TBM의 구조적 안정성 향상을 위한 그리퍼의 형상최적설계

Abstract

터널굴착공법은 막장면 또는 터널길이 방향의 굴착계획을 총칭하는 것으로 어떠한 수단으로 터널을 굴착할 것이고 어떻게 굴진해 나갈 것인가 하는 계획을 포함한다. 과거 굴착방법은 재래식공법인 인력굴착과 발파공법인 NATM(New Austrian Tunneling Method)과 NMT(Norwegian Method of Tunneling)에서 현재는 기술과 장비의 발전에 힘입어 중장비에 의한 기계굴착인 쇼벨(shovel), 브레이커(breaker), 로드헤더(roadheader), TBM(Tunnel Boring Machine)을 사용한 방법이 쓰이고 있다. TBM(Tunnel Boring Machine)은 여러 개의 디스크가 장착된 커터헤드에 가해지는 추력(thrust force)과 회전력(rolling force)에 의해 암반을 파쇄하며 굴진하는 방법으로 해를 거듭할수록 국내는 이를 이용한 시공이 늘어나고 있는 추세에 있으며 이에 대한 연구들이 많이 진행되고 있다. 이러한 연구들은 디스크커터의 교체주기, 디스크커터의 작용력 예측, 굴진성능 예측 등 TBM(Tunnel Boring Machine)의 효율에 대한 연구가 대다수 이나, TBM의 설계⦁제작과 기계적 문제점에 대한 연구는 미비하다. TBM(Tunnel Boring Machine)은 커터헤드와 본체 및 후속트레일러로 구성되며, 본체 중 그리퍼(Gripper)는 TBM(Tunnel Boring Machine) 기계 본체의 진동을 감소시켜 기계의 내구성을 증가시키는 중요한 구성요소이다. 본 연구는 TBM(Tunnel Boring Machine)의 구조적 안정성을 위한 그리퍼(Gripper)의 설계를 제안하였다. 커터헤드의 추력(thrust force)과 회전력(rolling force)에 의해 디스크커터에 가해지는 작용력에 대하여 정적동적해석과 공진주파수 분석 시뮬레이션을 통해 커터헤드와 본체의 안정성을 평가하고 그리퍼(Gripper)의 형상을 최적화하였다. 본 연구는 TBM(Tunnel Boring Machine)의 국산화 기술 개발에 도움을 줄 것으로 사료된다.