KR20180103586A - 해상 설비의 자켓 시공용 핀파일 일체형 천공 장치 및 이를 이용한 천공 공법 - Google Patents

Abstract

해상 설비의 자켓 시공용 핀 파일 일체형 천공 장치 및 이를 이용한 천공 공법이 개시된다. 본 발명에 의한 해상 설비의 자켓 시공용 천공 장치는, 해저 지반을 천공하기 위한 천공장치로서, 핀 파일; 상기 핀 파일의 하단을 통해 일부 인출되도록 상기 핀 파일 내에 배치되며, 외부의 공기 압축기로부터 고압 공기를 공급받아서 해저 지반을 타격하도록 동작하는 해머 유닛; 상기 핀 파일 내에 배치되며, 상기 해머 유닛의 상단에 연결되어 외부의 유압 파워팩으로부터 유압을 공급받아서 상기 해머 유닛을 상하 축을 중심으로 회전시키는 회전 구동 유닛; 상기 핀 파일 내에 배치되며, 상기 유압 파워팩으로부터 유압을 공급받아서 수축 상태로부터 상기 핀 파일의 내벽에 압착되도록 확장 동작함으로써 상기 핀 파일을 고정하는 복수의 고정 유닛; 상기 해머 유닛과 상기 회전 구동유닛과 상기 고정 유닛을 유기적으로 연결하며 천공심도까지 도달할 수 있도록 소정의 길이를 갖는 로드들; 을 포함하며, 천공작업 중에 천공장치의 길이 연장을 위한 작업공정을 생략할 수 있도록 일체로 형성된다.

Description

해상 설비의 자켓 시공용 핀파일 일체형 천공 장치 및 이를 이용한 천공 공법{Drilling apparatus for constructing jacket of offshore equipment having a integral type pin file and drilling method using the same}

본 발명은 천공 심도를 고려한 길이의 천공 장치를 핀 파일과 일체로 조립하여 한 번의 시공으로 천공 작업을 완료할 수 있는 해상 설비의 자켓 시공용 핀파일 일체형 천공 장치 및 이를 이용한 천공 공법에 관한 것이다.

육지로부터 멀리 떨어져 있는 바다에 해상 풍력발전기와 같은 해상설비를 설치하는 경우, 해상 설비의 기초로 자켓이 이용될 수 있다. 자켓은 해저지반 위에 세워지는 다수의 자켓 파일들을 갖는다. 자켓은 자켓 파일들이 해저 지반에 고정되도록 시공됨으로써, 그 위에 해상 설비가 설치될 수 있게 한다.

예를 들어, 자켓은 다음과 같은 방식으로 해저 지반에 시공될 수 있다. 자켓을 해저 지반 위에 안착시킨 상태에서, 천공 장치를 자켓 파일 내로 투입하여 자켓 파일의 하단을 통해 해저 지반을 천공한다. 이후, 천공 장치를 제거하고 핀 파일(pin pile)을 자켓 파일 내로 삽입하여 하측 부위를 천공홀에 삽입시킨다. 이후, 천공홀과 핀 파일 및 자켓 파일에 그라우팅재를 충전함으로써, 자켓을 해저 지반 위에 고정시킬 수 있게 된다.

그런데, 종래의 천공 장치에 의한 천공 작업시, 천공홀의 깊이에 따라 작업자가 천공 장치에 로드를 체결해서 천공 장치의 길이를 연장시키는 작업을 수행하게 된다. 이때, 작업자는 자켓 상단부에 설치되어 있는 협소한 작업대에서 로드를 체결하는 작업을 수행하게 되므로, 안전사고의 위험이 있을 수 있다. 또한, 로드의 체결에 따른 시간이 소요되므로, 천공 작업 시간이 길어지고, 태풍 등의 기상 변화에 신속히 대처하기 어려운 측면이 있었다.

즉, 종래 기술에 의한 해상 설비의 자켓 시공용 천공 장치는 3m 천공 후에 로드(길이 3m)를 추가 체결하여 천공 장치의 길이를 연장하고, 연장된 길이 3m만큼 천공 후에 다시 로드(길이 3m)를 추가 체결하여 천공 장치의 길이를 연장하는 작업을 반복해야 하기 때문에 작업이 느리고 복잡하게 이루어지는 문제점이 있었다.

또한 종래기술에 의한 천공 장치는 해상, 특히 우리나라 서남해와 같이 펄층이 두터운 해상에서는, 천공 목표 심도 도달 후 천공 장치를 제거하고 핀 파일을 삽입하는 과정에서 천공되어있던 빈 공간으로 펄이 유입되기 때문에, 핀 파일을 삽입하는 과정에 많은 어려움이 있었다.

