KR950005236B1 - 실드형 터널굴삭기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

실드형 터널굴삭기

제1도는 본 발명에 따르는 실드형 터널굴삭기의 단면도.

제2도는 회전커터헤드의 정면도.

제3도는 제2도의 3-3선에 따라 절단한 확대 단면도로서 커터헤드가 앞쪽으로 돌출한 상태도.

제4도는 제2도의 4-4선에 따라 절단한 단면도로서 키터헤드가 뒤쪽으로 이동한 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 실드본체 12 : 회전커터헤드

20 : 전면판 22 : 중간부재

24 : 지지수단 26 : 안내부재

28 : 슬리트 38 : 커터비트

40 : 칩

본 발명은 실드형 터널굴삭기에 관한 것으로 특히 회전커터헤드를 비치한 굴삭기에 관한 것이다.

종래의 원통형의 실드본체의 앞쪽단부에 회전커터헤드를 배치한 굴삭기에는 회전커터헤드는 반경방향으로 1개 또는 다수의 슬리트를 가진 전면판을 비치하고, 다수의 커터비트가 각 슬리트중에 각각의 일부를 돌출시킨 상태로 배치되어 있다. 실드본체를 전진시키는 동안에 회전커터헤드를 회전시키면, 커터비트에 의해 지층에 굴삭된다.

커터비트 전면판의 전면으로부터 돌출된 길이는 굴삭하려는 지층에 의하여 달라지며, 지층이 연질일때에는 이것을 길게하여 작업성을 높이는 것이 바람직하며 반대로 지층이 경질일때에는 짧게하여 소정의 동력에 의한 굴삭을 확보할 필요가 있다. 그러므로 커터비트를 전면판의 전면에서 진퇴시킬 수 있게 형성한 굴삭기가 제안되어 있다(일본 특공소 62-24597호 공보).

또, 커터비트를 정회전용 비트부와 역회전용 비트부를 비치하여 정회전시에는 역회전용 비트부에, 또 역회전시에는 정회전용 비트부에 심한 마모가 생기는 것을 감안하여 커터비트를 반경방향의 축선주위에 요동되게 전면판에 부착한 회전커터헤드가 제안되어 있다(일본 특공소 62-317호 공보).

굴삭한 지층이 매우 단단한 점성도층이나 토단층으로 되는 경우, 전후방향으로 진퇴시킬 수 있는 커터헤드에 의해서는 지층을 굴삭할 수가 없다. 왜냐하면 지층을 굴삭하기 위하여는 커터비트의 굴삭에 제공되는측의 비트부가 지층을 파들어가는 동시에 굴삭에 제공되지 않는측의 비트부도 지층을 들어가야하나, 상기한 바와같이 단단한 토질의 지층에 커터비트를 밀어부쳐서 커터헤드에 회전력을 가하여도 양측의 비트부가 지층을 파고들어가지 않고 단순하게 접촉한 상태에서 커터헤드가 회전되기 때문이다. 비트부를 무리하게 파고들어가게 하면, 매우 큰 추진력이 필요하게 되며 또 강도가 높은 커터비트를 사용하여야 한다.

커터비트를 요동가능하게 한 회전커터헤드를 사용하면, 굴삭에 제공되는 측의 비트부만이 지층을 파고들어가게 할 수 있으며, 이것에 의하여 상기한 경질지층의 굴삭도 가능한 것이다.

그러나, 일본 특공소 62-317호 공보에 기재된 커터비트는 전면판에 지지된 주축핀의 주위를 요동하는 비트장착부에 고정되어 있기 때문에 커터비트는 전면판의 전면에서 진퇴할 수가 없다. 따라서 커터비트 전면판의 전면에서의 돌출길이는 일정하므로 이 일정한 길이의 커터비트에 의해 연질층이나 경질지층에도 대치하여야 한다. 안정성을 중시하여 커터비트의 돌출길이를 경질지층을 기준으로 하여 정하면 연질지층의 굴삭작업 능률이 억제되며 반대로 작업능률을 중시하여 커터비트의 돌출길이를 연질지층을 기준으로하여 청하면 경질지층의 굴삭은 할 수 없다.

