KR100769499B1 - Design method of tunnel boring machine cutterhead with disc cutters for rock masses - Google Patents
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Abstract
Description
도1은 터널굴착기의 예를 나타낸 도면.1 shows an example of a tunnel excavator;
도2는 터널굴착기용 면판의 예를 나타낸 도면.2 shows an example of a face plate for a tunnel excavator;
도3은 터널굴착기용 면판에 장착되는 암반용 디스크커터를 나타낸 도면.Figure 3 is a view showing a disk cutter for the rock mounted on the faceplate for the tunnel excavator.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 암반용 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계방법을 나타낸 순서도.Figure 4 is a flow chart showing a face plate design method of a tunnel excavator equipped with a rock disk cutter according to an embodiment of the present invention.
도5는 절리나 균열과 같은 불연속면의 영향을 해석결과에 고려하기 위해 도입된 균열인자를 나타낸 그래프.5 is a graph showing the crack factor introduced to consider the effects of discontinuities such as jointing or cracking in the analysis results.
도6은 등가균열인자에 의해 터널굴착기 굴진시 지반 불연속면의 영향을 고려하여 불연속 지반에서 터널굴착기의 1회전당 기본 압입깊이를 나타낸 그래프.Figure 6 is a graph showing the basic indentation depth per revolution of the tunnel excavator in the discontinuous ground in consideration of the effect of the ground discontinuity when drilling the tunnel excavator by the equivalent cracking factor.
도7은 커터지름이 483mm가 아닌 경우의 보정계수를 나타낸 그래프.Fig. 7 is a graph showing the correction coefficient when the cutter diameter is not 483 mm.
도8은 커터간격이 70mm가 아닌 경우의 보정계수를 나타낸 그래프.8 is a graph showing a correction coefficient when the cutter spacing is not 70 mm.
도9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 암반용 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계방법을 나타낸 순서도.9 is a flow chart showing a face plate design method of a tunnel excavator equipped with a rock disk cutter according to another embodiment of the present invention.
도10은 본 발명의 예측모델을 도출하기 위해 수행한 선형절삭시험 결과와 암 석별 물성자료를 나타낸 표.10 is a table showing the results of the linear cutting test and the physical properties of each rock to derive the predictive model of the present invention.
도11은 본 발명에서 사용한 선형절삭시험기를 나타낸 정면도.11 is a front view showing a linear cutting test machine used in the present invention.
도12는 본 발명에서 사용한 선형절삭시험기를 나타낸 측면도.12 is a side view showing a linear cutting test machine used in the present invention.
도13은 디스크커터에 작용하는 3방향 작용하중을 나타낸 사시도.Figure 13 is a perspective view showing a three-way working load acting on the disc cutter.
도14는 본 발명에서 사용한 선형절삭시험기에 3축 로드셀이 장착된 상태를 나타낸 도면.14 is a view showing a state in which the three-axis load cell is mounted on the linear cutting test machine used in the present invention.
도15는 선형절삭시험의 개념도.15 is a conceptual diagram of a linear cutting test.
도16은 선형절삭시험에서 얻어지는 전형적인 커터간격과 압입깊이의 비율 및 비에너지를 나타낸 그래프.Figure 16 is a graph showing the ratio and specific energy of the typical cutter spacing and indentation depth obtained in the linear cutting test.
도17은 본 발명의 예측모델을 도출하기 위해 사용된 압입깊이에 따른 비에너지의 변화를 나타낸 그래프.17 is a graph showing the change of specific energy according to the indentation depth used to derive the predictive model of the present invention.
도18a는 선형절삭시험 결과로부터 얻어진 압입깊이에 따른 평균커터연직하중을 나타낸 그래프.Fig. 18A is a graph showing the average cutter vertical load according to the indentation depth obtained from the linear cutting test result.
도18b는 선형절삭시험 결과로부터 얻어진 압입깊이에 따른 평균커터회전하중을 나타낸 그래프.Fig. 18B is a graph showing the average cutter rotational load according to the indentation depth obtained from the linear cutting test result.
도19는 텅스텐 카바이드 드릴 비트의 형상을 나타낸 도면.Fig. 19 shows the shape of a tungsten carbide drill bit.
도20은 Siever's J-value 테스트를 나타낸 도면.20 shows Siever's J-value test.
도21은 취성도 시험을 나타낸 도면.Fig. 21 shows the brittleness test.
도22는 마모도 시험을 나타낸 도면.Fig. 22 shows the wear test.
도23은 천공속도지수를 계산하기 위한 취성도와 Siever's J-value의 관계를 나타낸 그래프.Fig. 23 is a graph showing the relationship between brittleness and Siever's J-value for calculating the drilling speed index.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : Z축 유압실린더 2 : 헤드 프레임1: Z axis hydraulic cylinder 2: Head frame
3 : 로드셀 4 : 커터3: load cell 4: cutter
5 : 시편블록 6 : 시편베드5: specimen block 6: specimen bed
7 : Y축 유압실린더 8 : X축 유압실린더7: Y axis hydraulic cylinder 8: X axis hydraulic cylinder
9 : 베이스 프레임 10 : 포스트 프레임9: base frame 10: post frame
11 : 제어부 12 : 유압장치11
본 발명은 암반용 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계방법에 관한 것으로, 특히 터널굴착기 면판의 최적설계인자들을 도출하고 그에 따른 굴진속도를 예측하여 공사기간과 공사비용을 대폭 절감할 수 있도록 하는 암반용 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계방법에 관한 것이다.The present invention relates to a faceplate design method of a tunnel excavator equipped with a rock disc cutter, and in particular, to derive the optimal design factors of the faceplate of the tunnel excavator and to predict the excavation speed accordingly, so that the construction period and the construction cost can be greatly reduced. The present invention relates to a faceplate design method of a tunnel excavator equipped with a rock disc cutter.
터널 기계화 굴착공법(mechanized tunnelling)에 사용되는 터널굴착기 (Tunnel Boring Machine, TBM)는 종래의 대표적인 발파공법과는 달리 소음 및 진동 등의 환경 피해요소가 적고 굴착 직후 주변 지반의 이완을 방지하여 터널의 안정성 확보에 유리할 뿐만 아니라, 균질한 지반 조건에서 고속 굴진을 유도할 수 있으며 연장이 긴 터널에서 발파공법보다 공사기간과 공사비용을 대폭 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다.Tunnel Boring Machine (TBM), which is used for mechanized tunneling, has less environmental damage such as noise and vibration than conventional blasting method and prevents loosening of surrounding ground immediately after excavation. Not only is it advantageous to secure it, it can induce high speed excavation in homogeneous ground conditions, and it is known that it can significantly reduce construction period and construction cost than blasting method in long extension tunnel.
도1에 나타낸 바와 같은 터널굴착기의 가장 핵심적인 부분은, 실제 지반을 절삭하게 되는 도2에 나타낸 바와 같은 회전식 면판(cutterhead)이다.The most essential part of the tunnel excavator as shown in Fig. 1 is a rotary headhead as shown in Fig. 2 which cuts the actual ground.
즉, 지반 조건에 따라 최적의 굴진 효율을 얻을 수 있는 터널굴착기의 면판을 설계하는 것이 성공적인 굴착공사를 위해 가장 중요한 과정이다.That is, the design of the faceplate of the tunnel excavator that can obtain the optimal drilling efficiency according to the ground conditions is the most important process for successful drilling work.
일반적으로 암반에 대응하기 위한 면판에는 도3에 나타낸 바와 같은 디스크 커터가 장착되게 된다.In general, the face plate corresponding to the rock will be equipped with a disk cutter as shown in FIG.
그러나, 현재까지 터널굴착기의 면판설계는 터널굴착기의 제작회사별로 비공개로 보유하고 있는 경험적인 설계과정에 근거하고 있는 것으로 파악되고 있다. However, until now, the faceplate design of the tunnel excavator is known to be based on the empirical design process held by each manufacturer of the tunnel excavator.
이와 같이 경험적인 방법에 의해 설계 제작된 터널굴착기에 의해 굴진이 원활하게 이루어지는 경우도 있으나, 대부분의 경우 지반조건을 충분히 고려하지 못함으로 인해 고속굴진을 기대할 수 없거나 굴진이 매우 지연되는 문제점이 있다.In this case, the excavation is smoothly performed by the tunnel excavator designed by the empirical method. However, in most cases, high speed excavation cannot be expected or the excavation is very delayed due to insufficient ground conditions.
또한, 터널 설계시 발파공법과 터널굴착기의 선정 여부를 검토할 경우, 해당 지반에 터널굴착기를 투입하였을 때의 공사기간을 가능한 한 정확히 예측하는 것이 핵심적인 사항이지만, 현재까지 지반조건에 따른 터널굴착기의 굴진속도를 예측하기 위한 방법이 명확히 제안되고 있지 않은 실정이다.In addition, when reviewing the blasting method and the selection of tunnel excavator in tunnel design, it is essential to accurately predict the construction period when the tunnel excavator is put into the ground as much as possible. A method for estimating the drilling speed is not clearly proposed.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은, 터널굴착기 면판의 최적설계인자들을 도출하고 그에 따른 굴진속도를 예측하여 공사기간과 공사비용을 대폭 절감할 수 있도록 하는 암반용 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계방법을 제공함에 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems, the object of which is to derive the optimal design factors of the faceplate of the tunnel excavator and to predict the excavation speed accordingly to significantly reduce the construction period and construction cost The present invention provides a method for designing a faceplate of a tunnel excavator equipped with a rock disc cutter.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 암반용 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계방법은, 터널굴착기 및 상기 터널굴착기에 장착되는 디스크커터에 대한 자료를 입력하고; 상기 디스크커터가 장착된 터널굴착기가 적용되는 현장에서 채취된 암석에 대해 상기 디스크커터를 사용하여 수행된 선형절삭시험 결과로부터 상기 디스크커터와 관련된 설계인자들을 계산하며; 상기 계산된 디스크커터와 관련된 설계인자들에 따라 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계인자들을 계산하고; 상기 계산된 면판 설계인자들에 따라 터널굴착기의 굴진속도를 계산하는 것을 특징으로 한다.The face plate design method of the tunnel excavator equipped with a rock disc cutter of the present invention for achieving the above object, inputs data about the tunnel excavator and the disc cutter mounted to the tunnel excavator; Calculating design factors associated with the disc cutter from the results of the linear cutting test performed using the disc cutter on the rock collected at the site to which the disc cutter-mounted tunnel excavator is applied; Calculating faceplate design factors of the tunnel excavator equipped with the disc cutter according to the calculated design factors related to the disc cutter; The excavation speed of the tunnel excavator is calculated according to the calculated faceplate design factors.
