초록 ▼

본 연구과제에서는 6개국에서만 비공개로 보유하고 있는 자유단면 굴착장비용 커팅헤드 설계기술을 개발하였다. 또한 도심지의 주방식 지하구조에 적합한 분말 1성분 및 액상+분말 2성분의 박충 뿜칠 라이너 (TSL)를 완성하였다. 피스톤 왕복에 의해 연속 토출이 가능한 휴대용 고압 및 저압 그라우팅 펌프 시스템을 개발하였고. 장비 1 kg당 0.43 MPa 주입이 가능하여 세계 최고 수준을 달성하였다. 바이오폴리머와 흙의 최적혼합을 통해 시멘트를 사용하지 않으면서도 압축강도 30 MPa 이상을 달성하였다. 지반조건과 시공조건을 고려하여 도

본 연구과제에서는 6개국에서만 비공개로 보유하고 있는 자유단면 굴착장비용 커팅헤드 설계기술을 개발하였다. 또한 도심지의 주방식 지하구조에 적합한 분말 1성분 및 액상+분말 2성분의 박충 뿜칠 라이너 (TSL)를 완성하였다. 피스톤 왕복에 의해 연속 토출이 가능한 휴대용 고압 및 저압 그라우팅 펌프 시스템을 개발하였고. 장비 1 kg당 0.43 MPa 주입이 가능하여 세계 최고 수준을 달성하였다. 바이오폴리머와 흙의 최적혼합을 통해 시멘트를 사용하지 않으면서도 압축강도 30 MPa 이상을 달성하였다. 지반조건과 시공조건을 고려하여 도심지 주방식 지하구조물에 적합한 지보패턴, 방·배수시스템 및 발파 굴착패턴을 제시하였다. 또한 주방식 지하구조물에서 공정분석을 실시하였고 주요 시공장비의 사용 대수에 대한 가이드라인을 제시하였다. 이상과 같이 개발된 핵심 솔루션 기술들과 주방식 지하구조물의 설계기술을 활용하여 4,000 m³ 이상의 주방식 지하구조물을 성공적으로 구축하였고, 계측에 의하여 안정성을 확인하고 TSL에 의한 지보 및 유입수 차단 효과를 검증하였다.

(출처 : 서지자료 532p)

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 optimize

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.

The design technology or a roadheader cutting head was successfully developed. The recipes of TSLs (power-type and power-and-liquid-type) for UPRM were also proposed in this study. The high-pressure and low-pressure portable grouting pump systems were made to be capable of continuous grout injection by piston returning action. It is able to inject grouts by the rate of 0.45 MPa per 1 kg of its weight. In addition, biopolymer-soil mixtures with the compressive strength over 30 MPa were proposed without cements. Support patterns, blasting patterns drainage and waterproofing system optimized for a variety of ground and construction conditions were proposed for Underground Room-and-Pillar Method (URPM). Its construction processes were analyzed in detai. A design guideline for the optimal number of jumbo drills was also suggested. By using the developed key technologies and URPM design methods, a large-scale underground room-and-pillar pilot structure with its excavated volume over 4,000 m³ was successfully built and verified by monitoring. Especially, the effect of TSLs on rock supporting and waterproofing was found from the pilot construction

