KR101132704B1 - 암반에서 확공이 가능한 굴착 비트 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암반에서 확공이 가능한 굴착 비트 구조에 관한 것으로 더욱 상세하게는 하우징 비트에 체결되는 윙비트가 가로 중심선을 기준으로 양측에 체결됨과 동시에 그 선단이 세로 중심선을 지나 내측에 위치하므로 윙비트의 확장비를 대폭 향상시켰으며, 윙비트의 측면에 초경을 별도로 설치하여 굴착 효율을 향상시켰고, 윙비트가 체결되는 경사 각도를 다양한 각도로 조절하여 작업 환경에 맞게 윙비트의 확장비를 조절할 수 있는 것이다.
이는 본 발명은 윙비트가 체결되는 하우징을 갖는 확공비트에 있어서, 표면에 다수 개의 초경이 형성되며 가로 중심선을 기준으로 양측으로 중앙에 공기 통로가 형성되면서 일정 각도를 갖는 경사홈을 형성하되, 경사홈의 선단이 세로 중심선을 지나 내측에 형성된 하우징 비트와, 상기 하우징 비트의 경사홈에 삽입 설치되며 표면과 측면에 직각 형태로 복수 개의 초경이 형성되면서 바닥면이 하우징 비트의 경사홈과 동일한 경사를 갖는 경사면이 형성되고 그 중앙에 공기 통로가 형성된 윙비트와, 상기 하우징 비트의 상면 중앙에 체결되는 해머 척으로 구성한다.

Description

암반에서 확공이 가능한 굴착 비트 구조{Excavating bit structure available expands the hollow in the base rock}

본 발명은 암반에서 확공이 가능한 굴착 비트 구조에 관한 것으로 더욱 상세하게는 하우징 비트에 체결되는 윙비트가 가로 중심선을 기준으로 양측에 체결됨과 동시에 그 선단이 세로 중심선을 지나 내측에 위치하므로 윙비트의 확장비를 대폭 향상시켰으며, 윙비트의 측면에 초경을 별도로 설치하여 굴착 효율을 향상시켰고, 윙비트가 체결되는 경사 각도를 다양한 각도로 조절하여 작업 환경에 맞게 윙비트의 확장비를 조절할 수 있는 암반에서 확공이 가능한 굴착 비트 구조에 관한 것이다.

일반적으로 토목공사에서 마이크로파일, 그라운드 앵커 및 쏘일네일 공법이 구조적 안정성을 최대로 발휘하기 위해서는 지지력 증대가 관건이며, 이를 위해 선단부 확공이 필수적이었다.

1960년대 일본에서는 선단부 확공을 위해 발파공법을 적용하였는데, 이는 정착부 공벽의 불균질성과 주변 지반의 이완 등 발파시 야기되는 많은 문제점으로 인해 현재는 거의 사용되지 않고 있다. 이러한 문제점 해결을 위해 추진된 것이 바로 확공비트의 개발이었다.

확공비트의 활용으로 구조물의 선단 및 주면의 면적이 확대되어 지지력과 인발저항력이 증가하여 구조물의 안정성을 향상시킬 수 있고, 굴진장 및 시공개소 감소로 공사기간 단축이 가능하여 20% 이상의 비용절감 효과를 거둘 수 있었다.

확공비트의 장비와 굴착기술은 일본, 미국, 스웨덴에서 선행되었고, 컨센트릭 비트, 윙 비트, 오덱스 비트 등을 개발하였지만 적용할 수 있는 지반이 풍화대로 제한적이고 확공경도 152㎜이내였으며 무엇보다 내구성 문제로 많은 문제에 직면하였다.

시행착오를 격으면서 Overburden 및 Under-reaming 비트가 최근에 활용되고 있다. 하지만 이들은 비트 몸체 직경이 114㎜로 일반적인 굴착경 105㎜보다 크고, 최대 확공경이 152㎜로 제한되어 있으며, 내구성이 떨어지므로 암반굴착을 위한 확공비트의 개발이 절실하였다.

이와 같은 종래의 확공비트(10)의 구성은 첨부된 도면 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 하우징(1)의 바닥면에 중심선을 기준으로 좌,우로 서로 대칭되게 윙비트(2)가 체결되는 구조로 되어 있다.

이를 상세히 설명하면, 원통 형태인 하우징(1)의 바닥면에 일정 각도를 가지면서 서로 대칭을 이루는 슬라이드 홈(2)을 형성하고, 슬라이드 홈(2)의 상단에는 체결되는 윙비트(4)가 외부로 배출되는 것을 방지하도록 파쇄 돌기(3)가 형성되어 있다.

