KR100804751B1 - 자주식 지반 굴착기 및 그 굴착기를 이용한 굴착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴착될 토질에 관계없이 연속 반복적으로 굴착을 행할 수 있는 자주식 굴착기 및 그 굴착방법을 제공한다. 그 자주식 굴착기는 굴착지점에 타설되는 케이싱의 내측면에 해제 가능하게 압착 고정되는 홀더; 그 홀더의 하부에 장착되며, 굴착작업 중 굴착깊이에 따라 하방으로 연장 가능한 리프트장치; 그 리프트장치의 단부에 회전 가능하게 장착되며, 굴착지점을 타격 및 파쇄하기 위한 해머; 그 해머에 의해 파쇄된 토사 및 암반입자들을 흡입하여 외부로 배출시키기 위한 배출장치; 및 홀더, 지지장치 및 해머를 작동시키기 위한 유압을 공급하기 위한 유압라인으로 구성된다.

굴착기, 홀더, 리프트장치, 해머, 배출장치

Description

자주식 지반 굴착기 및 그 굴착기를 이용한 굴착방법{A self supported type ground drilling machine and its drilling method}

도 1은 본 발명에 따른 자주식 굴착기를 개략적으로 보여주는 측면도.

도 2는 본 발명에 따른 굴착기의 홀더와 지지장치의 사시도.

도 3은 도 2의 홀더의 스핀들의 사시도.

도 4는 도 2의 홀더의 슬리브의 사시도.

도 5는 도 2의 홀더의 세그먼트의 사시도.

도 6a는 도 2의 홀더의 내부구조를 보여주는 측면도.

도 6b는 도 2의 홀더의 외부구조를 보여주는 단면도.

도 6c는 도6a의 평면도.

도 7a는 본 발명에 따른 굴착기의 지지장치가 수축된 상태의 초기 굴착상태를 보여주는 측면도.

도 7b는 굴착기의 지지장치가 완전히 연장된 상태의 최종 굴착상태를 보여주는 측면도.

도 7c는 해머바디에 설치된 드릴비트의 배치구조를 보여주는 평면도.

도 8은 굴착기의 해머바디에 설치되는 드릴비트의 구조를 보여주는 측면도.

도 9는 도 5의 홀더의 각각의 세그먼트의 작동상태를 보여주는 평면도로서, 절반부는 세그먼트의 초기수축상태를 보여주며 나머지 절반부는 세그먼트의 완전 전개상태를 보여주는 평면도.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 홀더 20:스핀들

30: 상부몸체 40: 하부몸체

50: 슬리브 60: 지지장치

70: 세그먼트 100: 리프트장치

300: 해머 310: 해머 드라이버

320: 액튜에이터 330: 해머바디

340: 범퍼 350: 드릴비트

400: 배출장치 500: 유압라인

본 발명은 자주식 굴착기 및 그 굴착기를 이용한 굴착방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작업장치의 교체 없이 지층구조 및 종류에 무관하게 지반기초공사를 위해 대구경의 구멍을 축조할 수 있는 자주식 굴착기 및 그 굴착기를 이용한 굴착방법에 관한 것이다.

일반적으로, 각종의 지하 시설물을 건설하기 위해서는 관을 지하에 매립하거나 콘크리트로 형성된 벽체를 설치해야 하는바, 이 같은 관을 지하에 매설하기 위해 다양한 시공법 및 굴착기가 이용되고 있다. 이 같은 일반적인 굴착공법은 크게 테라 항타 공법과 유압잭 공법이 있으며, 테라 항타 공법은 압축공기로 항타하여 강관을 압입하는 공법으로서 소구경 강관의 추진 공사시 적합한 선추진 후굴착 방식이며, 유압잭 공법은 소구경 및 대구경 강관의 추진공사시 강관내에서 인력에 의한 토사굴착을 기본공정으로 하는 선추진 후굴착 및 후추진 선굴착의 병행방식이다.

이 같은 일반적인 굴착공정에 의하면, 굴착지점에 오실레이터를 설치하고 케이싱을 압설하고, 크레인에 해머그립을 장착하여 굴착하며, 해머그립을 치즐로 교체하여 압입전단 방식으로 파쇄하고, 오실레이터를 제거한 후, 크레인에 RCD를 부착하여 로드를 삽입하고, RCD를 제거한 후 공기를 서어징(surging)하며, 다시 오실레이터를 설치한 후 철근을 보강하고, 이어서 콘크리트를 케이싱내로 타설한 후 케이싱을 제거함으로써, 건축물의 지하부분의 골조의 시공이 완성되는 것이다.

