KR20050030133A

KR20050030133A - 굴진기

Info

Publication number: KR20050030133A
Application number: KR1020040076113A
Authority: KR
Inventors: 나카쿠로겐이치
Original assignee: 나카쿠로 겐세츠 가부시키가이샤; 도쿄도 게스이도 사비스 가부시키가이샤
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2005-03-29
Also published as: EP1517002A1; TWI340789B; US20050077775A1; US7073869B2; EP1517002B1; TW200517574A; JP2005097830A; CN1619101A; CN100543268C; HK1073348A1; SG110149A1

Abstract

(과제) 굴착 장애물의 크기 및 형상에 따라서 그때그때 상황에 맞게 또한 높은 파쇄 성능으로 굴착 장애물을 파쇄 및 절단할 수 있는 굴진기를 제공한다.

(해결수단) 본 발명의 굴진기는, 시일드 본체부 (1) 의 굴진 방향 선단부에 설치되고 또한 시일드 본체부 (1) 에 대하여 회전 가능한 커터 헤드부 (2) 에 어브레이시브 젯 워터를 분사하는 어브레이시브 젯(abrasive jet)분사 노즐 (10a) 이 가동될 수 있게 설치되어 있다.

Description

굴진기{SHIELD TUNNELING MACHINE}

본 발명은 굴착 장애물을 분쇄하면서 굴진하는 굴진기에 관한 것이다.

종래부터 굴진기에는 굴착 장애물을 분쇄하면서 굴진하기 위해, 시일드 본체부의 굴진 방향 선단부에 설치되고, 시일드 본체부에 대하여 회전 가능한 커터 헤드부에 워터 젯 분사 노즐을 구비한 것이 알려져 있다.

(특허 문헌 1) 일본 공개특허공보 평10-280880호

그런데 종래의 굴진기는 분사 노즐이 고정되어 있기 때문에, 굴진 중에 부딪힌 굴착 장애물의 크기 및 형상에 따라 그때그때 상황에 맞게 또한 높은 파쇄 성능으로 세분화하여 배제시키기 쉽도록 굴착 장애물을 파쇄 및 절단하기 어렵다는 문제가 남는다.

제 1 항에 기재된 굴진기는, 시일드 본체부의 굴진 방향 선단부에 설치되고 또한 그 시일드 본체부에 대하여 회전 가능한 커터 헤드부에 어브레이시브 젯 워터를 분사하는 어브레이시브 젯 분사 노즐이 가동될 수 있게 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

제 2 항에 기재된 굴진기는, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐이 반경 방향으로 가동되어, 굴착 장애물을 링모양으로 또한 반경 방향으로 절단 가능하게 한 것을 특징으로 한다.

제 3 항에 기재된 굴진기는, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐이 요동되어 분사 방향을 변경 가능하게 한 것을 특징으로 한다.

제 4 항에 기재된 굴진기는, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐로부터 분사되는 어브레이시브 젯 워터에 슬러리가 혼입되어 있는 것을 특징으로 한다.

제 5 항에 기재된 굴진기는, 상기 커터 헤드부에 고압 젯 워터를 분사하는 고정 분사 노즐이 설치되고, 그 고정 분사 노즐에 의해 분사된 고압 젯 워터의 반사음에 근거하여 상기 굴착 장애물을 탐색하는 것을 특징으로 한다.

제 6 항에 기재된 굴진기는, 상기 커터 헤드부에 고압 젯 워터를 분사하는 고정 분사 노즐이 설치되고, 그 고정 분사 노즐은 상기 커터 헤드부의 커터 비트를 청정시키는 데에 사용되는 것을 특징으로 한다.

제 7 항에 기재된 굴진기는, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐의 근방에 그 어브레이시브 젯 분사 노즐을 보호하기 위한 커터 비트가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

제 8 항에 기재된 굴진기는, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐의 구동 기구가 실린더와 피스톤 로드로 이루어지는 유압 실린더 구동 방식인 것을 특징으로 한다.

제 9 항에 기재된 굴진기는, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐의 구동 기구가 구동 모터와 로드 나사로 이루어지는 로드 나사 구동 방식인 것을 특징으로 한다.

