KR20170106150A - 수직구 굴착시스템 및 이를 이용한 수직구 시공방법 - Google Patents

수직구 굴착시스템 및 이를 이용한 수직구 시공방법 Download PDF

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Abstract

지반을 굴착하여 수직구를 설치할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 굴착시스템에 있어서, 상기 수직구가 설치될 위치의 주변에서 상기 수직구를 둘러싸며 설치되는 지지부, 상기 지지부의 내측을 둘러싸면서 위치하고, 일단은 상기 수직구와 연결되고 타단은 상기 지반에 삽입되어 상기 지지부 내측으로 유입될 수 있는 지하수 또는 지반의 유입을 막는 추진부 및 상기 지지부와 상기 추진부 사이에 위치되어 상기 추진부를 상기 지반에 삽입시키며 실린더 구조로 이루어져 구동력을 제공하는 추진장치부를 포함할 수 있다.

Description

수직구 굴착시스템 및 이를 이용한 수직구 시공방법{VERTICAL SHAFT EXCAVATION SYSTEM AND THE CONSTRUCTION METHOD OF VERTICAL SHAFT USING THEREOF}
본 발명은 지반을 굴착하고 수직구를 설치할 수 있는 수직 굴착 시스템에 관한 것이다.
지하에 설치되는 공동구는 전력, 통신, 수도 또는 난방 등의 시설을 지하의 일정공간에 공동으로 수용하는 도시기반 시설이다. 이러한 전력 또는 통신 라인을 설치 및 유지관리 하기 위해서 공동구는 수직구를 통해 외부와 연결되어 있다.
일반적으로, 수직구는 가시설을 설치한 뒤 가시설 내측의 지반을 수직방향으로 굴착하고 가시설 내측으로 설치되며, 가시설은 수직구를 설치하며 제거된다.
지표면 아래로 지반을 굴착할 때, 가시설 외측의 굴착면 주위로는 차수 그라우팅이 시공된다. 그러나 차수 그라우팅이 실패할 경우, 굴착면 등에서 지하수의 누수가 과다하게 발생하여, 주변의 지하 수위가 저하된다. 이러한 지하 수위의 저하는 주변 지반의 침하를 유발하게 된다.
또한, 가시설은 지반의 변형을 충분히 막기 위한 강성구조물이 아니라, 콘크리트 구조물을 시공하기 위한 공간을 확보하기 위해 설치하는 임시구조물이므로, 예상치 못한 외부 환경 변화에 의해 붕괴될 위험이 있다.
따라서, 수직구의 시공은 위와 같이 복잡하고 많은 시공 과정을 거쳐야 하며. 이로 인해 공사기간이 길고 주변의 지반이 침하될 수 있는 문제가 있다.
상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로 안출된 것으로, 본 발명은 수직구 굴착과 콘크리트 구조물을 설치할 수 있어 공사기간을 크게 줄이고, 굴착과 수직구 시공시에 주변 지반의 침하를 방지할 수 있는 수직구 굴착시스템을 제공하고자 한다.
지반을 굴착하여 수직구를 설치할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 굴착시스템은, 상기 수직구가 설치될 위치의 주변에서 상기 수직구를 둘러싸며 설치되는 지지부, 상기 지지부의 내측을 둘러싸면서 위치하고, 일단은 상기 수직구와 연결되고 타단은 상기 지반에 삽입되어 상기 지지부 내측으로 유입될 수 있는 지하수 또는 지반의 유입을 막는 추진부 및 상기 지지부와 상기 추진부 사이에 위치되어 상기 추진부를 상기 지반에 삽입시키며 실린더 구조로 이루어져 구동력을 제공하는 추진장치부를 포함할 수 있다.
상기 추진부는 상기 지지부의 내측 둘레를 따라 복수개로 이루어지고 각각의 추진부는 서로 연결될 수 있다.
상기 추진부는, 상기 지반에 삽입되는 내측추진부 및 상기 내측추진부 외측을 감싸고, 상기 수직구의 하부와 연결되는 라이닝캡이 연결된 외측추진부를 포함할 수 있다.
상기 추진장치부는, 상기 내측추진부와 상기 외측추진부 사이에 위치하고, 상기 내측추진부의 삽입방향과 수직한 방향으로 상기 내측추진부에 형성된 제1 지지대와 연결되는 제1 추진장치 및 상기 제1 지지대와 나란한 방향으로 상기 외측추진부에 형성된 제2 지지대 및 상기 라이닝캡에 연결되는 제2 추진장치를 포함할 수 있다.
