| 연구개발개요 |
- 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.
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| 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
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| 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 기술3. 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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