KR20060127465A - 다방향 2중 복합 실드형 굴착기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널굴착시 굴착 방향을 상하, 좌우 자유롭게 조절하여 시공할 수 있도록 된 2중 실드형 굴착기에 관 한 것이다. 더욱 상세하게는 외부 로터리 헤드와 내부 로터리 헤드가 겹쳐져 2중으로 이루어진 굴착헤드부와; 굴착헤드부의 외부 로터리 헤드와 내부 로터리 헤드에 각각 연결된 외관실드 및 내관실드와; 외관실드 내부에서 회전될 수 있도록 내관실드 외면에 설치된 구형체와; 구형체 외면 일측에는 구형체를 회전시켜 내관실드의 굴착방향을 변경할 수 있도록 설치된 회전 제어부와; 후방의 세그먼트를 반력벽으로 이용하여 굴착헤드부를 추진시킬 수 있도록 설치된 유압실린더 및 굴착헤드부를 회전시킬 수 있도록 내관실드 내측에 동력발생부가 형성된 구성으로써, 수직갱 또는 수평갱 굴착시 좌우 상하의 절곡 굴착이 자유롭게 이루어져 주변의 지형적인 환경과 도심구간의 환경에 대처하여 굴착장소의 변화를 갖고 굴착함으로써 소음과 민원발생, 교통체증 등을 방지할 수 있으며, 특히 굴착작업의 방향변경이 용이하여 굴착작업시간의 단축과 시공비용을 절감할 수 있는 동시에 새로운 굴착공법을 제공하는 효과를 갖는다.

터널굴착, 2중관실드, 세그먼트, 구형체, 유압실린더, 굴착 헤드부

Description

다방향 2중 복합 실드형 굴착기{Shield type complex exvavator of multi-direction}

도1은 본 발명의 2중 실드형 굴착기의 사용상태를 나타낸 굴착 예시 평면도.

도2는 본 발명의 2중 실드형 굴착기의 측면 구성을 나타낸 예시도.

도3은 본 발명의 2중 실드형 굴착기의 내관실드와 내측 로터리 헤드를 분리하기 위해 당긴 상태의 예시도.

도4a는 본 발명의 2중 실드형 굴착기의 내관실드를 측방향으로 굴착방향을 회전시킨 상태의 예시도.

도4b는 본 발명에 따른 2중 실드형 굴착기의 굴착방향을 절곡하여 굴착하는 상태를 나타낸 예시도.

도5는 본 발명의 다른 실시 예로서, 내관 실드 외부에 설치되는 구형체의 회전제어부를 유압실린더로 구성한 상태의 예시도.

도6은 본 발명의 2중 실드형 굴착기의 굴착공정을 나타낸 예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

1:굴착헤드부 2:외부 로터리 헤드

3:내부 로터리 헤드 4:외관실드

5:내관실드 6:구형체

7:회전제어부 8:유압실린더

9: 실드 잭 10:동력발생부

11:반력벽 12:세그먼트

13:가이드기어 14:구동기어

14':구동부 15:유압실린더

16:보조기어 17:지지대

본 발명은 터널굴착시 굴착 방향을 상하, 좌우 자유롭게 조절하여 시공할 수 있도록 된 2중 실드형 굴착기에 관 한 것이다. 더욱 상세하게는 굴삭 날과 로터리 헤드로 이루어진 굴착 헤드부와 실드를 2중으로 형성하여 내부에 위치하는 내관실드를 외관실드 내에서 다방향으로 조절할 수 있도록 함으로서 터널 굴착시 상하, 좌우로 자유롭게 절곡하여 주변의 작업환경과 시간에 관계없이 굴착작업을 할 수 있도록 하고 굴착작업이 간단 용이하게 이루어지도록 하며 작업의 효율을 높일 수 있도록 한 다방향 2중 복합 실드형 굴착이에 관한 것이다.

종래의 실드형 굴착기는 직진으로만 굴착할 수 있도록 된 구조로 이루어져 수직발진갱이나 수직도달갱의 굴착이 도심에서 이루어질 경우 교통이 복잡한 구간에 설치되므로 교통의 흐름을 방해하여 정체시킬 뿐만 아니라 발파 또는 백호의 브 레카를 사용하여 굴착하게 되므로써, 민원이 발생되고, 작업의 시간적, 경제적으로 불합리한 점이 있었다.

기존에는 수직갱을 굴착하기 위해서는 고려해야 할 부분이 수직갱 내에 장비들의 작업방법, 자재반입, 버력반출 등에 필요한 공간과 영구시설의 설치공간 및 실드장비를 설치할 최소한의 공간을 고려하여 충분한 크기로 확보해야 했다.

