| 연구개발개요 |
전단면 터널 굴착기인 TBM(Tunnel Boring Machine)의 설계·제작 국산화 기술 개발을 위해,TBM의 주요 파트인 구동부, 제어부, 커터헤드 및 후방설비별로 핵심 원천 설계기술을 확보함과 더불어, 국산화 TBM의 최적 활용과 전문 인력 양성을 위한 시뮬레이터 개발을 수행 - 본 연구과제는 핵심요소기술(연구성과물)과 연구수행기간에 따라서 연구개발 단계를 분류할 수 있음 - TBM 회전구동 시스템, TBM 운전·제어 시스템, 세그먼트 이렉터 시스템, TBM 시뮬레이터 등은 현재 관련 국내 기술이 전무한 기술 분야이므로 TRL 1~2의 기초적인 연구부터 착수하게 되며, 연구 후기단계(3~5년도)에서 실험적 증명 단계를 거쳐 기술시범 수준의 시작품을 제시 - 관련 기반 기술(범용적인 유압·전기 기술 등)과 선행 연구실적이 존재하는 TBM 후방설비와 TBM 커터헤드 설계자동화 시스템은 TRL 3단계부터 시작되며, 연구 최종단계(5차년도)의 TRL도 7~8로서 실용화 단계로 제시 - 이상과 같이 개발된 핵심요소기술들을 접목하여 연구 최종단계(5차년도)에서 유사환경 시험단계(TRL 5)의 TBM 시작품을 연구성과물로 제시▶ 시장현황 - 높은 수준의 안전성과 급속 시공이 요구되는 도심지 터널, 하·해저터널, (초)장대 산악터널 등을 중심으로 TBM에 의한 터널 시공이 일반화되면서 TBM의 수요가 지속적으로 증가 추세▶ 기술현황 - 선진 외국에서는 TBM 제작·생산 및 시공 경험을 40~50년 이상 축적하였으며, TBM 핵심 기술들을 특허 등으로 지식재산권화하기 보다는 각 회사별로 독자적인 비공개 노하우로 보유하고 있어 자구적인 기술격차 해소 노력이 시급 - TBM은 기술집약적 건설장비로서 관련 핵심기술은 극소수의 제작사별로 비공개 보유하고 있기 때문에 시장진입 장벽이 높은 과점시장 형태임. 특히, TBM은 외국으로부터 100% 수입되고 있으며 선진 6개국에서만 설계？제작 원천기술 보유(비공개)즉, 현재의 기술력으로는 TBM의 자체 설계？제작이 불가능하여 외국산 TBM의 도입이 불가피 - TBM 산업은 국내 기반산업의 장점을 융합하여(건설-기계-소재) 고부가가치 및 신규 고용을 창출해 낼 수 있다는 특징을 가지고 있기 때문에, TBM 기술의 국산화를 통해 미래 성장산업으로의 성장을 기대할 수 있음. 특히, 내수시장뿐만 아니라 관련 세계시장 진출 기반을 마련할 수 있음
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| 최종목표 |
최종목표단면 터널 굴착기인 TBM(Tunnel Boring Machine)의 설계·제작 국산화 기술 개발(개발기술 수준)국내 최초 중？대형 쉴드TBM 구동부 및 후방설비 시스템 개발[성능] 커터헤드 회전속도/출력토크 : 0.87 rpm/6,598 kN·m[품질] 성능구현을 만족하는 자체 시험평가 실시[규격] 7m 이상급 중？대형 쉴드TBM 구동부TBM 커터헤드 완성 제작, 시작품 구조 수정 보완 및 제작도면 UpgradeTBM 시작품 무부하 시험절차서 수립 및 2차 무부하 성능 검증 시행핵심부품 양산을 위한 품질관리체계 및 양산시험 절차서 개발양산을 위한 핵심부품 구조 및 요소부품 규격 최종 확정TBM 운전 및 유지보수 매뉴얼 개발완성품 연계 해석을 실시하여 구조적 안정성 확인취약부 파악을 통한 보완 설계 제안유압 시스템 시작품 수정 보완 및 제작도면 UpgradeTBM 유압시스템 운전/유지보수 매뉴얼 개발전기 시스템 시작품 수정 보완 및 제작도면 UpgradeTBM 전기 시스템 운전/유지보수 매뉴얼 개발이렉터 시험절차서 및 품질관리체계 개발이렉터 운전/유지보수 매뉴얼 개발운전？제어시스템의 시작품 수정공장시험 간 발생되는 문제점 및 미비점 Database 산출Database를 통한 프로그램 Debug 실시최종 프로그램 산출TBM 시뮬레이터 구동 검증TBM 전문인력 양성용 시뮬레이터 기반 교육 프로그램 및 전문가 자격과정(안) 제시TBM 시뮬레이터 보완 및 완성TBM 전문인력 양성 방안의 적용성 및 TBM 시작품 커터헤드 설계결과의 신뢰성 검토TBM 시작품의 커터헤드 설계 및 굴진성능 예측커터헤드 설계자동화 완성 및 TBM 시작품의 커터헤드 설계TBM 시작품의 향후 현장적용을 위한 설계지원
