KR102349163B1 - 기설관의 리빌드 시스템 및 이를 이용한 신설관 리빌드공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기설관의 리빌드 시스템 및 이를 이용한 신설관 리빌드공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기설관의 부설위치에 관계없이 개축 추진이 가능하고, 기설관의 파쇄 회수시 파편을 남기지 않고 회수할 수 있으며, 주변토질이 사금이나 암반이어도 충분히 대응할 수 있도록 개선된 기설관의 리빌드 시스템 및 이를 이용한 신설관 리빌드공법에 관한 것이다.

Description

기설관의 리빌드 시스템 및 이를 이용한 신설관 리빌드공법{Existing pipe rebuild system and new pipe rebuild method using the same}

본 발명은 기설관의 리빌드 시스템 및 이를 이용한 신설관 리빌드공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기설관의 부설위치에 관계없이 개축 추진이 가능하고, 기설관의 파쇄 회수시 파편을 남기지 않고 회수할 수 있으며, 주변토질이 사금이나 암반이어도 충분히 대응할 수 있도록 개선된 기설관의 리빌드 시스템 및 이를 이용한 신설관 리빌드공법에 관한 것이다.

기설관거는 이미 설치 사용되고 있는 관수로 및 개수로를 모두 포함하는 의미이다.

이러한 기설관거중 대표적인 관수로는 콘크리트 흄관을 들 수 있는데, 콘크리트 흄관은 토목공사 등에서 배수용으로 많이 사용되고 있고, 통상 별도의 장소 또는 공장에서 제조되어 시공현장에 제공되는데, 대게 일정한 길이로 표준화되어 있다.

그런데, 기설관거는 장기간 사용함으로 인해 노후화되면서 도 1의 예시와 같이, 기설관(10)이 현저한 파손, 관 어긋남, 사행, 늘어짐 등이 발생되어 유하기능이 저하되는 경우가 다수 발생한다.

이와 같은 상황이 되었을 때 기설관의 기능을 복원하기 위해서는 부득이하게 굴착하여 파낸 후 신규관으로 교체하여야 하는데 이렇게 할 경우 비용과 시간이 너무 많이 소요되는 단점이 있다.

또한, 기설관의 대부분을 차지하는 콘크리트 흄관과 같은 기설관의 경우에는 콘크리트와 철근이 얽혀 있어 이를 절단 분리하기가 쉽지 않아 작업시간이 그만큼 지연되는 단점도 있다.

국내 등록특허 제10-0562878호(2006.03.14.) 흄관 절단기

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 기설관의 부설위치에 관계없이 개축 추진이 가능하고, 기설관의 파쇄 회수시 파편을 남기지 않고 회수할 수 있으며, 주변토질이 사금이나 암반이어도 충분히 대응할 수 있도록 개선된 기설관의 리빌드 시스템 및 이를 이용한 신설관 리빌드공법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 기설관(10)을 파쇄 회수하면서 굴진하여 기설관(10)을 신설관(200)으로 대체하는 터널굴착기인 추진기(100)와, 상기 추진기(100)의 선단에 설치되어 기설관(10)을 파쇄 굴착하는 헤드커터유닛(110)과, 상기 추진기(100)를 추진시키는 유압유닛(300)을 포함하는 기설관의 리빌드 시스템에 있어서; 상기 헤드커터유닛(110)은 원통형상을 갖는 유닛베이스(112)와, 상기 유닛베이스(112)에 회전가능하게 설치된 다수의 웨이브커터(114)와, 상기 웨이브커터(114)와 비껴 설치된 다수의 굴착비트(116)와, 상기 웨이브커터(114) 및 굴착비트(116)를 제외한 공간에 마련된 파쇄물흡입구(118)를 포함하고; 상기 웨이브커터(114)는 톱니처럼 생긴 다수의 이빨이 원주방향으로 형성되되, 상기 이빨은 나선식이 아닌 길이방향으로 웨이브지게 형성된 것을 특징으로 하는 기설관의 리빌드 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 리빌드해야 할 지역을 선정하고, 발진입갱(IN)과 도달입갱(OUT)을 형성하는 단계; 발진입갱(IN)에 유압유닛(300)을 설치하고, 상기에 기재된 헤드커터유닛(110)을 구비한 추진기(100)를 배치하는 단계; 헤드커터유닛(110)이 회전되면서 추진기(100)가 전진하면서 기설관(10)을 파쇄, 굴삭하는 단계; 신설관(200)이 추진되면서 기설관(10)을 대체하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기설관의 리빌드 시스템을 이용한 신설관 리빌드공법도 제공한다.

