KR20100125779A - In-suit simulation apparatus for rock excavation using high pressure waterjet - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A simulation apparatus for rock excavation using high pressure water jet is provided to calculate profile of a water jet nozzle applied on a tunnel excavation site and calculate base data including spray pressure, abrasive mixing amount, and feeding speed. CONSTITUTION: A simulation apparatus for rock excavation using high pressure water jet comprises a control water tub(10), a fixed table(20), a pressing unit(30), a load cell(40), a water jet nozzle(50), and a transfer guide(60). The control water tub has an inner space. The fixed table is installed inside the control water tub and supports rock samples. The pressing unit passes through one side of the control water tub. The load cell is installed at the end of the rock sample. The water jet nozzle passes through the other side of the control water tub. The transfer guide is installed on one side of the control water tub.

Description

초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치{IN-SUIT SIMULATION APPARATUS FOR ROCK EXCAVATION USING HIGH PRESSURE WATERJET}Rock excavation simulation apparatus using ultra high pressure waterjet {IN-SUIT SIMULATION APPARATUS FOR ROCK EXCAVATION USING HIGH PRESSURE WATERJET}

본 발명은 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 워터젯(WATERJET)을 이용하여 암반 시료의 절단 또는 파쇄 실험을 수행할 수 있도록 하는 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a rock excavation simulation apparatus using an ultrahigh pressure waterjet, and more particularly, to a rock excavation simulation apparatus using an ultrahigh pressure waterjet to perform a cutting or crushing experiment of a rock sample using a waterjet. It is about.

주지된 바와 같이, 도심지에서 터널 굴착을 위해 방법으로 나틈 공법(NATM;New Austrian Tunneling Methode) 공법, 추진 공법 등이 사용되어 왔다, As is well known, the New Austrian Tunneling Method (NATM) method, the propulsion method, etc., have been used for tunnel excavation in urban areas.

상기한 나틈 공법은 터널 굴착시 소요되는 비용은 저렴하나, 다이나마이트를 사용하기 때문에 도심지에 적용할 경우 소음 및 진동을 유발하게 되는 문제점을 갖는다. The above-described gap construction method has a low cost in tunnel excavation, but uses dynamite, which causes noise and vibration when applied to urban areas.

한편, 추진 공법은 마이크로 터널링 머신(micro tunneling maching) 또는 세미 실드 머신(semi-shield machine)이라는 강재 원통형의 굴착 기계를 수직 작업구 내에 투입시켜 선단부에 장착되어 있는 토사 굴착용 커터 해드(cutter head)를 회전시키면서 지반을 굴착하고 막장면에 이수 및 약액주입 등의 보조 공법을 수행하여 막장면의 붕괴를 방지하면서 터널 굴착기의 후방부에 설치된 추진관을 하나씩 유압잭으로 압입, 추진시키는 작업을 반복하면서 터널을 굴착하는 것이었다.On the other hand, the propulsion method is to insert a steel cylindrical excavation machine, such as a micro tunneling maching or semi-shield machine into a vertical work tool, the cutter head for earth excavation mounted on the tip end (cutter head) While rotating the ground and performing subsidiary methods such as completion and chemical injection on the membrane surface to prevent the collapse of the membrane surface, while pushing the propulsion pipes installed at the rear of the tunnel excavator with hydraulic jack one by one, the tunnel is repeated. Was to dig.

그러나, 추진 공법에 사용되는 종래 터널 굴착기의 경우 굴착이 진행되는 실제 지층이 작업전 보오링을 통한 지지 조사에 의해 예상된 지층과 상이하여 굴착시 예기치 못한 암반이나 전석(호박돌)과 같은 장애물을 직면하게 되는 경우 커터 해드의 이상 마모 및 파손 등이 발생하여 작업을 중단하게 되는 문제점을 갖는다. However, in the case of the conventional tunnel excavator used in the propulsion method, the actual strata where the excavation proceeds are different from those expected by the support survey through the boring before operation, and thus face obstacles such as unexpected rock or stone (amber) during the excavation. In case of abnormal wear and breakage of the cutter head occurs, there is a problem that the operation is stopped.

따라서, 상기한 문제점들을 해결하기 위해 일환으로 다이나마이트나 커터 해드를 사용하지 않고 워터젯만을 이용해 지반을 굴착하기 위한 터널 굴착기의 개발이 지속적으로 요구되어 왔다.Therefore, in order to solve the above problems, development of a tunnel excavator for digging the ground using only waterjet without using dynamite or a cutter head has been continuously required.

