KR20220004290A - 고수압 타격 tbm 터널 굴착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치에 관한 것으로, 본체부와, 본체부에 연결되어 본체부를 전진시키는 제1구동부와, 본체부의 전방에 회전 가능하게 설치되고, 전후방향 이동 가능하게 구비되며, 굴진면을 반복 타격하여 굴착하는 굴착부와,본체부에 설치되고, 굴착부에 연결되어 굴착부를 회전시키는 제2구동부와, 고압수에 의한 진동을 발생시켜 굴착부를 전후 방향으로 왕복이동시키는 진동발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치{TBM TUNNEL EXCAVATION DEVICE}
본 발명은 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수압을 이용하여 굴착 작업을 수행할 수 있는 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 기술 진보에 따라 1980년대 이후부터 독일, 일본, 미국 등 기술 선진국에서는 터널 굴진효율을 확대하고 안전한 공사 추진과 공사기간 단축을 위해 기계식 터널 굴진 공법을 개발하여 왔다.
현재 개발 보급되어 사용중인 종래의 굴진 방법으로는 지반 상태(토사층, 암반층, 파쇄대 등)에 따라 굴진장비를 개방 또는 차단하는 TBM(Tunnel Boring Matchine) 터널 굴진 방법을 적용하고 있다. TBM 터널 굴진 방법은 암반을 파쇄하기 위해서 전면에 다수의 비트(Bit)를 부착하고, 잭에 의해 TBM장비를 암반에 전진시킴에 따라 암반이 굴착한다. 굴삭된 암석은 이수와 혼합되어 터널 외부로 고압 펌프에 의해 지상 배출되거나, 지하수가 적은 경우에는 굴착 파쇄된 암석을 TBM 챔버 하부에 떨어지게 하여 컨베이어 벨트로 터널 내 굴착토석 운반 장비인 광차까지 이송한다. 이송된 암분은 광차로 터널 작업구까지 운반되고, 지상에 설치된 크레인을 이용하여 광차와 함께 지상으로 인양시킨 후 버력을 덤핑장에 하차하고 하차된 토석은 함수비가 60~80%가 되게 하여 사토장으로 사토처리한다.
이러한 종래의 TBM 터널 굴진 공법은 인력식 또는 화약식 발파방법 등 재래식 공법과 비교할 때 안전하고, 굴진 효율은 크게 개선되었지만 굴진 지반의 암반상태가 절리, 파쇄대, 석영질, 이질층으로 형성된 경우 비트가 손상되거나 파손되어 잦은 정비를 요하고, 부품 교체시간 증가로 소모품 교체기간 동안 작업이 불가하여 굴진 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1381566호(2014.03.18 등록, 발명의 명칭: 이농식 굴진기 및 이를 이용한 이농식 추진공법)에 개시되어 있다.
본 발명은 수압에 의한 반복 타격으로 굴진면을 파쇄할 수 있는 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 작동상태를 실시간으로 측정할 수 있는 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 T고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치는: 본체부; 상기 본체부에 연결되어 상기 본체부를 전진시키는 제1구동부; 상기 본체부의 전방에 회전 가능하게 설치되고, 전후방향 이동 가능하게 구비되며, 굴진면을 반복 타격하여 굴착하는 굴착부; 상기 본체부에 설치되고, 상기 굴착부에 연결되어 상기 굴착부를 회전시키는 제2구동부; 및 고압수에 의한 진동을 발생시켜 상기 굴착부를 전후 방향으로 왕복이동시키는 진동발생부;를 포함한다.
또한, 상기 굴착부는, 상기 본체부에 회전가능하게 결합되고, 상기 제2구동부에 연결되는 굴착부몸체; 상기 굴착부몸체에 왕복 슬라이드 이동 가능하게 결합되고, 상기 진동발생부에 연결되어 상기 굴진면을 반복 타격하는 굴착부재;를 포함한다.
