KR20210012478A - 지중 매설 관로용 선단 추진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 지중 매설 관로용 건식 선단 추진장치 및 선단 추진방법에 관한 것이다.
본 발명의 제1 실시 예는, 선단에 굴착 헤드가 구비되며 후방에 작업 챔버가 구비된 본체; 상기 작업 챔버의 전방에 배치되며 상기 굴착 헤드와 연결 설치되어 굴착 헤드를 회전시키는 구동부; 상기 구동부의 후방에 장착되며 구동부의 구동을 감속 제어하는 감속기; 한 쪽은 상기 작업 챔버와 관통되고 다른 쪽은 작업공간 외측으로 연장되어 작업 챔버로 유입되는 토사를 외부로 배토하는 배토부를 포함하며; 상기 굴착 헤드는 상기 구동부에 구비된 감속기에 의해 회전이 제어됨과 동시에 굴착 헤드를 향하여 배관된 에어 공급관을 통하여 공급되는 에어의 압력에 의해 지반 또는 암반을 타격하는 것을 더 포함하고; 상기 굴착 헤드를 충격하기 위한 에어는 상기 작업 챔버의 내부로 역류하여 작업 챔버의 내부를 진공상태로 유지하는 것을 더 포함하며; 상기 작업 챔버의 내부에는 외부에서 공급되는 물을 분사하여 작업 챔버의 내부에서 발생하는 흙먼지가 비산하는 것을 방지하는 분사부가 더 구비된 것을 포함하되; 상기 배토부는 상기 작업 챔버 내부의 공압에 의해 배토하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 실시 예는, 선단 추진 장치를 이용하여 암반 또는 토사를 굴삭하여 관로를 형성하고 그 관로에 관체를 매설하기 위한 지중 매설 관로용 추진 장치에 있어서, a)상기 추진 장치의 본체 내측에 추진 장치의 전진방향에 대해 상,하·좌,우로 유압조절이 가능토록 유압 실린더를 설치하며, 그 유압 실린더에 대해 유압을 차등하여 공급하도록 제어하는 제어부를 설치하는 단계를 포함하며; b)상기 추진 장치의 굴착 헤드에 에어를 공급하여 전방으로 굴착 헤드를 일부 돌출하며 지층 및 암반에 충격을 가함과 동시에 유압 감속기에 의해 감속 회전하는 단계를 더 포함하고; c)상기 공급된 에어가 역류하며 형성된 진공압에 의해 굴삭된 토사와 암반을 배토하는 단계를 더 포함하며; d)상기 굴착 헤드가 전진하며 한쪽 방향으로 치우칠 때 치우치는 방향에 배치된 유압 실린더의 압력은 상승시키고 대향하는 반대 측에 배치된 유압 실린더의 압력을 낮추며 굴착 헤드의 궤도를 수정하며 직선 방향으로 굴착토록 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

지중 매설 관로용 선단 추진장치 및 선단 추진방법{Propulsion apparatus of pipe tunnel for undergroundlaying and Propulsion methode}

본 발명은 지중 매설 관로용 선단 추진장치 및 선단 추진방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 굴착용 헤드의 구조를 개선하여 헤드가 지반 또는 암반을 회전시킴과 동시에 충격을 가하며 굴착하도록 하여 굴착 효과를 향상하고 또 굴착용 헤드가 한 방향으로 회전함에 따라 회전 방향으로 굴착 방향이 편향하는 것을 바로 잡아주며 굴착하도록 하여 직선상으로 굴착을 진행하는 지중 매설 관로용 선단 추진장치 및 선단 추진방법에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 바와 같이, 도로나 철도와 같은 각종 기간산업이나 상, 하수도의 배관공사를 할 때에는 굴착을 위한 각종 선단 추진장치에 의해 지중을 굴착하며 진행한다.

