KR20190090574A - Tbm 굴착 방식의 하수관 교체 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존 하수관을 교체하는 것으로서, 특히 기존 하수관을 내부에 두고 TBM 방식의 굴착을 하여 전진하고 기존 하수관 주위를 사각 쉴드로 감싼 후 상기 기존 하수관을 절단하며 후방에 대체 하수관을 배치하며, 사각 쉴드와 대체 하수관 내부에 오수 이송부를 구비하여 오수가 누설되지 않도록 하여 하수관 내의 하수를 단수하거나, 우회시키지 않고 기존 하수관을 신규관으로 교체할 수 있는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 장치 및 방법이다.

Description

TBM 굴착 방식의 하수관 교체 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHANGING SEWER PIPE OF TBM EXCAVATION TYPE}
본 발명은 기존 하수관을 교체하는 것으로서, 특히 기존 하수관을 내부에 두고 TBM 방식의 굴착을 하여 전진하고 기존 하수관 주위를 사각 쉴드로 감싼 후 상기 기존 하수관을 절단하며 후방에 대체 하수관을 배치하며, 사각 쉴드와 대체 하수관 내부에 오수 이송부를 구비하여 오수가 누설되지 않도록 하여 하수관 내의 하수를 단수하거나, 우회시키지 않고 기존 하수관을 신규관으로 교체할 수 있는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 장치 및 방법이다.
일반적으로 노후된 기존 하수관을 교체하기 위해서는 기존 하수관을 따라 흐르고 있는 하수를 단수한 후, 기존 하수관 양측에 H-plie과 토류판 등을 이용한 가시설 토류벽을 설치하고, 표토 및 측면의 토사를 굴착한 다음, 노출된 하수관을 제거 시킨 후 신규 하수관으로 교체하는 방법이 이용되고 있다.
그러나, 이러한 종래 기술은 기존 하수관 내로 통수되고 있는 하수는 교체시 우회 시키거나 강제 펌핑되어 단수되어야 하나, 단수나 우회하기가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존 하수관을 내부에 두고 TBM 방식의 굴착을 하여 전진하고 기존 하수관 주위를 사각 쉴드로 감싼 후 상기 기존 하수관을 절단하며 후방에 대체 하수관을 배치하며, 사각 쉴드와 대체 하수관 내부에 오수 이송부를 구비하여 오수가 누설되지 않도록 하여 하수관 내의 하수를 단수하거나, 우회시키지 않고 기존 하수관을 신규관으로 교체할 수 있는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않았으나 아래 수단들 또는 실시예상의 구체적인 구성에 따른 다른 목적 들은 그 기재로부터 이 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기존 하수관(P1)을 내부에 수용하고 전진 굴착하되 기존 하수관(P1)의 주변부를 굴착하는 사각형 형상의 커터 헤드(600)와, 상기 커터 헤드(600)의 굴착 방향 후방에 배치되고 상기 기존 하수관(P1)을 내부에 수용하는 사각 쉴드(100)와, 상기 사각 쉴드(100)에 구비되어 상기 기존 하수관(P1)을 절단하는 절단부(WS)와, 상기 사각 쉴드(100)에서 굴착 방향 후방에 일정간격 이격되어 배치되고 상기 절단된 기존 하수관(P1)을 대체하는 대체 하수관(500)과, 상기 사각 쉴드(100)와 대체 하수관(500) 사이에 배치되어 상기 사각 쉴드(100)를 굴착 방향으로 전진하도록 하는 쉴드 이송부(700)를 포함하는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 장치를 제공한다.
상기에서, 상기 사각 쉴드(100) 또는 대체 하수관(500)은 기존 하수관(P1)을 감싸는 형태로 조립되는 다수 개의 세그먼트를 포함한다.
상기에서, 상기 사각 쉴드(100) 상에 배치되어 상기 커터 헤드(600)가 발생하는 토사를 후방으로 이송하는 컨베이어(200)를 더 포함한다.
