KR20180083471A - Test apparatus for predicting performance of soft ground Tunnel Boring Machine - Google Patents

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KR20180083471A
KR20180083471A KR1020170005425A KR20170005425A KR20180083471A KR 20180083471 A KR20180083471 A KR 20180083471A KR 1020170005425 A KR1020170005425 A KR 1020170005425A KR 20170005425 A KR20170005425 A KR 20170005425A KR 20180083471 A KR20180083471 A KR 20180083471A
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Abstract

The present invention relates to an excavation performance testing apparatus and method for predicting performance of a soft-ground tunnel boring machine (TBM). The apparatus includes: a housing; a compacted sample box provided on a lower end of the housing, with an upper portion being opened and compacted soil being filled therein; a soil chamber provided on the compacted sample box in the housing, in which the soil comes in the soil chamber according to excavation of the soil in the compacted sample box, and the soil chamber has an output port at one side, through which the soil is discharged; a small blade provided at a lower end of the soil chamber and having a cutting tool for excavating the soil in the compacted sample box and a small foam inlet port for injecting a foaming agent to the sand; a servo motor for rotating the small blade; a soil discharge unit provided at the soil discharge port to adjust a discharge amount of the soil to be discharged; a loading unit for moving the small blade to the sand to apply a vertical load to the sand; and a foam injecting unit for injecting the foam having a predetermined compounding ratio to the foam injecting port. It is possible to exactly simulate the same mechanism as the soft-ground TBM, thereby predicting the performance of the TBM according to properties of the ground.

Description

토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치 및 시험방법{Test apparatus for predicting performance of soft ground Tunnel Boring Machine}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a test apparatus for predicting the performance of a soft ground tunneling boring machine,

본 발명은 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치 및 시험방법에 대한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a test method for evaluating the performance of a pavement for predicting the performance of the TBM of the soil.

터널 굴착 공법은 크게 NATM(New Austrian Tunnelling Method)으로 대표되는 재래식 터널 공법(conventional tunnelling method)과 Open 및 Shield TBM(Tunnel Boring Machine) 공법으로 대표되는 기계화 터널 공법(mechanized tunnelling method)로 구분된다. 기존 재래식 터널 공법은 인건비, 시공기간 상의 문제 및 안전상의 문제가 많았다. The tunnel excavation method is divided into a conventional tunneling method represented by NATM (New Austrian Tunneling Method) and a mechanized tunneling method represented by Open and Shield TBM (Tunnel Boring Machine) method. Conventional tunnel construction method has many problems such as personnel cost, construction period and safety problems.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 기계화 터널 공법이 많이 이용되고 있는 실정이다. 기계화터널 공법은 원형의 단면으로 굴착되므로 역학적으로 안정하고, 무진동, 무발파의 굴착이므로 지반변형을 최소화함으로써 안정성 확보 및 소음, 진동을 최소화할 수 있는 친환경적 터널 굴착 공법이다.Mechanized tunnel method is widely used to solve these problems. The mechanized tunnel method is an eco-friendly tunnel excavation method that can secure stability, minimize noise and vibration by minimizing ground deformation because it is mechanically stable, excitation with no vibration and no blasting because it is excavated with circular cross section.

따라서 최근 터널 및 지하공간의 굴착은 작업자의 안정성 증대, 소음 및 진동으로 인한 민원 감소, 공기 및 공비의 감소 등을 목적으로 기존의 발파공법을 대체하여 지하철, 전력구, 통신구 터널 등을 중심으로 TBM에 의한 기계화 시공이 크게 증가하고 있는 추세이다. 도 1은 TBM(tunnel boring machine)(1)을 이용한 터널 시공 개념도를 도시한 것이다.Recently, excavation of tunnels and underground spaces have been carried out in subway, electric power, and communication tunnel tunnels instead of existing blasting methods in order to increase worker safety, reduce civil complaints caused by noise and vibration, and reduce air and air costs. The construction of mechanization by TBM is on the increase. FIG. 1 is a conceptual view of tunnel construction using a TBM (tunnel boring machine) 1. FIG.

일반적으로 터널공사에서 발파공법은 소음, 진동 및 굴착 후 변형에 대하여 신속하게 대처하기 어렵다. 하지만 TBM은 저소음, 무진동으로 도심지 및 연약지반, 하천하부등 여러지반에 적용이 가능하며 둘레가 날카로운 강철재 날인 원통을 막장에 압입시켜 원통내부를 굴착하는 방식으로 터널을 시공하게 된다.Generally, blasting methods in tunnel construction are difficult to cope with noise, vibration and deformation after excavation. However, TBM can be applied to various grounds such as underground, soft ground, and riverbed with low noise and vibration, and it is constructed by inserting a cylinder with a sharp peripherally sharp steel sheet into the tunnel and excavating the inside of the cylinder.

그러나, 터널 보어링 머신을 이용하여 터널을 굴착하는 공정은 지반의 다양한 상태에 따라 예견치 못하는 안전사고가 발생되기도 하고, 굴착이 중단되어 터널 굴착에 소요되는 비용이 급격히 증가하는 문제가 발생된다. 더욱이, 최근 터널의 장대화 추세에 따라 공사 공정 중에 보다 빈번하게 문제점이 발생되고 있다.However, the process of excavating a tunnel using a tunnel boring machine may cause unpredictable safety accidents depending on the various conditions of the ground, and the drilling is interrupted, which causes a problem of drastically increasing the cost for tunnel excavation. In addition, recent tunnel tendency has caused problems more frequently during the construction process.

이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 터널 보어링 머신에 의한 굴착 공정을 수치해석으로 사전에 모사하고자 하는 시도가 있었다. 그러나, 수치해석에 의해서는 지반의 암반 물성과 구조물의 형상을 환산하여 현지의 상태를 재현하는 데 한계가 있으므로, 정확도가 낮은 문제가 있었다. 터널 보어링 머신에 의한 굴착 공정을 보다 정확하게 분석하여, 실제로 터널 공사를 하는 모든 공정을 예측할 수 있고, 예측 결과를 토대로 터널 보어링 머신의 굴진 시의 작동 조건을 각 구간별로 제어함으로써, 보다 안전하면서도 신속하게 터널을 시공할 수 있도록 하는 필요성이 절실히 대두되고 있다.In order to solve this problem, there has been an attempt to preliminarily simulate the excavation process by a tunnel boring machine by numerical analysis. However, numerical analysis has a problem of low accuracy because it is difficult to reproduce the local condition by converting the rock properties of the ground and the shape of the structure. By more precisely analyzing the excavation process by the tunnel boring machine, it is possible to predict all the processes that actually perform the tunnel construction, and by controlling the operating conditions of the tunnel boring machine when the tunnel boring machine is pivoted on the basis of the prediction results, There is an urgent need to make it possible to construct a tunnel quickly.

또한, 토사지반 TBM의 경우, 막장압력유지, 굴착과 배토의 원활, 커팅툴(디스크 커터 또는 커터비트) 마모의 최소화 등을 위해 폼제(Foam agent), 물, 공기를 배합한 거품형태의 폼을 굴착면과 챔버 등에 주입하게 된다. 도 2는 토사지반 TBM의 폼 분사 전경을 나타낸 사진을 도시한 것이다. 도 3은 폼 배합에 따른 TBM굴진속도 변화 그래프를 도시한 것이고, 도 4는 마모된 TBM 커팅툴 사진을 도시한 것이다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 지반 특성별로 폼제, 물, 공기의 폼 배합에 따라 TBM 굴진속도 및 장비의 부하정도에 영향을 미치게 된다. In the case of the TBM, the foaming agent containing foam agent, water, and air is used to maintain the surface pressure of the soil, to smooth excavation and clay, and to minimize the abrasion of the cutting tool (disc cutter or cutter bit) And injected into excavation surfaces and chambers. Fig. 2 is a photograph showing the foam spraying foreground of the soil material TBM. Fig. 3 shows a plot of the TBM pumping speed change according to the foam combination, and Fig. 4 shows a photograph of the worn TBM cutting tool. Also, as shown in FIG. 3, depending on the soil properties, the formulations of the foam, water, and air affect the TBM pumping speed and the load of the equipment.

