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KR102762599B1 - Tunnel excavation methods using cutter with improved working freedom - Google Patents

Tunnel excavation methods using cutter with improved working freedom Download PDF

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KR102762599B1
KR102762599B1 KR1020220073965A KR20220073965A KR102762599B1 KR 102762599 B1 KR102762599 B1 KR 102762599B1 KR 1020220073965 A KR1020220073965 A KR 1020220073965A KR 20220073965 A KR20220073965 A KR 20220073965A KR 102762599 B1 KR102762599 B1 KR 102762599B1
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KR
South Korea
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tunnel
cutter
worm gear
cutter blade
gear set
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조정우
오주영
김문규
박현준
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 굴착기 아암의 선단에 설치된 커터를 이용하여 터널 굴착면에 커팅홈을 형성하고 이 커팅홈에 유압 브레이커의 쐐기를 삽입 및 타격하여 암석블록을 제거하는 방법에 대한 것으로서, 커터가 요(yaw) 회전, 피치(pitch) 회전, 롤(roll) 회전 및 선형 이동이 가능하므로 터널 측벽의 곡면과, 천정의 곡면 및, 터널 바닥면을 굴착할 수 있다. The present invention relates to a method for removing a rock block by forming a cutting groove in a tunnel excavation surface using a cutter installed at the tip of an excavator arm and inserting and striking a wedge of a hydraulic breaker into the cutting groove, wherein the cutter is capable of yaw rotation, pitch rotation, roll rotation and linear movement, so that it can excavate a curved surface of a tunnel side wall, a curved surface of a ceiling and a tunnel floor.

Description

작업 자유도가 향상된 커터를 이용한 터널 굴착방법 {Tunnel excavation methods using cutter with improved working freedom} Tunnel excavation methods using cutter with improved working freedom

본 발명은 터널 굴착방법에 대한 것으로서, 더욱 구체적으로는 굴착기 아암의 선단에 설치된 커터가 요(yaw) 회전, 피치(pitch) 회전, 롤(roll) 회전 및 선형 이동이 가능하므로 터널 측벽의 곡면과, 천정의 곡면 및, 터널 바닥면을 굴착할 수 있는 터널 굴착방법에 대한 것이다. The present invention relates to a tunnel excavation method, and more specifically, to a tunnel excavation method in which a cutter installed at the tip of an excavator arm is capable of yaw rotation, pitch rotation, roll rotation, and linear movement, thereby excavating a curved surface of a tunnel side wall, a curved surface of a ceiling, and a tunnel floor.

통상적으로, 터널 굴착이나 암반 사면 제거를 위한 발파 공법은 암반에 발파공을 천공하고 화약을 장전한 후 발파한다. 그러나, 발파 공법은 진동과 소음을 발생시키므로 도심지나 주요 건물 인접 지역 등에서는 허용되지 않는 경우가 많다. Typically, blasting methods for tunnel excavation or rock slope removal are used to drill a blast hole in the rock, load gunpowder, and then blast. However, blasting methods generate vibration and noise, so they are often not permitted in urban areas or areas adjacent to major buildings.

본 출원인은 발파 공법의 이러한 문제점을 해결하기 위해, 굴착기 어태치먼트 커터(이하 '커터'라고 명칭함)를 이용하여 암반에 커팅홈을 절삭한 후 이 커팅홈에 유압 브레이커의 치즐 또는 쐐기(아래에서는 '치즐'과 '쐐기'를 '쐐기'로 통칭함)를 삽입 및 타격하여 암반 블록을 제거하는 공법을 개발한 바 있다. 그리고, 이 공법은 대한민국 특허등록 제10-1787966호, 제10-2154862호, 제10-2221392호에 개시되어 있다. In order to solve the above problems of the blasting method, the present applicant has developed a method of cutting a cutting groove in a rock using an excavator attachment cutter (hereinafter referred to as “cutter”), and then inserting and striking a chisel or wedge (hereinafter, “chisel” and “wedge” are collectively referred to as “wedge”) of a hydraulic breaker into the cutting groove to remove a rock block. And this method is disclosed in Korean Patent Registration Nos. 10-1787966, 10-2154862, and 10-2221392.

그런데, 상기 특허의 등록공보에 개시된 커터는 제한된 자유도를 갖기 때문에 터널 굴착에 이용될 경우에 터널의 측벽이나 천정을 굴착하기 위한 커팅홈을 형성하기가 불가능한데 이를 설명하면 아래와 같다.However, since the cutter disclosed in the registration publication of the above patent has a limited degree of freedom, it is impossible to form a cutting groove for excavating the side wall or ceiling of a tunnel when used for tunnel excavation, as explained below.

도 1은 본 명세서에서 설명되는, 커터 블레이드(16)의 요(yaw) 회전, 피치(pitch) 회전 및, 롤(roll) 회전을 보여주는 도면이다. FIG. 1 is a drawing showing the yaw rotation, pitch rotation, and roll rotation of the cutter blade (16) described in this specification.

도면에 나타난 바와 같이, 요(yaw) 회전은 커터 블레이드(16)가 수직축(z축)을 중심으로 회전되는 것을 의미하고, 피치(pitch) 회전은 커터 블레이드(16)가 횡방향 축(y축)을 중심으로 회전되는 것을 의미하며, 롤(roll) 회전은 커터 블레이드(16)가 종방향 축(x축)을 중심으로 회전되는 것을 의미한다. 상기 x, y, z축은 그 방향이 고정된 것이 아니라 가변적이되 세 축은 항상 서로에 대해 수직을 이루고 어느 한 축의 위치는 나머지 두 축에 대하여 상대적으로 고정된다. As shown in the drawing, yaw rotation means that the cutter blade (16) rotates around the vertical axis (z-axis), pitch rotation means that the cutter blade (16) rotates around the transverse axis (y-axis), and roll rotation means that the cutter blade (16) rotates around the longitudinal axis (x-axis). The directions of the x, y, and z axes are not fixed but variable, but the three axes are always perpendicular to each other and the position of one axis is fixed relatively to the other two axes.

그런데, 이 커터(10)를 터널 굴착에 사용할 경우, 여러 문제가 발생한다. 도 2는 커터(10)를 보여주는 측면도이다. 도 2에서 화살표는 커터 블레이드(16)가 선형 이동되는 것을 표시한다. However, when this cutter (10) is used for tunnel excavation, several problems occur. Fig. 2 is a side view showing the cutter (10). In Fig. 2, the arrow indicates that the cutter blade (16) moves linearly.

커터(10)는 퀵 커플러(12)와, 퀵 커플러(12)의 아래에 설치된 연결헤드(13)와, 연결헤드(13)의 아래에 설치된 웜기어세트(14)와, 웜기어세트(14)의 아래에 설치된 선형 이동부(15)와, 선형 이동부(15)를 따라 선형 이동 가능하도록 설치된 커터 블레이드(16)와, 커터 블레이드(16)를 회전시키는 회전 모터를 포함할 수 있다. The cutter (10) may include a quick coupler (12), a connection head (13) installed below the quick coupler (12), a worm gear set (14) installed below the connection head (13), a linear moving part (15) installed below the worm gear set (14), a cutter blade (16) installed so as to be linearly moved along the linear moving part (15), and a rotation motor that rotates the cutter blade (16).

커터 블레이드(16)는 웜기어세트(14)에 의해 360° 요 회전만 가능하고 롤 회전될 수 없다. The cutter blade (16) can only rotate 360° by the worm gear set (14) and cannot be rolled.

아울러, 도 3에 나타난 바와 같이, 커터 블레이드(16)를 피치 회전시키기 위해, 아암 실린더(도면에 미도시)를 이용하여 커터 블레이드(16)를 아암의 선단을 중심으로 회동시키는 것만 가능하므로 피치 회전 각도가 작다. 예를 들어, 도 3은 피치 각도가 최대 145°인 것을 보여준다. In addition, as shown in Fig. 3, in order to rotate the cutter blade (16) in pitch, it is only possible to rotate the cutter blade (16) around the tip of the arm by using an arm cylinder (not shown in the drawing), so the pitch rotation angle is small. For example, Fig. 3 shows that the pitch angle is a maximum of 145°.

이와 같은 제한으로 인해, 커터(100)를 이용하여 터널 굴착면과, 터널 측벽과, 터널 천정을 커팅할 때 여러 문제점이 발생한다.Due to such limitations, several problems arise when cutting the tunnel excavation surface, tunnel side wall, and tunnel ceiling using a cutter (100).

도 4a에 나타난 바와 같이 선형 이동부(15)가 터널 굴착면(1)에 평행하도록 세워지고 커터 블레이드(16)가 터널 굴착면(1)에 대해 수직을 이룬 상태에서 상하로 선형 이동하면서 터널 굴착면을 커팅할 수 있으나, 도 4b에 나타난 바와 같이 터널 굴착면(1)의 하단에서는 피치 회전 각도의 제한으로 인해 선형 이동부(15)가 터널 굴착면(1)에 평행하도록 세워질 수 없고 이에 따라 터널 굴착면(1)의 하단 절삭시에는 커터 블레이드(16)가 선형 이동부(15)를 따라 선형이동하면서 커팅할 수가 없다. As shown in Fig. 4a, the linear moving part (15) is set up parallel to the tunnel excavation surface (1) and the cutter blade (16) is moved up and down linearly while being perpendicular to the tunnel excavation surface (1) to cut the tunnel excavation surface. However, as shown in Fig. 4b, the linear moving part (15) cannot be set up parallel to the tunnel excavation surface (1) due to limitations in the pitch rotation angle at the bottom of the tunnel excavation surface (1), and accordingly, when cutting the bottom of the tunnel excavation surface (1), the cutter blade (16) cannot cut while moving linearly along the linear moving part (15).

그리고, 도 4c에 나타난 바와 같이, 터널 천정(2)을 절삭하는 경우에도 피치 회전 각도의 제한으로 인해 선형 이동부(15)가 터널 천정(2)과 평행하도록 터널의 길이방향으로 설치될 수 없고, 이에 따라 터널 천정(2)을 커팅할 때 커터 블레이드(16)가 선형 이동부(15)를 따라 선형이동하면서 커팅할 수가 없다.And, as shown in Fig. 4c, even when cutting the tunnel ceiling (2), the linear moving part (15) cannot be installed in the longitudinal direction of the tunnel so as to be parallel to the tunnel ceiling (2) due to the limitation of the pitch rotation angle, and accordingly, when cutting the tunnel ceiling (2), the cutter blade (16) cannot cut while moving linearly along the linear moving part (15).

아울러, 커터(10)는 롤 회전이 불가능하므로, 도 4d에 나타난 바와 같이, 터널 천정(2)과 측벽(3)에 방사상 커팅을 할 수 없다. 방사상 커팅은 터널의 단면 중심을 기준으로 방사상의 커팅홈이 형성되도록 천정(2)과 측벽(3)을 커팅하는 것을 의미한다. 나아가, 피치 회전 각도가 제한되므로 터널 측벽의 수직 커팅이 불가능하다. In addition, since the cutter (10) cannot rotate the roll, it cannot perform radial cutting on the tunnel ceiling (2) and side wall (3), as shown in Fig. 4d. Radial cutting means cutting the ceiling (2) and side wall (3) so that a radial cutting groove is formed based on the cross-sectional center of the tunnel. Furthermore, since the pitch rotation angle is limited, vertical cutting of the tunnel side wall is impossible.