상기에서, 상기 기존 하수관(P1) 내부에 배치되어 상기 기존 하수관(P1)에서 배출되는 오수를 이송하는 오수 이송부(400)를 더 포함하고, 상기 오수 이송부(400)는 상기 기존 하수관(P1)과 대체 하수관(500) 내부에 배치되어 오수가 이송하는 배출관(410)과 상기 대체 하수관(500) 내부에 설치되는 반력대(440)과 상기 기존 배수관(P1) 내부에 설치되는 하수 배리어(420)와 상기 반력대(440)와 하수 배리어(420) 사이에 배치되어 상기 하수 배리어(420)를 굴착 방향 전진하는 배리어 이송부(430)를 포함한다.
상기에서, 상기 하수 배리어(420)는 중공의 박스 형상으로서 상측과 굴착 방향 전후방 측면이 개방되어 기존 하수관(P1) 내부에 배치되는 하수 배리어 본체(421)를 포함하여, 상기 배출관(410)의 일부는 상기 하수 배리어 본체(421) 내부에 배치되어 오수가 배출관(410) 내부로 유입되고, 상기 배리어 이송부(430)는 상기 하수 배리어 본체(421) 내부에 배치되고 상기 배출관(410)의 폭 방향 양 측에 각각 배치되어 상기 반력대(440)에 각각 접촉한다.
상기에서, 상기 배리어 이송부(430)는 유압 또는 공압을 이용하고 기존 하수관(P1) 내부에 설치되는 실린더(431)와 상기 실린더(431)에 구비되어 전후진하고 상기 반력대(440)에 접하는 작동 로드(432)와 상기 작동 로드(432)의 끝단에 구비되는 압착 패드(433)를 포함하고, 상기 반력대(440)는 대체 하수관(500) 내부에 설치되는 반력대 본체(441)와 상기 반력대 본체(441) 중 배리어 이송부(430) 방향 측면에 요홈되어 상기 압착 패드(433)가 안착되는 안착부(442)를 다수 개 포함한다.
상기에서, 상기 세그먼트는 ㄱ자 형상을 가지고 4개로 이루어져 결합 시 중공의 육면체가 형성되며, 상기 세그먼트 사이에는 결합구가 설치되어 상호 고정된다.
상기에서, 상기 기존 하수관(P1)과 대체 하수관(500)사이에 걸쳐서 배치되는 갠트리 크레인(GC)을 더 포함한다.
상기에서, 상기 커터 헤드(600)는 사각형 프레임 형상으로 배치되는 체인(620)과 상기 체인(620)의 일 측에 구비되어 상기 체인(620)을 특정 방향으로 회전시키는 구동 모터(610)와 상기 체인(620)에 설치되어 연동되며 막장을 굴착하는 굴삭 비트(640)를 포함하고, 상기 체인(620)은 상기 사각 쉴드(100) 보다 크게 형성되어 상기 사각 쉴드(100) 외측에 배치된다.
또한, 본 발명은 상기 하수관 교체 장치를 이용하여 하수관을 교체하는 방법으로서, 특정 위치에서 기존 하수관(P1) 바닥 이하까지 굴착하는 수직구 굴착 단계(S100)와, 상기 수직구 굴착 단계에 의해 노출된 기존 하수관(P1)을 중앙에 두고 상기 기존 하수관(P1)을 감싸도록 세그먼트를 결합하여 사각 쉴드(100)를 설치하는사각 쉴드 설치 단계(S200)와, 상기 기존 하수관(P1)을 덮고 있는 토사를 제거하여 기존 하수관(P1) 전체를 노출하는 표토 굴착 단계(S300)와, 상기 커터 헤드(600)를 구동하여 굴진하는 굴진 단계(S400)와, 상기 굴진 단계에 의해 굴진된 거리만큼 세그먼트를 설치하여 대체 하수관(500)으로 형성하는 대체 하수관 설치 단계(S500)와, 상기 사각 쉴드(100) 상에 배치된 절단부(WS)를 이용하여 기존 하수관(P1) 일부를 절단하는 기존 하수관 절단 단계(S600)와, 상기 절단된 기존 하수관을 갠트리 크레인(GC)을 이용해서 사각 쉴드(100)의 개방부를 통해 반출하는 반출 단계(S700)를 포함하는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 방법을 제공한다.
