접촉 거동을 고려한 TSL(Thin Spray-on Liner)의 수치해석 연구

이철호,장수호,이기철,김동욱,Lee, Chulho,Chang, Soo-Ho,Lee, Kicheol,Kim, Dongwook 한국터널지하공간학회 2015 한국터널지하공간학회논문집 Vol.17 No.6

A TSL (Thin Spray-on Liner) which consists of polymers has a higher initial strength, faster construction time and higher waterproofing performance than the conventional cementitious shotcrete. Main supporting mechanism of TSL is the adhesion and tensile strength which is distinct from the conventional shotcrete. Even though highly in demand due to its outstanding characteristics, TSL is not yet well-known support material. In this study, to evaluate contact behavior of TSL, numerical analysis was performed with comparing result from laboratory tests. From the analysis, cohesive behavior at the contact surface between TSL and rock can be evaluated by using combination of cohesive and the damage model. In addition, results show that the cohesive stiffness controled slope between force and displacement, the fracture energy controled level of force at the contact. TSL(Thin Spray-on Liner)는 폴리머로 구성된 재료로 기존 시멘트계 숏크리트에 비해 높은 조기 강도와 시공성, 방수기능이 특징이다. TSL이 숏크리트에 비해 가장 큰 차이점은 재료의 인장력과 점착력으로 하중을 지지하는 것이다. 최근 TSL의 우수한 특성으로 인해 TSL에 대한 수요가 늘어나고 있으나 아직까지 국내에 TSL의 재료적 특성이나 평가방법이 잘 알려지지 않았다. 본 연구에서는 TSL의 특성 중 접촉면의 거동을 실내시험과 수치해석 방법을 사용하여 분석하였다. 해석결과 TSL과 암석 모델 사이의 접촉면에 점착모델과 손상 기준을 함께 적용하여 TSL의 접촉 거동을 적절히 모사할 수 있었다. 또한 접촉면의 강성이 TSL 접촉면의 초기 하중-변위 관계를 설명하여 손상 에너지가 접촉면의 수렴 수준을 결정하였다.

타일 기반 주파수 도약 첩 대역 확산 기법

이철호,이병규,주현,Lee, Chulho,Lee, Byungkyu,Joo, Hyun 한국정보통신학회 2019 한국정보통신학회논문지 Vol.23 No.8

본 논문에서는 저피탐(LPI)/항재밍(AJ) 성능이 우수한 타일 기반 주파수 도약 첩 대역 확산(TBFH-CSS) 기법을 제안한다. 기존 주파수 도약 첩 확산(FH-CSS) 기법은 신호 주기와 대역폭이 일정한 단일 첩 신호로 주파수 도약을 수행하여 추적 재머가 쉽게 신호를 탐지하고 재밍 공격을 할 수 있다. 제안한 TBFH-CSS 기법은 단위 시간과 단위 대역폭으로 이루어진 기준 타일의 조합으로 첩 신호를 생성하여 신호 주기와 대역폭이 일정하지 않아 추적 재머가 신호를 탐지하고 효과적으로 재밍하기 어렵다. 추적 재머를 이용한 재밍 공격 시 기존 FH-CSS 기법과 제안한 TBFH-CSS 기법의 저피탐/항재밍 성능을 비교하여 TBFH-CSS 기법이 저피탐/항재밍 성능이 우수함을 확인하였다. In this paper, we propose the Tile Based Frequency Hopping - Chirp Spread Spectrum(TBFH-CSS) technique, which has excellent Low Probability of Intercept(LPI)/Anti-Jamming(AJ) performance. Conventional Frequency Hopping - Chirp Spread Spectrum(FH-CSS) technique uses only single chirp signal, that makes the follower jammer easy to find and jam. However, proposed TBFH-CSS uses various kind of chirp signals which are generated according to the structure of basis tile, it is composed the basis time unit and the basis bandwidth unit. The TBFH-CSS signal has variety signal period and signal bandwidth. Therefore, the follower jammer hard to find and difficult to jam the TBFH-CSS signal. We analysis the LPI/AJ performance of the TBFH-CSS technique when the follow jamming attack exist and compared with the performance of the conventional FH-CSS technique. From the analysis, we can see the proposed TBFH-CSS technique has better LPI/AJ performance than conventional technique.

