• Technical Note

    암반 손상대 제어를 위한 선행이완발파 시공 적용 사례

    Application of Pre-Fracturing Blast for Blast-Induced Damaged Zone Control

    임주휘, 정재훈, 강한별, 이재원, 신영진

    Juhyi Yim, Jae Hoon Jung, Han Byul Kang, Jae Won Lee, Young Jin Shin

    선행이완발파의 일종인 프리프랙쳐링발파는 기계식 굴착에 선행하여 발파로 암반을 취약화하는 공법이다. 본 연구에서 프리프랙쳐링발파의 BIDZ (Blast-Induced Damaged Zone) 제어 효과를 검증하기 위해 실증 …

    Pre-fracturing, a type of pre-conditioning blast, is a method used to weaken rock masses prior to mechanical excavation. In this study, various …

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    선행이완발파의 일종인 프리프랙쳐링발파는 기계식 굴착에 선행하여 발파로 암반을 취약화하는 공법이다. 본 연구에서 프리프랙쳐링발파의 BIDZ (Blast-Induced Damaged Zone) 제어 효과를 검증하기 위해 실증 현장에서 채취한 코어의 암반 물성을 측정하고 물성 변화를 통해 BIDZ를 평가하였다. 발파와 기계식 굴착을 병행하는 복합 굴착에 의한 EDZ (Excavation Damaged Zone)에서 일반적으로 기계식 굴착에 의한 영향 보다 발파에 의한 영향이 주요하기 때문에 BIDZ 제어는 곧 EDZ 제어로 이어진다. 포아송비, 탄성파 속력, 공극률, 밀도, 인장강도, 수리전도도, 열전도도에 대하여 일반 발파 대비 프리프랙쳐링발파가 BIDZ를 더 작게 발생시켰다. 그러나 영률과 일축압축강도에서는 BIDZ 저감 효과를 확인할 수 없었다. 발파 인장 균열 범위에 관한 이론식을 적용해 실내시험의 결과와 비교하여 BIDZ가 합리적인 수준에서 예측되었으나 지반 조건이나 장약량에 대한 가정으로 인해 BIDZ 범위 예측에 한계도 확인했다.


    Pre-fracturing, a type of pre-conditioning blast, is a method used to weaken rock masses prior to mechanical excavation. In this study, various laboratory tests were conducted on rock core samples obtained from the field to verify the effectiveness of pre-fracturing in controlling the BIDZ (Blast-Induced Damaged Zone) by measuring the physical properties of rock cores obtained from a test site and assessing changes in these properties. In the EDZ (Excavation Damaged Zone) caused by combined excavation using blasting and mechanical excavation, the effect of blasting is generally more significant than that of mechanical excavation, so BIDZ control directly leads to EDZ control. In terms of Poisson’s ratio, elastic wave velocity, porosity, density, thermal conductivity, tensile strength and hydraulic conductivity, the BIDZ size in pre-fracturing was smaller than that of conventional blasting. However, no clear reduction in the BIDZ was observed in the case of Young’s modulus and uniaxial compressive strength. By applying a theoretical formula predicting the range of tensile cracks caused by blasting and comparing it with the laboratory results, the BIDZ was reasonably predicted. Nonetheless, limitations in accurately predicting BIDZ size were identified due to assumptions regarding ground conditions and charge density in the formula.

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    31 October 2024
  • Technical Note

    GFRP 보강근 배근 콘크리트 기술동향 및 인장강화 효과 분석

    Technical Trend of Concrete Member with GFRP Bar and Tension Stiffening Effect

    이원준, 이성철, 조정우

    Won-Jun Lee, Seong-Cheol Lee, Jung-Woo Cho

    철근콘크리트 구조물 보강근으로는 일반강 소재가 주로 사용된다. 이 소재는 장기간에 걸쳐 부식이 진행되므로, 구조물이 노후화되면 안전성이 급격히 저하되는 문제가 발생한다. 그래서 부식 …

    Steel rebar is commonly used as reinforcement in reinforced concrete (RC) structures. However, steel rebar corrodes over time, leading to a significant …

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    철근콘크리트 구조물 보강근으로는 일반강 소재가 주로 사용된다. 이 소재는 장기간에 걸쳐 부식이 진행되므로, 구조물이 노후화되면 안전성이 급격히 저하되는 문제가 발생한다. 그래서 부식 우려가 없는 GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) 보강근이 기존 철근의 대체재로 주목받고 있다. 본 연구는 GFRP 보강근을 콘크리트 부재에 적용하기 위한 기초 기술을 조사하였다. 이를 바탕으로 기존의 GFRP 보강근 부재의 부착거동 및 인장강화 효과에 대해 분석하였다. 그 결과, GFRP 보강근의 부착거동의 반영, 보강근의 지름, 보강근비와 같은 GFRP 보강근의 물성치가 인장강화 효과의 주요 변수로 분석되었다. GFRP 보강근 적용을 확대하기 위해서는 인장강화 효과를 정확히 반영할 수 있는 신규 모델이 필요할 전망이다.


