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Technical Note
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연속굴착 쉴드 TBM 기술 관련 해외기술 및 개발사례 조사
Investigation of Prior Technology and Development Case for Consecutive Excavation Technique of Shield TBM
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김문규, 조정우, 차형석
Mun-Gyu Kim, Jung-Woo Cho, Hyeong-seog Cha
- TBM의 실굴진율을 향상시키기 위한 연속굴착 기술들이 개발되고 있다. 연속굴착은 설치중인 세그먼트를 제외한 나머지 세그먼트에 추력을 가해, 굴진 정지 시간을 줄이는 기술이다. 본 …
Continuous excavation technologies are developed to improve the excavation rate of shield TBM. Continuous excavation is a technology that provides thrust to …
- TBM의 실굴진율을 향상시키기 위한 연속굴착 기술들이 개발되고 있다. 연속굴착은 설치중인 세그먼트를 제외한 나머지 세그먼트에 추력을 가해, 굴진 정지 시간을 줄이는 기술이다. 본 기술보고는 연속굴착 세그먼트에 관한 선행기술을 조사하였다. 주요 선행기술을 헬리컬 세그먼트, 육각형 세그먼트, 기존 세그먼트 방법으로 분류했다. 헬리컬 세그먼트 방법은 아직 시공사례가 없으며, 육각형 세그먼트 방법은 상용화에 성공하지 못했다. 기존 세그먼트를 이용한 연속굴착 방법은 실증에 성공했다. 해당 기술에 대한 추진잭 추력, 운영방법을 분석했다. 국내에서도 TBM 연속굴착 연구개발이 진행 중이며, 성공사례 분석을 통해 독자적인 연속굴착 방법이 개발되어야 할 것으로 판단된다.
- COLLAPSE
Continuous excavation technologies are developed to improve the excavation rate of shield TBM. Continuous excavation is a technology that provides thrust to segments, excluding being installed one, to reduce tunneling downtime. This paper investigated the prior technology related to continuous excavation segments. The main technology was classified into helical segment, honeycomb segment, and conventional segment methods. The helical segment method has not been applied in actual construction yet, and the honeycomb segment method has not succeeded in commercialization. The continuous excavation method using conventional segments has been successfully demonstrated. The thrust force and operation method of the thrust jacks for the semi-continuous technology were analyzed. Continuous excavation TBM research is also progressing in Korea, and through the analysis of successful cases, the need to develop independent continuous excavation methods has been identified.
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연속굴착 쉴드 TBM 기술 관련 해외기술 및 개발사례 조사
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Technical Note
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스웨덴 고준위방사성폐기물 심층처분시설의 설계 사례 분석
Case Study of Deep Geological Disposal Facility Design for High-level Radioactive Waste
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임주휘, 정재훈, 전석원, 송기일, 신영진
Juhyi Yim, Jae Hoon Jung, Seokwon Jeon, Ki-Il Song, Young Jin Shin
- 고준위방사성폐기물 심층처분시설은 고온의 사용후핵연료에서 핵종 누출을 막기 위해 열적, 역학적, 수리적 안전성이 장기적으로 확보되도록 일반적인 지하터널과는 다른 특별한 설계가 필요하다. 스웨덴 SKB는 …
The underground disposal facility for spent nuclear fuel demands a specialized design, distinct from conventional practices, to ensure long-term thermal, mechanical, and …
- 고준위방사성폐기물 심층처분시설은 고온의 사용후핵연료에서 핵종 누출을 막기 위해 열적, 역학적, 수리적 안전성이 장기적으로 확보되도록 일반적인 지하터널과는 다른 특별한 설계가 필요하다. 스웨덴 SKB는 고준위방사성폐기물 처분시설의 설계 기준을 수립하고 포쉬마크 지역에 대해 실제 설계를 수행하였다. 그리고 지반 불확실성에 대응하기 위해 모니터링과 그에 따른 설계 변경이 가능한 관찰 기법과 단계별 개발법을 제안하였다. SKB는 지반 유형과 지반 거동을 분류하고 포쉬마크 지역에 존재하는 지반 유형과 거동의 조합에 적절한 지보 유형을 대응시키는 독자적인 지보 시스템을 개발하였고 기존 지보 시스템과 비교를 통해 안전성을 확인하였다. POSIVA는 SKB와 유사한 방식으로 온칼로 지역에 대해 지보 시스템을 개발하였으나 포쉬마크와는 상이한 지반 특성을 반영하였다. 이를 참고하여, 국내 고준위방사성폐기물 심층처분시설 건설을 위한 설계가 이루어질 수 있을 것이며 국내 특성에 맞는 지보 시스템 또한 수립될 수 있을 것이다.