상기 외측추진부는, 상기 라이닝캡이 연결되는 제1 추진부 및 상기 제1 추진부의 단부에 연결되며 상기 내측추진부를 감싸도록 위치하는 제2 추진부를 포함할 수 있다.
상기 내측추진부는, 상기 삽입방향으로 연장된 연결부와 상기 연결부의 단부에서 상기 삽입방향과 반대방향으로 갈수록 상기 연결부와 더 이격되도록 형성된 접촉면을 가지는 선단슈를 포함할 수 있다.
상기 지지부는, 상기 수직구 주변의 지표면에 설치되는 기초부, 상기 추진부의 삽입방향과 나란한 방향으로 상기 추진부 위치에서 상기 기초부에 설치되고, 상기 추진장치부를 지지하는 가압부를 가지는 기둥부를 포함할 수 있다.
상기 수직구는 복수개의 콘크리트 블록으로 형성된 수직구세그먼트로 이루어질 수 있다.
상기 추진부 내측에 위치하여 상기 추진부 내측의 지반을 굴착하는 굴착부를 더 포함할 수 있다.
상기 추진장치부는 유압실린더로 이루어질 수 있다.
지반을 굴착하고 수직구를 설치할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 굴착시스템의 수직구 시공방법은, 수직구가 설치될 위치 주변을 따라 상기 수직구 외측을 둘러싸며 지지부를 설치하는 단계, 상기 지지부 내측 둘레를 따라 설치된 추진부를 구동력을 제공할 수 있는 추진장치부를 통해 지반에 삽입하는 단계, 상기 추진부 내측의 지반을 굴착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 추진부는, 지반에 삽입되는 내측추진부와 일단은 상기 내측추진부 외측을 감싸고 타단은 상기 수직구와 연결되는 외측추진부를 포함할 수 있다.
상기 추진부를 지반에 삽입하는 단계는, 상기 내측추진부를 지반에 삽입시키는 단계 및 상기 외측추진부를 지반에 삽입시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수직구는 상기 외측추진부와 상기 지지부 사이에서 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 굴착시스템은, 수직구 굴착과 콘크리트구조물을 함께 구축할 수 있어, 공사기간을 크게 줄일 수 있고, 굴착과 수직구 시공시에 지하수 및 토사의 유입과 그로 인한 수직구 주변 지반의 침하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 굴착시스템의 개념도를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 수직구 굴착시스템에 적용될 수 있는 지지부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 수직구 굴착시스템에 적용될 수 있는 추진부의 일부를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 추진부의 분리 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 굴착시스템을 이용하여 수직구조물의 시공과 굴착이 진행되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 16는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 굴착시스템을 이용하여 굴착 및 수직구 시공을 순서대로 나타낸 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. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 굴착시스템의 개념도를 나타낸 도면이다.
수직구(60)는 지하에 위치한 공동구와 연결되어 공동구의 출입구 및 유지 보수를 위한 자재들의 통로가 된다. 수직구(60)는 지하수 또는 토사의 유입되는 것을 막도록 콘크리트 구조물로 이루어지며, 이를 통해 주변 지반의 변형을 방지할 수 있다.
수직구(60)의 단면은 다각형 또는 원형으로 형성될 수 있다. 이하에서는, 수직구(60)의 단면이 원형인, 원통형으로 형성되는 것을 예로 들어 설명한다.
도 1을 참고하면, 수직구 굴착시스템(100)은 지지부(10)와 지지부(10) 내측으로 설치되는 추진부(20) 및 추진부(20)를 제어하는 제어부(110)를 포함할 수 있다.
지지부(10)는 수직구(60)가 위치될 지반에서 수직구(60)를 감싸며 수직구(60) 외측으로 설치될 수 있다. 지지부(10)는 지표면에 콘크리트 구조물로 설치될 수 있다.
추진부(20)는 지지부(10) 내측으로 설치되고, 지지부(10)와 연계되어 지반에 삽입될 수 있다. 따라서, 추진부(20)는 주변 토사 또는 지하수가 지지부(10) 내측으로 유입되는 것을 막을 수 있다.
추진부(20)는 복수개로 나뉘어져 지지부(10) 내측을 따라 설치되고 각각의 추진부(20)는 서로 연결될 수 있다. 즉, 지지부(10) 내측의 크기가 크거나, 수직구(60)의 설치 깊이가 매우 깊을 경우에는 지반과의 마찰력을 고려하여 복수개의 추진부(20)를 설치할 수 있다.