종래기술 1(한국등록특허 제1322125호)은 TBM의 굴착 모사 시험 장치를 기재되어 있다. 도 5는 종래기술 1에 따른 TBM 모사 시험장치의 단면도를 도시한 것이다. 종래기술 1에 따른 시험장치는, 축소모형지반을 굴착하는 터널 보어링 머신의 굴착 모사 장치에 있어서, 지반을 굴착하도록 회전 가능하게 설치된 커터 헤드와; 상기 커터 헤드의 후방에 위치하고, 상기 커터 헤드와의 사이에 관통공이 형성된 격벽이 구비되어 상기 격벽의 전방에 버력이 유입되는 챔버를 형성하는 헤더와; 상기 커터 헤드의 중앙 회전축을 회전 구동하는 구동 모터와; 버력이 유입되지 못하도록 외형을 형성하고 상기 헤더의 후방에 고정된 세그먼트와; 상기 챔버로부터 상방으로 경사지게 배열되어 상기 커터 헤드에 의해 굴착된 버력을 후방으로 이송하는 스크류 컨베이어와; 상기 스크류 컨베이어에 의해 이송된 버력을 후방으로 이송하고 상기 세그먼트 내에 설치된 컨베이어 벨트와; 상기 커터 헤드가 회전하는 상태로 상기 헤더를 전방 이동 구동하여, 상기 축소모형지반을 굴착하도록 굴진시키는 실린더와; 상기 실린더와 상기 헤더의 사이에서 가압되는 힘을 측정하는 로드셀과; 상기 커터 헤드의 굴진 거리를 측정하는 센서;를 포함하여 구성된다. Prior art 1 (Korean Patent No. 1322125) describes a TBM drilling simulation test apparatus. 5 shows a cross-sectional view of a TBM simulation test apparatus according to the prior art 1. Fig. A tester according to Prior Art 1 is a trench simulation apparatus for a tunnel boring machine for excavating a reduced-size ground, comprising: a cutter head rotatably installed to excavate a ground; A header disposed at a rear of the cutter head and having a through hole formed between the cutter head and the cutter head to form a chamber into which a force is applied in front of the partition; A drive motor for rotationally driving a central rotary shaft of the cutter head; A segment formed in the rear of the header to form a contour to prevent the introduction of a force; A screw conveyor arranged obliquely upwardly from the chamber for conveying backward the buckling excavated by the cutter head; A conveyor belt conveyed backward by the screw conveyor and installed in the segment; A cylinder for driving the header to move forward in a state in which the cutter head is rotated to excite the reduced model ground; A load cell measuring a force applied between the cylinder and the header; And a sensor for measuring a pushing distance of the cutter head.

그러나 이러한 종래기술 1은 축소모형지반을 굴착하는 소형 TBM 모사시험장치에 대한 것이나, 시험장치의 토크, 추력 측정, 모니터링이 불가하여 지반조건에 따른 TBM제원산정이 불가한 단점이 존재한다. 또한, 토사지반 TBM의 마모 예측 또한 불가능한 단점이 존재한다. However, this prior art 1 is directed to a small TBM simulation test apparatus for excavating a reduced scale ground, but it is impossible to measure the torque, thrust, and monitoring of the test apparatus, and TBM specifications can not be calculated according to the ground conditions. In addition, there is a disadvantage that it is also impossible to predict the wear of the TBM of the soil.

또한, 종래기술 2(한국등록특허 제1293337호)는 TBM을 이용한 하향 천공장치 및 이를 이용한 천공방법을 기재하고 있다. 도 6은 종래기술 2에 따른 천공장치의 단면도를 도시한 것이다. In addition, Prior Art 2 (Korean Patent No. 1293337) discloses a downward punching apparatus using a TBM and a punching method using the same. 6 is a cross-sectional view of a perforating apparatus according to Prior Art 2. [

종래기술 2는 TBM을 이용한 하향 천공장치 및 이를 이용한 천공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하향 구멍을 형성하고자 하는 지면이나 해저면 또는 강바닥에서 지하로 압입되는 케이싱, 상기 하향 구멍의 직경에 대응되는 직경의 커터헤드가 하측을 향하도록 TBM(Tunnel Boring Machine)을 세워서 상기 케이싱의 내부를 따라 하측으로 이동시켜 하향 구멍을 천공하며, 상기 TBM의 상단부에 구비되어 상기 하향 구멍을 천공할 때, 상기 TBM의 상측을 지지하도록 상기 케이싱의 내면에 고정되고, 상기 TBM의 하측 이동을 위해 케이싱에서 고정 해제되는 신축수단을 포함하여 이루어진다.BACKGROUND ART [0002] Conventional art 2 relates to a downward punching apparatus using a TBM and a punching method using the same, and more particularly, to a punching apparatus using a downcomer, A TBM (Tunnel Boring Machine) is installed upwards so that the diameter of the cutter head faces downward and is moved downward along the inside of the casing to puncture the downward hole. When the TBM is drilled, And an expanding / contracting means fixed to an inner surface of the casing so as to support an upper side of the TBM and fixed in the casing for moving the TBM downward.

상기와 같은 종래기술 2에 의하면, 형성하고자 하는 하향 구멍의 직경에 대응되는 직경의 커터헤드를 갖는 TBM이 케이싱과 신축수단에 의해 안내되고, 상측이 지지되어 천공력을 증가시킴에 따라 이용하여 하향 구멍을 용이하게 천공할 수 있어 작업공정과 시간을 절감시킬 수 있으며, 작업효율을 향상시킬 수 있다고 기재하고 있다. According to the above-described prior art 2, the TBM having the cutter head of the diameter corresponding to the diameter of the downward hole to be formed is guided by the casing and the expanding and contracting means, and the upper side is supported, It is possible to easily drill the hole, thereby reducing the work process and time, and improving the working efficiency.

그러나 이러한 종래기술 2는 하향 천공기술 자체(설치 및 추진잭 신축 등)에 대한 것으로 장치 자체의 토크, 추력 등 상세 파라미터 측정 및 제어가 불가하며, 폼 주입에 대한 구성에 대해서는 전혀 기재하고 있지 않다. However, this prior art 2 is related to the downward punching technology itself (such as installation and propulsion jack extension), and it is impossible to measure and control detailed parameters such as torque and thrust of the device itself, and does not describe the configuration for the foam injection at all.

종래기술 1,2에서는 모두 지반 조건에 따른 TBM 제원 산정이 불가하며, 토사지반 TBM의 실제 거동(즉 폼 주입, 굴착 및 배토 등)을 그대로 모사한 것이 아니므로 토사지반 TBM의 TBM 성능(굴착속도, 커팅툴 마모, TBM 장비 추력, 토크 등)을 예측, 시험할 수 없는 문제점이 존재한다. In the prior arts 1 and 2, it is not possible to calculate the TBM specification according to the ground condition, and since the actual behavior of the TBM of the soil (ie, the form injection, excavation and clay) , Cutting tool wear, TBM machine thrust, torque, etc.) can not be predicted and tested.

따라서, 실제 토사지반 TBM의 지반 굴착원리를 모사하여 TBM 성능을 정확하게 예측, 시험할 수 있는 장비 및 그 방법이 요구되었다. Therefore, equipment and method are required to accurately predict and test TBM performance by simulating the ground excavation principles of actual soil foundation TBM.

