KR20090108197A - 수중 면고르기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강이나 심해저의 바닥면을 고르기 위한 사석 등의 고르기 무게장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 교량, 항만 등의 수상 구조물이나 침매터널 등의 해저 구조물의 설치 등을 위한 바닥 또는 비탈면 고르기 공사에 있어서 바닥면에 기 투하된 골재나 사석 등을 평탄하게 고르기 위한 수중 사석 고르기 공사용 장비에 관한 것이다.

본 발명에서는, 전체적인 외관을 구성하며 기본적인 뼈대를 이루는 본체(110), 상기 본체의 좌·우 측면에 상기 본체의 길이 방향으로 고정 설치되는 랙기어(134), 중심의 회전축(131)에 다수의 회전 날개(132)가 형성되며, 상기 회전축의 양 단에 피니언 기어(133)가 회전가능하게 결합하는 회전익 장치(130), 상기 회전축의 피니언 기어에 회전력을 부여하는 구동모터(210), 상기 본체의 좌·우 측을 경사지게 가로지며, 하단부에 삽날(142)이 형성되는 셔블 장치(140), 상기 본체의 좌·우 측면에 상기 본체의 길이방향을 따라 설치되는 폰툰(120) 및 상기 본체의 전·후의 좌·우 측에 상기 본체에 고정되어 마련되는 높낮이 조절수단(150)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 면고르기 장치에 관하여 개시한다.

수중 면고르기 장치, 본체, 폰툰(pontoon), 고르기 장치, 셔블장치, 유압모터, 유압펌프, 유압잭, 유압실린더, 높낮이 조절수단, 랙기어, 피니언기어, 회전축, 회전날개, 가이드장치, 레일, 실린더 가이드, 가이드 축, 토출밸브, 흡입밸브, 맨홀, 가이드 롤러, 롤러 브라켓, 완충부재

Description

수중 면고르기 장치{Seafloor or riverfloor leveling device}

본 발명은 강이나 바다의 수중 바닥면을 고르는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수상 또는 수중 구조물을 설치하기 전에 강바닥이나 해저면의 골재나 사석 등을 신속하고 효율적으로 제거하고 평탄하게 고르기를 함으로써 이후의 구조물 설치를 용이하게 하기 위한 수중 면고르기 장치에 관한 것이다.

강이나 바다 위에 교량, 안벽, 호안을 건설하거나 해상 시추선 등의 수상 구조물을 시공하기 위해서는 선 수행절차로서 바닥면 또는 비탈면을 평탄하게 하는 면고르기 공사가 필수적으로 수반된다. 지반이 약한 곳은 지반을 개량하는 작업을 수행하여 수상 구조물 등이 안정되게 시공하도록 하는 것일 일반적이다. 또한 항만시설 중 안벽과 침매터널과 같은 수중 구조물을 설치하는 경우에도 이러한 바닥면의 고르기 공사는 필수적으로 요청된다.

종래에는 주로 잠수부가 입수하여 수중에서 바닥면 고르기 작업을 수행하였는데, 실제로 수심에 따른 수압이 작용하기 때문에 수심에 따른 잠수 규정을 철저히 지키면서 작업을 해야만 했다. 또한, 잠수부가 잠수 규정을 지키지 않아 잠수작 업 근로자들의 대다수가 잠수병에 걸려 신체장애의 후유증을 겪는 것이 현실이다. 특히, 수심이 깊은 심해저의 경우에는 잠수부의 잠수시간이 매우 짧아 효율적이 작업 수행에 무리가 있었다. 이러한 애로 사항으로 인하여 종래에는 바닥면 처리공정시간이 늘어나 전체 공사기간이 늘어나게 되었으며, 특히 침매터널 설치를 위한 심해저 환경과 대규모 수중 면고르기 공사의 경우에는 많은 잠수부를 투입하는 경우 수중에서의 상호 간섭환경과 관리 소홀로 인하여 언제든지 재해 발생의 위험을 안고 있다는 문제가 있다.

