생성 날짜 09.04

TBM 터널링 핵심 부품 – 커팅 툴

TBM 터널 굴진 핵심 부품 – 커팅 툴

TBM 구성 – 커팅 툴

TBM 커팅 툴은 암반과 토사층을 굴착하고 가공하는 데 사용되며, 터널 보링 머신(TBM)의 핵심이자 마모가 쉬운 부품입니다.

이들의 작동 상태는 터널굴착기(TBM)의 굴진 효율과 터널 굴착 비용에 직접적인 영향을 미친다. TBM의 절삭 공구에는 주로 디스크 커터, 치형 커터, 스크레이퍼 및 기타 유형이 포함된다. 커터헤드 내 위치에 따라 이러한 공구는 중앙 커터, 정면 커터 및 측면 커터로 분류된다. 중앙 커터는 커터헤드의 중심에 위치한다. 경암용 TBM 및 복합 실드 머신의 경우 중앙 커터는 일반적으로 하나 또는 여러 개의 양날 디스크 커터를 사용하는 반면, 정면 커터와 측면 커터는 단일 날 디스크 커터를 사용한다.

1. 디스크 커터

디스크 커터는 TBM이 암반을 굴착할 때 일반적으로 사용하는 공구로, 주로 커터 링, 커터 본체, 커터 본체 실(Seal), 커터 샤프트로 구성된다. 커터 본체에 장착되는 커터 링의 수에 따라 단일 에지, 이중 에지 또는 다중 에지 형태로 구성될 수 있다. 그중 단일 에지 디스크 커터는 현재 전단면 TBM(Full-face TBM) 적용에서 가장 널리 사용되는 커터 유형이며, 공학 실무를 통해 암석 파쇄에 가장 효과적인 것으로 입증되었다.

작동 중 기계의 추력과 토크의 영향으로 디스크형 페이스 밀의 커터 링이 암반을 관통하며, 암반과의 연속적인 롤링 맞물림을 통해 암석 파쇄 과정이 수행됩니다. 디스크형 페이스 밀은 주로 특수 강재로 제조되며, 공구 전체—특히 커터 링—은 충분한 강도, 강성, 인성, 내마모성 및 고온 저항성을 갖추어야 합니다.

그림 | 디스크형 호브 구조도

기술의 지속적인 발전과 고강도 재료의 사용 증가에 따라 디스크 커터의 직경과 이들이 받는 하중은 꾸준히 증가해 왔다. 커터 직경은 11인치, 12인치, 14인치, 15.5인치, 16.5인치, 17인치, 19인치에서 최대 20인치(500mm)에 이르며, 이에 해당하는 하중은 표 2.4에 나타나 있다. 현재는 직경 17인치 또는 19인치의 커터가 가장 일반적으로 사용된다. 대구경 디스크 커터를 사용하면 커터헤드에서 커터 간 간격을 적절히 늘릴 수 있고, 필요한 커터 수를 줄이며, 커터헤드의 추진력을 향상시킬 수 있다. 이는 암석 파쇄 효율을 높일 뿐만 아니라 절삭 공구의 수명을 연장하고, 터널 굴착 중 커터 교체 빈도를 줄여 총 굴착 시간을 늘리고 전체 굴착 효율을 향상시킨다.

그림 | 롤링 커터를 이용한 암석 파쇄 메커니즘 개략도

초기 원판형 밀링 커터는 V자형 커터 링 단면을 갖추고 있었으며, 절삭날 각도는 일반적으로 60°, 75°, 90° 또는 120°로 설정되었다. 더 큰 절삭날 각도는 일반적으로 경암 굴착 시 사용되었고, 더 작은 각도는 연암 지층에 사용되었다. 그러나 V자형 커터 링 설계는 마모가 빠르고 파손되기 쉬워 터널 굴착 비용을 증가시켰기 때문에, 이 설계는 점차 일반적인 절삭 표면을 가진 커터 링으로 대체되었다.

그림 | 커팅 툴

2. 치형 커터

치형 커터는 주로 사질토, 실트질 또는 점토질 지층과 같은 연약 토사층을 굴착하는 데 사용되며, 쉴드 머신 및 복합 쉴드 머신의 주요 굴착 도구 역할을 합니다. 치형 커터는 커터헤드 패널에 장착되며, 작동 원리는 디스크 커터와 다릅니다. 즉, 터널 막장을 굴러서 암반을 파쇄하는 대신, 커터헤드가 회전하고 추진력에 의해 전진하면서 굴착된 토사를 굴착합니다.

그림 | 블레이드

3. 블레이드

전방 스크레이퍼와 주변 스크레이퍼로 구분되는 스크레이퍼는 쉴드 머신 및 복합 쉴드 머신의 굴착 도구 역할을 한다. 전방 스크레이퍼의 절삭 원리는 비교적 간단하다. 커터헤드에서 전달되는 추력을 이용하여 굴착면의 토양을 관통하고, 커터헤드가 회전함에 따라 스크레이퍼는 접선력의 작용을 받아 토양을 절삭한다. 커터헤드 가장자리에 위치한 주변 스크레이퍼는 디스크 커터가 굴착한 암석 파편을 수집하며, 커터헤드가 회전함에 따라 이 파편은 커터헤드의 슈트를 통해 벨트 컨베이어로 이송된다.

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