하면서 하부 지반의 그라우팅 계획범위에 필요한 정도로 수평천공 작업을 수행하게 된다.

수평천공이 완료되면 약액 주입에 의한 그라우팅 작업을 수행하여야 하는데, 본 발명에서는 그라우팅 작업 수행을 위하여 인양조립체(4)를 이용하여 내경비트 조립체를 지상으로 인발하여 회수한다. 도 13에는 도 11에 도시된 본 발명의 방향성 굴착장치(100)의 후방에 인양조립체(4)가 결합되는 것을 보여주는 개략도가 도시되어 있고, 도 14에는 인양조립체(4)의 실시예에 대한 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 인양조립체(4)는 천공방향 전방에 위치하는 인양헤드(41)와, 그 후방에 결합된 인양본체(44)를 포함하여 구성된다. 인양헤드(41)는 센서홀더 모듈(3)의 후방에 체결되는 부재인데, 센서홀더 모듈(3)이 앞서 설명한 실시예에 따라 홀더 헤드(8)를 구비하고 있는 경우, 인양헤드(41)는 홀더 헤드(8)의 삽입중공에 끼워지는 봉 형태의 부재로 이루질 수 있다. 이 때 홀더 헤드(8)와의 체결을 위하여 도면에 예시된 실시예처럼 인양헤드(41)를 이루고 있는 봉 형태의 부재에는 그 전방부에 제2래치부재(42)가 구비될 수 있다. 제2래치부재(42)는 후방으로 가면서 상향 경사의 빗변을 가지는 삼각형 형태의 한 쌍의 날개부재로 이루어지는데, 횡방향으로 눌려서 접혀져서 수축되고 눌린 상태가 해제되면 다시 펼쳐져서 확장됨으로써 측면으로 돌출된다. 이러한 제2래치부재(42)는 인양헤드(41)의 양쪽 횡측면에 구비된다. 따라서 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)에 끼워질 때에는 제2래치부재(42)가 미리 접혀져 있거나 또는 홀더 헤드(8)의 후방단부 입구(81)를 통과하는 동안에 접혀져서 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)의 삽입중공 속으로 끼워지게 되고, 그 후에는 도 12에 도시된 것처럼 제2래치부재(42)가 확장되어서 제2래치부재(42)의 후방단부가 홀더 헤드(8)에 형성된 제2단차부(84)에 걸리게 되어 인양헤드(41)가 후방으로 당겨져도 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)로부터 뽑히지 않도록 인양헤드(41)와 홀더 헤드(8)가 체결된다.

인양헤드(41)의 후방에는 인양본체(44)가 결합되어 있는데, 인양본체(44)는 내경비트 조립체에 의해 굴착 및 천공된 구멍을 가로막는 원기둥 형태의 부재이다. 인양본체(44)의 외면에는, 굴착 및 천공된 구멍을 밀폐시킬 수 있도록 고무 등으로 이루어진 밀폐링(43)이 감겨서 구비될 수 있다. 인양본체(44)에 인양 와이어(49)를 연결하고, 방향성 굴착장치(100)에 의해 굴착 및 천공된 구멍 내에 인양조립체(4)를 삽입 배치한 상태에서, 인양본체(44)의 후방 즉, 인양본체(44)로 가로막힌 천공 구멍 내부로 고압의 가압공기를 가하게 되면, 그 가압력에 의해 인양조립체(4)가 천공 구멍 속으로 움직여서 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)의 후방에 삽입되어 인양헤드(41)와 홀더 헤드(8)가 분리되지 않도록 일체로 체결된다. 도 15에는 도 13에 도시된 상태의 후속하여 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)에 끼워져 체결됨으로써 본 발명의 방향성 굴착장치(100)의 후방에 인양조립체(4)가 결합된 보여주는 도 13에 대응되는 개략도가 도시되어 있고, 도 16에는 이와 같이 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)에 끼워져 체결된 상태를 보여주는 홀더 헤드(8)의 후방단부에 대한 개략적인 부분 단면도가 도시되어 있다. 앞서 설명한 것처럼 천공 구멍 내부에 가해진 고압의 가압공기로 인하여 인양조립체(4)가 천공방향 전방으로 움직여서 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)의 후방에 삽입되는데, 제2래치부재(42)가 홀더 헤드(8)의 후방단부 입구(81)를 통과한 후에는 도 15 및 도 16에 도시된 것처럼 제2래치부재(42)가 확장되어서 제2래치부재(42)의 후방 단부가 홀더 헤드(8)에 형성된 제2단차부(84)에 걸리게 되어 인양헤드(41)와 홀더 헤드(8)가 체결된다.

