도심지 대규모 지하공사의 리스크 관리 시스템 개발에 대한 기초연구

지성현(Jee Sung Hyun),윤지혁(Yoon Ji Hyuk),김경년(Kim Kyoung Nyun),서종원(Seo Jong Won) 대한토목학회 2009 대한토목학회 학술대회 Vol.2009 No.10

부유물 침전을 고려한 준설투기장 설계의 적합성 평가

지성현(Jee Sunghyun),김찬기(Kim Chanki),정혁상(Jung Hyuksang),천병식(Chun Byungsik) 한국지반환경공학회 2010 한국지반환경공학회논문집 Vol.11 No.10

본 연구에서는 기존에 적용된 준설투기장 설계에서 준설투기장에서 배출되는 상등수의 부유물 농도 예측에 대한 적합성 평가를 위하여 실제 현장 준설 시 준설투기장 내에서 준설토의 입도분포 및 상등수의 부유물 농도 분포를 측정하여 설계 예측 값과 비교하였으며, 상등수의 유속과 부유물 농도와의 관계를 분석하였다. 평가 결과, 현장 측정값과 설계 예측값이 비교적 유사한 경향을 보였으나, 준설 초기 및 상등수 유속이 증가한 시점에서는 설계 예측값과 상이한 측정값을 보였다. 이는 기존에 적용된 준설투기장 설계법이 준설 기간에 따라 민감하게 변화하는 준설토의 침강 깊이 및 상등수의 유속 등을 반영하지 못하기 때문으로 판단된다. 또한 준설투기장에서 동시에 측정된 유속과 부유물 농도의 분포가 유사한 경향을 보이므로 상등수의 유속과 부유물 침전이 상당히 밀접한 관계가 있는 것으로 관측되었다. 따라서, 현장 준설투기장 상황 변화를 보다 정확히 예측하기 위하여 준설토 계면고, 침강깊이, 상등수 유속에 따라 변화하는 부유물 침전을 고려한 준설투기장 설계법이 필요하다고 사료된다. In this study, grain size distribution of dredged soil and suspended solid distribution of supernatant in containment area were measured and compared with design prediction for suitability evaluation on prediction of suspended solid concentration of supernatant in conventional design of containment area. In addition to that, relationship were also analyzed between current velocity and suspended solid concentration of supernatant. Evaluation results show a relatively good agreement between field measurement and design prediction. On contrast, field measurement and design prediction show a quite different value each other in the early stage of dredging or at a point that current velocity increases. It is believed that this is due to that conventional design method of containment area does not account for ponding depth and current velocity which change sensitively with dredging period. Since current velocity and distribution of suspended solid concentration measured simultaneously show a similar trend, it is observed that there exists a close relationship between current velocity and distribution of suspended solid concentration. Therefore, a new design method for containment area, which can consider sedimentation of suspended solid that changes with interface height of dredged soil, ponding depth, current speed of supernatant, is necessary in order to predict the situation change of containment area more precisely.

부유물 침전을 고려한 준설투기장 설계에 관한 연구

지성현(Jee Sunghyun),허병주(Huh Byungjoo),천병식(Chun Byungsik) 한국지반환경공학회 2010 한국지반환경공학회논문집 Vol.11 No.8

본 연구에서는 준설투기장의 설계를 위하여 실내시험으로 컬럼을 이용한 준설토 침강ㆍ자중압밀시험 및 상등수에 대한 부유물 농도시험을 수행하였으며, 현장조건과 배출수의 부유물 농도를 고려한 준설투기장을 설계ㆍ검토하였다. 준설투기장 폭과 목표 부유물 농도와의 관계 검토결과, 소요면적에서는 투기장 폭이 좁고 길이가 길수록 부유물 농도가 감소함을 알 수 있었다. 또한 준설투기가 진행됨에 따라 배출되는 상등수의 부유물 농도의 변화를 예측하기 위하여 침강허용깊이의 변화에 대한 영향도 고려되어야 하며, 이는 배출수의 목표 부유물 농도가 낮을수록 더욱 중요하다. For optimum scale design of containment area, a series of laboratory tests using column were performed in this study as followings; sedimentation test and self-weight consolidation test for dredged soil, and suspended solid concentration test for supernatant. Containment area has been designed and evaluated, based on field condition and concentration of suspended solid of effluent water. In addition, the relation between width of containment area and target concentration of suspended solid was analyzed. The results show that concentration of suspended solid decreases as the width of containment area decreases and the length of containment area increases. It was also observed that influence of change in ponding depth should be considered to predict the change in suspended solid concentration in supernatant discharged as disposal is conducted; the lower target suspended solid concentration of effluent water, the more important.

