암반공학-우리나라에서의 과제와 연구주제

정소걸,Chung, So-Keul 대한자원환경지질학회 2006 자원환경지질 Vol.39 No.4

Major projects and research topics in the field of rock mechanics are analyzed to obtain the following results: $\cdot$ Rock mechanics deals with the behavior of deformation, failure and displacement of the rock and rock mass on the basis of geological basics. Discontinuities in the rock mass are the most important parameters to control the behavior of rock mass around underground openings. $\cdot$ The objective of site investigation and testing is to determine the strength properties of the rock mass and the in situ stress regime. Specimens for laboratory and in situ tests are to be selected in order that the results of the tests give the representative properties oi the rock mass of the site in question. $\cdot$ The result of a numerical model would be better evaluated not quantitatively but qualitatively. The displacement behavior of the rock mass has to be monitored properly for the NATM (New Austrian Tunneling Method) principles. $\cdot$ The stability of rock slope is to be evaluated preferably by back analysis with strength parameters, such as cohesion and friction angle. 암반공학 관련 국책과제로부터 암반공학 분야의 주요 연구과제와 연구 내용을 분석해 본 견과를 요약하면 다음과 같다. $\cdot$ 암반공학은 암석 혹은 현지 암반의 변형, 파괴 그리고 변위에 대한 것을 주 연구 내용으로 하고 있으며, 지질학적인 기초를 요구하는 학문이다. 암반내에 존재하는 불연속면은 지하공간을 포함하는 암반의 거동을 결정하는 가장 중요한 변수이다. $\cdot$ 현장조사와 시험의 기본적인 목적은 암반의 강도 정수의 결정과 현지 암반의 응력 상태를 규명하는데 있으며, 실험실 시험 혹은 현장 시험은 반드시 대상 암반의 역학적 거동을 대표할 수 있도록 수행되어야 한다. $\cdot$ 수치해석의 견과는 그 결과가 비록 정량화되었더라도 정성적인 기준에 의해 평가되는 것이 타당하다. 암반의 변위 거동을 면밀하게 계측하여야 NATM의 기본 개념에 맞는 올바른 터널과 지하공간의 설계와 시공이 가능하며, 암반 사면의 안정성을 분석하는데 있어 역해석에 의해 산정된 강도 정수가 전제되어야 할 것으로 평가된다.

지오프런티어 - 지하 에너지 저장과 폐기물 처분 및 격리

정소걸(So-Keul Chung),조계춘 대한토목학회 2006 대한토목학회지 Vol.54 No.7

암반동굴식 지하 LNG 저장 시스템 설계를 위한 기화율의 산정

정소걸(So-Keul Chung),박의섭(Eui-Seob Park),이희석(Hee-Suk Lee),정우철(Woo-Cheol Jeong) 한국암반공학회 2007 터널과지하공간 Vol.17 No.1

기존의 단열 시스템, 지하동굴 건설기술과 새로운 동결링 방벽기술을 결합하여 암반동굴식 지하 LNG 저장시스템이 개발되었다. 이 저장시스템의 기술적 적합성은 파일럿 동굴 실증시설의 건설과 운영을 통해 검증된 바 있으며, 조만간 실규모 프로젝트가 시작될 예정이다. LNG 저장시스템에서 중요한 사항 중의 하나는 극저온 열전달을 통해 장기간의 운영 기간동안 열손실을 최소화하는 것이다. 이 논문은 지하 LNG 저장 시스템의 설계를 위한 몇 가지 중요한 열전달 해석 결과를 제시하며, 기화율, 단열재 두께와 같은 설계 변수를 결정하기 위해 일련의 실규모 동굴에 대한 열전달 및 열-수리 해석을 실시하였다. 열-수리 연계해석결과 LNG 저장시설의 기화율은 초기 단계에서 0.04 %/day로 떨어져 유지되는 것으로 나타났다. 이 값은 암반내 존재하는 불연속면을 고려할 때 더욱 낮아질 수 있을 것으로 판단된다. A new underground LNG storage concept in the rock mass has been developed by combining underground cavern construction and new ice-ring barrier technologies with the conventional cryogenic insulation system. Technical feasibility of the storage system has been verified through construction and operation of the pilot storage cavern and a full-scale project is expected to start in the near future. One of the most important issues in the LNG storage system is the operational efficiency of the storage to minimize heat loss during a long period of operation due to the cryogenic heat transfer. This paper presents several important results of heat transfer and coupled hydro-thermal analyses by a finite element code Temp/W and Seep/W. A series of heat transfer analyses for full-scale caverns were performed to determine design parameters such as boil-off gas ratio (BOR), insulation thickness and pillar width. The result of the coupled hydro-mechanical analysis showed that BOR for underground storage system remains at about 0.04%/day during the early stage of the operation. This value could be even much lower when the discontinuities in the rock masses are taken into consideration.

