KR910002231B1 - 쉬일드형 터널굴착기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

쉬일드형 터널굴착기

제1도는 본 발명에 따르는 쉬일드 추진장치의 종단면도.

제2도는 제1도의 2-2선에 따른 축소단면도.

제3도는 제1도의 3-3선의 방향에서 본 축소 끝부면도.

본 발명은 쉬일드형 터널굴착기에 관한 것으로 특히, 관추진공법(管推進工法)에서의 사용에 적합한 쉬일드형 터널굴착기에 관한 것이다.

종래, 관추진공법에서는 추진되는 다수의 관의 최전방부에 쉬일드형 터널굴착기가 배치된다. 이 터널굴착기에 설치된 로타리커터헤드안에 수갱내(竪坑內)에 설치되며 최후방부의 관에 인접하는 추진잭에 의하여 상기관 및 그 전방의 터널굴착기에 추진력이 이미게되며, 이렇게하여 양자는 상기 커터헤드의 작동에 의하여 굴착된 지반속으로 추진된다.

상기 로타리커터헤드는 쉬일드본체의 내부를 가로지르는 격벽의 전방에 이 격벽으로부터 간격을 두고 배치되어 있으며, 상기 터널굴착기 및 관으로 추진하는 동안 굴착현장에서의 굴착물은 상기 커더헤드를 통과하여 이 커터헤드와 격벽 사이의 격벽의 전방역(前方域)으로 들어가며 또한 이 격벽의 전방역을 가득차게 한다. 상기 격벽의 전방역을 가득차게한 굴착물은 굴착현장의 토압을 쉬일드본체의 격벽에 전달하고 또 이 격벽에 의한 반력을 굴착현장에 전달하는 작용을 하여 이 반력과 토압의 균형에 의하여 굴착현장은 붕괴 또는 융기(隆起)없이 안정하게 유지된다.

종래 굴착물은 상기 격벽의 전방역내에서 커터헤드와 함께 회전되며 격벽하부에 설치된 스크류컨베이어와 같은 토사배출수단에 의하여 상기 격벽의 후방으로 배출되어 왔으나, 회전되는 굴착물과 상기 격벽사이에 큰 마찰력이 작용하여 상기 커터헤드의 회전에 큰 회전력을 필요로 하였다. 그 때문에 커터헤드의 구동장치의 소형화에 지장을 주고 추진공법용의 쉬일드형 터널굴착기의 소형화 즉, 쉬일드본체의 소경화를 곤란하게 하여왔다.

굴착물과 상기 격벽사이의 마찰력의 경감을 특히 모래자갈지반에서의 굴착, 추진에 있어서 고려되어야 하겠으나, 이때문에 종래 실시되는 효과적인 마찰경감방법은 굴착현장에 고농도의 가압진흙물로 하여금 그 안정을 도모하며 또한 굴착물에 유동성을 주게한 예가 있다. 그러나 이 가압진흙물의 사용은 후에 굴착물 혼입의 진흙물 처리를 필요로 하고 특히 그 처리에는 설비, 경비등의 문제가 있다. 덧붙여서 상기 마찰력은 격벽 전방역을 가득차게한 굴착물에 미치게되는 압력에 비례하여 증대하므로, 이 마찰력을 적게하는데는 이압력을 될수있는대로 낮게할 필요가 있다. 그러나 굴작현장의 안정을 위하여 이 굴착물에 작용하는 압력을 굴착현장 지반의 주작용 토압보다 낮게하는 것은 불가능하므로 진흙물에 의한 윤활작용에 의하여 사이 마찰력을 경감하는 것에는 자체한계가 있었다.

본 발명의 목적은 굴착물을 격벽과 커터헤드사이의 격벽의 전방역내에서 커터헤드와 함께 회전시키는 것에 의해서 발생하여온 상기 격벽과 굴착물 사이에 작용하는 마찰력을 경감하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 연약지반으로부터 경질지반에 이르는 광범위한 지반에 사용가능한 쉬일드형 터널굴착기를 제공하는 것에있다.