또한, 터널굴착기 및 상기 터널굴착기에 장착되는 디스크커터에 대한 자료는In addition, the data on the tunnel excavator and the disk cutter mounted to the tunnel excavator
터널굴착기의 직경, 터널굴착기의 가동률, 터널굴착기의 가용용량, 및 상기 터널굴착기에 장착되는 디스크커터의 최대허용용량을 포함한다.The diameter of the tunnel excavator, the utilization rate of the tunnel excavator, the available capacity of the tunnel excavator, and the maximum allowable capacity of the disc cutter mounted on the tunnel excavator.
아울러, 상기 디스크커터와 관련된 설계인자들을 계산하는 단계에서는 상기 선형절삭시험 결과로부터 최적의 커터간격과 디스크커터의 압입깊이의 비율을 결정하며; 상기 선형절삭시험 결과에 의해 해당 지반조건에 대한 임계압입깊이를 결정 하고; 상기 임계압입깊이를 해석을 위한 압입깊이의 초기치로 설정하며; 상기 선형절삭시험 결과로부터 압입깊이에 따른 평균커터연직하중 및 평균커터회전하중을 계산하고; 상기 계산된 평균커터연직하중이 커터의 최대허용용량 이내에 해당하는 지 여부를 판단하며; 상기 디스크커터의 최대허용용량을 만족하는 압입깊이에 대해 평균커터연직하중 및 평균커터회전하중을 다시 계산하고; 상기 계산된 평균커터연직하중 및 평균커터회전하중에 따라 커터간격 및 커터개수를 계산한다.In the step of calculating design factors related to the disc cutter, the ratio of the optimum cutter interval and the indentation depth of the disc cutter is determined from the linear cutting test results; Determining the critical indentation depth for the ground condition based on the linear cutting test result; Setting the critical indentation depth to an initial value of the indentation depth for analysis; Calculating average cutter vertical load and average cutter rotational load according to the indentation depth from the linear cutting test results; Determining whether the calculated average cutter vertical load falls within a maximum allowable capacity of the cutter; Recalculating the average cutter vertical load and average cutter rotational load for the indentation depth that satisfies the maximum allowable capacity of the disc cutter; The cutter interval and the number of cutters are calculated according to the calculated average cutter vertical load and average cutter rotational load.
또한, 상기 평균커터연직하중은In addition, the average cutter vertical load is
에 의해 계산되고,Is calculated by
상기 평균커터회전하중은The average cutter rotational load is
에 의해 계산되며,Is calculated by
상기 S는 커터간격, P는 커터 압입깊이, UCS는 암석의 일축압축강도, UCT는 암석의 인장강도, SJ는 Siever's J 값, S20 은 취성도, AVS는 마모도이다.S is cutter spacing, P is cutter indentation depth, UCS is uniaxial compressive strength of rock, UCT is tensile strength of rock, SJ is Siever's J value, S 20 Silver brittleness, AVS is wear.
아울러, 상기 계산된 평균커터연직하중이 커터의 최대허용용량 이내에 해당하는 지 여부를 판단하는 단계에서는, 상기 계산된 평균커터연직하중이 커터의 최대허용용량 이내에 해당하는 경우에는 다음 단계로 넘어가고, 상기 평균커터연직하 중이 디스크커터의 최대허용용량을 초과하는 경우에는 압입깊이를 감소시켜 계산된 평균커터연직하중이 디스크커터의 최대허용용량 이내에 해당될 때까지 압입깊이에 따른 평균커터연직하중 및 평균커터회전하중을 다시 계산한다.In addition, in the determining whether the calculated average cutter vertical load falls within the maximum allowable capacity of the cutter, when the calculated average cutter vertical load falls within the maximum allowable capacity of the cutter, the process proceeds to the next step. When the average cutter vertical load exceeds the maximum allowable capacity of the disc cutter, the average cutter vertical load and average according to the indentation depth are reduced until the calculated average cutter vertical load falls within the maximum allowable capacity of the disc cutter. Recalculate the cutter rotational load.
또한, 상기 커터간격은 상기 선형절삭시험으로부터 결정된 커터간격과 디스크커터의 압입깊이의 비율×압입깊이로 구해진다.The cutter spacing is determined by the ratio of the cutter spacing determined from the linear cutting test to the depth of indentation of the disc cutter x indentation depth.
아울러, 상기 커터개수는 D/2S로 구해지고, 상기 D는 터널굴착기의 직경, S는 커터간격이다.In addition, the number of cutters is obtained as D / 2S, D is the diameter of the tunnel excavator, S is the cutter interval.
또한, 상기 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계인자들을 계산하는 단계는 상기 계산된 터널굴착기의 면판 설계인자들을 포함하는 터널굴착기 용량이 상기 터널굴착기의 가용용량을 만족하는 지 여부를 판단하는 것을 포함한다.The calculating of the face plate design factors of the tunnel excavator equipped with the disc cutter may include determining whether the tunnel excavator capacity including the calculated face plate design factors of the tunnel excavator satisfies the available capacity of the tunnel excavator. Include.
아울러, 상기 계산된 터널굴착기의 면판 설계인자들을 포함하는 터널굴착기 용량이 상기 터널굴착기의 가용용량을 만족하는 지 여부를 판단하는 단계에서는, 상기 계산된 터널굴착기의 면판 설계인자들을 포함하는 터널굴착기 용량이 상기 터널굴착기의 가용용량을 만족하면 터널굴착기의 용량에 따른 터널굴착기의 굴진속도를 계산하고, 상기 계산된 터널굴착기의 용량이 상기 터널굴착기의 가용용량을 불만족하면 상기 터널굴착기의 가용용량을 만족할 때까지 압입깊이를 단계별로 감소시켜 압입깊이에 따른 상기 디스크커터와 관련된 설계인자들을 계산하는 단계부터 반복한다.In addition, in the determining whether the tunnel excavator capacity including the calculated faceplate design factors of the tunnel excavator satisfies the available capacity of the tunnel excavator, the tunnel excavator capacity including the calculated faceplate design factors of the tunnel excavator When the available capacity of the tunnel excavator is satisfied, the excavation speed of the tunnel excavator according to the capacity of the tunnel excavator is calculated. If the calculated capacity of the tunnel excavator does not satisfy the available capacity of the tunnel excavator, the available capacity of the tunnel excavator is satisfied. Repeat the step of calculating the design factors associated with the disc cutter according to the indentation depth by decreasing the indentation depth step by step.
또한, 상기 면판 설계인자들은 총 면판추력, 총 면판토크, 면판 회전속도, 및 면판동력을 포함하되, 상기 총 면판추력은 N × Fn 이고, 상기 총 면판토크는 0.3 × D × N × Fr 이며, 상기 면판 회전속도는 Vlimit/πD이고, 상기 면판동력은 상기 총 면판토크와 면판 회전속도의 곱을 환산계수로 나누어 구해지며, 상기 N은 커터개수, Fn 은 평균커터연직하중, D는 터널굴착기 직경, Fr 은 평균커터회전하중, Vlimit은 디스크커터의 선형한계속도이다.Further, the faceplate design factors include total faceplate thrust, total faceplate torque, faceplate rotational speed, and faceplate force, wherein the total faceplate thrust is N × F n , and the total faceplate torque is 0.3 × D × N × F r. The faceplate rotational speed is V limit / πD, and the faceplate power is obtained by dividing the product of the total faceplate torque and the faceplate rotational speed by a conversion factor, where N is the number of cutters, F n is the average cutter vertical load, and D is Tunnel excavator diameter, F r is the average cutter rotational load, V limit is the linear continuity of the disc cutter.
아울러, 상기 총 면판추력을 상기 터널굴착기의 가동률로 나누면 터널굴착기 추력이 구해지고, 상기 총 면판토크를 상기 터널굴착기의 가동률로 나누면 터널굴착기 토크가 구해진다.In addition, dividing the total face plate thrust by the operation rate of the tunnel excavator, the tunnel excavator thrust is obtained, and dividing the total face plate torque by the tunnel excavator operation rate, the tunnel excavator torque is obtained.
또한, 상기 면판 회전속도 × 디스크커터의 압입깊이 × 60/1000로 구해지는 값은 디스크커터의 순간압입속도이고, 상기 순간압입속도 × 상기 터널굴착기의 가동률로 구해지는 값은 터널굴착기의 굴진속도이다.In addition, the value obtained by the face plate rotation speed × disc cutter indentation depth × 60/1000 is the instantaneous indentation speed of the disc cutter, and the value obtained by the instantaneous indentation speed × operation rate of the tunnel excavator is the excavation speed of the tunnel excavator .