차수용 박층 멤브레인 설치에 따른 콘크리트 라이닝의 구조적 보강효과에 관한 수치해석 연구

이철호,이기철,김동욱,최순욱,강태호,장수호,Lee, Chulho,Lee, Kicheol,Kim, Dongwook,Choi, Soon-Wook,Kang, Tae-Ho,Chang, Soo-Ho 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.3

A spray-applied waterproofing membrane which consists of polymers has a relatively higher constructability and adhesion than the conventional sheet-type waterproofing materials. Additionally, the spray-applied waterproofing membrane generally shows a waterproofing ability as a composite structure with shotcrete or concrete lining. Because its purpose is waterproofing at the structure, structural effects were not well reported than waterproofing abilities. In this study, structural effects of the membrane-attached concrete lining were evaluated using 3-point bending test by the numerical method. From the analysis, a load-displacement behavior of the concrete lining and fracturing energy after yielding were compared with various conditions. Consequently, concrete lining with spray-applied waterproofing membrane shows higher flexural strength and fracturing energy than the single-layer concrete lining. 차수용 박층 멤브레인은 폴리머를 주요 구성성분으로 하는 재료로서 높은 부착성능과 시공성을 특징으로 하는 방수 재료이다. 차수용 박층 멤브레인은 일반적으로 콘크리트 또는 숏크리트 라이닝과 일체화되어 복합 구조체 형태로 방수 기능을 발현하는 재료이다. 본 연구에서는 지하구조물의 대표적인 구조물인 터널에서 차수용 박층 멤브레인 타설이 가능한 콘크리트 라이닝 재료에 차수용 박층 멤브레인을 적용할 경우 콘크리트 라이닝의 거동 변화를 수치해석적 방법으로 검토하였다. 콘크리트 라이닝의 거동은 3점 휨 시험을 수행하는 것으로 가정하고 이때 발생한 하중-변위 관계를 통해 콘크리트 라이닝의 최대 휨 하중 변화와 항복 이후 변화를 검토하는 방법으로 연구를 수행하였다. 해석결과, 콘크리트 라이닝에 차수용 박층 멤브레인 시공을 통해 고려할만한 보강효과를 확인하였다.

주방식 지하구조물의 최적 굴착공정에 대한 예비 분석 연구

이철호,최순욱,현영환,황제돈,장수호,Lee, Chulho,Choi, Soon-Wook,Hyun, Younghwan,Hwang, Jedon,Chang, Soo-Ho 한국터널지하공간학회 2015 한국터널지하공간학회논문집 Vol.17 No.4

주방식 지하구조물은 여러 개의 갱도 굴착에 의해 형성되는 격자 형태의 구조물이므로, 갱도들의 굴착순서에 따라 주방식 지하구조물의 시공성과 경제성이 좌우될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 주방식 지하구조물의 지반조건, 굴착순서 등의 다양한 설계조건들을 고려하여 주방식 공법의 굴착공정을 검토하였다. 굴착공법으로는 발파공법을 가정하였으며, 가로 세로 병행 시공방식과 가로 세로 순차시공방식으로 구분하여 굴착공정을 검토하였다. 굴착순서에 따른 주방식 지하구조물의 안정성과 더불어 굴진면의 개수, 점보드릴의 이동거리 등에 따른 시공성을 분석한 결과, 구조적 안정성에는 큰 차이가 없으나 굴진면 운영 개소와 점보드릴의 이동거리 측면에서 가로 세로 병행 시공방법의 시공성이 상대적으로 유리한 것으로 나타났다. A room-and-pillar underground structure is characterized by its grid-type array of galleries. As a result, its construction and economical efficiency can be governed by excavation sequence of galleries. Therefore, this study aims to study the optimum excavation scheme of a room-and-pillar underground structure by considering its various design factors such as ground conditions and excavation sequences. Drill-and-blast method is assumed as a excavation method for a room-and-pillar underground structure. In addition, two kinds of excavation patterns corresponding to a concurrent and a sequential excavation patterns are considered in this study. For the assumed conditions, the structural stability and the construction efficiency based on the number of faces and the travel distance of a jumbo drilling machine are analyzed for the two excavation patterns. Even though the two kinds of excavation patterns show almost the same structural stability as each other, the concurrent excavation pattern is relatively preferable to the sequential excavation pattern in terms of the number of faces in operation and travel distance of a drilling jumbo.