이렇게 최소한의 작업공간이 확보되면 최초 차수를 위한 쉬트 파일, 하이파일(SHEET PILE, H-PILE)토류벽공법과 차수공법을 이용하여 물의 유입을 막고, 각암종별로 굴착하여 버력을 처리하게 되는데 버력처리가 된 후 강구구조물을 사용하여 수직구가 유지될 수 있도록 한다.

그 후에는 실드장비를 설치하고 초기굴착과 본 굴착을 하게되는데 실드장비와 반력벽 사이에는 세그먼트를 넣어 반력과 갱도유지를 해가면서 굴착 실드의 로터리헤드가 후방반력설비의 반력으로 전진하면 전진된 만큼 버력은 컨베이어와 광차를 이용하여 수직갱까지운반하고 운반된 버력은 크레인을 이용하여 버켓으로 갱외로 처리하게 된다.

그러나 상기와 같은 공법에서 수직갱을 굴착하기 위해서는 수직갱내에 장비들의 작업방법과 자재반입, 버력반출 등에 필요한 공간과 영구시설의 설치공간 및 실드장비를 설치할 최소한의 공간을 고려하여 이의 공간부를 확보하기 위해 더 크게 설계해야 하기 때문에 시간적 경제적인 손실이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 기존의 실드 굴착기는 수직 및 수평에 대하여 직선방향으로만 전진 굴착하게 됨으로써 좌우로 굴착 방향을 변경하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실드 굴착기의 굴착헤드부와 실드를 2중으로 형성하여 굴착 헤드부의 외부 로터리 헤드와 내부 로터리 헤드를 분리하여 굴착방향을 상하, 좌우 자유롭게 선택 굴착할 수 있도록 함으로서 교통이 복잡한 도심구간에서 수직갱 굴착시 수직 발진갱의 장소를 자유롭게 선택할 수 있도록 하여 민원발생과 교통체증의 발생을 방지할 수 있도록 하는 목적과, 굴착시공시 하나의 굴착기를 이용하여 굴절터널을 지속적으로 작업함으로서 작업시간의 단축과 공사비를 절감할 수 있도록 하는 목적과 더불어 새로운 터널굴착공법을 제공함을 목적으로 한 것이다.

이와 같은 목적을 갖는 본 발명은 굴착 헤드부를 외부 로터리 헤드와 내부 로터리 헤드가 2중으로 이루어져 분리될 수 있도록 하고, 외부 로터리 헤드와 내부 로터리 헤드에 각각 연결된 실드관을 외관실드와 내관실드로 구성하되 내관실드는 외관실드 내부에서 회전될 수 있도록 외면에 구형체를 설치하고 회전 제어부를 이용하여 구형체를 회전시켜 굴착 방향을 자유롭게 변경할 수 있도록 하는 다방향 2중 복합 실드형 굴착기를 제공하여 작업환경과 시간에 관계없이 굴착작업을 할 수 있도록 하고 굴착작업이 간단 용이하게 이루어지도록 하며 작업의 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

이하 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

단일체로된 실드 일측에 구동부에 의해 회전되는 로터리 헤드가 형성되고 실드 타측에는 유압실린더가 구비되어 로터리 헤드와 반력벽을 지지할 수 있도록 된 실드형 굴착기에 있어서,

외부 로터리 헤드(2)와 내부 로터리 헤드(3)가 겹쳐져 2중으로 이루어진 굴착헤드부(1)와;

굴착헤드부(1)의 외부 로터리 헤드(2)와 내부 로터리 헤드(3)에 각각 연결된 외관실드(4) 및 내관실드(5)와;

외관실드(4) 내부에서 회전될 수 있도록 내관실드(5) 외면에 설치된 구형체(6)와;

구형체(6) 외면 일측에는 구형체(6)를 회전시켜 내관실드(5)의 굴착방향을 변경할 수 있도록 설치된 회전 제어부(7)와;

후방의 세그먼트(12)를 반력벽(11)으로 이용하여 굴착헤드부(1)를 추진시킬 수 있도록 설치된 유압실린더(8)및 굴착헤드부(1)를 회전시킬 수 있도록 내관실드(5) 내측에 동력발생부(10)가 형성된 구성이다.

상기 동력발생부(10)는 굴착헤드부(1)를 회전시킬 수 있도록 모터로 구성된다.

상기 회전제어부(7)는 구형체(6) 외면에 설치된 가이드부재(13) )와 이 맞물리도록 설치된 구동부(14)로 형성된다.

