KR101010207B1

KR101010207B1 - 중공식 암반 굴착장치

Info

Publication number: KR101010207B1
Application number: KR1020080036590A
Authority: KR
Inventors: 한동덕
Original assignee: 한동덕; 주식회사 리노에스티; 주식회사 영동중기; 대한기초엔지니어링 주식회사
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2011-01-21
Also published as: KR20080041170A

Abstract

본 발명은 말뚝기초의 시공, 착정 및 시추등의 목적으로 암반을 천공하는 해머비트(Hammer bit)형 굴착장비에 관한 것으로, 하부통공이 형성된 통관 하단에 다수의 해머비트가 원형으로 배열 설치된 굴착부와 상부통공이 형성된 상판 하부에 원형 공압실이 회전가능하도록 결합된 회전지지부가 구성되어 암반에 환형(環形)단면의 굴착공을 형성할 수 있도록 한 것이다.

본 발명을 통하여 굴착장비의 가동을 위한 동력원의 출력용량을 절감할 수 있고, 굴착장비의 비트(bit) 마모를 둔화시키는 효과를 얻을 수 있으며, 굴착장비를 구성하는 회전지지부, 케이싱 및 굴착부 중심에 연속된 중공부를 형성할 수 있으므로, 굴착공 선단의 관찰을 통한 굴진방향의 확인이 가능하여 시공의 정도(精度)를 제고하는 효과 또한 얻을 수 있다.

암반, 굴착, 해머비트(hammer bit), 중공(中空)

Description

중공식 암반 굴착장치{Hollowness type rock drilling apparatus}

지반천공은 말뚝기초의 시공, 착정(鑿井), 시추, 지하구조물 시공을 위한 토류벽 가설 또는 연약지반 개량을 위한 압밀촉진 등의 목적으로 지반에 수직 또는 수직에 근사한 방향의 굴착공을 형성하는 것으로서, 지반의 특성이나 소요심도에 따라서 다양한 장비와 공법이 적용된다.

이러한 지반천공 유형 중에서, 말뚝기초의 시공을 위한 지반천공이 대표적이라 할 수 있으며, 말뚝기초는 선단지지력과 주면(柱面)마찰력에 의하여 말뚝상부 구조물의 하중이나 지하수로 인한 지중구조물의 부압(浮壓)에 저항하게 되므로, 통 상 말뚝기초용 지반천공은 암반층 이상의 굴착심도를 필요로 하게 된다.

지반은 토질이나 지질, 절·성토상태 및 인위적인 개량상태에 따라 다양한 물리적 특성을 가지게 되며, 굴착구간의 지반특성에 따라 굴착장비 및 굴진속도 등이 결정된다.

도 1은 전형적인 종래의 암반굴착 장비를 도시한 것으로, 굴착장비의 선단에 암반(100)의 파쇄를 위한 해머비트(200)가 장착되어 있으며, 동 도면의 우측 상세 단면도를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 해머비트(200)는 압축공기가 인가되어 내부의 피스톤(231)을 승강시킴으로써 하단의 비트(210)를 타격하는 방식으로 작동된다.

이러한 해머비트(200)는 천공 심도가 깊어짐에 따라 상측에 케이싱(casing)(300)을 추가하여 연결함으로써 굴착을 진행하게되며, 중공(中空)의 관체인 케이싱(300)은 해머비트(200)에 회전력과 압축공기를 전달하는 회전축 및 공압관의 역할을 동시에 수행하게 된다.

즉, 도 1 우측에 도시된 상세 단면도에서와 같이, 해머비트(200)에 압축공기가 인가되면 체크밸브(241)가 개방되어 피스톤(231)이 상승하게 되고, 비트(210)상단부에서 피스톤(231)이 이탈하여 비트(210)의 송기구(211)가 개방되면 순간적으로 압축공기가 비트(210)의 송기구(211)를 통하여 배기됨과 동시에 피스톤(231)이 자중에 의하여 낙하하면서 비트(210)를 타격하게 되는 것이다.

이러한 암반굴착용 해머비트(hammer bit)(200)에 있어서, 구체적인 압축공기의 이동경로 및 피스톤(231)의 승강방식은 다양한 변형이 있을 수 있으나, 기본적 인 작동원리로서 압축공기에 의하여 승강되는 피스톤(231) 및 이 피스톤(231)에 의하여 상단부가 타격되는 비트(210) 등은 공통적으로 구성되며, 따라서 해머비트(200)형 암반(100) 굴착장비의 작동을 위하여는 케이싱(300)을 통하여 전달되는 회전력과 함께 압축공기가 동력원으로서 필수적이라 할 수 있다.