주방식 공법에서 무지보 암주의 강도 산정에 관한 수치해석적 연구

이철호,장수호,신휴성,Lee, Chulho,Chang, Soo-Ho,Shin, Hyu-Soung 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.4

본 연구에서는 주방식 지하구조물의 안정성을 좌우하는 무지보 암주의 거동을 수치해석에 의해 검토하였다. 암주의 강도를 추정하기 위해 기존 연구들에서 제시된 경험식들을 수치해석 결과와 비교 분석하였다. 분석 결과, 암주의 폭이 높이보다 커질수록 암주 강도와 암반 강도의 비율이 증가하여 안정성 확보에 유리한 것으로 나타났다. 특히, 본 연구의 해석조건에서는 암주의 폭과 높이의 비율이 약 1.5 이상이면 무지보 암주의 강도가 암반의 압축강도보다 크게 얻어졌다. 또한 암주의 형상 조건에 따라 수치해석 결과와 유사한 결과를 산출하는 경험식이 다소 상이하여, 현장자료 기반의 경험식을 활용하기 위해서는 암주의 형상 조건에 따라 적합한 경험식을 적용하는 것이 필요하다. This study aims to evaluate the mechanical behaviors of unsupported rock pillars in a room-and-pillar underground structure by a series of numerical analyses. In addition, rock pillar strengths estimated by a few empirical equations proposed for underground mines are compared with those from numerical analyses. Based on the results from the numerical analysis, the ratio of pillar strength to rock mass strength increases as the ratio of the width of a pillar to its height becomes bigger. It means that higher ratio of pillar width to its height is much more favorable for stabilizing a room-and-pillar underground structure. Especially, unsupported pillar strengths estimated from numerical analyses are higher than rock mass strength when the ratio of pillar width to height is approximately over 1.5. It is also found that the choice of an empirical equation appropriate for a given geometric condition of a pillar is important for its feasible application to the stability analysis of a pillar in the room-and-pillar method.

발파 굴착에 의한 주방식 지하구조물의 굴착공기 분석 연구

이철호,현영환,송준호,장수호,Lee, Chulho,Hyun, Younghwan,Song, Junho,Chang, Soo-Ho 한국터널지하공간학회 2015 한국터널지하공간학회논문집 Vol.17 No.6

주방식 지하구조물은 여러 개의 암주의 룸으로 구성된 격자 형태의 구조물로 굴착순서에 따라 주방식 지하구조물의 시공성과 경제성이 좌우될 수 있다. 본 연구에서는 주방식 지하구조물의 굴착공정에서 중요하게 다뤄질 수 있는 발파굴착 공정을 장비 운영과 현행 발파 규정 및 건설공사 표준품셈에 근거하여 검토하였다. 굴착공법으로는 점보드릴을 이용한 발파공법을 가정하였으며, 기존연구에서 제시한 가로 세로 순차시공방식으로 검토하였다. 주방식 지하구조의 계획부지 크기에 따라 굴착공기와 장비운영 등을 고려하여 전체 굴착공정을 예상할 수 있었으며 막장운영 계획에 따라 운영가능한 장비수를 고려하여 전체 굴착공기를 예상할 수 있었다. A room-and-pillar underground structure is characterized by its grid-type array of room and pillar. As a result, its construction and economical efficiency can be governed by excavation sequence. In this study, the construction period by the drill and blast method which can be treated as a main sequence for excavation was examined by considering the regulation for blasting and construction standard of estimation in Korea. To evaluate the construction period for the room-and-pillar underground structure constructed in 4 kinds of square-type area ($30{\times}30{\sim}57{\times}57m$), the concurrent excavation pattern which was suggested in the previous researches was used. From the suggested condition, the total construction period by drill-and-blast method can be estimated with the consideration of the construction area, number of jumbo drill and faces in operation.

2아치 터널 굴착 공법과의 비교를 통한 주방식 굴착 공법의 예비 경제성 검토 연구

이철호,장수호,안성율,신휴성,Lee, Chulho,Chang, Soo-Ho,Ahn, Sung-Youll,Shin, Hyu-Soung 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.6

