일반상식 건설기계일반론

[★ 호야!~★]

건설기계 建設機械 (construction equipment) 일반    토목담당 CHEON G.H

1.건설기계 일반

1)서언

 건설기계란 여기선 토목·건축 공사에 사용되는 기계의 총칭이라 명명하기로 하며,
구체적으로 토목기계라고도 하며, 그 종류는 매우 다양하다. 건설기계는 근년에 와서
생력화(省力化)·능률화,공사의 대형화, 건설산업의 활발화 등을 배경으로 하여
눈부시게 발달하였다.

 건설기계는 공사현장이 항상 이동하게 마련이므로 이동하기에 알맞은 것이라야 하며,
거친 현장에서 난폭하게 사용되는 일이 많을 뿐 아니라 기상조건이 나쁜 곳이나 정지
(整地)되지 않은곳에서 사용되는 경우가 많으므로 고장이 적고 내구성이 우수해야
한다는 것 등이 요구된다.따라서 설계상의 곤란이 따르기 마련이어서 제작경험의
축적이 필요하다.

 한편, 공사에 알맞은 기계의 선정과 사용에 있어서 계획 및 운용 등의 문제도 결코
소홀히다루어서는 안 되므로 주도면밀한 배려가 필요하다.

 2)장비관련

   2-1)건설기계의 발달 
 
 건설기계는 19세기의 산업혁명과 더불어 동력이 발명된 이래 기계공업의 발전에 따라
크게 발달하였다. 동력으로서는 산업혁명 이전의 인력 ·우마력(牛馬力) ·풍력(風力)
·수력에 대신하여 1870년경부터 영국의 J.와트가 발명한 증기기관이 실용화됨에 따라
증기동력을 이용하는 항타기(抗打機) ·셔블(삽) ·트랙터 ·로드롤러 등이 차례로
발명되어 종전의 건설공사 시공법에 일대 변혁을 가져왔다. 19세기 말엽부터 전동기
(모터)가 실제로 공사에 이용되었으며, 더구나 20세기 초엽에는 가솔린기관, 이어서
디젤기관이 실용화되어 현재까지 대형 건설기계의 동력원으로 널리 이용되어 오고 있다.
 
 운전조작이라는 면에서는 수동에서 압축공기 ·유압(油壓) ·전기 등의 방식으로 진보
되어 조작의 단순화 ·안전화 ·자동화가 이루어졌다. 최근에는 라디오비컨에 의한
조작도 채택되고 있다. 한편, 건설기계의 주행기구(走行機構)는 각 기계마다 철륜(鐵輪)
에서 무한궤도, 나아가서는 고무타이어가 달린 바퀴로 발전하여, 건설기계용 대형
타이어가 제작됨에 따라 이것을 장착한 토목기계가 작업능률을 현저하게 향상시켰다.
 한국에서 고속도로 건설이나 교량 ·고층건물의 건축기술 등이 현저하게 발달된 것도
건설기계에 힘입은 바 크다.

 2-2)건설기계의 분류 
 
  건설기계를 용도에 따라 분류하면 다음과 같다.

굴착·운반용 기계

① 불도저:건설공사에서 가장 많이 사용되는 기계로서 트랙터 앞에 배토장치
(排土裝置:dozer)를 갖춘 것. 배토장치에 따라 불도저·앵글도저·틸트도저로 대별된다.
또 구동장치(驅動裝置)에 따라 타이어도저·휠도저와 무한궤도식 도저로 분류된다.
불도저의 작업거리는 80 m 이내가 효과적이다. 특수한 것으로는 유독성 물질 처리, 선창
(船艙) 내의 작업, 제철소의 광재(鑛滓) 처리 등을 위한 휴대용 무선송신조종 불도저,
해저정지를 할 수 있는 수중 불도저 등이 있다.
② 스크레이퍼:굴삭·적재·운반·사토(捨土)·정지(整地) 작업 등이 가능한 기계이다.
견인식(towed type)과 자주식(motorized type)으로 구분된다. 견인식 스크레이퍼는
트랙터의 견인력에 의해 작업이 이루어지고, 동력장치가 없어 값이 싸고 고장이 적으며,
험한 도로, 연약한 지반, 급구배(急勾配) 등의 작업장에 적합하다. 또 자주식 스크레이퍼는
자체동력으로 작업이 가능하며, 500 m 이상의 작업 거리에서 많이 사용된다. 스크레이퍼의
크기(capacity)는 적재함의 적재용량(m3)으로 표시한다.

