시공장비 활용성 증대방안

ㅇ 일반적인 해양공사의 절차는 아래의 표와 같이 분류되며, 신재생 에너지와 관 련된 특정 구조물이 설치되는 과정을 제외한 나머지 공정에도 공통적으로 적 용된다.

[항만 수중공사용 무인사석고르기 활용성 증대 방안]

항 목 설 명 작업공정 활용성 증대

대체 방안

Marine Route Survey (사전해양조사)

공사 수행 전에 해저면에 대한 전반적인

지구물리조사

Bathymetric survey Sidescansonar Sub bottom profiling Magnetometer survey Marine corering

해상 corering 대체용 천공기(Driller)

Route Engineering (케이블 루트 설계)

해양조사에 의해 취득된 자료를 GIS를 이용하여 최적 케이블 루트 설계

GIS system

Simulation -

Pre line grapnel run (항로청소 및 저질점검)

시공지역에 대한 장애물 제거 및 Towing 장력 사전 점검

Grapnel 견인 장력측정

해저지반 data 취득

콘관입시험기(CPT)

Shore end work (연안 연결부 공사)

구조물과 연결되는 해저 케이블이 육상으로 상륙하는 부분에 대한 도랑 및 보호공 설치

Trench 설치 공사 굴삭기, 유압집게, 절삭기, 착암기 등

Structure installing (구조물 설치)

신재생 에너지 분야의 경우 발전 특징에 따라 특정 구조물이 설치됨

상동 상동

Cable Laying &

Plugging

(케이블 포설 및 커넥터 삽입)

해저 케이블 설치용 Trench 시공 및 수중 커넥터 연결

해저 지반 조건에 따른 작업 Tool 변경

암반 : 착암기 연약지반: 절삭기 토사, 펄: 워터젯, 준설장치 Covering/Rock

Dumping (보호공 설치)

케이블 보호를 위한 콘크리트 보호공(매트) 포장

블레이드 이용 사석포장 유압집게 이용 콘크리트 매트 시공

중량물 이송/시공

Dredging (준설)

안전심도 확보를 위한 Trench 형성 및 준설

워터젯을 이용한 절토 및 준설장치를 이용한 토사 이동

토사 및 펄의 효율적인 제거를 위한 워터젯, 준설장치

58 가. Platform 활용방안 □ 연약지반용 궤도(Track)

ㅇ 현재 해양연구원에서 진행되고 있는 ‘항만 수중공사용 무인다목적 기계화 시공장비’의 주된 기능은 사석고르기로 이에 부합되도록 골재로 이루어진 해저면 바닥에서 효과적인 마찰력을 제공하기 위한 금속성의 궤도롤 제작 되었다. 그러나 실제 자연 상태의 해저면은 다양한 형질을 가지고 있고 따 라서 마찰력이나 지반 침하의 정도가 매우 다양한 형태로 나타난다. 본 기 획연구의 목적은 무인 다목적 시공장비의 적용성을 높이고 다양한 분야에 폭넓게 사용하기 위한 방안을 모색하는 것이므로 시공장비가 골재 뿐만 아 니라, 다양한 원지반면 조건에서 자유롭게 이동할 수 있어야 한다. 이를 위 해 자연 상태 원지반면에서 수중 장애물 극복 및 직진성능 등을 확보하여 이동이 용이하고 주행성능을 향상시킬 수 있는 무한궤도에 대한 연구가 반 드시 필요하다.

[연약지반에서 운용 중인 Track Type ROV]

□ 장비위치확인시스템(Positioning)

ㅇ 수중에서 운용되는 원격 무인 장비는 수중이라는 특수한 환경때문에 장비의 거동 이나 위치파악이 용이하지 않다. 운전자 또는 작업자가 의도하는 특정한 위치에 수심에서 정확하게 장비의 기능과 움직임을 제어하기 위해서는 시공장비의 수중 위치 파악이 필수적이다. 이를 위해 다양한 시스템이 활용되고 있으며, 가장 널리 사용되고 있는 것이 음파를 이용한 수중위치추적시스템(Underwater Acoustic Trac king System)이다. 이 중에서 대표적인 것이 SBL(Short Base Line), LBL(Long Base Line), USBL(Ultra Short Base Line)이다. 수중음파 위치추적장치가 가지고 있는 단 점을 보완하기 위해 DVL(Doppler Velocity Log)나 IMU 등이 동시에 활용될 수 있다.

