KR102207553B1 - 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하 구조물을 굴착 작업시 작업구에서 관추진기가 굴착공의 내부로 굴착 작업을 진행하면서 동시에 작업구에 장착된 추진부에 의해 흄관을 굴착공으로 가압식으로 밀어 넣어 흄관을 연결하면서 굴착 작업을 가능하게 하며, 지하 구조물에 직접 도달 후 굴착헤드 및 이의 구동 제어 장비 모두를 회수할 수 있을 뿐만 아니라 굴착본체는 회수할 필요없이 지하구조물의 흄관으로 사용할 수 있으며, 지하 구조물에 도달 후 토사, 지하수 등의 누출을 방지하도록 관추진기의 굴착본체에 확장튜브를 마련하며, 지하 구조물을 굴착 중 지하수에 의한 고수압 발생, 굴착공 붕괴 등에 의해 굴착공의 벽면을 유지보수를 위한 이 지점을 구획 및 차단할 수 있도록 굴착본체에 복수 개의 확장튜브를 마련하며, 지반으로 부터 발생되는 마찰저항에 의해 흄관의 추진이 원활하지 못하게 될 경우 이 지점에서의 굴착본체의 확장튜브에 의한 구획 차단하여 그라우팅 등에 보강 및 차수하여 관추진기의 직진성을 향상하도록 제공하는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기에 관한 것을 기술적 과제로 한다.

Description

지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기{Tube propulsion apparatus capable of arrival directly in the underground structure}

본 발명은 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지하 구조물을 굴착 작업시 작업구에서 관추진기가 굴착공의 내부로 굴착 작업을 진행하면서 동시에 작업구에 장착된 추진부에 의해 흄관을 굴착공으로 가압식으로 밀어 넣어 흄관을 연결하면서 굴착 작업을 가능하게 하며, 지하 구조물에 직접 도달 후 굴착헤드 및 이의 구동 제어 장비 모두를 회수할 수 있을 뿐만 아니라 굴착본체는 회수할 필요없이 지하구조물의 흄관으로 사용할 수 있으며, 지하 구조물에 도달 후 토사, 지하수 등의 누출을 방지하도록 관추진기의 굴착본체에 확장튜브를 마련하며, 지하 구조물을 굴착 중 지하수에 의한 고수압 발생, 굴착공 붕괴 등에 의해 굴착공의 벽면을 유지보수를 위한 이 지점을 구획 및 차단할 수 있도록 굴착본체에 복수 개의 확장튜브를 마련하며, 지반으로 부터 발생되는 마찰저항에 의해 흄관의 추진이 원활하지 못하게 될 경우 이 지점에서의 굴착본체의 확장튜브에 의한 구획 차단하여 그라우팅 등에 보강 및 차수하여 관추진기의 직진성을 향상하도록 제공하는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기에 관한 것이다.

일반적으로 세미쉴드공법은 실드(Shield)라고 하는 튼튼한 강재 원통형 굴착기를 지반 중에 밀어 넣고, 이를 진행시켜 그 선단부 지반의 붕괴를 막으면서 굴착하고, 실드기계 후방부에서는 굴착단면을 지보하는 지보공 또는 복공(세그먼트)을 구축하며, 이러한 선단 굴착과 후방 PC세그먼트 복공의 구축을 반복하면서 터널을 굴착해가는 공법을 말하며, 즉 지하철이나 도시의 기반시설인 상하수도, 전기, 통신선로, 가스관 등을 설치하기 위한 터널을 지반 내부에 시공하는 공법으로, 굴착기를 추진장치로 추진시켜 지반을 굴착한 후 상기 추진장치를 후진시켜 추진장치와 굴착기의 사이에 추진관을 설치하고 다시 추진장치로 굴착기와 함께 추진관을 추진시켜 지반을 굴착하는 공법이다.

이러한 세미쉴드 공법은 굴진속도가 빠르고 굴진공정이 단순하여 공기를 단축시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 여기서 세미쉴드공법에 사용되는 굴착기는 선단에 설치된 커터헤드가 회전되면서 토사나 암괴 등을 파쇄하면서 지반을 굴착하게 된다.

이러한 세미쉴드 공법은 굴착 즉시 작업구내의 유압잭에 의해 추진관을 압입하는 일련의 작업이 연속적으로 진행되기 때문에 붕괴위험성이 없으며, 터널 작업중에 교통장애, 소음, 분진, 진동 등이 거의 없다는 장점이 있다.

또한 별도 보조공법이 필요없이 연약지반 통과가 용이하며 반복작업으로 공사가 단순하고 시공관리가 용이하고 안전성과 정밀성이 우수하여 거의 모는 토질의 지반에 응용이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 세미쉴드 공법을 나타낸 것으로서, 종래의 세미쉴드 공법은 지반을 수직 굴착하여 작업구를 형성한 후, 터널입구 전방에 굴착기를 배치시키고 후방의 반력벽에 설치한 유압 추진잭의 신장운동으로 굴착기를 앞으로 이동시키면서 굴착하게 된다. 이때 상기 굴착기와 추진잭 사이에 추진관을 끼워 넣어 굴착과 동시에 터널내로 추진관의 압입이 이루어진다. 즉 종래의 세미쉴드 공법은 수직 작업구내에 추진관과 실린더를 포함한 유압잭과 반력벽이 한 공간내에 같이 존재하는 구조이다.