굴착기계를 선택하는 데 있어서는, 굴착작업의 종류와 지형·지질 등 현장조건에 적합한
기종을 검토하고, 공사규모와 공사기간을 고려하여 기계 용량의 대소(大小)를 고려함과
동시에, 굴착작업에는 운반작업이 수반되므로 다른 기계와의 결합작업을 위한 균형을
검토할 필요가 있다.

① 셔블 및 백호(shovel and backhoe):셔블은 조종장치에 따라 기계 로프식과 유압식으로
분류되며, 기계 로프식은 무한궤도식 크레인의 부수장치로서, 파워셔블(동력삽)과 백호로
구분된다. 또 유압식은 구동방식에 따라 타이어식과 무한궤도식으로 구분되며, 일명
백호셔블이라고도 한다. 파워셔블은 기계가 위치한 지면보다 높은 굴착작업을 하는 데
반하여, 백호는 기계가 위치한 지면보다 낮은 굴착작업에 적합하며, 기계의 크기는
디퍼(dipper)의 용량으로 표시한다.
② 클램셸 및 드래그라인(clam shell and drag line):크레인의 부수장치인데, 하천 보수
·준설·모래채취 기타 굴착작업에 사용된다. 조직방식에 따라 기계식·압축공기식·유압식
·전기식 등으로 분류되고, 크레인의 구동방식에 따라 트럭형과 무한궤도형으로 구분한다.
트럭형은 작업장 사이의 기동성이 좋은 데 비하여 무한궤도형은 트레일러에 의하여
운반되어야 한다.
③ 기타 굴착기:버킷휠 엑스카베이터·도랑굴착기·드래그스크레이퍼 등이 있다.

적재기계

① 무한궤도식:일반적으로 트랙터셔블·도저셔블·크롤러 로더 등으로 불리고 있으며,
불도저를 모체(母體)로 하여 도저 대신에 버킷(bucket)을 장치한 적재기계이다.
② 타이어식:일반적으로 셔블로더·트랙터셔블·휠로더·페이로더 등으로 불리고 있으며,
앞부분에 버킷을 장치한 기계이다.
③ 반무한궤도식:앞바퀴는 무한궤도식이고, 뒷바퀴는 타이어식으로 하여 견인력을 보강한
적재기계이다.
④ 궤조식(軌條式):광산 또는 탄광의 갱내에서 광석이나 석탄을 적재하는 데 사용하는
기계로서, 궤도 위를 달리면서 작업한다. 이 밖에 적재방식에 의한 분류, 작업장치에 의해
분류하는 방법도 있다.

운반기계

① 덤프트럭:건설공사에서는 운반작업이 차지하는 비중이 가장 높으며, 특히 토목공사의
경우 그 태반이 운반작업이고, 이에 사용되는 덤프트럭도 공사단가의 절감을 위하여 점차
대형화하고 있다.
② 벨트컨베이어:벨트컨베이어는 터널 굴착에서의 토사운반, 쇄석기(碎石機)의 골재운반,
토지조성시의 토사운반 등에 사용되며, 점차 대용량·장거리 운반용으로 대형화하고 있다.
벨트컨베이어의 이점은 운반도로를 위한 토지점용이 필요하지 않고, 작업량이 많은
경우에는 운반단가가 절감된다는 점이다.
③ 덤프트레일러:건설공사의 대형화에 따라 운반작업을 위한 수단도 대형화하고 있다.
즉, 단기간 내에 대량의 토량을 운반하여 공사기간을 단축함과 동시에 공사단가를
절감시키기 위하여 운반도로 조건이나 교통의 복잡화를 피하면서 보다 합리적인 수단으로
발전한 것이 덤프트레일러에 의한 운반작업이다. 견인차에 15∼30 t급의 덤프트레일러를
3∼4대 정도 연결하면 한번에 45∼120 t의 토량을 운반할 수 있어 경비가 절감되고, 또
적재시간을 이용하여 견인차를 다른 용도에 전용(轉用)할 수 있는 이점이 생기게 된다.

운반 및 하역용 기계

운반기계 특히 크레인의 선택요령에 있어서는, 지형이나 이용이 가능한 면적, 지반의
강도, 기상(氣象) 등 작업장소의 검토와, 취급하는 물자의 중량·형태·규격과
작업반과의 관련성 등을검토해야 한다.
 
