A new rock excavation method using an abrasive waterjet system is now under development for efficiently creating tunnels and underground spaces in urban areas. This thesis provides a comprehensive overview of research into the use of metallic abrasives to improve the performance of waterjet hard rock cutting. The study explores the properties of various 6 types of metallic abrasives, such as steel shot, steel grit, steel cut wire shot (sphrerical type, cylinder type) and SUS cut wire shot (spherical type, cylinder type), which allows them to penetrate hard rock formations more effectively than conventional garnet abrasives. The methodology used in this study involved conducting laboratory experiments to compare the performance of waterjets with metallic abrasives. The maximum kinetic energy model proposed by Oh and Cho, 2016, was applied to compare the cutting performance of metallic abrasives, and multiple regression analysis was performed between cutting performance and various waterjet operating parameters, energy parameters, and particle characteristics. Various metallic abrasives were utilized to determine the effect of cutting performance according to the operating parameters of water pressure, abrasive feed rate, and standoff distance, and the effect of cutting performance according to particle size and particle size distribution of fresh metallic abrasives and the effect of cutting performance according to particle characteristics were compared and analyzed. Also, various metallic abrasives that have been recycled once were used to check the effect of cutting performance on the number of recycling times, and the effect of cutting performance on particle characteristics was compared with recycled once metallic abrasives. This research concludes that metallic abrasives enhance cutting performance and efficiency in hard rock formations, offering significant potential for tunneling, mining, and construction projects.
도심지 내 지하공간의 효율적인 활용을 위해서 여러 굴착 공법 중 연마재 워터젯 시스템을 이용한 새로운 형태의 암반굴착 방식이 개발되어 활용 중에 있다. 이 논문은 연마재 워터젯 시스템을 활용한 암반 절삭 성능을 개선하기 위한 금속 연마재 사용에 대한 연구를 수행하였다. 이 연구에서는 스틸 샷, 스틸 그릿, 스틸 컷 와이어 샷(구형, 실린더형) 및 SUS 컷 와이어 샷(구형, 실린더형)과 같은 다양한 6종류의 금속 연마재의 특성을 분석하여 기존에 연마재 워터젯 시스템에서 연마재로 주로 활용되는 석류석 연마재보다 암반을 더 효과적으로 절삭할 수 있는 방안을 모색하고자 하였다. 본 연구에서는 이러한 금속 연마재가 연마재 워터젯의 절삭성능을 향싱시키는 현상을 확인하기 위해 다양한 이론 및 실내실험을 수행하였다. 본 연구에서는 금속 연마재의 절삭 성능을 비교하기 위해 Oh & Cho, 2016에서 제안한 최대 운동에너지 모델을 적용하였으며, 절삭 성능과 다양한 워터젯 운용 변수, 에너지 변수, 입자 크기 변수 간의 다중 회귀 분석을 수행하였다. 본 연구에서는 다양한 금속 연마재를 활용하여 수압, 연마재 이송속도, 이격거리의 운용 변수에 따른 절삭 성능의 영향을 확인하였으며, 신선한 금속 연마재의 입자 크기 및 입자 크기 분포에 따른 절삭 성능의 영향과 입자 크기 변수에 따른 절삭 성능의 영향을 비교 분석하였다. 또한 본 연구에서는 1회 재활용된 다양한 금속 연마재를 사용하여 재활용 횟수에 따른 절삭 성능의 영향을 확인하였으며, 입자 크기 변수에 따른 절삭 성능의 영향을 1회 재활용된 금속 연마재와 비교하였다. 이러한 연구결과를 바탕으로 금속 연마재가 경암반 지층에서 절삭 속도와 효율성을 향상시켜 터널링, 채굴 및 건설 프로젝트에 연마재 워터젯 시스템이 더 광범위하게 활용될 수 있는 계기를 만들어 줄 것으로 판단된다.