또 상기한 요동형의 커터비트로서는 커터비트에 가해지는 굴삭반력은 상기 주축편과 비트장착부 및 이 비트장착부의 전면판에 대한 접촉면에서 받아준다. 그렇기 때문에 특히 경질지층을 굴삭할 때, 주축핀에 큰 굽힘모멘트가 가해저 주축핀의 굽힘에 의한 커터비트의 요동불량, 나가서는 주축핀이 부러지게되는 우려가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 경질지층을 파고들어가 굴삭할 수 있는 동시에 경질지층을 구동력에 알맞게 굴삭할 수 있고 또 연질지층을 높은 작업능률로 굴삭할 수 있는 요동되는 커터비트를 배치한 실드형 터널굴삭기를 제공하는데 있다.

본 발명이 다른 목적은 커터비트를 요동가능하게 지지하는 주축에 미치는 굴삭반력을 적게할 수 있는 실드형 터널굴삭기를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 실드형 터널굴삭기는 원통형의 실드본체와 이 실드본체의 앞족 단부에 배치된 회전 커터헤드로서 반경방향으로 뻗은 1개 또는 다수의 슬리트를 가진 전면판, 정회전용 비트부와 역회전용 비트부를 가진 다수의 커터를 각 슬리트내에 지지하는 중간 지지부재, 이 중간지지부재를 반경방향으로 뻗은 축선주위에 요동되게 지지하는 수단 및 이 지지수단을 실드본체의 축선방향으로 이동 안내하는 부재를 비치한 회전커터헤드와 지지수단을 실드본체의 축선방향으로 이동하여 커터비트를 전면판의 전면에 대하여 진퇴시키는 수단을 포함하고, 전면판과 안내부재가 커터비트의 굴삭반력을 받아둔다.

굴삭하기 위한 지층의 경연질에 따라서 지지수단을 이동시키는 수단에 의하여 지지수단을 이동하고, 커터 비트 전면판의 전면에서의 돌출길이를 조정한다. 실드본체를 이동시키면서 회전커터헤드를 회전시키면 커터비트가 중간지지부재를 개재하여 요동하고, 굴삭하는 축의 비트부가 지층을 파고들어간다. 이때 커터비트에 생기는 굴삭반력을 전면판과 지지수단을 이동 안내하는 부재가 담당하여 굴삭이 계속딘다. 다수의 커터비트를 지지한 중간지지부재가 요동하기 때문에 커터비트를 회전시키면서 커터비트를 지층에 밀어부치면 커터비트가 요동하여 굴삭하는 측의 비트부가 지층을 파고들어간다. 이와같이 하여 경질 지층이라 할지라도 굴삭할 수 있게 된다.

중간지지부재를 지지하는 지지수단을 이동수단에 의해 이동시키면, 커터비트가 전면판의 전면에 대하여 진퇴하기 때문에 경질지층에면 커터비트 전면판의 전면에서의 돌출길이를 짧게하는 것에 의하여 동력에 알맞게 굴삭할 수 있다. 또 연질지층이면 커터비트의 길이를 길게 돌출시키는 것에 의하여 작업능률을 높이는 굴삭을 할 수 있다. 즉, 허실이 없는 효율적인 굴삭이 가능하다.

전면판과 안내부재가 커터비트에 생기는 굴삭반력을 담당하기 때문에 중간지지부재를 요동되게 지지하는 주축에 미치는 굴삭반력을 충분히 적게할 수가 있다. 따라서, 주축의 굽힘에 의한 요동불량등의 발생을 방지할 수 있다.

커터비트의 굴삭반력을 담당할 때 중간지지부재가 전면판에 닿도록 구성하는 것이 바람직하다. 이와같이하면 커터비트가 직접 전면판에 닿는 것에 의하여 커터비트의 굽힘이나 변형을 방지할 수 있을 뿐만아니라 슬리트의 폭이나 커터비트의 치수등에 관계없이 중간지지부재의 형상 또는 치수를 바꾸는 것에 의하여 커터비트에 일정한 절삭각을 가지게할 수가 있다. 그리고 전면판이 중간지지부재가 닿은 다수의 칩을 슬리 양측연에 반경방향으로 간격을 두고 비치하면 칩에 의해서도 커터비트의 일정한 절삭각을 확보할 수 있고, 또 칩에 의해서 내마모의 대책을 취할 수가 있다.