윙비트(4)는 표면에 다수 개의 파쇄 돌기(5)와 공기 통로(6)를 가지면서 양측 단에 가이드 돌기가 형성되어 있다.

상기 윙비트(4)는 하우징(1)의 슬라이드 홈(2)에 체결되며 초기화는 첨부된 도면 도 1과 같이 2개의 윙비트(4)는 상단이 서로 맞닿아 있는 일자 형태면서 하단은 하우징(1)의 외곽 지름과 동일한 상태를 유지하게 한다.

이와 같은 상태에서 하우징(1)을 하측으로 누르게 되면, 첨부된 도면 도 2에서 보는 바와 같이 2개의 윙비트(4)는 경사진 슬라이드 홈(2)을 따라 상측으로 올라가면서 하우징(1)의 외곽 지름을 벗어나 외부로 돌출된 상태가 된다.

그러나, 종래의 확공비트(10)는 하우징(2)에 체결된 윙비트(4)가 상면이 서로 맞닿는 일자 형태로 체결되어 있어 하우징(2)의 외부로 둘출시 확공비가 24%(152㎜) 정도 밖에 이루어지지 않아 암반층에 적용하는데 문제점이 있었다.

또한, 상기 윙비트(4)의 측면(4a)에는 파쇄 돌기가 형성되어 있지 않아 윙비트(4)의 편마모 심하게 이루어지며, 윙비트(4)가 외부로 배출되는 것을 방지하는 파쇄 돌기(3)는 하우징(1)의 표면 보다 낮게 형성되어 있어 파쇄 돌기(3)가 지반을 타격하지 못해 타격이 균일하게 이루어지지 않는 문제점이 있었다.

또, 윙비트(4)에 형성된 공기 통로(6)가 경사진 면에 형성되어 있어천공 내부의 스라임을 외부로 배출하는데 많은 시간이 걸리는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 여러 가지 문제점을 해결하고자 개발된 것으로 그 목적은 단층대, 풍화대 등의 연약 지반에서만 사용이 가능하였던 기존의 확공 비트를 암반에서도 적용가능하도록 개선하였고, 하우징 비트에 체결되는 윙비트가 가로 중심선을 기준으로 양측에 체결됨과 동시에 그 선단이 세로 중심선을 지나 내측에 위치하므로 윙비트를 통해 확공경을 기존보다 대폭 확대할 수 있는 암반에서 확공이 가능한 굴착 비트 구조를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 마이크로파일, 그라운드 앵커, 쏘일네일 등 지반보강시에 안정성을 1.5배 이상 향상시킬 수 있고, 굴착장 축소, 공사 기간 단축 등으로 20% 이상의 비용절감 효과를 거둘 수 있는 암반에서 확공이 가능한 굴착 비트 구조를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 윙비트가 체결되는 하우징을 갖는 확공비트에 있어서, 표면에 다수 개의 초경이 형성되며 가로 중심선을 기준으로 양측으로 중앙에 공기 통로가 형성되면서 일정 각도를 갖는 경사홈을 형성하되, 경사홈의 선단이 세로 중심선을 지나 내측에 형성된 하우징 비트와, 상기 하우징 비트의 경사홈에 삽입 설치되며 표면과 측면에 직각 형태로 복수 개의 초경이 형성되면서 바닥면이 하우징 비트의 경사홈과 동일한 경사를 갖는 경사면이 형성되고 그 중앙에 공기 통로가 형성된 윙비트와, 상기 하우징 비트의 상면 중앙에 체결되는 해머 척으로 구성한다.

상기와 같은 본 발명은 다음과 같은 여러 가지의 효과가 있다.

첫째는 종래에는 단층대, 풍화대 등의 연약 지반에서만 사용이 가능하였던 것을 암반에서도 적용 가능하도록 개선하였고, 서로 어긋난 형태로 체결된 윙비트를 통해 굴착경을 기존보다 대폭 확대할 수 있는 효과가 있다.

둘째는 윙비트의 측면에 직각 초경을 배치하여 편마모 방지와 굴착경을 증대하는 장점이 있다.

셋째는 윙비트의 각을 라운딩하여 회전력에 의한 마찰저항의 저감과 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

넷째는 하우징 비트의 바닥면에 수평으로 공기 구멍을 가공하여, 빠른 스라임 처리를 유도하는 효과가 있다.

다섯째는 하우징 비트의 바닥면에 평면을 유지하여 굴착면 전체를 균일하게 타격할 수 있도록 하여 굴착 효율을 향상시키는 효과가 있다.