그러나 이와 같은 종래의 굴착방법은 여러 가지 문제점이 초래되는 것으로 나타났다. 먼저, 굴착시 해머그립, 치즐, RCD 등과 같은 굴착에 필요한 작업장치를 교체해야 하므로 작업효율이 저하되는 문제점이 있다.

그리고 굴착될 지점의 토사의 종류에 따라 작업장치를 빈번하게 교체해야 함에 따라 작업인원, 작업시간, 시공비가 증가되어 경제성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 굴착작업의 장기화 및 지연에 따라 전반적인 시공기간이 연장되며, 장비의 탈부착에 많은 수의 인력과 고도의 숙련자가 필요한 문제점이 있다.

이에 본 발명은 전술된 문제점들을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 굴착될 토질에 관계없이 굴착할 수 있는 자주식 굴착기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 지층구조 및 종류에 무관하게 굴착작업장치를 교체하지 않고 굴착할 수 있는 자주식 굴착기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 작업성이 향상되고 경제적인 자주식 굴착기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 주요 목적은 토질 또는 지층구조에 관계없이 굴착작업장치를 교체하지 않고 연속 반복적으로 굴착할 수 있는 굴착기를 이용한 굴착방법을 제공하는데 있다.

이 같은 목적들은, 지반기초공사를 위해 대구경의 구멍을 축조하기 위한 자주식 굴착기에 있어서, 굴착지점에 타설되는 케이싱의 내측면에 해제 가능하게 압착 고정되는 홀더; 그 홀더의 하부에 장착되며, 굴착작업 중 굴착깊이에 따라 하방으로 연장 가능한 복수의 리프트장치; 그 리프트장치의 단부에 회전 가능하게 장착되며, 굴착지점을 타격 및 파쇄하기 위한 해머; 그 해머에 의해 파쇄된 토사 및 암반입자들을 흡입하여 외부로 배출시키기 위한 배출장치; 및 홀더, 지지장치 및 해머를 작동시키기 위한 유압을 공급하기 위한 유압라인을 포함하는 자주식 굴착기에 의해 달성될 수 있다.

전술된 목적들은 또한 굴착할 부분에 오실레이터를 설치하고 케이싱을 타설하고 케이싱내의 토사를 제거하여 작업공간을 형성한 후, 자주식 굴착기를 이용하는 굴착방법에 있어서, 굴착할 부분에 오실레이터를 설치하고 케이싱을 타설한 후 케이싱내의 토사를 제거하여 작업공간을 형성하는 단계와, 케이싱내에 굴착기를 삽입한 후 홀더를 케이싱에 고정시키는 단계와, 홀더의 하부에 설치된 리프트장치를 작동시켜 해머바디에 설치된 복수의 드릴비트가 굴착면에 접하도록 해머를 배치시키는 단계와, 해머를 회전 및 전진시키면서 각각의 드릴비트를 작동시켜 굴착면을 파쇄하는 단계와, 파쇄된 입자들을 흡입하여 외부로 배출시키는 단계와, 리프트 장치가 완전히 연장된 후 파쇄작동이 종료되면, 굴착작업을 중단시킨 후 홀더를 케이싱으로부터 해제시키는 단계와, 지지장치를 원위치로 복귀시켜 상기 홀더를 하방으로 이동시키는 단계를 포함하며; 굴착공을 예정된 깊이로 굴착할 때까지 상기 단계들을 연속 반복적으로 행하는 것을 특징으로 하는 굴착방법에 의해 달성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 6c를 참조하면, 본 발명에 따른 굴착기는 이동 및 리프트를 위해 크레인(1)에 연계된다. 또한, 본 발명에 따른 굴착기를 이용하여 지반을 굴착하는 경우 그 굴착되는 굴착공의 상부의 토사가 무너져 내리는 것을 방지하기 위해 케이싱(2)이 굴착될 지점에 우선적으로 압입되거나 타설됨은 자명하다 할 것이다.

우선적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 굴착기는 케이싱(2) 내에 고정됨은 물론 이동 가능하게 삽입되는 홀더(10)를 구비한다.

