KR20210053520A - TBM Optimal Operation System for Rock mass - Google Patents

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KR20210053520A
KR20210053520A KR1020190139216A KR20190139216A KR20210053520A KR 20210053520 A KR20210053520 A KR 20210053520A KR 1020190139216 A KR1020190139216 A KR 1020190139216A KR 20190139216 A KR20190139216 A KR 20190139216A KR 20210053520 A KR20210053520 A KR 20210053520A
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서영호
이세진
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현대건설주식회사
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    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1086—Drives or transmissions specially adapted therefor
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
    • G05B13/026—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system using a predictor

Abstract

The present invention relates to a tunnel boring machine (TBM) optimal operation system for rock mass and an optimal operation method thereof. More particularly, the TBM optimal operation system for rock mass comprises: an excavation data measurement unit which measures excavation data in real time during rock excavation through TBM; a ground condition prediction unit for calculating a ground condition predicted value based on the excavation data measured by the excavation data measurement unit; a current state display unit for displaying the current state value of the TBM; an optimal operation presentation unit for presenting optimal operation data based on the ground condition predicted value, the current state value, and TBM equipment specification data; and an operation adjustment unit which adjusts operation factors based on the optimal operation data in which the current state value is expressed.

Description

암반용 ＴＢＭ 최적운전시스템 및 최적운전방법{TBM Optimal Operation System for Rock mass}TBM Optimal Operation System for Rock Mass and Optimal Operation Method {TBM Optimal Operation System for Rock Mass}

본 발명은 암반용 TBM 최적운전시스템 및 최적운전방법에 관한 것이다.The present invention relates to a TBM optimal operation system for rock and an optimal operation method.

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 largely divided into the conventional tunneling method represented by NATM (New Austrian Tunneling Method) and the mechanized tunneling method represented by Open and Shield TBM (Tunnel Boring Machine) method. The existing conventional tunnel construction method had many problems in labor costs, construction period, and safety.

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.In order to solve this problem, a mechanized tunnel method is widely used. The mechanized tunneling method is an eco-friendly tunnel excavation method that can secure stability and minimize noise and vibration by minimizing ground deformation because it is mechanically stable because it is excavated in a circular cross section.

따라서 최근 터널 및 지하공간의 굴착은 작업자의 안정성 증대, 소음 및 진동으로 인한 민원 감소, 공기 및 공사비의 감소 등을 목적으로 기존의 발파공법을 대체하여 지하철, 전력구, 통신구 터널 등을 중심으로 TBM에 의한 기계화 시공이 크게 증가하고 있는 추세이다. 도 1a 내지 도 1c는 TBM(tunnel boring machine)(1)을 이용한 터널 시공 개념도를 도시한 것이다.Therefore, the recent excavation of tunnels and underground spaces has replaced the existing blasting method for the purpose of increasing the safety of workers, reducing civil complaints due to noise and vibration, and reducing construction costs, focusing on subways, power outlets, and telecommunication tunnels. The mechanization of TBM is on the rise. 1A to 1C show a conceptual diagram of a tunnel construction using a tunnel boring machine (TBM) (1).

일반적으로 터널공사에서 발파공법은 소음, 진동 및 굴착 후 변형에 대하여 신속하게 대처하기 어렵다. 하지만 TBM은 저소음, 무진동으로 도심지 및 연약지반, 하천하부 등 여러지반에 적용이 가능하며 암반 굴삭을 위한 디스크 커터가 장착된 원형 판(커터헤드) 회전하면서 굴착하는 방식으로 터널을 시공하게 된다.In general, in tunnel construction, the blasting method is difficult to quickly cope with noise, vibration, and deformation after excavation. However, TBM is low-noise and vibration-free, and can be applied to various grounds such as downtown areas, soft grounds, and lower rivers, and tunnels are constructed by rotating and digging a circular plate (cutter head) equipped with a disk cutter for rock excavation.

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, in the process of excavating a tunnel using a tunnel boring machine, unpredictable safety accidents may occur depending on various conditions of the ground, and the excavation is stopped, resulting in a problem that the cost required for tunnel excavation is rapidly increased. Moreover, problems are occurring more frequently during the construction process according to the recent trend of lengthening tunnels.

이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 터널 보어링 머신에 의한 굴착 공정을 수치해석으로 사전에 모사하고자 하는 시도가 있었다. 그러나, 수치해석에 의해서는 지반의 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 have been attempts to simulate the excavation process by a tunnel boring machine in advance by numerical analysis. However, there is a problem of low accuracy because there is a limitation in reproducing the local condition by converting the physical properties of the ground and the shape of the structure by numerical analysis. By analyzing the excavation process by the tunnel boring machine more accurately, it is possible to predict all actual tunnel construction processes, and by controlling the operating conditions at the time of excavation of the tunnel boring machine for each section based on the prediction results, it is safer and more There is an urgent need to allow rapid tunnel construction.

또한, 현재 도심지 하부나 장대터널의 시공시에 TBM의 적용성이 확대되고 있다. TBM 시공시 지질조건에 대응하여 장비성능을 최대한 발현하여 운전하는 것이 공사비 및 공사기간을 단축하는 방법에 해당한다. In addition, the applicability of TBM is expanding at the time of construction of long tunnels or under downtown areas. During TBM construction, it is a way to shorten construction cost and construction period to maximize equipment performance and operate in response to geological conditions.

현재까지는 TBM 운전자의 경험에 의존하여 터널굴진이 이루어지므로, 장비성능을 최대한 발현하는지의 여부를 판단하기 어렵고, 효과적인 굴진속도를 예측하여 운전하는 것이 어려운 상황이다. Until now, tunnel excavation is performed depending on the experience of the TBM driver, so it is difficult to determine whether or not the equipment performance is maximized, and it is difficult to predict and drive the effective excavation speed.

즉, TBM 운영시 Tunnel manager와 운전자(Operator)의 경험에 기초하여 직관적으로 굴진상태를 판단하고 운영하고 있다. In other words, when TBM is operated, the tunnel manager and operator's experience is used to intuitively determine and operate the excavation state.

또한, TBM 운전자의 기술숙련도에 따라 지반조건 변화에 대응하는 능력에 차이가 있으며, 그에 따른 굴진속도가 다르게 나타하게 된다. In addition, there is a difference in the ability to respond to changes in ground conditions according to the technical proficiency of the TBM driver, and the resulting excavation speed is different.

지반조건 변화에 적절히 대응하여 TBM 운영을 하지 못한 경우, TBM 장비 성능대비 최대 성능(performance)을 구현하지 못하여 굴진속도 향상의 기회를 놓칠 수 있으며, 굴착에 불리한 지반조건에서 적절히 대응하지 못하면 TBM 굴진속도가 감소되고, Down time이 증가하여 이로 인한 공기지연이 발생할 수 있게 된다.If TBM is not operated in response to changes in ground conditions, the opportunity to improve the excavation speed may be missed due to the failure to implement the maximum performance compared to the TBM equipment performance. Is reduced, and down time increases, resulting in air delay.

특히, 현장에서는 운전자의 조작상태를 정확하게 판단하고 굴진데이터 및 지반상태를 실시간 분석할 수 있는 시스템이 없는 실정이다. In particular, there is no system in the field that can accurately judge the driver's operation state and analyze excavation data and ground conditions in real time.

따라서 시공 중 굴진률 부족시 원인을 분석하고 문제 해결방안을 제시하기 위해서는 지반상태와 굴진데이터를 종합적으로 분석하여 지반조건에 부합하는 최적의 운전조건을 제시할 수 있는 TBM 최적 운전 시스템이 필요하였다. Therefore, in order to analyze the cause of the lack of excavation rate during construction and to suggest a solution to the problem, a TBM optimal operation system was needed that could comprehensively analyze the ground condition and excavation data and present the optimal operating conditions that meet the ground conditions.

