KR20040076770A

KR20040076770A - 지하매설관 굴착장치

Info

Publication number: KR20040076770A
Application number: KR1020030012126A
Authority: KR
Inventors: 김관태
Original assignee: 김관태
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-03

Abstract

본 발명은 지하매설관 굴착장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장기간에 걸쳐 유입된 토사 및 퇴적물로 인하여 관내부 단면적이 좁아져 본래 기능을 상실한 지하매설관 내를 스스로 이동하면서 관내에 퇴적되어 있는 고형물을 깎아내거나 분쇄함과 아울러 관내 부착물과 분쇄물을 세정하는 지하매설관 굴착장치에 관한 것이다.

본 발명의 지하매설관 굴착장치는 소정의 크기를 갖는 본체와 이 본체의 선단에 회전가능하도록 설치된 굴착헤드와 본체의 하측에 설치된 이송수단을 포함하여 이루어진 굴착장치에 있어서, 상기 본체의 내부에 설치되며 외부의 공압호스를 통해 공급되는 압축공기에 의해 굴착헤드를 구동시키는 에어터빈과; 상기 본체의 하측부에 설치되며 외부의 공압호스를 통해 공급되는 압축공기에 의해 이송수단을 구동시키는 다수의 에어모터와; 상기 본체의 상면에 설치되며 외부의 공압호스를 통해 공급되는 압축공기에 의해 작동되는 다수의 공압실리더와 다수의 붐에 의해 지지되는 지지부재와; 외부의 고압수라인을 통해 공급되는 고압수를 전방 또는 후방으로 분사시킬 수 있도록 설치된 다수의 고압수 분사노즐과; 외부의 공압호스를 통해 공급되는 압축공기에 의해 이송수단의 높이를 조절하는 다수의 공압실린더및; 외부의 전선을 통해 공급되는 전원에 의해 상기 에어터빈, 에어모터 및 다수의 공압실린더로 공급되는 공압을 제어하는 하나 이상의 공압제어블럭을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

지하매설관 굴착장치{Apparatus for excavating}

일반적으로 하수관이나 상수관과 같은 지하매설관은 사용 경과에 따라 관내에 많은 퇴적물이 쌓이게 된다. 따라서 주기적으로 관내의 퇴적물을 준설하여 하수의 흐름을 원활하게 하는 것이 필요하다. 이에 따라 워터 젯트(water jet)나 스크레이퍼(Scraper)를 견인하여 퇴적물을 준설하는 방법이 통용되고 있다. 그러나 장기간의 퇴적으로 인해 고형화된 퇴적물이나 공사장 등에서 유입되어 굳어진 몰탈이나 잘못 시공된 콘크리트 연결관 등은 워터 젯트나 스크레이퍼로 제거되지 않을 뿐만 아니라 워터 제트나 스크레이퍼 자체의 이동을 제한함으로써 준설작업을 계속할 수 없는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 고형화된 퇴적물을 기계적으로 굴착하거나 천공할 수 있는 지하매설관 굴착 및 천공장치(이하 지하매설관 천공장치라 함)의 개발이 요청되고 있다. 이와 관련하여 도21은 대한민국 등록특허 제325675호 "상하수도 고형부착물 세관장치"로서 도시된 바와 같이, 외부의 살수라인(217)과 연결되어 살수라인(217)을 통해 물을 공급받으면서, 내부에는 본체회전부(219)가 축회전 가능하도록 설치되고, 내부로 압입된 물이 후단부측 방향으로 퍼지며 분출할 수 있도록 다수의 분출구(221)가 형성된 본체고정부(211)와;

원뿔의 형태를 취하여 경사부(239)와 평면부(241)로 이루어지며, 상기 본체회전부(219)에 결합하여 본체회전부(219)와 동시에 회전하고, 경사부(239)에는 다수의 비트(243)가 고정되어 있고 원형의 평면부(241)에는 본체회전부(219)와 연결되는 유입구(245)가 형성되고, 내부에는 평면부(241)의 외주 테두리의 접선방향으로 향하는 곡선형의 분출통로(223)가 형성되어, 살수라인(217)으로부터 공급된 물이 본체회전부(219)를 거쳐 분출통로(223)를 통해 외부로 분출됨으로써 회전력을 얻어 회전하는 굴착헤드회전부(213)와;

상기 본체고정부(211)의 외측에 설치되어 본체고정부(211)로 하여금 하수관의 내부에서 일정위치를 유지하도록 지지력을 제공하는 구름수단(267) 및 지지수단(215)을 포함하는 세관장치가 개시되어 있다.

따라서 종래의 세관장치는 살수라인(217)으로부터 고압의 물이 공급되면, 그 반작용으로 전방으로 전진하게 됨과 아울러 굴착헤드회전부(213)가 고속으로 회전하게 되어, 하수관 내에서 전진하는 동안 고형퇴적물을 만나더라도 회전하는 굴착헤드회전부(213)의 비트가 퇴적물을 파쇄하기 때문에 연속작업이 가능하다. 또한 본체고정부(211)의 측부 및 상부에 설치된 다수 개의 지지수단(215)은 하수관의 내주면과 접촉되어 본체고정부(211)를 지지하여 고형퇴적물에 의해 전진반향이 바뀌지 않게 되는 특징이 있다.