슬리트의 양측연에 다수의 칩을 설치 할 경우 커커비트가 뒤쪽으로 이동하여 이동한계에 도달하였을 때 커터비트, 중간지지부재 및 칩에 의해 슬리트가 실질적으로 폐쇄되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이것에 의하여 굴삭기를 운전하지 않을 때 지층의 로압이나 지하수압에 대항할 수 있어 지층의 붕괴를 방지할 수 있다.

중간지지부재와 칩이 서로 대향하는 부위에 서로 접합한 경사면을 구비하도록 구성하면 커터비트의 절삭높이, 즉 전면판에서의 돌출길이를 바꾸어도 커터비트의 굴삭각이 일정하게 되어 일정한 굴삭효과를 얻을 수 있다. 또 칩이 굴삭반력을 면으로 받게되는 것이어서 칩으로 응력집중이 없어저셔 칩을 낮은 강도의 재료로 형성할 수가 있다.

중간지지부재와 칩이 서로 적합한 경사면을 가지는 경우, 지지수단에 중간지지부재를 요동되게 지지하는 주축을 설치하고 이 주축을 안내부재에 의해 안내되는 지지수단의 부분보다도 앞쪽에 위치히키면 지지수단이 이동하였을 때 중간지지부재가 주축의 주위에서 요동하여 중간지지부재의 경사면이 칩의 경사면에 확실하게 접촉한다.

중간지지부재와 칩이 경사면을 가지며 지지부재가 주축을 구비하였을 경우, 슬리트의 양측연에 설치된 칩이 실드본체의 축선과 주축의 축선을 포함하는 가상면에 대하여 대칭되도록 그리고 중간지지부재가 요동하지 않은 상태에 있을 때 상기 가상면에 대하여 대칭되도록 형성하는 것이 바람직하다. 이와같이하면 정회전시와역회전시에 동일한 효과를 얻을 수 있다.

커터비트가 뒤쪽의 이동한계에 도달하였을 때 커터비트가 전면판의 전면에서 뒤쪽으로 간격을 두고 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다. 커터비트가 전면단의 전면으로 돌출하고 있지 않으므로 커터헤드를 작은 저항상태로 회전시킬 수가 있다. 이것은 굴삭기의 사용에 앞서 각종기기의 조절등을 쉽게한다.

지지수단이 평판형상의 피안내부분을 구비하여 안내부재가 이 피안내부분의 두께에 상당한 간격을 두고 배치된 2개의 판으로 되게 구성하면 구조가 간단하게 된다. 또한 안내부재에 지지수단의 피안내부분과 충분한 접촉면적을 가질 수 있게 할 수 있으므로 굴삭반력을 쉽게 받게된다.

이하 본 발명의 실시예를 도면에 의하여 설명한다.

제1도에 도시한 바와같이 실드형 터널굴삭기는 원통형의 실드본체(10)와 회전커터헤드(12)를 구비한다.

도시의 실시예에서는 실드본체(10)는 앞통(14)와 뒤통(16)으로 되며 다수(도면에는 그중 1개를 도시함)의 방향수정 잭(18)이 앞통(14)의 플랜지와 뒤통(16)의 플랜지 사이에 배치되어 있다. 앞통(14)은 방향수정잭(18)을 신축동작시킬 때 뒤통(16)을 움직여서 그 전진방향이 수정된다.