본 연구에서는 지하공간 건설을 위한 주방식 공법에 대해 기존 전통적인 지하공간 건설공법에 대비한 공사비 측면의 경제성 검토를 가정된 전형적인 지반조건에 대해 수행하였다. 경제성 비교검토를 위해 지하철 역사 등 대규모 지하공간 조성에 적용되고 있는 전통적인 공법 중 하나인, 2아치 터널 굴착 공법을 비교대상 공법으로 선정하고 동일한 공용 단면적을 확보하도록 굴착하였을 때 소요되는 공사비를 산정하여 비교하고 타당성을 검토하였다. 주방식 공법에 적용할 보강 공법 등은 기존 공법에서 사용하는 방식을 차용하는 것으로 가정하였으며 특히, 굴착 공사의 경우, 주방식 공법은 대체적으로 직사각형 단면을 사용하나 기존 공법과의 비교를 위해, 그리고 공간 천정부 및 암주부의 지반 자체 지지력을 최대한 증가시키기 위해 아치형의 터널 형태로 굴착하는 것으로 가정한 검토를 수행하였다. 검토 결과, 건설 요구 공간이 넓어질수록, 암반의 상태가 양호할수록 기존 전통 터널공법 대비 주방식 공법의 경제성이 더욱 향상될 수 있는 것으로 파악되었다. This study aims to investigate an economical efficiency of two excavation methods with respect to the room-and-pillar method for the underground space and conventional excavation method, i.e. 2-arch tunnelling method. For feasibility study, an excavation cost for both room-and-pillar method and 2-arch tunnelling method was estimated when the same space in operation was required. It was assumed that properties of reinforcements and rock were adopted from literatures. However, an excavation shape of the room-and-pillar method was assumed not to be the rectangular shape which is a general type in the room-and-pillar method but to be an arch shape in order to compare with the conventional excavation method (2-arch tunnelling) and to achieve the maximum bearing capacity of the structure during excavation. Consequently, the wider space in use or required and the better condition of rock we assumed, the more economical advantage we have in the room-and-pillar method than the 2-arch tunnelling method.

주방식 지하구조물의 설계 방법 고찰 Part II: 지보 설계 필요 단면 검토

이철호,허진석,현영환,장수호,Lee, Chulho,Hur, Jinsuk,Hyun, Younghwan,Chang, Soo-Ho 한국터널지하공간학회 2014 한국터널지하공간학회논문집 Vol.16 No.5

본 연구에서는 동반논문에서 수행한 해석 결과를 이용하여 주방식 지하구조물의 안정성, 공간 활용성, 시공장비 적용성을 검토하였다. 지하구조물 안정성은 강도응력비와 한계변형률 개념을 도입하여 적용하였으며 공간 활용성은 주어진 단면에 대한 공간의 비율로 활용률을 판단하였고 시공장비 적용성은 굴착공사에서 사용되는 대표 장비를 선정하고 장비의 회전반경을 고려하였다. 제안된 일련의 과정을 통해 모두 조건을 만족하는 지하구조물 형상을 선정할 수 있었으며 선정된 단면에 대한 지보재 설계가 가능할 것으로 나타났다. In this study, analysis results described in the companion paper was used to determine shapes of room-and-pillar underground structure. To select optimized shapes, structural stability, space applicability and vehicle applicability were considered. In the structural stability step, ratio between strength and stress of the pillar and the critical strain at the roof span were adopted. The space applicability was used to retain the sufficient space of underground structure as its purpose is for human activity. The vehicle applicability was used to consider a radius for rotation of construction equipments in the room-and-pillar underground structure. From the given procedure in this study, proper shapes of rock pillar and room can be selected to design supports at the pillar and roof.

터널 지열 활용을 위한 에너지 텍스타일의 열교환 성능 연구

이철호,박상우,손병후,최항석,Lee, Chulho,Park, Sangwoo,Sohn, Byonghu,Choi, Hangseok 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.5

