• Technical Notes

    국내외 TBM 제작 사양 및 전문인력 양성 프로그램 분석

    Domestic and Overseas TBM Production Specification and Professional Training Program

    김기환, 김성철, 강시온, 문철화, 정윤영, 김혁

    Ki-Hwan Kim, Seong-Cheol Kim, Si-On Kang, Cheol-Hwa Mun, Yun-Young Jeong, Hyouk Kim

    해외에서는 도심지나 하천 통과구간의 많은 터널은 쉴드TBM으로 시공되고 있고, 관련 장비발주가 이뤄지고 있으며 이에 따라 발주처가 장비제작에 필요한 사양서를 제공하고 있다. 또한 ...

    In Overseas case, most tunnels in under are or through the river are constructed with shield TBM and the manufacturer orders of ...

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    해외에서는 도심지나 하천 통과구간의 많은 터널은 쉴드TBM으로 시공되고 있고, 관련 장비발주가 이뤄지고 있으며 이에 따라 발주처가 장비제작에 필요한 사양서를 제공하고 있다. 또한, 전문인력 양성 프로그램을 이수한 사람이 TBM장비를 운영하도록 한다. 이는 기계화 시공으로 유발되는 현장에서의 장비운영 상의 리스크를 최소화하기 위함이다. 그러나 국내에서는 아직까지 이러한 시스템이 구축되어져 있지 않아 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 국내외 기계화 시공 시 제공되어 지고 있는 입찰안내서의 차이를 알아보고 해외에서 이뤄지고 있는 전문인력 교육 프로그램을 조사하였다. 향후 국내 입찰안내서에 포함되는 필수적인 장비 사양의 가이드라인을 제시하고, 전문인력 교육 프로그램에 필요한 안내서를 제공하고자 한다.


    In Overseas case, most tunnels in under are or through the river are constructed with shield TBM and the manufacturer orders of related equipment suitable for the project are mode. Accordingly, the client provides the specifications required for the equipment manufacture. In addition, TBM equipment has been operated by those who have completed the expert training program, which for minimizing the risk of equipment operation in construction field corresponding to the mechanized construction. However, in Korea, such a system related to above the program and specifications has not yet been built, which is causing a lot of difficulties in construction field. Therefore, this study investigated the differences in bidding guides provided by mechanized construction in domestic and abroad, and the professional education programs for expert training being conducted from overseas. Futhermore, we will propose the guidelines of essential equipment specification contained in domestic bidding and provide the necessary manual for the professional education program for TBM as the mechanized construction method.

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    October 2019
  • Case Study

    직접전단시험에 의한 석회암 자연절리면의 전단특성 분석사례

    Case Study on the Shear Characteristics of Limestone Joint Surfaces by Direct Shear Tests

    김종우

    Jong-Woo Kim

    완만한 거칠기를 갖는 석회암 자연절리면에 대하여 KSRM 표준시험법에 의거한 개별적 직접전단시험과 수직응력을 단계별로 조절하는 다단계 직접전단시험을 실시하였다. 각 시험을 통해 전단시험 전후의 ...

    Limestone joint surfaces with smooth roughness were experimented by means of both the individual direct shear tests based on the KSRM standard ...

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    완만한 거칠기를 갖는 석회암 자연절리면에 대하여 KSRM 표준시험법에 의거한 개별적 직접전단시험과 수직응력을 단계별로 조절하는 다단계 직접전단시험을 실시하였다. 각 시험을 통해 전단시험 전후의 절리면 거칠기 변화를 알아보았고, 두 가지 시험에서 얻은 전단특성 값의 차이를 분석하였다. 두 가지 시험에서 모두 절리면의 거칠기가 클수록 전단저항은 증가하였으며, 수직응력이 증가할수록 절리면의 전단에 필요한 최대전단응력 값은 증가하였다. 다단계 직접전단시험으로 구한 최대마찰각은 개별적 직접전단시험으로 구한 것의 63% 수준에 불과하였다. 다단계시험은 절리면 요철부의 초기 맞물림이 단계적인 전단과정에 따라 시험 중 수시로 변화되어 원래의 거칠기가 변형되기 때문에 암석 절리면의 마찰각을 구할 때는 개별적 직접전단시험이 더 유효한 방법으로 판단된다. JRC값 4~8의 완만한 거칠기를 갖는 석회암 절리면의 물성값은 최대마찰각 47°, 잔류마찰각 38°, 점착력 37 kPa으로 평가되었다.


