KR20090114626A - 확경형 천공기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반을 드릴링하여, 자유장영역과 정착장영역으로 이루어진 천공홀을 형성시키는 천공기에 있어서, 상기 천공기의 하측부에 방사형으로 회전날개가 형성되어, 자유장영역 형성시에는 상기 천공기 내부에 수용되어 있다가 정착장영역 형성시에는 상기 천공기 외측으로 돌출되는 것을 기술적 특징으로 하여, 간단한 구성으로 천공홀의 정착장영역을 용이하게 확경시킬 수 있으며, 확경된 정착장영역에 그라우팅액을 주입하는 단순한 과정에 의해 그 자체가 정착장 기능을 수행할 수 있어 설치 비용 및 공정 시간이 단축되며, 또한, 그라우팅액으로 이루어진 정착장에 의해 인장력에 대한 지반의 인장저항력이 충분히 발휘되어 지반을 더욱 견고히 할 수 있는 이점이 있다.

경첩식, 이중로드, 확경, 드릴링, 회전

Description

확경형 천공기{drill machine for underground hole}

본 발명은 확경형 천공기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자유장영역 형성시에는 상기 천공기 내부에 수용되어 있다가 정착영역 형성시에는 상기 천공기 외측으로 돌출되어 천공을 확경시킴으로써 그라우팅액을 하부에 더 주입하여 지반을 견고하게 지탱하고 확장하는 확경형 천공기에 관한 것이다.

일반적으로 다양한 시설의 토목 공사시, 지반을 보강하기 위한 방법으로 그라우팅 공법이 사용되고 있는데, 이러한 그라우팅 공법은 유압드릴이나 각종 천공기의 로드(rod) 및 비트(bit)를 이용하여 천공홀을 형성하고, 그 천공홀에 파이프를 삽입시켜 상기 파이프를 통해 그라우팅액을 주입하는 방법으로 이루어진다.

2006년 9월 27일 등록된 대한민국 특허등록공보 제10-06397호에는 그라우팅 확공장치 및 그 시공방법에 개시되어 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 그라우팅 확공장치의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 그라우팅 확공장치는, 천공기와 연결되도록 중공으로 이루어져 상, 하로 연통되는 그라우팅공 및 다수의 주입공이 구비된 이중관로드(10)와, 상기 이중관로드(10)의 상부에 설치된 슈밸(60)과, 상기 슈밸(60)에는 고압호스(71)로 연결된 그라우팅 고압펌프(70), 그리고, 상기 슈밸(60)에는 고압호스(51)가 연결된 에어펌프(50)와, 상기 이중관로드(10)의 그라우팅공과 주입공과 연결 커플링에 의해 연결되는 배출공 및 토출공이 각각 구비된 중심관(20)과, 상기 중심관(20)의 토출공이 내장되도록 외주면을 감싸면서 사방으로 균일하게 팽창과 수축되는 확공장치(30)와, 상기 중심관(20) 하단에는 드릴비트(80)과, 상기 이중관로드(10)의 주입공(12)과 연결되어 확공장치(30)가 팽창, 수축되도록 압력공기를 팽창장치와 흡입장치로 공급하는 에어펌프(50)와, 상기 이중관로드(10)의 중앙 그라우팅공으로 모르타르를 공급하는 그라우팅 고압펌프(70)으로 이루어져 있다.

여기서, 상기 확공장치(30)의 내부에 중심관(20)의 토출공이 내장되어 있어 상기 에어펌프(50)에서 압력공기가 주입공과 토출공을 통하여 공급되어 확공장치(30)가 공기압력으로 팽창되도록 이루어진다.

여기서 상기 에어펌프(50)는 이중관로드(10)와 연결된 슈밸(60)에 고압호스(51)로 연결되어 압력을 주입시키는 것이며, 이러한 압력으로는 공기압, 유압, 수압 등을 이용할 수 있다.

이러한 공기 또는 유입을 이용 팽창과 수축을 계속 반복할 수 있는 특성을 갖는 재료는 섬유, 특수 가공된 스틸, 우레탄 및 탄소섬유가 있으며, 크기는 사용용도에 따라 조정이 가능하게 설치된다.

