KR102252642B1

KR102252642B1 - 세그먼트 자동 공급 및 이렉터 자동 조립시스템

Info

Publication number: KR102252642B1
Application number: KR1020190102328A
Authority: KR
Inventors: 백민곤
Original assignee: (주)다올산업
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2021-05-17
Also published as: KR20210022923A

Abstract

본 발명은 터널 보링머신으로 굴착한 터널 내부에 토사의 붕괴방지를 위하여 링 형태로 조립 및 설치하는 세그먼트를 자동으로 공급하고 이렉터로 세그먼트를 자동으로 조립할 수 있게 한 세그먼트 자동 공급 및 이렉터 자동 조립시스템에 관한 것으로 세그먼트 조립단계(S4)에서 슬라이드 프레임(52)(52')에서 전,후진하는 주행드럼(53)에 선회링(54)을 설치하여 좌,우로 각각 210도 회전시킬 수 있게 하고 선회링(53)에 설치된 실린더(55)(55')로 암(51)을 상,하로 승강케 하며 암(51)에 설치된 진공흡착 파지장치(56)에는 롤링 잭,슬라이딩 잭 및 요잉 잭을 설치하여 미세조정이 가능케 한 것을 특징으로 한다.

Description

세그먼트 자동 공급 및 이렉터 자동 조립시스템{Segment auto feed and erector auto assembly system }

본 발명은 터널 보링머신(TBM)으로 굴착한 터널 내부에 토사의 붕괴방지를 위하여 링 형태로 조립 및 설치하는 세그먼트(Segment)를 자동으로 공급하고 이렉터(Erector)로 세그먼트를 자동으로 조립할 수 있게 한 세그먼트 자동 공급 및 이렉터 자동 조립시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 세그먼트를 탑재하여 이송하는 운반대차 운반단계,이송된 세그먼트를 인양 상승,전진,회전,하강시키는 호이스트 회전 이송단계,조립과 설치 순서에 따라 순차적으로 세그먼트를 공급 이송하는 세그먼트 공급장치 이송단계 및 터널 보링머신 이렉터에 세그먼트를 공급하여 조립시공하는 세그먼트 조립단계로 이루어진 세그먼트 자동 공급시스템에 관한 것이다.

일반적으로 터널을 시공하는 공법은 공사현장의 위치,지질,지반형상,주변환경 및 공사기간 등에 따라 적용할 공법을 다르게 적용하고 적용공법에 따라 굴착장비,소요공기,가설계획 등을 사전준비작업에 의하여 시공성패가 결정되므로 철저한 계획이 수립되지 않으면 다양한 시행착오를 거치게 되며 불필요한 공사기간의 지연과 공사비용이 증대될 수 있다.

상기한 터널공법은 ASSM(American Steel Support Method),NATM(New Austrian Tunneling Method),TBM(Tunnel Boring Method) 및 실드터널(Shield Tunnel)공법이 있으며 그 외에도 개착식 공법,침매공법,잠함침하공법 및 파이프루프공법 등이 있다.

상기 공법 중에서 터널 보링머신(TBM) 공법은 암질의 터널에서 기존 화약발파 공법에 의하지 않고 전단면 터널굴착기로 암반을 압쇄 또는 절삭에 의해 굴착하는 기계식 굴착 공법으로서 주변암반 자체를 지보재로 활용하여 역학적으로 안정된 원형구조를 형성하므로 숏크리트나 록볼트 등의 지보재를 대폭 줄일 수 있고 이에 따라 시공속도가 빠르고 안정성이 높으며 주변지반의 진동이나 이완을 최소화하고 굴진속도가 빠르며 장대터널 시공에 유리한 공법이다.

상기와 같은 터널 보링머신 공법에 의해 터널을 굴착하고 이렉터로 세그먼트를 링형상으로 조립 시 공급되는 세그먼트는 터널의 직경에 따라 하나의 링형태 당 다수의 조각(세그먼트)으로 나누어서 공급되며 이렉터의 파지,이송 및 회전작동에 의해 링 형상으로 조립하고 있다.