한편, 본 발명의 암반용 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계방법에 대한 다른 실시예는, 터널굴착기 및 상기 터널굴착기에 장착되는 디스크커터에 대한 자료를 입력하고; 다양한 지반조건에 대한 선형절삭시험 및 각종 물성시험 결과로부터 상기 디스크커터와 관련된 설계인자들을 계산하며; 상기 계산된 디스크커터와 관련된 설계인자들에 따라 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계인자들을 계산하고; 상기 계산된 면판 설계인자들에 따라 터널굴착기의 굴진속도를 계산하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, another embodiment of the face plate design method of the tunnel excavator equipped with a rock disc cutter of the present invention, inputs data about the tunnel excavator and the disc cutter mounted to the tunnel excavator; Calculating design factors associated with the disc cutter from the results of linear cutting tests and various physical property tests for various ground conditions; Calculating faceplate design factors of the tunnel excavator equipped with the disc cutter according to the calculated design factors related to the disc cutter; The excavation speed of the tunnel excavator is calculated according to the calculated faceplate design factors.
또한, 터널굴착기 및 상기 터널굴착기에 장착되는 디스크커터에 대한 자료는 터널굴착기의 직경, 터널굴착기의 가동률, 터널굴착기의 가용용량, 및 상기 터널굴착기에 장착되는 디스크커터의 최대허용용량을 포함한다.Further, the data on the tunnel excavator and the disk cutter mounted on the tunnel excavator include the diameter of the tunnel excavator, the operation rate of the tunnel excavator, the available capacity of the tunnel excavator, and the maximum allowable capacity of the disk cutter mounted on the tunnel excavator.
아울러, 상기 디스크커터와 관련된 설계인자들을 계산하는 단계에서는 다양한 지반조건에 대해서 수행한 선형절삭시험 및 각종 물성시험 결과로부터 최적의 커터간격과 디스크커터의 압입깊이의 비율을 결정하며; 상기 선형절삭시험 및 각종 물성시험 결과에 의해 해당 지반조건에 대한 임계압입깊이를 결정하고; 상기 임계압입깊이를 해석을 위한 압입깊이의 초기치로 설정하며; 상기 압입깊이에 따른 평균커터연직하중 및 평균커터회전하중을 계산하고; 상기 계산된 평균커터연직하중이 커터의 최대허용용량 이내에 해당하는 지 여부를 판단하며; 상기 디스크커터의 최대허용용량을 만족하는 압입깊이에 대해 평균커터연직하중 및 평균커터회전하중을 다시 계산하고; 상기 계산된 평균커터연직하중 및 평균커터회전하중에 따라 커터간격 및 커터개수를 계산한다.In addition, the step of calculating the design factors related to the disc cutter determines the ratio of the optimum cutter interval and the indentation depth of the disc cutter from the results of the linear cutting test and the various physical property tests performed for various ground conditions; Determining the critical indentation depth for the ground condition based on the linear cutting test and various physical property test results; Setting the critical indentation depth to an initial value of the indentation depth for analysis; Calculating average cutter vertical load and average cutter rotational load according to the indentation depth; Determining whether the calculated average cutter vertical load falls within a maximum allowable capacity of the cutter; Recalculating the average cutter vertical load and average cutter rotational load for the indentation depth that satisfies the maximum allowable capacity of the disc cutter; The cutter interval and the number of cutters are calculated according to the calculated average cutter vertical load and average cutter rotational load.
또한, 상기 최적의 커터간격과 디스크커터의 압입깊이의 비율은In addition, the ratio of the optimum cutter spacing and the disc insertion depth of the disc cutter
에 의해 구해지고, 상기 UCS는 암석의 일축압축강도, UCT는 암석의 인장강도, DRI는 천공속도지수, CLI는 커터수명지수로서 상기 물성시험으로부터 얻어진다.UCS is the uniaxial compressive strength of the rock, UCT is the tensile strength of the rock, DRI is the puncture speed index, and CLI is the cutter life index.
아울러, 상기 임계압입깊이는 9.26+0.08SJ-0.08S20+ 0.09AVS에 의해 구해지 고, 상기 SJ는 Siever's J 값, S20 은 취성도, AVS는 마모도로서 상기 물성시험으로부터 얻어진다.In addition, the critical indentation depth is obtained by 9.26 + 0.08SJ-0.08S 20 + 0.09AVS, and the SJ is Siever's J value, S 20 Silver brittleness and AVS are obtained from the above-described physical property test as abrasion degree.
또한, 상기 평균커터연직하중은In addition, the average cutter vertical load is
에 의해 계산되고,Is calculated by
상기 평균커터회전하중은The average cutter rotational load is
에 의해 계산되며, 상기 S는 커터간격, P는 커터 압입깊이, UCS는 암석의 일축압축강도, UCT는 암석의 인장강도, SJ는 Siever's J 값, S20 은 취성도, AVS는 마모도이다.Where S is cutter spacing, P is cutter indentation depth, UCS is uniaxial compressive strength of rock, UCT is tensile strength of rock, SJ is Siever's J value, S 20 Silver brittleness, AVS is wear.
아울러, 상기 계산된 평균커터연직하중이 커터의 최대허용용량 이내에 해당하는 지 여부를 판단하는 단계에서는, 상기 계산된 평균커터연직하중이 커터의 최대허용용량 이내에 해당하는 경우에는 다음 단계로 넘어가고, 상기 평균커터연직하중이 디스크커터의 최대허용용량을 초과하는 경우에는 압입깊이를 감소시켜 계산된 평균커터연직하중이 디스크커터의 최대허용용량 이내에 해당될 때까지 압입깊이에 따른 평균커터연직하중 및 평균커터회전하중을 다시 계산한다.In addition, in the determining whether the calculated average cutter vertical load falls within the maximum allowable capacity of the cutter, when the calculated average cutter vertical load falls within the maximum allowable capacity of the cutter, the process proceeds to the next step. If the average cutter vertical load exceeds the maximum allowable capacity of the disc cutter, the indentation depth is reduced so that the average cutter vertical load and average according to the indentation depth until the calculated average cutter vertical load falls within the maximum allowable capacity of the disc cutter. Recalculate the cutter rotational load.
또한, 상기 커터간격은 상기 물성시험으로부터 결정된 커터간격과 디스크커 터의 압입깊이의 비율×압입깊이로 구해진다.The cutter spacing is obtained by the ratio of the cutter spacing determined from the physical property test to the indentation depth of the disc cutter x the indentation depth.
아울러, 상기 커터개수는 D/2S로 구해지고, 상기 D는 터널굴착기의 직경, S는 커터간격이다.In addition, the number of cutters is obtained as D / 2S, D is the diameter of the tunnel excavator, S is the cutter interval.
또한, 상기 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계인자들을 계산하는 단계는 상기 계산된 터널굴착기의 면판 설계인자들을 포함하는 터널굴착기 용량이 상기 터널굴착기의 가용용량을 만족하는 지 여부를 판단하는 것을 포함한다.The calculating of the face plate design factors of the tunnel excavator equipped with the disc cutter may include determining whether the tunnel excavator capacity including the calculated face plate design factors of the tunnel excavator satisfies the available capacity of the tunnel excavator. Include.
아울러, 상기 계산된 터널굴착기의 면판 설계인자들을 포함하는 터널굴착기 용량이 상기 터널굴착기의 가용용량을 만족하는 지 여부를 판단하는 단계에서는, 상기 계산된 터널굴착기의 면판 설계인자들을 포함하는 터널굴착기 용량이 상기 터널굴착기의 가용용량을 만족하면 터널굴착기의 용량에 따른 터널굴착기의 굴진속도를 계산하고, 상기 계산된 터널굴착기의 용량이 상기 터널굴착기의 가용용량을 불만족하면 상기 터널굴착기의 가용용량을 만족할 때까지 압입깊이를 단계별로 감소시켜 압입깊이에 따른 상기 디스크커터와 관련된 설계인자들을 계산하는 단계부터 반복한다.In addition, in the determining whether the tunnel excavator capacity including the calculated faceplate design factors of the tunnel excavator satisfies the available capacity of the tunnel excavator, the tunnel excavator capacity including the calculated faceplate design factors of the tunnel excavator When the available capacity of the tunnel excavator is satisfied, the excavation speed of the tunnel excavator according to the capacity of the tunnel excavator is calculated. If the calculated capacity of the tunnel excavator does not satisfy the available capacity of the tunnel excavator, the available capacity of the tunnel excavator is satisfied. Repeat the step of calculating the design factors associated with the disc cutter according to the indentation depth by decreasing the indentation depth step by step.
또한, 상기 면판 설계인자들은 총 면판추력, 총 면판토크, 면판 회전속도, 및 면판동력을 포함하되, 상기 총 면판추력은 N × Fn 이고, 상기 총 면판토크는 0.3 × D × N × Fr 이며, 상기 면판 회전속도는 Vlimit/πD이고, 상기 면판동력은 상기 총 면판토크와 면판 회전속도의 곱을 환산계수로 나누어 구해지며, 상기 N은 커터개수, Fn 은 평균커터연직하중, D는 터널굴착기 직경, Fr 은 평균커터회전하중, Vlimit은 디스크커터의 선형한계속도이다.Further, the faceplate design factors include total faceplate thrust, total faceplate torque, faceplate rotational speed, and faceplate force, wherein the total faceplate thrust is N × F n , and the total faceplate torque is 0.3 × D × N × F r. The faceplate rotational speed is V limit / πD, and the faceplate power is obtained by dividing the product of the total faceplate torque and the faceplate rotational speed by a conversion factor, where N is the number of cutters, F n is the average cutter vertical load, and D is Tunnel excavator diameter, F r is the average cutter rotational load, V limit is the linear continuity of the disc cutter.