또한, 상기 굴착부재는, 상기 굴착부몸체의 중앙에 배치되는 제1굴착부재; 상기 굴착부몸체의 원주방향을 따라 소정 간격 이격되어 배치되는 복수개의 제2굴착부재; 및 이웃하는 상기 제2굴착부재의 사이에 배치되고, 상기 제2굴착부재보다 작은 직경을 갖도록 구비되는 복수개의 제3굴착부재;를 포함한다.
또한, 상기 진동발생부는, 상기 고압수를 상기 굴착부재의 내부로 공급하는 공급부; 상기 공급부에 연결되고, 상기 굴착부재의 내부에 배치되며, 상기 굴착부재의 전방을 향해 상기 공급부로부터 공급받은 상기 고압수를 설정 진동수로 분사시키는 조절부; 상기 굴착부재의 전방에 관통 형성되고, 상기 조절부와 연통되어 상기 고압수를 외부로 배출시키는 배출부;를 포함한다.
또한, 상기 진동발생부는 상기 굴착부재에 연결되고, 상기 조절부가 상기 고압수를 분사시킴에 따라 발생되는 진동을 흡수하는 방진부;를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치는 상기 고압수의 정보와 상기 굴진면의 정보를 측정하는 측정부; 및 상기 측정부로부터 측정된 정보를 전달받아 상기 제1구동부, 상기 제2구동부, 및 상기 진동발생부의 작동을 제어하는 제어부;를 더 포함한다.
또한, 상기 측정부는, 상기 굴착부에 가해지는 상기 고압수의 압력을 측정하는 센서부; 및 상기 굴진면의 형상정보, 상기 굴진면의 재질정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 측정하는 탐사부;를 포함한다.
본 발명에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치는 굴진면 파쇄 능력을 충격 및 타격방식으로 대체함으로써 파쇄능력을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치는 굴착부가 왕복 이동됨과 동시에 회전 운동이 병행됨에 따라 굴진면 전체에 걸쳐 균일한 굴착 작업을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치는 마찰 굴착 방식에 비해 굴진면과의 접촉시간이 줄어듬에 따라 마찰에 의한 장비의 잦은 교체에 따른 비용과 인력을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치는 방진부에 의해 굴착부의 진동을 흡수할 수 있음에 따라 반복적인 진동에 의한 장비 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치는 고압수와 굴진면의 정보를 실시간으로 측정할 수 있음에 따라 보다 정확한 작업을 수행할 수 있으며, 잘못된 조작으로 인한 안전사고를 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴착부의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴착부재와 진동발생부의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정부와 제어부의 작동 순서를 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치의 작동상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴착부의 작동상태를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴착부재와 진동발생부의 작동상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치의 일 실시예를 설명한다.
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 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 접속)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(또는 구비)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(또는 구비)"할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 특정 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 그 부호들은 다른 도면을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 특정 도면에 참조 부호가 표시되지 않은 부분이 있더라도, 그 부분은 다른 도면들을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 본 출원의 도면들에 포함된 세부 구성요소들의 개수, 형상, 크기 및 크기의 상대적인 차이 등은 이해의 편의를 위해 설정된 것으로서, 실시예들을 제한하지 않으며 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치(1)는 본체부(100), 제1구동부(200), 굴착부(300), 제2구동부(400), 진동발생부(500)를 포함한다.
본체부(100)는 내부에 본 발명에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치(1)의 구성들이 장착될 수 있도록 형성된다. 본체부(100)에는 제1구동부(200), 굴착부(300), 제2구동부(400), 진동발생부(500), 측정부(600) 등이 장착되며 이외에도 굴진면(2)의 굴착 시 발생되는 토사를 외부로 배출시키는 이수순환유닛(110) 등 굴착에 필요한 다양한 장비들이 장착될 수 있다. 본체부(100)는 후술하는 굴착부(300)가 굴진면(2)을 향할 수 있도록 길이방향이 굴착부(300)의 굴착방향과 나란하도록 배치된다. 본체부(100)는 전방이 전후 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 구비됨에 따라 굴착부(300)가 굴진면(2)을 향해 전진되도록 할 수 있다.
