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터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space v.22 no.2 = no.97, 2012년, pp.144 - 156   피인용횟수: 2
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TBM의 굴진성능 예측을 위한 압입시험에 대한 연구
A Study on Punch Penetration Test for Performance Estimation of Tunnel Boring Machine

정호영    (서울대학교 공과대학 에너지시스템공학부   ); 전석원    (서울대학교 공과대학 에너지시스템공학부   ); 조정우    (한국생산기술연구원 대경권지역본부 메카트로닉스연구 그룹  );
  • 초록

    본 논문에서는 TBM의 굴진성능 평가를 위한 실내시험 중 하나인 압입시험의 시험과 결과 분석방법에 대하여 연구하였다. 압입시험은 암석의 굴진저항 및 취성도를 나타내는 여러 지수들을 산정하고 이를 통해 TBM의 굴진율 및 추력을 직접적으로 추정할 수 있는 유용한 실험으로 알려져 있으나 국내에서는 아직 관련된 연구가 수행된 바 없으며 규격화된 시험방법이나 결과해석방법 역시 제시되지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 압입시험의 시험 장비를 재구성하여 제작하였고 다양한 조건에 대하여 시험을 수행하여 합리적인 시험방법과 시편의 크기에 대하여 고찰하였다. 또한 국내의 6개 암종에 대하여 압입시험을 수행하고 하중지수의 산정방법에 대하여 연구하였으며 하중지수로써 PLI와 MLI를 제안하였다. 본 연구에서 제안된 지수인 PLI와 MLI는 동일한 암종을 대상으로 수행된 선형절삭시험결과와 밀접한 상관관계를 보였으며 하중지수를 통해 개략적으로 예측된 단일 디스크커터의 수직하중은 실험값과 10% 오차를 보였다. 압입시험은 TBM의 성능예측을 위한 유용한 실험법임을 확인할 수 있었으며 본 연구는 이를 위한 기초연구로서 그 활용도가 높을 것으로 기대된다.


    This paper discusses the methods of estimating the punch penetration indices and data analysis punch penetration test to estimate the TBM normal force and penetration rate. In punch penetration test is known as a useful test to estimate penetration rates and normal force of TBMs directly with several slope indices indicated drill-ability and brittleness of rocks. However, the standard methods and indices for punch penetration test are not suggested yet. The main purpose of punch penetration test which is prediction of normal force of TBM disc cutter when cutters excavate rock mass. In this study, the punch penetration tests were performed for 6 representative Korean rock types and variety length and diameter of rock core specimens. Among slope indices were obtained from punch penetration test, PLI and MLI which is suggested in this study show high correlation with cutter force measured by full-scale cutting test. The results show that the predicted normal force of a single disc cutter and the experimental error was 10%. Based on these results, it is concluded that punch penetration test is reliable laboratory test for estimating thrust and penetration rates of TBM.


  • 주제어

    압입시험 .   추력 .   디스크커터.  

  • 참고문헌 (15)

    1. Altindag, R., 2002. The evaluation of rock brittleness concept on rotary blast hole drills. J. South African Inst. Min. Metall. 102.1, 61-66. 
    2. Bruland, A., 1998, Hard rock tunnel boring, Doctoral Thesis, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway. 
    3. Cook, N. G. W., Hood, M., Tsai, F., 1984, Observations of crack growth in hard rock loaded by an indenter, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 21.2, 97-107. 
    4. Copur, H., 1999, Theoretical and Experimental Studies of Rock cutting with Drag bits toward the development of a performance prediction model for roadheaders, PH. D. Thesis, Colorado School of Mines, T 5259, Colorado, USA 
    5. Copur, H., Bligin, N., Tuncdemor, H., Balci, C., 2003, A set of indices based on indentation tests for assessment of rock cutting performance and rock properties, The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy. 103.9, 589-600. 
    6. Dollinger, G. L., Handewith, H.J., C. D. Breeds, 1998, Use of the punch test for estimation TBM performance, Tunneling and Underground Space Technology. 13.4, 403-408. 
    7. Handewith, H. J., 1970, Predicting the economic success of continuous tunneling and hard rock. 71st Annual Genaral Meeting of the CIM, Vol 63, 595-599. 
    8. Ho-Young Jeong, Seokwon Jeon, Jung-Woo Cho, Soo-Ho Chang and Gyu-Jin Bae, 2011, Assessment of Cutting Performance of a TBM Disc Cutter for Anisotropic Rock by Linear Cutting Test, Journal of Korean society for rock, 21.6, 508-517.     
    9. Jung-Woo Cho, 2010, Linear cutting test and numerical study on the assessment of rock cuttability of a TBM disc cutter, Doctoral Thesis, Seoul National University, Seoul, Korea. 
    10. Ozdemir, L., Nilsen, B., 1999, Recommended laboratory testing for TBM projects, AUA News, Vol. 14, 21-35. 
    11. Rostami, J. and Ozdemir, L., 1993, A new model for performance prediction of hard rock TBMs, Proc. Rapid Excavation and Tunneling Conference(RETC), 793-809. 
    12. Rostami J., Ozdemir L., and Nilsen B., 1996, Comparison between CSM and NTH hard rock TBM performance prediction models, Proceedings, ISDT, 1-11. 
    13. Sang-Hwa Yu, 2007, A Study on rock cutting behavior by TBM disc cutter, MD Thesis, Seoul National University, Seoul, Korea. 
    14. Yagiz, S., 2002, Development of rock fracture and brittleness indices to quantify the effects of rock mass features and toughness in the CSM model basic penetration for hard rock tunneling machines, PH.D. Thesis, Colorado School of Mines, T 5605, Colorado, USA. 
    15. Yagiz, S., 2009, Assessment of brittleness using rock strength and density with punch test, Tunneling and Underground Space Technology. 24.1, 66-74. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (2)

    1. Lee, Su-Deuk ; Jung, Ho-Young ; Jeon, Seok-Won 2012. "Determination of Rock Abrasiveness using Cerchar Abrasiveness Test" 터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, 22(4): 284~295     
    2. Kwon, Ki-Beom ; Song, Chang-Heon ; Park, Jin-Young ; Shin, Dae-Young ; Cho, Jung-Woo ; Cho, Sang-Ho 2013. "Rock Fragmentation Assessment of a Drill Bit by Hopkinson Bar Percussion Test" 터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, 23(1): 42~53     

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