가공선로용 지선공사 기계화공법

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가공선로용 지선공사 기계화공법

2007년 2월 2일 (금) 21:37:00 | 지면 발행 ( 2007년 1월호 - 전체 보기 )

대원전기(주)

개발동기 및 기존기술의 문제점

1. 개발동기 및 배경 현재 송배전 및 통신설비의 가공선로용 건주공사 시공기준은 오거크레인을 이용한 기계화공법으로 적용하고 있으나, 건주공사와 병행되는 지선공사는 인력굴착기준으로 시공되도록 하고 있다.

그러나 시공현장에서는 지선근가의 매설을 위한 굴착작업시 인력으로 굴착하여 시공해야 함에도 불구하고 건주공사에 투입된 오거크레인을 이용하여 굴착하고 설계기준에 위반되는 시공방법으로 지선근가를 매설하여 지선에 필요한 안전율이 확보되지 않고 인장하중에 미달되어 시공됨으로써 경사전주가 발생하여 전주지지용 근가는 근가로서의 기능을 상실하는 문제점이 발생하고 있다.이러한 원인은 오거크레인을 이용한 굴착 구덩이는 원통형이기 때문에 기존 장방형 근가를 매설하는 지선시공에 부적합하여 장방형 근가와 지선롯드를 구부려 결합하고 세로로 매설함으로써 부실공사의 원인이 되고, 인력굴착으로 시공하는 경우에는 많은 토사가 굴착되어 작업장 환경훼손으로 민원이 빈발하고 있으며 굴착지반의 응집력 약화로 매설된 지선근가의 인발력이 약해지는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 오거크레인용 확장형 굴착유니트와 원형 지선근가(43cm, 62cm) 및 오거크레인을 이용한 가공선로용 지선공사 기계화공법을 개발하여 토사 굴착량의 최소화, 작업시간 단축, 시공능률향상, 인발력 성능강화, 작업환경개선 등으로 공사원가를 절감하고 불법 부실공사 방지 및 시공품질향상으로 매년 반복되는 경사전주 및 균열전주 보수예산의 절감이 가능하며 안전성, 경제성, 현장적용성이 우수한 기계화 시공법을 개발하게 되었다.

2. 기존기술의 문제점가. 인력시공으로 인한 작업 효율성 저하 및 공사비 과다지출- 기존의 지선근가 매설공사시 인력으로 굴착함으로써 공사시간 및 공사비가 과다소요 되고 있음.나. 불법 부실공사로 경사전주 및 균열전주 발생- 송배전 및 통신설비의 가공선로용 지선공사 시공방법이 표준화된 기계화 시공방법 및 기계화 굴착공에 적합하도록 개발된 근가가 없음.- 오거크레인을 이용하여 원통형으로 굴착하고 장방형 근가를 공인되지 않은 방법으로 매설하여 부실공사의 원인이 되고, 전선로의 불평형 장력에 비하여 설치된 지선의 허용인장력 미달로 인한 경사전주 및 균열전주 발생.

다. 굴착범위 과다로 인한 원토의 응집력 저하에 따른 시공품질 저하- 인력으로 굴착할 때 굴착면적과 되메우기 작업면적이 넓어 원토보다 응집력이 저하되어 경사전주 발생의 주요인이 되고 자연재해에도 취약한 문제점이 있음.

라. 도심지역 작업시 굴착량이 많고 작업시간 과다소요로 통행인 불편 - 도심지역 및 도로변 작업시 토사 굴착량이 많아 작업현장 환경훼손 및 작업시간이 많이 소요되므로 통행 불편 등 민원이 빈번하게 발생하고 있음.

개발 요약이 신기술은 앞서 말한 문제점들을 해결한 기술로써 오거크레인을 이용한 가공선로용 지선공사 기계화공법 및 이의 시공에 적합한 오거크레인용 확장형 굴착유니트를 개발하여 오거크레인 성능의 극대화로 작업범위 확대와 작업효율성 향상 및 원형지선근가(직43cm, 62cm)를 기존 장방형 근가 대비 30%정도 경량으로 개발하고 현장에 적용하여 작업이 용이하고 토사 굴착량의 최소화, 작업시간 단축, 시공능률향상, 인발성능강화, 작업현장 환경개선으로 민원방지 및 교통소통원활에 효과가 있고 공사원가를 절감하고 불법 부실공사 방지로 시공품질 및 안전성 향상에 따른 예산절감이 가능한 경제성 및 현장적용성이 매우 우수한 기계화공법이다.