회전커터헤드(12)는 실드본체(10)의 앞쪽단부에 배치되고 제2도 및 제3도에 상세하게 도시한 바와같이 전면판(20), 중간지지부재(22), 지지수단(24) 및 안내부재(26)를 구비한다. 원형의 평면형상을 가진 전면판(20)은 반경방향으로 1개 또는 다수(도시의 실시예에서는 2개)의 슬리트(28)를 가진다. 장방형의 평면형상을 가진 도시의 양 슬리트(28)는 전면판(20)의 직경상에 위치하고 실드본체(10)에 회전되게 지지되어 실드본체(10)의 축선방향으로 뻗은 회전축(30)이 전면판(20)의 중앙부를 관통하고 그 앞쪽에 돌출하고 있다. 이 회전축(30)이 돌출된 단부에 캡(32)이 씌워져 있다. 이 캡(32)은 센터비트(34)를 가진다. 또 제2도에서와 같이 다수의 선행비트(36)가 전면판(20) 주연부의 원주방향에 서로 간격을 두고 설치되어 있다.

중간지지부재(22)는 다수의 커터비트(38)를 지지하고 이것에 의하여 커터비트(38)가 각 슬리트(28)내에 배치되어 있다. 중간지지부재(22)는 도시의 실시예에서는 2개의 경사된 측면(23a), (23b)과 평탄한 전면(23a)을 구비하고 슬리트(28)의 반경방향의 길이와 실질적으로 동일한 길이를 가진다. 5개의 커터비트(38)가 중간지지부재(22)의 전면(23a)에 또 다수의 보서(23d)가 중간지지부재(22)의 후면에 각각 길이방향, 즉 전면판(20)의 반경방향으로 같은 간격을 두고 부착되어 있다. 커터비트(38)는 정회전용 비트부(39a)와 역회전용 비트부(39b)로 된다.

커터비트(38)의 굴삭반력은 다음에서 설명되는 바와 같이 전면판(20)과 안내부재(26)가 담당하는 것이나 이때 중간지지부재(22)가 전면판(20)에 직접 또는 칩(40)을 개재하여 닿는 것이 바람직하다. 도시의 실시예에서는 다수의 칩(40)이 슬리트(28) 양측연의 각각에 반경방향에 같은 간격을 두고 배치되어 있다. 칩(40)은 커터비트(38)와 교차되게 슬리트(28)를 구획시킨 전면판(20)의 연부에 용접 또는 압입에 의해 부착된다. 칩(40)은 중간지지부재(22)에 대향하는 부위에 경사면(41)을 가지며, 제3도에서 좌측에 위치하는 칩(40)의 경사면(41)이 중간지지부재(22)의 경사면(23a)에, 또 우측에 위치하는 칩(40)의 경사면(41)이 중간지지부재(22)의 경사면(23b)에 각각 닿게 한다.

지지수단(24)은 중간지지부재(22)를 전면판(20)의 반경방향으로 뻗은 축선의 주위에 요동되게 지지한 것으로서 도시의 실시예에서는 평판상의 피안내부재(42)와 주축(43)을 가진다. 피안내부재(42)는 중간지지부재(22)의 보수(23d)와 교호로 되게 설치한 다수의 보서(42a)를 구비한다(제1도). 중간지지부재(22)의 보스(23d)와 피안내부재(42)의 보수(42a)는 일직선상에 배치되고 주축(43)이 이들이 보스를 관통하고 또 핀(44)에 의해 주축(43)이 빠져나가지 않게 방지하여 중간지지부재(22)가 요동되게 지지하고 있다.

도시의 실시예에서는 슬리트(28) 양측연의 칩(40)은 실드본체(10)의 축선과 주축(43)의 축선을 포함하는 가상면P(제3도)에 대하여 대칭되게 배치되고 또 중간지지부재(22)는 비요동상태(제4도)에서 상기 가상면(제3도)에 대하여 대칭되게 형성되어 있다. 즉, 슬리트(28)에서 좌측에 배치된 칩(40)의 경사면(41)은 우측에 배치된 칩(40)의 경사면(41)과 면대칭 관계에 있고 또 중간지지부재(22)의 2개의 경사면(23a)(23b)도 서도 면대칭을 이루고 있다.

