TBM 굴진성능 예측을 위한 NTNU 시험결과의 분석

장수호,최순욱,이규필,배규진,Choi, Soon-Wook,Chang, Soo-Ho,Lee, Gyu-Phil,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2011 한국터널지하공간학회논문집 Vol.13 No.3

성공적인 TBM의 적용을 위해 설계단계에서 TBM의 굴진성능을 사전에 예측하는 것이 매우 중요하다. 대표적인 TBM 굴진성능 예측모델 중의 하나인 NTNU 모델에서는 TBM의 시추코어를 활용한 세 가지 시험들로부터 얻어지는 DRI와 CLI에 근거히여 TBM의 굴진율과 디스크커터의 수명 예측이 가능하다. 본 연구에서는 NTNU모델의 기본 입력변수인 DRI와 CLI를 측정하는 NTNU 시험방법과 국내에서 구축된 NTNU 시험장비를 소개하고, 구축된 장비를 사요하여 측정된DRl와 CLI를 일축압축강도, 석영함유량 등익 암석 특성과 비교 분석하여 각각의 상관관계를 도출하였다. 마지막으로 NTNU의 시험 데이터베이스와의 비교를 통하여 국내에서 수행된 NTNU 시험결과의 신뢰성을 확인하였다. To predict TBM performance in design stage is indispensable for its successful application. The NTNU model, one of the representative TBM performance prediction models uses two distinct parameters such as DRI and CLI obtained from three different tests on bored rock cores. Based on DRI and CLI, it is possible to predict TBM advance rate and cutter life in the NTNU model. In this study, NTNU testing methods and their related testing equipments were introduced to measure DRl and CLI for the NTNU model. Then, in order to derive their relationships, the two key parameters measured for 39 domestic rocks were compared with physico-mechanical properties of rock such as uniaxial compressive strength and quartz content. Lastly, the experimental results were also compared with NTNU database to verify their reliability.

커터 링의 형상에 따른 디스크커터 작용력의 실험적 평가

장수호,최순욱,박영택,이규필,배규진,Chang, Soo-Ho,Choi, Soon-Wook,Park, Young-Taek,Lee, Gyu-Phil,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.3

TBM의 암반 굴착도구인 디스크커터의 작용력은 TBM의 설계와 굴진성능 평가를 위해 핵심적인 항목이다. 본 연구에서는 디스크커터 링의 형상에 따른 디스크커터 작용력의 차이를 실물 선형절삭실험에 의해 실험적으로 분석하였다. 또한 절삭실험 중에 발생하는 커터 링의 변형률을 계측하여 커터 링의 강성을 추정하였다. 분석결과, V형상의 디스크커터를 사용하게 되면 동일한 절삭조건에서 커터 관입깊이를 증가시킬 수는 있지만, 커터의 회전방향으로 큰 응력이 작용하는 것으로 나타났다. 또한 커터 작용력을 예측모델에 의해 추정할 경우에는, 디스크커터의 형상과 관련된 변수들을 고려할 수 있는 모델을 사용하는 것이 타당함을 알 수 있었다. Cutter forces acting on a disc cutter in TBM are the key parameters for TBM design and its performance prediction. This study aimed to experimentally evaluate cutter forces with different ring shapes in a hard rock. The stiffness of a cutter ring was indirectly estimated from a series of full-scale linear cutting tests. From the experiments, it was verified that the rolling stress acting on a V-shape disc cutter was much higher than on a CCS disc cutter even though the penetration depth by a V-shape disc cutter could be increased in the same cutting condition. Finally, it is suggested that a prediction model considering the shape parameters of a disc cutter should be used for its better prediction.