제어부(110)는 추진부(20)를 제어하며 지지부(10) 외측에 설치될 수 있다. 제어부(110)는 유압발생기(130)와 연결되어 있으며, 유압발생기(130)는 발전기(120)와 연결될 수 있다. 유압발생기(130)는 유압호스(135)를 매개로 추진부(20)와 연결된다. 예를 들면, 복수개로 이루어진 추진부(20) 각각에 유압호스가 연결될 수 있다. 제어부(110)는 유압발생기(130)를 통해 추진부(20)를 제어하게 된다.
지지부(10) 내측으로는 굴착부(150)가 위치할 수 있다. 예를 들면, 굴착부(150)는 굴착기(151)일 수 있다. 수직구(60) 단면의 크기는 설치 위치 및 용도 등을 고려하여 다양하게 설정된다. 따라서, 수직구(60)의 크기가 클 경우에는 굴착부(150)는 굴착기를 이용할 수 있다. 다른 예로, 수직구(60)의 크기가 작을 경우에는 추진부(20)에 굴착부(150)를 연결하여 굴착을 실시할 수도 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 수직구 굴착시스템에 적용될 수 있는 지지부를 도시한 사시도이다.
도 2를 참고하면 지지부(10)는 기초부(11)와 기초부(11)에 설치되는 기둥부(13)를 포함할 수 있다.
기초부(11)는 콘크리트 구조물로 이루어질 수 있으며, 지표면에 설치되어 지반에 단단하게 고정될 수 있다. 기초부(11)는 수직구(60) 주변의 지반에 설치되고, 수직구(60)를 감싸도록 일체로 형성될 수 있다.
기둥부(13)는 H-BEAM으로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 기둥부(13)는 콘크리트 구조물로 이루어질 수 있고, T-BAR 등으로 이루어질 수 있다. 기둥부(13)는 추진부(20) 중 내측추진부(21) 보다 높게 형성될 수 있다. 예를 들면, 수직구(60)의 직경은 6m 이상일 수 있으며, 이때, 기둥부(13)의 높이는 5m 일 수 있다. 이 경우, 내측추진부(21)는 5m 이하의 길이로 형성된다. 이러한 수치는 한정되는 것은 아니며, 지반의 상태와 수직구(60)의 크기에 따라 변할 수 있다.
기둥부(13)는 추진부(20)와 연결되는 추진장치부(30)의 수량과 동일한 수량으로 설치될 수 있다.
가압부(14)는 추진부(20)에 연결된 추진장치부(30)를 지지하고, 기둥부(13)에서 지지부(10)의 내측방향을 향하는 방향으로 설치될 수 있다. 가압부(14)는 추진장치부(30)와 연결되어 추진장치부(30)를 지지할 정도의 길이로 돌출된다. 가압부(14)는 지지부(10)와 마찬가지로 H-BEAM으로 형성될 수 있다. 가압부(14)는 추진부(20)가 지반에 삽입됨에 따라서 높이를 조절할 수 있도록 기둥부(13)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 가압부(14)와 기둥부(13)는 볼트로 연결될 수 있다.
도 3은 도 1에 나타낸 수직구 굴착시스템에 적용될 수 있는 추진부의 일부를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 나타낸 추진부의 분리 사시도이다.
도 3 및 4를 참고하면, 추진부(20)는 복수개로 이루어지고 서로 연결될 수 있다. 이하에서는 복수개로 이루어진 추진부(20) 중 하나의 단위체를 예로 들어 설명한다. 추진부(20)를 정면으로 볼 때, 추진부(20)의 삽입방향을 길이방향으로 하고, 삽입방향과 수직한 방향을 폭방향으로 하여 이하에서 설명한다.
추진부(20)는 외측추진부(26)와 내측추진부(21)로 이루어질 수 있다. 추진부(20)는 복수개로 이루어지므로, 각각의 추진부(20)는 서로 연결된다. 이때, 외측추진부(26)는 외측추진부(26)끼리 연결되며, 내측추진부(21)는 내측추진부(21)끼리 연결된다. 외측추진부(26)와 내측추진부(21)는 고정되지는 않는다. 따라서 내측추진부(21)와 외측추진부(26)는 서로 간섭받지 않고 지반 속에서 이동할 수 있다. 또한, 내측추진부(21)는 외측추진부(26) 내측에 위치하여 이동하고, 외측추진부(26)는 내측추진부(21)를 감싸면서 위치하므로 주변 지반 또는 지하수가 추진부(20) 내측으로 유입되지 않는다.
내측추진부(21)는 제1 지지대(23)와 선단슈(22)를 포함할 수 있다.