    Steel rebar is commonly used as reinforcement in reinforced concrete (RC) structures. However, steel rebar corrodes over time, leading to a significant reduction in structural safety as the structure ages. Therefore, Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP) rebar, which is not prone to corrosion, has gained attention as a replacement for conventional steel reinforcement. This study investigates the fundamental technology required for applying GFRP rebar to concrete members. Based on this, the bond behavior and tension stiffening effect of GFRP-reinforced members were analyzed. The analysis revealed that key properties of GFRP rebar, such as bond behavior, rebar diameter, and reinforcement ratio, are major factors influencing the tension stiffening effect. To further expand the application of GFRP rebar,it is expected that a new model that accurately reflects the tension stiffening effect will be required.

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    31 October 2024
  • Technical Note

    암반 절리면 거칠기 측정을 위한 휴대용 3D스캐너의 적용성 평가 연구

    A Study on Applicability Evaluation on Portable 3D Scanner for Measurement of Rock Joint Roughness

    김현식, 최승범, 하성준, 정호영

    Hyun-Sik Kim, Seungbeom Choi, Seong Jun Ha, and Hoyoung Jeong

    암석 절리면의 거칠기는 지하공간 및 터널 주변 암반의 안정성을 결정하는 중요한 인자로 고려되는 만큼 정량적으로 평가하는 것이 중요하다. 본 연구는 암석 절리면의 …

    The roughness of rock joint surfaces is considered a critical factor in determining the stability of underground spaces and tunnels, leading to …

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    암석 절리면의 거칠기는 지하공간 및 터널 주변 암반의 안정성을 결정하는 중요한 인자로 고려되는 만큼 정량적으로 평가하는 것이 중요하다. 본 연구는 암석 절리면의 거칠기를 경제적으로 측정하기 위한 휴대용 3D 스캐너의 적용 가능성을 기존의 레이저스캐너와 비교하여 고찰하였다. 레이저스캐너 및 휴대용 3D 스캐너를 통해 동일한 암석 절리면에 대한 일차원 거칠기, Z2(통계적 거칠기 파라미터)를 산정하여 비교하였다. 전반적으로 두 기기를 통해 측정된 암석 절리면의 거칠기 형상은 매우 유사한 것으로 평가되었으며, 측정된 거칠기의 변화양상도 유사하였다. 그러나 특정지점에서 거칠기를 다소 과소평가하는 것으로 나타나, 이를 보완하기 위한 연구가 필요할 것으로 판단되었다. 또한 직접전단시험을 통해 거칠기를 단계적으로 감소시켜가며 휴대용 3D 스캐너를 통해 거칠기의 변화 양상을 관찰하였다. 반복적인 전단시험에 의해 일차원거칠기와 Z2가 지속적으로 감소하는 양상을 휴대용 3D 스캐너를 통해 명확하게 확인할 수 있었다.


    The roughness of rock joint surfaces is considered a critical factor in determining the stability of underground spaces and tunnels, leading to attempts to measure it using various devices. This study explored the applicability of portable 3D scanner for measuring rock joint roughness in comparison to laser scanner. By constructing various one-dimensional roughness profiles using laser scanner and portable 3D scanner, and calculating the Z2(statistical roughness parameter) for comparison, it was found that the portable 3D scanner tends to underestimate roughness compared to the laser scanner. The variations in roughness and Z2 showed very similar patterns between the two devices. Through Direct shear tests that induced wear on the specimens, differences in roughness and Z2 due to wear were compared using the portable 3D scanner, confirming variations in roughness height and Z2 related to wear.

