R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201919TBIP-C126507-03 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술사업화지원 | |||||
| 연구과제명 | 와이어쏘에 의한 장심도 암반절단 기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-04-01 ~ 2019-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 정성남 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
17명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 250,000,000 원 기업 : 167,000,000 원 계 : 417,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 731,000,000 원 기업 : 491,400,000 원 계 : 1,222,400,000 원 |
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| 연구기관명 | (주)경도 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
- 한국철도기술연구원(이하 철도연)으로부터 기술이전된 ‘터널굴착용 와이어쏘 기술’은 터널막장 외주면을 미리 잘라 자유면을 확보함으로써 발파 진동을 저감시키는 기술임 ※ 와이어쏘는 원래 석산에서 석재를 채취하거나 오래된 구조물을 철거하는 용도로 주로 사용되는 다이아몬드공구인데, 터널현장에서 발파진동 저감을 위해 적용된 것은 철도연의 사업화 대상 이전기술이 처음이었음 ※ 자유면이란 발파 또는 할암으로 암반을 굴착할 때 외부(공기, 물)와 접촉하는 면으로 자유면이 많을수록 발파나 할암의 효율성이 증가함 - 금번 과업에서는 철도연의 ‘터널굴착용 와이어쏘 기술’을 계승 발전시켜 지하 수직구조물(수직구) 시공에 적용하고자 함 ※ 지하 수직구조물(수직구, vertical shaft)이란 비개착(Trenchless) 방식으로 터널을 시공하기 위해 터널의 시종점부에 수직방향으로 선 시공하는 터널형태의 토목구조물을 말함 - 수직구와 같은 제한된 공간에서 암반굴착 작업시 발파진동 저감을 위하여 화약사용 없이 진행되는 할암(암쪼개기)을 수행할 경우, 암반에 자유면(틈새)을 만들어 주면 할암 작업능률이 대폭 상승함 ※ 할암이란 화약을 사용할 수 없는 조건에서 유압 쐐기를 이용하여 소음진동 없이 암반을 파쇄하는 것 - 따라서, 금번 과제에서는 와이어쏘 기술을 이용한 암반 절단을 수행하여 자유면(틈새)을 확보한 이후 할암 작업을 수행함으로써 굴착 효율을 획기적으로 개선시키기 위한 핵심기술을 개발하고자 함 - 당해 기술은 발파진동에 따른 민원 및 피해가 예상되어 무진동 암파쇄를 적용해야 하는 모든 지하구조물(수직구, 터널, 터파기, 비개착) 건설 현장에 적용될 수 있음 ※ 무진동 암파쇄(rock splitting) 공법이란 유압 쐐기를 이용하여 소음·진동이 거의 없이 암반을 파쇄시키는 공법을 말함 - 또한, 열차 및 과하중 차량 운행에 따른 지반진동을 저감하여 정온한 환경을 유지하기 위한 방진구(진동차단벽) 설치에도 활용할 수 있음. [최종목표] - [최종목표] 와이어쏘 1회 절단면적을 40㎡ 이상 (절단깊이 10m 이상, 절단폭 4m 이상) 확보하기 위한 핵심기술 개발 ※ 현재 1회 최대 절단면적 10m2 미만임. [핵심기술 1] 장심도 암반절단 시스템 개발 - 막대형상의 지지대 추진을 기존의 인력식이 아닌 기계식 추진장치 기술개발 - 기계식 지지대 적용으로 인한 암반절단 심도(깊이)의 획기적인 증가도모(10m 내외) - 전방 풀리의 직경을 확대하여 와이어쏘의 과마모와 파단율 감소 [핵심기술 2] 고정식 추진장치 개발 - 기존에는 절단 진행에 따른 구동장비의 전후 이동으로 공간이 제한적이고 노면이 불량한 수직구조물 시공현장에 적합하지 않으므로, 고정식 추진장치가 필수적임 - 지지대를 수직으로 설치하고, 일정길이 마다 연결하는 지지대 장치 개발 - 구동장비 자체에서 와이어쏘의 길이가 조정되도록 하여 고정된 위치에서 암반 절단이 되는 체계 개발 [핵심기술 3] 거치대 장착 추진식 시스템 개발 - 지지대를 거치대에 장착하여 체결하고 거치대는 구동장비에 부착함으로써 지지대의 정열, 거치 및 취급이 용이해짐 - 지지대가 진입공 내로 장심도 진행시에도 좌우로 요동하지 않고 일정하게 유지 [연구내용 및 범위] 1. 