Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.17
no.2
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pp.141-151
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2015
A new rock excavation method using an abrasive injection waterjet system has been developed to enhance the efficiency and reduce the vibration of tunnel excavation. The abrasive feed rate is an important factor for the cutting performance and the economical efficiency of waterjet-based excavation. In this study, various experiments were performed to explore the effects of major process parameters for both the abrasive feed rate and the suction pressure occurring inside the mixing chamber when the abrasives are inhaled. Experimental results reveal that the abrasive feed rate is affected by geometry parameters (abrasive pipe height, length, and tortuosity), abrasive parameters (abrasive particle size), and jet energy parameters (water pressure and water flow rate). In addition, the relation between the cutting performance and the abrasive feed rate was discussed on the basis of the results of an experimental study. The cutting performance can be maximized when the abrasive feed rate is controlled appropriately via careful management of major process parameters.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.4
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pp.417-430
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2014
A new rock excavation method using an abrasive waterjet system is under development for efficiently creating tunnels and underground spaces in urban areas. In addition, an appropriate abrasive flow rate and abrasive flow quality are important for the new rock excavation (cutting) method using an abrasive waterjet system. This study evaluated the factors influencing the abrasive flow rate and abrasive flow quality, specifically the abrasive pipe height, length, tortuosity and inner diameter, through experimental tests. Based on the experimental test results, this study suggested optimal conditions for the abrasive flow rate and abrasive flow quality. The experimental results can be effectively utilized as baseline data for rock excavation methods using an abrasive waterjet system in various construction locations such as tunnels near urban surroundings, utility tunnels, and shafts.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.6
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pp.763-778
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2019
Abrasive waterjet cutting technology has been used for rock excavation of tunnels and underground structures due to various advantages. In order to cut rocks by using the abrasive waterjet system, abrasive is essential to enhance impact energies for fracturing the target rock. Since garnet abrasives are not produced in Korea, alternative abrasives, instead of garnets, are needed to achieve the economical waterjet cutting. This study is to analyze cutting performance for rocks with sandy particles as alternative abrasive. Cutting tests were carried out on granite specimens at the constant waterjet energy (e.g., water pressure or water flow rate). The five kinds of sands, sampled by construction fields and natural sites, were prepared to perform the experimental tests. When sea sand was used as an alternative abrasive, cutting performance was secured to be 60~70% compared to the commercial garnet abrasive. Thus, it is expected that sand abrasives can be applied on the waterjet cutting process for the economical excavation construction.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.14
no.5
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pp.517-528
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2012
Inserting a nozzle assembly into a removed cutting space during a continuous cutting operation is necessary in rock excavation using an abrasive waterjet. In this study, a combined two nozzle assembly is used to secure enough removal width. The shape of the cut space is affected by the geometric parameters (standoff distance, nozzle angle, and vertical distance between the nozzle tips) of the combined nozzle assembly. Abrasive waterjet cutting tests are performed with various geometric parameters for granite rock specimens. Optimized geometric parameters for the nozzle inserting process are determined and verified through the experimental tests.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.14
no.4
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pp.421-435
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2012
Rock excavation (removal) tests are performed with effective parameters using an abrasive waterjet. For verification of the field rock excavation capabilities, the removal performance and level of efficiency are analyzed for hard granite rock in terms of the water pressure, exposure time of the jet, and the standoff distance. In particular, experimental tests are performed with a long standoff distance required condition in the real excavation field. The rock removal performance level changes according to the rock properties. In this study, various rock specimens are used and P-wave velocities are measured in order to determine the correlation between the removal performance and the P-wave velocity. As a result of the experimental study, the effect of waterjet parameters on rock removal is analyzed.
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
Park, Jun-Sik;Cha, Hyun-Jong;Jo, Seon-Ah;Jung, Ju-Hwan;Oh, Tae-Min
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.5
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pp.395-409
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2022
To overcome the limitation of conventional rock excavation methods, the excavation with abrasive waterjet has been actively developed. The abrasive waterjet excavation method has the effect of reducing blasting vibration and enhancing the excavation efficiency by forming a continuous free surface on the rock. However, the waterjet cutting performance varies with rock fracturing characteristics. Thus, it is necessary to analyze the cutting performance for various rocks in order to effectively utilize the waterjet excavation. In this study, cutting experiments with the high pressure waterjet system were performed for basalt and granite specimens. Water pressure, standoff distance, and traverse speed were determined as effective parameters for the abrasive waterjet cutting. The cutting depth and width of basalt specimens were analyzed to compare with granite results. The averaged cutting depth of basalt was shown in 41% deeper than granite; in addition, the averaged cutting width of basalt was formed by 18.5% narrower than granite. The results of this study are expected to be useful basic data for applying rock excavation site with low strength and high porosity such as basalt.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.2
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pp.153-170
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2022
Waterjet has been comprehensively used in urban areas owing to a suitable technique for cutting concrete and rock, and low noise and vibration. Recently, the abrasive waterjet technique has been adopted and applied by the Korea Atomic Energy Research Institute to demolish concrete plugging without disturbing and damaging In-situ Demonstration of Engineered Barrier System in the disposal research tunnel. In this study, the use of abrasive waterjet in the tunnel was evaluated for practical applicability and the existing cutting model was compared with the experimental results. As a variable for waterjet cutting, multi-cutting, water flow rate, abrasive flow rate, and standoff distance were selected for the diversity of analysis. As regarding the practical application, the waterjet facilitated path selection for cutting the concrete plugging and prevented additional disturbances in the periphery. The pump's noise at idling was 64.9 dB which is satisfied with the noise regulatory standard, but it exceeded the standard at ejection to air and target concrete because the experiment was performed in the tunnel space. The experimental result showed that the error between the predicted and measured cutting volume was 12~13% for the first cut and 16% for second cut. The standoff distance had a significant influence on the cutting depth and width, and the error tended to decrease with decrement of standoff distance.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.17
no.5
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pp.533-551
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2015
The rock fracturing during waterjet cutting is very complicated because rock is inhomogeneous and anisotropic, compared with artificial materials (e.g., metal or glass). Thus, it is very important to verify the effects of rock properties on waterjet rock cutting performance. Properties affecting the rock cutting efficiency have been variously described in the literature, depending on the experimental conditions (e.g., water pressure, abrasive feed rate, or standoff distance) and rock-types studied. In this study, a rock-property-related literature review was performed to determine the key properties important for waterjet rock cutting. Porosity, uniaxial compressive strength, and hardness of the rock were determined to be the key properties affecting waterjet rock cutting. The results of this analysis can provide the basic knowledge to determine the cutting efficiency of waterjet rock cutting technology for rock excavation-related construction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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