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    31 October 2024
  • Technical Note

    터널 발파패턴 최적화를 위한 BIM 설계자동화

    BIM Automatic Design and the Optimization of the Tunnel Blasting Patterns

    조은지, 김우진, 정재호, 방상혁

    Eunji Jo, Woojin Kim, Jaeho Jung, Sanghyuk Bang

    최근 도심지의 도시개발 패러다임이 지하공간 개발로 변화하면서, 대도시의 교통혼잡구간을 중심으로 지하도로 및 지하철도의 개발이 증가하고 있다. 본 기술보고는 NATM공법을 적용한 지하공간 개발과 …

    As the paradigm of urban development has recently changed to development of underground space, the road tunnels and railway tunnels are increasing …

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    최근 도심지의 도시개발 패러다임이 지하공간 개발로 변화하면서, 대도시의 교통혼잡구간을 중심으로 지하도로 및 지하철도의 개발이 증가하고 있다. 본 기술보고는 NATM공법을 적용한 지하공간 개발과 관련된 것으로 기존 2D 발파진동영향 분석 및 발파패턴설계의 한계점을 분석하고 이를 극복하기 위해 개발한 BIM기반 터널 발파패턴 선정 자동화에 관하 것이다. 개발된 기술은 기존 2D 발파설계에서 터널 노선 주변의 고려 가능한 보안물건의 한계와 설계에 소요되는 시간의 한계를 극복하기 위해 터널 노선의 위치별 좌표와 GIS정보를 활용한 노선 주변 모든 보안물건의 모델링이 용이하도록 개발하였다. 또한, 2D 발파설계에서는 발파영향 예측을 위해 시추공발파시험 결과를 적용하였으나, 개발된 기술에서는 실제 터널 발파로부터 얻어진 계측결과를 적용한 예측식의 재산정이 가능하여 시공 중에 모든 보안물건에 대한 발파영향 검토를 신속하게 재수행할 수 있으며 경제적인 설계가 가능하다. GTX-A5, 6공구에 대해 개발된 기술을 적용한 결과 기존 2D 발파설계 대비 1/480 수준인 약 5분 이내에 발파설계를 수행할 수 있었으며, 공사비 약 8억원/km, 공기 약 41일/km의 절감효과를 확인할 수 있었다. 따라서, 향후 BIM기반의 설계 및 시공관리 과정에서 최적의 발파패턴 산정을 위한 기술적 근거자료로 활용 가능할 것으로 예상된다.


    As the paradigm of urban development has recently changed to development of underground space, the road tunnels and railway tunnels are increasing to relieve traffic congestion. This technical notes is related to the development of underground spaces using NATM (New Austrian Tunneling Method). Limitations of conventional 2D blasting pattern design method were analyzed, and BIM-based automatic design method was developed to overcome them. Since it was developed to facilitate modeling of all safety facilities along a alignment using coordinates and GIS data, it can overcome the limitations of the number of safety facilities that can be considered and time required for conventional design. In the conventional design, the results of borehole test blasting were used to predict the blasting impact. However, the developed technology is possible to recalculate by applying the measurement results obtained from actual tunnel blasting, enabling rapid re-evaluation of the blasting impact on all safety facilities during construction, leading economical design. As a result of applying it to GTX-A5 and 6 sites, it took about 5 minutes, which is 1/480 compared to the conventional design method. In addition, the construction cost was reduced by about 8 billion won/km and the period was reduced by about 41 days/km. It is expected to be used as technical basis for calculating the optimal blasting pattern in the BIM-based design and construction management process.

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    31 October 2024
  • Technical Note

    고준위방사성폐기물 처분시설 부지 특성화를 위한 시추 절차서

    Procedure of Drilling Operations for Site Characterization of High-Level Radioactive Waste Disposal Facility

    천대성, 박재용

    Dae-Sung Cheon and Jai-Yong Park

    고준위방사성폐기물 심층처분을 위해서는 처분시설이 위치하게 되는 처분 부지의 심부 암반 특성을 파악하는 것이 필수적이며, 이 과정에서 심부 시추가 핵심적인 역할을 담당한다. 심부 …

    To effectively dispose of high-level radioactive waste, it is crucial to understand the geological characteristics of the deep rock at the disposal …