상기와 같은 굴착 방법에는, 지반이나 암반의 특성에 따라 실트 층에서는 세미 실드라는 공법으로 굴착하고 있으나, 대부분 고가의 수입장비에 의존하므로 공사비가 고가이고 압입공법이나 렘 공법은 작업이 불가하며 안전성과 정확도가 없ㅇ으므로 임시로 가 시설하고 오픈한 상태에서 작업이 이루어지고 있다.

또 순수 자사에서 기술개발한 장비로서 해외시장의 경쟁력은 물론 자연환경을 손상시키지 않고 원형을 그대로 유지하기 위한 측면에서 일명 소구경 터널식 공법이라 하여 지하에서 그 작업이 가능한 것이 제안되고 있다.

즉, 터널식 공법이란 지하에서 통로를 형성하는 도로나 철도 또는 유체를 이송시키기 위한 상, 하수도의 배관공사 및 도시가스 공급관 그리고 전기 통신설비 매설공사 등을 하기 위해서는 먼저 일정한 넓이와 깊이를 갖는 작업공간을 확보한 후 관로의 설치방향으로 굴착 작업을 하며 점차 관체를 매설시키며 이어나가는 공법을 하고 있다.

그러나 상기의 방법에서의 공통적인 문제점은 중 장거리 추진이 불가하고, 정확도가 없다는 단점이 있다.

또 세미 실드라는 공법이 있었으나 고가이고 압입 공법 및 렘 공법은 중장거리 굴착작업이 불가하다는 단점이 있었다.

따라서, 본 출원인이 대한민국 등록특허 10-0598677호(발명의 명칭 ; 지중 매설용 관로의 선단추진 장치), 등록특허 10-0558172호(발명의 명칭 ; 지중 매설용 관로의 선단 추진장치 및 선단 추진방법), 등록번호 10-1254495호(발명의 명칭 ; 굴착장치) 외 다수의 선단 추진장치 및 방법을 제안한 바 있다.

상기와 같이 본 출원인의 선 출원 등록된 추진장치들은 각각 지질의 특성에 고려하여 맞춤형으로 개발한 효과적인 추진장치, 굴착공사의 특성과 조건을 고려하여 개발한 효과적인 추진장치, 굴착방향이 편향되지 않고 일직선상으로 굴착하기 위한 추진장치들이다.

그러나 상기한 본 출원인의 선등록 추진장치들 중 특히 등록특허 10-0558172호(발명의 명칭 ; 지중 매설용 관로의 선단 추진장치 및 선단 추진방법)는 가장 널리 그리고 효과적으로 사용되는 추진장치인 반면 일직선상으로 굴착하기 위한 정밀 부품과 그 부품들을 제어하는 장비가 고가라는 문제점이 있었다.