한편, 커터(10)는 터널 천정(2)과 바닥면에 대한 수직 방향의 룩아웃 커팅작업은 가능하지만, 도 5a ~ 5b에 나타난 바와 같이 터널 측벽(3)에 대한 룩아웃 커팅작업이나 수직방향 커팅작업은 피치 회전 각도가 제한되므로 불가능하다. Meanwhile, the cutter (10) is capable of vertical lookout cutting work on the tunnel ceiling (2) and floor, but as shown in FIGS. 5a to 5b, lookout cutting work or vertical cutting work on the tunnel side wall (3) is impossible because the pitch rotation angle is limited.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 작업 자유도가 향상된 커터를 이용한 터널 굴착방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. 구체적으로, 본 발명은 굴착기 아암에 어태치먼트로서 설치된 커터가 요(yaw) 회전, 피치(pitch) 회전, 롤(roll) 회전, 및 선형 이동이 가능하므로 터널 측벽의 곡면과, 천정의 곡면 및, 터널 바닥면을 굴착할 수 있는 터널 굴착방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been proposed to solve the above-described problems, and its purpose is to provide a tunnel excavation method using a cutter with improved freedom of operation. Specifically, the present invention provides a tunnel excavation method capable of excavating a curved surface of a tunnel side wall, a curved surface of a ceiling, and a tunnel floor surface by allowing a cutter installed as an attachment to an excavator arm to perform yaw rotation, pitch rotation, roll rotation, and linear movement.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터널 굴착방법은, (a) 굴착기 아암(11)의 선단에 설치된 커터 블레이드(160)를 이용하여 터널 굴착면(1)에 수평방향 커팅홈(H1)과 수직방향 커팅홈(V1)을 각각 복수 개 형성하는 단계; (b) 쐐기(211)를 수평방향 커팅홈(H1) 또는 수직방향 커팅홈(V1)에 삽입 및 타격하여 수평방향 커팅홈(H1)과 수직방향 커팅홈(V1)이 교차되어 형성되는 암석 블록을 제거하는 단계; (c) 터널 측벽(3)의 곡면을 형성하기 위해, 커터 블레이드(160)가 터널의 길이방향과 평행하거나 터널 측벽과 아웃룩 각도(θ1)를 이루도록 배치된 상태에서 터널 측벽(3)과 근접하는 직선으로 커팅하여 커팅홈(C1)을 형성하는 단계; 및, (d) 상기 (c) 단계의 커팅홈(C1)과 수평방향 커팅홈(V1)에 의해 형성된 암석블록을 쐐기(211)로 타격하여 제거하는 단계;를 포함할 수 있다. 복수 개의 커팅홈(C1)이 서로 연결되어 터널 측벽(3)의 곡면과 근접한 면을 이룰 수 있다. In order to achieve the above object, a tunnel excavation method according to a preferred embodiment of the present invention comprises: (a) a step of forming a plurality of horizontal cutting grooves (H1) and vertical cutting grooves (V1) on a tunnel excavation surface (1) by using a cutter blade (160) installed at the tip of an excavator arm (11); (b) a step of removing a rock block formed by the intersection of the horizontal cutting groove (H1) and the vertical cutting groove (V1) by inserting and striking a wedge (211) into the horizontal cutting groove (H1) or the vertical cutting groove (V1); (c) a step of forming a curved surface of a tunnel side wall (3), by cutting in a straight line approaching the tunnel side wall (3) while the cutter blade (160) is arranged to be parallel to the longitudinal direction of the tunnel or to form an outlook angle (θ1) with the tunnel side wall, to form a cutting groove (C1); And, (d) a step of removing the rock block formed by the cutting groove (C1) and the horizontal cutting groove (V1) of step (c) by striking it with a wedge (211). A plurality of cutting grooves (C1) may be connected to each other to form a surface close to the curved surface of the tunnel side wall (3).

상기 터널 굴착방법은, (e) 터널 천정(2)의 곡면을 형성하기 위해, 커터 블레이드(160)가 터널의 길이방향과 평행하거나 천정과 아웃룩 각도(θ2)를 이루도록 배치된 상태에서 터널 천정(2)과 근접한 직선을 형성하도록 암반을 커팅하여 커팅홈(C2)을 형성하는 단계; 및, (f) 커팅홈(C2)과 수직방향 커팅홈(V1)에 의해 형성된 암석블록을 쐐기(211)로 타격하여 제거하는 단계;를 포함할 수 있다. 커팅홈(V1)이 서로 연결되어 터널 천정(2)의 곡면과 근접한 면을 이룰 수 있다.The above tunnel excavation method may include: (e) a step of forming a cutting groove (C2) by cutting the rock so as to form a straight line close to the tunnel ceiling (2) while the cutter blade (160) is arranged to be parallel to the longitudinal direction of the tunnel or to form an outlook angle (θ2) with the ceiling, in order to form a curved surface of the tunnel ceiling (2); and, (f) a step of removing a rock block formed by the cutting groove (C2) and the vertical cutting groove (V1) by striking it with a wedge (211). The cutting grooves (V1) may be connected to each other to form a surface close to the curved surface of the tunnel ceiling (2).

커터(100)는 커터 블레이드(160)를 z축을 중심으로 회전시키는 요(yaw) 회전과, 커터 블레이드(160)를 y축을 중심으로 회전시키는 피치(pitch) 회전과, 커터 블레이드(160)를 x축을 중심으로 회전시키는 롤(roll) 회전 및, 커터 블레이드(160)를 선형 이동시키는 것이 가능하다. 여기서, x, y, z축은 서로에 대해 수직을 이루는 세 축이다.The cutter (100) is capable of performing a yaw rotation that rotates the cutter blade (160) around the z-axis, a pitch rotation that rotates the cutter blade (160) around the y-axis, a roll rotation that rotates the cutter blade (160) around the x-axis, and a linear movement of the cutter blade (160). Here, the x, y, and z axes are three axes that are perpendicular to each other.

상기 커터(100)는, 연결헤드(110)의 아래에 설치된 제1 웜기어세트(120); 제1 웜기어세트(120)의 아래에 설치되어 0°부터 적어도 90°까지 회동 가능한 틸트부(130); 틸트부(130)의 아래에 설치된 제2 웜기어세트(140); 제2 웜기어세트(140)의 아래에 설치된 선형 이동부(150); 및, 선형 이동부(150)에 선형 이동 가능하도록 설치된 커터 블레이드(160);를 포함할 수 있다. The cutter (100) may include a first worm gear set (120) installed below a connecting head (110); a tilt unit (130) installed below the first worm gear set (120) and rotatable from 0° to at least 90°; a second worm gear set (140) installed below the tilt unit (130); a linear moving unit (150) installed below the second worm gear set (140); and a cutter blade (160) installed to be linearly movable on the linear moving unit (150).

제1 웜기어세트(120)는 틸트부(130)를 연결 헤드(110)에 대해 360° 요(yaw) 회전시키고, 틸트부(130)는 선형 이동부(150)와 제2 웜기어세트(140)를 롤(roll) 회전시키며, 제2 웜기어세트(140)는 틸트부(130)에 대해 선형 이동부(150)를 회전시킬 수 있다. 틸트부(130)가 상기 회동 가능한 것에 의해 피치 회전 각도가 증가될 수 있다.The first worm gear set (120) can rotate the tilt part (130) 360° yaw relative to the connecting head (110), the tilt part (130) can roll rotate the linear moving part (150) and the second worm gear set (140), and the second worm gear set (140) can rotate the linear moving part (150) relative to the tilt part (130). The pitch rotation angle can be increased by the tilt part (130) being rotatable.

상기 (c) 단계의 커팅은 굴착기가 터널 측벽(3)과 이격되고 틸트부(130)에 의해서 커터 블레이드(160)가 터널의 길이방향과 평행하거나 터널 측벽(3)과 아웃룩 각도(θ1)를 이루도록 회동된 상태에서 이루어질 수 있다. The cutting in the above step (c) can be performed in a state where the excavator is spaced apart from the tunnel side wall (3) and the cutter blade (160) is rotated by the tilt unit (130) to be parallel to the longitudinal direction of the tunnel or to form an outlook angle (θ1) with the tunnel side wall (3).

연결헤드(110)는 퀵 커플러(12)의 아래에 연결될 수 있다. 그리고, 연결헤드(110)는 퀵 커플러(12)와 결합되는 제1 면(111)과, 제1 웜기어세트(120)와 결합되는 제2 면(112)을 포함할 수 있다. 제1,2 면(111)(112)은 35° ~ 75°의 각도(θ)를 이루는 것이 바람직하다. The connecting head (110) can be connected below the quick coupler (12). In addition, the connecting head (110) can include a first surface (111) coupled with the quick coupler (12) and a second surface (112) coupled with the first worm gear set (120). It is preferable that the first and second surfaces (111) (112) form an angle (θ) of 35° to 75°.

상기 각도(θ)와 틸트부(130)의 회동에 의해 터널의 바닥면 보다 천정쪽으로 피치 회전 각도가 증가하며, 이에 따라 커터 블레이드(160)가 선형 이동부(150)를 따라 터널의 천정 및 바닥면에서 수평으로 선형 이동하면서 커팅하는 것이 각각 가능해질 수 있다. Due to the above angle (θ) and the rotation of the tilt unit (130), the pitch rotation angle increases toward the ceiling rather than the floor of the tunnel, and accordingly, it becomes possible for the cutter blade (160) to cut while moving horizontally linearly along the linear moving unit (150) on the ceiling and floor of the tunnel.

상기 (e) 단계는 커터 블레이드(160)가 터널의 길이방향과 평행하거나 천정(2)과 아웃룩 각도(θ2)를 이루도록 제1 웜기어세트(120)와 제2 웜기어세트(140) 중 적어도 어느 하나가 회전된 상태에서 이루어질 수 있다. The above step (e) can be performed in a state where at least one of the first worm gear set (120) and the second worm gear set (140) is rotated so that the cutter blade (160) is parallel to the longitudinal direction of the tunnel or forms an outlook angle (θ2) with the ceiling (2).

커터 블레이드(160)를 회전시키는 회전모터(161)와 감속기어부(162)는 커터 블레이드(160)의 일측면에 설치될 수 있다. 그리고, 상기 (c), (e) 단계에서 커터 블레이드(160)의 일측면은 터널 단면의 내측을 향하고 커터 블레이드(160)의 타측면은 터널 측벽쪽 또는 터널 천정쪽을 향하는 것이 바람직하다. A rotary motor (161) and a reduction gear unit (162) for rotating the cutter blade (160) may be installed on one side of the cutter blade (160). In addition, in steps (c) and (e), it is preferable that one side of the cutter blade (160) faces the inner side of the tunnel cross-section and the other side of the cutter blade (160) faces the tunnel side wall or the tunnel ceiling.

상기 (d) 단계 또는 (f) 단계의 작업시에, 유압 브레이커(210)가 제1 웜기어세트(120)에 연결되고 틸트부(130)와 제2 웜기어세트(140)와 선형 이동부(150) 및 커터 블레이드(160)는 제거되거나 유압 브레이커(210)가 제2 웜기어세트(140)에 연결되고 선형 이동부(150)와 커터 블레이드(160)는 제거될 수 있다.During the operation of step (d) or step (f), the hydraulic breaker (210) may be connected to the first worm gear set (120) and the tilt unit (130), the second worm gear set (140), the linear moving unit (150) and the cutter blade (160) may be removed, or the hydraulic breaker (210) may be connected to the second worm gear set (140) and the linear moving unit (150) and the cutter blade (160) may be removed.