이러한 구성을 통해 종래기술에 따른 그라우팅 확공장치는, 연약지반을 천공하여 유입공을 용이하게 확장시켜 지반 강화를 신속히 이룰 수 있으며, 경제적으로 원가절감을 할 수 있으나, 팽창과 수축을 계속할 시 기능이 저하되어 확공장치(30)를 교체하는 번거로움이 있으며, 팽창되는 정도를 조절하는 것이 어려우며, 정확한 위치에 천공홀을 확장시키는 것이 어려우므로 설계대로 확장시키는 것이 어려운 한계점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 자유장영역 형성시에는 상기 천공기 내부에 수용되어 있다가 정착영역 형성시에는 상기 천공기 외측으로 돌출되어 천공홀을 확경시키는 회전날개를 천공기에 형성시킴으로써 그라우팅액을 하부에 더 주입하여 지반의 인장저항력을 더욱 향상시키기 위한 확경형 천공기를 그 해결 과제로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지반을 드릴링하여, 자유장영역과 정착장영역으로 이루어진 천공홀을 형성시키는 천공기에 있어서, 상기 천공기의 하측부에 방사형으로 회전날개가 형성되어, 자유장영역 형성시에는 상기 천공기 내부에 수용되어 있다가 정착장영역 형성시에는 상기 천공기 외측으로 돌출되는 것을 기술적 특징으로 한다.

그리고, 상기 천공기는, 하측부에 방사형으로 회전날개가 형성된 외부로드와; 상기 회전날개의 일단과 상기 외부로드를 절첩식으로 결합시키는 결합부재와; 상기 외부로드의 회전방향을 변경시켜 상기 회전날개의 상기 외부로드의 외측으로 돌출여부를 제어하는 회전구동부;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 천공기는, 하측부에 방사형으로 회전날개가 형성된 외부로드와; 상기 외부로드가 정착장영역에 도달하면 상기 외부로드 내부로 삽입되어 상기 회전날개의 일단을 가압시켜 상기 외부로드 외측으로 상기 회전날개를 돌 출시키는 내부로드;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 천공기는, 수직방향으로 길이가 연장되도록 연결시키는 연결이음부;를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, 간단한 구성으로 천공홀의 정착장영역을 용이하게 확경시킬 수 있으며, 확경된 정착장영역에 그라우팅액을 주입하는 단순한 과정에 의해 그 자체가 정착장 기능을 수행할 수 있어 설치 비용 및 공정 시간이 단축되는 효과가 있다.

또한, 그라우팅액으로 이루어진 정착장에 의해 인장력에 대한 지반의 인장저항력이 충분히 발휘되어 지반을 더욱 견고히 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 천공기의 수직방향으로의 길이를 용이하게 조절할 수 있어, 운반 및 설치가 편리한 효과가 있다.

<제 1실시예>

도 2는 본 발명에 따른 절첩형구조의 회전날개가 수용된 확경형 천공기의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 절첩형구조의 회전날개가 돌출된 확경형 천공기의 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 절첩형구조의 회전날개가 수용된 확경형 천공기의 적용예시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 절첩형구조의 회전날개가 돌출된 확경형 천공기의 적용예시도이다.

도 2 내지 도 5에서 도시된 바와 같이, 본 발명은 지반을 드릴링하여, 자유 장영역(F)과 정착장영역(S)으로 이루어진 천공홀(5)을 형성시키는 천공기(3)에 관한 것으로, 천공기로 자유장영역(F)을 형성한 후, 회전날개(100)를 이용해 주변의 지반을 확경하여 형성된 정착장영역(S)에 그라우팅액을 주입하여, 확경된 정착장영역(S)이 인장력을 지반에 전달하는 정착장 기능을 하도록 이루어져 있다.

본 발명에 따른 <제 1실시예>에서는 이렇게 자유장영역(F) 및 정착장영역(S)을 순차적으로 형성하도록 회전날개(100)와, 상기 회전날개(100)가 부착되는 외부로드(110)와, 상기 회전날개(100)가 접히도록 형성된 결합부재(120) 및 회전구동부(300)로 크게 이루어져 있다.

먼저, 상기 회전날개(100)는, 일측방향으로 접히거나 펼쳐지는 절첩식의 형상으로 이루어지며, 자유장영역(F)을 형성하기 위해 수직하방으로 드릴링을 할 때에는, 상기 회전날개(100)는 상기 천공기의 내부에 수용되도록 이루어지는 반면에, 정착장영역(S)을 형성하기 위해서 상기 천공홀을 확경하는 드릴링을 할 때에는, 천공기가 회전되는 방향을 바꾸어 상기 회전날개(100)가 외부로 펼쳐질 수 있도록 형성된다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 상기 자유장영역(F)을 형성시에는 도 2에 도시된 바와 같이 a방향으로 천공기가 회전되면, 상기 회전날개(100)가 천공기 내부로 수용되어 접혀진 상태를 유지하면서 천공기는 수직하방으로만 드릴링이 이루어지도록 형성된다.