1. 기계화 시공용 원형근가 현재 우리나라의 송배전 및 통신설비 가공선로용 지선공사에 사용하는 근가는 0.7m, 1.0m, 1.2m 등의 근가를 사용하고 있다.

○ 0.7m(1.0m) 지선근가 : 가공 통신선로 지선공사 및 배전 3상 특고압전선 ACSR-OC 95mm2미만 1회선 설비에 사용하고 이때 철선의 규격은 아연도철연선 7/2.6mm이하를 사용한다.○ 1.2m 지선근가 : 송전선로 및 3상 특고압전선 ACSR-OC 95mm2이상의 설비 또는 그 외 장경간 개소에 사용하고 이때 철선의 규격은 아연도철연선 7/3.5mm 이상을 사용하고 있다.따라서 현재 사용하고 있는 기존근가는 오거크레인을 이용한 원형 굴착시 시공이 불가능하여 오거크레인을 이용한 기계화 원형 굴착에 적합한 기존 0.7m대안으로 직경 43cm 원형근가 및 1.0m, 1.2m 대안 직경 62cm 기계화 시공용 원형근가를 개발하게 되었다.

2. 오거크레인용 확장형 굴착 유니트 기존 0.7m 대안으로 개발된 직경 43cm원형 근가는 기존의 오거크레인 굴착날의 직경이 50cm로 매설이 가능하나 큰 인장하중을 요하는 기존 1.0m, 1.2m근가 대안으로 개발한 62cm 원형근가는 기존 오거크레인 굴착날의 직경으로는 기계화 시공이 불가능하여 건주공사 및 직경 43cm 원형근가 매설작업은 그대로 굴착이 가능하고 직경 62cm 원형근가 매설시 굴착 유니트만 확장하여 시공이 가능하도록 오거크레인용 확장형 굴착유니트를 개발하게 되었다.

3. 가공선로용 지선공사 기계화공법송배전 및 통신설비 가공선로용 지선근가 시공방법은 인력굴착을 함으로써 시공시간이 많이 소요되며 또한 경제적 측면에선 인건비가 공사비의 많은 부분을 차지하고 있는 실정이다. 또한 건주공사는 오거크레인 및 백호우(Backhoe)를 이용하여 기계화 시공을 하고 있으나 지선 공사는 기계화 굴착 시공에 적합한 지선근가 및 기계화 시공법이 없는 실정이다.

따라서 건주공사에 사용되는 오거크레인을 이용하여 건주공사와 동시에 지선공사의 근가 매설을 위한 굴착 작업을 기계화함으로써 공사시간 단축 및 공사비절감 등의 효과와 시공품질 향상을 도모할 수 있는 가공선로용 지선공사 기계화공법을 개발하게 되었다.

가. 오거크레인을 이용한 지선공사 기계화 공법<도면 1>의 도시와 같은 오거축(10)을 이용하여 굴착유니트(20)의 굴착투스(12)를 확장시킨 상태에서 <도면 1>의 도시와 같이 굴착하여 대형근가가 삽입될 수 있도록 시공 후 지선근가(32)의 하측에 <도면 2a>의 도시와 같이 로프(33)를 지선롯드(34)와 지선근가(32)의 체결부에 걸어 지선근가(32)를 굴착공에 협력작업으로 삽입하였을 때 로프(33)의 자동적 인장력으로 지선근가(32)의 후단부를 들어주게 되어 지선근가(32)의 매립각이 지선롯드(34)와 직각으로 형성된다.

이와 같은 상태에서 상기한 로프(33)를 제거하고 지선롯드(34)와 굴착공의 간섭부에 발생하는 토사를 <도면 2b>의 도시와 같이 삽이나 기타의 공구 등을 이용하여 붕괴시키고 <도면 2c>의 도시와 같은 일정한 각도를 갖는 지선롯드(34) 및 지선근가(32)를 형성한 후 그 굴착공을 되메움에 의해 완성하면 된다.상기한 바와 같은 시공단계는 대형(62cm)근가를 시공하기 위한 것으로써, 소형의 근가를 시공하고자 하는 경우에는 확장된 굴착투스(12)를 나사축(28)의 회전에 의해 몸체(21)를 향하여 축소되게 이동시킨 후, 대형(62cm)근가 공정과 상동한 과정으로 시공하면 된다.