본 발명에 따르면, 기설관의 부설위치에 관계없이 개축 추진이 가능하고, 기설관의 파쇄 회수시 파편을 남기지 않고 회수할 수 있으며, 주변토질이 사금이나 암반이어도 충분히 대응할 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 기설관의 노후화 현상을 설명하는 예시적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기설관의 리빌드 시스템 및 이를 이용한 신설관 리빌드공법의 개념이 도시된 예시적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 기설관의 리빌드 시스템을 구성하는 헤드커터유닛의 예시적인 정면도이다.
도 4는 도 3을 구성하는 웨이브커터의 예시적인 샘플 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 웨이브커터를 이용한 굴착샘플예를 보인 예시적인 사진 및 그 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 리빌드공법의 일예를 보인 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

본 발명에 따른 기설관의 리빌드 시스템은 도 2의 예시와 같이, 기설관(10)을 파쇄 회수하면서 굴진하여 기설관(10)을 신설관(200)으로 대체하는 터널굴착기인 추진기(100)와, 상기 추진기(100)를 추진시키는 유압유닛(300)을 포함한다.

이때, 유압유닛(300)은 발진입갱(IN)에 설치되고, 추진기(100)는 발진입갱(IN)으로부터 도달입갱(OUT)을 향해 굴진하면서 기설관(10)을 파쇄, 회수하게 된다.

따라서, 본 발명은 지면을 굴착하지 않고도 기설관(10)을 신설관(200)으로 용하게 교체할 수 있는 방법을 제공한다.

여기에서, 굴진하면서 파쇄물을 회수하는 개념은 기존 터널굴착기(tunnel boring machine)와 다르지 않기 때문에 그와 관련된 구체적인 설명은 생략하며, 다만 본 발명에서는 이 추진기(100)의 선단에 설치되어 기설관(10)을 파쇄 굴착하는 헤드커터유닛(110)이 특징이 있기 때문에 이하에서는 이 헤드커터유닛(110)에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 헤드커터유닛(110)은 도 3 및 도 4의 예시와 같이, 원통형상을 갖는 유닛베이스(112)와, 상기 유닛베이스(112)에 회전가능하게 설치된 다수의 웨이브커터(114)와, 상기 웨이브커터(114)와 비껴 설치된 다수의 굴착비트(116)와, 상기 웨이브커터(114) 및 굴착비트(116)를 제외한 공간에 마련된 파쇄물흡입구(118)를 포함한다.

그리고, 상기 헤드커터유닛(110)은 추진기헤드(미도시) 상에 고정된다.

아울러, 상기 웨이브커터(114)는 기존 통상의 굴착용 커터와 달리 도 4와 같이 특수하게 구성된다.

예컨대, 본 발명에 따른 웨이브커터(114)는 원형기어와 같이 외주면에 원주방향으로 삼각돌기 혹은 톱니처럼 생긴 다수의 이빨이 돌출되되, 상기 이빨은 나선식이 아닌 웨이브가 진 형태를 갖는다. 즉, 이빨의 길이방향으로 웨이브가 진 형태를 갖는 특수한 구조로 형성된다. 물론, 다수의 이빨들이 나선형을 이루면서 각 이빨들이 길이방향으로 물결치듯이 웨이브지게 형성되면 더욱 더 효과적일 것이다.

이러한 웨이브 진 형태의 헤드커터는 본 발명에 따라 창출된 개념의 커터로서, 특히 흄관과 같이 콘크리트와 철근이 조합된 구조물에서 철근을 끊어낼 수 있는 특징을 갖는다.

즉, 웨이브진 이빨이 회전되면서 접촉할 때 철근에 빗각으로 눌러 가압하면서 동시에 회전력에 의해 회전되는 방향으로 힘이 치우치면서 철근을 쉽게 끊어낼 수 있게 된다. 다시 말해, 벡터의 분산력에 의해 부하가 과중하게 걸리지 않으면서도 쉽게 끊어내는 특징을 갖게 된다.

이것은 일반적인 원형커터는 구현하기 어려운 것으로서 이들은 단순히 철근에 직각으로 눌러 끊으려고 하기 때문에 과중한 부하가 걸려 커터가 마모되거나 파손되는 한계에 봉착하게 되지만, 본 발명은 그러한 문제를 말끔하게 해소한 것이다. 이것은 또한 통상적으로 사용하고 있는 원형커터를 톱니형커터로 변형시켜본다고 해도 마찬가지 한계를 가질 뿐이다.

특히, 본 발명에서는 상기 웨이브커터(114)의 일측방에 스크레버핏(SB)을 더 갖추고 있기 때문에 돌출된 철근을 구부리면서 커팅하는 효과로 인해 커팅효율을 훨씬 더 상승시키는 장점이 있다.

이와 같은 본 발명의 웨이브커터(114)를 통한 흄관의 굴착과정을 도식적으로 표현하자면 다음 그림과 같다.

이러한 작동을 확인하기 위해 실제 샘플을 굴착한 예를 도 5에 나타내었다.