성형작약탄용 구리라이너의 미세조직 제어연구

장수호,박경채,김영무,Chang, Soo-Ho,Park, Kyung-Chae,Kim, Young-Moo 한국군사과학기술학회 2011 한국군사과학기술학회지 Vol.14 No.6

Shaped Charge's penetration performance is depended on the shape of warhead and explosive, liner materials. The liner that manufactured to small homogeneous grain increase the penetration performance and decrease the deviation of penetration performance. This texture is obtained by forging process but, creating the process that remove crack and get small homogeneous grain is very hard. In this study, We success to get the homogeneous small grain texture through appling the most suitable process by DEFORM CODE analysis.

화재 후 터널구조물 시공재료의 역학적 특성변화

장수호,최순욱,권종욱,김상환,배규진,Chang, Soo-Ho,Choi, Soon-Wook,Kwon, Jong-Wook,Kim, Sang-Hwan,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2007 한국터널지하공간학회논문집 Vol.9 No.2

This study aimed to quantify the deterioration of tunnel structural members such as concrete lining and shotcrete lining after a tunnel fire accident by measuring their mechanical properties between $300^{\circ}C$ and $1,000^{\circ}C$. From the experiments, it was revealed that the critical temperature where mechanical properties start to decrease linearly was approximately $300^{\circ}C$. In addition, the other critical temperature where macro-cracks are induced in specimens was around $600^{\circ}C$. From a series of regression analysis, the optimum regression function with correlation coefficients over 0.99 for mechanical properties at different temperature levels was obtained as the Boltzmann function. Finally, a schematic diagram to estimate temperature distribution inside structural members as well as their mechanical properties at corresponding temperature levels quantitatively was newly proposed for RABT and RWS fire scenarios. 본 연구에서는 $300^{\circ}C$부터 $1,000^{\circ}C$까지 $100^{\circ}C$간격으로 터널구조물 시공재료별로 목표온도 조건에 따른 중량손실률 및 제반 역학적 특성변화를 측정하였다. 실험 결과, 재료의 역학적 특성이 선형적으로 급격히 저하되는 임계 온도는 $300^{\circ}C$정도이고, 급격한 재료 특성 저하 후 거시적인 파괴로 진전되는 임계 온도는 약 $600^{\circ}C$라는 것을 파악할 수 있었다. 터널구조물 시공재료별로 목표온도에 따른 역학적 특성변화 결과들을 회귀분석한 결과, Bolzmann함수로 최적 회귀함수를 도출할 수 있었다. 최종적으로 화재 시나리오에 따라 터널구조물에 사용되는 시공재료 내부의 온도분포를 쉽게 추정할 수 있으며, 그에 따른 압축강도 및 탄성계수와 같은 역학적 특성들의 저하 정도도 정량적으로 추정할 수 있는 도표를 제시하였다.

분말형 박층 뿜칠 라이너 시작품의 제작과 성능평가

장수호,이규필,한진태,최순욱,황귀성,최명식,Chang, Soo-Ho,Lee, Gyu-Phil,Han, Jin-Tae,Choi, Soon-Wook,Hwang, Gwi-Sung,Choi, Myung-Sik 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.3

