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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국건설기술연구원 Korea Institute Of Construction Technology |
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보고서유형 | 단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2015-12 |
주관부처 | 미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 | TRKO201600004100 |
DB 구축일자 | 2016-08-06 |
키워드 | 지하공간.굴착.안정화.지보.주방식 공법.Underground Space.Excavation.Stabilization.Support.Room-and-Pillar Method. |
IV. 연구개발 결과(1단계)
본 연구과제에서는 커팅헤드 설계방법을 정립하여 프로그램화하였다. 프로그램을 통해 지반조건과 시공조건에 따라 픽커터 배열을 2차원 및 3차원 자동 설계할 수 있도록 하였다. 또한 당 연구원에서 보유하고 있는 LCM(Linear Cutting Machine)을 활용하여 커팅헤드 설계를 위한 실물 실험인프라를 구축하였다. 특히, 3축 로드셀에 의해 실물 절삭실험 시에 발생하는 픽커터의 3차원 작용력을 측정할 수 있도록 하였으며, 픽커터의 주요 설계변수인 픽커터 각도를 조절할 수 있도록 하였다. 이와 같
IV. 연구개발 결과(1단계)
본 연구과제에서는 커팅헤드 설계방법을 정립하여 프로그램화하였다. 프로그램을 통해 지반조건과 시공조건에 따라 픽커터 배열을 2차원 및 3차원 자동 설계할 수 있도록 하였다. 또한 당 연구원에서 보유하고 있는 LCM(Linear Cutting Machine)을 활용하여 커팅헤드 설계를 위한 실물 실험인프라를 구축하였다. 특히, 3축 로드셀에 의해 실물 절삭실험 시에 발생하는 픽커터의 3차원 작용력을 측정할 수 있도록 하였으며, 픽커터의 주요 설계변수인 픽커터 각도를 조절할 수 있도록 하였다. 이와 같이 구축된 실험인프라을 활용하여, 커팅헤드 설계모델 도출을 위한 절삭실험들을 수행하였다.
도심지의 주방식 지하구조에 적합한 박층 뿜칠 라이너(TSL)를 개발하기 위하여, 분말 1성분 및 액상+분말 2성분의 시작품 배합조건을 도출하였고 기존의 외국산 제품을 비교 대상으로 하여 다양한 성능평가를 실시하였다. 성능평가 결과, 분말 N1 배합과 2성분 NM2 배합이 유럽 EFNARC의 성능 기준을 모두 만족하였고 대부분의 성능 지표에서 외국산 제품과 유사한 성능을 발현하였다. 또한 TSL을 노후 터널 라이닝에 개발된 2성분의 현장 타설시공을 성공적으로 실시하였다. 단, 파괴 시의 신장률과 연성의 추가적인 향상과 개발된 TSL에 적합한 타설장비의 선정에 대한 추가 보완 연구가 필요하다.
심도, 지반조건, 단면크기, 암주의 형상비, 룸의 형상비 등을 고려한 총 300개 조건에 대해 설계검토를 실시하여, 도심지 주방식 지하구조의 지보설계 패턴을 도출하였다. 이와 더불어 주방식 공법의 적용성을 파악하기 위하여 지하공간의 활용성, 구조적 안정성 및 시공장비의 적용성을 모두 만족하는 조건을 지보패턴의 검토대상으로 선정하였다. 이상의 변수해석으로부터, 암주의 안전율에 따른 주방식 지하구조의 지보패턴을 제시하였다. 또한 지류론과 암주강도 산정법에 의해 총 125개 조건에 대한 무지보 암주의 설계패턴을 제시하였고 이를 프로그램으로 구현하였다. 주방식 지하구조의 배수시스템은 TSL과 수압 경감을 고려하여 상부부배수와 하부 배수의 2가지 시스템으로 구성하여 제시하였다. 마지막으로 이상과 같이 제시된 도심지 주방식 지하구조의 경제성을 분석하고자 대상 심도와 지반조건이 유사한 기존 개착공법(서울지하철 정거장)과 공사비를 비교하였다. 분석 결과, 주방식 지하구조의 단위 체적당 직접공사비(서비스 공간 기준)는 기존 개착공법 대비 29.2~46.4%의 공사비 감소효과를 확인하였다. 2단계에는 주방식 지하구조의 공정모델을 제시하고 굴착패턴을 완성하고, 다양한 조건에서의 경제성을 추가로 확인할 계획이다.
IV. Key Research Results (1st stage)
The design methodology of cutting head for partial-face excavation machines was established and computerized. Depending upon ground and construction conditions, twoand three-dimensional array of pick cutters can be automatically designed. In additio
IV. Key Research Results (1st stage)
The design methodology of cutting head for partial-face excavation machines was established and computerized. Depending upon ground and construction conditions, twoand three-dimensional array of pick cutters can be automatically designed. In addition, a full-scale experimental system for cutting head design was built by utilizing LCM(Linear Cutting Machine) in KICT. Especially, it is capable of measuring three-dimensional cutter acting forces by a three-dimensional roadcell during a full-scale cutting test by a pick cutter. Two kinds of pick cutter installation angles which are the key parameters for cutting head design can be easily controlled by the system. By using the full-scale cutting test system, a series of cutting tests have been carried out to derive an optimized cutting head design model.
Two types of Thin Spray-on Liner(TSL) prototypes(Powder type and Liquid+Power double type) to be used for URPM were derived, and their various performances were compared with a foreign TSL product. From the performance evaluation, N1(Powder single type) and NM2(Liquid+Power double type) mixes showed to satisfy every performance criterion proposed by EFNARC, and furthermore showed performances similar to the foreign product. In addition, NM2 TSL prototype was successfully applied to a deteriorated tunnel. However, a further study is in demand to improve TSL elongation at its break and to find out a suitable TSL spraying machine.
Total 300 conditions were selected and reviewed to derive a support design pattern for URPM by considering a variety of design conditions such as its depths, ground conditions, room sizes and shapes. Especially, the optimal conditions satisfying space availability, structural stability and the applicability of construction equipments were only examined for deriving URPM support design pattern. From the parametric studies, the URPM support design pattern was proposed at different design safety factors of a rock pillar. A simple design pattern of unsupported rock pillars was also proposed and computerized for total 125 design conditions based on the tributary area method as well as rock pillar strength estimation models. The URPM drainage system consisting of upper and lower drainage systems was also proposed to be suitable for TSL installation and water pressure reduction in an URPM structure. Finally, the construction costs of URPM and a conventional cut-and-cover method were compared at the same conditions. From the analysis, URPM is shown to reduce the construction cost per available underground unit volume by 29.2~46.4% compared with the conventional cut-and-cover method. In the next stage, the complete excavation patterns and their corresponding construction cycle models for UPRM will be proposed, and its economical feasibility will be analyzed in detail.
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