본 발명에 따른 터널 굴착방법은 작업 자유도가 향상된 굴착기 어태치먼트 커터(100)를 이용하여 터널 측벽(3)과 천정(2)의 곡면, 터널 바닥면을 굴착할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 굴착기 아암(11)에 어태치먼트로서 설치되는 커터(100)가 요(yaw) 회전, 피치(pitch) 회전, 롤(roll) 회전, 및 선형 이동이 가능하므로 터널 측벽(3)의 곡면과, 천정(2)의 곡면 및, 터널 바닥면을 굴착할 수 있다. The tunnel excavation method according to the present invention can excavate the curved surfaces of the tunnel side wall (3) and ceiling (2), and the tunnel bottom surface by using an excavator attachment cutter (100) with improved freedom of operation. Specifically, the present invention can excavate the curved surface of the tunnel side wall (3), the curved surface of the ceiling (2), and the tunnel bottom surface since the cutter (100) installed as an attachment to an excavator arm (11) is capable of yaw rotation, pitch rotation, roll rotation, and linear movement.

도 1은 본 명세서에서 설명되는, 커터 블레이드의 요(yaw) 회전, 피치(pitch) 회전 및, 롤(roll) 회전을 보여주는 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 굴착기 어태치먼트 커터를 측방향에서 바라본 도면.
도 3은 도 2의 굴착기 어태치먼트 커터의 피치 회전을 측방향에서 바라본 도면.
도 4a는 도 2의 굴착기 어태치먼트 커터가 터널 굴착면(tunnel face)을 수직으로 커팅하는 것을 측방향에서 바라본 도면.
도 4b는 도 2의 굴착기 어태치먼트 커터가 터널 굴착면의 하단을 수직으로 커팅하는 것을 측방향에서 바라본 도면.
도 4c는 도 2의 굴착기 어태치먼트 커터가 터널 천정을 터널의 길이방향(종방향)으로 커팅하는 것을 측방향에서 바라본 도면.
도 4d는 도 2의 굴착기 어태치먼트 커터가 터널의 천정과 측벽을 방사상으로 커팅하는 것을 후방에서 바라본 도면.
도 5a는 도 2의 굴착기 어태치먼트 커터가 터널의 측벽을 수직방향으로 커팅하는 것을 위에서 바라본 도면.
도 5b는 도 5a를 후방에서 바라본 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 굴착기 어태치먼트 커터를 측방향에서 바라본 도면.
도 7은 커터를 보여주는 사시도.
도 8a는 커터의 피치 회전을 측방향에서 바라본 도면.
도 8b는 도 8a의 틸트부를 확대한 도면.
도 9a는 커터가 터널의 측벽을 커팅하는 것을 보여주는 사시도.
도 9b는 도 9a에서 제2 웜기어세트를 이용하여 커터 블레이드의 회전 방향을 바꾸는 것에 의해 분진 배출방향을 바꾼 것을 보여주는 사시도.
도 10은 제1 웜기어세트(또는 제2 웜기어세트)를 보여주는 사진.
도 11은 커터의 선형 이동부를 보여주는 정방향 사시도.
도 12는 도 11의 역방향 사시도.
도 13은 커터와 쐐기를 이용하여 터널 굴착면(측벽과 천정 부분 제외함)을 2단으로 굴착한 것을 보여주는 도면.
도 14a는 터널 측벽의 곡면을 굴착하기 위해, 수평방향 커팅홈을 형성하는 것을 보여주는 도면.
도 14b는 도 14a의 커터 부분을 확대한 도면.
도 14c는 터널 측벽의 곡면을 굴착하기 위해, 곡면방향 커팅홈을 형성하는 것을 보여주는 도면.
도 14d는 터널 측벽에 대해 아웃룩 각도(θ1)를 갖도록 곡면방향 커팅홈을 형성하는 것을 보여주는 도면.
도 14e는 수평방향 커팅홈과 곡면방향 커팅홈에 의해 형성된 암석 블록을 쐐기를 이용하여 제거하는 것을 보여주는 도면.
도 15a는 터널 측벽의 하단을 굴착하기 위해, 수평방향 커팅홈을 형성하는 것을 보여주는 도면.
도 15b는 터널 측벽의 하단을 굴착하기 위해, 곡면방향 커팅홈을 형성하는 것을 보여주는 도면.
도 16a는 터널 측벽의 상단을 굴착하기 위해, 곡면방향 커팅홈을 형성하는 것을 보여주는 도면.
도 16b는 터널 측벽의 상단을 굴착하기 위해, 수평방향 커팅홈을 형성하는 것을 보여주는 도면.
도 17a는 터널 천정의 곡면을 굴착하기 위해, 수직방향 커팅홈을 형성하는 것을 보여주는 도면.
도 17b는 터널 천정의 곡면을 굴착하기 위해, 곡면방향 커팅홈을 형성하는 것을 보여주는 도면.
FIG. 1 is a drawing showing the yaw rotation, pitch rotation, and roll rotation of the cutter blade as described herein.
Figure 2 is a side view of an excavator attachment cutter according to the prior art.
Figure 3 is a side view of the pitch rotation of the excavator attachment cutter of Figure 2.
FIG. 4a is a side view of the excavator attachment cutter of FIG. 2 vertically cutting the tunnel face.
Figure 4b is a side view of the excavator attachment cutter of Figure 2 vertically cutting the bottom of the tunnel excavation surface.
Figure 4c is a side view of the excavator attachment cutter of Figure 2 cutting the tunnel ceiling in the longitudinal direction of the tunnel.
Figure 4d is a rear view of the excavator attachment cutter of Figure 2 radially cutting the ceiling and side walls of the tunnel.
Figure 5a is a top view of the excavator attachment cutter of Figure 2 cutting the side wall of the tunnel vertically.
Figure 5b is a view of Figure 5a viewed from the rear.
FIG. 6 is a side view of an excavator attachment cutter according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 7 is a perspective view showing the cutter.
Figure 8a is a drawing of the cutter's pitch rotation viewed from a lateral direction.
Figure 8b is an enlarged view of the tilt portion of Figure 8a.
Figure 9a is a perspective view showing the cutter cutting the side wall of the tunnel.
Figure 9b is a perspective view showing that the dust discharge direction is changed by changing the rotational direction of the cutter blade using the second worm gear set in Figure 9a.
Fig. 10 is a photograph showing the first worm gear set (or the second worm gear set).
Figure 11 is a forward perspective view showing the linear movement of the cutter.
Figure 12 is a reverse perspective view of Figure 11.
Figure 13 is a drawing showing a tunnel excavation surface (excluding the side walls and ceiling) excavated in two stages using a cutter and wedge.
Figure 14a is a drawing showing the formation of a horizontal cutting groove to excavate the curved surface of a tunnel side wall.
Figure 14b is an enlarged view of the cutter portion of Figure 14a.
Figure 14c is a drawing showing the formation of a curved cutting groove to excavate the curved surface of a tunnel side wall.
FIG. 14d is a drawing showing forming a curved cutting groove so as to have an outlook angle (θ1) with respect to the tunnel side wall.
Figure 14e is a drawing showing the removal of a rock block formed by a horizontal cutting groove and a curved cutting groove using a wedge.
Figure 15a is a drawing showing the formation of a horizontal cutting groove for excavating the lower part of a tunnel side wall.
Figure 15b is a drawing showing the formation of a curved cutting groove for excavating the lower part of a tunnel side wall.
Figure 16a is a drawing showing the formation of a curved cutting groove for excavating the upper part of a tunnel side wall.
Figure 16b is a drawing showing the formation of a horizontal cutting groove to excavate the upper part of the tunnel side wall.
Figure 17a is a drawing showing the formation of a vertical cutting groove to excavate the curved surface of the tunnel ceiling.
Figure 17b is a drawing showing the formation of a curved cutting groove to excavate the curved surface of the tunnel ceiling.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be interpreted as limited to their usual or dictionary meanings, and should be interpreted as meanings and concepts that conform to the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain his or her own invention in the best way. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations illustrated in the drawings are merely embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, and it should be understood that there may be various equivalents and modified examples that can replace them at the time of this application.

한편, 본 명세서에서, '수평'은 수학적인 의미에서의 수평 뿐만 아니라, 수평과 근접한 상태로 경사진 것도 포함한다. 그리고, '수직'은 수학적인 의미에서의 수직 뿐만 아니라, 수직과 근접한 상태로 경사진 것도 포함한다. Meanwhile, in this specification, 'horizontal' includes not only horizontal in the mathematical sense, but also inclined in a state close to horizontal. And, 'vertical' includes not only vertical in the mathematical sense, but also inclined in a state close to vertical.

알려진 바와 같이, 터널 굴착을 위해 발파공법이 널리 사용되고 있지만 발파공법은 소음과 진동을 유발하므로 도심지나 주요 건물이 있는 곳에서는 적용하기가 어려운 경우가 많다. 이에 비해, 커팅으로 암반에 커팅홈을 형성한 후, 커팅홈에 쐐기를 삽입하여 인장파괴를 유발하는 공법은 소음과 진동을 작게 유발한다는 장점을 갖고 있다. 본 발명에 따른 커터는 터널 굴착시 암반을 커팅하여 홈(커팅홈)을 형성하기 위한 장치이다. 그리고, 이 커터는 터널 굴착 뿐만 아니라 지하공간 굴착(지하 구조물 시공), 노천 암반 제거, 콘크리트 구조물 철거, 빌딩 내부 공간, 원전 돔 구조물 등과 같은 구조물 등에도 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 굴착방법은 터널 굴착, 지하공간 굴착, 노천 암반 제거, 콘크리트 구조물 철거 등 여러 용도에 사용될 수 있다. As is known, blasting is widely used for tunnel excavation, but since blasting causes noise and vibration, it is often difficult to apply in urban areas or areas with major buildings. In contrast, a method of forming a cutting groove in rock by cutting and then inserting a wedge into the cutting groove to cause tensile fracture has the advantage of causing less noise and vibration. The cutter according to the present invention is a device for forming a groove (cutting groove) by cutting rock during tunnel excavation. In addition, this cutter can be used for underground space excavation (underground structure construction), removal of open-air rock, demolition of concrete structures, interior spaces of buildings, structures such as nuclear power plant dome structures, etc. Therefore, the excavation method according to the present invention can be used for various purposes such as tunnel excavation, underground space excavation, removal of open-air rock, demolition of concrete structures, etc.

한편, 대단면을 갖는 터널(또는 지하공간)을 굴착하기 위해서, 터널 단면 상부를 먼저 굴착하면서 전진하고 이 굴착된 단면 상부를 따라가면서 단면 하부를 굴착할 수 있다. 그런데, 단면 상부를 굴착하는 동안에 발생하는 소음과 진동은 주변으로 잘 전달되므로 본 발명에 따른 커터를 사용하여 소음과 진동을 줄일 수 있다. 하지만, 커터의 사용이 단면 상부에만 국한된 것은 아니고 단면 하부에도 적용될 수도 있다.Meanwhile, in order to excavate a tunnel (or underground space) with a large cross-section, the upper part of the tunnel section can be excavated first and then the lower part of the section can be excavated while moving forward, and the noise and vibration generated while excavating the upper part of the section can be transmitted to the surroundings, so that the noise and vibration can be reduced by using the cutter according to the present invention. However, the use of the cutter is not limited to the upper part of the section, and can also be applied to the lower part of the section.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 굴착기 어태치먼트 커터를 측방향에서 바라본 도면이고, 도 7은 상기 커터를 보여주는 사시도이다. FIG. 6 is a side view of an excavator attachment cutter according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a perspective view showing the cutter.

