| 연구개발개요 |
국내에서 널리 적용되고 있는 발파공법은 변화하는 막장의 지질 조건에 유연하게 대처할 수 있으며 대단면 터널의 사공이 용이하다는 장점이 있으나, 발파 시 동반되는 소음 및 진동에 따른 민원 때문에 도심밀집지역은 물론 인가가 있는 산악지역에서도 활용이 제한되는 경우가 지속적으로 보고되고 있다. 도심구간 내 다양한 철도시스템의 적용에 따라 근접시공 및 도심지 터널 굴착 사례가 증가하고 있으며, 발파로 인한 소음 진동으로 안전문제 및 주변민원으로 인하여 시공자체에 제약이 있는 사례가 증가하고 있다. TBM(Turnnel Boring Machine)을 이용한 기계화 시공은 저진동의 빠른 굴착속도 특성이 있으나, 고가 장비로 인한 공사비용 상승으로 저가의 무진동 굴착 방법이 요구 되고 있다. 무진동 유압 암반 파쇄 방법인 유압식 할암기 공법은 진동유압펌프에 증압, 유량 및 속도제어기능을 갖는 부스타를 정착한 자동제어식 유압공급원과, 원통형 지향선 확장장치를 결합한 것으로 암반을 파쇄하는 공법이지만, 파쇄 속도가 매우 느려 공사기간 연장을 야기 한다.
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| 연구내용 및 범위 |
1) 팽창력 최대화를 위한 발열팽창재 혼합재료 개발 : 발열기기 증가에 따른 팽창력 측정 시스템 구축 : 팽창력 최대화를 위한 질석과 열전도성 물질의 혼합비율 설계 2) 50cm급 고효율 암반파쇄 직접발열기반 코일 및 팽창봉 하우징 설계 : 암반파쇄용 유도 발열기기용 코일 설계 가이드라인 개발 : 가열 물체에서 원하는 전력 및 온도 Profile이 형성되도록 가열코일 3D Modeling 설계 : 전자기장 시뮬레이션을 이용한 고효율 유도발열 코일 설계 : 3D Modeling 데이터를 기반으로 2D, 3D Magnetic Field Analysis 수행3) 시뮬레이션 기반 암반 환경에 따른 파쇄 시나리오 설계 : 암반의 종류에 따른 일축압축강도 및 천공속도의 분포 조사 : 시간에 따라 변화하는 하중의 적용이 가능하고, 암반의 탄소성거동을 고려할 수 있는 시뮬레이션 환경 구축 : 시험암반에 매입된 단본의 유도가열 발열기기에 의한 팽창거동 모델링 및 시험결과와 비교 검증 4) 암반파쇄 직접발열기반 능동형 전력변환장치 기초설계 및 개발 : 최신 직접 발열기기 제어 기술 동향 조사 : 전력 변환 장치 회로(H/W) 및 제어부 설계 및 검증 : 가열물의 정보(형상, 재질, 무게) 및 가열공정의 정보(온도분포, 가열시간, 운전 시퀀스등)에 부합되는 회로 방식, 가열 방식을 고려한 능동형 전력 변환 장치를 설계 : 설계된 전력 변환 장치의 각각의 세부 시스템 제작 및 검증5) 직접가열 발열팽창기 하우징 상용화용 설계 및 개발 : 발열팽창 이전 암반 천공에 삽입이 용이한 하우징 구조 설계 및 개발 : 발열팽창 후 가열된 발열팽창기의 회수가 용이할 수 있는 하우징 구조 설계 및 개발 : 암반 팽창력의 방향 제어 가능한 암반 하우징 내부 구조 설계 및 개발6) 100cm급 고효율 암반파쇄 직접발열기반 코일 설계 및 개발 : 가열 물체에서 원하는 전력 및 온도 Profile이 형성되도록 가열코일 3D Modeling 설계 : FEM 기반 전자기장 시뮬레이션을 이용한 고효율 직접발열 코일 설계 : 최종적인 3D Modeling 데이터를 기반으로 2D, 3D Magnetic Field Analysis 프로그램을 통하여 자계해석을 수행 : 최종 결과자료를 바탕으로 코일 설계, 테스트 및 가열코일의 특성 및 성능 데이터를 추출하여 공진회로와 매칭 네트워크 설계에 사용 : 냉각 장치를 제거한 직접발열 코일 장치 설계 및 개발 : 발열체의 가열시 코일에 발생하는 직/간접적으로 발생하는 발열을 냉각시키는 기존의 공/수냉식 냉각장치 제거를 위한 코일의 형태, 코일외부 단열재 종류 선정 및 코일, 단열체, 발열외관의 형태 설계 및 개발7) 시뮬레이션 기반 암반파쇄 시공법 최적화 및 파쇄 시나리오 개발 : 직접가열 발열기기를 가장 경제적으로 적용하기 위한 천공의 직경 및 길이, 및 배치 간격 설계 및 검증 : 굴착공법에 따라 변화된 암반의 자유면 조건에 의한 효율적 천공 배치 및 발열순서 정립 : 암반의 강도 및 천공속도를 고려한 직접가열 발열기기에 의한 파쇄 거동 분석 : 시뮬레이션 결과와 현장시험 결과 비교 분석을 통한 무진동 암반파쇄 파쇄 시나리오 개발8) 암반파쇄 직접발열기반 능동형 전력변환장치 제품화 개발 및 성능 테스트 : 1m급 발열 코일의 발열 성능을 고려한 능동형 전력 변환 장치의 각 세부시스템의 용량 검증 및 선정, 제어기의 동작 성능 점검 테스트 : 직접 발열기반 능동형 전력 변환 장치의 제품화 설계 및 제작 : 직접발열기용 전력 변환 장치의 제품화를 위한 모듈 설계/개발 및 제작 : 각 모듈을 통합 제어할 수 있는 마스터 제어모듈 개발 및 제작 : 각 모듈을 연계 통합할 수 있는 제어시스템 구현 및 테스트9) 다양한 현장여건을 반영한 시뮬레이션 기반 기술적용 가이드라인 수립 : 현장의 원위치 응력의 크기에 따른 암반파쇄 메커니즘 변화 분석 : 현장에 분포할 수 있는 절리의 영향을 고려하기 위하여, 천공방향을 기준으로 절리 방향(수직, 수평)에 따른 암반의 파쇄특성 변화 분석10) 무진동 암반파쇄공법 신기술 인증 : 시뮬레이션 및 현장 시험 결과를 고려한 건설 신기술 인증11) 암반파쇄 직접발열장치 상용제품화 및 신뢰성 검증 : 직접 가열기기의 제품 신뢰성 확보를 위한 신뢰성 테스트 진행 : 제품의 상용화를 위한 효율적인 암반 파쇄를 위한 직접 가열기기 적용프로세서 확립 : 전력 변환 장치 신뢰성 검증 평가 : 제품의 신뢰성 확보를 위한 신뢰성 검증 테스트
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