대한민국 공개특허 제2015-0111255호Republic of Korea Patent Publication No. 2015-0111255

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, TBM을 이용한 터널 굴진 시 얻어지는 굴진데이터 중 주요 운전 인자인 토크(Torque, M), 각속도(예를 들어, 분당 회전속도, RPM), 추력(Thrust force), 회전당 관입깊이(penetration rate, p) 등을 실시간으로 분석하여 전방의 지반상태(UCS, Uniaxial Compressive Strength)를 예측하고, 이를 바탕으로 지반상태를 고려한 굴진속도 향상 방법으로 RPM 또는 추력(Thrust force)을 적절하게 조정하도록 실시간으로 가이드하여 최적운전을 하도록 하는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention was conceived to solve the conventional problems as described above, and according to an embodiment of the present invention, the main driving factors of the excavation data obtained during tunnel excavation using TBM (Torque, M), and angular velocity (e.g. For example, by analyzing the rotational speed per minute, RPM), thrust force, and penetration rate per rotation (p) in real time, the forward ground condition (UCS, Uniaxial Compressive Strength) is predicted, and based on this The purpose of this is to provide a system that guides in real time to properly adjust RPM or thrust force as a method of improving the excavation speed in consideration of the ground condition for optimal operation.

이때, 최적운전 가이드 내용은 장비 성능(Power, Torque, RPM, Thrust force) 내에서 최대의 성능을 구현하도록 한다. At this time, the content of the optimal operation guide is to implement the maximum performance within the equipment performance (Power, Torque, RPM, Thrust force).

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 굴진데이터를 분석하여 운전성능이 최대가 되도록 하기 위하여, 암반에 대한 예측식을 구축하여 지반상태에 따른 최적 운전방법을 제시하도록 하고, 실시간으로 취득되는 TBM의 굴진 데이터가 수신되면 시스템에 탑재된 알고리즘에 따라 분석되어 주요 운전인자들(RPM, Thrust force)이 최적점에 도달하도록 운전조건을 제시하는 시스템으로 장비에 무리가 가지 않는 상태에서 굴진속도 증대가 가능하여 공사기간 단축을 도모할 수 있는 암반용 TBM 최적운전시스템 및 최적운전방법을 제공하는데 그 목적이 있다. And according to an embodiment of the present invention, in order to analyze excavation data to maximize driving performance, a prediction equation for rock mass is constructed to present an optimal driving method according to the ground condition, and the TBM excavation obtained in real time When data is received, it is analyzed according to the algorithm installed in the system and presents the operating conditions so that the main driving factors (RPM, thrust force) reach the optimum point. Its purpose is to provide an optimal operation system and optimal operation method for TBM for rock mass that can reduce the construction period.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 지반조건에 적합한 운전방법을 도출하여 장비성능내에서 최대의 굴진속도 발현을 통한 공기단축이 가능하고, TBM 운영의 적합여부 판단 과대/과소 운전방지를 통한 Down time을 감소시킬 수 있으며, 시공 중/후에 축적된 data 분석을 통한 향후 공사방향 설정 가능한, 암반용 TBM 최적운전시스템 및 최적운전방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to shorten the construction period through the expression of the maximum excavation speed within the equipment performance by deriving an operation method suitable for the ground condition, and to determine the suitability of TBM operation. Its purpose is to provide a TBM optimal operation system for rock mass and an optimal operation method that can reduce time and set the future construction direction through data analysis accumulated during/after construction.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면 TBM 굴착시 굴진 데이터를 실시간으로 분석하여, 현재상황을 운전자에게 알려주고, 최적운전을 위해서 주요 운전인자를 조정하도록 유도하는 TBM 최적운전 시스템 컨트롤러를 통해 실시간 자료 분석 및 실시간 최적운전 가이드가 가능하고, 분석된 실시간 데이터는 데이터 저장장치에 기록되어 추후 공사기록분석에도 활용될 수 있는 암반용 TBM 최적운전시스템 및 최적운전방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, real-time data analysis and real-time data analysis and real-time data analysis and real-time data analysis and real-time data analysis through the TBM optimal driving system controller that informs the driver of the current situation by analyzing excavation data in real time during TBM excavation, and induces adjustment of key driving factors for optimal driving Its purpose is to provide an optimal operation system and optimal operation method for TBM for rock that can be guided for optimal operation, and the analyzed real-time data is recorded in a data storage device and can be used for future construction record analysis.

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.On the other hand, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems that are not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. It will be understandable.

본 발명의 제1목적은, TBM 최적 운전시스템에 있어서, TBM을 통해 암반 굴진시, 실시간으로 굴진데이터를 측정하는 굴진데이터 측정부; 상기 굴진데이터 측정부에 의해 측정되는 굴진데이터를 기반으로 암반 지반상태예측값을 산출하는 지반상태 예측부; TBM의 현재 상태값을 표출하는 현재상태표출부; 상기 지반상태예측값, 현재 상태값, 및 TBM 장비 사양데이터를 기반으로 최적운전데이터를 제시하는 최적운전제시부; 및 상기 현재 상태값이 표출된 최적운전데이터를 기반으로 운전인자를 조정하는 운전조정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전시스템으로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is to provide a TBM optimal operation system, comprising: a excavation data measuring unit that measures excavation data in real time when rock is excavated through the TBM; A ground condition prediction unit for calculating a rock ground condition prediction value based on the excavation data measured by the excavation data measuring unit; A current state display unit that displays the current state value of the TBM; An optimum operation presentation unit for presenting optimum operation data based on the ground condition prediction value, current condition value, and TBM equipment specification data; And a driving adjustment unit that adjusts a driving factor based on the optimal driving data in which the current state value is expressed.

그리고 상기 굴진데이터는 TBM 추력(Thrust Force), TBM 토크(M), 분당회전속도(RPM), 및 굴진깊이(p)인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the excavation data may be characterized by TBM thrust force, TBM torque (M), rotational speed per minute (RPM), and excavation depth (p).

또한, 상기 지반상태예측값은 일축압축강도(Uniaxial Compressive strength, UCS)인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the ground condition predicted value may be characterized in that it is a uniaxial compressive strength (UCS).

그리고 상기 UCS는 하기의 수학식 1에 의해 예측되는 것을 특징으로 할 수 있다. And the UCS may be characterized in that predicted by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

수학식 1에서, Fn는 normal force, Fr는 rolling force이고, T는 커버 트립 폭이고, R은 커터 반경(cutter radius), S는 커터 면적(cutter spacing), p는 관입깊이(penetration), M은 TBM 커터헤드 토크, P는 TBM 커터헤드 파워, Ntbm는 커터 개수(number of cutters), Dtbm은 TBM 직경이다. In Equation 1, Fn is the normal force, Fr is the rolling force, T is the cover trip width, R is the cutter radius, S is the cutter spacing, p is the penetration depth, M Is TBM cutterhead torque, P is TBM cutterhead power, Ntbm is number of cutters, Dtbm is TBM diameter.

Normal force는 추력(Thrust force) 중에 커터헤드에 장착된 개개의 디스크 커터가 굴착면에 수직으로 가하는 힘으로 정의되며, 추력으로부터 TBM 장비 종류(Open 또는 Shield TBM)에 따라 구해지는 방법이 달라진다. 그러나 일반적으로 Normal force는 추력으로부터 TBM 장비가 지반과의 마찰에 의해서 발생하는 저항, 막장압력, 커터헤드의 면적, 디스크 커터의 개수 등과의 관계로부터 구해진다.Normal force is defined as the force applied perpendicularly to the excavation surface by individual disk cutters mounted on the cutter head during thrust force, and the method of obtaining from the thrust varies depending on the type of TBM equipment (Open or Shield TBM). However, in general, the normal force is obtained from the relationship between the resistance caused by the friction of the TBM equipment with the ground from the thrust, the film pressure, the area of the cutter head, and the number of disk cutters.

또한, 상기 최적운전데이터는, 굴진률에 대한 TBM normal force 그래프 상에, 장비 최대 파워곡선과, 커터 로드 제한선과 TBM 토크 제한 곡선과 커터 지오메트리 제한선을 연결한 최적운전곡선을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the optimal operation data includes a maximum equipment power curve, a cutter rod limit line, a TBM torque limit curve, and an optimal operation curve connecting the cutter geometry limit line on the TBM normal force graph for the bending rate. I can.

