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

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권4호
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• pp.417-430
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• 2014

도심지 내 지하공간의 효율적인 활용을 위해서 연마재 워터젯 시스템(abrasive waterjet system)을 이용한 새로운 형태의 암반굴착 공법이 개발되어 활용 중에 있다. 연마재 워터젯 시스템을 활용한 굴착(절삭) 수행 시 적정량의 연마재를 투입하고 연마재입자의 유동성을 원활하게 유지하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 실내실험을 통해 연마재 입자의 유동성과 관련된 영향인자들을 연마재 관 설치높이, 연마재 관 길이, 연마재 관 굴곡도 그리고 연마재 관 내경으로 나누어 연마재 투입량 및 유동성 수준을 평가하였다. 또한, 실험결과를 바탕으로 연마재 투입량 및 연마재 입자 유동성에 관한 최적 조건을 제시하였다. 본 연구결과를 바탕으로 향후 암반 굴착용 워터젯 공법이 도심지 내 터널, 공동구, 수직구 건설 등 다양한 지반 구조물 굴착 작업 시, 최적 연마재 투입을 위한 기초자료로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.763-778
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• 2019

연마재 워터젯 절삭 기술은 다양한 장점으로 인하여 터널 및 지하공간 암반굴착에 활용되고 있다. 워터젯을 이용하여 암반을 파쇄하기 위해서는 반드시 연마재 투입이 필수적이다. 기존 석류석(garnet) 연마재는 국내에서 생산되지 않기 때문에 경제적 측면에서 대체 연마재가 필요한 실정이다. 본 연구는 국내 자연 및 건설현장에서 쉽게 구할 수 있는 모래를 대체 연마재로 사용 가능한지 규명하고자 한다. 실험 데이터 확보를 위해 준비한 현장 모래 5종을 연마재로 사용하여, 동일한 에너지 조건(수압, 유량)에서 화강암 절삭 실험을 수행하였다. 바다 모래를 연마재로 사용할 경우, 절삭성능은 상용 석류석 대비 60~70%가 확보되는 것으로 확인 되었다. 현장에서 경제적인 워터젯 굴착을 위해서 현장 모래를 대체 연마재로 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한자원환경지질학회:학술대회논문집
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• 대한자원환경지질학회 2002년도 춘계 공동학술발표회
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• pp.249-252
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• 2002

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권5호
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• pp.517-528
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• 2012

연마재 워터젯을 이용하여 암반을 굴착하기 위해서는 노즐이 삽입되고 절삭하는 연속적 공정이 요구된다. 본 연구에서는 노즐이 삽입되기 위한 충분한 절삭 폭을 확보하기 위해 한 쌍의 연마재 워터젯 노즐을 이용하여 암석 절삭실험을 실시하였다. 한 쌍의 노즐형태와 위치에 따른 기하학적 변수에 따라 암석 절삭형상과 절삭 폭이 달라지는 것을 확인하였다. 정의된 기하학적 변수에 따라 절삭 깊이 및 폭을 측정하여 암반에 형성되는 절삭단면 형상을 분석하였다. 그 중 노즐 삽입이 가능한 기하학적 변수를 제시하고 현장적용 가능성에 대해 검증하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.421-435
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• 2012

연마재 워터젯을 이용하여 다양한 영향변수에 따라 암석시편에 굴착(제거)실험을 수행하였다. 현장암반굴착 가능성을 판단하기 위해 신선한 경암(화강암) 시편을 기준으로 수압, 노출시간, 그리고 이격거리에 따라 굴착성능 및 굴착형상을 분석하였다. 특히 이격거리는 현장에서 요구하는 높은 수준의 조건에서 실험을 실시였다. 추가적으로 암석에 따른 굴착성능을 비교하기 위해, 실제 굴착현장에서 획득한 암석시편을 대상으로 P파 속도를 측정하여 동일한 조건에서 워터젯 실험을 수행하였다. 획득된 실험결과로부터 워터젯 변수가 암반제거에 미치는 영향을 분석하였다.

• 화약ㆍ발파
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• 제19권3호
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• pp.105-113
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• 2001