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    고준위방사성폐기물 심층처분을 위해서는 처분시설이 위치하게 되는 처분 부지의 심부 암반 특성을 파악하는 것이 필수적이며, 이 과정에서 심부 시추가 핵심적인 역할을 담당한다. 심부 시추는 회수된 코어를 활용한 시험과 시추공을 활용한 다양한 시험을 수행하여 다학제적인 심부 암반 특성을 획득할 수 있다. 하지만, 현재까지 국내에는 고준위방사성폐기물 처분시설 대상 부지의 조사 및 특성화를 위한 심부 시추에 관한 명확한 지침서나 절차서 등이 마련되어 있지 않은 상황이다. 본 보고는 고준위방사성폐기물 심층처분과 관련된 부지 특성화를 목적으로 한국지질자원연구원에서 2020년부터 5년간 다양한 암종에서의 다학제적 특성 평가를 위해 수행되었던 다목적 용도의 심부 시추 경험을 토대로 제안된 심부 시추 절차서에 관해 소개한다. 제안된 절차서는 건강, 안전 및 환경, 시추 사전 작업, 시추작업, 순환수 관리, 부지 특성화 평가인자 회득 시험 및 계측, 샘플링 등을 다양한 과정을 포함하고 있다. 이러한 절차서는 시추 현장 및 고준위방사성폐기물 관련 분야에서 요구되는 사항 및 원자력안전법의 품질보증 등의 강화 등 앞으로도 지속적으로 개정 및 수정이 이루어져야 할 것이다.


    To effectively dispose of high-level radioactive waste, it is crucial to understand the geological characteristics of the deep rock at the disposal site where the disposal facility will be located. Deep drilling is essential in this process and can obtain multidisciplinary deep rock characteristics by conducting tests using recovered cores and various tests using boreholes. However, in Korea, there are currently no established guidelines or procedures for deep drilling aimed at sit investigation and characterization for high-level radioactive waste disposal. This report proposes a deep drilling procedure based on five years from 2020 of multipurpose deep drilling experience conducted for various rock types by the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources. The proposed procedure includes various processes such as health, safety, and environments, pre-drilling work, drilling work, circulating drilling water management, site characterization evaluation parameter acquisition tests and measurements, and sampling. These procedures will need to be continuously revised and amended in the future to meet the needs of drilling and HLW disposal industries and related fields, as well as to strengthen quality assurance under the Nuclear Safety Act.

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    31 October 2024
  • Original Article

    심부 균열암반 정압주입시험 주입-회복 단계별 수리전도도 비교분석 연구

    A Study on Comparative Analysis of Hydraulic Conductivity in Injection and Recovery Phases of Constant Pressure Injection Tests in Deep Fractured Rock

    이항복, 박 찬

    Hangbok Lee and Chan Park

    심부 암반 환경이 처분시설의 주요 대상으로 고려되는 고준위 방사성폐기물 처분 연구사업에서, 해당 암반 내 수리지질특성 정보들은 처분 부지의 적합성과 시설의 설계/건설 및 …

    In the research project for the disposal of high-level radioactive waste, where the deep rock environment is considered as the main target …

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    심부 암반 환경이 처분시설의 주요 대상으로 고려되는 고준위 방사성폐기물 처분 연구사업에서, 해당 암반 내 수리지질특성 정보들은 처분 부지의 적합성과 시설의 설계/건설 및 운영 중 안정성 분석에 이르기까지 가장 핵심적인 평가인자로 활용된다. 이 같은 수리지질특성 자료들은 대상 부지에 위치한 심부 시추공을 이용하여, 현장 원위치 수리시험 수행을 통해 획득하게 된다. 이 과정에서 조사 결과의 신뢰도와 정확도는 최적 시험방법 선택, 시험 장비 성능, 시험법 및 조사절차 표준화, 자료해석 방법 등 여러 항목들과 밀접하게 상호 연결된다. 본 논문에서는 심부 균열암반 수리특성평가 신뢰도 향상을 위해, 가장 대표적인 수리시험인 정압주입시험의 주입 및 회복 단계에서 도출된 수리전도도 특성을 비교분석하였다. 자체 개발된 고성능 현지수리특성 측정시스템과 표준시험법이 포함된 조사절차를 국내 화강암/화산암 지역 내 균열암반 대수층의 심부시추공 현장에 적용하여 현지 압력-유량 자료를 획득하였고, 다양한 비정상류 해석해들을 활용해 수리전도도를 도출하였다. 연구 분석 결과, 다른 투수성 환경 조건(저투수성/고투수성)에서 각각 단일 시험구간 내 주입과 회복 단계의 수리전도도가 서로 높은 일치성을 나타냈다. 이처럼 실제 국내 심부 균열암반의 현장자료를 활용하여 하나의 특정한 수리시험 과정에서 다른 두 단계(주입/회복)의 비교분석을 정밀하게 수행한 본 연구사례는, 본질적으로 측정 결과의 검증 및 타당성 확보가 어려운 원위치 현장시험 고유의 한계점을 보완하고, 궁극적으로 현지 수리지질특성 정보 도출의 신뢰도 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.