기존의 공급 및 조립방식은 세그먼트 단위체(A,B,K형)를 호이스트 또는 체인 컨베이어를 이용하여 수동으로 이렉터에 파지위치까지 작업자가 운반하여 시공하고 있어 안전성과 작업편의성이 저하되고 있어 세그먼트를 이렉터까지 자동으로 이송되는 공급장치가 요구되고 있는 실정이다.

종래의 세그먼트를 공급하고 조립시키는 장치 및 시스템에 관한 선행기술로는 등록특허 제10-1293998호(프리캐스트 세그먼트의 조립장치 이를 이용한 프리캐스트 세그먼트의 조립방법 및 이에 의한 터널 라이닝 구조물)과 등록특허 제10-1333096호(실드터널의 세그먼트 조립을 위한 강선체결 장치 및 그 방법) 등이 제시되었습니다.

상기 전자의 등록특허는 재1매립체,제2매립체 및 연결봉을 포함하여 구성되는 프리캐스트 세그먼트 조립장치가 구비되며 제1매립체 및 제2매립체는 통형본체와 단부마감판을 포함하여 구성되고 단부마감판에는 돌출끼움부재가 구비되어 있고 각각 서로 이웃하는 프리캐스트 세그먼트의 대향되는 대향 측면에 매립설치되며 연결봉은 양단이 각각 제1매립체 및 제2매립체의 통형본체 내에 삽입되며 양단에는 각각 제1매립체와 제2매립체를 일체 결합시켜 양측의 프리캐스트 세그먼트들을 연속 결합시키는 구조이다.

상기 후자의 등록특허는 서브모터 및 와이어드럼을 포함하여 강선의 공급 및 강선의 위치를 제어하는 강선 공급위치 제어부,강선 공급위치 제어부의 와이어드럼에 연결되어 강선의 공급방향을 가이드하는 가이드 파이프,세그먼트의 위치에 대응하는 위치로 회전하면서 강선을 공급하는 강선공급 박스,실드터널 굴진장비에 탑재되고 강선공급 박스가 설치되어 강선공급 박스를 가이드하는 원형 구조물 및 강선을 세그먼트에 삽입하여 서로 체결되도록 강선의 공급지점을 조정하는 강선주입부를 포함하되 강선주입부에서 공급되는 강선이 세그먼트에 삽입 및 인장되어 세그먼트를 조립 체결하는 구조이다.

상기 전자와 후자의 등록특허는 터널 굴착 후 세그먼트를 조립시공하기 위하여 제1,2매립체 및 연결봉으로 구성된 조립장치와 강선을 공급하기 위하여 제어부,가이드 파이프,강선공급 박스,원형 구조물 및 강선 주입부를 이용하여 세그먼트를 조립하는 방법으로 세그먼트 단위체 간의 조립방법이고 양자 모두 세그먼트를 공급하기 위해서는 세그먼트 단위체를 호이스트 또는 체인 컨베이어 등을 이용하여 수동으로 공급위치에 작업자가 운반 및 이송시키는 구조를 채택하여 세그먼트 공급에 있어 안전성의 확보가 어렵고 작업성이 저하되며 작업시간이 지연등의 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 목적으로 창출된 것으로 터널 보링머신의 이렉터에 인양,선회,승강 및 슬라이드 장치를 적용하여 세그먼트의 조립작업을 자동화시켜 조립정밀도를 향상시키고 이렉터로 공급되는 세그먼트를 운반대차 운반단계,호이스트 회전 이송단계,세그먼트 공급장치 이송단계 및 세그먼트 조립단계로 구성되는 자동화 시스템을 적용하고 세그먼트의 운반에서부터 이송,파지,인양,회전,승하강 및 다단 순차적인 공급을 자동화시켜 작업편의성과 작업시간을 단축시킬 수 있게 한 터널 보링머신 이렉터용 세그먼트 자동 공급시스템을 제공할 수 있게 하였다.