그러나, 터널을 굴착하고자 하는 지반의 특성에 따라 적합한 워터젯 노즐의 프로파일 및 이를 이용하여 지반 굴착시 분사압, 연마재 혼합량, 이송 속도 등의 최적 굴착 조건들을 선정하기 위한 기초 데이터가 충분하지 못한 상태이다. However, there is not enough basic data for selecting the optimal water jet nozzle profile and the optimum drilling conditions such as injection pressure, abrasive mixture amount, and feed rate when excavating the ground, depending on the characteristics of the ground to excavate the tunnel.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 터널 굴착 현장에서 적용할 수 있는 워터젯 노즐 프로파일 및 이를 이용한 최적의 굴착 조건 등을 시험할 수 있도록 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a rock drilling excavation simulation apparatus using an ultra-high pressure waterjet to test the waterjet nozzle profile that can be applied in the tunnel excavation site and the optimum excavation conditions using the same. .

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치는 내부 수용 공간을 가지는 컨트롤 수조; 상기 컨트롤 수조 내부에서 설치되어 암반 시료를 지지 고정하는 고정 테이블; 상기 컨트롤 수조 일측면을 관통하도록 설치되어 상기 고정 테이블에 지지가 된 상기 암반 시료를 적어도 일축 이상의 방향으로 가압하는 가압 수단; 상기 가압 수단의 상기 암반 시료측 단부에 설치되어, 상기 암반 시료에 가해진 유효 압력을 측정하는 로드셀; 상기 컨트롤 수조의 타 일측을 관통하며 상기 가압 수단의 가압 방향과 다른 타 일축 방향으로 초고압수와 함께 연마재를 분사하여 상기 암반 시료를 절단 또는 파쇄시키는 적어도 하나 이상의 워터젯 노즐; 상기 컨트롤 수조의 일측에서 상기 워터젯 노즐을 3축 방향으로 이송 가능하게 고정하는 이송 가이드;를 포함하여 구성된다.Rock excavation simulation apparatus using the ultra-high pressure waterjet of the present invention for achieving the above object is a control tank having an interior receiving space; A fixed table installed inside the control tank to support and fix the rock sample; Pressing means installed to penetrate one side of the control tank to press the rock sample supported by the fixed table in at least one axis direction; A load cell provided at an end portion of the rock sample side of the pressurizing means and measuring an effective pressure applied to the rock sample; At least one waterjet nozzle penetrating the other side of the control tank and cutting or crushing the rock sample by spraying an abrasive with ultra high pressure water in the other axial direction different from the pressing direction of the pressing means; It is configured to include; a transfer guide for fixing the waterjet nozzle in a three-axis direction in one side of the control tank.

상기 가압 수단은 상기 암반 시료를 수평 방향으로 가압하도록 설치되고, 상기 워터젯 노즐은 상기 가압 수단과 직교하는 수직 방향으로 분사하도록 설치될 수 있다. The pressing means may be installed to press the rock sample in a horizontal direction, and the waterjet nozzle may be installed to spray in a vertical direction orthogonal to the pressing means.

또한, 상기 워터젯은 수평한 제1축 방향으로 분사하도록 설치되고, 상기 가압 수단은 상기 제1축 방향과 직교하는 수직 방향 및/또는 수평한 제2축 방향으로 가압하도록 설치될 수 있다. In addition, the water jet may be installed to spray in the horizontal first axis direction, the pressing means may be installed to press in the vertical direction and / or horizontal second axis direction orthogonal to the first axis direction.

상기 컨트롤 수조의 일측면에서 가시창이 구비될 수 있다. 상기 컨트롤 수조 내부 바닥면과 이격되게 배수를 위한 거름망이 형성되고, 상기 거름망은 상기 연마 재의 입도 보다 더 작은 눈금을 가지고 형성되는 것이 바람직하다. A visible window may be provided on one side of the control tank. A sieve for drainage is formed spaced apart from the bottom surface of the control tank, and the sieve is preferably formed with a scale smaller than the particle size of the abrasive.

상기 이송 가이드는 상기 컨트롤 수조 일측에서 제1축 방향을 따라 연장 형성되는 제1 이송 가이드; 상기 제1 이송 가이드 상에서 상기 제1축 방향과 직교하며 제2축 방향으로 이송 가능하게 상기 제1 이송 가이드 고정되는 제2 이송 가이드; 및 상기 제2 이송 가이드를 따라 이동 가능하게 고정되며, 상기 워터젯 노즐이 제1 및 제2 축 방향과 직교하는 제3축 방향으로 이송 가능하게 고정되는 제3 이송 가이드를 포함하여 구성될 수 있다. The transfer guide may include a first transfer guide extending along a first axis direction from one side of the control tank; A second transfer guide orthogonal to the first axial direction on the first transfer guide and fixed to the first transfer guide to be transferable in a second axial direction; And a third transfer guide fixedly movably along the second transfer guide, wherein the waterjet nozzle is fixedly transferable in a third axial direction perpendicular to the first and second axial directions.

