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과제기본정보

급속 터널 기계화시공을 위한 최적 굴착설계 모델 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 도시건축연구사업 과제번호 05CHUD-C042146-02
국가과학표준분류 1순위 None | None | None 적용분야 -
2순위 None | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 급속 터널 기계화시공을 위한 최적 굴착설계 모델 개발
주관연구기관 서울대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 전석원
소속 국립대학법인서울대학교 직위 교수
기관 대표번호 02-880-1522 FAX 02-873-2684
총 연구기간 2004-08-20 ~ 2007-08-19
당해연도 연구기간 2005-08-20 ~ 2006-08-19

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 319,000,000 16,875,000 95,625,000 112,500,000 431,500,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 경제발전과 함께 삶의 질 향상을 위한 환경친화적인 건설이 요구되고 높은 labour cost가 사회문제로 대두되면서 터널 건설에 있어서도 기계화·자동화 시공법이 필연적으로 발전하게 됨
특히 기존 발파공법에 비해 소음·진동 등의 환경영향 요소가 적고 기계화로 인해 labour cost를 절감할 수 있으며 여굴과 주변 지반에 대한 손상이 작다는 장점을 가진 기계화시공법의 적용이 급증하고 있음
그러나 터널 기계화시공에서 가장 근간이 되는 터널 기계화시공장비(TBM)의 굴착 설계 관련 핵심기술을 외국기술에 거의 100% 의존하고 있어 국내 지반/기계적 조건에 부적합한 장비도입으로 인해 급속 시공을 저해하며 터널 붕괴·붕락사고 및 지반침하 등 많은 직·간접적인 손실을 야기하고 있음
또한 굴착설계를 위하여 가장 핵심이 되는 LCM(Linear Cutting Machine)과 같은 실대형 실험장비와 기반시설이 전무하며, 기계화시공 분야에서 단 1건의 국가 R&D과제도 수행된 바 없어 해당 기술의 공동화가 우려됨
따라서 본 연구에서는 기계화시공장비의 굴착설계에 있어서 가장 핵심이 되는 국산 LCM 시스템을 구축하고 국내 지반조건에 적합한 최적 굴착설계 모델을 제시하여 낙후된 국내 기계화시공기술을 향상시키고 기술 자립을 도모하고자 함
최종목표 - 현재 외국 기술에 100% 의존하고 있는 기계화 시공 장비의 설계 기술을 자립하는 것을 목표로 한다. (선진 외국기술 대비 60% 수준으로 향상)
- 급속 터널기계화시공장비의 굴착설계 핵심기술 개발 및 관련 실험장비의 국산화를 통한 기계화시공 기술 자립 및 공기· 및 공사비를 절감한다.
- 터널 기계화시공의 굴진성능 평가기술 및 관련 실험장비/실험법의 확보한다.
- LCM(linear cutting machine)의 보완·개선 및 구체적인 실험법을 정립한다.
- LCM 실험장비를 활용하여 최적 cutter design model을 개발하도록 한다.
- 급속 기계화시공 효율 향상 및 공기 20% 이상 절감한다.
- 암석의 절삭메커니즘 규명 및 최적 굴착설계 모델 도출을 가능하게 할 수 있는 자체 해석기법을 개발한다.
- LCM 등에 의한 굴진성능 평가 및 비교분석하여 나은 굴착모델을 개발할 수 있는 데이터 베이스를 구축한다.
- LCM을 이용한 굴착설계변수 도출 - 설계활용방안의 적용가능성을 조사한다.
- 설계활용방안의 유용성/편리성 검증한다.