그러나 상기에 기술한 종래의 세미쉴드 공법은 수직 작업구를 설치하고 작업구에 추진관을 장착하고 수직 작업구를 반력벽으로 하여 추진잭으로 추진하는 장치의 구조로 되어있고 이러한 추진체가 한 공간의 작업구 내에 같이 존재함으로써 큰 작업공간을 차지하게 된다. 따라서 작업구의 크기가 커지게 되어 중소구경 규모의 작은 소규모공사에는 적용이 힘든 단점이 있다. 특히 종래의 세미쉴드 공법이 도심이나 협소한 공간에 적용될 경우에는 작업공간의 제약 때문에 작업구의 크기가 작아질 필요가 있다. 그러나 반력벽과 실린더의 피스톤로드로 구성되는 추진장치에 의해 작업구가 커지게 되므로 공사비용이 증가하고 공사기간이 길어지는 문제가 발생한다.

1. 대한민국 등록특허 제10-2101868호(발명의 명칭 : 워터젯을 이용한 여굴 굴착 장치 및 방법) 2. 대한민국 등록특허 제10-1968110호(발명의 명칭 : 여굴 방지 추지관 모듈)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 흄관 시공을 위한 굴착공을 굴착함에 있어 전동모터의 구동력에 의해 회전하는 굴착헤드가 마련된 굴착부와 상기 굴착부의 굴착헤드를 구동 및 제어하는 각종의 내부 굴진 장비를 수용하는 굴착본체로 구분되는 일체의 굴착장치를 구성함과 아울러 굴착에 의한 굴착공에 흄관을 연결 결합하도록 하는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 제공하는 데에 있는 것이다.

또한, 본 발명의 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기가 기설 구조물 도달되었을 경우, 구동부 및 내부 굴진 장비를 분해, 회수되는 장비의 재사용이 가능하여 경제적이고, 효율성도 높일 수 있어 공사비용도 절감할 수 있는 흄관 시공방법에 적용될 수 있는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 제공함에 또 다른 목적이 있는 것이다.

또한, 본 발명의 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기가 구조물에 추진 도달하여 굴착장치 후방의 추진관과 동질의 굴착장치를 구성하는 굴착본체를 굴착공의 후단에 신속하게 구축 할 수 있기 때문에 추진 공사 발주 후 회수에서 남겨두기까지 변경에 용이하게 대응할 수 있는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 제공함에 또 다른 목적이 있는 것이다.

또한, 지하 구조물에 직접 도달 후 굴착본체를 회수할 필요없이 흄관으로 사용할 수 있도록 하는 흄관과 동질의 재질 이상으로 제작되는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 제공함에 또 다른 목적이 있는 것이다.

또한, 본 발명의 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 구성하는 굴착부와 굴착본체 사이 또는 이를 포함하면서 굴착본체의 외주에 배치된 확장튜브의 작용으로 지하 구조물에 도달 후 토사, 지하수 등의 누출을 방지하하며, 그리고 지하 구조물을 굴착 중 지하수에 의한 고수압 발생, 굴착공 붕괴 등에 의해 굴착공의 벽면을 유지보수를 위한 굴착공 소정길이 공간의 구획 및 차수 역할 및 지반으로 부터 발생되는 마찰저항에 의해 흄관의 추진이 원활하지 못하게 될 경우 추진력 향상 및 마찰계수의 저감을 위해 이 지점에서의 유지 보수를 위한 굴착공 소정길이의 공간을 구획 및 차수하는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 제공함에 또 다른 목적이 있는 것이다.

본 발명의 실시예는 전동모터의 구동력에 의해 회전하는 굴착헤드가 전단의 면판에 마련된 굴착부와 상기 굴착부의 굴착헤드를 구동 및 제어하는 전동모터, 상기 전동모터의 동력을 제어하는 감속기, 굴착방향을 통제하기 위한 방향수정잭, 굴착공의 위치정보를 제공하기 위한 포지션센서, 상기 굴착헤드에 의해 분쇄된 파쇄물을 2차 파쇄하는 파쇄기 콘 또는 분쇄통을 수용한 굴착본체로 구분되는 일체의 결합구조를 가지며, 상기 굴착본체는 굴착부 후단에 결합된 일측의 제1본체와 타측의 제2본체로 구분되는 일체의 구조를 가지면서 상기 제2본체는 양쪽 끝이 개구된 중공 원통형으로 구성된 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기에 있어서,

상기 굴착헤드가 구비된 굴착부와 굴착본체 사이의 부착 고정된 원주형의 가이드프레임과 상기 가이드프레임의 내측에 결합된 확장튜브가 포함되며,

상기 가이드프레임은 원주형의 링형태를 가지면서 상부가 개방된 형태이며, 양측의 측벽과 상기 양측 측벽 사이에 수용공간을 형성하며, 상기 수용공간의 바닥면 중앙에 등간격의 통공이 형성되며,

상기 굴착부의 후단부 외주단과 굴착본체의 제1본체 전단부 외주단이 대응되는 위치의 측벽에 각각 결합되며, 상기 가이드프레임의 상부를 커버하면서 양단이 수용공간 내의 양측 측벽에 결착된 원주형의 확장튜브가 설치되는 구조를 가지는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 제공한다.

한편, 상기 가이드프레임과 확장튜브의 결합 단위가 굴착본체의 외주면에 이격되게 복수 개가 더 설치되는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 제공한다.