등록특허 10-1022319

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 로드를 추가 체결하는 과정을 거치지 않고 한 번의 천공 작업으로 핀 파일을 고정할 수 있기 때문에 작업 효율을 높일 수 있고 안전사고를 방지할 수 있는 해상 설비의 자켓 시공용 핀 파일 일체형 천공 장치 및 이를 이용하는 천공 공법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명의 천공 장치는, 해저 지반을 천공하기 위한 천공장치로서, 핀 파일; 상기 핀 파일의 하단을 통해 일부 인출되도록 상기 핀 파일 내에 배치되며, 외부의 공기 압축기로부터 고압 공기를 공급받아서 해저 지반을 타격하도록 동작하는 해머 유닛; 상기 핀 파일 내에 배치되며, 상기 해머 유닛의 상단에 연결되고 외부의 유압 파워팩으로부터 유압을 공급받아서 상기 해머 유닛을 상하 축을 중심으로 회전시키는 회전 구동 유닛; 상기 핀 파일 내에 배치되며, 상기 유압 파워팩으로부터 유압을 공급받아서 수축 상태로부터 상기 핀 파일의 내벽에 압착되도록 확장 동작함으로써 상기 핀 파일을 고정하는 복수의 고정 유닛; 상기 해머 유닛과 상기 회전 구동유닛과 상기 고정 유닛을 유기적으로 연결하며 천공심도까지 도달할 수 있도록 소정의 길이를 갖는 로드들;을 포함하며, 천공작업 중에 천공 장치의 길이 연장을 위한 작업공정을 생략할 수 있도록 상기 핀 파일이 일체로 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 회전 구동 유닛에 의해 상기 해머 유닛이 회전할 때 좌우로 흔들리는 것을 방지하여 동심을 유지할 수 있도록 보조해주는 스테빌라이저를 더 포함할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 다른 구체적인 수단으로서 본 발명은, 상기 핀 파일 내로 상기 해머 유닛, 회전 구동 유닛, 복수의 고정 유닛, 로드들, 을 차례로 연결한 천공 장치를 투입하여 핀 파일 일체형 천공 장치를 조립하는 단계; 해저 지반에 안착된 자켓의 자켓 파일에 상기 핀 파일 일체형 천공장치를 삽입하는 단계; 상기 해머 유닛이 상기 핀 파일의 하단 부위를 통해 일부 인출되도록 상기 핀 파일 내에 배치한 상태에서, 상기 유압 파워팩에 의해 상기 복수의 고정 유닛을 확장 동작시켜 상기 핀 파일을 고정하는 단계; 및 상기 유압 파워팩에 의해 상기 회전 구동 유닛을 작동시켜 상기 해머 유닛을 회전시킴과 동시에, 상기 공기 압축기에 의해 상기 해머 유닛을 타격 동작시켜 해저 지반을 천공하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명은 처음부터 천공 심도를 고려한 길이의 천공 장치를 핀 파일과 일체로 조립한 다음 천공 작업을 진행하게 되기 때문에 천공 심도가 깊어짐에 따라 로드를 추가로 조립하는 과정을 반복할 필요가 없게 된다.

(2) 본 발명은 핀 파일이 천공 장치와 함께 바지선(barge) 상에서 조립되어 현장에서 크레인으로 자켓 파일에 삽입되기 때문에, 천공 장치에 의한 천공과 동시에 핀 파일이 천공홀 내로 함께 침투될 수 있으므로, 천공홀로 펄층이 유입되는 문제를 해결할 수 있다.

(3) 본 발명은 작업자가 로드를 천공 장치에 추가로 체결하는 반복 작업을 수행하지 않아도 되므로, 안전사고를 방지할 수 있고, 천공 작업 시간을 단축시킬 수 있으며, 태풍 등의 기상 변화에 신속히 대처할 수 있다.

(4) 또한, 본 발명은 인력(人力)으로 천공 장치에 로드를 추가 체결하는 과정이 없기 때문에, 리모콘 등의 원격 제어 방식으로 천공 장치를 구동 제어할 수 있다. 따라서 자켓 상단의 협소한 작업대 대신 안전한 바지선에서 천공 장치를 운용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 설비의 자켓 시공용 천공장치에 대한 구성도이다.
도 2는 도 1에 있어서, 해머 유닛에 대한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 해머 유닛에 대한 종단면도이다.
도 4는 도 1에 있어서, 스테빌라이저에 대한 횡단면도이다.
도 5는 도 1에 있어서, 회전 구동 유닛에 대한 종단면도이다.
도 6은 도 1에 있어서, 제1 고정 유닛에 대한 사시도이다.
도 7 및 도 8은 제1 고정 유닛의 작용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1에 있어서, 로드에 대한 사시도이다.
도 10은 도 1에 있어서, 파쇄물 저장 유닛에 대한 종단면도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 설비의 자켓 시공용 천공 장치를 이용하여 해저 지반을 천공하는 공법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 설비의 자켓 시공용 천공장치에 대한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 해상 설비의 자켓 시공용 천공 장치(1000)는 해머유닛(100)과, 회전 구동 유닛(200)과, 제1 고정 유닛(300)과, 로드(400)들, 및 제2고정 유닛(500)을 포함한다.

해머 유닛(100)은 핀 파일(10)의 하단을 통해 일부 인출되도록 핀 파일(10) 내에 배치되며, 상부의 공기 압축기(910)로부터 고압 공기를 공급받아서 해저 지반을 타격하도록 동작한다.

회전 구동 유닛(200)은 해머 유닛(100)의 상단에 연결되어 핀 파일(10) 내에 배치된다. 회전 구동 유닛(200)은 상부의 유압 파워팩(920)으로부터 유압을 공급받아서 해머 유닛(100)을 상하 축을 중심으로 회전시킨다.

제1 고정 유닛(300)은 회전 구동 유닛(200)의 상단에 연결되어 핀 파일(10) 내에 배치된다. 제1 고정 유닛(300)은 유압 파워팩(920)으로부터 유압을 공급받아서 수축 상태로부터 핀 파일(10)의 내벽에 압착되도록 확장 동작함에 따라 핀 파일(10)을 고정한다.

로드(400)들은 제1 고정 유닛(300)의 상단에 설정 길이에 맞춰지도록 복수 단으로 연결되어 핀 파일(10) 내에 배치된다.

