KR20130083713A - 피알디 공법을 이용한 대구경 천공 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1,000Φ 이하의 일반적인 천공 시 사용되는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치로서, 회전 및 항타되는 에어 해머(hammer), 에어 해머 하부에 구비되는 비트(bit), 및 에어 해머 둘레에 구비되는 케이싱을 포함하는 PRD 공법용 천공부와; 2,000Φ 이상의 대구경 천공 위치에 구비되는 천공 크기 이상의 외부 케이싱과; 외부 케이싱 외곽에 끼워지고, 복수 개의 비트가 내부에 구비되는 크기로 형성되는 가이드부;를 포함하고, PRD 공법용 천공부는 복수 개가 짝을 이루어 구비되되 에어 해머들의 회전 방향이 반대이고, 에어 해머는 본체와 소정 각도로 기울어짐이 가능한 붐(boom)을 구비하는 크레인의 붐 끝단에 고리와 후크를 통해 연결되는 것에 특징이 있다. 본 발명은 외부 케이싱의 외벽을 따라 가이드부를 통해 PRD 공법용 천공부가 차례로 천공함으로써, 천공이 이루어지지 않는 부분이 거의 없어 대구경 천공을 빠르고 용이하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

피알디 공법을 이용한 대구경 천공 장치{APPARATUS FOR HOLE DRILLING USING PRD(PERCUSSION ROTARY DRILL) METHOD}

본 발명은 천공 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치에 관한 것이다.

건축물을 건설하거나 구축물을 설치하기 위하여 지하를 파는 공사, 강이나 바다에서 실시하는 물막이 공사, 도로를 확장하는 공사 등과 같은 각종 공사를 실시할 때에는 토사가 흘러내리거나 지반이 무너지는 것을 방지하기 위한 작업 수행을 위해 일반적으로 천공(down hole) 작업이 선행된다.

천공 작업에 사용되는 공법으로는 PRD(Percussion Rotary Drill) 공법과 RCD(Reverse Circulation Drill) 공법이 있다. PRD 공법은 일반적인 천공 작업에 사용되는 공법으로서, 강관 구경이 최대 1,000~2,000Φ정도 될 때 사용된다. 주로 사용되는 강관의 구경은 1,000Φ 이하이다. PRD 공법에 사용되는 장치는 에어 해머(air hammer)와 비트(bit)로 구성되고, 타격과 회전을 동시에 수행하여 천공 작업이 진행된다. 이 때, 종래의 PRD 공법은 강관 내부 전체를 한 번에 타격 및 회전으로 천공하는 것으로서, 싱글 비트를 채택하는 싱글 에어 해머 구조를 가진다.

한편, RCD 공법, 즉 연마 공법은 강관 구경이 대구경인 경우에 사용된다. 연마 공법은 에어 해머의 타격 없이, 비트의 회전을 통해 연마하여 천공 작업이 수행된다. 즉, 비트의 회전만으로 천공 작업이 수행되므로, PRD 공법에 비하여 속도가 현저히 떨어지고, 이로 인해 공사 기간이 지연되는 문제점이 있다. 그리고 특수 비트 및 대형 장비를 사용해야 하고, 굴착토 제거만을 위한 별도의 에어 컴프레셔가 구비되어야 하며, 느린 순환수의 이동속도로 인하여 굴착토의 제거가 원활하게 이루어지지 않는 문제점 및 고가의 장비로 인한 비용이 현저히 높아지는 문제점도 있다. 여기서, 갈아서 천공을 하기 때문에 잔재물이 항상 천공되는 부분에 잔재해 있어 천공을 방해하는 문제점도 있다.

또한, 대구경 천공을 위해서는, 구경에 비례하여 충분한 하중을 비트에 공급해야 하는데, 이 경우 충분한 하중을 공급하기 위한 드릴 칼라 등의 제작에 상당한 비용이 소요될 뿐 아니라, 대형 비트는 큰 회전력을 요구하므로, 대형 장비를 사용해야 하는 문제점도 있다.