- COLLAPSE
The underground disposal facility for spent nuclear fuel demands a specialized design, distinct from conventional practices, to ensure long-term thermal, mechanical, and hydraulic integrity, preventing the release of radioactive isotopes from high-temperature spent nuclear fuel. SKB has established design criteria for such facilities and executed practical design implementations for Forsmark. Moreover, in response to subsurface uncertainty, SKB has proposed an empirical approach involving monitoring and adaptive design modifications, alongside stepwise development. SKB has further introduced a unique support system, categorizing ground types and behaviors and aligning them with corresponding support types to confirm safety through comparative analyses against existing systems. POSIVA has pursued a comparable approach, developing a support system for Onkalo while accounting for distinct geological characteristics compared to Forsmark. This demonstrates the potential for domestic implementation of spent nuclear fuel disposal facility designs and the establishment of a support system adapted to national attributes.
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스웨덴 고준위방사성폐기물 심층처분시설의 설계 사례 분석
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Technical Note
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TBM 추진잭의 좌굴 안정성 검토를 위한 압축시험
Compression Test of a TBM Thrust Jack for Validating Buckling Stability
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김문규, 조민기, 조정우, 정한영
Mun-Gyu Kim, Min-Gi Cho, Jung-Woo Cho, Han-Young Jeong
- TBM 추진잭이 경사면에 접촉하거나 편심하중이 발생할 때 추진잭의 페데스탈 및 로드 부위에 횡하중에 의한 휨변형이 발생할 수 있다. 이는 추진잭 모듈의 고장을 …
As the jacks provide a thrust force on the inclined surface, bending deformations by a side force occur in the pedestal and …
- TBM 추진잭이 경사면에 접촉하거나 편심하중이 발생할 때 추진잭의 페데스탈 및 로드 부위에 횡하중에 의한 휨변형이 발생할 수 있다. 이는 추진잭 모듈의 고장을 유발할 우려가 있으므로, 추진잭 모듈 전체에 대한 좌굴 안정성을 검증할 필요가 있다. 본 연구는 추진잭 좌굴 안정성 분석을 위한 좌굴 압축시험방법을 조사하고, 압축시험 시스템을 구성하였다. 추진잭의 전체 부품을 모델링하여 수치해석을 통해 응력집중 파트를 분석하였다. 경사도 0도 조건에서 최대하중을 가압하여 압축시험을 수행하였다. 로드의 변형과 씰의 누유는 관측되지 않아서 0도 조건에서 추진잭의 좌굴 안정성을 검증하였다.
- COLLAPSE
As the jacks provide a thrust force on the inclined surface, bending deformations by a side force occur in the pedestal and rod parts. This can induce disorder or degradation of the thrust module, buckling stability on the inclined compression condition should be clarified to secure the reliability of shield TBM. For analyzing the stability, a buckling testing method for hydraulic cylinder was investigated and compression testing system was installed. Before the test, a numerical analysis was conducted to check the stress concentration parts. The maximum allowable force was loaded on the cylinder specimen at 0 degree surface condition as a preliminary test. After the test, plastic deformations or hydraulic leakage was not observed. The static stability of it was verified at 0 degree condition.
