KR102302826B1 - 잔존 토사물을 제거하는 지반 굴착기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내측과 외측을 연통하는 구조의 복수의 굴착 로드 통공을 포함하는 굴착 로드, 내측과 외측을 연통하는 구조의 복수의 케이싱 통공을 포함하며, 상기 굴착 로드 외부체 배치되어, 상기 굴착 로드를 외부로부터 보호하는 케이싱, 상기 굴착 로드 내주면과 연결되어, 유체를 압축하여 분사하는 압축기를 포함하되, 상기 압축기는 상기 굴착 로드 통공에 압축 유체를 분사하여, 상기 굴착 로드 통공 외측에 잔존하는 토사물을 제거하고, 상기 굴착 로드 통공은 상기 굴착 로드의 내측과 외측을 선택적으로 개폐하는 밸브를 포함하여, 외측에서 내측으로 토사물의 유입이 방지되는 것을 특징으로 하는 잔존 토사물을 제거하는 지반 굴착기다.

Description

잔존 토사물을 제거하는 지반 굴착기{Ground excavator to remove residual soil}

본 발명은 지반 내부에 강화재를 삽입하기 위하여 천공하는 굴착기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지반을 굴착함에 따라 굴착 로드 내에 잔존하는 토사물을 용이하게 제거할 수 있는 지반 굴착기에 관한 것이다.

일반적으로 지반 굴착기는 지반 내에 천공을 형성하는 기계를 통칭한다. 통상적으로 내구성이 하향된 연약지반 내에 시멘트와 같은 별도의 강화재를 삽입하기 위하여 천공을 형성하며, 천공 내에 몰타르 또는 밀크로 이루어지는 시멘트를 채워 넣는 방식으로 시공한다.

상기한 구조를 실현하기 위하여, 일반적인 지반 굴착기는 길이 방향을 축으로 회전하는 굴착 로드를 지반 내에 물리적으로 삽입하는 구조로 이루어졌으며, 굴착 로드 및 로드 외부에 배치되는 케이싱 외주면에 일부 토사물이 잔존하여 굴착 효율이 하락할 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 국내등록특허공보 제10-1031603호는 로드를 연통하는 구조의 노즐을 형성시켜, 유체를 로드 내측에서 외측으로 분사함에 따라 잔존 토사물을 제거하는 천공로드 배출 방법에 대해 기재했다. 상기 문헌에 따르면, 로드의 벽 내부에 로드가 회전하는 방향의 뒷쪽 3 내지 10도의 값으로 기울어진 노즐이 형성되어, 노즐을 통하여 로드의 내측에서 외측으로 유체를 분사하여 토사물을 제거한다.

그러나 로드의 내측과 외측을 연통하는 단순 노즐이 배치된다면, 유체가 분사되지 않는 상황에서 토사물이 로드의 내측으로 유입되는 현상이 발생할 수 있다. 즉, 로드의 전반적인 내구성이 하락할 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다.

국내등록특허공보 제10-1031603호 "연약지반 개량용 천공로드의 배출방법 및 장치"(2011. 04. 20.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 굴착 로드 내에 토사물이 유입되는 현상과 지반 내에 삽입되는 굴착 로드에 토사물이 잔존하여 굴착 효율을 저해하는 현상을 동시에 방지할 수 있는 지반 굴착기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 내측과 외측을 연통하는 구조의 복수의 굴착 로드 통공을 포함하는 굴착 로드, 내측과 외측을 연통하는 구조의 복수의 케이싱 통공을 포함하며, 상기 굴착 로드 외부체 배치되어, 상기 굴착 로드를 외부로부터 보호하는 케이싱, 상기 굴착 로드 내주면과 연결되어, 유체를 압축하여 분사하는 압축기를 포함하되, 상기 압축기는 상기 굴착 로드 통공에 압축 유체를 분사하여, 상기 굴착 로드 통공 외측에 잔존하는 토사물을 제거하고, 상기 굴착 로드 통공은 상기 굴착 로드의 내측과 외측을 선택적으로 개폐하는 밸브를 포함하여, 외측에서 내측으로 토사물의 유입이 방지되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 밸브는 상기 굴착 로드의 내측에서 외측 방향으로 선택적인 개폐를 수행하는 체크밸브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 밸브는 솔레노이드를 포함하여 상기 굴착 로드의 내측과 외측을 선택적으로 개폐하는 솔레노이드 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 굴착 로드의 높이 방향 1/2 지점을 기준으로 상부에 형성되는 제1 굴착 로드 통공에는 상기 체크 밸브가 형성되고, 하부에 형성되는 제2 굴착 로드 통공에는 상기 솔레노이드 밸브가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 굴착 로드 통공 및 케이싱 통공은 내측에서 외측으로 진행됨에 따라, 상기 굴착 로드 및 케이싱의 상부를 향하는 방향으로 형성되어,