    Limestone joint surfaces with smooth roughness were experimented by means of both the individual direct shear tests based on the KSRM standard test method and the multi-stage direct shear test to apply the stepwise vertical stresses. Changes in the roughness of the joint surfaces before and after the shear tests were examined and the difference between the two kinds of tests mentioned above was analyzed. In both tests, the shear resistance increased as the joint roughness increased and the maximum shear stress required for shearing the joint surface increased as the vertical stress increased. The peak friction angle obtained by the multi-stage direct shear tests was only 63% of that obtained by the individual direct shear tests. In the multi-stage direct shear test, the initial engagement of the concave-convex parts changes frequently during stepwise shearing process, which deforms the original roughness of a joint surface. Accordingly, the individual direct shear test is thought to be more effective when obtaining the friction angle of the rock joint surfaces. Limestone joint surfaces with smooth roughness of JRC value ​4~8 were found to have peak friction angle of 47°, residual friction angle of 38° and cohesion of 37 kPa.

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    October 2019
  • Case Study

    Q-slope의 소개와 노천채탄장에서의 적용 사례

    Introduction of Q-slope and its Application Case in a Open Pit Coal Mine

    선우춘

    Choon Sunwoo

    노출 암반과 시추 코어를 특성화하고, 터널, 공동 및 광산 갱도에서 지보 및 보강 대책을 추정하기 위해 RMR 및 Q 분류법이 기술자들에 의해 ...

    The RMR and Q-system for characterizing rock mass and drilling core, and for estimating the support and reinforcement measures in mine galleries ...

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    노출 암반과 시추 코어를 특성화하고, 터널, 공동 및 광산 갱도에서 지보 및 보강 대책을 추정하기 위해 RMR 및 Q 분류법이 기술자들에 의해 널리 사용되어왔다. 사면에서의 암반분류는 SMR이 많이 사용되었지만 Q-Slope가 2015년부터 사면에 도입되었다. 지난 10년간, Q-slope라 불리는 수정된 Q시스템이 노천광산의 벤치, 도로사면 사면에 적용하기 위해 많은 저자들에 의해 시험되었다. 이 시험들을 통하여 Q-slope 값과 장기 안정 및 무지보 사면 경사각 사이에 간단한 상관관계가 있음이 나타내어 왔다. 터널이나 지하공간에서 RMR과 Q를 병용하면서 비교를 통해 상호보완 해왔던 것과 마찬가지로 사면에서도 SMR과 병행하여 Q-Slope를 사용할 수 있을 것이다. 국내에서 발표사례가 없는 Q-Slope의 사용방법과 인도네시아 Pasir 노천석탄광의 적용 예를 소개하고자 한다.


    The RMR and Q-system for characterizing rock mass and drilling core, and for estimating the support and reinforcement measures in mine galleries, tunnels and caverns have been widely used by engineers. SMR has been widely used in the rock mass classification for rock slope, but Q-Slope has been introduced into slopes since 2015. In the last ten years, a modified Q-system called Q-slope has been tested by the many authors for application to the benches in open pit mines and excavated road rock slopes. The results have shown that a simple correlation exists between Q-slope values and the long-term stable and unsupported slope angles. Just as RMR and Q have been used together in a tunnel or underground space and complemented by comparison, Q-Slope can be used in parallel with SMR. This paper introduces how to use Q-Slope which has not been announced in Korea and application examples of Pasir open pit coal mine in Indonesia.