도면에 나타난 바와 같이, 커터(100)는 연결헤드(110)와, 연결헤드(110)의 아래에 설치된 제1 웜기어세트(120)와, 제1 웜기어세트(120)의 아래에 설치된 틸트부(130)와, 틸트부(130)의 아래에 설치된 제2 웜기어세트(140)와, 제2 웜기어세트(140)의 아래에 설치된 선형 이동부(150)와, 선형 이동부(150)에 설치된 커터 블레이드(160)를 포함할 수 있다.As shown in the drawing, the cutter (100) may include a connecting head (110), a first worm gear set (120) installed below the connecting head (110), a tilt unit (130) installed below the first worm gear set (120), a second worm gear set (140) installed below the tilt unit (130), a linear moving unit (150) installed below the second worm gear set (140), and a cutter blade (160) installed in the linear moving unit (150).

연결헤드(110)는 퀵 커플러(12)에 체결될 수 있다. 그리고, 퀵 커플러(12)는 굴착기 아암(11)의 선단에 회동 가능하도록 설치된다(즉, 도면에는 도시되지 않았지만 퀵 커플러는 아암 실린더에 의해 회동될 수 있다). 연결헤드(110)와 퀵 커플러(12)의 체결은 공지의 체결 구조 예를 들어, 유압 브레이커와 퀵 커플러의 체결 구조로 이루어질 수 있다. The connecting head (110) can be connected to the quick coupler (12). In addition, the quick coupler (12) is rotatably installed at the tip of the excavator arm (11) (i.e., although not shown in the drawing, the quick coupler can be connected to the arm cylinder). The connection between the connecting head (110) and the quick coupler (12) can be made by a known connection structure, for example, a connection structure between a hydraulic breaker and a quick coupler.

연결헤드(110)는 퀵 커플러(12)의 아랫면과 마주보는 제1 면(111)과, 제1 웜기어세트(120)와 마주보는 제2 면(112)을 포함할 수 있다. 연결헤드(110)는 측방향에서 바라 보았을 때 삼각형을 이루는 것이 바람직하다. 제1,2 면(111)(112)이 소정의 각도(도 6의 θ)를 이루므로 아래쪽 보다는 위쪽의 피치 자유도를 더 많이 확보할 수 있다. 즉, 기존과 비교하여, 커터 블레이드(160)가 바닥면 쪽 보다는 천정 쪽으로 더 많이 피치 회전될 수 있다. The connecting head (110) may include a first surface (111) facing the lower surface of the quick coupler (12) and a second surface (112) facing the first worm gear set (120). It is preferable that the connecting head (110) forms a triangle when viewed from the side. Since the first and second surfaces (111) (112) form a predetermined angle (θ in FIG. 6), a greater degree of pitch freedom can be secured upward than downward. That is, compared to the conventional case, the cutter blade (160) can pitch rotate more toward the ceiling than toward the bottom surface.

바람직하게, 상기 각도(도 6의 θ)는 20° ~ 80°를 이루고, 더욱 바람직하게는 35° ~ 75°를 이루며, 가장 바람직하게는 45° ~ 70°를 이룬다. 만약, 각도(θ)가 20° 보다 작으면 선형 이동부(150)가 터널의 천정과 평행하도록 되기가 어려우므로 터널의 길이방향을 따라 커터 블레이드(160)가 선형으로 이동하면서 천정을 절삭하기가 어렵고 각도(θ)가 80° 보다 크면 선형 이동부(150)가 터널 바닥면과 평행하도록 되기가 어려우므로 터널의 길이방향을 따라 커터 블레이드(160)가 선형으로 이동하면서 바닥면을 절삭하기가 어렵다. Preferably, the angle (θ in FIG. 6) is 20° to 80°, more preferably 35° to 75°, and most preferably 45° to 70°. If the angle (θ) is less than 20°, it is difficult for the linear moving part (150) to be parallel to the ceiling of the tunnel, and thus it is difficult for the cutter blade (160) to cut the ceiling while moving linearly along the longitudinal direction of the tunnel. If the angle (θ) is greater than 80°, it is difficult for the linear moving part (150) to be parallel to the bottom surface of the tunnel, and thus it is difficult for the cutter blade (160) to cut the bottom surface while moving linearly along the longitudinal direction of the tunnel.

제1 웜기어세트(120)는 연결헤드(110)의 아래에 설치되고, 틸트부(130)와 제2 웜기어세트(140)와 선형 이동부(150) 및 커터 블레이드(160)를 360° 요(yaw) 회전시킨다. The first worm gear set (120) is installed below the connecting head (110) and rotates the tilt part (130), the second worm gear set (140), the linear moving part (150), and the cutter blade (160) by 360°.

도 10에 나타난 바와 같이, 제1 웜기어세트(120)는 체결부(121)와, 웜휠 기어(123)와, 웜 기어(125), 및 유압모터(126)를 포함할 수 있다.As shown in Fig. 10, the first worm gear set (120) may include a fastening member (121), a worm wheel gear (123), a worm gear (125), and a hydraulic motor (126).

체결부(121)는 원형링 형상의 부재로서, 원주 방향으로 형성된 다수 개의 제1 볼트공(122)을 포함한다. 제1 볼트공(122)에는 연결 헤드(110)와 체결부(121)를 결합시키는 볼트(도면에 미도시)가 설치된다. The fastening member (121) is a member in the shape of a circular ring and includes a plurality of first bolt holes (122) formed in a circumferential direction. A bolt (not shown in the drawing) that connects the connecting head (110) and the fastening member (121) is installed in the first bolt hole (122).

웜휠 기어(123)는 체결부(121)의 내측에서 회전 가능하도록 설치된다. 그리고, 웜휠 기어(123)에는 다수 개의 제2 볼트공(124)이 형성되고, 제2 볼트공(124)에는 틸트부(130)와 웜휠 기어(123)를 체결하는 볼트(도면에 미도시)가 설치된다. The worm wheel gear (123) is installed so as to be rotatable on the inside of the fastening member (121). In addition, a plurality of second bolt holes (124) are formed in the worm wheel gear (123), and bolts (not shown in the drawing) for fastening the tilt member (130) and the worm wheel gear (123) are installed in the second bolt holes (124).

웜 기어(125)는 웜휠 기어(123)와 맞물리도록 설치되고, 유압모터(126)에 의해 회전된다. 유압모터(126)는 굴착기의 작동에 사용되는 유압을 이용하여 작동될 수 있다. 한편, 유압모터(126)를 대신하여 전기모터가 이용될 수도 있다. The worm gear (125) is installed to mesh with the worm wheel gear (123) and is rotated by a hydraulic motor (126). The hydraulic motor (126) can be operated using hydraulic pressure used to operate the excavator. Meanwhile, an electric motor may be used instead of the hydraulic motor (126).

웜 기어(125)와 웜휠 기어(123)는 1/20 ~ 1/100의 감속비, 바람직하게는 1/60의 감속비를 얻을 수 있다. 따라서, 작은 유압 모터의 힘으로 저회전 속도 및 고토크를 발생시킬 수 있으므로, 굴착기의 이동없이 커터 블레이드(160)를 손쉽게 회전시킬 수 있다. The worm gear (125) and the worm wheel gear (123) can obtain a reduction ratio of 1/20 to 1/100, preferably a reduction ratio of 1/60. Accordingly, low rotation speed and high torque can be generated with the power of a small hydraulic motor, so that the cutter blade (160) can be easily rotated without moving the excavator.

유압 모터(126)에 의해서 웜 기어(125)가 회전되면 웜휠 기어(123)는 감속 회전되고, 웜휠 기어(123)의 회전에 의해 틸트부(130)가 요(yaw) 회전될 수 있다. When the worm gear (125) is rotated by the hydraulic motor (126), the worm wheel gear (123) is rotated at a reduced speed, and the tilt part (130) can be yaw rotated by the rotation of the worm wheel gear (123).

틸트부(130)는 웜휠 기어(123)에 결합되어 웜휠 기어(123)와 함께 회전된다. 도 6과 도 8a ~ 8b에 도시된 바와 같이, 틸트부(130)는 제1 웜기어세트(120)에 결합된 상부 브라켓(131)과, 제2 웜기어세트(140)에 결합된 하부 브라켓(132)과, 상,하부 브라켓의 회동축(135) 및, 회동축(135)을 중심으로 상,하부 브라켓(131)(132)을 회동시키는 실린더(133)를 포함할 수 있다. The tilt unit (130) is coupled to the worm wheel gear (123) and rotates together with the worm wheel gear (123). As shown in FIG. 6 and FIGS. 8a to 8b, the tilt unit (130) may include an upper bracket (131) coupled to the first worm gear set (120), a lower bracket (132) coupled to the second worm gear set (140), a rotation axis (135) of the upper and lower brackets, and a cylinder (133) that rotates the upper and lower brackets (131) (132) about the rotation axis (135).

실린더(133)가 수축하는 것에 의해서 상,하부 브라켓(131)(132)이 닫히고(즉, 상,하부 브라켓이 평행하게 되고), 도 8a ~ 8d에 나타난 바와 같이 실린더(133)가 신장하는 것에 의해서 상,하부 브라켓(131)(132)이 수직을 이루게 된다. 이와 같이 틸트부(130)가 회동되는 것에 의해 롤(roll) 회전이 이루어질 수 있다. 한편, 틸트부(130)의 회동 각도는 0°~ 90°일 수 있지만 90°를 초과하여 회동될 수도 있다. 즉, 틸트부의 회동은 0°부터 적어도 90°까지 이루어질 수 있다.As the cylinder (133) contracts, the upper and lower brackets (131) (132) are closed (i.e., the upper and lower brackets become parallel), and as shown in FIGS. 8a to 8d, as the cylinder (133) extends, the upper and lower brackets (131) (132) become vertical. In this way, roll rotation can be achieved by rotating the tilt unit (130). Meanwhile, the rotation angle of the tilt unit (130) can be 0° to 90°, but can also be rotated by more than 90°. That is, the rotation of the tilt unit can be from 0° to at least 90°.

그리고, 틸트부(130)는 피치 회전각도를 증가시킨다. 도 3에 나타난 바와 같이 기존에는 틸트부가 없었으므로 피치 회전각도가 최대 약 145°이었으나 도 8a에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 커터는 틸트부(130)를 가지므로 피치 회전각도가 최대 약 235°가 될 수 있다. And, the tilt part (130) increases the pitch rotation angle. As shown in Fig. 3, since there was no tilt part in the past, the pitch rotation angle was about 145° at most, but as shown in Fig. 8a, since the cutter according to the present invention has the tilt part (130), the pitch rotation angle can be about 235° at most.

제2 웜기어세트(140)는 틸트부(130)의 아래에 설치된다. 구체적으로는 제2 웜기어세트(140)는 하부 브라켓(132)에 결합되어 설치된다. 따라서, 제2 웜기어세트(140)는 실린더(133)가 수축, 신장됨에 따라 하부 브라켓(132)과 함께 회동된다. The second worm gear set (140) is installed below the tilt part (130). Specifically, the second worm gear set (140) is installed by being coupled to the lower bracket (132). Therefore, the second worm gear set (140) rotates together with the lower bracket (132) as the cylinder (133) contracts and extends.

도 10에 나타난 바와 같이, 제2 웜기어세트(140)는 제1 웜기어세트(120)와 동일한 구성과 동일한 작동 원리를 가질 수 있지만, 제2 웜기어세트(140)는 제1 웜기어세트(120)와는 별개로 작동한다. As shown in FIG. 10, the second worm gear set (140) may have the same configuration and the same operating principle as the first worm gear set (120), but the second worm gear set (140) operates separately from the first worm gear set (120).

