• 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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• 제23권3호
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• pp.167-181
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• 2021

터널굴착의 경제성 확보 및 굴착 시 발생하는 진동저감을 위해 워터젯 시스템을 활용한 새로운 형태의 암반 굴착공법이 개발되고 있다. 워터젯 절삭을 이용한 효율적인 암반 굴착을 위해서는 워터젯 절삭폭의 중첩과정이 필수적이다. 본 연구는 초고압 연마재 워터젯 시스템을 이용하여 절삭폭 중첩도 및 이격거리에 따른 화강암 시편 절삭실험을 수행하였다. 실험결과를 바탕으로 중첩도 단계에 따른 화강암 절삭성능을 분석하였다. 그리고 형상인자를 절삭깊이, 절삭폭, 그리고 절삭부피로 분류하여 중첩 절삭 후 단면의 형상을 분석하였다. 절삭폭 중첩도가 58% 이하가 되면 중첩이 충분하지 않아 연속적인 암반제거가 불가능하였다. 반면 절삭폭 중첩도 67% 이상에서는 과절삭 현상이 확인되었다. 한편 부분중첩(25~75%) 조건에서는 기존 워터젯 절삭에 비해 효율적인 부피제거가 가능한 것으로 분석되었다. 해당 연구는 워터젯을 활용한 암반 굴착 시 최적 중첩도를 결정하기 위한 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 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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• 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.

• 터널과지하공간
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• 제33권4호
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• pp.244-254
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• 2023

TBM에 장착되어 암석을 절삭하는 디스크커터에는 암반을 굴착하는 과정에서 세 방향의 절삭력이 작용한다. 일반적으로 디스크커터의 절삭력은 굴착대상암반의 강도에 따라 증가하는 것으로 알려져 있고, 디스크커터가 여러 원인에 의해 정상적으로 회전이 이루어지지 않는 경우에는 회전력이 급격하게 증가할 수 있다. 따라서 굴착 도중 디스크커터에 작용하는 절삭력은 굴착의 대상이 되는 암반의 상태나 디스크커터의 절삭상태를 나타내는 중요한 정보가 될 수 있다. 이러한 이유로 해외를 중심으로 디스크커터의 작용력을 실시간으로 측정하기 위한 기술의 개발이 이루어지고 있으며, 본 연구에서는 현재까지 해외의 문헌을 통해 보고되고 있는 TBM 디스크커터의 하중계측에 관한 연구현황에 대하여 소개하고자 하였다. 향후 국내에서도 유사한 기술의 개발이 이루어지는 경우에 유용한 참고자료가 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2009년도 학술발표회 논문집
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• pp.173-180
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• 2009

• 터널과지하공간
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• 제21권6호
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• pp.508-517
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• 2011

선형절삭시험은 실제 TBM에 장착되는 디스크커터를 사용하여 암석을 절삭하는 시험으로 디스크 커터의 암석절삭성능을 평가할 수 있는 가장 정확하고 신뢰도가 높은 시험 중 하나이다. 시험을 통해 디스크커터에 작용하는 작용력과 암석 절삭 부피 등을 정량적으로 측정할 수 있으며 선형절삭시험 결과는 TBM 커터헤드의 설계에 필요한 핵심인자(수직력, 회전력, 최적절삭간격 등)를 결정하는데 직접적으로 활용될 수 있다. 국내에서도 LCM시험시스템이 구축되어 국내 대표 암종에 대한 선형절삭시험이 수행된 바 있으나 국내에서 수행된 일련의 선형절삭시험은 등방성 암석에 초점을 맞추어 수행되었다. 하지만 이방성 암반을 굴착하는 TBM 커터헤드의 설계 시에는 암석의 절삭효율과 디스크 커터의 절삭성능에 미치는 대상 이방성암반의 영향을 고려하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 이방성 암석의 편리각이 TBM의 절삭성능에 미치는 영향을 알아보기 위하여 두 개의 다른 편리각을 가지는 아산편마암을 대상으로 압입깊이와 커터간격을 변화시켜가며 다양한 절삭조건하에서 선형절삭시험을 수행하였다. 시험결과는 암석의 이방성은 디스크커터에 의한 암석의 절삭효율 및 절삭성능에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며 특히 이방성 각도에 따른 암석의 강도 변화는 TBM의 절삭성능을 예측하는데 있어 고려되어야 할 중요인자임을 확인할 수 있었다.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2001년도 추계공동학술발표회 논문집
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• pp.247-258
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• 2001

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권10호
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• pp.1069-1077
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• 2015

발파를 이용한 터널굴착시, 와이어쏘를 이용하여 심빼기 부분 외곽에 불연속면을 발생시켜 발파진동을 차단함으로써 소음 및 진동을 저감시키고자 하는 방법은 타 방법에 비해 시공이 간편하고 경제적일 것으로 예상된다. 본 논문에서는 터널굴착용 와이어쏘의 절삭 메커니즘을 규명하기 위하여 시간에 따른 절삭 깊이 변화와 절삭 중 암석 내부의 와이어쏘 곡선 형태를 파악할 수 있는 절삭 모델을 구축하고 검증하였다. 구축된 모델을 이용한 시뮬레이션을 통해 터널굴착용 와이어쏘 절삭의 특징을 살펴보고, 와이어쏘 인장력, 와이어쏘 속도, 피드 속도, 천공 깊이 및 천공 직경과 같은 주요 조건들이 절삭 성능에 미치는 영향을 검토하였으며, 이러한 검토 결과를 바탕으로 절삭 성능을 높이기 위한 방안을 제시하였다.

• 터널과지하공간
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• 제29권3호
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• pp.148-156
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• 2019

최근 도심지에서의 터널 및 지하공간 개발에 있어 TBM을 비롯한 다양한 형태의 기계식 굴착장비의 적용이 증가하고 있다. 한편 기존의 전통적인 암석절삭방식에서 변형된 언더커팅방식 적용한 암반의 기계식 굴착공법에 대한 연구가 선진국을 중심으로 수행되어 소개된 바 있다. 따라서 국내에서도 기존의 암반기계굴착에 대한 연구를 지속적으로 수행함과 동시에 최신 기술에 대한 연구가 요구된다. 본 연구에서는 언더커팅에 대한 기초연구로서 해당 기술의 원리 및 굴착방식에 대한 소개와 더불어 해외 선진 기관들의 연구 현황을 조사하였다. 언더커팅공법은 터널 및 지하공간의 개발을 위한 단독공법으로 적용이 가능할 뿐만 아니라 터널의 확공 및 기존 공간의 확장을 위한 보조공법으로의 활용성도 우수한 것으로 판단되었다.