여기서, 대구경 천공 시, 전술한 PRD 공법을 적용하는 경우, 강관의 크기에 맞추어 장비들, 예컨대 에어 해머와 비트의 크기가 커져야 한다. 그러나, 싱글 에어 해머 구조를 가지는 장치의 크기를 크게 하는 데에는 기술적인 어려움이 있으므로, 대구경 천공을 위해서는 PRD 공법을 적용하지 않는다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 대구경 천공에 적용이 가능한 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 대구경 천공 시, 시간과 비용이 절감될 수 있는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, PRD 공법용 천공기를 이용하여 대구경 천공을 빠르고 용이하게 수행할 수 있는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 대구경 천공 시, 외부 케이싱의 외벽을 따라 가이드부를 이용하여 PRD 공법용 천공기가 차례로 천공함으로써, 천공이 이루어지지 않는 부분이 거의 없어 천공 시간이 빨라질 수 있는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 1,000Φ 이하의 일반적인 천공 시 사용되는 PRD(Percussion Rotary Drill) 공법을 이용한 천공 장치는, 회전 및 항타되는 에어 해머(hammer), 상기 에어 해머 하부에 구비되는 비트(bit), 및 상기 에어 해머 둘레에 구비되는 케이싱을 포함하는 PRD 공법용 천공부와; 2,000Φ 이상의 대구경 천공 위치에 구비되는 천공 크기 이상의 외부 케이싱과; 상기 외부 케이싱 외곽에 끼워지고, 상기 복수 개의 비트가 내부에 구비되는 크기로 형성되는 가이드부;를 포함하고, 상기 PRD 공법용 천공부는 복수 개가 짝을 이루어 구비되되 상기 에어 해머들의 회전 방향이 반대이고, 상기 에어 해머는 본체와 소정 각도로 기울어짐이 가능한 붐(boom)을 구비하는 크레인의 상기 붐 끝단에 고리와 후크를 통해 연결되는 것에 특징이 있다.

그리고 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 천공 장치는, 상기 크레인의 붐 끝단에 고리와 후크를 통해 연결되어 자유 낙하되는 쇄암(碎巖)봉;을 더 포함하고, 상기 가이드부 및 PRD 공법용 천공부가 상기 외부 케이싱 외곽을 따라 차례로 이동하면서 천공하고, 상기 외부 케이싱 내부의 천공이 필요할 시, 상기 PRD 공법용 천공부를 통해 천공한 뒤 나머지 부분을 상기 쇄암봉을 여러 번 자유 낙하시켜 천공하거나, 상기 내부 케이싱 내부 전체에 상기 쇄암봉을 여러 번 자유 낙하시켜 천공하는 것에 특징이 있다.

또한, 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 천공 장치의 상기 PRD 공법용 천공부는 제1 에어 해머, 제1 비트, 제1 케이싱을 포함하는 제1 천공부와, 제2 에어 해머, 제2 비트, 제2 케이싱을 포함하는 제2 천공부로 구성되고, 상기 제1 및 제2 천공부를 일체화하기 위해 상기 제1 및 제2 케이싱을 연결하는 연결부를 더 포함하는 것에 특징이 있다.

본 발명은 대구경 천공 시, 외부 케이싱의 외벽을 따라 가이드부를 이용하여 PRD 공법용 천공기가 차례로 천공함으로써, 천공이 이루어지지 않는 부분이 거의 없어 대구경 천공을 빠르고 용이하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

그리고 일반적인 구경에 사용되던 PRD 공법을 대구경에 적용함으로써, 대구경 천공 시 시간과 비용이 절감될 수 있는 효과가 있다. 즉, 대구경 천공에 사용되던 RCD 공법, 즉 연마 공법으로 인한 공사 기간 지연 및 고비용 문제가 해결될 수 있고, 대구경 천공에 PRD 공법을 적용 시 기술적인 어려움이 있던 문제가 해결되는 효과가 있다.

또한, PRD 공법으로 천공 시, 천공으로 인한 잔재물이 에어에 의해 분출되므로, 잔재물에 의해 천공이 지연되는 문제점도 해결될 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되나, 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치의 외부 케이싱 및 가이드부를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치의 천공부를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치를 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치를 이용한 천공 방법 및 강관 삽입 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치의 쇄암봉을 나타낸 사시도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치를 이용한 천공 방법 및 강관 삽입 상태의 다른 예를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치의 외부 케이싱 및 가이드부를 나타낸 사시도 및 단면도이고, 도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치의 천공부를 나타낸 사시도 및 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치(100)는 외부 케이싱(10), PRD 공법용 천공부(20), 및 가이드부(50)를 포함한다.

외부 케이싱(10)은 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 천공 위치에 삽입되고, 천공 크기 이상으로 준비된다. 본 실시예에 따른 천공 장치(100)는 대구경용이므로, 외부 케이싱(10)의 크기는 대구경 천공 크기에 준하는 크기이다. 예컨대, 외부 케이싱(10)의 크기는 2,000Φ 이상이다.

가이드부(50)는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 외부 케이싱(10) 외곽에 끼워진다. 가이드부(50)는 하기되는 PRD 공법용 천공부(20)의 비트(bit; 22) 크기, 예컨대 두 개의 비트(22a, 22b)가 내부에 구비되는 크기로 형성된다. 즉, 가이드부(50)의 내부에는 한 쌍의 PRD 공법용 천공부(20)가 삽입된다. 본 실시예에서는 두 개의 비트(22a, 22b)가 구비되고, 이들이 내부에 구비되는 크기로 가이드부(50)가 구비되는 것을 예로 들어 설명하지만, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다.