[USBL System]

[DVL System]

[LBL System 운용 예]

60 □ Navigation by Sonar

ㅇ 실제 수중에서 시공장비의 이동 및 운용을 위해서는 탑재된 다양한 형태의 카메 라에 의존하여 작업상황이나 수중환경을 모니터링 하게 된다. 그러나 수중에서 가 시거리는 육상에 비해 미우 제한적이며 불량하다. 여기에 시공장비가 이동, 작업하 면서 발생된 부유물이나 해저면의 혼탁물질에 의해 시야가 더욱 나빠지게 된다.

이러한 조건에서는 장비의 이동이나 작업의 수행이 영향을 받거나 작업이 불가능 한 상황이 발생할 수 있다. 따라서 Optic에 의한 카메라 영상이나 모니터링은 위 와 같은 제약조건이 발생할 수 있기 때문에 이러한 문제를 해결하기 위해 음파를 이용한 Sonar system을 구비해야 할 필요가 있다. 물체 인식을 위한 Sonar system은 목적에 따라 다양하며, 작업환경이나 용도에 맞게 조합하여 적용하면 최 적의 장비운용 성능을 구현할 수 있다.

[고해상도 Sonar]

[고해상도 Sonar 획득 영상 이미지]

[MS 1000 Series Scanning Sonar & Altimeters, Kongsberg]

나. 부착도구(Tool) 활용방안

□ 굴삭기(Excavator)

ㅇ 현재 해양연구원에서 진행 중인 항만 수중공사용 무인 다목적 기계화 시공 장비의 주 기능은 사석고르기로 전면부에 Tool의 하나로 블레이드가 부착 되어 있다. 그러나 실제 해저면에서 사석고르기를 수행하는 경우, 작업과정 에서 기존 바지선에서 투하된 사석들이 언덕형태를 이루고 있는 경우가 많 기 때문에 이러한 경사면을 이동하면서 사석고르기 작업을 수행하여야 한 다. 이 때 필요에 따라서는 굴삭이나 경사면을 평평하게 고르는 작업이 필 요하다. 이를 해결하기 위해 육상에서 일반적으로 사용되는 다굴절 팔이 추 가되어야 한다. 굴삭기능을 위한 다굴절 팔에 사용되는 동력원은 유압을 사 용하며, 추가적으로 유압 Pack 이 설치되면 다양한 응용 Tool들을 작업환경 이나 특수 목적에 맞게 효율적으로 사용할 수 있게 된다.

[굴삭기능이 추가된 수중 ROV]

[다목적 Tool이 부착된 다굴절 로봇팔]

□ 유압집게(Hydraulic Grabber)

ㅇ 해저면에 설치되는 전력 및 통신 케이블의 경우, 외부요인에 의한 파손을 방지하기 위해 보호공을 설치하게 되며, 이러한 보호공은 연안에서는 어로 활동에 따른 저인망 네트 작업 또는 앵커 투척으로부터 케이블을 보호하거 나 파손을 방지하는 역할을 한다. 이러한 보호공으로 콘크리트 매트나 우라 덕트 등을 추가로 설치하기도 한다. 이러한 보호공을 설치 또는 부착하기 위한 기존의 방법은 해상바지선에서 크레인을 이용하여 해저면에 있는 다 이버의 지시에 따라 설치되나 이 경우, 수중에서 작업하는 다이버는 지속적

62 인 위험상황에 노출되게 되고 작업능률도 저하된다. 굴삭기능이 추가된 시 공장비에 유압을 이용한 집게(Grabber)를 부착하면 해저면에 설치될 건설자 재나 대형 사석들을 집고 이동하는데 효율적으로 사용할 수 있다.