내측추진부(21)는 외측추진부(26)의 하부에 위치하고 외측추진부(26)보다 먼저 지반에 삽입된다. 또한, 내측추진부(21)는 수직구(60) 하부보다 아래에 위치하여 수직구(60) 보다 더 깊이 지반에 삽입된다.
선단슈(22)는 내측추진부(21)의 단부에서 삽입방향인 길이방향으로 연장된 연결부(22a)와 접촉면(22b)을 포함할 수 있다. 연결부(22a)는 내측추진부(21)의 두께보다 얇은 두께로 형성될 수 있다. 또한, 연결부(22a)는 내측추진부(21)의 폭과 동일한 폭으로 형성될 수 있다. 다른 예로, 연결부(22a)는 내측추진부(21)의 폭방향으로 미리 설정된 간격으로 이격된 복수개의 파이프로 형성될 수 있다.
선단슈(22)의 접촉면(22b)은 연결부(22a) 단부에서부터 내측추진부(21)의 삽입방향과 반대방향으로 연장되고, 점점 더 연결부(22a)와 더 크게 이격되도록 형성될 수 있다. 즉, 선단슈(22)의 단부는 접촉면이 모아져 뾰족하게 형성되고, 점점 벌어지게 형성된다. 이에 따라, 선단슈(22)는 연결부(22a)또는 내측추진부(21)의 외측면과 지반 사이에 간격을 발생시켜 마찰력을 감소시킬 수 있다. 일례로, 접촉면(22b)은 경첩구조로 이루어질 수 있다. 즉, 접촉면(22b)은 연결부(22a) 단부에 연결되는 경첩구조로 이루어져, 선단슈(22)가 삽입방향으로 압입될 때에는 접히고, 반대 방향으로 힘이 작용하게 될 때에는 접촉면(22b)은 연결부(22a) 단부를 중심으로 펼쳐져 내측추진부(21)가 이동하지 않도록 지지할 수 있다.
제1 지지대(23)는 내측추진부(21)의 폭방향으로 설치될 수 있다. 제1 지지대(23)는 내측추진부(21)의 중앙에 설치될 수 있고, 제1 지지대(23)의 하부에는 내측추진부(21)와 연결된 브라켓(24)이 설치될 수 있다.
외측추진부(26)는 제1 추진부(26a)와 제2 추진부(26b)를 포함할 수 있다. 외측추진부(26)의 폭은 내측추진부(21)의 폭과 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 내측추진부(21)와 외측추진부(26)는 서로 상하로 위치하여 하나의 추진부(20)의 단위체를 형성하므로, 동일한 폭으로 형성될 수 있다.
제2 추진부(26b)는 제1 추진부(26a) 아래에서 제1 추진부(26a)와 연결되며, 내측추진부(21) 외측에 위치하여 내측추진부(21)를 감쌀 수 있다. 제2 추진부(26b)는 내측추진부(21)와 연결되지는 않지만, 내측추진부(21)와 제2 추진부(26b)는 토사가 유입되지 않을 정도로 밀착되게 위치해있다. 제2 추진부(26b)는 내측추진부(21)에 형성된 연결홈(21a)에 끼워질 수 있다. 연결홈(21a)을 통해 제2 추진부(26b)는 내측추진부(21)에 끼워지고 일정한 길이로 위치할 수 있다. 따라서, 내측추진부(21)가 제2 추진부(26b)의 길이만큼 지반 속에서 이동하게 될 때, 제2 추진부(26b)는 주변 지반의 토사 및 지하수가 내측추진부(21) 내측으로 유입되는 것을 막을 수 있다. 이에 따라 내측추진부(21)는 제2 추진부(26b)와 겹쳐지는 길이로 지반 속에 삽입될 수 있다.
제1 추진부(26a)는 제2 추진부(26b)와 연결되며 서로 연결볼트(25)의 결합을 통해 연결될 수 있다. 연결볼트(25)는 제2 추진부(26b)의 측으로 약간 돌출되며 이를 통해 지반과 제1 추진부(26a) 외측 사이에 간격을 발생시켜 마찰력을 다소나마 줄일 수 있다. 연결볼트(25) 부위는 주변보다 돌출되어 선단슈(22)와 마찬가지로 추진부(20)의 외주면 마찰을 줄이는 역할을 할 수 있다. 다른 예로, 제1 추진부(26a)와 제2 추진부(26b)는 서로 용접되어 연결될 수 있다.