따라서 굴착투스의 축소 및 확장이 가능하므로 지선근가의 크기에 구애받지 않고 범용의 시공이 가능하다.

신기술이 속하는 기술분야의 종래기술현재 송배전 및 통신설비 가공선로용 건주공사 굴착은 오거크레인 및 백호우(Backhoe)를 이용하여 기계화 시공하는 반면에 지선설치 공사의 굴착은 아래 <그림 1>과 같이 계단식 굴착을 하는 인력시공에 의존하고 있으며, 이로 인해 도로변이나 시내지역에서 지선 설치 시 현장 훼손 및 통행에 불편을 주는 등 경제적, 기술적인 문제가 많이 발생하고 있다.

또한 건주공사 현장에 투입된 오거크레인을 이용하여 굴착하고 지선근가를 매설하는 경우 오거크레인의 굴착날의 직경(50cm)보다 기존의 지선근가 (0.7m, 1.2m)가 크고 길어서 지선롯드를 구부려 시공함으로써 지선의 허용인장 하중에 못 미치는 불법 부실공사로 인하여 경사전주 발생 및 균열전주 발생 등 많은 문제점이 있으며 백호우(Backhoe)를 이용한 기존장방형 지선근가를 매설하는 시공방법은 굴착량과다 및 부실공사의 원인이 되고 있다.

신기술이 이루고자 하는 기술적 과제

1. 기계화 시공용 원형근가가. 기존근가 제원

현재 송배전 및 통신설비 가공선로용 지선공사의 근가는 배전 특고압 전선 ACSR-OC 95mm2 미만 1회선 설비 및 통신가공선로에는 아연도철연선 7/2.6mm 이하 지선과 0.7m 근가를 사용하고, 배전 특고압 전선 ACSR-OC 95mm2 이상 또는 장경간 개소의 지선에는 아연도철연선 7/3.5mm 이상의 지선과 1.2m 근가를 사용하고 있으며, 근가의 압축강도는 180kgf/cm2 이상이 되어야 한다.다음 <그림 2>는 기존에 사용하고 있는 0.7m 근가와 1.2m 근가의 모양 및 치수(단위 : mm)에 관한 그림이다.

나. 기계화 시공용 원형근가 제원

현재 송배전 및 통신설비 가공선로용 건주공사에 사용되는 오거크레인의 굴찰날 직경이 50cm 이하 이므로 오거크레인을 이용하여 기존근가(0.7m, 1.2m) 시공시 기존근가의 길이가 굴착직경을 초과하므로 지선롯드가 지선근가와 수직(90˚)이 되게 시공이 불가능하고 오거크레인으로 굴착시 굴착공이 원형으로 형성되므로 기계화 시공용 원형근가 개발로 항상 지선롯드와 근가가 수직(90°)으로 시공이 가능하도록 직경 43cm의 원형근가를 개발하였다.또한 직경 43cm 원형근가는 기존의 0.7m 근가와 동등 이상의 인장력을 견디나 기존 1.2m 근가의 인장력에는 견디지 못하여 직경 43cm의 원형근가를 이용하여 매설 깊이를 조절하여 기존 0.7m, 1.2m근가를 대체하려 하였으나 시뮬레이션 및 현장실증시험 결과 기존 0.7m근가 인발력에는 만족하나 1.2m 근가의 인발력에는 부적합한 것으로 판명되어 1.2m 근가의 대안으로 직경 62cm인 원형근가를 추가 개발하게 되었다.

다. 철근배열

다음 <그림 6>은 개발되는 원형근가에 들어가는 철근배열로써 그림에서처럼 격자형으로 배열하였으며 철근의 두께는 10mm, 대형근가용 철근의 길이는 480×480[mm]이고 소형근가의 길이는 340×340[mm]로 제작하였다.

