KR20030075680A - 자갈 및 전석층 지중에서의 소구경 터널 굴착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비개착식으로 소구경 터널을 지중의 성질, 특히 전석 또는 호박돌 등의 자갈이 많은 자갈층 지중에 설치하기에 적합한 소구경 터널 굴착장치에 관한 것으로서, 굴착 전단면에 위치되는 선단 구동헤드와, 선단 구동헤드에 분리 또는 결합되는 후단 구동헤드와, 선단 및 후단 구동헤드 내에서 회전하면서 굴착 전단면에서 굴착된 토사 또는 자갈을 굴착 이송시키는 굴착 스크류와, 굴착 스크류에 의해 굴착된 토사 또는 자갈을 이송시켜 배출하는 이송 수단과, 굴착 스크류와 이송 스크류를 회전시키는 회전수단과, 선단 구동헤드 및 후단 구동헤드, 그리고 굴착 스크류와 이송 스크류를 지중으로 밀어 넣어 케이싱 파이프가 압입될 공간을 형성하고, 형성된 공간으로 케이싱 파이프를 압입하는 추진수단을 포함하여 소구경 터널 굴착장치를 구성한다.

Description

자갈 및 전석층 지중에서의 소구경 터널 굴착장치 {A tunnel boring machine}

본 발명은 소구경 터널 굴착장치에 관한 것으로서, 특히 토사, 호박돌, 전석 등이 포함된 지중에 소구경 터널을 형성하기에 적합한 소구경 터널 굴착장치에 관한 것이다.

일반적으로 소구경 터널은 내경 1000 mm 이하의 소구경 터널을 지칭하는 것으로 단순히 외형적인 특징뿐만 아니라 광 케이블, 전화선, 전력선 등의 각종 전선관 또는 가스관, 송유관 등을 원활히 수용할 수 있는 자유 공간을 가진 신뢰할 수 있는 공간을 의미한다.

따라서, 소구경 터널은 지중에 묻혀 구축되므로 외부 하중(토압)에 대한 저항성이 뛰어나야 하며, 다양한 형태와 크기의 관들을 원활히 수용해야 하며, 그 외 다른 소구경 터널과의 연동성도 충분히 확보되어야 하므로 강관 또는 철근 콘크리트 흄관을 사용하게 된다.

이러한 소구경 터널은 근래 들어 산업화, 도시화의 진전에 따라 도시기반 시설이 폭발적으로 증가하여 대도시 주거밀집지역은 이미 각종 지하 매설물들이 포화상태에 이르렀고, 교통혼잡에 따른 도로 굴착 규제강화가 매우 강력하게 시행되면서 공사기간, 작업시간 등 관련 부대비용이 상승하여 개착식으로 지하에 매설되지 않고, 대개 비개착식으로 매설된다.

비개착식으로 구축되는 소구경 터널은 대개 매설하고자 하는 터널 매설 구간의 양끝지점에 각각 수직 전진갱과 수직 도달갱을 형성하고, 수직 전진갱에서 수직 도달갱 방향으로 소구경 터널 굴착장치를 지중 내부로 굴진시켜 수평 터널을 먼저 형성한 다음, 수평 터널 내부로 유압 추진장치를 이용하여 터널 구조물을 압입 굴진시켜 매설하게 된다.

이에 본 발명은 비개착식으로 소구경 터널을 지중의 성질, 특히 전석 또는 호박돌 등의 자갈이 많은 자갈층 지중에 설치하기에 적합한 소구경 터널 굴착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 목적을 이루기 위해, 굴착 전단면에 위치되는 선단 구동헤드와, 선단 구동헤드에 분리 또는 결합되는 후단 구동헤드와, 선단 및 후단 구동헤드 내에서 회전하면서 굴착 전단면에서 굴착된 토사 또는 자갈을 굴착 이송시키는 굴착 스크류와, 굴착 스크류에 의해 굴착된 토사 또는 자갈을 이송시켜 배출하는 이송 수단과, 굴착 스크류와 이송 스크류를 회전시키는 회전수단과, 선단 구동헤드 및 후단 구동헤드, 그리고 굴착 스크류와 이송 스크류를 지중으로 밀어 넣어 케이싱 파이프가 압입될 공간을 형성하고, 형성된 공간으로 케이싱 파이프를 압입하는 추진수단을 포함하여 이루어진다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 소구경 터널 굴착장치를 설명하기 위한 횡단면도.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 소구경 터널 굴착장치의 선단을 설명하기 위한 확대 횡단면도.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 소구경 터널 굴착장치를 설명하기 위한 종단면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