그리고 상기 장비사양데이터는 최대 파워값, 최대 RPM값, 최대 추력, 최대 토크값, 커터 허용하중, 커터의 직경, 커터 간격, 커터 개수, TBM의 직경인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the equipment specification data may be characterized by a maximum power value, a maximum RPM value, a maximum thrust, a maximum torque value, a cutter allowable load, a cutter diameter, a cutter spacing, a number of cutters, and a TBM diameter.

또한, 상기 운전인자는 TBM 추력과 RPM이고, 상기 운전조정부에 의해, TBM 추력과 RPM을 변경하면, 상기 최적운전제시부는, 변경된 TBM 추력, RPM 및 TBM 토크와 다시 산출된 UCS값을 기반으로 상기 최적운전곡선을 변경하여 제시하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the driving factor is TBM thrust and RPM, and when the TBM thrust and RPM are changed by the operation control unit, the optimal operation presenting unit is based on the changed TBM thrust, RPM, and TBM torque and the calculated UCS value. It may be characterized in that the optimal operation curve is changed and presented.

본 발명의 제2목적은 TBM 최적 운전방법에 있어서, TBM을 통해 암반을 굴착하는 제1단계; 굴진데이터 측정부가 TBM 암반 굴진시, 실시간으로 굴진데이터를 측정하는 제2단계; 지반상태 예측부가 상기 굴진데이터 측정부에 의해 측정되는 굴진데이터를 기반으로 암반 지반상태예측값을 산출하는 제3단계; 최적운전제시부가 상기 지반상태예측값과 TBM 장비 사양데이터를 기반으로 최적운전데이터를 제시하는 제4단계; 현재상태표출부가 실시간으로 상기 최적운전데이터 상에, 현재 상태값을 표출하는 제5단계; TBM 운전자가 상기 현재 상태값이 표출된 최적운전데이터를 기반으로 운전조정부를 통해 운전인자를 조정하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전방법으로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is to provide a TBM optimal operation method, comprising: a first step of excavating rock mass through TBM; A second step of measuring the excavation data in real time when the excavation data measuring unit excavates the TBM rock mass; A third step of calculating, by a ground condition prediction unit, a rock ground condition prediction value based on the excavation data measured by the excavation data measuring unit; A fourth step of presenting the optimum operation data based on the ground condition prediction value and the TBM equipment specification data by the optimum operation presentation unit; A fifth step of, by a current state display unit, displaying a current state value on the optimal operation data in real time; It can be achieved as a TBM optimal driving method for rock, comprising a; a sixth step of the TBM driver adjusting the driving factor through the driving control unit based on the optimal driving data in which the current state value is expressed.

그리고 상기 제2단계에서, 상기 굴진데이터 측정부는 실시간으로 TBM 추력(Thrust Force), TBM 토크(M), 분당회전속도(RPM), 및 굴진깊이(p)를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다. In the second step, the excavation data measuring unit may measure TBM thrust force, TBM torque (M), rotational speed per minute (RPM), and excavation depth (p) in real time.

또한, 상기 제3단계는, 하기 수학식 1에 의해 UCS를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the third step may be characterized in that the UCS is calculated by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

수학식 1에서, Fn는 normal force, Fr는 rolling force이고, T는 커버 트립 폭이고, R은 커터 반경(cutter radius), S는 커터 면적(cutter spacing), p는 관입깊이(penetration), M은 TBM 커터헤드 토크, P는 TBM 커터헤드 파워, Ntbm는 커터 개수(number of cutters), Dtbm은 TBM 직경이다. In Equation 1, Fn is the normal force, Fr is the rolling force, T is the cover trip width, R is the cutter radius, S is the cutter spacing, p is the penetration depth, M Is TBM cutterhead torque, P is TBM cutterhead power, Ntbm is number of cutters, Dtbm is TBM diameter.

그리고 상기 제4단계 및 제5단계에서, 상기 최적운전제시부는, 상기 UCS와 장비사양데이터를 기반으로, 굴진률에 대한 TBM normal force 그래프 상에, 장비 최대 파워곡선과, 커터 로드 제한선과 TBM 토크 제한 곡선과 커터 지오메트리 제한선을 연결한 최적운전곡선을 표출하고, 상기 현재 상태값은 상기 최적운전데이터 상에 TBM의 현재 굴진률과 TBM normal force를 표시하는 것을 특징으로 할 수 있다. And in the 4th and 5th steps, the optimal operation presentation unit, based on the UCS and the equipment specification data, on the TBM normal force graph for the bending rate, the maximum equipment power curve, the cutter rod limit line and the TBM torque. An optimum operation curve connecting the restriction curve and the cutter geometry restriction line may be expressed, and the current state value may be characterized by indicating the current drilling rate and the TBM normal force of the TBM on the optimum operation data.

또한, 상기 운전인자는 TBM 추력과 RPM이고, 상기 제6단계는 상기 운전자가 현재 상태값과 최적운전곡선을 기반으로 현재 상태값이 상기 최적운전곡선에 근접하도록 상기 TBM 추력과 RPM을 조정하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the driving factors are TBM thrust and RPM, and the sixth step is that the driver adjusts the TBM thrust and RPM so that the current state value approaches the optimal driving curve based on the current state value and the optimal driving curve. It can be characterized.

그리고 상기 운전인자를 조정하는 단계 후에, 상기 운전조정부에 의해, TBM 추력과 RPM을 변경하면, 상기 최적운전제시부는, 변경된 TBM 추력과 RPM과 TBM 토크와 다시 산출된 UCS값을 기반으로 상기 최적운전곡선을 변경하여 제시하는 제7단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And after the step of adjusting the driving factor, if the TBM thrust and RPM are changed by the driving control unit, the optimal operation presenting unit, the optimal operation based on the changed TBM thrust, RPM, and TBM torque, and the calculated UCS value. It may be characterized in that it further comprises a seventh step of changing and presenting the curve.

또한, 상기 제7단계 후에, 제5단계 내지 제7단계를 반복하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, after the seventh step, steps 5 to 7 may be repeated.

본 발명의 제3목적은 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 앞서 언급한 제2목적에 따른 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된, TBM 최적운전 프로그램으로서 달성될 수 있다. The third object of the present invention can be achieved as a TBM optimal operation program, which is stored in a medium in order to execute the method according to the above-mentioned second object in combination with a computer as hardware.

본 발명의 실시예에 따른 시스템에 따르면, TBM을 이용한 터널 굴진 시 얻어지는 굴진데이터 중 주요 운전 인자인 토크(Torque, M), 각속도(예를 들어, 분당 회전속도, RPM), 추력(Thrust force), 회전당 관입깊이(penetration rate, p) 등을 실시간으로 분석하여 전방의 지반상태(UCS, Uniaxial Compressive Strength)를 예측하고, 이를 바탕으로 지반상태를 고려한 굴진속도 향상 방법으로 RPM 또는 추력(Thrust force)을 적절하게 조정하도록 실시간으로 가이드하여 최적운전을 할 수 있는 효과를 갖는다. According to the system according to an embodiment of the present invention, among the excavation data obtained during tunnel excavation using TBM, the main driving factors, such as torque (Torque, M), angular velocity (eg, rotational speed per minute, RPM), and thrust force. , The penetration rate per rotation (penetration rate, p) is analyzed in real time to predict the ground condition (UCS, Uniaxial Compressive Strength) in front, and based on this, RPM or thrust force is used to improve the excavation speed considering the ground condition. ) Is guided in real time to adjust appropriately and has the effect of optimal driving.

이때, 최적운전 가이드 내용은 장비 성능(Power, Torque, RPM, Thrust force) 내에서 최대의 성능을 구현하도록 한다. At this time, the content of the optimal operation guide is to implement the maximum performance within the equipment performance (Power, Torque, RPM, Thrust force).

