KR20100128581A - 대구경 암반 천공 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대구경 지반 굴착 방법 및 장치에 관한 것이다. 이는 지상의 지지 수단에 다단으로 조립되는 로드(104)의 최하단에 부착되는 해머드릴(40)을, 동시회전이 가능하면서 상하 상대이동이 가능한 수직 방향의 키 구조(42, 43)를 통해 결합된 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)과 리머 해머드릴(41, 46, 47)을 포함하여 구성하고, 굴착 작업시, 상기 해머드릴(40)을 회전시키면서 먼저 상기 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)을 하강시켜 소구경(w)의 파일롯 구멍을 소정 깊이(d)로 굴착한 후 원위치로 상승시키고, 그 다음에 상기 리머 해머드릴(41, 46, 47)을 하강시켜 대구경(W)의 구멍을 상기 소정 깊이(d)만큼 굴착하는 과정을 반복하여 작업한다. 이에 따라, 암반천공작업에서 단일해머로는 도저히 천공이 불가능한 초대구경의 천공작업을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 상대적으로 소형의 천공장비로도 대구경 천공을 할 수 있게 되며, 굴진 작업시간이 단축되고, 작업이 용이해지며, 더 나아가 천공수직도를 더 정확하게 유지할 수 있는 등의 효과를 제공한다.
대구경, 굴착, 천공, 파일롯, 해머드릴, 드릴비트, 롤러, 키

Description

대구경 암반 천공 방법 및 장치{Method and Apparatus for Drilling a Large -Diameter Hole in Ground}
본 발명은 일반적으로 해머 드릴을 이용하여 지반을 굴착하는 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 동시회전이 가능하면서 상하 상대이동이 가능한 수직 방향의 키 구조를 통해 결합된 파일롯 해머드릴과 리머 해머드릴을 포함하여 하나의 해머드릴을 구성하고, 이를 회전시키면서 먼저 파일롯 해머드릴을 이용하여 파일롯 구멍을 소정 깊이로 굴착한 후, 리머 해머드릴을 이용하여 대구경의 구멍을 천공함으로써, 암반천공작업에서 단일해머로는 천공이 불가능한 초대구경의 천공작업을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 상대적으로 소형의 천공장비로도 대구경 천공을 할 수 있게 되며, 굴진 작업시간이 단축되고, 작업이 용이해지며, 더 나아가 천공수직도를 더 정확하게 유지할 수 있는 등의 효과를 제공하도록 한 새로운 대구경 암반 굴착 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 토목공사나 건축공사 등의 기초 공사 시에는 지반에 세워지는 구조물이 견고하게 위치될 수 있도록 지반침하 방지를 위한 작업이 이루어지는 바, 이러한 작업을 위해 지반이나 암반에 빔이나 말뚝을 박기 위한 천공작업이 이루어 지게 된다.
종래 지반을 굴착하는데 이용되는 지반굴착 장치로서 널리 알려져 있는 것은, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 주로 지상에 구축되는 모든 구축물을 받쳐주는 파일 등의 기초를 설치하기 위하여 지반을 굴착하는 장비가 있다. 이는 크게 크롤러 주행장치(100), 이에 의해 수직으로 지지되는 지지암(101), 지지암(101)의 상부에 설치되어 승강 작동하는 드릴머신 또는 오가머신(103), 이 머신(103)으로부터 로드(104)가 굴착하고자 하는 구멍의 깊이에 따라 다단으로 조립되고, 이 로드(104)의 최하단에는 지반 굴착을 위한 동력 즉 회전력 및 타격력을 제공하는 해머(105)가 부착되며, 이 해머(105)가 제공하는 동력에 의하여 실제로 지반을 굴착하는 드릴 비트(106)가 조립되는 구조로 되어 있다. 해머(105)는 굴착하고자 하는 구멍의 직경에 따라 여러 가지 크기가 있으며, 해머(105)의 하단부에 조립되는 드릴 비트(106)는 통상 1개이지만, 대구경 굴착을 위해서는 2개 이상의 해머(105)와 드릴 비트(106)가 조립될 수 있다.
