KR200361243Y1 - 강관압입 굴착용 수평굴착장치 - Google Patents

Abstract

본 고안의 목적은 관로 공사용 강관압입시 지반의 굴착 속도를 증진하고, 지하에 설치되는 장비의 수해를 방지할 수 있는 강관압입 굴착용 수평 굴착 장치를 제공하는 데 있다.

이를 위해 본 고안은 상하수도관등을 매설하기 위한 소규모 터널 시공시 사용하는 압입용 강관을 가압하여 지반 밑을 수평으로 굴착하여 매설하도록 작업구내에 유압잭 기구를 포함하여 구성되는 강관압입 굴착용 수평 굴착 장치에 있어서,

상기 강관내에 회전 가능하게 수용되어 그의 선단으로부터 땅을 굴착하여 후방으로 이송하는 스크류 굴착기와;

상기 스크류 굴착기를 회전시키기 위해 구동되는 스크류 구동용 유압 모터와,

상기 모터의 회전력을 스크류 굴착기에 전달하는 회전 감속기와;

상기 회전 감속기와 유압 모터 등을 수용 및 지지하며 상기 스크류 굴착기의 후단에 접속되어 강관의 후단을 지지하는 본체인 장치 케이스와, 상기 스크류 굴착기로부터 이송되어온 흙을 상기 장치 케이스의 외부로 배출 안내하도록 형성된 배출구를 포함한 오가유니트와;

상기 장치 케이스의 후방에 설치되어 상기 장치 케이스를 가압하여 전방으로 밀어내도록 작동하는 상기 유압잭기구와;

상기 유압잭 기구에 유압을 공급하도록 작동하는 유압펌프와, 그 유압펌프를가동하는 전기모터로 구성되는 유압유니트와;

상기 전기모터를 구동하는 전원을 공급하는 발전기;를 포함하여 구성되어 있다.

Description

강관압입 굴착용 수평굴착장치{Horizontal excavating devidce for pushing steel pipe}

본 고안은 지반을 개방하지 않고 도로나 철도 등의 하부 지반을 교차하여 지나도록 강관을 압입하여 매설하는 강관압입 굴착용 수평굴착 장치에 관한 것이다.

일반적으로 상하수도나 각종 전기시설들을 지하에 매설하기 위해서는 지반을 개착식으로 파낸후 상하수도 관 등을 매설하고 있다.

그런데 상하수도관등의 매설 작업중 도로나 철로 등을 만나게 될 때 개착식공법으로 도로나 철로를 절개하여 공사하기 위해서는 교통을 통제시키거나 또는 도로나 철도를 공사 현장을 우회하도록 이설하여야 하므로써 교통 통제나 도로 이설 작업에 많은 시간과 비용이 들어 이 경우의 개착식 작업은 경제적이지 못하다는 문제가 있다.

이와같이 상하수도관 등의 매설 작업시 도로나 철도를 가로질러 공사하여야 하는 경우에는 개착식 공법 대신에 도로나 철도가 지나는 지반 밑을 강관을 사용하여 수평으로 굴착하면서 교차하여 통과토록 하고 있다.

이를 위해 도 7 에 도시하는 것과 같이 도로나 철로(50) 등이 지나는 해당 공사 지점 부근의 땅을 파서 추진기지(51)를 형성하고, 그 추진기지(51)내에 유압잭기구(52)를 설치하여 유압잭기구(52)의 강력한 추진력으로 강관(53)을 전방으로 밀어내게 되면 강관(53)이 수평으로 땅을 파고들어 전진(부호 53a 참조)하게 되면서 지반(54) 밑에 강관(53)이 매설되게 되는 것이다.