그리고 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템 및 최적운전방법에 따르면, 굴진데이터를 분석하여 운전성능이 최대가 되도록 하기 위하여, 암반에 대한 예측식을 구축하여 지반상태에 따른 최적 운전방법을 제시하도록 하고, 실시간으로 취득되는 TBM의 굴진 데이터가 수신되면 시스템에 탑재된 알고리즘에 따라 분석되어 주요 운전인자들(RPM, Thrust force)이 최적점에 도달하도록 운전조건을 제시하는 시스템으로 장비에 무리가 가지 않는 상태에서 굴진속도 증대가 가능하여 공사기간 단축을 도모할 수 있는 효과를 갖는다. And according to the TBM optimal operation system and optimal operation method for rock mass according to an embodiment of the present invention, in order to maximize the driving performance by analyzing the excavation data, the optimal driving method according to the ground condition is established by constructing a prediction equation for the rock mass. When the TBM excavation data acquired in real time is received, it is analyzed according to the algorithm installed in the system, and the operating conditions are presented so that the main driving factors (RPM, thrust force) reach the optimum point. It has the effect of shortening the construction period as it is possible to increase the excavation speed in a state where it is not excessive.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템 및 최적운전방법에 따르면, 지반조건에 적합한 운전방법을 도출하여 장비성능내에서 최대의 굴진속도 발현을 통한 공기단축이 가능하고, TBM 운영의 적합여부 판단 과대/과소 운전방지를 통한 Down time을 감소시킬 수 있으며, 시공 중/후에 축적된 data 분석을 통한 향후 공사방향 설정 가능한 효과를 갖는다. In addition, according to the optimum operation system and optimal operation method for TBM for rock according to an embodiment of the present invention, it is possible to shorten the construction period by expressing the maximum excavation speed within the equipment performance by deriving an operation method suitable for the ground condition. It can reduce the down time through the prevention of excessive/under-operation, and has the effect of setting the future construction direction through data analysis accumulated during/after construction.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템 및 최적운전방법에 따르면, TBM 굴착시 굴진 데이터를 실시간으로 분석하여, 현재상황을 운전자에게 알려주고, 최적운전을 위해서 주요 운전인자를 조정하도록 유도하는 TBM 최적운전 시스템 컨트롤러를 통해 실시간 자료 분석 및 실시간 최적운전 가이드가 가능하고, 분석된 실시간 데이터는 데이터 저장장치에 기록되어 추후 공사기록분석에도 활용될 수 있는 장점이 있다. And according to the TBM optimal driving system and optimal driving method for rock according to an embodiment of the present invention, by analyzing the excavation data in real time during TBM excavation, it informs the driver of the current situation and induces to adjust the main driver for optimal driving. Real-time data analysis and real-time optimal operation guide are possible through the TBM optimal operation system controller, and the analyzed real-time data is recorded in a data storage device, so that it can be used for future construction record analysis.

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.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. I will be able to.

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 1a 내지 도 1c는 TBM(tunnel boring machine)(1)을 이용한 터널 시공 개념도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전방법의 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템의 흐름을 나타낸 개념도,
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 최적운전곡선,
도 5b 내지 도 5e는 본 발명의 실시예에 따라 주요 굴진요소(UCS, RPM, 토크)의 변화에 따라 변화된 최적운전곡선,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러 표시 화면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 과거, 현재 상태값이 표시된 최적운전곡선,
도 8a는 기 시공된 암반지반을 대상으로 계측된 UCS와 본 발명의 실시예에 따라 예측된 UCS의 비교 데이터,
도 8b는 기 시공된 암반지반을 대상으로 계측된 추력과 본 발명의 실시예에 따라 계산된 추력과, 최적운전시 추력의 비교 데이터를 도시한 것이다. The following drawings attached to the present specification illustrate a preferred embodiment of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the present invention. It is limited and should not be interpreted.
1A to 1C are a conceptual diagram of tunnel construction using a tunnel boring machine (TBM) (1),
Figure 2 is a configuration diagram of a TBM optimal operation system for rock according to an embodiment of the present invention,
3 is a flowchart of a method for optimal operation of TBM for rock according to an embodiment of the present invention;
4 is a conceptual diagram showing the flow of the optimal TBM operation system for rock according to an embodiment of the present invention,
5A is an optimal operation curve according to an embodiment of the present invention,
5B to 5E are optimal driving curves changed according to changes in major excavating elements (UCS, RPM, and torque) according to an embodiment of the present invention,
6 is a controller display screen according to an embodiment of the present invention;
7 is an optimal operation curve in which past and present state values are displayed according to an embodiment of the present invention;
Figure 8a is a comparison data of the UCS measured for the previously constructed rock ground and the UCS predicted according to an embodiment of the present invention,
8B shows comparative data of the thrust measured for the previously constructed rock ground, the thrust calculated according to the embodiment of the present invention, and the thrust during optimal operation.

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.The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed 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 the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for 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, which are ideal exemplary views of the present invention. In the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content. Therefore, the shape of the exemplary diagram may be modified by manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include a change in form generated according to the manufacturing process. For example, the area shown at a right angle may be rounded or may have a shape having a predetermined curvature. Accordingly, regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of regions illustrated in the drawings are for exemplifying a specific shape of the region of the device and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various elements, but these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element from another element. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

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 terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other components.

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, a number of specific contents have been prepared to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, a reader who has knowledge in this field enough to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific contents. In some cases, it is mentioned in advance that parts that are commonly known in describing the invention and are not largely related to the invention are not described in order to prevent confusion without any reason in describing the invention.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템(100)의 구성, 기능 및 이를 이용한 최적운전방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration and function of the TBM optimal operation system 100 for rock according to an embodiment of the present invention according to an embodiment of the present invention, and an optimum operation method using the same will be described.

먼저 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전방법의 흐름도를 도시한 것이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템(100)의 흐름을 나타낸 개념도를 도시한 것이다. First, Figure 2 shows the configuration of the optimal TBM operation system 100 for rock according to an embodiment of the present invention. And, Figure 3 shows a flow chart of the optimal operation method for rock TBM according to an embodiment of the present invention. In addition, Figure 4 shows a conceptual diagram showing the flow of the TBM optimal operation system 100 for rock according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템(100)은 굴진데이터 측정부(10), 암반 지반상태 예측부(20), 최적운전제시부(30) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 2, the TBM optimal operation system 100 for rock according to an embodiment of the present invention includes a excavation data measurement unit 10, a rock ground condition prediction unit 20, an optimal operation presentation unit 30, and the like. It can be seen that it is configured to include.

굴진데이터 측정부(10)는 TBM을 통해 암반 굴진시, 실시간으로 굴진데이터를 측정하기 위해 구성된다. 굴진데이터 측정부(10)는 구체적으로 암반 굴진시 실시간으로 TBM 추력(Thrust Force), TBM 토크(M), 분당회전속도(RPM), 및 굴진깊이(p)를 측정하게 된다. The excavation data measuring unit 10 is configured to measure excavation data in real time when rock is excavated through TBM. Specifically, the excavation data measuring unit 10 measures TBM thrust force, TBM torque (M), rotational speed per minute (RPM), and excavation depth (p) in real time during rock excavation.

그리고 암반 지반상태 예측부(20)는, 굴진데이터 측정부(10)에 의해 측정되는 굴진데이터를 기반으로 암반 지반상태예측값을 산출하게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 지반상태예측값은 일축압축강도(Uniaxial Compressive strength, UCS)일 수 있다. In addition, the rock ground condition prediction unit 20 calculates a rock ground condition prediction value based on the excavation data measured by the excavation data measurement unit 10. The ground condition prediction value according to an embodiment of the present invention may be uniaxial compressive strength (UCS).

그리고 본 발명의 실시예에 따른 UCS는 하기의 수학식 1에 의해 산출된다. And UCS according to an embodiment of the present invention is calculated by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

수학식 1에서, Fn는 normal force이고, Fr는 rolling force이고, T는 커버 트립 폭이고, R은 커터 반경(cutter radius), S는 커터 면적(cutter spacing), p는 관입깊이(penetration), M은 TBM 커터헤드 토크, P는 TBM 커터헤드 파워, Ntbm는 커터 개수(number of cutters), Dtbm은 TBM 직경이다. In Equation 1, Fn is a normal force, Fr is a rolling force, T is a cover trip width, R is a cutter radius, S is a cutter spacing, p is a penetration depth, M is the TBM cutterhead torque, P is the TBM cutterhead power, Ntbm is the number of cutters, and Dtbm is the TBM diameter.