제2 고정 유닛(500)은 로드(400)들 중 최상측의 로드(400)의 상단에 연결되어 핀 파일(10) 내에 배치된다. 제2 고정 유닛(500)은 유압 파워팩(920)으로부터 유압을 공급받아서 수축 상태로부터 핀 파일(10)의 내벽에 압착되도록 확장 동작함에 따라 핀 파일(10)을 고정한다. 여기서, 유압 파워팩(920)은 회전 구동유닛(200)과 제1,2 고정 유닛(300, 500)으로 유압을 공급한 후 귀환시키도록 구성될 수 있다.

일 예로, 도 2 및 도 3를 참조하면, 해머 유닛(100)은 복수의 해머(110)들, 및 해머 하우징(120)을 포함할 수 있다.

각각의 해머(110)는 실린더(111)와, 피스톤(112), 및 천공 비트(113)를 구비한다. 실린더(111)는 상단을 통해 상부의 공기 압축기로부터 압축 공기를 공급받는다. 피스톤(112)은 실린더(111) 내로 공급되는 압축 공기에 의해 실린더(111) 내에서 승강 동작한다. 천공 비트(113)는 피스톤(112)의 하강 동작에 의해 타격력을 받도록 실린더(111)의 하단에 장착된다. 해머(110)는 4개로 구비된 것으로 예시되어 있으나, 그 개수에 한정되지 않는다.

상술하면, 실린더(111)는 중공을 갖고 상하단이 개구된 형상으로 이루어진다. 실린더(111)는 하측에 환형 홈(111a)이 형성된다. 백헤드(114)는 실린더(111)의 상단에 결합된다. 백헤드(114)는 중심축을 따라 형성된 공기 유입 홀(114a)을 갖는다.

슬리브(115)는 백헤드(114)의 하측에 배치되고, 실린더(111) 내벽과의 사이에 공기 유로를 형성한다. 슬리브(115)는 상단이 실린더(111)와 가이드(116) 사이에 고정된다. 슬리브(115)는 상측 홀(115a)과 하측 홀(115b)을 갖는다.

피스톤(112)은 중심축을 따라 관통 홀(112a)이 형성된다. 피스톤(112)은 상측 턱(112b)과 하측 턱(112c)을 갖는다. 피스톤(112)의 상측 턱(112b)은 피스톤(112)의 승강 위치에 따라 슬리브(115)의 하측 홀(115b)을 개폐한다. 피스톤(112)의 하측 턱(112c)은 피스톤(112)의 승강 위치에 따라 실린더(111)의 내벽에 밀착되거나 실린더(111)의 환형 홈(111a)에 이격된 상태로 삽입된다.

가이드(116)는 백헤드(114)의 하측에 배치되고 실린더(111)에 고정된다. 가이드(116)는 백헤드(114)의 공기 유입 홀(114a)을 통해 유입되는 압축 공기를 슬리브(115)의 상측 홀(115a)로 유도하는 공기 유로(116a)가 형성된다. 가이드(116)는 하단에 가이드 봉(116b)이 형성된다. 가이드 봉(116b)은 피스톤(112)의 승강 동작시 피스톤(112)의 관통 홀(112a)을 상측에서 출입함에 따라 피스톤(112)의 관통 홀(112a)을 개폐한다.

체크밸브(117)는 가이드(116)의 상단에 설치된다. 체크밸브(117)는 백헤드(114)의 공기 유입 홀(114a)을 개폐한다. 체크밸브(117)는 공기 유입 홀(114a)을 개폐하도록 동작하는 밸브체와, 밸브체가 공기 유입 홀(114a)을 폐쇄하는 방향으로 밸브체에 탄성력을 가하는 스프링을 포함할 수 있다.

천공 비트(113)는 상단으로부터 압축 공기를 유입시켜 측면으로 배출하는 제1 공기 배출통로(113a)가 형성된다. 제1 공기 배출통로(113a)의 입구에는 관 부재(1134)가 상방으로 돌출된 상태로 끼움 결합된다. 관 부재(1134)는 피스톤(112)의 승강 동작시 피스톤(112)의 관통 홀(112a)을 하측에서 출입함에 따라 피스톤(112)의 관통 홀(112a)을 개폐한다.

천공 비트(113)는 비트 축(1131) 및 비트 블록(1132)을 구비한다. 비트 축(1131)은 비트 블록(1132)의 상단에 연결된다. 비트 축(1131)은 실린더(111)의 하단 개구에 삽입되어 승강 가능하게 지지된다. 비트 축(1131)은 회전 제한된 상태로 승강 동작만 하도록 실린더(111)의 하단 개구에 지지될 수 있다.

천공 비트(113)는 윙 비트(1133)를 더 포함할 수 있다. 비트 블록(1132)은 하단과 측면에 걸쳐 장착 홈이 형성된다. 장착 홈은 반경 방향을 따라 경사진 면을 갖는다. 경사면은 외측으로 갈수록 상향 경사진다. 윙 비트(1133)는 상부에 장착 홈의 경사면과 동일한 경사면을 갖는다. 윙 비트(1133)는 장착 홈의 경사면을 따라 반경 방향으로 이동하도록 지지된다.

윙 비트(1133)는 해저 지반으로부터 떨어져 있으면, 자중에 의해 장착 홈의 경사면을 따라 비트 블록(1132)의 내측으로 수축되도록 이동한다. 이때, 윙 비트(1133)는 장착 홈의 하측으로 돌출된 상태로 있게 된다. 이 상태에서, 윙비트(1133)는 해저 지반 위에 놓이면, 장착 홈의 경사면을 따라 비트 블록(1132)의 외측으로 이동한다. 따라서, 윙 비트(1133)는 비트 블록(1132)의 측면으로부터 확장된다.