홀더(10)는 그 중앙에서 대체로 원통형의 스핀들(20)을 구비한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 스핀들(20)의 외측면에는 일정깊이 및 길이로 형성되는 복수의 홈들이 형성되며, 이 홈들 중에는 상호 대향하며 상호 쌍을 이루는 키홈(22)이 포함된다. 스핀들(20)의 상부의 각각의 홈들 사이에는 후술되는 상부몸체를 장착하기 위한 복수의 핀홀(24)이 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 스핀들(20)의 하부에는 후술되는 하부몸체를 장착하기 위한 복수의 장착공(26)이 천공형성되는 것이 바람직하다. 특히, 홈(20)과 장착공(26) 사이의 스핀들의 적정위치에는 후술되는 슬리브를 지지하는 지지장치에 유압을 출입시키기 위한 복수의 유압포트(28a;28b)가 형성되는 것이 바람직하다.

스핀들(20)의 상부에는 대체로 원형의 상부몸체(30)가 장착된다. 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이, 상부몸체(30)의 주변에는 스핀들(20)의 상부에 형성된 핀홀(24)에 각각 대응하며, 볼트(32)와 같은 체결수단이 삽입되어 체결되는 복수의 체결공(34)이 천공되는 것이 바람직하다. 특히, 상부몸체(30)에는 각각의 볼트(32)가 삽입되는 체결공(32)이 형성된 복수의 지지편(36)이 돌출 형성되는 것이 바람직하다.

스핀들(20)의 하부에는 대체로 원판형의 하부몸체(40)가 장착된다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 하부몸체(40)는 "??"자형의 브래킷(42)에 의해 스핀들(20)에 장착되는 것이 바람직하다. 즉, 브래킷(42)의 하나의 고정부는 하부몸체에 고정되고 그 고정부에 직각인 다른 하나의 고정부는 스핀들(20)의 장착공에 고정되는 방식으 로 장착되어 하부몸체(40)가 스핀들(20)에 장착되는 것이다. 한편, 브래킷(42)에는 후술되는 지지장치가 설치될 수 있도록 고정편(44)이 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

스핀들(20)의 외측에는 슬리브(50)가 상하로 왕복 가능하게 설치된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 슬리브(50)는 스핀들(20)을 포위하는 원통형으로 형성되며, 내측에는 스핀들(20)의 키홈(22)에 이동 가능하게 삽입되며 상호 대향하는 키(52)가 구비되는 것이 바람직하다. 키(52)는 슬리브(50)에 일체로 형성되는 것이 바람직하지만 교체 및 분리 가능하게 구비될 수도 있다. 특히, 슬리브(50)의 외측에는 복수의 슬라이더(54)가 일체로 돌출 형성되는 것이 바람직하다. 각각의 슬라이더(54)는 슬리브의 상부 및 하부에 각각 대향하는 위치에 동일간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 슬리브(50)가 왕복동함에 따라 후술되는 바와 같은 각각의 세그먼트가 방사방향 또는 그 역방향으로 이동되어 결과적으로 각각의 세그먼트가 케이싱에 압착되거나 해제될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 각각의 슬라이더(54)는 외측 하방으로 수렴적으로 경사지도록 돌출 형성되며, 각각의 가이드(54)의 양 측방에는 홈(54a)이 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 슬리브(50)는 스핀들(40)에 대해 상하로 왕복동될 수 있도록 복수의 지지장치(60)에 의해 지지된다. 도 6b에 상세히 도시된 바와 같이, 각각의 지지장치(60)는, 전술된 스핀들(20) 및 하부몸체(40)를 고정시키기 위한 브래킷(42)에 형성된 고정편(44)에 고정되는 실린더(62)와, 그 실린더(62)에 왕복 가능하게 결합되며 단부가 본체(50)의 하부 주변에 배열된 각각의 가이드(54)에 고정되는 지지로드(64)로 구성되는 것이 바람직하다. 각각의 실린더(62)는 유압실린더로 형성되는 것이 바람직하며, 각각의 실린더(62)에는 유압의 공급 및 출입을 위해 스핀들(20)의 하부에 형성된 각각의 유압포트(28a;28b)에 연통하는 포트(66a;66b)가 구비되는 것이 바람직하다.

스핀들(20)에 왕복 가능하게 설치된 슬리브(50)에는 전술된 케이싱(2)에 압착되거나 해제되도록 구성된 복수의 세그먼트(70)가 설치된다. 각각의 세그먼트(70)는 장방형으로 형성되며 상부에는 전술된 상부몸체(30)의 지지편(36)에 이동 가능하게 외삽되어 지지되는 지지홈(72)이 형성된다. 또한 각각의 세그먼트(70)의 내측의 대체로 상부 및 하부에는 슬리브(50)에 형성된 각각의 슬라이더(54)에 상응하게 형성되며 그것들에 이동 가능하게 삽설되는 복수의 가이드(74)가 돌출 형성된다. 각각의 가이드(74)에는 슬리브의 각각의 슬라이더(54)에 대한 안정적인 결합을 위해 각각의 슬라이더(54)의 양측방에 형성된 홈(54a)에 삽입되는 돌출편(74a)이 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 가이드(74)는 슬라이더(54)에 상응하는 경사도를 지니도록 형성되는 것이 바람직하다.

