현장 열성능 평가시험을 통한 그라우팅 재료에 따른 이중관 지중열교환기의 열성능 평가

오광근(Oh, Kwanggeun),이석재(Lee, Seokjae),한신인(Han, Shin-In),최항석(Choi, Hangseok) 대한토목학회 2017 대한토목학회 학술대회 Vol.2017 No.10

FIELD EXPERIMENT ON HEAT EXCHANGE PERFORMANCE OF VARIOUS COAXIAL-TYPE GROUND HEAT EXCHANGERS CONSIDERING CONSTRUCTION CONDITIONS

Kwanggeun Oh,Seokjae Lee,Sangwoo Park,Shin-In Han,Hangseok Choi 한국신재생에너지학회 2017 AFORE Vol.2017 No.11

Critical face pressure and backfill pressure in shield TBM tunneling on soft ground

Kim, Kiseok,Oh, Juyoung,Lee, Hyobum,Kim, Dongku,Choi, Hangseok Techno-Press 2018 Geomechanics & engineering Vol.15 No.3

The most important issue during shield TBM tunneling in soft ground formations is to appropriately control ground surface settlement. Among various operational conditions in shield TBM tunneling, the face pressure and backfill pressure should be the most important and immediate measure to restrain surface settlement during excavation. In this paper, a 3-D hydro-mechanical coupled FE model is developed to numerically simulate the entire process of shield TBM tunneling, which is verified by comparing with real field measurements of ground surface settlement. The effect of permeability and stiffness of ground formations on tunneling-induced surface settlement was discussed in the parametric study. An increase in the face pressure and backfill pressure does not always lead to a decrease in surface settlement, but there are the critical face pressure and backfill pressure. In addition, considering the relatively low permeability of ground formations, the surface settlement consists of two parts, i.e., immediate settlement and consolidation settlement, which shows a distinct settlement behavior to each other.

에너지슬래브의 열성능 평가를 위한 수치해석 모델 개발

이석재(Lee, Seokjae),오광근(Oh, Kwanggeun),박상우(Park, Sangwoo),최항석(Choi, Hangseok) 대한토목학회 2017 대한토목학회 학술대회 Vol.2017 No.10

사질토 지반을 통과하는 쉴드 TBM에서 뒤채움 그라우팅이 지반 거동에 미치는 영향에 대한 수치해석적 연구

오주영,박현구,장석부,최항석,Oh, Ju-Young,Park, Hyunku,Chang, Seokbue,Choi, Hangseok 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.2

쉴드 TBM 공법은 터널의 변형을 최소화할 수 있는 공법으로 도심지 얕은 터널 공사에 적합한 공법이다. 하지만 이러한 쉴드 TBM 공법의 장점에도 불구하고 침하가 발생하며, 토피가 낮은 지반에서 쉴드 TBM 굴진 중 침하에 대한 대책은 여전히 주요 쟁점사항 중 하나로 남아있다. 쉴드 TBM 공법에서 테일 보이드는 불가피하게 발생하는 공간으로 테일 보이드의 변형은 침하의 주요 원인이 된다. 이러한 테일 보이드의 변형은 뒤채움 그라우팅을 통해 제어되며, 이를 통해 침하를 억제하거나 회복시킬 수 있다고 여겨지고 있다. 하지만 실제 뒤채움 그라우팅을 통한 침하 회복은 기대하기 어려우며 특히 사질토에서 두드러진다. 이는 뒤채움 그라우팅과 사질토 지반 사이의 상호작용에 기인한 것으로 유추할 수 있다. 본 연구에서는 3차원 수치해석을 통해 사질토 지반에서 뒤채움 그라우팅이 지반거동에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 해석결과, 뒤채움 그라우팅은 침하증가율을 감소시켜 쉴드 TBM 굴진으로 인하 침하를 감소시키나, 그라우팅 이전에 발생한 침하를 회복시키지는 못하는 것으로 나타났다. 이는 뒤채움 그라우팅으로 인해 감소된 체적손실의 지표침하 감소 효과를 지반 내 체적변형이 상쇄하기 때문인 것으로 나타났다. The shield TBM method is widely adopted for tunneling works in urban area because it has more beneficial ways to control settlement at ground surface than conventional mined tunneling. In the shield tunneling, backfill grouting at tail void is crucial because it is supposed not only to restraint ground deformation around tail void during excavation but also to compensate precedent ground settlement by pushing up the ground with highly pressurized grout. However, the tail void grouting has been found to be ineffective for settlement compensation particularly in sandy ground, which might be caused by complicate interaction between ground and tail void grouting. In this paper, the effects of tail void grouting on behavior of ground in shield TBM tunneling were investigated based on 3-dimensional finite element analyses. The results of numerical analyses indicated that backfill grouting actually reduces settlement by degrading settlement increasing rate in excavation, which means decrease of volume loss. Meanwhile, the grouting could not contribute to compensate the precedent settlement, because reduction of volume loss by grouting was found to be counterbalanced by volume change of ground.