따라서, 잠수부를 사용하지 않고도 심해의 수중에 설치 및 제거가 용이하고 넓은 바닥면에 걸쳐서 신속하고 효율적으로 바닥면을 고르는 장치의 개발이 절실히 요구되었다.

본 발명은 전술한 현실적인 필요성에 의하여 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은 강바닥이나 해저면의 바닥면 공사를 위하여 수중 투입 및 회수가 용이하며, 수중에서의 바닥면 작업을 안전하고 신속하며, 효율적으로 수행할 수 있도록 착안된 수중 면고르기 장치를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 전체적인 외관을 구성하며 기본적인 뼈대를 이루는 본체(110), 상기 본체의 좌·우 측면에 상기 본체의 길이 방향으로 고정 설치되는 랙기어(134), 중심의 회전축(131)에 다수의 회전 날개(132)가 형성되며, 상기 회전축의 양 단에 피니언 기어(133)가 회전가능하게 결합하는 회전익 장치(130), 상기 회전축의 피니언 기어에 회전력을 부여하는 구동모터(210), 상기 본체의 좌·우 측을 경사지게 가로지며, 하단부에 삽날(142)이 형성되는 셔블 장치(140), 상기 본체의 좌·우 측면에 상기 본체의 길이방향을 따라 설치되는 폰툰(120) 및 상기 본체의 전·후의 좌·우 측에 상기 본체에 고정되어 마련되는 높낮이 조절수단(150)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 면고르기 장치를 제공한다.

여기서, 상기 본체의 좌·우 측면부의 양 끝단 사이에는 서로 마주하는 보조 높낮이 조절수단(160)이 적어도 하나 이상 마련되는 것이 바람직하다.

상기 높낮이 조절수단은 중심부에 위치하는 유압잭(151,161)과 상기 유압잭의 좌우에 마련되어 상기 유압잭의 상·하 운동을 지지하는 한 쌍의 잭 가이드(152,162) 및 상기 유압잭과 잭가이드의 하단부에 결합하는 받침판(153,163)으 로 구성될 수 있다.

상기 랙기어는 상기 폰툰의 하단부에 기어면이 하방을 향하도록 형성되며, 상기 회전축을 지지하는 본체는 상기 폰툰의 상단부에 형성되는 레일(170) 위로 이동 가능하게 결합하는 가이드 장치(180)에 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 가이드 장치는 상기 레일 위에서 구름 운동하는 가이드 롤러(182) 및 상기 가이드 롤러를 지지 고정하는 롤러 브라켓(181)으로 구성되며, 상기 롤러 브 라켓 내부에는 충격을 완화하기 위한 완충부재가 삽설되는 것이 바람직하다.

상기 셔블장치는 상기 본체에 고정되는 유압 실린더(141)에 연결되어 승강할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 고르기 장치는 대향하는 한 쌍의 회전 날개가 상기 회전축의 길이 방향으로 번갈아 엇갈리도록 연속하여 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 강바닥이나 해저면 공사를 위한 것으로 비교적 대형의 장비인 수중 면고르기 장치의 수중 투입 및 제거가 용이하며, 돌이나 기타 수중의 바닥면에 존재하는 장애물을 안전하고 신속하며 효율적으로 제거할 수 있게 된다. 따라서, 수상이나 수중 구조물을 시공하기 위한 전체 공정 중 상당 시간을 차지하는 바닥면 개량공사에 소요되는 공정시간이 단축되어 시간 및 비용면에서 매우 경제적이라는 이점이 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 그 작동원리를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 개략적인 평단면도이고, 도 2는 도 1의 'A' 방향에서 바라본 장치의 정면도이며, 도 3은 도 1의 'B" 방향에서 바라본 장치의 배면도이며, 도 4는 도 1의 장치의 측면도이다. 도시하 바와 같이, 본 발명의 고르기 장치(100) 는 크게 장치 전체의 외관 및 뼈대를 이루는 것으로서 각 구성부분에 걸리는 하중을 지지하는 요체인 본체(110), 상기 본체의 좌·우 측면에 고정 설치되는 폰툰(120), 상기 본체의 전·후의 길이 방향을 따라서 종으로 형성되는 레일(170), 상기 본체(100)의 좌·우 양측에 설치되는 상기 레일(170)에 의하여 지지되어 이동하는 회전익 장치(130) 및 셔블장치(140)를 포함하여 구성된다.