도 5에 따르면, 흄관이 갈리면서 갈기갈기 찢어지는 형태로 절단, 파쇄되면서 굴착됨을 확인할 수 있다.

여기에서, 상기 웨이브커터(114) 및 굴착비트(116)는 고경도, 내마모성 특성을 가져야 하기 때문에 특수강(초경합금)으로 제조된다.

본 발명에서는 이와 같은 웨이브커터(114) 및 굴착비트(116)의 표면에 플라즈마 트랜스퍼 아크법(Plasma Transferred Arc)을 이용하여 금속분말로 초경내마모성 피막을 더 입힘으로써 장수명화를 달성하도록 한 것도 이전에 없던 기술들로서 굉장한 특징이다.

이때, 초경내마모성 피막을 형성할 금속분말은 코발트분말 20중량%, 망간분말 10중량%, 크롬분말 15중량%, 질산리튬 5중량% 및 텅스텐카바이드분말 50중량%로 이루어진다.

여기에서, 코발트분말은 내마모도 향상을 위해 첨가되며, 망간분말은 탈산 탈유작용은 물론 경도를 높이고 취성과 연성의 천이온도를 낮추기 위해 첨가되고, 크롬분말은 고강도 내마모 및 내식성을 위해 첨가되며, 질산리튬은 통전성을 높이고 점성을 조절하기 위해 첨가되고, 텅스텐카바이드분말은 고경도, 고강도 확보를 위한 베이스성분이다.

그리하여, 120A의 작업전류를 흘리면서 이 금속분말을 플라즈마 트랜스퍼 아크법을 이용하여 웨이브커터(114) 및 굴착비트(116)의 표면에 0.5-1mm의 초경내마모성 피막을 형성한다.

피막이 입혀진 것과 그렇지 않는 것의 내마모도 차이를 ASTM G65-B에 의거 수행하였더니, 마모량(㎣)에서 5.47㎣ 만큼 차이가 났다. 즉, 본 발명에 따른 피막을 갖는 경우가 훨씬 덜 마모되었고, 경도도 최고등급을 유지하였다.

또한, 본 발명에서는 유닛베이스(112)의 경우에도 고강도, 내마모성 특성을 가져야 하기 때문에 특수처리를 하여야 하는데 균일한 표면처리를 위해 진공중인 질화조에 일산화탄소가스를 공급하면서 글로우방전을 통해 질소가스를 이온화시키고, 이때 생긴 N⁺ 이온이 (-)극에 연결된 유닛베이스(112)의 표면을 질화처리하여 표면에 질화침투레이어를 형성하는 방식으로 처리함이 바람직하다.

이러한 질화처리방식은 가스비율을 조절함으로써 화합물층의 조성이 조정되고 목적에 적합한 기계적 성질을 얻을 수 있으며, 특히 진공중에 처리되므로 처리 후의 포러스층(Porous layer)이 적어 표면 조도가 저하되지 않고 변형이 없어 고품질을 유지할 수 있다.

특히, 상기 유닛베이스(112)는 크롬강을 베이스로 하기 때문에 질화조에 유닛베이스(112)를 넣고 질화처리할 때 처리효율이 높으며, 바람직한 질화침투 깊이는 15㎛가 좋다.

나아가, 추진이 잘되게 하기 위해 질화처리된 상기 유닛베이스(112)의 표면에 카본아미노실리카블랙 15중량%, 나프탈렌 설폰산염 10중량%, 디메틸아크릴아마이드 5중량%, 마그네슘설페이트 10중량%, 메탈폴리실록산 10중량%, 규산염 5중량% 및 나머지 폴리카보네이트수지를 혼합 교반한 도포액을 도포하여 슬립성, 윤활성 및 내부식성을 더욱 강화시킬 수 있다.

이때, 카본아미노실리카블랙은 공극을 감소시켜 인장강도 및 내구성을 증대시키기 위해 첨가되고, 나프탈렌 설폰산염은 유동성과 흐름성을 증대시키기 위해 첨가된다.

또한, 디메틸아크릴아마이드는 슬립성을 강화시키기 위해 첨가되고, 마그네슘설페이트(Magnesium Sulfate)은 경화를 촉진하고 부착강도를 확보하기 위해 첨가된다.

뿐만 아니라, 메탈폴리실록산은 소포성과 발수성 및 내부식성을 강화하기 위해 첨가되고, 규산염은 속경성을 높이면서 특히 수축방지를 통해 균열을 억제하기 위해 첨가된다.

이와 같은 시스템을 이용하여 신설관을 리빌드하는 공법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 리빌드해야 할 지역을 선정하고, 발진입갱(IN)과 도달입갱(OUT)을 형성하는 단계가 수행된다.

발진입갱(IN)과 도달입갱(OUT)을 형성하면 그 사이에는 리빌딩해야 할 기설관(10)이 존재하고 있는 상태가 된다.