상기한 본 발명의 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치에 따르면, 터널 굴착 현장에서 적용할 수 있는 워터젯 노즐의 프로파일 및 이를 이용한 최적의 굴착 조건 즉, 분사압, 연마재 혼합량, 이송 속도 등에 대한 기초 데이터를 산출할 수 있는 효과를 갖는다. According to the rock excavation simulation apparatus using the ultra-high pressure waterjet of the present invention, the data of the waterjet nozzle that can be applied in the tunnel excavation site and the basic excavation conditions using the same, that is, injection pressure, abrasive mixture amount, transfer speed, etc. It has an effect that can be calculated.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요 소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치의 사시도이다. 1 is a perspective view of a rock excavation simulation apparatus using an ultra-high pressure water jet according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치는 컨트롤 수조(10), 고정 테이블(20), 가압 수단(30), 로드셀(40), 워터젯 노즐(50), 이송 가이드(60), 및 고정 수단(70)을 포함하여 구성된다. Referring to Figure 1, rock excavation simulation test apparatus using the ultra-high pressure waterjet of the present embodiment, the control tank 10, the fixed table 20, the pressing means 30, the load cell 40, the waterjet nozzle 50, It comprises a conveyance guide 60, and the fixing means 70.

컨트롤 수조(10)는 사각 쳄버 형상을 가지며, 그 내부에서 초고압 워터젯을 이용해 암반 시료(100)를 절단 또는 파쇄 시험을 수행할 수 있는 내부 수용공간을 제공한다.The control tank 10 has a rectangular chamber shape, and provides an inner receiving space in which the rock sample 100 can be cut or crushed by using an ultra-high pressure water jet therein.

여기서, 컨트롤 수조(10)는 암반 시료의 절단 또는 파쇄 시험 수행시 워터젯 노즐(50)로부터 초고압 상태로 분사되는 물과 연마재, 및 암반 시료로부터 발생된 파쇄 입자로부터 시험자를 보호할 수 있도록 고강도 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. Here, the control tank 10 is made of a high-strength material to protect the tester from water and abrasives sprayed from the waterjet nozzle 50 at a high pressure state during the cutting or crushing test of the rock sample, and crushed particles generated from the rock sample. It is preferable to make.

한편, 컨트롤 수조(10)의 일측면에는 초고압 워터젯을 이용해 암반 시료의 절단 및 파쇄 과정을 관찰할 수 있도록 고강도의 투명 재질로 이루어지는 가시창(12)이 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that a visible window 12 made of a high-strength transparent material is formed on one side of the control tank 10 so that the cutting and crushing process of the rock sample can be observed using an ultra high pressure water jet.

또한, 컨트롤 수조(10)는 후술하는 가압 수단(30)의 로더(31)와 워터젯 노즐(50)이 각 측면을 관통하며 설치되는 개방부를 막아 소음 및 누수를 방지함과 아울러 연마재 및 파쇄물이 비산되는 것을 방지할 수 있도록 덮는 덮개(미도시)가 구비될 수 있다. In addition, the control tank 10 prevents noise and water leakage while preventing the opening of the loader 31 and the waterjet nozzle 50 of the pressurizing means 30, which will be described later, installed through the side surfaces, and scattering abrasives and crushed materials. A cover (not shown) may be provided to prevent it from being.

도 2는 도 1의 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치의 측단면도이다. FIG. 2 is a side cross-sectional view of a rock excavation simulation test apparatus using the ultra high pressure waterjet of FIG. 1.

도 2를 참조하여 설명하면, 고정 테이블(20)은 컨트롤 수조(10) 내부에 설치되어, 암반 시료(100)를 올려 지지 고정할 수 있도록 구성된다. Referring to Figure 2, the fixed table 20 is installed in the control tank 10, it is configured to raise and fix the rock sample 100.

가압 수단(30)은 컨트롤 수조(10)의 일측 벽면을 관통하여 설치되는 로더(31)의 단부가 고정 테이블(20)에 올려져 지지 고정된 암반 시료(100) 일측에 하중을 인가할 수 있도록 구성된다. Pressing means 30 is the end of the loader 31 which is installed to penetrate one side wall surface of the control tank 10 is mounted on the fixed table 20 so that the load can be applied to one side of the rock sample 100 is fixed It is composed.

본 실시예에서 로더(31)는 암반 시료(100)에 수평 제1 방향(즉, X축 방향)으로 1축 하중을 인가하도록 구성되는 것을 예시한다. In this embodiment, the loader 31 illustrates that the rock sample 100 is configured to apply a uniaxial load in the horizontal first direction (that is, the X-axis direction).

그러나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 터널 굴착시 암반에 작용하는 하중을 실재 터널 굴착 현장과 유사하게 재현할 수 있도록 수평 제1축 방향(즉, X축 방향)과 직교하는 수평 제2축 방향(즉, Y축 방향)으로 각각 2축 하중을 인가하거나, 수평 제1축 방향과 수평 제2축 방향 이외에 좀더 다양한 방향에서 다축 방향으로 하중을 인가할 수 있도록 구성될 수 있음은 당연하다.However, the present invention is not necessarily limited thereto, and the horizontal second axis orthogonal to the horizontal first axis direction (that is, the X axis direction) so that the load acting on the rock during the tunnel excavation can be reproduced similarly to the actual tunnel excavation site. Naturally, it may be configured to apply a biaxial load in each direction (ie, Y-axis direction) or to apply a load in a multi-axis direction in more various directions in addition to the horizontal first axis direction and the horizontal second axis direction.

