KR20160026343A

KR20160026343A - 직진성을 향상시키기 위한 장대 강관 직천공 장치 및 이를 이용한 미니 파이프 루프 시공 방법

Info

Publication number: KR20160026343A
Application number: KR1020140114639A
Authority: KR
Inventors: 윤도익
Original assignee: (주)지중공영
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2016-03-09

Abstract

본 발명은 터널 굴착시에 터널 막장면에 선행하여 설치되거나 도로 및 철도와 같은 기존의 구조물의 하부에 새로운 터널 구조물을 시공할 때 기존의 구조물 하부 지반 내부에 선행하여 파이프 루프 방식으로 설치되는 강관(지반 보강 관체)을 직천공 방식으로 지반 내부에 삽입할 때 그 설치 길이가 약 30m에 달하는 긴 길이의 천공홀을 드릴링할 수 있도록 증가된 크기와 중량을 가진 파일럿 비트와 강관 슈를 구비한 장대 강관 직천공 장치를 사용하는 경우라도 강관의 선단부가 목표된 위치로부터 이탈하지 않고 그 직진성을 유지할 수 있도록 하는 장대 강관 직천공 장치 및 이를 이용한 미니 파이프 루프 시공 방법을 제공한다.

Description

직진성을 향상시키기 위한 장대 강관 직천공 장치 및 이를 이용한 미니 파이프 루프 시공 방법 {Apparatus for direct boring with a long steel pipe to improve an ability to go straight in the bored hole and method for constructing mini pipe roof of using thereof}

본 발명은 터널 굴착과 관련하여 터널 막장면에 사용되는 터널 보조 공법들로 사용되는 보강 공법의 일종으로서 터널 막장면에 선행하여 지반 내부로 천공과 동시에 지반 보강용 강관을 삽입 설치하는데 사용되는 강관 직천공 방식의 지반 보강 장치에 관한 것이며, 또한 철도 및 도로, 하천 등의 아래에 지하 구조물을 만드는 시공 방법으로서 운행 중인 철도 또는 도로의 하부, 하천이나 이설이 불가능한 기타 지상 구조물 아래에 지하도, 지하철, 공동구, 수로 등의 지하 구조물을 구축하는 경우에 상부의 철도, 도로, 하천, 지상 구조물 등에 영향을 끼치지 않도록 파이프 루프를 시공하여 지반 변형을 최소화시키는 파이프 루프 공법에 활용할 수 있는 장대 강관 직천공 방식의 지반 보강 장치 및 이를 이용한 미니 파이프 루프 방법에 관한 것이다.

일반적으로 터널 굴착 공사를 진행하는 경우에 연약 지반 또는 절리가 발달한 지층, 저토피 구간, 도심지 통과 구간을 통과하게 되는 경우에는 지반 변형의 적절한 제어가 필수적이기 때문에 터널 막장면에 선행하여 지반 내부로 천공홀을 천공하여 천공홀 내부에 강관으로 만들어진 지반 보강 관체를 삽입하거나 천공홀의 천공과 동시에 지반 보강 관체를 지반 내부에 삽입한 후에 주변에 그라우팅을 실시하여 지반과 일체화시키는 터널 보강 공정을 수행하게 된다.

또한 파이프 루프 공법은 얇은 암반층, 심하게 풍화된 풍화층이나 절리층의 구간이나 터널 갱구부에서 터널 굴착시 굴착면의 자유면 길이를 감소시키고 지반 변형을 막기 위하여 터널 단부 천정부의 지반 내로 6m 내지 15m 길이를 가진 직경 50~600mm의 강재 파이프(강관)를 압입 추진하거나 천공 삽입하여 지지하도록 하고 강재 파이프의 주변을 충진재로 채움으로써 상부 지반의 이완을 방지하고 과대한 여굴을 방지하여 궁극적으로 주변 지반의 침하를 방지하는 터널 보강 공법으로도 사용된다.