제 10 항에 기재된 굴진기는, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐의 구동 기구가 구동 모터와 래크(rack)와 피니언(pinion)으로 이루어지는 래크 피니언 구동 방식인 것을 특징으로 한다.

제 11 항에 기재된 굴진기는, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐이 반경 방향으로 적어도 2 개 이상 설치되고, 각 어브레이시브 젯 분사 노즐은 노즐 헤드에 지지되어, 반경 방향으로 가동되는 것을 특징으로 한다.

제 12 항에 기재된 굴진기는, 상기 노즐 헤드는 반경 방향으로 길게 연장되는 케이스체 내에 설치되고, 그 케이스체 내에 청정수가 상시 공급되며, 상기 노즐 헤드는 청정수에 침지되어 반경 방향으로 가동되는 것을 특징으로 한다.

제 13 항에 기재된 굴진기는, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐이 선회 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

제 14 항에 기재된 굴진기는, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐이 선회축에 대하여 편심되어 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

어브레이시브 젯 분사 노즐을 커터 헤드부에 설치하고, 커터 헤드부를 회전시키면서 어브레이시브 젯 워터를 분사하여 굴착 장애물을 링모양으로 자른 다음, 이어서 어브레이시브 분사 노즐을 반경 방향으로 이동시키면서 어브레이시브 젯 워터를 분사시킴으로써, 커다란 굴착 장애물을 부채모양으로 파쇄 및 절단한다.

실시예

이하, 본 발명에 관한 굴진기의 구체적 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 관한 시일드 본체부의 부분 종단면도이다. 이 도 1 에 있어서, 부호 1 은 시일드 본체부, 부호 2 는 커터 헤드부, 부호 3 은 회전축, 부호 4 는 진흙을 배출하는 관(排泥管)이다. 그 커터 헤드부 (2) 는 굴진 방향 선단부에 설치되고, 도 2 에 나타내는 바와 같이 링판 (3') 을 갖는다. 이 링판 (3') 에는 서로 직교하는 장착판 (4, 5) 이 건너질러 고정되어 있다.

그 장착판 (4, 5) 은 회전축 (3) 에서 서로 교차하고 있다. 그 장착판 (4, 5) 에는 중심 비트 (6), 커터 비트 (7), 선행 비트 (8), 트림 비트 (9) 가 적절히 설치되어 있다.

여기서는, 장착판 (4) 에는 그 폭방향 양측으로 어브레이시브 젯 분사 노즐 (10a) 을 갖는 노즐 헤드 (10) 가 설치되어 있다. 그 노즐 헤드 (10) 의 양측에는 이 어브레이시브 젯 분사 노즐 (10a) 을 보호하기 위한 커터 비트 (11) 가 설치되어 있다.

그 노즐 헤드 (10) 는 도 3(a), (b) 에 나타내는 구동 기구 (구동 방식) (10A) 에 의해 구동되는 것으로서, 여기서는 그 구동 기구 (10A) 가 피스톤 로드 (12) 와 유압 실린더 (13) 로 이루어지는 유압 실린더 구동 방식으로 되어 있다. 노즐 헤드 (10) 는 실린더 (13) 의 일단부에 장착 헤드 (14) 를 통하여 장착되고, 실린더 (13) 는 유압의 인ㆍ아웃 (INㆍOUT) 전환에 의해 피스톤 로드 (12) 를 따라서 왕복방향으로 가동되는 것으로 되어 있다.

그 피스톤 로드 (12) 에는 회전축 (3) 으로부터 초고압수를 공급하는 통로 (12a) 가 형성되고, 그 통로 (12a) 는 공급관 (12b) 을 통하여 어브레이시브 젯 분사 노즐 (10a) 에 연결되어 통해 있다.

피스톤 로드 (12) 에는 그 공급관 (12b) 의 진퇴가 허용되는 허용 공간 (12c) 이 형성되어 있다. 그 노즐 헤드 (10) 에는, 도 4 및 도 5 에 상세한 구성이 도시되고, 이 노즐 헤드 (10) 에 슬러리 (전분계 절삭제) 를 공급하는 공급관 (15) 이 접속되어, 도 5 에 나타내는 바와 같이 에어 (10d) 에 둘러싸여 어브레이시브 젯 워터 (10e) 가 분사된다. 여기서는, 이 어브레이시브 젯 분사 노즐 (10a) 은, 도 6 에 모식적으로 나타내는 바와 같이 장착판 (4) 이 연장되는 반경 방향으로 간격을 두고 3 개가 설치되어 있지만, 1 개 또는 2 개 설치하는 구성일 수도 있다.