그러나 종래 기술에 따른 세관장치는 고압수의 반작용으로 항상 전진만 가능하기 때문에 후진이 불가능하고, 굴착헤드회전부에 형성된 분출통로를 통해 배출되는 고압수에 의해 회전하기 때문에 굴착헤드회전부의 구조가 복잡하며, 지지수단은 두 개의 지지로드 사이에 설치된 스프링에 의해 지지되기 때문에 지지력이 약할 뿐만 아니라 관경이나 고형물의 변화에 대응하여 지지력를 임의로 변경시킬 수 없기 때문에 중도에서 작업이 정지되는 문제가 있으며, 하측부에 설치된 구름수단(바퀴)은 높이 조절이 불가능하여 다양한 크기의 굴착헤드회전부를 장착할 수 없는 문제점이 있었다.

이에 따라 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 외부에서 공급되는 압축공기에 의해 이동수단(바퀴나 무한궤도)를 회전시키는 에어모터를 설치함으로써 전진 및 후진이 모두 가능하고, 압축공기에 의해 구동되는 에어터빈을 본체내에 설치함으로써 굴착헤드의 구조를 단순하게 하며 하나의 본체에 다양한 크기와 형태의 굴착헤드를 자유롭게 교체하여 사용할 수 있도록 한 지하매설관 굴착장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 본체 하측부에 설치되는 바퀴나 무한궤도의 높낮이를 자유롭게 조절할 수 있도록 함으로써 하나의 장치로 다양한 크기의 지하매설관에 적용할 수 있으며 지지부재의 높이를 압축공기를 이용하여 외부에서 임의로 조작할 수 있도록 함으로써 관내부의 환경의 변화에 따라 신속히 대응할 수 있는 지하매설관 굴착장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 원뿔체 굴착헤드, 원통체 굴착헤드 또는 2단 원뿔체 굴착헤드등 종래의 원판 굴착헤드을 이용한 전단면 굴착방식 외에도 1차 천공 또는 2차 천공 후의 전단면 굴착이나 코어 굴착방식 등이 가능하도록 다양한 형태의 굴착헤드를 교체 사용할 수 있도록 하며, 굴착헤드의 전면에 고강도 비트를 나선형으로 설치하여 회전시 천공 및 굴착이 신속하고 분쇄토가 비산되지 않는 지하매설관 굴착장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 공사전후에 관내부의 상태를 확인하고 진단하기 위해서 원격조정이 가능한 카메라와 조명기가 설치된 지하매설관 굴착장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 사시도

도2는 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 측단면도

도3은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 정면도

도4는 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 평단면도

도5는 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 바퀴와 에어모터의 설치구조를 보여주는 부분 확대도

도6은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 지지바퀴를 보여주는 부분 확대도,

도7은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 굴착헤드와 에어터빈의 결합구조를 보여주는 부분 분해사시도

도8은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 고압수라인 및 전선의 배치를 보여주는 개략적인 측단면도

도9는 본 발명에 따른 지지부재의 다른 예를 보여주는 개략적인 측단면도

도10 및 도11은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 다른 실시예를 보여주는 사시도와 평면도

도12은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 무한궤도와 에어모터의 설치구조를 보여주는 부분 확대도

도13는 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 무한궤도와 에어모터의 다른 설치구조를 보여주는 부분 확대도

도14, 도15 및 도16은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 다른 실시예를 보여주는 정면도

도17은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 다른 실시예를 보여주는 평면도,

도18은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치에 적용되는 굴착헤드를 보여주는 측면도

도19는 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 작업상태를 보여주는 작업도

도20은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 코어굴착 상태를 보여주는 개략적인 작업도

도21은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치를 이용한 관입작업을 보여주는 개략적인 작업도

도22는 종래 기술에 따른 지하매설관 굴착장치의 일예를 보여주는 측단면도이다.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****

10 : 본체 30 : 굴착헤드

35 : 비트 38 : 유니버셜 조인트

40 : 공압실린더 45 : 지지롤러

50 : 이송수단(바퀴 또는 무한궤도) 63, 65 : 공압제어블럭

70 : 지지부재 72, 74 : 판형붐

77 : 지지바퀴 80 : 에어터빈

95, 95 : 블레이드 90 : 에어모터

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치는 소정의 크기를 갖는 본체와 이 본체의 선단에 회전가능하도록 설치된 굴착헤드와 본체의 하측에 설치된 이송수단을 포함하여 이루어진 굴착장치에 있어서, 상기 본체의 내부에 설치되며 외부의 공압호스를 통해 공급되는 압축공기에 의해 굴착헤드를 구동시키는 에어터빈과; 상기 본체의 하측부에 설치되며 외부의 공압호스를 통해 공급되는 압축공기에 의해 이송수단을 구동시키는 다수의 에어모터와; 상기 본체의 상면에 설치되며 외부의 공압호스를 통해 공급되는 압축공기에 의해 작동되는 다수의 공압실리더와 다수의 판형붐에 의해 지지되는 지지부재와; 외부의 고압수라인을 통해 공급되는 고압수를 전방 또는 후방으로 분사시킬 수 있도록 설치된 다수의 고압수 분사노즐과; 외부의 공압호스를 통해 공급되는 압축공기에 의해 이송수단의 높이를 조절하는 다수의 공압실린더 및; 외부의 전선을 통해 공급되는 전원에 의해 상기 에어터빈, 에어모터 및 다수의 공압실린더로 공급되는 공압을 제어하는 하나 이상의 공압제어블럭을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 에어터빈은 소정의 케이스 내에 회전가능하게 설치된 로더와, 상기 로더의 외주면에 일체로 고정되며 외부에서 공급되는 고압공기에 의해 일측방향으로 회전할 수 있도록 형성된 다수의 블레이드와, 상기 로더의 단부에 결합되어 회전력을 전달하는 구동축으로 이루어진다.