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    October 2019
  • Original Article

    DFN 모델과 스미어드 균열 모델을 이용한 불연속 암반의 3차원 수리해석

    Hydraulic Analysis of a Discontinuous Rock Mass Using Smeared Fracture Model and DFN Model

    박정찬, 김진섭, 이창수, 권상기

    Jungchan Park, Jin-Seop Kim, Changsoo Lee, Sangki Kwon

    본 연구에서는 3차원 불연속균열망을 이용하여 불연속 암반을 모사하여 스미어드 균열 모델을 적용한 불연속 암반의 등가연속체 해석기법에 대해 연구를 실시했다. 연속체 해석 코드인 ...

    A three-dimensional(3D) equivalent continuum modeling was performed to analyze hydraulic behavior of rock mass considering discontinuities by using DFN model and ...

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    본 연구에서는 3차원 불연속균열망을 이용하여 불연속 암반을 모사하여 스미어드 균열 모델을 적용한 불연속 암반의 등가연속체 해석기법에 대해 연구를 실시했다. 연속체 해석 코드인 FLAC3D를 이용하여 모델링을 수행하였고, 해당 적용 모델의 신뢰성을 검증하기 위해 불연속체 해석에 널리 사용되는 3DEC 코드를 통해 모델의 메쉬 사이즈, 불연속면의 밀도 및 불연속면의 간극에 대한 민감도 분석을 함께 실시하여 제안 모델의 신뢰성을 검증할 수 있었다. 본 논문에서 제안된 등가연속체 해석기법을 이용한 불연속 암반의 수리해석에 대한 연구결과는 교통 터널, 석유비축기지, 방사성폐기물 처분장 등의 지하 구조물 설계 및 건설 분야에 기초자료로 활용될 것이라고 판단된다.


    A three-dimensional(3D) equivalent continuum modeling was performed to analyze hydraulic behavior of rock mass considering discontinuities by using DFN model and smeared fracture model. DFN model was generated by FLAC3D and smeared fracture model was applied by using FISH functions, which is built-in functions in FLAC3D, for equivalent continuum model of fractured rock mass. Comparative analysis with 3DEC, which is for discontinuum analysis, was conducted to verify reliability of equivalent continuum analysis by using FLAC3D. Similar results of hydraulic analysis under the same conditions could be achieved. Equivalent continuum analysis of fractured rock mass by using DFN model was implemented to compare with existing analytical methods for inflow into the tunnel.

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    October 2019
  • Original Article

    불연속면의 최대경사벡터를 활용한 사면거동해석

    Analysis of Rock Slope Behavior Utilizing the Maximum Dip Vector of Discontinuity Plane

    조태진

    Taechin Cho

    평사투영도에서 불연속면을 대표하는 유일한 점으로 정의되는 최대경사벡터를 해당 면의 경사와 경사방향에 의거하여 형성하였다. 평사투영해석에서 평면의 극점이 대원과 역방향에 제도되는 것에 비해 최대경사벡터는 ...

    Maximum dip vector of individual joint plane, which can be uniquely defined on the hemispherical projection plane, has been established by considering ...

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    평사투영도에서 불연속면을 대표하는 유일한 점으로 정의되는 최대경사벡터를 해당 면의 경사와 경사방향에 의거하여 형성하였다. 평사투영해석에서 평면의 극점이 대원과 역방향에 제도되는 것에 비해 최대경사벡터는 대원의 최대 경사지점에 위치하여 불연속면의 미끄러짐 방향을 직접 투영도 상에서 지시한다. 투영도 상에서 불연속면의 거동방향을 직접적으로 지시하는 최대경사벡터를 활용하여 평면 및 전도파괴 양상을 직관적으로 확인하였다. 특히 평면 파괴의 경우 블록의 옆면을 형성하는 고 경사 절리의 존재를 확인하여 실제 미끄러짐 블록의 형성가능성을 산정하였다. 또한 사면 방향과 반대방향을 갖는 고 경사절리들의 존재를 확인하여 3각형 단면을 갖는 미끄러짐 블록의 형성여부를 판별하고 안전율을 도출하였으며, 4각형 단면을 갖는 가장 취약한 블록의 안전율과 비교분석하였다. 쐐기파괴 경우에는 절리면 교차에 의해 형성되는 쐐기의 기저선 방향이 최대경사벡터 속성을 지니고 있어 쐐기파괴 영역을 평면 및 전도파괴 영역이 제도된 투영도 상에 함께 도시하여 분석을 수행하였다. 특히 쐐기 상부 면을 형성하는 절리를 추출할 수 있어 전체 쐐기형상을 추정하고 역학적 거동분석을 수행하는데 요구되는 쐐기의 기하학적 특성자료를 도출하는 토대를 확립하였다.