10 : 선단 구동헤드 20 : 후단 구동헤드

30 : 굴착 스크류 40 : 이송 스크류

50 : 회전 모터 60 : 활주차

64 : 전진용 잭 70 : 케이싱 파이프

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 소구경 터널 굴착장치의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 소구경 터널 굴착장치를 설명하기 위한 횡단면도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 소구경 터널굴착장치의 요부를 설명하기 위한 확대 횡단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소구경 터널굴착장치는 굴착 전단면에 위치되는 선단 구동헤드(10)와, 선단 구동헤드에 착탈 가능하게 결합된 후단 구동헤드(20)와, 선단 및 후단 구동헤드 내에서 회전하면서 굴착 전단면의 토사 또는 자갈을 굴착하는 굴착 스크류(30)와, 굴착 스크류에 의해 굴착된 토사 또는 자갈을 이송시켜 배출하는 이송 스크류(40)와, 굴착 스크류와 이송 스크류를 회전시키는 회전수단과, 선단 구동헤드 및 후단 구동헤드, 그리고 굴착 스크류와 이송 스크류를 지중으로 밀어 넣으면서 형성된 공간으로 케이싱 파이프(70)를 밀어 넣는 추진수단을 포함하여 이루어진다.

좀더 구체적으로 설명하면, 선단 구동헤드(10)는 선단슈(12)와 선단캔(14)으로 이루어진다.

여기서, 굴착 전단면과 접촉되는 선단슈(12)의 선단부는 터널 구조물인 케이싱 파이프(70)의 굴진시 토압 등의 영향을 받지 않도록 하기 위해 굴착 전단면을 케이싱 파이프의 직경보다 크게 오버 커팅(over cutting)하여야 하므로 케이싱 파이프의 외경보다 큰 외경을 갖는 링 형태로 이루어지고, 선단슈의 후단부는 후단 구동헤드(20)의 내통(24)선단에 조립 및 해체가 가능하게 요철(15)이 형성된다.

그리고, 선단캔(14)은 선단슈의 요철(15)을 덮어 후단 구동헤드의 내통 선단과의 결합부분을 통해 토사 등이 내통 내부로 유입되지 않도록 선단슈(12)의 외측에 형성되고, 선단슈가 내부에 회전 가능하게 일정간격 이격 위치된다.

후단 구동헤드(20)는 외통(22)과 내통(24)으로 이루어지고, 굴착 스크류(30)는 내통 내부에 횡방향으로 설치된 구동축(32)에 축합되어 설치된다.

여기서, 외통(22)의 선단은 선단 구동헤드의 선단 캔(14)후단에 방향 조정 어뎁터(72)를 통해 결합되고, 외통(22)의 후단은 케이싱 파이프(70)의 선단에 방향 조정 어뎁터(72)를 통해 결합된다.

그리고, 내통(24)은 외통(22)과 일정 간격 이격되게 위치되어 외통 내부에서 회전 가능하게 위치되고, 내통의 선단으로 선단 슈의 요철(15)과 상호 자웅 결합되는 요철(25)이 형성된다.

또한, 내통(22)의 후단에는 굴착 스크류(30)에 의해 이송된 토사 또는 자갈 등을 케이싱 파이프(70)내부로 유입시키는 게이트(26)가 형성되고, 게이트에는 내통(24)의 회전 및 케이싱 파이프(70)내부로 이송된 토사 또는 자갈 등을 케이싱 파이프의 후단으로 이송시키는 이송 스크류(40)의 구동축(42)이 결합된다.

여기서, 내통(24)의 후단과 이송 스크류의 구동축(42)은 연결/해체 조인트(74)를 통해 결합된다.

그리고, 회전수단은 케이싱 파이프(70)의 후단에 설치되되 토사 이송 스크류의 구동축(42)에 구동축(52)이 결합되어 토사 이송 스크류를 회전시키고, 토사 이송 스크류의 회전에 연동하여 내통(24)이 회전되도록 하기 위한 회전모터(50)로 구성된다.

토사 이송 스크류의 구동축(42)은 다수개의 축을 서로 분리 및 결합 가능하게 형성한다.

회전모터(50)는 수직 굴착공의 바닥면에 놓여진 가이드 레일(62)위에서 전진용 잭(64)에 의해 슬라이딩 이동되는 활주차(60)위에 형성된다.

여기서, 전진용 잭(64)은 활주차(60)를 슬라이딩 이동시켜 선단 구동헤드(10)및 후단 구동헤드(20)를 지중에 대해 수평방향으로 압입 추진시키고, 선단 구동헤드 및 후단 구동헤드가 압입 추진되면서 형성된 공간으로 터널 구조물을 형성하는 케이싱파이프(70)를 압입 추진시킨다.

그리고, 선단 구동헤드(10)와 외부 구동헤드(20)사이에는 방향 조정 어뎁터가 장착되어 선단 구동헤드의 굴진방향을 보정하도록 한다.

이러한 구성으로 된 본 발명에 따른 자갈 및 전석층 지중에서의 소구경 터널 굴착장치를 통한 터널 굴착을 도 4를 참조하여 설명한다.

먼저 지표면(E)에 수직 전진공(100)과 수직 도달공(101)을 형성하고, 수직 전진공의 바닥면에 가이드 레일(62)을 설치한다.