상기 굴착헤드는 원판 또는 원뿔체로 이루어지며, 그 전면에는 다수의 비트가 나선 형태로 설치되고 후면에는 에어터빈의 회전력을 전달받을 수 있는 회전축이 일체로 형성되어 있다.

상기 에어터빈과 굴착헤드 사이에는 에어터빈의 구동축과 굴착헤드의 회전축을 착탈가능하게 연결시켜주는 유니버셜 조이트가 설치된다.

상기 본체의 선단에는 다수의 롤러부재를 설치하여 굴착헤드가 한쪽으로 쏠리는 것을 방지한다.

상기 이송수단은 바퀴이거나 무한궤도이며 이들은 서로 호환가능하다.

상기 에어모터의 구동축은 바퀴의 회전축이나 또는 무한궤도 스프라켓의 회전축에 연결되며 바퀴의 회전축 및 에어모터의 구동축은 본체의 양측면에 설치된공압실린더의 단부에 회전가능하게 결합된다.

상기 지지부재는 본체의 상면에 상하로 회동가능하게 설치된 2 개의 판형붐과, 상부 판형붐의 선단에 회동가능하게 설치되며 서로 이격되고 수직하게 설치된 두 개의 지지로드로 이루어진 고정부와, 상기 지지로드의 상단에 회전가능하게 설치된 지지바퀴와, 상기 판형붐을 작동시키는 2개의 공압실린더로 이루어진다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 실시예를 상세히 설명한다. 먼저 도1은 본 발명의 지하매설관 굴착장치(1)의 외관을 보여주는 사시도이고, 도2는 측단면도이며 도3은 굴착헤드가 생략된 정면도, 도4는 굴착장치의 내부를 보여주는 평단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치(1)는 크게 소정의 크기를 갖는 본체(10)와, 이 본체(10)의 선단에 회전가능하게 설치된 굴착헤드(30)와, 상기 본체(10)의 하측부에 설치된 바퀴(50) 그리고 상기 본체(10)의 상면에 설치된 지지부재(70)로 구성된다.

상기 본체(10)는 사각 형태의 통체로서, 그 내부에는 상기 굴착헤드(30)를 회전시키기 위한 에어터빈(80)이 설치되고, 양 측면에는 바퀴(50)를 상하방향으로 승강시키기 위한 공압실린더(40)가 설치되어 있다. 그리고 후방 양측에는 소정의 개방부(11)가 형성되어 뒷쪽 공압실린더(40)의 하단부에 설치되어 있는 에어모터(90)가 출입할 수 있도록 되어 있다. 또한 본체(10)의 후면에는 도시되지 않은 외부장치와 연결된 공압호스(17), 고압수 라인(18), 전선(19) 등이 내설된 플렉시블관(12)이 열결되어 있다.

상기 굴착헤드(30)는 소정 두께를 갖는 원판이거나 이 원판의 전면에 원뿔체나 원통체가 일체로 형성된 것으로서, 고강도 금속이나 다이아몬드로 이루어진 다수의 비트(bit;35)가 나선 형태 또는 와류 형태로 부착되어 있다. 그리고 상기 굴착헤드(30)의 회전축(36)은 유니버셜 조인트(38)을 통해 에어터빈(80)의 구동축(87)과 착탈가능하게 연결된다.

상기 바퀴(50)는 접지력이 우수한 광폭 타이어로서, 본체(10)의 양측면에 설치된 공압실린더(40))의 단부에 설치되어 상하로 승강가능하게 설치된다. 또한 도5의 부분 확대도에서 보는 바와 같이, 뒷바퀴(50)의 회전축(52)에는 에어모터(90)의 구동축(97)이 일체로 연결되어 외부에서 공급되는 고압공기에 의해 회전하는 에어모터(90)의 회전력을 뒷바퀴(50)에 전달하도록 되어 있다. 이때 에어모터(90)는 공압실린더(40)의 단부에 설치되어 공압실린더 로드(42)의 승강에 따라 함께 승강된다. 그리고 에어모터(90)의 구동축(97)는 공압실린더의 단부에 설치되어 있는 베어링(94)에 회전가능하게 축설되어 있다.

이어서 도4에서 보는 바와 같이, 굴착헤드(30)를 구동시키는 에어터빈(80)과 바퀴(50)를 구동시키는 에어모터(90)는 소정의 케이스(81)(91)내에 회전가능하게 설치된 로더(83)(93)와 이 로더(83)(93)의 외주면에 고정된 다수의 블레이드(85)(95)로 이루진다. 따라서 외부에서 공급되는 고압공기가 소정의 곡률을 갖는 블레이드(85)(95) 사이로 통과하면, 블레이드(85)(95) 및 로더(83)(93)가 회전되어 구동축(87)(97)을 회전시키게 된다. 그리고 그 회전력은 구동축(87)(97)과 연결되어 있는 굴착헤드(30) 및 바퀴(50)의 회전축(36,52)으로 전달되게 된다. 이때 상기 에어모터(90)는 고압공기의 주입위치와 배출위치를 바꾸면 반대방향으로회전시킬 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치(1)는 외부의 공압호스(17)를 통해 고압의 압축공기가 공급되면 에어모터(90)를 구동시켜 바퀴(50)를 회전시키고 에어터빈(80)를 구동시켜 굴착헤드(30)를 회전시킴으로써 지하매설관 내의 고형물을 분쇄시키면서 전진할 수 있게 된다. 또한 좌우 에어모터(90)로 공급되는 공기압을 제어하여 좌·우 회전을 하거나 또는 고압공기의 주입위치에 따라 전진 또는 후진이 모두 가능하다.

