KR20160089963A - 지중 추진관용 조향식 굴착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터널, 지하도, 공동구 등의 지중구조물의 시공시 공사구간을 개착하지 않고 지하에서 강제(鋼製) 관체를 압입, 추진함으로써 시공하는 관추진 공법에 사용되는 굴착장치에 관한 것으로, 선도관(先導管)(10)의 선단에 장착된 굴착비트(11) 배후부에 경사돌출부(41)를 형성하고, 선도관(10) 선단부 내측에서 왕복하는 왕복블록(45)을 설치하여, 경사돌출부(41)와 왕복블록(45)이 상호 접촉되면서 굴착비트(11)의 중심축이 회동될 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 관추진용 굴착장치의 굴착비트(11) 중심각을 자유롭게 조절할 수 있으며, 이로써 관추진 공법에 의한 지중 굴착에 있어서 굴진 방향을 자유롭게 조절할 수 있다.

Description

지중 추진관용 조향식 굴착장치{TILTING TYPE EXCAVATION APPARATUS FOR PROPULSION PIPES}
본 발명은 터널, 지하도, 공동구 등의 지중구조물의 시공시 공사구간을 개착하지 않고 지하에서 강제(鋼製) 관체를 압입, 추진함으로써 시공하는 관추진 공법에 사용되는 굴착장치에 관한 것으로, 선도관(先導管)(10)의 선단에 장착된 굴착비트(11) 배후부에 경사돌출부(41)를 형성하고, 선도관(10) 선단부 내측에서 왕복하는 왕복블록(45)을 설치하여, 경사돌출부(41)와 왕복블록(45)이 상호 접촉되면서 굴착비트(11)의 중심축이 회동될 수 있도록 한 것이다.
관추진 공법이란 도로터널, 지하도, 공동구(共同溝), 도수(導水)터널, 배수구 등 각종 지하구조물의 시공시, 공사구간의 개착을 최소화하기 위하여 구조물 종단의 시점 또는 종점에 토류벽(土留壁)(62) 및 반력벽(反力壁)(63)이 설치된 추진기지를 구축하고 유압잭 등의 추진장치(61)를 통하여 강제(鋼製) 관체인 추진관(60)을 수평 또는 수평에 근사한 방향으로 압입 추진하면서 추진관(60) 전면의 지반을 굴착하는 공법을 말한다.
도 1을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 통상의 관추진 공법은 토류벽(62)으로 포위된 일종의 수직갱인 추진기지에 후단이 반력벽(63)에 의하여 지지되는 추진장치(61)를 설치하고, 발진지점의 토류벽(62) 일부를 절개하고 추진관(60)을 투입한 후 압입 추진하게 되며, 추진장치(61)의 스크로크(stroke)상 한계 및 추진기지 공간활용을 위하여 보조추진체(64)의 추가 및 해체를 반복하면서 추진관(60)을 지반에 압입하게 된다.
추진관(60) 전면의 토사 및 암석 굴착은 인력 또는 회전 굴착비트(11) 등의 굴착장치에 의하여 진행되는데, 추진관(60)의 압입과 동시에 진행되거나, 소정 단위 구간을 설정하여 압입 및 굴착을 교대로 실시하는 등 다양한 방식이 적용될 수 있으며, 선도(先導) 추진관(60)의 압입이 완료되면 그 후단에 후속 추진관(60)을 접합하여 압입 및 굴착을 반복함으로써 전체 구조물을 구성하게 된다.
이러한 관추진 공법을 통하여 개착 없이도 신속한 지중구조물의 시공이 가능하게 되었고, 특히 공사구간 상부에 구조물이 많은 도심지 공사나 하천 또는 제방 등의 하부를 통과하는 공사와 같이 개착이 불가능한 경우에도 효과적인 시공이 가능하게 되었으며, 관련 종래기술로는 공개특허 제2002-81071호를 들 수 있다.
공개특허 제2002-81071호를 비롯한 종래의 관추진용 굴착장치는 최 전단측 추진관(60) 즉, 선도관(10) 선단부에 회전식 굴착비트(11)가 장착된 것으로, 굴착비트(11)에 의한 선도관(10) 전방측 지반의 절삭과, 추진기지로부터 선도관(10) 후방측으로 작용하는 압입력이 복합되어 굴진이 이루어지며, 굴착공의 만곡이 필요한 지점에서는 굴착비트(11)의 자세를 소폭 조절하여 굴진 방향을 변경하게 된다.