KR 10-0598677 B KR 10-0558172 B KR 10-1254495 B

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제, 즉, 본 발명의 목적은, 본 출원인이 선등록한 다수의 선단 추진장치에서 특히 굴착용 헤드의 구조를 개선하여 헤드가 지반 또는 암반을 회전시킴과 동시에 충격을 가하며 굴착토록 함으로써 굴착 효과를 향상할 수 있는 지중 매설 관로용 선단 추진장치 및 선단 추진방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 본 출원인이 선등록한 다수의 선단 추진장치에서 특히 굴착용 헤드의 구조를 개선하여 원활한 굴착을 위한 별도의 물을 공급하지 않으며 굴착을 진행토록 함으로써 흙탕물의 발생을 방지하는 지중 매설 관로용 선단 추진장치 및 선단 추진방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 본 출원인이 선등록한 다수의 선단 추진장치에서 특히 단점을 배제하고 장점만을 살려 내부 부품을 줄임으로써 제품의 가격을 낮출뿐만 아니라 외국 제품과의 경쟁력에서도 우위를 선점하는 지중 매설 관로용 선단 추진장치 및 선단 추진방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 구현하기 위한 본 발명의 제1 실시 예는, 선단에 굴착 헤드가 구비되며 후방에 작업 챔버가 구비된 본체; 상기 작업 챔버의 전방에 배치되며 상기 굴착 헤드와 연결 설치되어 굴착 헤드를 회전시키는 구동부; 상기 구동부의 후방에 장착되며 구동부의 구동을 감속 제어하는 감속기; 한 쪽은 상기 작업 챔버와 관통되고 다른 쪽은 작업공간 외측으로 연장되어 작업 챔버로 유입되는 토사를 외부로 배토하는 배토부를 포함하며; 상기 굴착 헤드는 상기 구동부에 구비된 감속기에 의해 회전이 제어됨과 동시에 굴착 헤드를 향하여 배관된 에어 공급관을 통하여 공급되는 에어의 압력에 의해 지반 또는 암반을 타격하는 것을 더 포함하고; 상기 굴착 헤드를 충격하기 위한 에어는 상기 작업 챔버의 내부로 역류하여 작업 챔버의 내부를 진공상태로 유지하는 것을 더 포함하며; 상기 작업 챔버의 내부에는 외부에서 공급되는 물을 분사하여 작업 챔버의 내부에서 발생하는 흙먼지가 비산하는 것을 방지하는 분사부가 더 구비된 것을 포함하되; 상기 배토부는 상기 작업 챔버 내부의 공압에 의해 배토하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 매설 관로용 선단 추진장치를 제공한다.

상기 실시 예의 목적을 효과적으로 구현하기 위한 변형 예는, 상기 작업 챔버를 형성하는 상기 본체의 내주 면에는 상기 구동부의 외주면과 구름 접촉하는 롤러를 갖춘 유압 실린더가 더 구비된 것을 포함하고; 상기 유압 실린더는 상기 구동부가 중심을 벗어나며 한 쪽으로 치우칠 때 치우치는 방향에 배치된 유압 실린더의 유압은 높이고 반대 방향에 배치된 유압 실린더의 유압은 낮추며 직진 이동하도록 유압을 제어하는 제어부가 더 포함된 것이 효과적이다.

본 발명의 제2 실시 예는, 선단 추진 장치를 이용하여 암반 또는 토사를 굴삭하여 관로를 형성하고 그 관로에 관체를 매설하기 위한 지중 매설 관로용 추진 장치에 있어서, a)상기 추진 장치의 본체 내측에 추진 장치의 전진방향에 대해 상,하·좌,우로 유압조절이 가능토록 유압 실린더를 설치하며, 그 유압 실린더에 대해 유압을 차등하여 공급하도록 제어하는 제어부를 설치하는 단계를 포함하며; b)상기 추진 장치의 굴착 헤드에 에어를 공급하여 전방으로 굴착 헤드를 일부 돌출하며 지층 및 암반에 충격을 가함과 동시에 유압 감속기에 의해 감속 회전하는 단계를 더 포함하고; c)상기 공급된 에어가 역류하며 형성된 진공압에 의해 굴삭된 토사와 암반을 배토하는 단계를 더 포함하며; d)상기 굴착 헤드가 전진하며 한쪽 방향으로 치우칠 때 치우치는 방향에 배치된 유압 실린더의 압력은 상승시키고 대향하는 반대 측에 배치된 유압 실린더의 압력을 낮추며 굴착 헤드의 궤도를 수정하며 직선 방향으로 굴착토록 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 매설 관로용 건식 선단 추진방법을 제공한다.

상기와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 출원인이 선등록한 다수의 선단 추진장치에서 특히 굴착용 헤드의 구조를 개선하여 헤드가 지반 또는 암반을 회전시킴과 동시에 충격을 가하며 굴착하도록 하여 굴착 효과를 향상하고 또 굴착용 헤드가 한 방향으로 회전함에 따라 회전 방향으로 굴착 방향이 편향하는 것을 바로 잡아주며 굴착하도록 하여 직선상으로 굴착을 진행하는 효과가 있다.