회전 구동 유닛(200)에 의해 해머 유닛(100)이 회전할 때, 윙 비트(1133)는 비트 블록(1132)의 측면으로부터 확장된 상태로 천공 작업을 수행하게 된다. 도시하고 있지 않으나, 비트 블록(1132)과 윙 비트(1133)의 각 하면에는 비트 팁들이 형성될 수 있다. 비트 팁들은 초경 합금으로 제조되어 비트 블록(1132) 및 윙 비트(1133)에 부착될 수 있다.

전술한 해머(110)의 작용에 대해, 설명하면 다음과 같다. 피스톤(112)의 하단이 천공 비트(113)의 상단에 맞닿아 천공 비트(113)의 관 부재(1134)가 피스톤(112)의 관통 홀(112a)에 삽입된 상태로 대기한다. 이 상태에서, 실린더(111) 내로 압축 공기가 공급되면, 피스톤(112)의 하측 공간에 압축 공기가 채워지면서 피스톤(112)을 상승시키는 압력을 발생시키게 된다. 피스톤(112)의 하측 공간에 발생된 압력에 의해 피스톤(112)이 상승하면, 가이드 봉(116b)이 피스톤(112)의 관통 홀(112a)에 삽입되면서 피스톤(112)의 상측 공간이 밀폐된다.

피스톤(112)의 상측 공간은 밀폐된 상태에서 압축됨에 따라 피스톤(112)을 하강시키는 압력을 발생시키게 된다. 피스톤(112)의 상측 공간에 발생된 압력에 의해 피스톤(112)이 하강함에 따라 천공 비트(113)를 타격하게 된다. 실린더(111) 내로 압축 공기의 공급이 차단될 때까지 피스톤(112)은 승강 동작을 반복하면서 천공 비트(113)에 타격력을 제공함으로써, 천공 비트(113)에 의해 해저 지반의 천공이 진행될 수 있다.

해머 하우징(120)은 하단을 통해 해머(110)들의 각 천공 비트(113)를 인출시킨 상태로 해머(110)들을 수용한다. 해머 하우징(120)은 원통 형상의 외관을 갖는다. 해머 하우징(120)은 파쇄물 배출통로(120a), 및 제2 공기 배출통로(120b)를 구비한다. 파쇄물 배출통로(120a)는 해머(110)들 사이에 상하 방향으로 관통되도록 형성된다. 파쇄물 배출통로(120a)는 천공 작업시 천공홀 내부에 발생된 파쇄물을 천공홀 외부로 배출시킨다.

제2 공기 배출통로(120b)는 해머(110)들 중 어느 하나의 제1 공기 배출통로(113a)와 파쇄물 배출통로(120a)를 연결하도록 형성된다. 제2 공기 배출통로(120b)는 파쇄물 배출통로(120a)로 압축 공기를 제공함으로써, 천공홀 내의 파쇄물을 파쇄물 배출통로(120a)를 통해 원활히 배출될 수 있게 한다. 제2 공기 배출통로(120b)의 출구 쪽에는 필터(126)가 설치될 수 있다. 필터(126)는 해머(110)들에 의한 천공 작업시 발생된 파쇄물이 제2 공기 배출통로(120b)로 유입되는 것을 차단한다.

해머 하우징(120)의 상단에는 연결 로드(130)가 장착될 수 있다.

연결 로드(130)는 하측 연결 브래킷(131)과, 상측 연결 브래킷(132), 및 복수의 연결관(133)들을 포함할 수 있다. 하측 연결 브래킷(131)은 해머 하우징(120)의 상단에 결합된다. 연결관(133)들은 하측 연결 브래킷(131) 상에 각각 세워지며, 각 하단이 하측 연결 브래킷(131)을 관통해서 끼워진다.

연결관(133)들 중 하나는 하측 연결 브래킷(131)의 중앙에 배치되고, 나머지들은 중앙의 연결관(133)을 중심으로 하측 연결 브래킷(131)의 가장자리에 원형으로 배열된다. 연결관(133)들의 각 상단은 상측 연결 브래킷(132)을 관통해서 끼워진다.

중앙의 연결관(133)은 파쇄물 배출통로(120a)와 연결되어 파쇄물을 배출한다. 가장자리의 연결관(133)들 중 일부는 해머(110)들로 압축 공기를 전달하며, 나머지는 연결 로드(130)를 견고하게 지탱한다. 하측 연결 브래킷(131)은 연결관(133)들을 통해 공급되는 압축 공기를 해머(110)들로 전달하는 통로를 갖는다.

한편, 도 1과 함께 도 4를 참조하면, 해머 유닛(100)과 회전 구동유닛(200) 사이에는 스테빌라이저(stabilizer, 600)가 연결되어 핀 파일(10) 내에 배치될 수 있다. 해머 유닛(100)이 회전 구동 유닛(200)에 의해 핀 파일(10) 내에서 회전할 때, 스테빌라이저(600)는 해머 유닛(100)의 떨림을 방지한다.

상기 스테빌라이저는 해머 유닛과 회전 구동유닛 사이에 설치될 수도 있고, 회전 구동유닛 상단에도 설치될 수 있다. 상기 스테빌라이저는 해머유닛이 회전할 때 좌우로 흔들리는 것을 방지해주어 동심을 유지할 수 있도록 해준다. 상기 스테빌라이저는 암 천공시 반드시 적용되는 것이 바람직하다.

스테빌라이저(600)는 연결 로드(610)와, 로드 홀더(620), 및 회전지지체(630)를 포함할 수 있다. 스테빌라이저(600)의 연결 로드(610)는 하단이 해머 유닛(100)의 연결 로드(130)와 연결되며, 상단이 회전 구동 유닛(200)의 연결로드(220)와 연결된다.