제2 웜기어세트(140)는 체결부(121)와, 웜휠 기어(123)와, 웜 기어(125), 및 유압모터(126)를 포함할 수 있다. 체결부(121)는 하부 브라켓(132)에 결합되고 웜휠 기어(123)는 선형 이동부(150)에 결합된다. The second worm gear set (140) may include a fastening member (121), a worm wheel gear (123), a worm gear (125), and a hydraulic motor (126). The fastening member (121) is fastened to the lower bracket (132), and the worm wheel gear (123) is fastened to the linear moving member (150).

제2 웜기어세트(140)의 회전축과 제1 웜기어세트(120)의 회전축이 동일선상에 위치한 경우에는 제2 웜기어세트(140)도 제1 웜기어세트(120)와 함께 선형 이동부(150)를 요(yaw) 회전시킬 수 있지만 제2 웜기어세트(140)의 회전은 제1 웜기어세트(120)의 회전과는 별개로 이루어지며, 이에 따라 제2 웜기어세트(140)의 회전방향과 제1 웜기어세트(120)의 회전방향이 동일할 수도 있지만 다를 수도 있다.When the rotation axis of the second worm gear set (140) and the rotation axis of the first worm gear set (120) are positioned on the same line, the second worm gear set (140) can also yaw rotate the linear moving part (150) together with the first worm gear set (120), but the rotation of the second worm gear set (140) is performed separately from the rotation of the first worm gear set (120), and accordingly, the rotation direction of the second worm gear set (140) and the rotation direction of the first worm gear set (120) may be the same or different.

그리고, 도 9a ~ 9b에 나타난 바와 같이, 제2 웜기어세트(140)는 커터 블레이드(160)의 암반(분쇄물) 배출 방향을 조절할 수 있다. 즉, 도 9a의 상태에서는 커터 블레이드(160)가 위에서 바라보았을 때 시계방향으로 회전되므로 암분(분쇄물)이 앞쪽으로 배출되지만, 도 9b의 상태에서는 커터 블레이드(160)가 반시계방향으로 회전되므로 암분(분쇄물)이 뒤쪽으로 배출된다. And, as shown in FIGS. 9a to 9b, the second worm gear set (140) can adjust the rock (crushed material) discharge direction of the cutter blade (160). That is, in the state of FIG. 9a, the cutter blade (160) rotates clockwise when viewed from above, so the rock (crushed material) is discharged forward, but in the state of FIG. 9b, the cutter blade (160) rotates counterclockwise, so the rock (crushed material) is discharged backward.

선형 이동부(150)는 제2 웜기어세트(140)의 웜휠 기어(123)와 결합되어 함께 회전된다. 선형 이동부(150)는 커터 블레이드(160)를 선형(직선)으로 이동시킨다. 도 11은 선형 이동부(150)를 보여주는 정방향 사시도이고, 도 12는 선형 이동부(150)를 보여주는 역방향 사시도이다. 선형 이동부(150)의 내부 구조를 도시하기 위해 도 11 ~ 12에는 선형 이동부(150)의 덮개(케이스)를 생략하였다. The linear moving part (150) is coupled with the worm wheel gear (123) of the second worm gear set (140) and rotates together. The linear moving part (150) moves the cutter blade (160) linearly (straight). Fig. 11 is a forward perspective view showing the linear moving part (150), and Fig. 12 is a reverse perspective view showing the linear moving part (150). In order to illustrate the internal structure of the linear moving part (150), the cover (case) of the linear moving part (150) is omitted in Figs. 11 and 12.

선형 이동부(150)는, 길이 방향으로 길게 직선으로 형성된 고정 프레임과, 고정 프레임에 선형으로 슬라이딩 가능하도록 설치된 슬라이딩 프레임(153) 및, 슬라이딩 프레임(153)을 슬라이딩시키는 유압 실린더(154)를 포함한다.The linear moving part (150) includes a fixed frame formed as a long straight line in the longitudinal direction, a sliding frame (153) installed so as to be able to slide linearly on the fixed frame, and a hydraulic cylinder (154) that slides the sliding frame (153).

슬라이딩 프레임(153)에는 커터 블레이드(160)와 회전모터(161)가 설치된다. 이에 따라, 유압 실린더(154)의 신장과 수축에 의해서 슬라이딩 프레임(153)이 직선으로 슬라이딩되는 것에 의해 커터 블레이드(160)가 선형으로 이동된다. A cutter blade (160) and a rotary motor (161) are installed in the sliding frame (153). Accordingly, the cutter blade (160) moves linearly by sliding the sliding frame (153) in a straight line by the extension and contraction of the hydraulic cylinder (154).

고정 프레임의 상,하단에는 각각 고정 프레임의 길이 방향으로 길게 형성된 가이드 홈(151)과, 그리스를 가이드 홈(151)에 주입하기 위한 주입구(152a) 및, 그리스를 배출하기 위한 배출구(152b)를 포함한다. 고정 프레임은 제2 웜기어세트(140)의 웜휠 기어(123)와 결합되도록 설치된다. The upper and lower ends of the fixed frame each include a guide groove (151) formed in the longitudinal direction of the fixed frame, an injection port (152a) for injecting grease into the guide groove (151), and a discharge port (152b) for discharging grease. The fixed frame is installed to be combined with the worm wheel gear (123) of the second worm gear set (140).

슬라이딩 프레임(153)의 상단과 하단은 가이드 홈(151)에 삽입되어 가이드된다. 그리고, 유압 실린더(154)의 한쪽 부분은 고정 프레임에 고정되고 다른쪽 부분은 슬라이딩 프레임(153)에 고정된다. 따라서, 유압 실린더(154)가 신장 또는 수축되면 슬라이딩 프레임(153)이 가이드 홈(151)을 따라 직선 이동하고, 이에 따라 커터 블레이드(160)도 직선 이동하게 된다. The upper and lower ends of the sliding frame (153) are inserted into the guide groove (151) and guided. In addition, one part of the hydraulic cylinder (154) is fixed to the fixed frame and the other part is fixed to the sliding frame (153). Accordingly, when the hydraulic cylinder (154) is extended or contracted, the sliding frame (153) moves linearly along the guide groove (151), and accordingly, the cutter blade (160) also moves linearly.

암반 또는 콘크리트 구조물을 커팅하면 암분 또는 콘크리트 가루가 가이드 홈(151)에 유입되어 슬라이딩 프레임(153)의 슬라이딩을 방해할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 본 발명은 주입구(152a)를 통해 고압 그리스를 주입하고, 주입된 그리스가 가이드 홈(151)을 따라 흘러 내리면서 가이드 홈(151)에 존재하는 암분 등과 함께 배출구(152b)를 통해 외부로 배출되도록 한다. 주입구(152a)는 고정 프레임에 소정 간격으로 복수 개가 형성될 수 있다. 그리고, 배출구(152b)는 가이드 홈(151)의 양쪽 끝단에 형성될 수 있다. When cutting a rock or concrete structure, rock powder or concrete powder may flow into the guide groove (151) and interfere with the sliding of the sliding frame (153). To prevent this, the present invention injects high-pressure grease through the injection port (152a), and causes the injected grease to flow down the guide groove (151) and be discharged to the outside through the discharge port (152b) together with rock powder and the like existing in the guide groove (151). A plurality of injection ports (152a) may be formed at predetermined intervals on the fixed frame. In addition, the discharge ports (152b) may be formed at both ends of the guide groove (151).

위와 같이, 선형 이동부(150)는 유압 실린더(154)를 이용한 선형 이송 시스템으로서, 유압 실린더(154)를 조작하여 커터 블레이드(160)를 직선으로 이송한다. 따라서, 굴착기 운전자가 붐 실린더와 암 실린더를 복합적으로 조작하여 커터를 이송하던 기존과 비교하여 훨씬 쉽고 안정감 있게 절삭 작업을 진행할 수 있다. As above, the linear moving part (150) is a linear transport system using a hydraulic cylinder (154), and the cutter blade (160) is transported in a straight line by operating the hydraulic cylinder (154). Therefore, compared to the past when the excavator operator transported the cutter by manipulating the boom cylinder and the arm cylinder in combination, the cutting work can be performed much more easily and stably.

커터 블레이드(160)는 회전모터(161)와 감속 기어부(162)를 통해 전달된 회전력에 의해 회전된다. 회전모터(161)의 회전력은 감속 기어부(162)에 의해 감속된 후 커터 블레이드(160)에 전달된다. 회전모터(161)는 굴착기를 구동하는데 사용되는 유압을 사용하여 작동될 수 있다. 한편, 회전모터(161)를 대신하여 통상의 전기모터가 이용될 수도 있다. The cutter blade (160) is rotated by the rotational force transmitted through the rotational motor (161) and the reduction gear unit (162). The rotational force of the rotational motor (161) is reduced by the reduction gear unit (162) and then transmitted to the cutter blade (160). The rotational motor (161) can be operated using hydraulic pressure used to drive the excavator. Meanwhile, a conventional electric motor may be used instead of the rotational motor (161).

덮개(도 6의 190)는 커터 블레이드(160)의 상부를 덮도록 설치되어 먼지 비산을 막는다. 그리고, 냉각수를 분사하는 노즐부(도면에 미도시)가 커터 블레이드(160)를 냉각시키기 위해 구비될 수도 있다. The cover (190 in FIG. 6) is installed to cover the upper part of the cutter blade (160) to prevent dust from flying. In addition, a nozzle part (not shown in the drawing) that sprays cooling water may be provided to cool the cutter blade (160).

감속 기어부(162)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 서로 맞물리도록 설치된 입력축 기어(162a)와 출력축 기어(162b)를 포함한다. 입력축 기어(162a)는 회전모터(161)에 의해서 회전되고, 입력축 기어(162a)의 회전력은 출력축 기어(162b)로 전달되며, 출력축 기어(162b)의 회전에 의해서 커터 블레이드(160)가 회전된다. The reduction gear unit (162) includes an input shaft gear (162a) and an output shaft gear (162b) that are installed to mesh with each other, as shown in Fig. 11. The input shaft gear (162a) is rotated by a rotary motor (161), the rotational power of the input shaft gear (162a) is transmitted to the output shaft gear (162b), and the cutter blade (160) is rotated by the rotation of the output shaft gear (162b).

위에서 설명한 바와 같이, 커터 블레이드(160)는 선형 이동부(150)에 의해 선형으로 이송되는 동안에 회전되면서 암반, 콘크리트 구조물 등을 커팅한다. 그리고, 상술한 바와 같이, 커터 블레이드(160)는 요 회전, 피치 회전, 롤 회전될 수 있다. As described above, the cutter blade (160) rotates while being linearly transported by the linear moving part (150) to cut rocks, concrete structures, etc. And, as described above, the cutter blade (160) can be yaw-rotated, pitch-rotated, and roll-rotated.

[터널 굴착면 중 터널 측벽과 천정을 제외한 부분(터널 굴착면의 중앙부)을 굴착하는 방법][Method of excavating the portion of the tunnel excavation surface excluding the tunnel side walls and ceiling (the central portion of the tunnel excavation surface)]

커터(100)는 터널 굴착면(1)을 커팅하여 커팅홈(H1)(V1)(C1)(C2)을 형성할 수 있다. 커팅홈(H1)(V1)(C1)(C2)이 서로 교차되는 것에 의해서 암석 블록이 형성될 수 있다. 그리고, 유압 브레이커의 쐐기 또는 치즐(쐐기와 치즐을 통칭하여 '쐐기'라고 칭함)을 커팅홈(H1)(V1)(C1)(C2)에 삽입한 후 타격하여 암석 블록을 제거할 수 있다. The cutter (100) can cut the tunnel excavation surface (1) to form cutting grooves (H1)(V1)(C1)(C2). A rock block can be formed by the cutting grooves (H1)(V1)(C1)(C2) intersecting each other. Then, a wedge or chisel (a wedge and a chisel are collectively called a 'wedge') of a hydraulic breaker can be inserted into the cutting groove (H1)(V1)(C1)(C2) and then struck to remove the rock block.