제1 추진부(26a)의 폭방향으로 제2 지지대(27)가 설치될 수 있다. 제2 지지대(27)는 제1 추진부(26a)의 폭과 동일한 길이로 형성되어 지지부(10)를 향해 돌출될 수 있으며, 제1 추진부(26a)와 제2 지지대(27) 사이에는 브라켓(24)이 설치될 수 있다.
추진장치부(30)는 제1 추진장치부(30)와 제2 추진장치부(30)를 포함할 수 있다. 추진부(20)는 추진장치부(30)를 통해 지지부(10)에 압력을 가해 그 반발력으로 지반에 삽입된다. 추진장치부(30)의 구동력은 실린더 구조로 발생될 수 있으며, 추진장치부(30)는 유압실린더일 수 있다. 따라서, 추진장치부(30)는 전술한 바와 같이 유압발생기(130)와 유압호스를 매개로 연결될 수 있다.
제1 추진장치부(30)는 외측추진부(26)와 내측추진부(21) 사이에 위치할 수 있다. 제1 추진장치부(30)의 일단은 내측추진부(21)에 설치된 제1 지지대(23)와 연결될 수 있다. 제1 추진장치부(30)의 타단은 외측추진부(26)의 제2 지지대(27)에 맞닿아 있을 수 있다. 예를 들면, 제1 추진장치부(30)는 제2 추진부(26b)에 지지되어 제1 지지대(23)를 가압하여 내측추진부(21)를 지반에 삽입시킬 수 있다. 제1 추진장치부(30)에는 유압호스(135a)가 연결되어 있어 제어부(110)를 통해 제1 추진장치부(30)는 제어될 수 있다.
제2 추진장치부(30)는 지지부(10)의 가압부(14)와 외측추진부(26) 사이에 위치할 수 있다. 제2 추진장치부(30)의 일단 제2 지지대(27)에 연결되고, 타단에는 라이닝캡(40)이 연결될 수 있다. 제2 추진장치부(30)에는 유압호스(135b)가 연결되어 있어 제어부(110)를 통해 제2 추진장치부(30)는 제어될 수 있다.
라이닝캡(40)은 콘크리트로 형성되는 수직구(60) 하부에 설치되어 제2 추진장치부(30)가 수직구(60) 하부에 가하는 집중하중을 분산시켜 수직구(60)가 파손되지 않도록 안전하게 하중을 전달하는 기능을 할 수 있다.
라이닝캡(40)은 제2 추진장치부(30)와 연결되어 있으며, 수직구(60)의 하부에 연결될 수 있다. 라이닝캡(40)은 수직구(60) 하부를 지지할 수 있으며, 라이닝캡(40)과 지지부(10)의 가압부(14) 사이로 수직구가 설치될 수 있다. 예를 들면, 수직구(60)는 현장에서 콘크리트 시공을 통해 설치할 수 있고, 미리 공장 등에서 제작된 프리캐스트 콘크리트로 이루어진 복수개의 수직구세그먼트(61)일 수 있다. 수직구세그먼트(61)이 설치될 경우, 가압부(14)와 라이닝캡(40) 사이에 수직구세그먼트(61)이 설치되고, 제2 추진장치부(30)는 수직구세그먼트(61)과 연결된 라이닝캡(40)을 가압하여 외측추진부(26)를 지반에 삽입시킬 수 있다. 외측추진부(26)가 지반에 완전히 삽입된 경우, 기둥부(13)의 하부에 연결된 가압부(14)를 다시 기둥부(13)의 상부로 이동시키고, 가압부(14)와 수직구세그먼트(61) 사이의 공간에 수직구세그먼트(61)을 설치하여 공간을 채운 다음에 다시 제2 추진장치부(30)를 제어하여 외측추진부(26)를 지반에 더 깊게 삽입시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 굴착시스템을 이용하여 수직구조물의 시공과 굴착이 진행되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 굴착시스템(100)은 수직구(60)의 시공과 굴착이 함께 이루어 질 수 있다. 이하에서는 수직구 굴착시스템(100)의 수직구(60) 시공과 지반(200) 굴착의 과정 및 시공 관계에 대해 설명한다.
수직구 굴착시스템(100)은 지반(200)을 굴착 하기 전에 추진부(20)를 지반(200)에 삽입하여 굴착면에서 토사와 지하수의 유입을 방지한다. 추진부(20)가 지반(200)에 삽입되기 때문에, 수직구(60)를 시공할 때 가시설이 설치되지 않는다. 추진부(20)는 추진장치부(30)를 통해 지반에 압입되므로, 시공 속도가 크게 향상될 수 있다. 추진부(20)는 수직구(60)보다 더 깊게 지반속에 삽입되고, 추진부(20) 내측에서는 굴착부(150)로 굴착이 이루어진다.