이와같이 강관(53)이 수평으로 땅속을 밀고 들어가게 되면 강관(53)내로 흙이 유입되게 되고, 이 흙은 강관(53)내로 작업 인부가 들어가 소형리어카 혹은 흙통 등에 퍼담아 추진기지(51)측으로 배출하게 되며, 최종적으로 연속적으로 매설되는 복수개의 강관들중 선단의 강관이 도달기지(55)로 드러나게 되면(부호 53b 참조), 수평굴착에 의한 강관 매설 작업은 끝나게 되는 것이며, 강관(53)이 매설된 그 상부의 철로(50)를 훼손하거나 다른 장소로 이설하지 않고서도 지하에 매설된 강관(53) 내부에 상하수도관등 목적하는 본관을 설치할 수 있게 된다.

그런데 강관(53)을 압입하기 위한 유압잭기구(52)를 작동하기 위해서는 강력한 동력이 요구되므로 추진기지(51)내에는 유압펌프(56)와 그 유압펌프(56)를 가동하기 위한 동력원인 엔진(57)을 설치하여 엔진의 구동력에 의해 유압펌프(56)를 작동한 후 그때 얻어지는 고압의 유압을 이용하여 일종의 피스톤 기구인 유압잭기구(52)를 작동하여 강관(53)을 전방으로 밀어 지반(54) 밑을 수평으로 굴착하게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 강관압입굴착 방식에 의하면 유압잭기구(52)를 작동시키기 위한 엔진(57) 설비가 지하 구간인 작업구(51)내에 설치되어야 하기 때문에 지하수 용출이 많을 경우나 우기 등에는 작업구(51)에 물이 차게 되어 엔진(57)등의 각종 장비가 손상될 우려가 있게 된다.

또다른 문제점으로는 직경이 크고 무거운 강관이 연속적으로 수평으로 땅속을 파고들면서 굴착해야 하는데 작업구(51)의 지반이 고르지 않기 때문에 직경이 크고 중량물인 강관(53)등의 부대시설물들의 이송 및 취급이 어렵다는 점이 지적되고 있다.

또 강관(53)이 땅속을 파고들 때 압입 저항이 매우 크기 때문에 압입 작업 속도가 낮다는 문제가 있다.

이에 본 고안은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 지반의 굴착 속도가 빠르며, 중량물 들의 이동이 편리하여 작업의 편의성이 크게 증진되고, 지하에 설치되는 장비의 수해를 방지할 수 있는 강관압입 굴착용 수평 굴착 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 상하수도관을 가설하기 위해 철도 등의 장애물 밑을 굴착하여 매설되는 강관과, 그 강관을 가압하여 지반 밑을 수평으로 굴착하여 매설하도록 추진기지내에 설치되는 유압잭 기구를 포함하여 구성되는 강관압입 굴착용 수평 굴착 장치에 있어서,

상기 강관내에 회전 가능하게 수용되어 그의 선단으로부터 땅을 굴착하여 후방으로 이송하는 스크류 굴착기와;

상기 스크류 굴착기를 회전시키기 위해 구동되는 스크류 구동용 유압 모터와,

상기 모터의 회전력을 스크류 굴착기에 전달하는 회전 감속기와;

상기 회전 감속기와 유압 모터 등을 수용 및 지지하며 상기 스크류 굴착기의 후단에 접속되어 강관의 후단을 지지하는 본체인 장치 케이스와, 상기 스크류 굴착기로부터 이송되어온 흙을 상기 장치 케이스의 외부로 배출 안내하도록 형성된 배출구를 포함한 오가유니트와;

상기 장치 케이스의 후방에 설치되어 상기 장치 케이스를 가압하여 전방으로 밀어내도록 작동하는 상기 유압잭기구와;

상기 유압잭 기구에 유압을 공급하도록 작동하는 유압펌프와, 그 유압펌프를 가동하는 전기모터로 구성되는 유압유니트와;

상기 전기모터를 구동하는 전원을 공급하는 발전기;를 포함하여 구성되어 있다.

그리고 상기 오가 유니트와 상기 강관은 레일을 따라 굴착 방향으로 수평 이동이 가능하게 설치되어 있다.