한편, 고정 테이블(20)은 로더(31)에 의해 하중이 인가되는 암반 시료(100)의 일측면과 대향하는 타 일측면이 지지될 수 있는 블록 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. On the other hand, the fixed table 20 is preferably made of a block shape that can be supported on the other side surface facing the one side of the rock sample 100 to which the load is applied by the loader 31.

상기한 로더(31)를 통해 암반 시료(100)에 인가되는 하중의 크기는 가압 실린더 가동 조작 또는 시험자의 수동 조작에 의해 조절될 수 있도록 구성될 수 있다. The magnitude of the load applied to the rock sample 100 through the loader 31 may be configured to be adjusted by a pressurized cylinder operating operation or a tester's manual operation.

한편, 로드셀(40)은 로더(31)의 단부에 설치되어 로더(31)에 의해 암반 시료(100)에 인가된 유효 하중을 측정할 수 있도록 한다. On the other hand, the load cell 40 is installed at the end of the loader 31 to be able to measure the effective load applied to the rock sample 100 by the loader 31.

워터젯 노즐(50)은 가압 수단 의해 하중이 인가되는 수평 제1축(또는 제2축 방향)과 다른 타 일축 즉, 수직 방향(Z축 방향)에서 초고압으로 물과 함께 연마재를 고정 테이블(20)에 올려져 고정된 암반 시료(100)에 분사할 수 있도록 구성된다. The waterjet nozzle 50 fixes the abrasive together with water at very high pressure in the other axis, ie, in the vertical direction (Z-axis direction), which is different from the horizontal first axis (or the second axis direction) to which the load is applied by the pressing means. It is configured to be sprayed onto the fixed rock sample 100 is mounted on.

워터젯 노즐(50)은 압축 펌프를 통해 초고압 상태로 물과 함께 연마재를 분사할 수 있도록 구성되며, 압축 펌프의 가동 제어를 통해 분사압을 조절할 수 있게 된다. The waterjet nozzle 50 is configured to inject the abrasive together with the water in the ultra-high pressure state through the compression pump, it is possible to adjust the injection pressure through the operation control of the compression pump.

일례로, 워터젯 노즐(50)을 통해 분사되는 물의 분사압은 100Mpa 내지 400Mpa 범위 내에서 가변시켜가며 시험을 수행할 수 있다. In one example, the injection pressure of the water sprayed through the waterjet nozzle 50 can be performed while varying within the range of 100Mpa to 400Mpa.

또한, 워터젯 노즐(50)을 통해 분사되는 물의 압력을 펄스 형태로 제어하여 암반 시료(100)의 절단 이외의 파쇄 시험을 가능하게 구성할 수 있다. In addition, by controlling the pressure of the water sprayed through the waterjet nozzle 50 in the form of a pulse, it is possible to configure a fracture test other than the cutting of the rock sample (100).

즉, 워터젯 노즐(50)을 토해 물이 일정한 압력으로 균일하게 분사되는 경우 암반 시료(100)가 일정 깊이로 절삭되고, 일정 펄스 형태로 분사되는 경우 발생하는 압력파에 의해 암반 시료(100)가 국부적으로 파쇄된다. That is, when water is sprayed uniformly at a constant pressure through the waterjet nozzle 50, the rock sample 100 is cut to a certain depth, and the rock sample 100 is caused by a pressure wave generated when sprayed in a constant pulse shape. Locally crushed.

한편, 암반 시료(100)의 절단 또는 파쇄 시험시 물과 함께 분사되는 연마재(110)는 0.2mm 내지 0.3mm 입도를 가지는 고강도 금속 및 세라믹 등으로 이루어질 수 있다. On the other hand, the abrasive 110 is sprayed with water when cutting or crushing the rock sample 100 may be made of a high-strength metal and ceramic having a particle size of 0.2mm to 0.3mm.

그리고, 워터젯 노즐(50)은 이송 가이드(60)에 의해 컨트롤 수조(10)의 상부 에 3축 방향(즉, X축, Y축, Z축 방향)으로 자유롭게 이송할 수 있도록 고정된다. In addition, the waterjet nozzle 50 is fixed to the upper portion of the control tank 10 by the transfer guide 60 so as to be freely transferred in the three-axis direction (that is, X-axis, Y-axis, Z-axis direction).

본 실시예에서 워터젯 노즐(50)이 1개 구성되는 것을 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 2개 이상 다수 개로 구성될 수 있음은 당연하다. Although the embodiment illustrates that the waterjet nozzle 50 is configured as one, the present invention is not limited thereto and may be configured as two or more.