상기에서, 상기 표토 굴착 단계(S300) 수행 시, 표토 굴착에 의해 발생된 토사는 컨베이어(200)에 의해 후방으로 이송되어 대체 하수관(500) 상단으로 이동되어 되메움한다.
상기에서, 상기 굴진 단계(S400) 수행 시, 굴착에 의해 발생된 토사는 컨베이어(200)에 의해 후방으로 이송되어 대체 하수관(500) 상단으로 투하되고, 상기 투하된 토사는 대체 하수관(500)의 양 측면 공간에 뒷채움한다.
상기에서, 상기 굴진 단계(S400)에 의해 굴진된 길이 만큼 사각 쉴드(100)가 전진되도록 상기 사각 쉴드(100)와 대체 하수관(500) 사이에 배치된 쉴드 이송부(700)를 구동하며, 상기 쉴드 이송부(700)의 작동 로드(720)는 상기 사각 쉴드(100) 내부에 설치된 유압 또는 공압 실린더(710)로부터 돌출되어 상기 대체 하수관(500)을 가압하여, 상기 가압된 힘의 반력에 의해 사각 쉴드(100)가 굴착 방향으로 전진하도록 한다.
상기에서, 상기 반출 단계(S700) 수행 후, 컨베이어(200)에 의해 후방으로 투하된 토사에 유동화제와 고화제를 혼합한 후 뒷채움 플랜트(800)를 통해 대체 하수관(500)의 하부를 뒷채움한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 본 명세서에 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위하여 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의하여야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하고 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이상 설명한 본 발명에 의해 오수를 단수조치 않고 기존 하수관을 교체할 수 있고, 하수관 교체시의 가시설 토류벽 설치가 필요없으며, 전방부가 일부 개착이 됨과 동시 후방부에서 동시에 되메움 됨으로써 즉시 원상복구가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수관 교체 장치 및 방법을 나타내는 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수관 교체 장치의 커터 헤드를 나타내는 개략도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수관 교체 장치의 커터 헤드의 일부 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수관 교체 장치 중 사각 쉴드와 절단부 그리고 기존 하수관과 배출관의 결합 관계를 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수관 교체 장치의 오수 이송부 중 하수 배리어와 배출관 그리고 배리어 이송부의 결합 관계를 나타내는 개략도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수관 교체 장치의 오수 이송부 중 반력대를 나타내는 개략도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수관 교체 장치의 대체 하수관이 4개의 세그먼트이 조립에 의해 형성되는 것을 나타내는 사시도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하수관 교체 장치의 사각 쉴드가 4개의 세그먼트이 조립에 의해 형성되는 것을 나타내는 사시도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 하수관 교체 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 장치(10)는 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이 기존 하수관(P1)을 내부에 수용하고 전진 굴착하되 기존 하수관(P1)의 주변부를 굴착하는 사각형 형상의 커터 헤드(600)와, 상기 커터 헤드(600)의 굴착 방향 후방(도 1에서 도면상 우측)에 배치되고 상기 기존 하수관(P1)을 내부에 수용하는 사각 쉴드(100)를 포함한다. 이때, 상기 사각 쉴드(100)에서 굴착 방향 후방에 대체 하수관(500)이 일정간격 이격되어 배치된다. 즉, 상기 대체 하수관(500)이 상기 기존 하수관(P1)을 대체한다.