(출처 : Bibliographic Data 533p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• Summary ... 6
• 목차 ... 8
• 표목차 ... 13
• 그림목차 ... 20
• 제1장 서론 ... 32
• 1. 연구배경 및 필요성 ... 32
• 2. 연구의 비전 및 목표 ... 34
• 3. 연구내용 및 방법 ... 37
• 제2장 자유단면굴착기용 커팅헤드 설계시스템 개발 ... 40
• 1. 개요 ... 40
• 1.1 자유단면굴착기의 주요 구성 및 원리 ... 41
• 1.2 커팅헤드의 형식 ... 45
• 2. 커팅헤드 설계모델 개발을 위한 커터 작용력 모델 ... 48
• 2.1 커팅헤드 설계를 위한 절삭실험 개요 ... 48
• 2.2 외국의 절삭 실험장비 조사 ... 49
• 2.3 실험인프라의 구축을 위한 커팅헤드의 핵심 설계 변수 ... 55
• 2.4 커팅헤드 설계를 위한 실물절삭실험 인프라 구축 ... 57
• 2.5 실물절삭실험 결과분석 및 작용력 모델 도출 ... 59
• 3. 커팅헤드 설계방법 정립 ... 77
• 3.1 커팅헤드 설계를 위한 데이터베이스 구축 및 분석 ... 77
• 3.2 커팅헤드의 설계방법 및 설계절차 ... 81
• 4. 자유단면굴착기용 커팅헤드 설계시스템 ... 97
• 4.1 커팅헤드 설계 탭 ... 98
• 4.2 설계결과의 가시화과 데이터베이스 탭 ... 101
• 4.3 로드헤더 안정성 검토 탭 ... 104
• 제3장 박층 뿜칠 라이너(TSL)의 개발 ... 106
• 1. 개요 ... 106
• 2. TSL의 개념 및 특징 ... 107
• 2.1 TSL의 지보 매커니즘 ... 107
• 2.2 TSL의 주요 구성 재료 ... 109
• 2.3 TSL의 특성 ... 111
• 3. 해외 TSL의 재료분석 ... 113
• 3.1 분석기법 및 장비 ... 113
• 3.2 재료 유형별 분석 ... 116
• 3.3 분석결과 요약 ... 125
• 4. TSL의 성능평가 방법 ... 126
• 4.1 개요 ... 126
• 4.2 TSL의 직접인장 시험 ... 126
• 4.3 TSL의 인발시험 ... 128
• 4.4 TSL로 코팅된 시험편의 압축시험 ... 130
• 4.5 EFNARC(2008)의 TSL 지지력 평가 시험 ... 130
• 5. 분말 1성분 TSL 시작품의 제작 및 성능평가 ... 134
• 5.1 개요 ... 134
• 5.2 예비 배합시험 ... 134
• 5.3 분말형 TSL 시작품의 배합조건 도출 ... 136
• 5.4 분말형 TSL 시작품의 성능평가 결과 ... 137
• 5.5 2성분 TSL 시작품의 제작 ... 143
• 5.6 2성분 TSL 시작품의 성능평가 ... 144
• 6. TSL 타설 시스템 구축 ... 151
• 6.1 TSL 타설 시스템의 검토 및 선정 ... 151
• 6.2 TSL 타설 시스템에 의한 시험타설 ... 152
• 7. TSL 완성품의 현장 타설시공 ... 153
• 7.1 한국철도시설공단 전라선 OO터널 ... 153
• 7.2 멕시코 Boleo Mine ... 156
• 7.3 대규모 지하굴착 현장((주)수원산업) ... 159
• 제4장 휴대용 고압 그라우팅 펌프 개발 ... 162
• 1. 개요 ... 162
• 2. 그라우팅 펌프의 설계 및 작동 시뮬레이션 ... 163
• 2.1 핵심부품 설계(안) 및 작동 원리 ... 163
• 2.2 3D 작동 시뮬레이션 ... 166
• 3. 그라우팅 펌프 제작 ... 167
• 3.1 그라우팅 펌프 시제품 제작 ... 168
• 3.2 그라우팅 펌프 시제품의 작동 테스트 ... 172
• 4. 그라우팅 재료의 주입성능 평가 실험 ... 181
• 4.1 연구의 필요성 ... 181
• 4.2 기술 동향 ... 182
• 4.3 실내실험장비 신뢰성 평가 ... 187
• 4.4 그라우팅 주입성능 평가 ... 191
• 5. 그라우팅 펌프의 현장적용 ... 199
• 5.1 하남선 공사현장 ... 199
• 5.2 목감택지개발 공사현장 ... 205
• 제5장 바이오폴리머-흙 혼합토 개발 ... 214
• 1. 개요 ... 214
• 2. 최적 바이오폴리머-흙 혼합 조건 도출 ... 218
• 2.1 상용 바이오폴리머의 종류 및 특성 ... 218
• 2.2 대상 흙 조성물 ... 220
• 2.3 바이오폴리머-흙 혼합물의 지반공학적 거동 특성 ... 223
• 3. 고강도 바이오폴리머-흙 혼합물 개발 ... 228
• 3.1 바이오폴리머 열처리를 이용한 15 MPa 압축강도 달성 ... 228