아울러, 상기 총 면판추력을 상기 터널굴착기의 가동률로 나누면 터널굴착기 추력이 구해지고, 상기 총 면판토크를 상기 터널굴착기의 가동률로 나누면 터널굴착기 토크가 구해진다.In addition, dividing the total face plate thrust by the operation rate of the tunnel excavator, the tunnel excavator thrust is obtained, and dividing the total face plate torque by the tunnel excavator operation rate, the tunnel excavator torque is obtained.
또한, 상기 면판 회전속도 × 디스크커터의 압입깊이 × 60/1000로 구해지는 값은 디스크커터의 순간압입속도이고, 상기 순간압입속도 × 상기 터널굴착기의 가동률로 구해지는 값은 터널굴착기의 굴진속도이다.In addition, the value obtained by the face plate rotation speed × disc cutter indentation depth × 60/1000 is the instantaneous indentation speed of the disc cutter, and the value obtained by the instantaneous indentation speed × operation rate of the tunnel excavator is the excavation speed of the tunnel excavator .
본 발명은 기본적으로 디스크커터에 의한 실물 절삭시험인 선형절삭시험기(Linear Cutting Machine, LCM) 시험결과를 활용하게 되며, 선형절삭시험을 수행하지 못하는 경우에도 다양한 지반조건에 대한 수행한 선형절삭시험 등을 통해 본 발명에서 도출한 “터널굴착기 절삭성능 예측 모델(표1)”에 기반을 둔다.The present invention basically utilizes the results of a linear cutting machine (LCM) test, which is a real cutting test by a disk cutter, even when a linear cutting test is not performed, such as a linear cutting test performed on various ground conditions. Based on the "tunnel excavator cutting performance prediction model (Table 1)" derived from the present invention through.
이와 같이 구축한 터널굴착기의 면판설계 방법은 터널굴착기의 기본적인 제반 핵심사양과 굴진속도를 예측하는데 목적이 있다.The faceplate design method of the tunnel excavator thus constructed aims to predict the basic core specifications and excavation speed of the tunnel excavator.
본 발명에 따른 터널굴착기 면판 설계방법의 입력변수와 출력결과를 정리하면 다음의 표2 및 표3과 같다.Table 2 and Table 3 summarize the input variables and the output results of the tunnel excavator face plate design method according to the present invention.
<표1> 본 발명에서 도출된 암종별 터널굴착기 절삭성능 예측 모델<Table 1> Prediction Model for Cutting Performance of Tunnel Excavator by Rock Type
<표2> 디스크커터를 장착한 터널굴착기 면판설계를 위한 입력변수<Table 2> Input Variables for Tunnel Excavator Faceplate Design with Disk Cutter
<표3> 본 발명에 의한 출력결과<Table 3> Output result according to the present invention
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 암반용 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계방법을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a surface plate design method of a tunnel excavator equipped with a rock disc cutter according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도4 내지 도23은 본 발명에 따르는 암반용 디스크커터를 장착한 터널굴착기 의 면판 설계방법을 나타내기 위한 도면들이다.4 to 23 are views for showing a face plate design method of a tunnel excavator equipped with a rock disk cutter according to the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따르는 선형절삭시험을 수행한 경우의 터널굴착기 면판 설계방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.Referring to the tunnel face design method when performing a linear cutting test according to an embodiment of the present invention.
기본적으로 터널굴착기의 적용대상 현장에서 채취된 암석 시료에 대해 선형절삭시험을 수행하여 터널굴착기 면판의 핵심 설계인자와 굴진속도 예측결과의 신뢰도를 높이는 것이 타당하다.Basically, it is reasonable to improve the reliability of the core design factor and the excavation speed prediction result of the tunnel face by performing a linear cutting test on the rock sample collected at the site of the tunnel excavator.
도4에 나타낸 바와 같이, 우선 터널굴착기의 면판을 설계하기 위한 기본 입력자료인 터널굴착기 직경, 터널굴착기 가동효율, 터널굴착기에 적용될 디스크커터의 허용용량(허용연직하중), 그리고 터널굴착기의 가용용량 (가용추력, 토크, RPM, 동력 등)에 대한 제반 사항을 입력하게 된다.As shown in FIG. 4, first, the basic input data for designing the faceplate of the tunnel excavator, the tunnel excavator operating efficiency, the allowable capacity of the disc cutter to be applied to the tunnel excavator (permissible vertical load), and the available capacity of the tunnel excavator Enter all the details about available thrust, torque, RPM, power, etc.
다음으로, 상기 디스크커터를 사용하여 적용대상 현장에서 채취된 암석에 대해서 수행한 선형절삭시험 결과로부터 최적 S/P조건과 해당 지반조건에서의 임계 압입깊이를 결정하게 된다.Next, the optimum S / P condition and the critical indentation depth at the corresponding ground conditions are determined from the results of the linear cutting test performed on the rock collected at the application site using the disc cutter.
다음으로, 결정된 임계(한계) 압입깊이를 해석을 위한 압입깊이의 초기치로 설정하고 선형절삭시험결과에 근거하여 임계 압입깊이에서의 평균커터 작용하중을 계산하게 된다.Next, the determined critical indentation depth is set as the initial value of the indentation depth for analysis, and the average cutter working load at the critical indentation depth is calculated based on the linear cutting test results.
다음으로, 계산된 평균커터연직하중이 커터의 최대허용용량(허용연직하중) 이내에 해당하는 경우에는 터널굴착기의 면판설계 단계로 넘어가고, 그렇지 않은 경우에는 압입깊이를 감소시켜 계산된 평균 커터 연직하중이 커터의 최대 허용용량 이내로 해당할 때까지 해석단계를 반복하게 된다.Next, if the calculated average cutter vertical load falls within the maximum allowable capacity (permissible vertical load) of the cutter, go to the faceplate design stage of the tunnel excavator; otherwise, the average cutter vertical load calculated by reducing the indentation depth The analysis step is repeated until the cutter is within the maximum allowable capacity.
다음으로, 상기와 같이 커터의 최대허용용량을 만족하는 압입깊이에 대해 평균커터 작용하중을 다시 계산하고 그때의 커터간격과 커터개수를 계산하게 된다.Next, the average cutter working load is recalculated for the indentation depth satisfying the maximum allowable capacity of the cutter as described above, and the cutter interval and the number of cutters are then calculated.
또한, 계산된 평균커터 작용하중에 의해 추력, 토크, 동력, RPM 등과 같은 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계인자를 계산한다.In addition, the faceplate design factor of the tunnel excavator equipped with a disc cutter such as thrust, torque, power, RPM, etc. is calculated by the calculated average cutter working load.
마지막으로 계산된 터널굴착기의 면판 용량이 첫 번째 단계에서 입력한 터널굴착기의 가용용량을 만족하면 계산된 터널굴착기의 용량에 따른 터널굴착기의 굴진속도를 예측하고 모든 설계 및 예측과정이 종료되게 된다. 그렇지 않은 경우에는 터널굴착기의 가용용량을 만족할 때까지 압입깊이를 단계별로 감소시켜 가며 해석을 반복하게 된다.Finally, if the calculated faceplate capacity of the tunnel excavator satisfies the available capacity of the tunnel excavator in the first step, the drilling speed of the tunnel excavator according to the calculated capacity of the tunnel excavator is predicted, and all the design and prediction processes are completed. Otherwise, the analysis is repeated by decreasing the indentation depth step by step until the available capacity of the tunnel excavator is satisfied.
본 발명에서 개발한 상기와 같은 터널굴착기 설계 과정에서 터널굴착기의 제반 핵심 설계사양을 결정하는데 사용되는 관계식은 다음과 같다.In the above-described tunnel excavator design process developed in the present invention, the relational formula used to determine the overall core design specifications of the tunnel excavator is as follows.
- 커터개수 N = D/2S-Number of cutters N = D / 2S
- 총 면판 추력 Th = N × Fn -Total face thrust Th = N × F n
- 총 면판 토크 Tq = 0.3 × D × N × Fr Total faceplate torque Tq = 0.3 × D × N × F r
- 면판 회전속도 RPM = Vlimit/πD-Face plate rotation speed RPM = V limit / πD
- 면판동력 HP = Tq × RPM/환산계수-Faceplate Power HP = Tq × RPM / Conversion Factor
- 터널굴착기 추력 ThM = Th/η-Thrust tunnel thrust Th M = Th / η
- 터널굴착기 토크 TqM = Tq/η-Tunnel excavator torque Tq M = Tq / η
- 순간 압입속도 IP = RPM × P × 60/1000Instantaneous indentation speed IP = RPM × P × 60/1000
- 굴진속도 PM = IP × η-Excavation speed P M = IP × η
여기서 D는 TBM 직경, Fn과 Fr은 각각 선형절삭시험에서 얻어진 커터연직하중(normal force)과 커터회전하중(rolling force)의 평균값, Vlimit는 커터의 선형한계속도, η는 터널굴착기의 가동율(%)이다.Where D is the TBM diameter, F n and F r are the average values of the cutter normal and cutter rolling forces obtained in the linear cutting test, respectively, V limit is the linear continuity of the cutter, and η is the The utilization rate (%).
커터의 선형한계속도 Vlimit는 17인치 디스크커터를 사용할 경우 150m/min이며, 토크의 단위가 kNm일 경우 터널굴착기 동력계산시의 환산계수는 7이다.The linear continuity V limit of the cutter is 150m / min when using a 17-inch disc cutter, and when the torque unit is kNm, the conversion factor for calculating the power of the tunnel excavator is 7.
