KR970007381B1 - 실드(shield)장치 - Google Patents

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KR970007381B1
KR970007381B1 KR1019930010057A KR930010057A KR970007381B1 KR 970007381 B1 KR970007381 B1 KR 970007381B1 KR 1019930010057 A KR1019930010057 A KR 1019930010057A KR 930010057 A KR930010057 A KR 930010057A KR 970007381 B1 KR970007381 B1 KR 970007381B1
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도시오 아께사까
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가부시기가이샤 이세끼 가이하쓰 고오기
스즈끼 유끼오
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Abstract

내용없음.

Description

실드(shield)장치
제 1 도는 본 발명의 실드장치의 일실시예를 도시한 단면도.
제 2 도는 제 1 도에 도시한 실드장치의 일부 확대 단면도.
제 3 도는 반력을 설명하기 위한 도면.
제 4 도는 제 3 도의 좌측에서 본 도면으로 반력을 설명하기 위한 다른 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 실드장치 12 : 실드본체의 축선
14 : 실드본체 16 : 크랭크축
18,20 : 로터 22 : 구동기구
24 : 제 1 통상부 26 : 제 2 통상부
28 : 벽부 30 : 방향수정용 잭
32 : 크랭크축의 주축부 34,36 : 크랭크축의 편심부
38 : 보스부 52,54 : 기계식 시일
64 : 커터부
본 발명은 가로구멍, 세로구멍, 터널 동을 지중에 구축할때 사용하는 실드장치에 관한 것이다.
항타기와 같이 지반을 압축함으로써 지반을 굴삭하지 않고도 터널 동을 구축하는 실드장치의 하나로서 통모양의 실드본체와, 이 본체의 축선둘레에 회전가능하게 실드본체에 지지되어 편심부를 가지는 크랭크축과, 실드본체의 전방에 위치하고, 크랭크축의 편심부에 회전가능하게 지지되며 대략 원추형 또는 절두 원추형의 외표면을 가지는 로터와, 크랭크축을 상기 축선의 둘레에 회전시키는 구동기구를 포함하는 것이 있다(일본국 특개소 59-192193 공보).
이 공지의 실드장치는 크랭크축이 회전된 상태에서 원상태로 가압하는 기구 동에 의하여 전진된다. 로터는 크랭크축의 회전에 따라 크랭크축이 회전축선의 둘레에서 선회운동(공전운동)을 하고, 또한 동시에 외주면을 지반에 접촉시키면서 선회함에 따라 크랭크축의 편심부의 축선 주위에서 회전운동(자전운동)을 한다. 이로인하여 공지의 실드장치는 지반을 로터의 외표면에 압착시키면서 전진하여 지중에 터널 동의 구멍을 형성하게 된다.
이와 같은 종류의 실드장치에 있어서는 로터에 의한 지반의 압착에 따라 실드본체 또는 형성해야 할 구멍의 반경방향으로 반력이 로터에 발생한다. 이 반력은 실드본체를 지방으로 가압하고, 실드본체의 전진시에 실드본체와 지반사이에서 마찰력이 발생하도록 실드본체에 작용한다. 이와 같은 마찰력의 대소는 실드본체의 전진에 필요한 추력(推力)에 크게 영향을 미친다.
그러나 상기한 공지의 실드장치는 하나의 로터만을 이용하고 있으므로 반력이 그대로 실드본체에 작용하며, 그 결과 실드본체와 지반 사이의 마찰력이 커져서 큰 추력이 필요하고, 또 반력이 실드본체에 벤딩모멘트(bending moment)로서 작용하여, 장치의 전진 방향이 불안정하였다.
지반을 압착함에 따라 지반을 굴삭하지 않고 터널 동을 구축하는 그밖의 장치중 하나로서 구동기구와 이 구동기구에 의하여 회전되는 크랭크축과, 상기 구동기구의 전방에 위치하여 크랭크축에 회전가능하게 지지된 복수개의 로터를 포함하는 장치가 있다(미합중국 특허제3,926,267호). 이 구동기구는 케이싱과, 로터의 회전운동 및 선회운동에 의하여 형성된 구멍의 내면에 접촉될 케이싱에서 돌출하는 복수개의 돌출부를 구비한다.
이 공지의 장치에 있어서 구동기구의 케이싱은 형성되는 구멍의 내경보다 작은 외경을 가진다. 이때문에, 구멍이 형성되는 동안 케이싱의 둘레의 구멍은 이 구멍 둘레의 압착된 지반에 의하여 유지되고, 또 로터이 회전운동 및 선회운동에 기인하는 회전반력은 돌출부를 거쳐 지반에 전달된다.
