KR20130046807A

KR20130046807A - Ｔｂｍ을 이용한 하향 천공장치 및 이를 이용한 천공방법

Info

Publication number: KR20130046807A
Application number: KR1020110111400A
Authority: KR
Inventors: 정성남; 김중희
Original assignee: 강릉건설 주식회사; 김중희; 주식회사경도; 정성남
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-08
Also published as: KR101293337B1

Abstract

본 발명은 TBM을 이용한 하향 천공장치 및 이를 이용한 천공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하향 구멍을 형성하고자 하는 지면이나 해저면 또는 강바닥에서 지하로 압입되는 케이싱, 상기 하향 구멍의 직경에 대응되는 직경의 커터헤드가 하측을 향하도록 TBM(Tunnel Boring Machine)을 세워서 상기 케이싱의 내부를 따라 하측으로 이동시켜 하향 구멍을 천공하며, 상기 TBM의 상단부에 구비되어 상기 하향 구멍을 천공할 때, 상기 TBM의 상측을 지지하도록 상기 케이싱의 내면에 고정되고, 상기 TBM의 하측 이동을 위해 케이싱에서 고정 해제되는 신축수단을 포함하여 이루어진다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 형성하고자 하는 하향 구멍의 직경에 대응되는 직경의 커터헤드를 갖는 TBM이 케이싱과 신축수단에 의해 안내되고, 상측이 지지되어 천공력을 증가시킴에 따라 이용하여 하향 구멍을 용이하게 천공할 수 있어 종래에 비해 작업공정과 시간을 절감시킬 수 있으며, 작업효율을 향상시킬 수 있다.

Description

ＴＢＭ을 이용한 하향 천공장치 및 이를 이용한 천공방법{Down the hole drilling apparatus using the TBM and drilling method using the same}

본 발명은 천공장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수평으로 터널을 굴착하기 위한 TBM을 세워서 형성하고자 하는 수직터널을 천공하여 종래보다 작업공정과 시간을 절감시킴에 따라 작업효율을 향상시킬 수 있는 TBM을 이용한 하향 천공장치 및 이를 이용한 천공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 수직터널은 광산에서 자재 및 작업 인원의 출입, 또는 환기를 목적으로 수평터널과 함께 굴착되거나, 산악지대에 차량이 이동할 수 있도록 시공된 수평터널의 환기 및 양수발전소의 수압터널 등, 여러 가지 목적을 위하여 시공되어 왔다.

상기와 같은 수직터널을 시공하기 위하여 종래에는 일본 특허출원번호 평6-85952호에 제시된 굴착장치가 사용되었다.

상기 천공장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 와이어(W)를 취득, 송출 가능하도록 장착된 윈치유니트와 와이어의 일측 단부에 결합된 작업발판 유니트(1)와, 상기 작업발판 유니트의 하단측에 천공장치(3)가 구비된 수직터널 천공장치가 제시되어 있다.

그러나 상기와 같이 천공장치(3)가 수직터널의 바닥면(B)을 향하여서만 장착되어 수직터널을 깊이 방향으로 파 들어갈 수 있지만, 수직터널 측면(S)을 천공할 수 없기 때문에, 수직터널의 직경을 확장시키기 어렵다는 문제점이 발생하였다.

물론, 천공장치(3)가 발판 유니트(1)를 따라 이동될 수 있지만, 발판 유니트(1)가 형성하고자 하는 수직터널의 직경보다 작아 그 이동이 제한적임에 따라 측면(S)을 확장할 수 없다.

이에 별도의 천공장비를 이용하여 측면(S)을 굴착작업이 이루어져 작업공정과 시간 및 비용이 증가되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 도 2에서 도시한 바와 같이, 등록특허 제10-1015548호에 굴착장치가 제시되어 수직터널의 측면을 천공함에 따라 수직터널을 확장할 수 있었다.

