도넛 함마 장치 및 이를 이용한 굴착 방법{DOUGHNUT HAMMER APPARATUS AND EXCAVATION METHOD THEREFOR}
본 발명은 지반 굴착 설비에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 건축물의 기초 등에 사용되는 현장타설 콘크리트 말뚝 시공시, 굴착기의 선단에 설치하여 지반의 천공작업에 사용되는 도넛 함마 장치 및 굴착 방법에 관한 것이다.
일반적으로 건축 및 교량기초공사를 위해서 연약지반이나, 암반층 등에 강관 등으로 제작되는 파일을 설치하여 보강작업을 행하는 작업(RCD공법)을 하게 된다. 상기한 RCD공법의 경우 대구경(1000mm이상)의 굴착작업을 행하는 공법이다. 대표적으로는 파일 드릴링 머신의 드릴 파이프 하단에 드럼 스테빌라이져(drum stabilizer)를 결합하고 그 하측으로 하부에 원주방향으로 수개의 비트를 결합한 비트 바디를 설치한 상태에서 비트 바디를 가압 상태에서 구동함으로 해서 암반층에 굴착공을 단번에 천공하는 방법이 있다. 또한, 파일 드릴링 머신의 드릴 파이프 하단에 드럼 스테빌라이져(drum stabilizer)를 결합하고, 그 하측으로 파이프 형상의 비트 바디를 결합하며, 이 비트 바디의 하단에 수개의 비트를 설치하여 드럼 스테빌라이져가 회전할 때 비트 바디가 함께 회전되고, 비트가 암반층을 긁으면서 도넛형상의 홈을 형성하도록 하고, 일정깊이로 홈이 형성되어 코어 배럴이 형성되면 이를 제거하여 굴착공을 천공하는 방법이다. 상기 코어 배럴 방식의 경우 전기한 바와 같이 암반층 전체를 굴착하는 방법에 비해 굴착면적을 최소화하면서도 대형 굴착공을 굴착할 수 있는 등의 장점이 있으나, 굴착 과정에서 형성된 코어 배럴을 절단하여 제거하는 작업에 어려움이 있고, 슬라임(slime)을 지상으로 배출하도록 하는 흡입배출관이 비트 바디 내부에 형성되어 있어 흡입배출관이 막히는 경우가 자주 발생된다.
본 발명의 실시예들은 코어 배럴의 절단 작업이 가능한 도넛 함마 장치 및 이를 이용한 굴착 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 실시예들은 코어 배럴을 신속하게 제거할 수 있는 도넛 함마 장치 및 이를 이용한 굴착 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 실시예들은 슬라임(slime)의 배출이 용이한 도넛 함마 장치 및 이를 이용한 굴착 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 단면이 도넛과 같이 내부공간이 형성되도록 저면이 개방된 원기둥 형상의 함마 본체; 상기 함마 본체의 저면에 설치되는 비트들; 및 상기 내부공간을 제공하는 내측면에 설치되어 굴착과정에서 생성된 코어 배럴을 제거하기 위한 코어 제거 부재를 포함하는 도넛 함마 장치를 제공하고자 한다. 또한, 상기 코어 제거 부재는 상기 코어 배럴의 상단을 가압하기 위한 상부 가압모듈들; 및 상기 코어 배럴의 하단을 가압하기 위한 하부 가압모듈들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 코어 제거 부재는 상기 상부 가압모듈들과 상기 하부 가압모듈들을 제어하는 모듈 제어부를 더 포함하되; 상기 모듈 제어부는 상기 상부 가압모듈들 중 어느 하나를 작동시켜 상기 코어 배럴을 제1방향으로 가압하여 상기 코어 배럴을 상기 제1방향으로 쓰러트릴 수 있다. 또한, 상기 모듈 제어부는 상기 하부 가압모듈들 중 상기 제1방향과 대향되게 배치되는 어느 하나를 작동시켜 상기 코어 배럴의 하단을 상기 제1방향과 반대되는 제2방향으로 가압할 수 있다. 또한, 상기 상부 가압모듈들과 상기 하부 가압모듈들 각각은 유압에 의해 작동되는 유압 잭들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 상부 가압모듈들과 상기 하부 가압모듈들은 원주방향을 따라 등간격으로 적어도 3개 이상 설치될 수 있다. 또한, 지반 굴착 설비의 도넛 함마 장치는 상기 함마 본체의 외측면에 형성되어 굴착 과정에서 발생되는 슬라임을 외부로 토출시키기 위한 토출유로들; 및 상기 함마 본체의 저면에 제공되고, 외부로부터 제공받은 공기를 토출하는 에어 토출구들을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 토출유로들은 상기 함마 본체의 외측면에 직선형 또는 나선형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 함마 본체를 회전시켜 지반을 굴착하는 단계; 및 상기 굴착과정에서 생성된 코어 배럴를 제거하는 단계를 포함하되; 상기 코어 배럴 제거 단계는 상기 상부 가압모듈들 중 어느 하나를 작동시켜 상기 코어 배럴을 제1방향으로 가압하여 상기 코어 배럴을 상기 제1방향으로 쓰러트리는 단계; 상기 상부 가압모듈들과 상기 하부 가압모듈들 모두를 작동시켜 상기 코어 배럴을 클램핑하는 단계; 및 상기 코어 배럴이 상기 상부 가압모듈들과 상기 하부 가압모듈들에 의해 클램핑된 상태에서 상기 함마 본체를 굴착공으로부터 들어올리는 인출 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 굴착 작업 뿐만 아니라 굴착 과정에서 생성된 코어 배럴의 절단 및 제거 작업이 가능한 각별한 효과를 갖는다. 본 발명의 실시예들은 슬라임(slime)이 배출되는 토출유로들의 막힘 현상을 최소화할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 굴착 설비의 도넛 함마 장치를 보여주는 사시도이다
도 2는 도 1에 도시된 도넛 함마 장치의 측단면도이다.
