KR20230038963A - 에어해머를 이용한 수평굴착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도시 기반 시설 확중을 위해 도로, 철도 등의 기존 구조물을 파괴 또는 변형시키지 아니하면서 비개착식으로 상,하수도관이나 통신관 등 대형관을 지중에 수평으로 압입 매설하는 수평굴착장치에 관련한 것으로 더욱 상세하게는 굴착성능이 우수한 에어해머로서 굴착하면서 관로를 매설하여 굴착 작업에 따른 시공시간을 단축과 굴착효율을 향상시키고 특히 추진장치의 선단에 굴착방향을 정방향으로 보정하는 편심링을 설치하여 수평굴착을 용이하게 한 에어해머를 이용한 수평굴착장치에 관한 것이다.

Description

에어해머를 이용한 수평굴착장치{the horizontal excavating apparatus using the air hammer}

본 발명은 도시 기반 시설 확중을 위해 도로, 철도 등의 기존 구조물을 파괴 또는 변형시키지 아니하면서 비개착식으로 상,하수도관이나 통신관 등 대형관을 지중에 수평으로 압입 매설하는 수평굴착장치에 관련한 것으로 더욱 상세하게는 굴착성능이 우수한 에어해머로서 굴착하면서 관로를 매설하여 굴착 작업 속도를 증진하여 시공시간을 단축과 굴착효율을 향상시키고 특히 추진장치의 선단에 굴착방향을 정방향으로 보정하는 방향 전환용 편심링을 설치하여 수평굴착을 용이하게 한 에어해머를 이용한 수평굴착장치에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 건축물과 구조물이 설치된 도심지 등에서 상하수도관이나 통신관을 매설하는 관로공사에는 추진장치의 헤드부에 의한 지반의 굴착과 파쇄로서 강관을 압입 추진하는 비개착식 공법이 사용된다.

이러한 관로공사에 사용되는 강관은 직경이 용도에 따라 200mm 이상의 다양한 크기가 매설되며, 시공길이는 10m에서 100m 이상되는 경우도 있다.

종래 수평으로 굴착하여 강관을 압입식으로 매설하는 공법은 고압 해머장치로 암반 또는 전석물을 직접 타격하여 압입시키면서 강관 내부의 흙을 외부로 배출시키는 공법과, 세미실드와 같은 굴착장치로서 지반을 굴착하면서 유압모터의 회전으로 강관을 전진시켜 압입시키는 공법이 있다.

그러나 강관을 직접적으로 타격하여 압입하는 방식은 소음과 진동이 심하고 암반 노출시 시공이 불가능하며, 유압식은 소음과 진동이 적고 암반구간의 시공이 가능하나 암반에 따라 암반을 직접 타격하여 굴착해야 하는 문제점이 있다. 특히 강관의 직경이 큰 경우에는 인력이 투입되어 암반을 타격하게 되나 직경이 작은 강관의 경우에는 인력이 투입될 수 없어 암반작업을 할 수 없고 인력에 의한 토사배출작업을 할 수 없을 뿐 아니라 굴착속도가 느리고 안전사고에 노출되는 문제점이 있었다.

또한, 강관을 직접 타격하지 않고 해머로서 암반을 파쇄하고 굴착하면서 강관을 추진장치로 압입하는 해머굴착 방법도 있으나, 이는 암반 파쇄효과가 우수한 해머에 의해 굴착효율이 높은 반면에 해머로서 타격시 해머와 연결되어 압입되는 강관이 타격충격과 진동에 의해 이를 감쇄하는 베어링과 함께 충격을 극복하지 못하고 쉽게 파손되는 등의 여러 가지 문제로 해머에 의한 굴착 시공이 용이하지 않는 단점이 있다.