그리고 본체(10)의 상부에 형성된 지지부재(70)는 본체(10)의 상면에 상하로 회동가능하게 설치된 하부 판형붐(boom;72)과, 이 하부 판형붐(72)의 일측에 상하로 회동가능하게 설치된 상부 판형붐(74)과, 이 상부 판형붐(74)의 선단에 회동가능하게 설치되며 서로 이격되고 수직하게 설치된 두 개의 지지로드(75)로 이루어진 고정부(76)와, 상기 지지로드(75)의 상단에 회전가능하게 설치된 지지바퀴(77)와, 상기 하부 판형붐(72)을 작동시키는 하부 공압실린더(71)와, 상기 상부 판형붐(74)을 작동시키는 상부 공압실린더(73)로 이루어진다. 그리고 미설명부호 78 및 79는 회동가능하게 결합시키는 힌지이다.

이때 상기 지지바퀴(77)는 도6의 부분 확대도에서 보는 바와 같이, 지지로드(75) 사이에 형성된 회전축에 일렬 배치된 세 개의 바퀴로 이루어지고 그 중 가운데 쿠션바퀴(77')는 양측 바퀴(77)에 비해 수축력이 우수하고 보다 큰 지름을 갖는다. 따라서 상기 고압실린더(71,73) 로드의 신축길이를 조정하여 지지부재(70)의 높이를 조절하면 가운데 쿠션바퀴(77')가 압착되면서 원호 형상의단면을 이루기 때문에 지하매립관 상면에 대한 접촉력이 좋게 된다.

한편, 도4에서 보는 바와 같이, 상기 본체(10) 내부에는 외부에서 공급되는 고압공기의 경로와 공기압을 제어하기 위한 다수의 공압제어블럭(63)(65)이 설치된다. 즉, 본체(10) 후방에 설치되어 있는 제1공압제어블럭(63)은 에어모터(90)로 공급되는 공압을 제어하고, 본체(10)의 전방에 설치되어 있는 제2공압제어블럭(65)은 에어터빈(80)으로 공급되는 공압을 제어한다. 이들 공압제어블럭(63)(65)에는 도면에 도시되지는 않았으나 하나의 공압유입구와 하나 이상의 공압배출구가 연통되게 형성되어 있으며, 상기 공압유입구와 공압배출구를 연결하는 다수의 공압경로가 형성되어 있다. 그리고 상기 공압경로에는 외부 전원에 의해 원격제어되는 다수의 솔레노이드 밸브 또는 전동밸브가 설치되어 있어 공압경로를 차단하거나 변경시킨다. 따라서 외부에서 상기 솔레노이드 밸브를 원격 제어함으로써 에어모터(90) 또는 에어터빈(80)으로 공급되는 공기압과 공압경로를 제어하여 그 회전력과 회전방향을 변경시킬 수 있다.

또한 상기 공압제어블럭(63)(65)에는 상기 지지부재(70)의 상·하부 공압실린더(71)(73)와, 상기 바퀴(50)의 공압실린더(40) 및 조명과 카메라(25) 그리고 고압수노즐(21)을 승강시킬 수 있도록 본체의 상단에 설치된 공압실린더 등에 고압공기를 공급하는 공압경로와, 이 공압경로를 제어하는 하나 이상의 솔레노이드 밸브가 형성되어 있다. 따라서 지지부재(70)의 높이, 바퀴(50)의 높낮이 및 조명과 카메라 그리고 고압수노즐의 높이를 자유롭게 원격제어할 수 있다.(도8 참조)

한편, 도3 및 도7에서 보는 바와 같이, 상기 본체(10)의 선단에는굴착헤드(30)의 후면과 접촉되는 다수의 롤러부재(45)가 돌출되게 설치되어 있으며, 상기 에어터빈(80)의 구동축(87)과 굴착헤드(30)의 회전축(33) 사이에는 유니버셜 조인트(38)가 설치되어 있다. 따라서 유니버셜 조인트(38)를 통해 굴착헤드(30)를 에어터빈(80)의 구동축(83)에 결합시킨 다음, 에어터빈(80)를 구동시키면 굴착헤드(30)가 회전하게 된다. 그러나 유니버셜 조인트(38)로 연결된 굴착헤드(30)는 지하매설관 내의 고형물을 굴착할 때 그 반발력에 의해 일측으로 쏠려 본체(10)와 부딪히는 문제가 있다. 따라서 다수의 롤러부재(45)를 굴착헤드(30)의 후면을 지지할 수 있도록 설치함으로써 굴착헤드(30)가 본체(10)와 충돌되는 것을 방지한다.