가이드부(50)에 의해, 리드가 없어도 오거 모터가 자체적으로 뒤틀리거나 회전되는 일 없이 PRD 공법용 천공부(20)를 이용한 천공이 용이한 효과가 있다. 본 실시예에서는 하나의 가이드부(50)를 외부 케이싱(10)의 외곽을 따라 이동해가면서 천공하는 것을 예로 들어 설명하지만, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 복수 개의 가이드부(50)를 구비하여, 가이드부(50)를 외부 케이싱(10)에 끼워둔 뒤, PRD 공법용 천공부(20)만을 이동해가면서 천공을 수행할 수도 있다.

PRD 공법용 천공부(20)는 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 에어 해머(air hammer; 21), 비트(22), 및 케이싱(23)을 포함한다.

에어 해머(21)는 회전 및 항타된다. 비트(22)는 에어 해머(21) 하부에 구비되어, 에어 해머(21)의 구동에 따라 회전 및 항타된다. 케이싱(23)은 에어 해머(21) 둘레에 구비된다.

PRD 공법용 천공부(20)는 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 복수 개, 예컨대 두 개의 천공부(20a, 20b)로 구성될 수 있다. 제1 천공부(20a)는 제1 에어 해머(21a), 제1 비트(22a), 및 제1 케이싱(23a)으로 구성되고, 제2 천공부(20b)는 제2 에어 해머(21b), 제2 비트(22b), 및 제2 케이싱(23b)으로 구성된다. 제1 에어 해머(21a)와 제2 에어 해머(21b)는 회전 방향이 반대이다. 즉, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 에어 해머(21a, 21b)는 서로 바깥을 향하도록 반대 방향으로 회전된다. 이로 인해, 천공이 용이하게 이루어질 수 있다.

제1 및 제2 천공부(20a, 20b)는 연결부(25)로 연결되는데, 연결부(25)에 의해 제1 및 제2 천공부(20a, 20b)는 일체화되어 사용될 수 있다. PRD 공법용 천공부(20)의 크기는 하나의 크기로 제작되어, 복수 개의 천공부로 구성됨으로써 다양한 대구경 천공 시 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 천공부가 두 개인 것을 예로 들어 설명하지만, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 천공의 크기가 커질수록, 그 크기에 대응되도록 복수 개의 천공부를 준비하고, 이들을 연결부로 연결하여 사용할 수 있다. 예컨대 도 2c에 도시된 바와 같이, 네 개의 천공부를 쌍으로 이루어 사용할 수도 있다.

PRD 공법용 천공부(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 크레인(30)에 연결된다. 크레인(30)은 본체와 소정 각도로 기울어짐이 가능한 붐(boom; 35)을 구비하고, 붐(35) 끝단에 고리와 후크를 통해 에어 해머(21)가 연결된다. 붐(35)을 구비한 크레인(30)에 의해, 장비의 진입이 어려운 지형에 천공이 용이한 효과가 있다.

이하에서는 본 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 천공 장치(100)를 이용한 대구경 천공 방법에 대하여 설명한다. 도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치를 이용한 천공 방법 및 강관 삽입 상태를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, PRD 공법용 천공부(20)를 외부 케이싱(10)의 외벽에 끼워진 가이드부(50)에 삽입하여 천공을 수행한다. 즉, 가이드부(50) 및 PRD 공법용 천공부(20)를 외부 케이싱(10)의 외벽을 따라 차례로 이동시켜가면서 천공을 수행한다. 여기서, PRD 공법용 천공부(20)는 붐(35) 끝단에 고리와 후크를 통해 연결되어 있으므로, 이동이 용이하다.

이 후에, 도 4d에 도시된 바와 같이, 외부 케이싱(10)의 천공된 부분에 강관(60)을 압입한다. 천공된 부분, 예컨대 외부 케이싱(10)의 내부에 강관(60)을 압입한다.

한편, 전술한 본 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 천공 장치(100)의 다른 예로서, PRD 공법을 이용한 천공 장치(100)가 쇄암봉(40)을 더 포함할 수도 있다. 도 5는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치의 쇄암봉을 나타낸 사시도이다.

쇄암(碎巖)봉(40)은 도 5에 도시된 바와 같은 형태이다. 쇄암봉(40)은 크레인(30)에 연결된다. 전술한 PRD 공법용 천공부(20)와 마찬가지로, 크레인(30)의 붐(35) 끝단에 고리와 후크를 통해 쇄암봉(40)이 연결된다. 쇄암봉(40)은 자유 낙하된다. 즉, 쇄암봉(40)은 본 실시예에 따른 대구경 천공 시, PRD 공법용 천공부(20)를 통해 천공 한 뒤, 나머지 부분에 자유 낙하되어 천공을 마무리한다.

