지중구조물 건설 위한 설계기술 개발 및 시제품 실증 완료
[에너지신문] 한전 전력연구원은 전력구 터널 공사 시 굴착효율을 향상시키고, 안정적으로 시공하기 위해 '굴착기계 면판 설계 프로그램'을 개발 및 검증 완료했다.
한전은 지중화 사업의 일환으로 전력구 터널 및 관로와 같은 지중구조물을 건설하고 있으며, 최근 대심도(지하 40m 이하) 등 다양한 환경에서의 시공이 증가하고 있다.
제각기 다른 땅속의 지반강도, 수압 및 단층 등과 같은 시공환경에서 해당 환경에 적합한 굴착기계가 시공 현장에 투입돼야 문제발생 및 공기지연을 예방할 수 있다.
한전 전력연구원이 개발한 '굴착기계 면판 설계 프로그램' 은 터널시공 현장의 지반특성을 기반으로 굴착기계의 면판구조 및 주요부품의 사양을 설계, 제공하는 프로그램이다. 프로그램의 알고리즘은 터널 굴착 매커니즘과 지중 시공환경을 고려, 개발했다.
굴착기계는 면판을 회전시켜 암반 및 지반을 압박, 분쇄하게 된다. 이 때 면판에 장착된 디스크커터(원형으로 회전하는 커터) 간의 간격은 굴착의 효율 및 시공의 안정성을 결정하는 중요한 요소다.
디스크커터의 간격이 너무 넓으면 암반 분쇄 효율이 떨어지며, 반대로 간격이 너무 좁으면 에너지 소모가 크고, 암반이 너무 잘게 분쇄되어 배출 시 어려움이 있다. 이에 지반강도와 커터로 분쇄되는 암반의 깊이를 변수로 해 각 디스크커터의 영향을 수치적으로 해석함으로써 최적의 디스크커터 절삭 간격을 도출했다.
굴착기계 면판 설계 프로그램은 터널 현장의 지반특성을 입력하면 디스크커터가 지반에 침투한 깊이를 도출하고 이를 통해 디스크커터의 개수 및 간격을 설계, 최적화된 면판을 제시한다. 또한 도출된 디스크커터 개수에 따라 굴착기계 주요부품의 추력, 토크, 동력의 사양을 설계, 제공한다.
이번 연구성과를 통해 전력연구원은 굴착기계 면판 시제품을 제작하고 연암급(70MPa) 지반에서의 굴진 성능실험을 수행하여 면판 설계 기술을 검증했다. 또한 올해 4월 본 기술에 대해 지중공사 현장 관계자들에게 시연회를 시행하고, 현장 관계자들의 의견을 반영, UI(User Interface) 등을 개선했다.
전력연구원은 굴착기계 면판 설계 프로그램 개발을 통해 굴착기계가 암반에 끼이는 등의 시공트러블을 예방하고 굴착효율을 최대화해 적기 준공 및 공사비 절감이 가능할 것으로 기대하고 있다.