홀더(10)의 하부, 보다 상세하게는 홀더의 하부몸체(40)에는 후술되는 타격장치를 리프트시키기 위한 리프트장치(100)가 설치된다. 도 2 와 도 6b에 도시된 바와 같이, 리프트장치(100)는 예컨대, 상호 대향하는 위치에 2개가 설치될 수 있다. 각각의 리프트장치(100)는 하부몸체(40)의 하부면에 고정되는 브래킷(102)에 고정되는 실린더(104)와 그 실린더(104)에 대해 왕복동 가능하며 일단부가 후술되는 해머드라이버에 고정되는 지지로드(106)로 구성되는 것이 바람직하다. 물론, 실 린더(104)의 거의 양단부에는 지지로드(106)를 왕복동시키기 위해 각각 선택적으로 유압이 출입되는 유압포트(108a;108b)가 구비된다.

또한, 홀더의 하부, 보다 상세하게는 홀더의 하부몸체(40)에는 후술되는 타격장치의 안정적인 이동 및 가이드를 위한 안내장치(200)가 설치된다. 각각의 안내장치(200)는 각각의 리프트장치(100) 사이의 상호 대향하는 위치에 2개가 설치될 수 있다. 각각의 안내장치(200)는 하부몸체(40)의 하부면에 고정되는 하나의 실린더(202)와 그 실린더(202)에 대해 왕복동 또는 접철 가능하며 일단부가 후술되는 해머드라이버에 고정되는 지지로드 또는 다른 하나의 실린더(204)로 구성되는 것이 바람직하다. 각각의 안내장치(200)는 후술되는 바와 같이 굴착기의 작동 중 발생되는 토오크 또는 반발토오크를 분산시키는 역할을 한다.

전술된 각각의 리프트장치(100) 및 안내장치(200)의 단부에는 실제로 굴착부분에 접하여 그 부분을 타격하거나 파쇄하여 굴착하기 해머(300)가 장착된다.

도 1, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 해머(300)는 실제로 각각의 리프트장치(100) 및 안내장치(200)의 단부에 고정되는 해머 드라이버(310)를 포함한다. 해머드라이버(310)에는 상세히 도시되지는 않았지만 후술되는 바와 같이 해머바디를 회전시키기 위해 감속기가 내장되는 것이 바람직하다.

해머 드라이버(310)의 상부에는 실제로 후술되는 해머바디를 회전시키기 위한 액튜에이터(320)가 설치된다. 액튜에이터(320)는 유압모터로 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 2개의 액튜에이터(320)가 설치되는 것으로 예시되어 있으나, 그 개수는 굴착기의 용량에 따라 적절하게 설치할 수 있는 것으로 이해된다.

해머드라이버(310)의 하부에는 실제로 굴착부분의 타격 및 파쇄를 행하는 해머바디(330)가 설치된다. 해머바디(330)는 액튜에이터(320)에 의해 회전 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 해머드라이버(310)와 해머바디(330) 사이에는 그 해머바디(330)의 작동에 의해 발생되는 충격 및 진동을 완충시키고 해머드라이버(310)로 전달되는 것을 방지하기 위해 범퍼(340)가 개재되는 것이 바람직하다.

한편, 해머바디(330)에는 암반 등을 파쇄하기 위한 복수의 드릴비트(350)가 회전 가능하게 설치되는 것이 바람직하다. 특히, 도 7c에 도시된 바와 같이, 암반을 전체적으로 파쇄하기 위해, 각각의 드릴비트(350)의 중심이 해머바디(330)의 중심축으로부터 일정거리로 이격되는 각각의 다른 원상에 위치하지 않도록 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 드릴비트(350)는 동력을 전달하기 위한 호퍼램(352)에 작동적으로 연결되어 있고, 스토퍼(354)에 의해 지지되어 있어 안정적인 회전 및 파쇄작동을 할 수 있는 것이다.