상기 롤러부재(45)는 본체(10)의 선단에 체결되는 결합판(46)과 이 결합판(46)에 일체로 설치된 다수의 롤러지지봉(47)과 이 롤러지지봉(47)의 선단에 360°회전가능하게 설치된 롤러(48)로 구성된다. 이때 상기 롤러지지봉(47)에는 도시되지 않는 탄성스프링이 내설되어 굴착헤드(30)의 충격을 흡수할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 결합판(47)에는 전방으로 돌출된 돌출부를 형성하고 상기 굴착헤드(30)에는 후방으로 돌출된 돌출부를 형성하여 분쇄물이 상기 롤러부재(45)로 유입되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

그리고 도8은 본체(10)의 내부에 설치된 고압수라인(18)과 전선(19)의 배치를 개략적으로 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, 도시되지 않은 외부장치에서 공급되는 고압수는 본체(20)의 선단에 설치된 두 개의 전방 분사노즐(21)(22)을 통해서 굴착헤드(30)의 전방으로 고압수를 분사하고, 본체(20)의 선단에 설치된 다수의 후방노즐(23)을 통해서 후방으로 고압수를 분사한다. 따라서 전방으로 분출된 고압수는 지하매설관을 세정하거나 분쇄물을 제거하는 역할을 하고 후방으로 분사되는 고압수는 분리된 퇴적물과 분쇄물을 후방으로 배출시키는 역할을 한다. 이때 상기 본체(10)의 상부에 탈착가능하게 설치된 지지부재(70)은 분리된 상태이다.

그리고 외부장치에서 공급되는 전원은 전선(19)을 통해 본체(20) 내부에 설치된 각종 공압제어블럭(63)(65)의 솔레노이드 밸브나 전동밸브에 전원을 인가하여 공기압의 세기와 공압경로를 변경시켜 공압실린더의 작동을 제어한다. 또한 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치(1)는 본체(10)의 상면에 조명과 카메라(25)를 승강가능하게 설치하여 굴착상태를 확인할 수 있도록 되어 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치(1)는 외부장치와 연통된 공압호스(17)를 통해 공급되는 압축공기에 의해 에어터빈(80) 및 에어모터(90)를 구동시켜 굴착헤드(30)와 바퀴(50)를 회전시킴으로써 지하매설관 내의 고형물을 굴착하면서 전진할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치(1)는 본체(10) 내에 설치된 하나 이상의 공압제어블럭(63)(65)을 이용하여 본체(10)의 양측에 형성된 공압실린더(40)와 본체(10)의 상면에 설치된 지지부재(70)의 공압실린더(71,73)로 공급되는 공기압과 공압유로를 제어하여 바퀴(50)의 높낮이 즉, 본체(10)와 바닥사이의 간격을 조절하고 지지부재(70)의 높낮이 즉, 본체(10)와 천정사이의 간격을 조절함으로써 본체(10)를 안정적으로 고정시켜 굴착과정에서 발생되는 반발력에 의해 굴착장치가 밀려나거나 지하매설관에 부딪히는 것을 방지한다.

이때 상기 지지부재(70)와 바퀴(50)의 지지력은 굴착장치(1)의 전진이 가능할 정도로 유지되어야 하며, 더욱 바람직하게는 굴착헤드(30)의 회전속도에 대응하여 자동으로 제어되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 단단한 고형물을 분쇄하기 위해서 굴착헤드(30)의 회전속도가 떨어지는 경우에는 상기 지지부재(70)와 바퀴(50)의 지지력을 높혀서 장치가 밀리지 않도록 함과 아울러 바퀴(50)의 회전력을 높히는 것이 바람직하다. 반대로 비교적 무른 고형물을 굴착하기 때문에 굴착헤드(30)의 회전속도가 빨라진 경우에는 보다 빠른 전진을 위해 지지부재(70)와 바퀴(50)의 지지력을 완화시키는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치(1)는 에어모터(90)를 이용하기 때문에 전진 뿐만 아니라 후진도 가능하고, 좌우 에어모터(90)로 공급되는 공기압을 제어하여 좌회전이나 우회전이 가능하며, 이송바퀴(50) 높이를 조절함으로써 다양한 크기의 굴착헤드(30)를 장착하여 다양한 직경의 지하매설관에 작업할 수 있다.

이어서, 도9는 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치(1)의 다른 실시예를 보여주는 것으로서, 특히 본체(10)의 상면에 설치되는 지지부재(70)의 다른 예를 보여주는 것이다. 상기 지지부재(70)는 본체(10)의 중앙에 상하로 승강가능하게 설치된 공압실린더(173)와 이 공압실린더(173)의 로드(174) 선단에 회동가능하게 설치되며 두 개의 지지로드(51)가 서로 이격되게 설치된 고정부(76)와, 상기 지지로드(51)의 선단에 설치된 지지바퀴(77)로 이루어진다. 따라서 상기 공압실린더 로드(174)의 신축길이를 조절함으로써 지지부재(70)의 높이를 용이하게 조정할 수 있다. 이때 상기 지지부재(70)에 가해지는 충격을 완화시키기 위해서 공압실린더(173)의 저면에는 스프링(179)이 설치되어 있고 상부에는 공압실린더(173)의 이탈을 방지하기 위한 고정링(178)이 체결되어 있는 것이 바람직하다.

그리고 도10 및 도11은 본 발명에 다른 지하매설관 굴착장치(1)의 다른 실시예로서, 특히 본체(10)의 하측부에 설치되는 이동수단의 다른 예를 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 이송수단은 무한궤도(caterpillar:150)이다. 상기 무한궤도(150)는 접지면적이 넓고 표면마찰력이 우수하기 때문에 전술한 바퀴보다 큰 구동력을 발휘할 수 있다. 본 발명에 따른 무한궤도(150)는 도12 및 도13에서 보는 바와 같이, 스프로킷(152), 프론트아이들러(154), 스프로킷(152)과 프론트아이들러(154)를 결합시키는 프레임(153) 그리고 스프로킷(152)와 프론트아이들러(154)를 감싸고 돌아가는 트랙(156) 및 다수의 트랙롤러(157)로 구성된다.