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TBM 추진잭의 좌굴 안정성 검토를 위한 압축시험
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Technical Note
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고심도 균열암반대수층 수리지질특성 평가를 위한 정압주입시험 조사절차 및 현장적용사례 연구
Standard Procedures and Field Application Case of Constant Pressure Injection Test for Evaluating Hydrogeological Characteristics in Deep Fractured Rock Aquifer
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이항복, 박찬, 박의섭, 정용복, 천대성, 배성호, 김형목, 김기석
Hangbok Lee, Chan Park, Eui-Seob Park, Yong-Bok Jung, Dae-Sung Cheon, SeongHo Bae, Hyung-Mok Kim, Ki Seog Kim
- 고심도 균열암반대수층 환경에서 주로 수행되는 방사성폐기물 처분사업과 관련하여, 부지적합성 및 운영 시 안정성 평가를 평가하는데 있어 해당 대상 부지의 수리지질특성 평가는 필수적이다. …
In relation to the high-level radioactive waste disposal project in deep fractured rock aquifer environments, it is essential to evaluate hydrogeological characteristics …
- 고심도 균열암반대수층 환경에서 주로 수행되는 방사성폐기물 처분사업과 관련하여, 부지적합성 및 운영 시 안정성 평가를 평가하는데 있어 해당 대상 부지의 수리지질특성 평가는 필수적이다. 이러한 심부 수리지질 특성평가에 사용되는 인자 자료는 대상 부지에 굴착된 시추공을 이용한 원위치 수리시험을 통해 얻어지는데, 이 때 조사 결과의 정확도와 신뢰성은 적합한 시험방법의 선택, 조사 시스템의 성능, 조사절차의 표준화와 직접적으로 연결된다. 본 보고에서는 심부 암반대수층의 핵심 수리지질 평가인자인 수리전도도와 저류계수를 구하기 위한 대표적인 시험법인 정압주입시험의 상세조사절차를 소개하였다. 본 보고는 2022년도에 제안한 암반공학회 정압주입시험 관련 표준시험법 자료를 보완하여 구체화 하였으며, 본 조사절차가 실제 적용된 화산암 지역 시추공 현장적용 사례도 함께 소개하였다.
- COLLAPSE
In relation to the high-level radioactive waste disposal project in deep fractured rock aquifer environments, it is essential to evaluate hydrogeological characteristics for evaluating the suitability of the site and operational stability. Such subsurface hydrogeological data is obtained through in-situ tests using boreholes excavated at the target site. The accuracy and reliability of the investigation results are directly related to the selection of appropriate test methods, the performance of the investigation system, standardization of the investigation procedure. In this report, we introduce the detailed procedures for the representative test method, the constant pressure injection test (CPIT), which is used to determine the key hydrogeological parameters of the subsurface fractured rock aquifer, namely hydraulic conductivity and storativity. This report further refines the standard test method suggested by the KSRM in 2022 and includes practical field application case conducted in volcanic rock aquifers where this investigation procedure has been applied.
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고심도 균열암반대수층 수리지질특성 평가를 위한 정압주입시험 조사절차 및 현장적용사례 연구
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Case Study
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탐사로버의 주행성능 검토를 위한 인공 화성 토양 개발관련 연구 동향
Research Trends in the Development of Martian Soil Simulants for the Evaluation of Rover Mobility Performance
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유병현, 박승수, 신휴성
Byung-Hyun Ryu, Seung-Soo Park, Hyu-Soung Shin
- 우주 여행이 시작된 이래로 우주 행성에 대한 과학적 탐사는 인간의 상상력을 높이고 있다. 화성에 대한 임무는 지구에서 생명체가 언제, 어디서, 어떻게 시작되었는지에 …
Scientific exploration of extraterrestrial planets has gripped human imagination since the advent of space travel. Human missions to Mars could produce insight …