또한, 굴착기를 구성하는 홀더(10) 및 해머(300)의 중앙통로에는 해머에 의해 파쇄된 토사, 암반입자 등을 외부로 배출시키기 위한 배출장치(400)가 설치된다. 배출장치(400)는, 도 6a, 6b, 7b 및 7c에 도시된 바와 같이, 해머(300)의 해머바디(330)의 이동에 따라 그 길이가 조절될 수 있도록 신축 또는 전개 가능한 2개의 관이 망원경식으로 형성되는 배토관 방식으로 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 배출장치(400)는 도시되지 않은 흡입장치 또는 일반적인 파워팩(PP), 즉, 엔진, 펌프, 오일탱크 등으로 구성된 파워팩에 연결되어 파쇄된 토사 및 암반입자를 흡입하 여 외부로 배출시킬 수 있는 것이다. 물론, 배출장치(400)의 단부에는 후술되는 바와 같이, 굴착 작업중 발생되는 파쇄편들을 효과적으로 흡입할 수 있도록 해머바디(330)의 중앙에 배치되는 흡입단(402)을 구비하는 것이 바람직하다.

물론, 전술된 바와 같은 각각의 작동구성요소들을 작동시키거나 구동시키기 위한 유압을 공급하기 위해 각각의 작동구성요소에 유압라인(500)이 연결된다. 즉, 유압라인(500)은 각각 유압에 의해 작동되거나 구동되는 지지장치(60)가 연결되는 유압포트(28a,28b), 각각의 리프팅장치(100)의 유압포트(108a,108b), 각각의 액튜에이터(320)에 유압을 공급하거나 출입시킬 수 있도록 연결된다. 물론, 유압라인(500)의 상단에는, 외부에 설치된 파워팩(PP)에 설치될 수 있는 유압공급원으로부터 유압을 공급받기 위한 유압공급라인이 유압이 조절 가능하게 연결되거나 접속될 수 있도록 유압제어밸브(502)가 구비되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 자주식 굴착기의 작동 및 그 굴착기를 이용한 굴착방법에 대해 상세히 설명한다.

예컨대, 작업자 또는 시공업자가 지하실을 시공하거나 건축물의 기초를 축조하기 위해 대구경의 타설공을 굴착하는 경우, 우선적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 크레인(1)을 이용하여 해당 굴착부분에 오실레이터(3)를 설치하고 원하는 대구경의 케이싱(2)을 타설한 후 케이싱내의 토사를 제거하여 작업공간을 형성한다.

이 상태에서, 작업자는 크레인(1)을 이용하여 케이싱(2)내에 굴착기를 삽입한 후, 홀더(10)를 케이싱에 고정시킨다. 보다 상세히 설명하면, 유입라인(500)을 통해 공급되는 유압이 각각의 유압포트(28a)와 각각의 지지장치(60)의 포트(66a)를 통해 실린더(62)로 유압이 공급되면, 각각의 지지로드(64)가 상방으로 이동한다.

이와 같이, 지지로드(64)가 상방으로 이동되면 그 지지로드에 의해 지지된 슬리브(50)가 상방으로 이동된다. 슬리브(50)가 상방으로 이동되면, 그 슬리브(50)의 외측에 구비된 각각의 가이드(54) 또한 동시에 상방으로 이동된다. 이와 동시에 가이드(54)에 슬라이더(74)에 의해 결합된 각각의 세그먼트(70)가 외측으로 이동되며, 최종적으로 도 6a, 6b, 6c 및 9의 우측에 도시된 바와 같이, 각각의 세그먼트의 외측면이 케이싱(2)의 내측면에 압착된다. 이에 따라 홀더(10)가 케이싱(2)에 밀착 고정되어 준비상태가 완료되는 것이다.

이후, 작업자는 각각의 리프트장치(100)의 실린더(104)의 유압포트(108a)를 통해 유압이 공급되면 지지로드(106)가 돌출된다. 각각의 지지로드(106)가 돌출되면 그 지지로드에 장착된 해머(300)가 굴착지점에 적합하게 위치하게 된다. 즉, 해머(300)의 해머바디(330)의 각각의 드릴비트(350)가 굴착면에 적합하게 접하도록 위치하게 된다. 이때, 해머바디(330)는 리프트장치(100)는 물론 안내장치(200)에 의해 적정위치로 안정적으로 위치될 수 있는 것이다.

이와 같이, 해머(30))가 적정위치에 배치된 상태에서, 그 해머(300)의 각각의 액튜에이터(320)에 유압을 공급하여 작동시키면 해머바디(330)가 회전됨과 동시에 그 해머바디(330)에 설치된 각각의 드릴비트(350)가 그것에 접하는 토사 또는 암반에 접촉한 상태에서 회전 및 타격 운동함으로써, 해당부분의 토사 및 암반이 파쇄되는 것이다.