상기 회전제어부(7)는 구형체(6) 외면에 별도의 유압실린더(8)를 설치하여 상하, 좌우 회전시킬 수 있도록 구성된다.

미설명 부호 16은 구형체가 회전시 균형을 잡도록 설치된 보조기어이고, 18은 지반이다.

이와 같이 구성된 본 발명을 시공 공법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 굴착하고자 하는 시공현장에 굴착장비를 설치하기 위해 기초공사를 실시한다.

기초공사는 실드형 굴착기가 설치된 수 있도록 수평 또는 수직으로 터파기하여 실드형 굴착기를 설치하고, 실드형 굴착기 후방에는 유압실린더(8)와 반력벽(11)을 설치한다.

본 발명에서 굴착작업을 실시하기 위해 설치되는 부수적인 장비 즉, 굴착시발생되는 토사, 지하수 등의 처리를 위한 장치는 기존의 수평 및 수직으로만 굴착작업이 이루어지는 실드형 굴착기와 동일하므로 별도의 설명을 생략하고 도면에 있어서 이들의 장치에 대한 도시를 생략하기로 한다.

본 발명은 실드형 굴착기에 있어서 수평, 수직 뿐만 아니라 굴착작업 도중에 좌우 상하로 굴착 방향을 변경하기 위한 것으로서 이에 대한 기술적 구성을 설명하기로 한다.

상기와 같이 기초공사에서 터파기를 하여 실드형 굴착기를 설치하고 후방에 유압실린더(8)와 반력벽(11)을 설치한 후에는 유압실린더의 일측 실드 잭(9) 말단에는 세그먼트(12) 형상의 지지대(17)가 설치되어 반력벽(11)과 대응되도록 하고, 다른 일측의 실드 잭(9)은 내관 실드(5)와 연결되어 굴착시 굴착 헤드부(1)를 밀어 굴착에 따라서 전진도록 추진체 역할을 한다.

굴착헤드부(1)는 외부 로터리헤드(2)와 내부 로터리헤드(3)로 이루어져 각각 외관 실드(4)와 내관실드(5)에 연결된다.

굴착헤드부(1)의 외부 로터리헤드(2)와 내부 로터리헤드(3)외면에는 굴삭할 수 있도록 다수의 굴삭날(1')이 각각 형성된 것으로서 굴착의 형태가 수평 또는 수직으로만 굴착시공이 이루어질 경우에는 내부 로터리 헤드(3)의 굴착날(1')은 외부 로터리 헤드(2)의 내면과 결합되어 회전시 외부 로터리헤드(2)와 일체로 회전될 수 있도록 구성된 것이다.

상기 외측 로터리헤드(2)와 내측 로터리헤드(3)로 이루어진 굴착 헤드부(1)는 모터로 이루어진 동력발생부(10)에 의해 회전되어 굴삭할 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 내관실드(5) 외면에는 캡슐형태의 구형체(6)가 설치되어 외관실드(4) 내에서 회전할 수 있도록 구성된다.

따라서 수평 또는 수직으로 굴착시공이 이루어질 경우에는 외관실드(4)와 내관실드(5)가결합된 상태에서 굴착작업이 이루어지고 소정의 깊이로 굴착이 이루어지면 반력벽(11)에 대응된 유압실린더(8)의 실드 잭(9)를 당기면 실드잭(9) 말단의 지지대(17)가 반력벽(11)과 이격되면서 공간부가 생기므로 이에 세그먼트를 설치하여 복공하게 되므로 터널이 무너지는 것을 방지하면서 굴착작업을 병행할 수 있게 된다.

이때 세그먼트(12)는 굴착작업이 이루어져 터널이 형성되면서 점진적으로 설치된다.

본 발명에서 굴착시공에서 실시되는 실드공법이란 실드형 굴착기로 지반의 붕괴를 막으면서 굴진 및 추진을 하고 꼬리 부에서 복공하여 터널을 구축하는 공법을 말하는 것이며,

세그먼트란, 실드 공법에 있어서 터널의 복공재. 일반적으로 재질은 철근 콘크리트 또는 강재이다. 여러 개로 분할한 세그먼트를 원형이나 타원으로 조립해 복공하는 것을 말한다.

또한, 일렉터는 실드 기계에 장착되어 있는 세그먼트 조립 장치이고, 실드 잭은 실드 기계 또는 유압실린더에 장착되어 있는 잭으로, 조립한 세그먼트의 반력에 의해 실드 굴착기가 추진되는 것을 말한다.