그리고, 가이드 레일(62)위에 활주차(60)를 설치하고, 활주차의 선단에 선단 구동헤드(10)및 후단 구동헤드(20)를 설치한다.

이때, 내통(24)의 후단에 토사 이송 스크류의 구동축(42)을 연결/해체 조인트(74)에 의해 결합시킨다.

이 상태에서 활주차(60)를 전진용 잭(64)에 의해 슬라이딩 이동시켜 선단 구동헤드(10)를 지중에 대해 수평방향으로 밀어 넣고, 회전모터(50)를 구동시켜 토사 이송 스크류(40)를 회전시키고, 이에 연동하여 내통(24)을 회전시켜 굴착 전단면의 자갈 및 전석이 내통의 게이트(26)를 거쳐 수직 전진공으로 배출되도록 한다.

이때, 내통(24)이 회전하면 내통과 자웅결합된 선단 구동헤드의 선단 슈(12)가 회전하여 굴착 전단면을 오버 커팅한다.

이처럼 선단 구동헤드(10)와 후단 구동헤드(20)가 지중에 대해 수평방향으로 압입 추진되면 이후 활주차(60)를 역슬라이딩 이동시키고, 후단 구동헤드와 활주차 사이에 터널 구조물인 케이싱 파이프(70)를 개재한 다음, 토사 이송스크류의구동축(42)을 압입 추진될 거리만큼 추가로 결합한다.

그리고, 다시 활주차(60)를 슬라이딩 이동시켜 케이싱 파이프(70)를 지중으로 밀어 넣고, 이와 동시에 회전모터를 구동시켜 케이싱 파이프의 굴진 거리만큼 굴착 전단면이 선단 슈(12)에 의해 굴착되도록 한다.

이때, 선단 슈(12)에 의해 굴착되는 굴착 전단면의 자갈 또는 전석은 굴착 스크류(30)에 의해 내통(24)의 후단으로 이송되고, 내통의 후단으로 이송된 자갈 또는 전석은 게이트(26)를 거쳐 내통 외부로 이송된 다음, 토사 이송 스크류(40)에 의해 수직 전진공(100)으로 배출된다.

이러한 과정을 통해 케이싱 파이프(70)를 수직 도달공(101)까지 굴진시켜 터널 구조물을 형성한다.

또한, 굴착 전단면의 지층이 토사 또는 자갈보다 큰 크기의 호박돌 또는 전석이 포함된 지층인 경우, 호박돌 또는 전석이 게이트(26)를 통해 토사 이송 스크류(40)쪽으로 이송되지 못하고 내통(24)에 계속적으로 담겨진 경우, 활주차(60)를 후진시켜 내통(24)을 수직 전진갱으로 회수되도록 잡아 당긴다.

그리고, 회수된 내통(24)을 거꾸로 뒤집어 내통에 담겨진 호박돌 또는 전석을 개구된 내통의 선단으로 제거하고, 다시 내통을 케이싱 파이프(70)내부로 집어넣는다.

이때, 내통(24)의 선단과 선단 슈(12)의 후단에는 각각 요철(15,25)이 형성되어 있어 서로 자웅 결합됨으로써 분리와 해체가 용이하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자갈층 지중에서의 소구경 터널 굴착장치는 토사층 지중을 굴착하는 도중 호박돌, 전석 등이 포함된 자갈층 지층을 굴착하는 과정에서 크기가 큰 호박돌, 전석이 내통 내부에 유입되더라도 내통을 후퇴시켜 호박돌, 전석을 제거할 수 있어 지중의 토질에 관계없이 소구경 터널을 용이하게 굴착할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 굴착 전단면에 위치되는 선단 구동헤드와;

   상기 선단 구동헤드에 분리 또는 결합되는 후단 구동헤드와;

   상기 선단 및 후단 구동헤드 내에서 회전하면서 굴착 전단면에서 굴착된 토사 또는 자갈을 굴착 이송시키는 굴착 스크류와;

   상기 굴착 스크류에 의해 굴착된 토사 또는 자갈을 이송시켜 배출하는 이송 수단과;

   상기 굴착 스크류와 이송 스크류를 회전시키는 회전수단과;

   상기 선단 구동헤드 및 후단 구동헤드, 그리고 상기 굴착 스크류와 이송 스크류를 지중으로 밀어 넣어 케이싱 파이프가 압입될 공간을 형성하고, 형성된 공간으로 상기 케이싱 파이프를 압입하는 추진수단을 포함하여 이루어진 자갈층 지중에서의 소구경 터널굴착장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 선단 구동헤드의 선단 직경은 상기 케이싱 파이의 직경보다 큰 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 자갈층 지중에서의 소구경 터널굴착장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 선단 구동헤드와 후단 구동헤드의 접합부는 상호 자웅 결합된 것을 특징으로하는 자갈층 지중에서의 소구경 터널굴착장치.