- 우주 여행이 시작된 이래로 우주 행성에 대한 과학적 탐사는 인간의 상상력을 높이고 있다. 화성에 대한 임무는 지구에서 생명체가 언제, 어디서, 어떻게 시작되었는지에 대한 중요한 질문에 답을 제공할 수 있으며, 이 임무는 현지 우주 자원 활용(ISRU) 개념을 통해서만 실행 가능하다. 이 논문에서는 현재 우주 강국들을 중심으로 진행 중인 화성 탐사를 다루며, 인공 화성토양 조사와 탐사 로버의 이동성 연구를 중점으로 다루고 있다. 화성의 실제 지상 환경을 모사하기 위해서는 수십 톤의 토양이 필요하므로 원료 확보와 처리 과정도 고려되어야 한다. 이를 위해 화성 표면 토양과 유사한 특성을 가진 인공 토양을 선별하고, 인공 화성토양 개발을 위한 필요 사항을 제시한다. 이 연구를 통해 화성 탐사 임무에서 로버의 이동성을 평가하는 데 필요한 적절한 화성 토양을 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
- COLLAPSE
Scientific exploration of extraterrestrial planets has gripped human imagination since the advent of space travel. Human missions to Mars could produce insight into the essential questions of how, when and where life began on Earth. Such missions would only be feasible using local space resources materials, a concept called in situ-resource utilization (ISRU). The purpose of this paper is to provide a thorough review of the currently available Mars soil simulants and to determine those with geotechnical properties most appropriate for vehicle mobility studies. Sourcing and processing are considered since full-scale studies require bulk quantities of material on the order of tens of tons. This review identifies the simulants with the highest fidelity to Mars wind drift soils. In addition, recommendation guide for mars soil simulant development made.
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탐사로버의 주행성능 검토를 위한 인공 화성 토양 개발관련 연구 동향
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Case Study
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석회석 광산 갱내수 유입원 예측분석 사례연구
A Case Study on Predicting and Analyzing Inflow Sources of Underground Water in a Limestone Mine
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이민규, 박승현, 고휘철, 정용식, 허선희
Minkyu Lee, Sunghyun Park, Hwicheol Ko, Yongsik Jeong, Seon-hee Heo
- 광산개발에 따른 지하수 유동의 변화는 지반의 소성 변화 및 강도 저하, 붕락과 같은 주요 문제의 발생 원인으로 작용한다. 지속적인 채광 작업이 유지되기 …
The changes in groundwater flow due to mining development act as a contributing factor to major issues such as ground subsidence, strength …
- 광산개발에 따른 지하수 유동의 변화는 지반의 소성 변화 및 강도 저하, 붕락과 같은 주요 문제의 발생 원인으로 작용한다. 지속적인 채광 작업이 유지되기 위해서는 계절적인 갱내수 유입량의 변화와 단전이나 펌프의 파손 및 돌발적인 유입량의 증대에 대처할 수 있도록 갱내수 유입에 대한 대책을 마련해야 한다. 본 연구는 연구 대상지와 인근에 있는 석회석 광산과의 수리적 연결성 확인을 통한 갱내 누수의 원인 규명을 목적으로 지하 매질의 연결성 확인을 위한 추적자 시험을 수행하였다. 염료계, 이온계 등 다양한 추적자를 적용한 실내실험을 통해 추적자 물질을 선정하였고, 현장 시험을 통해 대상지역의 수리지질 모델을 구현하였다. 이를 통해 광산 외부 계곡과 갱내수에 대한 수리적 연결성과 갱내 누수의 원인을 규명하였다.
- COLLAPSE
The changes in groundwater flow due to mining development act as a contributing factor to major issues such as ground subsidence, strength reduction and collapse. For the sustainable mining development, measures for dealing with fluctuations in seasonal underground water inflow, power losses, pump damage, and unexpected increases in inflow must be put in place. In this study, the aim is to identify the causes of underground seepage through the examination of hydrological connectivity between the study area and nearby limestone mine. A tracer tes for assessing subsurface connectivity has been planned. A variety of tracers, such as dyes and ions, were applied in lab test to select the optimal tracer material, and a hydrological model of the study area was implemented through field test. Finally, the hydrological connectivity between the external stream and underground water in the mine was analyzed.
