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) 및 ③ 2세세부과제의 성과

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) 및 ③ 2세세부과제의 성과를 통합하면서 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)를 개발하기 위하여, 광산용으로 개발된 외국의 TSL들을 수집.분석하고 다양한 역학적 성능을 함께 평가하여, TSL의 재료개발 방향(안)을 제시하였다. 마지막으로 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. 또한 주방식 지하구조의 경제적인 효과를 검토하고자 동일한 시공조건에서 기존 2-Arch공법과의 비교를 실시한 결과, 기존 공법과 동일한 지보패턴과 콘크리트 라이닝을 적용하더라도 모든 암반조건에서 공사비 절감이 가능하였다. 특히, 암주의 개수, 즉 주방식 지하구조의 면적이 증가할수록 공사비 절감효과가 더욱 증대하는 것을 확인하였다.

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) the optimized design and construction processes for UPRM combining with the key products of the second sub-sub 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. In addition, mechanical properties of TSLs at different curing ages are experimentally evaluated after commercial foreign TSLs used for underground mines were collected and analyzed in detail. Especially, the recipe of a TSL for UPRM was suggested. Lastly, 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. Compared with the conventional 2-Arch tunnelling method, it was revealed that underground construction costs would be highly reduced in every rock mass condition by replacing the 2-Arch tunnelling method with URPM even though the same support patterns and concrete lining were applied to both methods. Especially, the more construction costs could be reduced as the area of a underground room-and-pillar structure, namely the number of pillars increases.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 3
• Summary ... 6
• 목차 ... 10
• 표목차 ... 14
• 그림목차 ... 16
• 제 1 장 서 론 ... 21
• 1. 연구배경 및 필요성 ... 21
• 2. 연구의 비전 및 목표 ... 23
• 3. 연구내용 및 방법 ... 26
• 제 2 장 자유단면 굴착기 커팅헤드의 설계기법 분석 및 설계(안) ... 28
• 1. 개 요 ... 28
• 2. 자유단면 굴착기의 설계기법 분석 ... 30
• 2.1 로드헤더의 주요 구성 및 원리 ... 30
• 2.2 커팅헤드 및 픽커터의 선정과 설계방법 ... 33
• 3. 자유단면 굴착기 설계를 위한 데이터베이스 구축 ... 48
• 3.1 구축된 데이터베이스의 개요 ... 48
• 3.2 데이터베이스의 통계분석 ... 50
• 4. 자유단면 굴착기의 설계방법(안) ... 53
• 4.1 자유단면 굴착기의 설계절차 ... 53
• 4.2 자유단면 굴착기의 설계를 위한 스프레드시트 제작 ... 56
• 5. 커팅헤드 설계모델 개발을 위한 실험인프라 설계 ... 60
• 5.1 커팅헤드 설계를 위한 절삭실험에 대한 개요 ... 60
• 5.2 외국의 절삭 실험장비 조사 ... 61
• 5.3 실험인프라의 설계를 위해 고려해야 할 커팅헤드의 핵심 설계변수 ... 66
• 5.4 중규모 선형절삭실험을 위한 KICT 실험장비(안) ... 68
• 제 3 장 박층 폴리머 라이너의 성능평가 및 개발방향(안) ... 72
• 1. 개 요 ... 72
• 2. 박층 폴리머 라이너의 개념 및 특징 ... 74
• 2.1 TSL의 지보 메커니즘 ... 74
• 2.2 TSL의 주요 구성 재료 ... 76
• 2.3 TSL의 특성 ... 78
• 3. 박층 폴리머 라이너의 재료분석 ... 80
• 3.1 분석기법 및 장비 ... 80
• 3.2 시료분석 ... 83
• 3.3 결론 ... 93
• 4. 박층 폴리머 라이너의 성능평가 ... 94
• 4.1 개요 ... 94
• 4.2 TSL의 성능평가를 위한 시험방법 ... 95
• 4.3 TSL의 성능평가 결과 및 분석 ... 103
• 5. 박층 폴리머 라이너의 개발방향(안) ... 113
• 5.1 개요 ... 113
• 5.2 설계 방안 ... 113
• 5.3 설계 방안 특징 ... 116
• 제 4 장 지하공간 계측을 위한 자기장 통신 대응 계측기 선정 ... 117
• 1. 개 요 ... 117
• 2. 주요 현장별 계측기기 현황 및 우선 개발계측기 분석 ... 117
• 2.1 흙막이 가시설 공사 ... 117
• 2.2 지중굴착 터널 공사 ... 118
• 2.3 지중 Life Line 공사 ... 119
• 3. 무선계측기 개발을 위한 우선순위 검토 ... 120
• 4. 무선 데이터 통신방식에 따른 계측기 우선순위 검토 ... 122
• 4.1 매질 특성에 따른 통신 방식 ... 122
• 4.2 자기장 통신의 특성 ... 123
• 5. 목표대상 계측기 선정결과(결론) ... 128
• 제 5 장 도심지 주방식 지하구조의 설계개념(안) ... 134
• 1. 개 요 ... 134
• 2. 주방식 지하구조의 개념 및 특징 ... 136
• 2.1 지하자원 개발을 위한 종래의 주방식 채굴법 ... 136
• 2.2 주방식 공간의 안정성 확보를 위한 암주의 설계 개념 ... 146
• 2.3 서브트로폴리스의 사례 분석 ... 149
• 3. 주방식 지하구조의 안정성 평가 방법 ... 154
• 3.1 기존 주방식 채광 공법의 암주 평가 방법 ... 155
• 3.2 기존 주방식 채광 공법의 천장부 안정성 평가 방법 ... 158
• 4. 주방식 지하구조의 안정성 해석 ... 161
• 4.1 주방식 공법에서 무지보 암주에 관한 수치해석 검토 ... 161
• 4.2 주방식 공법에서 천장부와 암주의 안정성 해석 ... 167
• 5. 주방식 지하구조의 설계개념(안) ... 174
• 5.1 주방식 지하구조와 기존 채광분야의 주방식 공법 비교 ... 174
• 5.2 주방식 지하구조의 방배수 기본 개념(안) 수립 ... 175
• 5.3 2아치 터널 굴착공법과 비교를 통한 주방식 굴착 공법의 예비 경제성 분석 ... 179
• 제 6 장 결 론 ... 195
• 참고문헌 ... 198
• 서지자료 ... 206
• Bibliographic Data ... 207
• 끝페이지 ... 208