이러한 종래 관추진용 굴착장치에 있어서의 굴착비트(11)의 자세 조절은 굴착비트(11) 배후부의 구동장치와 선도관(10) 내주면을 다수의 유압잭으로 직접 연결하고, 이들 유압잭을 선택적으로 신축 작동시킴으로써 달성되는 것으로, 구조가 복잡할 뿐 아니라 선도관(10) 내부 공간이 유압잭의 작동 공간으로 대부분 잠식되어, 굴착비트(11)의 절삭 성능을 개선하거나 절삭된 토사의 원활한 배출을 유도하는 여타의 장치를 구성할 공간이 절대적으로 부족할 수 밖에 없다.
즉, 공개특허 제2002-81071호를 비롯한 종래의 관추진용 굴착장치는 굴착비트(11)의 자세를 조절하기 위하여 선도관(10) 내부에 다수의 유압잭을 설치하되, 유압잭이 선도관(10) 내부 공간을 횡단하는 방향으로 설치되어 굴착비트(11)의 구동장치와 선도관(10) 내주면을 직접 연결할 수 밖에 없는 구조인 바, 선도관(10) 내부 공간 대부분을 굴착비트(11) 자세 조절용 유압잭이 차지하게 되는 것이다.
따라서, 굴착비트(11) 후단에 에어해머(20)를 장착하여, 굴착비트(11)를 가동함에 있어서 선도관(10) 중심축을 축으로 하는 자전운동과 동시에 진동 및 타격 운동이 동반 수행되도록 하거나, 선도관(10) 내부에 파쇄된 토사를 저류하는 격실을 형성하고 이를 외부로 배출하는 배토 설비를 구축하는 등의 개량이 불가능하거나 극히 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 지중에 관체를 압입, 추진하는 관추진 공법용 굴착장치로서 선도관(10)의 선단에 중심각을 조절할 수 있는 굴착비트(11)가 설치되어 지반을 굴착하는 장치에 있어서, 굴착비트(11)의 배후부 본체에는 외측으로 돌출된 경사돌출부(41)가 굴착비트(11)의 중심축을 축으로 대칭으로 형성되고, 선도관(10) 내부에는 유압실린더(48)에 의하여 선도관(10)의 축방향으로 왕복되는 왕복블록(45)이 선도관(10)의 중심축을 축으로 대칭으로 설치되며, 왕복블록(45)의 선도관(10) 중심측 단부에는 블록경사면(46)이 형성되어, 상기 경사돌출부(41)의 외측 표면과 왕복블록(45)의 블록경사면(46)이 상호 밀착되어, 대칭을 이루는 왕복블록(45) 중 일측의 왕복블록(45)은 전진하고 타측의 왕복블록(45)은 후퇴함에 따라 굴착비트(11)의 중심각이 변화됨을 특징으로 하는 지중 추진관용 조향식 굴착장치이다.
또한, 상기 굴착비트(11)의 후단에는 에어해머(20)가 장착되고, 에어해머(20)는 중공(中空)의 관체인 장착관(30)에 동심(同心)으로 설치되되, 에어해머(20) 후단부에는 중공축(23)이 연결되며, 중공축(23)에는 구동모터(31)가 연결되어, 중공축(23)이 회전됨에 따라 에어해머(20)가 장착관(30)에 내장된 상태로 회전되고, 장착관(30)의 전방측 단부 외주면에 경사돌출부(41)가 형성됨을 특징으로 하는 지중 추진관용 조향식 굴착장치이다.
본 발명을 통하여, 관추진용 굴착장치의 굴착비트(11) 중심각을 자유롭게 조절할 수 있으며, 이로써 관추진 공법에 의한 지중 굴착에 있어서 굴진 방향을 자유롭게 조절할 수 있다.
또한, 굴착비트(11)의 조향을 수행하는 제반 장치를 선도관(10)의 내주면에 인접하여 구축할 수 있어, 선도관(10)의 중앙부 공간을 효율적으로 활용할 수 있으며, 이로써 굴착비트(11) 후단에 대형 에어해머(20)를 장착하여, 굴착비트(11)의 회전 및 타격을 동반 수행함으로써 경질 지반에 대하여도 효과적인 굴진이 가능하다.