근래에는 대형 교량, 고속도로, 고속철도, 대형 건축물 등 대규모의 토목공사나 건축공사가 많아지고 있어 이에 따라 대구경의 구멍을 굴착하는 경우가 많이 요구되고 있다. 따라서 대구경 굴착시에도 구멍의 높은 수직도를 유지시키면서 또한 작업능률을 높일 수 있는 굴착 공법에 대한 요구가 절실하다.
이에 부응하기 위하여 종래 다양한 대구경 굴착 공법이 제안되어 있다. 예컨대 대한민국 특허 등록번호 특0145495(1998년 4월 30일 등록) “멀티해머오가머신과 싱글해머오가머신을 복합한 지반굴착 방법과 그 장치”의 등록공보에는, 본 명 세서에 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이, 멀티해머드릴(210)과 싱글해머드릴(220)을 동심적으로 결합한 장치를 개시하고 있다. 이에 따르면, 먼저 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 중앙의 싱글해머드릴(220)을 하강시켜 싱글해머드릴(220)의 드릴비트(220a)로 소직경의 구멍을 천공한 다음에, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 싱글해머드릴(220) 외측의 멀티해머드릴(210)의 드릴비트(210a)로 확공한다. 그런데, 이 기술에 따르면, 중앙의 싱글해머드릴(220)과 외부의 멀티해머드릴(210)의 동작을 각각 별도로 제어할 수 있는 2개의 구동장치가 필요하므로 시스템 복잡도가 증가한다는 문제가 있었다. 더 나아가 이 기술에서는 싱글해머드릴(220)이 작동하는 동안 멀티해머드릴(210)은 정지된 상태를 유지하고, 한편 멀티해머드릴(210)이 작동하는 동안에는 싱글해머드릴(220)이 정지된 상태를 유지하여야 한다. 이를 위해서, 비록 상기 공보에서는 상세한 설명을 하고 있지 않으나, 멀티해머드릴(210)과 싱글해머드릴(220)의 사이에는, 천공시 발생하는 진동 및 굴착에 따라 발생하는 각종 먼지와 파편에 의한 충격을 견디면서 상대회전이 가능함과 동시에 상하방향으로는 상대이동이 가능한 베어링 구조를 가져야만 한다는 것이 자명하다. 그러나 이러한 베어링 구조는 제조하기 거의 불가능할 정도로 까다로우며, 설사 제조한다고 하더라도 매우 비싸다는 문제가 있었으므로, 실제로 구현하기 어려웠다.
그러므로 종래에는 오히려 대한민국 특허 등록번호 10-0683021(2007년 2월 8일 등록) “대구경 지반굴착 방법 및 장치”의 등록공보에 기재되어 있는 바와 같이, 싱글해머드릴과 멀티해머드릴을 각각 단독으로 교대로 사용하는 것이 일반적이었다. 즉 본 명세서에 첨부된 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 소구경의 싱글해머드 릴을 이용하여 w의 직경을 가지는 소구경의 파일롯 구멍(340)을 천공한 다음에, 이 싱글해머 드릴을 상승시킨 후, 대구경의 멀티해머드릴(310, 320)을 이용하여 W(>w)의 직경을 가지는 대구경의 구멍을 천공하였다. 그러나 이러한 방식은 그 깊이가 깊은 구멍을 굴착하는 경우에는 작업시간이 현저히 증가한다는 단점이 있었다. 또한 암반이 붕괴될 경우 굴착진행이 어려워 질 수도 있다. 싱글해머드릴 및 멀티해머드릴을 이용하여 지하 깊은 곳(예컨대 지하 10m)까지 도달하기 위해서는 여러 단의 로드(104)(예컨대 3m 길이의 로드 4개)가 조립되어야 한다. 이에 따라 먼저 로드(104)의 최하단에 싱글해머드릴을 조립하여 3m 깊이의 파일롯 구멍을 천공하고, 다시 로드(104)의 상부측에 다른 로드를 조립하여 연장한 후, 연장된 로드(104)의 싱글해머드릴로 파일롯 구멍(340)을 3m 더 천공하여 6m 깊이까지 굴착하는 식으로 반복 작업이 진행된다. 이와 같은 과정을 거쳐 원하는 깊이의 파일롯 구멍(340)이 천공 완료되면, 그 다음에는 다시 로드(104)를 분해하여 짧게 한 후, 그 최하단에 멀티해머드릴을 조립하고 하강시켜 대구경의 구멍을 천공하고, 깊이에 따라 싱글해머드릴의 경우와 같이 또 다른 3m 길이의 로드(104)를 조립 연장하여 천공 작업을 하는 것을 반복하였다. 이런 방식에 따르면 예컨대 10m 깊이의 구멍을 천공하는 경우 3m의 로드를 조립하는 과정은 4번X2 = 8번이 반복되어야 한다. 따라서 각 조립분해 작업에 필요한 시간 및 인력 때문에 작업 속도가 느려지고 작업 비용이 증가하며, 더 나아가 조립작업 중의 실수에 의하여 기계 고장 발생의 염려가 상승하며, 천공되는 구멍의 직진도를 맞추기 어려워지는 등 여러 가지 문제가 있었다.
