KR20060107247A

KR20060107247A - 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치 및 이를 이용한굴착공법

Info

Publication number: KR20060107247A
Application number: KR1020050029367A
Authority: KR
Inventors: 박선근
Original assignee: (주)코아지질
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2006-10-13
Also published as: KR100683909B1

Abstract

본 발명은 에어해머로 굴착함과 동시에 굴착시 발생하는 굴착토(굴착암편 포함)를 에어해머를 작동하는데 사용된 압축공기를 이용하여 순환수와 함께 굴착공 밖으로 배출시키는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치와 이를 이용하여 단계별로 굴착구경을 증가시키는 공법으로 지반을 굴착하는 굴착공법에 관한 것이다.

본 발명의 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치는 에어해머로 굴착한다는 점에서 통상의 에어해머와 동일하지만, 굴착할 때 굴착토가 순환수과 함께 해머케이스로 유입되도록 하고 이들(굴착토와 순환수)을 에어해머 작동시 사용된 압축공기와 함께 효과적으로 배출처리되도록 하기 위해 해머케이스와 에어해머의 구성을 통상의 에어해머 굴착장치와는 다르게 구성시키고 있다. 나아가, 본 발명은 확공지지구를 추가적으로 포함하도록 구성시켜 기굴착된 굴착공을 확공할 수 있는 확공용 굴착장치로 활용할 수 있도록 제안한다.

암반, 굴착, 역순환, 에어해머, 확공, 대구경

Description

역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치 및 이를 이용한 굴착공법{Reaming device with reverse circulation air-hammer and rock drilling method using the same}

도 1은 본 발명에 따른 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치의 일실시예(일반 굴착용)의 결합사시도이다.

도 2는 도 2의 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치의 분해사시도이다.

도 3는 도 1의 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치의 구조단면도이다.

도 4는 도 1의 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치를 이용한 굴착상태를 도시한 굴착단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치의 다른 실시예(확공용)의 결합사시도이다.

도 6은 도 5의 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치의 다른 실시예(확공용)의 분해사시도이다.

도 7은 도 5의 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치의 구조단면도이다.

도 8은 도 5의 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치를 이용하여 확공 굴착상태를 도시한 굴착단면도이다.

도 9는 본 발명에 따른 굴착공법을 도시한 개념도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 해머케이스 100a: 해머케이스캡

110: 유입구 120: 배출구

130: 배출통로 130a: 제1배출통로

130b: 제2배출통로 130C: 배출공(통로구획벽)

140: 통로구획벽(원형관) 140a: 유입공

150: 통합배출구

200: 에어해머 210: 실린더

220: 피스톤 230: 비트

240: 에어통로 250: 에어배출공(비트)

300: 로드 400: 에어공급관

500: 확공지지구 540: 유입로

H: 굴착공

P-H: 중심굴착공 L-P: 확대굴착공

본 발명은 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치 및 이를 이용한 굴착공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에어해머로 굴착함과 동시에 굴착시 발생하는 굴착토를 에어해머를 작동하는데 사용된 압축공기를 이용하여 순환수와 함께 굴착공 밖으로 배출시키는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치와 이를 이용하여 단계별로 굴착구경을 증가시키는 공법으로 지반을 굴착하는 굴착공법에 관한 것이다.

구조물의 하중을 안전하게 지반에 전달하는 목적으로 지층에 파일을 설치하게 되는데, 파일설치에 앞서 지반굴착이 선행된다. 지반굴착은 굴착장치를 이용하여 이루어지며, 특히 암반과 같이 단단한 지반의 경우에는 굴착이 용이하지 않은 관계로 특수한 굴착장치가 요구된다. 종래의 가장 일반적인 암반굴착공법으로는 역순환 굴착공법(RCD(Reverse Circulation Drill)공법)과 에어해머를 이용한 굴착공법(PRD(Percussion Rotory Drill)공법 및 MACH(Mud and Air Circulating Hammer)공법)이 있다.

RCD공법은 선단의 특수한 비트를 회전시켜 설계심도까지 굴착하는 공법으로 굴착중 발생되는 굴착토(굴착암편을 포함하며, 이하부터는 굴착토로 통칭함)를 압축공기를 이용하여 Reverse Drill Rod를 통해 순환수와 함께 지상으로 배출하는 굴착공법이다. 이러한 RCD 공법은 지름 1000mm에서 3000mm의 대구경의 천공이 가능하여 지상 구조물을 지지하는 기초 Pile로 건축물의 기초나 교량 교각의 기초 등에 적용된다.

