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과제기본정보

도심지 경암반(200MPa 이상) 천공을 위한 저소음(60dB 이하/10m), 무진동 오실레이션(oscillation) 워터젯 천공 기반기술 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 22CTAP-C164123-02
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 건설업
2순위 원자력 | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 원자력 | None | None 과제유형 기초
과제명 도심지 경암반(200MPa 이상) 천공을 위한 저소음(60dB 이하/10m), 무진동 오실레이션(oscillation) 워터젯 천공 기반기술 개발
주관연구기관 (주)에이치비씨
총괄연구 책임자 성명 홍은수
소속 (주)에이치비씨 직위 대표이사
전화번호 042-867-0524 FAX 042-367-3957
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 210,000,000 7,400,000 66,600,000 74,000,000 284,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 실내시험을 통한 고효율 경암(200MPa 이상) 천공을 위한 오실레이션(oscillation) 워터젯 성능 최적화
○ 저소음(60dB 이하/10m) 무진동 오실레이션 워터젯 경암 천공 시스템 시작품 제작
○ 현장모사 실험을 통한 성능검증 및 친환경 운영방안 수립
○ 워터젯(water jet) 원리 및 개요
- 워터젯 시스템은 고압 펌프를 통해 가압된 고압수를 노즐을 통해 가속시키고 대상 물질에 충격에너지를 가하여 절삭 및 파쇄할 수 있는 장치로서 현재까지 금속절삭, 청소 등 각종 산업 전반에서 널리 활용 중임
- 최근 콘크리트 수압파쇄, 터널 굴착 등 건설업 분야에서도 활발하게 적용이 시도되는 추세로 워터젯을 응용한 암반 굴착 관련연구가 다수 진행중이며 일부 절삭관련 기술은 실용화 단계에 있음
○ 워터젯을 활용한 암반의 천공
- 국내·외에서 워터젯을 이용한 암반 천공은 진행된 사례가 적으며, 특히 소구경 천공에 관한 연구가 일부 진행 되었으나 중/대구경 암반천공은 거의 연구되거나 실용화기술이 개발된 바 없음
- 통상 워터젯의 직경은 1mm 이내 이므로 비교적 천공경이 큰 토목분야에서는 활용이 어려운 측면이 있으며, 주로 기계소재의 천공이나 의료분야에서 미세한 구멍의 천공 등에 제한적으로 만 활용되어 왔음
최종목표 저소음(60dB 이하/10m), 무진동 오실레이션 워터젯 경암(200MPa 이상) 천공 시스템 시작품 제작