그러므로 굴착 작업시 대구경의 천공 수직도가 정확하게 유지될 수 있을 뿐 만 아니라 굴진 작업시간이 단축되고 작업이 용이해질 수 있는 대구경 지반 굴착 기술에 대한 요구는 여전히 존재한다.
본 발명은 상술한 종래 대구경 지반 굴착 기술을 개선하고 다양한 추가 장점을 제공하기 위하여 발명된 것으로서, 구체적으로 동시회전이 가능하면서 상하 상대이동이 가능한 수직 방향의 키 구조를 통해 결합된 파일롯 해머드릴과 리머 해머드릴을 포함하여 하나의 해머드릴을 구성하고, 이를 회전시키면서 먼저 파일롯 해머드릴을 이용하여 소구경의 파일롯 구멍을 소정 깊이로 굴착한 후, 리머 해머드릴을 이용하여 대구경의 구멍을 천공함으로써, 대구경의 천공 수직도가 정확하게 유지될 수 있을 뿐만 아니라 굴진 작업시간이 단축되고 작업이 용이해지며, 더 나아가 기계적으로 견고한 구조를 제공하도록 한 새로운 대구경 지반 굴착 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라 제공되는 대구경 지반 굴착 방법 및 장치에 의하여 달성된다.
본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 대구경 지반 굴착 방법은, 지반을 굴착하는 굴착 방법에 있어서, 지상의 지지 수단에 다단으로 조립되는 로드의 최하단에 부착되는 해머드릴을, 동시회전이 가능하면서 상하 상대이동이 가능한 수직 방향의 키 구조를 통해 결합된 파일롯 해머드릴과 리머 해머드릴을 포함하여 구성하고, 굴 착 작업시, 상기 해머드릴을 회전시키면서 먼저 상기 파일롯 해머드릴을 하강시켜 소구경의 파일롯 구멍을 소정 깊이로 굴착한 후 원위치로 상승시키고, 그 다음에 상기 리머 해머드릴을 하강시켜 대구경의 구멍을 상기 소정 깊이만큼 굴착하는 과정을 반복하여 작업한다.
일 실시예에 있어서, 상기 소구경의 파일롯 구멍을 굴착하는 동안에, 상기 리머 해머드릴의 하단에는 복수의 롤러가 하강한 상태를 유지함으로써, 상기 리머 해머드릴의 하단에 돌출 설치된 적어도 하나의 드릴비트가 상기 롤러보다 높은 위치에 위치하여 아래의 지반과 직접적으로 접촉되지 않도록 한다.