그리고 수평굴착의 경우 수직으로 굴착하는 것과는 달리 추진하는 과정에서 추진장치가 선단의 무게 하중과 지중의 토질의 변화 및 암반 등의 장애 요인에 의해 정해진 경로를 이탈하게 되어 수시로 굴착방향을 보정하는 번거로운 작업이 수반되는 등 수평굴착의 어려움이 많았다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 해머를 이용한 수평굴착공법으로 강관을 매설하되 해머와 연결되는 선단의 추진강관을 해머와 분리시켜 해머의 진동이 강관에 전달되지 않도록 하면서 해머의 추진에 의해 강관이 수동적으로 견인되어 전진할 수 있게 한 에어해머를 이용한 수평굴착장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 굴착이 정해진 경로를 벗어날 때 방향을 조정하여 보정할 수 있는 방향 전환용 편심링을 설치한 에어해머를 이용한 수평굴착장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 에어공급통로, 에어배출통로, 토사배출공, 굴착비트를 선단에 각각 형성하고 에어로서 회전 타격하여 굴착하는 해머본체와, 상기 해머본체에 수평으로 연결되어 후방의 추진장치에 의해 추진되는 강관으로 이루어진 통상의 수평굴착장치에 있어서, 해머본체와 분리된 선도 강관의 선단 내주면에 해머본체의 외주면 단입부의 길이보다 좁은 폭으로서 플랜지의 단턱에 걸리는 걸림돌부가 환설되어 해머본체의 굴착 전진시 플랜지가 걸림돌부를 견인하여 해머본체와 분리 설치된 강관을 이끌고 추진되도록 구성됨을 특징으로 하는 에어해머를 이용한 수평 굴착장치를 제공한다.

또한, 해머본체는 강관의 내부에 들어갈 수 있는 직경의 규격으로 이루어지되 해머본체의 선단 외주면에 강관보다 큰 직경으로서 선단에 굴착비트를 설치한 헤드캡이 해머본체의 외주면의 요입부에 조립되어 강관의 직경보다 큰 굴착공을 굴착할 수 있게 함을 특징으로 한다.

또한, 선도 강관의 선단 외주면에 해머가 정해진 경로로 정방향 굴착되어 추진되도록 유도함과 동시에 이탈된 경로를 보정하는 방향 전환용 편심링이 관착됨을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명은 선단의 추진강관이 해머와 분리된 상태에서 해머의 추진에 의한 수동적인 견인으로 압입되므로 해머의 타격시 진동이 전달되지 않아 강관이나 추진장치의 파손을 방지할 수 있어 해머에 의한 수평굴착을 용이하게 하고 편심링에 의한 보정장치로서 선단 조정이 가능하여 굴착방향을 쉽게 보정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 전체 예시도
도 2는 본 발명의 요부 단면도
도 3은 본 발명의 분해 단면도
도 4는 본 발명의 해머의 개략도
도 5는 도 3의 "가-가"선 단면도
도 6은 도 4의 "나-나"선 단면도
도 7은 해머의 정면도
도 8은 본 발명이 적용된 수평굴착장치의 실시예시도

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 불필요한 기술 내용에 대해서는 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확한 전달을 위해 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 전체 예시도이고, 도 2는 본 발명의 요부 단면도이며, 도 3은 본 발명의 분해 단면도이고, 도 4는 본 발명의 해머의 개략도이며, 도 5는 도 3의 "가-가"선 단면도이고, 도 6은 도 4의 "나-나"선 단면도이며, 도 7은 해머의 정면도이고, 도 8은 본 발명이 적용된 수평굴착장치의 실시예시도이다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 에어해머를 이용한 수평굴착장치는, 에어공급통로(1), 에어배출통로(2), 토사배출공(3), 굴착비트(4)를 선단에 각각 형성하고 에어로서 회전 타격하여 굴착하는 해머본체(10)와, 상기 해머본체(10)에 수평으로 연결되어 후방의 추진장치(20)에 의해 추진되는 강관(30)으로 이루어진 통상의 수평굴착장치에 있어서, 상기 해머본체(10)는 강관(30)의 내부에 들어갈 수 있는 직경의 규격으로 이루어지되 해머본체(10)의 선단 외주면에 강관(30)보다 큰 직경으로서 선단에 굴착비트(4)를 설치한 헤드캡(11)이 해머본체(10)의 외주면의 요입부에 끼워져 조립되고, 상기 해머본체(10)에 연결되는 선도 강관(30)의 선두 영역의 외주면에는 해머가 정해진 경로로 정방향 굴착되어 추진되도록 유도함과 동시에 이탈된 경로를 보정하는 방향 전환용 편심링(40)이 관착되며, 선도 강관(30)의 선단 내주면에는 해머본체(10)의 외주면 단입부(12)의 길이보다 좁은 폭으로서 플랜지(13)의 단턱(14)에 걸리는 걸림돌부(15)가 환설되어 해머본체(10)의 굴착 전진시 플랜지(13)가 걸림돌부(15)를 견인하여 해머본체(10)와 분리 설치된 강관(30)을 이끌고 추진되도록 구성됨을 특징으로 한다.

