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수평굴착 시 점토압력이 굴착공의 안정에 미치는 영향에 관한 수치해석적 연구
Numerical Approach to Investigate the Effect of Mud Pressure on the Borehole Stability during Horizontal Directional Drilling 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.31 no.12, 2015년, pp.71 - 76  

강재모 (한국건설기술연구원) ,  이장근 (한국건설기술연구원) ,  배규진 (한국건설기술연구원) ,  문창열 (강원대학교 사회기반시스템공학과) ,  반호기 (강원대학교 사회기반시스템공학과)

초록
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최근 비개착 공법 중의 하나로 도심지에서 가스관이나 유틸리티관의 건설에서 수평굴착에 대한 관심이 높아지고 있다. 수평굴착에서 가장 문제가 되는 것 중에 하나는 굴착 시 굴착경의 안정성이다. 이러한 굴착경의 불안정은 지반 전체의 붕괴로 이어질 우려가 있기 때문이다. 본 연구에서는 유한요소 해석을 이용하여 굴착경의 보호를 위해 적용하는 점토압이 굴착경의 안전성에 미치는 영향을 살펴보았다. 굴착경 바깥쪽으로 가해지는 점토압이 깊이별로 일정하게 적용되었을 경우와 굴착 깊이가 깊어짐에 따라 큰 점토압이 작용했을 경우로 나누어 그 안전성을 살펴보았다. 유한요소 해석결과 굴착경 입구(앝은깊이)에서의 큰 점토압은 굴착경의 조기 파괴를 가져왔다. 따라서 입구에는 작은 점토압, 굴착 심도가 깊은 곳에서는 큰 점토압이 요구된다. 본 연구를 통해 실제 수평굴착에서 굴착경의 안정성을 확보하기 위한 최대 점토압을 예측하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, people are increasingly interested in horizontal directional drilling (HDD) to construct oil and gas pipeline and utility pipeline in the urban area as one of trenchless methods. One of major issues during the HDD is the collapse of borehole, which may be the potential causes of ground col...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 8N/kg;h는 표층에서 굴착경까지의 거리를 나타낸다. 따라서 본 연구에서는 전체굴착 길이에 100 kPa의 압력을 균등하게 적용했을 경우와 굴착경 입구에서 중반까지 50kPa, 그 이후 20m까지 200kPa의 점토압이 가해졌을 때 굴착경 주변 흙의 변형에 대해 살펴보았다.
  • 본 논문은 수평 굴착 시 굴착경의 건전성을 위해 사용되는 최대점토압과 그 점토압으로 인한 굴착경 주변지반의 거동을 수치해석을 통해 알아보았다. 이를 위해 탄소성 모델을 사용하였으며, 항복후의 소성거동은 연계성 및 비연계성 흐름법칙을 이용하여 보다 정밀히 살펴보았다.
  • 따라서 대부분의 수평굴착에 대한 연구는 마이크로 터널 굴착연구와 유사하다. 이러한 수평굴착 시 사용되는 점토압에 대한 실험적인 연구(Elwood et al., 2007; Elwood, 2008)또한 활발히 이루어지고 있지만, 본 연구에서는 목표지점까지 사선으로 굴착할 경우 굴착경 외경에 작용하는 점토압에 의한 굴착경의 건전성에 필요한 최대 점토압력을 수치해석적 접근 방법으로 구해 보고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
도심지에서의 관매설은 어떤 방법이 주로 이용되는가? 전형적인 관(pipeline)의 매설 방법인 일정한 깊이의 트렌치(trench)를 파고 관을 안치한 후 뒤채움을 하는 트렌치 공법을 사용하였으나, 최근에 도심지에서의 관매설은 트렌치를 파지 않은 비개착식 공법(trenchless technology)이 널리 이용되고 있다. 이러한 비개착식 공법 중 최근에 도심지에 건설되는 지하구조물의 굴착에서 수평방향굴착(Horizontal Directional Drilling, HDD)이 많이 적용되고 있다.
수평방향굴착 기술은 언제 처음 시작되었나? 수평방향굴착은 1970년대 초반 미국에서 최초로 시작되었으며(Ariaratnam et al., 1999), 유전개발에 이용되면서 그 기술이 발달되어 왔다.
수평방향굴착은 최근 어떤 경우 이용되나? , 1999), 유전개발에 이용되면서 그 기술이 발달되어 왔다. 최근에는 지하 매설관 설치 시 장애물이 있거나 지형적으로 강을 건너가야 하는 경우에 주로 이용된다. 수평방향 굴착의 가장 큰 장점은 지반교란을 최소화하고, 기존의 구조물의 손상과 환경오염을 줄일 수 있는데 있다.
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참고문헌 (10)

  1. Ariaratnam, S. T. and Beljan, I. J. (1999), "Utilization of Trenchless Construction Methods by Canadian Municipalities", Journal of Construction Engineering Management, Vol.125, pp.76-86. 

  2. Christopher, J. S. and Michael, M. (2003), "Drilling Fluid Loss Events in the Denver Basin Aquifers", ASCE, Geotechnical Engineering for Water Resources, pp.220-227. 

  3. Mathew, F. and James, K. (2003), "Management of Heave and Subsidence Risk for Horizontal Directional Drilling", Proceedings of No-Dig Conference, Las Vegas, Nevada, Paper C-2-39. 

  4. Harris, T., Drexel, H., and Rahman, S. (2005), "Horizontal Directional Drilling Application of Fusible C-950 TM PVC Pressure Pipe", Proceedings of 2005 No-Dig Conference, New Orleans, Florida, Paper A-1-05-1. 

  5. David, B., Glenn, D., and Neil, W. (2007), HDD design and construction challenges : Netarts Force Main, Proceedings of 2007 No-Dig Conference, San Diego, California, Paper # A-3-01. 

  6. Elwood, E. Y. David, Xia, H., and Moore I. D. (2007), "Hydraulic Fracture Experiments in a Frictional Material and Approximations for Maximum Allowable Mud Pressure", Proceeding, 60th Canadian Geotechnical Society Annual Conference, Ottawa, Ontario, Canada, pp.1681-1688. 

  7. Elwood, E. Y. David (2008), "Hydraulic Fracture Experiments in a Frictional Material and Approximations for Maximum Allowable Mud Pressure", Master Thesis, Civil Engineering, Queen's University, Kingston, Ontario, Canada. 

  8. ABAQUS User Manual Version 6.14 (2014), Hibbt, Karlson & Sorenson, Inc., Pawtucket, R. I. 

  9. Shu, B. and Ma, B. (2015), "Study of Ground Collapse Induced by Large-diameter Horizontal Directional Drilling in a Sand Layer Using Numerical Modeling", Canadian Geotechnical Journal, Vol. 52, pp.1-13. 

  10. Park, J., Park, D., Jee, S., and Kim, D. (2015), "Evaluation of Vertical Bearing Capacity of Bucket and Shallow Foundations Installed in Sand", Journal of Korean Geo-Environmental Society, Vol.19, pp.33-41. 

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