제1구동부(200)는 본체부(100)에 연결되고, 구동력을 발생시켜 본체부(100)를 전진시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1구동부(200)는 유압에 의해 조절되는 유압 실린더의 형태로 형성된다. 제1구동부(200)는 길이방향으로 신축되는 반력에 의해 본체부(100)의 전방을 전후방향으로 슬라이드 이동시킬 수 있다. 제1구동부(200)는 도 1에 도시된 형상에 한정되는 것은 아니고, 모터 등 본체부(100)를 전진시킬 수 있는 장치의 기술사상 안에서 다양한 설계변경이 가능하다.
굴착부(300)는 본체부(100)의 전방에 회전 가능하게 설치되고, 전후방향으로 왕복 이동 가능하게 구비된다. 굴착부(300)는 1차적으로 상술한 본체부(100)의 전진 작동과 2차적으로 후술하는 진동발생부(500)가 발생시키는 고압수 진동에 의한 왕복 운동에 의해 굴진면(2)을 빠르고 높은 타격력으로 반복 타격함에 따라 굴진면(2)을 굴착한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴착부의 구성을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 굴착부(300)는 굴착부몸체(310), 굴착부재(320)를 포함한다.
굴착부몸체(310)는 본체부(100)의 전방에 회전가능하게 결합되고, 제2구동부(400)에 연결되어 회전된다. 굴착부몸체(310)는 회전 작동에 의해 후술하는 굴착부재(320)의 위치를 연속적으로 변경시킬 수 있음에 따라 굴착효율을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 굴착부몸체(310)는 대략 원판 형상을 갖도록 형성되어 본체부(100)의 전방에 배치된다. 굴착부몸체(310)는 몸체부(100)에 회전 가능하게 결합되고, 후술하는 제2구동부(400)에 의해 몸체부(100)의 중심축을 기준으로 축회전된다.
굴착부재(320)는 내부가 비어있는 실린더의 형상을 갖도록 형성되어 굴착부몸체(310)에 전후 방향으로 왕복 슬라이드 이동 가능하게 결합된다. 굴착부재(320)는 후술하는 진동발생부(500)에 연결되어 진동발생부(500)가 발생시키는 고압수 진동에 의해 전면이 굴진면(2)을 반복 타격함으로써 굴진면(2)을 굴착한다. 굴착부재(320)는 보다 효율적인 굴착작업을 수행할 수 있도록 굴착부몸체(310)에 복수개로 구비될 수 있다. 굴착부재(320)의 단면 형상은 도 2에 도시된 원형의 형상 외에도 다각형 등 다양한 형상으로 설계변경이 가능하다.
굴착부재(320)의 전면은 보다 효과적으로 굴진면(2)을 굴착할 수 있도록 디스크 커터의 형상 또는 초경 비트가 복수개로 돌출되는 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 굴착부재(320)의 전면은 굴착 작업에 따른 마모 등이 발생하는 경우 교체가 용이하도록 탈부착 가능하게 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 굴착부재(320)는 제1굴착부재(321), 제2굴착부재(322), 제3굴착부재(323)를 포함한다.
제1굴착부재(321)는 굴착부몸체(310)의 중앙에 배치되어 굴진면(2)의 중앙부를 굴착한다. 이에 따라 제1굴착부재(321)는 굴착부몸체(310)의 중앙부와 마주보게 배치되는 굴진면(2)을 타격함으로써 굴착 작업을 수행할 수 있다.