스테빌라이저(600)의 연결 로드(610)는 해머 유닛(100)의 연결 로드(130)의 연결관(133)들과 동일하게 구성된 연결관들을 갖는다. 스테빌라이저(600)의 연결 로드(610)는 해머 유닛(100)의 연결 로드(130)의 상측 연결 브래킷(132)과 동일하게 구성된 상,하측 연결 브래킷을 갖는다. 스테빌라이저(600)의 연결로드(610)는 해머 유닛(100)의 연결 로드(130)보다 길게 구성될 수 있다.

로드 홀더(620)는 연결 로드(610)를 중앙에 상하로 관통시켜 지지한다. 로드 홀더(620)는 외관이 원통 형상으로 이루어진다. 로드 홀더(620)는 회전구동 유닛(200)의 회전력을 전달받아서 회전한다.

회전 지지체(630)는 메탈 부싱(631)과, 지지편(632)들, 및 리브(633)들을 포함할 수 있다. 메탈 부싱(631)은 로드 홀더(620)의 둘레에 씌워져 로드 홀더(620)의 회전을 원활히 하게 한다. 지지 편(632)들은 핀 파일(10)의 내벽 곡률과 동일한 곡률을 갖는 형상으로 각각 이루어져 원주 방향을 따라 일정 간격으로 이격된다. 지지편(632)들은 메탈 부싱(631)으로부터 반경 방향으로 이격되어 핀 파일(10)의 내벽에 인접한 상태에서 리브(633)들을 매개로 메탈 부싱(631)에 고정된다. 이러한 회전 지지체(630)는 핀 파일(10) 내에서 로드 홀더(620)의 회전을 지지함으로써, 해머 유닛(100)의 회전시 해머 유닛(100)의 떨림을 방지할 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 회전 구동 유닛(200)은 구동 하우징(210)과, 연결 로드(220)와, 유압 모터(230)들, 및 구동 로터(240)를 포함할 수 있다. 구동 하우징(210)은 원통 형상의 외관을 갖는다. 연결 로드(220)는 구동하우징(210)의 상단에 장착된다. 회전 구동 유닛(200)의 연결 로드(220)는 해머유닛(100)의 연결 로드(130)와 동일하게 구성되되, 유압 공급관 및 유압 귀환관으로 기능하는 연결관들을 더 포함하여 구성될 수 있다. 유압 공급관은 유압 파워팩(920)으로부터 유압 모터(230)로 유압을 공급한다. 유압 귀환관은 유압 모터(230)로부터 유압 파워팩(920)으로 유압을 귀환시킨다.

유압 모터(230)들은 구동 하우징(210)에 내장된다. 유압 모터(230)들은 유압 파워팩(920)으로부터 유압을 공급받아서 각 회전축을 회전 구동시킨다. 유압 모터(230)들의 회전력은 기어(250)들에 의해 구동 로터(240)로 전달될 수 있다.

도시하고 있지 않지만, 구동 하우징(210) 내에는 분기/합류수단이 구비될 수 있다. 분기 /합류수단은 복수의 관들에 의해 유압 모터(230)들에 연결된다. 분기/합류수단은 하나의 유압 공급관을 통해 공급되는 유압을 분기시켜 유압 모터(230)들로 공급할 수 있다. 또한, 분기/합류수단은 유압 모터(230)들로부터 각각 배출되는 유압을 합류시켜 하나의 유압 귀환관으로 전달할 수 있다.

구동 로터(240)는 구동 하우징(210) 내에 삽입된 상태에서 구동 하우징(210)의 하단을 통해 일부 인출된다. 구동 로터(240)는 구동 하우징(210)에 상하 축을 중심으로 회전하도록 지지된다. 구동 로터(240)는 유압 모터(230)들의 회전력을 전달받아 회전함으로써, 해머 유닛(100)을 회전시킬 수 있다.

구동 로터(240)는 중심축을 따라 파쇄물 배출통로가 형성된다. 구동 로터(240)의 파쇄물 배출통로는 구동 하우징(210) 내의 보조 배출관(211)을 통해 연결 로드(220)의 중앙 연결관에 연결될 수 있다. 구동 로터(240)는 스테빌라이저(600)의 연결관들 중 적어도 공기 공급관들로 기능하는 연결관들과 각각 연결되는 연결 통로들을 가질 수 있다. 구동 하우징(210)은 하단에 구동 로터(240)를 삽입시키는 부싱 부재(212)를 구비할 수 있다.

연결 로드(220)의 연결관들 중 공기 공급관들로 기능하는 연결관들은 보조 연결관(260)들에 의해 부싱 부재(212)와 연결될 수 있다. 부싱 부재(212)는 보조 연결관(260)들을 통해 공급되는 공기를 구동 로터(240)의 연결 통로들로 전달하도록 형성된다.

한편, 도 6을 참조하면, 제1 고정 유닛(300)은 연결 로드(310)와, 로드 홀더(320)와, 상측 지지판(330)과, 하측 지지판(340)과, 승강 블록(350)과, 유압 실린더(360)들과, 압착판(370)들과, 제1 링크부재(381)들, 및 제2 링크부재(382)들을 포함할 수 있다.

이때, 상기 연결 로드(310), 로드 홀더(320), 상측 지지판(330), 그리고 하측 지지판(340)은 일체로 형성될 수 있다.

제1 고정 유닛(300)의 연결 로드(310)는 스테빌라이저(600)의 연결로드(610)와 동일하게 구성되되, 유압 모터(230) 및 유압 실린더(360)를 위한 유압공급관들 및 유압 귀환관들로 기능하는 연결관들을 더 포함하여 구성될 수 있다.

