KR20010036242A - 전방통 출입이 가능한 터널 굴진기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전방통 출입이 가능한 터널 굴진기를 개시한다.
본 발명은 전방통(110)의 중심부에 중공부(11)가 형성된 원통형상의 중공축(10)이 고정 설치되며, 이 중공축(10)의 외주연에 베어링 결합되고 감속기어와 기어결합되어 구동력이 전달되는 기어박스(20)가 설치되며, 이 기어박스(20)의 외주연에 나팔형의 제 1 크러셔(30)가 축방향으로 고정결합되며, 중공축(10)의 일단에 축방향으로 고정 결합되어 제 1 크러셔(30)와 함께 파쇄부(31) 및 제 1 통로(32)를 형성하는 제 2 크러셔(40)가 설치되며, 제 2 크러셔(40)의 전면에 개폐 가능하도록 도어(50)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 터널 굴진기의 중심부에 커터 모터의 후방까지 출입할 수 있는 통로 및 내부 작업 공간을 확보할 수 있도록 함으로써 터널 굴진 중에 전방통 및 커터 헤드에서 발생되는 예기치 않은 문제들에 대해 신속히 대응할 수 있어 굴진효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

전방통 출입이 가능한 터널 굴진기 {TUNNELING MACHINES ENABLE FOR COMING IN AND OUT FRONT BODY}
본 발명은 추진공법에 이용되는 터널 굴진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널 굴진기의 중심부에 커터 모터의 후방까지 출입할 수 있는 통로 및 내부 작업 공간을 확보할 수 있도록 전방통 출입이 가능한 터널 굴진기에 관한 것이다.
추진공법은 마이크로 터널링 머신(micro tunneling machine) 또는 세미 실드 머신(semi-shield machine)이라는 강재 원통형의 굴진기계를 수직 작업구 내에 투입시켜 기계 선단부에 장착되어 있는 토사 굴착용 커터 헤드(cutter head)를 회전시키면서 지반을 굴착하고 막장면을 각종 보조공법(이수(泥水) 및 약액주입)으로 막장면의 붕괴를 방지하면서 굴진기계 후방부에 설치된 추진관을 하나씩 유압잭으로 압입, 추진시키는 작업을 반복하면서 터널을 굴착하는 것이다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 터널 굴진기의 일실시예를 도시한 정면도 및 측면도이다.
도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 터널 굴진기(100)는 강재 원통형의 전방통(front body;110)과 후방통(tail body;120)으로 구성된다. 전방통(110) 전면에는 롤러 커터(roller cutter;131)와 메인 비트(main bit;132) 및 개구부(133)가 설치된 커터 헤드(130)가 회전가능하도록 설치된다. 후방통(120) 내부에는 커터 헤드(130)를 구동하기 위한 다수의 커터 모터(cutter motor;140)와 감속기(reducer;141)가 설치되며, 전방통(110)의 중심축상에는 감속기(141)와 기어결합되어 회동되는 구동축(142)이 설치되며, 구동축(142)의 외주연에는 대략 원뿔 형상을 갖는 콘 크러셔(cone crusher;150)가 설치되어 구동축(142)과 함께 회동된다. 또한, 구동축(142)의 끝단은 커터 헤드(130)에 고정결합되어 커터 헤드(130)를 회전시킨다.
콘 크러셔(150)의 경사면판(151)과 전방통(110) 내측면 사이의 제 1 공간(111)은 후방으로 갈수록 점진적으로 좁아지는 공간을 형성하다 최종적으로 좁게 형성된 통로(112)를 거쳐 제 2 공간(113)과 연결된다. 한편, 후방통(120)의 내측 하단부에는 파쇄된 토사 및 암반을 배니시킬 수 있도록 송니배관(161) 및 배니배관(162)이 설치되며, 이들 송니배관(161) 및 배니배관(162)의 끝단은 제 2 공간(113)의 일단과 연통되어 송니배관(161)을 통해 공급되는 높은 압력의 수류가 막장(제 1 공간 및 제 2 공간)을 거치면서 파쇄된 토사 및 암반을 수반하여 배니배관(162)으로 배출된다.