한편, 상기 사각 쉴드(100)에 절단부(WS)가 구비되어 상기 기존 하수관(P1)을 절단한다. 즉, 본 발명의 커터 헤드(600)가 굴착 방향(도 1에서 도면상 좌측)으로 전진하면 상기 사각 쉴드(100)도 같이 전진하여 기존 하수관(P1)이 상기 사각 쉴드(100) 내부로 진입한다. 상기 진입된 기존 하수관(P1)은 상기 절단부(WS)에 의해 절단되고 후술되는 바와 같이 외부로 반출된다. 상기 절단부(WS)는 널리 알려진 와이어 쏘우(wire saw)를 이용할 수 있다. 또한, 상기 절단부(WS)는 상기 사각 쉴드(100) 상에 배치되며 상기 사각 쉴드(100) 일 부분에 형성된 개방부(도시되지 않음)를 통해 절단부(WS) 일부가 진입하여 상기 기존 하수관(P1)을 절단할 수 있다.
한편, 상기 사각 쉴드(100)와 대체 하수관(500) 사이에 배치되어 상기 사각 쉴드(100)를 굴착 방향으로 전진하도록 하는 쉴드 이송부(700)를 포함하며 이에 대해서는 따로이 설명한다.
상기 사각 쉴드(100) 또는 대체 하수관(500)은 기존 하수관(P1)을 감싸는 형태로 조립되는 다수 개의 세그먼트를 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이 대체 하수관(500)의 세그먼트는 ㄱ자 형상을 가지고 4개(500-1,520,530,540)로 이루어져 결합될 수 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이 사각 쉴드(100)의 세그먼트 역시 4개(110,120,130,140)로 이루어져 결합 시 전면과 후면이 개방된 중공의 육면체가 형성된다. 이때, 상기 세그먼트 사이에는 결합구(100-2)가 설치되어 상호 고정된다. 상기 결합구(100-2)는 인적하는 세그먼트에 각각 형성되는 안착홈(100-1)에 삽입된다. 이러한 결합구(100-2)는 상기 인접하는 안착홈(100-1)에 각각 결합되는 한 쌍의 결합 바아(100-2a)와 상기 한 쌍의 결합 바아(100-2a)를 관통하여 고정구(예를 들어 고정 볼트)가 설치되는 관통공(100-2b)를 포함한다.
상기 사각 쉴드(100) 상에는 컨베이어(200)가 배치되어 상기 커터 헤드(600)가 발생하는 토사를 후방으로 이송한다. 상기 컨베이어(200)는 널리 알려진 스크류 컨베이어를 이용할 수 있다.
상기 기존 하수관(P1) 내부에는 오수 이송부(400)가 배치되어 상기 기존 하수관(P1)에서 배출되는 오수를 외부로 배출한다. 즉, 본 발명에 의하면 기존 하수관(P1)은 사각 쉴드(100) 내부에서 절단되고 상기 기존 하수관(P1)에서 배출되는 오수는 상기 오수 이송부(400)를 통해 외부로 배출되므로 하수관 교체 작업 중 별도로 오수를 단수조치 않고 기존 하수관을 교체할 수 있고, 하수관 교체시의 가시설 토류벽 설치가 필요없다. 또한, 전방부가 일부 개착이 됨과 동시 후방부에서 동시에 되메움 됨으로써 즉시 원상복구가 가능하며 이에 대해서는 따로이 설명한다.
이러한 오수 이송부(400)는 상기 기존 하수관(P1)과 대체 하수관(500) 내부에 배치되어 오수가 이송하는 배출관(410)과 상기 대체 하수관(500) 내부에 설치되는 반력대(440)과 상기 기존 배수관(P1) 내부에 설치되는 하수 배리어(420)와 상기 반력대(440)와 하수 배리어(420) 사이에 배치되어 상기 하수 배리어(420)를 굴착 방향 전진하는 배리어 이송부(430)를 포함한다.
즉, 상기 배출관(410)이 기존 하수관(P1)과 대체 하수관(500) 내부에 걸쳐서 배치되어 있으므로 상기 기존 하수관(P1)에서 도입되는 오수는 배출관(410)을 통해서 대체 하수관(500) 내부로 도입되고 외부로 배출되므로 상술된 바와 같이 별도의 오수를 단수할 필요가 없다.
