• 터널과지하공간
• /
• 제32권4호
• /
• pp.243-253
• /
• 2022

본 연구에서는 회전식 절삭시험기를 활용하여 TBE (Tunnel Boring Extender)의 굴착효율을 평가하였다. 회전식절삭시험에서 TBE에 의한 굴착과정을 모사하기 위하여 중앙부가 선행 굴착되어 있는 중공형의 암석모사시험체를 모르타르를 이용하여 제작하였다. 회전식 절삭시험기에 설치된 언더커팅 디스크(undercutting disc cutter, UDC)를 이용하여 나선궤적을 따라 암석을 절삭함으로써 TBE에 의한 굴착과정을 모사하였으며, 언더커팅 디스크의 절삭조건을 변화시켜가며 절삭조건들이 커터작용력 및 비에너지에 미치는 영향을 살펴보았다. 시험결과로부터 UDC의 커터작용력은 반경압입깊이와 수직압입깊이가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 경향을 확인할 수 있었으며, 세 방향의 작용력 중 수직력의 비중이 매우 크게 나타났다. 반면 비에너지는 반경방향과 수직방향 압입깊이에 따라 지속적으로 감소하는 경향을 나타내었고, 특히 두 압입깊이의 비에 따라 비에너지가 최소화되는 지점이 나타날 것으로 판단되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제17권2호
• /
• pp.141-151
• /
• 2015

터널굴착의 효율성 증진 및 굴착시 발생하는 진동 저감을 위해 연마재 투입형 워터젯 시스템을 이용한 새로운 형태의 암반 굴착 방식이 개발되어 적용 중에 있다. 연마재 투입형 워터젯 시스템을 이용한 암반 굴착 방식에 있어서, 적절한 양의 연마재를 투입하는 것은 절삭 성능뿐만 아니라 전체 공정의 경제성 향상을 위해서도 매우 중요하다. 본 연구에서는, 다양한 공정 변수들 중 터널 굴착용 워터젯 시스템에서 특히 중요한 공정 변수들인 기하학적 변수(연마재 탱크(또는 호퍼) 높이, 연마재 투입관의 구배, 연마재 투입관의 길이, 연마재 투입관의 굴곡도), 연마재 변수(연마재 입자 크기), 젯 에너지 변수(수압, 유량)이 연마재 투입량 및 연마재가 믹싱 챔버 내로 흡입될 때 발생하는 흡입 압력에 미치는 영향을 규명하기 위하여 다양한 조건에서 실험을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 또한, 실험적 연구를 통하여 연마재 투입량이 절삭 성능에 미치는 영향을 논의하였다. 본 연구 결과를 바탕으로 주요 공정 변수들을 조절하여 적절한 연마재 투입량을 유지하면 터널 굴착용 워터젯의 절삭 성능을 극대화할 수 있을 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
• /
• 제8권4호
• /
• pp.332-341
• /
• 1998

석판재의 모서리 가공작업은 많은 경우 자동화가 이루어지고 있지만 제품의 형태 가 복잡해지면 여전히 수작업에 의해 연마가 이루어지고 있다. 본 논문을 성형공구의 제작 에 앞서 성형공구의 특성과 장비의 운영요소들의 변화에 따른 연마절삭성능을 파악하기 위 한 기본시험이 수행결과를 나타내는 것이다. 장비의 운영요소는 헤드의 회전속도 및 이송속 도, 가압하중, 급수율, 절삭방향과 이송방향이 포함된다. 실험결과는 연마절삭성능 즉 공구 마모 무게에 대한 판재의 절삭량으로 표시하였고, 각 운영요소들 마다의 적정 운영수준이 제시되어 있다. 또한 연마재 투입략의 변화에 대한 마모시험에서는 마모도는 연마재의 증가 에 따라 증가하지만 어느 이상의 양에서는 오히려 감소하고 있다.