인양헤드(41)와 홀더 헤드(8) 간의 체결에 있어서, 제2래치부재(42)가 존재하는 상태에서도 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)의 후방단부 입구(81)를 쉽게 통과할 수 있게 만드는 것과, 후속하여 제2래치부재(42)가 홀더 헤드(8)의 삽입중공 내에서 확실하게 펼쳐지는 것이 매우 중요하다. 따라서 본 발명에서는 이러한 작동을 확실하게 보장할 수 있는 구성을 더 구비할 수도 있다.

도 17에는 본 발명의 일 실시예에 따른 인양헤드(41)의 구체적인 구성을 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 17에 도시된 실시예에서 봉 부재로 이루어진 인양헤드(41)의 후방 부분은 케이싱부재(45)에 의해 감싸져 있다. 케이싱부재(45)는 중공을 가지는 통형상의 부재로서, 케이싱부재(43)의 중공에 인양헤드(41)의 후방 부분이 관통하여 위치하는 것이다. 도 17에 도시된 실시예에서 인양헤드(41)의 후방부분에는 제2돌기(46)가 돌출되어 있는데, 제2돌기(46)는 인양헤드(41)의 양쪽 횡측면 대칭 위치에 구비될 수 있다. 앞서 설명한 제1돌기를 형성할 때처럼 핀을 이용하는 방법에 의해 제2돌기(46)를 형성할 수 있다.

케이싱부재(45)에는 천공방향으로 연장된 관통 구멍 형태의 제2돌기용 장공(47)이 형성되어 있는데, 인양헤드(41)의 후방부분이 케이싱부재(45)의 중공 내에 위치하게 되면 제2돌기(46)는 제2돌기용 장공(47)에 끼워지게 되며, 그에 따라 인양헤드(41)는 케이싱부재(45)의 중공에 끼워진 채로 제2돌기용 장공(47)의 천공방향 길이 범위 내에서만 천공방향 전,후로 움직일 수 있게 된다. 한편, 인양헤드(41)가 도 17에 도시된 것처럼 전방으로 전진한 상태에서는 제2래치부재(42)가 케이싱부재(45) 밖으로 나와서 확장된 상태에 있지만, 인양헤드(41)가 케이싱부재(45)에 깊숙이 박히게 되면 제2래치부재(42)도 수축하여 케이싱부재(45)의 중공 내에 있게 된다. 도 18에는 이와 같이 인양헤드(41)가 케이싱부재(43)에 깊숙하게 박혀 있는 상태를 보여주는 도 17에 대응되는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 18의 상태에서 인양헤드(41)에 전방으로의 힘이 작용하게 되면 인양헤드(41)가 케이싱부재(43)로부터 전방으로 뽑히면서 제2래치부재(42)가 케이싱부재(43)에 의해 눌려 있던 상태가 해제되어, 도 17에 도시된 것처럼 제2래치부재(42)는 펼쳐져서 확장되는 것이다.

앞서 설명한 것처럼 굴착 및 천공 후 내경비트 조립체(20)를 인양 회수하기 위해서는, 우선 천공 구멍 내에 인양조립체(4)를 위치시킨다. 이 때, 도 17 및 도 18에 도시된 실시예처럼 인양헤드(41)가 케이싱부재(45)에 끼워져 있는 구성을 가지는 경우, 인양헤드(41)는 케이싱부재(45)에 깊숙하게 박혀 있어서 제2래치부재(42)가 수축하여 케이싱부재(45)의 중공 내에 있는 상태이다. 이러한 상태에서 천공 구멍 내부에 고압의 가압공기로 가하게 되면, 이로 인하여 인양조립체(4)는 천공방향 전방으로 움직이게 되고, 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)의 후방에 삽입된다. 이 때 인양헤드(41)에서 케이싱부재(45)의 전방으로 노출되어 있는 부분에는 아직 제2래치부재(42)가 횡측면으로 돌출되어 있지 않기 때문에 인양헤드(41)는 홀더 헤드(8)의 후방단부 입구(81)를 매우 용이하게 통과하게 된다. 도 19에는 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)의 후방단부 입구(81)를 통과하기 직전의 상태를 보여주는 도 16에 대응되는 개략적인 부분 단면 사시도가 도시되어 있다. 즉, 도 19에 도시된 것처럼 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)의 후방단부 입구(81)를 통과하기 직전에는 제2래치부재(42)가 케이싱부재(45)에 눌려서 수축됨으로써 돌출되어 있지 않은 상태이므로, 인양헤드(41)는 홀더 헤드(8)의 후방단부 입구(81)를 매우 용이하게 통과하게 되는 것이다.