Normal force는 추력(Thrust force) 중에 커터헤드에 장착된 개개의 디스크 커터가 굴착면에 수직으로 가하는 힘으로 정의되며, 추력으로부터 TBM 장비 종류(Open 또는 Shield TBM)에 따라 구해지는 방법이 달라진다. 그러나 일반적으로 Normal force는 추력으로부터 TBM 장비가 지반과의 마찰에 의해서 발생하는 저항, 막장압력, 커터헤드의 면적, 디스크 커터의 개수 등과의 관계로부터 구해진다.Normal force is defined as the force applied perpendicularly to the excavation surface by individual disk cutters mounted on the cutter head during thrust force, and the method of obtaining from the thrust varies depending on the type of TBM equipment (Open or Shield TBM). However, in general, the normal force is obtained from the relationship between the resistance caused by the friction of the TBM equipment with the ground from the thrust, the film pressure, the area of the cutter head, and the number of disk cutters.

그리고 최적운전제시부(30)는 예측된 지반상태예측값과 TBM 장비 사양데이터를 기반으로 최적운전데이터를 제시하도록 구성된다. In addition, the optimum operation presentation unit 30 is configured to present optimum operation data based on the predicted ground condition prediction value and TBM equipment specification data.

최적운전제시부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 최적운전곡선 산출부(31)와, 현재상태표출부(32)와, 운전조정부(33)를 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. It can be seen that the optimum driving presentation unit 30 may include an optimum driving curve calculation unit 31, a current state display unit 32, and a driving adjustment unit 33, as shown in FIG. 2. .

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 최적운전곡선을 도시한 것이다. 그리고 도 5b 내지 도 5e는 본 발명의 실시예에 따라 주요 굴진요소(UCS, RPM, 토크)의 변화에 따라 변화된 최적운전곡선을 도시한 것이다. 5A shows an optimal driving curve according to an embodiment of the present invention. And Figures 5b to 5e show the optimal driving curve changed according to the change of the main excavation elements (UCS, RPM, torque) according to an embodiment of the present invention.

또한, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러 표시 화면을 도시한 것이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 과거, 현재 상태값이 표시된최적운전곡선을 도시한 것이다. In addition, FIG. 6 shows a controller display screen according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows an optimum operation curve in which past and present state values are displayed according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 최적운전곡선산출부(31)는 도 5a 내지 도 5e 및 도 7에 도시된 바와 같이, 굴진률에 대한 TBM normal force 그래프 상에, 장비 최대 파워곡선과, 커터 로드 제한선과 TBM 토크 제한 곡선과 커터 지오메트리 제한선을 연결한 최적운전곡선을 산출하여 표출하게 된다. As shown in FIGS. 5A to 5E and 7, the optimum operation curve calculation unit 31 according to an embodiment of the present invention includes a maximum equipment power curve and a cutter rod limit line on the TBM normal force graph for the flexural rate. And TBM torque limit curve and cutter geometry limit line are calculated and displayed.

즉, 굴진률을 가로축으로 TBM normal force(Fn)을 세로축으로 한 그래프 상에, 장비 사양데이터를 기반으로 장비 최대 파워곡선을 표출하고, 장비 사양데이터와 UCS를 기반으로 커터 로드 제한선과 TBM 토크 제한 곡선과 커터 지오메트리 제한선을 연결한 최적운전곡선을 표출하게 된다. In other words, on a graph with the horizontal axis as the drilling rate and TBM normal force (Fn) as the vertical axis, the maximum equipment power curve is expressed based on the equipment specification data, and the cutter rod limit line and TBM torque limit based on the equipment specification data and UCS. The optimal operation curve connecting the curve and the limit line of the cutter geometry is displayed.

본 발명의 실시예에 따른 장비사양데이터는 최대 파워값, 최대 RPM값, 최대 추력, 최대 토크값, 커터 허용하중, 커터의 직경, 커터 간격, 커터 개수, TBM의 직경이다. 이러한 장비사양데이터를 기반으로, 최대 파워곡선과, 커터로드 제한선, 커터 지오메트리 제한선이 결정되게 된다. 즉 TBM 최적운전시스템(100)에 TBM 장비사양데이터를 입력하면 최적운전곡선을 자동으로 작도하여 운전자에게 제시하게 된다. 최적운전범위 지정은 예를 들어 장비의 최대파워의 60%, 최대 토크의 70%로 설정할 수 있다. 운전자는 작도된 최적운전 곡선과 현재 운영되고 있는 굴착현황을 비교하여 직관적으로 작업현황을 파악할 수 있다. 도 5b 내지 도 5e에 도시된 바와 같이, 최적운전곡선 대비 주요 굴진요소(UCS, RPM, 토크)의 변화에 따라 최적운전점을 찾아가능 경향을 확인할 수 있다. Equipment specification data according to an embodiment of the present invention are maximum power value, maximum RPM value, maximum thrust, maximum torque value, cutter allowable load, cutter diameter, cutter spacing, number of cutters, and TBM diameter. Based on these equipment specification data, the maximum power curve, the cutter rod limit line, and the cutter geometry limit line are determined. That is, when TBM equipment specification data is input to the TBM optimal driving system 100, an optimal driving curve is automatically drawn and presented to the driver. The optimum operating range designation can be set as, for example, 60% of the maximum power of the equipment and 70% of the maximum torque. The driver can intuitively grasp the work status by comparing the drawn optimal driving curve with the current excavation status. As shown in FIGS. 5B to 5E, it is possible to check the possible trend of finding the optimum driving point according to the change of the main excavation factors (UCS, RPM, and torque) compared to the optimum driving curve.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 이러한 장비 사양데이터와, 현재 굴진 데이터는 컨트롤러의 디스플레이부에서 실시간으로 디스플레이 되어 운전자에게 정보를 알려주도록 구성됨을 알 수 있다. TBM 굴착시 굴진데이터를 실시간으로 분석하여, 현재상황을 운전자에게 알려주고, 최적운전을 위해서 주요 운전인자를 조정하도록 유도하는 TBM 최적운전시스템 컨트롤러를 통해 실시간 자료분석 및 실시간 최적운전 가이드가 가능하게 된다. 또한, 분석된 실시간 데이터는 데이터 저장장치에 기록되어 추후 공사기록분석에도 활용될 수 있다. In addition, as shown in FIG. 6, it can be seen that the equipment specification data and current excavation data are displayed in real time on the display unit of the controller to inform the driver of the information. Real-time data analysis and real-time optimal driving guide are possible through the TBM optimal driving system controller that analyzes the excavation data in real time during TBM excavation, informs the driver of the current situation and induces adjustment of key driving factors for optimal driving. In addition, the analyzed real-time data is recorded in a data storage device and can be used for future construction record analysis.

그리고 현재 상태 표출부(32)는 도 7에 도시된 바와 같이, 실시간 또는 특정주기마다, 최적운전곡선 상에, TBM의 현재 상태값을 표출하게 된다. In addition, as shown in FIG. 7, the current state display unit 32 displays the current state value of the TBM on the optimum operation curve in real time or every specific period.

그리고 운전자는 운전조정부(33)를 통해 이러한 현재 상태값이 표출된 최적운전곡선을 기반으로 운전인자를 조정하게 된다. In addition, the driver adjusts the driving factor based on the optimal driving curve in which the current state value is expressed through the driving adjustment unit 33.

이러한 운전인자는 TBM 추력과 RPM이고, 운전조정부(33)에 의해, TBM 추력과 RPM을 변경하면, 최적운전곡선산출부(31)는, 변경된 TBM 추력과 RPM과 TBM 토크와 다시 산출된 UCS값을 기반으로 최적운전곡선을 변경하여 제시하게 된다. These driving factors are TBM thrust and RPM, and when the TBM thrust and RPM are changed by the operation control unit 33, the optimum driving curve calculation unit 31 is the changed TBM thrust, RPM, and TBM torque, and the calculated UCS value. Based on, the optimal operation curve is changed and presented.

즉, 운전자는 현재의 최적운전곡선과 현재 상태값을 확인하면서, 최적운전곡선에 근접하게 운전될 수 있도록 TBM 추력과 RPM을 조정하게 된다. That is, the driver checks the current optimum driving curve and the current state value, and adjusts the TBM thrust and RPM so that it can be driven close to the optimum driving curve.