모래지반에서 팽창각에 따른 연속기초와 원형기초의 지지력계수 N_γ와 형상계수에 대한 수치해석 연구

김동준,윤준웅,지성현,최재형,이진선,김동수,Kim, Dong-Joon,Youn, Jun-Ung,Jee, Sung-Hyun,Choi, Jaehyung,Lee, Jin-Sun,Kim, Dong-Soo 한국지반공학회 2014 한국지반공학회논문집 Vol.30 No.1

모래지반의 지표면에 위치한 거친 바닥면을 가진 강체 연속기초와 원형기초에 대하여 수치해석을 이용하여 팽창각 변화에 따른 지지력계수 $N_{\gamma}$와 형상계수를 구하였다. 양해법(explicit method)에 기반한 유한차분해석을 이용하여 지지력계수를 산정하기 위한 수치모델과 해석절차를 개발하고, Mohr-Coulomb 소성모델을 이용하여 다양한 내부마찰각(${\phi}$)과 팽창각(${\psi}$) 범위에 대하여 지지력계수를 도출하였다. 팽창각이 감소됨에 따라 지지력도 감소하는 것으로 나타났으며, 보편적인 지지력계수 제안식들이 가정하고 있는 관련흐름법칙(associated flow-rule)이 적용된 경우(${\psi}={\phi}$)를 기준으로 비관련흐름법칙(nonassociated flow-rule)이 적용된 경우(${\psi}$ < ${\phi}$)의 상대적인 지지력 비율을 산출하였고, 일반적인 모래에 대한 관계식을 제안하였다. 원형기초의 형상계수는 연속기초의 평면변형률 조건의 고려 여부에 따라 크게 변하였으며, 평면변형률 조건을 고려하여 내부마찰각을 증가시킨 경우가 기존의 실험 결과와 유사한 경향을 나타내었다. 형상계수 제안식들의 경향이 차이를 나타내는 원인에 대하여 고찰하고 설계시 적용 방안을 제시하였다. Bearing capacity factor $N_{\gamma}$ and shape factor were studied for rigid strip and circular footings with a rough base on sand by numerical modelling considering the effect of dilation angle. The numerical model was developed with an explicit finite difference code. Loading procedures and interpretation methods were devised in order to shorten the running time while eliminating the exaggeration of the reaction caused by the explicit scheme. Using the Mohr-Coulomb plasticity model with associated (${\psi}={\phi}$) and nonassociated (${\psi}$ < ${\phi}$) flow-rules, the bearing capacity factor $N_{\gamma}$ was evaluated for various combinations of internal friction angles and dilation angles. Bearing capacity factor decreased as the dilation angle was reduced from the associated condition. An equation applicable to typical sands was proposed to evaluate the relative bearing capacity for the nonassociated condition compared to the associated condition on which most bearing capacity factor equations are based. The shape factor for the circular footing varied substantially when the plane-strain effect was taken into account for the strip footing. The numerical results of this study showed closer trends with the previous experimental results when the internal friction angle was increased for the strip footing. Discussions are made on the reason that previous equations for the shape factor give different results and recommendations are made for the appropriate design shape factor.

석탄회를 활용한 CLSM의 pH 저감에 관한 연구

김영일(Kim Youngil),지성현(Jee Sunghyun),천병식(Chun Byungsik) 한국지반환경공학회 2010 한국지반환경공학회논문집 Vol.11 No.9