장심도 암반절단 시스템 개발 [정의] - 기존 기술은 인력(人力)으로 풀리가 장착된 막대형상의 지지대(지그, Jig)를 진입공(구멍) 내부에 설치하게 되는데 ※ 풀리란 와이어쏘를 걸어 와이어쏘를 돌리거나 와이어쏘의 진행방향을 바꾸기 위해 사용하는 홈(groove)이 파여진 바퀴 모양의 부품을 말함. 도르래 원리와 동일함 - 진입공 깊이 만큼 막대형상의 지지대 길이를 길게 할 경우(최대 10m), 지지대 자체도 무거워지기 때문에 인력으로 설치할 경우 취급이 쉽지 않음 - 또한, 진입공의 품질이 좋지 않은 경우(진입공 공벽이 일부 무너져 울퉁 불퉁한 경우) 사용이 더욱 어려울 수 있음 [목적] - 암반 절단 깊이(심도)를 획기적으로 크게 하기 위함(10m 내외) - 지지대 추진을 기존의 인력식이 아닌 기계식(구동모터, 레크기어)으로 개발 [성능목표] (기존기술 수준) - [현장시험] 한국철도기술연구원이 2016년 8월에 오송철도종합시험선로 제3 터널 막장에서 수행한 현장 시험의 사례의 경우, 장착깊이 최대 3m이었음(자연상태 암반, 3타입) - [모형시험] 한국철도기술연구원 모형시험의 사례의 경우, 장착 깊이 최대 약 5m이었음(포천화강암 사용). (개발기술 수준) - 인력이 아닌 기계식(구동모터, 레크기어) 지지대 설치기술 개발 - 지지대 설치를 기계식 기술로 적용함으로써 진입공 심도에 구애받지 않고 지지대 길이를 획기적으로 연장 설치가능 (최대 10m) 2. 고정식 구동장치 기술 [정의] - 기존 기술은 와이어쏘 절단이 진행됨에 따라 와이어쏘가 피삭재를 감싸고 있는 길이가 짧아지기 때문에(즉, 와이어쏘가 길어지기 때문에) 구동장치가 점진적으로 피삭재 반대방향으로 이동(후진)하여야 함. - 공간 제약이 거의 없는 노천에서는 무한궤도를 장착한 자주식 구동장치나 또는 레일식 구동장치를 사용하는데, - 수직구와 같이 구동장치가 이동할 공간이 협소하고 노면이 불량한 조건인 경우, 이러한 기존의 방안을 사용하기 어려움. ※ 수직구란 비개착(Trenchless) 방식으로 터널을 시공하기 위해 시종점부에 연직방향으로 선 시공하는 터널형태의 토목구조물을 말함. - 따라서, 구동장치의 이동 없이 와이어쏘 절단작업을 수행할 수 있는 기술을 개발하고자 함 [목적] 공간이 협소하거나 바닥의 요철이 심한 작업조건에서 구동장치의 이동없이 깊은 심도까지 암반을 절단 할 수 있는 체계 개발 [성능목표] (기존기술 수준) - 절단이 진행됨에 따라 장비가 이동(전,후진) 되어야 하므로 일정 공간이 확보되지 못할 경우 적용이 제한적임 - 절단 심도가 깊어질 수록 지지대의 거치와 취급 및 정렬이 어려워지므로 장심도 적용이 부담 (개발기술 수준) - 구동장비 자체에서 와이어쏘의 길이가 조정되도록 하여 구동장비가 이동하지 않고 고정된 위치에서 암반 절단이 되는 체계 - 암반 절단 깊이에 구애받지 않도록 하는 장심도 절단 기술 3. 거치대 장착 추진식 지지대 개발 [정의] 기존 기술은 와이어쏘에 과도한 피로하중이 받게 되어 절단면적이 커질 경우 사용이 어려워지므로 이를 방지하기 위한 기술개발 필요 [목적] 1) 와이어쏘의 과도한 피로하중 방지 2) 와이어쏘의 과마모와 파단방지 [성능목표] (기존기술 수준) - 두 진입공의 지지대가 독립적으로 따로 움직하므로 와이어쏘의 운행경로가 나란히 일적선상으로 정렬되기 어려움 - 지지대 말단부의 전방 풀리의 직경이 작으므로 와이어쏘의 운행 방향이 90°~180°로 변경됨에 따라 과마모 또는 파단이 발생함 (기존 진입공 구경은 127mm임) (개발기술 수준) - 지지대를 거치대에 장착하여 체결하고 거치대는 기성장비에 부착함으로써 지지대의 정열, 거치 및 취급이 용이해짐 (그림 p. 참조) - 지지대가 진입공 내로 장심도 진행시에도 좌우로 요동하지 않고 일정하게 유지 - 전방 풀리의 직경을 160mm이상으로 크게 확대하여 와이어쏘의 과마모와 파단율을 줄임 |
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| 색인어 | 한글 | 와이어쏘 | 무진동 암파쇄 | 지하구조물 | 장심도 | 자유면 |
| 영문 | Wire Saw | Rock Splitting | Underground Structure | Long Depth | Free Surface | |
| 최종보고서 | 01. 최종보고서_보완.pdf | |||||