전방통(110)과 후방통(120)은 다수의 방향수정 잭(steering jack;170)으로 연결되어 각각의 방향수정 잭(170)을 당기거나 밀어 전방통(110)의 방향을 조절할 수 있다. 후방통(120) 내부에는 이들 방향수정 잭(170)에 유압을 공급하기 위한 유압장치(171) 및 방향수정 잭(170)의 스트로크를 조절하기 위한 다수의 솔레노이드 밸브(172)가 설치된다.
후방통(120)의 일단에는 눈금이 새겨진 타겟 및 다수의 게이지가 설치된 패널(180)이 마련되며, 이 패널(180)의 후방에는 이를 관측할 수 있는 카메라(181)가 설치되어 지상에 위치한 조종실에서 이를 관측할 수 있다. 한편, 수직 작업구에 설치되어 주사되는 레이져 빔이 타겟의 소정 위치에 표시되는 것에 따라 터널 굴진기(100)의 방향을 측정할 수 있으며, 이를 토대로하여 각각의 방향수정 잭(170)을 조절함으로써 터널 굴진기(100)의 방향을 원하는 방향으로 유도할 수 있다.
이와 같은 구조로 이루어진 종래기술에 따른 터널 굴진기의 굴진작업 및 동작은 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 지표상의 소정 위치에 수직 작업구를 굴착하고, 앞서 설명한 터널 굴진기(100)를 수직 작업구 내에 투입시켜 설치한다. 굴진 방향으로 커터 헤드(130)를 정렬시키고, 후방통(120)의 후방으로 한 개의 추진관과, 반력을 이용해 터널 굴진기(100)를 굴진방향으로 가압력을 부여하기 위한 유압 잭을 설치한다.
터널 굴진기(100)는 유압 잭에 의해 굴진방향으로 추진관과 함께 추진되며, 커터 헤드(130) 전면은 지반에 밀착한다. 커터 모터(140)의 구동력은 감속기(141)를 거치면서 높은 토오크를 형성하여 콘 크러셔(150) 및 커터 헤드(130)를 회동시킨다. 롤러 커터(131) 및 메인 비트(132)는 커터 헤드(130)와 함께 회전하면서 토사 및 암반을 파쇄시킨다. 파쇄된 토사 및 암반은 개구부(133)를 통해 제 1 공간(111)으로 밀려 들어온다. 제 1 공간(111)으로 밀려 들어온 토사 및 암반은 회전하는 콘 크러셔(150)의 경사면판(151)과 전방통(110) 내측면 사이에서 다시 한 번 파쇄되어 좁게 형성된 통로(112)를 거쳐 제 2 공간(113)으로 밀려 들어온다. 제 2 공간(113)으로 밀려 들어온 토사 및 암반은 송니배관(161)을 통해 공급되는 수류와 함께 혼합되어 배니배관(162)으로 배출된다. 이처럼 추진관의 길이만큼 터널 굴진기(100)를 추진시킨 다음 유압 잭을 후퇴시키고 다른 추진관을 삽입하는 작업을 반복하는 것이다.
그런데 이와 같은 종래기술에 따른 터널 굴진기에서 커터 헤드(130)를 회전시키는 구동축(142)은 터널 굴진기(100)의 중심축상에 위치하는 구조를 이루고 있다. 이처럼 터널 굴진기(100)의 중앙부에 위치한 구동축(142)의 동력전달방식은 터널 굴진기(100)의 중심부분의 내부 공간을 대부분 차지하므로서 터널 굴진기(100)의 전방통(110) 즉, 커터 헤드(130)의 후방으로 작업자가 들어갈 수 없다. 따라서 터널 굴진 중에 전방통(110) 및 커터 헤드(130)에서 발생되는 예기치 않은 문제들에 대한 원인 파악이 어려울 뿐만 아니라 원인 파악이 되더라도 작업자가 그곳에 직접 들어가 작업할 수 없었다. 이와 같은 경우 터널 굴진기(100)의 커터 헤드(130)가 위치한 지표상으로부터 수직 작업구를 별도로 굴착하여 문제점을 해결해야 하는 불편함이 있었다.