한국등록특허 제10-1322125호Korean Patent No. 10-1322125 한국등록특허 제10-1293337호Korea Patent No. 10-1293337

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 실제 토사지반 TBM과 동일한 매커니즘(굴착, 배토, 폼 주입 등)을 정확히 모사하여 지반 특성별 TBM성능(굴진율, 커팅툴 마모도 등)을 예측하기 위한 시험장치 및 이를 활용한 분석방법을 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for accurately analyzing a mechanism (excavation, soil, The present invention provides a test apparatus for predicting the TBM performance (eg, yield rate, cutting tool wear, etc.) and an analysis method using the same.

또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 폼이 분사되는 굴착면, 토사챔버, 블레이드, 스크류 컨베이어 등을 포함하여 실제 토사지반 TBM의 주요 파라미터를 정확하게 제어하고, 실제와 같은 방식으로 작동(폼 주입, 굴착, 배토)하여 TBM 굴진성능을 평가할 수 있는 시험장치 및 이를 활용한 분석방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, according to one embodiment of the present invention, it is possible to precisely control the main parameters of the actual soil foundation TBM including the excavation surface on which the foam is sprayed, the earthworks chamber, the blade, the screw conveyor, The present invention provides a test apparatus capable of evaluating the TBM rolling performance and an analysis method using the same.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. It can be understood.

본 발명의 제1목적은, 토사지반 TBM 굴진성능 평가 시험장치에 있어서, 하우징; 상기 하우징 하단에 구비되며, 상부가 개방되고 내부에 다짐 토사가 구비되는 다짐시료박스; 상기 하우징 내, 상기 다짐시료박스 상부측에 구비되며, 상기 다짐시료박스 내의 토사의 굴착에 의해 내부로 토사가 유입되며 일측에 유입된 토사가 배토되는 배토구가 형성된 토사챔버; 상기 토사챔버 하단에 구비되며, 상기 다짐시료박스 내의 토사를 굴착하기 위한 커팅툴과, 상기 토사 측으로 폼제가 분사되는 폼주입구가 구비된 소형 블레이드; 상기 소형블레이드를 회전시키는 서보모터; 상기 배토구에 구비되어, 배토되는 토사의 배토량을 조절하는 배토유닛; 상기 토사 측으로 수직하중을 가하기 위해 상기 소형 블레이드를 상기 토사측으로 이동시키는 하중재하부; 및 상기 폼주입구 측으로 설정된 배합비를 갖는 폼을 주입하는 폼 주입수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is to provide an apparatus for evaluating soil earth TBM pumping performance, comprising: a housing; A compaction sample box provided at a lower end of the housing, the compartment being opened at an upper portion thereof and having a compaction soil inside; A soil chamber formed at the upper side of the compaction sample box in the housing, the soil chamber being formed by the excavation of the soil in the compaction sample box, the clay being introduced into the interior of the compaction sample box; A compact blade provided at a lower end of the soil chamber and provided with a cutting tool for excavating the soil within the compaction sample box and a foam inlet through which the foam is injected toward the soil side; A servo motor for rotating the small blade; A clay unit provided in the clay so as to adjust an amount of clay to be clay; A lower portion for moving the small blade toward the soil side to apply a vertical load to the soil side; And a foam injecting means for injecting a foam having a mixing ratio set to the side of the foam injection port.

그리고, 상기 토사챔버 내부 일측에는 유입된 토사에 의한 토압을 실시간으로 측정하는 토압측정용 압력셀이 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, a pressure cell for measuring earth pressure is provided at one side of the soil gravel chamber to measure the earth pressure by the introduced gravel in real time.

또한, 상기 다짐시료박스는, 2개 이상의 유닛이 길이방향으로 조립, 분리가 가능하도록 다단으로 구성되며, 각 단별 다짐이 가능한 복합지반으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the compaction sample box may be configured as a multi-stage complex so that two or more units can be assembled and separated in the longitudinal direction, and each compartment can be compaction-compatible.

그리고, 상기 소형 블레이드에 구비되는 커팅툴은 서로 특정간격 이격되며 중심점과 서로 다른 거리를 갖는 복수로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the cutting tools provided on the small blade may be spaced apart from each other by a predetermined distance, and may have a plurality of distances different from the center point.

또한, 상기 소형블레이드의 회전속도를 실시간으로 측정하는 회전속도측정부와, 상기 소형블레이드의 회전토크를 실시간으로 측정하는 회전토크측정부와, 굴착시 상기 소형블레이드에 인가되는 하중을 실시간으로 측정하는 관입하중로드셀을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, it is also possible to provide a rotating speed measuring device for measuring the rotating speed of the small blade in real time, a rotating torque measuring device for measuring the rotating torque of the small blade in real time, And a penetration load load cell.

그리고, 상기 배토유닛은, 하측 끝단이 상기 배토구에 연결되며 상부 측에 토출단을 갖는 배토관과, 상기 배토관 내에 탈부착가능하도록 구성된 배토스크류와, 상기 배토스크류를 길이방향 축 기준으로 회전시키는 회전구동부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The clay unit includes a clay pipe having a lower end connected to the clay ball and having a discharge end at an upper side thereof, a clay screw configured to be detachable in the clay balloon, And a rotation driving unit.

또한, 상기 토출단의 개방면적을 가변하여 토출되는 토사량을 조절하는 배토량조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The apparatus may further include an exhaust amount adjusting unit for adjusting an amount of exhaust gas discharged by varying the opening area of the discharge end.

그리고, 상기 토압측정용압력셀과, 상기 회전속도측정부와, 상기 회전토크측정부와, 상기 관입하중로드셀에서 측정된 값을 실시간으로 전송받는 제어모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The control unit may further include a pressure monitoring cell for measuring the earth pressure, the rotation speed measuring unit, the rotation torque measuring unit, and a control monitoring unit for receiving the measured values from the penetration load load cell in real time.

또한, 상기 제어모니터링부는, 상기 토압측정용압력셀과, 상기 회전속도측정부와, 상기 회전토크측정부와, 상기 관입하중로드셀에서 측정된 값을 실시간으로 전송받아, 상기 서보모터와, 하중재하부와, 상기 회전구동부와, 상기 배토량조절부 및 상기 폼 주입수단을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. The control monitoring unit may receive the measured values from the earth pressure measuring pressure cell, the rotational speed measuring unit, the rotational torque measuring unit, and the penetration load load cell in real time, The rotation driving unit, the delivery amount adjusting unit, and the foam injecting unit.

본 발명의 제2목적은, TBM 시험장치를 이용하여 토사지반 TBM의 굴진성능을 예측분석하기 위한 시스템에 있어서, 앞서 언급한 제1목적에 따른 시험장치; 및 상기 시험장치에 의한 굴착시 관입하중, 폼주입량, 토압, 회전토크값, 회전속도와, 시험종료 후 커팅툴의 마모량, 배토된 시료의 상태를 기반으로 TBM 성능을 예측, 분석하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측 분석시스템으로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is to provide a system for predicting and analyzing the pumping performance of a soil material TBM using a TBM testing apparatus, comprising: a test apparatus according to the first aspect; And analyzing means for predicting and analyzing the TBM performance based on the penetration load, the foam injection amount, the earth pressure, the rotational torque value, the rotational speed, the abrasion amount of the cutting tool after the test, The TBM performance prediction analysis system according to claim 1,

그리고, 본 발명의 제3목적은, 앞서 언급한 제 1목적에 따른 시험장치를 이용하여, 토사지반 TBM 굴진성능 평가하기 위한 방법에 있어서, 다짐시료박스 내에 입도가 맞춰진 토사 시료를 담고 다지는 단계; 하중 재하부를 통해 토사챔버 하단의 소형블레이드를 이동시켜 상기 시료에 수직하중을 재하하는 단계; 상기 소형블레이드에 구비된 폼주입구를 통해 폼이 분사되고, 서보모터에 의해 소형블레이드를 회전시켜 굴착되는 단계; 및 시험종료 후, 소형블레이드에 장착된 커팅툴의 마모량, 배토된 시료의 상태를 기반으로 TBM 성능을 예측, 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가방법으로서 달성될 수 있다. A third object of the present invention is to provide a method for evaluating the TBM performance of a soil based on the above-mentioned first object, comprising the steps of: holding a soil sample whose particle size is adjusted in a compaction sample box; Moving a small blade at a lower end of the soil chamber through a load receiving portion to load a vertical load on the sample; A foam is injected through a foam injection port provided in the small blade, and the small blade is rotated by a servo motor to be excavated; And estimating and analyzing the TBM performance based on the amount of abrasion of the cutting tool mounted on the small blade and the state of the clayed sample after the end of the test, and evaluating the performance of the TBM Can be achieved.

