(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2013년06월20일
(11) 등록번호 10-1276216
(24) 등록일자 2013년06월12일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
E21B 10/02 (2006.01) E21B 10/60 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2012-0111166
(22) 출원일자 2012년10월08일
심사청구일자 2012년10월08일
(56) 선행기술조사문헌
KR100811400 B1
KR100930081 B1
KR200434215 Y1
JP09184387 A
(73) 특허권자
김대섭
부산광역시 남구 전포대로 16, 문현이안아파트
102동 2904호 (문현동)
(72) 발명자
김철수
부산광역시 해운대구 반여로 68-12, 장산롯데낙천
대2차 208동 703호 (반여동)
김대섭
부산광역시 남구 전포대로 16, 문현이안아파트
102동 2904호 (문현동)
(74) 대리인
김덕태
전체 청구항 수 : 총 3 항 심사관 : 이봉훈
(54) 발명의 명칭 지반 굴착장치의 비트조립체
(57) 요 약
본 발명은 지반 굴착장치의 비트조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널공사나 상하수도 및 가스관로 등과
같은 건축물 기초공사 시 지반을 뚫는 굴착장치의 전측부에 설치되어 굴착공사 진행 중 나타나는 암반과 토사를
파쇄하여 굴착시키는 비트조립체를 링비트의 단일 구조로 형성하고, 내부 구조를 개량함으로써 경질의 지반이나
전석층(轉石層) 및 암괴(巖塊)가 형성된 지반에서도 원활한 지반 굴착이 가능하고, 굴착면의 마찰저항을 최소화
하여 부하를 적게 걸리게 함으로써 추진속도를 확보할 수 있으며, 추진 작업 시 정상 경로를 이탈하게 되는 경우
그 추진 방향을 정상궤도로 수정할 수 있는 지반 굴착장치의 비트조립체에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 원통형의 본체와; 상기 본체의 선단에 설치되어 구동모터에 의해 회전되는 커터헤드;로 구성
된 비트조립체에 있어서, 상기 커터헤드는 원통형으로 형성되고, 원통형 선단 가장자리에 다수 개의 굴착비트가
일정 간격으로 설치되며, 상기 굴착비트의 사이에 선단부와 커터헤드의 내측으로 관통되게 다수 개의 배출구(6)
가 형성됨을 특징으로 한 지반 굴착장치의 비트조립체가 제공된다.
대 표 도 - 도1
등록특허 10-1276216
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특허청구의 범위
청구항 1
원통형의 본체(1)와; 상기 본체(1)의 선단에 설치되어 구동모터(9)에 의해 회전되는 커터헤드(2);로 구성된 비
트조립체에 있어서, 상기 커터헤드(2)는 원통형으로 형성되고, 커터헤드(2)의 원통형 가장자리의 선단부에 다수
개의 굴착비트(5)가 일정 간격으로 설치되며, 상기 굴착비트(5)의 사이에 커터헤드(2)의 선단부와 커터헤드(2)
의 내측으로 관통되게 다수 개의 배출구(6)가 형성됨을 특징으로 한 지반 굴착장치의 비트조립체.
청구항 2
제 1항에 있어서, 커터헤드(2)는 본체(1)의 선단에 고정된 고정관(3)과, 상기 고정관(3)의 선단에 설치되어 유
동되는 유동관(4)과, 상기 유동관(4)의 선단에 설치되어 선단 가장자리에 다수 개의 굴착비트(5)가 일정 간격으
로 설치되고, 굴착비트(5)의 사이에 다수 개의 배출구(6)가 형성된 회전관(7)과, 상기 고정관(3)과 유동관(4)의
내측에 형성된 내관(8)으로 구성되되, 상기 고정관(3)과 유동관(4)은 실린더(13)로써 연결되어 상기 실린더(1
3)의 작동에 의해 유동관(4)이 직선 방향으로 전,후진됨을 특징으로 한 지반 굴착장치의 비트조립체.
청구항 3
제 2항에 있어서, 내관(8)의 내면에 스크류(14)가 형성되어 굴착 시 생성되어 내관(8)으로 유입된 잔류물을 본
체(1)의 외부로 배출시킴을 특징으로 한 지반 굴착장치의 비트조립체.