그리고 TBM 추력과 RPM을 조정하게 되면, 최적운전곡선산출부(31)는, 변경된 TBM 추력과 RPM과 TBM 토크와 다시 산출된 UCS값을 기반으로 최적운전곡선을 변경하여 제시하게 되고, 운전자는 이러한 과정을 반복하면서, 최적운전이 될 수 있도록 운전인자를 변경하게 된다. And when the TBM thrust and RPM are adjusted, the optimum driving curve calculation unit 31 changes and presents the optimal driving curve based on the changed TBM thrust, RPM, and TBM torque, and the calculated UCS value. By repeating the process, the driving factor is changed to achieve the optimum operation.

도 8a는 기 시공된 암반지반을 대상으로 계측된 UCS와 본 발명의 실시예에 따라 예측된 UCS의 비교 데이터를 도시한 것이다. 그리고 도 8b는 기 시공된 암반지반을 대상으로 계측된 추력과 본 발명의 실시예에 따라 계산된 추력과, 최적운전시 추력의 비교 데이터를 도시한 것이다. FIG. 8A shows comparative data between UCS measured for a previously constructed rock ground and UCS predicted according to an embodiment of the present invention. And Figure 8b shows the comparison data of the thrust measured for the previously constructed rock ground, the thrust calculated according to the embodiment of the present invention, and the thrust during optimal operation.

도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 기 시공된 암반지반을 대상으로 한 TBM 굴진데이터를 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템으로 분석한 결과, UCS 실측값과 예측값, 추력의 실측값과 예측값이 전반적으로 일치하고 있음을 알 수 있다. 8A and 8B, the TBM excavation data for the previously constructed rock ground was analyzed by the TBM optimal operation system for rock according to the embodiment of the present invention. It can be seen that the measured value and the predicted value are generally consistent.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전방법에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, a method for optimal operation of TBM for rock according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저 운전하게 되는 TBM의 장비사양데이터를 입력하게 된다. 장비사양데이터는 앞서 언급한 바와 같이, 최대 파워값, 최대 RPM값, 최대 추력, 최대 토크값, 커터 허용하중, 커터의 직경, 커터 간격, 커터 개수, TBM의 직경 등에 해당한다.First, input the equipment specification data of TBM to be operated. As mentioned above, the equipment specification data corresponds to the maximum power value, maximum RPM value, maximum thrust, maximum torque value, cutter allowable load, cutter diameter, cutter spacing, number of cutters, TBM diameter, etc.

그리고 이러한 TBM을 통해 암반 굴착을 시작하게 된다(S1). And, through this TBM, rock excavation is started (S1).

그리고 굴진데이터 측정부(10)가 TBM 암반 굴진시, 실시간으로 굴진데이터를 측정하게 된다(S2). 이러한 본 발명의 실시예에 따른 굴진데이터는 TBM 추력(Thrust Force), TBM 토크(M), 분당회전속도(RPM), 및 굴진깊이(p)에 해당한다. And when the excavation data measuring unit 10 excavates the TBM rock mass, the excavation data is measured in real time (S2). Such excavation data according to an embodiment of the present invention corresponds to TBM thrust force, TBM torque (M), rotational speed per minute (RPM), and excavation depth (p).

그리고 지반상태 예측부(20)는 굴진데이터 측정부(10)에 의해 측정되는 굴진데이터를 기반으로 암반 지반상태예측값에 해당하는 UCS를 산출하게 된다(S3). And the ground condition prediction unit 20 calculates the UCS corresponding to the rock ground condition prediction value based on the excavation data measured by the excavation data measurement unit 10 (S3).

앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 UCS는 하기 수학식 1에 의해 산출되게 된다. As mentioned above, the UCS according to the embodiment of the present invention is calculated by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

수학식 1에서, Fn는 normal force이고, Fr는 rolling force이고, T는 커버 트립 폭이고, R은 커터 반경(cutter radius), S는 커터 면적(cutter spacing), p는 관입깊이(penetration), M은 TBM 커터헤드 토크, P는 TBM 커터헤드 파워, Ntbm는 커터 개수(number of cutters), Dtbm은 TBM 직경이다. In Equation 1, Fn is a normal force, Fr is a rolling force, T is a cover trip width, R is a cutter radius, S is a cutter spacing, p is a penetration depth, M is the TBM cutterhead torque, P is the TBM cutterhead power, Ntbm is the number of cutters, and Dtbm is the TBM diameter.

그리고 최적운전제시부(30)는 지반상태예측값과 TBM 장비 사양데이터를 기반으로 최적운전데이터를 제시하게 된다. In addition, the optimum operation presentation unit 30 presents the optimum operation data based on the ground condition prediction value and the TBM equipment specification data.

구체적으로 최적운전곡선산출부(31)는 UCS와 장비사양데이터를 기반으로, 굴진률에 대한 TBM normal force 그래프 상에, 장비 최대 파워곡선과, 커터 로드 제한선과 TBM 토크 제한 곡선과 커터 지오메트리 제한선을 연결한 최적운전곡선을 표출하게 된다(S4). Specifically, the optimum operation curve calculation unit 31 is based on the UCS and equipment specification data, on the TBM normal force graph for the bending rate, the equipment maximum power curve, the cutter rod limit line, the TBM torque limit curve and the cutter geometry limit line. The connected optimal driving curve is displayed (S4).

그리고 현재상태표출부(32)는 실시간으로 최적운전곡선 상에, 현재 상태값을 표출하게 된다. 즉, 최적운전곡선 상에 현재 상태값인 TBM의 현재 굴진률과 TBM 추력을 실시간 또는 특정 주기 마다 표시하게 된다(S5). In addition, the current state display unit 32 displays the current state value on the optimum operation curve in real time. That is, the current drilling rate and TBM thrust of TBM, which are the current state values, are displayed on the optimum driving curve in real time or at specific periods (S5).

그리고 TBM 운전자는 현재 상태값이 표출된 최적운전곡선을 기반으로 운전조정부(33)를 통해 현재 상태값이 최적운전곡선에 근접하게 되도록 운전인자인 TBM 추력과 RPM을 조정하게 된다(S6, S7).In addition, the TBM driver adjusts the TBM thrust and RPM, which are driving factors, so that the current state value approaches the optimal driving curve through the driving control unit 33 based on the optimal driving curve in which the current state value is expressed (S6, S7). .

그리고 운전조정부(33)에 의해, TBM 추력과 RPM을 변경하면, 최적운전곡선산출부(31)는, 변경된 TBM 추력과 RPM과 TBM 토크와 다시 산출된 UCS값을 기반으로 최적운전곡선을 변경하여 제시하게 된다. And when the TBM thrust and RPM are changed by the operation adjustment unit 33, the optimum operation curve calculation unit 31 changes the optimum operation curve based on the changed TBM thrust, RPM, and TBM torque and the calculated UCS value. Will be presented.

앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템(100)에 따르면, TBM을 이용한 터널 굴진 시 얻어지는 굴진데이터(TBM 토크(Torque, M), 분당회전속도(RPM), 추력(Thrust force) 등)를 실시간으로 분석하여 전방의 지질상태 예측, 그리고 굴진속도를 높이기 위한 방법으로 RPM 또는 추력(Thrust force)을 적절하게 조정하도록 실시간으로 가이드하여 최적운전을 할 수 있게 된다. According to the TBM optimal operation system 100 for rock mass according to the embodiment of the present invention mentioned above, excavation data (TBM torque (Torque, M), rotational speed per minute (RPM)), thrust obtained during tunnel excavation using TBM force), etc.) in real time to predict the geological condition in the front and to increase the excavation speed by guiding in real time to appropriately adjust the RPM or thrust force.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템(100)에 따르면, TBM 운전시 취득되는 굴진데이터를 실시간으로 분석하여 실제 지반조건을 굴착하는데 필요한 주요 인자들(토크, RPM, 추력, 굴진률 등)이 장비 성능 내에서 최대의 성능을 구현하도록 운전방법을 제시할 수 있게 된다. In addition, according to the TBM optimal operation system 100 for rock according to an embodiment of the present invention, the main factors (torque, RPM, thrust, etc.) necessary to excavate actual ground conditions by analyzing excavation data acquired during TBM operation in real time. The driving method can be suggested so that the drilling rate, etc.) can achieve the maximum performance within the equipment performance.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템(100) 및 최적운전방법에 따르면, 굴진데이터를 분석하여 운전성능이 최대가 되도록 하기 위하여, 암반상태에 대한 예측식을 구축하여 지반상태에 따른 최적 운전방법을 제시하도록 하고, 실시간으로 취득되는 TBM의 굴진 데이터가 수신되면 시스템(100)에 탑재된 알고리즘에 따라 분석되어 주요 운전인자들(RPM, 추력)이 최적점에 도달하도록 운전조건을 제시하는 시스템(100)으로 장비에 무리가 가지 않는 상태에서 굴진속도 증대가 가능하여 공사기간 단축을 도모할 수 있게 된다. And according to the TBM optimal operation system 100 and the optimal operation method for rock according to an embodiment of the present invention, in order to maximize the driving performance by analyzing the excavation data, by constructing a prediction equation for the rock state, The optimal driving method is suggested, and when the TBM excavation data acquired in real time is received, the driving conditions are analyzed according to the algorithm installed in the system 100 so that the main driving factors (RPM, thrust) reach the optimum point. With the proposed system 100, it is possible to increase the excavation speed in a state where the equipment is not overwhelmed, so that the construction period can be shortened.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템(100) 및 최적운전방법에 따르면, 암바 지반조건에 적합한 운전방법을 도출하여 장비성능내에서 최대의 굴진속도 발현을 통한 공기단축이 가능하고, TBM 운영의 적합여부 판단 과대/과소 운전방지를 통한 Down time을 감소시킬 수 있으며, 시공 중/후에 축적된 data 분석을 통한 향후 공사방향 설정 가능할 수 있다. In addition, according to the TBM optimal operation system 100 and the optimal operation method for rock mass according to an embodiment of the present invention, it is possible to reduce the air time through the expression of the maximum excavation speed within the equipment performance by deriving an operation method suitable for the rock formation conditions. In addition, it is possible to reduce the down time through the prevention of excessive/under-operation judging whether the TBM operation is suitable or not, and it is possible to set the future construction direction through data analysis accumulated during/after construction.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템(100) 및 최적운전방법에 따르면, 암반용 TBM의 굴진 데이터를 실시간으로 분석하여 전방의 암반 지반상태(UCS)를 예측할 수 있으며 적정 토크와 파워 내에서 최대 굴진속도를 구현하는 최적운전인자(추력, RPM)의 관계를 운전자에게 제시할 수 있게 된다. And according to the TBM optimal operation system 100 and the optimal operation method for rock according to an embodiment of the present invention, by analyzing the excavation data of the TBM for rock in real time, it is possible to predict the rocky ground state (UCS) in the front, and the appropriate torque and The relationship between optimal driving factors (thrust, RPM) that realizes the maximum excavation speed within the power can be presented to the driver.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템(100) 및 최적운전방법에 따르면, 실시간 굴진 데이터를 이용/분석하여 도출된 지반상태 예측값(UCS)을 이용하여 최적 운전인자를 도출하는 알고리즘을 이용하여 실시간으로 굴진데이터를 분석하여 최적운전 방향 제시할 수 있게 된다. In addition, according to the TBM optimal operation system 100 and the optimal operation method for rock according to an embodiment of the present invention, the optimum driving factor is derived using the ground condition predicted value (UCS) derived by using/analyzing real-time excavation data. By analyzing the excavation data in real time using an algorithm, it is possible to present the optimal driving direction.

본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템(100) 및 최적운전방법에 따르면, TBM 최적운전 시스템(100)에 TBM 장비사양을 입력하면 최적운전 곡선을 자동으로 작도하여 운전자에게 제시하고, 운전자는 작도된 최적운전 곡선과 현재 운영되고 있는 굴착현황을 비교하여 직관적으로 작업현황을 파악할 수 있고, 최적운전곡선 대비 주요 굴진요소(UCS, RPM, 토크)의 변화에 따라 최적 운전점을 찾아갈 수 있게 된다. According to the TBM optimal driving system 100 and the optimal driving method for rock according to an embodiment of the present invention, when TBM equipment specifications are input to the TBM optimal driving system 100, an optimal driving curve is automatically drawn and presented to the driver, The driver can intuitively grasp the work status by comparing the drawn optimal driving curve with the current excavation status, and will find the optimal driving point according to the change of major excavation factors (UCS, RPM, torque) compared to the optimal driving curve. You will be able to.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 암반용 TBM 최적운전시스템(100) 및 최적운전방법에 따르면, TBM 굴착시 굴진 데이터를 실시간으로 분석하여, 현재상황을 운전자에게 알려주고, 최적운전을 위해서 주요 운전인자를 조정하도록 유도하는 TBM 최적운전 시스템 컨트롤러를 통해 실시간 자료 분석 및 실시간 최적운전 가이드가 가능하고, 분석된 실시간 데이터는 데이터 저장장치에 기록되어 추후 공사기록분석에도 활용될 수 있다.And according to the TBM optimal driving system 100 and the optimal driving method for rock according to an embodiment of the present invention, by analyzing the excavation data in real time during TBM excavation, the present situation is notified to the driver, and the main driving factors are determined for optimal driving. Real-time data analysis and real-time optimal operation guide are possible through the TBM optimal operation system controller that induces adjustment, and the analyzed real-time data is recorded in a data storage device and can be used for future construction record analysis.

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.In addition, the above-described apparatus and method are not limitedly applicable to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of each of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made to the above-described embodiments. It can also be configured.

1:TBM
10:굴진데이터 측정부
20:암반 지반상태예측부
30:최적운전제시부
31:최적운전곡선 산출부
32:현재상태표출부
33:운전조정부
100:암반용 TBM 최적운전시스템1:TBM
10: excavation data measurement unit
20: rock ground condition prediction unit
30: Optimal driving presentation unit
31: Optimal operation curve calculation unit
32: Current status display section
33: operation control unit
100: TBM optimal operation system for rock

Claims (15)

TBM 최적 운전시스템에 있어서,
TBM을 통해 암반 굴진시, 실시간으로 굴진데이터를 측정하는 굴진데이터 측정부;
상기 굴진데이터 측정부에 의해 측정되는 굴진데이터를 기반으로 암반 지반상태예측값을 산출하는 지반상태 예측부;
TBM의 현재 상태값을 표출하는 현재상태표출부;
상기 지반상태예측값, 상기 현재 상태값, 및 TBM 장비 사양데이터를 기반으로 최적운전데이터를 제시하는 최적운전제시부; 및
상기 현재 상태값이 표출된 최적운전데이터를 기반으로 운전인자를 조정하는 운전조정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전시스템.
In the TBM optimal operation system,
Excavation data measuring unit for measuring excavation data in real time when rock is excavated through TBM;
A ground condition prediction unit for calculating a rock ground condition prediction value based on the excavation data measured by the excavation data measuring unit;
A current state display unit that displays the current state value of the TBM;
An optimum operation presentation unit for presenting optimum operation data based on the ground condition prediction value, the current condition value, and TBM equipment specification data; And
And a driving adjustment unit that adjusts a driving factor based on the optimal driving data in which the current state value is expressed.
 제 1항에 있어서,
상기 굴진데이터는 TBM 추력(Thrust Force), TBM 토크(M), 분당회전속도(RPM), 및 굴진깊이(p)인 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전시스템.
The method of claim 1,
The excavation data is TBM thrust force, TBM torque (M), rotational speed per minute (RPM), and excavation depth (p).
 제 2항에 있어서,
상기 지반상태예측값은 일축압축강도(Uniaxial Compressive strength, UCS)인 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전시스템.
The method of claim 2,
The ground condition prediction value is a TBM optimal operation system for rock, characterized in that the uniaxial compressive strength (Uniaxial Compressive strength, UCS).
 제 3항에 있어서,
상기 UCS는 하기의 수학식 1에 의해 예측되는 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전시스템:
[수학식 1]
Figure pat00005

