KR20220128884A - 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치 - Google Patents

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KR20220128884A KR1020210033613A KR20210033613A KR20220128884A KR 20220128884 A KR20220128884 A KR 20220128884A KR 1020210033613 A KR1020210033613 A KR 1020210033613A KR 20210033613 A KR20210033613 A KR 20210033613A KR 20220128884 A KR20220128884 A KR 20220128884A
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Abstract

본 발명은 지반을 굴착하지 않고 관을 밀어 넣는 비개착 압입 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치는 전면에 바이트가 형성되어 회전에 의해 지반을 분쇄하는 굴착 헤드(10); 상기 굴착 헤드(10)의 후단에 밀착 지지되는 제1 압입관(20); 상기 제1 압입관(20)의 후단에 밀착 지지되는 제2 압입관(30); 길이 방향으로 중공이 형성되고, 상기 제1 압입관(20)과 제2 압입관(30)의 중심을 관통하여 상기 굴착 헤드(10)에 회전력을 전달하는 주입 로드(40) 및 상기 주입 로드(40)의 길이 방향으로 나선을 형성하면서 감겨 있는 판상의 나선형 스크류(50)로 구성되는 비개착 압입 장치로서, 상기 제1 압입관(20)의 후단부 내측면에는 힌지(21)가 구비되고, 상기 제2 압입관(30)의 전단부 내측면에 조향 실린더(60)가 구비되며, 상기 조향 실린더(60)의 끝단이 상기 제1 압입관(20)에 구비된 힌지(21)에 회동 가능하게 결합되어, 상기 굴착 헤드(10) 및 제1 압입관(20)이 상기 제2 압입관(30)에 대해 상하좌우로 방향 전환 가능한 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치 {ON-EXCAVATIVE PIPE PRESS-FITTING APPARATUS CAPABLE OF CONTROLLING THE DIRECTION AND DISCHARGING SOIL}
본 발명은 지중에 관을 매설하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지반을 굴착하지 않고 관을 밀어 넣는 비개착 압입 장치에 관한 것이다.
가스관이나 수도관 등을 지중에 설치하기 위해서 종래에는 땅을 파고 관을 매설하는 방법을 사용하였으나, 지상에 대한 영향을 최소화하고 강바닥과 같이 땅을 파고 관을 설치할 수 없는 환경에서도 관을 설치하기 위하여 땅을 파지 않는, 즉 비개착 방식으로 관을 설치하는 공법이 적용되는 경우가 많아지고 있다.
대표적인 비개착 관 설치 공법은 작업구를 굴착한 후 관을 지중에서 압입(밀어 넣음)하는 비개착 압입 공법으로서, 강관을 압입함과 동시에 내부 토사를 반출하여 강관 내부에 작업공간을 확보한 후 선행 강관과 후행 강관(소정 길이의 강관을 계속 밀어 넣는 방식으로 작업이 수행된다)을 용접함으로써 하나의 관을 설치하는 방법이다.
그런데 관을 압입하는 도중 관의 진입 방향이 목표로 하는 방향에서 조금만 이탈하더라도 최종적으로 관의 선두가 위치하는 지점은 목표 지점과 큰 차이가 있기 때문에 관이 진입하는 방향을 유지하는 것은 매우 중요한데 이러한 방향 유지가 쉽지 않다는데 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 관의 선두 부분에서 방향을 조절할 수 있도록 한 장치가 도출되었고, ‘특허문헌 1’에 그 일례가 개시되어 있다. 도 1은 종래의 지중 배관 매설을 지원하는 배관 견인식 굴착기의 사용상태도이고, 도 2는 그 조향 구조를 도시한 것으로서, ‘특허문헌 1’에 개시된 장치는 터널을 굴착하는 굴착 모듈(1), 굴착 모듈(1)의 후방에 연결되어 배관 견인식 굴착기의 방향을 전환하는 조향 모듈(3), 조향 모듈(3) 후방에 연결되어 배관을 견인하는 견인 모듈(5)로 구성되고, 조향 모듈(3)의 하우징 내에 구비된 유압 실린더(7)가 굴착 모듈(1)의 방향을 전환함으로써 지중에서 굴착 방향을 조절할 수 있다.