상기 굴착 로드가 회전 시에 토사물이 용이하게 배출되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 솔레노이드 밸브의 개폐 여부를 설정하는 제어부 및 상기 제어부와 연동되어, 상기 솔레노이드 밸브가 개방되는 기준 유체압을 설정하는 조작부를 더 포함하여, 상기 솔레노이드 밸브가 개방되는 유체 압력의 범위를 시공자가 설정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명으로 인하여, 케이싱 또는 굴착 로드 외주면에 잔존하는 토사물을 제거하는데 용이성을 확보함과 동시에 굴착 로드 내측으로 토사물이 유입되는 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지반 굴착기 시스템을 도시한 예시도다.
도 2는 본 발명에 따른 굴착 로드 및 케이싱에 형성되는 복수의 통공을 도시한 예시도다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 체크 밸브를 도시한 예시도다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 밸브를 도시한 예시도다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 밸브를 구동하는 시스템을 도시한 예시도다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 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.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항, 즉, 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명에 따른 지반 굴착기 시스템을 도시한 예시도다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 크레인(20)에 결합되어 지반을 천공하는 굴착기(10)에 관한 것이다. 길이 방향을 따라 형성되는 회전 축을 중심으로 회전하며 지반 내에 삽입되는 굴착 로드(100), 원통 형상으로 이루어지고 상기 굴착 로드(100) 외측에 배치되어, 상기 굴착 로드(100)를 보호하는 케이싱(200) 및 상기 굴착 로드(100) 내부로 압축 유체(공기 또는 수분)를 분사하는 압축기(300)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 굴착 로드(100) 및 케이싱(200)에는 내측과 외측을 상호 연통하는 통공이 형성되어, 상기 압축기(300)에서 분사하는 압축 유체를 각각 상기 굴착 로드(100)와 케이싱(200)의 내측에서 외측으로 분사하여, 외주면에 잔존하는 토사물을 제거할 수 있다.

상기 압축기(300)는 도 1과 같이 별도의 장소에 배치될 수 있으나, 상기 크레인(20) 내부에 배치되어 공간적인 제약을 극복할 수 있다. 즉, 상기 압축기(300)의 배치 위치는 별도로 한정하지 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 상기 굴착 로드(100) 및 케이싱(200)에 형성되는 복수의 통공을 도시한 예시도다. 도 2와 같이, 본 발명은 회전되는 상태로 지반 내에 삽입되어 천공을 생성하는 상기 굴착 로드(100)와 외주면에 형성되어 상기 굴착 로드(100)를 보호하는 상기 케이싱(200)을 포함하여 이루어진다. 상기 굴착 로드(100) 및 케이싱(200)은 내부에 중공부가 형성된 원통 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 케이싱(200) 중공부에 상기 굴착 로드(100)가 배치되는 구조로 이루어진다. 즉, 상기 굴착 로드(100)는 길이 방향으로 형성되는 축을 중심으로 회전하는 동시에 상기 케이싱(200)의 길이 방향을 따라 왕복 운동을 수행하여, 지반 내에 천공을 생성한다.

이 때, 상기 굴착 로드(100) 및 케이싱(200)에는 두께 방향을 따라 내측에서 외측으로 연통되는 복수의 통공을 포함하여 이루어진다. 즉, 도 2와 같이 상기 굴착 로드(100)에는 복수의 굴착 로드 통공(110)이 형성되고, 상기 케이싱(200)에는 복수의 케이싱 통공(210)이 형성된다.

따라서, 도 1에 도시된 상기 압축기(300)에서 상기 굴착 로드(100) 내부에 압축 유체를 분사하면, 상기 굴착 로드 통공(110)을 통하여 상기 굴착 로드(100) 외부로 향하는 유압이 형성되어, 상기 굴착 로드(100) 외주면에 잔존하는 토사물을 제거할 수 있다. 또한 상기 굴착 로드 통공(110)에 의해 이동한 압축 유체는 상기 압축기(300)에서 분사하는 유체 압력에 의해 상기 케이싱 통공(210)을 통하여 상기 케이싱(200) 외주면에 잔존하는 토사물도 제거할 수 있다.

상기 굴착 로드 통공(110) 및 케이싱 통공(210)은 외주면에 형성되는 높이보다 내주면에 형성되는 높이가 더 낮은 값을 갖는 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 도 2와 같이 종단면에서 기울어진 형상으로 이루어져, 상기 굴착 로드(100)가 회전할 시에 상기 복수의 통공에서 분사되는 유체 압력으로 토사물이 외부로 용이하게 배출될 수 있다.

