공압해머방식 확공기의 암반굴착성능 평가

Abstract

공압해머방식 확공기의 암반굴착성능은 견인력(pullback force), 회전속도, 공기압축기 공기압력(공압), 타격대상의 물리적 특성 등에 의해 매우 복합적인 영향을 받는다. 그러나 확공기 운용 방법은 아직까지 운용자(operator)의 경험에 의존할 뿐 정량적인 가이드라인이 제시되지 못하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 공압해머방식의 확공기를 이용한 지중관로 시공법에 대하여 간략히 언급하고, 공압해머방식 확공기의 암석 물성에 따른 최적의 굴착조건을 제시하였다. 확공기의 최적굴착조건을 찾기 위해 1열, 2열 선형타격굴착시험(linear percussion test)을 수행하였다. 이 시험은 선형절삭시험(linear cutting test)에 착안한 시험 방법으로 확공기에서 암반굴착을 담당하는 DTH(Down The Hole) 해머비트의 암석굴착시험 데이터를 획득하기 위해서 개발하였다. 해머비트의 타격간격과 공압을 변수로 시험을 수행하였고, 암석 강도와 해머비트에 따른 최적굴착조건을 도출하였다. 이를 토대로 굴착 대상의 강도에 따른 해머비트 조합을 제시하고, 암반 등급에 따른 확공기의 최적굴착조건을 제시하였다. 두 차례의 현장시험을 통해 확공기의 성능을 확인해보았다. 시험 전 굴착 암반의 물성을 수평 시추를 통해 확인하였고 이를 이용해 암반 등급에 따른 굴진율을 측정할 수 있었다. 또한 시험 결과를 통해 암반 물성에 따른 확공기의 굴진율을 이론적·경험적으로 예측하는 방법을 제안하였다. 이 과정에서 선형타격굴착시험에서 도출한 비에너지와 현장 암반 비에너지간의 상관관계를 분석하였고, 제안된 확공기 굴진율 예측법이 충분히 현장에서 활용될 수 있을 것으로 기대되었다. 확공기에 사용되는 DTH 해머비트의 암석 타격빈도 분석을 수행하였다. 암석의 동적 하중 하에서의 변형 특성을 살펴보기 위해 홉킨스바 시험을 수행하였고 시험 결과를 이용하여 유변학 모델을 구성하였다. 구성한 유변학 모델을 AMESim 프로그램에 반영하여 암석 타격 시 해머비트의 타격빈도를 해석하였고 암석의 항복 거동을 고려함에 따라 해머비트의 타격빈도가 변화하는 것을 관찰할 수 있었다. 타격빈도는 타격에너지와 함께 해머비트의 성능을 대변하는 주요 지표이므로, 향후 해머비트의 성능을 표시할 때 타격 대상의 물성도 함께 제시할 것을 제안하였다.