암반강도 및 압입깊이에 따른 디스크커터의 최적간격 산정을 위한 개별요소법 기반 수치해석 연구 (A numerical study on the optimum spacing of disc cutters considering rock strength and penetration depth using discrete element method)

서지정보

· 발행기관 : 사단법인 한국터널지하공간학회
· 수록지 정보 : 한국터널지하공간학회 논문집 / 22권 / 4호 / 383 ~ 399페이지
· 저자명 : 이상연, 송기일, 정주환

초록

디스크커터의 간격을 최적화하는 것은 TBM 커터헤드의 설계의 핵심요소로, TBM의 굴진성능을 좌우한다. 실대형 선형절삭시험은 디스크커터의 간격 산정을 위해 가장 신뢰성 및 정확도가 높은 시험으로 알려져 있으나 실대형 실험을 위해 경제적 및 시간적 비용이 소요되는 단점이 있다. 본 연구에서는 개별요소법 기반의 수치해석 연구를 통해 암반의 일축압축강도 및 압입깊이에 따른 비에너지-S/P비 간의 경향성을 분석하였고, 17인치 디스크커터의 최적 간격을 도출하였다. 수치해석모델의 적정성을 검토하기 위하여 디스크커터에 작용되는 회전력을 CSM 모델과 비교·검토하였다. 선형절삭시험에 대한 수치해석 결과, 디스크커터에 작용되는 회전력은 CSM 모델의 이론식으로부터 도출한 회전력과 유사한것으로 분석되었다. 5가지(50 MPa, 70 MPa, 100 MPa, 150 MPa, 200 MPa)의 일축압축강도에 대한 수치해석 결과, 암반강도가 증가할수록 디스크커터의 최적간격의 범위는 감소하는 경향을 보였으며 80~100 mm범위에서 최소 비에너지를 보이는 것으로 확인되었다. 이는, 기존에 보고된 디스크커터의 최적 간격과 일치되는 경향으로써, 본 연구를 통해 산정된 디스크커터 간격을 밑받침한다.

영어초록

Optimizing the spacing of the disc cutter is a key element in the design of the TBMcutter head, which determines the drilling performance of the TBM. The full-scalelinear cutting test is known as the most reliable and accurate test for calculating thespacing of the disc cutter, but it has the disadvantage of costly and time-consuming forthe full-scale experiment. In this study, through the numerical analysis study based onthe discrete element method, the tendency between Specific Energy-S/P ratio accordingto uniaxial compression strength and penetration depth of rock was analyzed, and theoptimum spacing of 17-inch disc cutter was derived. To examine the appropriatenessof the numerical analysis model, the rolling force acting on the disc cutter wascompared and reviewed with the CSM model. As a result of numerical analysis for thelinear cutting test, the rolling force acting on the disc cutter was analyzed to be similarto the rolling force derived from the theoretical formula of the CSM model. From thenumerical analysis on 5 UCS cases (50 MPa, 70 MPa, 100 MPa, 150 MPa, 200 MPa),it is found that the range of the optimum spacing of the disc cutter decreases as the rockstrength increases. And it can be concluded that 80~100 mm of disc cutter spacing isthe optimum range having minimum specific energy regardless of rock strength. Thistends to coincide with the optimal spacing of previously reported disk cutters, which underpins the disk cutter spacing calculated through this study.

참고자료

· 없음