한편, 상기 가이드프레임의 측벽 상단이 내측으로 절곡된 결착홈을 형성하며, 상기 결착홈에 확장튜브의 단부가 긴밀히 밀착되면서 확장튜브의 단부 내측에 강선이 주입되거나 확장튜브의 단부가 단면이 원형의 걸림탭을 형성하는 구조를 가지는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 제공한다.

한편, 상기 가이드프레임의 수용공간에 위치한 확장튜브 외주면과 내주면 사이에 밀폐된 주입공간부가 형성되며, 상기 주입공간부에 접착부재가 충진된 형태를 가가지는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 제공한다.

한편, 상기 가이드프레임의 수용공간에 위치한 확장튜브의 내주면에 접착시트가 소정의 두께로 도포 또는 접착되며, 상기 접착시트의 내주면에 탄성시트가 접착되는 구조를 가지는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 제공한다.

한편, 상기 탄성시트의 외주면에 등간격으로 다수 개의 원주형 가압돌기가 형성되는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 제공한다.

이상에서와 같은 본 발명을 적용하게 되면, 흄관시공을 위한 굴착공을 굴착한 후 굴착장치 내부 굴진 장비의 회수에 따른 철거 면적을 최소화 할 수 있어 시공 위치의 선택이 넓어짐과 동시에 축조비용을 줄이는데 기여할 수 있는 장점이 있으며, 굴착장치의 굴착 진행 중 작업공간의 활용도를 높이고 작업을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 구조를 보다 작고 간단하게 구성할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기가 굴착 후 기설 구조물에 도달하는 경우 굴착헤드 포함 구동부 및 내부 굴진 장비를 분해하여 구동부와 내부 굴진기로 재사용 할 수 있어 경제적이다.

또한, 본 발명의 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기는 추진 도달 후 신속하게 구축 할 수 있기 때문에 추진 공사 발주 후 회수에서 남겨두기까지 변경에 용이하게 대처할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 지하 구조물에 직접 도달 후 굴착본체를 회수할 필요없이 지하 구조물의 흄관으로 사용할 수 있어 작업공정을 단축하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 구성하는 굴착부와 굴착본체 사이 또는 이를 포함하면서 굴착본체의 외주에 배치된 확장튜브의 작용으로 지하 구조물에 도달 후 토사, 지하수 등의 누출을 방지하는 이점과, 그리고 지하 구조물을 굴착 중 지하수에 의한 고수압 발생, 굴착공 붕괴 등에 의해 굴착공의 벽면을 유지보수를 위한 굴착공 소정길이 공간의 구획 및 차수 역할의 효율성 및 지반으로 부터 발생되는 마찰저항에 의해 흄관의 추진이 원활하지 못하게 될 경우 이 지점에서의 유지 보수를 위해 굴착공의 소정길이를 차단 및 차수하여 추진력 향상 및 마찰계수의 저감하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 이용하여 굴착하기 전의 작업구에 추진장치를 설치한 도면(a)과 작업구에 관추진기를 설치하는 도면(b).
도 2는 본 발명에 따른 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기를 이용하여 작업구에서 굴착하는 도면(a)과 작업구에 흄관을 설치하는 도면(b).
도 3은 본 발명에 따른 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기가 굴착한 굴착공에 흄관을 추진하는 도면(a)과 굴착공에 흄관을 연결한 도면(b).
도 4는 본 발명에 따른 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기가 굴착공의 막장에 도달한 도면(a)과 관추진기가 수직돌달구에 도달한 도면(b).
도 5는 본 발명에 따른 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기가 수직도달구에 도달하여 굴착헤드 등 해체하여 회수하는 도면(a)과 관추진기의 주요부품이 회수된 굴착공 막장에 흄관을 시공한 도면(b).
도 6은 본 발명에 따른 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기의 단면 구조도.
도 7은 도 6의 본 발명에 따른 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기에서 “A”부위의 가이드프레임과 확장튜브 단면구조를 나타낸 도면.
도 8은 도 7의 본 발명에 따른 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기에서 “C”부위의 확장튜브 내에 접착부재가 주입된 상태의 단면 도면(a), 확장튜브 내주면에 접착시트와 탄성시트 순으로 적층된 단면 도면(b) 및 확장튜브 내주면에 접착시트와 가압돌기가 형성된 탄성시트 순으로 적층된 단면 도면(c).
도 9는 도 6의 본 발명에 따른 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기에서 “B”부위의 단면을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기에서 가이드프레임과 확장튜브 간의 결합단위가 복수 개로 설치된 상태를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 제진기의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 6에 나타낸 바와 같이 본 발명의 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기(100, 이하, ‘관추진기’로 칭함.)에 따른 지하구조물 굴착시공방법에 이용되는 관추진기(100)의 내부 구성을 도시하고 있는 것으로, 상기 관추진기(100)는 전동모터(151)의 구동력에 의해 회전하는 굴착헤드(111)가 전단의 면판에 마련된 굴착부(110)와 상기 굴착부(110)의 굴착헤드(111)를 구동 및 제어하는 각종의 내부 굴진 장비를 수용하는 굴착본체(120)로 구분되는 일체의 결합구조를 가지며, 상기 굴착본체(120)는 굴착부(110)의 전단에 결합된 일측의 제1본체(120a)와 타측의 제2본체(120b)로 구분되는 일체의 구조를 가지면서 상기 제2본체(120b)는 양쪽 끝이 개구된 중공 원통형으로 형성된다.