로드 홀더(320)는 연결 로드(310)를 중앙에 상하로 관통시켜 지지한다. 로드 홀더(320)는 원통 형상의 외관을 갖는다. 상측 지지판(330)은 로드 홀더(320)의 상단에 고정된다. 하측 지지판(340)은 로드 홀더(320)의 하단에 고정된다. 승강블록(350)은 상측 지지판(330)과 하측 지지판(340) 사이에서 승강 가능하게 로드 홀더(320)에 지지된다. 승강블록(350)은 중앙에 로드 홀더(320)를 끼워서 로드 홀더(320)에 대해 승강 가능하게 지지될 수 있다.

유압 실린더(360)들은 승강블록(350)과 상측 지지판(330) 사이에 설치된다. 유압 실린더(360)들은 유압 파워팩(920)으로부터 유압을 공급받아서 승강블록(350)을 하강시킨다. 유압 실린더(360)의 실린더 몸체와 실린더 로드 중 어느 한쪽이 승강 블록(350)에 고정되고 다른 쪽이 상측 지지판(330)에 고정될 수 있다.

도시하고 있지 않지만, 제1 고정 유닛(300)은 분기/합류수단을 구비할 수 있다. 분기 /합류수단은 복수의 관들에 의해 유압 실런더(360)들에 연결된다. 분기 /합류수단은 하나의 유압 공급관을 통해 공급되는 유압을 분기시켜 유압실린더(360)들로 공급할 수 있다. 또한, 분기/합류수단은 유압 실린더(360)들로부터 각각 배출되는 유압을 합류시켜 하나의 유압 귀환관으로 전달할 수 있다.

압착판(370)들은 승강블록(350)과 하측 지지판(340) 사이에서 원주방향을 따라 간격을 두고 배열된다. 한 쌍의 제1 링크부재(381)들은 각 일단이 압착판(370)에 힌지 결합되며 각 타단이 승강블록(350)에 힌지 결합될 수 있다. 한 쌍의 제2 링크부재(382)들은 각 일단이 압착판(370)에 힌지 결합되며 각 타단이 하측 지지판(340)에 힌지 결합될 수 있다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 유압 실린더(360)들의 각 로드가 신장됨에 따라 승강블록(350)이 하강하면, 제1,2 링크부재(381, 382)들은 로드 홀더(320)에 접혀 있는 상태로부터 펼쳐지면서 압착판(370)을 핀 파일(10)의 내벽을 행해 이동시킨다. 압착판(370)이 핀 파일(10)의 내벽에 압착될 때까지 제1,2 링크부재(381, 382)들이 펼쳐지면, 유압 실린더(360)들의 작동이 중단된다.

그리고, 유압 실린더(360)들의 각 로드가 수축됨에 따라 승강블록(350)이 상승하면, 제1,2 링크부재(381, 382)들은 로드 홀더(320)로부터 펼쳐진 상태에서 접히면서 압착판(370)을 핀 파일(10)의 내벽으로부터 이격시킨다. 다른 예로, 유압 실린더(360)는 승강블록(350)과 하측 지지판(340) 사이에 설치되는 경우, 압착판(370)들과 제1,2 링크부재(381, 382)는 승강블록(350)과 상측 지지판(330) 사이에 설치되는 것도 가능하다.

한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 로드(400)들은 하측 브래킷(410)과, 상측 브래킷(420), 및 복수의 로드 관(430)들을 각각 포함할 수 있다. 로드 관(430)들은 하측 브래킷(410) 상에 각각 세워지며, 각 하단이 하측 브래킷(410)을 관통해서 끼워진다. 로드 관(430)들 중 하나는 하측 브래킷(410)의 중앙에 배치되고, 나머지들은 중앙의 로드 관(430)을 중심으로 하측 브래킷(410)의 가장자리에 원형으로 배열된다. 로드 관(430)들의 각 상단은 상측 브래킷(420)을 관통해서 끼워진다.

가장자리의 로드 관(430)들 중 일부는 해머(110)들로 압축 공기를 공급하는 공기 공급관들로 기능하며, 일부는 유압 모터(230) 및 유압 실린더(360)로 유압을 공급하는 유압 공급관들로 기능하며, 나머지는 로드(400)를 견고하게 지탱한다. 유압 공급관으로 기능하는 로드 관(430)은 공기 공급관으로 기능하는 로드 관(430)보다 지름이 작을 수 있다. 로드(400)들은 로드 관(430)들끼리 서로 대응된 상태로 연결된다. 로드(400)들의 각 길이는 핀 파일(10)의 길이에 따라 적절히 설정될 수 있다.

한편, 도 1과 함께 도 10을 참조하면, 파쇄물 저장 유닛(700)은 로드(400)들 중 최하측의 로드(400)와 제1 고정 유닛(300) 사이에 연결되어 핀 파일(10) 내에 배치될 수 있다. 파쇄물 저장 유닛(700)은 파쇄물 저장조(710)와, 연결로드(720)들과, 파쇄물 배출관(730)과, 파쇄물 분리망(740), 및 물 배출망(750)을 포함할 수 있다.

상기 파쇄물 저장조(710)의 부피는 천공 부피의 1.3 - 1.7배인 것이 바람직하다.