도 1은 일반적인 관추진 공법 설명도
도 2는 본 발명의 사시도
도 3은 본 발명의 부분절단 사시도
도 4는 본 발명의 부분절단 분해사시도
도 5는 본 발명의 조향관련 구성 발췌 부분절단 분해사시도
도 6은 본 발명의 대표 단면도
도 7은 본 발명의 조향방식 설명도
본 발명의 상세한 구성 및 작동 원리를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 2는 본 발명의 외관을 도시한 사시도로, 도시된 바와 같이 본 발명은 지하에서 관체를 압입, 추진하는 관추진 공법용 굴착장치로서 선도관(10)의 선단에 중심각을 조절할 수 있는 굴착비트(11)가 설치되며, 선도관(10)의 후단부에는 후술할 굴착비트(11)의 에어해머(20)에 압축공기 등을 압송하는 압송관(37)이 구성된다.
본 발명의 내부 구조를 도시한 도 3 내지 도 5에서와 같이, 굴착비트(11)의 배후부 본체에는 외측으로 돌출된 경사돌출부(41)가 굴착비트(11)의 중심축을 축으로 대칭으로 형성되고, 선도관(10) 내부에는 유압실린더(48)에 의하여 선도관(10)의 축방향으로 왕복되는 왕복블록(45)이 선도관(10)의 중심축을 축으로 대칭으로 설치된다.
도시된 실시예에서는 경사돌출부(41) 및 왕복블록(45)이 선도관(10)의 횡단상 방사상(放射狀)으로 상, 하, 좌, 우 총 4개소에 구성되어 있으며, 이들 4개의 경사돌출부(41) 및 4개의 왕복블록(45)은 도 6의 A-A'선 단면도에서와 같이, 선도관(10)의 원주상 등간격으로 배치된다.
또한, 도시된 실시에에서 굴착비트(11)의 후단에는 에어해머(20)가 장착되고, 에어해머(20)는 중공(中空)의 관체인 장착관(30)에 동심(同心)으로 설치되되, 에어해머(20) 후단부에는 중공축(23)이 연결되며, 중공축(23)에는 장착관(30)에 고정된 구동모터(31)가 연결되어, 중공축(23)이 회전됨에 따라 에어해머(20)가 장착관(30)에 내장된 상태로 회전된다.
이렇듯, 에어해머(20)가 적용된 실시예에서는 에어해머(20) 전체를 회전시킬 필요가 있으므로, 굴착비트(11)의 배후부 본체로서 장착관(30)을 추가 구성하게 되며, 장착관(30)의 전방측 단부 외주면에 경사돌출부(41)를 형성하게 된다.
즉, 전방측 외주면에 경사돌출부(41)가 형성되고 후단부는 폐합된 장착관(30)에 굴착비트(11)를 진동 구동하는 에어해머(20)가 내장되는 것으로, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 에어해머(20) 외주면과 장착관(30) 내주면 사이에는 베어링(39)을 설치하여 장착관(30)에 결합된 상태로 에어해머(20)가 자유롭게 회전되되, 에어해머(20)의 장착관(30) 이탈은 억제되는 것이며, 에어해머(20) 후방측으로 돌출된 중공축(23)은 장착관(30) 후단의 폐합부를 관통하여 장착관(30) 후방 외측으로 노출되고, 노출된 중공축(23)과 구동모터(31)가 연결되는 것이다.
에어해머(20)의 중공축(23)은 에어해머(20)의 중심축과 동심의 축으로서 에어해머(20) 및 에어해머(20) 전단에 장착된 굴착비트(11)의 회전축 역할을 수행함과 동시에, 에어해머(20)의 구동에 필요한 압축공기 또는 굴착비트(11)의 지반 절삭시 필요한 용수(用水) 및 활재(滑材)의 공급로 역할을 수행하게 된다.