    In the research project for the disposal of high-level radioactive waste, where the deep rock environment is considered as the main target for the disposal facilities, the hydrogeological characteristics of rock aquifers are utilized as the most important evaluation factor for the suitability of the disposal site, design/construction of facilities and stability analysis during operation. Such hydrogeological data are obtained by conducting in-situ hydraulic tests using deep boreholes located at the target sites. In this process, the reliability and accuracy of the investigation results are closely linked to various factors including the selection of the optimal testing methods, the performance of testing equipment, the standardization of testing procedures, and data interpretation methods. In this paper, to improve the reliability of the evaluation of hydrogeological characteristics in deep rock aquifers, we conducted a comparative analysis of the hydraulic conductivity characteristics derived from the injection and recovery phases of the most representative hydraulic test, the constant pressure injection test. A high-performance hydraulic testing equipment and standardized testing procedures were applied to deep boreholes in the fractured rock aquifers located in granite/volcanic rock areas in Korea, to obtain the downhole pressure-flow rate, and the hydraulic conductivity was derived by using various transient flow analysis solutions. The results of the study showed a high consistency between the hydraulic conductivity values obtained during the injection and recovery phases within the same test section, even under different permeability conditions (low-permeability/high-permeability). This research case, which precisely conducted a comparative analysis of two different phases (injection/recovery) within a single specific hydraulic testing process using actual field data from deep rock aquifers in Korea, is expected to help overcome the inherent limitations of in-situ field tests, where the validation and verification of measurement results are challenging, and ultimately contribute to enhancing the reliability of deriving in-situ hydrogeological characteristics information.

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    31 October 2024
  • Original Article

    쉴드 TBM의 자동 방향제어를 위한 머신러닝과 반복계산법에 의한 중절잭 추진 거리 예측

    Prediction of Articulation Jack Strokes for Automatic Steering Control of a Shield TBM Using Machine Learning and Iterative Calculation

    장수호, 이철호, 강태호, 최순욱

    Soo-Ho Chang, Chulho Lee, Tae-Ho Kang, and Soon-Wook Choi

    본 연구에서는 쉴드 TBM의 자율 운전을 위해 필요한 자동 방향제어에 대한 기초적인 연구로서, 쉴드 TBM에 사용되는 중절잭들의 추진 거리를 예측하고 이를 통해 …

    A fundamental study was carried out on automatic steering control necessary for autonomous operation of shield TBMs in the future. It outlines …

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    본 연구에서는 쉴드 TBM의 자율 운전을 위해 필요한 자동 방향제어에 대한 기초적인 연구로서, 쉴드 TBM에 사용되는 중절잭들의 추진 거리를 예측하고 이를 통해 쉴드 TBM의 3차원 경로 좌표를 계산할 수 있는 이론과 알고리즘을 정리하고 제시하였다. 중절잭들의 추진 거리를 예측하기 위하여 랜덤 포레스트 모델 기반의 머신러닝 모델과 설정된 허용 오차를 만족할 때까지 반복계산을 실시하는 방법을 적용하였다. 반복계산의 경우에는 계산시간을 단축하기 위한 최적화 방법들을 적용하였다. 허용오차를 제한하는 반복계산에 의한 상대오차의 평균과 분산이 머신러닝 모델의 예측결과보다 상대적으로 작게 나타났다. 그러나 반복계산의 경우에는 최적화 방법을 적용하더라도 계산시간 측면에서 적용할 수 있는 허용오차에 한계가 있는 것으로 나타났다. 따라서 실시간 계산속도가 중요한 경우에는 머신러닝 모델을 적용하는 것이 바람직하며, 사전에 계산된 결과를 활용할 수 있을 경우에는 반복계산법을 적용하여 정확도를 보다 높일 수 있을 것으로 판단된다.


    A fundamental study was carried out on automatic steering control necessary for autonomous operation of shield TBMs in the future. It outlines and proposes theories and algorithms for predicting the strokes of articulation jacks used in a shield TBM and calculating the three-dimensional path coordinates of the shield TBM based on these predictions. To predict the strokes of articulation jacks, two methods were applied: a machine learning model based on the random forest regressor, and an iterative calculation method to satisfy a preset allowable error. For the iterative calculation, optimization methods were applied to reduce computation time. The mean and variance of the relative errors from the iterative calculation with allowable error were found to be relatively smaller than the predictions of the machine learning model. However, even with optimization methods applied, the iterative calculation method showed limitations in the allowable error that could be applied in terms of computation time. Therefore, it would be better to apply the machine learning model when real-time calculation speed is crucial. On the other hand, when pre-calculated results can be used during construction, the iterative calculation can be applied to achieve higher accuracy.