참고로, 이러한 커팅홈(H1)(V1)(C1)(C2)의 형성과 암석 블록의 타격에 의한 제거는 본 출원인의 대한민국 특허등록 제10-1787966호, 제10-2154862호, 제10-2221392호에 개시되어 있으므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 상기 특허의 등록공보에 기재된 내용은 모두 본 명세서에 포함된다. For reference, the formation of these cutting grooves (H1)(V1)(C1)(C2) and their removal by striking the rock block are disclosed in the applicant's Republic of Korea Patent Registration Nos. 10-1787966, 10-2154862, and 10-2221392, so a detailed description thereof will be omitted here. In addition, all contents described in the registration publications of the above patents are incorporated herein by reference.

도 13은 커터(100)와 쐐기를 이용하여 터널 굴착면 중 터널 측벽과 천정 부분 제외한 부분을 2단으로 굴착한 것을 보여준다. 이러한 굴착은 커터(100)를 이용하여 수평방향 커팅홈(H1)과 수직방향 커팅홈(V1)을 각각 형성한 후, 쐐기(쐐기는 굴착기의 어태치먼트로서 굴착기 아암의 선단에 설치됨)를 수평방향 커팅홈(H1) 또는 수직방향 커팅홈(V1)에 삽입 및 타격하여 이루어질 수 있다. Figure 13 shows a two-stage excavation of a portion of a tunnel excavation surface, excluding the tunnel side wall and ceiling, using a cutter (100) and a wedge. This excavation can be performed by forming a horizontal cutting groove (H1) and a vertical cutting groove (V1) using a cutter (100), and then inserting and striking a wedge (the wedge is installed at the tip of the excavator arm as an attachment of the excavator) into the horizontal cutting groove (H1) or the vertical cutting groove (V1).

한편, 도면 참조부호 중 '4'는 1단 굴착된 부분을 나타내고, '5'는 2단 굴착된 부분을 나타낸다. 본 명세서에서 '1단 굴착'은 커팅홈 형성과 암석블록 제거를 각각 실시하여 1층으로 굴착한 것을 의미하고, '2단 굴착'은 1단 굴착 후 커팅홈 형성과 암석블록 제거를 추가로 실시하여 굴착한 것을 의미한다. 여기서, '1단 굴착'의 깊이와 '2단 굴착'의 깊이는 커터 블레이드(160)의 반경 보다 작다. Meanwhile, among the reference symbols in the drawing, '4' indicates a first-stage excavated portion, and '5' indicates a second-stage excavated portion. In this specification, 'first-stage excavation' means excavation in one layer by performing cutting groove formation and rock block removal, respectively, and 'second-stage excavation' means excavation by additionally performing cutting groove formation and rock block removal after first-stage excavation. Here, the depth of 'first-stage excavation' and 'second-stage excavation' are smaller than the radius of the cutter blade (160).

본 명세서와 도면에서는 터널 굴착면 중 터널 측벽과 천정 부분 제외한 부분을 2단으로 먼저 굴착한 후 터널 측벽 및 천정을 곡면으로 굴착하는 것을 예로 들어서 설명하고 있으나, 터널 굴착면 중 터널 측벽과 천정 부분 제외한 부분을 1단으로 먼저 굴착한 후 터널 측벽 및 천정을 곡면으로 굴착할 수도 있다. 즉, 본 발명에서 2단 굴착이 필수 구성인 것은 아니다. In this specification and drawings, it is explained as an example that the tunnel excavation surface, excluding the tunnel side walls and ceiling, is first excavated in two stages, and then the tunnel side walls and ceiling are excavated in a curved shape. However, the tunnel excavation surface, excluding the tunnel side walls and ceiling, may be first excavated in one stage, and then the tunnel side walls and ceiling are excavated in a curved shape. In other words, the two-stage excavation is not a mandatory configuration in the present invention.

[터널 측벽의 곡면(터널 측벽의 중앙 부분)을 굴착하는 방법][Method of excavating the curved surface of the tunnel side wall (the central part of the tunnel side wall)]

도 14a는 터널 측벽의 곡면을 굴착하기 위해, 수평방향 커팅홈(H1)을 형성하는 것을 보여주는 도면이고, 도 14b는 도 14a의 커터(100) 부분을 확대한 도면이다. Fig. 14a is a drawing showing the formation of a horizontal cutting groove (H1) to excavate a curved surface of a tunnel side wall, and Fig. 14b is an enlarged drawing of a portion of the cutter (100) of Fig. 14a.

제1,2 웜기어세트(120)(140)를 이용하여 선형 이동부(150)를 수평으로 배치한 후, 틸트부(130)를 회동하여 선형 이동부(150)가 터널 굴착면(1)과 평행하게 되도록 한 다음, 커터 블레이드(160)를 선형 이동부(150)를 따라 선형 이동시키면서 회전하여 암반을 커팅함으로써 수평방향 커팅홈(H1)을 형성한다. 두 개의 수평방향 커팅홈(H1)을 소정 간격으로 이격되도록 형성한다. After the linear moving part (150) is horizontally positioned using the first and second worm gear sets (120)(140), the tilt part (130) is rotated so that the linear moving part (150) is parallel to the tunnel excavation surface (1), and then the cutter blade (160) is rotated while moving linearly along the linear moving part (150) to cut the rock, thereby forming a horizontal cutting groove (H1). Two horizontal cutting grooves (H1) are formed so as to be spaced apart at a predetermined interval.

본 발명에 따른 커터(100)는 틸트부(130)를 구비하기 때문에 굴착기가 터널 측벽에서 이격된 상태에서도 커터 블레이드(160)를 터널의 길이방향이나 아웃룩 각도(θ1)로 배치할 수 있다. 이에 비해, 기존의 커터(10)는 틸트부(130)를 갖지 않았기 때문에 이러한 배치가 불가능하였다. Since the cutter (100) according to the present invention has a tilt part (130), the cutter blade (160) can be arranged in the longitudinal direction of the tunnel or at an outlook angle (θ1) even when the excavator is spaced from the tunnel side wall. In contrast, since the existing cutter (10) does not have a tilt part (130), such arrangement was impossible.

한편, 도 14b는 두 개의 수평방향 커팅홈(H1)을 연결하도록 곡면방향 커팅홈(C1)을 형성하는 것을 보여준다. 곡면방향 커팅홈(C1)은 터널 측벽(3)의 곡면을 형성하기 위한 것으로서, 곡면방향 커팅홈(C1)은 선형(직선)으로 형성되지만 여러 개의 곡면방향 커팅홈(C1)이 서로 연결되어 터널 측벽(3)의 곡면과 근접한 면이 형성될 수 있다. Meanwhile, Fig. 14b shows forming a curved cutting groove (C1) to connect two horizontal cutting grooves (H1). The curved cutting groove (C1) is for forming a curved surface of the tunnel side wall (3). The curved cutting groove (C1) is formed linearly (straight), but multiple curved cutting grooves (C1) can be connected to each other to form a surface close to the curved surface of the tunnel side wall (3).

제1,2 웜기어세트(120)(140)를 이용하여 선형 이동부(150)를 터널 측벽(3)의 곡면 방향으로 배치하되, 틸트부(130)를 회동시켜 도 14b에 나타난 바와 같이 커터 블레이드(160)를 터널의 길이방향으로 배치하거나 도 14c에 나타난 바와 같이 커터 블레이드(160)를 터널 측벽(3)에 대해 아웃룩 각도(θ1)를 갖도록 배치한 다음, 커터 블레이드(160)를 선형 이동시켜서 곡면방향 커팅홈(C1)을 형성한다. 곡면방향 커팅홈(C1)은 두 개의 수평방향 커팅홈(H1)이 터널 측벽(3)과 만나는 지점을 연결하는 커팅홈일 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 곡면방향 커팅홈(C1)은 두 수평방향 커팅홈(H1) 사이의 터널 측벽(3)의 곡면에 접하는 직선 홈일 수도 있다. Using the first and second worm gear sets (120)(140), the linear moving part (150) is arranged in the curved direction of the tunnel side wall (3), and the tilt part (130) is rotated so that the cutter blade (160) is arranged in the longitudinal direction of the tunnel as shown in FIG. 14b, or the cutter blade (160) is arranged to have an outlook angle (θ1) with respect to the tunnel side wall (3) as shown in FIG. 14c, and then the cutter blade (160) is linearly moved to form a curved cutting groove (C1). The curved cutting groove (C1) may be a cutting groove connecting the points where two horizontal cutting grooves (H1) meet the tunnel side wall (3). Alternatively, the curved cutting groove (C1) may be a straight groove that contacts the curved surface of the tunnel side wall (3) between the two horizontal cutting grooves (H1).

도 14d는 수평방향 커팅홈(H1)과 곡면방향 커팅홈(C1)에 의해 형성된 암석 블록을 쐐기(211)를 이용하여 제거하는 것을 보여준다. 쐐기(211)는 유압 브레이커(210)에 설치된다. 쐐기(211)는 그 선단이 납작하게 형성된 것으로서, 선단을 커팅홈(H1)(V1)(C1)에 삽입한 후 타격하여 암석 블록의 하단을 인장 파괴하여 제거할 수 있다. 도 14d에는 쐐기(211)의 선단이 수평방향 커팅홈(H1)에 삽입된 것으로 도시되어 있으나 쐐기(211)의 선단은 곡면방향 커팅홈(C1)에 삽입될 수도 있다. Fig. 14d shows removing a rock block formed by a horizontal cutting groove (H1) and a curved cutting groove (C1) using a wedge (211). The wedge (211) is installed on a hydraulic breaker (210). The wedge (211) has a flat tip formed thereon, and by inserting the tip into the cutting groove (H1)(V1)(C1) and then striking, the rock block can be removed by tensilely breaking its lower end. In Fig. 14d, the tip of the wedge (211) is illustrated as being inserted into the horizontal cutting groove (H1), but the tip of the wedge (211) may also be inserted into the curved cutting groove (C1).

그리고, 도 14d는 유압 브레이커(210)가 제1 웜기어세트(120)에 설치된 것을 보여주고 있으나, 유압 브레이커(210)는 제2 웜기어세트(140)에 설치될 수도 있다. 유압 브레이커(210)가 제2 웜기어세트(140)에 설치되면 유압 브레이커(210)가 틸트부(130)에 의해 회동될 수 있고 제2 웜기어세트(140)에 의해 회전될 수 있으므로 곡면방향 커팅홈(C1)에 삽입되기에 용이하다. And, although FIG. 14d shows that the hydraulic breaker (210) is installed in the first worm gear set (120), the hydraulic breaker (210) may also be installed in the second worm gear set (140). When the hydraulic breaker (210) is installed in the second worm gear set (140), the hydraulic breaker (210) can be rotated by the tilt part (130) and rotated by the second worm gear set (140), so it is easy to be inserted into the curved cutting groove (C1).

[터널 측벽의 하단의 곡면을 굴착하는 방법][Method of excavating the lower curved surface of a tunnel side wall]

도 15a는 터널 측벽의 하단을 굴착하기 위해, 수평방향 커팅홈(H1)을 형성하는 것을 보여준다. 제1,2 웜기어세트(120)(140)를 이용하여 커터 블레이드(160)가 터널 바닥면과 평행하고 회전모터(161)와 감속 기어부(162)가 위쪽을 향하도록 한다. Fig. 15a shows forming a horizontal cutting groove (H1) to excavate the lower part of the tunnel side wall. Using the first and second worm gear sets (120) (140), the cutter blade (160) is parallel to the tunnel bottom surface, and the rotary motor (161) and reduction gear (162) face upward.