도 6에 나타낸 바와 같이 상기 굴착부(110)의 굴착헤드(111)는 전동모터(151)에 연계된 감속기(152)에 의해 회전 구동되는 것으로, 상기 굴착헤드(111)는 중앙에 배치된 센터비트(111a)와 상기 센터비트(111a)의 외주 방향으로 배치되는 외주비트(111b)로 구성되어 지반을 굴착할 수 있도록 되고, 상기 외주비트(111b)는 굴착본체(120)의 제1본체(120a) 전단부가 바깥쪽 방향으로 일부 부분 돌출 또는 굴착본체(120)에 내재된 상태 즉, 직경 확대 및 축소를 자유롭게 조절 가능하게 하여 흄관(200) 매설시에는 흄관(200)의 직경보다 큰 직경으로 굴착 또는 굴진하는 것을 순차적으로 반복하여 지반에 흄관(200)의 매설을 용이하게 하고, 굴착이 완료된 때에는 굴착헤드(111)의 직경을 축소하여 흄관(200) 내에 내재시킴으로써 굴착본체(120)의 회수를 가능하도록 되어 있다.

또한, 상기 굴착헤드(111)는 센터비트(111a)인 인사이드 비트일 수 있으며, 상기 센터비트(111a) 외주방향으로 전개된 외주비트(111b)인 아웃사이드 비트일 수 있으며, 상기 굴착헤드(111)는 굴착부(110) 전단의 면판에 장착되어 지반을 굴착하는 구성요소로서, 여러 가지 형태로 구성하여 배치할 수 있다.

그러나, 미도시되었지만 암석지반을 효율적으로 굴착하기 위해서는 굴착공(50)의 외측을 파쇄하는 아웃사이드 비트(111b)와 굴착공(50)의 내측을 파쇄하는 인사이드 비트(111a)를 분리 장착하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 아웃사이드 비트(111b)는 면판(112)에 등각으로 배치된 다수 개의 방사상 축을 따라 각각 구비되어 축회전하도록 구성하고, 상기 인사이드 비트(111a)는 상기 아웃사이드 비트(111b)가 구비된 방사상의 축 사이마다 등각으로 배치된 축을 따라 각각 구비되어 축회전하도록 구성하여 굴착공(50)의 안쪽과 바깥쪽이 동시에 파쇄되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 원통형의 굴착본체(120) 내에는 굴착헤드(111)를 구동시키기 위한 전동모터(151), 굴착방향을 통제하기 위한 방향수정잭(미도시), 굴착장치의 위치정보를 제공하기 위한 포지션센서(미도시) 등을 필요에 따라 장착해 둘 수 있다.

상기 굴착본체(120) 내지는 흄관(200)의 추진 방향은 설정된 조작반의 화면에서 확인하면서 작업을 실시하며, 굴착된 배토인 1차 파쇄물은 굴착헤드(111)를 통해 내부로 들어가 감속기(152)의 외주에 설치한 파쇄기 콘(153)에서 잘게 2차 분쇄하여 배출관(153)을 통해 기계 외부로 배출한다.

또한, 굴착방향을 제어하는 일실시예로서, 미도시되었지만 상기 감속기(152)는 플레이트에 장착 된 조인트에 축의 회전이 자유롭게 지지되고, 둘레 방향을 따라 배치된 복수 개의 실린더를 각각 구동함으로서 굴착헤드(111)의 축(111-1)을 회전 동작시켜 굴진 방향의 수정 제어를 한다. 이때 실린더는 각 동작 스트로크센서 등으로 측정하고 수정 방향 및 수정할 양을 외부에서 제어할 수 있게 한다.

또한, 상기 분쇄장치(미도시)는 면판(112) 후면에 결합되어 굴착토사와 암석을 수용하고, 내장된 분쇄비트(미도시)로 수용된 암석을 2차 파쇄하는 파쇄기 콘(153) 또는 분쇄통을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 암석지반을 굴착하는 경우 전술한 아웃사이드 비트(111b)와 인사이드 비트(111a)로 1차적으로 분쇄한 암석을 그대로 지반 외부로 배출시키기에는 무리가 있으므로, 상기 파쇄기 콘(153) 내에서 분쇄비트로 2차적인 분쇄를 한 후 이를 지반 외부로 배출시키고자 하는 것이다.

따라서, 암석지반의 경우 면판(112)의 전면에 장착되어 구동되는 아웃사이드 비트(111b)와 인사이드 비트(111a)로 1차적인 파쇄를 하고, 파쇄된 암석을 면판의(112) 후면에 장착된 파쇄기 콘(153) 또는 분쇄통에 유입시켜 분쇄비트(미도시)로 2차적인 파쇄를 함으로써 암석지반 굴착 작업을 원활히 수행할 수 있게 된다.

그리고, 지반 굴착이 종료되고, 굴착본체(120)를 회수하는 경우에는 감속기(152)의 중심에 설치 한 약액주입구(미도시)에서 2액형태의 약액을 굴착헤드(111)의 전방으로 분출시켜 굴착공(50) 막장의 유지와 차수를 하거나 가설벽(미도시)을 설치하며, 그리고 상기 굴착부(110)와 굴착본체(120) 사이의 외주면에 원주형으로 장착된 확장튜브(140)가 설치되며, 이때 상기 확장튜브(140)로 공기를 주입시켜 확관되어 여굴의 내주면을 가압 밀착하여 실링하게 되며, 상기 여굴은 굴착헤드(111)가 굴착공(50)을 굴착하면서 관추진기(100)의 외주와 굴착공(50)의 내주 사이에 발생된 원주형의 여유공간을 칭한다.