종래의 터널 굴착 공사에서 이용되고 있는 직천공 강관 보강 공법의 하나의 예(등록 특허 제10-0467537호)를 첨부 도면 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보면, 터널 막장면(1)에 천공홀(12)의 천공과 동시에 삽입되는 강관(10)과, 강관(10) 전단부에 후단부가 직접 고정 연결되며 선단부에 링 비트를 구비한 강관 슈(20r), 천공 장치의 드리프터(도시 생략)에 직접 연결된 드릴링 로드(30r), 및 드릴링 로드(30r)와 분리 가능하게 나사 결합된 파일럿 비트(30p)를 포함하여 구성되며, 강관(10)은 통상 보강 및 차수를 위한 강관 그라우팅 공법에서 적용되는 구조용 강관으로 양단에 나사부가 가공되어 있어 다수개의 강관이 상호 연결될 수 있거나 또는 단본으로 제작되며, 그 외주면에는 그라우트재의 주입을 위한 주입구(분사구)가 다수개 형성되며 주입구에는 주입재의 역류 방지를 위한 역류 방지 밸브로서 제공되는 스트레이너가 장착되어 있으며, 그리고 상기 강관 슈(Steel Shoe, 20r)는 상기 강관(10) 전단부에 직접 고정 연결(예컨대, 용접 결합 또는 나사 결합 등의 방법으로)되는 것으로, 강관 슈(20r)의 내경에는 내측으로 걸림돌기가 돌출되어 드릴링 로드(30r)에 연결된 파이럿 비트(30p)의 단면 확대부가 걸리게 되는 구조를 가지는 바, 드릴링 로드(30r)가 회전하면서 전진 진행하면서 이와 나사식으로 결합된 파일럿 비트(30p)로써 지반을 회전/충격식으로 천공하는데, 이때 파이럿 비트(30p)의 단면 확대부는 강관 슈(20r)를 전방으로 타격하며 밀게 되어서, 드릴링 로드(30r)의 진행에 따라 강관 슈(20r)와 직접적으로 고정 연결된 강관(10) 또한 함께 전방으로 진행하게 됨으로써 강관(10)이 천공과 동시에 천공홀 내부로 삽입되는 것이 가능하게 되는데, 이와 같이 소정 깊이까지 천공(천공시의 진동은 스태빌라이저(30s)에 의해 완화시킴) 및 강관 삽입이 완료되면 드릴링 로드(30r)를 반대 방향으로 회전시켜서 링 비트(20rb)와 파이럿 비트(30p)의 결합을 해제시킴으로써 파이럿 비트(30p)와 링 비트(20rb)를 분리하여 천공홀 외부로 반출하고서(이와 달리 파일럿 비트(30p)의 외경을 감소시킴으로써 드릴링 로드(30r)와 결합된 상태로 천공홀 외부로 반출), 이후 그라우팅 작업을 진행(도 1에 도면부호 "15"로 그라우팅 영역 표시)하는 시공 방법을 제공할 수 있었다.

그러나, 이러한 구조의 강관 직천공 장치(100)를 이용하는 경우에는 드릴링 로드(30r)와 파일럿 비트(30p)가 결합되는 위치에 제공되는 강관 슈(20r)의 전방 추입력에 의해 보강 파이프 전체를 전방으로 끌고 들어가는 구조를 가지고 있기에, 절리가 심한 복합 지층이나 토사층의 경우에는 그 천공 길이가 증가하는 경우에 슬라임(slime) 형태로 배출되는 천공 파쇄물이 강관 슈(20r)와 강관(10)의 직접 연결부와 드릴링 로드(30r) 사이에 끼어들면서 재밍 현상을 초래하여 천공 속도가 느려지는 문제점과 강관의 처짐 현상이 나타나기에 대부분의 경우 강관의 최대 설치 길이가 약 16m 정도의 길이(도 2의 도면부호 'L1')로 제한되어 사용되고 있다.

최근 들어서 연약 지반에서 터널 갱구부를 시공할 때 시공 효율성과 시공 안정성 향상을 위하여 터널 막장면 주위에서 터널 진행 방향에 대하여 파이프 루프 방식으로 거의 수평 방향으로 다수개의 보다 긴 길이를 가진 강관을 삽입 천공하고 그라우팅 보강을 수행함으로써 1회 보강 길이를 약 30m 까지 증가하고자 하는 수요가 발생하고 있으며, 또한 저토피 구간, 연약한 지층, 파쇄대 및 단층대, 도로 및 철도와 같은 기존의 구조물의 하부에 새로운 터널 구조물을 시공할 때 이용되는 파이프 루프 공법 등에서도 약 12m 내지 16m 길이(도 3a의 도면부호 'L1')의 강관 파이프가 압입 시공되고 있으나, 이러한 파이프 루프 공법에 사용되는 종래의 강관 압입 추진 장치(도시 생략)의 경우에 그 규모가 매우 크고 장비 가격도 고가의 장비이기 때문에 일반적인 도로의 폭에 해당하는 약 30m 길이 구간에 걸쳐서 시공하는 경우에 시공 단가가 높은 문제점이 있기에 보다 경제적으로 이를 대체할 수 있는 수단에 대한 수요가 발생하고 있다.