① 트럭크레인:트럭크레인은 트럭 위에 크레인 장치를 한 것으로 기동성이 좋다.
기계식 트럭크레인과 유압식 크레인으로 구분할 수 있다.
② 휠크레인:하나의 운전석에서 이동함이 없이 주행조작과 크레인의 조작 전부를
할 수 있고 기동성이 좋다. 공장 내의 작업, 항만의 하역작업, 좁은 장소에서의
작업 등에 적합하다.
③ 무한궤도식 크레인(굴착기계의 파워셔블 및 백호 참조).
④ 케이블크레인:하중(荷重)을 지지하는 트롤리가 2개의 지주(支柱) 사이에 걸쳐진
와이어로프를 궤도로 하여 주행(왕복)하는 크레인으로서, 지주의 형식에 따라
고정식·주행식·호동식(弧動式)·경동식(傾動式) 등으로 분류한다. 고정식은 양단을
고정한 것이고, 주행식은 양단의 철탑이 평행 또는 원호로 이동하는 형식이며,
호동식은 일단을 고정시키고 반대쪽 철탑을 원호로 이동시키는 형식이다.
⑤ 데릭크레인:철골의 조립·기초, 교량가설, 항만하역작업 등 광범위하게 사용된다.
 값이 싸고 작업반경과 인양능력이 크므로 경제적이며, 조립 또는 해체작업이 용이하다.
⑥ 지브크레인:고정식과 궤조(rai1) 위를 주행하는 주행식으로 구분된다. 대형은 주로
댐 건설공사에 사용되며, 인양능력이 2∼3 t급은 건축공사나 지하철 공사의 하역용으로
사용한다.
⑦ 타워크레인:두부구조(頭部構造)에 의하여 분류하면, 선회(旋回)프레임에 붐(boom)을
 장치하여 이 붐의 경사각도 변경으로 조종되는 붐경사식과, 선회프레임 좌우에 붐을
수평으로 균형잡히게 장치한 해머헤드식 및 붐경사식과 해머헤드식의 절충식 등이 있다.
탑고(塔高) 변경 방법에 의하여 분류하면 타워의 상부를 연장하면서 높게 하는
클라이밍식과, 타워 하부의 접합부를 연장시키면서 탑고를 변경하는 텔레스코프식으로
분류되고, 이동성에 의하여 분류하면, 타워 하부에 바퀴를 달고
궤조 위를 이동하는 주행식과, 고정식 및 타워 하부에 타이어 또는 무한궤도를 장치하고
이동할수 있는 이동식 등으로 분류한다.
⑧ 기타 기계:엘리베이터·윈치·호이스트 등이 있다.

기초공사용 기계

① 디젤 파일해머:디젤기관의 동력을 이용하여 땅속에 파일(말뚝)을 박는 기계. 1938년
독일에서발명된 것으로, 작업원리는 2사이클 디젤 내연기관과 동일하다. 본체(本體)는
그 중량과 떨어지는 높이에 의해서 타격력을 결정하는 램(ram), 타격력을 파일에 전달하는
앤빌(anvil), 램을 안내하는 실린더, 연료 분사장치, 기동장치(起動裝置) 등으로
구성되어 있다. 디젤 파일해머는 1분 간에 40∼60회의 타격횟수를 가지며, 앤빌이 파일
위에 씌워진 캡에 밀착되어 있으므로 타격 중심이 정확하고, 작업능률이 좋다.
② 진동 파일드라이버:편심중추(偏心重錘)를 회전시킴으로써 진동력을 발생시켜, 이것을
파일에 전달하여 항타(抗打)하는 것이다. 회전수는 500∼2,000 rpm이고 연약한 지반의
항타와 단단한 지반에서의 항발(抗拔) 작업에는 적응성이 있으나, 단단한 지반에서
항타하는 경우에는 실용성이 미약하다.
③ 이동식 파일해머:트럭의 차체(車體) 위에 리더를 탑재하고 항타기를 장치한 것. 기동성
있게 작업장을 이동해 가면서 작업할 수 있는 것이 특징이다.
④ 기타 기초공사용 기계:보링 기계·리버스 서큘레이션 드릴·페이퍼드레인 기계·
샌드드레인 기계·그로팅 기계 등이 있다.