또 상기 레일의 안쪽에 래크기어가 구비되고, 상기 오가 유니트의 장치케이스에는 상기 래크기어와 맞물려 회전하는 피니언기어가 마련되며, 상기 피니언기어를 회전구동 하는 모터가 설치되어 상기 오거유니트가 상기 레일을 따라 이동하도록 되어 있다.

그리고 상기 발전기와 유압유니트는 지상구간에 별도로 설치되어 상기 유압펌프로부터 유압호스를 통해 추진기지내에 설치된 유압잭 기구와 유압 모터에 유압을 공급하게 된다.

도 1은 본 고안의 강관압입 굴착용 수평 굴착장치를 나타내는 도면

도 2는 본 고안에 의한 오가 유니트 장치를 단면하여 나타낸 대략적 내부 구조도

도 3은 동상 오가 유니트 장치의 평단면 구조의 개략도

도 4는 본 고안의 레일 위에 강관을 올려 놓은 모습을 보여주는 도면

도 5는 본 고안 장치에 의한 강관압입 굴착 작업을 나타낸 도면

도 6은 강관압입 굴착 작업이 완료된 상태를 나타내는 도면

도 7은 종래 강관압입 굴착 장치를 나타낸 도면

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 강관 2 : 지반

3 : 철도 4 : 오가 유니트

5 : 유압잭기구 6 : 스크류 굴착기

7 : 회전축 8 : 나선익

9 : 회전굴착부 10 : 베어링

11 : 감속기 12 : 오거구동용 유압모터

13 : 장치케이스(본체) 14 : 배출구

15 : 추진기지 15a : 지면

16 : 레일 17 : 래크기어

18 : 피니언기어 19 : 오거전,후진용 유압모터

20 : 구동기어 21 : 피스톤

22 : 반력 지압벽 23 : 유압호스

24 : 유압유니트 25 : 지상구간

26 : 유압펌프 27 : 전기모터

28 : 발전기 29 : 지지대

31 : 도달기지 32 : 토류벽

33 : 플랜지 35 : 나선홈

36 : 블록

이하 본 고안의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 있어서 부호 1은 지반(2)밑에 매설되는 강관으로서 지하에 매설된 상태에서 상하수도관이나 전기설비등을 그 내부에 매설할 수 있도록 미리 소규모 터널을 형성하는 역할을 한다.

강관(1)은 지하에의 매설작업(통상 지면을 파낸후 묻게되는 개착식공법)중 도로나 철도(3)등의 장애시설물을 만나게 되는 경우, 시설물의 손상 없이 도로나 철로(3)등의 지반(2) 밑을 교차하여 통과토록 매설되는데, 이 강관(1)은 오가유니트(4)를 개재하여 유압잭기구(5)에 의해 가압력을 받아 지반(2) 밑을 굴착하여 파고들게 된다.

상기 오가유니트(4)는 통상 건축 공사장에서 수직으로 땅을 파고 들어갈 때 사용하는 오가장치와 기본적으로 동일한 구조의 장치로서, 본 고안에서는 수평으로땅을 굴착하는데 이용된다.

오가유니트(4)의 선단에는 스크류 굴착기(6)가 전방으로 길게 돌출되어 있으며, 이 스크류 굴착기(6)는 회전축(7)과 그 회전축(7) 외주에 형성된 나선익(8)과 회전축(7) 선단의 회전굴착부(9)를 포함하고 있으며, 상기 강관(1)내로 삽입되어 그의 선단의 회전굴착부(9)가 강관(1)의 선단에서부터 안쪽으로 약간 후방에 위치되어 진다.

상기 회전축(7)은 지지베어링(10)에 의해 회전가능하게 지지되며, 상기 회전굴착부(9)에는 다수개의 파쇄칼날(9a)들이 방사상으로 형성되어 있다.