그리고, 상기 정착장영역(S)을 형성시에는, a방향으로 천공기를 회전시켜 정착장영역(S)을 형성시킬 깊이만큼 더 드릴링을 한 후, 도 3에 도시된 바와 같이 a 방향과 반대방향인 b방향으로 천공기를 회전시켜 천공홀을 측면으로 확장시키도록 드릴링한다.

이때, 회전방향이 b방향으로 전환되면 접혀져 있던 회전날개(100)의 타단에 형성된 열림부(102)가 외부의 지반에 걸려 펼쳐지는 것과 동시에, 결합부재(120)가 일정 각도로 접혀져 회전날개(100)가 펼쳐진 상태를 유지하면서 주변의 지반을 드릴링하여 천공홀(5)의 직경을 넓힐 수 있도록 형성된다.

여기에서, 상기 회전날개(100)는 외측으로 갈수록 폭이 좁게 형성되어 보다 용이하게 주변 지반을 파낼 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다.

이 외에 천공홀(5)의 하측부인 정착장영역(S)을 용이하게 파내기 위한 다양한 형상의 회전날개(100)가 가능하므로, 본 실시예에의 형상에만 국한하지 않는 것은 자명한 일이다.

상기 회전날개(100)를 통해 형성된 정착장영역(S)에 그라우팅액을 주입하여 굳히면 그 자체가 정착장 기능을 수행하여 인장력에 대한 지반의 인장저항력이 충분히 발휘되어 지반을 더욱 견고히 할 수 있으며, 그 과정이 단순하여 설치비용 및 공정시간이 단축될 수 있다.

다음으로 외부로드(110)는 원통형상으로 이루어지며 하측부 외주면으로 상기 회전날개(100)가 방사형으로 형성되며, 후술할 회전구동부(300)에 의해 동력을 전달받아서 회전되며, 회전방향을 조절할 수 있는 수단이 내부에 장착되도록 형성된다.

다음으로, 상기 회전구동부(300)는 전술한 바와 같이, 상기 천공기를 a방향 또는 b방향으로 자유롭게 회전시켜 상기 회전날개(100)를 접었다가 펼 수 있도록 외부동력을 제공할 수 있도록 이루어지며, 상기 외부로드(110)를 회전시키는 것은 공지된 다양한 수단이 가능하다.

여기서, 상기 외부동력은 고압펌프 또는 여러 가지 발전기를 이용하여 천공기를 회전시켜 상기 회전날개(100)가 펼쳐질 수 있도록 형성된다.

마지막으로, 천공기의 수직길이를 연장하기 위해 연장부(400)를 천공기에 연결하는 연장이음부(200)가 추가로 구성될 수 있는데, 상기 연장이음부(200)는 누름부재(210) 및 걸림부재(230)로 이루어진다.

상기 누름부재(210)는 외부의 힘에 의해 가압되어 상기 천공기와 연장부(400)를 연결시키는 걸림부재(230)가 걸림해제되면, 상기 천공기와 연장부(400)의 연결이 분리되며, 이와 반대로 상기 걸림부재(230)로 천공기(3)와 연장부(400)를 걸림고정하여 상기 누름부재(210)를 원래의 높이로 장착시키면 상기 천공기와 연장부(400)가 연결되어 다수개의 연장부(400)가 연장되어 천공기의 길이를 연장시킬 수 있도록 형성된다.

<제 2실시예>

도 6는 본 발명에 따른 이중로드 구조의 회전날개가 수용된 확경형 천공기의 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 이중로드 구조의 회전날개가 돌출된 확경형 천공기의 사시도이다.

도 6 및 도 7에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 <제 2실시에>에 따르면 회전 날개(100)와, 상기 회전날개가 수용되는 외부로드(110) 및 내부로드(130)로 이루어진다.

먼저, 상기 회전날개(100)는, 천공홀의 자유장영역(F) 부분이 천공된 이후에, 상기 자유장영역(F)의 하부에 연장형성되는 정착장영역(S)을 형성하기 위한 것으로 천공기의 하측부에 방사형으로 형성되며, 지반 또는 암반을 용이하게 파낼 수 있도록 외측으로 갈수록 일단이 가늘게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 회전날개(100)는 운반시 또는 자유장영역(F)의 천공시에는 천공기의 내부에 수용되도록 이루어지며, 상기 정착장영역(S)의 형성시에만 외부로 돌출되도록 형성되며, 본 실시예에서는 외부로드(110) 및 그 내부에 수용되어 회전날개(100)를 가압돌출시키는 내부로드(130)로 이루어진 이중로드방식에 의해 이루어진다.

그리고, 상기 내부로드(130)에 의해 가압되기 전 상기 천공기 내부에 수용되어 있는 회전날개(100)의 타단은 경사지게 형성되어 내부로드(130)가 하강함에 따라 상기 내부로드(130)의 하단과 대면하면서 상기 회전날개(100)가 외측으로 용이하게 가압돌출되도록 형성된다.