앞서 언급한 종래 방식의 강관 직천공 기술에 따라서 이러한 수요에 부응하는 파이프 루프 방법으로 약 30m 길이의 장대 강관 직천공 작업을 수행하려면 도 3a에 도시된 바와 같이 12m ~ 16m 정도의 폭(L1)을 가진 기존의 구조물(200)의 하부에 시공될 수 있는 일반적 구조의 강관 직천공 장치(100)에서 사용되는 파일럿 비트(30p2)의 직경(소구경의 경우 76mm, 대구경의 경우 125mm)과는 달리 도 3b에 도시된 바와 같이 246mm 정도의 큰 직경을 가진 다른 링 비트(20rb) 및 파일럿 비트(30p2)를 사용하여야 가능한데, 이 경우에 링 비트(20rb)를 구비한 강관 슈의 경우에도 도 3a에 도시된 강관 슈(20r1) 보다 도 3b에 도시된 강관 슈(20r2)의 크기가 증가되게 된다.

하지만 이와 같이 약 30m 정도의 길이(예컨대, 3m 강관을 10개 연결하여 구성할 수 있음)를 가진 장대 강관(10)에 사용되는 강관 직천공 장치(100)를 구성하기 위해서는 지반을 드릴링하여 천공홀(12)을 천공하면서 강관(10)을 삽입하는 기능을 직접적으로 수행하는 선단부의 중량, 즉 파일럿 비트(30p2)의 중량(W1)과 강관 슈(20r2)의 중량(W2)이 도 3a에 도시된 일반적인 장치에 사용되는 파일럿 비트(30p1)와 강관 슈(20r1)와 비교하여 상당한 만큼 증가하게 된다.

여기에서, 증가된 파일럿 비트(30p2)의 중량(W1)은 증가된 회전 관성 모멘트에 의해 파일럿 비트(30p2)의 천공 방향에 하방, 상방, 또는 측방의 오프셋 변위를 유도하기 용이한데(도 3b에는 하방 오프셋을 예시), 특히 증가된 강관 슈(30r2)의 중량(W2)은 도 3b에 도시된 바와 같이 직접 연결된 강관(10)의 굴곡 변위(d1, d2, d3, d4)를 유도하게 되어서 천공 길이가 길어질수록 직진성을 상실하고 휘어진 경로를 따라서 천공이 이루어지게 됨으로써 강관(10)의 선단부가 목표된 위치로부터 이탈하게 되는 정도가 심하게 되며, 경우에 따라서 목표된 천공 길이에 도달하기 이전에 천공홀(12)의 벽면에 휘어진 강관(10)이 재밍되는 현상으로 더 이상의 강관(10)의 추진이 어렵게 되는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 일반적이고 공통적인 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명을 통하여 해결하고자 하는 기술적 과제는, 터널 굴착시에 터널 막장면에 선행하여 설치되거나 도로 및 철도와 같은 기존의 구조물의 하부에 새로운 터널 구조물을 시공할 때 기존의 구조물 하부 지반 내부에 선행하여 파이프 루프 방식으로 설치되는 강관(지반 보강 관체)을 직천공 방식으로 지반 내부에 삽입할 때 그 설치 길이가 30m에 달하는 긴 길이의 천공홀을 드릴링할 수 있도록 증가된 크기와 중량을 가진 파일럿 비트와 강관 슈를 구비한 장대 강관 직천공 장치를 사용하는 경우라도 강관의 선단부가 목표된 위치로부터 이탈하지 않고 그 직진성을 유지할 수 있도록 하는 수단을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 그 구체적인 과제 해결 수단으로서,

도로 및 철로와 같은 기존의 구조물의 하부에 새로운 터널 구조물을 시공할 때 설치되는 파이프 루프 또는 터널 굴착면의 보강 관체로서 설치되는 구조용 강관으로서, 터널 막장면에서 이를 보강하도록 천공홀의 천공과 동시에 삽입되는 강관과;

강관 전단부에 후단부가 직접 고정 연결되며 선단부에 링 비트를 구비한 강관 슈와;