안내부재(26)는 지지수단(24)을 실드본체(10)의 축선방향으로 이동안내하기 위한 것으로서, 도시의 실시예에서는 2개의 판(27a)(27b)으로 된다. 이 2개의 판(27a)(27b)은 지지수단(24)의 평판상 피안내부재(42)의 두 개의 상당하는 간격을 두고 배치되고 전면판(20)에 용접되어 있다. 안내부재(26)는 1개의 슬리트(28)에 1개를 설치하고 주축(43)보다 뒤쪽에 위치한다. 커터비트(38)에 주어지는 굴삭반력은 전면판(20)과 안내부재(26)에 의해 받아준다. 따라서 안내부재(26)가 도시하는 바와같이 판으로 되는 경우, 안내부재(26)를 각 슬리트(28)에 다수 설치하지 않으면 충분치 못하다. 그런데도 불구하고 안내부재(26)가 각 슬리트(28)에 1개로 되어 있는 것은 다음에 설명되는 바와같이 각 슬리트(28)에 대응하여 설치된 지지수단(24)의 피안내부재(42)가 원통상 슬라이드부재(50)에 용접된다.

지지수단(24)을 실드본체(10)의 축선방향으로 이동하여 커터비트(38)를 전면판(20)의 전면(21)에 대하여 진퇴시키는 수단(48)이 설치되어 있다. 이 이동수단(48)은 제1도에 도시하는 바와같이 회전축(30)에 축선 방향으로 이동되게 부착시킨 슬라이드부재(50)와 연결부재(52) 및 실린더장치(54)로 된다.

슬라이드부재(50)에 2개의 피안내부재(42)가 용접되고 슬라이드부재(50)와연결부재(52)가 연결로트(56)에 의해 결합되어 있다. 연결부재(52)는 회전축(30)을 관통하여 뒤쪽에 뻗어있는 조작롯트(58)에 연결되어 있다. 조작롯트(58)는 회전축(30)에 대하여 축선방향으로 이동할 수 있고 그 뒤쪽단부는 실린더장치(54)의 피스톤(60)에 결합되어 있다.

회전커터헤드(12)에서 그 뒤쪽에 간격을 두고 격벽(70)이 실드본체(10)에 설치되고 격벽(70)의 중앙에 축수(72)가 부착되어 있다. 감속기(74)가 축수(72)의 뒤쪽에 배치되고 2개의 전동기(76)가 감속기(74)에 접속되어 있다. 회전축(30)은 축수(72)를 통하여 감속기(72)까지 뻗어 있다. 2개의 전동기(76)는 감속기(74)를 중간에 두고 양측에 배치되고 감속기(74)의 중앙에 실린더장치(54)가 부착되어 있다. 따라서 실린더장치(54)에서 뻗은 조작롯트(58)는 감속기(74)의 부위에서 회전축(30)에 끼워져 있다. 실린더장치(54)에는 도시하지 않은 유압펌프가 접속된다.

2개(도면에는 1개의 도시함)이 오수관(78)이 옆으로 간격을 두고 배치되어 있다. 이 오수관(78)은 격벽(70)에 설치한 구멍에 끼워져서 격벽(70)에 용접되어 있다. 굴삭기의 사용시에 한쪽이 오수관으로 오수(흙탕물)를 격벽(70)이 양쪽에 구획시킨 액체실(80)에 공급하여 굴삭된 토사와 혼합된 흙탕물을 다른쪽의 오수관으로 배출시킨다.

굴삭기를 사용할 때 지지수단(24)을 이동시키는 수단(48)의 실린더장치(54)의 압착측유실에 유입을 가하고 굴삭할 지층이 경연질에 따라 지지수단(24)을 이동시켜 커터비트(38)의 전면판(20)의 전면(21)으로부터 커터비트(38)가 돌출된 길이를 조절한다. 실드본체(10)를 이동시키면서 회전커터헤드(12)를 회전시키면 커터비트(38)가 중간지지부재(22)를 개재하여 요동하며 비트부(39a)가 지층을 파고 들어간다.