노반용 기계

① 모터 그레이더:자갈길의 보수 유지, 노상(路床)·노반(路盤)의 구성, 정지(整地),
도랑파기, 사면절삭(斜面切削), 제설(除雪) 등의 작업에 사용하는 기계로서, 작업장치에
따라 블레이드 작업과 쇠스랑 작업으로 구분된다. 크기는 블레이드의 길이로 표시한다.
② 스태빌라이저:노반은 표층에서 오는 하중을 분산시켜 안전하게 노상으로 전달하는
부분이기 때문에 균일성 있고 충분한 지지력과 내구성(耐久性)이 있는 자료를 얻기 위하여
노반 안전처리를 하는데, 이에 사용되는 기계가 스태빌라이저이다. 스태빌라이저에는
노상혼합식과 플랜트식이 있다. 노상혼합식은 노상을 주행하면서 작업하고, 플랜트식은
가반식(可搬式)과 정치식(定置式)으로 분류된다.
③ 애그리게이트 스프레더:스태빌라이저(플랜트식)에서 생산된 노반 안전처리 자료 또는
쇄석재 등의 노반자료를 부설(敷設)하는 기계. 균일한 두께와 넓이로 노반 조성작업을
한다. 견인식과 자동식이 있다.
④ 노면 재생기:아스팔트로 포장된 노면의 수리에 사용되는 기계. 포장재료를 기계에
장입하고수리할 곳의 위를 주행하면 재료의 부설과 다지기가 동시에 이루어진다.

전압용 기계

① 로드롤러:3륜식(三輪式)의 머캐덤롤러와 2축식(二軸式) 및 3축식 탠덤롤러로 분류된다.
머캐덤롤러는 쇄석기층(碎石基層)부터 아스팔트 포장의 표층전압까지의 일관 작업을 할
수 있고,탠덤롤러는 점성토(粘性土), 아스팔트 포장의 표층전압작업 등에 적합하며, 물·
모래 등을 넣으면 기종(機種)에 따라 1∼3 t의 중량증가를 가져온다. 로드롤러의 동력
전달계통은 자동차와 유사하며, 크기는 자체중량(t)으로 표시한다.
② 타이어롤러:자주식(自走式)과 견인식으로 대별되며, 노상·노반부터 아스팔트 포장의
표층까지의 전압에 광범하게 사용되고 있다. 차륜의 배열이나 가중장치(加重裝置)에도
여러 가지종류가 있다. 자주식 타이어롤러의 운전방법은 일반적으로 사용되는 대형
자동차와 동일하고,크기는 자체중량(t)으로 표시한다.
③ 기타 전압기계:진동 롤러·양족식(羊足式) 롤러·콤팩터·탬퍼·래머 등이 있다.

골재생산기계

댐·발전소·항만의 축조, 공장·교량·고층건물·도로 등의 건설과 기타 건설공사에
사용되는골재의 수요는 증가일로에 있으며, 그 생산기계는 대체로 다음과 같다.

① 조크러셔:고정판과 동력에 의해 움직이는 동판(moving jaw) 사이에 원석이 들어가서
파쇄되는장치로서, 조의 크기에 따라 조크러셔의 크기(t/hr)가 정해지며, 고정판과 동판의
하부간격, 즉  골재 출구간격(opening)을 조정함으로써 생산되는 골재의 크기가 결정된다.
② 롤크러셔:2개의 롤을 서로 반대방향으로 회전시키고, 그 사이에 원석을 넣어 파쇄하는
장치로서, 더블 롤크러셔라고도 한다. 2개의 롤 간격을 조정함으로써 골재의 크기가
결정되고, 롤의 원주(圓周) 및 길이에 의해서 롤크러셔의 크기가 정해진다.
③ 기타 골재생산기계:피더·콘크러셔·해머크러셔·선별기(選別機)·선조기(旋造機:washer)
등이 있다.

콘크리트기계

① 콘크리트 플랜트:콘크리트를 조성하는 여러 재료를 공급하는 부분과 소요 배합량을
계량(計量)하는 부분 및 혼합하는 부분으로 구성된 콘크리트 생산설비.
② 콘크리트 믹서:콘크리트를 조성하는 여러 재료를 혼합하는 장치. 콘크리트 제조 방법에
따라 배치식(batch type)과 연속식으로 구분되고, 트럭 적재식과 가반식(可搬式) 및
고정식의 3가지 종류가 있다.
③ 콘크리트 진동기:타설(打設)된 콘크리트에서 운반 도중에 혼입된 공기나 잉여수
(剩餘水) 등을 제거하기 위하여 사용되는 진동기.
④ 콘크리트 펌프:혼합한 콘크리트를 2층·3층 등으로 파이프를 통해서 직접 소요되는
곳에 공급하는 기계로서, 작업을 한층 능률화해 준다.
⑤ 기타 콘크리트 기계:콘크리트 운반기·콘크리트 펌프·콘크리트 피니셔·콘크리트
스프레이어·콘크리트 커터 등이 있다.