따라서 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 커터 모터로부터 커터 헤드로 전달되는 구동력 전달방식을 개선하여 작업자가 터널 굴진기의 전방통에 진입할 수 있으며, 작업에 필요한 내부 공간을 확보하여 터널 굴진 중에 전방통 및 커터 헤드에서 발생되는 예기치 않은 문제들에 대해 신속히 대응할 수 있는 전방통 출입이 가능한 터널 굴진기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 강재 원통형의 전방통(front body)과 후방통(tail body) 및 회전가능하도록 설치된 커터 헤드(cutter head)를 구비하며, 후방통 내부에 커터 헤드를 구동하기 위한 다수의 커터 모터(cutter motor)와 감속기(reducer) 및 구동축이 마련되며, 후방통의 내측 하단부에 송니배관 및 배니배관이 설치되며, 전방통과 후방통이 다수의 방향수정 잭(steering jack)으로 결합되고 유압장치 및 다수의 솔레노이드 밸브가 설치되는 터널 굴진기에 있어서, 후방통의 중심부에 고정 설치된 중공부가 형성된 원통형상의 중공축과, 중공축의 외주연과 베어링 결합되고 감속기어와 기어결합되어 구동력이 전달되는 기어박스와, 기어박스의 외주연에 축방향으로 고정결합되는 나팔형의 제 1 크러셔와, 중공축의 일단에 축방향으로 고정 결합되고 제 1 크러셔와 함께 파쇄부 및 제 1 통로를 형성하는 제 2 크러셔와, 제 2 크러셔의 전면에 개폐 가능하도록 설치되는 도어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 터널 굴진기의 일실시예를 도시한 정면도,
도 2는 종래기술에 따른 터널 굴진기의 커터 헤드를 정면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방통 출입이 가능한 터널 굴진기를 도시한 정면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 중공축 11 : 중공부 12 : 지지 브라켓
20 : 기어박스 30 : 제 1 크러셔 31 : 제 1 파쇄공간
32 : 제 1 통로 33 : 제 2 파쇄공간 40 : 제 2 크러셔
50 : 도어 100 : 터널 굴진기 110 : 전방통
120 : 후방통 130 : 커터 헤드 140 : 커터 모터
141 : 감속기 161 : 송니배관 162 : 배니배관
170 : 방향수정 잭 171 : 유압장치 172 : 솔레노이드 밸브
180 : 패널
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전방통 출입이 가능한 터널 굴진기를 도시한 정면도이다. 한편, 종래와 동일한 구성으로 이루어지는 부분에 대해서는 도 1 및 도 2에 기재된 도면부호와 동일한 부호를 기재하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전방통 출입이 가능한 터널 굴진기는 강재 원통형의 전방통(front body;110)과 후방통(tail body;120) 및 회전가능하도록 설치된 커터 헤드(130)를 구비하며, 후방통(120) 내부에 커터 헤드(130)를 구동하기 위한 다수의 커터 모터(cutter motor;140)와 감속기(reducer;141) 및 구동축(142)이 마련되며, 후방통(120)의 내측 하단부에 송니배관(161) 및 배니배관(162)이 설치되며, 전방통(110)과 후방통(120)이 다수의 방향수정 잭(steering jack;170)으로 결합되고 유압장치(171) 및 다수의 솔레노이드 밸브(172)가 설치되며, 후방통(120)의 일단에 패널(180) 및 카메라(181)가 설치된다. 커터 헤드(130)의 전면에는 다수의 개구부(133)가 천공되어 있으며, 롤러 커터(roller cutter;131)와 메인 비트(main bit;132)가 설치된다.