CLSM은 다짐이 필요없고 유동성이 큰 물질로 일반적으로 시멘트, 잔골재, 물, 혼화재 등을 혼합하여 만들어진다. 기존의 저강도고유동화재는 잔골재로 모래를 사용하고 있으나 모래를 구하기 점점 어려워지는 현 시점에서 저강도고유동화재를 대량으로 활용하기 위해서는 모래를 대신할 대체재의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 석탄회의 공학적 성질은 모래와 유사하여 모래의 대체재로써의 CLSM에 적용 가능하며 친환경재료로써의 검증이 필요하게 되었다. 이중 식생에 관한 연구는 자연과 화합할 수 있는 중요한 연구분야로써 식생이 가능한 적정 pH를 만족시킬 경우 적용의 확대가 가능할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구의 목적은 석탄회의 대량유효활용의 일환으로 석탄회를 활용한 CLSM을 pH가 식생이 가능하도록 저감하기 위한 방안으로, 양생방법과 중성화처리에 따른 pH의 저감효과를 확인하여 식생에 관한 기초 자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 공시체의 제작은 일축압축강도 0.5~1.0㎫을 만족하며 매립회와 비회의 비율이 70:30인 것을 기준으로 하여 총 5가지 Case로 배합하였으며, CLSM의 알칼리 용출을 억제하기 위해 이인산암모늄 용액에 공시체를 침지하는 방법으로 중성화처리를 실시하였다. 연구결과 중성화처리와 양생에 의한 방법을 적용하기 이전의 CLSM는 pH 11이상의 알칼리성이었으나, 중성화처리와 양생방법을 적용한 이후의 pH는 9.5 이하로 저감시켜 식생이 가능한 조건을 만족하였다. Controlled low strength material(CLSM) is produced by mixing portland cement, fine aggregates, water and chemical admixtures. Sand is the most commonly used as the fine aggregates in the conventional CLSM. It is getting more and more difficult to obtain sand in Korea so it is required that the alternative materials be developed as the replacement of sand. Since the engineering characteristics of coal ash are similar to the sand, it becomes necessary to examine the application of the coal ash as the alternative material for CLSM and as the environment-friendly material. When the results meet the optimum pH level that plants can live, it can be expanded the scale of application of the study on the plant as the important field. This study was subjected to present the method to reduce the pH range of CLSM to a suitable condition that plants can survive. To verify this method, the care of neutralization was conducted by immersing the specimen to Ammonium monohydrogen phosphate. Before curing and neutralization, the maximum pH of developmental CLSM is approximately 11. However, the pH value of developmental CLSM has under 9.5 after peaceful curing and neutralization management.

점토지반에 적용된 저회다짐말뚝의 치환율에 따른 압밀침하특성 및 전단특성

박세현(Park Sehyun),지성현(Jee Sunghyun),천병식(Chun Byungsik) 한국지반환경공학회 2010 한국지반환경공학회논문집 Vol.11 No.7

국토의 70%를 산이 차지하고 있는 우리나라의 여건으로 볼 때 효율적이고 경제적인 연약지반 개량의 필요성이 점차 높아 지고 있다. 해양개발을 위한 연약지반개량 공법에는 모래다짐말뚝공법, 치환공법, 프리로딩공법, 대기압공법, 지하수위 저하공법, 팩드레인공법, 생석회말뚝공법 등이 있는 데, 그 중 모래다짐말뚝공법은 모래의 수급이 어려워져 수입하는 등의 경제적인 문제점과 모래채취로 인한 자연 훼손의 문제점을 야기하므로 이에 대한 대책공법이 시급한 실정이다. 최근, 모래와 공학적 성질이 유사한 화력발전소 부산물인 저회를 대체 재료로 활용하기 위한 연구가 이루어지고 있으나 연약지반 개량 재료로 활용하기 위한 연구는 미미한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 10~80%의 치환율로 복합지반을 조성하여 대형직접전단시험, 전단시험, 표준압밀시험을 실시한 후 저회다짐말뚝의 전단특성과 압밀특성을 규명하였다. 연구결과 저회다짐말뚝의 치환율이 증가에 따라 전단강도 정수는 증대하고, 침하저감 계수 및 t??은 감소하는 경향이 나타났다. The necessity of effective and economical improvement for soft ground is required more and more as mountains form 70% of country. The soft ground improvement methods for ocean development are sand compaction pile method, displacement method are applied to the soft ground improvement from ocean development pre-loading method, air pressure method, well point method, pack drain method, quicklime pile method etc. Among them, the sand compaction pile method, has many problems such as the economical problem on importing materials due to the lack of sand and destroying the nature while collecting sand. To replace the sand with other alternative materials, a study on the bottom ash compaction pile method because the bottom ash has the similar engineering properties with sand. Therefore, in this study, after compose the complex soil with a replacement rate of 10~80% and a large direct shear test, shear test, consolidation test with replacement rates of bottom ash are performed to estimate whether its shear and consolidation characteristics are suitable for the alternative material of compaction pile method. As a result of test, Shear Strength Parameters tend to be increased in accordance with the increase of replacement ratio of bottom compaction pile, and Settlement Reduction Factor and t?? tend to be decreased.