그러나 이 굴착장치는 수직프레임(10)에서 회전 가능하도록 굴착부(20)가 구비되어 수직터널의 측면(S)까지 굴착할 수 있지만, 바닥면(B)을 먼저 굴착하고 측면(S)을 굴착함에 따라 여전히 작업공정과 소요시간이 많아 작업효율이 저하되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 하향 구멍을 형성하고자 하는 지면에 압입되는 케이싱과 하향 구멍의 직경에 대응되는 직경의 커터헤드를 갖는 수평 터널 굴착용 TBM을 세워서 케이싱 내부를 따라 이동시키며,

TBM 및 이 TBM의 상단부에 구비되어 TBM의 상측을 지지하도록 상기 케이싱의 내면에 고정되고, 상기 TBM의 하측 이동을 위해 케이싱에서 고정 해제되는 신축수단을 구비하여 용이하게 하향 구멍을 천공할 수 있어 작업공정과 시간을 감소시키며, 작업효율을 향상시킬 수 있는 TBM을 이용한 하향 천공장치 및 이를 이용한 천공방법을 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 하향 구멍을 형성하고자 하는 지면이나 해저면 또는 강바닥에서 지하로 압입되는 케이싱, 상기 하향 구멍의 직경에 대응되는 직경의 커터헤드가 하측을 향하도록 TBM(Tunnel Boring Machine)을 세워서 상기 케이싱의 내부를 따라 하측으로 이동시켜 하향 구멍을 천공하며, 상기 TBM의 상단부에 구비되어 상기 하향 구멍을 천공할 때, 상기 TBM의 상측을 지지하도록 상기 케이싱의 내면에 고정되고, 상기 TBM의 하측 이동을 위해 케이싱에서 고정 해제되는 신축수단을 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 케이싱은, 하단이 토사층의 하측에 형성된 암반에 위치되고, 상단이 지면이나 해수면 또는 수면보다 상측에 위치되도록 압입된다.

그리고 상기 신축수단은, 관형상의 몸체하우징, 상기 TBM과 닿도록 상기 몸체하우징의 하단부 외측으로 돌출된 지지프레임, 상기 케이싱 또는 암반의 천공된 측면과 닿아 기울어짐을 방지하기 위해 상기 몸체하우징의 상단부 외측으로 돌출형성된 가이드프레임, 상기 몸체하우징의 중간부 외주를 따라 다수 개 구비되어 신장 및 수축됨에 따라 상기 케이싱 또는 암반의 천공된 측면을 가압하여 몸체하우징을 케이싱 또는 천공된 암반에 고정시키거나 몸체하우징의 고정상태를 해제시키는 고정잭, 상기 지지프레임과 TBM 상단부 사이 공간을 밀폐시키는 하우징밀폐부를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 하우징밀폐부는, 상기 지지프레임의 외면에 구비되어 상기 TBM의 내면을 밀폐시키는 제1하우징밀폐부, 상기 TBM의 상단에 구비되어 상기 몸체하우징의 외면을 밀폐시키는 제2하우징밀폐부, 및 상기 제1하우징밀폐부와 제2하우징밀폐부에 의해 폐쇄된 몸체하우징과 TBM 사이 공간에 충진되는 밀폐액;을 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 밀폐액의 충진량을 조절하는 압력조절부가 더 구비되어 상기 몸체하우징과 TBM 사이 공간 크기에 따라 밀폐액의 충진량을 조절한다.

또한, 상기 가이드프레임은, 상기 케이싱과의 사이를 밀폐시키도록 케이싱밀폐부가 더 구비된다.

그리고 상기 가이드프레임의 상측으로 보조가이드프레임이 연장형성되고, 상기 보조가이드프레임은 상기 케이싱과의 사이를 밀폐시키도록 보조케이싱밀폐부가 더 구비된다.

또한, 상기 케이싱밀폐부와 보조케이싱밀폐부에 의해 밀폐된 상기 몸체하우징과 케이싱 사이 공간에 밀폐액이 더 충진된다.