압입속도 IP와 굴진속도PM은 단위가 m/hr인 경우를 기본으로 하며, P는 커터의 압입깊이(단위: mm)이다.The indentation speed IP and the excavation speed P M are based on the unit of m / hr, where P is the indentation depth of the cutter in mm.
그러나, 상기의 과정에서 얻어진 커터 압입속도와 굴진속도는 지반 내부에 존재하는 절리(joint), 편리(schistosity) 등과 같은 불연속면(discontinuity)의 영향을 배제할 수 있는 지반조건에 국한된다.However, the cutter indentation speed and the excavation speed obtained in the above process are limited to ground conditions that can exclude the influence of discontinuity such as joint, convenience, etc. existing in the ground.
하지만 실제로 지반내 불연속면이 실제 굴진속도에 상당한 영향을 미칠 수 있다.In practice, however, discontinuities in the ground can have a significant impact on the actual drilling speed.
특히 선형절삭시험에서는 불연속 시험체를 제작하는 것이 현실적으로 불가능하기 때문에, 불연속면의 영향이 우세한 지반 조건에서는 이러한 불연속면의 영향을 고려하여 터널굴착기의 실제 굴진속도를 예측하는 것이 중요하다.In particular, it is important to predict the actual excavation speed of tunnel excavator considering the effect of discontinuity in the ground condition where discontinuity is predominant, because it is impossible to manufacture discontinuous specimens in the linear cutting test.
따라서 본 발명에서는 절리나 균열과 같은 불연속면의 영향을 해석결과에 고 려하기 위하여 균열도 (fracturing degree) 개념을 도입하였다.Therefore, in the present invention, the concept of fracturing degree was introduced to consider the effects of discontinuities such as jointing and cracking in the analysis results.
균열도는 균열×인자 ks로 표현되는데, ks는 균열정도 및 터널축이 연약면과 이루는 각도(α)에 따라 달라진다.The degree of cracking is expressed by the crack × factor k s , where k s depends on the degree of cracking and the angle (α) that the tunnel axis makes with the soft plane.
연약면의 방향은 주향과 경사 측정으로부터 다음과 같이 결정된다.The direction of the soft surface is determined from the perimeter and inclination measurements as follows.
α=arcsin(sinαf×sin(αt-αs)) (degrees)α = arcsin (sinα f × sin (α t -α s )) (degrees)
여기서, αs는 불연속면의 주향(strike), αf는 불연속면의 경사(dip), αt는 터널 방향이다.Here, α s is the strike of the discontinuity plane, α f is the dip of the discontinuity plane, and α t is the tunnel direction.
균열인자(ks)는 균열 또는 절리 등급과 터널축이 연약면과 이루는 각도의 함수로서 도5와 같이 계산된다.The crack factor k s is calculated as shown in Figure 5 as a function of the crack or joint rating and the angle of the tunnel axis to the soft surface.
도5에서 균열 등급(도5에서 Fissure class 또는 Joint Class)은 다음의 표4와 같이 정의된다. 표4에서 절리(Sp)는 터널 단면 주변에서 나타나는 연속 절리를 의미한다. 이와같은 절리는 개구(open)되어 있을 수도 있고 충진(filled)되어 있을 수도 있다.In FIG. 5, the crack grade (Fissure class or Joint Class in FIG. 5) is defined as shown in Table 4 below. In Table 4, the joint Sp refers to the continuous joint appearing around the tunnel cross section. Such a joint may be open or filled.
또한, 균열(St)은 터널 단면에서 단지 부분적으로 나타나는 비연속적인 절리, 전단강도가 낮은 충진절리와 층리면 등을 포함한다.In addition, the crack (St) includes discontinuous joints, filling joints with low shear strength, layered surfaces, and the like, which only partially appear in the tunnel cross section.
균열 암반 (Class 0)은 절리나 균열이 없는 괴상 암반을 의미한다. 전단강도가 높은 충진 절리를 포함한 암반은 Class 0에 가깝게 나타난다.Cracked rock (Class 0) refers to mass rock without joints or cracks. Rocks with high shear strength filled joints appear close to
<표4> 연약면들 사이의 거리에 따른 균열 등급Table 4: Crack Ratings Depending on the Distance Between Soft Surfaces
정리하면 터널굴착기 굴진에 대한 암반 물성은 다음의 식과 같이 등가 균열인자 (kekv)로 정의된다.In summary, the rock properties for tunnel excavator excavation are defined by the equivalent crack factor (k ekv ) as
kekv = ks-tot × kDRI k ekv = k s-tot × k DRI
여기서, ks-tot 와 kDRI 는 도5로부터 계산된다.Here, k s-tot and k DRI are calculated from FIG.
즉, 선형절삭시험에서 얻어진 1개 커터당 등가 추력(Fn)과 상기 식에서 계산된 등가 균열인자에 의해 터널굴착기 굴진시 지반 불연속면의 영향을 고려하여 불연속 지반에서 터널굴착기의 1회전당 기본 압입깊이 (basic penetration, io)을 도6과 같이 추정하게 된다.That is, the basic indentation depth per revolution of the tunnel excavator in the discontinuous ground considering the effect of the ground discontinuity when drilling the tunnel excavator by the equivalent thrust force (F n ) per cutter obtained in the linear cutting test and the equivalent crack factor calculated in the above equation. (basic penetration, i o ) is estimated as shown in FIG. 6.
커터지름과 해석과정에서 얻어진 최적 커터간격(S)이 도6과 상이한 경우의 등가 추력은 다음 식과 같다.The equivalent thrust when the cutter diameter and the optimum cutter spacing S obtained in the analysis process are different from FIG. 6 is as follows.
Mekv = Fn × kd × ka (kN/cutter)M ekv = F n × k d × k a (kN / cutter)
여기서, kd 와 ka 는 도7 및 도8로부터 추정된다.Here, k d and k a are estimated from Figs.
이상과 같이 불연속 지반에서 터널굴착기를 적용할 경우의 순간 압입속도와 굴진속도는 도6에서 결정한 기본 압입깊이 io을 상기 순간압입속도 및 굴진속도 계산식의 P 대신 대입하여 계산할 수 있다.As described above, the instantaneous indentation speed and excavation speed in the case of applying the tunnel excavator in the discontinuous ground can be calculated by substituting the basic indentation depth i o determined in FIG.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 선형절삭시험을 수행하지 못하는 경우의 터널굴착기 면판 설계방법에 대해서 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the tunnel excavator face plate design method when the linear cutting test according to another embodiment of the present invention will be described as follows.
본 실시예에서는 선형절삭시험을 수행하지 못하는 경우에도, 지반의 기본적인 물성 시험 결과에 근거하여 지반조건에 따른 터널굴착기의 면판설계와 굴진속도 예측이 가능한 모델을 전술한 실시예의 표1과 같이 구축하였다.In this embodiment, even when the linear cutting test is not performed, a model capable of predicting the faceplate design and the excavation speed of the tunnel excavator according to the ground conditions based on the basic physical property test results of the ground was constructed as shown in Table 1 of the above-described embodiment. .
이와 같이 본 실시예에서 구축한 예측 모델을 활용하여 터널굴착기의 면판을 설계하고 굴진속도를 예측하기 위한 과정을 도9와 같이 확립하였다.As described above, a process for designing the faceplate of the tunnel excavator and predicting the excavation speed by using the predictive model constructed in the present embodiment was established as shown in FIG.
그러나, 선형절삭시험이 수행되지 않는 경우이므로, 면판설계 인자와 굴진속도 예측결과는 상당한 오차를 내포할 수 있다.However, since the linear cutting test is not performed, the faceplate design factors and the excavation speed prediction results may contain considerable errors.
특히 지반 내부에 절리, 편리 및 균열 등의 영향이 우세할 경우에는 모델의 예측 결과는 더욱 큰 오차를 산출할 수 있다.In particular, if the effects of jointing, convenience, and cracking are predominant in the ground, the model's prediction results may yield larger errors.
따라서 신뢰적인 터널굴착기의 면판설계를 위해서는 선형절삭시험을 수행하는 것이 바람직하다.Therefore, it is desirable to perform linear cutting test for reliable faceplate design of tunnel excavator.
전술한 실시예에서와 같이 선형절삭시험을 수행하는 경우의 설계과정과 마찬가지로 해석에 필요한 제반 자료를 입력한 후, 본 발명에서 구축한 모델에 다양한 지반조건에 대해서 수행한 선형절삭시험 결과와 DRI 및 CLI와 같은 각종 물성 시험결과를 대입하여 최적 절삭 S/P조건, 임계(한계) 압입깊이 및 압입깊이에 따른 평 균 커터하중을 계산하게 된다.As in the design process in the case of performing the linear cutting test as in the above-described embodiment, after inputting the necessary data for analysis, the linear cutting test results and DRI and By inserting the results of various physical properties such as CLI, the optimum cutter S / P condition, critical indentation depth, and average cutter load according to indentation depth are calculated.
본 실시예에서 구축한 모델에서 얻어지는 제반 추정결과를 활용한 터널굴착기의 면판설계 및 굴진속도 예측 과정은 선형절삭시험 결과를 활용하는 전술한 실시예의 경우와 동일하다.The faceplate design and excavation speed prediction process of the tunnel excavator using the overall estimation result obtained from the model constructed in this embodiment is the same as in the above-described embodiment using the linear cutting test results.
이와 같이 예측 모델을 활용할 경우에도 선형절삭시험 결과를 활용하는 설계과정에서 설명한 바와 같이 균열도 (fracturing degree) 개념에 근거하여 불연속 지반조건에서의 굴진속도를 예측할 수 있다.Even when using the predictive model, as described in the design process using the results of the linear cutting test, it is possible to predict the excavation speed in the discontinuous ground condition based on the concept of the fracturing degree.