둘째, 본 출원인이 선등록한 다수의 선단 추진장치에서 특히 굴착용 헤드의 구조를 개선하여 원활한 굴착을 위한 별도의 물을 공급하지 않으며 굴착을 진행토록 함으로써 흙탕물이 발생하는 것을 방지하고 그에 따라 건조한 환경에서 굴착작업을 하는 효과도 있다.

셋째, 본 출원인이 선등록한 다수의 선단 추진장치에서 특히 단점을 배제하고 장점만을 살려 내부 부품을 줄임으로써 제품의 가격을 낮출뿐만 아니라 외국 제품과의 경쟁력에서도 우위를 선점하며 수입을 대체하는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지중 매설 관로용 선단 추진장치의 전체적인 구성도를 보인 단면도
도 2는 본 발명에 따른 지중 매설 관로용 선단 추진장치에서 구동부를 보인 단면도

이하에서는 상기의 목적을 달성하는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

부연하면, 본 발명의 구성 설명과 그에 따른 동작설명을 본 발명의 단계적인 방법 설명과 함께 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 지중 매설 관로용 선단 추진장치의 전체적인 구성도를 보인 단면도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따른 지중 매설용 선단 추진장치의 구동부를 보인 단면도가 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 적용되는 지중 매설 관로용 건식 선단 추진장치는 선단에 굴착 헤드(11)가 구비되며 후방에 작업 챔버(10a)가 구비된 본체(10)에 의해 외관이 형성된다.

상기 작업 챔버(10a)의 전방에는 상기 굴착 헤드(11)와 연결 설치되어 굴착 헤드(11)를 회전시키는 구동부(12)가 구비되고, 상기 구동부(12)의 후방에는 구동부(12)의 구동을 감속 제어하는 감속기(13)가 구비된다.

또 상기 작업 챔버(10a)의 내측에는 한 쪽은 상기 작업 챔버(10a)와 관통되고 다른 쪽은 작업공간 외측으로 연장되어 작업 챔버(10a)로 유입되는 토사를 외부로 배토하는 배토부(20)가 구비되는데 이들 구성요소는 본 출원인이 선출원 등록된 다수의 선단 추진장치의 구성과 대동소이 하다.

여기서 본 발명의 특징부는, 상기 굴착 헤드(11)는 상기 구동부(12)에 구비된 유압 감속기(12)에 의해 회전이 제어됨과 동시에 굴착 헤드(11)를 향하여 배관된 에어 공급관(14)을 통하여 공급되는 에어의 압력에 의해 굴착 헤드(11)가 지중을 타격한다는 점이다.

또 상기 굴착 헤드(11)를 충격하기 위한 에어는 상기 작업 챔버(10a)의 내부로 역류하여 작업 챔버(10a)의 내부를 진공상태로 유지하고, 상기 배토부(20)는 상기 작업 챔버(10a) 내부의 진공압에 의해 작업 챔버(10a)의 내부로 유입된 토사와 암반을 자동으로 배토한다는 점이다.

바람직하게는, 상기 작업 챔버(10a)의 내부에는 외부에서 공급되는 물을 분사하여 작업 챔버(10a)의 내부에서 발생하는 흙먼지가 비산하는 것을 방지하는 분사부(21)가 구비되는 것이 효과적이다.

더욱 바람직하게는, 상기 작업 챔버(10a)를 형성하는 상기 본체(10)의 내주 면에는 상기 구동부(12)의 외주면과 구름 접촉하는 롤러를 갖춘 유압 실린더(30)가 구비되고 상기 유압 실린더(30)는 상기 구동부(12)가 중심을 벗어나며 한 쪽으로 치우칠 때 치우치는 방향에 배치된 유압 실린더(30)의 유압은 높이고 반대 방향에 배치된 유압 실린더(30)의 유압은 낮추며 직진 이동하도록 유압을 제어하는 제어부(40)가 더 포함된 것이 효과적이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작에 대해 설명한다.