본 발명에 따른 쉬일드형 터널굴착기는 내경이 거의 일정하거나 또는 뒷쪽으로 향하여 점차로 작아지는 앞부분을 가지는 쉬일드본체와 상기 앞부분의 뒷쪽에서 상기 쉬일드본체를 가로질러서 설치된 격벽과 이 격벽에 회전가능하게 지지된 크랭크축으로서, 이 격벽의 뒷쪽에 설치된 구동장치에 연결된 한 끝부 및 상기 격벽의 앞쪽으로 뻗은 다른 끝부를 가지는 크랭크축과 이 크랭크축의 상기 다른 끝부에 회전가능하게 지지되며 또한 상기 쉬일드본체의 앞부분에 배치된 원뿔형 흑은 원뿔대형의 로타리헤드와 이 로타리헤드를 강제 회전시키는 치차기구로서 상기 격벽 및 로타리헤드의 한쪽에 고정된 내측치차와 그의 다른쪽에 고정된 외측치차를 포함하는 치차기구와 상기 격벽의 전방역으로부터 후방역으로 굴착물을 배출하는 수단을 포함한다.

또한 본 발명에 따른 쉬일드형 터널굴착기는 내경이 뒷쪽으로 향하여 점차로 작아지는 앞부분을 가지는 쉬일드본체와 상기 앞부분의 뒷쪽에서 상기 쉬일드본체를 가로질러서 설치된 격벽과 이 격벽에 회전가능하게 지지된 크랭크축으로서, 이 격벽의 뒷쪽에 설치된 구동장치에 연결된 한끝부 및 상기 격벽의 앞쪽으로 뻗은 다른끝부를 가지는 크랭크축과 크랭크축의 상기 다른끝부에 회전가능하게 지지되며 또한 상기 쉬일드본체의 앞부분내에 배치된 원기둥형의 로타리헤드와 이 로타리헤드를 강제회전시키는 치차기구로서, 상기 격벽 및 로타리헤드의 한쪽에 고정된 내측치차와 그의 다른쪽에 고정된 외측치차를 포함하는 치차기구와 상기 격벽의 전방역으로부터 후방역으로 그 굴착물을 배출하는 수단을 포함한다.

본 발명에 의하면 선회운동 및 그 선회의 방향과는 반대방향으로 회전운동하는 로타리헤드와 쉬일드본체의 전체부분의 내주면이 그들사이에 받아들인 굴착물을 압일

(歷密)하며 또한 직선적으로 이동시켜 배출구로 인도하기 때문에 이 굴착물과 쉬일드본체의 격벽이나 다른 부분사이의 작용하는 마찰을 적게할 수가 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 쉬일드형 터널굴착기(10)는 제1도에 도시한 바와 같이 앞부분

(12a), 중간부분(12b) 및 뒷부분(12c)을 가지는 쉬일드본체(12)와 이 쉬일드본체(12)의 암부분(12a)내의 공간(14)에 배치된 대략원뿔형의 로타리헤드(16)를 포함한다. 터널굴착기(10)가 관추진공법에 사용되는 경우, 당업자에 주지된 바와 같이 쉬일드본체(12)의 뒷쪽에 다수의 강철제 또는 콘크리트제의 다수의 관(도시하지 않음)이 연결되며 그리고 그 뒷쪽에 이들에 추진력을 미치게하는 수갱내에 배치된 액압잭(도시하지 않음)이 연결된다.

쉬일드본체(12)의 앞부분(12a)은 뒷쪽으로 향하여 점차로 작아지는 내경을 가지는 그 내주면(18)은 공간(14)을 감싼다. 쉬일드본체(12)의 앞부분(12a) 뒷쪽의 중간부분(12b)에 쉬일드본체(12)를 가로지르는 격벽(12)을 구비한다. 쉬일드본체(12)는 또 그 중간부분(12b)에서 격벽(20)의 배후에 다수의 방향수정잭(22)(제1도에는 그 하나만을 도시함)이 배치되어 있다.