그러나, 이와 같이 형성되는 구멍의 내경보다 작은 외경을 가지는 케이싱을 이용하는 장치에서는 케이싱의 구멍의 둘레의 지반에 접촉하지 않으므로 구멍의 반경방향으로 반력에 기인하는 상기와 같은 마찰력의 문제가 발생하지 않으나 로터의 둘레의 지방붕괴를 방지할 수 없어 실용적이 아니다.
또 이와 같이 형성되는 구멍의 내경보다 작은 외경을 가지는 케이싱을 이용하는 장치에는 케이싱이 구멍 둘레의 지반붕괴를 방지하는 작용을 하고 있지 않으므로 지반의 붕괴를 방지할 수 없어 실용적이 아니다.
본 발명의 목적은 지반의 압착시 실드본체에서 이것의 반경방향으로 작용하는 반력을 작게하여 반력에 기인하는 실드본체와 지반사이의 마차력을 작게하고, 장치의 전지방향을 안정화시키는데 있다.
본 발명의 실드장치는 통모양의 실드본체와 이 본체의 축선둘레에서 회전가능하도록 본체에 지지된 크랭크축과, 본체보다 전방의 영역에 축선방향으로 순차 배치되어 크랭크축에 회전가능하게 지지된 복수개의 로터와, 크랭크축을 축선둘레에 회전시키는 구동기구를 포함하고, 로터들은 대략 원추형 또는 절두원추형의 외표면을 상호 공동으로 규정하며, 인접하는 로터는 상호 다른 방향으로 편심되어 있는 것을 특징으로 한다.
실드장치는 크랭크축이 회전된 상태에서 원상태로 가압하는 기구동에 의하여 전진한다. 각 로터는 크랭크축의 회전을 따라 크랭크축의 회전축선의 둘레예 선회운동(공전운동)을 하고, 이때에 외주면을 지반에 접촉하면서 선회함으로써 크랭크축의 편심부의 축선둘레에 회전운동(자전운동)을 한다. 이로인하여 실드장치는 지반을 로터의 외표면에서 압축하면서 전진하여 지중에 터널 동의 구멍을 형성한다.
지반을 압착할때 실드본체의 반경방향에 대한 반력이 각 로터에 발생한다. 그러나, 인접한 로터가 서로다른 방향으로 편심되어 있으므로 반력의 방향이 로터마다 다르다. 이에따라 반력이 상호 감쇄작용을 하여 실드본체에 작용하는 반력이 적어지고, 그 결과 반력에 기인하는 실드본체와 지반사이의 마찰력이 작아지고 실드본체의 전진에 필요한 추력이 작아진다.
또, 실드본체에 작용하는 벨드 모멘트가 반력의 감소에 비례하여 작아지므로 장치의 전진방향이 안정화된다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 복수개의 로터를 이용하고, 또 인접한 로터를 상호 다른 반경방항으로 편심시켰으므로 지반을 압착할때 로터에 발생하는 반력이 상호 감쇄작용을 하고, 그 결과 실드본체에 이것의 반경방항으로 작용하는 반력이 작아지므로 반력에 기인하는 실드본체와 지방사이의 마찰력이 작아지고 또 실드본체에 작용하는 벤딩 모멘트가 작아져 결과적으로 장치의 전진방항이 안정화된다.
상기 본체는 통상부(筒狀部)와, 이 통상부의 전단에 위치하는 동시에 통상부의 내부를 상기 전방의 영역에서 구획하는 벽부를 구비하고, 크랭크축은 벽부에 회전가능하게 지지되어 있는 것이 바람직하다. 이로 인하여 토사가 실드본체내에 들어가는 것을 방지할 수 있다.
인접한 로터를 축선에 관하여 역방향으로 편심시키는 것이 바람직하다. 이로인하여 반력의 감쇄량이 커지므로 실드본체에 작용하는 반력, 나아가서는 실드본체와 지반사이의 마찰력이 보다 작아진다.
상기 전방의 영역부위에 있어서 로터를 각각 지지하는 복수개의 편심부를 크랭크축의 축선방향으로 순차형성하고, 인접한 편심부를 축선에 관하여 상호 다른 방향으로 편심시킬 수 있다.