천공 장치의 드리프터에 직접 연결된 드릴링 로드와; 그리고

드릴링 로드와 분리 가능하게 직접 연결 또는 DTH 해머를 통하여 연결되는 파일럿 비트를 포함하여 이루어지고,

상기 강관은 보강 및 차수를 위한 강관 그라우팅 공법에서 적용되는 구조용 강관으로 그 외주면에는 그라우트재의 주입을 위한 주입구(분사구)가 다수개 형성되며 주입구에는 주입재의 역류 방지를 위한 역류 방지 밸브로서 제공되는 스트레이너가 장착되어 있으며,

상기 강관 슈는 상기 강관 전단부에 직접 고정 연결되는 것으로, 강관 슈의 내경에는 내측으로 걸림돌기가 돌출되어 파이럿 비트의 단면 확대부가 걸리게 되는 구조를 가지며,

상기 강관 슈와 연결된 상기 강관의 선단부에는 원통형 구조용 강관으로 형성된 강관의 휨 강성을 보강하기 위하여 외주면에 설정 두께와 길이를 가진 선단 보강용 라이닝 보강편이 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 직진성을 향상시키기 위한 장대 강관 직천공 장치를 제공한다.

여기에서, 탑 해머 방식의 천공 방식의 경우에는 파일럿 비트가 드릴링 로드에 직접 결합되며, DTH(Down-The-Hole)방식의 천공 방식의 경우에는 파일럿 비트와 드릴링 로드 사이에 DTH 해머가 연결되는 구조를 가진다. 그리고 천공 장치의 구조에 따라서 천공시의 진동 완화를 위하여 상기 드릴링 로드의 중간부에 스태빌라이저가 설치될 수도 있다.

또한, 본 발명은 다른 카테고리의 관점에서, 도로 및 철로와 같은 기존의 구조물의 하부에 새로운 터널 구조물을 시공할 때 설치되는 파이프 루프 또는 터널 굴착면의 보강 관체로서 설치되는 구조용 강관을 터널 막장면으로부터 지반 내부를 선진 보강하도록 피이프 루프 방식으로 천공홀의 천공과 동시에 지반 내부로 삽입 설치하는 미니 파이프 루프 시공 방법에 있어서,

설치 길이가 20m 이상이 되는 길이의 천공홀을 드릴링할 수 있도록 증가된 크기와 중량을 가진 파일럿 비트와 강관 슈를 구비한 강관 직천공 장치를 사용하여 천공과 동시에 강관을 지반 내부로 삽입 설치하는 경우에, 강관의 선단부가 목표된 위치로부터 이탈하지 않고 그 직진성을 유지하면서 추진될 수 있도록, 파이럿 비트의 외측부에 별도로 제공되는 링 비트를 선단에 구비한 강관 슈와 연결되는 상기 강관의 선단부에 원통형 구조용 강관으로 형성된 강관의 휨 강성을 보강하기 위하여 외주면에 설정 길이와 설정 두께를 가진 선단 보강용 라이닝 보강편을 일체로 결합시키는 것을 특징으로 하는 직진성을 향상시키기 위한 미니 파이프 루프 시공 방법을 제공한다.

한편, 이와 다른 구조로서 상기 강관 슈와 상기 강관의 선단부를 상호 연결하는 별도의 부재로서 원통형 구조용 강관으로 형성된 상기 강관 보다 큰 직경 및 두께와 휨 강성을 가진 선단 보강용 연결 강관이 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 직진성을 향상시키기 위한 장대 강관 직천공 장치 및 이를 이용한 미니 파이프 루프 시공 방법을 제공할 수도 있다.

본 발명에 따른 직진성을 향상시키기 위한 장대 강관 직천공 장치 및 이를 이용한 미니 파이프 루프 시공 방법에 의하면, 강관(지반 보강 관체)을 직천공 방식으로 지반 내부에 삽입할 때 그 설치 길이가 30m 에 달하는(20m를 초과하는) 긴 길이의 천공홀을 드릴링할 수 있도록 지반 내부에 동시에 설치되는 강관이 가진 휨강성을 초과하는 중량을 가진 강관 슈를 구비한 장대 강관 직천공 장치를 사용하는 경우라도 강관과 일체로 결합된 선단 보강용 라이닝 보강편이 가진 휨 강성의 증강 작용을 통하여 강관의 선단부가 목표된 위치로부터 이탈하지 않고 그 직진성을 유지할 수 있도록 하며, 그리고 이를 통하여 파일럿 비트의 중량이 무거워지면서 발생하는 하방 처짐에 의한 천공홀 추진 경로의 이탈의 문제점을 후속 추진하는 강관 슈(링 비트 보유)의 증가된 직진 경향을 통하여 그 이탈 정도를 축소시키는 보정을 할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