연결 로드(720)들은 파쇄물 저장조(710)의 상,하단에 장착된다. 파쇄물 저장 유닛(700)의 연결 로드(720)들은 회전 구동 유닛(200)의 연결 로드(220)와 동일하게 구성되되, 제1 고정 유닛(300)의 유압 실린더(360)를 위한 유압 공급관 및 유압 귀환관으로 기능하는 연결관들을 더 포함하여 구성될 수 있다. 연결로드(720)들은 파쇄물 저장조(710) 내의 보조 연결관(711)들에 의해 서로 연결된다. 보조 연결관(711)들에 의해 연결된 연결관들은 공기 공급관들과 유압 공급관들 및 유압 귀환관들로 기능한다.

파쇄물 배출관(730)은 파쇄물 저장조(710) 내에 배치된다. 파쇄물 배출관(730)은 해머 유닛(100)과 회전 구동 유닛(200) 및 제1 고정 유닛(300)의 각 파쇄물 배출통로를 거쳐 배출되는 파쇄물을 하단 개구로부터 전달받아 상단 개구를 통해 배출한다.

파쇄물 분리망(740)은 파쇄물 저장조(710)의 하단으로부터 상방으로 이격되어 파쇄물 저장조(710) 내에 설치된다. 파쇄물 분리망(740)은 파쇄물 내의 물을 분리해서 하측으로 배출한다. 물 배출망(750)은 파쇄물 저장조(710)의 하측 둘레를 따라 설치된다. 물 배출망(750)은 파쇄물 분리망(740)을 거쳐 분리된 물을 외부로 배출한다. 따라서, 파쇄물 저장조(710)는 파쇄물 분리망(740)에 의해 구획된 상측 공간에 물이 제거된 파쇄암 등의 파쇄물이 저장될 수 있다. 파쇄물 저장조(710)에 저장된 파쇄물은 굴착 작업 완료 후 외부로 배출될 수 있다.

한편, 제2 고정 유닛(500)은 제1 고정 유닛(300)과 동일하게 구성되되, 연결 로드(510)에 제1 고정 유닛(300)의 유압 실린더(360)를 위한 유압 공급관 및 유압 귀환관으로 기능하는 연결관들을 더 포함할 수 있다. 제2 고정 유닛(500)은 연결 로드(510)를 통해 최상측의 로드(400)와 연결된다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 공기 탱크(800)는 제2 고정 유닛(500)의 상단에 연결될 수 있다. 공기 탱크(800)는 하단에 연결 로드(810)가 장착되어 제2 고정 유닛(500)의 연결 로드(510)와 연결된다. 공기 탱크(800)는 상단에 연결 로드(810)가 장착되어 공기 압축기(910)와 유압 파워팩(920)과 연결된다. 공기 탱크(800)의 연결 로드(810)들은 파쇄물 저장 유닛(700)의 연결 로드(720)와 동일하게 구성되되, 제2 고정 유닛(500)의 유압 실린더를 위한 유압 공급관 및 유압귀환관을 더 포함하여 구성될 수 있다.

공기 탱크(800)는 공기 압축기(910)로부터 압축 공기를 공급받아서 제2 고정 유닛(500)으로 전달함으로써, 압축 공기가 로드(400)들과 제1 고정 유닛(300)과 회전 구동 유닛(200) 및 스테빌라이저(600)를 거쳐 각 해머(110)로 최종 공급될 수 있게 한다. 상측 연결 로드(810)의 연결관들 중 일부는 하측 연결 로드(810)의 연결관들 중 일부와 공기 탱크(800) 내의 보조 연결관(830)들에 의해 연결될 수 있다. 보조 연결관(830)들에 의해 연결된 연결관들은 유압 공급관들 및 유압 귀환관들로 기능한다.

공기 압축기(910)와 유압 파워팩(920)은 핀 파일(10)의 외부에 배치되는데, 자켓 상단의 작업대 또는 바지선에 배치될 수 있으며, 장착박스(930)에 함께 장착될 수 있다. 장착박스(930)는 하단에 공기 압축기(910)와 유압 파워팩(920)과 연결되는 연결 로드(940)를 구비할 수 있다. 장착박스(930)의 연결 로드(940)는 제2 고정유닛(500)의 연결 로드(510)와 연결되도록 구성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 해상 설비의 자켓 시공용 천공 장치(1000)를 이용해서 해저 지반을 천공하는 공법에 대해, 도 11 및 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도면에 미도시된 크레인을 이용해서, 자켓(20)을 해저 지반에 안착시켜 고정한다. 그리고, 핀 파일(10) 내로 해머 유닛(100), 회전구동 유닛(200), 제1 고정 유닛(300), 로드(400)들, 및 제2 고정 유닛(500)을 차례로 연결한 천공 장치(1000)를 투입하여 핀 파일 일체형 천공 장치를 조립한다.

이때, 해머 유닛(100)과 회전 구동 유닛(200) 사이에 스테빌라이저(600)를 추가로 연결하고, 제1 고정 유닛(300)과 최하측의 로드(400) 사이에 파쇄물 저장 유닛(700)을 추가로 연결할 수 있다. 또한, 제2 고정 유닛(500)의 상단에 공기 탱크(800)를 추가로 연결한 후, 공기 탱크(800)의 상단에 공기 압축기(910) 및 유압 파워팩(920)을 연결할 수 있다. 또한, 핀 파일(10)의 길이에 맞게 각 길이가 설정된 로드(400)들을 마련해서 파쇄물 저장 유닛(700)과 제2 고정 유닛(500) 사이에 연결할 수 있다.

그 다음, 크레인을 이용해서, 해저 지반에 안착된 자켓(20)의 자켓파일(21)에 핀 파일(10) 일체형 천공 장치(1000)를 삽입한다. 그 다음, 해머 유닛(100)이 핀 파일(10)의 하단 부위를 통해 일부 인출되도록 핀 파일(10) 내에 배치한 상태에서, 유압 파워팩(920)에 의해 제1,2 고정 유닛(300, 500)을 확장 동작시켜 핀 파일(10)을 고정한다.