상기 본체(100)의 전후좌우의 각 모서리 부분에는 도시한 바와 같이 높낮이 조절수단(150)이 본체(100)에 고정하여 마련될 수 있으며, 바람직하게는 상기 폰툰(120)에 고정하여 설치된다. 도 5는 본 발명의 높낮이 조절수단의 확대도이다. 상기 높낮이 조절수단(150)은 중앙에 위치하는 유압실린더로 된 유압잭(151)과 상기 유압잭(151)의 좌·우 측에 마련되어 상기 유압실린더의 상하 운동을 보조하는 잭 가이드(152) 및 상기 유압실린더(151)와 상기 잭 가이드(152)의 단부에 결합하는 판상의 받침판(153)으로 구성된다. 상기 잭 가이드(152)는 가이드 축(152a)이 관형의 가이드(152b)에 의하여 안내될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 상기 높낮이 조절수단(150)은 고르기 장치(100)를 바닥면에 안정적으로 착지시켜 작업을 수행하도록 하기 위한 것으로서, 네 모서리의 높낮이를 조절하여 바닥면이 평탄하지 않은 곳에서도 전후좌우의 수평도 및 밸런스를 유지할 수 있도록 한다.

상기 높낮이 조절수단(150) 외에 상기 본체(110)의 측면의 양 단부 사이에 별도이 보조 높낮이 조절수단(160)이 마련되는 것이 바람직하다. 상기 보조 높낮이 조절수단(160)은 전술한 높낮이 조절수단(150)과 마찬가지로 유압잭((161), 잭 가이드(162) 및 받침판(163)으로 구성되는데, 바닥면이 경사진 곳에서 고르기 장치(1000)가 안정된 자세로 작업을 수행할 수 있게 하기 위한 것이다.

상기 본체(110)의 양 측면부에는 폰툰(120)이 각각 설치되는데, 상기 폰툰(120)은 그 내부에 중공부를 가지는 탱크 형식의 것으로서 해수를 유출입시켜 부력을 조절하는 것이다. 즉, 고르기 장치(100)를 해수면에 가라앉혀 바닥면 개량공사를 진행하는 동안에는 상기 폰툰(120)에 해수를 유입시켜 채우게 되며, 작업을 마치고 수면의 바지선 등에 싣기 위하여 부상시키는 경우에는 폰툰(120) 내부의 물을 배출시키는 구조이다. 이러한 해수의 폰툰(120) 내외로의 유출입은 유압펌프(200)에 의하여 수행된다. 도 6은 본 발명의 폰툰에 설치되는 유압펌프 시스템의 구성도이다. 상기 유압펌프(200)는 폰툰(120)의 내부에 설치하는 것이 바람직하며, 상기 유압펌프(200)에는 흡입측 밸브(202)와 토출측 밸브(201)이 연결된다. 상기 유압펌프(200)는 본선인 바지선 등에서 연장되는 전력선(203)에 의하여 구동된다. 상기 폰툰(120)에는 폰툰(120) 내부의 정비 및 유지관리를 위한 맨홀(111)이 설치된다. 도면의 미설명부호 220은 유압잭(151,161) 등 각종의 유압장치에 유압을 공급하기 위한 유압원이고, 220a는 유압 케이블을 나타낸다.