그리고, 상기 다지는 단계에서, 시험 시료의 종류를 결정하고, 다수의 다짐시료박스 내에 입도가 맞춰진 시료를 담고 층별 다짐 후, 상기 다짐시료박스를 체결하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the step of dipping, the type of the test sample is determined, and the sample with the particle size set in a plurality of compaction sample boxes is contained and the compaction sample box is tightened after compaction of the layers.

또한, 상기 굴착되는 단계에서, 토사챔버 내부 일측에 구비된 토압측정용 압력셀이 유입된 토사에 의한 토압을 실시간으로 측정하고, 회전속도측정부가 상기 소형블레이드의 회전속도를 실시간으로 측정하며, 회전토크측정부가 상기 소형블레이드의 회전토크를 실시간으로 측정하며, 관입하중로드셀이 상기 소형블레이드에 인가되는 하중을 실시간으로 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, in the excavating step, the earth pressure caused by the earth soil introduced into the pressure cell for measuring the earth pressure installed on one side of the earthworks chamber is measured in real time, the rotation speed measuring unit measures the rotation speed of the small blade in real time, The torque measuring unit measures the rotational torque of the small blade in real time and measures the load applied to the small blade by the penetration load load cell in real time.

그리고, 상기 굴착되는 단계에서, 측정된 값을 기반으로 상기 배토장치의 배토스크류를 구동하는 회전구동부를 제어하여 토사챔버 내의 압력을 조절하며, 폼 주입수단을 제어하여 분사되는 폼의 양을 제어하고, 소형블레이드의 회전속도를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the excavating step, the rotation driving unit for driving the clay screw of the clay apparatus is controlled based on the measured value to adjust the pressure in the clay chamber, and the foam injection means is controlled to control the amount of foam to be sprayed , And the rotation speed of the small blade is adjusted.

또한, 상기 분석하는 단계는, 굴착시 관입하중값, 폼주입량, 토압, 회전토크값, 회전속도와, 시험종료 후 커팅툴의 마모량, 배토된 시료의 상태를 기반으로 TBM 성능을 예측, 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다. Also, the analyzing step predicts and analyzes the TBM performance based on the penetration load value, the foam injection amount, the earth pressure, the rotational torque value, the rotational speed, the abrasion amount of the cutting tool after the test, . ≪ / RTI >

본 발명의 일실시예에 따르면, 실제 토사지반 TBM과 동일한 매커니즘(굴착, 배토, 폼 주입 등)을 정확히 모사하여 지반 특성별 TBM성능(굴진율, 커팅툴 마모도 등)을 예측할 수 있는 효과를 갖는다. According to an embodiment of the present invention, the TBM performance (the yield rate, the cutting tool wear, etc.) of each soil property can be predicted by accurately simulating the same mechanism (excavation, soil, foam injection, etc.) as the actual soil foundation TBM .

또한, 본 발명의 일실시예 따르면, 폼이 분사되는 굴착면, 토사챔버, 블레이드, 스크류 컨베이어 등을 포함하여 실제 토사지반 TBM의 주요 파라미터를 정확하게 제어하고, 실제와 같은 방식으로 작동(폼 주입, 굴착, 배토)하여 TBM 굴진성능을 평가할 수 있할 수 있는 시험장치를 통해, TBM 커터헤드의 토크, 스크류 컨베이어 토크 등 장비 부하를 최소화할 수 있고, 커팅툴(리퍼(ripper, Scraper 등) 마모를 최소화할 수 있으며, 원활한 굴진면 압력 유지에 따른 지반침하를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다. In addition, according to one embodiment of the present invention, it is possible to precisely control the main parameters of the actual soil foundation TBM including the excavation surface on which the foam is sprayed, the earthworks chamber, the blade, the screw conveyor, It is possible to minimize the equipment load such as torque of TBM cutter head, torque of screw conveyor and minimize the abrasion of cutting tool (ripper, scraper, etc.) through test equipment which can evaluate TBM performance by excavation, And it has an effect of minimizing the subsidence of the ground due to the smooth pressing surface pressure maintenance.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It should be understood, however, that the effects obtained by the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs It will be possible.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1a는 TBM 터널 시공의 개념도,
도 2는 토사지반 TBM의 폼 분사 전경을 나타낸 사진,
도 3은 폼 배합에 따른 TBM굴진속도 변화 그래프,
도 4는 마모된 TBM 커팅툴 사진,
도 5는 종래기술 1에 따른 TBM 모사 시험장치의 단면도,
도 6은 종래기술 2에 따른 천공장치의 단면도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치의 전체 구성도,
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치의 부분 사시도,
도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치의 부분 단면도,
도 9a, 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 소형 블레이드의 저면도,
도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 커팅툴의 사시도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 배토유닛의 부분 단면도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 제어모니터링부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가방법의 흐름도를 도시한 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description, serve to further the understanding of the technical idea of the invention, It should not be construed as limited.
FIG. 1A is a conceptual view of TBM tunnel construction,
FIG. 2 is a photograph showing the foam spraying foreground of the soil material TBM,
FIG. 3 is a graph of the TBM pumping speed change according to the foam combination,
Figure 4 shows a worn TBM cutting tool photo,
5 is a sectional view of a TBM simulation test apparatus according to Prior Art 1,
6 is a cross-sectional view of a perforating apparatus according to Prior Art 2,
FIG. 7 is an overall configuration diagram of a polishing performance evaluation test apparatus for predicting the performance of the soil layer TBM according to an embodiment of the present invention;
FIG. 8A is a partial perspective view of a tilting performance evaluation test apparatus for predicting the performance of the soil layer TBM according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 8B is a partial cross-sectional view of a tilting performance evaluation test apparatus for predicting the performance of the soil layer TBM according to an embodiment of the present invention;
9A and 9B are a bottom view of a small blade according to an embodiment of the present invention,
9C is a perspective view of a cutting tool according to an embodiment of the present invention,
10 is a partial cross-sectional view of a clay unit according to an embodiment of the present invention,
11 is a block diagram showing a signal flow of a control monitoring unit according to an embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a flowchart illustrating a method for evaluating the performance of soil-borne TBM performance prediction according to an embodiment of the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Also in the figures, the thickness of the components is exaggerated for an effective description of the technical content.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and / or plan views that are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective description of the technical content. Thus, the shape of the illustrations may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include changes in the shapes that are produced according to the manufacturing process. For example, the area shown at right angles may be rounded or may have a shape with a certain curvature. Thus, the regions illustrated in the figures have attributes, and the shapes of the regions illustrated in the figures are intended to illustrate specific forms of regions of the elements and are not intended to limit the scope of the invention. Although the terms first, second, etc. have been used in various embodiments of the present disclosure to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. The embodiments described and exemplified herein also include their complementary embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. The terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing the specific embodiments below, various specific details have been set forth in order to explain the invention in greater detail and to assist in understanding it. However, it will be appreciated by those skilled in the art that the present invention may be understood by those skilled in the art without departing from such specific details. In some instances, it should be noted that portions of the invention that are not commonly known in the description of the invention and are not significantly related to the invention do not describe confusing reasons to explain the present invention.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치(100)의 전체 구성도를 도시한 것이다. 그리고, 도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치(100)의 부분 사시도를 도시한 것이고, 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치(100)의 부분 단면도를 도시한 것이다. Hereinafter, the configuration and function of the pumping performance evaluation test apparatus 100 for predicting the performance of the soil pavement TBM according to an embodiment of the present invention will be described. First, FIG. 7 shows an overall configuration of a polishing performance evaluation test apparatus 100 for predicting the performance of a soil-borne TBM according to an embodiment of the present invention. FIG. 8A is a partial perspective view of a polishing performance evaluation test apparatus 100 for predicting the performance of the soil layer TBM according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a partial perspective view of the soil layer TBM 1 is a partial cross-sectional view of a polishing performance evaluation test apparatus 100 for performance prediction.