그러나, RCD 공법은 비트의 회전에만 의존하여 굴착이 진행되므로 에어해머 를 이용한 굴착공법에 비하여 굴착속도가 매우 느리고, 특수비트 및 대형장비를 사용해야 하며, 굴착토 제거만을 위한 별도의 에어컴프레셔가 요구되며, 느린 순환수의 이동속도로 인하여 굴착토의 제거가 원활하게 이루어지지 않는다는 점이 문제점으로 지적된다. 특히, 대구경으로 효율적인 굴착을 하기 위해서는 굴착구경에 비례하여 충분한 하중을 비트에 공급해야 되는데, 이 경우 충분한 하중을 공급하기 위한 드릴칼라등의 제작에 상당히 비용이 소요될 뿐아니라 대형비트는 큰 회전력을 요구하게 되므로, 대형장비를 사용해야만 하는 문제를 수반한다.

PRD공법은 비교적 소형장비를 이용하여 Pile Driver에 장착된 Hammer Bit를 압축공기에 의하여 타격(Percussion)하면서 회전(Rotary)시키는 방식으로 지반을 굴착하고 압축공기로 굴착토를 배출하는 일종의 에어해머를 이용한 굴착공법이다. 이러한 PRD공법은 싱글비트를 채택하는 싱글에어해머구조를 가지기 때문에 대구경으로 제작하기는 어려운 바, RCD공법에 비하여 소구경인 직경 600mm~1000mm까지의 굴착에 활용된다.

이에, PRD공법은 해머비트를 타격하면서 회전시켜 굴착하는 만큼 굴착속도가 빠르다는 장점을 가지고 있으나, 1000mm 이상의 대구경으로 굴착하는데 적용되지 못한다는 한계를 가지고 있다. 또한, PRD공법은 해머를 구동시키는데 사용된 압축공기에만 의존하여 굴착토를 배출시키므로 굴착토 제거과정에서 분진이 잘 발생하고 굴착토의 제거가 제대로 이루어지 않을 뿐아니라 소음이 많이 발생한다는 문제점을 가지고 있다. 아울러 에어해머와 굴착공 사이의 좁은 틈이 굴착토의 배출경 로를 이루게 되어 굴착토의 배출이 그다지 원활하게 이루어지지 않는다는 문제점도 있다.

MACH공법은 하나의 캐니스터에 에어해머를 복수개 장착하여 제작한 멀티에어해머를 이용한 굴착공법이다. 그러나 이러한 MACH공법은 1500㎜까지 굴착구경을 확대시키기는 하였으나 에어해머 비트의 크기의 제한으로 1500㎜이상의 대구경 굴착에는 적용하기 어렵다는 한계를 가지고 있다. 또한, MACH공법에 사용되는 에어해머는 통상의 에어해머와는 완전히 다른 구조로 되어 있어 제작 비용이 상당히 고가이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제를 개선하고자 안출된 것으로서, 에어해머로 굴착함과 동시에 굴착시 발생하는 굴착토를 에어해머를 작동하는데 사용된 압축공기를 이용하여 순환수와 함께 굴착공 밖으로 배출시키도록 한 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 다른 목적은 굴착장치를 이용하여 굴착한 이후 굴착공 주위를 확대하여 굴착할 수 있는 확공용 굴착장비로 활용할 수 있도록 한 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 소구경 굴착시 사용되는 에어해머 비트를 그대로 활용하므로 소형장비를 이용할 수 있게 되는 바, 단계적으로 확대 굴착함으로써 소 요의 대구경으로 굴착가능하게 되어 경제적이면서 간편하게 굴착공사를 수행할 수 있게 한 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치와 이를 이용한 굴착공법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하고자 본 발명은 에어해머로 굴착함과 동시에 에어해머 작동시 사용된 압축공기를 이용하여 굴착공 내에 있는 순환수와 함께 굴착토를 굴착공 밖으로 배출시키는 굴착장치로서,

해머케이스; 상기 해머케이스 내부에 수용되며, 압축공기의 공급으로 구동하여 선단에 장착된 비트를 타격하는 에어해머; 상기 해머케이스 후단에 연결되며, 회전하면서 굴착공 내로 추진되는 로드; 상기 에어해머 후단에 연결되며 상기 에어해머에 압축공기를 공급하는 에어공급관; 상기 로드에 회전력과 추진력을 인가하는 추진장치; 및, 에어공급관에 압축공기를 제공하는 에어콤프레셔;를 포함하여 구성되되,