그 커터 헤드부 (2) 는 도 1 에 나타내는 바와 같이 회전축 (3) 을 중심으로 하여 구동 모터 (17) 에 의해 회전되고, 그 회전 중에 각 어브레이시브 젯 분사 노즐 (10a) 로부터 어브레이시브 젯 워터 (10e) 를 분사시킴으로써 굴착 장애물 (18) 을 링모양으로 자를 수 있다. 또한, 그 각 어브레이시브 젯 분사 노즐 (10a) 을 반경 방향으로 고속 이동시킴으로써 링모양으로 잘려진 굴착 장애물 (18) 을 반경 방향으로 절단할 수 있다.

이 어브레이시브 젯 분사 노즐 (10a) 에 의하면, 고압 젯 워터에 슬러리를 혼입시키는 구성으로 했기 때문에, 어브레이시브 젯 분사 노즐 (10a) 이 마모되는 것을 저감시키면서 굴착 장애물 (18) 의 절삭ㆍ파쇄 및 절단의 효율화를 꾀할 수 있다.

본 발명에 관한 어브레이시브 젯 분사 노즐 (10a) 의 구동 기구 (10A) 는 도 3 에 나타내는 것에 한정되지 않고, 이하의 변형예에 나타내는 구동 기구 (10A) 에 의해 구성될 수도 있다.

(변형예 1)

예를 들어, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 선단부에 노즐 헤드 (10) 가 장착된 로드 나사 (19) 의 후단부에 기어 (20) 를 설치하고, 구동 모터 (21) 의 출력축 (22) 을 기어 (20) 에 맞물리게 하여, 구동 모터 (21) 의 회전을 로드 나사 (19) 의 전진ㆍ후퇴로 변환시켜 노즐 헤드 (10) 를 반경 방향으로 전후 이동시키는 구성으로 할 수도 있다.

(변형예 2)

또한, 예를 들어, 도 8(a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 노즐 헤드 (10) 에 래크 (23) 를 설치하고, 이 래크 (23) 에 맞물리는 피니언 (24) 을 구동 모터 (25) 의 출력축 (26) 에 장착하여, 구동 모터 (25) 의 회전을 래크 (23) 의 전진ㆍ후퇴로 변환시켜 노즐 헤드 (10) 를 반경 방향으로 전후 이동시키는 구성으로 할 수도 있다.

(변형예 3)

또한, 본 발명에 관한 노즐 헤드 (10) 는 그 구동 기구 (10A) 를 오염된 진흙(汚泥)등의 이물로부터 보호하기 위해, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 장착판 (4) 에 반경 방향으로 길게 연장되는 용기체 (27) 를 설치하고, 그 용기체 (27) 내에는 상시 청정수 (28) 를 공급하여, 용기체 (27) 의 내부를 정압(正壓)으로 유지하면서 노즐 헤드 (10) 를 그 청정수 (28) 에 침지시키는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

이렇게 구성하면, 구동 기구 (10A) 에 이물이 부착되는 것을 방지할 수 있고, 노즐 헤드 (10) 의 왕복 이동의 원활화 및 고장 발생이 줄어드는 것을 꾀할 수 있다. 또, 그 도 9 에 있어서, 부호 29 는 노즐 커버, 부호 30 은 시일링(seal ring)이다.

(변형예 4)

또한, 본 발명에 관한 노즐 헤드는, 도 10(a) 에 모식적으로 나타내는 바와 같이 장착판 (4) 의 폭방향 양측에 설치하는 구성으로 했지만, 도 10(b) 에 모식적으로 나타내는 바와 같이 하나의 노즐 헤드 (10) 를 장착판 (4) 에 설치하고, 다른 하나의 노즐 헤드 (10) 를 장착판 (4) 과 직교하는 방향으로 연장되는 장착판 (5) 에 설치하는 구성으로 할 수도 있다. 또, 도 10(c), 도 10(d) 에 모식적으로 나타내는 바와 같이 회전축 (3) 을 사이에 끼우고 반대측 위치에 각각 노즐 헤드 (10) 를 설치하는 구성으로 할 수도 있다.