상기 스크류 굴착기(6)이 회전축(7)은 회전 감속기(11)를 경유하여 유압모터(12)에 접속되어 유압모터(12)의 작동에 의해 회전 작동되어진다.

그리고 상기 회전축(7)의 후단과 상기 회전감속기(11) 및 유압모터(12)등은 본체인 장치케이스(13)내에 설치되며, 장치케이스(13)에는 스크류굴착기(6)에 의해 후방으로 이송되어온 흙을 밖으로 배출하기 위한 배출구(14)가 형성되어 있다.

그리고 작업구(15)의 지면(15a)위에는 상기 오가유니트(4)와 강관(1)을 수평 방향으로의 이동을 안내하는 레일(16)이 가설되어 있으며, 이 레일(16)의 안쪽으로는 래크기어(17)가 형성되어 있다.

한편, 상기 오가유니트(4)의 장치케이스(13)에는 상기 래크기어(17)와 맞물려서 회전 구동되는 한쌍의 피니언기어(18)가 설치되어 있으며, 이 피니언기어(18)는 전기 또는 유압에 의해 작동하는 하나의 구동모터(19)에 의해 직접 회전구동되거나(도 2) 또는 별도의 구동기어(20) 및 감속을 위한 아이들기어 등을 개재하여구동모터(19)에 접속되어 회전력을 전달받도록 구성(도 3)되어 있으며, 또 도시하지는 아니하였으나 각기 래크기어(17)에 맞물리도록 2개의 피니언기어를 형성(이때 2개의 피니언 기어는 서로 분리된 상태임) 하되 각각의 피니언기어 마다 구동 모터를 사용하여 각기 동시에 구동시키므로써 오가유니트(4)를 이동시킬 수 있다.

상기 오가유니트(4)의 후방에는 유압잭기구(5)가 설치되며, 유압잭기구(5)의 피스톤(21)은 장치케이스(13)의 후방을 지지하여 신장될 때 오가유니트(4)를 전방으로 밀어내게 된다.

유압잭기구(5)는 그의 후방에 마련된 반력지압벽(22)에 의해 지지되며, 유압잭기구(5)에 호스(23)를 통해 유압을 공급하는 유압유니트(24)가 지상구간(25)에 설치된다.

이 유압유니트(24)는 유압을 발생하는 유압펌프(26)와 유압펌프(26)를 가동하는 전기모터(27)로 구성되어 있으며, 전기모터(27)는 역시 지상(25)구간에 설치되는 발전기(28)로부터 전원을 공급받아 작동하며, 이 발전기(28)에 의해 생산된 전기는 모터(19)의 전원으로도 이용되며, 기타 작업구(15)내에서의 용접 작업이나 양수펌프등의 작동 전원으로서도 사용된다.

도면 4도에 있어 부호 29는 강관(1)등을 레일(16) 위에 받쳐 지지하기 위한 지지대이다.

이하에 본 고안의 작동에 대하여 설명한다.

강관(1)이 매설되어지게 된 지반(2) 옆에 작업구(15)(31)를 파고, 토류벽(32)에 콘크리트 등으로 반력지압벽(22)을 형성한다.

지면(15a)에 레일(16)을 가설하고, 그 위에 복수개의 지지대(29)를 개재하여 강관(1)을 올려 놓는다.

오가유니트(4)의 스크류굴착기(6)는 강관(1)내로 삽입되며, 삽입이 끝나면 장치케이스(13)측에 플랜지(33)를 통해 접속된다.

여기서 작업구(15)의 전체 길이가 충분치 아니하다면 지상(25) 구간에 놓여져 있는 강관(1)을 크레인 등을 사용하여 작업구(15)내로 반입할 때 미리 본체로부터 분리된 상태의 스크류굴착기(6)를 강관(1)내에 삽입한 상태로 작업구(15)내로 반입하면 작업이 편리하게 된다.