상기 배출관(410) 중 기존 하수관(P1) 내부에 배치되는 부분은 하수 배리어(420)에 설치된다. 이를 위해 상기 하수 배리어(420)는 중공의 박스 형상으로서 상측과 굴착 방향 전후방 측면이 개방되어 기존 하수관(P1) 내부에 배치되는 하수 배리어 본체(421)를 포함한다. 상술된 바와 같이 상기 배출관(410)의 일부는 상기 하수 배리어 본체(421) 내부에 배치되어 오수가 배출관(410) 내부로 유입된다.
상기 배출관(410) 중 대체 하수관(500)에 배치되는 부분은 배리어 반력대(440)에 설치되어 상기 대체 하수관(500)에 고정된다.
한편, 상기 기존 하수관(P1)은 상술된 바와 같이 굴착이 진행되면서 일정 길이 절단되므로 상기 기존 하수관(P1) 내부에 배치되는 하수 배리어(420)도 굴착 방향으로 전진해야 한다.
이를 위해 배리어 이송부(430)가 구비된다. 상기 배리어 이송부(430)는 상기 하수 배리어 본체(421) 내부에 배치되고 상기 배출관(410)의 폭 방향 양 측에 각각 배치되어 상기 반력대(440)에 각각 접촉한다. 상기 배리어 이송부(430)는 유압 또는 공압을 이용하고 기존 하수관(P1) 내부에 설치되는 실린더(431)와 상기 실린더(431)에 구비되어 전후진하고 상기 반력대(440)에 접하는 작동 로드(432)를 포함한다. 즉, 상기 작동 로드(432)가 상기 실린더(431)에 의해 신장되어 반력대(440)를 가압하면 반력대(440)는 대체 하수관(500)에 의해 고정되므로 반력에 의해 상기 실린더(431)가 굴진 방향(도 1에서 도면상 좌측)으로 힘을 받게 된다. 이에 의해 상기 하수 배리어(420)가 굴진 방향(도 1에서 도면상 좌측)으로 이동하게 된다.
상기 작동 로드(432)의 끝단에는 압착 패드(433)가 구비된다. 또한, 상기 반력대(440)는 대체 하수관(500) 내부에 설치되는 반력대 본체(441)와 상기 반력대 본체(441) 중 배리어 이송부(430) 방향 측면에 요홈되어 상기 압착 패드(433)가 안착되는 안착부(442)를 다수 개 포함한다.
한편, 상기 반력대 본체(441)는 도시된 바와 같이 중공 형상이고 상면은 개방된 형상일 수 있다. 이때, 상기 반력대 본체(441)의 중앙에 길이 방향으로 배치된 판체 형상을 리브(443)가 형설될 수 있다.
상기 기존 하수관(P1)과 대체 하수관(500)사이에는 갠트리 크레인(GC)이 걸쳐서 배치된다.
상술된 바와 같이 본 발명에 의하면 기존 하수관(P1)은 절단부(SW)에 의해 절단된다. 상기 절단된 기존 하수관(P2)을 외부로 배출하기 위해 상기 갠트리 크레인(GC)이 설치된다. 이러한 갠트리 크레인(GC) 자체는 널리 알려진 구성인 관계로 자세한 설명과 도시는 생략한다.
막장은 커터 헤드(600)에 의해 굴착된다. 본 발명이 커터 헤드(600)는 TBM 방식의 커터 헤드를 이용한다. 상기 TBM(TUNNEL BORING MACHINE)은 터널 굴착 커터 헤드를 이용하여 굴착하는 것을 말하는 것이다. 다만, 본 발명은 종래의 TBM 방식의 커터 헤드와 달리 기존 하수관(P1) 외부를 사각형으로 굴착한다. 이를 위해 커터 헤드(600)는 사각형 프레임 형상으로 배치되는 체인(620)과 상기 체인(620)의 일 측에 구비되어 상기 체인(620)을 특정 방향으로 회전시키는 구동 모터(610)와 상기 체인(620)에 설치되어 연동되며 막장을 굴착하는 굴삭 비트(640)를 포함한다.