그 다음, 유압 파워팩(920)에 의해 회전 구동 유닛(200)을 작동시켜 해머 유닛(100)을 회전시킴과 동시에, 공기 압축기(910)에 의해 해머 유닛(100)을 타격 동작시켜 해저 지반을 천공한다. 해머 유닛(100)은 해저 지반을 천공함에 따라 천공홀(1) 내로 침투하게 되는데, 이때 핀 파일(10)도 해머 유닛(100)과 함께 천공홀(1) 내로 침투할 수 있게 된다. 핀 파일(10)이 천공홀(1) 내에 설정 깊이로 삽입되면, 제1,2 고정 유닛(300, 500)을 수축 동작시킨 후, 도 12에 도시된 바와 같이, 천공 장치(1000)을 핀 파일(10)로부터 분리시킨다. 그 다음, 천공홀(1)과 핀 파일(10) 및 자켓 파일(21)에 그라우팅재를 충전한다. 이 과정들을 반복 수행하게 되면, 자켓(20)을 해저 지반 위에 고정시키도록 시공할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 핀 파일(10)이 천공 장치(1000)와 함께 바지선 상에서 일체형으로 조립되어 자켓 파일(21)에 삽입되기 때문에, 천공 장치(1000)에 의한 천공과 동시에 핀 파일(10)이 천공홀 내로 함께 침투될 수 있으므로, 펄층이 천공홀 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 천공홀의 깊이에 따라 작업자가 자켓 파일(21) 위의 협소한 작업대에서 로드(400)를 천공 장치(1000)에 추가 체결하여 천공 장치의 길이를 연장시키는 작업을 수행하지 않아도 되므로, 안전사고를 방지할 수 있고, 천공 작업 시간을 단축시킬 수 있으며, 태풍 등의 기상 변화에 신속히 대처할 수 있다. 게다가, 본 실시예에 따르면, 로드(400)의 추가 체결작업이 필요없기 때문에 리모콘 등으로 천공 장치(1000)를 구동 제어할 수 있으므로, 자켓(20) 옆의 바지선에서도 천공 장치(1000)를 운용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100 : 해머 유닛
200 : 회전 구동 유닛
300 : 제1 고정 유닛
400 : 로드
500 : 제2 고정 유닛
600 : 스테빌라이저
700 : 파쇄물 저장 유닛
800 : 공기 탱크

Claims (3)

1. 해저 지반을 천공하기 위한 천공장치로서,
   핀 파일;
   상기 핀 파일의 하단을 통해 일부 인출되도록 상기 핀 파일 내에 배치되며, 외부의 공기 압축기로부터 고압 공기를 공급받아서 해저 지반을 타격하도록 동작하는 해머 유닛;
   상기 핀 파일 내에 배치되며, 상기 해머 유닛의 상단에 연결되어 외부의 유압 파워팩으로부터 유압을 공급받아서 상기 해머 유닛을 상하 축을 중심으로 회전시키는 회전 구동 유닛;
   상기 핀 파일 내에 배치되며, 상기 유압 파워팩으로부터 유압을 공급받아서 수축 상태로부터 상기 핀 파일의 내벽에 압착되도록 확장 동작함으로써 상기 핀 파일을 고정하는 복수의 고정 유닛;
   상기 해머 유닛과 상기 회전 구동유닛과 상기 고정 유닛을 유기적으로 연결하며 천공심도까지 도달할 수 있도록 소정의 길이를 갖는 로드들;
   을 포함하며,
   천공작업 중에 천공장치의 길이 연장을 위한 작업공정을 생략할 수 있도록 상기 핀 파일이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 해상 설비의 자켓 시공용 핀 파일 일체형 천공 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전 구동 유닛에 의해 상기 해머 유닛이 회전할 때 좌우로 흔들리는 것을 방지하여 동심을 유지할 수 있도록 보조해주는 스테빌라이저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 설비의 자켓 시공용 핀 파일 일체형 천공 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 해상 설비의 자켓 시공용 핀 파일 일체형 천공 장치를 이용해서 해저 지반을 천공하는 공법으로서,
   상기 핀 파일 내로 상기 해머 유닛, 회전 구동 유닛, 복수의 고정 유닛, 로드들을 차례로 연결한 천공 장치를 투입하여 핀 파일 일체형 천공 장치를 조립하는 단계;
   해저 지반에 안착된 자켓의 자켓 파일에 상기 핀 파일 일체형 천공 장치를 삽입하는 단계;
   상기 해머 유닛이 상기 핀 파일의 하단 부위를 통해 일부 인출되도록 상기 핀 파일 내에 배치한 상태에서, 상기 유압 파워팩에 의해 복수의 고정 유닛을 확장 동작시켜 상기 핀 파일을 고정하는 단계;
   상기 유압 파워팩에 의해 상기 회전 구동 유닛을 작동시켜 상기 해머 유닛을 회전시킴과 동시에, 상기 공기 압축기에 의해 상기 해머 유닛을 타격 동작시켜 해저 지반을 천공하는 단계; 및
   상기 핀 파일이 천공홀 내에 설정 깊이로 삽입되면 상기 유압 파워팩에 의해 복수의 고정 유닛을 수축 동작시켜 상기 천공 장치를 상기 핀 파일로부터 분리시키는 단계;
   를 포함하는 해상 설비의 자켓 시공용 천공 공법.

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