이어서 발전기(28)를 가동하게 되면 전기가 생산되고, 이 전기를 이용하여 전기모터(27)를 구동하며, 이 전기모터(27)에 의해 유압펌프(26)가 작동하여 고압의 유압을 발생시켜 호스(23)를 통해 유압잭기구(5)에 보내게 되며, 동시에 유압모터(12)에도 유압을 공급하여 유압잭기구(5)와 오가유니트(4)가 작동하게 된다.

유압잭기구(5)에 유압이 공급되면 피스톤(21)이 장치케이스(13)를 강한 힘으로 밀게되며, 이에따라 힘을 받게 되는 강관(1)이 전방벽(34)을 파고 들어가게 된다.

동시에 유압모터(12)가 가동하면서 감속기(11)를 거쳐 스크류굴착기(6)가 서서히 회전하게 되면, 강관(1)의 선단이 먼저 파고들게되므로써 강관(1)의 내부로 유입된 흙이 스크류굴착기(6) 선단의 회전칼날(9a)에 의해 파쇄되어지게 되며, 파쇄되어진 흙은 스크류굴착기(6)의 나선홈의 안내를 따라 후방으로 이송되어지게 된다.

피스톤(21)의 신장된 행정거리가 멀어짐에 따라 오가유니트(4)와 강관(1)은 레일(16)의 안내를 따라 전방으로 스므스하게 이동하면서 지반(2) 밑을 계속 굴착하여 전진하게 되며, 굴착된 흙은 스크류 굴착기(6)의 회전에 의해 나선홈(35)의 안내를 따라 연속해서 후방으로 이송된다.

스크류굴착기(6)의 후방으로 이송된 흙은 배출구(14)를 통해 오가유니트(4) 밖으로 배출되며, 이 흙은 흙통 등에 담겨져 지상구간(25)으로 이송되어진다.

이와같이 굴착이 진행하는 동안 유압잭기구(5)의 피스톤(21)이 최대행정거리 만큼 돌출되면 피스톤(21)을 원위치로 몰입하여 복귀시킨 후 레일(16)면상에서 전진이송되어 오가유니트(4)와의 사이에 형성된 틈새는 블록(36)을 채워 메우게 되며, 다시 피스톤(21)이 신장되어 오가유니트(4)를 가압하여 지반(2) 밑의 굴착에 의한 강관(1)의 압입을 계속한다.

강관(1)이 완전히 압입굴착되면, 새로운 강관을 작업구(15)내로 유입시키기 위해 블록(36) 들을 치우고 오가유니트(4)로부터 강관(1)내에 있는 스크류 굴착기(6)를 분해한다. 다음에 오가유니트(19)를 후진시키기 위해 유압모터(19)를 작동하여 피니언기어(18)를 회전시키면, 이 피니언기어(18)가 레일(16)의 래크기어(17)와 맞물려 있으므로, 오가유니트(4)의 본체(장치케이스 부분을 말함)가 레일(16)을 따라 후방(유압잭기구측)으로 이동하게 된다.

오가유니트 본체(13)가 완전히 후방으로 이동하면 지상구간(25)에 보관되어 있는 새로운 강관(이 새로운 강관은 지반(2)밑에 매설된 강관(1)에 연이어 접속하여 매설되어지게 됨)과 새 스크류 굴착기(이 스크류 굴착기는 선단에 파쇄 칼날이없이 스크류의 길이를 연장하는데 사용되는 것임)를 작업구(15)내로 반입하여 레일(16)의 지지대(29)위에 올려 놓은 후(새로운 스크류 굴착기는 새 강관내에 수용되어 있는 상태임)새로운 스크류 굴착기의 양단을 오가 유니트(4) 본체(13)의 플랜지(33)와 선도 강관(1)내에 들어 있는 스크류 굴착기(6) 후단에 접속한다.