채석, 굴착, 가공과 같은 워터젯 응용분야에서 대상재료에 깊은 홈(kerf)을 절단할 수 있는 실험실용 회전식 슬로터(slotter)를 제작하여 암석을 대상으로 워터젯 시스템의 절단효율을 시험하였다. 고압펌프는 유율 7.5 l/min, 압력 379 MPa, 용량 75 kW급의 JETPAC을 주로 사용하였고, 암석시료는 화강석인 제천석, 거창석을 사용하였다. 시험과정에서는 물과 연마재 투입에 의한 절단 및 진동식 슬로터에 의한 슬롯절단 기초시험을 먼저 수행하고, 그 결과를 토대로 회전식 슬로터에 의한 절단시험을 실시하였다. 순수한 물에 의한 시험의 결과 고압수류의 토출압력은 절단심도에 정비례하였고, 노즐의 이송속도는 이차함수 형태의 반비례 관계를 보였다. 연마재 투입시험에서는 순수한 물에 의한 경우에 비해 연마재로 인한 충격력의 증가로 절단심도가 크게 증가하였는데, 유사한 조건하에서 3~5배 이상의 절단심도의 증가를 보였다. 진동식 슬로터에 의한 슬롯절삭에서는 생성된 슬롯의 내벽면이 바닥으로 갈수록 좁아짐으로써 넓은 폭의 슬롯형성은 가능하나 절삭심도가 제한되었다. 회전식 슬로터에 의한 시험에서 생성된 슬롯들은 평균 22 mm의 폭으로 내벽면이 바닥까지 서로 평행하여 깊은 심도까지 비트진입이 가능하였다. 절단율은 16~32 mm/sec의 속도범위에서 $40~160{\;}\textrm{mm}^2/sec$로 나타났다. 한편, 최대유율 24 l/min의 HUSKY S-200 펌프에 의한 시험결과 JETPAC 펌프에 비해 1.13~3.47 배의 절단심도를 보였다

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.395-409
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• 2022

기존 암반 굴착공법이 갖는 한계점을 극복하기 위해 최근 연마재 워터젯 공법을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 연마재 워터젯 암반굴착 공법은 암반에 연속적인 자유면을 형성하여 발파 시 발생하는 진동을 저감하고 굴착효율을 증진시키는 효과가 있다. 그러나 연마재 워터젯 절삭성능은 암반의 물리적 성질에 따라 변화한다. 따라서, 다양한 물리적 성질을 가진 암반이 혼재하는 굴착현장 특성상 효과적인 워터젯 활용을 위해서는 다양한 암종의 절삭성능을 분석하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 현무암과 화강암을 대상으로 수압, 이격거리, 이송속도를 변화시키며 절삭실험을 수행하고 결과를 분석하였다. 실험결과, 현무암은 화강암보다 평균적으로 약 41% 깊게 절삭되고, 절삭 폭은 약 18.5% 좁게 형성되었다. 본 연구결과는 향후 현무암과 같은 강도가 낮고 공극이 큰 암반 굴착현장에서 연마재 워터젯을 적용할 시 유용한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권2호
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• pp.153-170
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• 2022

워터젯은 콘크리트와 암석 절삭에 적합하며 소음과 진동이 적어 도심지 시공에 널리 활용되는 기술이다. 최근 한국원자력연구원은 처분터널 내 공학적방벽의 열-수리-역학적 복합거동 현장시험의 콘크리트 플러그를 교란 및 손상 없이 해체하기 위해 연마재 워터젯 기술을 채택 및 적용하였다. 본 연구에서는 플러그 해체를 통한 연마재 워터젯의 터널 내 적용성을 평가하였고, 절삭 결과를 개발된 절삭 모델 결과와 비교하였다. 현장 적용성에 관해서는, 워터젯 활용은 경로선택이 용이하였으며 주변부의 추가적인 교란을 발생시키지 않았다. 펌프의 소음은 공회전 시 64.9 dB로 국내 생활소음·진동의 규제기준을 만족하였으나 공중 분사 및 절삭 시에는 터널 내에서 측정되어 그 기준을 상회한 것으로 나타났다. 절삭 모델 검증을 위해 연마재 워터젯의 반복 절삭, 유량, 연마재 투입량 및 이격거리를 주요 변수로 선정하였고 절삭 모델로 계산된 절삭 부피와 측정된 부피의 오차는 1회 절삭 시 12~13%, 2회 절삭 시 16%를 보였다. 절삭 깊이와 폭은 이격거리에 큰 영향을 받았으며, 이격거리가 작을수록 오차가 감소하는 경향을 보였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권5호
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• pp.533-551
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• 2015

암석은 인공적인 재료(금속, 유리)에 비해 불균질하고 이방성을 가지고 있기 때문에 워터젯 절삭시 매우 복잡하게 파쇄되는 특성을 가진다. 워터젯 절삭시 암석특성에 따라 절삭성능이 결정되므로 물성에 대한 영향을 파악하는 것은 매우 중요하다. 워터젯 절삭효율에 영향을 미치는 물성은 선행문헌의 실험조건(수압, 연마재 투입량, 이격거리 등) 및 암종에 따라 다양하게 제시되고 있다. 본 연구에서는 워터젯 시스템을 이용한 암석절삭에 있어서 물성영향에 대해 문헌연구를 실시하고 중요 물성을 분석하였다. 선행문헌 연구를 통해 암석의 공극율, 일축압축강도, 경도가 워터젯 암석 절삭에 있어서 중요한 물성으로 도출되었다. 분석결과는 향후 워터젯 절삭 기술을 이용한 터널공사시, 암반특성에 따른 굴착효율을 예측하기 위한 기초지식을 제공할 수 있을 것이다.