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[국내논문] 워터젯을 이용한 화강암 천공과 절삭 특성에 관한 연구
Studies on Drilling and Cutting Characteristics for Granite Rocks Using Waterjets 원문보기

한국지반공학회 2009년도 세계 도시지반공학 심포지엄, 2009 Sept. 25, 2009년, pp.1338 - 1345  

오태민 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과) ,  홍은수 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과) ,  조계춘 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Although rock excavation is necessary for the effective utilization of urban space, most conventional rock excavation methods, including the blasting method, cause high noise and vibration. Meanwhile, if a high pressure waterjet system is applied to excavate underground spaces in urban areas, the pu...

AI 본문요약
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문제 정의

  • 워터젯을 이용한 암반굴착은 저소음 저진동으로 민원을 극소화하며 효율적인 암반굴착을 가능하게 한다. 본 연구에서는 워터젯을 이용한 암반굴착 연구를 위해, 실내 워터젯 시스템을 개발/제작 하고 우리나라의 대표 암종인 화강암에 대해 워터젯 절삭 및 천공 실험을 실시하였다. 실내 워터젯 시스템은 다양한 변수(암석의 종류, 수압, 연마제의 유무, 노즐 이송속도 등)에 대해 최적화된 암석 절삭 및 천공실험을 할 수 있도록 설계 제작되었다.
  • 마지막으로 대상 물질 매개변수는 워터젯의 절삭 또는 파쇄대상이 되는 물질에 관한 변수로 암석을 구성하는 물질이나 그 특성을 대변할 수 있는 기본 특성과 관련된 인자들이다. 본 연구에서는 제작된 건식 워터젯 시스템의 성능 검증과 더불어 암석 천공 및 절삭 특성을 확인하기 위해 에너지 매개변수를 이용하여 실내실험을 실시하였다. 에너지 매개변수로 대변할 수 있는 워터젯 수압, 노즐 이송속도, 그리고 분사시간을 변화하여 절삭 및 천공 깊이를 측정 분석 하였다.
  • 본 연구에서는 연마제 워터젯 시스템을 이용하여 분사시간에 따른 암석 천공깊이를 확인하고, 노즐 이송속도와 토출압력에 따라 절삭깊이를 측정하여 그 영향을 고찰하였다. 이로부터 도출된 결론은 다음과 같다.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
워터젯을 이용한 암반굴착의 장점은 무엇인가? 효율적인 도심지 공간 활용을 위한 지하공간이나 지하 교통구조물 시공에는 암반굴착이 필수적이나, 도심지에서 암반굴착은 소음과 진동에 의한 민원을 많이 발생시킨다. 워터젯을 이용한 암반굴착은 저소음 저진동으로 민원을 극소화하며 효율적인 암반굴착을 가능하게 한다. 본 연구에서는 워터젯을 이용한 암반굴착 연구를 위해, 실내 워터젯 시스템을 개발/제작 하고 우리나라의 대표 암종인 화강암에 대해 워터젯 절삭 및 천공 실험을 실시하였다.
도심지에서 암반굴착은 어떤 민원을 발생시키는가? 효율적인 도심지 공간 활용을 위한 지하공간이나 지하 교통구조물 시공에는 암반굴착이 필수적이나, 도심지에서 암반굴착은 소음과 진동에 의한 민원을 많이 발생시킨다. 워터젯을 이용한 암반굴착은 저소음 저진동으로 민원을 극소화하며 효율적인 암반굴착을 가능하게 한다.
본 연구에서 연마제 워터젯 시스템을 이용하여 분사시간에 따른 암석 천공깊이를 확인하고, 노즐 이송속도와 토출압력에 따라 절삭깊이를 측정하여 그 영향을 고찰해 도출한 결론은 무엇인가? 1) 천공실험을 위한 워터젯 토출압력 3200kg/cm2에서, 분사 노출시간(60초 까지)에 따라 화강암 시료의 천공깊이도 선형으로 증가하는 것을 확인하였다. 그러나 토출압력이 낮은 상태에서 실험을 하거나 천공깊이가 충분히 깊어지면 주어진 에너지가 천공깊이까지 도달하기 힘들어 초기 상태의 효율성을 유지할 수 없을 것으로 판단되어 진다. 2) 워터젯 분사 압력과 이송속도는 절삭에 소요되는 에너지와 밀접하게 관련된 변수로 분사 압력이 증가하면 절삭깊이도 비선형적으로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 이송속도가 감소할수록 미소면적에 작용하는 타격에너지가 증가하여, 그에 따라 절삭깊이도 증가하는 것으로 확인하였다. 3) 화강암 시료의 천공과 절삭실험 결과를 동일한 토출압(3200kg/cm2)에서 비교분석하면, 노즐이 1.9mm/s의 이송속도로 움직일 때 절삭깊이는 약 47mm이고 같은 천공깊이에서 분사 노출시간은 25.8초로 관찰 되었다. 이것은 파쇄된 깊이를 절삭효율의 지표로 삼는다면, 노즐을 조금씩 움직이며 천공하는 것이 깊게 파쇄하는 쪽에는 더 유리하다는 것으로 판단되어 진다.
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