도 15b는 터널 측벽(3)의 하단을 굴착하기 위해, 곡면방향 커팅홈(C1)을 형성하는 것을 보여준다. 곡면방향 커팅홈(C1)은 커터 블레이드(160)가 두 개의 수평방향 커팅홈(H1)을 연결하고 곡면 방향으로 경사지되 터널의 길이방향을 향하거나 터널 측벽과 아웃룩 각도(θ1)만큼 경사지도록 배치한 후 선형 이동시켜서 형성될 수 있다. Fig. 15b shows forming a curved cutting groove (C1) to excavate the lower part of the tunnel side wall (3). The curved cutting groove (C1) can be formed by linearly moving the cutter blade (160) after connecting two horizontal cutting grooves (H1) and arranging them so that they are inclined in the curved direction but are inclined in the longitudinal direction of the tunnel or at an outlook angle (θ1) with respect to the tunnel side wall.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 커터(100)는 틸트부(130)를 구비하기 때문에 굴착기가 터널 측벽(3)에서 이격된 상태에서도 커터 블레이드(160)를 터널의 길이방향이나 아웃룩 각도(θ1)로 배치할 수 있다. 이에 비해, 기존의 커터(10)는 틸트부(130)를 갖지 않았기 때문에 이러한 배치가 불가능하였다. As described above, since the cutter (100) according to the present invention has a tilt portion (130), the cutter blade (160) can be arranged in the longitudinal direction of the tunnel or at an outlook angle (θ1) even when the excavator is spaced from the tunnel side wall (3). In contrast, since the existing cutter (10) does not have a tilt portion (130), such arrangement was impossible.

[터널 측벽의 상단의 곡면을 굴착하는 방법][Method of excavating the curved surface on the top of the tunnel side wall]

도 16a는 터널 측벽(3)의 상단의 곡면을 굴착하기 위해, 곡면방향 커팅홈(C1)을 형성하는 것을 보여준다. 곡면방향 커팅홈(C1)은 두 개의 수평방향 커팅홈(H1)과 터널 측벽(3)이 만나는 지점을 연결하도록 커팅한 직선 홈이거나 두 수평방향 커팅홈(H1) 사이의 터널 측벽(3)의 곡면에 접하도록 커팅한 직선 홈일 수 있다. 이러한 직선 홈이 여러 개 연결되어 터널 측벽(3)의 곡면과 근접한 면을 이룰 수 있다. Fig. 16a shows forming a curved cutting groove (C1) to excavate the curved surface of the upper portion of the tunnel side wall (3). The curved cutting groove (C1) may be a straight groove cut to connect the point where two horizontal cutting grooves (H1) and the tunnel side wall (3) meet, or a straight groove cut to contact the curved surface of the tunnel side wall (3) between the two horizontal cutting grooves (H1). A plurality of such straight grooves may be connected to form a surface close to the curved surface of the tunnel side wall (3).

제1,2 웜기어세트(120)(140)를 이용하여 커터 블레이드(16)가 상기 두 지점을 연결하도록 선형 이동부(150)를 회전시키고 틸트부(130)를 회동시켜서 커터 블레이드(1600)가 터널의 길이방향을 향하거나 터널 측벽(3)에 대해 아웃룩 각도(θ1)를 이루도록 한 후, 커터 블레이드(160)를 선형 이동시켜서 커팅한다. 이 때, 커터 블레이드(160)의 양쪽 면 중에서 회전모터(161)와 감속기(162)가 배치된 면은 터널 단면의 내측을 향하도록 하고 그 반대쪽의 면은 터널 측벽(3)을 향하도록 하는 것이 바람직하다.By using the first and second worm gear sets (120)(140), the linear moving part (150) is rotated so that the cutter blade (16) connects the two points, and the tilt part (130) is rotated so that the cutter blade (1600) faces the longitudinal direction of the tunnel or forms an outlook angle (θ1) with respect to the tunnel side wall (3), and then the cutter blade (160) is linearly moved to cut. At this time, it is preferable that the side of the cutter blade (160) on which the rotation motor (161) and the reducer (162) are arranged faces the inner side of the tunnel cross section, and the opposite side faces the tunnel side wall (3).

이와 같이, 커터(100)는 틸트부(130)를 구비하기 때문에 굴착기가 터널 측벽(3)에서 이격된 상태에서 굴착 작업을 할 수 있으므로 터널 측벽을 곡면으로 굴착할 수 있다. 이에 비해, 기존의 커터(10)는 틸트부(130)를 갖지 않기 때문에 터널 측벽을 곡면으로 커팅할 수 없었다. In this way, since the cutter (100) has a tilt part (130), the excavator can perform excavation work while being spaced from the tunnel side wall (3), and thus the tunnel side wall can be excavated in a curved shape. In contrast, the existing cutter (10) could not cut the tunnel side wall in a curved shape because it did not have a tilt part (130).

도 16b는 수평방향 커팅홈(H1)을 형성하는 것을 보여준다. 커터 블레이드(160)는 선형 이동부(150)를 따라 선형이동하면서 수평방향 커팅홈(H1)을 형성한다. 도면에는 굴착기가 터널 측벽에서 이격되고 틸트부(130)가 회동하지 않아서 선형 이동부(150)가 터널 굴착면(1)과 경사진 상태에서 커팅이 이루어지는 것이 도시되어 있으나, 굴착기가 터널 측벽(3)에서 이격되고 선형 이동부(150)가 터널 굴착면(1)과 평행하도록 틸트부(130)가 회동된 상태에서 커팅이 이루어질 수도 있다. Fig. 16b shows forming a horizontal cutting groove (H1). The cutter blade (160) forms a horizontal cutting groove (H1) while moving linearly along the linear moving part (150). Although the drawing shows that cutting is performed in a state where the excavator is spaced from the tunnel side wall and the tilt part (130) does not rotate so that the linear moving part (150) is inclined with respect to the tunnel excavation surface (1), cutting may also be performed in a state where the excavator is spaced from the tunnel side wall (3) and the tilt part (130) rotates so that the linear moving part (150) is parallel to the tunnel excavation surface (1).

한편, 곡면방향 커팅홈(C1)과 수평방향 커팅홈(H1)을 형성한 후에는 쐐기(211)를 곡면방향 커팅홈(C1) 또는 수평방향 커팅홈(H1)에 삽입한 후 타격하여 암석 블록을 제거한다. 이 제거 작업은 도 14d에 도시된 것과 동일한 원리로 이루어질 수 있다. Meanwhile, after forming the curved cutting groove (C1) and the horizontal cutting groove (H1), the wedge (211) is inserted into the curved cutting groove (C1) or the horizontal cutting groove (H1) and then struck to remove the rock block. This removal operation can be performed using the same principle as that illustrated in Fig. 14d.

[터널 천정의 곡면을 굴착하는 방법][Method of excavating the curved surface of a tunnel ceiling]

도 17a는 터널의 천정을 굴착하기 위해 수직방향 커팅홈(V1)을 형성하는 것을 보여준다. 제1,2 웜기어세트(120)(140)를 이용하여 커터 블레이드(160)가 수직을 이루도록 터널의 길이방향으로 배치된 상태에서 커터 블레이드(1600)를 선형 이동시키면서 커팅홈(V1)을 형성한다. Fig. 17a shows the formation of a vertical cutting groove (V1) for excavating the ceiling of a tunnel. The cutter blade (1600) is linearly moved while being arranged in the longitudinal direction of the tunnel so that the cutter blade (160) is vertical, thereby forming the cutting groove (V1).

적어도 두 개의 수직방향 커팅홈(V1)을 형성한 후, 도 17b에 나타난 바와 같이 곡면방향 커팅홈(C2)을 형성한다. 곡면방향 커팅홈(C2)은 수직방향 커팅홈(V1)과 천정(2)이 만나는 지점을 연결하되 터널의 길이방향을 향하거나 천정과 아웃룩 각도(θ2)를 이루도록 커터 블레이드(160)가 회전 및 회동된 상태에서 선형이동하면서 암반을 커팅하는 것에 의해 형성될 수 있다. 이 때, 커터 블레이드(160)의 양쪽 면 중에서 회전모터(161)와 감속기(162)가 배치된 면은 터널 단면의 내측을 향하도록 하고 그 반대쪽의 면은 천정을 향하는 것이 바람직하다. 이에 대한 대안으로서, 곡면방향 커팅홈(C2)은 두 개의 수직방향 커팅홈(V1) 사이의 천정(2)의 곡면에 접하는 직선 홈으로 형성될 수도 있다.After forming at least two vertical cutting grooves (V1), a curved cutting groove (C2) is formed as shown in Fig. 17b. The curved cutting groove (C2) can be formed by cutting the rock while the cutter blade (160) rotates and pivots while linearly moving to connect the point where the vertical cutting groove (V1) and the ceiling (2) meet, but so as to face the longitudinal direction of the tunnel or form an outlook angle (θ2) with the ceiling. At this time, it is preferable that among the two sides of the cutter blade (160), the side on which the rotation motor (161) and the reducer (162) are arranged faces the inside of the tunnel cross-section, and the opposite side faces the ceiling. As an alternative, the curved cutting groove (C2) may be formed as a straight groove that contacts the curved surface of the ceiling (2) between the two vertical cutting grooves (V1).

수직방향 커팅홈(V1)과 곡면방향 커팅홈(C2)을 형성한 후에는 쐐기(211)를 곡면방향 커팅홈(C2) 또는 수직방향 커팅홈(V1)에 삽입한 후 타격하여 암석 블록을 제거한다. 이 제거 작업은 도 14d에 도시된 것과 동일한 원리로 이루어질 수 있다. After forming the vertical cutting groove (V1) and the curved cutting groove (C2), the wedge (211) is inserted into the curved cutting groove (C2) or the vertical cutting groove (V1) and then struck to remove the rock block. This removal operation can be performed using the same principle as that illustrated in Fig. 14d.

한편, 위에서는 수직방향 커팅홈(V1)을 형성하는 것을 설명하였으나, 수직방향 커팅홈(V1)을 대신하여 방사상 커팅홈을 형성할 수도 있다. 방사상 커팅홈은 터널 단면의 중심을 기준으로 방사상 형상으로 형성된 홈으로서, 틸트부(130)의 회동 각도를 조절하는 것에 의해 커터 블레이드(160)의 회동 각도를 조절함으로써 형성될 수 있다. Meanwhile, although the formation of a vertical cutting groove (V1) has been described above, a radial cutting groove may be formed instead of the vertical cutting groove (V1). The radial cutting groove is a groove formed in a radial shape based on the center of the tunnel cross-section, and can be formed by adjusting the rotation angle of the cutter blade (160) by adjusting the rotation angle of the tilt portion (130).

