초록 ▼

본 연구는 암반의 지지력을 최대로 활용하여 인공적인 콘크리트 구조물과 지보재의 시공을 최소화할 수 있으며 운용 중에도 확장이 가능한 지하공간 구조물을 구축하기 위한 주방식 공법(Underground Room-and Pillar Method, UPRM)을 개발하기 위하여 ① 친환경적이면서 고속 굴착시공을 도모하기 위한 자유단면굴착기(로드헤더)의 커팅헤드 최적 설계기술, ② 암반 지보재인 숏크리트를 대체하면서 박층 시공과 방수 기능 확보가 가능한 박층 뿜칠 라이너(Thin Spray-on Liner, TSL), ③ 굴착 암반을 신속하고

본 연구는 암반의 지지력을 최대로 활용하여 인공적인 콘크리트 구조물과 지보재의 시공을 최소화할 수 있으며 운용 중에도 확장이 가능한 지하공간 구조물을 구축하기 위한 주방식 공법(Underground Room-and Pillar Method, UPRM)을 개발하기 위하여 ① 친환경적이면서 고속 굴착시공을 도모하기 위한 자유단면굴착기(로드헤더)의 커팅헤드 최적 설계기술, ② 암반 지보재인 숏크리트를 대체하면서 박층 시공과 방수 기능 확보가 가능한 박층 뿜칠 라이너(Thin Spray-on Liner, TSL), ③ 굴착 암반을 신속하고 효과적으로 보강하기 위한 휴대용 고압 그라우팅 펌프, ④ 굴착토와 굴착버력을 현장에서 재활용하기 위한 바이오폴리머 기술 및 ⑤ 이상의 핵심기술들을 통합하여 토목구조물로서 활용하기 위한 주방식 지하구조의 최적 설계 및 공정분석 기술 개발을 목표로 설정하였다.
본 연구과제의 1차년도에는 자유단면굴착기의 커팅헤드와 픽커터에 대한 데이터베이스를 구축하였으며, 이를 바탕으로 6개국에서만 비공개로 보유하고 있는 기술인 커팅헤드 설계기법과 설계방법(안)을 제시하였다. 또한 도심지의 주방식 지하구조에 적합한 박층 뿜칠 라이너(TSL)의 재료개발 방향(안)을 제시하였다. 도심지 주방식 지하구조의 설계개념을 도출하기 위하여, 다양한 조건들에 대한 수치해석을 통해 주방식 지하구조에서 가장 중요한 암주(rock pillar)의 형상과 강도에 대한 매개변수 해석을 실시하였으며 암주와 가용 공간의 형상비에 따른 안정성 평가도 함께 실시하였다. 이를 바탕으로 도심지 주방식 지하구조물에 적합한 설계절차(안) 및 배수시스템(안)을 제안하였다. 굴착 암반을 효과적으로 보강하기 위한 휴대용 고압 그라우팅 펌프 설계안을 도출하고 이의 성능을 평가하기 위한 고수압 지하수 환경에서의 주입성능 평가 기법을 함께 개발하였다. 마지막으로 바이오폴리머 기술을 이용하여 압축강도가 15 MPa인 흙 조성물을 개발하였다.

Abstract ▼

This study aims to develop Underground Room-and-Pillar Method(UPRM) used for expansion of underground structures in use and minimization of the use of artificial concrete structures as well as rock supports by using in-situ rock mass support capacity. Its detailed aim is to develop (1) the optimized