INFLUENCE OF SYSTEM PARAMETERS ON THERMAL PERFORMANCE OF ENERGY SLABS

Seokjae Lee,Kwanggeun Oh,Sangwoo Park,Jaeyoon Ahn,Hangseok Choi 한국신재생에너지학회 2017 AFORE Vol.2017 No.11

쉴드 TBM 굴진에 따른 포화 점성토 지반의 침하거동을 고려한 한계 굴진면압과 한계 뒤채움압

김기석,오주영,이효범,최항석,Kim, Kiseok,Oh, Ju-Young,Lee, Hyobum,Choi, Hangseok 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.2

쉴드 TBM 공법은 터널 굴착으로 인한 터널 굴진면과 굴착면의 변형을 억제하여 지반의 변형을 최소화할 수 있는 공법이다. 이를 위해 쉴드 TBM의 운전 조건들을 적절히 제어하는 것은 매우 중요하다. 쉴드 TBM 공법의 여러 가지 운전 조건 중 굴진면압과 뒤채움주입압은 지반에 직접 압력을 가하는 과정으로 굴착에 인한 지반변위의 억제 뿐만 아니라, 지반 내 유효응력 및 간극수압의 변화에 영향을 미치는 요인이다. 굴진면압과 뒤채움압의 작용에 대한 지반의 반응은 지반의 강성 및 투수성에 따라 상이하다. 특히, 포화된 연약 점성토의 경우 굴진면압과 뒤채움압에 의한 지반 내 응력 변화의 영향이 장시간동안 잔류하므로 이에 대한 반응은 투수성이 큰 지반과 구별되는 거동을 보인다. 따라서 본 논문에서는 유한 요소법을 이용한 응력-간극수압 연계 매개변수해석을 통해 포화 점성토 지반에서 쉴드 TBM 운전 조건과 지반의 강성과 투수성이 지표침하에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다. 연구 결과, 점성토 지반의 지표침하는 즉시침하와 압밀침하로 구분할 수 있었으며, 특히 압밀침하 거동은 지반의 투수성과 강성의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 또한, 굴진면압과 뒤채움압의 증가가 항상 지표침하 감소로 이어지지는 않고, 임의 크기의 압력(한계 압력) 이상으로 증가된 굴진면압과 뒤채움압은 역으로 지표침하를 증가시키는 요인으로 작용할 수 있음이 확인되었다. The shield tunneling method can minimize surface settlements by preventing the deformation of tunnel face and tunnel intrados due to tunnel excavation. For this purpose, it is very important to control the operating conditions of shield TBM. The face pressure and backfill pressure for tail void grouting should be the most important and immediate measure not only to restrain surface settlement, but also to influence the effective stress and pore water pressure around the circumstance of tunnel during excavation. The reaction of the ground to the application of face pressure and backfill pressure relies on the stiffness and permeability of ground. Especially, the reaction of saturated clayey ground formations, which shows the time-dependent deformation, is different from the permeable ground. Hence, in this paper it was investigated how the TBM operating conditions, ground stiffness, and permeability impact on the surface settlement of saturated clayey ground. For this purpose, a series of parametric studies were carried out by means of the stress-pore water pressure coupled FE analysis. The results show that the settlement of soft clayey ground is divided into the immediate settlement and consolidation settlement. Especially, the consolidation settlement depends on the ground stiffness and permeability. In addition, the existence of critical face pressure and backfill pressure was identified. The face pressure and backfill pressure above the critical value may cause an unexpected increase in the ground settlement.

고수압 해저터널에 급속 인공동결공법 적용시 간극수의 염분 농도가 동결속도에 미치는 영향 평가: 실내 동결챔버시험 위주로

오민택,이동섭,손영진,이인모,최항석,Oh, Mintaek,Lee, Dongseop,Son, Young-Jin,Lee, In-Mo,Choi, Hangseok 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.5