복공이란 실드 터널 주변 지반의 토압, 수압을 받고 터널 내 공간을 확보하기 위한 구조체로서, 복공에는 1차 복공과 2차 복공이 있다. 일반적으로 1차 복공은 세그먼트를 링상으로 조립한 구조체이고, 2차 복공은 1차 복공의 내측에 구축된 구조체로 주로 현장 타설 콘크리트가 사용되고 있다．

상기와 같이 터널 굴착작업시 수직갱 또는 수평갱 시공시에는 굴착헤드부(1)의 외부 로터리헤드(2)와 내부 로터리헤드(3)가 결합된 상태로 굴착작업이 이루어지고, 굴착시공시 굴착방향을 변경하고자 할 겅우에는 굴착 헤드부(1)의 외부 로터리헤드(2)와 내부 로터리헤드(3)를 분리한다.

이때 내부 로터리 헤드(3)와 내관실드(5)는 일측에 설치된 별도의 유압실린더를 이용하여 구형체 내부로 인입되도록 한다.

이렇게 내부 로터리 헤드(3)를 구형체(6) 내부에 위치시킨 후에는 구형체(6)의 일측외부에 설치되어 구형체와 연결된 회전제어부(7)를 이용하여 구형 체를 좌측 또는 우측으로 90도 회전시키면 내부에 위치한 내부 로터리헤드와 내관실드(5)가 구형체를 따라서 90도로 회전된다.

이때 도1과 같이 구형체(6) 외면 일측에 형성된 회전제어부(7)가 랙기어와 같이 구형체(6)외면에는 가이드기어(13)가 설치되고 이의 가이드기어(13)에 맞물리도록 구동기어(14)가 설치되며 구동기어는 구동부(14')를 이루는 모터와 연결되어 구형체(6)를 회전시킬 수 있게 된다.

구형체(6)가 회전되는 원리를 상세하게 설명하면 먼저 도1 내지 도4a와 같이 회전제어부(7)가 가이드기어(13)와 모터를 갖는 구동기어(14)로 이루어진 경우에는 구형체를 회전시 저부에 설치된 받침판(6')을 유압으로 하강시켜 바닥에 지지되도록한 다음 회전제어부(7)를 작동시키면 구동부(14') 구동기어(14)의 회전에 따라서 구형체 외면에 설치된 가이드기어(13)가 이동되어 구형체(6)를 원하는 각도로 회전시킬 수 있게 된다.

또한 구형체(6)를 회전시켜 내부 로터리헤드(3)와 내관실드(5)의 방향을 전환시키기전에 유압실린더(8)의 실드 잭(9)과 내관실드(5)를 분리시킨 후 도4a와 같이 방향을 전환하게된다.

이렇게 굴착헤드부(1)를 굴착하고자 하는 방향으로 전환 시킨후에는 내관실드(5)의 후방에 유압실린더(8)를 재설치하고 굴착된 갱의 일측벽을 반력벽으로 하여 내부 로터리 헤드(3)를 추진시켜 굴착할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 다른 실시 예로서, 도5와 같이 내관실드 외면에 위치하여 내관실드가 인입출되도록 설치된 구형체(6)의 방향을 전환시킬 수 있도록 하는 회전 제어부(7)를 구형체외면에 다수의 유압실린더(15)를 설치하면 상하, 좌우로 자유롭게 회전시킬 수 있게 된다.

이와 같이 구형체를 유압실린더로 회전을 제어할 수 있도록 구성할 경우에는 구형체 외면에 랙기어방식으로 설치된 가이드기어(13)와 구동기어(14)가 설치되지 않고 유압실린더(15)로만 기계적인 작동이 이루어진다.

도5에서 도시된 유압실린더(15)는 굴착기 제작시 구형체(6)의 크기에 따라서적합한 개수와 유압실린더의 크기가 선택적으로 결정된다.

따라서 본 발명은 터널굴착시 갱내에서 수평 또는 수직 갱을 굴착하다가 90도 방향으로 전환시켜 갱을 굴착할 수 있도록 함으로서 터널 굴착공법의 새로운 공법을 제공할 수 있게 된 것이다.

본 발명의 다방향 2중 복합 실드형 굴착기를 이용한 굴착공법을 설명하면 다음과 같다.

제1단계: 기초터파기

수직 또는 수평으로 터널을 굴착하기 위해 실드 굴착기를 설치할 공간부를 확보하는 초기 단계로서 초기 굴착을 위한 터파기는 실드의 굴착헤드부(1)가 삽입될 수 있는 정도로 시공이 이루어진다.