이와 같이 인양헤드(41)가 홀더 헤드(8)의 후방단부 입구(81)를 통과한 후에는 케이싱부재(45)의 전방 부분이 홀더 헤드(8)의 후방단부 입구(81)에 끼워지면서 케이싱부재(45)는 더 이상 천공방향 전방으로 이동하지 못하게 된다. 즉, 케이싱부재(45)의 전방이동이 저지되는 것이다. 이를 위하여 케이싱부재(45)의 전방단부는 전방으로 가면서 직경이 줄어드는 형태로 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 케이싱부재(45)가 홀더 헤드(8)의 후방단부 입구(81)에 의해 이동이 저지되어 더 이상 전진하지 못하더라도 인양헤드(41)에는 여전히 천공방향 전방으로 이동하려는 관성력이 작용하게 되므로 인양헤드(41)은 제2돌기용 장공(47)의 길이 범위 내에서 천공방향으로 더 진행하게 된다. 즉, 인양헤드(41)에서 제2돌기(46)는 제2돌기용 장공(47)의 천공방향 길이 범위 내에서 움직일 수 있으므로 인양헤드(41)에 천공방향 전방으로 관성력이 작용하게 되면, 인양헤드(41)는 제2돌기용 장공(47)의 길이 범위 내에서 천공방향으로 더 진행할 수 있는 것이다.

이와 같은 관성력에 의한 인양헤드(41)의 추가적인 전방 이동이 이루어짐으로써 인양헤드(41)는 홀더 헤드(8)의 제2확장부(82)까지 깊숙하게 홀더 헤드(8)의 삽입 중공으로 삽입됨과 동시에 인양헤드(41)가 케이싱부재(43)로부터 전방으로 충분히 뽑히면서 제2래치부재(42)는 확실하게 케이싱부재(43) 밖으로 나오게 된다. 그에 따라 도 16에 예시된 것처럼 홀더 헤드(8)의 제2확장부(82)에서 펼쳐져서 확장됨으로써, 제2래치부재(42)와 제2단차부(84) 간의 확실한 체결이 이루어지게 된다. 즉, 도 19에 도시되어 있던 상태가 도 16 및 도 17에 도시된 상태로 바뀌면서 체결이 이루어지는 것이다. 이와 같은 실시예의 구성에 의하면, 홀더 헤드(8)의 중공 내부에서 제2래치부재(42)가 확장되는 것을 확실하게 보장할 수 있게 되며, 그에 따라 제2래치부재(42)와 제2단차부(84) 간의 체결도 확실하게 보장된다.

이와 같이 인양헤드(41)와 홀더 헤드(8)와 일체 체결된 후에는 인양본체(44)에 연결된 인양 와이어(49)를 지상에서 당긴다. 인양 와이어(49)를 당김에 따른 인양력은 홀더 헤드(8)를 통해서 내경비트 조립체(20) 전체에 가해지고, 그에 따라 내경비트(2)를 포함하는 내경비트 조립체(20)는 후방으로 당겨져서 굴착 및 천공된 구멍을 통해서 지상으로 회수된다. 앞서 설명한 것처럼 내경비트(2)는 후방으로 당겨지면 외경비트(1)의 중공으로부터 빠져서 분리되도록 외경비트(1)와 결합되어 있다. 그리고 굴착 및 천공시에는 센서홀더 모듈(3)에 구비된 제1래치부재(31)가 확장되어 제1단차부(12)에 걸려서 내경비트 조립체가 후방으로 움직이지 못하지만 센서홀더 모듈(3)에 후방으로 힘이 작용하게 되면 제1래치부재(31)가 수축하면서 내경비트 조립체(20)는 후방으로 움직일 수 있는 상태가 된다. 따라서 인양조립체(4)가 내경비트 조립체와 결합된 상태에서 인양 와이어를 후방으로 당기게 되면 내경비트(2)를 포함한 내경비트 조립체(20)의 전부가, 외경비트(1) 및 커플링 케이스(10)로부터 분리되어 후방으로 이동되고 지상으로 회수된다.