도 7, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치(100)는 하우징(101), 다짐시료박스(120), 토사챔버(110), 소형블레이드(130), 서보모터(103), 배토유닛(140), 하중재하부(150), 폼주입수단(105) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. 7, 8A and 8B, the polishing performance evaluation test apparatus 100 for estimating the performance of the soil layer TBM according to an embodiment of the present invention includes a housing 101, a compaction sample box 120, It can be seen that it can be configured to include the soil sand chamber 110, the small blade 130, the servo motor 103, the clay unit 140, the lower load lower portion 150, the foam injection means 105 and the like.

하우징(101)은 시험장치(100)의 외부 프레임을 구성하게 되며 상부판(102)을 포함하고 이러한 상부판(102)는 후에 설명되는 바와 같이, 서보모터(103)가 장착되며, 폼주입수단(105)과 연결되고, 회전축(151)과 연결되게 된다. 또한, 이러한 회전축(151)은 서보모터(103)에 의해 길이방향 축을 기준으로 회전되게 되어 후에 설명되는 바와 같이, 회전축(151) 하부 끝단에 연결된 소형블레이드(130)를 회전시키게 된다. 그리고 도 8b에 도시된 바와 같이, 이러한 회전축(151)은 폼 주입관(104)으로 구성되어 폼주입수단(105)에 의해 설정된 폼 배합비로 배합된 폼(Foam)이 유입되도록 구성될 수 있다. The housing 101 constitutes the outer frame of the test apparatus 100 and includes an upper plate 102. The upper plate 102 is mounted with a servomotor 103, (105), and is connected to the rotating shaft (151). The rotary shaft 151 is rotated about the longitudinal axis by the servo motor 103 to rotate the small blade 130 connected to the lower end of the rotary shaft 151, as will be described later. As shown in FIG. 8B, the rotary shaft 151 may be configured to include a foam injection pipe 104 and to introduce a foam Foam mixed at a foam mixing ratio set by the foam injection means 105.

본 발명의 일실시예에 따른 다짐시료박스(120)는 도 8b에 도시된 바와 같이, 하우징(101) 하단에 구비되며, 상부가 개방되고 내부에 다짐 토사 시료가 구비되게 됨을 알 수 있다. 또한, 이러한 다짐시료박스(120)는, 2개 이상의 유닛이 길이방향으로 조립, 분리가 가능하도록 다단으로 구성되며, 각 단별 다짐이 가능한 복합지반으로 구성할 수 있다. 즉, 분리, 조합이 가능하며 이러한 시료박스(120) 내에는 압력을 유지하기 위한 패킹 씰이 구비될 수 있다. As shown in FIG. 8B, the compaction sample box 120 according to an embodiment of the present invention is provided at the lower end of the housing 101, and the upper portion thereof is opened and the compaction soil sample is provided therein. In addition, the compaction sample box 120 may be composed of a composite ground that is composed of multiple stages so that two or more units can be assembled and separated in the longitudinal direction, and each compartment can be compaction-compatible. That is, the sample box 120 can be separated and combined, and a packing seal for maintaining pressure can be provided in the sample box 120.

그리고 본 발명의 일실시예에 따른 토사챔버(110)는 하우징(101) 내, 다짐시료박스(120) 상부측에 구비되며, 다짐시료박스(120) 내의 토사시료의 굴착에 의해 몸체(102) 내부로 토사가 유입되며 일측에 유입된 토사가 배토되는 배토구(113)가 형성된다. The soil and soil chamber 110 according to an embodiment of the present invention is provided in the housing 101 and on the upper side of the compaction sample box 120 and is installed in the body 102 by excavation of the soil sample in the compaction sample box 120, And a clay ball 113 into which the clay is introduced into the inside and the clay that has flowed into one side is clay is formed.

이러한 토사챔버(110)는 하부측으로는 후에 설명되는 바와 같이, 소형블레이드(130)가 위치하게 되고 상판에는 배토구(113)가 형성되게 된다. 또한, 토사챔버(110)의 상판일측에는 도 8a에 도시된 바와 같이, 유입된 토사에 의한 토압을 실시간으로 측정하게 된다. 또한, 토사 챔버(110) 내의 압력을 유지시키기 위해 패킹 씰이 부착되어질 수 있다. As described later, the small-sized blades 130 are positioned on the lower side of the soil-erosion chamber 110, and the clogs 113 are formed on the upper plate. As shown in FIG. 8A, on one side of the top plate of the sandwiching chamber 110, the earth pressure by the introduced soil is measured in real time. In addition, a packing seal may be attached to maintain the pressure in the soil sand chamber 110.

또한, 소형블레이드(130)는 폼 주입관(104)으로 구성된 회전축(151)의 하부 끝단에 연결되어 토사챔버(110)의 하단측에 위치하게 되고, 다짐시료박스(120) 내의 토사를 굴착하기 위한 커팅툴(131)과, 토사 측으로 폼제가 분사되는 폼주입구(132)를 포함하여 구성되게 된다. The small blade 130 is connected to the lower end of the rotary shaft 151 constituted by the foam injection pipe 104 and is positioned at the lower end side of the sandwiching chamber 110 and excavates the soil within the compaction sample box 120 And a foam injection port 132 through which the foam is injected toward the sand side.

도 9a, 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 소형 블레이드(130)의 저면도를 도시한 것이고, 도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 커팅툴(131)의 사시도를 도시한 것이다. 이러한 소형블레이드(130)는 스테인레스강으로 구성될 수 있으며, 도 9b에 도시된 바와 같이, 소형 블레이드(130)에 구비되는 커팅툴(131)은 서로 특정간격 이격되며 중심점과 서로 다른 거리를 갖는 복수로 구성될 수 있다. FIGS. 9A and 9B show a bottom view of a small blade 130 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9C shows a perspective view of a cutting tool 131 according to an embodiment of the present invention. 9B, the cutting tool 131 provided on the small blade 130 is spaced apart from each other by a predetermined distance, and a plurality of cutting tools 131 having different distances from the center point, ≪ / RTI >

또한, 회전속도측정부(133)는 소형블레이드(130)의 회전속도를 실시간으로 측정하게 된다. 그리고, 굴착시에 회전토크측정부(134)는 소형블레이드(130)의 회전토크를 실시간으로 측정하게 된다. 또한, 관입하중로드셀(135)은 굴착시 소형블레이드(130)에 인가되는 하중을 실시간으로 측정하게 된다. In addition, the rotational speed measuring unit 133 measures the rotational speed of the small blade 130 in real time. During excavation, the rotational torque measuring unit 134 measures the rotational torque of the small blade 130 in real time. In addition, the intrusion load cell 135 measures the load applied to the small blade 130 in real time during excavation.