상기 해머케이스의 선단에는 해머케이스 내부로 순환수와 함께 굴착토를 유입하는 유입구가 형성되고 후단에는 해머케이스 내부에 유입된 유입물을 배출하는 배출구가 형성되어 상기 로드로 이어지고 해머케이스의 내부에는 상기 유입구와 배출구를 잇는 배출통로가 형성되며, 상기 에어해머는, 실린더; 상기 실린더 내를 슬라이딩하는 피스톤; 상기 피스톤 선단에 위치하여 피스톤의 슬라이딩운동에 의해 타격되는 것으로, 머리부는 해머케이스 외부로 돌출하여 위치하고 몸체부는 해머케 이스 내부에 위치하는 비트;를 포함하여 구성되며, 상기 에어공급관에서부터 에어해머의 피스톤 내부를 관통하여 비트까지 이어지도록 에어통로가 형성되며, 상기 비트에 형성된 에어통로의 끝단에서부터 이어져 비트 몸체에서 해머케이스 내부에 형성된 배출통로까지 이어지도록 에어배출공이 형성되는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치를 제공한다.

이때, 상기 에어해머 및 에어공급관이 복수개 구비되어 멀티에어해머를 구성할 수 있으며, 이미 굴착되어 형성된 굴착공 주변을 확대 굴착할 수 있도록 상기 해머케이스 선단에 이미 굴착되어 형성된 굴착공에 삽입되어 굴착공을 폐쇄하는 크기를 가지는 확공지지구를 더 장착하면 확공용 굴착장치로 완성할 수 있다.

또한, 본 발명은 굴착부위 지반에 물을 공급하면서 상기 굴착장치를 이용하여 굴착하는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치를 이용한 굴착공법을 제공한다. 나아가, 본 발명은 지반을 굴착하여 굴착공을 형성시키는 제1굴착단계; 및, 상기 굴착공 주변 암반에 물을 공급하면서 상기 확공용 굴착장치를 이용하여 확대 굴착하는 확공단계;를 포함하여 이루어지는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치를 이용한 굴착공법을 제공한다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치는 에어해머로 굴착한다는 점에서 통상의 에어해머와 동일하지만, 굴착토를 에어해머 작동시 사용된 압축공기 를 이용하여 굴착공 내에 있는 순환수와 함께 굴착공 밖으로 배출시키는 방법으로 제거한다는 점에서 차이를 갖는다. 이를 위해 본 발명은 해머케이스(100); 에어해머(200); 로드(300); 에어공급관(400); 추진장치; 및, 에어콤프레셔;를 포함하도록 구성하여 완성하고 있다. 이러한 구성 중 로드(300), 에어공급관(400), 추진장치 및 에어콤프레셔는 통상의 에어해머 굴착장치와 동일한 구성이며, 그 작동원리 또한 통상의 에어해머 굴착장치와 동일하다고 할 수 있다.

다만, 굴착할 때 굴착토가 순환수와 함께 해머케이스(100)로 유입되도록 하고 이들(굴착토와 순환수)을 에어해머(200) 작동시 사용된 압축공기와 함께 효과적으로 배출처리되도록 하기 위해 해머케이스(100)와 에어해머(200)의 구성을 통상의 에어해머 굴착장치와는 다르게 구성시키고 있으며, 이것이 본 발명의 기술적 특징이라고 할 수 있다.

해머케이스(100)는 후술하는 에어해머(200)가 수용되는 것으로, 그 선단에는 해머케이스(100) 내부로 순환수와 함께 굴착토를 유입하는 유입구(110)가 형성되고, 후단에는 해머케이스(100) 내부에 유입된 유입물(굴착토, 순환수, 압축공기)을 배출하는 배출구(120)가 형성되어 로드(300)로 이어지며, 내부에는 상기 유입구(110)와 배출구(120)를 잇는 배출통로(130)가 형성된다. 상기 유입구(110)가 너무 크게 형성되면 유입구(110)를 통해 유입되는 굴착토와 순환수의 배출흐름을 방해하여 역순환되지 못하고 유입구(110) 주변에서 정체될 우려가 있으므로 유입구(110)는 너무 크게 형성시키지 않는 것이 바람직하다. 굴착토와 순환수의 유입을 원활 하기 유도하기 위해 본 발명의 실시예에서는 해머케이스 선단에 해머케이스캡(100a)을 더 장착하고 있다. 상기 해머케이스캡(100a)은 해머케이스(100) 선단에 형성된 유입구(110)가 개방되도록 하면서 해머케이스(100) 외부로 돌출하여 위치하는 비트(230) 머리부 둘레를 둘러싸도록 장착되는데, 이는 비트(230)의 회전에 유발되는 순환수가 굴착토와 함께 유입구(110)로의 유입을 유도하는 가이드역할을 하게 된다.