이렇듯, 해머비트(200)형 굴착장비는 타격과 회전을 동시에 수행하면서 암반(100)에 굴착공을 형성하게 되는데, 대구경의 굴착공의 형성시 굴착장비를 구성하는 해머비트(200) 및 케이싱(300) 등의 직경 또한 대형화될 수 밖에 없다.

특히 해머비트(200)의 제원이 대형화 될경우 해머비트(200)를 구성하는 비트(210) 및 피스톤(231)의 중량도 기하급수적으로 증가하여 이를 구동하기 위한 동력이 소형 장비에 비하여 과도하게 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 굴착공의 직경이 커짐에 따라 굴착공 하부면과 비트(210)의 저면과의 마찰면적이 증가되어 해머비트(200) 및 케이싱(300)의 회전 및 압입을 위한 동력 또한 과도하게 소요되고, 비트(210)의 마모가 촉진되어 교환주기를 단축시킴으로써, 비트(210) 교체로 인한 공기지연 및 자재비 소요 등의 문제를 야기하게 된다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 압축공기로 작동되는 피스톤(231)이 내장된 해머비트(hammer bit)(200)가 케이싱(300)의 선단에 결합되어 케이싱(300)의 중심을 축으로 회전 및 상하 진동함으로써 암반(100)을 파쇄하는 암반 굴착장치에 있어서, 케이싱(300)의 상단 및 하단에 각각 회전지지부(500) 및 굴착부(400)가 결합되되, 회전지지부(500)는 중심에 상부통공(511)이 형성되고 유입구(531)가 설치된 상판(510)과, 이 상판(510) 하부에 케이싱(300)의 중심을 축으 로 회전가능 하도록 설치되고 하단에 유출구(532)가 형성된 공압실(520)로 이루어지고, 굴착부(400)는 중심에 하부통공(411)이 형성된 통관(410)과, 이 통관(410) 하단에 원형으로 배열된 다수의 해머비트(200) 및 각각의 해머비트(200)와 연결된 공압관(450)으로 이루어짐을 특징으로 하는 중공식 암반 굴착장치이다.

본 발명을 통하여 굴착장비의 가동을 위한 동력원의 출력용량을 절감할 수 있으며, 굴착장비의 비트 마모를 둔화시키는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 굴착장비를 구성하는 회전지지부, 케이싱 및 굴착부 중심에 연속된 중공부를 형성할 수 있으므로, 굴착공 선단의 관찰을 통한 굴진방향의 확인이 가능하여 시공의 정도(精度)를 제고하는 효과 또한 얻을 수 있다.

본 발명의 상세한 구성 및 작동원리를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 2는 본 발명의 구성을 개략적으로 도시한 것으로, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 케이싱(300) 상, 하단에 각각 결합되는 회전지지부(500) 및 굴착부(400)를 핵심구성요소로 작동된다.

이들 중 굴착부(400)는 암반(100)을 파쇄하여 굴착공을 형성하는 장치로서, 케이싱(300)의 중심, 즉 굴착공의 중심을 축으로 회전하며 굴진하게 되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 케이싱(300) 선단에 체결되고 상부가 개방되며 하부 중심에 하부통공(411)이 형성된 통관(410)과 이 통관(410) 저면에 원형으로 배열, 설치된 다수의 해머비트(200) 등으로 구성된다.

여기서 해머비트(200)가 원형으로 배열된다는 의미는 통관(410) 직경 이하의 동심원상에 해머비트(200)의 중심이 위치하는 것을 말하며, 따라서 통관(410)이 회전하면서 해머비트(200)가 진동하게되면 환형(環形)단면의 굴착공이 형성되는 것이다.

즉, 도 2의 좌측 하부도면에서와 같이, 암반(100)에 굴착공을 형성함에 있어서 전 단면을 굴착하는 것이 아니라, 중심부를 제외한 외곽부만을 굴착하는 것인데, 도시된 예는 이상적인 상태의 굴착공을 도시한 것으로, 실제로는 중심부의 암반(100)도 굴착충격으로 인하여 파쇄되므로 전단면 굴착과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이렇듯, 케이싱(300)과 일치하는 직경의 해머비트(200)가 설치되지 않고, 소구경 해머비트(200) 다수가 원형으로 배열됨으로써 케이싱(300)을 통하여 굴착공 하단면을 직접 확인할 수 있으며, 광파측량(光波測量)기술을 적용하면 시공중에도 굴착공의 굴착상태를 정확하게 파악할 수 있으므로 정도(精度) 확보에 유리하다.