삭제

본 발명은 세그먼트 조립단계에서 슬라이드 프레임에서 전,후진하는 주행드럼에 선회링을 설치하여 좌,우로 각각 210도 회전시킬 수 있게 하고 선회링에 설치된 실린더로 암을 상,하로 승강케 하며 암에 설치된 진공흡착 파지장치에는 롤링 잭,슬라이딩 잭 및 요잉 잭을 설치하여 미세조정이 가능케 한 것을 특징으로 한다.

그러므로 본 발명은 세그먼트를 자동으로 공급하고 조립시키기 위하여 운반대차 운반단계,호이스트 회전 이송단계,세그먼트 공급장치 이송단계 및 세그먼트 조립단계를 통하여 세그먼트의 운반에서부터 이송,인양,위치결정.미세조정 및 장착에 이르기까지의 전체 공정을 자동화시킨 시스템을 제공하여 자동으로 세그먼트를 공급하고 이렉터의 각 장치로 자동으로 조립할 수 있게 하므로 작업자의 인원을 최소화하고 작업의 안전성을 확보하며 세그먼트의 공급 및 조립시간을 단축시킬 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

도 1 은 본 발명의 작업순서를 도시한 플로우챠트도
도 2 는 본 발명의 순차적인 작동구조를 도시한 개념도
도 3 은 본 발명에 적용된 이렉터의 구조를 도시한 사시도

이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 작업순서를 도시한 플로우챠트도로 운반대차 이송단계,호이스트 회전 이송단계,다단 스테이지 이송단계 및 이렉터 공급단계에 의해 세그먼트를 이렉터에 자동으로 공급할 수 있는 시스템을 도시하였고,도 2 는 본 발명의 순차적인 작동구조를 도시한 개념도로 세그먼트를 적재하여 이송하는 운반대차 이송단계,이송된 세그먼트를 인양 상승,전진,회전,하강시키는 호이스트 회전 이송단계,조립과 설치 순서에 따라 순차적으로 세그먼트를 공급 이송하는 다단 스테이지 이송단계 및 터널 보링머신 이렉터에 세그먼트를 공급하여 조립시공하는 이렉터 공급단계의 전체구조와 작동개념을 도시하였으며,도 3 은 본 발명에 적용된 이렉터의 구조를 도시한 사시도로 슬라이드 프레임 상에서 전,후진하는 주행드럼에 선회링을 결합하고 선회링의 양측에 실린더로 승강하는 암을 설치하여 그 선단에 진공흡착 파지장치가 설치된 이렉터의 전체구조를 도시하였다.

터널 보링머신으로 터널 굴착 후 이렉터를 구동시켜 세그먼트를 링 형태로 조립하기 위하여 세그먼트를 이렉터에 자동으로 공급하고 조립하는 세그먼트 자동 공급 및 이렉터 자동 조립시스템에 있어서,

A형,B형 및 K형의 세그먼트(1)(2)(3)를 다단으로 탑재하고 근접센서가 설치된 운반대차(10)(10')로 정위치까지 이송하는 운반대차 운반단계(S1);

거리 측정센서(21)(21')가 장착된 진공흡착 파지장치(22)를 설치된 호이스트(20)를 엔코더에 의해 정위치로 이송된 운반대차(10)(10') 상의 세그먼트(1)(2)(3)를 인양 상승,전진,회전,하강시키는 호이스트 회전 이송단계(S2);

피딩 잭(30)에 의해 전,후진하는 이송대차(40) 상에 포토센서(4)(4')가 설치된 안착 스테이지(41)와 세그먼트 유무확인장치 및 세그먼트 서포터(도시없음)가 설치되고 별도의 리프팅 잭(5)(5')이 설치된 1차 대기 스테이지(42),2차 대기 스테이지(43) 및 인양 스테이지(44)로 구획시키되 상기 인양 스테이지(44)에는 포토센서(4)(4')가 설치되어 조립과 설치 순서에 따라 순차적으로 세그먼트(1)(2)(3)를 공급 이송하는 세그먼트 공급장치 이송단계(S3) 및

슬라이드 프레임(52)(52') 상에서 전,후진하는 주행드럼(53)에 선회링(54)을 결합하고 선회링(54)의 양측에 실린더(55)(55')로 승강하는 암(51)을 설치하여 그 선단에 미세조정 장치가 구비된 진공흡착 파지장치(56)가 설치된 이렉터(50)로 인양,선회,승강 및 슬라이드 작동하면서 인양 스테이지(44) 상에 세그먼트(1)(2)(3)를 파지 및 이송,공급하여 조립시공하는 세그먼트 조립단계(S4)로 구성된다.