참고로, 터널굴착기의 면판설계를 위한 선형절삭시험기에 대해서 도11 내지 도18b를 기초로 하여 설명하면 다음과 같다.For reference, the linear cutting test machine for the face plate design of the tunnel excavator will be described with reference to FIGS. 11 to 18B as follows.
선형절삭시험기(Linear Cutting Machine)는 서보제어가 가능한 유압 액츄에이터에 의해 시험시에 설정한 커터의 압입깊이(penetration depth)와 커터 간격으로 실물 절삭시험을 수행하여, 시험결과로부터 최소의 절삭 에너지로 최대의 절삭효과를 얻을 수 있는 최적의 절삭조건 등을 도출하는데 사용된다.The linear cutting machine performs the actual cutting test at the cutter's penetration depth and cutter interval set at the time of testing by the hydraulic actuator which can be controlled by servo. It is used to derive the optimum cutting conditions and the like to obtain the cutting effect.
선형절삭시험기에는 실제 터널굴착기에 사용될 디스크 커터 등의 다양한 커터가 사용될 수 있으며, 터널굴착기 굴진시 발생하는 커터 하중과 압입깊이 정도를 모사할 수 있기 때문에 터널굴착기의 성능예측에 직접 적용할 수 있다.In the linear cutting test machine, various cutters such as disk cutters to be used in actual tunnel excavators can be used. Since the cutter load and the depth of indentation depth generated when tunnel excavators can be simulated can be directly applied to the performance prediction of tunnel excavators.
본 발명에서 터널굴착기 면판설계용 예측모델을 도출하는데 사용한 선형절삭시험기는 도11 및 도12에 나타내었다.The linear cutting test machine used to derive the predictive model for tunnel faceplate design in the present invention is shown in FIGS. 11 and 12.
도11 및 도12에서 도면부호 1은 Z축 유압실린더, 2는 헤드 프레임, 3은 로드셀, 4는 커터, 5는 시편블록, 6은 시편베드, 7은 Y축 유압실린더, 8은 X축 유압실 린더, 9는 베이스 프레임, 10은 포스트 프레임, 11은 제어부, 12는 유압장치이다.11 and 12,
구동부는 총 3축이며 X, Y, Z방향으로 유압실린더에 의해 구동된다. X축은 선형절삭시험시에 설정한 커터 간격을 조절하는 부분이며, Y축은 절삭 방향이다. Z축은 선형절삭시험시 실제 하중이 부하되는 축으로서 커터의 압입깊이를 제어하는 부분이다.The drive unit is three axes in total and is driven by hydraulic cylinders in the X, Y, and Z directions. The X axis is a part for adjusting the cutter gap set during the linear cutting test, and the Y axis is the cutting direction. Z-axis is the axis to which the actual load is loaded in the linear cutting test, and it controls the indentation depth of the cutter.
특히 Z축 실린더의 선단부에 도14와 같이 3축 로드셀 (loadcell)이 부착되어 있어 도13과 같이 커터에 작용하는 3축의 힘을 동시에 측정할 수 있다. 이와 같이 측정되는 3축의 커터 작용하중은 터널굴착기의 면판설계를 위한 가장 중요한 측정 결과중의 하나이다.In particular, a three-axis load cell is attached to the tip of the Z-axis cylinder as shown in FIG. 14, so that the three-axis force acting on the cutter can be simultaneously measured as shown in FIG. The three-axis cutter working load measured in this way is one of the most important measurement results for faceplate design of tunnel excavators.
도15는 선형절삭시험의 개념도이다. 도5에 나타낸 바와 같이, 선형절삭시험에서는 1개의 커터에 대해 시험시에 설정한 커터 간격(S)과 커터 압입깊이(P)에 따른 커터 작용하중을 측정하게 된다. 1개의 커터를 사용하지만 터널굴착기에 장착되는 커터들은 최대의 절삭효과를 얻기 위해 인접 커터와 동일한 시간에 동일한 궤적에서 절삭되지 않기 때문에 선형절삭시험과 같이 단일 커터에 의한 시험결과를 설계에 활용할 수 있게 된다.15 is a conceptual diagram of a linear cutting test. As shown in Fig. 5, in the linear cutting test, the cutter working load according to the cutter spacing S and the cutter indentation depth P set at the time of testing for one cutter is measured. Cutters equipped with one cutter but not mounted on the tunnel excavator are not cut at the same trajectory at the same time as the adjacent cutter to achieve the maximum cutting effect. do.
정리하면, 터널굴착기의 면판 설계를 위해 필요한 선형절삭시험는 전술한 바와 같이 시험시에 설정한 커터 간격(S)과 커터 압입깊이(P)에 따라 측정된 3방향의 커터 작용하중이다.In summary, the linear cutting test required for the faceplate design of the tunnel excavator is a cutter load in three directions measured according to the cutter spacing S and the cutter indentation depth P set at the time of the test as described above.
Fn: 평균 커터 연직하중 (normal force)F n : average cutter normal force
Fr: 평균 커터 회전하중 (rolling force)F r : Average cutter rolling force
Fs: 평균 커터 측방향하중 (side force)F s : Average cutter side force
여기서, Fn과 Fr은 터널굴착기의 면판 설계를 위한 핵심 입력자료로 사용되지만, Fs는 설계에 활용되지 않고 단지 선형절삭시험의 정확도를 판단하기 위한 척도로만 사용된다.Here, F n and F r are used as key input data for the faceplate design of the tunnel excavator, but F s is not used in the design but only as a measure to determine the accuracy of the linear cutting test.
다양한 커터간격과 커터 압입깊이의 조건에서 수행된 선형절삭시험 결과로부터 다음과 같이 최적의 절삭조건을 결정하게 된다. 여기서 최적의 절삭조건은 선형절삭시험으로부터 얻어지는 커터간격과 압입깊이의 비율인 S/P와 비에너지(specific energy, SE)의 관계로부터 동일한 암석조건에 대해 최소의 에너지로 최대의 절삭효과를 얻을 수 있는 조건을 의미한다.From the results of the linear cutting test performed at various cutter intervals and cutter indentation depths, the optimum cutting conditions are determined as follows. The optimum cutting conditions can be obtained with the maximum cutting effect with the minimum energy for the same rock condition from the relationship between the S / P and specific energy (SE) which is the ratio of the cutter spacing and the indentation depth obtained from the linear cutting test. It means a condition.
즉, 도16에서 비에너지가 최소가 되는 S/P를 최적의 절삭조건(S/Popt)으로 정의할 수 있으며, 이때 비에너지는 커터에 작용하는 평균 회전하중, 커터 간격, 커터의 압입깊이 및 절삭부피로부터 계산될 수 있다.That is, in FIG. 16, S / P, which has a minimum specific energy, may be defined as an optimal cutting condition (S / P opt ), where specific energy is an average rotational load acting on the cutter, cutter spacing, and indentation depth of the cutter. And cutting volume.
또한, 커터의 압입깊이가 증가할수록 커터에 의한 절삭 비에너지는 감소하여, 결국 커터의 압입깊이의 증가는 절삭 효율의 증대로 연계된다(도17).Further, as the indentation depth of the cutter increases, the cutting specific energy by the cutter decreases, so that the increase in the indentation depth of the cutter leads to an increase in cutting efficiency (Fig. 17).
그러나, 커터의 압입깊이가 어느 이상이 되면 절삭 비에너지의 감소폭은 줄어들게 되며, 커터의 압입깊이의 증가는 터널굴착기와 커터의 허용용량에 부담이 될 수 있다.However, if the indentation depth of the cutter is more than a certain amount of reduction in the cutting specific energy is reduced, the increase in the indentation depth of the cutter may be a burden on the tunnel excavator and the allowable capacity of the cutter.
따라서 더 이상의 절삭 에너지 감소가 발생하지 않는 지점을 임계(한계) 압입깊이(critical penetration depth, Pcritical)로 결정하고 이를 터널굴착기의 면판설계에 활용하게 된다.Therefore, the point at which no further cutting energy reduction occurs is determined as the critical penetration depth (Pcritical) and used for the faceplate design of the tunnel excavator.
도18a는 선형절삭시험 결과로부터 얻어진 압입깊이에 따른 평균커터연직하중을 나타낸 그래프이고, 도18b는 선형절삭시험 결과로부터 얻어진 압입깊이에 따른 평균커터회전하중을 나타낸 그래프이다.18A is a graph showing the average cutter vertical load according to the indentation depth obtained from the linear cutting test result, and FIG. 18B is a graph showing the average cutter rotational load according to the indentation depth obtained from the linear cutting test result.
한편, 본 발명에서는 선형절삭시험을 수행하지 못하는 경우에도 터널굴착기의 면판설계와 굴진속도 예측이 가능하도록 국내의 대표적인 암석들에 대해 총 50가지 이상의 조건에서 절삭시험을 실시하였다.Meanwhile, in the present invention, even if the linear cutting test is not performed, cutting tests were performed under a total of 50 or more conditions on representative rocks in Korea so as to enable the design of the tunnel face and the prediction of the drilling speed.
이와 같이 수행한 선형절삭시험에서 얻어진 커터 작용력, 비에너지, 최적 절삭조건, 임계 압입깊이와 DRI 및 CLI 등의 물성 자료를 정리하면 도10과 같다.Cutter action force, specific energy, optimum cutting condition, critical indentation depth, and DRI and CLI properties obtained from the linear cutting test performed as described above are summarized in FIG. 10.