그런데 종래의 배관 견인식 굴착기의 경우 조향 모듈(3)의 전면이 막혀 있어 장치가 지중을 굴착하면서 발생되는 토사를 굴착 모듈(1)의 만곡 영역을 따라 후방으로 주변을 압박하면서 진행할 수밖에 없고 따라서 굴착 속도가 낮은 문제점이 있다.
KR 10-2007176 B1 (2019. 7. 30.)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 압입 장치의 조향이 가능하면서 토사 배출이 용이한 비개착 압입 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 장치는 전면에 바이트가 형성되어 회전에 의해 지반을 분쇄하는 굴착 헤드; 상기 굴착 헤드의 후단에 밀착 지지되는 제1 압입관; 상기 제1 압입관의 후단에 밀착 지지되는 제2 압입관; 길이 방향으로 중공이 형성되고, 상기 제1 압입관과 제2 압입관의 중심을 관통하여 상기 굴착 헤드에 회전력을 전달하는 주입 로드 및 상기 주입 로드의 길이 방향으로 나선을 형성하면서 감겨 있는 판상의 나선형 스크류로 구성되는 비개착 압입 장치로서, 상기 제1 압입관의 후단부 내측면에는 힌지가 구비되고, 상기 제2 압입관의 전단부 내측면에 조향 실린더가 구비되며, 상기 조향 실린더의 끝단이 상기 제1 압입관에 구비된 힌지에 회동 가능하게 결합되어, 상기 굴착 헤드 및 제1 압입관이 상기 제2 압입관에 대해 상하좌우로 방향 전환 가능한 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치는 토사의 배토가 원활하면서도 압입 장치의 진행 방향을 조절할 수 있어 시공 시 오차가 생기더라도 신속하게 바로 잡을 수 있다.
또 토사를 압입관을 통해 작업구로 배출하기 때문에 장치가 진입할 때 저항력을 적게 받아 압입이 용이하다.
도 1은 종래의 지중 배관 매설을 지원하는 배관 견인식 굴착기의 사용상태도
도 2는 종래의 지중 배관 매설을 지원하는 배관 견인식 굴착기의 조향 구조도
도 3은 본 발명에 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치의 사시도 및 투시도
도 4는 본 발명에 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치의 측단면도
도 5는 본 발명에 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치의 사용상태도
도 6은 주입 로드가 분절되어 굴절이 가능한 실시형태의 사용상태도
도 7은 도 6의 A 부분 분리 사시도
이하에서는 본 발명에 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치의 사시도 및 투시도이고, 도 4는 본 발명에 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치의 측단면도이다.
본 발명에 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치는 굴착 헤드(10), 제1 압입관(20), 제2 압입관(30), 주입 로드(40), 나선형 스크류(50) 및 조향 실린더(60)로 구성된다.
굴착 헤드(10)는 전면에 바이트가 형성되어 회전에 의해 지반을 분쇄하는 구성요소로서, 회전력은 주입 로드(40)를 통해 전달된다. 즉, 작업구에 설치된 회전장치(미도시)로 주입 로드(40)를 회전시키면 주입 로드(40)와 일체로 결합되어 있는 굴착 헤드(10)가 회전된다.
굴착 헤드(10)는 토질에 따라 해머비트(11) 및 해머(13)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 지반이 점성토나 사질로 구성되어 있는 경우 회전하는 바이트로 쉽게 지반의 분쇄가 가능하지만 암반인 경우 바이트로 깎아내는 속도가 현저히 낮아진다(일반적인 장비의 경우 하루에 50㎝ 정도 굴착 가능하다). 따라서 암반을 분쇄할 필요가 있는데, 해머비트(11)가 구비된 경우 굴착 헤드(10)의 전방을 향하여 타격을 가함으로써 암반을 부술 수 있고, 압입 장치의 전진 속도를 현저히 높일 수 있다. 해머비트(11)가 구비되는 경우 해머비트(11)가 굴착 헤드(10)의 중심 전면에 노출되고 바이트가 형성된 절삭링(15)이 해머비트(11)를 링형으로 둘러싸는 구성이 된다.