또한, 크랭크축의 둘레를 연속적으로 신장하거나 또는 인접한 로터에 대응배치되고, 대응하는 로터간에 밀봉 작용을 하는 기계식 시일과, 크랭크축의 둘레를 연속적으로 신장하거나 또는 본체와 이 본체에 가장 가까운 로터에 대응 배치되어 대응하는 본체 및 로터간의 밀봉 작용을 하는 기계식 시일을 구비하는 것이 바람직하다. 이것에 의하여 인접한 로터 및 실드본체와 이것에 가장 가까운 로터가 본체의 반경방향으로 상대적인 이동을 함에도 불구하고 토사가 인접한 로터의 사이 및 본체와 이것에 가장 가까운 로터 사이에서 로터와 크랭크축 사이에 들어가는 것을 방지할 수 있다.
최선단에 위치하는 로터의 전단부에 이 로터의 회전을 따라 축선근방의 토사를 굴삭하는 커트부를 설치하는 것이 바람직하다. 이로인하여 본체의 축선근방의 지반이 굴삭되므로 본체의 축선근방의 지반이 굴삭되지 않을 경우에 비하여 실드본체의 직진성이 향상되고, 또 필요한 추력이 보다 작아진다.
통상부는 벽부가 형성된 제 1 통상부와 축선둘레에 간격을 두고 배치된 복수개의 잭(Jack)에 의하여 제 1 통상부에 연결된 제 2 통상부를 가지는 것이 바람직하다. 이로인하여 복수개의 로터가 다른 방향으로 편심하여 배치되는 것과 서로 어울려서 장치의 전진방향을 용이하고 정확하게 수정할 수 있다.
제 1 도 및 제 2 도를 참조하면 실드장치(10)는 축선(12)을 가지는 원통모양의 실드본체(14)와, 축선(12) 둘레에 회전가능하게 본체(14)에 지지된 크랭크축(16)과, 본체(14) 보다 전방의 영역에 축선(12)의 방향으로순차 배치되어 크랭크축(16)에 회전가능하게 지지된 복수개의 로터(18),(20)와 크랭크축(l6)을 축선(12) 둘레에 회전시키는 구동기구(22)를 포함한다.
실드본체(14)와 제 1 통상부(24)와 제 1 통상부(24)의 후단부에 부분적으로 결합된 제 2 통상부(26)와 제 1 통상부(24)의 전단에 설치되어 실드본체(l4)의 내부를 전방영역에서 구획하는 벽부(28)와, 축선(12)의 둘레에 간격을 두고 배치되어 제1 및 제 2 통상부(24),(26)를 상호연결하는 유압식의 복수개의 잭(30)을 구비한다.
제 1 통상부(24)에 대한 제 2 통상부(26)의 방향을 공지하는 바와 같이 최소한 1개의 잭(30)을 소정량만큼 신장 또는 수축시킴에 따라 수정된다. 이로인하여 실드장치(10)의 전진방향이 수정된다.
크랭크축(16)은 주축부(32)와, 주축부(32)의 일단에 순차로 이어지는 복수개의 편심부(34)(36)를 가지고 있고, 또 편심부(34)(36)가 벽부(28)에서 전방으로 돌출하도록 벽부(28)에 형성된 보스부(38)에 여러개의 베어링(40)에 의하여 지지되고 있다. 로터(18) 및 (20)은 각각 편심부(34) 및 (36)에 복수개의 베어링(42) 및(44)에 의하여 지지되어 있다. 로터(18)(20)는 대략 원추형 또는 절두원추형의 외표면을 상호 공동으로 규정하는 형상으로 되어있다.
도시한 예에서는 2개의 로터(18)/20)가 설치되어 있고, 이에따라서 2개의 편심부(34),(36)가 크랭크축(16)에 형성되어 있다. 이때문에, 도시한 예에서는 로터(18) 및 (20)은 각각 축선(12)에 관하여 역방항으로 e1및 e2만큼 편심되어 있고, 이에따라서 편심부(34) 및 (36)도 각각 축선(12)에 관하여 역방항으로 e1및 e2만큼 편심되어 있다. 그러나, 3개 이상의 로터를 사용하여도 좋다.
구동기구(22)는 모터와 같은 회전원(46)과 이 회전원에 연결된 감속기(48)를 구비하고 있으며, 또 도시하지 않은 복수개의 볼트에 의하여 보스부(38)에 부착되어 있다. 구동기구(22)는 감속기(48)의 출력축에서 키(50)에 의하여 크랭크축(16)의 주축부(32)에 결합되어 있다.
베어링(40),(42),(44)이 배치된 공간은 윤활유로 채워져 있다. 이 윤활유를 토사로부터 보호하기 위하여 기계식 시일(52) 및 (54)이 각각 벽부(28)와 로터(18) 사이 및 인접한 로터(18),(20) 사이에 배치되어 있고, 또 도시하지 않은 시일부재가 구동기구(22)와 로터(18) 사이 및 인접한 로터(18),(20) 사이에 배치되어 있고, 또 도시하지 않은 시일부재가 구동기구(22)와 보스부(38) 사이에 배치되어 있다.