• 터널과지하공간
• /
• 제23권1호
• /
• pp.54-65
• /
• 2013

선형절삭시험(Linear Cutting Machine)은 TBM(Tunnel Boring Machine)에서의 디스크 커터 설계와 굴진성능 예측을 위한 가장 신뢰성 있는 시험 중의 하나로서, 실대형 암석시료를 대상으로 실제의 커터 하중을 예측할 수 있는 장점을 갖고 있지만, 시료의 채취 및 운반이 용이하지 않고, 1회 시험에 많은 비용이 소요되는 단점을 갖고 있다. 최근 선형절삭시험이 갖는 이러한 경제적 시간적 제약점들을 극복할 수 있는 현실성 있는 수치모델의 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 3차원 입자결합모델을 이용하여 디스크 커터의 절삭에 의한 부산 응회암의 파쇄양상과 최적 커터간격을 도출하였다. 본 해석에서 분석된 비에너지는 $14.3MJ/m^3$ 일 때 최소값을 나타냈다. 이때의 최적의 s/p 비는 약 16 으로 분석되었으며, 부산응회암의 선형절삭시험 및 유한요소법에 의한 수치해석 연구결과와 유사한 경향을 나타냈다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제15권5호
• /
• pp.469-481
• /
• 2013

워터젯 절삭기술을 이용한 자유면 생성에 있어서, 생성된 자유면 내부의 모니터링은 효율적인 작업 진행을 위해서 매우 중요하다. 본 연구에서는 레이저 센서를 이용하여 자유면 측정 실험을 수행하고 실질적 현장적용을 위한 변수의 영향 정도와 최적변수 범위를 제시하였다. 영향을 미치는 변수를 레이저의 분해각(angular resolution), 측정 이격거리(measurement distance), 그리고 자유면의 절삭형상(cutting shape)으로 나누어 실험 수행 및 결과 분석을 하였다. 그 결과 분해각과 측정 이격거리가 감소할수록 그리고 절삭 폭이 증가할수록 보다 정밀한 모니터링이 가능함을 확인할 수 있었다. 본 레이저 측정 시스템을 이용하면 자유면 형상과 깊이의 측정이 실제 현장에서 충분히 적용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제22권4호
• /
• pp.383-399
• /
• 2020

디스크커터의 간격을 최적화하는 것은 TBM 커터헤드의 설계의 핵심요소로, TBM의 굴진성능을 좌우한다. 실대형 선형절삭시험은 디스크커터의 간격 산정을 위해 가장 신뢰성 및 정확도가 높은 시험으로 알려져 있으나 실대형 실험을 위해 경제적 및 시간적 비용이 소요되는 단점이 있다. 본 연구에서는 개별요소법 기반의 수치해석 연구를 통해 암반의 일축압축강도 및 압입깊이에 따른 비에너지-S/P비 간의 경향성을 분석하였고, 17인치 디스크커터의 최적 간격을 도출하였다. 수치해석모델의 적정성을 검토하기 위하여 디스크커터에 작용되는 회전력을 CSM 모델과 비교·검토하였다. 선형절삭시험에 대한 수치해석 결과, 디스크커터에 작용되는 회전력은 CSM 모델의 이론식으로부터 도출한 회전력과 유사한 것으로 분석되었다. 5가지(50 MPa, 70 MPa, 100 MPa, 150 MPa, 200 MPa)의 일축압축강도에 대한 수치해석 결과, 암반강도가 증가할수록 디스크커터의 최적간격의 범위는 감소하는 경향을 보였으며 80~100 mm범위에서 최소 비에너지를 보이는 것으로 확인되었다. 이는, 기존에 보고된 디스크커터의 최적 간격과 일치되는 경향으로써, 본 연구를 통해 산정된 디스크커터 간격을 밑받침한다.