• 3.2 바이오폴리머 기술을 이용한 20 MPa 압축강도 달성 ... 229
• 3.3 바이오폴리머 기술을 이용한 25 MPa 압축강도 달성 ... 233
• 3.4 바이오폴리머-흙 혼합물의 지반공학적 거동 규명 ... 233
• 4. 압축강도 30MPa 이상 바이오-흙 시제품 개발 ... 241
• 4.1 고강도 시제품 개발을 위한 바이오신소재 혼합 레시피 개발 ... 241
• 4.2 바이오-흙 시제품 제작 및 강도 평가 ... 243
• 5. 바이오신소재를 이용한 현장 시험적용 ... 245
• 5.1 바이오신소재를 이용한 비탈면 표층보강 시험시공 ... 245
• 5.2 시험시공 결과의 모니터링 ... 247
• 5.3 수치해석에 의한 바이오신소재 현장 적용 시의 안정성 검토 ... 250
• 6. 바이오신소재 비탈면 표층보강용 시공장비 시제품 제작 ... 254
• 7. 경제성 분석 ... 255
• 7.1 바이오폴리머를 활용한 현장발생토 처리 전망 ... 255
• 7.2 바이오폴리머 상용화 사례를 통한 경제성 분석 ... 255
• 7.3 바이오폴리머-흙 건설재료의 경제성 확보 전략 ... 257
• 제6장 도심지 주방식 지하 굴착공법의 개발 ... 259
• 1. 개요 ... 259
• 2. 주방식 지하구조물의 개념 및 특징 ... 260
• 2.1 지하자원 개발을 위한 종래의 주방식 채굴공법 ... 260
• 2.2 주방식 공간의 안정성 확보를 위한 암주의 설계 개념 ... 272
• 2.3 서브트로폴리스의 사례 분석 ... 276
• 3. 주방식 지하구조의 안정성 평가 방법 ... 281
• 3.1 기존 주방식 채광 공법의 암주 평가 방법 ... 282
• 3.2 기존 주방식 채광 공법의 천장부 안정성 평가 방법 ... 285
• 3.3 지류론과 암주 강도에 의한 주방식 지하구조의 무지보 암주 설계 ... 288
• 4. 주방식 지하구조의 안정성 해석 ... 298
• 4.1 주방식 공법에서 무지보 암주에 관한 수치해석 검토 ... 298
• 4.2 주방식 공법에서 천장부와 암주의 안정성 해석 ... 305
• 5. 주방식 지하구조물의 지보패턴 설계 ... 312
• 5.1 지보패턴 설계를 위한 검토사항 ... 312
• 5.2 지보량 산정을 위한 사전 검토 ... 312
• 5.3 설계단면 결정을 위한 검토 (Type 1~3) ... 314
• 5.4 주방식 지하구조의 표준지보패턴(Type 1~3) ... 321
• 5.5 주방식 지하구조의 표준지보패턴(Type 4~5) ... 342
• 5.6 지보패턴의 안정성 검증 ... 353
• 6. 주방식 지하구조의 방·배수시스템 설계 ... 359
• 6.1 주방식 지하구조의 배수시스템에 대한 예비 설계(안) ... 359
• 6.2 유출수량별 대책공법 검토 및 유출수 실측사례 검토 ... 362
• 6.3 주방식 지하구조의 배수시스템 ... 374
• 7. 주방식 지하구조의 발파패턴 설계 ... 386
• 7.1 개요 ... 386
• 7.2 발파패턴 설계도 작성 및 손상권 예측 ... 387
• 8. 주방식 지하구조의 굴착공정 검토 ... 393
• 8.1 개요 ... 393
• 8.2 주방식 지하구조의 굴착공정에 대한 예비 검토 ... 394
• 8.3 발파공정을 고려한 주방식 지하구조 굴착공정 검토 ... 396
• 8.4 주방식 굴착공정 분석에 대한 소결론 ... 419
• 8.5 착암공정의 최적화 ... 420
• 8.6 굴진면 운영 개수에 따른 발파굴착 공정의 최적화 ... 422
• 9. 주방식 지하구조의 경제성 분석 ... 424
• 9.1 개요 ... 424
• 9.2 주방식 공법의 단위 공사비 산정 ... 424
• 9.3 지하철 정거정 공사비 사례와의 비교를 통한 경제성 분석 ... 431
• 10. 주방식 지하 굴착공법의 현장시공 ... 434
• 10.1 현장시공 대상 주방식 지하구조의 설계 ... 434
• 10.2 현장시공 ... 444
• 제7장 결론 ... 450
• 참고문헌 ... 457
• 부록(주방식 지하공간의 발파패턴도) ... 475
• (1) 3×6m 단면 발파패턴도 ... 476
• (2) 3×9m 단면 발파패턴도 ... 485
• (3) 3×12m 단면 발파패턴도 ... 494
• (4) 3×15m 단면 발파패턴도 ... 497
• (5) 6×6m 단면 발파패턴도 ... 501
• (6) 6×12m 단면 발파패턴도 ... 510
• (7) 6×18m 단면 발파패턴도 ... 523
• (8) 6×24m 단면 발파패턴도 ... 526
• (9) 6×30m 단면 발파패턴도 ... 529
• 서지자료 ... 532
• Bilbliographic Data ... 533
• 끝페이지 ... 534