도 7은 본 발명의 고르기 장치 및 셔블장치 부분의 개략적인 평면도이고, 도 8a 및 8b는 본 발명의 가이드 장치의 측면도 및 정단면도이다. 상기 회전익 장치(130)는 상부의 본체(110)에 지지 고정되어, 상기 본체(110) 또는 폰툰(120)에 설치되는 레일(170)을 따라 전후로 이송한다. 상기 회전익 장치(130)의 중심부의 회전축(131)과 상기 회전축(131)의 외주면 상에 다수 형성되는 회전 날개(132)로 구성되며, 상기 회전축(131)의 양 측 단부에는 피니언 기어(133)가 결합한다. 상기 피니언 기어(133)는 상기 폰툰(120)의 하단부에 고정설치되는 랙 기어(134) 상에서 회전하며 직선 이동하게 된다. 즉, 상기 피니언 기어(133)가 상기 랙 기어(134) 상에서 회전하면서 직성이동하는 동안 상기 회전축(131)도 회전하면서 동시에 직선이동하게 되는 것이다. 상기 피니언 기어(133)의 회전력은 후술할 구동모터(210)에 의하여 제공된다.

상기 랙 기어(134)의 기어가 형성되는 기어면은 아래로 향하고 있는데, 따라서 상기 피니언 기어(133)가 상기 랙 기어(134) 상에서 기어 운동을 하기 위하여 상기 폰툰(120)의 상단부에는 레일(170)이 설치되고, 상기 레일(170) 상에서 운동하는 가이드 장치(180)가 마련되는 것이다. 즉, 상기 회전축(131)은 고정 브라켓(135)에 의하여 상기 본체(110)에 회전 가능하게 연결되며, 상기 회전익 장치(130) 상부의 본체(110)는 상기 가이드 장치(180)에 연결되어 상기 회전축(131)의 이동과 함께 이동한다. 상기 가이드 장치(180)는 가이드 롤러(182) 및 상기 가이드 롤러(182)를 회전 가능하게 지지하는 롤러 브라켓(181)으로 구성된다. 상기, 가이드 장치(180)는 본체(110), 회전익 장치(130) 및 셔블장치(140) 등에 의한 큰 중력 하중이 걸리는 부분이므로 하중에 의한 충격을 감쇄하기 위한 완충부재(183)가 상기 롤러 브라켓(181) 내에 지지되어 마련된다. 상기 완충부재(183)로는 판스프링 등이 스프링이나 기타 완충용 댐퍼 등이 선택될 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 회전날개를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 회전축에 회전날개가 결합된 모습을 보인 횡단면도이며, 도 11은 본 발명의 회전축에 회전날개가 결합된 모습을 보인 개략적인 평면도이다. 상기 회전 날개(132) 는 도 9a 및 도9b에 도시한 것과 같은 형상으로 형성할 수 있으며, 본 실시예에서는 회전날부(132a) 및 날개부(132b)의 두 부분으로 회전 날개(132)를 구성하였는데, 두 부분을 결한한 후 상기 날개부(132b)를 회전축(131)에 용접 등으로 결합하여 사용한다. 상기 회전 날개(132)의 형상은 어떠한 형상으로든 대체가 가능하며, 본 발명에서는 큰 돌이나 사석 등을 일구어 정리하기 편하도록 하기 위하여 회전날부(132a)를 양 측면이 테이퍼지게 형성하였다. 상기 회전 날개(132)는 회전축(131)의 중심을 기준으로 양측 외주면에 마주하는 한 쌍을 배치한 후 회전축(131)의 길이 방향으로 일정 간격 이격한 위치에 인접한 한 쌍의 회전 날개(132)와 90도로 각을 이루도록 번갈아 엇갈리면서 연속하여 형성하는 것이 바람직하나, 그 설치 위치와 형상이 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다.