이때, 상기 구동 모터(610)와 체인(620) 사이에 피니언 기어(630)가 설치되어 상기 피니언 기어(630)의 기어가 상기 체인(620)에 삽입된 후 피니언 기어(630)의 회전에 의해 체인(620)이 특정 방향으로 이동하도록 할 수 있다.
상기 체인(620)은 상기 사각 쉴드(100) 보다 크게 형성되어 상기 사각 쉴드(100) 외측에 배치되어 상기 사각 쉴드(100) 주변 외측을 굴착하며 상기 체인(620)은 상술된 바와 같이 사각형 형상으로 배치되어 사각 쉴드(100) 주변을 사각형 형상으로 굴착한다. 한편, 상기 체인(620)과 굴착 비트(640)는 지지대(650)에 의해 지지될 수 있으며 상기 굴착 비트(640)는 기존의 TBM 굴착 방식의 헤드에 사용되는 것을 이용할 수 있다.
한편, 상기 TBM 굴착 기술 자체는 널리 알려진 것으로서 특히 한국 등록 특허 제10-1550159호, 한국 공개 특허 제10-2016-0057969호, 한국 등록 특허 제10-1796927호 등에 자세히 기재되어 있어 이에 대한 중복되는 설명과 도시는 생략한다.
이하, 상술된 본 발명의 하수관 교체 장치를 이용하여 하수관을 교체하는 방법(S10)에 대해 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
우선, 특정 위치에서 기존 하수관(P1) 바닥 이하까지 굴착하는 수직구 굴착 단계(S100)를 수행한다. 이후, 상기 수직구 굴착 단계에 의해 노출된 기존 하수관(P1)을 중앙에 두고 상기 기존 하수관(P1)을 감싸도록 세그먼트를 결합하는 사각 쉴드 설치 단계(S200)를 수행한다. 상술된 바와 같이 본 발명의 사각 쉴드(100)는 ㄱ자 형상을 가지고 4개로 이루어진 세그먼트가 상호 결합되어 형성된다. 따라서 본 사각 쉴드 설치 단계(S200)에서 상기 사각 쉴드(100)는 상기 기존 하수관(P1)을 중앙에 두고 상기 기존 하수관(P1)을 감싸도록 설치된다.
이후, 상기 기존 하수관(P1)을 덮고 있는 토사를 제거하여 기존 하수관(P1) 전체를 노출하는 표토 굴착 단계(S300)와, 상기 커터 헤드(600)를 구동하여 굴진하는 굴진 단계(S400)를 수행한다. 이때, 상기 굴진 단계(S400) 수행 시, 굴착에 의해 발생된 토사는 컨베이어(200)에 의해 후방으로 이송되어 대체 하수관(500) 상단으로 투하되고, 상기 투하된 토사는 대체 하수관(500)의 양 측면 공간에 뒷채움하게 된다.
상기 굴진 단계(S400)에 의해 굴진된 거리만큼 세그먼트를 설치하여 대체 하수관(500)으로 형성하는 대체 하수관 설치 단계(S500)를 이어서 수행한다. 상기 사각 쉴드(100) 상에 배치된 절단부(WS)를 이용하여 기존 하수관(P1) 일부를 절단하는 기존 하수관 절단 단계(S600)를 수행하고 나서, 상기 절단된 기존 하수관을 갠트리 크레인(GC)을 이용해서 사각 쉴드(100)의 개방부를 통해 반출하는 반출 단계(S700)를 수행한다.
상기 굴진 단계(S400)에 의해 굴진된 길이 만큼 사각 쉴드(100)가 전진되어야 하며, 이를 위해 상기 사각 쉴드(100)와 대체 하수관(500) 사이에 배치된 쉴드 이송부(700)를 구동한다. 즉, 상기 쉴드 이송부(700)의 작동 로드(720)는 상기 사각 쉴드(100) 내부에 설치된 유압 또는 공압 실린더(710)로부터 신장되어 상기 대체 하수관(500)을 가압하여, 상기 가압된 힘의 반력에 의해 사각 쉴드(100)가 굴착 방향으로 전진된다. 도 1에서 파단선으로 표시된 도면부호 500A는 기존의 대체 하수관(500)에 추가로 세그먼트를 설치하여 대체 하수관을 형성하는 것을 나타낸다.