본 발명이 설치된 상태는 도 1과 같은 상태다.

상기의 상태는 상기 본체(10)의 선단에 구비된 상기 굴착 헤드(11)는 굴착 방향을 향하에 셋팅 된 상태이고, 상기 구동부(12)의 외측에는 유압 실린더(30)가 동일한 압력의 유압을 공급받으며 그 선단부에 구비된 롤러가 구동부(12)의 외주면에 구름 접촉하고 있는 상태가 된다.

또 각각의 상기 유압 실린더(30)의 내부 압력은 상기 제어부(40)에 의해 동일한 압력을 유지하도록 제어되고 있는 상태가 된다.

상기의 상태에서 전원이 공급되면 상기 감속기(13)는 유압을 공급받아 상기 구동부(12)로 회전력을 전달하고 상기 구동부(12)는 서서히 회전하며 상기 굴착 헤드(11)를 종래와 동일하게 회전하게 된다.

이때 본 발명의 특징부는 상기 에어 공급관(14)을 통하여 공급되는 공압은 상기 굴착 헤드(11)로 부여되고 그에 따라서 상기 굴착 헤드(11)는 전방에 마주하고 있는 지반 또는 암반을 충격함과 동시에 상기 구동부(12)의 구동력에 의해 회전하게 된다는 점이다.

따라서, 지반 또는 암반의 굴착력이 향상된다는 점이다.

이때, 상기 에어 공급관(14)을 통하여 지속적으로 공급되는 에어는 상기 굴착 헤드(11)를 돌출시키며 전방으로 충격을 가하게 되고, 굴착 헤드(11)로 공급되던 에어는 다시 작업 챔버(10a)의 내부로 회수되며 작업 챔버(10a)의 내부 압력을 상승시키게 된다.

따라서, 상기 작업 챔버(10a)의 내부 압력은 점차 높아지게 되고 그에 따라서 작업 챔버(10a) 내부의 높은 내부 압력은 압력이 낮은 방향으로 이동하게 되므로, 상기 굴착 헤드(11)의 굴착 작업에 의해 발생한 토사와 암반 분쇄물은 작업 챔버(10a)의 내부에서 외부로 배출되는 공기의 배출력에 의해 상기 배토부(20)를 통하여 외부로 배토된다.

이때 상기 분사부(21)는 상기 작업 챔버(10a)의 내부로 간헐적으로 물을 분사하며 작업 챔버(10a)의 내부에서 흙먼지가 비산되는 것을 방지하게 된다.

한편, 상기와 같이 선단 추진장치가 지속적으로 구동할 때 상기 구동부(12)는 한쪽 방향으로 회전함에 따라 상기 굴착 헤드(11)는 구동부(12)의 회전 방향과 마찬가지로 한쪽 방향으로 회전하게 되므로 굴착 헤드(11)의 굴착 방향이 한쪽 방향으로 조금씩 편향된다.

상기와 같이 굴착 방향이 한쪽 방향으로 편향되면 상기 구동부(12)의 외주면에는 다수의 유압 실린더(30)가 구름 접촉하며 배치됨에 따라 구동부(12)가 편향하는 측에 설치된 유압 실린더(30)에는 큰 압력이 발생하고 반대 방향에 설치된 유압 실린더(30)에는 상대적으로 작은 압력이 발생한다.

따라서, 상기 제어부(40)는 각각의 상기 유압 실린더(30)의 내부 압력을 감지한 후 편향된 압력을 감지하여 압력이 집중되는 측의 유압 실린더(30)에는 많은 량의 유압을 공급하고 반대 방향의 압력이 낮은 측의 유압 실린더(30)에는 적은 량의 유압을 공급함으로써 구동부(12)의 편향된 구동부(12)의 진행방향을 바로잡는다는 점이다.