그리고 하향 구멍을 형성하고자 하는 지면이나 해저면 또는 강바닥에서 지하로 케이싱을 압입하되, 상기 케이싱의 하단이 토사층의 하측에 형성된 암반에 위치되고, 상단이 지면이나 해수면 또는 수면보다 상측에 위치되도록 압입시키는 케이싱 설치단계, 선단에 하향 구멍의 직경에 대응되는 직경을 갖는 커터헤드가 몸체 선단에 회전 가능하도록 형성되고, 관형상의 하우징이 외형을 형성하며, 상기 몸체와 커터헤드를 하측으로 이동시키는 추진잭을 갖는 TBM(Tunnel Boring Machine)의 커터헤드가 하측을 향하도록 세워서 상기 케이싱의 상단부에 설치하는 TBM 설치단계, 상기 TBM을 이용하여 상기 케이싱의 내부 토사층까지 구멍을 뚫는 토사천공단계, 상기 TBM의 하우징 상단부와 케이싱을 연결하는 신축수단을 케이싱 또는 천공된 암반 측면에 고정시켜 상기 TBM의 상측을 지지하는 신축수단 설치단계, 상측이 지지된 TBM의 추진잭을 신장시켜 커터구동부에 의해 회전되는 커터헤드를 몸체와 함께 하측으로 이동시킴에 따라 암반에 구멍을 뚫는 암반천공단계, 상기 추진잭의 신장된 길이만큼 암반을 천공 후, 상기 신축수단의 고정상태를 해제하는 신축수단 해제단계, 신장된 상기 추진잭을 수축시킴에 따라 상기 신축수단이 하측으로 이동되어 상기 TBM의 하우징 상단부로 이동시키는 신축수단 이동단계;를 포함하여 이루어지고, 형성하고자 하는 깊이까지 천공하도록 상기 신축수단 설치단계와 암반천공단계, 신축수단 해제단계 및 신축수단 이동단계를 반복한다.

또한, 상기 토사천공단계와 암반천공단계는, 물공급부에 의해 상기 몸체와 커터헤드 사이에 물을 공급하는 물공급단계, 상기 몸체와 커터헤드 사이에 구비된 안내부에 의해 굴착물을 배출부로 안내하는 단계, 및 진공펌프를 갖는 배출부에 의해 공급된 물과 함께 굴착물을 배출시키는 배출단계를 포함하여 이루어진다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 TBM을 이용한 하향 천공장치 및 이를 이용한 천공방법에 의하면, 형성하고자 하는 하향 구멍의 직경에 대응되는 직경의 커터헤드를 갖는 TBM이 케이싱과 신축수단에 의해 안내되고, 상측이 지지되어 천공력을 증가시킴에 따라 이용하여 하향 구멍을 용이하게 천공할 수 있어 종래에 비해 작업공정과 시간을 절감시킬 수 있으며, 작업효율을 향상시킬 수 있게 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

도 1은 종래 수직터널 굴착장치의 일 실시 예를 도시한 도면이고,
도 2는 종래 수직터널 굴착장치의 다른 실시 예를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 하향 천공장치를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 하향 천공장치의 작동상태를 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 신축수단의 작동상태를 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 하향 천공방법을 도시한 도면이며,
도 7은 본 발명에 따른 굴착물 배출방법을 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 하향 천공방법의 각 단계별로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 하향 천공장치를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 하향 천공장치의 작동상태를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 신축수단의 작동상태를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 하향 천공방법을 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 굴착물 배출방법을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 하향 천공방법의 각 단계별로 도시한 도면이다.

도 3에서 도시한 바와 같이, 하향 천공장치(100)는 케이싱(110)과 TBM(Tunnel Boring Machine:120) 및 신축수단(130)으로 구성된다.

케이싱(110)은 내부가 통공된 관형상으로 형성되어 하향 구멍을 형성하고자 하는 지면이나 해저면 또는 강바닥에서 지하로 압입된다.