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    31 October 2024
  • Original Article

    병렬터널 배치에서 터널 굴착이 기존 철도 선로에 미치는 영향에 관한 반경험적 접근

    Semi-empirical Approach to Investigate Tunnelling-induced Ground Movements and their Effects on at-grade Rail Track in Twin Side-by-side Tunnel Layouts

    안성권, 김대상, 강윤석, 김태훈

    Sung Kwon Ahn, Dae Sang Kim, Yun Suk Kang, and Tae-Hoon Kim

    지상에 위치한 기존의 철도 선로를 대체하기 위한 새로운 지하 구조물 건설에 대한 관심, 언론 보도, 및 논쟁이 증가하고 있다. 이 새로운 사업 …

    There has been increased interest, media coverage, and debate over constructing new underground structures to replace existing at-grade rail tracks. This new …

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    지상에 위치한 기존의 철도 선로를 대체하기 위한 새로운 지하 구조물 건설에 대한 관심, 언론 보도, 및 논쟁이 증가하고 있다. 이 새로운 사업 계획은 도시에 더 많은 주택과 녹색 편의시설을 제공하기 위한 공간 확보를 목표로 한다. 도심은 이미 밀집되어 있기 때문에 터널 기술자가 개발되지 않은 자연 그대로의 지반 조건을 맞닥뜨리는 경우는 거의 없다. 반면, 이 새로운 사업 계획은 토사 조건에서 새 터널이 작은 토피를 사이에 두고 지표면에 있는 기존 선로에 평행하게 시공되는 독특한 시나리오를 제공한다. 본 논문은 터널 굴착에 따라 선로에 발생할 것으로 예상되는 궤도 틀림을 산정하기 위해 반경험적 접근 방법을 이용해 수행된 연구에 관해 기술한 내용을 수록한다. 본 논문은 새 터널과 기존 선로의 상대 위치에 따른 선로의 회전을 도시한 등고선도를 제시한다. 터널 기술자는 본 논문이 제시하는 등고선도를 철도지하화 사업 관련 터널 노선 설계에 참고할 수 있다.


    There has been increased interest, media coverage, and debate over constructing new underground structures to replace existing at-grade rail tracks. This new scheme aims to free up space to provide cities with room for more housing with green amenities. Due to urbanisation, tunnel engineers have encountered greenfield ground conditions in cities on only a few occasions. However, the new scheme provides opportunities to investigate a unique scenario where new tunnels are driven parallel to the existing rail tracks on the surface with little ground cover in soft ground. This paper presents findings obtained from a semi-empirical approach that aims to investigate the likely track irregularity associated with tunnelling-induced ground movements. This paper presents contour maps that show track rotation according to the relative position of the new tunnel and existing rail tracks. Tunnel engineers would consult these maps for their tunnel route design for the scheme.

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    31 October 2024
  • Original Article

    보강된 픽커터의 커터작용력과 마모손상분석을 통한 현장적용성 검토

    Field Applicability of Coated Conical Pickcutters through Cutter Force and Wear Damage Analysis

    최순욱, 장수호, 이철호, 강태호, 정호영

    Soon-Wook Choi, Soo-Ho Chang, Chulho Lee, Tae-Ho Kang, and Hoyoung Jeong

    본 연구에서는 삽입재 주변부 보강이 픽커터의 마모손상에 주는 효과를 파악하기 위한 현장시험을 수행하였다. 현장시험 수행에 앞서 보강 픽커터와 무보강 픽커터에 대한 선형절삭시험을 …

    In this study, a field test was conducted to determine the effect of reinforcement around the insert on the wear damage of …