제2단계: 직진 굴착및 세그먼트설치

실드 굴착기가 설치되어 굴착이 이루어지면서 굴착기의 후방에 공간부가 형성되면 후방에 세그먼트(12)를 설치하여 터널이 무너지는 것을 방지한다.

세그먼트가 설치된 이후에는 설치된 세그먼트가 반력벽으로 사용되어 유압 실린더(8)에 의하여 굴착 헤드부(1)는 굴착시 추진력을 갖게 된다.

제3단계: 굴착헤드부의 분리

터널을 굴착하던 방향에서 90도로 전환하기 위해 내측 로터리헤드(3)를 당겨 내관실드(5) ) 내로 당긴다.

제4단계: 굴착 방향전환

상기 제3단계에서 굴착헤드부(1)의 외부 로터리헤드(2)와 내부 로터리헤드(3)를 분리시켜 내관실드측으로 단긴 후 내관실드 외면에 설치된 구형체 회전제어부(7)를 이용하여 굴착하고자 하는 방향으로 내측 로터리헤드와 내관실드및 구형체를 90도 시전시킨다.

제5단계: 굴착시공

상기 굴착방향을 전환하기 위해 분리된 외부 로터리 헤드(2)는 굴착부분의 갱내 지반에 매몰된 상태이고 방향이 90도로 전환된 내부 로터리 헤드는 다시 굴착하고자 하는 방향으로 굴착시공을 계속 진행할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 굴착 헤드부(1)와 실드를 이중으로 구성함으로써 수직 갱 또는 수평갱의 굴착뿐만 아니라 굴착방향을 선택적으로 조절할 수 있도록 함으로서 터널굴착작업의 효율성을 높일 수 있게 된다.

본 발명의 외부 로터리 헤드(2)와 내부 로터리 헤드(3)에 설치된 굴착 날(1')은 굴착작업시 마모되면 교체하여 사용할 수 있도록 한 것이다.

도 6은 본 발명의 2중 실드형 굴착기의 굴착공정을 나타낸 예시도로서, 실드 굴착기로 굴착이 이루어지는 공정을 단계별로 나타낸 것이다.

이와 같이된 본 발명은 굴착 헤드부와 실드를 이중으로 구성하여 굴착시 내부 로터리 헤드와 내관실드를 회전시킬 수 있도록 구성함으로써, 수직갱 또는 수평갱 굴착시 좌우 상하의 절곡 굴착이 자유롭게 이루어져 주변의 지형적인 환경과 도심구간의 환경에 대처하여 굴착장소의 변화를 갖고 굴착함으로서 소음과 민원발생, 교통체증등을 방지할 수 있으며, 특히 굴착작업의 방향변경이 용이하여 굴착작업시간의 단축과 시공비용을 절감할 수 있는 동시에 새로운 굴착공법을 제공하는 효과를 갖는다.

Claims (3)

1. 단일체로된 실드 일측에 구동부에 의해 회전되는 로터리 헤드가 형성되고 실드 타측에는 유압실린더가 구비되어 로터리 헤드와 반력벽을 지지할 수 있도록 된 실드형 굴착기에 있어서,

   외부 로터리 헤드(2)와 내부 로터리 헤드(3)가 겹쳐져 2중으로 이루어진 굴착헤드부(1)와;

   굴착헤드부(1)의 외부 로터리 헤드(2)와 내부 로터리 헤드(3)에 각각 연결된 외관실드(4) 및 내관실드(5)와;

   외관실드(4) 내부에서 회전될 수 있도록 내관실드(5) 외면에 설치된 구형체(6)와;

   구형체(6) 외면 일측에는 구형체(6)를 회전시켜 내관실드(5)의 굴착방향을 변경할 수 있도록 설치된 회전 제어부(7)와;

   후방의 세그먼트(12)를 반력벽(11)으로 이용하여 굴착헤드부(1)를 추진시킬 수 있도록 설치된 유압실린더(8)및 굴착헤드부(1)를 회전시킬 수 있도록 내관실드(5) 내측에 동력발생부(10)가 형성된 것을 특징으로 하는 다방향 2중 복합 실드형 굴착기.
2. 제1항에 있어서,

   회전제어부(7)는 구형체(6) 외면에 설치된 가이드부재(13)와 맞물리도록 설치된 구동부(14')로 형성된 것을 특징으로 하는 다방향 2중 복합 실드형 굴착기.
3. 제1항에 있어서,

   회전제어부(7)는 구형체(6) 외면에 별도의 유압실린더(15)를 설치하여 상하, 좌우 회전시킬 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 다방향 2중 복합 실드형 굴착기.

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