본 발명의 다른 양상에 따라 제공되는 대구경 지반 굴착 방법은, 지반을 굴착하는 굴착 방법에 있어서, 지상의 지지 수단에 다단으로 조립되는 로드의 최하단에 부착되는 해머드릴을, 동시회전이 가능하면서 상하 상대이동이 가능한 수직 방향의 키 구조를 통해 결합된 파일롯 해머드릴과 리머 해머드릴을 포함하여 구성하고, 굴착 작업시, 상기 해머드릴을 회전시키면서 먼저 상기 파일롯 해머드릴과 상기 리머 해머드릴을 동시에 작동시켜 대구경의 구멍을 굴착하며, 굴착이 진행되는 동안 상기 파일롯 해머드릴과 상기 리머 해머드릴의 위치 차이가 미리 결정된 값에 도달하면 일시적으로 상기 파일롯 해머드릴의 동작을 중단시키고, 이후 리머 해머드릴만을 작동시켜 상기 파일롯 해머드릴과 상기 리머 해머드릴의 위치 차이가 0에 도달하면 일시 중단되었던 상기 파일롯 해머드릴의 동작을 재개하여 대구경의 구멍을 굴착하는 과정을 반복하여 작업한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라 제공되는 대구경 지반 굴착 장치는, 지반을 굴착하는 굴착 장치에 있어서, 지상의 지지 수단에 다단으로 조립되는 로드의 최하단에 부착되는 해머드릴을 포함하며, 상기 해머드릴은: 해머 및 이에 부착된 드릴비트 세트를 적어도 하나 이상 포함하고, 이 적어도 하나 이상의 해머 및 이에 부착된 드릴비트 세트를 고정하기 위한 해머드릴 프레임을 포함하는 파일롯 해머드릴과; 해머 및 이에 부착된 드릴비트 세트를 적어도 하나 이상 포함하고, 이 적어도 하나 이상의 해머 및 이에 부착된 드릴비트 세트를 고정하기 위한 해머드릴 프레임을 포함하고, 상기 파일롯 해머드릴을 일정한 간격을 가지고 동심적으로 둘러싸도록 설치되는 리머 해머드릴과; 상기 파일롯 해머드릴과 상기 리머 해머드릴이 서로 함께 동시 회전이 가능하도록 고정하면서 상하 방향으로는 상대이동이 가능하도록 그 길이를 따라 결합하도록 수직 방향으로 연장된 키 구조를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 리머 해머드릴의 하단에는 복수의 롤러가 하강 및 상승할 수 있도록 설치된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 리머 해머드릴의 하단에 설치된 복수의 롤러는 각각 벨로우즈에 의하여 하강 및 상승하도록 구성된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 리머 해머드릴의 외주연부에, 서로 함께 동시 회전이 가능하도록 고정하면서 상하 방향으로는 상대이동이 가능하도록 그 길이를 따라 결합하도록 수직 방향으로 연장된 또 다른 키구조에 의하여 결합된, 하나 또는 그 이상의 리머 해머드릴을 더 포함할 수 있다.
상술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 동시회전이 가능하면서 상하 상대 이동이 가능한 수직 방향의 키-키가이드 구조를 통해 동심상으로 결합된 파일롯 해머드릴과 리머 해머드릴을 포함하여 하나의 해머드릴을 구성함으로써, 천공시 발생되는 진동, 먼지, 파편 등의 환경에서도 기계적 견고성을 유지할 수 있는 구조의 해머드릴을 제공하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 파일롯 해머드릴과 리머 해머드릴이 동시에 회전하므로, 해머드릴 내에서 파일롯 해머드릴과 리머 해머드릴을 각각 구동시키는 별도의 장비가 불필요하고, 이에 따라 장치의 구조가 간단해지고 제조비용이 낮아진다는 장점이 제공된다.
본 발명에 따르면, 회전하는 파일롯 해머드릴이 리머 해머드릴에 대하여 하부로 상대이동하면서 그 하단에 설치된 하나 이상의 드릴 비트로 소구경의 파일롯 구멍을 소정 깊이로 굴착하는 동안, 키 구조에 의하여 파일롯 해머드릴과 함께 회전하는 리머 해머드릴 하단에 설치된 하나 이상의 드릴 비트는 롤러에 의하여 지반 표면에 대해 일정한 간격을 유지될 수 있으므로, 리머 해머드릴의 드릴 비트의 손상이 방지될 수 있다는 효과가 제공된다.
본 발명에 따르면, 예컨대 깊이가 10m의 직경이 큰 대구경의 구멍을 천공하는 경우, 예컨대 0.5m 내외의 일정 깊이의 소구경의 파일롯 구멍을 천공한 후, 이 일정 깊이만 대구경으로 확공시키고 이와 같은 과정을 여러번(예컨대 20번)반복하여 깊은 대구경의 구멍을 천공하는 방식이므로, 대구경의 천공 수직도가 정확하게 유지될 수 있다는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라 해머드릴을 깊은 구멍의 길이를 따라 집어넣을 시에 필요한 다 단 로드의 조립 및 분해 작업시간이 단축되므로 이에 따라 굴진 작업시간이 단축되고 작업이 용이해질 수 있어 작업 비용이 감소되는 등의 효과를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 지반 굴착 장치의 구성을 예시하는 개략도이며, 도 8 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 지반 굴착 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
본 발명에 따라 제공되는 지반을 굴착하는 굴착 장치는, 도 4에 그 저면 구조가 도시되며 도 5 및 도 6에 측면도가 도시되는 바와 같은, 지상의 지지 수단에 다단으로 조립되는 로드(104)의 최하단에 부착되는 해머드릴(40)을 포함한다.