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| 연구내용 및 범위 |
▶연구개발 내용본 연구에서는 TBM의 국산화를 위하여 토사용 쉴드TBM 설계·제작 원천기술 개발을 다음과 같이 수행함TBM 구동부 시스템 기술 개발 (토사용 쉴드TBM)TBM 후방설비 시스템 기술 개발TBM 세그먼트 이렉터 자동화 시스템 설계기술 개발TBM 굴진용 운전·제어 시스템 기술 개발TBM 시뮬레이터 개발중·대단면 TBM 커터헤드의 설계자동화 시스템 개발▶ 범위직경 7 m 이상급 TBM 구동부 시작품 또는 사업 수주시 유틸리티 터널을 포함하는 TBM 완성품(개발기술 수준)국내 최초 중？대형 쉴드TBM 구동부 및 후방설비 시스템 개발[성능] 커터헤드 회전속도/출력토크 : 0.87 rpm/6,598 kN·m[품질] 성능구현을 만족하는 자체 시험평가 실시[규격] 7m 이상급 중？대형 쉴드TBM 구동부TBM 시작품 구동용 유압 시스템(개발기술 수준)[성능] max. 34.3MPa 적용으로 쉴드잭 추력 2500kN 개발 및 시스템 제작[품질] 성능구현을 만족하는 자체 시험평가 실시 [규격] 7m 이상급 중？대형 쉴드TBM에 적용 유압 설비TBM 시작품 구동용 전기 시스템(개발기술 수준)[성능] TBM의 국산화 전기 시스템 기술 개발 및 제작 [품질] 성능구현을 만족하는 자체 시험평가 실시 [규격] 7m 이상급 중？대형 쉴드TBM에 적용 전기 설비세그먼트 이렉터 시스템 설계 기술(개발기술 수준)[성능] 회전수 0.8rpm 이상, 회전각도 ±200° (설계치)[품질] 국내 시공에 적용 가능한 설계 기술[규격] Φ7 m급 이상 쉴드TBM에 적용TBM 굴진용 운전·제어 시스템(개발기술 수준)운전？제어 시스템 개발을 통한 챔버 배안 안정화 및 커터 회전속도, 굴진방향 제어 등으로 TBM 굴진시공의 안정화 및 공기 단축 도모[성능] TBM 운전？제어 시스템의 국산화 [품질] 국내 사정에 맞는 운전？제어 시스템 구축[규격] 국산화 TBM 운전？제어 시스템 국내 보유 TBM 장비, TBM 기술자료 등의 분석결과와 국내 유압·전기·제어 기술의 접목을 통한 TBM 독자 설계·제작 기술 확보 추진TBM 재활용, TBM 커터헤드 설계·제작 등과 관련하여 기술력과 연구경험을 보유하고 있는 기존 연구진의 참여를 통해 연구성과 연계 극대화필요시, 본 연구진이 네트워크를 유지하고 있는 일본, 중국, 독일 등의 기존 TBM 제작사와 전문가들을 대상으로 자문, 기술협력 등을 통해 단기간 기술확보 도모발주처 및 설계·시공사를 대상으로 기술소개와 홍보를 적극적으로 실시하여, 가능한 직접 수주를 통해 사업화 및 성과 활용·적용 도모성공적인 연구개발을 위하여 주관연구기관은 세부과제 및 세세부과제별 업무협력, 추진상황점검 및 성과관리에 중점을 두고 연구단 총괄업무를 수행TBM 시뮬레이터직경 7 m 이상의 중·대단면 쉴드TBM 대상중·대단면 TBM 커터헤드 설계자동화 시스템(개발기술 수준)7 m 이상의 커터헤드 설계, 도면산출, 3D모델링 및 구조해석 일괄중·대단면 TBM 커터헤드 설계자동화 시스템7 m 이상의 커터헤드 설계, 도면산출, 3D모델링 및 구조해석 일괄TBM 설계·제작 가이드라인TBM터널공사가 많이 발주되고 있는 싱가포르, 일본, 유럽, 중동지역에서 발주처가 입찰시 요구하는 제작사양 자료를 수집하여 분석하고 국내의 기존 입찰안내서와 비교종합 비교검토 후 TBM 제작 가이드라인을 제작하여 실무에 활용국내 전문제조사의 기술역량 제고 및 해외 진출시 경쟁력 확보를 위한 사전 정보제공 가능
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