또한, 워터젯 노즐(50)은 기설정된 경사각을 가지며 제3 방향(즉, Z축 방향)으로부터 기울어지게 설치되어, 초고압으로 분사되는 물과 연마재(110)에 의해 암반 시료(100)가 절삭 또는 파쇄되는 각도를 설정할 수도 있다. In addition, the waterjet nozzle 50 has a predetermined inclination angle and is installed to be inclined from the third direction (ie, Z-axis direction) so that the rock sample 100 is cut or crushed by the water and the abrasive 110 sprayed at ultra high pressure. You can also set the angle.

일례로, 워터젯 노즐(50)이 2개가 설치되는 경우 2개가 서로 마주하는 방향으로 동일 경사각을 가지고 기울어지게 형성하여, 절단된 암반 시료(100)의 절단 면이 삼각형의 단면 형상을 갖도록 구성될 수 있다.For example, when two waterjet nozzles 50 are installed, the two water jet nozzles 50 may be inclined with the same inclination angle in a direction facing each other, so that the cut surface of the cut rock sample 100 may have a triangular cross-sectional shape. have.

도 3은 도 1의 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치의 평면도이다. 3 is a plan view of a rock excavation simulation apparatus using the ultra-high pressure waterjet of FIG.

도 3을 참조하여 설명하면, 이송 가이드(60)는 제1 이송 가이드(61), 제2 이송 가이드(62) 및 제3 이송 가이드(63)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 3, the transfer guide 60 includes a first transfer guide 61, a second transfer guide 62, and a third transfer guide 63.

제1 이송 가이드(61)는 상기 컨트롤 수조(10)의 일측면 양측 가장자리에서 수평 제1축 방향(즉, X축 방향)을 따라 연장되게 형성된다.The first conveyance guide 61 is formed to extend along a horizontal first axis direction (ie, X axis direction) at both side edges of one side of the control tank 10.

제2 이송 가이드(62)는 양단이 제1 이송 가이드(61)에 수평 제2축 방향(즉, Y축 방향)을 따라 이송 가능하게 고정된다. Both ends of the second conveyance guide 62 are fixed to the first conveyance guide 61 so as to be transportable along the horizontal second axis direction (that is, the Y axis direction).

그리고, 제3 이송 가이드(63)는 제2 이송 가이드(62)를 따라 이동 가능하게 고정되며 워터젯 노즐(50)이 제3축 방향(즉, Z축 방향)으로 이송 가능하게 고정된 다. In addition, the third transfer guide 63 is fixed to be movable along the second transfer guide 62 and the waterjet nozzle 50 is fixed to be movable in the third axis direction (ie, Z-axis direction).

이처럼, 워터젯 노즐(50)이 이송 가이드(60)에 의해 3축 방향으로 자유롭게 이송 가능하도록 고정됨에 따라, 이송 모터를 이용하여 자동으로 이송 제어하거나 또는 실험자가 수동으로 이송 제어할 수 있게 구성될 수 있다.As such, as the waterjet nozzle 50 is fixed to be freely transported in the three-axis direction by the transport guide 60, the waterjet nozzle 50 may be configured to be controlled automatically by the transport motor or manually controlled by the experimenter. have.

한편, 제3 이송 가이드(63)에는 워터젯 노즐(50)을 교체 가능하게 고정하기 위한 노즐 고정 수단(70)이 구비된다. On the other hand, the third transfer guide 63 is provided with a nozzle fixing means 70 for fixing the waterjet nozzle 50 so as to be replaceable.

본 실시예에서 노즐 고정 수단(70)은 제3 이송 가이드(63) 상에 고정되는 클림프(71)를 조임 볼트(72)로 조여 워터젯 노즐(50)을 고정하도록 구성되어, 서로 다른 프로파일을 가지는 다양한 종류의 워터젯 노즐들(50)에 대해 암반 시료(100)의 절삭 및 파쇄 시험을 수행할 수 있도록 한다.In this embodiment, the nozzle fixing means 70 is configured to fasten the waterjet nozzle 50 by tightening the clamp 71 fixed on the third transfer guide 63 with the fastening bolt 72, and having different profiles. Various types of waterjet nozzles 50 may be subjected to cutting and fracture testing of the rock sample 100.

한편, 워터제 노즐(50)은 크게 절삭용 노즐과 파쇄용 노즐로 구분될 수 있으면, 좀더 세분하면 습식 연마제 노즐, 건식 연마제 노즐, 케비테이션 노즐, 펄스 노즐, 회전 노즐 등으로 분류될 수 있다. Meanwhile, the water nozzle 50 may be classified into a cutting nozzle and a crushing nozzle, and may be further classified into a wet abrasive nozzle, a dry abrasive nozzle, a cavitation nozzle, a pulse nozzle, and a rotating nozzle.

또한, 워터젯 노즐(50)을 통해 초고압 상태로 물과 함께 분사되는 연마재(110)는 암반 시료(100)의 절삭 또는 파쇄가 좀더 잘 이루어질 수 있도록 보조하는 역할을 한다. In addition, the abrasive 110 is sprayed with water at a high pressure state through the waterjet nozzle 50 serves to assist the cutting or crushing of the rock sample 100 can be made better.