이와 같이 내경비트 조립체(20)를 회수하여 제거한 후에는 외경비트(1)의 중공과 커플링 케이스(10)의 중공을 통해서 약액을 가압 주입하여 천공을 통해서 지반에 대한 그라우팅 작업을 수행함으로써, 도 2에 도시된 바와 같이 기존 구조물의 하부 지반을 보강하게 된다.

본 발명에서는 위에서 설명한 것처럼 기존 구조물의 하부 지반을 그라우팅 작업에 의해 보강하기 위하여 방향성 굴착장치(100)를 이용하여 기존 구조물의 하부 지반을 수평하게 천공함에 있어서, 방향성 굴착장치(100)에 위치센서(5)를 내장한 상태로 원하는 위치 및 방향에 맞추어서 하부 지반을 정확하게 굴착하여 천공할 수 있으면서도, 굴착 과정에서 위치센서(5)를 안전하게 보호할 수 있고, 위치센서(5)가 회수된 후에 그라우팅 작업이 이루어지므로 굴착 작업 및 그라우팅 작업시 고가의 위치센서가 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

또한 본 발명에서는 하부 지반에 대한 천공 작업이 완료된 후에는 고가의 위치센서(5)를 포함하는 내경비트 조립체 전부를 회수하게 되는 바 고가의 장비를 희생시키지 않고 회수하여 재사용할 수 있는 바, 보강작업의 경제성을 향상시킬 수 있다.

무엇보다도 본 발명에서는 이러한 위치센서(5) 및 내경비트 조립체의 회수작업을 지상에서의 간단한 작업에 의해 진행될 수 있는 바, 회수작업의 효율성을 극대화시킬 수 있게 되는 매우 유용한 장점이 발휘된다.

1: 외경비트
2: 내경비트
3: 센서홀더 모듈
4: 인양조립체
5: 위치센서
6: 센서홀더
7: 홀더 케이스
8: 홀더 헤드
10: 커플링 케이스
20: 내경비트 조립체
31: 제1래치부재
41: 인양헤드
42: 제2래치부재
44: 인양본체
71: 제1래치용 장공
73: 제1돌기용 장공
100: 방향성 굴착장치

Claims (9)

1. 지반을 수평하게 굴착 및 천공하는 방향성 굴착장치로서, 중공을 가진 외경비트, 상기 외경비트에 결합되는 통형상의 커플링 케이스, 및 상기 커플링 케이스 내에 삽입되는 내경비트 조립체를 포함하며;
   내경비트 조립체는, 내경비트와, 위치정보를 전송하는 위치센서가 설치된 센서홀더 모듈을 포함하며, 센서홀더 모듈에는 커플링 케이스와 선택적으로 체결 또는 체결 해제되는 가변고정장치가 구비되어 있는데;
   가변고정장치는, 날개형태를 가지며 접혀져서 수축하거나 펼쳐져서 확장되는 제1래치부재로 이루어져 센서홀더 모듈의 횡측면에 설치되며;
   내경비트 조립체가 커플링 케이스 내에 삽입되었을 때 제1래치부재가 존재하는 위치에서 커플링 케이스의 내면에는 내부 공간이 확장되어 있는 제1확장부가 형성되어 있고, 제1확장부의 후방에는 제1단차부가 형성되어 있으며;
   센서홀더 모듈은, 위치센서가 장착된 상태로 내경비트의 후방에 결합되는 센서홀더와, 전방에서 중공에 센서홀더가 끼워져서 결합되는 홀더 케이스를 포함하며;
   제1래치부재는 센서홀더의 횡측면에 설치되고;
   홀더 케이스에는 제1래치용 장공이 형성되어 있는 구성을 가지고 있으며;
   지반의 굴착 및 천공시에는 내경비트가 외경비트의 중공에 끼워지고, 센서홀더 모듈이 커플링 케이스 내에 삽입 배치되며, 센서홀더가 홀더 케이스에 삽입되고 제1래치부재가 확장되어 제1래치용 장공을 통해서 홀더 케이스의 횡측면 밖으로 돌출됨으로써 제1래치부재가 제1확장부에 위치하게 되어 제1래치부재의 후방단부가 제1단차부에 걸려서 내경비트 조립체가 후방으로 움직이지 못하도록 가변고정장치가 커플링 케이스와 체결된 상태에서 내경비트와 외경비트가 함께 회전하여 굴착 및 천공 작업이 진행되며;
   지반의 굴착 및 천공이 완료된 후에는 인양 와이어가 연결된 인양조립체가 지상에서부터 공급되어 센서홀더 모듈의 후방에 일체 체결된 상태에서, 인양 와이어가 당겨지면, 홀더 케이스가 후방으로 당겨져서 움직이게 되어 제1래치용 장공과 제1래치부재의 위치가 서로 어긋나면서 제1래치부재가 횡방향으로 가압되어 수축됨으로써, 제1래치부재의 후방단부가 제1단차부에 걸리지 않게 되어 내경비트 조립체가 후방으로 움직일 수 있도록 가변고정장치와 커플링 케이스의 체결이 해제되어, 내경비트 조립체가 지상으로 인발 회수되는 것을 특징으로 하는 방향성 굴착장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   센서홀더의 횡측면에는 제1돌기가 돌출 구비되고, 홀더 케이스에는 제1돌기용 장공이 형성되어 있어서;
   센서홀더가 홀더 케이스에 삽입된 상태에서 제1돌기가 제1돌기용 장공에 끼워져서 제1돌기용 장공의 길이범위 내에서만 제1돌기가 천공방향으로 움직일 수 있게 되어, 홀더 케이스가 후방으로 당겨질 때 센서홀더가 홀더 케이스로부터 뽑히는 정도를 제한하게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 방향성 굴착장치.
   