<제1 실시예>

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 체크 밸브(410)를 도시한 예시도다. 상기 굴착 로드 통공(110)은 상기 굴착 로드(100)의 내측에서 외측으로 분사되는 유체의 양을 조절하는 밸브(400)가 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 밸브(400)는 상기 굴착 로드(100)의 내측에서 외측으로만 유체를 분사하는 상기 체크 밸브(410)로 이루어질 수 있다.

도 3의 (a)는 압축 유체를 분사하기 전의 상기 체크 밸브(410)를 도시한 예시도이며, 상기 체크 밸브(410)는 상기 굴착 로드 통공(110) 내에 배치되는 탄성체(411)와 상기 탄성체(411)의 변형에 따라 위치가 가변되는 제1 밸브 시트(412)로 이루어진다. 상기 제1 밸브 시트(412)가 상기 탄성체(411)에 의해 상기 굴착 로드 통공(110)을 차단하는 상태에서는 굴착 시공시에 발생하는 토사물이 상기 굴착 로드(110) 외주면에 잔존할 수 있다. 토사물은 상기 제1 밸브 시트(412)가 상기 굴착 로드 통공(110)을 폐쇄시켜, 내부로의 유입이 이루어질 수 없다.

이 때, 도 3의 (b)와 같이 상기 굴착 로드(100)의 내측에서 외측으로 압축 유체가 분사된다면, 유체 압력에 의해 상기 탄성체(411)가 변형된다. 이에 종속적으로 상기 굴착 로드 통공(110) 내부를 차단했던 상기 제1 밸브 시트(412)가 (b)와 같이 이동하여 상기 굴착 로드 통공(110)을 개방한다. 상기 굴착 로드(100)의 내부와 외부의 압력차에 의하여 압축 유체가 외측으로 분사됨에 따라, 잔존하는 토사물이 제거된다.

<제2 실시예>

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(420)를 도시한 예시도다. 도 4와 같이, 상기 밸브(400)는 상기 솔레노이드 밸브(420) 구조로도 이루어질 수 있다. 상기 솔레노이드 밸브(420)는 자성 액츄에이터(422)에 의해 상기 굴착 로드 통공(110)을 선택적으로 개폐시킬 수 있다. 상기 자성 액츄에이터(422)는 자성을 띄고 있어, 주변에 형성되는 자기장의 방향에 따라 위치가 가변될 수 있다.

도 4에 도시된 방향을 기준으로, 상기 자성 액츄에이터(422)에서 하측으로 연장되어 이동 축 하단에 제2 밸브 시트(423)가 배치된다. 상기 제2 밸브 시트(423)는 상기 굴착 로드 통공(110) 내부에 형성되는 통로와 대응되는 형상으로 이루어져, 상기 굴착 로드 통공(110)을 선택적으로 개폐시킨다.

상기 자성 액츄에이터(422) 외측에는 상기 자성 액츄에이터(422)의 외주면을 감싸는 형상의 솔레노이드(421)가 배치된다. 상기 솔레노이드(421)는 선택적으로 전류가 흐르는 구성으로, 앙페르의 법칙에 따라 상기 솔레노이드(421) 내부에 전류의 인가 여부에 따라 상기 자성 액츄에이터(422)의 위치가 가변된다. 즉, 상기 솔레노이드(421)에 전류를 인가된다면, 도 4의 점선으로 도시된 것처럼 상기 자성 액츄에이터(422) 및 제2 밸브 시트(423)가 상측으로 이동하여 상기 굴착 로드 통공(110)을 개방시킨다. 상기한 구조 및 방법으로 상기 굴착 로드(100) 외주면에 배치되는 잔존 토사물을 제거할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 솔레노이드 밸브(420)를 구동하는 시스템을 도시한 예시도다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 솔레노이드 밸브(420)에 의해 상기 굴착 로드 통공(110)의 개폐 여부를 결정하는 복수의 구성을 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 상기 솔레노이드(421)의 전류 인가 여부를 제어하는 제어부(500), 상기 솔레노이드(421)에 전류가 인가되는 기준 값을 결정하는 조작부(600) 및 상기 압축기(300)에서 분사되는 유체 압력을 측정하는 센서(700)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 조작부(600)는 상기 솔레노이드(421)에 전류를 인가하는 기준 유체 압력을 설정하는 구성으로, 지반의 상태 또는 주변 환경에 맞추어 상기 굴착 로드 통공(110)의 개폐여부를 시공자가 임의로 조절할 수 있다.

이 때, 상기 굴착 로드(100) 내부에는 상기 압축기(300)에서 분사하는 압축 유체의 압력을 측정하는 복수의 센서(700)가 배치될 수 있다. 상기 굴착 로드(100) 내부 중, 상기 센서(700)가 배치되는 위치는 별도로 한정하지 않으나, 상기 굴착 로드(100) 내부에서 상기 굴착 로드 통공(110)과 인접한 위치에 배치되어 유체 압을 측정하는 것이 바람직하다.