그리고, 도 10(a)∼도 10(c) 에 나타내는 바와 같이 장착판 (4) 에 고압 젯 워터를 분사하는 고정 분사 노즐 (31) 을 설치하고, 이 고정 분사 노즐 (31) 의 고압 젯 워터의 분사에 의한 굴착 장애물 (18) 로부터의 반사음을 오실로스코프로 해석함으로써 굴착 장애물 (18) 의 존재를 탐색하여, 노즐 헤드 (10) 를 가동시키는 구성으로 할 수도 있다.

그 고정 분사 노즐 (31) 은 도 10(d) 에 나타내는 바와 같이, 장착판 (4) 과 직교하는 장착판 (5) 에 설치하는 구성으로 할 수도 있다.

또한 여기서는, 그 고정 분사 노즐 (31) 을 굴착 장애물 (18) 의 탐색에 사용하는 것으로 했지만, 커터 비트 (7) 를 청정시키는 데에 사용하는 구성으로 할 수도 있다.

(변형예 5)

이상의 실시예에서는 노즐 헤드 (10) 를 반경 방향으로 가동시키는 구성으로 했지만, 노즐 헤드 (10) 를 도 11 에 나타내는 바와 같이 유압식 회전 액츄에이터 (32) 에 장착하고, 노즐 헤드 (10) 의 선회축 (O1) 에 대하여 어브레이시브 젯 분사 노즐 (10a) 의 분사 방향 (O2) 을 비스듬하게 설정하여, 노즐 헤드 (10) 를 선회시킴으로써 분사 방향 (O2) 을 변경하는 구성으로 할 수도 있다. 또, 도 12 에 나타내는 바와 같이 어브레이시브 젯 분사 노즐 (10a) 을 선회축 (O1) 에 대하여 편심시켜 설치하여, 어브레이시브 젯 워터의 분사 방향 (O2) 의 변경을 확대시키는 구성으로 할 수도 있다.

본 발명에 관한 굴진기는, 어브레이시브 젯 분사 노즐이 커터 헤드부에 대하여 가동이 가능하기 때문에, 굴착 장애물을 그 형상 및 크기에 따라 상황에 맞게 파쇄 및 절단할 수 있다는 효과를 나타낸다.

본 발명에 관한 굴진기는, 터널, 지하 통로, 상하수도 등의 배관, 맨홀 등의 공사 작업시에 사용된다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 관한 굴진기의 커터 헤드부를 포함하는 시일드 본체 부분을 나타내는 부분 종단면도이다.

도 2 는 도 1 에 나타내는 커터 헤드부의 정면도이다.

도 3 은 도 2 에 나타내는 어브레이시브 젯 분사 노즐의 유압 실린더 구동 기구를 나타내는 도면으로서, (a) 는 반경 방향 외측에 노즐 헤드가 위치한 상태를 나타내고, (b) 는 반경 방향 내측에 노즐 헤드가 위치한 상태를 나타낸다.

도 4 는 도 2 에 나타내는 노즐 헤드의 상세 구성을 나타내는 도면이다.

도 5 는 도 4 에 나타내는 어브레이시브 젯 분사 노즐의 상세 구성을 나타내는 도면이다.

도 6 은 도 2 에 나타내는 어브레이시브 젯 분사 노즐의 작용을 설명하기 위한 모식도이다.

도 7 은 도 2 에 나타내는 어브레이시브 젯 분사 노즐 구동 기구의 다른 예를 나타내는 도면으로, 나사 로드 구동 기구를 나타내는 도면이다.

도 8 은 도 2 에 나타내는 어브레이시브 젯 분사 노즐 구동 기구의 다른 예를 나타내는 도면으로, 래크 피니언 구동 기구를 나타내는 도면이다.

도 9 는 도 2 에 나타내는 노즐 헤드를 청정수에 침지시키고 왕복 이동이 가능하게 한 상태를 나타내는 설명도이다.

