커터 링의 형상에 따른 디스크커터 작용력의 실험적 평가

Experimental evaluation of the effects of cutting ring shape on cutter acting forces in a hard rock

TBM의 암반 굴착도구인 디스크커터의 작용력은 TBM의 설계와 굴진성능 평가를 위해 핵심적인 항목이다. 본 연구에서는 디스크커터 링의 형상에 따른 디스크커터 작용력의 차이를 실물 선형절삭실험에 의해 실험적으로 분석하였다. 또한 절삭실험 중에 발생하는 커터 링의 변형률을 계측하여 커터 링의 강성을 추정하였다. 분석결과, V형상의 디스크커터를 사용하게 되면 동일한 절삭조건에서 커터 관입깊이를 증가시킬 수는 있지만, 커터의 회전방향으로 큰 응력이 작용하는 것으로 나타났다. 또한 커터 작용력을 예측모델에 의해 추정할 경우에는, 디스크커터의 형상과 관련된 변수들을 고려할 수 있는 모델을 사용하는 것이 타당함을 알 수 있었다.

Cutter forces acting on a disc cutter in TBM are the key parameters for TBM design and its performance prediction. This study aimed to experimentally evaluate cutter forces with different ring shapes in a hard rock. The stiffness of a cutter ring was indirectly estimated from a series of full-scale linear cutting tests. From the experiments, it was verified that the rolling stress acting on a V-shape disc cutter was much higher than on a CCS disc cutter even though the penetration depth by a V-shape disc cutter could be increased in the same cutting condition. Finally, it is suggested that a prediction model considering the shape parameters of a disc cutter should be used for its better prediction.