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    본 연구에서는 삽입재 주변부 보강이 픽커터의 마모손상에 주는 효과를 파악하기 위한 현장시험을 수행하였다. 현장시험 수행에 앞서 보강 픽커터와 무보강 픽커터에 대한 선형절삭시험을 통해 픽커터의 보강이 커터작용력에 주는 영향을 확인하였고 그 결과를 기반으로 로드헤더의 용량검토를 수행하였다. 커터작용력 분석 결과, 평균 연직력과 절삭력은 보강여부에 상관없이 유사했으나, 최대 연직력과 절삭력은 보강여부에 따라 표준편차가 크게 나타났다. 토크 검토에서 평균 절삭력을 사용할 경우는 관입깊이 6 mm 이하, 최대절삭력을 사용할 경우는 4 mm 이하가 적합한 것으로 산정되었다. 마모손상 분석에서는 각 픽커터의 사용개수, 삽입재가 유지되는 개수, 편마모 발생 개수, 사용 전과 후의 중량 차이에서 중량 손실을 제외하면 보강된 픽커터가 보강되지 않은 픽커터에 비해 16%에서 최대 28%까지 향상된 성능을 보여주었다. 이와 같은 결과로부터 픽커터의 보강이 픽커터의 내구성 향상에 상당한 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다. 다만 픽커터의 보강은 무보강에 비해 재료비와 추가 공정에 의해 비용이 높으므로 성능 향상에 의한 효과와 비용문제를 고려하여 선정할 필요가 있다.


    In this study, a field test was conducted to determine the effect of reinforcement around the insert on the wear damage of the pickcutter. Prior to the field test, a linear cutting test was conducted on the reinforced pickcutter and unreinforced pickcutter to determine the effect of the pickcutter reinforcement on the cutter force, and the capacity of the roadheader was checked based on the results. The cutter force analysis showed that the average normal force and cutting force were similar regardless of the reinforcement, but the maximum normal force and cutting force showed a large standard deviation depending on the reinforcement. From the torque review, it was determined that a depth of penetration of 6 mm or less using the average cutting force and 4 mm or less using the maximum cutting force was appropriate. In the wear damage analysis, the number of used pickcutters, the number of pickcutters with inserts retained, the number of cases of uneven wear, and the difference in weight between before and after use showed that the reinforced pickcutters outperformed the unreinforced pickers by 16% to 28%. From these results, we can conclude that pickcutter reinforcement has a significant impact on the durability of the pickcutter. However, the cost of reinforcing pickcutters is higher than that of unreinforced pickcutters due to material costs and additional processes, so it is necessary to consider the effect of performance improvement and cost.

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    31 October 2024
  • Original Article

    단일 시추공 시험과 시추공 간 수리 연결성 시험에 의한 KURT 내 균열 암반의 수리특성 연구

    Hydraulic Characteristics of Fractured Rock Mass in KURT by Single Hole Test and Cross-Hole Connectivity Test

    배성호, 최승범, 김진섭, 김학수, 김장순

    SeongHo Bae, Seungbeom Choi, Jin-Seop Kim, Hagsoo Kim, and Jangsoon Kim

    친환경에너지 범주에 속하는 원자력 발전은 비용과 효율성 측면에서 다른 발전 방법들에 비해 비교우위 장점을 가지기 때문에 최근 들어 세계적으로 비중이 점차 증가 …

    Nuclear power generation, which belongs to the eco-friendly energy category, has a comparative advantage over other power generation methods in terms of …

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    친환경에너지 범주에 속하는 원자력 발전은 비용과 효율성 측면에서 다른 발전 방법들에 비해 비교우위 장점을 가지기 때문에 최근 들어 세계적으로 비중이 점차 증가 추세로 전환되고 있다. 원자력 발전소 운영 과정에서 필연적으로 발생되는 고준위 방사성폐기물의 안전하고 효율적인 처분에 필요한 요소 기술들을 확보하기 위해 한국에서는 KURT (KEARI Underground Research Tunnel)를 중심으로 다양한 실증 연구들이 진행되어 오고 있다. 국내 분포하는 암종 및 지질 조건을 고려할 때 다중방벽 시스템은 다양한 고준위 방사성폐기물 처분 방법 중 가장 효과적인 것으로 평가되고 있다. 본 연구의 목적은 첫째, 펄스시험을 통해 대심도 저투수성 암반 구간의 수리특성을 평가하고 둘째, 다중방벽 시스템의 적정 설계와 안정성 평가에 필요한 대규모 현장 실험 설계와 시스템 구축을 위해 시추공 간 수리 연결성에 대한 정량적 정보를 확보하는데 있다. 이와 관련하여 KURT 내 2개 연구 구역에서 대심도 수리특성 조사 시스템 (DHTS)을 기반으로 다양한 시추공 시험들을 수행하였으며 특히 주입 방식의 시추공 간 수리 연결성 시험은 국내 최초로 성공적으로 시행되었다. 본 논문에서는 DHTS 성능 개선을 위해 개발된 공내 차단장치 (MDST)를 간략히 소개하고 단계적으로 수행된 현장 시추공 조사에서 획득된 주요 결과들을 중점적으로 논의하였다.