로타리헤드(16)를 지지하며 또한 이것에 편심운동을 일으키게하기 위한 크랭크축(24)이 설치되어 있다.

이 크랭크축(24)의 한끝부측의 축부분(25a)은 격벽(20)에 착설된 칼라(26)에 장착된 한쌍의 구름베어링(28)에 지지되어 있다. 또 축부분(25a)은 브래키트(29a)를 거쳐서 격벽(20)에 볼트(29b)로 고정된 전동기 및 감속기를 포함한 구동기구(30)의 출력축(31)에 키이로 고정되어 있다.

또한편, 크랭크축(24)의 다른끝부측의 축부분(25b)은 로타리헤드(16)에 장착된 한쌍의 구름베어링(32)을 거쳐서 로타리헤드(16)를 지지하고 있다. 크랭크축(24)은 그 축부분(25a)과 축부분(25b)사이에 e의 편심량(제1도 및 제2도 참조)을 가지고 있다.

격벽(20)의 아래쪽부분에 이 격벽을 관통하는 한쌍의 관(34)(36)이 착설되어 있다. 이들의 관(34)(36)은 어느것도 격벽의 앞쪽으로 향하여 열려있으며 쉬일드본체의 중간부분(12b)내의 격벽(20)의 앞쪽에 형성된 수용실(38)에 연통되어 있다. 관(34)은 물이나 진흙물과 같은 액체를 격벽(20)의 앞쪽으로 공급하기 위한 액체공급관이며 관(36)은 지반속의 남아있는 물이나 토사등의 굴착물을 격벽앞쪽에 공급된 액체와 함께 배출하기 위한 배출관이다. 굴착물의 배출은 이 액체수송의 예에 대신으로 공지의 스크류컨베이어에 의할수도 있다.

격벽(20)에 내측치차(40)가 또 로타리헤드(16)에 내측치차(40)에 치합하는 외측치차(42)가 각각 착설되어 있다. 도시예에서는 내측치차(40)는 플랜지(43)를 가지는 원통부재(44)의 내주면에 착설되어 있다. 이 원통부재(44)는 플랜지(43)를 관통하는 볼트(46)에 의하여 격벽에 고정되어 있다. 또 한편 외측치차(42)는 플랜지(47)를 가지는 원통부재(48)의 외주면에 착설되어 있다. 이 원통부재(48)는 플랜지(47)를 관통하는 볼트(50)에 의하여 로타리헤드(16)에 고정되어 있다. 구동기구(30)에 의하여 회전되는 크랭크축(24), 내측치차(40) 및 외측치차(42)는 유성치차기구를 구성한다. 로타리헤드(16)는 크랭크축(24)이 회전될때 편심선회운동하고 동시에 내측치차(40)와 외측치차(42)의 치합에 의하여 강제적으로 회전된다. 이때의 로타리헤드(16)의 회전방향은 크랭크축(24)의 회전방향과는 반대방향이다. 로타리헤드(16)의 상기 편심선회운동은 크랭크축(24)의 축부분(25a)의 축선 둘레의 공전(公轉)이며 또 로타리헤드(16)의 상기 회전은 그 자체의 축선을 회전중심으로 하는 자전(自轉)이다.