라. 기계화 시공용 원형근가의 장점ⓛ 근가의 소형화 및 경량화② 운반 및 취급이 용이근가 밑면에 손잡이가 있어 운반이 용이하고 공사의 편리함을 도모할 수 있을 것이며 근가 상부면에 홈을 두어 근가를 적층할 수 있을 뿐 아니라 기존근가보다 중량이 가벼워 운반 및 취급이 용이하게 개발하였다.③ 기존근가의 문제점 개선 및 보완<그림 10>에서 보듯이 밑면 사각와샤 삽입부는 기존의 사각 홈에서 원형 홈으로 변형시켜 기존근가 시공 시 사각와샤가 삽입부에 정확히 삽입이 안될 경우 사각와샤의 휘어짐에 따른 지선롯드 이탈사고를 방지하기 위하여 사각와샤 삽입부를 원형으로 제작하여 사각와샤의 방향에 상관없이 정확하게 삽입되도록 기존근가의 문제점을 개선하여 제작하였다.

2. 오거크레인용 확장형 굴착유니트 가. 개발배경

현재 사용하고 있는 기존근가는 0.7m, 1.0m, 1.2m 등의 종류로 구분되어 있어 개발된 소형(43cm) 원형근가를 더 큰 인장하중을 요구하는 1.2m근가 사용개소에 깊게 묻어 자재 및 공법을 단순화하려고 하였으나 모의 시뮬레이션 및 현장실증 시험결과 깊이를 더 묻는 것은 한계가 있어 불가능한 것으로 판단되었다.또한 기존 오거크레인 오거날(직경 50cm이하)로 굴착하여 개발된 소형(43cm)원형근가를 매설하는 경우 토질에 따라 굴착된 구덩이가 무너지거나 좁아져 매설이 어려운 경우가 발생하여 경우에 따라서는 60cm 넓이로 굴착이 필요하므로 건주공사 및 개발된 대형(62cm)근가 매설에도 활용이 가능하도록 확장형 유니트를 이용하여 필요에 따라 넓은 굴착이 가능한 오거크레인용 확장형 굴착유니트를 개발하게 되었다.