상기 해머케이스(100) 내부에 형성된 배출통로(130)는 선단에서부터 후단까지 유입구(110)와 에어해머(200) 사이에 통로구획벽(140)을 더 배치하여 압축공기를 배출하는 제1배출통로(130a)와 순환수와 굴착토를 배출하는 제2배출통로(130b)로 분리 구획되도록 할 수 있다. 이때, 상기 해머케이스의 배출구(120)는 상기 제2배출통로(130b)에 위치하도록 형성시키고 상기 통로구획벽에 배출공(130c)을 형성시키면, 압축공기가 제1배출통로(130a)를 지나 제2배출통로(130b)에 진입하여 굴착토와 순환수와 섞이면서 작용하게 되는 바, 그 결과 역순환 배출이 일어나게 된다. 다만, 배출공(130c)은 제1배출통로(130a) 후단에 위치하는 통로구획벽(140)에 형성시키는 것이 바람직하며, 이는 배출구(120)에 근접한 위치에서 압축공기를 작용시켜 굴착토 등의 배출속도를 가속화함으로써 굴착토의 효과적인 제거를 유도하기 위함이다. 상기 통로구획벽(140)은 본 발명의 실시예와 같이 원형관과 같은 관형상의 부재를 설치하여 형성시킬 수 있다.

본 발명의 굴착장치를 이미 굴착되어 형성된 굴착공 주변을 확대 굴착하기 위한 확공용 굴착장치로 활용하는 경우에는 상기 해머케이스(100) 선단에 이미 굴 착되어 형성된 굴착공(H)에 삽입되어 굴착공(H)을 폐쇄하는 크기를 가지는 확공지지구(500)를 더 장착한다. 상기 확공지지구(500)는 확공(L-P)작업시 이미 굴착된 굴착공(P-H)으로 순환수와 굴착토가 빠지지 않도록 하는 역할도 수행한다. 상기 확공지지구(500)는 에어해머의 비트(230)보다 해머케이스(100) 선단을 돌출하여 설치되는 구조로서 소정의 두께를 가지도록 형성되는 것이 바람직하며, 이는 돌출구조의 확공지지구(500)를 이미 굴착된 굴착공(H)에 끼울 수 있게 하여 굴착공(H)의 굴착면을 지지하면서 굴착공 주위를 확공할 수 있도록 하기 위함이다.

에어해머(200)는 상기 해머케이스(100) 내부에 수용되며, 실린더(210); 상기 실린더(210) 내를 슬라이딩하는 피스톤(220); 상기 피스톤(220) 선단에 위치하여 피스톤(220)의 슬라이딩운동에 의해 타격되는 것으로, 머리부는 해머케이스(100) 외부로 돌출하여 위치하고 몸체부는 해머케이스(100) 내부에 위치하는 비트(230);를 포함하여 구성된다. 이러한 에어해머(200) 후단에는 에어해머에 압축공기를 공급하는 에어공급관(400)이 연결되며, 에어해머(400) 내부에는 상기 에어공급관(400)에서부터 에어해머의 피스톤(220) 내부를 관통하여 비트(230)까지 이어지도록 에어통로(240)가 형성된다는 점에서 통상적으로 사용되는 에어해머와 동일하다고 할 수 있다.

다만, 본 발명에서 에어해머(200)는 비트(230)의 상세한 구성이 통상의 에어해머에 채택되는 비트와 차이를 가지는데, 비트(230)에 형성된 에어통로(240)의 끝단에서부터 이어지는 에어배출공(250)의 형성위치 차이가 그것이다. 즉, 통상의 에어해머 비트는 굴착공(H)을 향해 밖으로 에어배출공이 형성되는데 비하여, 본 발명에서 에어해머 비트(230)는 해머케이스(100) 내부에 형성된 배출통로(130)를 향해 형성되는 것이다. 이는 본 발명이 에어해머(200) 구동시 사용된 압축공기를 해머케이스의 배출통로(130)로 유입된 굴착토와 순환수의 역순환을 유도하여 밖으로 배출시키는데 이용하도록 하기 위함이다. 이때, 에어해머 구동시 사용된 압축공기는 종래의 에어해머와는 달리 해머케이스(100) 내부로 배출되므로 손실되지 않고 전량 굴착토를 배출시키는데 활용할 수 있게 되어 효과적인 굴착토의 제거가 이루어지게 된다. 즉, 종래의 에어해머는 압축공기가 굴착공을 향해 배출되므로 굴착토의 배출에 이용되는 압축공기는 굴착공 내에서 쉽게 분산되어 그 활용도가 떨어졌었다.