그리고 본 발명에 따른 무한궤도(150)를 구동시키는 에어모터(90)는 도12에 도시된 바와 같이, 에어모터(90)의 구동축(97)이 스프로킷(150)의 회전축(170)에 일체로 연결되거나 또는 도13에 도시된 바와 같이, 에어모터(90)가 프레임(153)에 고정되어 그 구동축(97)의 선단에 구동기어(79)을 설치하며, 이 구동기어(79)가 스프로킷(152)의 일측에 일체로 형성된 회동기어(179)에 맞물리도록 한 것이다. 이와 같이, 에어모터(90)를 무한궤도(150)의 프레임(153)에 설치하는 경우 에어모터(90)와 고압실린더(40)가 분리되므로 구조가 단순하게 된다.

이어서 도14는 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치의 또 다른 실시예로서, 특히 하나의 무한궤도(150)를 본체(10)의 중앙 하부에 설치하여 소형 지하매설관에 사용할 수 있도록 한 것이다. 이때 무한궤도(150)는 전술한 무한궤도의 폭보다 넓은 것이 바람직하고, 무한궤도(150)의 양측에는 2개씩의 공압실린더(40)가 각각 수직하게 설치되고 그 로드(42)의 단부에는 무한궤도의 스프로킷(152)과 프론트아이들러(154)의 회전축(170)이 회전가능하게 결합된다. 본 실시예에 따른 지하매설관 굴착장치(1)는 지지부재(70)와 무한궤도(150)의 상호작용으로 본체(10)의 위치가 고정될 뿐만 아니라 고형물 굴착시 발생되는 반발력에 저항하는 지지력이 생긴다.

한편, 도15는 본 발명에 따른 무한궤도(150)를 이용한 지하매설관 굴착장치(1)의 또 다른 실시예를 보여주는 것으로서, 특히 두 개의 무한궤도(150)를 본체(10)의 좌우 양측에 수평되게 설치하고 하나의 무한궤도(150)를 본체의 저면에 설치한 것이다. 그리고 상기 본체(10)의 상면에는 본 발명에 따른 지지부재(70)가 설치되어 있다. 따라서 상하 좌우에서 지지력이 형성되기 때문에 강한 암반을 굴착하는 경우에는 장치가 뒤로 밀리거나 좌우로 흔들리는 것이 방지된다. 이때 본체(10) 하측의 무한궤도(150)는 좌우측에 설치된 공압실린더(40)에 의해 지지되고 본체 양측의 무한궤도(150)는 본체(10)에 수평되게 설치된 수평공압실린더(140)에 의해 지지된다. 그리고 상기 무한궤도(150)의 에어모터(90)는 무한궤도의 프레임(153)에 설치되는 것이 바람직하다.

그리고 도16은 본 발명에 따른 무한궤도(150)의 밑면이 지하매설관의 내측면에 밀접하게 접촉할 수 있도록 구성된 것이다. 본 실시예는 본체(10)의 양측에 수직으로 형성된 두 개의 수직실린더(40)와, 이 수직실린더 로드(42)의 하단부에 외측으로 직각되게 설치된 수평실린더(44)와, 상기 수직실린더(40)와 수평실린더(44) 사이에 설치된 경사실린더(46)로 구성되며, 상기 수평실리더(44)의 단부는 무한궤도의 프레임(153)에 고정되어 있다. 따라서 상기 수직실린더(40)의 신축길이에 따라 무한궤도(150)의 높이를 조절할 수 있고, 수평실린더(44)와 경사실린더(46)의 신축길이를 적절하게 조정하여 무한궤도(150)의 바닥면이 지하매설관의 내측면에 밀착되게 접촉되도록 할 수 있다.

이어 도16은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치(1)의 다른 실시예로서 특히 두 개의 본체(10)에 각각 무한궤도(150,150')와 지지부재(70,70')를 설치함으로써 지하매설관의 굴곡부를 쉽게 통과할 수 있게 할 뿐만 아니라 접지력과 구동력을 높여서 암반과 같이 단단한 고형물을 굴착하거나 천공할 수 있도록 한 것이다. 즉, 본체(10)의 길이에 비해 지하매설관의 직경이 상대적으로 좁을 경우, 하나의 본체(10)는 굴곡부를 통과할 수 없는 문제가 있다. 따라서 하나의 본체(10)를 두 개의 본체(10,10')로 구분하고 전방본체와 후방본체 사이에 회동가능한 연결부재(110)를 설치함으로써 굴곡부를 쉽게 빠져나갈 수 있게 한다.