한편, 굴착부(400) 선단에 설치된 해머비트(200)에 압축공기를 전달하기 위하여 통관(410)에는 공압관(450)이 설치되는데, 이 공압관(450)은 통관(410) 및 케이싱(300)이 회전함에 따라 공압관(450) 자신의 중심이 아닌 통관(410) 및 케이싱(300)의 중심을 축으로 공전하게 되므로, 케이싱(300)의 상단에는 공전하는 공압 관(450)에 압축공기를 지속적으로 공급하기 위한 수단이 필요하다.

도 4 및 도 5에 도시된 회전지지부(500)는 이러한 압축공기 공급수단으로서, 동 도면에 도시된 바와 같이, 중심에 상부통공(511)이 형성되고 유입구(531)가 설치된 상판(510)과, 이 상판(510) 하부에 케이싱(300)의 중심을 축으로 회전가능 하도록 설치되고 하단에 유출구(532)가 형성된 공압실(520)로 구성된다.

즉, 회전지지부(500)의 상판(510)은 굴착장비 본체에 승강은 가능하되 회전은 구속된 상태로 설치되고, 이 상판(510)의 저면에 하부가 폐쇄된 한쌍의 동심 원통으로 구성된 공압실(520)을 케이싱(300)의 중심을 축으로 회전가능하도록 설치함으로써, 케이싱(300)의 회전을 방해하지 않으면서도 케이싱(300)이 회전함에 따라 공전하는 공압관(450)에 지속적으로 압축공기를 공급하게 된다.

도시되지는 않았지만 압축기 등의 외부 공압인가수단으로부터 회전지지부(500)의 유입구(531)로 압축공기가 유입되면, 공압실(520)을 거쳐 유출구(532)에 연결된 공압관(450)으로 압축공기가 공급된다.

여기서 공압실(520)과 상판(510)간에는 도 5의 원내 확대부에서와 같이, 공압실(520)의 기밀상태를 유지하는 기밀재(539) 및 베어링 등이 설치되나, 이러한 기밀재(539) 및 베어링은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 선택 실시할 수 있는 사항이므로 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.

굴착이 진행되어 굴착공의 심도가 깊어짐에 따라 케이싱(300)을 추가로 연결하게 되며, 공압관(450) 또한 동일한 치수로 가공하여 커플러(451) 등으로 연결하게 된다.

결국, 본 발명의 굴착장치에서는 회전지지부(500), 케이싱(300) 및 굴착부(400) 전체에 걸쳐, 상부통공(511), 케이싱(300)내부, 하부통공(411)에 이르는 공간이 개방된 상태를 유지하게 되며, 이로써 소요 동력을 절감함과 동시에 시공중 굴착공 내부 확인이 가능한 효과를 얻을 수 있다.

특히, 대구경 천공시 회전지지부(500) 및 통관(410)만을 계획 치수에 따라 제작하고, 해머비트(200)는 기성품인 소구경 해머비트(200)를 적용할 수 있으므로 시공비용을 획기적으로 절감할 수도 있다.

도 1은 종래의 암반 굴착장비 설명도

도 2는 본 발명의 암반 굴착장비 및 굴착공 상태 설명도

도 3은 본 발명의 굴착부 저면 부분절단 사시도

도 4는 본 발명의 회전지지부 저면 사시도

도 5는 본 발명의 대표단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

100 : 암반

200 : 해머비트

210 : 비트

211 : 송기구

231 : 피스톤

241 : 체크밸브

300 : 케이싱

400 : 굴착부

410 : 통관

411 : 하부통공

450 : 공압관

451 : 커플러

500 : 회전지지부

510 : 상판

511 : 상부통공

520 : 공압실

531 : 유입구

532 : 유출구

539 : 기밀재

Claims

압축공기로 작동되는 피스톤(231)이 내장된 해머비트(hammer bit)(200) 다수가 케이싱(300)의 선단에 원형으로 결합되어 케이싱(300)의 중심을 축으로 회전 및 상하 진동함으로써 암반(100)을 파쇄하는 암반 굴착장치에 있어서,

케이싱(300)의 상단 및 하단에 각각 회전지지부(500) 및 굴착부(400)가 결합되되;

회전지지부(500)는 중심에 상부통공(511)이 형성되고 유입구(531)가 설치되며 회전이 구속된 상판(510)과 이 상판(510) 하부에 케이싱(300)의 중심을 축으로 회전가능 하도록 설치되고 하단에 유출구(532)가 형성된 공압실(520)로 이루어지고;

굴착부(400)는 중심에 하부통공(411)이 형성된 통관(410)과, 이 통관(410) 하단에 원형으로 배열된 다수의 해머비트(200) 및 각각의 해머비트(200)와 상기 공압실(520)의 유출구(532)를 연결하는 공압관(450)으로 이루어지며;

공압관(450)은 통관(410) 및 케이싱(300)의 중심을 축으로 공전함을 특징으로 하는 중공식 암반 굴착장치.