또한, 이와 같은 본 발명에 따른 직진성을 향상시키기 위한 장대 강관 직천공 장치 및 미니 파이프 루프 시공 방법에 의하면, 터널 갱구부를 시공할 때 터널 막장면 주위에서 파이프 루프 방식으로 터널 진행 방향에 대하여 거의 수평 방향으로 강관을 삽입 천공하고 그라우팅 보강을 수행함으로써 1회 보강 길이를 약 20~40m 이상에 이르기까지 증가시킬 수 있도록 함으로써 시공 효율성과 시공 안정성의 향상 효과를 제공하며, 아울러 저토피 구간, 연약한 지층, 파쇄대 및 단층대, 도로 및 철도와 같은 기존의 구조물의 하부에 새로운 터널 구조물을 시공할 때 이용되는 파이프 루프 공법 등에서도 일반적인 도로의 폭에 해당하는 약 30m 길이 구간에 걸쳐서 설치되는 파이프 루프를 보다 경제적인 수단을 통하여 시공할 수 있도록 하는 효과를 제공하게 된다.

도 1은 터널 굴착 공사에서 이용되고 있는 일반적인 직천공 강관 보강 공법의 시공 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1과 같은 시공 상태에 도달하도록 종래 기술에 따른 강관 직천공 장치를 사용한 시공 상태도이다.
도 3a는 도로 구조물 하부에 새로운 터널 구조물을 시공하기 위하여 파이프 루프를 선행 삽입 설치하는 파이프 루프 공법에서 종래 기술에 따라 L1(=12~16m) 길이의 강관을 강관 직천공 장치를 사용하여 설치하는 경우를 도시한 개념도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 상태에서 강관의 길이가 L2(=30m)로 증가될 때 나타나는 문제점을 보여주기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 직진성을 향상시키기 위한 장대 강관 직천공 장치의 구성도 및 작동 상태도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 직진성을 향상시키기 위한 장대 강관 직천공 장치를 구성하는 선단 보강용 라이닝 보강편의 결합 구조에 대한 다양한 실시예를 도시한 도면들이다.
도 6a는 도 4에 도시된 실시예에서 드릴 파트를 탑-다운 방식에서 DTH 방식으로 변경한 상태의 도면이다.
도 6b는 DTH 방식의 드릴 파트에 본 발명이 적용된 실시예에 따라 선단 보강용 라이닝 보강편과 강관 슈의 연결 상태를 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명은 첨부 도면들에 도시된 바와 같이 도로 및 철로와 같은 기존의 구조물의 하부에 새로운 터널 구조물을 시공할 때 설치되는 파이프 루프 또는 터널 굴착면의 보강 관체로서 설치되는 구조용 강관(10)을 터널 막장면(1)으로부터 지반 내부를 선진 보강하도록 천공홀(12)의 천공과 동시에 지반 내부로 삽입 설치하는 미니 파이프 루프 시공 방법에 있어서,

설치 길이가 20m 이상이 되는 길이의 천공홀(12)을 드릴링할 수 있도록 증가된 크기와 중량을 가진 파일럿 비트(30p2)와 강관 슈(20r2)를 구비한 강관 직천공 장치(100)를 사용하여 천공과 동시에 강관(10)을 지반 내부로 삽입 설치하는 경우에, 강관의 선단부가 목표된 위치로부터 이탈하지 않고 그 직진성을 유지하면서 추진될 수 있도록, 파이럿 비트(30p2)의 외측부에 별도로 제공되는 링 비트(20rb)를 선단에 구비한 강관 슈(20r2)와 연결되는 상기 강관(10)의 선단부에 원통형 구조용 강관으로 형성된 강관(10)의 휨 강성을 보강하기 위하여 외주면에 설정 길이(L3)와 설정 두께를 가진 선단 보강용 라이닝 보강편(10s)을 일체로 결합시키는 것을 특징으로 하는 직진성을 향상시키기 위한 미니 파이프 루프 시공 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 앞서 설명하고 첨부 도면 도 3b(탑-다운 방식)에 도시된 바와 같은 문제점이 발생하지 않도록 도 4(탑-다운 방식)에 도시된 바와 같이,