일반적으로 수평굴착은 굴착구간의 단부에 작업구를 수직으로 굴착하여 이에 반력대와 레일을 설치하고, 상기 반력대에 유압실린더와 피스톤 등으로 이루어진 추진장치(20)가 지지 설치되어 해머본체(10)의 회전커팅과 추진장치(20)의 추진에 의해 해머본체(10)에 연결된 강관(30)을 압입하고 강관(30)이 압입되면 후방에 다른 강관(30)을 순차적으로 연결하는 방법으로 관로를 형성하게 되는 데, 여기서 본 발명의 특징은 해머와 강관(30)이 종래와 같이 베어링으로 연결되지 않고 분리되어 해머의 타격과 회전 커팅 등으로 굴착이 진행될 때 해머의 진동과 충격이 강관(30)에 직접적으로 전달되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하며, 또 해머의 굴착시 정해진 경로를 이탈하지 않도록 편심링(40)을 선단에 설치한 것을 특징으로 하는 것으로 보다 구체적으로 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 해머본체(10)는 강관(30)의 내부에 들어갈 수 있는 직경의 크기로서 이루어지지만 선단부에 강관(30)보다 큰 직경의 굴착비트(4)가 부착된 헤드캡(11)이 설치되어 굴착시 강관(30)의 직경보다 큰 크기의 굴착공을 굴착할 수 있게 됨으로써 강관(30)을 추진할 수 있게 되는 데 이때 선도 강관(30)의 내부에 설치된 헤머본체는 선도 강관(30)과 분리 설치되어 있으므로 해머의 회전 커팅과 타격시 진동이 직접적으로 강관(30)에 전달되지 않게 된다.

이같이 해머본체(10)와 분리된 선도 강관(30)은 도 2에 도시된 바와 같이 선단 내주면에 해머본체(10)의 외주면에 형성된 단입부(12)에 위치되어 플랜지(13)의 단턱(14)에 걸리는 걸림돌부(15)가 환설되어 있으므로 해머가 지반의 굴착과 함께 후방의 추진장치(20)에 의해 전진되면 선도 강관(30)의 걸림돌부(15)가 플랜지(13)의 단턱(14)에 걸리면서 선도 강관(30)을 강제로 이끌고 견인하게 되므로 선도 강관(30)은 조금씩 앞으로 전진되어 압입되는 과정을 되풀이하게 되는데, 여기서, 선도 강관(30)의 걸림돌부(15)의 폭은 해머본체(10)의 단입부(12)의 길이보다 작은 크기로 형성되어 있으므로 단입부(12)의 여유 길이만큼 해머가 지반을 굴착시 선도 강관(30)과 분리되어 독립적으로 왕복운동이 이루어짐에 따라 해머의 타격 충격과 진동이 강관(30)에 직접적으로 전달되지 않게 된다.

따라서 해머와 강관(30)을 베어링에 의해 분리 회전되도록 직접적으로 연결하여 해머의 타격 충격이 강관(30)에 베어링에 의해 직접 전달되어 베어링의 파손은 물론 강관(30) 및 추진장치(20)의 손상을 가하는 종래의 구조와 같은 문제를 발생시키지 않고 지반을 해머로서 효율적으로 굴착할 수 있게 되는 것이다.

통상적으로 세미실드머신 등을 이용하는 수평굴착은 수직굴착과는 달리 굴착과정에서 굴착 선두부분이 지중의 토질변화, 암반이나 장애물, 또는 자중에 의해 정해진 경로를 상하 좌우로 이탈하게 되는 경우가 발생하게 된다.