이러한 케이싱(110)은 별도의 고정장치(미 도시)를 이용하여 지면이나 해저면 또는 강바닥에 거치시킨 후, 압입장치(미 도시)에 의해 압입 된다.

이때, 케이싱(110)은 하단이 토사층의 하측에 형성된 암반에 위치되고, 상단이 지면이나 해수면 또는 수면보다 상측에 위치되도록 압입 된다.

그리고 TBM(120)은 종래에 수평 터널을 굴착하기 위해 사용되는 것으로, 이 TBM(120)를 세워서 케이싱(110)의 내부를 따라 하측으로 이동됨에 따라 하향 구멍을 천공하게 된다.

이러한 TBM(120)은 도 4에서 도시한 바와 같이, 하우징(121)과 몸체(122), 커터헤드(123), 커터구동부(124), 추진잭(125), 물공급부(126), 배출부(127) 및 안내부(128)로 구성된다.

하우징(121)은 관형상으로 TBM(120)의 외형을 형성하고, 몸체(122)는 하우징(121)의 선단 내부에 구비된다.

그리고 커터헤드(123)는 형성하고자 하는 하향 구멍의 직경에 대응되는 직경으로 형성되어 몸체(122)의 선단에 회전 가능하도록 구비되며, 커터구동부(124)는 몸체(122)에 구비되어 커터헤드(123)를 회전시킨다.

추진잭(125)은 몸체(122)에 구비되어 신축수단(130)의 하단과 닿아 신장됨에 따라 회전되는 커터헤드(123)를 하측으로 이동시켜 하향 구멍을 천공하고, 수축됨에 따라 신축수단(130)을 하측으로 이동시키게 된다.

여기서, 추진잭(125)이 신장될 경우, 신축수단(130)은 케이싱(110) 또는 천공된 암반 내면에 고정된 상태이고, 추진잭(125)이 수축될 경우, 신축수단(130)의 고정상태가 해제된 상태이다.

이에 따라, 추진잭(125)이 신장될 경우, 상측이 신축수단(130)에 의해 지지됨에 따라 몸체(122)와 커터헤드(123)가 하측으로 이동되어 회전되는 커터헤드(123)에 의해 암반이 천공된다.

그리고 추진잭(125)이 수축될 경우, 고정이 해제된 신축수단(130)이 하측으로 이동되는 것이다.

물론, 추진잭(125)이 수축될 경우, 커터헤드(123)의 회전은 정지된 상태이다.

또한 물공급부(126)는 몸체(122)와 커터헤드(123) 사이에 물을 공급하고, 배출부(127)는 진공펌프(129)를 갖고, 물공급부(126)에서 공급된 물과 함께 굴착물을 배출시키게 된다.

그리고 안내부(128)는 몸체(122)와 커터헤드(123) 사이에 구비되어 굴착물과 물을 배출부(127)로 안내하는 것으로, 굴착물이 몸체(122)와 커터헤드(123) 사이에서 굳는 것을 방지하게 된다.

이에 따라, 굴착물을 외부로 용이하게 배출시킬 수 있으며, 특히 진공펌프(129)에 의해 발생된 진공에 의해 물과 굴착물을 용이하게 흡입하여 배출시킬 수 있다.

또한 배출부(127)에는 모터에 의해 회전되는 스크류이송부(미 도시)가 더 구비되어 물과 굴착물이 역류하는 것을 방지할 수 있어 더욱 용이하게 배출시킬 수 있다.

그리고 신축수단(130)은 도 5에서 도시한 바와 같이, TBM(120)의 상단부에 구비되어 TBM(120)의 상측을 지지하도록 케이싱(110)의 내면에 고정되고, TBM(120)의 하측 이동을 위해 케이싱(110)에서 고정 해제된다.

이에 따라, 수축되는 추진잭(125)과 자중에 의해 하측으로 이동되는 것이다.