도 12는 본 발명의 셔블장치의 개략적인 측단면도이다. 상기 도 12와 함께 전술한 도 1 및 도 3을 아울러 참조하면, 상기 회전익 장치(130)의 후방에는 사선 방향으로 셔블장치(140)가 마련된다. 상기 셔블장치(140)는 상기 회전익 장치(130)의 상부에 위치하는 본체(110)에 연결되어 상기 회전익 장치(130)가 전후진하면서 이동할 때 함께 이동한다. 이는 상기 회전익 장치(130)에 의하여 골라진 암석이나 돌 등을 불도저식으로 모아서 사선방향으로 배출시키기 위한 것이다. 즉, 상기 셔블장치(140)는 상기 고르기 장치(100)의 길이 방향과 일정한 각을 이루도록 상기 본체(100)의 양측을 가로질러 형성된다. 상기 셔블장치(140)에는 유압실린더(141)가 도 3에 도시한 것러럼 부착되어 상기 셔블장치(140)를 수직으로 승강시킬 수 있 도록 구성된다. 도면에서 141은 유압실린더이고, 142a는 본체의 실린더 가이드이며, 142b는 가이드축이다. 상기 가이드축(142b)이 상기 실린더 가이드(142a)에 의하여 안내되어 셔블장치(140)가 승강한다. 상기 유압실린더(141)의 실린더 로드(141a)의 선단에는 삽날(142)이 결합하는데, 상기 삽날(142)은 삽날 지지체(143)에 의하여 실린더 로드(141a)에 결합한다.

상기 고르기 장치(100)의 본체(110) 또는 폰툰(120) 상의 적당한 위치에 수심을 측정할 수 있는 수심계(미도시), 본체의 좌우 경사 밸런싱 상태를 알 수 있는 경사계 및 USBL 등의 장치를 설치할 수 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 고르기 장치(100)의 작동원리를 설명하면 다음과 같다. 우선 작업 대상인 강바닥이나 해저면 위의 물 위까지 바지선 등으로 상기 고르기 장치를 운반해야 한다. 이때는 상기 폰툰(120)에 공기를 채우고 터그 보트나 바지선 등으로 끌어서 운반할 수 있을 것이다. 본 발명의 고르기 장치(100)는 해저에서 하는 작업을 특성상 건조 중량이 수십톤에서 수백톤에 이르는 거대한 장치이므로 바지선 등으로 예인하여 운송하는 것이 바람직할 것이다.

목적지에 도착하면, 고르기 장치(100)를 가라앉히기 위하여 상기 폰툰(120)에 유압펌프(200)를 이용하여 물을 채운다. 상기 고르기 장치(100)가 가라앉아 다닥면에 착지하면, 상기 높낮이 조절수단(150)을 사용하여 바닥면 지형 상태에 맞도록 각 높낮이 조절수단의 길이를 조절한다. 장치가 안정되게 바닥면에 자리를 잡은 후 상기 구동모터(210)를 구동시키면, 상기 구동모터(210)의 모터축에 축결합된 모터기어(211)가 상기 랙 기어(134) 상에서 랙 기어를 타고 전진하게 된다. 이때, 상 기 회전축(131)의 피니언 기어(133)도 회전하면서 상기 랙 기어(134) 상을 직선으로 이동하게 된다. 따라서,상기 회전축(131)이 회전하면서 상기 회전 날개(132)가 바닥면에 있는 돌 등의 장애물을 쳐내어 후방으로 이동시키면, 상기 회전익 장치(130) 후방의 셔블장치(140)에 모이면서 셔블장치(140)가 이루는 사선 방향을 따라 이동하다가 고르기 장치(100)의 측면으로 배출되는 것이다.

상기 고르기 장치(100)는 그 길이가 약 20 미터 이상으로서 매우 거대한 장치이며, 그 무게 또한 수십톤 내지 수백톤에 이른다. 따라서, 한 장소에서 전술한 과정으로 바닥 고르기 작업을 마치면 인접한 다른 장소로 이동하고자 할때 상고 폰툰(120)의 물을 배출하여 부력을 제공한 후 위치 이동한다.

본 발명의 고르기 장치는 강바닥이나 해저면의 바닥면을 골라 장애물을 제거하는데 사용하는 것이며, 수중에서 바닥면 또는 비탈면을 고르는데 적합한 구조를 가지고 있다. 특히, 수중에서 자세를 안정적으로 유지하면서도 신속하고 효율적으로 바닥면의 장애물을 제거할 수 있는 구조를 가지고 있으므로 해상의 교량,항만 공사나 침매터널 등의 설치 등 대규모의 수중 공사에 적합하다.