또한, 폼주입구(132) 역시 복수로 구성되며 폼주입수단(105)에 의해 폼 구입관으로 유입된 폼이 폼주입구(132)에 의해 토사시료 측으로 분사되게 된다. 복수로 구성된 폼주입구(132)는 도 9a에 도시된 바와 같이, 서로 원주방향으로 특정간격 이격되며, 각각이 중심점에서 서로 다른 거리를 갖고 위치하게 됨을 알 수 있다. In addition, the foam injection port 132 is also composed of a plurality of foam, and the foam introduced into the foam purchase pipe by the foam injection means 105 is injected by the foam injection port 132 into the soil sample. As shown in FIG. 9A, the plurality of foam injection ports 132 are spaced apart from one another in the circumferential direction, and they are located at different distances from the center point.

배토유닛(140)은, 토사챔버(110)의 상판에 형성된 배토구(113)에 연결되어, 배토되는 토사의 배토량을 조절하여 토사챔버(110) 내의 압력을 조절하게 된다. 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 배토유닛(140)의 부분 단면도를 도시한 것이다. The clay unit 140 is connected to a clay ball 113 formed on a top plate of the clay soil chamber 110 to control the pressure in the clay soil chamber 110 by adjusting the amount of clay soil discharged. 10 illustrates a partial cross-sectional view of a clay unit 140 according to an embodiment of the present invention.

도 8a, 도 8b 및 도 10에 도시된 바와 같이, 배토유닛(140)은, 하측 끝단이 배토구(113)에 연결되며 상부 측에 토출단(143)을 갖는 배토관(141)과, 이러한 배토관(141) 내에 탈부착가능하도록 구성된 배토스크류(142)와, 이러한 배토스크류(142)를 길이방향 축 기준으로 회전시키는 회전구동부(144)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 배토량조절부(145)를 포함하여, 토출단(143)의 개방면적을 가변하여 토출되는 토사량을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 8A, 8B, and 10, the clay unit 140 includes a clay tube 141 having a lower end connected to the clog 113 and having a discharge end 143 on the upper side, A clay screw 142 configured to be attachable and detachable within the clay tube 141 and a rotation driving unit 144 for rotating the clay screw 142 with respect to the longitudinal axis. As shown in FIG. 10, the opening area of the discharging end 143 may be varied, including the discharging amount adjusting unit 145, so that the discharged amount of the discharged toner can be adjusted.

따라서 본 발명의 일실시예에 따른 시험장치(100)는 소형으로 토사시료의 굴착, 배토, 폼 분사를 실행하여 실제 토사지반 TBM과 동일한 매커니즘으로 현정 TBM 챔버 내 압력조건 등을 동일하게 구현할 수 있게 된다. Therefore, the testing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention can perform the excavation of soil samples, the soil and the foam spraying of the soil sample in a small size, so that the same conditions as those of the actual soil foundation TBM can be realized do.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 제어모니터링부(160)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제어모니터링부(160)는 앞서 언급한 토압측정용압력셀(111)과, 회전속도측정부(133)와, 회전토크측정부(134)와, 관입하중로드셀(135)에서 측정된 값을 실시간으로 전송받게 됨을 알 수 있다. 11 is a block diagram showing a signal flow of the control monitoring unit 160 according to an embodiment of the present invention. 11, the control monitoring unit 160 includes the pressure measuring cell 111 for measuring the earth pressure, the rotational speed measuring unit 133, the rotational torque measuring unit 134, the penetrating load cell 135) are received in real time.

그리고, 이러한 제어모니터링부(160)는, 토압측정용압력셀(111)과, 회전속도측정부(133)와,회전토크측정부(134)와, 관입하중로드셀(135)에서 측정된 값을 실시간으로 전송받아, 서보모터(103)와, 하중재하부(150)와, 회전구동부(144)와, 배토량조절부(145) 및 폼 주입수단(105)의 구동을 설정한 값으로 제어하게 된다. The control monitoring unit 160 calculates the values measured by the pressure cell 111 for measuring the earth pressure, the rotational speed measuring unit 133, the rotational torque measuring unit 134 and the intrusion load cell 135 And controls the drive of the servomotor 103, the lower subassembly 150, the rotary drive 144, the delivery quantity regulator 145 and the form injection means 105 to a set value do.

즉, 제어모니터링부(160)는 토압측정용압력셀(111)을 통해 토사챔버(110) 내의 내압을 실시간으로 전송받아, 회전구동부(144)와 배토량조절부(145)를 제어하여 배토량과 토사챔버(110) 내의 압력을 조절하게 된다. 또한, 제어모니터링부(160)는 관입하중로드셀(135)에서 측정된 하중값을 기반으로 하중재하부(150)를 제어하게 되며, 회전속도측정부(133)와,회전토크측정부(134)에서 측정된 값을 기반으로 서보모터(103)를 제어하여 소형블레이드(130)의 회전속도를 조절하며 폼 주입수단(105)을 제어하여 분사되는 폼의 주입량을 조절하게 된다. That is, the control monitoring unit 160 receives the internal pressure of the soil gravel chamber 110 through the earth pressure measuring pressure cell 111 in real time, and controls the rotation driving unit 144 and the discharge amount adjusting unit 145, And the pressure in the soil and soil chamber 110 is controlled. The control monitoring unit 160 controls the lower portion 150 based on the load value measured by the penetration load cell 135. The control monitoring unit 160 controls the rotation speed measuring unit 133 and the rotation torque measuring unit 134, The servo motor 103 is controlled based on the measured value to adjust the rotation speed of the small blade 130 and the foam injection means 105 to control the injection amount of the foam to be injected.

그리고 분석수단(170)은 본 발명의 일실시예에 따른 시험장치(100)에 의한 굴착시 관입하중, 폼주입량, 토압, 회전토크값, 회전속도와, 시험종료 후 커팅툴(131)의 마모량, 배토된 시료의 상태를 기반으로 TBM 성능을 예측, 분석하게 된다. The analyzing means 170 analyzes the penetration load, the foam injection amount, the earth pressure, the rotation torque value, the rotation speed, and the wear amount of the cutting tool 131 after the test by the test apparatus 100 according to the embodiment of the present invention , And TBM performance is predicted and analyzed based on the state of the clayed sample.

따라서 본 발명의 일실시예에 따르면, 실제 토사지반 TBM과 동일한 매커니즘(굴착, 배토, 폼 주입 등)을 정확히 모사하여 지반 특성별 TBM성능(굴진율, 커팅툴(131) 마모도 등)을 예측할 수 있다. 즉, 폼이 분사되는 굴착면, 토사챔버(110), 소형블레이드(130), 배토유닛(140)에 의해 실제 토사지반 TBM의 주요 파라미터를 정확하게 제어하고, 실제와 같은 방식으로 작동(폼 주입, 굴착, 배토)하여 TBM 굴진성능을 평가할 수 있게 된다. Therefore, according to one embodiment of the present invention, it is possible to accurately predict the TBM performance (yield rate, abrasion of the cutting tool 131, and the like) of each soil property by accurately simulating the same mechanism (excavation, soil, have. That is, the main parameters of the actual soil foundation TBM are precisely controlled by the excavation surface on which the foam is sprayed, the sandstone chamber 110, the small blade 130 and the clay unit 140, Excavation, clay) to evaluate TBM rolling performance.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가방법, 시험방법에 대해 설명하도록 한다. 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가방법의 흐름도를 도시한 것이다. Hereinafter, a method and a method for evaluating a pumping performance for predicting the performance of the soil material TBM according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a flowchart illustrating a method for evaluating the performance of soil-borne TBM performance prediction according to an embodiment of the present invention.