이와 같이, 파쇄된 토사 또는 암반입자들은 해머바디(330)의 중앙에 배치된 흡입단(502)을 통해 흡입되어 배출장치를(500)을 통해 외부로 배출된다. 물론, 배출장치(500)에는 외부에 설치되는 흡입장치가 연결되어 흡입력이 제공됨으로써, 파쇄편이 흡입되어 배출되는 것이다.

한편, 전술된 바와 같은 연속적인 굴착작업이 진행되면서 굴착공의 깊이가 깊어짐에 따라 각각의 리프트장치(100)의 실린더(104)의 유압포트(108a)를 통해 유압이 지속적으로 공급됨으로써 지지로드(106)가 연속적으로 돌출되며, 이에 따라 해머바디(330)에 설치된 각각의 드릴비트(350)가 항상 굴착면에 적합하게 접하게 되어 굴착작업이 이루어지는 것이다.

이와 같은, 해머(300)의 굴착작업과 파쇄된 토사 및 암반입자들이 외부로 배출되는 공정은, 각각의 리프트장치(100)의 지지로드(106)가 완전히 돌출될 때까지 계속된다. 이후, 해머바디(330)가 더 이상 하강되지 못함으로 인해 실제적인 파쇄작업 또는 굴착작업이 실행되지 못하면, 작업자는 액튜에이터(320) 및 드릴비트(350)에 대한 유압의 공급을 차단하여 작동을 중지시킨다.

이후, 작업자는 유압라인(500)을 통해 공급되는 유압을 각각의 유압포트(28b)와 각각의 지지장치(60)의 포트(66b)를 통해 실린더(62)로 유압을 공급하면, 각각의 지지로드(64)가 하방으로 이동하게 된다.

이와 같이, 지지로드(64)가 하방으로 이동되면 그 지지로드에 의해 지지된 슬리브(50)가 하방으로 이동된다. 슬리브(50)가 하방으로 이동되면, 그 슬리브(50)의 외측에 구비된 각각의 슬라이더(54) 또한 동시에 하방으로 이동된다. 이와 동시에 슬라이더(54)에 가이드(74)에 의해 결합된 각각의 세그먼트(70)가 반경방향 내 측으로 이동됨으로써, 각각의 세그먼트(70)의 외측면이 케이싱(2)의 내측면으로 이동되어 분리되어 결국, 도 6a, 6b, 6c 및 9의 좌측에 도시된 바와 같이, 홀더(10)가 케이싱(2)으로부터 분리된다.

이후, 각각의 리프트장치(100)의 실린더(104)의 유압포트(108b)를 통해 유압을 공급하면 지지로드(106)가 원위치로 복귀된다. 각각의 지지로드(106)가 실린더(104)내로 들어가면서 홀더(10)가 하방으로 이동되어 굴착준비 상태를 유지한다.

이 상태에서, 작업자는 다시 유입라인(500)을 통해 유압을 각각의 유압포트(28a)와 각각의 지지장치(60)의 포트(66a)를 통해 실린더(62)로 유압을 공급하면, 전술된 바와 같이 각각의 지지로드(64)가 상방으로 이동하게 되면 슬리브(50)가 상방으로 이동하게 되고, 그 슬리브(50)의 외측에 구비된 각각의 가이드(54) 또한 동시에 상방으로 이동되면서, 전술된 바와 같이 각각의 세그먼트(70)가 반경방향 외측으로 이동되어 결과적으로 각각의 세그먼트(70)의 외측면이 케이싱(2)의 내측면에 압착됨으로써, 홀더(10)가 케이싱(2)에 밀착 고정되는 것이다.

이 상태에서, 전술된 바와 같이 해머(300)의 각각의 액튜에이터(320)에 유압을 공급하면, 해머바디(330)가 회전됨과 동시에 그 해머바디(330)에 설치된 각각의 드릴비트(350)가 그것에 접하는 토사 또는 암반에 접촉한 상태에서 회전 및 타격운동함으로써, 해당부분의 토사 및 암반이 파쇄되며, 이 파쇄편은 해머바디(330)의 중앙에 배치된 흡입단(502)을 통해 흡입되어 배출장치(500)를 통해 외부로 배출된 다.

이후, 리프트장치가 완전히 전개되거나 구동로드가 완전히 돌출될 때까지 굴착이 실행되면, 다시 전술된 바와 같이 홀더(10)를 케이싱(2)에서 해제시키고 하방으로 이동시켜 고정시킨 후 굴착작업을 실행한다. 물론 전술된 바와 같은 굴착작업은 굴착공의 깊이가 예정된 깊이 또는 대형의 암반층에 도달될 때까지 계속된다.