굴착부(150)는 전술한 바와 같이, 수직구(60)의 크기가 작은 경우에는 추진부(20)에 토사 및 암반을 굴착할 수 있는 커터비트 등의 가지는 굴착장치를 연결하여 굴착할 수 있다. 수직구(60)의 크기가 클 경우에는 굴착부(150)는 굴착기(151)를 이용할 수 있다. 따라서, 굴착기는 추진부(20) 내측에 위치하여 추진부(20) 내측의 지반을 굴착하게 된다. 이하에서는 추진부(20) 내측에서 굴착기(151)로 지반을 굴착하는 것을 예로 들어 설명한다.
추진부(20)는 추진장치부(30)에 의해 지반에 삽입되므로 타 공정에 방해 받지 않고 삽입될 수 있다. 또한, 추진부(20)는 수직구(60) 보다 더 깊이 지반에 삽입되고 굴착 전에 삽입될 수 있다.
추진부(20)는 수직구(60) 시공이나 수직구(60) 내부 굴착과 상관없이 독립적으로 지반에 삽입할 수 있다. 따라서, 추진부(20)가 지반에 삽입되어 있는 경우 수직구(60) 시공과 상관없이 굴착기(151)는 추진부(20) 내측의 지반 굴착이 가능하다. 따라서, 굴착과 수직구(60) 시공은 서로 간섭되지 않아 현장 상황에 따라 굴착 또는 수직구(60) 시공을 진행할 수 있으므로 공사기간은 크게 향상 될 수 있다. 즉, 추진부(20)가 지반(200)에 삽입되어 있어 굴착기(151)는 지하수의 유출 및 토사의 붕괴 등에 대한 위협 없이 계속 굴착을 진행할 수 있다.
추진부(20)를 압입하면 표면의 마찰로 인해 막대한 압입 하중을 가하여야만 추진부(20)가 압입이 가능하다. 예를 들면, 지반(200)의 심도가 깊어지면 마찰력이 증가하는 경향이 있으나 연약지반, 예를 들면 뻘의 경우 마찰력이 상대적으로 작아 직경 6m 정도의 추진부(20)가 삽입될 경우 경우, 추진부(20)에는 약 100 ~ 200 ton의 마찰력이 작용할 수 있다. 따라서, 추진부(20)의 두께를 얇게 형성하여 마찰력을 줄여야 추진부(20)의 파손을 방지하면서 추진부(20)는 안정적으로 지반에 압입될 수 있다.
예를들면, 추진부(20)는 지반(200)의 마찰이 커지는 경우 제2 추진장치(32)로 내측추진부(21)를 먼저 지반(200)에 관입시켜 마찰력을 1/2 로 정도로 감소시킬 수 있다. 이어서 제1 추진장치(31)로 외측추진부(26)를 당기고, 제2 추진장치(32)로 외측추진부(26)를 밀면서 순차적으로 지반(200)에 삽입시킬 수 있다. 다른 예로, 지반(200)의 마찰이 작은 경우 제2 추진잭으로 외측추진부(26)와 내측추진부(21)를 한 번에 지반에 삽입시켜 삽입속도를 높일 수 있다.
도 6 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 굴착시스템을 이용하여 굴착 및 수직구 시공을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직구 굴착시스템(100)을 이용한 수직구(60) 시공은 먼저, 지지부(10)의 기초부(11)를 지반(200)에 설치하고, 기초부(11)에 가압부(14)가 연결된 기둥부(13)를 수직하게 설치한다.
전술한 바와 같이, 지지부(10)는 수직구(60)가 설치될 위치의 지반(200)에서 수직구(60)를 둘러싸며 수직구(60) 외측에 설치될 수 있다. 기초부(11)는 표면에 콘크리트 구조물로 설치될 수 있으며, 기둥부(13)는 H-BEAM으로 이루어져 기초부(11)에 설치될 수 있다. 가압부(14)는 기둥부(13)와 동일하게 H-BEAM일 수 있으며 기둥부(13)와는 볼트로 연결될 수 있다.
다음으로, 도 7 내지 도 9를 참고하면, 내측추진부(21)는 지지부(10) 내측을 따라 설치된다. 복수개의 내측추진부(21)는 서로 용접으로 연결될 수 있다. 내측추진부(21)와 가압부(14) 사이에 제1 추진장치(31)를 설치한다. 내측추진부(21) 외측으로는 내측추진부(21)의 연결홈(21a)와 연결된 외측추진부(26)의 제2 추진부(26b)가 위치할 수 있다.