즉, 도 6과 도 7에 나타낸 바와 같이 상기 확장튜브(140)에 의해 전방으로의 물, 토사 등의 유입이 방지되며, 상기 굴착헤드(111)가 구비된 굴착부(110)와 굴착본체(120) 사이의 내주면에 부착 고정된 원주형의 가이드프레임(130)에 내측에 결합되는 확장튜브(140)에 의해서 굴착헤드(111)에 의해 굴착된 굴착공(50)의 내주면과 굴착본체(120)의 외주면 사이의 원주형 공간인 여굴의 간극을 밀폐하고, 전방으로의 물, 토사 등의 유입을 저지하게 되며, 여기서, 상기 확장튜브(140)는, 팽창 및 수축가능한 고무성질의 튜브식 방수시일이 채용되어 있고, 굴착본체(120)의 거동에 추종하여 확실히 시일할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 도 6과 도 7에 나타낸 바와 같이 상기 가이드프레임(130)은 굴착부(110)의 후단부 외주단과 굴착본체(120)의 제1본체(120a) 전단부 외주단이 대응되는 위치의 측벽(131)에 각각 결합되며, 그리고 상부가 개방되면서 내부에 수용공간(132)이 형성되어 수용공간(132)의 밀폐된 바닥면에 하나 이상의 통공(133)이 형성된 원주형태를 가지며,

상기 가이드프레임(130)의 상부를 커버하면서 양단이 수용공간(132) 내의 양측 측벽(131)에 결착된 원주형의 확장튜브(140)가 설치되는 구조를 가진다.

상기 가이드프레임(130)은 원주형의 링형태를 가지면서 상부가 개방된 형태이며, 양측에 각각 형성된 수직형 측벽(131)과 상기 양측 측벽(131) 사이에 수용공간(132)을 형성하며, 상기 수용공간(132)의 바닥면 즉, 양측 측벽(131) 하단을 각각 연결하는 바닥면 중앙에 등간격의 다수 개로 형성된 통공(133) 또는 하나의 통공(133)이 형성된다.

상기 통공(133)은 공기가 유입되는 통로이며, 상기 통공(133)으로 공기를 유입 및 차단하는 제어밸브(미도시)가 장착될 수 있으며, 상기 굴착 전(前) 또는 굴착 중(中) 가이드프레임(130)에 장착된 확장튜브(140)로 공기를 주입하여 확장튜브(140)를 확장시키거나 굴착 후(後) 확장튜브(140)가 확장하도록 공기를 주입할 수 있다.

또한, 도 7에 나타낸 바와 같이 상기 가이드프레임(130)의 측벽(131) 상단 또는 중간이 내측으로 절곡된 결착홈(134)을 형성하며, 상기 결착홈(134)에 확장튜브(140)의 단부가 긴밀히 밀착되면서 확장튜브(140)의 단부 내측에 강선이 주입되거나 확장튜브(140)의 단부가 단면이 원형의 걸림탭(141)을 형성하는 구조를 가진다.

미도시되었지만, 상기 측벽(131) 각각의 내측면 중간에서 내측으로 돌출된 결착홈(134)이 형성되어 상호 이격된 형태로 마주하게 되며, 상기 결착홈(134)에 확장튜브(140)의 걸림탭(141)이 단속되며, 이때 공기주입이 안된 확장튜브9140)의 외주면은 가이드프레임(130) 수용공간(132) 내에 위치하며, 반대로 공기가 주입되면서 확장튜브(140)가 확장 팽창되면서 가이드프레임(130) 외측으로 확장튜브(140)가 돌출 팽창하게 되어 여굴의 내주면을 밀착 가압하게 된다.

상기 가이드프레임(130)의 수용공간(132)으로 공기가 유입되면서 확장튜브(140)가 외측으로 확장되면서 측벽(131) 상단의 내측에 형성된 결착홈(134)에 확장튜브(140)의 단부가 결착 및 긴밀히 가압 밀착되어 수용공간(132)에 주입된 공기가 누출되지 않도록 실링역할을 하게 된다.

이때, 상기 확장튜브(140)의 단부 내에 주입된 강선 또는 확장튜브(140)의 단부에 원형으로 돌출된 걸림탭(141)이 결착홈(134) 내주면을 강하게 밀착하여 확장튜브(140)의 이탈을 방지하는 동시에 실링역할을 하게 된다.

또한, 상기 확장튜브(140)가 관추진기(100)의 외주면으로 노출된 형태를 가지어 굴착 진행 중 확장튜브(140)의 마모 또는 구멍이 발생될 우려가 있어 이를 방지하고자 다음과 같은 구조가 더 포함된다.

도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이 상기 가이드프레임(130)의 수용공간(132)에 위치한 확장튜브(140) 외주면과 내주면 사이에 밀폐된 주입공간부(142)가 형성되며, 상기 주입공간부(142)에 접착부재(143)가 충진된 형태를 가진다.

상기 접착부재(143)는 확장튜브(140)의 외주면에 구멍 또는 찢겨짐이 발생하면 접착부재(143)가 흘러나오거나 스며들어 구멍 또는 찢긴부위를 순간 접착시켜 주게 된다.