1 : 터널 굴착면(터널 막장면)
2 : 터널의 천정
3 : 터널의 측벽
4 : 1단 굴착부분
5 : 2단 굴착부분
10 : 종래기술에 따른 커터
11 : 굴삭기 아암
12 : 퀵 커플러
15 : 선형 이동부
100 : 커터
110 : 연결헤드
120 : 제1 웜기어세트
130 : 틸트부
140 : 제2 웜기어세트
150 : 선형 이동부
160 : 커터 블레이드
210 : 유압 브레이커
211 : 쐐기
H1 : 수평방향 커팅홈
V1 : 수직방향 커팅홈
C1, C2 : 곡면방향 커팅홈
θ : 연결헤드(110)의 제1 면(111)과 제2 면(112) 사이의 각도
θ1 : 터널 측벽에 대한 측방향 아웃룩 각도
θ2 : 터널 천정에 대한 수직방향 아웃룩 각도
1: Tunnel excavation face (tunnel face)
2: Ceiling of the tunnel
3: Side wall of the tunnel
4: 1st stage excavation section
5: 2nd stage excavation section
10: Cutter according to prior art
11: Excavator arm
12 : Quick Coupler
15: Linear moving part
100 : Cutter
110 : Connection head
120: 1st Worm Gear Set
130 : Tilt section
140: 2nd Worm Gear Set
150 : Linear moving part
160 : Cutter Blade
210 : Hydraulic Breaker
211 : Wedge
H1: Horizontal cutting groove
V1: Vertical cutting groove
C1, C2: Curved cutting groove
θ: Angle between the first surface (111) and the second surface (112) of the connecting head (110)
θ1: Lateral outlook angle to the tunnel side wall
θ2: Vertical outlook angle to the tunnel ceiling

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) 굴착기 아암의 선단에 설치된 커터 블레이드(160)를 이용하여 터널 굴착면(1)에 수평방향 커팅홈(H1)과 수직방향 커팅홈(V1)을 각각 복수 개 형성하는 단계;
(b) 쐐기(211)를 수평방향 커팅홈(H1) 또는 수직방향 커팅홈(V1)에 삽입 및 타격하여 수평방향 커팅홈(H1)과 수직방향 커팅홈(V1)이 교차되어 형성되는 암석 블록을 제거하는 단계;
(c) 터널 측벽(3)의 곡면을 형성하기 위해, 커터 블레이드(160)가 터널의 길이방향과 평행하거나 터널 측벽과 아웃룩 각도(θ1)를 이루도록 배치된 상태에서 터널 측벽(3)과 근접하는 직선으로 커팅하여 커팅홈(C1)을 형성하는 단계;
(d) 상기 (c) 단계의 커팅홈(C1)과 수평방향 커팅홈(V1)에 의해 형성된 암석블록을 쐐기(211)로 타격하여 제거하는 단계;
(e) 터널 천정(2)의 곡면을 형성하기 위해, 커터 블레이드(160)가 터널의 길이방향과 평행하거나 천정과 아웃룩 각도(θ2)를 이루도록 배치된 상태에서 터널 천정(2)과 근접한 직선을 형성하도록 암반을 커팅하여 커팅홈(C2)을 형성하는 단계; 및,
(f) 커팅홈(C2)과 수직방향 커팅홈(V1)에 의해 형성된 암석블록을 쐐기(211)로 타격하여 제거하는 단계;를 포함하고,
복수 개의 커팅홈(C1)이 서로 연결되어 터널 측벽(3)의 곡면과 근접한 면을 이루며, 커팅홈(V1)이 서로 연결되어 터널 천정(2)의 곡면과 근접한 면을 이루며,
커터 블레이드(160)는 커터(100)에 설치되고,
커터(100)는,
연결헤드(110)의 아래에 설치된 제1 웜기어세트(120);
제1 웜기어세트(120)의 아래에 설치되어 0°부터 적어도 90°까지 회동 가능한 틸트부(130);
틸트부(130)의 아래에 설치된 제2 웜기어세트(140);
제2 웜기어세트(140)의 아래에 설치된 선형 이동부(150); 및,
선형 이동부(150)에 선형 이동 가능하도록 설치된 커터 블레이드(160);를 포함하고,
제1 웜기어세트(120)는 틸트부(130)를 연결 헤드(110)에 대해 360° 요(yaw) 회전시키고,
틸트부(130)는 선형 이동부(150)와 제2 웜기어세트(140)를 롤(roll) 회전시키며, 제2 웜기어세트(140)는 틸트부(130)에 대해 선형 이동부(150)를 회전시키고,
틸트부(130)가 상기 회동 가능한 것에 의해 피치 회전 각도가 증가되는 것을 특징으로 하는, 작업 자유도가 향상된 커터를 이용한 터널 굴착방법.
(a) A step of forming a plurality of horizontal cutting grooves (H1) and vertical cutting grooves (V1) on a tunnel excavation surface (1) using a cutter blade (160) installed at the tip of an excavator arm;
(b) a step of inserting and striking a wedge (211) into a horizontal cutting groove (H1) or a vertical cutting groove (V1) to remove a rock block formed by the intersection of the horizontal cutting groove (H1) and the vertical cutting groove (V1);
(c) a step of forming a cutting groove (C1) by cutting in a straight line close to the tunnel side wall (3) while the cutter blade (160) is positioned parallel to the longitudinal direction of the tunnel or at an outlook angle (θ1) with the tunnel side wall, in order to form a curved surface of the tunnel side wall (3);
(d) a step of removing the rock block formed by the cutting groove (C1) and the horizontal cutting groove (V1) of the above step (c) by striking it with a wedge (211);
(e) a step of forming a cutting groove (C2) by cutting the rock so as to form a straight line close to the tunnel ceiling (2) while the cutter blade (160) is positioned parallel to the longitudinal direction of the tunnel or at an outlook angle (θ2) with the ceiling, in order to form a curved surface of the tunnel ceiling (2); and,
(f) a step of removing a rock block formed by a cutting groove (C2) and a vertical cutting groove (V1) by striking it with a wedge (211);
A plurality of cutting grooves (C1) are connected to each other to form a surface close to the curved surface of the tunnel side wall (3), and the cutting grooves (V1) are connected to each other to form a surface close to the curved surface of the tunnel ceiling (2).
The cutter blade (160) is installed on the cutter (100),
Cutter (100) is,
A first worm gear set (120) installed below the connecting head (110);
A tilt part (130) installed below the first worm gear set (120) and capable of rotating from 0° to at least 90°;
A second worm gear set (140) installed below the tilt part (130);
A linear moving part (150) installed below the second worm gear set (140); and,
It includes a cutter blade (160) installed to be able to move linearly on a linear moving part (150);
The first worm gear set (120) rotates the tilt part (130) 360° yaw relative to the connecting head (110),
The tilt unit (130) rolls the linear moving unit (150) and the second worm gear set (140), and the second worm gear set (140) rotates the linear moving unit (150) relative to the tilt unit (130).
A tunnel excavation method using a cutter with improved freedom of operation, characterized in that the pitch rotation angle of the tilt part (130) is increased by being rotatable.
제4항에 있어서,
상기 (c) 단계의 커팅은 굴착기가 터널 측벽(3)과 이격되고 틸트부(130)에 의해서 커터 블레이드(160)가 터널의 길이방향과 평행하거나 터널 측벽(3)과 아웃룩 각도(θ1)를 이루도록 회동된 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 작업 자유도가 향상된 커터를 이용한 터널 굴착방법.
In paragraph 4,
A tunnel excavation method using a cutter with improved freedom of operation, characterized in that the cutting in the above step (c) is performed in a state where the excavator is spaced from the tunnel side wall (3) and the cutter blade (160) is rotated by the tilt unit (130) to be parallel to the longitudinal direction of the tunnel or to form an outlook angle (θ1) with the tunnel side wall (3).
제4항에 있어서,
굴착기 아암(11)의 선단에는 퀵 커플러(12)가 회동 가능하도록 설치되고,
연결헤드(110)는 퀵 커플러(12)의 아래에 연결되며,
연결헤드(110)는 퀵 커플러(12)와 결합되는 제1 면(111)과, 제1 웜기어세트(120)와 결합되는 제2 면(112)을 포함하고, 제1,2 면(111)(112)은 35° ~ 75°의 각도(θ)를 이루며,
상기 각도(θ)와 틸트부(130)의 회동에 의해 터널의 바닥면 보다 천정쪽으로 피치 회전 각도가 증가하며, 이에 따라 커터 블레이드(160)가 선형 이동부(150)를 따라 터널의 천정 및 바닥면에서 수평으로 선형 이동하면서 커팅하는 것이 각각 가능한 것을 특징으로 하는, 작업 자유도가 향상된 커터를 이용한 터널 굴착방법.
In paragraph 4,
A quick coupler (12) is installed at the tip of the excavator arm (11) so that it can rotate.
The connecting head (110) is connected to the bottom of the quick coupler (12),
The connecting head (110) includes a first surface (111) that is coupled with a quick coupler (12) and a second surface (112) that is coupled with a first worm gear set (120), and the first and second surfaces (111) (112) form an angle (θ) of 35° to 75°.
A tunnel excavation method using a cutter with improved freedom of operation, characterized in that the pitch rotation angle increases toward the ceiling rather than the floor of the tunnel due to the above angle (θ) and the rotation of the tilt unit (130), and accordingly, the cutter blade (160) can cut while moving horizontally linearly along the linear moving unit (150) on the ceiling and floor of the tunnel.
제4항에 있어서,
상기 (e) 단계는 커터 블레이드(160)가 터널의 길이방향과 평행하거나 천정(2)과 아웃룩 각도(θ2)를 이루도록 제1 웜기어세트(120)와 제2 웜기어세트(140) 중 적어도 어느 하나가 회전된 것을 특징으로 하는, 작업 자유도가 향상된 커터를 이용한 터널 굴착방법.
In paragraph 4,
The step (e) above is a tunnel excavation method using a cutter with improved freedom of operation, characterized in that at least one of the first worm gear set (120) and the second worm gear set (140) is rotated so that the cutter blade (160) is parallel to the longitudinal direction of the tunnel or forms an outlook angle (θ2) with the ceiling (2).
제4항에 있어서,
커터 블레이드(160)를 회전시키는 회전모터(161)와 감속기어부(162)는 커터 블레이드(160)의 일측면에 설치되고,
상기 (c), (e) 단계에서 커터 블레이드(160)의 일측면은 터널 단면의 내측을 향하고 커터 블레이드(160)의 타측면은 터널 측벽쪽 또는 터널 천정쪽을 향하는 것을 특징으로 하는, 작업 자유도가 향상된 커터를 이용한 터널 굴착방법.
In paragraph 4,
A rotary motor (161) and a reduction gear (162) that rotate the cutter blade (160) are installed on one side of the cutter blade (160).
A tunnel excavation method using a cutter with improved freedom of operation, characterized in that in steps (c) and (e) above, one side of the cutter blade (160) faces the inside of the tunnel cross-section and the other side of the cutter blade (160) faces the tunnel side wall or the tunnel ceiling.
제4항에 있어서,
쐐기(211)는 유압 브레이커(210)에 설치되고,
상기 (d) 단계 또는 (f) 단계의 작업시에, 유압 브레이커(210)가 제1 웜기어세트(120)에 연결되고 틸트부(130)와 제2 웜기어세트(140)와 선형 이동부(150) 및 커터 블레이드(160)는 제거되거나 유압 브레이커(210)가 제2 웜기어세트(140)에 연결되고 선형 이동부(150)와 커터 블레이드(160)는 제거된 것을 특징으로 하는, 작업 자유도가 향상된 커터를 이용한 터널 굴착방법.
In paragraph 4,
The wedge (211) is installed on the hydraulic breaker (210),
A tunnel excavation method using a cutter with improved freedom of operation, characterized in that during the operation of step (d) or step (f), the hydraulic breaker (210) is connected to the first worm gear set (120), and the tilt unit (130), the second worm gear set (140), the linear moving unit (150), and the cutter blade (160) are removed, or the hydraulic breaker (210) is connected to the second worm gear set (140), and the linear moving unit (150) and the cutter blade (160) are removed.
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