이어, 발진입갱(IN)에 유압유닛(300)을 설치하고, 상술한 헤드커터유닛(110)을 구비한 추진기(100)를 배치하는 단계가 수행된다.

이때, 헤드커터유닛(110)은 기설관(10)을 파쇄하면서 굴삭 혹은 굴진할 수 있도록 배치된다.

이 경우, 기설관(10)을 파쇄하면서 신설관(200)을 설치하는 형태는 도 6의 (a)와 같이 기설관과 신설관의 지름이 같고 기설관과 같은 위치에 신설관을 설치하는 경우, (b)와 같이 신설관이 기설관보다 지름이 크고 기설관의 관응과 같은 위치에 신설관을 설치하는 경우, (c)와 같이 기설관과 신설관의 지름이 같고 기설관과 다른 위치에 신설관을 설치하는 경우, (d)와 같이 신설관이 기설관보다 지름이 크고 기설관과 다른 위치에 신설관을 설치하는 경우 등이 될 수 있다.

특히, 본 발명의 경우 웨이브커터(114)와 같은 특수커터를 사용하기 때문에 철근이 포함된 흄관과 같은 콘크리트관을 세밀하게 굴삭할 수도 있고, 또한 기초 말뚝 등과 같이 섬유를 포함하고 있는 경우에도 세밀하게 절삭할 수 있는 특장점이 있다.

이후, 헤드커터유닛(110)이 회전되면서 추진기(100)가 전진하면서 기설관(10)을 파쇄, 굴삭하는 단계가 수행된다.

이어, 신설관(200)이 추진되면서 기설관(10)을 대체하는 단계가 수행된다.

이와 같은 단계들을 도달입갱(OUT)까지 진행하게 되면 기설관(10)을 신설관(200)으로 안전하고 쉽게 갱신할 수 있게 된다.

100: 추진기
200: 신설관
300: 유압유닛

Claims (2)

1. 기설관(10)을 파쇄 회수하면서 굴진하여 기설관(10)을 신설관(200)으로 대체하는 터널굴착기인 추진기(100)와, 상기 추진기(100)의 선단에 설치되어 기설관(10)을 파쇄 굴착하는 헤드커터유닛(110)과, 상기 추진기(100)를 추진시키는 유압유닛(300)을 포함하되, 상기 헤드커터유닛(110)은 원통형상을 갖는 유닛베이스(112)와, 상기 유닛베이스(112)에 회전가능하게 설치된 다수의 웨이브커터(114)와, 상기 웨이브커터(114)와 비껴 설치된 다수의 굴착비트(116)와, 상기 웨이브커터(114) 및 굴착비트(116)를 제외한 공간에 마련된 파쇄물흡입구(118)를 포함하고; 상기 웨이브커터(114)는 톱니처럼 생긴 다수의 이빨이 원주방향으로 형성되되, 상기 이빨은 나선식이 아닌 길이방향으로 웨이브지게 형성되는 기설관의 리빌드 시스템에 있어서;
   상기 웨이브커터(114) 및 굴착비트(116)의 표면은 금속분말로 초경내마모성 피막을 더 입히되, 상기 초경내마모성 피막을 형성할 금속분말은 코발트분말 20중량%, 망간분말 10중량%, 크롬분말 15중량%, 질산리튬 5중량% 및 텅스텐카바이드분말 50중량%로 이루어지고;
   상기 유닛베이스(112)는 진공중인 질화조에 일산화탄소가스를 공급하면서 글로우방전을 통해 질소가스를 이온화시켜 유닛베이스(112)의 표면을 질화처리하고, 질화처리된 상기 유닛베이스(112)의 표면에 카본아미노실리카블랙 15중량%, 나프탈렌 설폰산염 10중량%, 디메틸아크릴아마이드 5중량%, 마그네슘설페이트 10중량%, 메탈폴리실록산 10중량%, 규산염 5중량% 및 나머지 폴리카보네이트수지를 혼합 교반한 도포액을 도포한 것을 특징으로 하는 기설관의 리빌드 시스템.
   
2. 제1항에 기재된 헤드커터유닛(110)을 포함하는 기설관의 리빌드 시스템을 이용하여 신설관을 리빌드하는 공법으로서,
   리빌드해야 할 지역을 선정하고, 발진입갱(IN)과 도달입갱(OUT)을 형성하는 단계;
   발진입갱(IN)에 유압유닛(300)을 설치하고, 상기 헤드커터유닛(110)을 구비한 추진기(100)를 배치하는 단계;
   헤드커터유닛(110)이 회전되면서 추진기(100)가 전진하면서 기설관(10)을 파쇄, 굴삭하는 단계;
   신설관(200)이 추진되면서 기설관(10)을 대체하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기설관의 리빌드 시스템을 이용한 신설관 리빌드공법.
   

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