실내시험을 통한 고효율 경암(200MPa 이상) 천공을 위한 오실레이션 워터젯 성능 최적화 및 저소음(60dB 이하/10m), 무진동 오실레이션 워터젯 경암 천공 시스템 시작품 설계
- 경암 천공 실험(다중 노즐, 주파수 별) 및 성능분석
- 석션(suction) 배토(천공홀 내 워터젯 물, 굴착토) 유무에 따른 암반파쇄 성능분석
- 효율적인 천공을 위한 시스템 최적 변수값(수압/유량, 노즐 갯수, 오실레이션 주파수, 석션압) 도출
- 가변구경(ø50∼76 mm)으로 범용성을 확보하며 굴착효율이 향상된 다중노즐(2∼4) 오실레이션 워터젯 천공모듈 시작품 설계
- 천공효율 향상과 워터젯 물과 굴착토 분리배출을 위한 하이드로 싸이클론(hydrocyclone) 석션 배토모듈 설계
저소음(60dB 이하/10m), 무진동 오실레이션 워터젯 경암 천공 시스템 시작품 제작 및 현장모사 실험을 통한 성능검증 및 친환경 운영방안 수립
- 다중노즐 최적 설계값, 최적 시공 변수(천공속도, 워터젯 분사각, 이격거리) 제시
- 하이드로 싸이클론(hydrocyclone) 석션 배토모듈 제작 및 배출수 재사용 검토
- 천공모듈, 배토모듈, 워터젯 펌프(기존) 구성 및 제어장치 추가를 통한 워터젯 경암 천공 시스템 시작품 제작
- 현장모사 실험으로 천공/배토 성능검증 및 시스템 최적화
- 시스템의 저소음(60dB 이하/10m)/무진동 검증 및 방음/방진 대책 수립(필요시)
연구내용 및 범위 저소음(60dB 이하/10m), 무진동 오실레이션 워터젯 경암(200MPa 이상) 천공 시스템 시작품 제작
- 실내시험을 통한 고효율 경암(200MPa 이상) 천공을 위한 오실레이션(oscillation) 워터젯 성능 최적화
- 저소음(60dB 이하/10m) 무진동 오실레이션 워터젯 경암 천공 시스템 시작품 제작
- 현장모사 실험을 통한 성능검증 및 친환경 운영방안 수립
실내시험을 통한 고효율 경암(200MPa 이상) 천공을 위한 오실레이션 워터젯 성능 최적화 및 저소음(60dB 이하/10m), 무진동 오실레이션 워터젯 경암 천공 시스템 시작품 설계
- 경암 천공 실험(다중 노즐, 주파수 별) 및 성능분석
- 석션(suction) 배토(천공홀 내 워터젯 물, 굴착토) 유무에 따른 암반파쇄 성능분석
- 효율적인 천공을 위한 시스템 최적 변수값(수압/유량, 노즐 갯수, 오실레이션 주파수, 석션압) 도출
- 가변구경(ø50∼76 mm)으로 범용성을 확보하며 굴착효율이 향상된 다중노즐(2∼4) 오실레이션 워터젯 천공모듈 시작품 설계
- 천공효율 향상과 워터젯 물과 굴착토 분리배출을 위한 하이드로 싸이클론(hydrocyclone) 석션 배토모듈 설계
저소음(60dB 이하/10m), 무진동 오실레이션 워터젯 경암 천공 시스템 시작품 제작 및 현장모사 실험을 통한 성능검증 및 친환경 운영방안 수립
- 다중노즐 최적 설계값, 최적 시공 변수(천공속도, 워터젯 분사각, 이격거리) 제시
- 하이드로 싸이클론(hydrocyclone) 석션 배토모듈 제작 및 배출수 재사용 검토
- 천공모듈, 배토모듈, 워터젯 펌프(기존) 구성 및 제어장치 추가를 통한 워터젯 경암 천공 시스템 시작품 제작
- 현장모사 실험으로 천공/배토 성능검증 및 시스템 최적화
- 시스템의 저소음(60dB 이하/10m)/무진동 검증 및 방음/방진 대책 수립(필요시)
- 도심지 지반구조물 시공시 암반굴착 및 천공에 따른 진동소음 민원해소
- 도심 콘크리트 구조물에 대한 저소음 저진동 해체 기술로 확대 적용
- 할암기를 활용한 후속 실용화 과제 수행을 통한 사업화
- 도심지 저소음 저진동 말뚝시공을 위한 암반 천공에 활용
○ 연구개발내용 및 범위
- 주관연구개발기관((주)에이치비씨)
？워터젯 천공 국내외 현황조사 및 특허출원 전략 수립
？가변구경(ø50∼76 mm) 다중노즐(2∼4) 오실레이션 워터젯 천공모듈 시작품 설계
？하이드로 싸이클론(hydrocyclone) 석션 배토모듈 설계

- 공동연구개발기관(부산대학교 산학협력단)
？경암조건에서의 워터젯 정적천공/동적천공 실험(다중 노즐, 주파수 별) 및 성능분석
？석션(suction) 배토(천공홀 내 워터젯 물, 굴착토) 유무에 따른 암반파쇄 성능분석
？효율적인 천공을 위한 시스템 최적 변수값(수압/유량, 노즐 갯수, 오실레이션 주파수, 석션압) 도출

- 공동연구개발기관((주)제영이엔씨)
？천공구경 설계를 위한 국내 할암용 천공장비 및 암반천공 장비 현황 조사/분석
？실내실험용 워터젯 노즐 구성 및 수직천공 노즐 마운트 제작
？실내시험을 위한 워터젯 펌프 시스템 구성 및 운영

○ 연구개발목표
- 주관연구개발기관((주)에이치비씨) : 저소음, 무진동 오실레이션 워터젯 경암 천공 시스템 시작품 제작
- 공동연구개발기관(부산대학교 산학협력단) : 현장모사 실험을 통한 성능검증
- 공동연구개발기관((주)제영이엔씨) : 현장모사 실험을 통한 친환경 운영방안 수립


○ 연구개발내용 및 범위
- 주관연구개발기관((주)에이치비씨)
？저소음, 무진동 오실레이션 워터젯 경암 천공모듈 시작품 제작
？하이드로 싸이클론(hydrocyclone) 석션 배토모듈 시작품 제작
？시스템 제어장치 시작품 제작
？천공모듈, 배토모듈, 워터젯 펌프(기존) 구성 및 제어장치 추가를 통한 워터젯 경암 천공 시스템 시작품 제작
？현장모사 성능검증 실험결과를 바탕으로 천공/배토 시스템 최적화