상기 제어부(500)는 상기 조작부(600) 및 복수의 센서(700)와 연동되어, 상기 솔레노이드(421)의 선택적으로 인가하는 구성이다. 즉, 상기 센서(700)에서 측정한 유체 압력이 상기 조작부(600)에서 설정한 값보다 작은 값이라면, 상기 솔레노이드(421)에는 전류가 인가되지 않아 상기 굴착 로드 통공(110)이 폐쇄된다. 따라서, 상기 굴착 로드(100) 외주면에 잔존하는 토사물이 내부로 유입되는 현상을 방지한다.

반면, 상기 센서(700)에서 측정한 유체 압력이 상기 조작부(600)에서 설정한 값보다 큰 값이라면 상기 솔레노이드(421)에 전류가 인가되어 상기 굴착 로드 통공(110)이 개방된다. 상대적인 유압 차에 따라, 상기 굴착 로드(100) 외주면에 잔존하는 토사물이 외부로 배출된다.

<제 3실시예>

상기한 시스템은 상기 굴착 로드(100) 하부에만 적용할 수 있다. 즉, 상기 압축기(300)로부터 비교적 먼 거리에 위치한 상기 굴착 로드 통공에는 본 발명의 일실시예에 적용한 상기 체크 밸브(410)가 개방되는데 필요한 유체 압력을 공급받을 수 없는 경우를 대비하기 위함이다. 따라서, 상기 굴착 로드(100)의 길이 방향 1/2지점을 기준으로 상측에 형성되는 제1 굴착 로드 통공에는 상기 체크 밸브(410)가 배치되고, 하측에 형성되는 제2 굴착 로드 통공에는 상기 솔레노이드 밸브(420)가 배치되는 실시예를 구성할 수 있다.

지금까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 관련된 것이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형된 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

따라서 본 발명은 제시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위에 기재된 기술사상의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능한 실시예가 있을 수 있다.

10 : 지반 굴착기 20 : 크레인
100 : 굴착 로드 110 : 굴착 로드 통공
200 : 케이싱 210 : 케이싱 통공
300 : 압축기
400 : 밸브
410 : 체크 밸브
411 : 탄성체 412 : 제1 밸브 시트
420 : 솔레노이드 밸브
421 : 솔레노이드 422 : 자성 액츄에이터
423 : 제2 밸브 시트
500 : 제어부 600 : 조작부
700 : 센서

Claims (6)

1. 내측과 외측을 연통하는 구조의 복수의 굴착 로드 통공(110)을 포함하는 굴착 로드(100);
   내측과 외측을 연통하는 구조의 복수의 케이싱 통공(210)을 포함하며, 상기 굴착 로드(100) 외부체 배치되어, 상기 굴착 로드(100)를 외부로부터 보호하는 케이싱(200);
   상기 굴착 로드(100) 내주면과 연결되어, 유체를 압축하여 분사하는 압축기(300);
   를 포함하되,
   상기 압축기(300)는,
   상기 굴착 로드 통공(110)에 압축 유체를 분사하여, 상기 굴착 로드 통공(110) 외측에 잔존하는 토사물을 제거하고,
   상기 굴착 로드 통공(110)에는,
   상기 굴착 로드(100)의 내측과 외측을 선택적으로 개폐하여 외측에서 내측으로 토사물의 유입이 방지되도록 하는 밸브(400)가 포함되며,
   상기 밸브(400)에는,
   상기 굴착 로드(100)의 높이 방향 1/2 지점을 기준으로,
   상부에 형성되는 제1 굴착 로드 통공에 설치되는 체크 밸브(410); 및
   하부에 형성되는 제2 굴착 로드 통공에 설치되는 솔레노이드 밸브(420);
   가 포함되는 것을 특징으로 하는 잔존 토사물을 제거하는 지반 굴착기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 굴착 로드 통공(110) 및 케이싱 통공(210)은,
   내측에서 외측으로 진행됨에 따라, 상기 굴착 로드(100) 및 케이싱(200)의 상부를 향하는 방향으로 형성되어,
   상기 굴착 로드(100)가 회전 시에 토사물이 용이하게 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 잔존 토사물을 제거하는 지반 굴착기.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 솔레노이드 밸브(420)의 개폐 여부를 설정하는 제어부(500); 및
   상기 제어부(500)와 연동되어, 상기 솔레노이드 밸브(420)가 개방되는 기준 유체압을 설정하는 조작부(600);
   가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 잔존 토사물을 제거하는 지반 굴착기.

Images