도 10 은 도 2 에 나타내는 노즐 헤드의 배치 방법의 각종 예를 나타내는 모식도로서, (a) 는 한쪽 장착판의 양측에 노즐 헤드를 배치하고 또한 고정 분사 노즐을 한쪽 장착판에 배치한 상태를 나타내고, (b) 는 한쪽 장착판에 하나의 노즐 헤드를 장착하고 다른쪽 장착판에 다른 하나의 노즐 헤드를 장착하며 또한 고정 분사 노즐을 한쪽 장착판에 장착한 상태를 나타내고, (c) 는 한쪽 장착판에 노즐 헤드를 회전축을 사이에 끼우고 서로 대향시켜 배치한 다음, 그 한쪽 장착판에 고정 분사 노즐을 장착한 상태를 나타내고, (d) 는 한쪽 장착판에 노즐 헤드를 회전축을 사이에 끼우고 서로 대향시켜 배치하고 또한 다른쪽 장착판에 고정 분사 노즐을 장착한 상태를 나타낸다.

도 11 은 어브레이시브 젯 분사 노즐을 선회 가능하게 설치한 예를 나타내는 개념도이다.

도 12 는 어브레이시브 젯 분사 노즐을 선회 가능하고 또한 선회축으로 편심시켜 설치한 개념도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명

1: 시일드 본체부

2: 커터 헤드부

10a: 어브레이시브 젯 분사 노즐

Claims

시일드 본체부의 굴진 방향 선단부에 설치되고 또한 그 시일드 본체부에 대하여 회전 가능한 커터 헤드부에 어브레이시브 젯 워터(abrasive jet water)를 분사하는 어브레이시브 젯 분사 노즐이 가동될 수 있게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 굴진기.
제 1 항에 있어서, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐이 반경 방향으로 가동되어, 굴착 장애물을 절단 가능하게 한 것을 특징으로 하는 굴진기.
제 1 항에 있어서, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐이 요동되어 분사 방향을 변경 가능하게 한 것을 특징으로 하는 굴진기.
제 1 항에 있어서, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐로부터 분사되는 어브레이시브 젯 워터에 슬러리가 혼입되어 있는 것을 특징으로 하는 굴진기.
제 2 항에 있어서, 상기 커터 헤드부에 고압 젯 워터를 분사하는 고정 분사 노즐이 설치되고, 그 고정 분사 노즐에 의해 분사된 고압 젯 워터의 반사음에 근거하여 상기 굴착 장애물을 탐색하는 것을 특징으로 하는 굴진기.
제 2 항에 있어서, 상기 커터 헤드부에 고압 젯 워터를 분사하는 고정 분사 노즐이 설치되고, 그 고정 분사 노즐은 상기 커터 헤드부의 커터 비트를 청정시키는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 굴진기.
제 2 항에 있어서, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐의 근방에 그 어브레이시브 젯 분사 노즐을 보호하기 위한 커터 비트가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 굴진기.
제 2 항에 있어서, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐의 구동 기구가 실린더와 피스톤 로드로 이루어지는 유압 실린더 구동 방식인 것을 특징으로 하는 굴진기.
제 2 항에 있어서, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐의 구동 기구가 구동 모터와 로드 나사로 이루어지는 로드 나사 구동 방식인 것을 특징으로 하는 굴진기.
제 2 항에 있어서, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐의 구동 기구가 구동 모터와 래크와 피니언으로 이루어지는 래크 피니언 구동 방식인 것을 특징으로 하는 굴진기.
제 2 항에 있어서, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐이 반경 방향으로 적어도 2 개 이상 설치되고, 각 어브레이시브 젯 분사 노즐은 노즐 헤드에 지지되어, 반경 방향으로 가동되는 것을 특징으로 하는 굴진기.
제 11 항에 있어서, 상기 노즐 헤드는 반경 방향으로 길게 연장되는 케이스체 내에 설치되고, 그 케이스체 내에 청정수가 상시 공급되며, 상기 노즐 헤드는 청정수에 침지되어 반경 방향으로 가동되는 것을 특징으로 하는 굴진기.
제 3 항에 있어서, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐이 선회 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 굴진기.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 어브레이시브 젯 분사 노즐이 선회축에 대하여 편심되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 굴진기.