도 3은 도넛 함마 장치의 사용상태를 보여주는 도면이다.
도 4a는 도넛 함마 장치에 의해 암반층에 코어 배럴이 형성되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 4b는 안반층에 형성된 코어 배럴을 절단하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 4c는 절단된 코어 배럴을 인출하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 5는 나선형의 토출 유로를 갖는 함마 본체를 보여주는 도면이다.
도 6은 함마 본체의 변형예를 보여주는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 굴착 설비의 도넛 함마 장치를 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 도넛 함마 장치의 측단면도이며, 도 3은 도넛 함마 장치의 사용상태를 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도넛 함마 장치(10)는 함마 본체(100), 비트(200)들, 코어 제거 부재(300)를 포함한다. 함마 본체(100)는 단면이 도넛과 같이 내부공간(104)이 형성되도록 저면이 개방된 원기둥 형상으로 제공될 수 있다. 함마 본체(100)는 연결 로드(20) 하단에 장착되며, 이를 위해 연결 로드(20)와의 연결을 위한 연결축(102)이 상단에 돌출되게 형성된다. 함마 본체(100)는 연결 로드(20)의 회전에 연동하여 구동되어 지반 및 암반층을 굴착하는 역할을 한다. 한편, 함마 본체(100)는 외측면에 토출유로(110)들 그리고 저면에 에어 토출구(120)들이 형성된다. 토출유로(110)들은 슬라임(slime)의 회수를 위한 고압의 에어가 외부로 토출되는 유로이다. 슬라임이란 지반을 굴착할 때 발생하는 흙, 진흙,자갈, 암반분쇄물 등을 말한다. 도 1에서와 같이, 토출유로(110)는 함마 본체(100)의 외측면에 직선형으로 형성될 수 있으나, 도 5에서와 같이 함마 본체(100)의 외측면에 나선형으로 형성될 수도 있다. 비트(200)들은 함마 본체(100)의 저면에 설치된다. 즉, 비트(200)들은 링 형태의 함마 본체(100) 저면(106)에 일정 간격을 따라 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 4개의 비트(200)들이 함마 본체(100) 저면(106) 테두리를 따라 원주방향으로 설치되어 있으나, 이는 일 예에 불과하며 필요에 따라 설치 개수 및 비트의 형상 등은 다양하게 변형 가능하다. 비트(200)들은 함마 본체(100)로부터 회전력 및 타력을 전달받아 암반면을 긁으면서 도넛형상의 홈이 형성되도록 암반을 파쇄하는 것이다. 굴착 과정에서 발생되는 슬라임(slime)은 함마 본체(100)로 공급되는 고압의 공기가 함마 본체(100)의 저면(106)에 형성된 에어 토출구(120)들로 분사되며, 함마 본체(100)의 외주면에 형성된 토출 유로(110)들을 통해 상부로 원활하게 이동된다. 이처럼, 본 발명은 토출 유로(110)들이 함마 본체(100)의 외주면에 형성됨으로써 유로들이 슬라임에 의해 막히는 현상을 최소화할 수 있고, 보다 빠른 이동이 가능하다. 코어 제거 부재(300)는 함마 본체(100)에 설치된다. 코어 제거부재(300)는 굴착과정에서 일정 높이로 생성된 코어 배럴(C)(도 3에 도시됨)을 제거하기 위한 것이다. 코어 제거 부재(300)는 크게 상부 가압 모듈(310)들과 하부 가압모듈(320)들 그리고 이들을 제어하는 모듈 제어부(330)를 포함한다. 