도 1은 본 발명의 개략적인 평단면도.

도 2는 도 1의 'A' 방향에서 바라본 장치의 정면도.

도 3은 도 1의 'B" 방향에서 바라본 장치의 배면도.

도 4는 도 1의 장치의 측면도.

도 5는 본 발명의 높낮이 조절수단의 확대도.

도 6은 본 발명의 폰툰에 설치되는 유압펌프 시스템의 구성도.

도 7은 본 발명의 고르기 장치 및 셔블장치 부분의 개략적인 평면도.

도 8a 및 8b는 본 발명의 가이드 장치의 측면도 및 정단면도.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 회전날개를 나타낸 도면.

도 10은 본 발명의 회전축에 회전날개가 결합된 모습을 보인 횡단면도.

도 11은 본 발명의 회전축에 회전날개가 결합된 모습을 보인 개략적인 평면도.

도 12는 본 발명의 셔블장치의 개략적인 측단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 고르기 장치 110: 본체

111: 맨홀 120: 폰툰

130: 고르기 장치 131: 회전축

132: 회전 날개 133: 피니언 기어

134: 랙 기어 140: 셔블장치

142: 삽날 150: 높낮이 조절수단

160: 보조 높낮이 조절수단 170: 레일

180: 가이드 장치 182: 가이드 롤러

183: 완충부재 200: 유압펌프

210: 구동모터 220: 유압원

Claims (7)

1. 전체적인 외관을 구성하며 기본적인 뼈대를 이루는 본체(110);

   상기 본체의 좌·우 측면에 상기 본체의 길이 방향으로 고정 설치되는 랙기어(134);

   중심의 회전축(131)에 다수의 회전 날개(132)가 형성되며, 상기 회전축의 양 단에 피니언 기어(133)가 회전가능하게 결합하는 회전익 장치(130);

   상기 회전축의 피니언 기어에 회전력을 부여하는 구동모터(210);

   상기 본체의 좌·우 측을 경사지게 가로지며, 하단부에 삽날(142)이 형성되는 셔블 장치(140);

   상기 본체의 좌·우 측면에 상기 본체의 길이방향을 따라 설치되는 폰툰(120); 및

   상기 본체의 전·후의 좌·우 측에 상기 본체에 고정되어 마련되는 높낮이 조절수단(150)을

   포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 면고르기 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 본체의 좌·우 측면부의 양 끝단 사이에는 서로 마주하는 보조 높낮이 조절수단(160)이 적어도 하나 이상 마련되는 것을 특징으로 하는 수중 면고르기 장 치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 높낮이 조절수단은 중심부에 위치하는 유압잭(151,161)과 상기 유압잭의 좌우에 마련되어 상기 유압잭의 상·하 운동을 지지하는 한 쌍의 잭 가이드(152,162) 및 상기 유압잭과 잭가이드의 하단부에 결합하는 받침판(153,163)으 로 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 면고르기 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 랙기어는 상기 폰툰의 하단부에 기어면이 하방을 향하도록 형성되며, 상기 회전축을 지지하는 본체는 상기 폰툰의 상단부에 형성되는 레일(170) 위로 이동 가능하게 결합하는 가이드 장치(180)에 연결되는 것을 특징으로 하는 수중 면고르기 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 가이드 장치는 상기 레일 위에서 구름 운동하는 가이드 롤러(182) 및 상기 가이드 롤러를 지지 고정하는 롤러 브라켓(181)으로 구성되며, 상기 롤러 브 라켓 내부에는 충격을 완화하기 위한 완충부재가 삽설되는 것을 특징으로 하는 수중 면고르기 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 셔블장치는 상기 본체에 고정되는 유압 실린더(141)에 연결되어 승강할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 면고르기 장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 회전익 장치는 대향하는 한 쌍의 회전 날개가 상기 회전축의 길이 방향으로 번갈아 엇갈리도록 연속하여 형성되는 것을 특징으로 하는 수중 면고르기 장치.

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