이어서, 도17은 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치(1)에 장착할 수 있는 굴착헤드(30)의 다양한 실시예를 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, (a)는 소정 두께의 원판체(31)의 전면에 다수의 비트(35)를 나선형 또는 와선형으로 설치하여 비교적 연약한 고형물을 전단면 굴착할 수 있도록 한 것이고 (b)는 원판체(31)의 전면에 원추체(34)를 일체로 형성하고 다수의 비트(35)를 나선형으로 설치하여 비교적 단단한 고형물을 1차 천공한 후에 전단면 굴착할 수 있도록 한 것이며, (c)는 상기 원추체(34)의 전면에 다시 소형 원추체(39)를 설치하여 1차 천공과 2차 천공후에 전단면 굴착이 이루어지도록 하여 매우 단단한 고형물을 제거할 때 사용하도록 한 것이다. 그리고 (d)는 원통체(37)의 전면에 다수의 비트(35)를 설치함으로써 지하매설관 내의 고형물을 원주 형태(코어)로 떼어낼 수 있도록 한 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치(1)는 하나의 본체(10)에 다양한 크기와 형태를 가진 굴착헤드(30)를 자유롭게 교체하여 사용할 수 있으며, 사용되는 굴착헤드의 형태와 크기에 따라 본체(10)의 높이와 이송수단(50)의 종류를 바꿔서 접지력과 구동력을 높힘으로써 다양한 크기의 지하매실관 다앙한 종류의 고형물에 범용적으로 적용할 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치(1)의 작용을 설명한다. 도18에 도시된 바와 같이, 지하매설관에는 본 발명에 따른 굴착장치(1)가 투입되고 지상에는 굴착장치(1)에 고압공기, 고압수, 전원 등을 공급하는 외부장치(300)가 설치된다. 이때 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치(1)는 맨홀(310)을 통해 투입된 후 외부장치(300)와 연통된 공압호스(17)를 통해 고압공기를 공급하여 굴착헤드(30)에 맞도록 무한궤도(150)의 높이를 정한다. 이어 고압공기를 지지부재(70)의 공압실린더(71,73)에 공급하여 지지부재(70)의 지지바퀴(77)가 지하매설관의 상면에 접촉하도록 한다. 이때 상기 지지부재(77)의 지지력은 굴착장치(1)의 전진이 가능한 정도를 유지한다.

이어서 바퀴(50)를 구동시키는 에어모터(90)에 고압의 공기를 공급하여 회전시킴으로써 장치를 전진시킨다. 그리고 본체(10)의 상부로 조명 및 카메라(25)를 올려서 지하매설관의 상태를 확인한다. 그리고 퇴적물의 상태에 따라 고압수를 분사하여 세정하거나 에어터빈(80)으로 고압공기를 공급하여 굴착헤드(30)를 구동시켜 지하매설관내의 고형물을 굴착한다.

이와 같이, 본 발명의 지하매설관 굴착장치(1)는 고형퇴적물를 분쇄시키면서 전진하므로 연속작업이 가능하게 된다. 이때 지지부재(70)는 지하매설관의 상부 내주면과 밀접하게 접촉되고, 바퀴(50)는 지하매설관의 하부 내주면과 밀접하게 접촉되어 있으므로 좌우로 흔들리거나 후방으로 밀리지 않게 된다.

이때 상기 본체(10)의 선단부에 설치된 고압수 전방노즐에서는 고압수를 분사하여 지하매립관의 상부 및 하부에 부착되어 있는 퇴적물을 세정한다. 그리고 상기 본체의 하부에 설치된 후방노즐은 고압수를 후방으로 분사하여 퇴적물과 분쇄물을 후방의 맨홀로 밀어내게 된다. 그리고 고압수에 의해 맨홀로 밀려나온 퇴적물과 분쇄물은 외부장치(300)의 흡입관(320)을 통해 준설된다.

한편, 상기 굴착헤드(30)는 원판체의 전면에 일단 또는 2단으로 원뿔체를 형성하고 그 전면에 다수의 비트를 나선형으로 설치함으로써 1차 또는 2차 천공과 전단면 굴착이 이루어진다. 그리고 도20은 본 발명에 따른 지하매설관 장치(1)의 선단에 원통형 굴착헤드(30)를 장착하여 원주상의 코어를 굴착하는 방법을 보여주는 것이다. 이와 같이 원통형 굴착헤드(30)를 설치하여 회전시킴으로써 퇴적물 자체를 기존관로 내부와 분리시켜 퇴적물을 관외부로 이동하여 부분적으로 준설하는 공법이며 기존 암반층이나 일체화된 콘크리트 구조물등도 원통형 코아로 내부를 천공하여 관통시키며 천공부에 신설관 매설에도 적용할 수 있는 지하매설관 천공 및 지하관로 매설공법이다.

또한 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치(1)는 도21에 도시된 바와 같이,지하에 소정 직경의 굴을 굴착하는 동시에 굴착물을 수중펌프(140)를 이용하여 외부로 배출시키고 그 후방으로부터 소정 지름의 파이프(160)를 도시되지 않은 장치를 통해 압입함으로써 굴착과 동시에 지하매설관을 설치할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지하매설관 굴착장치는 구조적으로 노후화되고 단면축소로 인한 기능적으로 가치가 낮아진 지하매설관을 굴착함이 없이 한쪽 맨홀을 통하여 지하매설관 굴착장치를 진입시켜 1회 주행으로 거의 모든 단면이 한번에 굴착됨으로 시공성과 경제성, 안전성이 대단히 우수한 효과가 있다.

또한 본 발명은 고압수 분사에 의해 의해 굴착된 관로를 세정하여 퇴적물과 분쇄물을 맨홀로 이송시키므로 맨홀 하단부에서 수직으로 준설하는 것이 가능함으로써 준설시간이 단축되고 퇴적물 파쇄에 필요한 최소한의 물사용으로 준설차량의준설 내용물의 수분함량(물20%, 퇴적물80%)이 낮아지는 효과가 있다.

본 발명은 바퀴와 무한궤도의 강한 접지력과 주행력을 이용하여 빠른 속도로 전진하면서 헤드가 굴착하므로 작업효율이 우수하고, 다양한 관로의 직경에 대해서도 공압실린더를 이용하여 본체의 높낮이를 자유롭게 조절하여 다양한 직경의 매설관에 적용할 수 있다.