상기 세그먼트 공급장치 이송단계(S3)에서 1차 대기 스테이지(42),2차 대기 스테이지(43) 및 인양 스테이지(44)에는 이송대차(40)의 중앙에 세그먼트 유무확인장치가 설치되고 그 양측 위치에 별도로 승강하는 리프팅 잭(5)(5')이 설치되어 세그먼트(1)(2)(3)를 상승 및 하강시킬 수 있게 하고 이송대차(40)의 양측 선단에 세그먼트 서포터가 설치되어 세그먼트를 지지할 수 있게 하였다.

상기 세그먼트 조립단계(S4)에서 슬라이드 프레임(52)(52')에서 전,후진하는 주행드럼(53)에 선회링(54)을 설치하여 좌,우로 각각 210도 회전시킬 수 있게 하고 선회링(53)에 설치된 실린더(55)(55')로 암(51)을 상,하로 승강케 하며 암(51)에 설치된 진공흡착 파지장치(56)에는 롤링 잭,슬라이딩 잭 및 요잉 잭을 설치하여 미세조정이 가능케 하였다.

도면중 미 설명 부호 (57)은 이렉터 컬럼이고,(60)은 굴착된 터널이며,(70)은 기 시공된 세그먼트 링체이다.

이와 같이 된 본 발명은 이렉터로 공급되는 세그먼트를 운반대차 운반단계,호이스트 회전 이송단계,세그먼트 공급장치 이송단계 및 세그먼트 조립단계를 통하여 세그먼트를 이렉터에 자동으로 공급 및 조립하여 작업편의성과 작업시간을 단축시킬 수 있게 하고 작업자의 인원을 최소화하며 작업의 안전성을 확보할 수 있게 한 세그먼트 자동 공급 및 이렉터 자동 조립시스템을 제공하기 위한 것이다.

도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명은 터널 보링머신으로 터널 굴착 후 이렉터(50)를 구동시켜 세그먼트(1)(2)(3)를 링 형태로 조립,시공하기 위하여 이송,공급되는 세그먼트(1)(2)(3)를 이렉터(50)에 자동으로 공급하고 조립하기 위하여 크게 운반대차 운반단계(S1),호이스트 회전 이송단계(S2),세그먼트 공급장치 이송단계(S3) 및 세그먼트 조립단계(S4)로 구성된다.

상기의 운반대차 운반단계(S1)는 운반대차(10)(10')에 세그먼트를 탑재하여 호이스트 회전 이송단계(S2)의 호이스트(20)의 하부(정위치)까지 이송시키는 단계로 A형,B형 및 K형의 세그먼트(1)(2)(3)를 운반대차 상에 탑재시킬 때 A형 및 B형의 세그먼트(1)(2)는 3단으로 탑재하고 K형 세그먼트(3)는 A형 및 B형 세그먼트(1)(2)의 상부에 탑재하며 상기 세그먼트의 탑재순서는 A형 세그먼트(1) 4개,B형 세그먼트(2) 2개 및 K형 세그먼트(3) 1개의 순서로 탑재시킨다.

상기 운반대차(10)(10')에 세그먼트(1)(2)(3)가 탑재되면 운반대차(10)(10')에 장착된 근접센서에 의해 정위치까지 이송하여 운반대차(10)(10')를 정지시킨다.