제2굴착부재(322)는 복수개로 구비되고, 굴착부몸체(310)의 원주방향을 따라 소정 간격 이격되어 배치된다. 이에 따라 제2굴착부재(322)는 굴착부몸체(310)의 외곽부분과 마주보게 배치되는 굴진면(2)을 타격함으로써 굴착 작업이 굴착부몸체(310) 면적 전체에 걸쳐 이루어지도록 할 수 있다. 제2굴착부재(322)가 이격되는 소정 간격은 굴착부몸체(310)의 직경 등에 따라 다양하게 설계변경이 가능하다.
제3굴착부재(323)는 복수개로 구비되어 각각 이웃하는 제2굴착부재(322)의 사이에 배치된다. 제3굴착부재(323)는 제2굴착부재보다 작은 직경을 갖도록 구비된다. 이에 따라 제3굴착부재(323) 제1굴착부재(321)와 제2굴착부재(322)의 자체적인 직경에 의한 틈새 공간을 메꾸어 줌으로써 보다 세밀한 굴착 작업이 수행되도록 할 수 있다.
제2구동부(400)는 본체부(100)에 설치되고, 굴착부(300)에 연결되어 회전구동력을 발생시킴으로써 굴착부(300)를 회전시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2구동부(400)는 본체부(100)의 내부에 설치되어 회전 구동력을 발생시키는 모터와, 모터의 출력축과 굴착부(300)의 굴착부몸체(310)에 연결되어 모터의 회전 구동력을 굴착부몸체(310)로 전달하는 동력전달부재를 포함할 수 있다.
진동발생부(500)는 굴착부(300)와 연결되도록 본체부(100)에 설치되고, 고압수에 의한 진동을 발생시켜 굴착부(300)를 전후 방향으로 왕복이동시킨다. 진동발생부(500)는 고압수의 흐름을 주기적으로 조절할 수 있도록 구성됨에 따라 고압수로 하여금 반복적으로 굴착부(300)에 외력을 가하도록 하여 굴착부(300)를 전후 방향으로 왕복이동시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴착부재와 진동발생부의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 진동발생부(500)는 공급부(510), 조절부(520), 배출부(530), 방진부(540)를 포함한다.
공급부(510)는 고압수를 굴착부재(310)의 내부로 공급할 수 있도록 구비된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 공급부(510)는 공급관(511), 압력조절부(512), 분기관(513)을 포함할 수 있다.
공급관(511)은 내부가 비어있는 관 형상으로 형성되고, 본체부(100) 외부에 구비되는 물공급부(미도시)로부터 고압수를 공급받는다.
압력조절부(512)는 공급관(511)에 연결되고, 공급관(511)으로부터 고압수를 전달받는다. 압력조절부(513)는 전달받은 고압수의 압력을 조절할 수 있도록 구비되어 후술하는 분기관(513)으로 설정 압력의 고압수를 공급한다. 압력조절부(512)는 후술하는 제어부(700)와 연결되어 실시간으로 고압수의 압력을 조절할 수 있다. 압력조절부(512)의 설정 압력은 분기관(513)의 직경, 굴착부(300)의 설계조건 등에 따라 다양한 값으로 설계변경이 가능하다.
분기관(513)은 일측이 공급관(511)에 연결되어 압력조절부(513)에 의해 일정한 압력으로 공급되는 고압수를 전달받고, 타측이 분기되는 형태로 형성되어 굴착부재(320)의 제1굴착부재(321), 제2굴착부재(322), 제3굴착부재(323)로 각각 고압수를 전달한다. 분기관(513)은 공급관(511)에 연결된 일측이 공급관(511)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이에 따라 분기관(513)은 굴착부재(320)의 회전동작에 간섭되지 않음과 동시에 굴착부재(320)로의 고압수 전달이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
조절부(520)는 공급부(510)에 연결되고, 굴착부재(320)의 내부에 배치되며, 공급부(510)로부터 공급받은 고압수를 설정 진동수로 분사시킨다. 조절부(520)는 고압수를 분사시키는 방향이 굴착부재(320)의 전방 내측면을 향하도록 배치된다. 이에 따라 조절부(520)는 굴착부재(320)의 굴착 방향과 고압수가 굴착부재(320)에 가하는 외력의 방향을 일치시킬 수 있다. 고압수가 분사되는 설정 진동수는 초당 약 15~20회 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 굴착부(300)의 설계조건 등에 따라 다양한 값으로 설계변경이 가능하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 조절부(520)는 공급부(510)의 분기관(513)과 굴착부재(320)의 내부를 연통시키도록 형성되며, 분기관(513)으로부터 굴착부재(320)로 흐르는 고압수의 흐름을 반복적으로 개폐시킬 수 있도록 구비된다. 이에 따라 조절부(520)는 전자신호에 유로를 개폐시키는 솔레노이드 밸브 또는 고압수를 주기적으로 분사시키는 워터젯 노즐 등을 포함할 수 있다.