연구내용 및 범위 1) 국내·외 기계화시공 기술동향 분석
- 기계화시공장비의 최신 설계기술 조사 및 분석 - 기계화굴착 메커니즘 관련 연구동향 조사 및 분석 - 현행 기계화시공의 문제점 분석
- 기계화시공장비의 설계 요소기술을 평가하기 위한 LCM(Linear Cutting Machine)의 기본 시스템 구축- 미국 CSM (Colorado School of Mines) 및 일본 기계화시공장비 제작업체에서 활용되고 있는 LCM장비의 사양 및 문제점 분석
2) 암석 절삭메커니즘의 실험적 규명 (I)
- Cutter에 의한 암석의 절삭현상 규명
3) 암석 절삭메커니즘의 수치해석기법 선정
- Cutter에 작용하는 3방향 force성분 계측시스템, 자료획득시스템 등을 포함한 국산 LCM 시스템의 구축 - LCM의 기초 구동 실험
4) 국산 LCM의 기본 시스템의 구축 - 계측시스템, 제어시스템 등의 기본 시스템 구축 - LCM의 기초 구동 실험 - 1차년도에 구축된 LCM의 기본 시스템을 보완개선 (자동제어 및 구동 S/W 등)
- LCM을 기계화시공장비의 설계에 활용하기 위한 체계적인 실험법의 정립
5) 암석 절삭메커니즘의 수치해석
- Cutter에 의한 절삭메커니즘 해석적 연구 - 실험결과와의 비교분석을 통한 해석기법 보완·검증
6) 암석 절삭메커니즘의 실험적 규명 (II)
- LCM의 보완·개선 및 실험법 정립 - LCM을 활용한 최적 cutter design
model의 개발
7) LCM의 보완개선 및 실험방법 정립
- 급속 기계화시공을 위한 LCM 및 기타 실험방법을 활용한 굴진성능 평가 및 비교분석- LCM을 이용한 기계화시공장비의 cutter 설계변수 도출 및 굴진 성능 예측방안 제시 - LCM에 의한 기계화시공장비 설계방안 제시 - 급속 기계화시공시 굴진성능 예측방안 제시 - LCM 기본 시스템의 개선과 체계적인 실험법 정립
- 다양한 지반조건 (암종, 암석강도 등)과 기계적조건 (cutter 종류, 추력, 절삭속도 등)에 따른 linear cutting test 수행 및 고효율 급속 기계화시공장비의 설계를 위한 최적 추력, cutter 간격, cutter 개수 등의 cutter design model 제시
8) 최적 cutterhead design model의 개발
- 지반/기계적조건에 따른 최적 설계모델 개발한다.
9) Cutterhead design model의 현장 적용성 평가 및 검증
- 현장실험에 의한 설계모델의 보완 및 검증 - 최종 cutterhead design model 개발
10) LCM의 굴착설계 활용방안 제시
- 굴진성능 예측에 적용된 실험방법의 타당성/신뢰성 - LCM 등에 의한 굴진성능 평가 및 비교분석 - LCM을 이용한 굴착설계변수 도출
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 ○ 급속 터널기계화시공장비의 설계 응용기술 개발 1) 암석 절삭메커니즘의 수치해석 - Cutter에 의한 절삭메커니즘 해석적 연구 - 실험결과와의 비교분석을 통한 해석기법 보완/검증 2) 암석 절삭메커니즘의 실험적 규명 (II) 2) LCM의 보완개선 및 실험방법 정립 - LCM 기본 시스템의 개선과 체계적인 실험법 정립 3) 최적 cutterhead design model의 개발 - 지반/기계적조건에 따른 최적 설계모델 개발
연구성과 기술적 기대성과 - 외국기술에 거의 100% 의존하고 있는 기계화시공 굴착설계 기술을 선진기술대비 60%수준으로 향상
- 국내 지반조건에 적합한 최적 굴착설계 기술력 확보
- 국내 최초로 LCM장비를 구축하게 됨으로써 기계화시공 관련 후속 연구 의 선진화 유도
- 향후 cutter배열 등을 포함한 최종 굴착설계 시스템 구축을 위한 핵심 요소기술 확보
사회 경제적 파급효과 - 국내 지반조건에 적합한 기계화시공장비의 설계로 인해 지체시간 및 공기 20%이상 절감으로 급속시공기술 향상
- 외국기술 의존도 탈피로 인해 설계·시공비 및 관련 실험비용 30% 이상 절감
- Labour cost가 절감되고 소음·진동 등의 영향이 적은 고효율·친환경적
기계화시공 활성화 유도
활용방안 - 터널 기계화시공장비 관련 핵심 굴착설계자료 및 실험방법으로 활용
- 국내 설계·시공업체에 대한 정기적인 기술강좌, 기술교육, 홍보 등을 통해 굴착설계기술과 LCM실험장비를 실무에 활용할 수 있도록 적극 유도
- 본 연구를 통해 개발된 요소 기술들의 신기술화 및 프로그램화
- 관련 장비제작업체에 대한 굴착설계 및 LCM 제작 기술이전
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 터널기계화시공장비 선형절삭장비 절삭메커니즘 굴착설계 급속시공
영문 Tunnel Boring Machine Linear Cutting Machine Cutting Mechanism Excavation Design Rapid Excavation
최종보고서
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