박층 뿜칠 라이너(TSL)는 숏크리트와 철망을 대체하는 새로운 암반 지보재로서 고려되고 있다. 하지만 아직까지 TSL의 핵심 제작기술이 공개되지 않은 관계로 독자적인 TSL 개발이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에는 TSL의 개발을 위한 첫 번째 단계로서, 2가지의 경제적인 분말형 TSL 시작품 배합조건들을 도출하였고 이들을 액상 및 분말 재료가 혼합되는 2성분 외국산 TSL의 역학적 성능들과 실험적으로 비교하였다. 실험결과, 1가지 TSL 시작품 배합조건은 파괴 시의 신장률이 낮게 나타나 지보재로서의 활용이 어려운 것으로 나타났으나, 나머지 TSL 시작품 배합조건은 기존 외국산 TSL보다 큰 인장강도와 부착강도를 발현하는 등 우수한 성능을 나타내었으며 유럽 EFNARC(2008)의 모든 성능기준을 만족하여 지보재로서 활용이 가능한 것으로 검증되었다. 단, 외국산 2성분 TSL과 비교할 때 TSL 시작품의 연성을 추가적으로 향상시키기 위한 보완이 필요한 것으로 나타났다. Thin Spray-on Liner (TSL) has been considered as a new rock support to replace shotcrete as well as wire mesh. However, the development of its original production technology is highly in demand since it is not open to the public. Therefore, two kinds of powder-type TSL prototypes were developed as the first development stage. Then, their mechanical properties were experimentally compared with those of a two-component foreign TSL material including both of liquid and powder components. From a series of experiments, the first TSL prototype mixing condition satisfied every TSL performance requirements specified by EFNRAC (2008), and showed much higher tensile and bond strengths than those of the two-component foreign TSL, even though the other TSL prototype cannot be used as a support member since its elongation at break is much lower than its corresponding EFNARC (2008) performance criterion. In addition, a further study to increase the ductility of the first TSL prototype might be necessary to guarantee its higher applicability to field conditions.

암석의 선형절삭실험에 의한 디스크커터의 변형특성 평가

장수호,최순욱,박영택,이규필,배규진,Chang, Soo-Ho,Choi, Soon-Wook,Park, Young-Taek,Lee, Gyu-Phil,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2012 한국터널지하공간학회논문집 Vol.14 No.3

Disc cutter is a key cutting tool for rock excavation by TBMs. This study aimed to characterize the deformation of a cutter ring by strain measurement as well as infrared thermal camera measurement during a series of linear cutting tests for a hard rock. The strain measurement results indicated that the cutter ring clearly showed a linear elastic behavior. The data obtained from the infrared thermal camera measurement demonstrated that the maximum temperature increase in the cutter ring was below $14.4^{\circ}C$. The deformation and temperature increase of the cutter ring during rock cutting were insignificant in a given cutting test condition of this study. 디스크커터는 암석의 절삭을 위해 TBM에 사용되는 핵심 굴착도구이다. 본 연구에서는 디스크커터에 의한 암석의 절삭 시에 커터 링에 발생하는 변형특성을 파악하기 위하여, 경암에 대한 선형절삭실험 시에 커터 링에 부착한 일련의 변형률게이지와 적외선 열화상 카메라에 의한 계측을 실시하였다. 실험결과, 커터 링은 매우 뚜렷한 선형탄성 거동을 보였으며, 암석 절삭에 의한 커터 링의 온도 상승은 $14.4^{\circ}C$ 이내로 나타났다. 따라서 본 연구에서 수행한 선형절삭실험 조건에서는 절삭으로 인한 커터 링의 변형과 온도상승이 크지 않았음을 알 수 있었다.

TBM 굴진자료의 다변량 회귀분석에 의한 암반대응형 TBM의 설계모델 도출

장수호,최순욱,이규필,배규진,Chang, Soo-Ho,Choi, Soon-Wook,Lee, Gyu-Phil,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2011 한국터널지하공간학회논문집 Vol.13 No.6

본 연구에서는 암반대응형 TBM의 소요 사양 산출과 커터헤드 설계를 위한 통계모델을 도출하고자 하였다. 이를 위하여 다양한 암반 조건에서 수집된 871개의 TBM 굴진자료와 51개의 암석 선형절삭시험 결과에 대해 다변량 회귀분석을 실시하여, 다양한 암석 특성과 절삭 조건을 고려한 최적 모델을 도출하였다. 회귀분석을 통해 도출된 설계모델들을 2개의 쉴드터널 현장에 적용한 결과, 커터 관입깊이, 커터 작용력 및 커터 간격과 같은 TBM 핵심 설계항목의 예측결과들이 실제 현장의 굴진결과와 잘 부합되는 것으로 나타났다. This study aims to derive the statistical models for the estimation of the required specifications of a rock TBM as well as for its cutterhead design suitable for a given rock mass condition. From a series of multi-variate regression analysis of 871 TBM driving data and 51 linear rock cutting test results, the optimum models were newly proposed to consider a variety of rock properties and mechanical cutting conditions. When the derived models were applied to two domestic shield tunnels, their predictions of cutter penetration depth, cutter acting forces and cutter spacing were very close to real TBM driving data, showing their high applicability.