• 터널과지하공간
• /
• 제28권6호
• /
• pp.651-669
• /
• 2018

본 연구에서는 유전자 프로그래밍과 개체군집최적화기법을 이용하여 픽 커터의 비에너지를 예측하기 위한 모델을 제안하였다. 기계굴착장비의 굴진성능을 평가하는 것은 터널의 설계 초기 단계에서 매우 중요하며, 비에너지를 이용한 기계 굴착장비의 굴진성능평가방법은 모든 기계굴착공법에 적용될 수 있는 표준화된 방법이다. 본 연구에서는 코니컬형상의 픽 커터가 암석을 절삭할 때 요구되는 비에너지와 암석의 강도특성, 절삭조건 간의 상관관계를 분석하고자 하였으며, 선행연구를 통해 총46개의 선형절삭시험 결과를 수집하여 분석에 활용하였다. 본 연구에서 제안한 예측모델을 이용하여 산정된 픽 커터의 비에너지는 다중선형회귀분석에 비해 작은 평균제곱오차를 나타내었으며, 결정계수 또한 본 연구에서 제안한 모델이 다중선형회귀분석에 비해 우수한 예측결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
• /
• 제19권5호
• /
• pp.440-449
• /
• 2009

LCM 시험은 TBM에서의 디스크 커터 설계와 굴진성능 예측을 위한 가장 신뢰성 있는 시험 중의 하나이다. 그러나 이는 실대형 암석시료의 채취, 운반 및 거치에 많은 비용이 소요되는 단점을 가지고 있으며, 절리가 포함된 시료에 대한 시험이 용이하지 않아 시험에서 예측된 모델을 설계에 활용하기 어려운 경우가 많다. 따라서 LCM 시험이 갖는 이러한 경제적 시간적 제약점들을 극복할 수 있는 현실성 있는 수치모델링이 고려된다면, 현장에서의 복잡한 검토과정 없이 현장에 직접 적용할 수 있는 적합한 형태의 TBM 절삭모델을 제시할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 UDEC을 이용하여 단일절리를 포함한 암석시료에 대한 디스크 커터의 절삭 메커니즘 분석을 위해 디스크 커터의 가압지점의 위치와 절리의 방향성에 따른 균열전파양상을 분석하였으며, 이를 통하여 절리의 방향에 따른 적절한 디스크 커터의 가압지점 위치 및 디스크 커터의 적정 간격을 도출하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제33권5호
• /
• pp.414-424
• /
• 2023

본 연구에서는 픽커터의 다양한 형상변수들과 그에 따른 절삭 가능 암반 조건들에 대한 총 326개의 정보를 수집하고 데이터베이스를 구축하였다. 이와 같이 구축한 데이터베이스를 대상으로 통계분석을 실시한 결과, 픽커터의 형상을 정의하는 변수들 사이에는 유의미한 양(+)의 상관관계가 존재하는 것으로 나타났다. 특히, 픽커터의 길이 관련 변수들과 텅스텐 카바이드 삽입재의 형상 변수들 사이의 상관관계가 높게 나타났다. 픽커터 샤프트의 직경도 삽입재의 형상변수들과 밀접한 상관관계를 나타내었다. 반면, 네 가지 조건으로 정의한 암반 조건에 대한 변수와 픽커터의 형상 변수들 사이에는 뚜렷한 상관관계를 확인하기 어려웠다. 이는 암반의 불확실성으로 인해 픽커터의 적용 대상을 수치가 아닌 적용 가능 범위로 제시했기 때문인 것으로 사료된다. 단, 암반이 강해질수록 픽커터 형상변수들의 평균값이 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나 픽커터의 길이 관련 변수들은 암반이 강해질수록 오히려 작아지는 것으로 나타났는데, 이는 경암반에서 길이가 긴 픽커터를 사용할 때 발생할 수 있는 모멘트의 발생을 줄이기 위한 방안으로 사료된다.

• 터널과지하공간
• /
• 제33권1호
• /
• pp.1-9
• /
• 2023

국내 터널현장에 도입된 드럼타입 로드헤더의 작동방식 및 현장 운영 사례를 소개하였다. 축방향 타입과 횡방향 타입의 작동에 따른 절삭력과 반력의 방향을 분석하였다. 텔레스코픽 실린더의 사용 유무에 따른 터널면 형성의 차이점을 설명하였다. 실린더를 사용하지 않는 경우, 오목한 작은 반경의 터널면이 형성되어 터널면을 좌우로 구분하여 굴진하는 것으로 조사되었다. 그리고 국내 경암 터널 굴착환경에서 썸핑과 쉬어링 공정의 적용방안을 도해적으로 설명하고, 굴착공정에 대한 기존 설명자료를 일부 보완하였다.