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 지반 굴착장치의 비트조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널공사나 상하수도 및 가스관로 등과[0001]
같은 건축물 기초공사 시 지반을 뚫는 굴착장치의 전측부에 설치되어 굴착공사 진행 중 나타나는 암반과 토사를
파쇄하여 굴착시키는 비트조립체를 링비트의 단일 구조로 형성하고, 내부 구조를 개량함으로써 경질의 지반이나
전석층(轉石層) 및 암괴(巖塊)가 형성된 지반에서도 원활한 지반 굴착이 가능하고, 굴착면의 마찰저항을 최소화
하여 부하를 적게 걸리게 함으로써 추진속도를 확보할 수 있으며, 추진작업 시 정상경로를 이탈하게 되는 경우
그 추진방향을 정상궤도로 수정할 수 있는 지반 굴착장치의 비트조립체에 관한 것이다.
배 경 기 술
일반적으로 지하철을 비롯한 도시기반 시설인 상하수도나 전기통신선로의 공동구 등을 형성하기 위한 공법으로,[0002]
쉴드머신과 세미쉴드머신과 같은 굴착장치를 이용한 공법이 주로 사용되고 있다.
여기서 상기 쉴드머신을 이용한 공법은 비트조립체를 회전시키면서 지중으로 진행하여 터널을 굴착시키는 공법[0003]
으로, 쉴드머신을 구성하는 본체에 설치된 쉴드용 실린더의 신장으로 비트조립체가 전진하고, 상기 비트조립체
가 전진한 후 후측에 형성된 공간부에 세그먼트를 반복적으로 설치하여 터널을 굴착시키는 공법이다.
그리고 세미쉴드머신을 이용한 공법은 비트조립체를 외부의 추진장치로 추진시켜 터널을 굴착시킨 후 상기 추진[0004]
장치를 후진시켜 추진장치와 비트조립체의 사이에 추진관을 설치하여 다시 추진장치로 비트조립체와 함께 추진
관을 추진시켜 지반을 굴착시키는 공법이다.
이와 같은 종래의 비트조립체는 원추형의 형상으로 크게 굴착면의 중앙부를 굴착하는 파일럿비트(pilot bit)와[0005]
상기 파일럿비트의 외주면에 설치되어 굴착면의 외부표면을 굴착하는 링비트(ring bit)로 구성되고, 외측에 설
치된 구동모터에 의해 회전하면서 전진하는 방식으로 작동됨으로써 굴진하고자 하는 굴착면에 상기 파일럿비트
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와 링비트가 동시에 접촉되어 추진작업이 진행됨에 따라 비트조립체의 전진 시 지반 굴착면으로 부터 발생되는
마찰저항이 높아지게 됨에 따라 구동장치에 부하가 많이 걸리게 되어 비트조립체의 추진속도가 저하되는 문제점
이 있었다.
그리고 비트조립체를 회전시키면서 동시에 물을 분사하여 흙을 굴토해내면서 굴진작업을 진행시킴으로써 분사되[0006]
는 물에 의해 굴토되는 흙이 진흙탕이 되어 배출되기 때문에 배토작업이 용이하지 못한 문제점이 있었고, 또한
장비내부에 진흙탕이 유입되는 문제점이 있었으며, 외부로 토출된 진흙탕을 작업현장에 쌓아놓고 수분이 다 배
출될 때까지 장시간 방치시킴에 따라 작업현장이 흙탕물에 의해 오염되는 문제점이 있었다.
이 밖에 굴진작업 시 지반의 굴착면을 굴착하는 비트조립체가 지층의 강도 및 변화에 의해 목표지점을 향해 똑[0007]
바르게 전진하지 못하고 굴착경로를 이탈하게 될 시 이를 수정하여 추진 방향을 바로 잡을 수 있는 별도의 수단
이 구비되어 있지 않음에 따라 목표지점과의 오차가 발생할 경우 작업을 다시 진행해야 하는 등 여러 가지의 문
제점이 있었다.
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 경질의 지반은 물론이고, 전석층 및 암괴가[0008]
형성된 지반에서도 원활한 굴착 작업이 가능하고, 지반 굴착면의 마찰저항을 최소화하여 부하를 적게 걸리게 함
으로써 추진속도를 높일 수 있으며, 굴착 작업 시 발생되는 굴착 잔류물(흙이나 미세석 등)의 외부 처리(배출)
도 용이하게 할 수 있는 지반 굴착장치의 비트조립체를 제공함에 그 목적이 있다.
그리고 비트조립체의 조립 및 분해를 용이하게 하고, 굴진 작업 시 굴착비트를 비롯한 부품의 파손도 예방할 수[0009]
있으며, 부득이하게 굴착비트와 같은 부품의 파손이 발생한 경우 교체를 용이하게 할 수 있는 지반 굴착장치의
비트조립체를 제공함에 다른 목적이 있다.