    Nuclear power generation, which belongs to the eco-friendly energy category, has a comparative advantage over other power generation methods in terms of cost and efficiency, and its share of electricity energy has recently shifted to an increasing trend worldwide. In Korea, various empirical studies have been conducted centering on KURT (KEARI Underground Research Tunnel) to secure elemental technology necessary for safe and efficient disposal of high-level radioactive waste inevitably generated during the operation of nuclear power plants. Considering the domestic rock type and geological conditions, the multi-barrier system is evaluated as the most effective among various high-level radioactive waste disposal methods. The objectives of this study were, first, to evaluate the hydraulic characteristics of deep and low-permeable rock masses and second, to secure quantitative information on the hydraulic connectivity between boreholes for establishing a large-scale in-situ test system necessary for the proper design and stability evaluation of the multi-barrier system. In this regard, diverse borehole tests using DHTS (Deep borehole Hydraulic Testing System) were performed in the two research modules in KURT, and in particular, the injection type cross-hole hydraulic connectivity tests were successfully completed for the first time in Korea. In this paper, we briefly introduced MDST (Mini Downhole Shut-in Tool) developed to update the performance of DHTS and mainly discussed the key results obtained from the stepwise in-situ borehole tests.

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    31 October 2024
  • Original Article

    달 심부 굴착을 위한 마이크로파 조사의 현무암 물성 영향에 대한 실험적 연구

    An Experimental Study on the Effects of Microwave Irradiation on Basalt Properties for Lunar Deep Excavation

    황지혜, 고태영

    Ji Hye Hwang and Tae Young Ko

    본 연구는 마이크로파 조사가 현무암의 물성에 미치는 영향을 분석하여 달 표면 및 심부 굴착을 위한 효율적인 기술적 가능성을 탐구했다. 실험을 통해 마이크로파 …

    This study investigated the effects of microwave irradiation on the physical properties of basalt to explore its potential as an efficient technique …

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    본 연구는 마이크로파 조사가 현무암의 물성에 미치는 영향을 분석하여 달 표면 및 심부 굴착을 위한 효율적인 기술적 가능성을 탐구했다. 실험을 통해 마이크로파 조사 시간에 따른 현무암 시험편의 P파 속도, Leeb 경도, Schmidt 해머 반발 경도, 세르샤 마모 지수, 일축압축강도, 탄성계수, 온도변화를 측정하였다. 연구 결과, 마이크로파 조사는 현무암의 미세균열을 발생시키고 물리적 강도를 감소시켰다. 특히 5분간의 마이크로파 조사 후 일축압축강도와 탄성계수가 크게 감소하였으며, 조사 시간 증가에 따라 P파 속도가 현저히 감소하여 암석 내부의 구조적 약화를 확인하였다. 이는 암석 내부로 침투한 마이크로파의 열응력 유발 및 광물 간 열팽창 차이로 인한 균열 확장이 주된 원인으로 분석된다. 본 연구는 달 환경과 유사한 조건에서 마이크로파 조사의 암석 약화 효과를 확인하여, 달 표면 및 심부 굴착 작업의 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 가능성을 제시하였다.


    This study investigated the effects of microwave irradiation on the physical properties of basalt to explore its potential as an efficient technique for lunar surface and deep excavation. Experiments were conducted to measure changes in P-wave velocity, Leeb hardness, Schmidt hammer rebound hardness, Cerchar Abrasivity Index (CAI), Uniaxial compressive strength (UCS), Young's modulus, and temperature of basalt specimens according to microwave irradiation time. Results showed that microwave irradiation induced microcracks in basalt and reduced its physical strength. Notably, after 5 minutes of microwave irradiation, UCS and Young's modulus decreased significantly. P-wave velocity also decreased markedly with increased irradiation time, indicating internal structural weakening of the rock. This is primarily attributed to thermal stress induced by microwave penetration into the rock and crack propagation due to differential thermal expansion between minerals. By confirming the rock weakening effect of microwave irradiation under conditions similar to the lunar environment, this study suggests the possibility of greatly improving the efficiency of lunar surface and deep excavation operations.

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    31 October 2024