TBM 디스크 커터의 수명 예측 방법 개발

김대영,에브라힘,정재훈,이재원,지성현,Kim, Dae-Young,Farrokh, Ebrahim,Jung, Jae-Hoon,Lee, Jae-Won,Jee, Sung-Hyun 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.3

암반용 TBM 공사에서 디스크 커터의 마모도 예측은 설계 및 시공 단계에서 정확한 공사비와 공사기간을 추정하는데 중요한 요소이다. 디스크 커터 마모도 예측에 널리 사용되고 있는 방법으로는 CSM 모델, 노르웨이 NTNU 모델, Gehring 모델이 있으며, 이들 모델은 각각 세르샤 시험, NTNU 시험 결과로부터 도출된 디스크 커터의 마모지수와 수명 지수를 활용하고 있다. 세르샤 시험은 금속 핀을 이용하여 일방향으로 마모를 발생 시키기 때문에 광물 입자크기나 암석의 이방성에 따라 결과의 편차가 큰 것으로 조사되었다(SINTEF, 2013). 한편, NTNU 시험의 경우에 시료 성형을 위한 사전 작업이 필요하기 때문에 수행 완료까지 2~3일의 기간이 소요된다. 본 연구에서는 금속 디스크의 회전과 이와 직교되는 방향으로 이동하면서 양방향 마모를 발생시켜 마모시험 결과의 편차를 줄이고, NTNU 시험 대비 별도의 시료성형이 필요 없어 소요 시간을 1~2시간으로 단축할 수 있는 새로운 디스크 커터 마모도 예측시험과 이를 이용한 마모지수를 제안하였다. 제안된 마모 지수는 동일 암석을 이용한 세르샤 시험과 NTNU 시험결과와 비교하여 높은 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. 또한 국내 외 TBM 현장의 암석 시편을 이용하여 시험결과와 현장의 실제 디스크 커터 마모량을 비교 검증하였으며, 95%의 높은 결정계수를 확인하였다. NAT 시험은 신속하게 시험 수행이 가능하고, 시험 결과로부터 제안된 마모지수가 높은 신뢰수준을 보이는 것으로 판단되어 향후 활용도가 높을 것으로 기대한다. Wear prediction of TBM disc cutters is a very important issue for hard rock TBMs as number of cutter head intervention. In this regard, some model such as NTNU, Gehring model, CSM models have been used to predict disc cutter wear and intervention interval. There are some deficiencies in these models. This paper developed a new test method for wear prediction for TBM disc cutter and proposed a new abrasion index. In this regard, different abrasivity indices along with their testing methods are explained. A comparative study is performed to develop the predictability of different cutter life evaluation methods and index. The evaluation of the new methods proposed in this paper shows a very good agreement with the actual cutter life and intervention interval length. The proposed tester and index can be easily used to predict the intervention interval length and cutter wear evaluation in both planning and construction stages of a TBM tunneling project.

해수의 영향에 따른 이수식 TBM의 슬러리 관리를 위한 기초적 연구

김대영,이재원,정재훈,강한별,지성현,Kim, Dae-Young,Lee, Jae-won,Jung, Jae-Hoon,Kang, Han-Byul,Jee, Sung-Hyun 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.3