또한 비트조립체의 추진 방향이 정상 경로를 이탈하여 벗어나는 경우 그 추진 방향을 수정하여 정상 궤도로 바[0010]
로 잡을 수 있는 지반 굴착장치의 비트조립체를 제공함에 또 다른 목적이 있다.
과제의 해결 수단
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 원통형의 본체와; 상기 본체의 선단에 설치되어 구동모터에 의해 회[0011]
전되는 커터헤드;로 구성된 비트조립체에 있어서, 상기 커터헤드는 원통형으로 형성되고, 원통형 선단 가장자리
에 다수 개의 굴착비트가 일정 간격으로 설치되며, 상기 굴착비트의 사이에 선단부와 커터헤드의 내측으로 관통
되게 다수 개의 배출구가 형성됨을 특징으로 한 지반 굴착장치의 비트조립체를 제공한다.
발명의 효과
본 발명은 경질의 지반은 물론이고, 전석층 및 암괴가 형성된 지반에서도 원활한 굴착 작업이 가능하고, 지반[0012]
굴착면의 마찰저항을 최소화하여 부하를 적게 걸리게 함으로써 추진속도를 높일 수 있으며, 굴착 작업 시 발생
되는 굴착 잔류물(흙이나 미세석 등)의 외부 처리(배출)도 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
그리고 커터헤드의 구조를 간단하고 견고한 구조로 개량함으로써 조립 및 분해작업이 용이하고, 굴진 작업 시[0013]
굴착비트를 비롯한 구성부품의 파손을 막을 수 있으며, 부득이하게 굴착비트와 같은 부품의 파손이 발생할 경우
이에 따른 교체작업을 용이하게 할 수 있는 효과가 있고, 또한 비트조립체의 추진 방향이 정상 경로를 이탈하여
벗어나는 경우 그 추진 방향을 수정하여 정상 궤도로 바로 잡을 수 있는 등 여러 가지의 효과가 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 비트조립체의 예시 사시도.[0014]
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도 2는 본 발명의 커터헤드의 단면도.
도 3은 본 발명의 커터헤드의 구동수단이 설치된 부분의 종단면도.
도 4는 본 발명의 커터헤드의 실린더가 설치된 부분의 종단면도.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.[0015]
본 발명은 지반을 뚫는 쉴드머신이나 세미쉴드머신과 같은 굴착장치의 전측부에 설치되어 굴착공사 진행 중 나[0016]
타나는 암반과 토사를 파쇄하여 굴착시키는 지반 굴착장치의 비트조립체(100)에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 지반 굴착장치의 비트조립체(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 원통형의 형상으로 형성된[0017]
본체(1)와; 상기 본체(1)의 선단에 설치되어 회전되는 커터헤드(2);로 대별된다.
상기 커터헤드(2)는 본체(1)의 선단에 고정된 고정관(3)과, 상기 고정관(3)의 선단에 설치되어 유동되는 유동관[0018]
(4)과, 상기 유동관(4)의 선단에 설치되어 선단 가장자리에 다수 개의 굴착비트(5)가 일정 간격으로 설치되고,
굴착비트(5)의 사이에 다수 개의 배출구(6)가 형성된 회전관(7)과, 내부에 설치된 내관(8)으로 구성되어 있다.
이때 고정관(3) 및 유동관(4)과 내관(8)의 사이에는 회전관(7)을 회전시키기 위한 구동수단이 설치되어 있는데,[0019]
이는 도 3에 도시된 바와 같이 외부의 동력수단에의해 작동되는 구동모터(9)와, 상기 구동모터(9)의 일측에 연
결되어 구동모터(9)의 회전속도를 감소시키는 감속기(10)와, 상기 감속기(10)와 회전축(11)으로써 연결된 구동
기어(12)로 구성되어 있다.
그리고 도 2에 도시된 바와 같이 고정관(3) 및 유동관(4)과 내관(8)의 사이에 일정 간격으로 설치된 구동수단의[0020]
사이에는 실린더(13)가 설치되고, 이때 고정관(3)과 유동관(4)이 도 4에 도시된 바와 같이 상기 실린더(13)에
의해 연결됨에 따라 실린더(13)의 작동에 의해 유동관(4)이 직선방향으로 전,후진되는 구조로 구성된다.
여기서 상기 구동수단과 실린더(13)의 개수는 사용자의 기호와 본체(1) 및 커터헤드(2)의 크기에 따라서 그 개[0021]
수가 변경되어 사용될 수 있다.
또한 상기 회전관(7)은 도 1에 도시된 바와 같이 내측이 관통된 원통형의 형상으로 형성되고, 원통형 선단 가장[0022]
자리는 요철(凹凸)의 형상으로 형성되되, 요철의 볼록한 부분에는 선단부와 커터헤드(2)의 내측으로 관통되게
다수 개의 배출구(6)가 형성되고, 요철의 오목한 부분에는 굴착비트(5)가 일정 간격으로 설치되어 있다.