해머(13)는 해머비트(11)의 후단과 주입 로드(40)에 결합된 나선형 스크류(50)의 전단 사이에 밀착하여 구비되고, 나선형 스크류(50)를 지지대로 삼아 해머비트(11)를 전방으로 타격한다.
제1 압입관(20)과 제2 압입관(30)은 본 발명에 따른 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치의 압입 대상이 되는 관으로서, 제1 압입관(20)이 굴착 헤드(10)의 후단에 밀착 지지되고, 제2 압입관(30)은 제1 압입관(20)의 후단에 밀착 지지된다. 즉, 제1 압입관(20)과 제2 압입관(30)은 장치의 구성요소인 동시에 지중에 매설되는 대상물이 되는 것이다. 본 발명에 따른 장치는 압입에 의해 관을 전진시키는바, 압입 시에는 제1 압입관(20)과 굴착 헤드(10), 제2 압입관(30)과 제1 압입관(20) 간에 직접적인 결합을 하지 않는다. 작업구에 구비된 유압 실린더(미도시)가 제일 후방의 압입관을 밀어 전방에 있는 압입관들{제2 압입관(30), 제1 압입관(20) 등}과 굴착 헤드(10) 전진시키고, 압입이 끝난 후에 압입관들을 용접 등의 방법으로 결합하여 전체 지중 관로를 완성하게 된다.
제1 압입관(20) 내부에서는 주입 로드(40)와 나선형 스크류(50)가 중심을 통과하여 굴착 헤드(10)와 결합되고, 제1 압입관(20)의 후단부 내측면에는 힌지(21)가 구비된다.
제1 압입관(20)의 후단 외주를 따라 링형 소켓(23)이 구비될 수 있다. 링형 소켓(23)은 단면이‘ㄱ’자형으로 형성되어 일단이 제1 압입관(20)의 둘레에 결합되고, 타단은 개방된 채로 제2 압입관(30) 방향을 향한다. 링형 소켓이 구비됨에 따라 제2 압입관(30)의 전단이 제1 압입관(20)의 후단에 어긋나지 않게 지지될 수 있다. 도 3 및 도 4에서는 링형 소켓(23)과 제1 압입관(20)의 외주 사이가 과장되게 넓게 도시되어 있으나 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 실제로는 제1 압입관(20)이 제2 압입관(30)에 대해 매우 작은 각도로 꺾일 수 있는 정도로만 이격된다.
제2 압입관(30)도 내부 중심을 주입 로드(40)와 나선형 스크류(50)가 통과하고, 전단부 내측면에 조향 실린더(60)가 구비된다. 조향 실린더(60)는 제1 압입관(20)을 제2 압입관(30)에 대해 상하좌우로 방향 전환할 수 있도록 4개가 구비되는 것이 일반적이나, 3개가 구비되더라도 조향이 가능하도록 할 수 있다. 먼저 조향 실린더(60)가 4개 구비되는 경우 상부 실린더(61, 이하 도면을 볼 때 왼쪽을 상부, 오른쪽을 하부, 지면을 뚫고 나오는 방향을 좌측, 지면을 뚫고 들어가는 방향을 우측으로 본다), 하부 실린더(63), 좌측 실린더(65), 우측 실린더{도 3 및 도 4에서는 좌측 실린더(65)에 가려져 도시되지 않음}의 끝단이 제1 압입관(20)에 구비된 힌지(21)에 회동 가능하게 결합된다.