상기 운반대차 운반단계(S1)가 완료되면 호이스트 회전 이송단계(S2)에서 호이스트(20)의 진공흡착 파지장치(22)에 장착된 거리 측정센서(21)(21')로 운반대차(10) 상의 탑재된 세그먼트(1)(2)(3)의 탑재 수량과 거리를 감지하여 진공흡착 파지장치(22)로 세그먼트(3)를 흡착 파지하여 상승한 후 전진(터널의 내측방향)하여 지정된 위치까지 이송시키고 소정의 높이로 하강시킨 후 진공흡착 파지장치(22)를 90도 회전시켜 회전된 세그먼트(3)를 다단 스테이지 이송단계(S3)의 안착 스테이지(41)에 안치시킨 후 호이스트(20)는 원위치로 이동시켜 다음작업을 수행한다.

상기 호이스트(20)는 엔코더에 의해 높이제어,주행제어,회전제어 및 속도제어를 수행할 수 있게 하였다.

상기 호이스트 회전 이송단계(S2)에서 순차적으로 공급되는 세그먼트(1)(2)(3)는 세그먼트 공급장치 이송단계(S3)에서 안착 스테이지(41),1,2차 대기 스테이지(42)(43) 및 인양 스테이지(44)로 순차적으로 공급,이송시킨다.

즉,이송대차(40)의 안착 스테이지(41)에 안치된 세그먼트(3)는 피딩 잭(30)이 이송대차(40)를 원스텝 전진시켜 1차 대기 스테이지(42)로 이송시키고 이때 1차 대기 스테이지(42)에 별도로 설치된 리프팅 잭(5)이 상승하여 세그먼트(3)가 그 위치에서 상승하면 이송대차(40)는 피딩 잭(30)의 후진에 의해 원위치로 이송하여 다음 안치될 세그먼트(1)를 대기하고 상기 리프팅 잭(5)은 하강하여 1차 대기 스테이지(42)의 위치에 세그먼트 유무확인장치와 서포터 상에 안치되어 대기한다.

다음 세그먼트(1)가 안착 스테이지(41)에 안치되면 상기와 동일하게 피딩 잭(30)이 이송대차(40)를 원스텝 전진시켜 안착 스테이지(41)의 세그먼트(1)는 1차 대기 스테이지(42)로 이송시키고 1차 대기 스테이지(42)의 세그먼트(3)는 2차 대기 스테이지(43)로 이송시키며 이때 1,2차 대기 스테이지(42)(43)에 별도로 설치된 리프팅 잭(5)(5')이 상승하여 각 세그먼트(3)(1)가 그 위치에서 상승하면 이송대차(40)는 피딩 잭(30)의 후진에 의해 원위치로 이송하여 다음 안치될 세그먼트(1)를 대기하고 상기 리프팅 잭(5)(5')은 하강하여 1,2차 대기 스테이지(42)(43)의 위치에 세그먼트 유무확인장치와 서포터 상에 각각 안치되어 대기한다.

상기와 같은 동작으로 4개의 세그먼트를 안착 스테이지(41)에서 순차적으로 1차 대기 스테이지(42),2차 대기 스테이지(43), 및 인양 스테이지(44)로 공급 이송시킨다.

상기 안착 스테이지(41)와 인양 스테이지(44)에는 별도의 포토센서(4)(4')가 설치되어 각 세그먼트의 유무를 감지하여 이송과 대기를 제어한다.

상기 1차 대기 스테이지(42),2차 대기 스테이지(43) 및 인양 스테이지(44)의 이송대차(40)의 중앙에 세그먼트 유무확인장치가 설치되고 양 선단에는 세그먼트 서포터가 설치되어 세그먼트의 유무확인과 세그먼트를 지지할 수 있게 하였으며 상기 세그먼트 유무확인장치와 세그먼트 서포터가 설치된 사이에 별도로 리프팅 잭(5)(5')을 설치하여 1차 대기 스테이지(42),2차 대기 스테이지(43) 및 인양 스테이지(44) 위치에 이송된 각 세그먼트(1)(2)(3)를 상승 및 하강작동시킬 수 있게 하였다.

상기 세그먼트 공급장치 이송단계(S3)에서 인양 스테이지(44)에 세그먼트(3)가 공급되면 세그먼트 조립단계(S4)로 터널 보링머신의 후단에 설치된 이렉터(50)의 컬럼(57)에 수평으로 설치된 슬라이드 프레임(52)(52')을 따라 전진하고 선회링(54)의 양측에 설치된 실린더(55)(55')로 암(51)을 하강시키고 암(51)에 장착된 진공흡착 파지장치(56)로 세그먼트(3)을 클램핑한다.

