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R&D최종보고서

연구과제 상세정보
과제고유번호 200604핵심기술A01-07
연구사업명 도시건축연구사업
연구과제명 급속 터널 기계화시공을 위한 최적 굴착설계 모델 개발
총 연구기간 2004-08-20 ~ 2007-08-19
연구책임자 전석원
당해년도
참여 연구원수
78명 총 연구기간
참여 연구원수
190명
당해년도
연구비
정부 : 232,000,000 원
기업 : 84,000,000 원
계 : 316,000,000 원
총연구비 정부 : 723,000,000 원
기업 : 254,000,000 원
계 : 977,000,000 원
연구기관명 서울대학교 산학협력단
등록 발간번호 -
ISBN
주요 내용 경제발전과 함께 삶의 질 향상을 위한 환경친화적인 건설이 요구되고 높은 labour cost가 사회문제로 대두되면서 터널 건설에 있어서도 기계화/자동화 시공법이 필연적으로 발전하게 됨
특히 기존 발파공법에 비해 소음/진동 등의 환경영향 요소가 적고 기계화로 인해 labour cost를 절감할 수 있으며 여굴과 주변 지반에 대한 손상이 작다는 장점을 가진 기계화시공법의 적용이 급증하고 있음
그러나 터널 기계화시공에서 가장 근간이 되는 터널 기계화시공장비(TBM)의 굴착 설계 관련 핵심기술을 외국기술에 거의 100% 의존하고 있어 국내 지반/기계적 조건에 부적합한 장비도입으로 인해 급속 시공을 저해하며 터널 붕괴/붕락사고 및 지반침하 등 많은 직/간접적인 손실을 야기하고 있음
또한 굴착설계를 위하여 가장 핵심이 되는 LCM(Linear Cutting Machine)과 같은 실대형 실험장비와 기반시설이 전무하며, 기계화시공 분야에서 단 1건의 국가 R&D과제도 수행된 바 없어 해당 기술의 공동화가 우려됨
따라서 본 연구에서는 기계화시공장비의 굴착설계에 있어서 가장 핵심이 되는 국산 LCM 시스템을 구축하고 국내 지반조건에 적합한 최적 굴착설계 모델을 제시하여 낙후된 국내 기계화시공기술을 향상시키고 기술 자립을 도모하고자 함

[최종목표]
- 현재 외국 기술에 100% 의존하고 있는 기계화 시공 장비의 설계 기술을 자립하는 것을 목표로 한다. (선진 외국기술 대비 60% 수준으로 향상)
- 급속 터널기계화시공장비의 굴착설계 핵심기술 개발 및 관련 실험장비의 국산화를 통한 기계화시공 기술 자립 및 공기및 공사비를 절감한다.
- 터널 기계화시공의 굴진성능 평가기술 및 관련 실험장비/실험법의 확보한다.
- LCM(linear cutting machine)의 보완/개선 및 구체적인 실험법을 정립한다.
- LCM 실험장비를 활용하여 최적 cutter design model을 개발하도록 한다.
- 급속 기계화시공 효율 향상 및 공기 20% 이상 절감한다.
- 암석의 절삭메커니즘 규명 및 최적 굴착설계 모델 도출을 가능하게 할 수 있는 자체 해석기법을 개발한다.
- LCM 등에 의한 굴진성능 평가 및 비교분석하여 나은 굴착모델을 개발할 수 있는 데이터 베이스를 구축한다.
- LCM을 이용한 굴착설계변수 도출 - 설계활용방안의 적용가능성을 조사한다.
- 설계활용방안의 유용성/편리성 검증한다.

[연구내용 및 범위]
경제발전과 함께 삶의 질 향상을 위한 환경친화적인 건설이 요구되고 높은 labour cost가 사회문제로 대두되면서 터널 건설에 있어서도 기계화/자동화 시공법이 필연적으로 발전하게 됨
특히 기존 발파공법에 비해 소음/진동 등의 환경영향 요소가 적고 기계화로 인해 labour cost를 절감할 수 있으며 여굴과 주변 지반에 대한 손상이 작다는 장점을 가진 기계화시공법의 적용이 급증하고 있음
그러나 터널 기계화시공에서 가장 근간이 되는 터널 기계화시공장비(TBM)의 굴착 설계 관련 핵심기술을 외국기술에 거의 100% 의존하고 있어 국내 지반/기계적 조건에 부적합한 장비도입으로 인해 급속 시공을 저해하며 터널 붕괴/붕락사고 및 지반침하 등 많은 직/간접적인 손실을 야기하고 있음
또한 굴착설계를 위하여 가장 핵심이 되는 LCM(Linear Cutting Machine)과 같은 실대형 실험장비와 기반시설이 전무하며, 기계화시공 분야에서 단 1건의 국가 R&D과제도 수행된 바 없어 해당 기술의 공동화가 우려됨
따라서 본 연구에서는 기계화시공장비의 굴착설계에 있어서 가장 핵심이 되는 국산 LCM 시스템을 구축하고 국내 지반조건에 적합한 최적 굴착설계 모델을 제시하여 낙후된 국내 기계화시공기술을 향상시키고 기술 자립을 도모하고자 함
1) 국내/외 기계화시공 기술동향 분석
- 기계화시공장비의 국내외 최신 설계기술 조사 및 분석
- 기계화굴착 메커니즘 관련 최신 국제적인 연구동향 조사 및 분석
- 현행 기계화시공의 문제점 분석
- 기계화시공장비의 설계 요소기술을 평가하기 위한 LCM(Linear Cutting Machine)의 기본 시스템 구축- 미국 CSM (Colorado School of Mines) 및 일본 기계화시공장비 제작업체에서 활용되고 있는 LCM장비의 사양 및 문제점 분석
2) 암석 절삭메커니즘의 실험적 규명 (I)
- Cutter에 의한 암석의 절삭현상 규명
3) 암석 절삭메커니즘의 수치해석기법 선정
- Cutter에 작용하는 3방향 force성분 계측시스템, 자료획득시스템 등을 포함한 국산 LCM 시스템의 구축
- LCM의 기초 구동 실험
- LCM 의 절삭원리 규명 및 수치해석프로그램 상의 응용
4) 국산 LCM의 기본 시스템의 구축
- 계측시스템, 제어시스템 등의 기본 시스템 구축
- LCM의 기초 구동 실험 - 1차년도에 구축된 LCM의 기본 시스템을 보완개선 (자동제어 및 구동 S/W 등)
- LCM을 기계화시공장비의 설계에 활용하기 위한 체계적인 실험법의 정립
5) 암석 절삭메커니즘의 수치해석
- Cutter에 의한 절삭메커니즘 해석적 연구
- 실험결과와의 비교분석을 통한 해석기법 보완/검증
- 3차원 해석 연구의 지속적인 추진
색인어 한글 터널기계화시공장비 선형절삭장비 절삭메커니즘 굴착설계 급속시공
영문 Tunnel Boring Machine Linear Cutting Machine Cutting Mechanism Excavation Design Rapid Excavation
최종보고서 0227_급속 터널 기계화시공을 위한 최적 굴착설계 모델 개발.pdf
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