배출부(530)는 굴착부재의 전방에 관통 형성되고, 상기 조절부와 연통되어 상기 고압수를 외부로 배출시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배출부(530)는 굴착부재(320)의 전방면을 수직하게 관통하는 홀의 형상으로 형성된다. 한편, 굴착부재(320)가 제1굴착부재(321), 제2굴착부재(322), 제3굴착부재(323)을 포함하는 경우, 배출부(530)는 제1굴착부재(321), 제2굴착부재(322), 제3굴착부재(323)의 전방면을 각각 관통하도록 형성된다. 배출부(530)는 굴착부재(320)의 전방면에 복수개로 구비될 수 있다. 배출부(530)의 단면형상은 원형의 형상 외에도 다각형 등 다양한 형상으로 설계변경이 가능하다.
방진부(540)는 굴착부재(320)에 연결되고, 조절부(520)가 고압수를 분사시킴에 따라 발생되는 진동을 흡수할 수 있도록 구비된다. 방진부(540)는 고무, 합성 수지 등 탄성의 재질을 포함함에 따라 굴착부재(320)의 진동을 탄성 변형에 의해 흡수할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방진부(540)는 링 형상을 갖도록 형성되어 굴착부재(320)와 굴착부몸체(310)의 사이에 연결된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정부와 제어부의 작동 순서를 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치(1)는 측정부(600), 제어부(700)를 더 포함할 수 있다.
측정부(600)는 고압수의 정보와 굴진면(2)의 정보를 측정할 수 있도록 구비된다. 탐사부(620)가 굴진면(2)의 정보를 측정할 수 있음에 따라 작업자는 보다 효율적이고 안전한 굴착 계획을 수립하기 용이하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 측정부(600)는 센서부(610), 탐사부(620)를 포함한다.
센서부(610)는 굴착부(300)에 가해지는 고압수의 압력을 측정한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부(610)는 진동발생부(500)에 연결되는 압력 센서의 형태로 형성된다. 센서부(610)는 복수개로 구비되어 공급부(510)의 공급관(511), 압력조절부(512), 분기관(513) 또는 조절부(520)에 각각 설치될 수 있다.
탐사부(620)는 굴진면(2)의 형상정보, 굴진면(2)의 재질정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 측정한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 탐사부(620)는 굴착부(300)의 굴착부재(310)의 전방에 설치되고 굴진면(2)의 형상을 촬영 할 수 있는 카메라모듈과, 굴착부재(310)의 전방에 설치되고 굴진면(2)의 전기비저항(electrical resistivity)을 측정하는 비저항센서를 포함할 수 있다.
제어부(700)는 측정부로부터 측정된 정보를 전달받아 제1구동부(200), 제2구동부(300), 및 진동발생부(500)의 작동을 제어한다. 제어부(700)는 측정부(600)로부터 전달받은 고압수와 굴진면(2)에 대한 데이터를 기입력된 데이터와 비교하며, 비교된 분석 결과를 바탕으로 제1구동부(200), 제2구동부(300), 및 진동발생부(500)의 작동 여부, 작동 강도 등을 조절할 수 있도록 구비된다. 이에 따라 제어부(700)는 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스등과 같은 장치를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치(1)의 작동을 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치의 작동상태를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴착부의 작동상태를 개략적으로 나타내는 정면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴착부재와 진동발생부의 작동상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 작업자는 굴착부(300)의 전면이 굴진면(2)과 마주보도록 본체부(100)를 배치시킨 상태에서 제1구동부(200)를 구동시킨다.