5. 중공을 가진 외경비트, 상기 외경비트에 결합되는 통형상의 커플링 케이스, 및 상기 커플링 케이스 내에 삽입되는 내경비트 조립체를 포함하며, 내경비트 조립체는, 내경비트와, 위치정보를 전송하는 위치센서가 설치된 센서홀더 모듈을 포함하는 구성을 가지고 있어서 내경비트가 외경비트의 중공에 끼워져서 내경비트와 외경비트가 함께 회전하여 굴착 및 천공 작업이 진행되는 방향성 굴착장치를 이용하여 지반을 굴착 및 천공하는 방법으로서,
   방향성 굴착장치를 이용하여 지반에 수평으로 굴착 및 천공하는 단계; 및
   내경비트 조립체를 지상으로 인발하여 회수하는 단계를 포함하는데;
   방향성 굴착장치의 센서홀더 모듈에는 커플링 케이스와 선택적으로 체결 또는 체결 해제되는 가변고정장치가 구비되어 있고;
   가변고정장치는, 날개형태를 가지며 접혀져서 수축하거나 펼쳐져서 확장되는 제1래치부재로 이루어져 센서홀더 모듈의 횡측면에 설치되며; 내경비트 조립체가 커플링 케이스 내에 삽입되었을 때 제1래치부재가 존재하는 위치에서 커플링 케이스의 내면에는 내부 공간이 확장되어 있는 제1확장부가 형성되어 있고, 제1확장부의 후방에는 제1단차부가 형성되어 있으며; 센서홀더 모듈은, 위치센서가 장착된 상태로 내경비트의 후방에 결합되는 센서홀더와, 전방에서 중공에 센서홀더가 끼워져서 결합되는 홀더 케이스를 포함하며; 제1래치부재는 센서홀더의 횡측면에 설치되고; 홀더 케이스에는 제1래치용 장공이 형성되어 있는 구성을 가지고 있으며;
   내경비트가 외경비트의 중공에 끼워지고, 센서홀더 모듈이 커플링 케이스 내에 삽입 배치되며, 센서홀더가 홀더 케이스에 삽입되고 제1래치부재가 확장되어 제1래치용 장공을 통해서 홀더 케이스의 횡측면 밖으로 돌출됨으로써 제1래치부재가 제1확장부에 위치하게 되어 제1래치부재의 후방단부가 제1단차부에 걸려서 내경비트 조립체가 후방으로 움직이지 못하도록 가변고정장치가 커플링 케이스와 체결되어 내경비트 조립체가 후방으로 움직이지 못하는 상태에서 굴착 및 천공이 진행되며;
   지반의 굴착 및 천공이 완료된 후에는 인양 와이어가 연결된 인양조립체가 지상에서부터 공급되어, 인양조립체가 센서홀더 모듈의 후방에 일체 체결되며;
   인양조립체와 센서홀더 모듈의 체결 후 인양 와이어가 당겨지면, 홀더 케이스가 후방으로 당겨져서 움직이게 되어 제1래치용 장공과 제1래치부재의 위치가 서로 어긋나면서 제1래치부재가 횡방향으로 가압되어 수축됨으로써, 제1래치부재의 후방단부가 제1단차부에 걸리지 않게 되어 내경비트 조립체가 후방으로 움직일 수 있도록 가변고정장치와 커플링 케이스의 체결이 해제되면서 내경비트 조립체가 지상으로 인발 회수되는 것을 특징으로 하는 지반의 방향성 굴착방법.
   