아스팔트포장기계

① 아스팔트 플랜트:아스팔트 포장공사 등에 사용하는 가열혼합물을 생산하기 위하여
재료의 가열·건조·혼합을 하는 설비기계. 본체는 골재가열 건조장치, 배풍집진장치
(排風集塵裝置)·골재선별장치·계량장치·혼합장치로 되어 있으며, 부수장치로는
골재공급장치·아스팔트 용해장치·석분(石粉) 저장공급장치·중유(重油) 저장공급장치가
있고, 중량기록계·버너 자동연소장치·골재공급 집중제어장치 등이 특별장치로 쓰이는
경우도 있다. 아스팔트 플랜트는 시간당 생산량으로 크기를 표시하며, 배출하는
매진(媒塵)과 소음을 방지하여 환경오염방지에 대비할 필요가 있다.
② 아스팔트 피니셔:아스팔트 혼합물을 부설하는 데 사용되는 기계로서, 타이어식과
무한궤도식으로 분류되며, 그 크기는 아스팔트 혼합물의 시간당 부설능력(t/hr)으로
표시한다.
③ 기타 아스팔트 포장기계:아스팔트 디스트리뷰터·아스팔트 스프레이어 등이 있다.

기타 기계

터널 공사용인 터널 굴진기, 지하철 공사용의 쉴드 굴진기, 암석을 천공하는 착암기로서
드릴점보·크롤러드릴·웨이곤드릴·로크드릴 등이 있으며, 도로 유지관리용 기계로서
포장도로 청소기, 터널 청소기, 포장도로의 중앙선·경계선·추월금지선 등을 표지하는
라인 마커, 제설기계 및 건설공사의 여러 가지 목적에 사용되는 공기압축기·양수기
등이 있다. 또 작업선(作業船)으로서 드래그석션 준설선·펌프준설선·버킷 준설선·
디퍼 준설선·그래브 준설선, 기타 작업선 등이 있다.
 
  3)결언

 건설기계의 급격한 발전으로 인한 장비의 중요성은 날로 증대되어가고있고,현재
인력수급의 한계와 비용의 절감이란 두가지 명제에 대하여 현 기술진들은 최대의 고민을
경주하고 있다.본 강사의 생각으로는 앞으로 인력보다 건설기계가 주를 이루는 시공법으로
규격화되고 일률적인 시공이 이루어질것으로 예상된다고 하겠다.그렇다면 이본 강론은
건설기계 일반적 장단점을 논하며 마감을 하기로 한다.

건설기계 사용의 장단점 
 
장점은 다음의 다섯 가지가 있다.

① 인력으로 할 수 없는 작업을 가능하게 한다. 해저(海底)나 하상(河床)으로부터 매축용
(埋築用)으로 다량의 모래를 채취하기 위하여 펌프 준설선을 사용하는 일 등이다.
② 공사단가를 절감시킬 수 있다. 큰 댐공사나 임해공업지대(臨海工業地帶)의 대규모
매축공사 등을 싼 단가로 가능하게 한다.
③ 공사기간을 단축시킬 수 있다.
④ 완성된 것의 질이 균일하고, 좋은 것이 된다. 콘크리트를 예로 들면, 인력으로 배합하는
것에 비해 배합이 균일해지고, 따라서 그만큼 질이 향상되어 안전도가 높은 것을 만들 수
있다.
⑤ 건설공사는 작업조건이 가혹한 것이 많게 마련인데, 이 가혹한 데서 오는 위험으로부터
작업자를 보호해준다. 특히 최근에는 원격조작이 가능한 불도저 등에 의해 안전한 곳에서
기계를 조종할 수 있게 되었다.

결점으로는 세 가지 정도가 있다.

① 기계가 진보됨에 따라 고도의 기계지식을 지닌 사람이 아니면 사용할 수 없다.
② 능력이 큰 기계일수록 한 번 고장이 나면 공사 전체에까지 그 영향을 끼친다.
③ 소음·진동 등의 공해를 일으키기 쉽다. 건설기계에 있어서, 장점을 더욱 발전시키고
결점을 없애는 것이 앞으로의 커다란 과제이며, 특히 공해가 없는 기계의 개발과 안전하
고도 쾌적한 작업조건하에서 작업할 수 있는 기계의 연구가 건설기계에 부과된 과제라
하겠다.