도 1~2는 종래의 확공비트의 구성을 나타낸 정면도 및 저면도
도 3~4은 본 발명의 전체 구성을 나타낸 단면도
도 5~6는 본 발명의 구성을 나타낸 저면도
도 7~8은 본 발명의 사용 상태를 나타낸 단면도

이하에서 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 도 3~4는 본 발명의 전체 구성을 나타낸 단면도이고, 도 5~6는 본 발명의 구성을 나타낸 저면도이며, 도 7~8은 본 발명의 사용 상태를 나타낸 단면도이다. 이의 도면 부호 100은 본 발명인 암반용 확공 비트를 나타내고 있다.

상기 굴착 비트(100)는 가로 중심선을 기준으로 양측으로 중앙에 공기 통로가 형성되면서 일정 각도를 갖는 경사홈(23)을 형성하되, 경사홈(23)의 선단이 세로 중심선을 지나 내측에 형성된 하우징 비트(20)와, 하우징 비트(20)에 체결되는 윙비트(30)와, 상기 하우징 비트(20)의 상면 중앙에 체결되는 해머 척(40)으로 구성한다.

상기 하우징 비트(20)는 첨부된 도면 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이 원통형이면서 표면에 외부로 돌출된 파쇄 돌기인 반원형의 초경(21)을 다수 개 형성한다.

그리고 하우징 비트(20)의 표면에 가로 중심선을 기준으로 양측으로 중앙에 반원형의 공기 통로(22)가 형성되면서 일정 각도를 갖는 경사홈(23)을 형성한다.

상기 경사홈(23)의 경사각은 55°~ 60°범위가 가장 이상적이다.

그리고 상기 경사홈(23)의 선단(23a)은 세로 중심선을 지나 세로 중심선의 안쪽에 위치하게 된다.

즉, 하우징 비트(20)의 표면에 형성된 경사홈(23)의 위치는 종래처럼 두 개의 경사홈이 동일 선상에 있는 일자 형태가 아니라 두 개의 경사홈(23) 위치가 서로 다른 지점에 위치하는 형태를 이루고 있다.

이와 같이 하우징 비트(20)에 형성된 경사홈(23)은 종래보다 길게 형성되며 그 각도도 작업 환경에 맞게 조절 가능하게 된다.

상기 경사홈(23)의 후방에는 경사홈(23)으로 삽입 설치되는 윙비트(30)가 외부로 배출되는 것을 차단하는 초경(24)을 다수 개 형성한다.

상기 초경(24)은 종래처럼 하우징 비트(20)의 표면 하측에 형성되는 것이 아니라 하우징 비트(30)의 표면 외부로 돌출되게 형성한다.

이와 같은 초경(24)은 파쇄 돌기로 하우징 비트(20)의 표면에 형성된 초경(21)들과 함께 암반의 굴착면을 균일하게 타격하여 굴착 효율을 향상시키게 된다.

또한, 상기 하우징 비트(20)는 통쇠 가공 처리로 형성되어 내구성을 종래보다 월등하게 향상시켰다.

상기 하우징 비트(20)의 경사홈(23)에 체결되는 윙비트(30)는 첨부된 도면 도 5에서 보는 바와 같이 표면에 외부로 돌출된 파쇄 돌기인 초경(31)을 다수 개 형성하고, 측면(32)에도 직각 형태로 다수 개의 초경(33)을 형성한다.

그리고 윙비트(30)의 바닥면은 하우징 비트(20)의 경사홈(23)과 동일한 경사각을 갖는 경사면(34)이 형성되고 그 중앙에는 반원형의 공기 통로(35)를 형성하고 공기 통로(35)의 끝에는 걸림턱(36)을 형성한다.

상기 공기 통로(35)의 걸림턱(36)은 하우징 비트(20)의 경사홈(23)의 전방에 형성된 반원형의 초경(24)에 걸려 윙비트(30)가 확경되어 외경방향으로 진출할 때 외경방향으로 배출되는 것을 차단한다.

또한, 상기 윙비트(30)의 각은 라운드 마감 처리하여 회전력에 의한 마찰저항을 감소시켜 내구성을 증가시킴으로써, 탈착경을 종래보다 더욱 확대할 수 있게 된다.

상기 윙비트(30)의 수평 바닥면에 공기 구멍(37)을 형성하여 굴착 내부의 스라임을 빠르게 외부로 배출 처리한다.

상기 윙비트(30)가 하우징 비트(20)에서 외부로 확대된 상태는 첨부된 도면 도 6에서 보는 바와 같이 윙비트(30)가 하우징 비트(20)의 외경을 벗어나 외부로 돌출된 상태가 된다.