이때 상기 굴착비트(5)는 도 1에 도시된 바와 같이 원뿔의 형상으로 형성되고, 외주면에는 다수개의 원뿔형 돌[0023]
기가 돌설되어 있으며, 커터헤드(2)의 외측을 향하도록 경사진 형상의 굴착비트(5)와 커터헤드(2)의 내측을 향
하도록 경사진 형상의 굴착비트(5)가 회전관(7)의 선단부에 상호 엇갈리게 형성된다.
그리고 커터헤드(2)의 내부에 설치된 내관(8)의 내면에는 스크류(14)가 형성되어 굴착 시 생성되어 내관(8)으로[0024]
유입된 잔류물을 본체(1)의 외부로 배출시키는 구조로 구성되어 있다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이 유동관(4)과 연결되는 회전관(7)의 내면에는 연동기어(15)가 형성되어 상기 연동[0025]
기어(15)가 유동관(4)의 구동기어(12)와 치합되어 상호 연동됨에 따라 커터헤드(2)가 본체(1)로 부터 회동되는
구조로 구성된다.
이 밖에 도 3에 도시된 바와 같이 상기 고정관(3)과 유동관(4) 및 회전관(7)의 연결부위에는 커터헤드(2)의 작[0026]
동을 원활하게 하기 위하여 한 개 이상의 베어링(16)이나 오링이 설치되어 있고, 외부의 토사나 이물질이 본체
(1) 및 커터헤드(2)의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 실링(17a)(17b)이 연결부위에 각각 설치되어 있다.
도면 중 미설명 부호 18은 회전축(11)을 감싸고 있는 부싱이다.[0027]
이와 같은 구조 및 구성을 가진 본 발명의 지반 굴착장치의 비트조립체(100)의 작용 및 작동과정을 상세히 설명[0028]
하면 다음과 같다.
우선 계획 심도까지 지반을 수직 굴착하여 수직구(작업구)를 형성한 후, 터널과 같은 수평의 관로 형성 작업구[0029]
간 즉, 굴착면의 전방에 본 발명의 비트조립체(100)가 전측부에 장착된 세미쉴드머신과 같은 굴착장치를 배치시
키고, 상기 굴착장치의 후방에 잭과 같은 추진장치를 연결 설치하게 되면, 추진장치의 신장운동에 의해 굴착장
치에 장착된 비트조립체(100)가 전진하여 굴착면을 굴착하게 되는데, 이때 상기 비트조립체(100)의 커터헤드
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(2)는 고정관(3) 및 유동관(4)과 내관(8)의 사이에 설치된 구동수단에 의해 회동하면서 전진하게 된다.
즉, 상기 구동수단을 구성하고 있는 구동모터(9)는 외부의 동력수단에 의해 높은 회전수를 가지면서 회전하게[0030]
되는데, 이때 구동모터(9)의 회전속도가 감속되지 않고 회전관(7)으로 전해지게 되면 회전관(7)이 구동모터(9)
의 높은 회전수에 대응하지 못하고 과부화에 걸리게 됨으로써 상기 회전관(7)을 비롯한 커터헤드(2)가 파손되는
문제가 발생됨에 따라 상기 구동모터(9)의 일측에 감속기(10)를 설치하여 구동모터(9)의 회전수를 감소시킨 후
일정속도 이상 감속된 상태에서 회전축(11)을 회동시킨다.
그러면 상기 회전축(11)의 끝단에 설치된 구동기어(12) 역시 회전축(11)에 의해 일정 방향으로 회동하게 됨에[0031]
따라 상기 구동기어(12)와 치합된 회전관(7)의 연동기어(15)도 자연스럽게 구동기어(12)와 맞물려 작동하게 됨
으로써 자연스럽게 회전관(7)이 유동관(4)으로 부터 회전하면서 전진하게 되는 것이다.
이 과정에서 종래의 회전관(7)은 굴착면의 중앙부를 굴착하는 파일럿비트와 상기 파일럿비트의 외주면에 설치되[0032]
어 굴착면의 외부면을 굴착하는 링비트로 구성되어 작동됨에 따라 굴진하고자 하는 굴착면에 파일럿비트와 링비
트가 동시에 접촉되어 추진작업이 진행됨으로써 비트조립체(100)의 추진 시 지반의 굴착면으로 부터 발생되는
마찰저항이 높아지게 되고, 이에 따라 구동장치를 비롯한 추진장치에 과부화가 걸리게 되어 비트조립체(100)의
추진속도가 저하되는 폐단이 있었지만, 본 발명의 회전관(7)은 도 1에 도시된 바와 같이 내부가 관통된 원통형
의 형상으로 형성됨에 따라 상기와 같은 폐단을 막을 수 있다.