특히, 전방통(110)의 중심부에 중공부(11)가 형성된 원통형상의 중공축(10)이 고정 설치되며, 이 중공축(10)의 외주연에 베어링 결합되고 감속기어와 기어결합되어 구동력이 전달되는 기어박스(20)가 설치되며, 이 기어박스(20)의 외주연에 나팔형의 제 1 크러셔(30)가 축방향으로 고정결합되며, 중공축(10)의 일단에 축방향으로 고정 결합되어 제 1 크러셔(30)와 함께 파쇄부(31) 및 제 1 통로(32)를 형성하는 제 2 크러셔(40)가 설치되며, 제 2 크러셔(40)의 전면에 개폐 가능하도록 도어(50)가 설치된다.
본 발명의 특징부를 좀 더 자세히 설명한다.
중공축(10)의 중공부(11) 및 제 2 크러셔(40)의 중공부(41)는 전방통(110)의 중심부에 내부 공간을 제공하여 작업자가 중공부(11,41)를 통해 커터 헤드(130)의 후방까지 들어갈 수 있도록 한다. 이와 같은 중공축(10)은 전방통(110) 내측으로부터 연장된 지지 브라켓(12)에 의해 지지된다.
한편, 중공축(10)의 외주연에는 기어박스(20)가 베어링 결합되고, 이 기어박스(20)는 감속기(141)와 기어결합된다. 이 기어박스(20)는 링 형상의 외주연에 기어치가 형성된 메인기어(21), 감속기(141)의 감속축에 결합된 피니언기어(22) 및 다수의 베어링(23)으로 구성된다.
이와 같은 기어박스(20)의 전면에 제 1 크러셔(30)가 축방향으로 나사결합된다. 이 제 1 크러셔(30)는 전방으로 연장되면서 기어박스(20)의 외주연으로부터 확장되는 대략 나팔형상을 갖는다. 제 1 크러셔(30)의 끝단은 전방통(110)의 직경과 비슷한 정도로 연장형성되고, 이 외크러셔(30)의 끝단에 커터 헤드(130)가 결합된다. 이와 같은 제 1 크러셔(30)는 기어박스(20)의 구동력을 전달받아 커터 헤드(130)와 함께 회전된다.
한편, 외 그러셔(30)의 안쪽방향으로는 제 2 크러셔(40)가 설치된다. 제 2 크러셔(40)는 중공축(10)의 일단에 축방향으로 고정 결합되고, 제 2 크러셔(40)의 끝단부는 외주면을 따라 제 1 크러셔(30)의 경사면판(34)과 반대되는 형상의 경사면판(42)이 형성되어 이들 경사면판(34,42) 사이는 후방으로 갈수록 점차적으로 좁아지는 원형상의 제 1 파쇄공간(31)을 형성한다. 또한, 제 1 파쇄공간(31)의 안쪽에는 원형상의 제 1 통로(32)가 형성되고, 제 1 통로(32) 후방에는 원형상의 제 2 파쇄공간(33)이 형성된다.
한편, 제 2 크러셔(40)의 전면 및 중공축(10)의 후면에 각각 개폐 가능가능한 도어(50)가 설치되어 작업자가 중공부(11,41)를 통과하고자 할 때 도어(50)를 개폐하고 들어갈 수 있다.
후방통(120)의 내측 하단부에는 앞서 전술한 바와 같이, 파쇄된 토사 및 암반을 배니시킬 수 있도록 송니배관(161) 및 배니배관(162)이 설치된다. 또한, 전방통(110)과 후방통(120)은 다수의 방향수정 잭(steering jack;170)으로 연결되어 각각의 방향수정 잭(170)을 당기거나 밀어 전방통(110)의 방향을 조절할 수 있다. 후방통(120) 내부에는 이들 방향수정 잭(170)에 유압을 공급하기 위한 유압장치(171) 및 방향수정 잭(170)의 스트로크를 조절하기 위한 다수의 솔레노이드 밸브(172)가 설치된다.