기계식 시일(52)은 로터의 후면에 형성된 요부에 배치되고 크랭크축(16)의 둘레를 신장하는 링(56)과 이링을 벽부(28)의 전면으로 가압하는 복수개의 압축코일스프링(58)을 구비한다. 스프링(58)은 로터(18)의 축선(12) 둘레에서 동각도 간격으로 형성된 요부에 배치되어 있다. 그러나, 링(56) 및 스프링(58)의 벽부(28)에 배치하고, 링(56)을 로터(18)의 후면으로 가압하도록 하여도 좋다.
기계식 시일(54)을 로터의 전면에 형성된 요부에 배치하고, 또한 크랭크축(16)의 둘레에 위치하는 링(60)과 이 링을 로터(20)이 후면으로 가압하는 복수개의 압축코일스프링(62)을 구비한다. 스프링(62)은 로터(18)의 축선(12) 둘레에서 동각도 간격으로 형성된 요부이 배치되어 있다. 그러나 링(60) 및 스프링(62)을 로터(20)에 배치하고, 링(60)을 로터(18)의 전면으로 가압하도록 하여도 좋다.
또, 최선단에 위치하는 로터(20)의 전단부에 로터(20)의 회전을 따라서 축선(12) 근방의 토사를 굴삭하는 커트부(64)를 설치하여도 좋다.
도시한 실시예는 관추진공법(官推進工法)에 이용되는 실드장치로서 실드장치(10)는 원상태로 가압하는 기구 등으로부터 실드본체(14)의 후부로 연속하는 하나 이상의 파이프(66)를 통해 추력을 받음으로써 파이프(66)와 함께 전진된다. 그러나, 실드장치의 전진은 최선단에 배치된 파이프(66)와 실드본체(14)의 후부사이에 여러개의 잭을 배치하여 이 잭에 의하여 행하도록 하여도 좋다.
실드장치(10)가 추력을 받는 동안 크랭크축(16)은 구동기구(22)에 의하여 회전된다. 이로인하여 로터(18)과 (20)은 각각 크랭크축(16)의 회전에 따라서 축선(12) 둘레를 선회운동(공전운동)하고, 또 동시에 외주면을 지반에 접촉시키면서 선회함에 따라 크랭크축(16)의 편심부(32) 및 (34)의 축선둘레에서 회전운동(자전운동을 한다. 그결과, 실드장치(10)는 지반을 로터(18)(20)의 외표면에서 압축하면서 전진하여 지중에 터널동의 구멍을 형성하게 된다.
지반을 압착할때, 실드본체(14)의 반경방향의 반력이 로터(18),(20)에 발생한다. 이 반력이 그대로 실드본체(14)에 전달되면 실드본체(14)가 지반에 강하게 압착되므로 실드본체(14)와 지반 사이에 큰 마찰력에 발생하며, 그 결과 실드본체(14)의 전진에 큰 추력을 필요로 한다.
그러나 실드장치(10)에는 인접 로터(18)(20)가 축선(12)에 관하여 역방향으로 편심되어 있으므로, 로터(18)의 반력방향과 로터(20)의 반력방향이 역으로 된다. 이로인하여 로터(18)의 반력과 로터(20)의 반력이 상호 감쇄되므로, 실드본체(14)에 작용하는 반력이 작아져서 반력에 기인하는 실드본체(14)와 지반사이에 마찰력이 작아지고, 그 결과로서 실드본체(14)의 전진에 필요한 추력이 작아진다.
또, 로터에 발생하는 반력이 방향이 같으면 이 반력은 실드본체에 벤딩모멘트로서 작용한다. 이와 같은 벤딩모멘트가 실드본체에 작용하면 실드장치의 전진방향이 불안정하게 된다. 특히, 도시한 실시예와 같이 제 2 통상부(26)에 대한 제 1 통상부(24)의 방향을 잭(30)에 의하여 수정함에 따라 실드장치의 전진방향을 수정하는 장치의 경우, 실드본체에 작용하는 벤딩모멘트에 의하여 실드장치(10)의 전진방향이 불안정하게 되고, 방향수정을 빈번히 실행해야하므로 방향수정작업이 번잡해지며, 방향제어가 불안정하게 된다.