제1 추진장치(31)는 내측추진부(21)의 제1 지지대(23)에 연결되어 있다. 제1 추진장치(31)의 구동으로 가압부(14)에 지지되어 반발되면서 내측추진부(21)와 제2 추진부(26b)는 함께 지반으로 삽입될 수 있다. 내측추진부(21)가 지반에 삽입되면 제1 추진장치(31)을 원위치 시키고 가압부(14)를 기둥부(13) 아래로 이동시켜 제1 추진장치(31)에 맞닿도록 설치하여 동일한 방법으로 반복 실시하여 내측추진부(21)을 지반에 삽입시킨다.
가압부(14)는 기둥부(13)의 아래로 이동시키고, 실린더 구조의 제1 추진장치(31)를 다시 구동시켜 내측추진부(21)를 지반(200)에 삽입하는 과정을 반복한다.
도 10 내지 도 16을 참고하면, 가압부(14)를 기둥부(13) 상단으로 이동시키고, 내측추진부(21)와 함께 지반(200)에 삽입된 제2 추진부(26b)에 제1 추진부(26a)를 연결한다. 또한, 제1 추진부(26a)에 형성된 제2 지지대(27)와 가압부(14) 사이에 제2 추진장치(32)를 위치시킨다. 제2 추진장치(32)는 제1 추진장치(31)와 마찬가지로 실린더 구조로 이루어져 있으므로, 가압부(14)에 대하여 반발하면서 외측추진부(26)와 내측추진부(21)를 함께 지반(200)에 삽입시킬 수 있다. 제2 추진장치(32)에 라이닝캡(40)을 연결시키고, 라이닝캡(40)에 수직구세그먼트(61)를 연결한다. 수직구(60)는 현장 타설 콘크리트 또는 공장에서 제작한 프리캐스트 콘크리트인 수직구세그먼트(61)로 시공 될 수 있다. 이하에서는 프리캐스트 콘크리트인 수직구세그먼트(61)를 예로 들어 설명한다.
제1 추진장치(31)와 제2 추진장치(32)는 서로 번갈아 구동될 수 있으며, 지반(200)이 연약지반인 경우에는 제2 추진장치(32)만을 구동하여 보다 신속하게 지반에 추진부(20)를 삽입시킬 수 있다.
추진부(20)가 지반에 깊이 삽입되면서 발생되는 가압부(14)와의 공간에는 복수개의 수직구세그먼트(61)를 적층하여 수직구(60)를 시공하게 된다. 수직구세그먼트(61)의 연장이 충분히 길어져 가압부(14)가 필요하지 않은 경우 가압부(14)와 기둥부(13)를 제거할 수 있다.
추진부(20) 내측 지반(200)의 굴착 안정성을 확보하는 최소깊이는 수직구의 직경, 지반(200)의 상태에 따라 달라지며 지반(200)상황에 따라 수치해석 등을 통하여 최종 결정할 수 있다. 예를 들면, 일반적으로 내측추진부(21) 압입을 통해 수직구(60) 내부 굴착을 위한 안정성을 확보하도록 하는 수직구(60) 내부의 토사의 길이는 선단슈(22)로부터 제1 지지대(23)까지의 거리일 수 있다. 즉, 굴착기(151)는 추진부(20) 내측에서 제1 지지대(23) 보다는 깊이 굴착하지 않아야 굴착 안정성을 확보할 수 있다.
수직구(60)가 완성된 경우 지표면에 설치된 지지부(10) 및 제1 추진부(26a) 및를 제2 추진부(26b)를 제거할 수 있다. 제1 추진부(26a) 및 제2 추진부(26b)는 다른 수직구(60) 시공에서도 이용될 수 있으므로 공사비 절감의 효과가 있다.