수학식 1에서, Fn는 normal force이고, Fr는 rolling force이고, T는 커버 트립 폭이고, R은 커터 반경(cutter radius), S는 커터 면적(cutter spacing), p는 관입깊이(penetration), M은 TBM 커터헤드 토크, P는 TBM 커터헤드 파워, Ntbm는 커터 개수(number of cutters), Dtbm은 TBM 직경이다.
The method of claim 3,
The UCS is a TBM optimal operation system for rock, characterized in that predicted by the following equation:
[Equation 1]
Figure pat00005

In Equation 1, Fn is a normal force, Fr is a rolling force, T is a cover trip width, R is a cutter radius, S is a cutter spacing, p is a penetration depth, M is the TBM cutterhead torque, P is the TBM cutterhead power, Ntbm is the number of cutters, and Dtbm is the TBM diameter.
 제 4항에 있어서,
상기 최적운전데이터는,
굴진률에 대한 TBM normal force 그래프 상에, 장비 최대 파워곡선과, 커터 로드 제한선과 TBM 토크 제한 곡선과 커터 지오메트리 제한선을 연결한 최적운전곡선을 포함하는 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전시스템.
The method of claim 4,
The optimal operation data,
TBM optimal operation system for rock, characterized in that it includes an optimum operation curve connecting the maximum equipment power curve, the cutter rod limit line, the TBM torque limit curve and the cutter geometry limit line on the TBM normal force graph for the bending rate.
 제 5항에 있어서,
상기 장비사양데이터는 최대 파워값, 최대 RPM값, 최대 추력, 최대 토크값, 커터 허용하중, 커터의 직경, 커터 간격, 커터 개수, TBM의 직경인 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전시스템.
The method of claim 5,
The equipment specification data is the maximum power value, the maximum RPM value, the maximum thrust, the maximum torque value, the cutter allowable load, the diameter of the cutter, the cutter interval, the number of cutters, TBM optimal operation system for rock, characterized in that the diameter of TBM.
 제 6항에 있어서,
상기 운전인자는 TBM 추력과 RPM이고, 상기 운전조정부에 의해, TBM 추력과 RPM을 변경하면, 상기 최적운전제시부는, 변경된 TBM 추력, RPM, 및 TBM 토크와 다시 산출된 UCS값을 기반으로 상기 최적운전곡선을 변경하여 제시하는 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전시스템.
The method of claim 6,
The driving factors are TBM thrust and RPM, and when the TBM thrust and RPM are changed by the operation control unit, the optimum operation presenting unit is based on the changed TBM thrust, RPM, and TBM torque and the calculated UCS value. Optimal operation system for TBM for rock, characterized in that the operation curve is changed and presented.
 TBM 최적 운전방법에 있어서,
TBM을 통해 암반을 굴착하는 제1단계;
굴진데이터 측정부가 TBM 암반 굴진시, 실시간으로 굴진데이터를 측정하는 제2단계;
지반상태 예측부가 상기 굴진데이터 측정부에 의해 측정되는 굴진데이터를 기반으로 암반 지반상태예측값을 산출하는 제3단계;
최적운전제시부가 상기 지반상태예측값과 TBM 장비 사양데이터를 기반으로 최적운전데이터를 제시하는 제4단계;
현재상태표출부가 실시간으로 상기 최적운전데이터 상에, 현재 상태값을 표출하는 제5단계;
TBM 운전자가 상기 현재 상태값이 표출된 최적운전데이터를 기반으로 운전조정부를 통해 운전인자를 조정하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전방법.
In the TBM optimal operation method,
The first step of excavating rock mass through TBM;
A second step of measuring the excavation data in real time when the excavation data measuring unit excavates the TBM rock mass;
A third step of calculating, by a ground condition prediction unit, a rock ground condition prediction value based on the excavation data measured by the excavation data measuring unit;
A fourth step of presenting the optimum operation data based on the ground condition prediction value and the TBM equipment specification data by the optimum operation presentation unit;
A fifth step of, by a current state display unit, displaying a current state value on the optimal operation data in real time;
And a sixth step of the TBM driver adjusting a driving factor through a driving control unit based on the optimal driving data in which the current state value is expressed.
 제 8항에 있어서,
상기 제2단계에서, 상기 굴진데이터 측정부는 실시간으로 TBM 추력(Thrust Force), TBM 토크(M), 분당회전속도(RPM), 및 굴진깊이(p)를 측정하는 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전방법.
The method of claim 8,
In the second step, the excavation data measuring unit measures TBM thrust force, TBM torque (M), rotational speed per minute (RPM), and excavation depth (p) in real time. How to drive.
 제 9항에 있어서,
상기 제3단계는, 하기 수학식 1에 의해 UCS를 산출하는 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전방법:
[수학식 1]
Figure pat00006

수학식 1에서, Fn는 normal force이고, Fr는 rolling force이고, T는 커버 트립 폭이고, R은 커터 반경(cutter radius), S는 커터 면적(cutter spacing), p는 관입깊이(penetration), M은 TBM 커터헤드 토크, P는 TBM 커터헤드 파워, Ntbm는 커터 개수(number of cutters), Dtbm은 TBM 직경이다.
The method of claim 9,
In the third step, the optimal operating method for TBM for rock, characterized in that the UCS is calculated by the following Equation 1:
[Equation 1]
Figure pat00006

In Equation 1, Fn is a normal force, Fr is a rolling force, T is a cover trip width, R is a cutter radius, S is a cutter spacing, p is a penetration depth, M is the TBM cutterhead torque, P is the TBM cutterhead power, Ntbm is the number of cutters, and Dtbm is the TBM diameter.
 제 10항에 있어서,
상기 제4단계 및 제5단계에서,
상기 최적운전제시부는, 상기 UCS와 장비사양데이터를 기반으로, 굴진률에 대한 TBM normal force 그래프 상에, 장비 최대 파워곡선과, 커터 로드 제한선과 TBM 토크 제한 곡선과 커터 지오메트리 제한선을 연결한 최적운전곡선을 표출하고,
상기 현재 상태값은 상기 최적운전데이터 상에 TBM의 현재 굴진률과 TBM nornal force를 표시하는 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전방법.
The method of claim 10,
In the fourth and fifth steps,
Based on the UCS and equipment specification data, the optimal operation presentation unit is an optimal operation that connects the maximum equipment power curve, the cutter rod limit line, the TBM torque limit curve and the cutter geometry limit line on the TBM normal force graph for the drilling rate, based on the UCS and the equipment specification data. Expressing the curve,
The current state value displays the TBM's current excavation rate and TBM nornal force on the optimal operation data.
 제 11항에 있어서,
상기 운전인자는 TBM 추력과 RPM이고,
상기 제6단계는 상기 운전자가 현재 상태값과 최적운전곡선을 기반으로 현재 상태값이 상기 최적운전곡선에 근접하도록 상기 TBM 추력과 RPM을 조정하는 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전방법.
The method of claim 11,
The driving factors are TBM thrust and RPM,
The sixth step is the TBM optimal driving method for rock, characterized in that the driver adjusts the TBM thrust and RPM so that the current state value approaches the optimal driving curve based on the current state value and the optimal driving curve.
 제 12항에 있어서,
상기 운전인자를 조정하는 단계 후에,
상기 운전조정부에 의해, TBM 추력과 RPM을 변경하면, 상기 최적운전제시부는, 변경된 TBM 추력과 RPM과 TBM 토크와 다시 산출된 UCS값을 기반으로 상기 최적운전곡선을 변경하여 제시하는 제7단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전방법.
The method of claim 12,
After the step of adjusting the driving factor,
When the TBM thrust and RPM are changed by the driving control unit, the optimal operation presenting unit performs a seventh step of changing and presenting the optimum driving curve based on the changed TBM thrust, RPM, and TBM torque, and the calculated UCS value. Optimal operation method for TBM for rock, characterized in that it further comprises.
 제 13항에 있어서,
상기 제7단계 후에, 제5단계 내지 제7단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 암반용 TBM 최적운전방법.
The method of claim 13,
After the seventh step, the optimal operation method for TBM for rock, characterized in that repeating steps 5 to 7.
 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어, 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된, TBM 최적운전 프로그램.
Combined with a computer as hardware, stored in a medium to execute the method of any one of claims 8 to 14, TBM optimal operation program.
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