This study aims to develop Underground Room-and-Pillar Method(UPRM) used for expansion of underground structures in use and minimization of the use of artificial concrete structures as well as rock supports by using in-situ rock mass support capacity. Its detailed aim is to develop (1) the optimized design technology of a partial-face excavator(roadheader) cutting head for eco-friendly rapid rock excavation, (2) Thin Spray-on Liner(TSL) with higher stability and water-proofing capacity compared with conventional sprayed shotcrete as its substitute, (3) portable high-pressure grouting pump for rapid and efficient reinforcement of excavated rock mass, (4) biopolymer technology for field recycling of excavated soil and mucks, and (5) the optimized design and construction processes for UPRM combining with the key technologies of this research project.
First, the key technologies and methodology for designing roadheader cutting head was proposed based on the database for roadhead cutting head and its pick cutters as a cutting tool built in the first year-stage study. Second, the recipe of a TSL for UPRM was suggested. Third, a variety of parametric studies on the shape and the strength of a rock pillar which are key design parameters for underground room-and-pillar structure were carried out with the stability analyses considering different ratios of rock pillar to room widths. Based on the studies, the design process and the concept of drainage system for UPRM was also proposed. Fourth, the design draft of the portable high-pressure grouting pump was proposed for rapid reinforcement of excavated rock mass. Lastly, soil and biopolymer mixture with its compressive strength of 15 MPa was successfully made.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 요 약 문 ... 3
• Summary ... 4
• 목 차 ... 5
• 표 목 차 ... 7
• 그림목차 ... 8
• 제1장 서 론 ... 11
• 1. 연구배경 및 필요성 ... 11
• 2. 연구의 비전 및 목표 ... 13
• 3. 연구내용 및 방법 ... 16
• 4. 연구 추진체계 및 전략 ... 21
• 제 2 장 당해연도 연구성과(1차년도) ... 22
• 1. 대표성과 ... 22
• 1.1 자유단면 굴착기 커팅헤드의 설계기법 분석 및 설계(안) 도출 ... 22
• 1.1.1 자유단면 굴착기 설계를 위한 데이터베이스 구축 ... 22
• 1.1.2 자유단면 굴착기의 설계방법(안) ... 26
• 1.1.3 커팅헤드 설계모델 개발을 위한 실험인프라 설계 ... 31
• 1.2 박층 폴리머 라이너의 성능평가 및 개발방향(안) 도출 ... 36
• 1.2.1 박층 폴리머 라이너의 재료분석 ... 37
• 1.2.2 박층 폴리머 라이너의 성능평가 ... 38
• 1.2.3 박층 폴리머 라이너의 개발방향(안) 도출 ... 43
• 1.3 지하공간 계측을 위한 자기장 통신 대응 계측기 선정 ... 47
• 1.3.1 무선계측기 개발을 위한 우선순위 도출 ... 47
• 1.3.2 진동계 자기장 통신 플랫폼(1차 시작품) 제작 ... 49
• 1.4 휴대용 고압 그라우팅 펌프 설계(안) 도출 ... 50
• 1.4.1 휴대용 공압식 그라우팅 펌프 핵심부품 설계(안) 및 작동 원리 ... 51
• 1.4.2 핵심부품 설계(안)의 신뢰성 검증을 위한 3D 작동 시뮬레이션 ... 52
• 1.5 고수압 지하수 환경에서의 주입 성능평가 기법 개발 ... 55
• 1.5.1 그라우트 주입 성능평가를 위한 시험장비 제작 ... 55
• 1.5.2 그라우트 재료의 주입성능 평가 ... 57
• 1.6 바이오폴리머 기술을 이용한 압축강도 15 MPa 흙 조성물 개발 ... 62
• 1.6.1 바이오폴리머 혼입 흙 조성물의 성능평가 ... 62
• 1.6.2 바이오폴리머 혼입 흙 조성물의 최적 배합 도출 ... 66
• 1.6.3 바이오폴리머 혼합토의 시험시공 ... 69
• 1.7 도심지 주방식 지하구조의 설계개념(안) 도출 ... 70
• 1.7.1 주방식 지하구조에 대한 안정성 해석 ... 71
• 1.7.2 주방식 지하구조의 설계개념(안) ... 80
• 1.7.3 주방식 지하구조의 안정성 평가결과에 기반한 예비 경제성 분석 ... 84
• 2. 1차년도 연구성과(Outcome) ... 91
• 2.1 1차년도 연구성과의 우수성 ... 91
• 2.2 당해연도의 정량적 성과 ... 92
• 2.3 연구성과의 파급효과 ... 93
• 2.3.1 경제적 효과 ... 93
• 2.3.2 기술적ㆍ사회적 효과 ... 93
• 제 3 장 결 론 ... 95
• 참고문헌 ... 99
• 서지자료 ... 102
• Bibliographic Data ... 103
• 끝페이지 ... 104