한편, 상기 반출 단계(S700) 수행 후, 컨베이어(200)에 의해 후방으로 투하된 토사에 유동화제와 고화제를 혼합한 후 뒷채움 플랜트(800)를 통해 대체 하수관(500)의 하부를 뒷채움하는 뒷채움 단계(S800)를 수행한다. 상기 뒷채움 플랜트(800)는 도 1에 도시된 바와 같이 컨베이어(200) 일 측에 배치되어 상기 컨베이어(200)에 의해 이송된 토사를 상기 유동화제와 고화제를 혼합한다. 이후, 별도의 공급 라인(900)을 통해 상기 토사를 이동하여 대체 하수관(500)의 하부를 뒷채움한다.
상기 표토 굴착 단계(S300) 내지 뒷채움 단계(S800)를 반속 진행하여 기존 하수관(P1)을 절단하고 대체 하수관(500)을 설치하면서 기존 하수관(P1)을 대체한다.
이상 설명한 단계를 수행하여 기존 하수관(P1)의 교체가 완료되면 상기 사각 쉴드(100)를 분해해서 도달구를 통해 인양하고 발진구로 사용해 왔던 수직구는 원상 복구한다.
이상 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 상기 상세한 설명에서 기술된 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 사각 쉴드 200 : 컨베이어
300 : 파지부 400 : 오수 이송부
410 : 배출관 420 : 하수 배리어
430 : 배리어 이송부 440 : 반력대
500 : 대체 하수관 600 : 커터 헤드
610 : 구동 모터 620 : 체인
630 : 피니언 기어 640 : 굴삭 비트
650 : 지지대 700 : 쉴드 이송부

Claims (11)

  1. 기존 하수관(P1)을 내부에 수용하고 전진 굴착하되 기존 하수관(P1)의 주변부를 굴착하는 사각형 형상의 커터 헤드(600)와, 상기 커터 헤드(600)의 굴착 방향 후방에 배치되고 상기 기존 하수관(P1)을 내부에 수용하는 사각 쉴드(100)와, 상기 사각 쉴드(100)에 구비되어 상기 기존 하수관(P1)을 절단하는 절단부(WS)와, 상기 사각 쉴드(100)에서 굴착 방향 후방에 일정간격 이격되어 배치되고 상기 절단된 기존 하수관(P1)을 대체하는 대체 하수관(500)과, 상기 사각 쉴드(100)와 대체 하수관(500) 사이에 배치되어 상기 사각 쉴드(100)를 굴착 방향으로 전진하도록 하는 쉴드 이송부(700)를 포함하는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사각 쉴드(100) 또는 대체 하수관(500)은 기존 하수관(P1)을 감싸는 형태로 조립되는 다수 개의 세그먼트를 포함하는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사각 쉴드(100) 상에 배치되어 상기 커터 헤드(600)가 발생하는 토사를 후방으로 이송하는 컨베이어(200)를 더 포함하는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기존 하수관(P1) 내부에 배치되어 상기 기존 하수관(P1)에서 배출되는 오수를 이송하는 오수 이송부(400)를 더 포함하고,
    상기 오수 이송부(400)는 상기 기존 하수관(P1)과 대체 하수관(500) 내부에 배치되어 오수가 이송하는 배출관(410)과 상기 대체 하수관(500) 내부에 설치되는 반력대(440)과 상기 기존 배수관(P1) 내부에 설치되는 하수 배리어(420)와 상기 반력대(440)와 하수 배리어(420) 사이에 배치되어 상기 하수 배리어(420)를 굴착 방향 전진하는 배리어 이송부(430)를 포함하는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하수 배리어(420)는 중공의 박스 형상으로서 상측과 굴착 방향 전후방 측면이 개방되어 기존 하수관(P1) 내부에 배치되는 하수 배리어 본체(421)를 포함하여, 상기 배출관(410)의 일부는 상기 하수 배리어 본체(421) 내부에 배치되어 오수가 배출관(410) 내부로 유입되고,