후방통(120)의 일단에는 눈금이 새겨진 타겟 및 다수의 게이지가 설치된 패널(180)이 마련되며, 이 패널(180)의 후방에는 이를 관측할 수 있는 카메라(181)가 설치되어 지상에 위치한 조종실에서 이를 관측할 수 있다. 한편, 수직 작업구에 설치되어 주사되는 레이져 빔이 타겟의 소정 위치에 표시되는 것에 따라 터널 굴진기(100)의 방향을 측정할 수 있으며, 이를 토대로하여 각각의 방향수정 잭(170)을 조절함으로써 터널 굴진기(100)의 방향을 원하는 방향으로 유도할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 내부공간 출입 가능한 터널 굴진기의 기본 동작은 다음과 같이 이루어진다.
터널 굴진기(100)는 미도시된 유압 잭에 의해 굴진방향으로 추진관(미도시됨)과 함께 추진되어 커터 헤드(130) 전면에는 막장압이 형성된다. 커터 모터(140)의 구동력은 감속기(141)를 거치면서 높은 토오크를 형성하여 기어박스(20)를 회전시킨다. 기어박스(20)는 제 1 크러셔(30) 및 커터 헤드(130)를 회동시켜 롤러 커터(131) 및 메인 비트(132)에 의해 커터 헤드(130) 전면에 있는 토사 및 암반을 파쇄시킨다. 파쇄된 토사 및 암반은 개구부(133)를 통해 제 1 파쇄공간(31)으로 밀려 들어가면서 회전하는 제 1 크러셔(30)와 고정된 제 2 크러셔(40)에 의해 더 잘게 파쇄되어 좁게 형성된 통로(32)를 거쳐 제 2 파쇄공간(33)으로 밀려 들어온다. 제 2 파쇄공간(33)으로 밀려 들어온 토사 및 암반은 송니배관(161)을 통해 공급되는 수류와 함께 혼합되어 배니배관(162)으로 배출된다.
이처럼 본 발명에 따르면 터널 굴진기(100)의 중심부 공간은 중공축(10)에 의해 형성된 중공부(11) 및 제 2 크러셔(40)의 중심에 형성된 중공부(41)에 의해 작업자의 출입 통로로 이용할 수 있다.
즉, 터널 굴진 중에 전방통(110) 및 커터 헤드(130)에서 예기치 않은 문제들이 발생되더라도 작업자가 도어(50)를 열고 중공부(11,41)를 통해 터널 굴진기(100)의 전방통(110)에 진입할 수 있으며, 작업에 필요한 내부 공간이 확보되어 있으므로 신속히 대응할 수 있다.
이상, 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 터널 굴진기의 중심부에 커터 모터의 후방까지 출입할 수 있는 통로 및 내부 작업 공간을 확보할 수 있도록 함으로써 터널 굴진 중에 전방통 및 커터 헤드에서 발생되는 예기치 않은 문제들에 대해 신속히 대응할 수 있어 굴진효율을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

  1. 강재 원통형의 전방통(front body)과 후방통(tail body) 및 회전가능하도록 설치된 커터 헤드를 구비하며, 상기 후방통 내부에 커터 헤드(cutter head)를 구동하기 위한 다수의 커터 모터(cutter motor)와 감속기(reducer) 및 구동축이 마련되며, 상기 후방통의 내측 하단부에 송니배관 및 배니배관이 설치되며, 상기 전방통과 후방통이 다수개의 방향수정 잭(steering jack)으로 결합되고 유압장치 및 다수의 솔레노이드 밸브가 설치되는 터널 굴진기에 있어서,
    상기 후방통의 중심부에 고정 설치된 중공부가 형성된 원통형상의 중공축과;
    상기 중공축의 외주연과 베어링 결합되고 상기 감속기어와 기어결합되어 구동력이 전달되는 기어박스와;
    상기 기어박스의 외주연에 축방향으로 고정결합되는 나팔형의 제 1 크러셔와;
    상기 중공축의 일단에 축방향으로 고정 결합되고 상기 제 1 크러셔와 함께 파쇄부 및 제 1 통로를 형성하는 제 2 크러셔와;
    상기 제 2 크러셔의 전면에 개폐 가능하도록 설치되는 도어를 포함하는 전방통 출입이 가능한 터널 굴진기.
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