먼저, 시험 토사시료의 종류를 결정하게 된다(S1). 그리고, 다짐시료박스(120) 내에 입도가 맞춰진 토사 시료를 담고 다지게 된다. 즉, 다수의 다짐시료박스(120) 내에 입도가 맞춰진 시료를 담고 층별 다짐 후, 다짐시료박스(120)를 체결하게 된다(S2). First, the type of soil sample to be tested is determined (S1). Then, the soil sample in which the particle size is adjusted is contained in the compaction sample box 120. That is, a plurality of compaction sample boxes 120 are filled with the samples to which the particle size is adjusted, and then compaction of the compaction sample box 120 is performed (S2).

그리고, 하중 재하부(150)를 통해 토사챔버(110) 하단의 소형블레이드를 이동시켜 토사시료에 수직하중을 재하하게 된다(S3). 그리고, 소형블레이드(130)에 구비된 폼 주입구(132)를 통해 폼이 분사되고, 서보모터(103)에 의해 소형블레이드(130)를 회전시켜 토사시료를 굴착하게 된다(S4). Then, the small blade at the lower end of the sandwiching chamber 110 is moved through the lower portion 150 of the load material to load the vertical load in the soil sample (S3). The foam is injected through the foam injection port 132 provided in the small blade 130 and the small blade 130 is rotated by the servo motor 103 to excavate the soil sample (S4).

그리고, 배토유닛(140)을 통해 토사챔버(110) 내의 굴착된 토사를 배토시켜 토사챔버(110) 내의 압력을 조절하게 된다(S5). The excavated soil in the soil-soil chamber 110 is removed through the clay unit 140 to control the pressure in the soil-soil chamber 110 (S5).

이러한 단계에서, 토사챔버(110) 내부 일측에 구비된 토압측정용 압력셀(111)이 유입된 토사에 의한 토압을 실시간으로 측정하고, 회전속도측정부(133)가 상기 소형블레이드(130)의 회전속도를 실시간으로 측정하며, 회전토크측정부(134)가 상기 소형블레이드(130)의 회전토크를 실시간으로 측정하며, 관입하중로드셀(135)이 상기 소형블레이드(130)에 인가되는 하중을 실시간으로 측정하게 된다. In this step, the earth pressure measured by the earth moving in the pressure cell 111 is measured in real time, and the rotational speed measuring unit 133 measures the earth pressure of the small blade 130 The rotational torque is measured in real time and the rotational torque measuring unit 134 measures the rotational torque of the small blade 130 in real time and the load applied to the small blade 130 by the intrusive load cell 135 is measured in real time .

그리고, 제어모니터링부(160)는 측정된 값을 기반으로 배토유닛(140)의 배토스크류(142)를 구동하는 회전구동부(144)를 제어하여 토사챔버(110) 내의 압력을 조절하며, 폼 주입수단(105)을 제어하여 분사되는 폼의 양을 제어하고, 소형블레이드의 회전속도를 조절하게 된다(S6). The control monitoring unit 160 controls the rotation driving unit 144 that drives the clay screw 142 of the clay unit 140 to adjust the pressure in the clayey chamber 110 based on the measured value, Controls the means 105 to control the amount of foam to be sprayed, and adjusts the rotational speed of the small blade (S6).

그리고, 시험종료(S7) 후, 소형블레이드에 장착된 커팅툴(131)의 마모량, 배토된 시료의 상태(S8)를 기반으로 TBM 성능을 예측, 분석하게 된다(S9). 즉, 굴착시 관입하중값, 폼주입량, 토압, 회전토크값, 회전속도와, 시험종료 후 커팅툴(131)의 마모량, 배토된 시료의 상태를 기반으로 TBM 성능을 예측, 분석하게 된다. Then, after the end of the test (S7), the TBM performance is predicted and analyzed based on the amount of wear of the cutting tool 131 mounted on the small blade and the state of the cleaned sample (S8) (S9). That is, the TBM performance is predicted and analyzed on the basis of the penetration load value, the foam injection amount, the earth pressure, the rotation torque value, the rotation speed, the wear amount of the cutting tool 131, and the condition of the clayed sample at the time of excavation.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.It should be noted that the above-described apparatus and method are not limited to the configurations and methods of the embodiments described above, but the embodiments may be modified so that all or some of the embodiments are selectively combined .

100:최적 폼 배합 설계를 위한 폼 혼합 토사 전단강도 측정 시험장치
101:하우징
102:상부판
103:서보모터
104:폼주입관
105:폼주입수단
110:토사챔버
111:토압측정용압력셀
112:몸체
113:배토구
120:다짐시료박스
130:소형블레이드
131:커팅툴
132:폼주입구
133:회전속도측정부
134:회전토크측정부
135:관입하중로드셀
140:배토유닛
141:배토관
142:배토스크류
143:토출단
144:회전구동부
145:배토량조절부
150:하중재하부
151:회전축
160:제어모니터링부
170:분석수단
100: Foam-mixed soil-shear strength test equipment for optimum foam formulation design
101: Housing
102: upper plate
103: Servo motor
104: Foam injection tube
105: Foam injection means
110: Dirt chamber
111: Pressure cell for earth pressure measurement
112: Body
113:
120: compaction sample box
130: Small blade
131: Cutting tool
132: Foam injection port
133: rotational speed measuring unit
134: Rotational torque measuring unit
135: Intrusive load cell
140: Clay unit
141:
142: Plaster screw
143: Discharge end
144:
145:
150: lower part
151:
160:
170: Analysis means

Claims (15)