벤토나이트는 물과 접촉하면 팽창하고 점성을 발휘하는 성질이 있어 일반적으로 차수가 필요한 토목공사에 많이 활용되고 있다. 이수식 TBM에서는 이와 같은 성질을 활용하여 가압된 슬러리로 불투수성 막을 형성하고 굴착벽면의 붕괴를 방지하는 동시에 굴착된 버력을 운송하며 굴착을 수행한다. 하지만 벤토나이트는 해수와 접촉할 경우 팽창성이 저하되어 그 성질을 발휘하지 못하는 문제가 있다. 이는 해수 조건에서 이수식 TBM으로 터널을 굴착할 시 지하수 유입 증가로 인한 굴착 안정성 및 버력 배출에 문제를 초래할 수 있다. 본 연구에서는 이수식 TBM으로 터널을 굴착 시 해수의 유입으로 인한 슬러리의 상태변화를 살펴보고 이에 대응하기 위한 슬러리 관리방안을 제시 하였다. 이를 위해 현장에서 적용된 슬러리 품질관리 기준을 바탕으로 실내 시험을 수행하였으며, 해수의 영향이 있는 현장에 적용 할 수 있는 방안을 제시하였다. Bentonite swells when it comes into contact with water and makes it a viscous fluid. Thus it is widely used in civil engineering works for waterproofing. Utilizing the properties of bentonite, the slurry shield TBM supports excavated face with pressurized slurry as well as transporting excavated muck. When bentonite is in contact with seawater, due to the change of double layer thickness, its expandability and viscosity are lowered. This may cause problems for excavation stability and muck discharge due to the increase of sea water inflow when Slurry TBM is used under sea water conditions. In this study, the change of slurry condition caused by the inflow of sea water during tunnel excavation with Slurry TBM was investigated and a slurry management guideline was proposed. For this purpose, a laboratory test was carried out based on the slurry management criterions applied in the field, and a method applicable to the field where sea water is affected has been proposed.

사질토 지반에 설치된 버킷기초 및 얕은기초의 수직지지력 산정

박정선(Jeongseon Park),박두희(Duhee Park),지성현(Sunghyun Jee),김동준(Dongjoon Kim) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회논문집 Vol.16 No.9

사질토 지반에 설치된 버킷기초의 수직지지력은 주면마찰력과 선단지지력의 합으로 산정할 수 있다. 하지만 수직하중 작용 시 나타나는 주면마찰력 감소와 선단지지력 증가의 특징을 정확하게 고려할 수 있는 설계식이 없으며, 실제와 같은 사질토 지반의 비관련흐름 특성이 반영되어야 한다. 본 연구에서는 2차원 축대칭 유한요소해석으로 사질토 지반에 설치된 원형 버킷기초의 수직지지력을 다양한 지반 마찰각과 기초 크기에 대하여 산정하였다. 해석 결과의 극한지지력을 주면마찰력과 선단지지력으로 분리하여 특징을 분석한 후 각각의 설계식을 도출하였다. 버킷기초의 주면마찰력은 선단지지력에 비해 크기가 매우 작고 말뚝 설계식과 차이가 근소하므로 이를 동일하게 사용하였다. 주면마찰력의 영향으로 얕은기초의 지지력보다 증가하는 버킷기초의 선단지지력은 기존의 설계식을 수정하여 적용할 수 있도록 해석 결과를 토대로 새로운 형상-깊이계수(sq · dq )를 제안하였다. 또한 관련흐름법칙을 적용하여 제안된 기존의 얕은기초 형상계수와 깊이계수는 실제 사질토 지반에서의 지지력을 과대예측하므로 비관련흐름 특성을 반영한 형상-깊이계수를 사용하여 지지력을 예측해야 한다. The vertical bearing capacity of a bucket foundation installed in sand can be calculated as sum of the skin friction and end bearing capacity. However, the current design equations are not considering the non-associated flow characteristics of sand and the reduction in the skin friction and increase in the end bearing capacity when the vertical load is applied. In this study, we perform two-dimensional axisymmetric finite element analyses following non-associated flow rule and calculate the vertical bearing capacity of circular bucket foundation of various sizes installed in sand of different friction angles. After calculating the skin friction and end bearing force at the ultimate state, design equations are derived for each. The skin friction of bucket foundation is shown significantly small compared to the end bearing capacity. Considering the difference with the available design equation for piles, it is recommended that the equation for piles is used for the bucket foundation. A new shape-depth factor (sq?dq) for bucket foundation is recommended which also accounts for the increment of the end bearing capacity due to skin friction. Additionally, the shape and depth factor of embedded foundation proposed from the associated flow rule can overestimate the bearing capacity in sand, so it is more adequate to use the shape-depth factor proposed in this study.

도심지 대규모 지하공사의 리스크 분석 체계 개발

서종원(Seo, Jong-Won),윤지혁(Yoon, Ji-Hyeok),김정환(Kim, Jeong-Hwan),지성현(Jee, Sung-Hyun) 한국지반공학회 2010 한국지반공학회논문집 Vol.26 No.3