본 발명에서는 이와 같은 절삭조건과 지반 물성 자료를 종합하여 디스크 커터에 의한 절삭성능을 정량화하고 이를 통해 예측 모델을 도출하고자 하였다.In the present invention, the cutting performance and the ground property data were combined to quantify the cutting performance by the disc cutter and to derive the predictive model.
이를 위하여 다중 회귀분석(multiple regression analysis)에 의해 각각의 절삭성능을 보다 정확하게 예측하기 위한 인자를 고려하여 모델식을 제시하였다.For this purpose, a model equation was proposed by considering factors for more accurately predicting each cutting performance by multiple regression analysis.
우선 본 발명에서 시험한 전체 암석에 대한 다중회귀분석 결과, 평균 커터 연직하중, 평균 커터 회전하중, 비에너지는 절삭조건으로서 커터간격과 커터 압입깊이, 그리고 지반 물성으로 UCS/UCT, SJ, S20, AVS를 회귀분석 인자로 적용할 경우에 상관관계가 가장 좋게 나타났다.First, the results of the multiple regression analysis on the whole rock tested in the present invention show that the average cutter vertical load, average cutter rotational load, and specific energy are the cutting conditions, cutter indentation depth, and ground properties as UCS / UCT, SJ, S 20. In the case of applying AVS as a regression factor, the correlation was the best.
여기서 회귀분석 인자의 개수가 감소할 경우에 상관계수가 감소하는 것을 알 수 있었다. 반면, 최적 절삭조건(S/P opt )와 임계 압입깊이에서는 절삭조건이 필요 없기 때문에 지반 물성만으로 모델 도출이 가능하였으며 DRI 및 CLI 관련 지표를 적용할 때 가장 우수한 상관관계가 얻어졌다. 여기서 DRI 및 CLI 또는 이와 관련 SJ, S20 및 AVS가 증가할수록 암석의 굴진 저항이 줄어들기 때문에 이와 관련된 회귀분석 상수는 대체로 음수를 나타냄을 알 수 있다.It was found that the correlation coefficient decreased when the number of regression factors decreased. On the other hand, since the cutting conditions are not necessary at the optimum cutting conditions ( S / P opt ) and the critical indentation depth, the model can be derived only by the ground properties, and the best correlation was obtained when applying the DRI and CLI-related indicators. In this case, as the DRI and CLI or related SJ, S 20 and AVS increase, the flexural resistance of the rock decreases, so the regression constants related thereto are generally negative.
여기서 Fn과 Fr은 각각 평균 커터 연직하중과 평균 커터 회전하중이며 단위는 kN이고, S와 P는 커터 간격과 커터 압입깊이이며 단위는 mm이다.Where F n and F r are the average cutter vertical load and the average cutter rotational load, respectively, and the unit is kN, S and P are the cutter spacing and the cutter indentation depth, and the unit is mm.
또한, UCS와 UCT는 각각 압축강도와 인장강도를 의미하며 단위는 MPa이다.In addition, UCS and UCT mean compressive strength and tensile strength, respectively, and a unit is MPa.
또한, SE는 비에너지로서 단위는 103tonf/㎡이고, S/ P opt와 P critical은 각각 최적의 절삭조건과 임계 압입깊이(단위: mm)이다.In addition, SE is a specific energy unit of 10 3 tonf / ㎡, S / P opt and P critical is the optimum cutting conditions and critical indentation depth (mm), respectively.
이상의 다중 회귀분석 결과에서 살펴볼 수 있는 것과 같이, 디스크커터에 의한 절삭성능은 일반적인 물성인 압축강도, 인장강도, 탄성계수 등으로 예측하는 것이 어려우며 본 발명에서 처음 시도한 바와 같이 DRI와 CLI 관련 지수들을 적용하는 것이 예측결과의 정확성을 확보하는데 유리한 것으로 나타났다.As can be seen from the results of the multiple regression analysis, it is difficult to predict the cutting performance by the disc cutter with general properties such as compressive strength, tensile strength, modulus of elasticity, etc., and apply DRI and CLI related indices as first attempted in the present invention. It is shown that it is advantageous to secure the accuracy of the prediction result.
기본 물성 가운데에서는 압축강도와 인장강도의 비율만이 주된 영향을 미치게 되는데, 이는 일반적으로 압축강도와 인장강도의 비율이 암석의 취성도를 나타내는 척도로 적용된다는 점을 고려하면 취성도가 커터의 절삭성능에 상당한 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.Among the basic properties, only the ratio of compressive strength and tensile strength has a major influence. In general, the brittleness of the cutter is reduced by considering that the ratio of compressive strength and tensile strength is used as a measure of the brittleness of the rock. It can be seen that it has a significant impact on performance.
그러나 이상의 결과는 편리의 영향이 뚜렷한 편마암과 내부 균열들이 우세하였던 응회암의 결과를 포함한 것으로서 이들 영향을 배제할 수 있는 암석들의 결과에 대해서만 다중 회귀분석을 다시 실시하였다.However, the above results included the results of tuff, the gneiss and the internal cracks, which had the effect of convenience, and the multiple regression analysis was performed only on the results of rocks that can exclude these effects.
화강암에 대해서만 다중 회귀분석을 실시한 결과, 역시 절삭조건인 커터 간격 및 커터 압입깊이, 그리고 DRI와 CLI 관련 지표들을 사용한 경우에 상관관계가 가장 좋게 얻어졌다.(표1 참조)The results of multiple regression analysis on granite only showed the best correlation when cutting parameters, cutter spacing and cutter indentation depth, and DRI and CLI related indicators were used (see Table 1).
편리의 영향이 포함된 편마암을 대상으로 다중 회귀분석을 실시한 결과, 자료의 개수가 적은 관계로 커터 작용력과 비에너지는 압축강도와 인장강도의 비율과 절삭조건으로 모델화할 수 있었다.As a result of multiple regression analysis on the gneiss, which includes the effect of convenience, the cutter force and specific energy can be modeled by the ratio of compressive strength and tensile strength and cutting conditions due to the small number of data.
그러나, 최적 절삭조건은 두 편마암의 경우 13과 14이고, 임계 절삭깊이는 모두 8mm였던 관계로 이에 대해서는 분석이 불가능하였다.(표1 참조)However, the optimum cutting conditions were 13 and 14 for the two gneiss, and the critical cutting depths were 8 mm, which could not be analyzed (see Table 1).
편마암의 경우만 별도로 모델화하는 경우에는, 상기한 바와 같이 자료의 개수가 적기 때문에 편리의 영향이 포함된 편마암, 내부 균열의 영향이 우세하였던 응회암과 석회석에 대해 추가로 다중 회귀분석을 실시한 결과는 표1에 나타낸 바와 같다.In the case of separately modeling gneiss, the results of the multiple regression analysis on the tuff and limestone in which the influence of the internal cracks predominantly included the gneiss and the internal cracks, because the number of data is small as described above, are shown in the table. As shown in 1.
이상과 같이 본 발명에서 도출한 터널굴착기 면판설계용 예측모델을 정리하면 상기한 표1과 같다.Table 1 above summarizes the predictive model for designing the tunnel excavator faceplate derived from the present invention as described above.
이들 예측모델들은 선형절삭시험에 의한 실물절삭시험이 불가능할 경우에 DRI나 CLI와 같은 간편 물성시험에서 얻어진 결과들로부터 절삭조건에 따른 제반 절삭성능 결과를 추정하는데 사용할 수 있다.These predictive models can be used to estimate the overall cutting performance according to the cutting conditions from the results obtained from simple physical property tests such as DRI and CLI when the real cutting test by the linear cutting test is not possible.
또한, 이와 같이 예측한 결과는 터널굴착기의 면판설계와 굴진속도 예측에 함께 활용된다.In addition, the predicted results are used together with the faceplate design and the excavation speed prediction of the tunnel excavator.
한편, 도19 내지 도23은 본 발명의 예측모델을 도출하기 위해 실시한 지반물 성시험을 나타내기 위한 도면들이다.On the other hand, Figure 19 to Figure 23 is a view showing the ground material test carried out to derive the predictive model of the present invention.
① Sievers' J-Value① Sievers' J-Value
- 시편의 준비는 다이어 몬드 절삭기를 이용하여 25-30mm의 두께를 갖는 시편을 제작한다. 그리고 50-100mm의 길이와 폭을 가져야 하는데 폭과 길이는 자를 필요가 없다면 자르지 않아도 된다. 절삭된 시편의 표면은 부드럽고 평평하여야 한다 (층리를 가지는 암석은 층리와 절삭된 면이 층리와 수직을 이루어야 한다).-Preparation of the specimen is made with a diamond cutter to prepare a specimen having a thickness of 25-30mm. It should have a length and width of 50-100mm, but the width and length do not need to be cut unless you need to cut it. The surface of the cut specimens should be smooth and flat (layered rock should be perpendicular to the layered and cut surfaces).
- 4-8개의 텅스텐 카바이드 드릴 비트를 다음 도19의 형상으로 가공한다.4-8 tungsten carbide drill bits are machined into the shape of the following figure 19.
- 드릴링을 한 후에는 비트의 끝을 다시 뾰족하게 가공한다.-After drilling, point the end of the bit again.
- a x 10 핸드 렌즈를 이용하여 가공이 잘 되었는지 확인한다.-
- 가공된 드릴 비트의 끝 모양이 형상을 따르는지 확인한다.-Check that the end shape of the machined drill bit follows the shape.
- 가공된 드릴 비트를 고정대 중앙에 편심이 생기지 않도록 단단히 고정 시킨다.-Securely drill the drill bit to prevent eccentricity in the center of the guide.