본 발명은 상기 에어해머(200) 및 에어공급관(400)이 복수개 구비되어 멀티에어해머로 구성될 수 있으며, 이때 상기 복수개의 에어해머는 해머케이스(100) 내부에 대칭구조로 배치되도록 하는 것이 복수개의 에어해머를 균일하게 작동시켜 굴착시 굴착공(H)의 수직도 확보에 유리하게 될 것이다.

멀티에어해머를 구성하는 경우에는 각각의 에어해머(200)를 단독으로 작동시킬 수 있도록 개별적으로 에어콤프레셔를 구비하도록 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 하나의 에어공급관에서 분기하여 복수개의 에어해머에 압축공기가 공급되는 구조로 이루어지는 경우에는 에어해머의 상태에 따라 각각의 에어해머에 전달되는 공기압력이 일정하게 유지되지 못하여 각각의 비트타격력이 일정치 못하게 되고, 그 결과 굴착이 원활하게 진행되지 못하기 때문이다. 특히 대구경 굴착을 위한 확공용 굴착장치는 복수개의 에어해머가 서로 이격하여 배치되므로 비트타격력이 일정치 않으면 굴착이 불가능해질 수 있는 바, 각각의 에어해머가 단독으로 작동할 수 있는 복수개의 에어콤프레셔를 구비하도록 한다.

첨부한 도면은 멀티에어해머로 구성되는 역순환 에어구조를 갖는 굴착장치의 실시예를 도시하고 있으며, 실시예는 멀티에어해머와 해머케이스의 결합방법을 구별하여 다시 일반 굴착용 굴착장치와 확공용 굴착장치로 구분하고 있다.

1. 일반 굴착용 굴착장치

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치의 일실시예(일반 굴착용)의 결합사시도, 분해사시도, 구조단면도이며, 도 4는 도 1의 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치를 이용한 굴착상태를 도시한 굴착단면도로서, 이를 참고하여 일반 굴착용 굴착장치를 설명한다. 이러한 일반 굴착용 굴착장치는 소구경(900㎜정도) 굴착에 적용함이 적합하며, 후술하는 확공용 굴착장치를 이용하여 대구경 굴착하는 경우에는 중심굴착공(P-H)을 형성시키는데 적용할 수 있음은 당연하다.

본 실시예는 일반 굴착용 굴착장치로서 2개의 에어해머(200)가 나란하게 해머케이스(100) 내부에 수용된 상태로 배치되고 해머케이스 선단에는 해머케이스캡(100a)이 장착되며, 해머케이스(100) 선단에 형성되는 2개의 유입구(110)가 에어해 머(200) 사이에 위치하도록 구성된다.

해머케이스(100) 내부에 형성되는 배출통로(130)는 원형관(140)을 채택, 통로구획벽으로 설치하여 제1배출통로(130a)와 제2배출통로(130b)로 분리 구획되도록 형성된다. 이때, 원형관(140)은 해머케이스의 유입구(110)와 배출구(120)를 잇도록 배치되어 제2배출통로(130b)를 이루며, 이러한 제2배출통로(130b)는 순환수와 굴착토의 배출통로로 역할한다. 제1배출통로 후단에 위치하는 원형관(140)에는 배출공(130c)을 형성시켜 제1배출통로(130a)를 통해 배출되는 압축공기가 상기 배출공(130c)을 통과하여 제2배출통로(130b)로 진입하도록 유도한다. 압축공기가 제2배출통로(130b)로 진입하면 제2배출통로(130b)로 유입된 순환수와 굴착토를 굴착진행방향과 반대방향으로 운반시키는 바, 그 결과 역순환 배출이 이루어지게 되는 것이다. 도시하고 있는 바와 같이 본 실시예에서 원형관(140)의 통로구획벽은 2개의 유입구(110) 형성시켜 2개의 제2배출통로(130b)를 이루며, 2개의 원형관(140)이 해머케이스 배출구(120)를 통과하여 연장되되 후단에서 하나로 통합되어 통합배출구(150)로 형성되도록 이루어진다. 통합배출구(150)는 로드(300)로 연결되며, 통합배출구(150)를 통해 배출되는 굴착토 등은 상기 로드(300)를 통과하여 배출된다.