일례로, 수직구(60) 주변 지반이 단단할 경우에는, 수직구(60) 아래로 위치하는 내측추진부(21)를 제거할 수 있다. 이 경우, 수직구(60)는 외측추진부(26)에 의해 지지되어 있기 때문에 내측추진부(21)의 제거는 용이할 수 있다. 외측추진부(26)는 수직구(60)와 함께 지반 속에 묻힐 수 있다. 다만, 외측추진부(26)는 제1 추진부(26a)와 제2 추진부(26b)로 되어 있으므로, 내측추진부(21)가 제거될 때 제2 추진부(26b)도 함께 제거될 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
100: 수직구 굴착시스템 110: 제어부
120: 발전기 130: 유압발생기
135, 135a, 135b: 유압호스 150: 굴착부
151: 굴착기
10: 지지부 11: 기초부
13: 기둥부 14: 가압부
20: 추진부 21: 내측추진부
21a: 연결홈
22: 선단슈 22a: 연결부
22b: 접촉면 23: 제1 지지대
24: 브라켓 25: 연결볼트
26: 외측추진부 26a: 제1 추진부
26b: 제2 추진부 27: 제2 지지대
30: 추진장치부 31: 제1 추진장치
32: 제2 추진장치 40: 라이닝캡
60: 수직구 61: 수직구세그먼트

Claims (14)

  1. 지반을 굴착하여 수직구를 설치할 수 있는 수직구 굴착시스템에 있어서,
    상기 수직구가 설치될 위치의 주변에서 상기 수직구를 둘러싸며 설치되는 지지부;
    상기 지지부의 내측을 둘러싸면서 위치하고, 일단은 상기 수직구와 연결되고 타단은 상기 지반에 삽입되어 상기 지지부 내측으로 유입될 수 있는 지하수 또는 지반의 유입을 막는 추진부; 및
    상기 지지부와 상기 추진부 사이에 위치되어 상기 추진부를 상기 지반에 삽입시키는 구동력을 제공하는 추진장치부를 포함하는 수직구 굴착시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 추진부는 상기 지지부의 내측 둘레를 따라 복수개로 이루어지고 각각의 추진부는 서로 연결되는 수직구 굴착시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 추진부는,
    상기 지반에 삽입되는 내측추진부; 및
    상기 내측추진부 외측을 감싸고, 상기 수직구의 하부와 연결되는 라이닝캡이 연결된 외측추진부를 포함하는 수직구 굴착시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 추진장치부는,
    상기 내측추진부와 상기 외측추진부 사이에 위치하고, 상기 내측추진부의 삽입방향과 수직한 방향으로 상기 내측추진부에 형성된 제1 지지대와 연결되는 제1 추진장치; 및
    상기 제1 지지대와 나란한 방향으로 상기 외측추진부에 형성된 제2 지지대 및 상기 라이닝캡에 연결되는 제2 추진장치를 포함하는 수직구 굴착시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 외측추진부는,
    상기 라이닝캡이 연결되는 제1 추진부 및 상기 제1 추진부의 단부에 연결되며 상기 내측추진부를 감싸도록 위치하는 제2 추진부를 포함하는 수직구 굴착시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 내측추진부는,
    상기 삽입방향으로 연장된 연결부와 상기 연결부의 단부에서 상기 삽입방향과 반대방향으로 갈수록 상기 연결부와 더 이격되도록 형성된 접촉면을 가지는 선단슈를 포함하는 수직구 굴착시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부는,
    상기 수직구 주변의 지표면에 설치되는 기초부;
    상기 추진부의 삽입방향과 나란한 방향으로 상기 추진부 위치에서 상기 기초부에 설치되고, 상기 추진장치부를 지지하는 가압부를 가지는 기둥부를 포함하는 수직구 굴착시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직구는 복수개의 콘크리트 블록으로 형성된 수직구세그먼트로 이루어지는 수직구 굴착시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 추진부 내측에 위치하여 상기 추진부 내측의 지반을 굴착하는 굴착부를 더 포함하는 수직구 굴착시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 추진장치부는 유압실린더로 이루어지는 수직구 굴착시스템.
  11. 지반을 굴착하고 수직구를 설치할 수 있는 수직구 굴착시스템의 수직구 시공방법에 있어서,
    수직구가 설치될 위치 주변을 따라 상기 수직구 외측을 둘러싸는 지지부를 설치하는 단계;
    상기 지지부 내측 둘레를 따라 설치된 추진부를 구동력을 제공할 수 있는 추진장치부를 통해 지반에 삽입하는 단계;
    상기 추진부 내측의 지반을 굴착하는 단계를 포함하는 수직구 시공방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 추진부는,
    지반에 삽입되는 내측추진부와 일단은 상기 내측추진부 외측을 감싸고 타단은 상기 수직구와 연결되는 외측추진부를 포함하는 수직구 시공방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 추진부를 지반에 삽입하는 단계는,
    상기 내측추진부를 지반에 삽입시키는 단계; 및
    상기 외측추진부를 지반에 삽입시키는 단계를 포함하는 수직구 시공방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 수직구는,
    상기 외측추진부와 상기 지지부 사이에서 설치되는 수직구 시공방법.
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