- 시편의 4-8군데의 표면에 적절히 시험한다. 드릴 홀의 위치와 수는 암석의 비 균질성에 의해서 결정되어진다. -Properly test on 4-8 surfaces of the specimen. The location and number of drill holes is determined by the inhomogeneity of the rock .
- 시각적 시각적으로 암석시편을 판단하여 시편의 부드럽고 단단한 부위의 드릴 홀을 선택한다. 즉, 60%의 단단한 부위와 40%의 단단한 부위를 선택하였다면 3개의 단단한 부위와 2개의 부드러운 부위를 선택하는 것이다. 가능하다면 부드럽고 단단한 것이 섞여 있는 부위는 피하는 것이 좋다. 이는 시험 중 튀거나 섞이는 경향을 보이기 때문이다. 하지만 이런 부위를 모두 피한다는 것은 교대로 얇은 층이 존재하는 암석 시편 같은 경우 종종 불가능 할 때가 있다.Visually, visually judge the rock specimen and select a drill hole in the soft, hard part of the specimen. In other words, if you select 60% hard and 40% hard, you choose three hard and two soft. If possible, avoid areas with mixed soft and hard. This is because they tend to bounce or mix during the test. However, avoiding all of these areas is often not possible for rock specimens with alternating thin layers.
도20에 나타낸 바와 같이, 미리 가공한 Sievers 시편을 20kg의 추 아래부위에 드릴 비트에 닿기 직전까지 고정 시키고 시편의 표면이 드릴 비트의 끝과 평행이 되는지 확인한다. 이후 200회 드릴 비트를 회전 시킨다. 시험 중 튀거나 섞이는(jumping and shaking) 현상이 있는지 확인한다.As shown in Fig. 20, the pre-fabricated Sievers specimen is fixed to the bottom of 20 kg weight just before touching the drill bit, and the surface of the specimen is parallel to the end of the drill bit. Then rotate the
200회 회전이 끝난 후 레버를 이용하여 시편과 추를 들어 올린 후 다음 드릴 홀로 드릴 비트를 옮긴 후 다음 시험을 수행한다. 4-8회 시행한 후 Electronic micrometer나 Slide calliper를 이용하여 모형의 드릴 홀의 깊이의 1/10mm의 정밀도로 측정하여 평균값을 SJ값으로 선택한다.After 200 turns, lift the specimen and weight with the lever, move the drill bit to the next drill hole and perform the next test. After 4-8 times, use an electronic micrometer or a slide calliper to measure the accuracy of 1 / 10mm of the depth of the drill hole of the model and select the average value as the SJ value.
이때 Siever's J-value test를 위한 시편의 두께는 25-30mm 정도가 좋다.At this time, the thickness of the specimen for Siever's J-value test should be about 25-30mm.
② 취성도 시험 S20 ② Brittleness test S 20
도21에 나타낸 바와 같이, 취성도시험(brittleness value)은 11.2~11.6mm의 쇄석의 균일한 시편을 3번에 걸쳐 수행한다. 2.65의 밀도를 가지는 시편에 대해서는 각각의 시험을 수행하는 쇄석의 무게는 500g 정도이다. 이 질량은 밀도에 따라 증가 하거나 감소하게 된다.As shown in Fig. 21, the brittleness test is performed three times on uniform specimens of crushed stone of 11.2 to 11.6 mm. For specimens with a density of 2.65, the weight of the crushed stone for each test is approximately 500 g. This mass will increase or decrease with density.
상기 세 번의 시험에서 사용될 쇄석들은 미리 직사각형 모양의 채에서 체가름 되어 계산된 것들을 사용한다.The crushed stones to be used in the three tests use those calculated by sieving in a rectangular shape beforehand.
<표5> 쇄석들의 분류Table 5 Classification of crushed stones
시험기구의 실험을 수행할 시편을 담을 사발에 쇄석 시편들은 담은 후 뚜껑을 부드럽게 쇄석 위에 올려놓는다.Put the crushed specimens in the bowl that will hold the test fixture, and place the lid gently on the crushed stone.
실험 기구에 사발을 고정 시킨 후 14kg의 무게의 쇠뭉치로 25cm의 높이에서 20번 충격을 가한다.After fixing the bowl to the test apparatus, impact it 20 times at a height of 25cm with a 14kg iron ball.
이제 남아 있는 분쇄물들을 모아서 무게를 잰 후에 체가름을 한다. 모든 시험한 분쇄물들을 모아서 적당한 그릇에 담아 놓은 후 AV 마모 시험에 이용한다.Now collect and weigh the remaining grind and sift. Collect all the milled pieces and place them in a suitable bowl for use in the AV abrasion test.
Brittleness Value는 20번의 충격 후 11.2mm의 체를 통과한 양의 백분율로 표현한다.The Brittleness Value is expressed as a percentage of the amount that passed through a 11.2 mm sieve after 20 impacts.
③ AV(Abrasion Value)와 AVS(Abrasion value steel)③ AV (Abrasion Value) and AVS (Abrasion value steel)
2개에서 4개의 텅스텐 카바이드 시험 모형을 도22의 왼쪽 아래 그림과 같이 성형한다.Two to four tungsten carbide test models are molded as shown in the lower left picture of FIG.
시험을 하는 표면의 그라인딩 작업은 중요한 작업이다. 그리고 이 후에 과열을 방지하기 위해서 세심히 살펴봐야 한다. 그라인딩 작업 이후 그 표면이 매끄럽고 직선을 이루는지 눈으로 직접 확인한다. 숫돌로 면을 깨끗이 세련한 뒤 비트 면이 잘 다듬어 졌는지 깨끗한지 확인 한 후, 추아래 고정한다. 시험하는 비트의 무게를 0.001g의 정밀도를 측정하여 기록하여 놓는다. 이후에 안전하게 스틸 디스크 위에 올려놓는다. 이후 비트 면과 스틸 디스크가 평행을 이루는지 확인한 후 필요하다면 추와 고정된 부분을 조절하여 평행하게 만든다.Grinding of the surface under test is an important task. And after that, you should watch carefully to prevent overheating. After grinding, visually check that the surface is smooth and straight. Sharpen the surface with a whetstone, make sure that the bit surface is well trimmed, and secure it under the weight. Record the weight of the bit under test by measuring the precision of 0.001g. After that, place it safely on the steel disc. Then check that the bit face and the steel disc are parallel and adjust the weight and the fixed part to make it parallel if necessary.
5분 동안 100회 회전 시킨다. 회전 중에 비트에 닿는 암석 파우더의 양이 충 분한지 아니면 과도한지를 확인하고 바이브레이팅 피더를 조절한다. 파우더와 비트가 만나는 부분에서 파우더가 쌓이지 말아야 한다. 시험 비트는 스틸 디스크 너비의 중앙에서 돌아야 하며 비트의 어느 부위도 스틸 디스크와는 닿아서는 안 된다.Rotate 100 times for 5 minutes. Check whether the amount of rock powder that reaches the beat during rotation is sufficient or excessive and adjust the vibrating feeder. The powder should not accumulate where it meets the beet. The test bit shall run at the center of the steel disc width and no part of the bit shall touch the steel disc.
AVS는 1분에 20번만 회전 시킨다. 시험 비트를 분리하고 무게를 측정하기 전에 말린다. 이후 무게(mg)의 정밀도를 측정한다. 이 시험을 2회에서 4회 반복하여 평균을 취한다.AVS rotates 20 times a minute. Remove the test bit and dry it before weighing. Then the precision of the weight (mg) is measured. This test is repeated 2 to 4 times and averaged.
④ 천공속도지수(Drilling Rate Index, DRI)④ Drilling Rate Index (DRI)
DRI는 두 가지 실내시험, 취성시험(Brittleness Test)과 암석의 표면경도를 측정하는 Siever's J-value Test를 이용하여 예측한다. 즉, DRI는 취성시험(Brittleness Value)을 표면경도에 따라 보정한다는 의미로 해석할 수 있다.DRI is predicted using two laboratory tests, the Brittleness Test and the Siever's J-value Test, which measures the surface hardness of rock. In other words, DRI can be interpreted to mean that the brittleness value is corrected according to the surface hardness.
취성시험은 암석 시료의 공학적 성질을 측정하는 시험이다. 기계적인 충격에 저항하는 능력을 측정하게 된다. 도23은 DRI를 도출하기 위한 Brittleness value와 Sievers' J value의 관계이다.Brittleness test is a measure of the engineering properties of rock samples. The ability to withstand mechanical shock is measured. Fig. 23 is a relationship between Brittleness value and Sievers' J value for deriving DRI.
⑤ 커터수명지수(Cutter Life Index, CLI)⑤ Cutter Life Index (CLI)
CLI는 Sievers' J-value SJ와 AVS(Abrasion Value Steel cutter) 값을 이용하여 구한다. CLI는 터널굴착기 커터의 수명을 나타내는 지표로 쓰일 수 있다. CLI는 다음의 식과 같이 계산된다.The CLI is obtained using the Sievers' J-value SJ and the AVS (Abrasion Value Steel cutter) values. CLI can be used as an indicator of the life of tunnel excavator cutters. CLI is calculated as follows.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the technical field of the present invention without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 암반용 디스크커터를 장착한 터널굴착기의 면판 설계방법에 의하면, 터널굴착기 면판의 최적설계인자들을 도출하고 그에 따른 굴진속도를 예측하여 공사기간과 공사비용을 대폭 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.According to the faceplate design method of the tunnel excavator equipped with the rock disk cutter of the present invention as described above, it is possible to derive the optimal design factors of the faceplate of the tunnel excavator and to predict the excavation speed accordingly, thereby greatly reducing the construction period and construction cost. It has the effect of making it possible.
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