도로 및 철로와 같은 기존의 구조물의 하부에 새로운 터널 구조물을 시공할 때 설치되는 파이프 루프 또는 터널 굴착면의 보강 관체로서 설치되는 구조용 강관으로서, 터널 막장면(1)에서 이를 보강하도록 천공홀(12)의 천공과 동시에 삽입되는 강관(10)과;

강관(10) 전단부에 후단부가 직접 고정 연결되며 선단부에 링 비트(20rb)를 구비한 강관 슈(20r2)와;

천공 장치의 드리프터에 직접 연결된 드릴링 로드(30r)와; 그리고

드릴링 로드(30r)와 분리 가능하게 연결된 파일럿 비트(30p2)를 포함하여 이루어지고,

상기 강관(10)은 보강 및 차수를 위한 강관 그라우팅 공법에서 적용되는 구조용 강관으로 다수개의 강관이 상호 연결될 수 있도록 양단에 나사부가 가공되어 있으며 그 외주면에는 그라우트재의 주입을 위한 주입구(분사구)가 다수개 형성되며 주입구에는 주입재의 역류 방지를 위한 역류 방지 밸브로서 제공되는 스트레이너가 장착되어 있으며,

상기 강관 슈(20r2)는 상기 강관(10) 전단부에 직접 고정 연결되는 것으로, 강관 슈(20r2)의 내경에는 내측으로 걸림돌기가 돌출되어 파일럿 비트(30p2)의 단면 확대부가 걸리게 되는 구조를 가지며,

상기 강관 슈(20r2)와 연결된 상기 강관(10)의 선단부에는 원통형 구조용 강관으로 형성된 강관(10)의 휨 강성을 보강하기 위하여 외주면에 설정 길이(L3)와 설정 두께를 가진 선단 보강용 라이닝 보강편(10s)이 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 직진성을 향상시키기 위한 장대 강관용의 강관 직천공 장치(100)를 제공한다.

여기에서, 탑 해머 방식의 천공 방식의 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 파일럿 비트(30p2)가 드릴링 로드(30r)에 직접 연결(결합부의 도면부호 ‘30h1’)되는 반면에, DTH (Down-The-Hole) 방식의 천공 방식에 본 발명이 적용되는 경우에는 도 6a에 도시된 바와 같이 파일럿 비트(30p2)가 DTH 해머(30h2)를 통하여 드릴링 로드(30r)에 연결되는 구조를 가진다. 그리고 천공 장치의 구조에 따라서 천공시의 진동 완화를 위하여 상기 드릴링 로드(30r)의 중간부에 스태빌라이저(30s)가 설치될 수도 있다.

이와 같은 구성을 가진 직진성을 향상시키기 위한 장대 강관 직천공 장치(100)에 의하면, 지반 내부에 동시에 설치되는 강관(10)이 가진 휨강성을 초과하는 중량(W2)을 가진 강관 슈(20r2)를 구비한 강관 직천공 장치(100)의 강관(10)과 일체로 결합된 선단 보강용 라이닝 보강편(10s)이 가진 휨강성의 증강 작용을 통하여 천공홀(12)의 길이가 (L2) 길이에 이르도록 증가되는 경우에도 강관(10)의 선단부가 직전성을 유지할 수 있도록 하고, 이를 통하여 파일럿 비트(30p2)의 중량(W1)이 무거워지면서 발생하는 하방 처짐에 의한 천공홀(12) 추진 경로의 이탈을 후속 추진하는 강관 슈(20r2)의 증대된 직진 경향을 통하여 그 이탈 정도를 축소시키는 보정을 할 수 있도록 하게 된다.

여기에서, 상기 선단 보강용 라이닝 보강편(10s)의 설정 길이(L3)는 바람직하기로 1m 내지 2m의 범위를 가지며, 그리고 설정 두께는 바람직하기로 5mm 내지 20mm의 범위를 가진다.

이하에서는, 본 벌명에 따른 선단 보강용 라이닝 보강편(10s)이 강관(10)의 외주면에 결합 구조에 대한 다양한 실시예를 첨부 도면 도 5a 내지 도 5c와 그리고 도 6b를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 도 5a에 도시된 하나의 실시예에 따르면, 선단 보강용 라이닝 보강편(10s)을 구성하도록 예컨대 1m 내지 2m 범위의 (L3) 길이의 2개의 라이닝 강판(10sa)을 반원통 형상으로 벤딩하여 강관(10)의 외주면에 접하게 하고 그 경계부(10sb)를 용접 결합하여 제공하는 것이 가능하다.