도 3 및 도 6에서와 같이, 장착관(30) 후단의 폐합부 외측에는 구동모터(31)가 장착되고, 구동모터(31)의 회전축에는 주동기어(32)가 설치되며, 장착관(30) 후방측으로 노출된 에어해머(20)의 중공축(23)에는 종동기어(33)가 설치되어, 상기 주동기어(32)와 종동기어(33)가 치합됨으로써, 구동모터(31)가 회전하면 장착관(30)에 내장된 에어해머(20)가 회전하게 된다.
이렇듯 에어해머(20)가 회전됨에 따라, 중공축(23)을 통한 압축공기 또는 용수 등의 원활하고 안정적인 공급을 위하여, 도 3 및 도 6에서와 같이, 중공축(23)의 후단에는 스위블(swivel)(35)이 결합되며, 스위블(35)에 비로소 압송관(37)이 연결되어, 추진기지로부터 압송, 공급되는 압축공기 및 용수 등이 중공축(23)의 회전 여부와 관계없이 안정적으로 공급될 수 있다.
회전되는 중공축(23)과 정지상태의 압송관(37)을 연결하는 스위블(35)은 선도관(10) 내주면에 결속되는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 중공축(23)과의 동반 회전을 억제할 수 있다면 지지선(38) 등의 선재(線材)로 결속하는 등의 방식도 무방하다.
본 발명에 있어서, 굴착비트(11)는 경사돌출부(41)와 왕복블록(45)의 상호작용에 의하여 중심각 즉, 굴착비트(11)의 중심축과 선도관(10)의 중심축이 이루는 각(角) 변화되고, 그에 따라 굴진방향이 조향(操向)되는 것으로, 도 5 및 도 6에서와 같이, 왕복블록(45)의 선도관(10) 중심측 단부에는 블록경사면(46)이 형성되고, 전술한 경사돌출부(41)의 외측 표면과 왕복블록(45)의 블록경사면(46)이 상호 밀착되어, 도 7에서와 같이, 대칭을 이루는 왕복블록(45) 중 일측의 왕복블록(45)은 전진하고 타측의 왕복블록(45)은 후퇴함에 따라 굴착비트(11)의 중심각이 변화되는 것이다.
도 7에서는 상, 하 방향의 중심각 변화 상태만이 도시되어 있으나, 선도관(10)의 평면상 좌, 우 방향의 중심각 또한 동일한 원리로 조절될 수 있다.
이러한 굴착비트(11)의 중심각 변화는 굴착비트(11), 에어해머(20) 및 장착관(30)을 소폭 회동시킴으로써 달성되는 것이며, 이러한 회동의 중심축은 도 6 및 도 7에서와 같이 링축(55) 등의 형식으로 선도관(10) 내부에 구성되는데, 그 구체적인 실시예가, 도 5 및 도 6의 B-B'선 단면도에 도시되어 있다.
도시된 실시에에서는 장착관(30)을 회동시키는 축으로서, 상, 하는 물론 좌, 우 방향의 회동이 가능하도록 직교하는 2개의 축이 회동링(50)을 통하여 구성되며, 여기서 회동링(50)은 도 5에서와 같이, 장착관(30) 후단부에 설치되어 장착관(30)을 포위하는 환체(環體)로서, 회동링(50)의 내주면과 장착관(30)을 연결하는 관축(53)과 회동링(50) 외주면과 선도관(10)을 연결하는 링축(55)이 구성되며, 이들 관축(53) 및 링축(55)은 상호 직교하는 방향으로 설치되어, 장착관(30)의 상, 하, 좌, 우 전방향의 자유로운 회동을 보장한다.
한편, 본 발명에 있어서 왕복블록(45)을 구동하는 유압실린더(48) 및 커넥팅로드(49)는 선도관(10)내 중앙부 공간을 최대한 활용하기 위하여 선도관(10) 내주면에 밀착되어 설치되는 바, 링축(55)이 커넥팅로드(49)를 회피할 수 있도록 도 5 및 도 6의 B-B'선 단면도에서와 같이 이격브래킷(57)을 구성하여 링축(55)을 선도관(10) 내주면에서 중심측으로 이격하여 형성할 수도 있다.
이렇듯, 링축(55) 또는 관축(53)을 통하여 전방향 회동이 가능한 본 발명의 장착관(30)은 도 5 및 도 7에서와 같이, 왕복블록(45)이 수평 왕복함에 따라 왕복블록(45)에 밀착되는 경사돌출부(41)가 상, 하로 이동하면서, 굴착비트(11)의 중심각이 변화된다.