해머드릴(40)은 파일롯 해머드릴(44, 48, 49), 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)에 일정한 간격을 가지고 동심적으로 둘러싸도록 설치되는 리머 해머드릴(41, 46, 47), 및 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)와 리머 해머드릴(41, 46, 47)를 회전방향으로 고정하고 상하방향으로 미끄러짐가능하게 결합하는 키 구조(42, 43)를 포함한다.
파일롯 해머드릴(44, 48, 49)은 해머(48) 및 이에 부착된 드릴비트(49) 세트를 적어도 하나 이상 포함하고, 이 적어도 하나 이상의 해머(48) 및 이에 부착된 드릴비트(49) 세트를 고정하기 위한 해머드릴 프레임(44)을 포함한다. 도 4에 도시된 실시예에서, 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)의 해머드릴 프레임(44)에는 두 세트 의 해머(48) 및 드릴비트(49)가 설치되어 있는 것이 예시되어 있다. 이외에, 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)에는 굴착시 발생되는 흙과 암석 파편들을 외부로 배출하기 위한 역순환로(45)가 구비될 수 있다.
리머 해머드릴(41, 46, 47)은, 중앙의 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)을 중심으로 회전하는 형태의 고리형 단면을 가지며, 해머(46) 및 이에 부착된 드릴비트(47) 세트를 적어도 하나 이상 포함하고, 또한 이 적어도 하나 이상의 해머(46) 및 이에 부착된 드릴비트(47) 세트를 고정하기 위한 해머드릴 프레임(41)을 포함한다. 리머 해머드릴(41, 46, 47)은 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)를 일정한 간격을 가지고 동심적으로 둘러싸도록 설치된다.
도면에서 도시된 실시예에서, 리머 해머드릴(41, 46, 47) 하나가 포함된 구조만이 도시되어 있으나, 본 발명의 범위는 이에만 국한되는 것은 아니다. 도 10에서 점선으로 나타난 바와 같이 리머 해머드릴 외부를 둘러싸는 또 다른 리머 해머드릴이 또 다른 키구조를 개재하여 리머 해머드릴의 외주연부를 둘러싸도록 추가로 결합될 수 있음은 자명하다.
또한 일 실시예에 있어서, 리머 해머드릴(41, 48, 49)의 하단에는 하나 이상의 드릴비트(47)외에 복수의 롤러(50)가 하강 및 상승할 수 있도록 설치될 수 있다. 롤러(50)는 고정프레임(52)에 의하여 해머드릴 프레임(41)에 고정되며, 유압이나 공압실린더 또는 벨로우즈(51)에 의하여 해머드릴 프레임(41)의 하단에 대하여 돌출되도록 하강하거나 다시 원위치로 복귀하도록 상승될 수 있다.
키 구조(42, 43)는, 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)과 리머 해머드릴(41, 46, 47)이 회전방향으로는 서로 함께 동시 회전이 가능하도록 고정하면서 상하 방향으로는 상대이동이 가능하도록 그 길이를 따라 결합하도록 수직 방향으로 연장된 구조를 가진다. 도시된 예에서, 파일롯 해머드릴의 해머드릴 프레임(44)에는 상하방향으로 길게 연장된 요홈 형태의 키 가이드(43)가 설치되고 리머 해머드릴의 해머드릴 프레임(41)에는 상하방향으로 돌출된 형태의 키(42)가 설치된 구조가 도시되었다. 다른 방식으로, 파일롯 해머드릴의 해머드릴 프레임(44)에는 상하방향으로 돌출된 형태의 키(42)가 설치되고 리머 해머드릴의 해머드릴 프레임(41)에는 상하방향으로 길게 연장된 요홈 형태의 키 가이드(43)가 설치된 구조도 역시 가능하다.