또한, 도 5b에 도시된 다른 실시예에 따르면, 선단 보강용 라이닝 보강편(10s)을 구성하도록, 먼저 강관(10)의 외주면에 길이 방향으로 다수개의 제1 보강용 강선(10sc-1)을 용접 등의 방법으로 결합시키고, 그 외부를 반원통 형상으로 벤딩 가공된 예컨대 1m 내지 2m 범위의 (L3) 길이의 2개의 라이닝 강판(10sa)으로 감싸게 하고 그 경계부(10sb)를 용접 결합하여 제공하는 것도 가능하다.

한편, 도 5c에 도시된 또 다른 실시예에서는 앞서 설명된 도 5b의 실시예와 달리, 강관(10)의 외주면에 원주 방향으로 다수개의 제2 보강용 강선(10sc-2)을 용접 등의 방법으로 결합시키고, 그 외부를 반원통 형상으로 벤딩 가공된 예컨대 1m 내지 2m 범위의 (L3) 길이의 2개의 라이닝 강판(10sa)으로 감싸게 하고 그 경계부(10sb)를 용접 결합하여 구성하는 것이 가능하다.

그리고, 도 6b에 도시된 추가적인 실시예에서는 DTH (Down-The-Hole) 방식의 천공 방식에 도 5c에 도시된 본 발명에 따른 선단 보강용 라이닝 보강편(10s)이 적용되는 경우에 강관 슈(20r2)에 연결되는 상태를 나타내고 있다.

한편, 이상의 실시예들을 통하여 제시된 구조와 다른 구조로서 상기 강관 슈(20r2)와 상기 강관(10)의 선단부를 상호 연결하는 별도의 부재로서 원통형 구조용 강관으로 형성된 상기 강관(10) 보다 큰 직경 및 두께와 휨 강성을 가진 선단 보강용 연결 강관이 일체로 결합되는 구조를 가진 장대 강관 직천공 장치 및 미니 파이프 루프 시공 방법을 제공할 수도 있을 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: (장대) 강관 직천공 장치
10: 강관
10s: 선단 보강용 라이닝 보강편
20r2: 강관 슈
30r: 드릴링 로드
30p2: 파일럿 비트
30s: 스태빌라이저
30h2: DTH 해머