그리고 상기 회전관(7)의 선단 가장자리에 다수개의 배출구(6)가 형성되어 있고, 내관(8)의 내면에는 스크류[0033]
(14)가 형성되어 있음에 따라 배출구(6)를 통해 유입된 굴착 잔류물이 내관(8)으로 유입되고, 상기 굴착 잔류물
이 내관(8)의 내면에 형성된 스크류(14)에 의해 본체(1)의 외부로 배출됨에 따라 굴착 잔류물의 배출작업이 더
욱 더 원활해 진다.
또한 종래에는 굴진작업 시 비트조립체(100)를 회전시키는 동시에 물을 분사하여 흙을 굴토해내면서 굴진작업을[0034]
진행시킴에 따라 분사되는 물로 인해 굴토되는 흙이 진흙탕이 되어 배출되기 때문에 배토작업이 용이하지 못하
고, 또한 구동장치를 비롯한 추진장치에 상기 진흙탕이 유입되어 오염되는 등의 문제점이 있었으나 본 발명은
물을 사용하지 않고 굴토작업을 진행함에 따라 종래와 같은 문제점을 해소 할 수 있다.
이 밖에 굴진작업 시 지반의 굴착면을 굴착하는 비트조립체(100)가 지층과 지반의 강도 또는 변화에 의해 계획[0035]
된 목표지점을 향해 곧게 전진하지 못하고 추진 경로를 이탈하게 되는 경우가 발생되기도 하는데, 본 발명은 유
동관(4)과 고정관(3)이 다수개의 실린더(13)에 의해 연결됨에 따라 그 추진 방향을 수정하여 정상 궤도로 바로
잡을 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 유동관(4) 및 고정관(3)과 내관의 사이에 설치되어 유동관(4)과 고정관(3)을 연결[0036]
하고 있는 각각 실린더(13)의 개별적인 작동에 의해 유동관(4)이 고정관(3)의 선단에서 직선방향으로 전,후진
됨에 따라 미세한 추진 방향의 수정이 가능해짐으로써 비트조립체(100)를 정상 궤도로 바로 잡을 수 있는 것이
다.
따라서 추진 방향을 바로 잡을 수 있는 별도의 수단이 구비되어 있지 않음에 따라 추진 방향의 오차가 클 경우[0037]
전체적인 굴착작업을 다시 진행해야 했던 종래의 문제점을 해소할 수 있다.
전기한 바와 같이 본 발명의 비트조립체(100)는 경질의 지반은 물론이고, 전석층(轉石層) 및 암괴(巖塊)가 형성[0038]
된 지반에서도 원활한 굴착 작업이 가능하고, 지반 굴착면의 마찰저항을 최소화하여 부하를 적게 걸리게 함으로
써 추진속도를 높일 수 있으며, 굴착 작업 시 발생되는 굴착 잔류물(흙이나 미세석 등)의 외부 처리(배출)도 용
이하게 할 수 있는 효과가 있다.
그리고 커터헤드(2)를 간편하고 견고한 구조로 구성함으로써 조립 및 분해작업이 용이하고, 굴진 작업 시 굴착[0039]
비트(5)를 비롯한 구성부품의 파손을 막을 수 있으며, 부득한 상황에 의해 굴착비트(5)와 같은 부품의 파손이
발생된 경우 상기 부품의 교체를 용이하게 할 수 있는 효과가 있고, 또한 비트조립체(100)의 추진 방향이 정상
경로를 이탈하여 벗어나게 되는 경우 그 추진 방향을 수정하여 정상 궤도로 바로 잡을 수 있는 등 여러 가지의
효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부한 도면에 의해 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗[0040]
어나지 않는 범위 내에서 치환, 변형 및 변환이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서, 통상의 지식
을 가진 자에게 있어서는 명백할 것이다.
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부호의 설명
1 : 본체 2 : 커터헤드[0041]
3 : 고정관 4 : 유동관
5 : 굴착비트 6 : 배출구
7 : 회전관 8 : 내관
9 : 구동모터 10 : 감속기
11 : 회전축 12 : 구동기어
13 : 실린더 14 : 스크류
15 : 연동기어 16 : 베어링
17a ,17b : 실링 18 : 부싱
100 : 비트조립체
도면
도면1
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도면2
도면3
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도면4
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