도 5에서와 같이, 왕복블록(45)의 선도관(10) 중심측 단부에는 후방측이 선도관(10) 중심측을 향하는 경사면인 블록경사면(46)이 형성되고, 경사돌출부(41)의 외측 표면에도 역시 후방측이 선도관(10) 중심측을 향하는 경사면인 돌출경사면(42)이 형성되는데, 이때 블록경사면(46) 또는 돌출경사면(42) 중 적어도 하나는 만곡면으로 형성되는 것이 바람직하다.
도시된 실시예에서는 돌출경사면(42)이 만곡면으로 형성되었으며, 이들 블록경사면(46)과, 경사돌출부(41)의 외측 표면 즉, 돌출경사면(42)은 도 6에서와 같이 서로 밀착되어 평상시에는 장착관(30) 선단부를 견고하게 고정하게 된다.
굴진과정에서 조향이 필요한 지점에 도달하여, 도 7에서와 같이, 대칭을 이루는 왕복블록(45) 중 일측의 왕복블록(45)은 전진하고 타측의 왕복블록(45)은 후퇴하게 되면, 경사돌출부(41)가 이동하면서 굴착비트(11)의 중심각이 변화되고, 이로써 굴진방향이 조절될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 왕복블록(45)의 블록경사면(46) 타측 단부에는 가이드홈(47)을 형성하고, 선도관(10)의 내주면에는 가이드레일(43)을 형성하여, 이들 가이드홈(47) 및 가이드레일(43)이 결합된 상태에서 왕복블록(45)이 구동될 수 있도록 함으로써 일층 안정적인 작동이 가능하다.
10 : 선도관
11 : 굴착비트
20 : 에어해머
23 : 중공축
30 : 장착관
31 : 구동모터
32 : 주동기어
33 : 종동기어
35 : 스위블
37 : 압송관
38 : 지지선
39 : 베어링
41 : 경사돌출부
42 : 돌출경사면
43 : 가이드레일
45 : 왕복블록
46 : 블록경사면
47 : 가이드홈
48 : 유압실린더
49 : 커넥팅로드
50 : 회동링
53 : 관축
55 : 링축
57 : 이격브래킷
60 : 추진관
61 : 추진장치
62 : 토류벽
63 : 반력벽
64 : 보조추진체

Claims (2)

  1. 지중에 관체를 압입, 추진하는 관추진 공법용 굴착장치로서 선도관(10)의 선단에 중심각을 조절할 수 있는 굴착비트(11)가 설치되어 지반을 굴착하는 장치에 있어서,
    굴착비트(11)의 배후부 본체에는 외측으로 돌출된 경사돌출부(41)가 굴착비트(11)의 중심축을 축으로 대칭으로 형성되고;
    선도관(10) 내부에는 유압실린더(48)에 의하여 선도관(10)의 축방향으로 왕복되는 왕복블록(45)이 선도관(10)의 중심축을 축으로 대칭으로 설치되며;
    왕복블록(45)의 선도관(10) 중심측 단부에는 블록경사면(46)이 형성되어, 상기 경사돌출부(41)의 외측 표면과 왕복블록(45)의 블록경사면(46)이 상호 밀착되어;
    대칭을 이루는 왕복블록(45) 중 일측의 왕복블록(45)은 전진하고 타측의 왕복블록(45)은 후퇴함에 따라 굴착비트(11)의 중심각이 변화됨을 특징으로 하는 지중 추진관용 조향식 굴착장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 굴착비트(11)의 후단에는 에어해머(20)가 장착되고,
    에어해머(20)는 중공(中空)의 관체인 장착관(30)에 동심(同心)으로 설치되되, 에어해머(20) 후단부에는 중공축(23)이 연결되며;
    중공축(23)에는 구동모터(31)가 연결되어, 중공축(23)이 회전됨에 따라 에어해머(20)가 장착관(30)에 내장된 상태로 회전되고;
    장착관(30)의 전방측 단부 외주면에 경사돌출부(41)가 형성됨을 특징으로 하는 지중 추진관용 조향식 굴착장치.
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