본 실시예에서 연마재는 워터젯 노즐(50) 일측에 구비된 연마제 통(55)으로부터 공급 호스(미도시)를 통해 워터젯 노즐(50)로 공급되어 초고압의 상태로 물과 함께 분사되도록 구성된다. In this embodiment, the abrasive is configured to be supplied to the waterjet nozzle 50 through a supply hose (not shown) from the abrasive barrel 55 provided on one side of the waterjet nozzle 50 to be sprayed with water in a state of ultra-high pressure.

따라서, 물과 함께 분사된 연마재(110)를 암반 시료(100)의 파쇄물들(120)과 분리되도록 걸러 재사용할 수 있도록 컨트롤 수조(10)의 내부 바닥면과 이격되게 거름망(15)이 더 형성될 수 있다.Therefore, the sieve 15 is further formed to be spaced apart from the inner bottom surface of the control tank 10 so that the abrasive 110 sprayed with water can be reused by being separated from the fragments 120 of the rock sample 100. Can be.

여기서, 거름망(15)의 채눈 입도는 연마재(110)의 입도 보다 작게 형성되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서 거름망(15)의 채눈의 입도는 0.2mm 내지 0.3mm의 연마재(110)가 걸러질 수 있도록 채눈의 입도가 0.18mm로 형성되는 것이 바람직하다. Here, the sieve particle size of the strainer 15 is preferably formed smaller than the grain size of the abrasive 110, in this embodiment the grain size of the sieve of the strainer 15 is 0.2mm to 0.3mm to filter the abrasive 110 It is desirable that the particle size of the eyepiece be formed to be 0.18 mm.

따라서, 연마재(110)는 워터젯 노즐(50)에 의해 암반 시료(100)의 절단 또는 파쇄시 발생하는 파쇄물들(120)의 입도가 0.1mm 내지 0.16mm 이내이므로, 거름망(15)에 의해 이들과 분리되어 재사용할 수 있게 된다. Therefore, since the particle size of the crushed material 120 generated when cutting or crushing the rock sample 100 by the waterjet nozzle 50 is within 0.1 mm to 0.16 mm, the abrasive 110 may be separated from these by the strainer 15. It can be separated and reused.

본 실시예의 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치(1)는 로더(31)를 통해 제1 방향(X축 방향)으로 1축 하중이 인가된 상태에서 워터젯 노즐(50)을 통해 초고압 상태로 물과 연마재를 분사시켜 암반 시료(100)를 절삭 또는 파쇄하는 시험을 수행할 수 있게 된다. Rock excavation simulation test apparatus 1 using the ultra-high pressure waterjet of the present embodiment is the water in the ultra-high pressure state through the waterjet nozzle 50 in the state that the uniaxial load is applied in the first direction (X-axis direction) through the loader 31 And by spraying the abrasive can be carried out a test to cut or crush the rock sample (100).

이때, 터널 굴착 현장에서 적용할 수 있는 워터젯 노즐(50)의 프로파일 및 이를 이용한 최적의 굴착 조건 즉, 분사압, 연마재 혼합량, 이송 속도 등에 대한 기초 데이터를 산출할 수 있게 된다. At this time, it is possible to calculate the basic data of the profile of the waterjet nozzle 50 applicable to the tunnel excavation site and the optimum excavation conditions, that is, the injection pressure, the amount of abrasive mixture, the feed rate, and the like.

이하, 본 발명에 따른 제2 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하고, 전술한 제1 실시예와 동일 및 유사한 부분에 대해서는 동일 참조부호를 붙이고 이에 대한 반복적인 설명은 생략한다. Hereinafter, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, and the same reference numerals will be given to the same and similar parts as the above-described first embodiment, and repeated description thereof will be omitted.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모 사 시험 장치의 평면도이다. 4 is a plan view of a rock excavation simulation test apparatus using an ultra-high pressure waterjet according to a second embodiment of the present invention.

도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치는, 전술한 제1 실시예와 비교하여 워터젯 노즐(50)이 수평한 제1 방향(X축 방향)으로 암반 시료(100)를 향해 물과 연마재(110)를 분사되도록 설치되고, 가압수단(30)은 로더(31)를 통해 제1 방향과 직교하는 수직 방향(제3 방향; Z축 방향)으로 하중을 인가하도록 구성되는 차이를 갖는다.Referring to FIG. 4, the rock excavation simulation test apparatus using the ultra-high pressure water jet according to the present embodiment has a horizontal direction in which the waterjet nozzle 50 is horizontal in the first direction (X-axis direction) as compared with the first embodiment described above. It is installed to spray water and abrasive 110 toward the rock sample 100, the pressing means 30 is loaded in a vertical direction (third direction; Z-axis direction) perpendicular to the first direction through the loader 31 Has a difference configured to apply.