    Maximum dip vector of individual joint plane, which can be uniquely defined on the hemispherical projection plane, has been established by considering its dip and dip direction. A new stereographic projection method for the rock slope analysis which employs the maximum dip vector can intuitively predict the failure modes of rock slope. Since the maximum dip vector is uniquely projected on the maximum dip point of the great circle, the sliding direction of discontinuity plane can be recognized directly. By utilizing the maximum dip vector of discontinuity both the plane sliding and toppling directions of corresponding blocks can be discerned intuitively. Especially, by allocating the area of high dip maximum dip vector which can form the flanks of sliding block the potentiality for the formation of virtual sliding block has been estimated. Also, the potentiality of forming the triangular-sectioned sliding block has been determined by considering the dip angle of joint plane the dip direction of which is nearly opposite to that of the slope face. Safety factors of the different-shaped blocks of triangular section has been estimated and compared to the safety factor of the most hazardous block of rectangular section. For the wedge analysis the direction of crossline of two intersecting joint planes, which has same attribute of the maximum dip vector, is used so that wedge failures zone can be superimposed on the stereographic projection surface in which plane and toppling failure areas are already lineated. In addition the maximum dip vector zone of wedge top face has been delineated to extract the wedge top face-forming joint planes the orientation of which provides the vital information for the analysis of mechanical behavior of wedge block.

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    October 2019
  • Original Article

    근접병설터널에서 필라부 안전율 평가를 위한 강도감소법의 적용성 연구

    Application of Strength Reduction Method to Evaluation of Pillar Safety Factor in very Closely Spaced Tunnels

    전성권, 윤동호, 송재준, 김세형

    Sung-Kwon Jun, Dong-Ho Yoon, Jae-Joon Song, Se Hyung Kim

    근접병설터널에서 필라의 안정성을 평가할 때, 필라 폭이 최소가 되는 지점에서의 국부안전율(강도/응력비)을 조사하는 방법이 널리 사용된다. FEM 응력해석결과를 바탕으로 국부안전율이 ...

    When evaluating pillar stability in very closely spaced tunnels, a local safety factor (strength/ stress ratio) at the minimum width has been ...

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    근접병설터널에서 필라의 안정성을 평가할 때, 필라 폭이 최소가 되는 지점에서의 국부안전율(강도/응력비)을 조사하는 방법이 널리 사용된다. FEM 응력해석결과를 바탕으로 국부안전율이 1.0 이하인 경우는 필라의 안정성이 확보되지 못 하는 것으로 판단하고 인장볼트 등의 보강공법을 적용하고 있다. 그러나 국부안전율은 필라폭/터널반경(PW/D)의 변화와 무관하게 일정한 값을 보이고 있으며 인장볼트의 프리스트레싱 도입 시에도 축차응력의 변화가 크지 않아 상대적으로 필라의 안전율을 과소평가 할 수 있는 것으로 분석되었다. 아울러 Hoek and Brown(1980)이 제안한 평균안전율을 검토하였으나 상대적으로 필라폭의 크기가 커질 경우 필라의 안전율을 과대평가하는 현상을 관찰할 수 있었다. 이에 대한 대안으로 강도 감소법을 이용한 SRM 안전율을 도입하여 필라의 안정성을 평가한 결과 필라폭/터널반경 변화에 따른 무보강 및 인장볼트 보강효과가 잘 반영됨을 알 수 있었으며 파괴형상 또한 기존 극한 이론의 검토결과와 유사함을 알 수 있었다. 본 연구에서는 인장볼트의 보강효과를 구별하기 위해 록볼트 및 숏크리트를 고려하지 않고 안전율을 평가하였다.