나. 개발의 목적ⓛ 가공선로용 지선공사 기계화공법 현장 활용성 증대 ② 공법 및 기준의 단순화③ 불법 부실공사 방지로 시공품질 향상<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> 10 : 오거축11 : 오거삽날12 : 굴착투스12': 굴착투스20 : 굴착유니트21 : 몸체22 : 나사관23 : 요홈조24 : 지지구25 : 조절구26 : 멈춤볼트27 : 마감구28 : 나사축29 : 베어링30 : 걸림턱31 : 조절머리부다. 오거크레인 확장용 굴착유니트의 구성 및 세부설명ⓛ 오거크레인 확장용 굴착유니트 구성<도면 3>은 오거크레인용 확장형 굴착유니트의 분리사시도이고, <도면 4>는 오거크레인용 확장형 굴착유니트의 결합사시도이며, <도면 5a> 및 <도면 5b>는 오거크레인용 확장형 굴착유니트의 단면도이다.나선형 오거삽날(11)을 갖는 오거축(10)의 굴착 단부에, 양측으로 돌출된 굴착투스(12)를 갖는 오거크레인용 굴착오거의 오거축(10)굴착단에 별도의 굴착유니트(20)를 장착하며 굴착유니트(20)는 양측으로 분할 돌출된 지지구(24)를 형성하고 지지구(24)를 따라 슬라이딩되는 굴착투스(12)(12') 및 넓어진 부분 굴착을 위한 굴착투스 (12')를 형성하여 굴착투스(12)가 그 지지구(24)로부터 횡방향으로 확장 및 축소되게 구성한 것이다.이때, 굴착유니트(20)는 오거축(10)과 체결되는 몸체(21)가 구비되고, 그 몸체(21)의 양측에는 내부에 별도의 나사관(22)이 위치하고 외측면에는 내부로 돌출되는 멈춤볼트(26)를 갖는 지지구(24)가 형성되며, 지지구(24)의 내측면에는 관체상의 조절구(25)를 삽입하여 그 조절구(25)의 외측면에 형성된 요홈조(23)에 멈춤볼트(26)의 단부가 삽입되게 하며, 조절구(25)의 외측단에는, 굴착투스(12)(12')를 갖는 마감구(27)를 나사 결합하되, 마감구(27)의 중앙에는 상기 나사관(22)에 나사 결합되는 나사축(28)이 공회전되게 결합되어, 나사축(28)의 회전에 의해 그 조절구(25) 및 마감구(27)가 지지구(24)를 따라 슬라이딩되게 구성한 것이다.나사축(28)은 마감구(27)의 내측에 내장된 베어링(29)에 의해 회전 가능하게 결합하되, 나사축(28)에 조절머리부(31)를 형성하여 마감구(27)의 일측으로 노출되게 하여 용이하게 조절작업을 할 수 있도록 하고, 나사축(28)에 결합된 베어링(29)은 상기 마감구(27) 내측의 걸림턱(30)에 의해 그 나사축(28)이 유동되지 않도록 결합하여 구성한 것이다.② 오거크레인 확장용 굴착유니트 세부설명본 개발 확장형 굴착유니트(20)는 나선형의 오거삽날(11)을 갖는 오거축(10)의 하단에 결합 사용되는 것으로서 통상의 몸체(21) 양측으로 관체상의 지지구(24)가 대향방향으로 돌출 형성되어 있고, 그 지지구(24)의 내측에는 암나사가 형성된 나사관(22)이 위치하고 있는 것이다.또한, 지지구(24)의 내주면에는 다수개의 경사상 굴착투스(12)(12')를 갖는 마감구(27)와 체결되는 조절구(25)가 삽입되는 것인데, 조절구(25)의 외측면에는 길이방향을 따라 요홈조(23)가 형성되어 있고 상기 지지구(24)에는 상기 요홈조(23)의 내측으로 하단부가 삽입되는 멈춤볼트(26)가 결합되어 있는 것으로써, 조절구(25)가 지지구(24)를 따라 횡방향으로 슬라이딩하게 되면 그 조절구(25)의 슬라이딩폭은 멈춤볼트(26)의 하단이 위치하는 조절구(25)의 요홈조(23) 길이에 한정되는 것이다.또한, 조절구(25)의 단부에는 다수개의 굴착투스(12)(12')를 갖는 마감구(27)가 결합되어 있는 것인데, 상기한 마감구(27)의 중앙에는 나사관(22)과 나사 결합되는 나사축(28)이 결합되어 있고 그 나사축(28)은 상기 마감구(27)로부터 자유 회전될 수 있는 구조를 갖고 있는 것이다.즉, 나사축(28)은 상기 마감구(27)의 중앙에 삽입되고, 그 마감구(28)에 형성된 걸림턱(30)의 전, 후에 위치한 베어링(29)에 의해 고정되어 있는 것으로, 베어링(29)에 의해 그 나사축(28)은 자유회전이 가능한 상태가 되는 것이며, 그 나사축(28)의 일단에는 육각형상 등의 조절머리부(31)가 형성되어 있어 마감구(27)의 외측으로부터 공구에 의해 작업시 용이하게 회전시킬 수 있도록 되어 있다따라서, 상기와 같은 결합상태에서 작업자는 나사축(28)을 회전시킴에 따라 굴착투스(12)(12')를 갖는 마감구(27)와 조절구(25)를 횡 방향으로 확장 및 축소시킬 수 있는 것이며 나사축(28)이 회전되면 나사 결합되어 있는 나사관(22)은 그 몸체(21)에 고정되어 있으므로 결국 나사축(28)과 결합된 마감구(27)와 조절구(25)가 유동하게 된다.그러므로, 소형(43cm)원형근가를 시공하고자 하는 경우에는 굴착유니트(20)의 양측 굴착투스(12)를 몸체(21)의 내측으로 이동하여 최소폭을 갖게 함으로써 상기 소형(43cm)근가에 적합한 굴착공 형성 및 지선시공 작업과 기존 건주작업을 할 수 있는 것이며, 대형(62cm)원형근가를 시공하고자 하는 경우에는 굴착투스(12)를 외측으로 확장시켜 최대폭을 갖게 함으로써 대형(62cm)원형근가에 적합한 굴착공을 형성할 수 있으며 이때 굴착투스(12')는 굴착투스(12)의 확장으로 넓어지는 공간의 굴착을 가능하게 하여 굴착을 원활히 수행하는 역할을 한다.