조향 실린더(60)는 3개로 구성될 수도 있는데, 이는 3개의 실린더의 끝단을 연결했을 때 생기는 삼각형의 3개의 꼭짓점을 밀고 당기는 것으로 삼각형의 법선 방향을 조절할 수 있는 것과 같은 원리이다. 따라서 조향 실린더(60)가 3개로 구성되는 경우 3개의 조향 실린더는 일직선 위에 있지 않아야 한다. 예를 들면, 상부 실린더, 좌측 하부 실린더, 우측 하부 실린더의 3개 실린더로 조향 실린더를 구성할 수 있는 것이다.
주입 로드(40)는 제1 압입관(20)과 제2 압입관(30)의 중심을 관통하여 굴착 헤드(10)에 연결되는 관으로서, 길이 방향으로 중공이 형성되어 있어 중공을 통해 공기나 물, 기타 벤토나이트와 같은 유체를 주입할 수 있다. 이렇게 주입된 유체는 굴착 헤드(10)에 형성된 노즐 또는 굴착 헤드(10)가 해머비트(11)와 절삭링(15)으로 구성되는 경우 해머비트(11)와 절삭링(15) 사이의 공간을 통해 굴착 헤드(10) 전방으로 분사되어 지반 굴착이 용이하도록 한다.
나선형 스크류(50)는 주입 로드(40)의 길이 방향으로 나선을 형성하면서 감겨 있는 판상부재로서, 주입 로드(40)의 회전에 따라 토사가 나선형 스크류(50)를 따라 압입관의 후방으로 이송된다.
도 5는 본 발명에 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치의 사용상태도로서, 예를 들면 상부 실린더(61)를 고정하고 하부 실린더(63)를 신장함으로써 굴착 헤드(10)와 제1 압입관(20)이 제2 압입관(30)에 대해 상향으로 꺾이도록 할 수 있다. 도 5에서 주입 로드(40)의 꺾임은 과장된 것으로 실제로는 1 ~ 2m 직경의 관을 압입할 때라 하더도 하부 실린더(63)를 1㎝ 정도면 신장시키면 원하는 수준의 조향이 가능하다. 주입 로드(40)는 굴착 헤드(10)에 회전력을 전달해야 하기 때문에 강재로 형성되는데, 강재라 하더라도 위와 같은 수준의 굴곡이 불가능한 것은 아니므로 조향이 가능해진다.
주입 로드(40)가 방향을 전환하도록 할 수도 있다. 도 6은 주입 로드가 분절되어 굴절이 가능한 실시형태의 사용상태도이고, 도 7은 도 6의 A 부분 분리 사시도이다. 본 발명의 다른 실시형태에서는 주입 로드(40)를 제1 압입관(20)에 위치하는 제1 주입 로드(41)와 제2 압입관(30)에 위치하는 제2 주입 로드(43)로 분리 구성하고, 제1 주입 로드(41)와 제2 주입 로드(43)가 수기어(45)와 암기어(47)로 연결되도록 한다. 제1 주입 로드(41)와 제2 주입 로드(43)가 상하좌우로 꺾일 수 있어야 하므로, 수기어(45)와 암기어(47)는 도 7에 도시된 바와 같이 표면과 내면이 구형 또는 반구형으로 형성되어 제2 주입 로드(43)의 암기어(47)가 제1 주입 로드(41)의 수기어(45)를 밀면서 기어 결합을 통해 회전력을 전달할 수 있는 구조로 되어야 한다.