Claims

도로 및 철로와 같은 기존의 구조물의 하부에 새로운 터널 구조물을 시공할 때 설치되는 파이프 루프 또는 터널 굴착면의 보강 관체로서 설치되는 구조용 강관으로서, 터널 막장면(1)에서 이를 보강하도록 천공홀(12)의 천공과 동시에 삽입되는 강관(10)과;
강관(10) 전단부에 후단부가 직접 고정 연결되며 선단부에 링 비트를 구비한 강관 슈(20r2)와;
천공 장치의 드리프터에 직접 연결된 드릴링 로드(30r)와; 그리고
드릴링 로드(30r)와 분리 가능하게 직접 연결(30h1) 또는 DTH 해머(30h2)를 통하여 연결되는 파일럿 비트(30p2)를 포함하여 이루어지고,
상기 강관(10)은 보강 및 차수를 위한 강관 그라우팅 공법에서 적용되는 구조용 강관으로 외주면에는 그라우트재의 주입을 위한 주입구가 다수개 형성되며 주입구에는 주입재의 역류 방지를 위한 역류 방지 밸브로서 제공되는 스트레이너가 장착되어 있으며,
상기 강관 슈(20r2)는 상기 강관(10) 전단부에 직접 고정 연결되는 것으로, 강관 슈(20r2)의 내경에는 내측으로 걸림돌기가 돌출되어 파일럿 비트(30p2)의 단면 확대부가 걸리게 되는 구조를 가지며,
상기 강관 슈(20r2)와 연결된 상기 강관(10)의 선단부에는 원통형 구조용 강관으로 형성된 강관(10)의 휨 강성을 보강하기 위하여 외주면에 설정 길이(L3)와 설정 두께를 가진 선단 보강용 라이닝 보강편(10s)이 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 직진성을 향상시키기 위한 장대 강관 직천공 장치.
제1항에 있어서, 상기 선단 보강용 라이닝 보강편(10s)은,
설정 길이(L3)의 2개의 라이닝 강판(10sa)을 반원통 형상으로 벤딩하여 상기 강관(10)의 외주면에 접하게 하고 그 경계부(10sb)를 결합하여 제공되는 것을 특징으로 하는 직진성을 향상시키기 위한 장대 강관 직천공 장치.
제2항에 있어서, 상기 선단 보강용 라이닝 보강편(10s)은,
상기 강관(10)의 외주면에 길이 방향으로 다수개의 제1 보강용 강선(10sc-1)을 결합시키고, 그 외부를 반원통 형상으로 벤딩 가공된 설정 길이(L3)의 2개의 라이닝 강판(10sa)으로 감싸게 하고 그 경계부(10sb)를 결합하여 제공되는 것을 특징으로 하는 직진성을 향상시키기 위한 장대 강관 직천공 장치.
제4항에 있어서, 상기 선단 보강용 라이닝 보강편(10s)은,
상기 강관(10)의 외주면에 원주 방향으로 다수개의 제2 보강용 강선(10sc-2)을 결합시키고, 그 외부를 반원통 형상으로 벤딩 가공된 설정 길이(L3)의 2개의 라이닝 강판(10sa)으로 감싸게 하고 그 경계부(10sb)를 결합하여 제공되는 것을 특징으로 하는 직진성을 향상시키기 위한 장대 강관 직천공 장치.
도로 및 철로와 같은 기존의 구조물의 하부에 새로운 터널 구조물을 시공할 때 설치되는 파이프 루프 또는 터널 굴착면의 보강 관체로서 설치되는 구조용 강관(10)을 터널 막장면(1)으로부터 지반 내부를 선진 보강하도록 천공홀(12)의 천공과 동시에 지반 내부로 삽입 설치하는 미니 파이프 루프 시공 방법에 있어서,
설치 길이가 20m 이상이 되는 길이의 천공홀(12)을 드릴링할 수 있도록 증가된 크기와 중량을 가진 파일럿 비트(30p2)와 강관 슈(20r2)를 구비한 강관 직천공 장치(100)를 사용하여 천공과 동시에 강관(10)을 지반 내부로 삽입 설치하는 경우에, 강관의 선단부가 목표된 위치로부터 이탈하지 않고 그 직진성을 유지하면서 추진될 수 있도록, 파이럿 비트(30p2)의 외측부에 별도로 제공되는 링 비트(20rb)를 선단에 구비한 강관 슈(20r2)와 연결되는 상기 강관(10)의 선단부에 원통형 구조용 강관으로 형성된 강관(10)의 휨 강성을 보강하기 위하여 외주면에 설정 길이(L3)와 설정 두께를 가진 선단 보강용 라이닝 보강편(10s)을 일체로 결합시키는 것을 특징으로 하는 직진성을 향상시키기 위한 미니 파이프 루프 시공 방법.
도로 및 철로와 같은 기존의 구조물의 하부에 새로운 터널 구조물을 시공할 때 설치되는 파이프 루프 또는 터널 굴착면의 보강 관체로서 설치되는 구조용 강관(10)을 터널 막장면(1)으로부터 지반 내부를 선진 보강하도록 천공홀(12)의 천공과 동시에 지반 내부로 삽입 설치하는 미니 파이프 루프 시공 방법에 있어서,
설치 길이가 20m 이상이 되는 길이의 천공홀(12)을 드릴링할 수 있도록 증가된 크기와 중량을 가진 파일럿 비트(30p2)와 강관 슈(20r2)를 구비한 강관 직천공 장치(100)를 사용하여 천공과 동시에 강관(10)을 지반 내부로 삽입 설치하는 경우에, 강관의 선단부가 목표된 위치로부터 이탈하지 않고 그 직진성을 유지하면서 추진될 수 있도록, 파이럿 비트(30p2)의 외측부에 별도로 제공되는 링 비트(20rb)를 선단에 구비한 강관 슈(20r2)와 상기 강관(10)의 선단부를 상호 연결하는 별도의 연결 부재로서 원통형 구조용 강관으로 형성된 상기 강관(10) 보다 큰 직경 및 두께와 휨 강성을 가진 선단 보강용 연결 강관을 일체로 결합하여 연결시키는 것을 특징으로 하는 직진성을 향상시키기 위한 미니 파이프 루프 시공 방법.