로타리헤드(16)는 제1도 및 제2도에서와 같이 그 선단부분에 고정된 커터조립체(60)를 구비하고 있다. 커터조립체(60)는 도시예에서는 로타리헤드(16)로부터 방사상(放射狀)으로 배치된 다수의 스포우크(62)와 각 스포우크위에 설치된 다수의 비트 또는 칩(64)을 포함한다. 상기예에 대신으로 적어도 한개의 슬리트를 가지는 원판과 상기 슬리트로부터 앞쪽으로 돌출하는 다수의 비트 또는 칩을 포함하는 그 자체공지의 커터조립체(도시하지 않음)를 설치할 수도 있다. 커터조립체(60)는 터널굴착기(10)가 연약지반에 사용될 경우는 불필요하며 미리 분리시켜 둘수가 있다. ·

로타리헤드(16)의 굴착물, 특히 자갈을 파쇄하는 기능을 높이기 위하여 쉬일드본체의 앞부분(12a)의 내주면(18) 및 로타리헤드(16)의 외주면(17)에 각각 첨단(尖端)을 가지는 다수의 돌기(66)(68)가 설치되어 있다. 이들의 돌기(66)(68)는 상기 내주면(18) 및 외주면(17)의 주방향으로 연속적으로 또는 단속적으로 설치할 수 있으며 또 나선상으로 연속적으로 또는 단속적으로 설치할 수 있다.

터널굴착기(10)에는 로타리헤드(16)와 격벽(20)사이를 밀폐하기 위한 시일장치(70)가 설치되어 있다. 시일장치(70)는 링(72)과 코일스프링(74)을 포함한다. 링(72)은 로타리헤드(16)의 뒷쪽으로 개방된 내주홈(75)내에서 원통부재(48)의 외주에 배치되어 있으며 링(72)을 원통부재(44)의 끝부면(端面)을 향하여 눌러밀고 양자간에 시일효과를 달성하고 있다. 상기 시일장치(70)에 의하면 링(72) 및 원통부재(44)가 그들의 접촉역(接觸域)에서 마모하여도 스프링(74)에 의하여 링(72)은 항상 원통부재(44)를 눌러 밀고 있으므로 양자간에 원하는 시일효과를 연속적으로 유지할 수 있다. 도시예에 대신으로, 상기 시일장치의 링을 격벽(20)측으로 배치하여 이 링과 원통부재(48)사이에서 시일효과를 달성하게 하여도 좋다. 어느예에 있어서도 링(72)과 원통부재(44)사이에는 오일 바스(80) 에 저장된 윤활유가 통로(82),(84),(86),(88), 베어링 (28), 통로(90)를 거쳐서 공급된다.

도시예에서는 쉬일드본체(12)는 내경이 뒷쪽으로 향하여 점차로 작아지는 앞부분(12a)을 가지며 이 앞부분내에 배치된 로타리헤드(16)는 대략 원뿔형으로 되어있으나, 이 원뿔형의 로타러헤드에 대신으로 원뿔대형 또는 원기둥형의 로타리헤드를 사용할 수가 있다. 또 로타리헤드를 원뿔형 또는 원뿔대형으로 할 경우 쉬일드본체의 내경을 대략 일정하게 할 수도 있다.

터널굴착기(10)의 작동을 설명하는네 구동기구(30)에 의하여 크랭크축(24)이 회전되면 로타리헤드(16)는 쉬일드본체(12)의 중심으로부터 e만큼 편심하여 선회운동된다. 이 선회방향은 크랭크축(24)의 회전방향과 같다. 로타리헤드(16)가 선회함에 따라 로타리헤드(16)에 고정된 외측치차(42)와 격벽(20)에 고정된 내측치차(40)와의 치합부위에 순차적으로 이동하므로 로타리헤드(16)는 크랭크축(24)의 축부분(25b)을 중심으로하여 크랭크축(24)과는 반대방향으로 회전하게 된다. 이 상태에서 추진잭(도시하지 않음)에 의하여 콘크리트관의 뒷쪽으로부터 추진력을 받게되면 터널굴작기(10)는 전진하여 굴착현장에서 굴착되며 쉬일드본체(12)내에 받아들인 토사와 같은 굴착물은 로타리헤드(16)와 쉬일드본체(12)사이에서 압밀되며 또한 뒷쪽으로 보내진다. 이와같이하여 수용실(38)에 다달은 굴착물은 관(36)을 통과하여 격벽(20)의 뒷쪽으로 배출된다.