쇄암봉(40)을 사용하여 본 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 천공 장치(100)를 이용한 대구경 천공 방법에 대하여 설명한다. 도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치를 이용한 천공 방법 및 강관 삽입 상태의 다른 예를 나타낸 도면이다.

전술한 바와 같이, 도 4c에 도시된 상태로 가이드부(50) 및 PRD 공법용 천공부(20)를 외부 케이싱(10)의 외벽을 따라 차례로 이동시켜가면서 천공을 수행한 뒤, 도 6a에 도시된 바와 같이, 외부 케이싱(10) 내부를 RPD 공법용 천공부(20)를 이용하여 천공한다. 도 6a는 외부 케이싱(10) 내부에서 하부에 먼저 RPD 공법용 천공부(20)를 투입시켜 천공을 수행한 뒤, 상부에 RPD 공법용 천공부(20)로 천공을 수행하고 있는 도면이다. 이어서, 도 6b에 도시된 바와 같이, RPD 공법용 천공부(20)를 통해 천공한 뒤 나머지 부분을 쇄암봉(40)을 여러 번 자유 낙하시켜 천공한다.

한편, 도 4c에 도시된 과정을 진행한 뒤, 도 6a와 도 6b의 과정을 진행하는 것이 아니라, 도 6c에 도시된 바와 같이, 쇄암봉(40)으로만 외부 케이싱(10) 내부를 천공할 수도 있다. 즉, 도 4c까지의 공정을 통해 외부 케이싱(10)의 외곽 천공을 수행한 뒤, 외부 케이싱(10) 내부의 천공을 쇄암봉(40)을 여러 번 자유 낙하시켜 천공을 수행할 수도 있다.

전술한 도 6a 또는 도 6c의 과정은 외부 케이싱(10)의 외곽이 이미 천공이 된 상태이므로, 외부 케이싱(10) 내부의 지반은 약해진 상태이므로, 쇄암봉(40)을 자유 낙하시키는 것으로 외부 케이싱(10) 내부에서 용이하게 천공이 이루어질 수 있다.

그 후에, 도 6d에 도시된 바와 같이, 외부 케이싱(10) 내부에 강관(60)을 압입한다. 천공된 부분, 예컨대 외부 케이싱(10)의 내부에 강관(60)을 압입한다.

한편, 본 실시예에 따른 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치는 전술한 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 중심 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 이는 본원발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

100; PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치
10; 외부 케이싱
20; PRD 공법용 천공부
21; 에어 해머
22; 비트
23; 케이싱
25; 연결부
30; 크레인
35; 붐
40; 쇄암봉
50; 가이드부
60; 강관

Claims (3)

1,000Φ 이하의 일반적인 천공 시 사용되는 PRD(Percussion Rotary Drill) 공법을 이용한 천공 장치에 있어서,
회전 및 항타되는 에어 해머(hammer), 상기 에어 해머 하부에 구비되는 비트(bit), 및 상기 에어 해머 둘레에 구비되는 케이싱을 포함하는 PRD 공법용 천공부와;
2,000Φ 이상의 대구경 천공 위치에 구비되는 천공 크기 이상의 외부 케이싱과;
상기 외부 케이싱 외곽에 끼워지고, 상기 복수 개의 비트가 내부에 구비되는 크기로 형성되는 가이드부;를 포함하고,
상기 PRD 공법용 천공부는 복수 개가 짝을 이루어 구비되되 상기 에어 해머들의 회전 방향이 반대이고, 상기 에어 해머는 본체와 소정 각도로 기울어짐이 가능한 붐(boom)을 구비하는 크레인의 상기 붐 끝단에 고리와 후크를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치.

제1 항에 있어서,
상기 크레인의 붐 끝단에 고리와 후크를 통해 연결되어 자유 낙하되는 쇄암(碎巖)봉;을 더 포함하고,
상기 가이드부 및 PRD 공법용 천공부가 상기 외부 케이싱 외곽을 따라 차례로 이동하면서 천공하고,
상기 외부 케이싱 내부의 천공이 필요할 시, 상기 PRD 공법용 천공부를 통해 천공한 뒤 나머지 부분을 상기 쇄암봉을 여러 번 자유 낙하시켜 천공하거나, 상기 내부 케이싱 내부 전체에 상기 쇄암봉을 여러 번 자유 낙하시켜 천공하는 것을 특징으로 하는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치.

제1 항에 있어서,
상기 PRD 공법용 천공부는 제1 에어 해머, 제1 비트, 제1 케이싱을 포함하는 제1 천공부와, 제2 에어 해머, 제2 비트, 제2 케이싱을 포함하는 제2 천공부로 구성되고,
상기 제1 및 제2 천공부를 일체화하기 위해 상기 제1 및 제2 케이싱을 연결하는 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PRD 공법을 이용한 대구경 천공 장치.

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