다음에 리모콘을 작동시켜 유압유니트(24)를 구동하며, 이 유압에 의해 유압잭기구(5)와 오가유니트(4)의 유압모터(12)를 작동시킨다. 이에따라 선단의 스크류 굴착기(6)가 회전하여 흙을 굴착하게 되며, 이 흙은 후방으로 자동 이송되어 배출구(14)를 통해 배출된다.

굴착이 진행됨에 따라 유압잭기구(5)의 피스톤(21)의 가압력에 의해 오가유니트(4)가 레일(16)의 안내를 따라 전방으로 이동하게 되며, 그 이동거리만큼 선단 강관(1) 및 후단 강관(1a)(1b)이 지반(2) 밑을 굴착하여 진행하게 되는 것이다.

이와같이 하여 새로운 강관(1a)이 땅속을 완전히 파고 들어가 매설되면 앞서와 같이 새로운 강관(1b)과 스크류 굴착기를 작업구(15)로 반입하여 굴착하는 과정을 반복하게 되며, 선도강관(1)이 반대측 도달기지(31)로 뚫고 나오게 되면 강관의 압입굴착 작업이 완료되는 것이다(도 6참조).

이상과 같은 본 고안은 오가유니트의 구동에 의해 지반 밑을 수평으로 굴착하면서 강관을 압입 매설하기 때문에 강관의 매설 작업 속도가 크게 향상되며, 작업구내가 아닌 지상 구간에 발전기와 유압유니트를 설치하고 작업구 내에는 유압잭기구와 오가유니트만을 설치하게 되어 작업구내에 물이 차더라도 장비의 손상이 없도록 할 수 있으며, 전기를 함께 사용할 수 있어 용접이나 양수기 가동 작업에의 편의성이 증진되며, 또 바닥면에 레일 및 래크기어가 가설되어 있어 중량물의 이동 작업이 손쉬워져 작업 속도를 크게 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 상하수도관을 가설하기 위해 철도 등의 장애물 밑을 굴착하여 지하에 매설되는 강관과, 그 강관을 가압하여 지반 밑을 수평으로 굴착하여 매설하도록 추진기지내에 설치되는 유압잭 기구를 포함하여 구성되는 강관압입 굴착용 수평 굴착 장치에 있어서,

   상기 강관내에 회전 가능하게 수용되어 그의 선단으로부터 땅을 굴착하여 후방으로 이송하는 스크류 굴착기와;

   상기 스크류 굴착기를 회전시키기 위해 구동되는 스크류 구동용 유압 모터와,

   상기 모터의 회전력을 스크류 굴착기에 전달하는 회전 감속기와;

   상기 회전 감속기와 유압 모터 등을 수용 및 지지하며 상기 스크류 굴착기의 후단에 접속되어 강관의 후단을 지지하는 본체인 장치 케이스와, 상기 스크류 굴착기로부터 이송되어온 흙을 상기 장치 케이스의 외부로 배출 안내하도록 형성된 배출구를 포함한 오가유니트와;

   상기 장치 케이스의 후방에 설치되어 상기 장치 케이스를 가압하여 전방으로 밀어내도록 작동하는 상기 유압잭기구와;

   상기 유압잭 기구에 유압을 공급하도록 작동하는 유압펌프와, 그 유압펌프를 가동하는 전기모터로 구성되는 유압유니트와;

   상기 전기모터를 구동하는 전원을 공급하는 발전기;를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 강관압입 굴착용 수평 굴착장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 추진기지내에는 상기 오가유니트와 강관을 수평으로 이동 가능하게 지지하는 레일이 가설되어 있는 것을 특징으로 하는 강관압입 굴착용 수평 굴착장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 레일에는 래크기어가 구비되어 있으며, 상기 오가유니트의 장치케이스에는 상기 래크기어와 맞물려 회전하는 피니언기어 및 그 피니언기어를 회전 구동하기 위한 모터가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 강관압입 굴착용 수평 굴착장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 발전기와 유압유니트는 지상구간에 별도로 설치되는 것을 특징으로 하는 강관압입 굴착용 수평 굴착장치.