고수압 조건의 해저터널 공사에 기존의 그라우팅 공법은 제한을 받게 되어 굴착작업이 어려울 수 있으나, 인공동결공법을 적용할 경우 신속한 차수 및 지반보강 효과를 얻을 수 있다. 인공동결공법을 적용할 경우, 동결 조건에 따라 동결토의 거동이 크게 변화하므로 기존의 연구 사례를 바탕으로 해저지반 등 특수한 조건에서 동결토의 역학적 거동을 예측하는 것에는 한계가 있다. 또한, 인공동결공법의 설계를 위해서는 동결체 형성에 필요한 소요시간 및 동결범위를 산정해야 하며, 해저지반의 경우 간극수 내 염분의 영향을 반영해야 한다. 본 논문에서는 동결토의 열적 특성을 파악하기 위해 인조규사 시료에 대한 실내 열전도도 측정시험과 동결챔버시험을 수행하였다. 동결토와 비동결 포화토 간극수의 염도를 조절하여 동결 과정과 염분에 따른 유효 열전도도를 비정상 열선법을 적용하여 측정하였다. 인조규사 간극수의 염도에 의한 동결특성 변화를 파악하기 위해 동결챔버를 설계 및 제작하였고 이를 통하여 동결 조건을 변화시키며 동결챔버시험을 수행하였다. 동결 조건에 따른 시료내 온도 변화를 분석하고 이를 통해 동결 조건이 사질토의 열전달 특성에 미치는 영향을 평가하였다. 비동결 포화토의 경우는 간극수가 담수(염도 0%)인 조건과 염수(염도 3.5%)인 조건 모두 유효 열전도도가 유사하게 평가되었으나, 동결토의 경우는 간극수가 염수인 조건이 보다 큰 유효 열전도도를 보였다. 이는 동결챔버시험에서 간극수가 염수인 조건이 담수인 조건보다 동결속도가 더 빠른 결과와 일치한다. It is extremely difficult to apply conventional grouting methods to subsea tunnelling construction in the high water pressure condition. In such a condition, the rapid artificial freezing method can be an alternative to grouting to form a watertight zone around freezing pipes. For a proper design of the artificial freezing method, the influence of salinity on the freezing process has to be considered. However, there are few domestic tunnel construction that adopted the artificial freezing method, and influential factors on the freezing of the soil are not clearly identified. In this paper, a series of laboratory experiments were performed to identify the physical characteristics of frozen soil. Thermal conductivity of the frozen and unfrozen soil samples was measured through the thermal sensor adopting transient hot-wire method. Moreover, a lab-scale freezing chamber was devised to simulate freezing process of silica sand with consideration of the salinity of pore-water. The temperature in the silica sand sample was measured during the freezing process to evaluate the effect of pore-water salinity on the frozen rate that is one of the key parameters in designing the artificial freezing method in subsea tunnelling. In case of unfrozen soil, the soil samples saturated with fresh water (salinity of 0%) and brine water (salinity of 3.5%) showed a similar value of thermal conductivity. However, the frozen soil sample saturated with brine water led to the thermal conductivity notably higher than that of fresh water, which corresponds to the fact that the freezing rate of brine water was greater than that of fresh water in the freezing chamber test.

TBM 터널굴착에 따른 지표침하 예측을 위한 인공신경망 적용성 평가

김동구(Kim, Dongku),이효범(Lee, Hyobum),오주영(Oh, Ju-Young),최항석(Choi, Hangseok) 대한토목학회 2017 대한토목학회 학술대회 Vol.2017 No.10

쉴드TBM터널에서 뒤채움 주입이 지반의 단기·장기 침하에 미치는 영향에 대한 수치해석적 연구

오주영,박현구,김도형,장석부,이승복,최항석,Oh, Ju-Young,Park, Hyunku,Kim, Dohyoung,Chang, Seokbue,Lee, Seungbok,Choi, Hangseok 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.2

얕은 터널의 시공에 있어 지표 침하는 주요 관리 사항으로 쉴드 TBM 기술을 적용함으로써 굴착 중 지반 변형의 제어를 통하여 침하를 경감시키는 것이 가능하며, 특히 뒤채움 주입은 침하 경감의 목적으로 쉴드 공법에서는 일반적으로 적용되는 기술이다. 투수성이 낮은 지반에서의 TBM 시공에 의한 지표 침하는 터널 시공 중에 발생할 뿐만 아니라, 터널 관통 후에도 장기간에 걸쳐 발생한다. 장기 침하는 주로 터널 주변의 압밀에 의해 발생되고, 이 압밀 과정은 터널 주변에 과잉간극수압을 유발하는 뒤채움 주입에 의해 영향을 받게 되며 결과적으로 쉴드 TBM 터널에서는 뒤채움 주입이 장기 침하에 큰 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 쉴드 TBM 공법 중 뒤채움 주입이 지표 침하에 미치는 영향을 파악하기 위해 3차원 응력-간극수압 연계해석을 수행하였다. 해석 결과 뒤채움 주입압의 증가는 단기 침하를 경감시키지만, 다수의 경우에서 장기 침하의 감소에 기여를 하지 않는 것으로 나타났다. 또한, 장기 침하를 최소한으로 제한할 수 있는 한계 주입압의 존재를 확인하였다. For shallow tunnel constructions, settlement of the ground surface is a main issue. Recent technical developments in shield TBM tunneling technique have enabled a decrease in such settlements based on tunneling with ground deformation controls. For this objective, the tail void grouting is a common practice. Generally surface settlements in a soil of low permeability occur during a tunnel construction but also during a long period after completion of the tunnel. The long-term settlements occur mainly due to consolidation around the tunnel. The consolidation process is caused and determined by the tail void grouting which leads to an excess pore water pressure in the vicinity of the tunnel. Because of this, the grouting pressure has a strong effect on the long-term settlements in the shield tunneling. In order to investigate this effect, a series of coupled hydro-mechanical 3D finite element simulations have been performed. The results show that an increase in grouting pressure reduces the short-term settlements, but in many cases, it doesn't lead to a reduction of the final settlements after the completion of consolidation. Thereby, the existence of a critical grouting pressure is identified, at which the minimal settlements are expected.