레이저 측량 등의 방법으로 굴착이 정해진 경로를 이탈하게 되면 실드머신의 선두에 설치된 실린더로서 방향을 조정하게 되는 데 강관(30)이 소구경인 경우 또 본 발명과 같이 해머로서 굴착하는 경우 실린더 등에 의한 경로 보정은 용이하지 않다.

본 발명은 이와 같은 문제를 상기 해머본체(10)와 분리 연결되는 선도 강관(30)의 선단 외주면에 방향 전환용 편심링(40)을 관착하여 해결하고 있는바, 편심링(40)은 선도 강관(30)의 선단 외주면에 관착된 상태에서 편심에 의해 굴착방향을 조정하는 것으로 도 5와 같이 링의 두께가 전체적으로 동일하지 않고 일측에서 타측을 향해 점진적으로 두꺼워지도록 형성되어 있으므로 중심이 일정하지 않고 편심되어 방향의 조정이 가능하다. 이를 설치할 때에는 두꺼운 부분이 강관(30)의 하부에 있도록 체결하게 되면 강관(30)은 두꺼운 부분에 의해 강관(30)이 밑으로 쳐지지 않고 직진방향으로 조정되고 또 굴착방향이 좌측이나 우측으로 치우쳐 진행하게 되면 강관(30)을 회전시켜 방향 전환용 편심링(40)의 위치를 변동시키면 두께의 차이에 따라 단면이 받게 되는 압입 저항력에 의해 굴착방향이 바뀌게 되므로 선도 강관(30)의 진행방향이 정방향을 이탈할 경우 상하, 좌우로 쉽게 조정하여 보정할 수 있다.

또한, 본 발명은 해머본체(10)가 강관(30)의 직경보다 작은 크기로서 강관(30)의 내부에 설치되고 그 선단에 강관(30)보다 큰 직경의 헤드캡(11)이 체결되므로 해머 굴착시 강관(30)의 직경보다 큰 직경의 굴착공을 뚫을 수 있게 되고 굴착작업의 완료시 헤드캡(11)을 해머본체(10)로부터 분리하게 되면, 해머본체(10)를 강관(30)을 통해 반출할 수 있으므로 도달구를 작게 형성할 수 있는 이점이 있다.

1 : 에어공급통로 2 : 에어배출통로 3 : 토사배출공 4 : 굴착비트 10 : 해머본체 11 : 헤드캡 12 : 단입부 13 : 플랜지 14 : 단턱 15 : 걸림돌부 20 : 추진장치 30 : 강관 40 : 편심링

Claims (3)

1. 에어공급통로(1), 에어배출통로(2), 토사배출공(3), 굴착비트(4)를 선단에 각각 형성하고 에어로서 회전 타격하여 굴착하는 해머본체(10)와, 상기 해머본체(10)에 수평으로 연결되어 후방의 추진장치(20)에 의해 추진되는 강관(30)으로 이루어진 통상의 수평굴착장치에 있어서, 해머본체(10)와 분리된 선도 강관(30)의 선단 내주면에 해머본체(10)의 외주면 단입부(12)의 길이보다 좁은 폭으로서 플랜지(13)의 단턱(14)에 걸리는 걸림돌부(15)가 환설되어 해머본체(10)의 굴착 전진시 플랜지(13)가 걸림돌부(15)를 견인하여 해머본체(10)와 분리 설치된 강관(30)을 이끌고 추진되도록 구성됨을 특징으로 하는 에어해머를 이용한 수평 굴착장치.
2. 제 1 항에 있어서, 해머본체(10)는 강관(30)의 내부에 들어갈 수 있는 직경의 규격으로 이루어지되 해머본체(10)의 선단 외주면에 강관(30)보다 큰 직경으로서 선단에 굴착비트(4)를 설치한 헤드캡(11)이 해머본체(10)의 외주면의 요입부에 조립되어 강관(30)의 직경보다 큰 굴착공을 굴착할 수 있게 함을 특징으로 하는 에어해머를 이용한 수평 굴착장치.,
3. 제 1 항에 있어서, 선도 강관(30)의 선단 외주면에 해머가 정해진 경로로 정방향 굴착되어 추진되도록 유도함과 동시에 이탈된 경로를 보정하는 방향전환용 편심링(40)이 관착됨을 특징으로 하는 에어해머를 이용한 수평 굴착장치.

Images