본 발명에 의하면 선회운동 및 그 선회방향과는 반대방향으로 회전운동하는 로타리헤드와 쉬일드본체의 전부분의 내주면이 그들의 사이에 받아들인 굴착물을 압밀하며 또한 직선적으로 이동시켜 배출구로 인도하므로 이 굴착물과 쉬일드본체의 격벽이나 다른 부분사이에 작용하는 마찰을 적게할 수가 있다. 따라서 로타리헤드나 커터조립체를 회전시키기 위하여 비교적 소형의 구동장치를 사용할 수가 있으며 본 발명을 관추진공법용의 쉬일드형 터널굴착기에 적용할때는 그 소형화 즉, 쉬일드본체의 소형화를 실현하는 것이 가능하게 된다.

Claims (6)

1. 내경이 거의 일정하거나 또는 뒷쪽으로 향하여 점차로 작아지는 앞부분을 가지는 쉬일드본체와 상기 앞부분의 뒷쪽에서 상기 쉬일드본체를 가로질러서 설치된 격벽과 이 격벽에 회전가능하게 지지된 크랭크축으로써, 이 격벽의 뒷쪽에 설치된 구동기구에 연결된 한끝부 및 상기 격벽의 앞쪽으로 뻗는 다른끝부를 가지는 크랭크축과 이 크랭크축의 상기 다른 끝부에 회전가능하게 지지되며 또한 상기 쉬일드본체의 앞부분내에 배치된 원뿔형 혹은 원뿔대형의 로타리헤드와 이 로타리헤드를 강제회전시키는 치차기구로서, 상기 격벽 및 로타리헤드의 한쪽에 고정된 내측치차와 그의 다른쪽에 고정된 외측치차를 포항하는 치차기구와 상기 격벽의 전방역으로부터 후방역으로 굴착물을 배출하는 수단을 포함하는 쉬일드형 터널굴착기.
2. 그리고 상기 격벽과 로타리헤드 사이의 틈새를 밀폐하기 위한 시일장치를 포함하는 이 시일장치는 상기 격벽과 로타리헤드의 한쪽에 설치되며, 상기 크랭크축의 축선방향으로 이동가능한 렁과 이 링을 상기 격벽과 로타리헤드의 다른쪽으로 향하여 기울게 하는 스프링을 구비하여 되는 특허청구의 범위 제1항 기재의 터널굴착기.
3. 상기 로타리헤드는 그 주위에 다수의 첨단을 가지는 돌기를 구비하여 되는 특허청구의 범위 제1항 기재의 터널굴착기.
4. 상기 쉬일드본체는 그 앞부분의 내주면에 다수의 첨단을 가지는 돌기를 구비하여되는 특허청구의 범위 제1항 기재의 터널굴착기.
5. 상기 로타리헤드의 앞끝부에 설치된 커터조립체를 포함하는 특허청구의 범위 제1항 기재의 터널굴착기.
6. 내경이 뒤쪽으로 향하여 점차로 작아지는 앞부분을 가지는 쉬일드본체와 상기 앞부분의 뒷쪽에서 상기 쉬일드본체를 가로질러서 설치된 격벽과 이 격벽에 회전가능하게 지지된 크랭크축으로서, 이 격벽의 뒷쪽에 설치된 구동기구에 연결된 한끝부 및 상기 격벽의 앞쪽으로 뻗는 다른 끝부를 가지는 크랭크축과 이 크랭크축의 상기 다른 끝부에 회전가능하게 지지되며 또한 상기 쉬일드본체의 앞부분내에 배치된 원기둥형의 로타리헤드와 이 로타리헤드를 강제회전시키는 치차기구로서, 상기 격벽 및 로타리헤드의 한쪽에 고정된 내측치치와 그의 다른쪽에 고정된 외측치차를 포함하는 치차기구와 상기 격벽의 전방역으로부터 후방역으로 그 굴착물을 배출하는 수단을 포함하는 쉬일드형 터널굴착기.

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