    상기 배리어 이송부(430)는 상기 하수 배리어 본체(421) 내부에 배치되고 상기 배출관(410)의 폭 방향 양 측에 각각 배치되어 상기 반력대(440)에 각각 접촉하는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배리어 이송부(430)는 유압 또는 공압을 이용하고 기존 하수관(P1) 내부에 설치되는 실린더(431)와 상기 실린더(431)에 구비되어 전후진하고 상기 반력대(440)에 접하는 작동 로드(432)와 상기 작동 로드(432)의 끝단에 구비되는 압착 패드(433)를 포함하고,
    상기 반력대(440)는 대체 하수관(500) 내부에 설치되는 반력대 본체(441)와 상기 반력대 본체(441) 중 배리어 이송부(430) 방향 측면에 요홈되어 상기 압착 패드(433)가 안착되는 안착부(442)를 다수 개 포함하는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 하수관 교체 장치를 이용하여 하수관을 교체하는 방법으로서,
    특정 위치에서 기존 하수관(P1) 바닥 이하까지 굴착하는 수직구 굴착 단계(S100)와,
    상기 수직구 굴착 단계에 의해 노출된 기존 하수관(P1)을 중앙에 두고 상기 기존 하수관(P1)을 감싸도록 세그먼트를 결합하여 사각 쉴드(100)를 설치하는 사각 쉴드 설치 단계(S200)와,
    상기 기존 하수관(P1)을 덮고 있는 토사를 제거하여 기존 하수관(P1) 전체를 노출하는 표토 굴착 단계(S300)와,
    상기 커터 헤드(600)를 구동하여 굴진하는 굴진 단계(S400)와,
    상기 굴진 단계에 의해 굴진된 거리만큼 세그먼트를 설치하여 대체 하수관(500)으로 형성하는 대체 하수관 설치 단계(S500)와,
    상기 사각 쉴드(100) 상에 배치된 절단부(WS)를 이용하여 기존 하수관(P1) 일부를 절단하는 기존 하수관 절단 단계(S600)와,
    상기 절단된 기존 하수관을 갠트리 크레인(GC)을 이용해서 사각 쉴드(100)의 개방부를 통해 반출하는 반출 단계(S700)를 포함하는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 표토 굴착 단계(S300) 수행 시, 표토 굴착에 의해 발생된 토사는 컨베이어(200)에 의해 후방으로 이송되어 대체 하수관(500) 상단으로 이동되어 되메움하는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 굴진 단계(S400) 수행 시, 굴착에 의해 발생된 토사는 컨베이어(200)에 의해 후방으로 이송되어 대체 하수관(500) 상단으로 투하되고,
    상기 투하된 토사는 대체 하수관(500)의 양 측면 공간에 뒷채움하는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 굴진 단계(S400)에 의해 굴진된 길이 만큼 사각 쉴드(100)가 전진되도록 상기 사각 쉴드(100)와 대체 하수관(500) 사이에 배치된 쉴드 이송부(700)를 구동하며,
    상기 쉴드 이송부(700)의 작동 로드(720)는 상기 사각 쉴드(100) 내부에 설치된 유압 또는 공압 실린더(710)로부터 돌출되어 상기 대체 하수관(500)을 가압하여,
    상기 가압된 힘의 반력에 의해 사각 쉴드(100)가 굴착 방향으로 전진하도록 하는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 반출 단계(S700) 수행 후, 컨베이어(200)에 의해 후방으로 투하된 토사에 유동화제와 고화제를 혼합한 후 뒷채움 플랜트(800)를 통해 대체 하수관(500)의 하부를 뒷채움하는 뒷채움 단계(S800)를 더 포함하는 TBM 굴착 방식의 하수관 교체 방법.
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