이 외에, 본 발명의 해머드릴(40)은 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)과 리머 해머드릴(41, 46, 47)이 장착되는 기초 프레임을 가지며, 이 기초 프레임의 상단부에는 리머 해머드릴(41, 46, 47)과 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)이 서로 상하로 상대이동되는 경우에, 키(42)의 상단 방향으로의 이동을 차단하는 스토퍼가 설치될 수 있다. 이 외에, 해머드릴(40) 내에는 각각의 해머(46, 48)로 압축공기를 공급하는 경로와 파쇄된 흙과 암석파편을 외부로 배출하는 배출 경로가 형성된다. 압축공기의 공급 경로는, 리머 해머드릴(41, 46, 47) 쪽의 해머(46)와 파일롯 해머드릴(44, 48, 49) 쪽의 해머(48)로 구분되어 형성된다. 또한 해머드릴(40)을 회전시키는 구동장치 등이 더 포함된다.
상술한 바와 같이 구성된 해머드릴(40)을 가지는 장치를 사용하여, 도 8 내지 도 9에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따라 제공되는 대구경 지반 굴착 방법이 진행될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 일단 장비를 설치(S01)한 후, 굴착 작업시, 먼저 소구경(w)의 파일롯 구멍을 일정 깊이(d) 만큼 천공하는 작업이 진행되고, 그 다음에 상기 일정 깊이(d) 만큼 대구경(W)의 구멍이 천공된다.
먼저, 리머 해머드릴(41, 48, 49)의 하단으로 복수의 롤러(50)가 하강한 상태를 유지하도록 벨로우즈(51)를 작동시킨다. 이에 따라 리머 해머드릴(41, 48, 49)의 하단에 설치된 드릴 비트(49)들은 롤러(50)보다 높은 위치에 위치하여 지반과 직접적으로 접촉되지 않게 된다(S03).
이 상태에서, 해머드릴(40)을 회전시키면서 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)을 하강시켜 소구경(w)의 파일롯 구멍을 소정 깊이(d)로 굴착한다(S05). 이때, 압축공기는 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)의 해머(48)에만 공급되어, 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)의 드릴비트(49) 만이 타격 굴착 동작을 하게 된다.
일단 소구경(w)의 파일롯 구멍을 소정 깊이(d)로 굴착되면, 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)은 원위치로 복귀하도록 상승한다(S07).
이제 대구경 구멍을 천공하기 위하여, 리머 해머드릴(41, 48, 49)의 하단으로 하강하였던 복수의 롤러(50)를 원위치로 복귀하도록 상승시키기 위하여 벨로우즈(51)를 작동시킨다. 이에 따라 리머 해머드릴(41, 48, 49)의 하단에 설치된 드릴 비트(49)들은 롤러(50)보다 낮은 위치에 위치하여 지반과 직접적으로 접촉될 수 있게 된다(S09).
그 다음에 리머 해머드릴(41, 46, 47)를 하강시켜 대구경(W)의 구멍을 상기 소정 깊이(d)만큼 굴착할 수 있다(S11). 이때, 압축공기는 리머 해머드릴(41, 46, 47)에만 공급되어, 리머 해머드릴(41, 46, 47) 만이 타격 굴착 동작을 하게 된다.
이와 같은 방식으로 소정 깊이(d)만큼 굴착하게 되면, 다시 먼저 소구경(w)의 파일롯 구멍을 일정 깊이(d) 만큼 천공하는 작업이 진행되는 단계(S03)부터 리머 해머드릴을 이용하여 대구경의 구멍을 천공하는 단계(S11)까지의 과정이 반복됨으로써, 원하는 깊이의 대구경의 구멍을 천공할 수 있다.
위의 방법은 소구경의 파일롯 구멍을 먼저 천공하고 이후 대구경으로 확공하는 방식이다. 본 발명에 따른 굴착 방법은 이와 같은 방식뿐만 아니라 소구경과 대구경을 동시에 굴착하는 방식으로 진행될 수도 있으며, 이러한 과정은 도 12에 흐름도로서 예시되어 있다.