제1구동부(200)가 구동됨에 따라 본체부(100)는 굴진면(2)을 향해 전진하며 굴착부(300)를 굴진면(2)에 접촉시킨다. 제1구동부(200)는 굴착부(300)가 굴진면(2)을 굴착시킴에 따라 굴진면(2)과의 접촉이 유지되도록 본체부(100)를 굴착 작업동안 계속하여 전진시킨다.
이후 진동발생부(500)는 고압수에 의한 진동을 발생시켜 굴착부(300)를 전후 방향으로 왕복이동시킴에 따라 굴진면(2)을 굴착한다.
보다 구체적으로, 공급부(510)는 공급관(511)을 통해 고압수를 공급받고, 압력조절부(512)를 통해 고압수의 압력을 소정치로 유지시키며, 분기관(513)를 통해 소정 압력의 고압수를 조절부(520)로 공급한다.
이후 조절부(520)는 고압수의 흐름을 반복적으로 개폐시킴으로써 고압수가 설정 진동수로 굴착부재(320)의 전방 내측면을 향해 분사되도록 한다.
조절부(520)로부터 분사된 고압수는 굴착부재(320)의 전방 내측면을 타격함에 따라 굴착부재(320)를 전방으로 슬라이드 이동시키며, 이에 따라 굴착부재(320)의 전방면은 굴진면(2)을 타격하게 된다. 이후 굴착부재(320)는 굴진면(2)을 타격함에 따른 반발력과, 굴착부재(320)의 전방 내측면으로부터 반사되어 굴착부재(320)의 후방면을 타격하는 고압수에 의해 후방으로 슬라이드 이동된다.
이러한 과정은 조절부(520)가 설정 진동수로 고압수를 반복적으로 분사시킴에 따라 반복하여 진행된다. 이에 따라 굴착부재(320)는 굴진면(2)을 반복 타격함으로써 굴진면(2)을 파쇄할 수 있다.
이 경우, 굴착부재(320)와 굴착부몸체(310) 사이에 설치된 방진부(540)는 굴착부재(320)가 왕복이동됨에 따라 탄성변형되고, 탄성변형된 변형량만큼 굴착부재(320)가 굴착부몸체(310)에 가하는 진동을 감쇄시킨다.
한편, 굴착부재(320)의 전방 내측면으로 분사된 고압수의 일부는 배출부(530)를 통해 굴진면(2)으로 분사되며, 분사되는 압력에 의해 굴진면(2)을 추가로 파쇄한다.
상술한 진동발생부(500)에 의한 작동과 동시에, 제2구동부(400)는 회전 구동력을 발생시켜 굴착부몸체(310)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시킨다. 이에 연동되어 굴착부재(320)의 제1굴착부재(321), 제2굴착부재(322), 제3굴착부재(323)역시 회전되면서 굴진면(2)을 타격하는 위치가 연속적으로 변경된다. 이에 따라 굴착부재(320)는 도 6에 도시된 바와 같이 굴진면(2)의 면적 전체에 걸쳐 굴착 작업이 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 이러한 작동과정 전체에 걸쳐 측정부(600)의 센서부(610)는 고압수의 압력을 측정하고, 탐사부(620)는 굴진면(2)의 형상과 재질을 측정하여 측정된 데이터를 제어부(700)로 전달한다. 이후 제어부(700)는 전달받은 고압수와 굴진면(2)에 대한 데이터를 기입력된 데이터와 비교하며, 비교된 분석 결과를 바탕으로 제1구동부(200), 제2구동부(300), 및 진동발생부(500)의 작동 여부, 작동 강도 등을 조절한다.