다음으로 외부로드(110)는 내부로드(130)가 수용결합되도록 상기 내부로드(130)보다 직경이 넓게 형성되며, 상기 회전날개(100)가 주변 지반에 돌출된 이후에 일정한 방향으로 회전되도록 상기 외부로드(110)가 회전구동수단과 연결되어 회전될 수 있도록 이루어진다.

그리고, 내부로드(130)는 하측으로 갈수록 직경이 작게 형성되며, 외부의 가압수단에 의해 상기 내부로드(130)가 상기 외부로드(110) 내부에서 하강하게 되면, 상기 회전날개(100)의 타단의 경사진 면과 대면되고, 상기 회전날개(100)의 타단을 하측으로 가압하여 상기 회전날개(100)가 외부로 돌출되도록 이루어진다.

이를 보다 자세히 살펴보면, 볼베어링과 같은 걸림수단에 의해 상기 천공기 내부에서 상기 회전날개(100)가 고정되어 자유장영역 형성시나 운반시에는 상기 회전날개(100)가 외측으로 돌출되지 않도록 하고, 정착장영역 형성시에는 상기 내부로드(130)가 하강함에 따라 상기 회전날개(100)의 타단을 하측으로 가압시키면 상기 볼베어링으로부터 회전날개가 이탈되어 천공기 외측으로 돌출되게 된다.

이렇게 상기 회전날개(100)가 외부로 돌출된 이후에는, 상기 외부로드(110)와 연결된 동력수단으로 상기 외부로드(110)를 회전시키면 상기 외부로드(110)의 하부에 형성된 회전날개(100)로 주변의 암반을 파내어 확경된 정착장영역(S)을 형성할 수 있게 되는 것이다.

상기 동력수단은, 공기의 압력 또는 다양한 구동력으로 상기 내부로드(130)를 하방으로 가압하거나, 상기 외부로드(110)를 회전시키는데 필요한 모든 외부동력를 구현하여 제공할 수 있도록 이루어진다.

또한, 상기 <제 1실시예>에 전술된 연장이음부(200)도 본 실시예에 응용이 가능한 것은 자명하다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

도 1은 종래의 기술에 따른 그라우팅 확공장치의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 절첩형구조의 회전날개가 수용된 확경형 천공기의 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 절첩형구조의 회전날개가 돌출된 확경형 천공기의 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 절첩형구조의 회전날개가 수용된 확경형 천공기의 적용예시도.

도 5는 본 발명에 따른 절첩형구조의 회전날개가 돌출된 확경형 천공기의 적용예시도.

6는 본 발명에 따른 이중로드 구조의 회전날개가 수용된 확경형 천공기의 사시도.

도 7은 본 발명에 따른 이중로드 구조의 회전날개가 돌출된 확경형 천공기의 사시도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

3: 천공기 5: 천공홀

100: 회전날개 102: 열림부

110: 외부로드 120: 결합부재

130: 내부로드 200: 연결이음부

210: 누름부재 230: 걸림부재

300: 회전구동부 400: 연장부

F: 자유장영역 S: 정착장영역

Claims (4)

1. 지반을 드릴링하여, 자유장영역(F)과 정착장영역(S)으로 이루어진 천공홀(5)을 형성시키는 천공기(3)에 있어서,

   상기 천공기(3)의 하측부에 방사형으로 회전날개(100)가 형성되어,

   자유장영역(F) 형성시에는 상기 천공기(3) 내부에 수용되어 있다가 정착장영역(S) 형성시에는 상기 천공기(3) 외측으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 확경형 천공기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 천공기(3)는,

   하측부에 방사형으로 회전날개(100)가 형성된 외부로드(110)와;

   상기 회전날개(100)의 일단과 상기 외부로드(110)를 절첩식으로 결합시키는 결합부재(120)와;

   상기 외부로드(110)의 회전방향을 변경시켜 상기 회전날개(100)의 상기 외부로드(110)의 외측으로 돌출여부를 제어하는 회전구동부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 확경형 천공기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 천공기(3)는,

   하측부에 방사형으로 회전날개가 형성된 외부로드(110)와;

   상기 외부로드(110)가 정착장영역(S)에 도달하면 상기 외부로드(110) 내부로 삽입되어 상기 회전날개(100)의 일단을 가압시켜 상기 외부로드(110) 외측으로 상기 회전날개(100)를 돌출시키는 내부로드(130);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 확경형 천공기.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 천공기(3)는,

   수직방향으로 길이가 연장되도록 연결시키는 연결이음부(200);를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 확경형 천공기.

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