2. 확공용 굴착장치

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치의 일실시예(일반 굴착용)의 결합사시도, 분해사시도, 구조단면도이며, 도 8은 도 5의 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치를 이용하여 확공 굴착한 상태를 도시한 굴착 단면도로서, 이를 참고하여 본 실시예의 확공용 굴착장치를 설명한다. 이와 같은 확공용 굴착장치는 소구경(900㎜ 정도)으로 굴착한 후 확대 굴착하는 장치이므로 대구경(1000㎜이상) 굴착용으로 유용하게 적용할 수 있으며, 나아가 굴착구경(3000㎜ 이상) 제한없이 적용할 수 있다.

본 실시예는 4개의 에어해머(200)가 해머케이스(100) 내부에 수용되되, 해머케이스(100) 선단에 형성되는 유입구(110)를 중심으로 유입구(110) 외둘레에 십자형상으로 마주보는 위치에서 소정거리 이격하여 배치되도록 구성되며, 해머케이스(100) 선단에는 해머케이스캡(100a)과 확공지지구(500)가 장착된다. 복수개의 에어해머(200)가 확공지지구(500)를 중심으로 소정거리 이격하여 배치되므로 이러한 구성의 굴착장치로는 원형띠의 굴착공을 형성시키면서 굴착하게 되는 바, 이미 굴착되어 형성된 굴착공 주변을 확공시키는 용도로 적용할 수 있게 된다.

본 실시예에서도 원형관(140)을 채택하여 해머케이스 내부에 통로구획벽을 형성시키고 있는데, 일반 굴착용 굴착장치의 실시예에서와는 달리 하나의 원형관(140)을 해머케이스(100) 내부 중앙에 위치시키고 있다. 본 실시예에서의 원형관(140)은 선단 전면이 폐쇄되는 구조로서 그 선단이 해머케이스 유입구(110)를 돌출하여 비트 머리부에 근접하도록 배치되고, 돌출된 원형관(140)의 측면에는 에어해머의 비트와 대응하는 위치에 유입공(140a)을 형성시키고 있으며, 이러한 원형관(140) 전면에 확공지지구(500)를 장착하고 있다.

본 실시예에서의 확공지지구(500)는 도 6 및 도 7에서 도시하고 있는 바와 같이 에어해머의 비트(230)보다 돌출하여 설치되도록 소정의 두께를 가지면서 중앙 으로 갈수록 오목하게 들어가는 나팔모양으로 형성되며, 에어해머의 비트와 대응하는 위치의 측면에는 관형상의 통로구획벽(140) 측면에 형성된 유입공(140a)까지 이어지는 유입로(540)가 형성되도록 구성된다. 이와 같은 돌출구조의 확공지지구(500)는 이미 굴착된 굴착공에 끼울수 있게 하여 굴착공(P-H)의 굴착면을 지지하면서 굴착공 주위를 확공할 수 있게 하고, 나팔모양의 확공지지구(500)는 유입로에서 유입공까지 경사로 이어지게 하여 유입물의 유입을 원활히 이루어지게 한다.

다만, 돌출구조의 확공지지구(500)는 돌출길이만큼 확공하지 못하게 하여 굴착마감면을 계단형으로 완성시키는 바, 상기 확공지지구(500)는 굴착마무리단계에서 에어해머의 비트(230)보다 내들어가도록 위치시키는 것이 바람직하겠다. 이를 위해 본 실시예에서는 도 7에서와 같은 해머케이스(100)와 확공지지구(500)를 제안하고 있다. 즉, 해머케이스(100)는 그 선단 중앙에 상기 확공지지구(500)가 수용될 수 있는 오목부(100b)를 형성시키고, 상기 확공지지구(500)는 그 중앙에 결합공(510)이 형성되어 관형상의 통로구획벽 선단이 상기 결합공(510)을 관통하여 설치 결합되도록 하며, 상기 확공지지구(500)가 상기 통로구획벽(140) 선단을 슬라이딩하도록 구성시키는 것이다. 확공진행시에는 확공지지구(500)를 돌출시키면 확공지지구의 유입로(540)가 노출되며 그 결과 순환수 및 굴착토는 상기 유입로(540)를 통해 유입된다. 그리고, 확공마무리단계시에는 확공지지구(500)를 해머케이스의 오목부(100a)에 수용되도록 이동시키면 통로구획벽의 유입공(140a)이 노출되며 그 결과 순환수 및 굴착토는 직접 상기 유입공(140a)을 통해 유입된다.

이하부터는 본 발명에 따른 굴착공법을 설명한다. 본 발명에 따른 굴착공법은 소구경 굴착공법과 대구경 굴착공법으로 구분할 수 있다.