Textile-type heat exchangers installed on the tunnel walls for facilitating ground source heat pump systems, so called "energy textile", was installed in an abandoned railroad tunnel around Seocheon, South Korea. To evaluate thermal performance of the energy textile, a series of long-term monitoring was performed by artificially applying daily intermittent cooling and heating loads on the energy textile. In the course of the experimental measurement, the inlet and outlet fluid temperatures of the energy textile, pumping rate, temperature distribution in the ground, and air temperature inside the tunnel were continuously measured. From the long-term monitoring, the heat exchange rate was recorded as in the range of 57.6~143.5 W per one unit of the energy textile during heating operation and 362.3~558.4 W per one unit during cooling operation. In addition, the heat exchange rate of energy textile was highly sensitive to a change in air temperature inside the tunnel. The field measurements were verified by a 3D computational fluid dynamics analysis (FLUENT) with the consideration of air temperature variation inside the tunnel. The verified numerical model was used to evaluate parametrically the effect of drainage layer in the energy textile. 터널 내부의 지열을 활용하여 지열 냉난방 시스템 가동에 필요한 열에너지를 얻을 수 있는 텍스타일 형태의 지중열교환기(에너지 텍스타일)를 충남 서천군 일대의 철도 폐터널 벽면에 시험 시공하였다. 현장에 설치된 에너지 텍스타일의 성능을 평가하기 위해 냉방 운영과 난방 운영에 대한 일일 냉난방 모사 시험을 수행하였다. 일일 냉난방 모사 시험을 진행하는 동안 터널 벽면에 설치된 지중 열교환기로 유입/유출되는 순환수의 온도, 순환 유량, 터널 벽면 내부 지반의 온도, 터널 내부의 온도를 지속적으로 측정하였다. 시험을 통해 현장에 설치된 에너지 텍스타일은 난방가동에서 에너지 텍스타일 유닛당 57.6~143.5 W의 열교환률을 보였고 냉방가동에서는 362.3~558.4 W의 열교환률을 보였다. 또한, 시험결과로부터 터널에 설치된 지중열교환기의 열교환 성능은 터널 내부 기온의 변화에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한, 전산유체 수치해석을 통하여 터널 내부 기온 변화를 고려한 현장 시험을 모사하여 적용된 수치해석 모델을 검증하였다. 검증된 수치해석 모델을 이용하여 콘크리트 라이닝 내부의 유도 배수재 설치 유무에 따른 에너지 텍스타일의 열적 거동에 대한 매개변수 연구를 수행하였다.

주방식 지하공간의 구조적 안정성 평가개념 정립에 관한 연구

이철호,장수호,신휴성,Lee, Chulho,Chang, Soo-Ho,Shin, Hyu-Soung 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.6

본 연구에서는 주방식 지하구조물의 안정성 검토방안을 마련하기 위해 암주와 천장부의 거동을 수치해석 방법으로 검토하였다. 또한, 기존 자원개발 분야에서 고려하는 주방식 공법의 설계 개념과는 달라져야 하는, 공간 확보차원에서의 합리적인 주방식 공법의 설계 절차 및 개념을 제시하였다. 주어진 지반 조건에서 암주의 형상비와 천장부의 길이에 따른 수치해석을 수행하였으며 초기 이완이 시작되는 시점에서의 파괴유형과 위치 변화를 검토하였다. 해석결과, 천장부 폭과 암주 폭과의 비(w/s)와 파괴시점의 상재하중간의 관계는 선형관계를 보였으며, 천장부 폭과 암주 폭의 비가 주방식 채광 설계에서는 매우 중요한 설계인자로 다루어지는 암주의 폭과 높이 비(w/H)보다 구조물의 안정성 확보차원에서는 더욱 민감한 설계인자인 것으로 나타났다. 이는, 암주의 안정성 만을 확보하는 차원에서 수행되는 주방식 채광 설계법과는 달리, 암주부와 함께 구조물 천장부 및 어깨부의 안정성까지도 함께 고려하여 지하구조물의 안정성을 확보할 수 있는 구조물 설계가 되어야 함을 의미한다. 또한, 지하구조물의 형상에 따라 초기 이완대가 발생하는 위치와 전단 또는 인장파괴 등 파괴유형도 다르게 나타나, 주방식 지하구조물에 대한 설계는 상재하중에 따른 천장부와 암주의 안정성을 연계하여 수행하는 것이 필요하다. In this study, in order to evaluate stability of the room-and-pillar underground structure, a series of preliminary numerical analyses were performed. Design concept and procedure of an underground structure for obtaining a space are proposed, which should be different from structural design for the room-and-pillar in mine. With assumed material properties, a series of numerical analyses were performed by varying size ratios of room and pillar and then the failure modes and location at yielding initiation were investigated. From the results, relationship between the ratio of pillar width to the roof span (w/s) and overburden pressure at failure initiation shows a relatively linear relation, and the effect of w/s on structural stability is much more critical than the ratio of pillar width and height (w/H) which is a crucial parameter in design of the room-and-pillar mining. It means that roof tensile failure and shear failure at shoulder and pillar are necessary to be considered together for confirming overall structural stability of the room-and-pillar structure, rather than considering the pillar stability only in mining. Failure modes and location at failure initiation were varied with respect to the ratio of room and pillar widths. Therefore, it is necessary to simultaneously consider stability of both roof span and pillar for design of underground structure by the room-and-pillar method.