따라서, 워터젯 노즐(50)을 이송 가이드하기 위한 이송 가이드(60)는 제1 실시예와 동일하게 제1 이송 가이드(61), 제2 이송 가이드(62), 및 제3 이송 가이드(63)로 이루어진다.Therefore, the conveyance guide 60 for conveying the waterjet nozzle 50 to the first conveyance guide 61, the second conveyance guide 62, and the third conveyance guide 63 is the same as in the first embodiment. Is done.

그러나, 제1 이송 가이드(61)는 컨트롤 수조(10)의 양측 가장자리에서 수직 방향(즉, 제3 방향 즉, Z축 방향)을 따라 수직 연장 형성된다.However, the first conveyance guide 61 is vertically extended along the vertical direction (ie, the third direction, that is, the Z-axis direction) at both edges of the control water tank 10.

제2 이송 가이드(62)는 양단이 양측 제1 이송 가이드(61)에 수평 제2 방향 (즉, Y축 방향)을 따라 이송 가능하게 고정된다.Both ends of the second conveyance guide 62 are fixed to both sides of the first conveyance guide 61 along the second horizontal direction (that is, in the Y-axis direction).

그리고, 제3 이송 가이드(63)는 제2 이송 가이드(62)를 따라 이동 가능하게 고정되며 워터젯 노즐(50)이 제1 방향(즉, X축 방향)으로 이송 가능하게 고정된다. In addition, the third transfer guide 63 is fixed to be movable along the second transfer guide 62, and the waterjet nozzle 50 is fixed to be movable in the first direction (ie, the X-axis direction).

한편, 제3 이송 가이드(63)에는 워터젯 노즐(50)을 교체 가능하게 고정할 수 있는 노즐 고정 수단(70)이 구비된다. On the other hand, the third transfer guide 63 is provided with a nozzle fixing means 70 capable of fixing the waterjet nozzle 50 so as to be replaceable.

가압 수단(30)은 일측 벽면을 관통하여 설치되는 로더(31)의 단부가 암반 시료(100)에 수직 방향(즉, 제3 방향; Z축 방향)으로 1축 하중을 인가하도록 구성되는 것을 예시한다.The pressurizing means 30 is an example in which an end portion of the loader 31 installed through one wall surface is configured to apply a uniaxial load to the rock sample 100 in the vertical direction (ie, the third direction; the Z-axis direction). do.

전술한 바와 같이, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 가압 수단(30)은 터널 굴착시 암반에 작용하는 하중과 보다 유사하게 암반 시료(100)에 재현할 수 있도록 수직 방향(즉, Z축 방향)과 직교하는 수평 제2축 방향(즉, Y축 방향)으로 각각 2축 하중을 인가하도록 구성되거나 수직 방향과 수평 제2 방향 이외에 좀더 다양한 방향에서 다축으로 하중을 인가할 수 있도록 구성될 수 있다.As described above, the present invention is not necessarily limited thereto, and the pressing means 30 may be reproduced in the vertical direction (that is, Z-axis direction) to be reproduced in the rock sample 100 more similarly to the load acting on the rock during tunnel excavation. It can be configured to apply a biaxial load in the horizontal second axis direction (that is, the Y-axis direction) orthogonal to) or may be configured to apply the load in multiple axes in more various directions in addition to the vertical and horizontal second direction .

이처럼 본 실시예의 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치는, 로더(31)에 의해 암반 시료(100)의 수직 방향으로 하중이 인가된 상태에서 워터젯 노즐(50)을 통해 제1 방향(즉, X축 방향)으로 분사되는 물과 연마재(110)에 의해 절삭 또는 파쇄가 발생하게 된다. Thus, the rock excavation simulation test apparatus using the ultra-high pressure waterjet of the present embodiment, the load is applied in the vertical direction of the rock sample 100 by the loader 31 through the waterjet nozzle 50 in the first direction (that is, X Cutting or crushing is caused by the water and the abrasive 110 sprayed in the axial direction).

이처럼, 본 실시예의 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치는 전술한 제1 실시예와 비교하여 좀더 현장 상황에 유사한 조건에서 실험을 수행할 수 있게 된다. As such, the rock excavation simulation apparatus using the ultra-high pressure waterjet of the present embodiment can perform the experiment under similar conditions to the field situation as compared with the first embodiment described above.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. And it goes without saying that they belong to the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치의 사시도이다. 1 is a perspective view of a rock excavation simulation apparatus using an ultra-high pressure water jet according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치의 평면도이다. FIG. 2 is a plan view of a rock excavation simulation apparatus using the ultrahigh pressure waterjet of FIG. 1. FIG.

도 3은 도 1의 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치의 측단면도이다. FIG. 3 is a side cross-sectional view of a rock excavation simulation apparatus using the ultrahigh pressure waterjet of FIG. 1.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치의 평면도이다. 4 is a plan view of a rock excavation simulation apparatus using an ultra-high pressure water jet according to a second embodiment of the present invention.