제1 압입관(20)에는 토사나 물의 유입을 제어할 수 있는 차수부(70)가 형성될 수 있다. 강바닥, 지하수 지반 등 지중에 물이 많은 지반에서 압입 작업을 할 경우 갑자기 물이 압입관을 통해 작업구로 쏟아져 나올 수 있고, 특히 토사와 함께 유동성이 높은 상태로 유입되면 작업이 중단됨은 물론 유입된 토사를 치우는 동안 시간과 자원을 소모해야 하는 문제점이 있다. 이러한 경우 일단은 토사나 물의 유입을 방지하여야 하는데, 이러한 방지수단으로 차수부(70)가 구비된다. 차수부(70)는 하부에 개방구(S)가 형성되고{하부에 개방구(S)가 형성되는 이유는 평상 시에 토사가 후방으로 잘 이송되기 위해서는 중력 방향이 개방되어 있어야 하기 때문이다} 제1 압입관(20) 내면을 가로막아 설치되는 고정 차수판(71)과 하부에 개방구(S)가 형성되고 주입 로드(40)에 결합되어 회전하는 회전 차수판(73)으로 구성된다. 이에 따라 평상 시에는 주입 로드(40)를 회전시키면서 회전 차수판(73)의 개방구(S)와 고정 차수판(71)의 개방구(S)가 겹치는 틈을 통해 토사를 후방으로 배출할 수 있고{주입 로드(40) 1회전 당 장치의 전진 길이가 매우 짧기 때문에 개방구(S)를 통해 충분히 토사가 배출된다}, 물이나 물과 섞인 토사가 유입되는 경우에는 회전 차수판(73)의 개방구(S)와 고정 차수판(71)의 개방구(S)가 겹치지 않게, 즉 물이나 토사가 유입되지 않는 상태에서 주입 로드(40)의 회전을 멈춤으로써 작업구의 훼손을 막으면서 후속 조치를 위한 시간을 벌 수 있다.
10 굴착 헤드 11 해머비트
13 해머 15 절삭링
20 제1 압입관 21 힌지
30 제2 압입관 40 주입 로드
41 제1 주입 로드 43 제2 주입 로드
45 수기어 47 암기어
50 나선형 스크류 60 조향 실린더
61 상부 실린더 63 하부 실린더
65 좌측 실린더 70 차수부
71 고정 차수판 73 회전 차수판

Claims (3)

  1. 전면에 바이트가 형성되어 회전에 의해 지반을 분쇄하는 굴착 헤드(10);
    상기 굴착 헤드(10)의 후단에 밀착 지지되는 제1 압입관(20);
    상기 제1 압입관(20)의 후단에 밀착 지지되는 제2 압입관(30);
    길이 방향으로 중공이 형성되고, 상기 제1 압입관(20)과 제2 압입관(30)의 중심을 관통하여 상기 굴착 헤드(10)에 회전력을 전달하는 주입 로드(40) 및
    상기 주입 로드(40)의 길이 방향으로 나선을 형성하면서 감겨 있는 판상의 나선형 스크류(50)로 구성되는 비개착 압입 장치로서,
    상기 제1 압입관(20)의 후단부 내측면에는 힌지(21)가 구비되고, 상기 제2 압입관(30)의 전단부 내측면에 조향 실린더(60)가 구비되며, 상기 조향 실린더(60)의 끝단이 상기 제1 압입관(20)에 구비된 힌지(21)에 회동 가능하게 결합되어, 상기 굴착 헤드(10) 및 제1 압입관(20)이 상기 제2 압입관(30)에 대해 상하좌우로 방향 전환 가능한 것을 특징으로 하는 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 굴착 헤드(10)가 굴착 헤드(10)의 중심 전면에 노출되는 해머비트(11) 및 바이트가 형성되어 상기 해머비트(11)를 링형으로 둘러싸는 절삭링(15)으로 구성되고,
    상기 해머비트(11)의 후단과 상기 주입 로드(40)에 결합된 나선형 스크류(50)의 전단 사이에 밀착하여 구비되어, 상기 나선형 스크류(50)를 지지대로 삼아 상기 해머비트(11)를 전방으로 타격하는 해머(13)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 압입관(20) 내부에 하부에 개방구(S)가 형성되고 상기 제1 압입관(20) 내면을 가로막아 설치되는 고정 차수판(71)과 하부에 개방구(S)가 형성되고 상기 주입 로드(40)에 결합되어 회전하는 회전 차수판(73)으로 구성되는 차수부(70)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치.


KR1020210033613A 2021-03-15 2021-03-15 방향 제어 및 배토가 가능한 비개착 압입 장치 KR20220128884A (ko)

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