도 12을 참조하면, 장비를 설치한 후(S21), 해머드릴(40)을 회전시키면서 먼저 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)과 리머 해머드릴(41, 46, 47)을 동시에 작동시켜 대구경(W)의 구멍을 굴착한다(S22).
이 경우 소직경의 파일롯 해머드릴의 전진운동이 대직경의 리머 해머드릴의 전진운동에 비하여 더욱 진행되는 경향이 있다. 이는 동일한 작업시간 동안, 소직경의 파일롯 해머드릴이 천공하는 면적이 대직경의 리머 해머드릴이 천공해야 하는 면적보다 보다 훨씬 적기 때문이다. 따라서 굴착이 진행되는 동안에 파일롯 해머드릴은 리머 해머드릴보다 더 아래쪽으로 내려가게 되어 둘 사이에 위치 차이(d')가 발생된다.
그리하여, 굴착이 진행되는 동안 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)과 리머 해머드릴(41, 46, 47)의 위치 차이(d')가 미리 결정된 값(D)에 도달하게 되는데, 이렇 게 되면 일시적으로 상기 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)의 동작을 중단시키고, 오직 리머 해머드릴만이 굴착작업을 계속하도록 한다(S03).
이후 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)이 정지해있는 동안 리머 해머드릴(41, 46, 47)이 굴착 작업을 계속하여 둘 사이의 위치 차이(d')가 0에 도달하면, 일시 중단되었던 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)의 동작을 재개하여 대구경(W)의 구멍을 굴착한다(S04).
이와 같은 방식으로 미리 결정된 깊이(D)만큼 굴착하게 되면, 다시 리드 해머드릴과 파일롯 해머드릴을 동시에 작동시키는 단계(S22)부터 일시 중단되었던 파일롯 해머드릴의 작동을 재개하는 단계(S24)까지의 과정이 반복됨으로써, 원하는 깊이의 대구경의 구멍을 천공할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 명세서에서 설명된 여러 가지 특징을 참조하고 조합하여 다양한 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 범위가 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 함을 지적해둔다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 연속 확공 방식의 대구경 지반 굴착 방법 및 장치는 토목공사나 건축공사 등의 기초 공사 시에는 지반에 세워지는 구조물이 견고하게 위치될 수 있도록 지반이나 암석에 빔이나 말뚝을 박기 위한 천공작업이나 굴착작업 분야에 널리 이용가능하다.
도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 대구경 굴착 방법 및 장치의 원리를 설명하기 위한 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 지반 굴착 장치의 해머드릴 하단부 구성을 예시하는 개략 저면도.
도 5는 도 4의 A-A 단면으로 본 해머드릴의 측면을 예시하는 개략 측면도.
도 6은 도 5의 구성 중 롤러의 위치를 설명하기 위한 개략 측면도.
도 7은 도 4의 실시예 중 롤러의 구조를 보여주는 개략 측면도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 지반 굴착 방법 중 소구경 파일롯 구멍을 굴착하는 과정 및 확대된 직경의 구멍을 굴착하는 과정을 설명하기 위한 개략도.
도 10은 도 5의 리머 해머드릴 외주연부에, 또 다른 키구조에 의하여 결합된, 리머 해머드릴을 포함한 측면을 예시하는 개략 측면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 지반 굴착 방법의 각 단계를 개략적으로 보여주는 흐름도.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대구경 지반 굴착 방법의 각 단계를 개략적으로 보여주는 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
40 : 해머드릴 41 : 리머 해머드릴 프레임 42 : 키
43 : 키 가이드 44 : 파일롯 해머드릴 프레임 45 : 역순환로
46, 48 : 해머 47, 49 : 드릴비트 50 : 롤러
51 : 벨로우즈(Bellows or Air/hydraulic cylinder) 52 : 고정프레임

Claims (7)

  1. 지반을 굴착하는 굴착 방법에 있어서,
    지상의 지지 수단에 다단으로 조립되는 로드(104)의 최하단에 부착되는 해머드릴(40)을, 동시회전이 가능하면서 상하 상대이동이 가능한 수직 방향의 키 구조(42, 43)를 통해 결합된 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)과 리머 해머드릴(41, 46, 47)을 포함하여 구성하고,
    굴착 작업시, 상기 해머드릴(40)을 회전시키면서 먼저 상기 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)을 하강시켜 소구경(w)의 파일롯 구멍을 소정 깊이(d)로 굴착한 후 원위치로 상승시키고, 그 다음에 상기 리머 해머드릴(41, 46, 47)을 하강시켜 대구경(W)의 구멍을 상기 소정 깊이(d)만큼 굴착하는 과정을 반복하여 작업하는
    것을 특징으로 하는, 대구경 지반 굴착 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 소구경(w)의 파일롯 구멍을 굴착하는 동안에, 상기 리머 해머드릴(41, 48, 49)의 하단에는 복수의 롤러(50)가 하강한 상태를 유지함으로써, 상기 리머 해머드릴(41, 48, 49)의 하단에 돌출 설치된 적어도 하나의 드릴비트(49)가 상기 롤러(50)보다 높은 위치에 위치하여 아래의 지반과 직접적으로 접촉되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는, 대구경 지반 굴착 방법.