<주요 도면 부호의 설명><Description of Main Reference Signs>

10: 컨트롤 수조 20: 고정 테이블10: control tank 20: fixed table

30: 가압수단 31: 로더30: pressurization means 31: loader

40: 로드셀 50: 워터젯 노즐40: load cell 50: waterjet nozzle

60: 이송 가이드 60: transfer guide

Claims (7)

내부 수용 공간을 가지는 컨트롤 수조;A control tank having an interior accommodation space; 상기 컨트롤 수조 내부에 설치되어 암반 시료를 지지 고정하는 고정 테이블;A fixed table installed inside the control tank to support and fix the rock sample; 상기 컨트롤 수조 일측면을 관통하도록 설치되어 상기 고정 테이블에 지지가 된 상기 암반 시료를 일축 이상의 방향으로 하중을 인가하는 가압 수단;Pressurizing means installed to penetrate one side of the control tank to apply a load to the rock sample supported on the fixed table in one or more axes; 상기 가압 수단의 상기 암반 시료측 단부에 설치되어, 상기 암반 시료에 가해진 유효 압력을 측정하는 로드셀; A load cell provided at an end portion of the rock sample side of the pressurizing means and measuring an effective pressure applied to the rock sample; 상기 컨트롤 수조의 타 일측을 관통하며 상기 가압 수단의 가압 방향과 다른 타 일축 방향으로 초고압수와 함께 연마재를 상기 암반 시료에 분사하는 워터젯 노즐; 및 A waterjet nozzle penetrating the other side of the control tank and spraying abrasives to the rock sample together with ultra-high pressure water in the other axial direction different from the pressing direction of the pressing means; And 상기 컨트롤 수조의 일측에 설치되어 상기 워터젯 노즐을 3축 방향으로 이송 가능하도록 고정하는 이송 가이드;을 포함하는 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치.Rock excavation simulation test apparatus using an ultra-high pressure water jet, comprising; a transfer guide is installed on one side of the control tank to fix the water jet nozzle to be transported in three axes. 제1항에서, In claim 1, 상기 가압 수단은 상기 암반 시료를 수평 방향으로 가압하도록 설치되고, The pressing means is installed to press the rock sample in the horizontal direction, 상기 워터젯 노즐은 상기 가압 수단과 직교하는 수직 방향으로 설치되는 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치. The water jet nozzle is rock excavation simulation apparatus using an ultra-high pressure water jet is installed in a vertical direction perpendicular to the pressing means. 제1항에서, In claim 1, 상기 워터젯은 수평한 제1축 방향으로 설치되고, The waterjet is installed in the horizontal first axis direction, 상기 가압 수단은 상기 제1 방향과 직교하는 수직 방향 또는/및 수평한 제2 방향으로 가압하도록 설치되는 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치. The pressurizing means is a rock excavation simulation apparatus using an ultra-high pressure waterjet is installed to press in a vertical direction or / and a horizontal second direction perpendicular to the first direction. 제1항에서,In claim 1, 상기 컨트롤 수조의 일측면에서 가시창이 구비되는 초고압 워터젯을 이용한 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치. Rock excavation simulation apparatus using an ultrahigh pressure waterjet using an ultrahigh pressure waterjet having a visible window on one side of the control tank. 제1항에서, In claim 1, 상기 컨트롤 수조의 내부 바닥면과 이격되게 거름망이 설치되고, A sieve is installed spaced apart from the inner bottom surface of the control tank, 상기 거름망은 상기 연마재의 입도 보다 더 작은 눈금을 가지는 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치. The strainer is rock excavation simulation apparatus using an ultra-high pressure waterjet having a scale smaller than the particle size of the abrasive. 제1항에서, In claim 1, 상기 이송 가이드는, The transfer guide, 상기 컨트롤 수조 일측에서 제1축 방향을 따라 연장 형성되는 제1 이송 가이드; A first conveyance guide extending along a first axis direction from one side of the control tank; 상기 제1 이송 가이드 상에서 상기 제1축 방향과 직교하며 제2축 방향으로 이송 가능하게 상기 제1 이송 가이드 고정되는 제2 이송 가이드; 및 A second transfer guide orthogonal to the first axial direction on the first transfer guide and fixed to the first transfer guide to be transferable in a second axial direction; And 상기 제2 이송 가이드를 따라 이동 가능하게 고정되며, 상기 워터젯 노즐이 제1 및 제2 축 방향과 직교하는 제3축 방향으로 이송 가능하게 고정되는 제3 이송 가이드를 포함하는 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치.Rock excavation using an ultra-high pressure waterjet fixedly movably along the second conveyance guide, the waterjet nozzle comprising a third conveyance guide fixedly transportable in a third axial direction perpendicular to the first and second axial directions Simulation test device. 제6항에서, In claim 6, 상기 제3 이송 가이드에는 상기 워터젯 노즐을 교체 가능하게 고정하는 노즐 고정 수단이 더 구비되는 초고압 워터젯을 이용한 암반 굴착 모사 시험 장치. Rock excavation simulation apparatus using an ultra-high pressure water jet is further provided with a nozzle fixing means for fixing the water jet nozzle to the third transfer guide.
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