여기서 신축수단(130)은 몸체하우징(131)과 지지프레임(132), 가이드프레임(133), 고정잭(134) 및 하우징밀폐부(135)로 구성된다.

몸체하우징(131)은 관형상으로 내부가 통공되고, 지지프레임(132)은 추진잭(125)과 닿도록 몸체하우징(131)의 하단부 외측으로 돌출 형성된다.

그리고 가이드프레임(133)은 케이싱(110) 또는 암반의 천공된 측면과 닿아 기울어짐을 방지하기 위해 몸체하우징(131)의 상단부 외측으로 돌출 형성된다.

고정잭(134)은 몸체하우징(131)의 중간부 외주를 따라 다수 개 구비되어 신장 및 수축되는 것으로, 이 고정잭(134)이 신장되어 케이싱(110) 또는 암반의 천공된 측면을 가압하여 몸체하우징(131)을 케이싱(110) 또는 천공된 암반에 고정시키게 된다.

또한 몸체하우징(131)을 케이싱(110) 또는 천공된 암반에 고정시킨 고정잭(134)을 수축시켜 몸체하우징(131)의 고정을 해제시키게 된다.

하우징밀폐부(135)는 지지프레임(132)과 TBM(120)의 하우징(121) 상단부 사이 공간을 밀폐시켜 외부의 토사나 분진 및 수분 등의 이물질이 유입되는 것을 방지하게 된다.

이러한 하우징밀폐부(135)는 제1하우징밀폐부(135a)와 제2하우징밀폐부(135b) 및 밀폐액(135c)으로 구성되고, 제1하우징밀폐부(135a)는 지지프레임(132)의 외면에 구비되어 하우징(121)의 내면을 밀폐시킨다.

그리고 제2하우징밀폐부(135b)는 하우징(121)의 상단 내측면에 구비되어 몸체하우징(131)의 외면을 밀폐시키며, 밀폐액(135c)은 제1하우징밀폐부(135a)와 제2하우징밀폐부(135b)에 의해 폐쇄된 몸체하우징(131)과 하우징(121) 사이 공간에 충진된다.

여기서, 밀폐액(135c)은 압력조절부(135d)에 의해 충진량이 조절되는 것으로, 몸체하우징(131)과 TBM(120) 사이 공간, 즉, 몸체하우징(131)과 하우징(121) 사이 공간의 크기에 따라 밀폐액의 충진량을 조절하게 된다.

다시 말해, 압력조절부(135d)는 폐쇄된 몸체하우징(131)과 하우징(121) 사이 공간에서 공급 및 배출되는 것으로, 이는 TBM(120)과 신축수단(130)의 사이 간격에 따라 충진량이 조절됨이 당연하다.

또한 가이드프레임(133)은 케이싱(110)과의 사이를 밀폐시키도록 케이싱밀폐부(136)가 더 구비된다.

이는, TBM(120)이 케이싱(110) 하측으로 노출될 경우, 이 케이싱(110)의 하단과 TBM(120)의 하우징(121) 상단 사이로 이물질이 유입될 수 있고, 이 이물질이 신축수단(130)의 가이드프레임(133)과 케이싱(110) 사이로 유입되는 것을 방지하게 된다.

그리고 가이드프레임(133)의 상측으로 보조가이드프레임(137)이 연장형성되고, 보조가이드프레임(137)은 케이싱(110)과의 사이를 밀폐시키도록 보조케이싱밀폐부(138)가 더 구비된다.

이러한 케이싱밀폐부(136)와 보조케이싱밀폐부(138)에 의해 밀폐된 몸체하우징(131)과 케이싱(110) 사이 공간에 밀폐액(139)이 더 충진된다.