상기와 같이 하우징 비트(20)에 2개의 경사홈(23)을 형성하고, 2개의 윙비트(30)를 체결하여 사용하는 것이 가장 기본적인 방식이나, 필요에 따라서는 윙비트(30)를 3개 이상 체결하여 사용할 수도 있다.

상기 해머 척(40)은 하우징 비트(20)의 상면 중앙에 체결되며 외주 면에는 탄성 스프링(41)을 체결하여 하우징 비트(20)가 암반을 타격할 때, 소음과 진동을 대폭 줄여주게 된다.

상기와 같은 본 발명의 사용 상태를 첨부된 도면 도 7 및 도 8에서 보는 바와 같이 먼저, 지반에 케이싱(50)을 소정의 길이로 삽입 설치하고, 케이싱(50)의 내부로 해머드릴(60)과 굴착 비트(100)를 장착하여 삽입한다.

상기 해머드릴(60)의 선단에 장착된 굴착 비트(100)는 케이싱(50)의 내부를 따라 하측으로 내려가게 되고, 자중에 의해 하우징 비트(20)에 체결된 윙비트(30)의 선단이 하부의 암반층과 먼저 맞닿게 된다.

이때, 굴착 비트(100)를 하부로 더 내려주면 하우징 비트(20)에 체결된 윙비트(30)가 하우징 비트(20)의 경사홈(23)을 따라 상측으로 이동하면서 윙비트(30)가 첨부된 도면 도 8에서 보는 바와 같이 하우징 비트(20) 및 케이싱(50)의 외경 밖으로 돌출된 상태가 된다.

이와 같은 상태에서 하우징 비트(20)를 회전하게 되면, 윙비트(30)가 회전하면 암반을 굴착하게 된다.

이때, 윙비트(30)는 서로 엇갈린 상태에 있다가 외부로 돌출되어 종래 보다 더 길게 확장되고 굴착공도 넓게 굴착할 수 있게 되고, 굴착하면서 발생하는 스라임은 공기 통로를 통해 외부로 하게 된다.

또한, 굴착시 상기 윙비트(30)의 측면에 형성된 직각 형태의 초경(33)은 회전하면서 굴착하는 윙비트(30)의 편마모를 방지하며 굴착경을 증대하게 된다.

뿐만 아니라, 상기 하우징 비트(20)이 표면에 수평으로 설치된 초경(24)이 굴착면을 타격하므로, 굴착면의 측면과 바닥면을 균일하게 타격하여 굴착 효율을 증대하게 된다.

또, 해머드릴(60)에 체결되는 해머 척(40)의 외면에 체결된 탄성 스프링(41)이 굴착할 때 발생하는 소음과 진동을 최소화시키게 된다.

100:굴착 비트 20:하우징 비트
21,24:초경 22:공기 통로
23:경사홈
30:윙비트 31,33:초경
32:측면 34:경사면
35:공기 통로 26:걸림턱
40:해머 척 50:케이싱
60:해머드릴

Claims (5)

1. 윙비트가 체결되는 하우징을 갖는 확공비트에 있어서,
   표면에 다수 개의 초경이 형성되며 가로 중심선을 기준으로 양측으로 중앙에 공기 통로가 형성되면서 일정 각도를 갖는 경사홈을 형성하되, 경사홈의 선단이 세로 중심선을 지나 내측에 형성된 하우징 비트와;
   상기 하우징 비트의 경사홈에 삽입 설치되며 표면과 측면에 직각 형태로 복수 개의 초경이 형성되면서 바닥면이 하우징 비트의 경사홈과 동일한 경사를 갖는 경사면이 형성되고 그 중앙에 공기 통로가 형성된 윙비트와;
   상기 하우징 비트의 상면 중앙에 체결되는 해머 척으로 구성함을 특징으로 하는 암반에서 확공이 가능한 굴착 비트 구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 하우징 비트는 통쇠가공 처리하여 내구성을 향상시킨 것을 특징으로 하는 암반에서 확공이 가능한 굴착 비트 구조.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 하우징 비트의 표면에 윙비트가 외부로 배출되는 것을 차단하는 초경을 경사홈의 선단에 다수 개 형성하되, 상기 초경은 하우징 비트의 표면에서 외부로 돌출되도록 형성한 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 암반에서 확공이 가능한 굴착 비트 구조.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 굴착 비트의 수평 바닥면에 공기구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 암반에서 확공이 가능한 굴착 비트 구조.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 해머 척의 외면에 탄성 스프링이 형성된 것을 특징으로 하는 암반에서 확공이 가능한 굴착 비트 구조.

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