상기 주입공간부(142)는 확장튜브(140)의 원주형태에 대응된 원주형태로 확장튜브(140) 내부에 형성되며, 여기서 확장튜브(140) 내부는 가이드프레임(130) 수용공간(132) 외부로 노출된 전체면의 내부이며, 즉 상술한 걸림탭(141)을 제외한 전체면의 내부일 수 있으며, 그리고 상기 확장튜브(140)의 외주면도 가이드프레임(130) 수용공간(132) 외부로 노출된 면이며, 즉 여굴의 내주면에 마주하도록 관추진기(100)의 외주로 노출된 확장튜브(140)의 외주면으로 칭한다.

그리고, 상기 확장튜브(140)의 내부에 주입공간부(142)가 외부로 노출된 외주면에 대응된 너비로 형성되거나 상기 확장튜브(140) 내부에 구획된 다수 개의 주입공간부(142)를 형성할 수 있으며, 이때 상기 주입공간부(142)에 충진된 접착부재(143)는 공기와 접촉 후 즉시 고형화 되는 액상 또는 연질의 액체로 충진되며, 상기 접착부재(143)는 실리콘접착액이 주성분으로 된 접착부재(143)일 수 있다.

또한, 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이 상기 가이드프레임(130)의 수용공간(132)에 위치한 확장튜브(140)의 내주면 즉, 확장튜브(140)의 외주면에 대응된 내주면에 접착시트(144)가 소정의 두께로 도포 또는 접착되며, 상기 접착시트(144)의 내주면에 탄성시트(145)가 접착되는 구조를 가지며, 상기 확장튜브(140)의 내의 공기압에 의해 탄성시트(145)를 팽창시켜 접착시트(144)를 가압하면서 확장튜브(140) 외주면의 구멍 또는 찢겨진 부위로 접착시트(144)를 밀어 넣어 확장튜브(140) 외주면 표면으로 노출된 접착시트(144)가 공기와의 접촉에 의해 순간 경화되어 확장튜브(140)의 외주면에 구멍 또는 찢긴부위를 순간 접착시켜 주게 된다.

또한, 상기 확장튜브(140)의 내주면으로 접착시트(144)와 탄성시트(145) 순으로 적층되면서 확장튜브(140) 외주면과 내주면 사이에 밀폐된 주입공간부(142)가 형성되며, 상기 주입공간부(142)에 접착부재(143)가 충진된 형태를 가질 수 있다.

또한, 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이 상기 탄성시트(145)의 외주면에 등간격으로 다수 개의 원주형 가압돌기(145-1)가 형성되며, 상기 가압돌기(145-1)가 형성됨으로서 확장튜브(140) 내의 공기압에 의해 가압 팽창되려는 탄성시트(145)에 의해 가압돌기(145-1)의 단부에 면접된 접착시트(144)를 가압력을 증가시켜 확장튜브(140) 외주면의 구멍 또는 찢겨진 부위로 접착시트(144)가 순간 밀고 들어가 확장튜브(140)의 공기압 저하 또는 공기누출을 방지하게 된다.

또한, 상기 확장튜브(140)의 내주면으로 접착시트(144)와 가압돌기(145-1)가 형성된 탄성시트(145) 순으로 적층되면서 확장튜브(140) 외주면과 내주면 사이에 밀폐된 주입공간부(142)가 형성되며, 상기 주입공간부(142)에 접착부재(143)가 충진된 형태를 가질 수 있다.

또한, 미도시되었지만 상기 탄성시트(145)의 가압돌기(145-1)와 가압돌기(145-1) 사이에 단면이 원형 또는 사각형의 링형태로 형상변형이 가능한 실리콘가압링(미도시)이 하나 이상이 충진 및 배열되며, 이때 실리콘가압링이 다수 개일 경우 서로 간 면접되거나 연결된 형태일 수 있으며, 상기 실리콘가압링의 외주 노출면은 접착시트(144)의 내주면을 가압 그리고 실리콘가압링의 내주면은 탄성시트(145)의 가압돌기(145-1)와 가압돌기(145-1)의 탄성시트(145) 외주면을 가압한 형태를 가지며, 상기 확장튜브(140)로 공기를 주입시 상기 탄성시트(145)가 팽창되면서 실리콘가압링이 신장되면서 접착시트(144) 및 확장튜브(140)의 내주면을 가압 확장 유도하게 된다.

그리고, 상기 확장튜브(140) 내로 공기 주입 전의 실리콘가압링의 외주에 비해 공기 주입 후의 실리콘가압링의 외주가 큰 외주로 형성되며, 즉 공기가 주입되면서 상기 실리콘가압링이 신장되어 실리콘가압링이 확장튜브(140)의 내주면을 가압하면서 확장튜브의 외주면인 표면에 실리콘가압링의 형상에 대응된 형상의 돌출형상을 가지게 되며, 이때 상기 확장튜브(140)의 외주면에 다수 개의 링형태의 돌출형상이 여굴의 내주면을 가압하여 여굴 내주면에 대하여 하나의 확장튜브(140) 외주면에 다수 개의 가압위치를 가지게 되며, 이에 확장튜브(140) 외주면의 마모 또는 파손 등으로 인해 확장튜브(140) 일부의 가압력이 저하되더라도 그 위치의 확장튜브(140) 외주면에 가압력이 유지되는 실리콘가압링에 의한 다수 개의 돌출형상이 존재하여 확장 및 팽창된 확장튜브 외주면이 여굴의 내주면을 긴밀한 밀착력을 유지하게 된다.