    When evaluating pillar stability in very closely spaced tunnels, a local safety factor (strength/ stress ratio) at the minimum width has been widely used. Tension bolts have been frequently applied as reinforcement for the cases where safety factors are less than 1.0 from FEM stress analysis. However, the local safety factor shows a constant value irrespective of the change in pillar width/tunnel diameter (PW/D) and the safety factor of the pillar is underestimated because the variation of deviation stress is relatively small even when the pre-stressing is applied to the tension bolt. In addition, the average safety factor proposed by Hoek and Brown(1980) was reviewed, but the pillar safety factor was relatively overestimated when the width of the pillar was increased. As an alternative, the SRM safety factor using shear strength reduction method shows the effect of changing the safety factor in the case of no reinforcement and tension bolt reinforcement as the pillar width/tunnel diameter(PW/D) changes. The failure shape is also similar to the previous limit theory result. In this study, the safety factor was evaluated without considering rock bolt and shotcrete to distinguish reinforcing effect of tension bolt.

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    October 2019
  • Original Article

    암반굴착용 TBM 가동율의 통계적 특성 및 합리적 추정에 관한 연구

    Statistical Characteristics and Rational Estimation of Rock TBM Utilization

    고태영, 김택곤, 이대혁

    Tae Young Ko, Taek Kon Kim, Dae Hyuck Lee

    다양한 TBM 성능 예측 모델이 개발되었기만 대부분 관입율 예측에 한정되어 있다. 일부 모델들이 수식과 그래프를 이용하여 TBM 가동율을 추정하는 방법을 제시하기도 하지만 ...

    Various TBM performance prediction models have been developed and most of them were considered penetration rate only. Despite the fact that some ...

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    다양한 TBM 성능 예측 모델이 개발되었기만 대부분 관입율 예측에 한정되어 있다. 일부 모델들이 수식과 그래프를 이용하여 TBM 가동율을 추정하는 방법을 제시하기도 하지만, TBM 가동율에 대한 연구는 매우 드문 편이다. TBM 가동율은 TBM 장비의 종류, 운영, 유지보수, 지질 조건, 시공자의 경험 등에 영향을 받는다. 본 연구에서는 100여개 이상의 사례 분석을 통해서 TBM 가동율과 RMR, 암종 등의 지반조건, TBM의 종류, 터널의 연장 및 직경 등과의 관계를 조사하였다. 단순 및 다중 회귀분석을 수행하여 TBM 가동율 예측모델을 개발하였다. 암종 등의 지반조건, TBM의 종류, 터널의 연장 및 직경 등을 설명변수로 갖는 회귀모델은 낮은 상관계수를 나타내었다. RMR을 설명변수로 갖는 회귀모델이 더 높은 상관계수를 나타내었다.


    Various TBM performance prediction models have been developed and most of them were considered penetration rate only. Despite the fact that some models have suggested equations and charts for estimating the utilization factor, but there are a few studies to estimate the TBM utilization factor. Utilization factor is affected by the type of TBM machine, operation, maintenance of machine, geological conditions, contractor experience and other factors. In this study, more than 100 case studies are analyzed to determine the relationship between the utilization factor and RMR, geological conditions, TBM types, tunnel length, and TBM diameter. Simple and multiple linear regression analysis are performed to develop predictive models for the utilization factor. The predictive model with explanatory variables of geological conditions, TBM types, tunnel length, and TBM diameter does not give a good correlation. The predictive models with explanatory variable of RMR give higher values of the coefficient of determination.

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    October 2019