토사지반 TBM 굴진성능 평가 시험장치에 있어서,
하우징;
상기 하우징 하단에 구비되며, 상부가 개방되고 내부에 다짐 토사가 구비되는 다짐시료박스;
상기 하우징 내, 상기 다짐시료박스 상부측에 구비되며, 상기 다짐시료박스 내의 토사의 굴착에 의해 내부로 토사가 유입되며 일측에 유입된 토사가 배토되는 배토구가 형성된 토사챔버;
상기 토사챔버 하단에 구비되며, 상기 다짐시료박스 내의 토사를 굴착하기 위한 커팅툴과, 상기 토사 측으로 폼제가 분사되는 폼주입구가 구비된 소형 블레이드;
상기 소형블레이드를 회전시키는 서보모터;
상기 배토구에 구비되어, 배토되는 토사의 배토량을 조절하는 배토유닛;
상기 토사 측으로 수직하중을 가하기 위해 상기 소형 블레이드를 상기 토사측으로 이동시키는 하중재하부; 및
상기 폼주입구 측으로 설정된 배합비를 갖는 폼을 주입하는 폼 주입수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치.
In the soil sand TBM rolling performance evaluation test apparatus,
housing;
A compaction sample box provided at a lower end of the housing, the compartment being opened at an upper portion thereof and having a compaction soil inside;
A soil chamber formed at the upper side of the compaction sample box in the housing, the soil chamber being formed by the excavation of the soil in the compaction sample box, the clay being introduced into the interior of the compaction sample box;
A compact blade provided at a lower end of the soil chamber and provided with a cutting tool for excavating the soil within the compaction sample box and a foam inlet through which the foam is injected toward the soil side;
A servo motor for rotating the small blade;
A clay unit provided in the clay so as to adjust an amount of clay to be clay;
A lower portion for moving the small blade toward the soil side to apply a vertical load to the soil side; And
And a foam injecting means for injecting a foam having a mixing ratio set to the side of the foam injection port.
제 1항에 있어서,
상기 토사챔버 내부 일측에는 유입된 토사에 의한 토압을 실시간으로 측정하는 토압측정용 압력셀이 구비되는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치.
The method according to claim 1,
And a pressure cell for measuring the earth pressure is installed on one side of the soil gravel chamber to measure the earth pressure by the introduced gravel in real time.
제 2항에 있어서,
상기 다짐시료박스는, 2개 이상의 유닛이 길이방향으로 조립, 분리가 가능하도록 다단으로 구성되며, 각 단별 다짐이 가능한 복합지반으로 구성되는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the compaction sample box is composed of a multi-stage multi-stage so that two or more units can be assembled and separated in the longitudinal direction, and each compartment is composed of a composite ground capable of compaction. Device.
제 3항에 있어서,
상기 소형 블레이드에 구비되는 커팅툴은 서로 특정간격 이격되며 중심점과 서로 다른 거리를 갖는 복수로 구성되는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치.
The method of claim 3,
Wherein the cutting tools provided on the small blade are spaced apart from each other by a predetermined distance and have a plurality of distances different from the center point.
제 4항에 있어서,
상기 소형블레이드의 회전속도를 실시간으로 측정하는 회전속도측정부와, 상기 소형블레이드의 회전토크를 실시간으로 측정하는 회전토크측정부와, 굴착시 상기 소형블레이드에 인가되는 하중을 실시간으로 측정하는 관입하중로드셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치.
5. The method of claim 4,
A rotating speed measuring unit for measuring a rotating speed of the small blade in real time, a rotating torque measuring unit for measuring a rotating torque of the small blade in real time, a penetration load measuring unit for measuring a load applied to the small blade in real time Wherein the load cell comprises a load cell.
제5항에 있어서,
상기 배토유닛은,
하측 끝단이 상기 배토구에 연결되며 상부 측에 토출단을 갖는 배토관과, 상기 배토관 내에 탈부착가능하도록 구성된 배토스크류와, 상기 배토스크류를 길이방향 축 기준으로 회전시키는 회전구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치.
6. The method of claim 5,
The clay unit comprises:
And a rotatable driving unit for rotatably driving the rototrocheon screw about a longitudinal axis of the rotary shafts. The rotary shafts of the rotary shafts are rotatably mounted on the shafts. A performance evaluation test system for predicting the TBM performance of the soil.
제 6항에 있어서,
상기 토출단의 개방면적을 가변하여 토출되는 토사량을 조절하는 배토량조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치.
The method according to claim 6,
Further comprising a discharge amount adjusting unit for adjusting an amount of discharged soil by varying an open area of the discharge end.
제 7항에 있어서,
상기 토압측정용압력셀과, 상기 회전속도측정부와, 상기 회전토크측정부와, 상기 관입하중로드셀에서 측정된 값을 실시간으로 전송받는 제어모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치.
8. The method of claim 7,
Further comprising a control monitoring unit for receiving the measured values of the earth pressure measuring pressure cell, the rotational speed measuring unit, the rotational torque measuring unit and the intrusion load load cell in real time, A test device for evaluating the performance of pushing.
제 8항에 있어서,
상기 제어모니터링부는,
상기 토압측정용압력셀과, 상기 회전속도측정부와, 상기 회전토크측정부와, 상기 관입하중로드셀에서 측정된 값을 실시간으로 전송받아, 상기 서보모터와, 하중재하부와, 상기 회전구동부와, 상기 배토량조절부 및 상기 폼 주입수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가 시험장치.
9. The method of claim 8,
The control monitoring unit,
Wherein the control unit receives the measured values of the earth pressure measuring pressure cell, the rotational speed measuring unit, the rotational torque measuring unit, and the penetration load load cell in real time and controls the servo motor, Wherein the control unit controls the discharge amount adjusting unit and the foam injecting unit.
TBM 시험장치를 이용하여 토사지반 TBM의 굴진성능을 예측분석하기 위한 시스템에 있어서,
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 시험장치; 및
상기 시험장치에 의한 굴착시 관입하중, 폼주입량, 토압, 회전토크값, 회전속도와, 시험종료 후 커팅툴의 마모량, 배토된 시료의 상태를 기반으로 TBM 성능을 예측, 분석하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측 분석시스템.
A system for predicting and analyzing the pumping performance of a soil-to-ground TBM using a TBM testing apparatus,
10. A test apparatus according to any one of claims 1 to 9, And
The analysis means for predicting and analyzing the TBM performance based on the penetration load, the foam injection amount, the earth pressure, the rotation torque value, the rotation speed, the abrasion amount of the cutting tool after the test, The TBM performance prediction and analysis system of the present invention.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 시험장치를 이용하여, 토사지반 TBM 굴진성능 평가하기 위한 방법에 있어서,
다짐시료박스 내에 입도가 맞춰진 토사 시료를 담고 다지는 단계;
하중 재하부를 통해 토사챔버 하단의 소형블레이드를 이동시켜 상기 시료에 수직하중을 재하하는 단계;
상기 소형블레이드에 구비된 폼주입구를 통해 폼이 분사되고, 서보모터에 의해 소형블레이드를 회전시켜 굴착되는 단계; 및
시험종료 후, 소형블레이드에 장착된 커팅툴의 마모량, 배토된 시료의 상태를 기반으로 TBM 성능을 예측, 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가방법.
10. A method for evaluating the soil TBM rolling performance using a testing apparatus according to any one of claims 1 to 9,
Holding a soil sample whose particle size is adjusted within the compaction sample box;
Moving a small blade at a lower end of the soil chamber through a load receiving portion to load a vertical load on the sample;
A foam is injected through a foam injection port provided in the small blade, and the small blade is rotated by a servo motor to be excavated; And
And estimating and analyzing the TBM performance based on the amount of wear of the cutting tool mounted on the small blade and the state of the clayed sample after the end of the test.
제 11항에 있어서,
상기 다지는 단계에서,
시험 시료의 종류를 결정하고, 다수의 다짐시료박스 내에 입도가 맞춰진 시료를 담고 층별 다짐 후, 상기 다짐시료박스를 체결하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가방법.
12. The method of claim 11,
In the dewatering step,
Determining a type of the test sample, holding a sample whose particle size is adjusted in a plurality of compaction sample boxes, compaction of the compaction sample box, and fastening the compaction sample box.
제 12항에 있어서,
상기 굴착되는 단계에서,
토사챔버 내부 일측에 구비된 토압측정용 압력셀이 유입된 토사에 의한 토압을 실시간으로 측정하고, 회전속도측정부가 상기 소형블레이드의 회전속도를 실시간으로 측정하며, 회전토크측정부가 상기 소형블레이드의 회전토크를 실시간으로 측정하며, 관입하중로드셀이 상기 소형블레이드에 인가되는 하중을 실시간으로 측정하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가방법.
13. The method of claim 12,
In the excavating step,
The soil pressure is measured in real time by a soil pressure introduced by a pressure cell for measuring the earth pressure provided at one side of the soil earth chamber and the rotational speed measuring unit measures the rotational speed of the small blade in real time, Wherein the torque is measured in real time and the load applied to the small blade by the penetration load cell is measured in real time.
제 13항에 있어서,
상기 굴착되는 단계에서,
측정된 값을 기반으로 상기 배토장치의 배토스크류를 구동하는 회전구동부를 제어하여 토사챔버 내의 압력을 조절하며, 폼 주입수단을 제어하여 분사되는 폼의 양을 제어하고, 소형블레이드의 회전속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가방법.
14. The method of claim 13,
In the excavating step,
Controlling a rotation driving part for driving a clay screw of the clogging device based on the measured value to control the pressure in the clay chamber, controlling the amount of foam to be controlled by controlling the foam injection device, adjusting the rotation speed of the small blade Wherein the TBM performance prediction method comprises the steps of:
제 14항에 있어서,
상기 분석하는 단계는,
굴착시 관입하중값, 폼주입량, 토압, 회전토크값, 회전속도와, 시험종료 후 커팅툴의 마모량, 배토된 시료의 상태를 기반으로 TBM 성능을 예측, 분석하는 것을 특징으로 하는 토사지반 TBM 성능 예측을 위한 굴진성능 평가방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the analyzing comprises:
The TBM performance is predicted and analyzed on the basis of the penetration load value, the foam injection amount, the earth pressure, the rotation torque value, the rotation speed, the abrasion amount of the cutting tool after the test, A method for evaluating the performance of a pendulum for prediction.
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