3. 가공선로용 지선공사 기계화공법현재 송배전 및 통신설비 가공선로용 지선공사는 인력굴착을 함으로써 공사시간이 많이 소요되며 공사비가 과다소요되는 실정이다. 또한 건주공사는 오거크레인을 이용하여 기계화 시공을 하고 있으나 지선공사의 경우는 기계화 굴착 시공에 적합한 지선근가 및 기계화 시공법이 없는 실정이다. 따라서 건주공사에 사용되는 오거크레인을 이용하여 건주공사와 동시에 지선공사 굴착을 할 수 있는 오거크레인을 이용하여 기계화시킴으로써 공사시간 단축 및 공사비절감 등의 효과와 시공품질 향상을 도모할 수 있는 ‘가공선로 지선공사 기계화공법’을 개발하게 되었다.

·오거크레인을 이용한 기계화 공법 종래의 기존기술인 인력굴착은 지선근가 시공시 굴착되는 토사량이 많아 시공후 원토의 응집력의 많은 부분을 상실하여 근가의 필요조건인 지선에 걸리는 장력에 대하여 충분한 인발력을 유지하기 어렵다. 그러나 신기술인 오거크레인을 이용한 기계화 시공시 새로 개발된 원형근가를 시공하여 기존기술보다 굴착량이 적어 시공후 원토의 응집력 손실을 최소화할 수 있으므로 시공후 적합한 지선근가의 인발력을 유지할 수 있다.

국내·외 전력시설물 활용전망

1. 국내 활용전망송배전 및 통신설비의 지선공사에 ‘가공선로용 지선공사 기계화공법’을 적용하여 공사비 절감효과와 시공품질의 향상을 얻을 수 있을 것이라 기대되며 또한 굴착면적을 최소화해야 하는 시내지역 및 도로변에 지선 설치 시 작업환경개선 및 통행 불편 등에 대한 민원해소와 오거크레인을 사용한 불법 부실시공을 방지하며 시공기술의 안전성 및 작업능률의 개선으로 시공업체 경영효율 향상을 기대할 수 있다.○ 장방형 기존근가를 취급 및 운반이 용이한 개발원형근가로 대체가능○ 복잡한 시가지 지선공사에 사용하여 통행불편 문제 해소○ 넓은 굴착 필요시 개발된 오거크레인용 확장형 굴착유니트 활용○ 인력시공 및 기준을 기계화시공 및 기준으로 전환 가능○ 배전분야와 유사한 통신 및 전기철도공사 등에도 활용이 가능

2. 국외 활용전망외국의 경우도 송배전 가공선로용 건주공사는 기계화 시공을 하고 있으나 지선공사의 경우 오거크레인의 굴착 넓이가 한정되어 있어 오거크레인을 이용한 기계화 공법이 없으며 체계화 되어 있지 않은 실정이다. 본 신기술로 개발된 원형근가를 이용한 송배전 및 통신설비 ‘가공선로용 지선공사기계화 공법’은 외국의 송배전 및 통신설비 가공선로 지선공사에도 보급이 가능할 것으로 사료된다.

기술적, 경제적 파급효과

1. 기술적 파급효과○ 표준화된 기계화공법 개발로 시공품질 향상○ 굴착면적 최소화에 따른 작업환경 개선과 통행불편 및 민원 해소○ 근가의 크기 및 무게감소로 운반, 취급 및 시공성 향상○ 기존근가에 비해 개발된 근가의 기계적강도 우수하므로 시공안정성 확보○ 오거크레인용 확장형 굴착유니트 개발로 신기술 현장 적용성 향상○ 지선공사의 표준 기계화 시공기술 보급으로 기술의 낙차도 해소

2. 경제적 파급효과○ 기계화공법 개발로 인한 공사비 절감 ○ 불법 부실공사 방지로 경사전주 및 균열전주 교체 유지보수비용 절감 예상○ 지선의 시공품질 및 기계적강도 향상으로 자연재해 피해복구비용 절감 예상○ 근가의 소형 경량화로 운반비 등 경비절감