- 공동연구개발기관(부산대학교 산학협력단)
？다중노즐 최적 설계값, 최적 시공 변수(천공속도, 워터젯 분사각, 이격거리) 제시
？현장모사 실험에 의한 오실레이션 워터젯 천공 성능검증
？현장모사 실험에 의한 싸이클론(hydrocyclone) 석션 배토 성능검증
？현장실험 결과에 의한 워터젯 천공 변수값 보완

- 공동연구개발기관((주)제영이엔씨)
？현장모사에 의한 성능검증시험 설계 및 시험장 운영
？하이드로 싸이클론(hydrocyclone) 석션 배출수 재사용 검토
？시스템의 저소음(60dB 이하/10m)/무진동 검증 및 방음/방진 대책 수립(필요시)
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 실내시험을 통한 고효율 경암(200MPa 이상) 천공을 위한 오실레이션 워터젯 성능 최적화 및 저소음(60dB 이하/10m), 무진동 오실레이션 워터젯 경암 천공 시스템 시작품 설계
- 경암 천공 실험(다중 노즐, 주파수 별) 및 성능분석
- 석션(suction) 배토(천공홀 내 워터젯 물, 굴착토) 유무에 따른 암반파쇄 성능분석
- 효율적인 천공을 위한 시스템 최적 변수값(수압/유량, 노즐 갯수, 오실레이션 주파수, 석션압) 도출
- 가변구경(ø50∼76 mm)으로 범용성을 확보하며 굴착효율이 향상된 다중노즐(2∼4) 오실레이션 워터젯 천공모듈 시작품 설계
- 천공효율 향상과 워터젯 물과 굴착토 분리배출을 위한 하이드로 싸이클론(hydrocyclone) 석션 배토모듈 설계
- 다중노즐 최적 설계값, 최적 시공 변수(천공속도, 워터젯 분사각, 이격거리) 제시
- 하이드로 싸이클론(hydrocyclone) 석션 배토모듈 제작 및 배출수 재사용 검토
- 천공모듈, 배토모듈, 워터젯 펌프(기존) 구성 및 제어장치 추가를 통한 워터젯 경암 천공 시스템 시작품 제작
- 현장모사 실험으로 천공/배토 성능검증 및 시스템 최적화
- 시스템의 저소음(60dB 이하/10m)/무진동 검증 및 방음/방진 대책 수립(필요시) 		- 경암 천공 실험(다중 노즐, 주파수 별) 및 성능분석
- 석션(suction) 배토(천공홀 내 워터젯 물, 굴착토) 유무에 따른 암반파쇄 성능분석
- 효율적인 천공을 위한 시스템 최적 변수값(수압/유량, 노즐 갯수, 오실레이션 주파수, 석션압) 도출
- 가변구경(ø50∼76 mm)으로 범용성을 확보하며 굴착효율이 향상된 다중노즐(2∼4) 오실레이션 워터젯 천공모듈 시작품 설계
- 천공효율 향상과 워터젯 물과 굴착토 분리배출을 위한 하이드로 싸이클론(hydrocyclone) 석션 배토모듈 설계
연구성과 기술적 기대성과 ○ 워터젯 대구경 천공기술 실용화 후속 연구를 통한 상용화
？TRL 7~9단계의 후속 실용화 연구사업 진행 및 본 워터젯 천공 선행 기초 연구과제 결과를 후속 연구에 활용
？할암장비와의 병행 운영을 통한 도심지에 특화된 무진동 굴착공법으로 신기술 상용화 추진 및 대구경 (ø550 mm) 저소음 무진동 워터젯 암반천공 장비개발과 사업화 추진
사회 경제적 파급효과 ○ 환경대응형 고부가가치 건설기술 창출
？도심 구조물에 대한 저소음 저진동 해체 기술로 확대 적용
？도심지 터널굴착 및 암반 급경사지의 pre-splitting 공법에 적용
？도심지 저소음 저진동 말뚝시공을 위한 암반 천공에 활용
？지반교란, 진동을 최소화 하여 기초지반 및 인근 구조물 안정성 향상
활용방안 ○ 쾌적하고 살기좋은 도시환경 조성
？도심지 지반구조물 시공시 암반굴착 및 천공에 따른 진동소음 민원 최소화
？민원 방지에 의한 공사지연 및 사회적 비용 최소화로 발주기관 신인도 향상
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 오실레이션 워터젯 암반 천공 암반 굴착 저소음 도심지 시공
영문 oscillation waterjet rock drilling rock excavation low noise urban construction
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