6. 중공을 가진 외경비트, 상기 외경비트에 결합되는 통형상의 커플링 케이스, 및 상기 커플링 케이스 내에 삽입되는 내경비트 조립체를 포함하며, 내경비트 조립체는, 내경비트와, 위치정보를 전송하는 위치센서가 설치된 센서홀더 모듈을 포함하는 구성을 가지고 있어서 내경비트가 외경비트의 중공에 끼워져서 내경비트와 외경비트가 함께 회전하여 굴착 및 천공 작업이 진행되는 방향성 굴착장치를 이용하여 지반을 보강하는 방법으로서,
   방향성 굴착장치를 이용하여 지반에 수평으로 굴착 및 천공하는 단계;
   내경비트 조립체를 지상으로 인발하여 회수하는 단계; 및
   내경비트 조립체의 회수로 인하여 비어 있는 외경비트의 중공과 커플링 케이스의 내부를 통해서 약액을 주입하여 지반에 그라우팅 작업을 수행하는 단계를 포함하는데;
   방향성 굴착장치의 센서홀더 모듈에는 커플링 케이스와 선택적으로 체결 또는 체결 해제되는 가변고정장치가 구비되고;
   가변고정장치는, 날개형태를 가지며 접혀져서 수축하거나 펼쳐져서 확장되는 제1래치부재로 이루어져 센서홀더 모듈의 횡측면에 설치되며; 내경비트 조립체가 커플링 케이스 내에 삽입되었을 때 제1래치부재가 존재하는 위치에서 커플링 케이스의 내면에는 내부 공간이 확장되어 있는 제1확장부가 형성되어 있고, 제1확장부의 후방에는 제1단차부가 형성되어 있으며; 센서홀더 모듈은, 위치센서가 장착된 상태로 내경비트의 후방에 결합되는 센서홀더와, 전방에서 중공에 센서홀더가 끼워져서 결합되는 홀더 케이스를 포함하며; 제1래치부재는 센서홀더의 횡측면에 설치되고; 홀더 케이스에는 제1래치용 장공이 형성되어 있는 구성을 가지고 있으며;
   내경비트가 외경비트의 중공에 끼워지고, 센서홀더 모듈이 커플링 케이스 내에 삽입 배치되며, 센서홀더가 홀더 케이스에 삽입되고 제1래치부재가 확장되어 제1래치용 장공을 통해서 홀더 케이스의 횡측면 밖으로 돌출됨으로써 제1래치부재가 제1확장부에 위치하게 되어 제1래치부재의 후방단부가 제1단차부에 걸려서 내경비트 조립체가 후방으로 움직이지 못하도록 가변고정장치가 커플링 케이스와 체결되어 내경비트 조립체가 후방으로 움직이지 못하는 상태에서 굴착 및 천공이 진행되며;
   지반의 굴착 및 천공이 완료된 후에는 인양 와이어가 연결된 인양조립체가 지상에서부터 공급되어, 인양조립체가 센서홀더 모듈의 후방에 일체 체결되며;
   인양조립체와 센서홀더 모듈의 체결 후 인양 와이어가 당겨지면, 홀더 케이스가 후방으로 당겨져서 움직이게 되어 제1래치용 장공과 제1래치부재의 위치가 서로 어긋나면서 제1래치부재가 횡방향으로 가압되어 수축됨으로써, 제1래치부재의 후방단부가 제1단차부에 걸리지 않게 되어 내경비트 조립체가 후방으로 움직일 수 있도록 가변고정장치와 커플링 케이스의 체결이 해제되면서 내경비트 조립체가 지상으로 인발 회수되는 것을 특징으로 하는 지반보강방법.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 제6항에 있어서,
   센서홀더의 횡측면에는 제1돌기가 돌출 구비되고;
   홀더 케이스에는 제1돌기용 장공이 형성되어 있어서;
   센서홀더가 홀더 케이스에 삽입된 상태에서 제1돌기가 돌기용 장공에 끼워져서 제1돌기용 장공의 천공방향 길이 범위 내에서만 제1돌기가 천공방향으로 움직일 수 있게 되어, 홀더 케이스가 후방으로 당겨질 때 센서홀더가 홀더 케이스로부터 뽑히는 정도가 제한되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 방향성 굴착장치에서의 지반보강방법.

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