또한, 상기 확장튜브(140)의 내주면으로 접착시트(144)와 가압돌기(145-1)가 형성된 탄성시트(145) 순으로 적층되면서 이때 탄성시트(145)의 가압돌기(145-1)와 가압돌기(145-1) 사이에 실리콘가압링이 마련되면서 상기 확장튜브(140) 외주면과 내주면 사이에 밀폐된 주입공간부(142)가 형성되며, 상기 주입공간부(142)에 접착부재(143)가 충진된 형태를 가질 수 있다.

또한, 도 10에 나타낸 바와 같이 상기 가이드프레임(130)과 확장튜브(140)의 결합 단위가 굴착본체(120)의 외주면에 이격되게 복수 개가 더 설치되는 관추진기(100)를 제공하며, 즉 굴착부(110)와 굴착본체(120)에 배치된 가이드프레임(130)과 확장튜브(140)의 결합단위가 굴착부(110), 굴착본체(120)의 제1본체(120a), 굴착본체(120)의 제2본체(120b) 또는 제1본체(120a)와 제2본체(120b) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 관추진기(100)의 굴착공(50)인 지하 구조물에 도달 후 토사, 지하수 등의 누출을 방지하며, 그리고 지하 구조물을 굴착 중 지하수에 의한 고수압 발생, 굴착공 붕괴 등에 의해 굴착공(50)의 벽면인 내주면을 유지보수를 위해 유지보수지점에 위치한 굴착공(50)의 소정 길이폭을 구획, 차단 및 차수시키며, 그리고 지반으로 부터 발생되는 마찰저항에 의해 흄관(200)의 추진이 원활하지 못하게 될 경우 이 지점에 위치한 굴착공(50)의 소정 길이폭을 구획 차단시켜 관추진기(100)의 추진력에 의한 관추진기(30) 및 흄관(200)의 외주면과 굴착공(50) 벽면과의 마찰계수를 저감시키도록 하는 그라우팅 등에 보강 및 차수작업을 통해 관추진기(100)의 직진성을 향상하도록 보강작업에 대한 기초제어역할을 수행하게 된다.

그리고, 본 발명의 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기(100)를 이용하여 흄관(200)을 설치하면서 기설 구조물에 관추진기(100)의 도달과정 및 장비의 회수하는 공정을 다음과 같이 설명한다.

먼저, 도 9에 나타낸 바와 같이 상기 관추진기(100)를 구성하는 굴착본체(120)의 외각은 기계 가공된 강철판(121) 그리고 강철판(121) 내주에 무근의 콘크리트관(122)을 사용하고, 상기 굴착본체(120)의 내부에 기어박스, 감속기, 배니관, 방향수정잭, 전기기기 등을 설치한다. 상기 굴착본체(120)는 외각의 원통형 강철판(121)과 내주의 콘크리트관(122) 또는 외각의 강철판(121)이 없는 무근 또는 철근이 내장된 콘크리트관(122)일 수 있으며, 상기 굴착본체(120)를 제1본체(120a)와 제2본체(120b)로 구획되어 상호 연결된 밴드 또는 제1, 2본체(120a)(120b)가 일체로 연결되는 구조일 수 있다.

도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이 계획심도까지 수직으로 굴착한 작업구(20a)의 굴착공(50)이 굴착되는 반대편에 추진장치(30)를 설치하는 단계, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이 상기 작업구(20a)로 관추진기(100)를 크레인에 의해 투입하는 단계, 도 2에 나타낸 바와 같이 상기 가압추진장치(30)의 추진로드(40)를 인출하여 추진로드(40)의 반발력으로 가압추진장치(30)를 추진시키면서 관추진기(100)에 의해 굴착공(50)을 굴착하는 단계, 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 관추진기(100)가 가압추진장치(30)의 역추진력에 의해 토사를 반출하면서 지중에 강제 압입되면 가압추진장치(30) 만을 추진로드(40)의 인입작동으로 후퇴시켜 작업구(20a) 내에 위치시킨 상태에서 관추진기(100)에 흄관(200)을 연결시켜 가압추진장치(30)의 추진로드(40)를 인출하여 밀어내는 반발력으로 가압추진장치(30)를 역추진시켜 흄관(200)을 지중에 압입함으로써 흄관(200)을 형성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

즉, 상기 관추진기(100)가 굴착공(50)을 굴착하면서 흄관(200)의 가로길이에 대응된 굴착공(50)을 굴착한 후 가압추진장치(30)의 추진로드(40)에 의해 흄관을 밀어넣거나 관추진기(100)의 굴착본체(120)를 구성하는 제2본체(120b) 후단에 흄관(200)을 연결시켜 굴착공(50)을 굴착하면서 가압추진장치(30)에 이해 단계적으로 흄관(200)을 지중에 압입하는 공정을 반복적으로 수행하게 된다.

그리고, 도 4와 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 굴착공(50) 막장에 위치한 기설 구조물인 수직도달구(20b)까지의 거리를 신중하게 측정하여 굴착헤드(111)의 토크의 상승으로 관추진기(100)의 도달을 확인한 후, 굴착공(50)의 막장을 가공을 하고 수직도달구(20b)로 관추진기(100)의 굴착헤드(111) 및 각종 장비 등을 분해하게 된다.

이때, 상기 수직도달구(20b)로 노출된 굴착부(110)를 서서히 밀어내어 여굴의 내주면에 확장튜브(140)를 확관시켜 밀착한 후 여굴을 통한 지하수 등의 배출을 차단 확인을 한 다음, 굴착헤드(111) 및 각종 장비를 분해하여 수직도달구(20b)로 철거 및 반출하게 된다.