Claims

소정의 크기를 갖는 본체와 이 본체의 선단에 회전가능하도록 설치된 굴착헤드와 본체의 하측에 설치된 이송수단을 포함하여 이루어진 굴착장치에 있어서,

상기 본체의 내부에 설치되며 외부의 공압호스를 통해 공급되는 압축공기에 의해 굴착헤드를 구동시키는 에어터빈과;

상기 본체의 하측부에 설치되며 외부의 공압호스를 통해 공급되는 압축공기에 의해 이송수단을 구동시키는 다수의 에어모터와;

상기 본체의 상면에 설치되며 외부의 공압호스를 통해 공급되는 압축공기에 의해 작동되는 다수의 공압실린더와 다수의 판형붐에 의해 지지되는 지지부재와;

외부의 고압수라인을 통해 공급되는 고압수를 전방 또는 후방으로 분사시킬 수 있도록 설치된 다수의 고압수 분사노즐과;

외부의 공압호스를 통해 공급되는 압축공기에 의해 이송수단의 높이를 조절하는 다수의 공압실린더 및;

외부의 전선을 통해 공급되는 전원에 의해 상기 에어터빈, 에어모터 및 다수의 공압실린더로 공급되는 공압을 제어하는 하나 이상의 공압제어블럭을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제1항에 있어서,

상기 이송수단은 서로 호환가능한 바퀴와 무한궤도이고 본체의 양측에 수직하게 설치된 공압실린더의 하단부에 상하로 승강가능하게 결합되며 상기 바퀴의 회전축이나 무한궤도 스프로킷의 회전축에 에어모터의 구동축이 일체로 결합되어 구동되는 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제1에 있어서,

상기 이송수단은 본체 하부에 수직하게 설치된 다수의 공압실린더에 의해 상하로 이동가능하게 설치된 하나의 무한궤도인 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제1항에 있어서,

상기 이송수단은 본체 하부의 외측방향으로 수평되게 설치된 수평실린더의 단부에 고정되고 상기 수평실린더는 본체 양측에 수직하게 설치된 수직실린더에 의해 지지되며, 상기 수직실린더와 수평실린더 사이에는 소정 각도록 설치된 경사실린더가 구비되어 상기 수직실린더의 신축길이에 따라 이송수단의 높이를 조절함과 아울러 상기 수평실린더와 경사실린더의 신축길이를 조정하여 이송수단의 바닥면이 지하매설관의 내측면에 밀착되게 접촉되는 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제2항에 있어서,

상기 무한궤도의 프레임에 에어모터를 고정시키고 그 구동축에 구동기어를형성하여 스프로킷에 형성된 회동기어와 맞물리도록 한 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제1항에 있어서,

상기 지지부재는 본체의 상면에 상하로 회동가능하게 설치된 하부 판형붐과, 상기 하부 판형붐의 일측에 상하로 회동가능하게 설치된 상부 판형붐과, 상기 상부 판형붐의 선단에 회동가능하게 설치되며 서로 이격되고 수직하게 설치된 두 개의 지지로드로 이루어진 고정부와, 상기 지지로드의 상단에 회전가능하게 설치된 지지바퀴와, 상기 하부 판형붐을 작동시키는 하부 공압실린더와, 상기 상부 판형붐을 작동시키는 상부 공압실린더로 이루어진 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제6항에 있어서,

상기 지지바퀴는 두 개의 지지로드 사이에 설치된 회전축에 일렬 배치된 세 개의 바퀴로 이루어지고 그 중 가운데 쿠션바퀴는 양측 바퀴에 비해 수축력이 우수하고 보다 큰 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제1항에 있어서,

상기 지지부재는 본체의 중앙에 상하로 승강가능하게 설치된 공압실린더와 이 공압실린더의 로드 선단에 회동가능하게 설치되며 두 개의 지지로드가 서로 이격되게 설치된 고정부와, 상기 지지로드의 선단에 설치된 지지바퀴로 이루어진 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제1항에 있어서,

상기 본체의 선단에는 굴착헤드의 후면에 접촉될 수 있도록 롤러지지봉과 이 롤러지지봉의 선단에 회전가능하게 설치될 롤러로 이루어진 다수의 롤러부재가 돌출되게 설치된 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제1항에 있어서,

상기 에어터빈의 구동축과 굴착헤드의 회전축 사이에는 착탈가능한 유니버셜 조이트가 설치된 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제1항에 있어서,

상기 본체는 두 개의 분체로 분할되고 전방본체와 후방본체 사이에는 회동가능한 연결부재가 설치되고 전방본체와 후방본체에는 각각 이송수단과 지지부재가 설치되어 접지력과 구동력을 크게 향상시킨 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제1항에 있어서,

상기 굴착헤드는 소정 두께를 갖는 원판체나 원뿔체의 전면에 고강도 금속이나 다이아몬드로 이루어진 다수의 비트가 나선 형태 또는 와류 형태로 설치된 것을특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제12항에 있어서,

상기 굴착헤드는 원판체의 전면에 원추체를 일체로 형성하고 다수의 비트를 나선형으로 설치한 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제12항에 있어서,

상기 굴착헤드는 원판체의 전면에 원추체를 일체로 형성하고 그 전면에 다시 소형 원추체를 설치하여 1차 천공 후에 2차 천공과 전단면 굴착작업이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.
제12항에 있어서,

상기 굴착헤드는 원통체의 전면에 다수의 비트를 설치하여 지하매설관 내의 고형물을 원주 형태로 떼어낼 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 지하매설관 굴착장치.