최종적으로, 목표로 하는 지점까지 굴착을 완료하면 홀더를 케이싱으로부터 해제시키고 각각의 리프트장치의 구동로드를 원위치로 복귀시킨 후 크레인을 이용하여 굴착기를 외부로 제거한다. 이후, 해당 굴착공에 콘크리트를 타설한 후 케이싱을 제거해냄으로써, 지하의 축대 또는 외벽을 형성할 수 있는 것이다.

이에 따라, 굴착되는 토질이 가변적인 경우에도 종래와 같이 해머그랩, 치즐, RCD 등과 같은 파쇄공구 또는 작업공구를 교체함이 없이 연속 반복적으로 굴착작업을 행할 수 있는 것이다.

결과적으로, 본 발명에 따른 자주식 굴착기 및 굴착방법에 의하면, 지반기초공사를 위해 대구경의 구멍이 축조될 토질에 관계없이 연속 반복적으로 굴착을 행할 수 있어 작업성 및 작업효율이 향상되는 효과가 있다.

또한, 지층구조 및 종류에 무관하게 굴착작업장치를 교체하지 않고 굴착할 수 있으며, 숙련자가 필요 없으며, 기간이 단축되어 경제성이 향상되는 장점이 있다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 기술분 야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (19)

1. 지반기초공사를 위해 대구경의 구멍을 축조하기 위한 자주식 굴착기에 있어서,

   굴착지점에 타설되는 케이싱의 내측면에 해제 가능하게 압착 고정되는 홀더;

   상기 홀더의 하부에 장착되며, 굴착작업 중 굴착깊이에 따라 하방으로 연장 가능한 복수의 리프트장치;

   상기 각각의 리프트장치의 단부에 회전 가능하게 장착되며, 굴착지점을 타격 및 파쇄하기 위한 해머;

   상기 해머에 의해 파쇄된 토사 및 암반입자들을 흡입하여 외부로 배출시키기 위한 배출장치; 및

   상기 홀더, 상기 지지장치 및 상기 해머를 작동시키기 위한 유압을 공급하기 위한 유압라인을 포함하는 자주식 굴착기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 홀더는

   중앙에 관통공이 형성되며, 하부에 복수의 유압포트가 형성되는 스핀들;

   상기 스핀들의 상부에 고정되며, 반경방향 외측으로 복수의 지지편이 돌출 형성되는 상부몸체;

   상기 스핀들의 하부에 고정되며, 복수의 브래킷이 주변을 따라 구비되는 하부몸체;

   상기 스핀들의 외측에 상하로 왕복 가능하게 외삽되는 슬리브;

   상기 슬리브를 상기 스핀들에 대해 상하로 왕복동시킬 수 있도록, 상기 하부몸체의 각각의 브래킷에 장착되는 복수의 지지장치; 및

   상기 상부몸체의 각각의 지지장치에 반경방향으로 이동 가능하게 고정되며, 상기 슬리브의 이동에 따라 외측면이 상기 케이싱의 내측면에 압착 및 해제되는 복수의 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 스핀들의 외측면에는 일정깊이 및 길이로 형성되며 상호 반대방향으로 향하며 쌍을 이루는 키홈이 형성되며, 상기 슬리브의 내측면에는 상기 키홈에 이동 가능하게 삽입되며 상호 대향하는 키가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 슬리브의 외측에는 경사면을 갖는 복수의 슬라이더가 형성되며, 상기 각각의 세그먼트에는 상기 슬리브의 슬라이더가 슬라이딩 가능하게 삽입되며 상기 슬라이더의 경사면과 동일하게 경사진 가이드가 형성되는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 각각의 슬라이더는 상기 슬리브의 외측의 상부 및 하부에 쌍을 이루며 형성되고, 상기 각각의 가이드는 상기 각각의 세그먼트의 내측의 상부 및 하부에 일체로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 각각의 슬라이더의 양측부에는 홈이 형성되며, 상기 각각의 가이드에는 상기 각각의 홈에 슬라이딩 가능하게 삽입되는 돌출편이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착장치.
7. 제 2항에 있어서, 상기 각각의 지지장치는 상기 브래킷에 형성된 고정편에 고정되며 유압포트에 연결되는 실린더와, 상기 실린더에 대해 왕복가능하며 상기 슬리브의 하단부에 고정되는 지지로드로 구성되는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착기.
8. 제 7항에 있어서, 상기 실린더에는 상기 유압포트에 연결관에 의해 연통하는 포트가 구비되는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착기.
9. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 리프트장치는