상술한 내용에 따라 본 발명에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치는 굴진면 파쇄 능력을 충격 및 타격방식으로 대체함으로써 파쇄능력을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치는 굴착부가 왕복 이동됨과 동시에 회전 운동이 병행됨에 따라 굴진면 전체에 걸쳐 균일한 굴착 작업을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치는 마찰 굴착 방식에 비해 굴진면과의 접촉시간이 줄어듬에 따라 마찰에 의한 장비의 잦은 교체에 따른 비용과 인력을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치는 방진부에 의해 굴착부의 진동을 흡수할 수 있음에 따라 반복적인 진동에 의한 장비 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치는 고압수와 굴진면의 정보를 실시간으로 측정할 수 있음에 따라 보다 정확한 작업을 수행할 수 있으며, 잘못된 조작으로 인한 안전사고를 예방할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치 2 : 굴진면
100 : 본체부 110 : 이수순환유닛
200 : 제1구동부 300 : 굴착부
310: 굴착부몸체 320 : 굴착부재
321 : 제1굴착부재 322 : 제2굴착부재
323 : 제3굴착부재 400 : 제2구동부
500 : 진동발생부 510 : 공급부
511 : 공급관 512 : 압력조절부
513 : 분기관 520 : 조절부
530 : 배출부 540 : 방진부
600 : 측정부 610 : 센서부
620 : 탐사부 700 : 제어부

Claims (7)

  1. 본체부;
    상기 본체부에 연결되어 상기 본체부를 전진시키는 제1구동부;
    상기 본체부의 전방에 회전 가능하게 설치되고, 전후방향 이동 가능하게 구비되며, 굴진면을 반복 타격하여 굴착하는 굴착부;
    상기 본체부에 설치되고, 상기 굴착부에 연결되어 상기 굴착부를 회전시키는 제2구동부; 및
    고압수에 의한 진동을 발생시켜 상기 굴착부를 전후 방향으로 왕복이동시키는 진동발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 굴착부는,
    상기 본체부에 회전가능하게 결합되고, 상기 제2구동부에 연결되는 굴착부몸체;
    상기 굴착부몸체에 왕복 슬라이드 이동 가능하게 결합되고, 상기 진동발생부에 연결되어 상기 굴진면을 반복 타격하는 굴착부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 굴착부재는,
    상기 굴착부몸체의 중앙에 배치되는 제1굴착부재;
    상기 굴착부몸체의 원주방향을 따라 소정 간격 이격되어 배치되는 복수개의 제2굴착부재; 및
    이웃하는 상기 제2굴착부재의 사이에 배치되고, 상기 제2굴착부재보다 작은 직경을 갖도록 구비되는 복수개의 제3굴착부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 진동발생부는,
    상기 고압수를 상기 굴착부재의 내부로 공급하는 공급부;
    상기 공급부에 연결되고, 상기 굴착부재의 내부에 배치되며, 상기 굴착부재의 전방을 향해 상기 공급부로부터 공급받은 상기 고압수를 설정 진동수로 분사시키는 조절부;
    상기 굴착부재의 전방에 관통 형성되고, 상기 조절부와 연통되어 상기 고압수를 외부로 배출시키는 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 진동발생부는 상기 굴착부재에 연결되고, 상기 조절부가 상기 고압수를 분사시킴에 따라 발생되는 진동을 흡수하는 방진부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 고압수의 정보와 상기 굴진면의 정보를 측정하는 측정부; 및
    상기 측정부로부터 측정된 정보를 전달받아 상기 제1구동부, 상기 제2구동부, 및 상기 진동발생부의 작동을 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 굴착부에 가해지는 상기 고압수의 압력을 측정하는 센서부; 및
    상기 굴진면의 형상정보, 상기 굴진면의 재질정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 측정하는 탐사부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고수압 타격 TBM 터널 굴착 장치.
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