이와 같은, 하우징밀폐부(135)와 보조케이싱밀폐부(138) 및 밀폐액(139)에 의해 케이싱(110)의 하단과 TBM(120)의 하우징(121) 상단 사이로 유입된 이물질이 케이싱(110) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

이러한 하향 구멍 천공장치(100)를 이용한 하향 구멍 천공방법을 살펴보면, 도 6 내지 8에서 도시한 바와 같이, 케이싱 설치단계(S10)와 TBM 설치단계(S20), 토사천공단계(S30), 신축수단 설치단계(S40), 암반천공단계(S50), 신축수단 해제단계(S60) 및 신축수단 이동단계(S70)로 구성된다.

그리고 형성하고자 하는 깊이까지 천공하도록 신축수단 설치단계(S40)와 암반천공단계(S50), 신축수단 해제단계(S60) 및 신축수단 이동단계(S70)를 반복한다.

먼저, 케이싱 설치단계(S10)는 하향 구멍을 형성하고자 하는 지면이나 해저면 또는 강바닥에서 지하로 케이싱(110)을 압입하되, 케이싱(110)의 하단이 토사층의 하측에 형성된 암반에 위치되고, 상단이 지면이나 해수면 또는 수면보다 상측에 위치되도록 압입시킨다.

이러한 케이싱(110)은 별도의 고정장치(미 도시)를 이용하여 지면이나 해저면 또는 강바닥에 거치시킨 후, 압입장치(미 도시)에 의해 압입하게 된다.

그리고 TBM 설치단계(S20)는 TBM(120)을 케이싱(110)의 상단부에 설치하는 것으로, 하향 구멍의 천공준비를 하게 된다.

이를 위한 TBM(120)은 선단에 하향 구멍의 직경에 대응되는 직경을 갖는 커터헤드(123)가 몸체(122) 선단에 회전 가능하도록 형성되고, 관형상의 하우징(121)이 외형을 형성하며, 몸체(122)와 커터헤드(123)를 하측으로 이동시키는 추진잭(125)이 구비된다.

토사천공단계(S30)는 TBM(120)을 이용하여 케이싱(110)의 내부 토사층까지 천공하는 것으로, 커터헤드(123)를 회전시키면, 자중에 의해 하측으로 천공됨에 따라 토사층을 용이하게 천공할 수 있다.

신축수단 설치단계(S40)는 TBM(120)의 하우징(121) 상단부와 케이싱(110)을 연결하는 신축수단(130)을 케이싱(110) 또는 천공된 암반 측면에 고정시키게 된다.

이러한 신축수단(130)에 의해 TBM(120)의 상측을 지지할 수 있다.

암반천공단계(S50)는 상측이 지지된 TBM(120)의 추진잭(125)을 신장시켜 커터구동부(124)에 의해 회전되는 커터헤드(123)를 몸체(122)와 함께 하측으로 이동시킴에 따라 암반을 천공하게 된다.

물론, 암반의 천공 깊이는 추진잭(125)의 신장되는 길이와 동일하다.

또한 신축수단 해제단계(S60)는 추진잭(125)의 신장된 길이만큼 암반을 천공 후, 신축수단(130)의 고정상태를 해제하게 된다.

그리고 신축수단 이동단계(S70)는 신장된 추진잭(125)을 수축시킴에 따라 신축수단(130)이 하측으로 이동되어 TBM(120)의 하우징(121) 상단부로 이동시키게 된다.

신축수단 이동단계(S70)는 암반을 천공하기 위해 TBM(120)과 신축수단(130)을 준비시키는 것으로, 이 신축수단 이동단계(S70) 후 신축수단 설치단계(S40)와 암반천공단계(S50), 신축수단 해제단계(S60) 및 신축수단 이동단계(S70)를 반복하게 된다.

이에 따라, 형성하고자 하는 깊이까지 천공하여 하향 구멍을 천공하는 것이다.

여기서, 토사천공단계(S30)와 암반천공단계(S50)는 물공급단계(S100)와 안내하는 단계(S110) 및 배출단계(S120)로 구성된다.

물공급단계(S100)는 물공급부(126)에 의해 몸체(122)와 커터헤드(123) 사이에 물을 공급하는 것으로, 커터헤드(123)의 과열을 방지하고, 천공된 토사에 유동성을 부여하여 마찰을 방지 및 최소화하게 된다.