   상기 하부몸체에 고정되는 각각의 브래킷에 고정되며, 양 단부에 유압이 출입되는 유압포트가 구비되는 실린더; 및

   상기 각각의 유압포트로의 유압의 출입에 따라 상기 실린더에 대해 왕복동 가능하며 일단부가 상기 해머에 고정되는 지지로드로 구성되는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착기.
10. 제 1항에 있어서, 상기 해머의 작동 중 발생되는 토오크 및 반발토오크를 분산시키고 상기 해머를 정확하게 안내하기 위해, 상기 홀더의 하부몸체와 상기 해머사이 및 상기 각각의 리프트장치 사이에 상호 대향하도록 설치되는 복수의 안내장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착기.
11. 제 10항에 있어서, 상기 각각의 안내장치는 상기 하부몸체의 하부면에 고정되는 하나의 실린더와, 상기 실린더에 대해 왕복동 또는 접철 가능하며 일단부가 상기 해머에 고정되는 다른 하나의 실린더로 구성되는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착기.
12. 제 1항에 있어서, 상기 해머는

    상기 각각의 리프트장치 및 안내장치의 단부에 고정되는 해머드라이버;

    상기 해머드라이버의 상부에 설치되는 액튜에이터;

    상기 해머드라이버의 하부에 상기 액튜에이터에 의해 회전 가능하게 설치되는 해머바디; 및

    상기 해머바디에 설치되며 굴착부를 타격 및 파쇄하기 위한 복수의 드릴비트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착기.
13. 제 12항에 있어서, 상기 각각의 드릴비트는, 파쇄부를 전체적으로 파쇄하기 위해 각각의 드릴비트의 중심이 상기 해머바디의 중심축으로부터 일정거리로 이격 되는 각각의 다른 원상에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착기.
14. 제 13항에 있어서, 상기 각각의 드릴비트는 동력을 전달하기 위한 호퍼램에 작동적으로 연결되며, 스토퍼에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착기.
15. 제 12항에 있어서, 상기 해머드라이버와 해머바디 사이에는 굴착시 발생되는 충격 및 진동을 완충시키고 해머드라이버로 전달되는 것을 방지하기 위해 범퍼가 개재되는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착기.
16. 제 1항에 있어서, 상기 배출장치는 상기 해머의 해머바디의 이동에 따라 그 길이가 조절될 수 있도록 신축 또는 전개 가능하도록 2개의 관으로 형성되는 배토관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착기.
17. 제 16항에 있어서, 상기 배토관의 단부에는 굴착작업중 발생되는 파쇄편들을 흡입할 수 있도록 해머바디의 중앙에 노출 배치되는 흡입단이 구비되는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착기.
18. 제 1항에 있어서, 상기 유압라인에는, 굴착공 외부에 설치되는 유압공급원으로부터 유압을 공급받기 위한 유압공급라인이 유압이 조절 가능하게 연결되는 유압제어밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 자주식 굴착기.
19. 지반기초공사를 위한 대구경의 구멍을 축조하기 위해 굴착할 부분에 오실레이터를 설치하고 케이싱을 타설하고 케이싱내의 토사를 제거하여 작업공간을 형성한 후, 제 1항 내지 18항 중 어느 한 항에 따른 자주식 굴착기를 이용하는 굴착방법에 있어서,

    상기 굴착할 부분에 오실레이터를 설치하고 케이싱을 타설한 후 케이싱내의 토사를 제거하여 작업공간을 형성하는 단계와,

    상기 케이싱내에 굴착기를 삽입한 후 홀더를 케이싱에 고정시키는 단계와,

    상기 홀더의 하부에 설치된 리프트장치를 작동시켜 해머바디에 설치된 복수의 드릴비트가 굴착면에 접하도록 해머를 배치시키는 단계와,

    상기 해머를 회전 및 전진시키면서 각각의 드릴비트를 작동시켜 굴착면을 파쇄하는 단계와,

    파쇄된 입자들을 흡입하여 외부로 배출시키는 단계와,

    상기 리프트 장치가 완전히 연장된 후 파쇄작동이 종료되면, 굴착작업을 중단시킨 후 상기 홀더를 상기 케이싱으로부터 해제시키는 단계와,

    상기 지지장치를 원위치로 복귀시켜 상기 홀더를 하방으로 이동시키는 단계를 포함하며;

    굴착공을 예정된 깊이로 굴착할 때까지 상기 단계들을 연속 반복적으로 행하는 것을 특징으로 하는 굴착방법.

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