3. 소구경 굴착공법

소구경 굴착작업은 상기 일반 굴착용 굴착장치를 이용하여 수행하게 되는데, 굴착부위 지반에 물을 공급하면서 굴착한다. 이때, 물은 에어해머 작동시 사용된 압축공기가 작용하면 순환수가 되어 굴착토와 함께 역순환 배출된다. 굴착토를 순환수와 함께 배출시키므로 분진발생 문제를 해결할 수 있게 된다.

4. 대구경 굴착공법

도 9는 본 발명에 따른 굴착공법을 도시한 개념도로, 도 9에서와 같이 대구경 굴착작업은 전술한 확공용 굴착장치를 이용하여 단계적으로 확대 굴착하는 방법으로 진행된다. 즉, 먼저 지반을 굴착하여 중심굴착공(P-H)을 형성시키고(S1), 상기 이미 굴착되어 형성된 굴착공 주변 지반에 물을 공급하면서 전술한 확공용 굴착장치를 이용하여 확대 굴착(S2~S5)하는 확공(L-P)한다. 이때. 1차적으로 형성시키는 중심굴착공(P-H)은 통상의 굴착장치를 이용하여 수행할 수 있다. 도 9에서와 같이 굴착구경을 증가시키면서 반복적으로 확공작업을 수행하면 소요의 대구경으로 굴착이 가능하게 된다.

이상과 같은 본 발명에 따르면 에어해머로 굴착함과 동시에 굴착시 발생하는 굴착토를 에어해머를 작동하는데 사용된 압축공기를 이용하여 순환수와 함께 굴착공 밖으로 배출시키게 되므로 배출과정에서 분진이 발생하지 않게 되는 바, 굴착토의 제거 및 작업환경이 개선되는 효과를 기대할 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 에어해머를 작동하는데 사용된 압축공기를 해머케이스 내부로 분출시키면서 굴착토 등을 배출하는데 활용하므로 굴착토의 제거효과를 향상시킬 수 있게 된다.

아울러, 본 발명은 대구경으로 굴착함에 한꺼번에 대형비트로 굴착구경을 확보한 상태에서 굴착을 진행하는 것이 아니라 소형비트를 갖는 소구경 굴착장치로 먼저 굴착한 후 소형비트를 적용한 상태에서 소요 구경으로 점점 확공시키는 방법으로 굴착하는 바, 소구경 굴착장치에 이용되는 소형장비를 그대로 활용할 수 있게 되어 경제적으로 굴착공정을 진행할 수 있게 된다.

Claims

에어해머로 굴착함과 동시에 에어해머 작동시 사용된 압축공기를 이용하여 굴착공 내에 있는 순환수과 함께 굴착토를 굴착공 밖으로 배출시키는 굴착장치로서,

해머케이스; 상기 해머케이스 내부에 수용되며, 압축공기의 공급으로 구동하여 선단에 장착된 비트를 타격하는 에어해머; 상기 해머케이스 후단에 연결되며, 회전하면서 굴착공 내로 추진되는 로드; 상기 에어해머 후단에 연결되며 상기 에어해머에 압축공기를 공급하는 에어공급관; 상기 로드에 회전력과 추진력을 인가하는 추진장치; 및, 에어공급관에 압축공기를 제공하는 에어콤프레셔;를 포함하여 구성되되,

상기 해머케이스의 선단에는 해머케이스 내부로 순환수과 함께 굴착토를 유입하는 유입구가 형성되고 후단에는 해머케이스 내부에 유입된 유입물을 배출하는 배출구가 형성되어 상기 로드로 이어지고 내부에는 상기 유입구와 배출구를 잇는 배출통로가 형성되며,

상기 에어해머는, 실린더; 상기 실린더 내를 슬라이딩하는 피스톤; 상기 피스톤 선단에 위치하여 피스톤의 슬라이딩운동에 의해 타격되는 것으로, 머리부는 해머케이스 외부로 돌출하여 위치하고 몸체부는 해머케이스 내부에 위치하는 비트;를 포함하여 구성되며,

상기 에어공급관에서부터 에어해머의 피스톤 내부를 관통하여 비트까지 이어 지도록 에어통로가 형성되며,

상기 비트에 형성된 에어통로의 끝단에서부터 이어져 비트 몸체에서 해머케이스 내부에 형성된 배출통로까지 이어지도록 에어배출공이 형성되는 것을 특징으로 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치.
제1항에서,