상부 가압 모듈(310)들과 하부 가압모듈(320)들은 함마 본체(100)의 내측면(108)에 설치되고, 모듈 제어부(330)는 각 모듈들로 유압을 공급하기 위해 지상에 설치된 유압 공급부(미도시됨)에 제공될 수 있다. 상부 가압 모듈(310)들은 코어 배럴(C)의 상단을 가압하기 위해 함마본체(100)의 내부 공간(104) 상부에 위치되도록 제공되고, 하부 가압 모듈(320)들은 코어 배럴(C)의 하단을 가압하기 위해 함마 본체(100)의 내부 공간(104) 하부에 위치되도록 제공된다. 상부 가압 모듈(310)들과 하부 가압 모듈(320)들 각각은 함마 본체(100) 내측면(108)을 따라 복수개가 제공될 수 있다. 본 실시예에서는, 상부 가압 모듈(310)과 하부 가압 모듈(320)이 90도 간격으로 각각 4개씩 제공된다. 상부 가압 모듈(310)과 하부 가압 모듈(320)은 유압에 의해 작동되는 유압잭 모듈일 수 있다. 모듈 제어부(330)는 상부 가압모듈(310)들과 하부 가압모듈(320)들로 제공되는 유압을 제어한다. 즉, 모듈 제어부(330)는 코어 배럴(C)을 절단하는 단계와, 코어 배럴(C)을 클램핑하여 인출하는 단계에서 선택적으로 상부 가압모듈(310)들과 하부 가압모듈(320)들의 동작을 제어한다. 도 4a는 도넛 함마 장치에 의해 암반층에 코어 배럴이 형성되는 과정을 보여주는 도면이고, 도 4b는 안반층에 형성된 코어 배럴을 절단하는 과정을 보여주는 도면이며, 도 4c는 절단된 코어 배럴을 인출하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 4a에서와 같이, 비트(200)들은 함마 본체(100)로부터 회전력 및 타력을 전달받아 암반면을 긁으면서 도넛형상의 홈을 형성하고, 굴착공에서는 일정 깊이의 코어 배럴(C)이 만들어진다. 도 4b에서와 같이, 코어 배럴(C)이 형성되면, 코어 배럴(C)의 하단을 절단한다. 코어 배럴 절단은 상부 가압모듈(310)들 중 어느 하나를 작동시켜 코어 배럴(C) 상단을 제1방향(X1)으로 가압하여 코어 배럴(C)을 제1방향으로 쓰러트린다. 이때, 코어 배럴(C)의 절단 작업이 보다 효과적으로 이루어지도록 하부 가압 모듈(320)들 중에서 제1방향과 대향되게 배치되는 하부 가압모듈(320)을 작동시켜 코어 배럴(C)의 하단을 제1방향과 반대되는 제2방향(X2)으로 가압한다. 이처럼, 코어 배럴(C)의 상단과 하단에서 동시에 또는 순차적으로 상부 가압모듈(310)과 하부 가압모듈(320)이 서로 반대방향으로 가압함으로써 암반층과 코어배럴(C)의 연결부분(코어 배럴 하단)이 암반층으로부터 보다 용이하게 절단될 수 있다. 도 4c에서와 같이, 암반층으로부터 절단된 코어 배럴(C)은 상부 가압모들(310)들과 하부 가압모듈(320)들 모두를 구동시켜 클램핑한 상태에서 함마 본체(100)를 굴착공으로부터 들어올리는 것으로 코어 배럴(C)의 제거가 신속하게 이루어진다. 도 6은 함마 본체의 변형예를 보여주는 도면이다. 도 6에서와 같이, 코어 배럴(C)를 보다 효과적으로 쓰러트리기 위해 함마 본체(100a)는 내부 공간이 좁은 입구(104a)와. 입구보다 넓은 확장 공간(104b)을 갖는다. 즉, 상부 가압모들(310)들과 하부 가압모듈(320)들이 배치되는 구역을 보다 넓게 제공함으로써 코어 배럴(C)과 함마 본체(100) 내측면(108)과의 이격 거리를 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 절단 과정에서 상부 가압모들(310)과 하부 가압모듈(320)에 의해 가압되는 코어 배럴(C)이 함마 본체(100)의 내측면(108)과 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 함마 본체 200 : 비트
300 : 코어 제거 부재 |
