A new rock excavation method using an abrasive waterjet system is now under development for efficiently creating tunnels and underground spaces in urban areas. In order for rock excavation using an abrasive waterjet system to have a competitive edge over conventional rock excavation methods, measures for minimizing the purchasing expense of fresh abrasives and also lowering the consumption of abrasives in the total construction process must be implemented. On this basis, this research performs experimental tests to evaluate various approaches to minimize abrasive consumption while obtaining maximum cutting performance.
Experimental tests are grouped according to particle characteristics of fresh abrasives and recycled abrasives. The particle characteristics of fresh abrasives considered in this study are abrasive particle size, abrasive particle size distribution, abrasive type, and garnet type. Each variable is evaluated in terms of abrasive feed rate and cutting performance (depth, width, volume). The particle characteristics of recycled abrasives considered here are abrasive particle size, abrasive particle size distribution, abrasive recycling passes, and abrasive mixing rates. Each variable is also evaluated by abrasive feed rate and cutting performance (depth, width, volume).
In addition, appropriate abrasive feed rate and abrasive feed quality are important requirements for the new rock excavation method using an abrasive waterjet system. Therefore, this research investigates the process parameters that influence the abrasive feed rate and abrasive feed quality through experimental test results. In addition, this research suggests the optimal conditions to address these issues. The experimental results of this research can be effectively utilized as baseline data for rock excavation methods using an abrasive waterjet system in various construction locations such as tunneling near urban surroundings.
도심지 내 지하공간의 효율적인 활용을 위해서 여러 굴착 공법 중 연마재 워터젯 시스템을 이용한 새로운 형태의 암반굴착 방식이 개발되어 활용 중에 있다. 연마재 워터젯 시스템이 다른 암반굴착 공법과 비교하여 경쟁우위를 가지기 위해서는 연마재 구입 횟수를 최소화하여 연마재가 전체 공정 중에 차지하는 비율을 낮추는 방안이 필요하다. 즉, 연마재 워터젯 공법을 이용한 지하 공간 건설 시 시스템의 절삭성능 및 유지비용에 가장 큰 영향을 미치는 연마재의 소모량을 최소화하고 최대의 절삭성능을 얻을 수 있는 방안을 필요로 한다.
따라서 본 논문에서는 이러한 문제를 개선하기 위해 신선한 연마재의 입자 특성과 재활용 연마재의 입자 특성으로 크게 두 항목으로 나누어 연구를 진행하였다. 신선한 연마재의 입자특성을 연마재 입도 크기, 입도 분포, 연마재 종류, 석류석 산지로 나누어 이에 따른 연마재 투입 및 절삭성능을 평가하였다. 또한, 재활용 연마재의 압자특성의 경우에는 재활용 연마재의 입도 크기, 입도 분포, 연마재 재활용 횟수, 연마재 혼합율로 크게 나누어 연마재 투입 및 절삭성능을 평가하였다.
또한, 연마재 워터젯 시스템을 활용한 지하 공간 창출을 위해서는 절삭 수행 시 적정량의 연마재를 투입하고 유동성을 원활하게 유지하는 것이 매우 중요하다. 본 학위논문에서는 이와 관련된 여러 실험적 연구들을 통해 연마재 입자의 투입량 및 연마재 입자들의 유동성에 영향을 미치는 변수들을 규명하고, 발생되는 문제점들을 해결하기 위한 최적 조건을 제시하였다. 본 학위논문의 연구를 통해 향후 암반 굴착용 워터젯 공법이 도심지 내 터널현장과 같이 해당 기술을 필요로 하는 다양한 장소에서 활용될 때 기초자료로써 현장에서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