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석회석 광산 갱내수 유입원 예측분석 사례연구
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Original Article
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CO2 지중저장에 따른 장기분지 내 단층안정성 기초해석
Numerical Analysis of Fault Stability in Janggi Basin for Geological CO2 Storage
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박정욱, 김한나, 이항복, 박찬희, 신영재
Jung-Wook Park, Hanna Kim, Hangbok Lee, Chan-Hee Park, Young Jae Shinn
- 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 사용하여 장기분지 유망 저장소 부지에서의 CO2 주입을 수치적으로 모델링하고, 주변 지층과 단층에 야기되는 수리-역학적 안정성을 검토하였다. …
The present study conducted a numerical modeling of CO2 injection at the Janggi Basin using the TOUGH-FLAC simulator, and examined the …
- 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 사용하여 장기분지 유망 저장소 부지에서의 CO2 주입을 수치적으로 모델링하고, 주변 지층과 단층에 야기되는 수리-역학적 안정성을 검토하였다. 대상부지의 현장조사와 3D 지질모델을 기반으로 3년간 32,850톤의 CO2 주입을 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 저류층의 투수계수에 따른 CO2 플럼의 유동 경로를 분석한 결과, 투수계수를 10-14 m2로 가정한 경우 방사형 유동을 보이며 2년 9개월 경과 시 단층에 도달하는 것으로 나타났다. 투수계수를 10-13 m2로 가정한 경우에는 저류층을 따라 서쪽 방향의 유동이 우세하게 나타났으며 단층 방향으로의 유동은 거의 발생하지 않았다. 주입공 주변의 압력 변화는 3년 동안 0.6 MPa 이하로, 지층 및 단층의 역학적 안정성에 미치는 영향은 미미한 것으로 분석되었다.
- COLLAPSE
The present study conducted a numerical modeling of CO2 injection at the Janggi Basin using the TOUGH-FLAC simulator, and examined the hydro-mechanical stability of the aquifer and the fault. Based on the site investigations and a 3D geological model of the target area, we simulated the injection of 32,850 tons of CO2 over a 3-year period. The analysis of CO2 plume with different values of the aquifer permeability revealed that assuming a permeability of 10-14 m2 the CO2 plume exhibited a radial flow and reached the fault after 2 years and 9 months. Conversely, a higher permeability of 10-13 m2 resulted in predominant westward flow along the reservoir, with negligible impact on the fault. The pressure changes around the injection well remained below 0.6 MPa over the period, and the influence on the hydro-mechanical stability of the reservoir and fault was found to be insignificant.
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CO2 지중저장에 따른 장기분지 내 단층안정성 기초해석
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Original Article
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로드헤더용 픽커터의 형상변수와 암반조건에 대한 통계적 분석
Statistical Analysis of Geometric Parameters and Rock Conditions of Pick Cutters for Roadheaders
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장수호, 강태호, 이철호, 최순욱
Soo-Ho Chang, Tae-Ho Kang, Chulho Lee, Soon-Wook Choi
- 본 연구에서는 픽커터의 다양한 형상변수들과 그에 따른 절삭 가능 암반 조건들에 대한 총 326개의 정보를 수집하고 데이터베이스를 구축하였다. 이와 같이 구축한 데이터베이스를 …
In this study, a total of 326 data on a variety of geometric parameters of pick cutters and the corresponding cuttable rock …
- 본 연구에서는 픽커터의 다양한 형상변수들과 그에 따른 절삭 가능 암반 조건들에 대한 총 326개의 정보를 수집하고 데이터베이스를 구축하였다. 이와 같이 구축한 데이터베이스를 대상으로 통계분석을 실시한 결과, 픽커터의 형상을 정의하는 변수들 사이에는 유의미한 양(+)의 상관관계가 존재하는 것으로 나타났다. 특히, 픽커터의 길이 관련 변수들과 텅스텐 카바이드 삽입재의 형상 변수들 사이의 상관관계가 높게 나타났다. 픽커터 샤프트의 직경도 삽입재의 형상변수들과 밀접한 상관관계를 나타내었다. 반면, 네 가지 조건으로 정의한 암반 조건에 대한 변수와 픽커터의 형상 변수들 사이에는 뚜렷한 상관관계를 확인하기 어려웠다. 이는 암반의 불확실성으로 인해 픽커터의 적용 대상을 수치가 아닌 적용 가능 범위로 제시했기 때문인 것으로 사료된다. 단, 암반이 강해질수록 픽커터 형상변수들의 평균값이 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나 픽커터의 길이 관련 변수들은 암반이 강해질수록 오히려 작아지는 것으로 나타났는데, 이는 경암반에서 길이가 긴 픽커터를 사용할 때 발생할 수 있는 모멘트의 발생을 줄이기 위한 방안으로 사료된다.