상기 해머케이스 선단에는 해머케이스캡이 더 장착되되, 상기 해머케이스캡은 해머케이스 선단에 형성된 유입구가 개방되도록 하면서 해머케이스 외부로 돌출하여 위치하는 비트 머리부 둘레를 둘러싸면서 장착되는 것을 특징으로 하는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치.
제1항에서,

상기 해머케이스 내부에는 선단에서부터 후단까지 유입구와 에어해머 사이에 통로구획벽이 더 배치되어 해머케이스 내부의 배출통로가 압축공기를 배출하는 제1배출통로와 순환수 및 굴착토를 배출하는 제2배출통로로 분리 구획되며,

상기 해머케이스의 배출구는 상기 제2배출통로에 위치하도록 형성되며,

상기 통로구획벽에는 배출공이 형성되어 제1배출통로를 통과하는 압축공기가 배출공을 지나 제2배출통로로 진입하여 순환수 및 굴착토와 함께 해머케이스의 배출구로 배출되도록 처리되는 것을 특징으로 하는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치.
제2항에서,

상기 통로구획벽은 해머케이스 내부에 관형상의 부재를 설치하여 형성되되, 상기 관형상의 통로구획벽은 해머케이스의 유입구와 배출구를 잇도록 배치되어 제2배출통로를 이루는 것을 특징으로 하는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,

상기 에어해머 및 에어공급관이 복수개 구비되어 멀티에어해머를 구성하며,

상기 에어콤프레셔도 복수개 구비하여 상기 복수개의 에어해머를 각각 단독으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,

이미 굴착되어 형성된 굴착공 주변을 확대 굴착할 수 있도록 상기 해머케이스 선단에는 이미 굴착되어 형성된 굴착공에 삽입되어 굴착공을 폐쇄하는 크기를 가지는 확공지지구가 더 장착되며,

상기 에어해머의 비트 머리부는 상기 확공지지구 외둘레에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치.
제6항에서,

상기 에어해머 및 에어공급관이 복수개 구비되어 멀티에어해머를 구성하며 상기 에어콤프레셔도 복수개 구비하여 상기 복수개의 에어해머를 각각 단독으로 작동시키되,

상기 복수개의 에어해머는 해머케이스의 유입구를 중심으로 유입구 외둘레에 굴착공의 직경만큼 이격하여 배치되고, 상기 확공지지구가 유입구를 노출시키면서 해머케이스 선단 중앙에 장착되는 것을 특징으로 하는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치.
제7항에서,

관형상의 통로구획벽을 설치하여 배출통로를 분리 구획하는 경우에,

상기 관형상의 통로구획벽은 선단 전면이 폐쇄되는 구조로서 그 선단이 해머케이스 유입구를 돌출하여 비트 머리부까지 근접하도록 배치되고, 돌출된 관형상의 통로구획벽 측면에는 에어해머의 비트와 대응하는 위치에 유입공이 형성되며,

상기 확공지지구는 상기 관형상의 통로구획벽 전면에 장착되는 것을 특징으로 하는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치.
제8항에서,

상기 확공지지구는 에어해머의 비트보다 돌출하여 설치되도록 소정의 두께를 가지면서 중앙으로 갈수록 오목하게 들어가는 나팔모양으로 형성되며, 에어해머의 비트와 대응하는 위치의 측면에는 관형상의 통로구획벽 측면에 형성된 유입공까지 이어지는 유입로가 형성되는 것을 특징으로 하는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착 장치.
제9항에서,

상기 해머케이스는 그 선단 중앙에는 상기 확공지지구가 수용될 수 있는 오목부가 형성되며,

상기 확공지지구의 중앙에는 결합공이 형성되어 관형상의 통로구획벽 선단이 상기 결합공을 관통하여 설치 결합되며,

상기 확공지지구는 상기 관형상의 통로구획벽 선단을 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치.
굴착부위 지반에 물을 공급하면서 상기 제1항의 굴착장치를 이용하여 굴착하는 것을 특징으로 하는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치를 이용한 굴착공법.
지반을 굴착하여 굴착공을 형성시키는 제1굴착단계; 및,

상기 굴착공 주변 암반에 물을 공급하면서 상기 제3항의 지반굴착장치를 이용하여 확대 굴착하는 확공단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 역순환 에어해머구조를 갖는 지반굴착장치를 이용한 굴착공법.
제12항에서,

상기 확공단계를 반복적으로 수행하여 굴착구경을 증가시키면서 지반을 대구경으로 굴착하는 것을 특징으로 하는 역순환 에어해머구조를 갖는 굴착장치를 이용한 굴착공법.