그리고 배출부로 안내하는 단계(S110)는 몸체(122)와 커터헤드(123) 사이에 구비된 안내부(128)에 의해 굴착물을 배출부(127)로 안내하는 것으로, 몸체(122)와 커터헤드(123) 사이에 굴착물이 적층되는 것을 방지하여 TBM(120)의 오작동을 방지하고, 굴착물을 배출부(127)로 용이하게 안내하게 된다.

배출단계(S120)는 진공펌프(129)를 갖는 배출부(127)에 의해 공급된 물과 함께 굴착물을 배출시키는 것으로, 굴착물을 신속하에 배출시킴에 따라 지속적으로 발생되는 굴착물이 이동될 공간을 확보할 수 있다.

이러한 각 과정은 도 8에서 순차적으로 도시하였다.

이에 따라, 형성하고자 하는 하향 구멍을 종래보다 단기간에 천공할 수 있으며, 그에 따른 작업 공정과 비용을 감소시킬 수 있어 작업효율성을 향상시킬 수 있는 것이다.

100 : 천공장치 110 : 케이싱
120 : TBM 121 : 하우징
122 : 몸체 123 : 커터헤드
124 : 커터구동부 125 : 추진잭
126 : 물공급부 127 : 배출부
128 : 안내부 129 : 진공펌프
130 : 신축수단 131 : 몸체하우징
132 : 지지프레임 133 : 가이드프레임
134 : 고정잭 135 : 하우징밀폐부
135a : 제1하우징밀폐부 135b : 제2하우징밀폐부
135c, 139 : 밀폐액 135d : 압력조절부
136 : 케이싱밀폐부 137 : 보조가이드프레임
138 : 보조케이싱밀폐부