굴착할때의 커터비트(38)의 굴삭반력은 한편에서는 전면판(20)에 설치한 칩(40)에 의해, 다른쪽에서는 지지수단(24)을 이동안내하는 부재(26)에 의해 담당되어 굴삭이 지속된다. 주축(43)에도 굴삭반력이 가해지나 본 발명에 의하면 지지수단(24)이 안내부재에 계합되어 있으므로 주축(43)에 미치는 굴삭반력은 적다.

굴삭종료후 이동수단(48)의 실린더장치(54)를 돌려보내는 측의 유실에 유압을 공하여 커터비트(38)를 뒤쪽으로 이동한계까지 이동시키면 제4도에 도시하는 바와같이 커터비트(38), 중간지지부재(22) 및 칩(40)에 의하여 슬리트(28)가 실질적으로 폐쇄된다. 커터비트(38)는 전면판(20)의 전면으로부터 뒤쪽에 간격을 두고 위치하는 것과 같은 크기인 것이 바람직하다.

Claims (9)

1. 원통상의 실드본체(10)와 이 실드본체의 앞쪽단부에 배치된 회전커터비트(38)로서 반경방향으로 뻗는 1개 또는 다수의 슬리트(28)를 가지는 전면판(20), 각각 정회전용 비트부(39a)와 역회전용 비트부(39b)로 되는 다수의 커터비트(38)를 각 슬리트(28)내에 지지하는 중간지지부재(22), 이 중간지지부재를 반경방향으로 뻗는 축선의 주위에 요동되게 지지하는 수단(24) 및 이 지지수단을 실드본체(10)의 축선방향으로 이동되게 안내하는 부재(26)를 구비한 회전커터헤드(12)와 지지수단(24)을 실드본체(10)의 축선방향으로 이동하여 커터비트(38)를 전면판(20)의 전면에 대하여 진퇴시키는 수단(48)을 포함하고 전면판(20)과 안내부재(26)가 커터비트(38)의 굴삭반력을 담당하는 실드형 터널굴삭기.
2. 제1항에 있어서, 커터비트(38)의 굴삭반력을 받을 때 중간지지부재(22)가 전면판(20)에 닿는 실드형 터널굴삭기.
3. 제1항에 있어서, 전면판(20)은 중간지지부재(22)가 닿는 다수의 칩(40)을 슬리트(28) 양측연에 반경 방향으로 간격을 두고 비치한 실드형 터널굴삭기.
4. 제3항에 있어서, 커터비트(38)가 뒤쪽으로 이동하여 이동한계에 도달하였을 때 커터비트(38), 중간지지부재(22) 및 칩(40)에 의하여 슬리트(28)가 실질적으로 폐쇄되는 실드형 터널굴삭기.
5. 제3항에 있어서, 중간지지부재(22)와 칩(40)은 서로 대향하는 부위에 서로 적합한 경사면(41)을 가지는 실드형 터널굴삭기.
6. 제5항에 있어서, 지지수단(24)은 중간지지부재(22)를 요동되게 지지하는 주축(43)을 가지며 이 주축이 안내부재(26)에 의해 안내되는 지지수단(24)의 부분보다 앞쪽에 위치하는 실드형 터널굴삭기.
7. 제6항에 있어서, 슬리트(28)의 양측면에 설치된 치(40)은 실드본체(10)의 축선과 주축(43)의 축선을 포함하는 가상면(P)에 대하여 대칭되게 배치하고 중간지지부재(22)가 요동하지 않는 상태에 있을 때 상기 가상면(P)에 대하여 대칭되게 형성한 실드형 터널굴삭기.
8. 제1항에 있어서, 커터비트(38)가 뒤쪽으로 이동한계에 도달할 대, 상기 커터비트(38)는 전면판(20)의 전면에서 뒤쪽으로 간격을 두고 위치하는 실드형 터널굴삭기.
9. 제1항에 있어서, 안내부재(26)는 지지수단(24)의 평판상 피안내부재(42)의 두께에 상당하는 간격을 두고 배치된 2개의 판(27a)(27b)으로 되고, 이 2개의 판(27a)(27b)이 상기 피안내부재(42)를 안내하는 실드형 터널굴삭기.