그러나, 실드장치(10)에서는 로터(18)의 반력과 로터(20)이 반력이 상호 감쇄하므로 실드본체(14)에 벤딩모멘트로서 작용하는 반력이 작아지고 실드장치(10)의 전진방향이 안전화 된다. 또, 특히 방향수정이 가능한 장치임에도 불구하고, 실드장치(10)의 전진방향이 안정화되어 방향수정의 회수가 감소하며, 방향수정작업이 용이해지고 방향제어가 안정화한다.
도시한 실시예의 경우, 제 3 도 및 제 4 도에 도시한 바와 같이 로터(18)의 반력(F18)은 실드본체(14)에 작용하는 반력(F14)과 로터(20)에 작용하는 반력(F20)으로 분할되고, 실드본체(14)에 작용하는 반력(F14)은 로터(18)(20)가 같은 방향으로 편심되어 있는 경우에 비하여 현저하게 감소한다. 즉, 실드본체(14)에 작용하는 반력(F14)은 도시한 실시예의 경우에는
F14 = F18 - F20
이지만 로터(18),(20)가 같은 방향에 편심되어 있는 경우에는
F14 =F18 +F20이다.
반력(F14)과 반력(F20)의 비율은 실드본체(14)의 수압면적과 로터(20)의 수압면적의 비율에 의하여 결정된다. 또 사용되는 로터의 수를 많이 함에 따라 실드본체(14)에 작용하는 반력(F14)를 작게할 수가 있다. 3개 이상의 로터를 사용한 경우 로터의 편심방향이 축선(12)을 중심으로 하여 동각도 간격이 되도록 로터를 배치하여도 좋고, 인접한 로터의 편심방향이 축선(12)에 대하여 역이 되도록 로터를 배치하여도 좋다.

Claims (7)

  1. 통모양의 실드본체(14)와, 이 본체의 축선(12) 둘레에 회전 가능하게 상기 본체(14)에 지지된 크랭크축(16)과, 상기 본체(14) 보다 전방의 영역에 상기 축선(12)의 방향으로 순차 배치되고 크랭크축(16)에 회전가능하게 지지된 복수개의 로터(18),(20)와 상기 크랭크축(16)을 축선(12) 둘레에 회전시키는 구동기구(22)를 포함하며, 로터(18),(20)는 대략 원추형 또는 절두원추형의 외표면을 상호 공동으로 규정하고, 인접한 로터(18),(20)는 상호 다른 방향으로 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 실드장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 본체(14)는 통상부(24),(26)와, 이 통상부의 전단에 위치하고 통상부(24),(26)의 내부를 전방의 영역에서 구획하는 벽부(28)를 구비하며, 크랭크축(16)은 상기 벽부(28)에 회전가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 실드장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 인접한 로터(18),(20)는 상기 축선(12)에 관하여 역방향으로 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 실드장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 크랭크축(16)은 전방영역의 부위에 상기 축선(12) 방향으로 순차 형성되고 로터(18)(20)을 각각 지지하는 복수개의 편심부(34),(36)를 가지고, 인접하는 상기 편신부는 상기 축선(12)에 콴하여 상호 다른 방향으로 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 실드장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 크랭크축(16)의 둘레를 연속적으로 신장하고, 또 인접하는 로터(18), (20)에 대응 배치되어서 대응하는 로터(18), (20) 사이의 시일작용을 하는 기계식 시일(52),(54)과, 상기 크랭크축(16)의 둘레를 연속적으로 연장하고 본체(14)와 이 본체에 가장 가까운 로터(18),(20)에 대응 배치되어서 대응하는 상기 본체(14) 및 상기 로터(18),(20) 사이의 시일 작용을 하는 기계식 시일(52),(54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 실드장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 최선단에서 위치하는 상기 로터(18), (20)는 이 로터의 전단부에 위치하고, 이 로터(18), (20)의 회전에 따라서 상기 축선(12) 근방의 토사를 굴삭하는 커트부(64)를 가지는 것을 특징으로 하는 실드장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 통상부(24), (26)는 상기 벽부(28)가 형성된 제 1 통상부(24)와, 이 제 1 통상부(24)의 후부에 결합된 제 2 통상부(26)를 가지며, 상기 제1 및 제 2 통상부는 축선(12) 둘레에 간격을 두고 배치된 복수개의 잭(30)에 의하여 상호 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 실드장치.
KR1019930010057A 1992-06-05 1993-06-04 실드(shield)장치 KR970007381B1 (ko)

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JP4169863A JPH0768864B2 (ja) 1992-06-05 1992-06-05 シールド装置
JP92-169863 1992-06-05

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KR940000722A KR940000722A (ko) 1994-01-03
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