  3. 지반을 굴착하는 굴착 방법에 있어서,
    지상의 지지 수단에 다단으로 조립되는 로드(104)의 최하단에 부착되는 해머드릴(40)을, 동시회전이 가능하면서 상하 상대이동이 가능한 수직 방향의 키 구조(42, 43)를 통해 결합된 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)과 리머 해머드릴(41, 46, 47)을 포함하여 구성하고,
    굴착 작업시, 상기 해머드릴(40)을 회전시키면서 먼저 상기 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)과 상기 리머 해머드릴(41, 46, 47)을 동시에 작동시켜 대구경(W)의 구멍을 굴착하며, 굴착이 진행되는 동안 상기 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)과 상기 리머 해머드릴(41, 46, 47)의 위치 차이(d')가 미리 결정된 값(D)에 도달하면 일시적으로 상기 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)의 동작을 중단시키고, 이후 상기 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)과 상기 리머 해머드릴(41, 46, 47)의 위치 차이(d')가 0에 도달하면 일시 중단되었던 상기 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)의 동작을 재개하여 대구경(W)의 구멍을 굴착하는 과정을 반복하여 작업하는
    것을 특징으로 하는, 대구경 지반 굴착 방법.
  4. 지반을 굴착하는 굴착 장치에 있어서,
    지상의 지지 수단에 다단으로 조립되는 로드(104)의 최하단에 부착되는 해머드릴(40)을 포함하며, 상기 해머드릴(40)은:
    해머(48) 및 이에 부착된 드릴비트(49) 세트를 적어도 하나 이상 포함하고, 이 적어도 하나 이상의 해머(48) 및 이에 부착된 드릴비트(49) 세트를 고정하기 위한 해머드릴 프레임(44)을 포함하는 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)과;
    해머(46) 및 이에 부착된 드릴비트(47) 세트를 적어도 하나 이상 포함하고, 이 적어도 하나 이상의 해머(46) 및 이에 부착된 드릴비트(47) 세트를 고정하기 위한 해머드릴 프레임(41)을 포함하고, 상기 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)을 일정한 간격을 가지고 동심적으로 둘러싸도록 설치되는 리머 해머드릴(41, 46, 47)과;
    상기 파일롯 해머드릴(44, 48, 49)와 상기 리머 해머드릴(41, 46, 47)이 서로 함께 동시 회전이 가능하도록 고정하면서 상하 방향으로는 상대이동이 가능하도록 그 길이를 따라 결합하도록 수직 방향으로 연장된 키 구조(42, 43)를
    포함하는 것을 특징으로 하는, 대구경 지반 굴착 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 리머 해머드릴(41, 48, 49)의 하단에는 복수의 롤러(50)가 하강 및 상승할 수 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는, 대구경 지반 굴착 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 리머 해머드릴(41, 48, 49)의 하단에 설치된 복수의 롤러(50)는 각각 벨로우즈(51)에 의하여 하강 및 상승하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 대구경 지반 굴착 장치.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 리머 해머드릴의 외주연부에, 서로 함께 동시 회전이 가능하도록 고정하면서 상하 방향으로는 상대이동이 가능하도록 그 길이를 따라 결합하도록 수직 방향으로 연장된 또 다른 키구조에 의하여 결합된, 하나 또는 그 이상의 리머 해머드릴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 대구경 지반 굴착 장치.
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