그리고, 굴착부(110)의 굴착헤드(111), 면판(112), 기어박스, 감속기, 배니관, 방향수정잭, 전기기기 등과 같은 장비 구성부품 차례로 해체하고, 해체한 기계 구성부품을 기설 구조물 또는 입갱을 통해서 지상으로 철거 및 반출한다.

그리고, 상기 기설 구조물의 마무리 내면에 맞게 굴착본체(120)를 분리하거나 그대로 설치시키고, 상기 굴착본체(120) 외각 장비 부착부 및 줄눈마무리를 위해 외각의 안쪽에 무수축모르타르를 타설하며, 즉 상기 굴착본체(120)의 외주면 장비 부착부(미도시)는 굴착방향을 통제하는 방향수정잭 등이 부착된 부위인 장지 부착부 그리고 상기 줄눈마무리(미도시)는 세그먼트된 콘크리트관의 줄눈홈을 실링하도록 하는 과정이며, 상기 굴착본체(120)의 제2본체(120b) 후단에 연결된 후속 흄관(200)의 마무리 내경에 맞게 형틀 및 모르타르 충전물을 통합하고, 모르타르 주입 타설 모르타르를 압송 펌프(미도시)에 의해 형틀에 주입하여 타설하며, 모르타르의 양생기간 경과 후 형틀을 탈형 및 반출하며, 상기 굴착본체 외각의 줄눈 마무리를 위해 무수축 모르타르를 타설하여 굴착본체(120) 외각 줄눈을 마무리하고, 기설 구조물의 마무리 내면에 맞게 굴착본체(120)의 제1본체(120a)와 제2본체(120b)를 분리하여 제1본체(120a)를 반출 또는 굴착공(50)에 그대로 설치하여 모르타르로 관구부를 마무리하여 흄관(200)의 시공을 완료한다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

관추진기 100 굴착부 110 굴착헤드 111
센터비트 111a 외주비트 111b 면판 112
굴착본체 120 제1본체 120a 제2본체 120b
강철판 121 콘크리트관 122 가이드프레임 130
측벽 131 수용공간 132 통공 133
결착홈 134 확장튜브 140 걸림탭 141
주입공간부 142 접착부재 143 접착시트 144
탄성시트 145 가압돌기 145-1

Claims (7)

1. 전동모터의 구동력에 의해 회전하는 굴착헤드가 전단의 면판에 마련된 굴착부와 상기 굴착부의 굴착헤드를 구동 및 제어하는 전동모터, 상기 전동모터의 동력을 제어하는 감속기, 굴착방향을 통제하기 위한 방향수정잭, 굴착공의 위치정보를 제공하기 위한 포지션센서, 상기 굴착헤드에 의해 분쇄된 파쇄물을 2차 파쇄하는 파쇄기 콘 또는 분쇄통을 수용한 굴착본체로 구분되는 일체의 결합구조를 가지며, 상기 굴착본체는 굴착부 후단에 결합된 일측의 제1본체와 타측의 제2본체로 구분되는 일체의 구조를 가지면서 상기 제2본체는 양쪽 끝이 개구된 중공 원통형으로 구성된 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기에 있어서,
   상기 굴착헤드가 구비된 굴착부와 굴착본체 사이의 부착 고정된 원주형의 가이드프레임과 상기 가이드프레임의 내측에 결합된 확장튜브가 포함되며,
   상기 가이드프레임은 원주형의 링형태를 가지면서 상부가 개방된 형태이며, 양측의 측벽과 상기 양측 측벽 사이에 수용공간을 형성하며, 상기 수용공간의 바닥면 중앙에 등간격의 통공이 다수 개로 형성되며,
   상기 굴착부의 후단부 외주단과 굴착본체의 제1본체 전단부 외주단이 대응되는 위치의 측벽에 각각 결합되며, 상기 가이드프레임의 상부를 커버하면서 양단이 수용공간 내의 양측 측벽에 결착된 원주형의 확장튜브가 설치되는 구조를 가지며,
   상기 가이드프레임의 수용공간에 위치한 확장튜브 외주면과 내주면 사이에 밀폐된 주입공간부가 형성되며, 상기 주입공간부에 접착부재가 충진된 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기.
2. 제1항에 있어서, 상기 가이드프레임과 확장튜브의 결합 단위가 굴착본체의 외주면에 이격되게 복수 개가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가이드프레임의 측벽 상단이 내측으로 절곡된 결착홈을 형성하며, 상기 결착홈에 확장튜브의 단부가 긴밀히 밀착되면서 확장튜브의 단부 내측에 강선이 주입되거나 확장튜브의 단부가 단면이 원형의 걸림탭을 형성하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기.
4. 삭제
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가이드프레임의 수용공간에 위치한 확장튜브의 내주면에 접착시트가 소정의 두께로 도포 또는 접착되며, 상기 접착시트의 내주면에 탄성시트가 접착되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기.
6. 제5항에 있어서, 상기 탄성시트의 외주면에 등간격으로 다수 개의 원주형 가압돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기.
7. 제5항에 있어서, 상기 탄성시트의 가압돌기와 가압돌기 사이에 단면이 원형 또는 사각형의 링형태로 형상변형이 가능한 실리콘가압링이 하나 이상이 충진 및 배열되는 것을 특징으로 하는 지하 구조물에 직접 도달이 가능한 관추진기.

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