변형지도 모델링을 통한 구리 분말 소결체의 고온 변형에 따른 미세조직 연구

장수호,김영무,박경채,Chang, Soo-Ho,Kim, Young-Moo,Park, Kyung-Chae 한국분말야금학회 2012 한국분말재료학회지 (KPMI) Vol.19 No.2

P/M coppers are subjected to the isothermal compression tests at the strain rate ranging from 0.01 to 10.0 $s^{-1}$ and the temperature from 200 to $800^{\circ}C$. The processing map reveals the dynamic recrystallization (DRX) domain in the following temperature and strain rate ranges: $600-800^{\circ}C$ and 0.01-10.0 $s^{-1}$, respectively. In the domain, the region at temperature of $600^{\circ}C$ and strain rate of $10^{-2}s^{-1}$ shows peak efficiency. From the kinetic analysis, the apparent activation energy in the DRX domain is 190.67 kJ/mol and it suggests that lattice self-diffusion is the rate controlling mechanism.

요소제거기법을 적용한 지하구조물의 화재손상 예측모델 개발

장수호,최순욱,배규진,안성율,Chang, Soo-Ho,Choi, Soon-Wook,Bae, Gyu-Jin,Ahn, Sung-Youll 한국터널지하공간학회 2008 한국터널지하공간학회논문집 Vol.10 No.4

화재 발생 시 지하구조물의 열-역학상호거동이 정확히 고려되지 못하고 있으며, 이로 인해 일반적인 열전달 이론에 근거한 수치해석 시 화재로 인한 구조물의 손상정도가 과소 평가될 수 있는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 화재 발생 시 지하구조물의 열-역학 상호거동을 모사하기 위한 유한요소 기반의 수치모델을 새롭게 개발하였다. 특히, 화재로 인한 구조물의 단면 손실을 모사하기 위한 요소제거모델을 제안하였고 대류 경계조건을 적용하였다. 이때 요소 내의 최대 온도가 해석 시에 설정한 임계온도 이상이 되면 요소가 제거되도록 설정하였다. 모형 화재시험 결과와 해석 결과를 비교한 변수해석을 통하여, RABT와 RWS 화재 시나리오 조건에 대한 최적의 임계온도, 요소크기, 온도에 따른 대류열전달계수 조건 등을 제시하였다. Thermo-mechanical coupled behavior of an underground structure during a fire accident have not been fully understood yet. Moreover, when such a thermo-mechanical coupled behavior is not considered in numerical analyses based on conventional heat transfer theory, fire-induced damage zone in an underground structure can be considerably underestimated. This study aims to develop a FEM-based numerical technique to simulate the thermo-mechanical coupled behavior of an underground structure in a fire accident. Especially, an element elimination model is newly proposed to simulate fire-induced structural loss together with a convective boundary condition. In the proposed model, an element where the maximum temperature calculated from heat transfer analysis is over a prescribed critical temperature is eliminated. Then, the proposed numerical technique is verified by comparing numerical results with experimental results from real fire model tests. From a series of parametric studies, the key parameters such as critical temperature, element size and temperature-dependent convection coefficients are optimized for the RABT and the RWS fire scenarios.

지반과 숏크리트 라이닝의 인터페이스 특성에 관한 실험적 연구

장수호(Soo Ho Chang),이석원(Seok Won Lee),배규진(Gyu Jin Bae),최순욱(Soon Wook Choi),박해균(Hae Geun Park),김재권(Jae Kwon Kim) 한국지반공학회 2004 한국지반공학회논문집 Vol.20 No.5