이때 진공흡착 파지장치(56)에 장착된 롤링 잭,슬라이딩 잭 및 요잉 잭에 의해 미세조정이 가능하여 세그먼트(3)의 파지,이송,회전 및 조립작업을 정밀하게 수행하여 조립정밀도를 향상시킬 수 있게 하였다.

상기 진공흡착 파지장치(56)가 세그먼트(3)를 클램핑한 후 실린더(55)(55')로 소정의 높이로 상승시키고 주행드럼(53)은 슬라이드 프레임(52)(52')에서 후진하며 선회링(54)이 주행드럼(53)에서 회전하여 세그먼트(3)의 조립위치까지 회전시킨다.

상기 선회링(54)은 좌측과 우측으로 각 210도씩 회전작동하여 터널의 전위치로 세그먼트(3)를 회전시킬 수 있게 하였다.

상기 작동 후 이렉터(50)의 실린더(55)(55')가 전진하여 조립위치로 공급하면 진공흡착 파지장치(56)의 롤링 잭,슬라이딩 잭 및 요잉 잭에 의해 세그먼트(3)의 조립위치로 미세조정을 통하여 조립,장착시키는 것이다.

상기 조립작업 후 이렉터(50)는 원위치로 이동하여 다음 작업을 수행한다.

상기와 같은 반복작동을 수행하여 세그먼트를 자동으로 공급하고 이렉터에 의해 자동으로 조립할 수 있게 하였다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

1,2,3: 세그먼트 4,4': 포토센서
5,5': 리프팅 잭 10,10': 운반대차
20: 호이스트 21,21': 거리 측정센서
22: 진공흡착 파지장치 30: 피딩 잭
40: 이송대차 41: 안착 스테이지
42: 1차 대기 스테이지 43: 2차 대기 스테이지
44: 인양 스테이지 50: 이렉터
51: 암 52,52': 슬라이드 프레임
53: 주행드럼 54: 선회링
55,55': 실린더 56: 진공흡착 파지장치
S1: 운반대차 운반단계 S2: 호이스 회전 이송단계
S3: 세그먼트 공급장치 이송단계 S4: 세그먼트 조립단계

Claims

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터널 보링머신으로 터널 굴착 후 이렉터를 구동시켜 세그먼트를 링 형태로 조립하기 위하여 운반대차 운반단계(S1),호이스트 회전 이송단계(S2),세그먼트 공급장치 이송단계(S3) 및 세그먼트 조립단계(S4)를 통하되 상기 세그먼트 공급장치 이송단계(S3)에서 1차 대기 스테이지(42),2차 대기 스테이지(43) 및 인양 스테이지(44)에는 이송대차(40)의 중앙에 세그먼트 유무확인장치가 설치되고 그 양측 위치에 별도로 승강하는 리프팅 잭(5)(5')이 설치되어 세그먼트(1)(2)(3)를 상승 및 하강시킬 수 있게 하고 이송대차(40)의 양측 선단에 세그먼트 서포터가 설치되어 세그먼트를 지지할 수 있게 하여 세그먼트를 이렉터에 자동으로 공급하고 조립하는 세그먼트 자동 공급 및 이렉터 자동 조립시스템에 있어서,
상기 세그먼트 조립단계(S4)에서 슬라이드 프레임(52)(52')에서 전,후진하는 주행드럼(53)에 선회링(54)을 설치하여 좌,우로 각각 210도 회전시킬 수 있게 하고 선회링(53)에 설치된 실린더(55)(55')로 암(51)을 상,하로 승강케 하며 암(51)에 설치된 진공흡착 파지장치(56)에는 롤링 잭,슬라이딩 잭 및 요잉 잭을 설치하여 미세조정이 가능케 한 것을 특징으로 하는 터널 보링머신 이렉터용 세그먼트 자동 공급시스템.