Air라인 크레인

Air공급장 치

Air공급원 교신원

신호 수

통신선

[잠수사에 의한 사석설치방법]

[유압용 집게(Grabber)]

[유압용 집게(Grabber)]

□ 절삭기(Rotary Drum Cutter)

ㅇ 해저면에 설치되는 전력 및 통신 케이블의 경우, 외부요인에 의한 파손을 방지하기 위해 보호대책이 마련되어야 한다. 연안의 경우, 앵커에 의한 파 손을 방지하기 위해 앵커 파지력이 미치지 못하는 안전 심도까지 도랑 (Trench)을 건설하고 케이블을 매설하여야 한다. 이러한 경우, 유압을 이용 한 절삭기(Drum Cutter)를 사용하면 해저면을 형성하는 연암이나 중간 정 도 경도의 암반층을 진동없이 파쇄하고 절삭하여 케이블 매설용 도랑건설 이 용이하다. 절삭기는 충분한 하중과 동력을 제공하는 유압 굴삭기의 다굴 절 로봇 팔에 장착되어 기존 유압팩과 연결하면 쉽게 사용할 수 있다. 절삭 기 헤드 부분에 설치된 Round shank carbide bit 가 유압으로 충분한 파쇄 력을 발휘함으로써 암반파쇄를 효과적으로 수행할 수 있다.

[절삭기를 사용한 도랑 건설]

[Round shank carbide bit]

□ 착암기(Breaker)

ㅇ 해저면에 설치되는 전력 및 통신 케이블의 경우, 외부요인에 의한 파손을 방지하기 위해 보호대책이 마련되어야 한다. 보호대책으로 도랑(Trench)을 건설하는 과정에서 경도가 높은 화강암 암반대가 존재할 경우, 이를 효과적 으로 파쇄할 수 있는 보다 강력한 작업 Tool 이 요구된다. 현재 사용되는 재래식 방법은 잠수사가 직접 소형 착암기를 들고 암반을 파쇄하는 경우가 대부분이나 이런 경우, 잠수사의 작업시간 및 안전성이 확보되지 않아 작업 능률이나 효율이 낮다. 앞에서 언급한 절삭기의 경우는, 연암이나 비교적

64 무른 암반에서 사용하는 반면, 화강암반과 같이 경도가 높은 암반의 경우에 는 착암기(Breaker)를 사용해야 한다. 유압을 이용한 착암기(Breaker)를 사용 하면 고경도의 암반층에 대한 파쇄 및 절삭이 용이하다. 착암기의 설치는 절삭기의 설치 원리와 동일하며, 유압팩을 적용하여 충분한 동력과 하중을 전달할 수 있다.

[착암기를 이용한 잠수사의 암반파쇄]

[착암기(Breaker)]

[출력별 착암기]

□ 천공기(Driller)

ㅇ 해저면 공사시 경우에 따라 암반의 발파를 용이하게 하기 위해서 또는 해 저면의 지층자료 수집을 위한 Core sampling을 수행하는 경우, Jack up 바 지선을 동원하여 해상 corering을 하게 된다. 이 때 바지선이나 예인선 등 이 동원되어 많은 비용이 발생하게 된다. 본 연구에서 개발할 무인 다목적 시공장비의 다굴절 로봇 팔에 유압팩을 활용한 유압 천공기를 부착하여 연 안 수중 천공작업에 활용할 수 있다. 절삭기나 착암기와 동일한 원리로 기 존의 유압계통을 활용하여 충분한 동력과 하중을 전달함으로써 적은 비용 으로 다양한 형태의 해저 암반들을 효과적으로 천공할 수 있다.

[해상 Corering]

[굴삭기에 부착된 육상용 천공기]

□ 굴착용 송곳(Auger)

ㅇ 연약지반의 경우에는 앞장에서 서술한 Driller가 제 기능을 하기 어렵다. 이 러한 경우에는 굴착용 송곳(Auger)이 사용되어야 하며, 이를 무인 다목적 기계화 시공장비에 접목하면 굴착기능 Tool 로서 소규모 천공작업에 매우 효과적으로 사용할 수 있게 된다. 굴착용 송곳도 다른 부착 장비와 동일한 원리로 유압동력을 사용하며, 위험한 환경에서 작업하는 다이버의 역할을 대신할 수 있게 된다.