- COLLAPSE
In this study, a total of 326 data on a variety of geometric parameters of pick cutters and the corresponding cuttable rock conditions were collected and built as a database. Statistical analysis of the database showed that there is a significant positive correlation between the parameters that define the geometry of a pick cutter, especially between the parameters related to the length of a pick cutter and the geometry of a tungsten carbide insert. The diameter of a pick cutter shaft was also strongly correlated with the geometry of the inserts. On the other hand, it was difficult to find a clear correlation between the parameters for the rock conditions defined by the four conditions and the geometric parameters of pick cutters, which may be due to the uncertainty of the rock mass and the fact that the application of a pick cutter is presented as a range rather than a numerical single value. However, the mean values of geometric parameters of pick cutters tend to increase as a rock mass becomes harder. However, the pick length parameters are found to decrease as a rock mass becomes harder, which may be a way to reduce the moments that can occur when using long pick cutters in a hard rock condition.
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로드헤더용 픽커터의 형상변수와 암반조건에 대한 통계적 분석
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Original Article
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TBM 챔버 상태와 전송 거리에 따른 저전력 블루투스 신호의 수신 강도 분석: 실험실 모사 실험
Examining the Influence of TBM Chamber Condition and Transmission Distance on the Received Strength of Bluetooth Low Energy Signals: A Laboratory Simulation Experiment
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최요순, 정호영, 김정주
Yosoon Choi, Hoyoung Jeong, Jeongju Kim
- TBM 디스크 커터의 마모량을 실시간 계측하기 위해서는 센서를 이용해 계측을 자동화하는 것뿐만 아니라, 계측된 데이터를 후방의 정보처리시스템에 안정적으로 전송하는 것도 중요하다. 본 …
To measure the wear amount of the TBM disk cutter in real time, it is important not only to automate the measurement …
- TBM 디스크 커터의 마모량을 실시간 계측하기 위해서는 센서를 이용해 계측을 자동화하는 것뿐만 아니라, 계측된 데이터를 후방의 정보처리시스템에 안정적으로 전송하는 것도 중요하다. 본 연구에서는 TBM 커터헤드에 설치된 센서로부터 챔버 후방에 설치된 수신기로 데이터를 무선 전송할 때 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy, BLE) 기술의 활용 가능성을 검토하였다. 실험실 모사 실험을 통해 송신기의 신호강도, 송신기와 수신기 사이의 거리, 챔버 공간에 채워진 물질의 종류에 따라 변화하는 수신기의 신호 수신 강도(Received Signal Strength Index, RSSI)의 특성을 분석하였다. 송신기의 신호강도를 0 dBm 이상으로 설정하면 실험에서 고려한 모든 이격거리 조건과 챔버의 상태 조건에서 데이터를 무선전송할 수 있었다.
- COLLAPSE
To measure the wear amount of the TBM disk cutter in real time, it is important not only to automate the measurement using sensors, but also to stably transmit the measured data to the information processing system. In this study, we investigated the viability of utilizing Bluetooth Low Energy (BLE) technology to wirelessly transmit sensor data from the TBM cutter head to a receiver located at the chamber's rear. Through laboratory experiments, we analyzed the Received Signal Strength Index (RSSI) of the receiver considering various signal strength of the transmitter, separation distances between the transmitter and receiver and chamber fill materials. Our results demonstrate that wireless data transmission is feasible across all tested conditions when the transmitter signal strength is 0 dBm or higher.
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TBM 챔버 상태와 전송 거리에 따른 저전력 블루투스 신호의 수신 강도 분석: 실험실 모사 실험