Claims

하향 구멍을 형성하고자 하는 지면이나 해저면 또는 강바닥에서 지하로 압입되는 케이싱;
상기 하향 구멍의 직경에 대응되는 직경의 커터헤드가 하측을 향하도록 TBM(Tunnel Boring Machine)을 세워서 상기 케이싱의 내부를 따라 하측으로 이동시켜 하향 구멍을 천공하며,
상기 TBM의 상단부에 구비되어 상기 하향 구멍을 천공할 때, 상기 TBM의 상측을 지지하도록 상기 케이싱의 내면에 고정되고, 상기 TBM의 하측 이동을 위해 케이싱에서 고정 해제되는 신축수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 TBM을 이용한 하향 천공장치.
제1항에 있어서, 상기 케이싱은,
하단이 토사층의 하측에 형성된 암반에 위치되고, 상단이 지면이나 해수면 또는 수면보다 상측에 위치되도록 압입되는 것을 특징으로 하는 TBM을 이용한 하향 천공장치.
제1항에 있어서, 상기 신축수단은,
관형상의 몸체하우징;
상기 TBM과 닿도록 상기 몸체하우징의 하단부 외측으로 돌출된 지지프레임;
상기 케이싱 또는 암반의 천공된 측면과 닿아 기울어짐을 방지하기 위해 상기 몸체하우징의 상단부 외측으로 돌출형성된 가이드프레임;
상기 몸체하우징의 중간부 외주를 따라 다수 개 구비되어 신장 및 수축됨에 따라 상기 케이싱 또는 암반의 천공된 측면을 가압하여 몸체하우징을 케이싱 또는 천공된 암반에 고정시키거나 몸체하우징의 고정상태를 해제시키는 고정잭;
상기 지지프레임과 TBM 상단부 사이 공간을 밀폐시키는 하우징밀폐부;를 포함하여 이루어지는 TBM을 이용한 하향 천공장치.
제3항에 있어서, 상기 하우징밀폐부는,
상기 지지프레임의 외면에 구비되어 상기 TBM의 내면을 밀폐시키는 제1하우징밀폐부;
상기 TBM의 상단에 구비되어 상기 몸체하우징의 외면을 밀폐시키는 제2하우징밀폐부; 및
상기 제1하우징밀폐부와 제2하우징밀폐부에 의해 폐쇄된 몸체하우징과 TBM 사이 공간에 충진되는 밀폐액;을 포함하여 이루어지는 TBM을 이용한 하향 천공장치.
제4항에 있어서,
상기 밀폐액의 충진량을 조절하는 압력조절부가 더 구비되어 상기 몸체하우징과 TBM 사이 공간 크기에 따라 밀폐액의 충진량을 조절하는 것을 특징으로 하는 TBM을 이용한 하향 천공장치.
제3항에 있어서, 상기 가이드프레임은,
상기 케이싱과의 사이를 밀폐시키도록 케이싱밀폐부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 TBM을 이용한 하향 천공장치.
제6항에 있어서,
상기 가이드프레임의 상측으로 보조가이드프레임이 연장형성되고, 상기 보조가이드프레임은 상기 케이싱과의 사이를 밀폐시키도록 보조케이싱밀폐부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 TBM을 이용한 하향 천공장치.
제7항에 있어서,
상기 케이싱밀폐부와 보조케이싱밀폐부에 의해 밀폐된 상기 몸체하우징과 케이싱 사이 공간에 밀폐액이 더 충진되는 것을 특징으로 하는 TBM을 이용한 하향 천공장치.
하향 구멍을 형성하고자 하는 지면이나 해저면 또는 강바닥에서 지하로 케이싱을 압입하되, 상기 케이싱의 하단이 토사층의 하측에 형성된 암반에 위치되고, 상단이 지면이나 해수면 또는 수면보다 상측에 위치되도록 압입시키는 케이싱 설치단계;
선단에 하향 구멍의 직경에 대응되는 직경을 갖는 커터헤드가 몸체 선단에 회전 가능하도록 형성되고, 관형상의 하우징이 외형을 형성하며, 상기 몸체와 커터헤드를 하측으로 이동시키는 추진잭을 갖는 TBM(Tunnel Boring Machine)의 커터헤드가 하측을 향하도록 세워서 상기 케이싱의 상단부에 설치하는 TBM 설치단계;
상기 TBM을 이용하여 상기 케이싱의 내부 토사층까지 구멍을 뚫는 토사천공단계;
상기 TBM의 하우징 상단부와 케이싱을 연결하는 신축수단을 케이싱 또는 천공된 암반 측면에 고정시켜 상기 TBM의 상측을 지지하는 신축수단 설치단계;
상측이 지지된 TBM의 추진잭을 신장시켜 커터구동부에 의해 회전되는 커터헤드를 몸체와 함께 하측으로 이동시킴에 따라 암반에 구멍을 뚫는 암반천공단계;
상기 추진잭의 신장된 길이만큼 암반을 천공 후, 상기 신축수단의 고정상태를 해제하는 신축수단 해제단계;
신장된 상기 추진잭을 수축시킴에 따라 상기 신축수단이 하측으로 이동되어 상기 TBM의 하우징 상단부로 이동시키는 신축수단 이동단계;를 포함하여 이루어지고,
형성하고자 하는 깊이까지 천공하도록 상기 신축수단 설치단계와 암반천공단계, 신축수단 해제단계 및 신축수단 이동단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 하향 천공장치를 이용한 천공방법.
제9항에 있어서, 상기 토사천공단계와 암반천공단계는,
물공급부에 의해 상기 몸체와 커터헤드 사이에 물을 공급하는 물공급단계;
상기 몸체와 커터헤드 사이에 구비된 안내부에 의해 굴착물을 배출부로 안내하는 단계; 및
진공펌프를 갖는 배출부에 의해 공급된 물과 함께 굴착물을 배출시키는 배출단계;를 포함하여 이루어지는 하향 천공장치를 이용한 천공방법.