결과적으로 간단한 구조에 의해 선단 추진장치가 추진하며 편향이 발생하는 것을 바로 잡아가며 직선 방향으로 전진하며 굴착을 한다는 점이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명은 해당 분야에 속하는 기술분야의 당업자들이 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 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.

10 ; 본체 10a ; 작업 챔버
11 ; 굴착 헤드 12 ; 구동부
13 ; 감속기 14 ; 에어 공급관
20 ; 배토부 21 ; 분사부
30 ; 유압 실린더 40 ; 제어부

Claims (3)

1. 선단에 굴착 헤드가 구비되며 후방에 작업 챔버가 구비된 본체;
   상기 작업 챔버의 전방에 배치되며 상기 굴착 헤드와 연결 설치되어 굴착 헤드를 회전시키는 구동부;
   상기 구동부의 후방에 장착되며 구동부의 구동을 감속 제어하는 감속기;
   한 쪽은 상기 작업 챔버와 관통되고 다른 쪽은 작업공간 외측으로 연장되어 작업 챔버로 유입되는 토사를 외부로 배토하는 배토부를 포함하며;
   상기 굴착 헤드는 상기 구동부에 구비된 감속기에 의해 회전이 제어됨과 동시에 굴착 헤드를 향하여 배관된 에어 공급관을 통하여 공급되는 에어의 압력에 의해 지반 또는 암반을 타격하는 것을 더 포함하고;
   상기 굴착 헤드를 충격하기 위한 에어는 상기 작업 챔버의 내부로 역류하여 작업 챔버의 내부를 진공상태로 유지하는 것을 더 포함하며;
   상기 작업 챔버의 내부에는 외부에서 공급되는 물을 분사하여 작업 챔버의 내부에서 발생하는 흙먼지가 비산하는 것을 방지하는 분사부가 더 구비된 것을 포함하되;
   상기 배토부는 상기 작업 챔버 내부의 공압에 의해 배토하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 매설 관로용 선단 추진장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 작업 챔버를 형성하는 상기 본체의 내주 면에는 상기 구동부의 외주면과 구름 접촉하는 롤러를 갖춘 유압 실린더가 더 구비된 것을 포함하고;
   상기 유압 실린더는 상기 구동부가 중심을 벗어나며 한 쪽으로 치우칠 때 치우치는 방향에 배치된 유압 실린더의 유압은 높이고 반대 방향에 배치된 유압 실린더의 유압은 낮추며 직진 이동하도록 유압을 제어하는 제어부가 더 포함된 것을 특징으로 하는 지중 매설 관로용 선단 추진장치.
   
3. 선단 추진 장치를 이용하여 암반 또는 토사를 굴삭하여 관로를 형성하고 그 관로에 관체를 매설하기 위한 지중 매설 관로용 추진 장치에 있어서,
   a)상기 추진 장치의 본체 내측에 추진 장치의 전진방향에 대해 상,하·좌,우로 유압조절이 가능토록 유압 실린더를 설치하며, 그 유압 실린더에 대해 유압을 차등하여 공급하도록 제어하는 제어부를 설치하는 단계를 포함하며;
   b)상기 추진 장치의 굴착 헤드에 에어를 공급하여 전방으로 굴착 헤드를 일부 돌출하며 지층 및 암반에 충격을 가함과 동시에 유압 감속기에 의해 감속 회전하는 단계를 더 포함하고;
   c)상기 공급된 에어가 역류하며 형성된 진공압에 의해 굴삭된 토사와 암반을 배토하는 단계를 더 포함하며;
   d)상기 굴착 헤드가 전진하며 한쪽 방향으로 치우칠 때 치우치는 방향에 배치된 유압 실린더의 압력은 상승시키고 대향하는 반대 측에 배치된 유압 실린더의 압력을 낮추며 굴착 헤드의 궤도를 수정하며 직선 방향으로 굴착토록 제어하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 매설 관로용 선단 추진방법.

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