심부 급경사 연약층의 채굴 진행에 따른 주변 암반 거동의 탄소성 해석 및 현장계측

정소걸(So-Keul Chung),신중호(J oong-Ho Synn) 한국암반공학회 2004 터널과지하공간 Vol.14 No.4

연약층과 견고한 암반층이 습곡형태로 혼재된 지질조건의 지하 심부 채굴 현장을 대상으로, 심부 급경사 연약층의 단계적 굴착 진행에 따른 갱도 및 주변 암반의 거동 양상을 전산해석과 현장계측을 통하여 비교 분석하였다. 전산해석에서는 Hoek & Brown의 경험적 파괴기준 및 변형률연화모델을 적용한 탄소성 해석 기법을 이용하였다. 현장계측에서는 유압캡슐, 지중변위계, 내공변위계를 갱도 및 주변 암반에 설치하여 응력과 변위를 계측하였다. 경험적 파괴조건 및 변형률연화모델을 이용한 탄소성 해석은, 현장 지질조건 및 채굴과정의 복잡함에도 불구하고 현장계측결과와 유사한 양상을 보여주어 타당성을 검증할 수 있었다. 이러한 전산해석 및 현장계측의 비교를 통해 지하 굴착 갱도의 변형 거동 과정을 예측하고 이후의 굴착 및 지보보강 설계의 지침을 제공할 수 있을 것이다. For the deep underground excavation site with the geological complexity of soft seam and hard rock, the numerical analysis and in-situ measurement on the behaviors of roadway and surrounding rock according to stepwise excavation of the steep soft seam are carried out. The strata behavior is modeled using elasto-plastic FEM considering the empirical failure criteria of Hoek & Brown and the strain-softening model. Hydraulic pressure capsule, MPBX and tape extensometer are installed around the roadway for the in-situ measurement of rock stress and deformation. Despite the complexity of geology and excavation procedure, the elasto-plastic analysis considering the empirical failure criteria of Hoek & Brown and the strain-softening model shows good agreement with the in-situ measurement. Comparison of numerical modeling with in-situ measurement enables to predict the behaviors of the roadway and to obtain design parameters for the excavation and support at depth.

터널의 내공변의 자동화 계측기술 분석

정소걸(So-Keul Chung) 한국암반공학회 2005 터널과지하공간 Vol.15 No.1

지금까지 국내에서 적용된 내공변위 계측은 수동식 시스템 혹은 계측 정밀도가 떨어지는 방법들로서 운영중인 터널에 적용하는데 한계가 있는 것으로 평가되어 최근 국내에 도입되고 있는 자동화 내공변위 계측 시스템들을 비교 분석하고 앞으로 운영중인 지하공간과 터널에의 적용성에 대해 검토하였다. l. 광섬유 센서를 이용한 Sofo는 국내에서 터널 라이닝의 응력 측정에는 활용된 바가 있으나 아직 터널의 내공변위와지중 변위의 측정에 적용된 실적이 없으며 앞으로 계측 자료의 신뢰도 및 시스템의 경제성 등에 대한 충분한 검토가 요구되고 있다. 2. 각도센서와 변위센서를 이용한 TPMS는 현재 국내에서 운영중인 터널인 천안-논산간 고속도로 차령터널과 지하철 터널 및 공동구 등에서 적용중이다 3. BCS는 두 개의 각도 센서를 한 조로 이용하는 점이 TPMS와 다른 점으로서 거의 TPMS와 같은 특성을 지니고 있다. 앞으로 센서의 정밀도가 개선될 필요가 있으며 현장에서 아주 정밀한 교류 입력 전위차를 취득하는 데는 어려움도 있어 자동화 계측 가능여부가 검증되어야 할 것으로 본다. 앞으로 터널 시공 현장에 자통계측 시스템의 검증을 위하여 TPMS 및 BCS 등을 설치 및 운영하고 기술적인 문제를 보완함으로써 이를 시공중인 주계측 단면과 운영중인 터널에 적용하여야 할 것으로 본다. Measurement of convergence was/is carried out manually throughout the world for tunnels under construction. However, manual method has certain limitations in terms of applicability for the tunnels in operation. This paper describes state of the art of convergence monitoring systems which are available for measuring displacement of existing tunnels. These technologies are analyzed as follows: 1. The Sofo system using the fiber optic sensors has been applied to the stress measurement of the tunnel lining. It has not yet been used for the monitoring of tunnel convergence because of its cost and reliability. 2. A TPMS(Tunnel Profile Monitoring System) using tilt sensors and displacement sensors is used for the convergence monitoring of highway tunnels, subway tunnels and underground ducts. 3. A BCS(Bassett Convergence System) using a pair of tilt sensors can be used for the convergence monitoring of tunnels, however the accuracy of the measurement has to be improved because it uses AC input voltage during data acquisition. The system has to be validated before it can be applied to the tunnels in operation. Convergence monitoring systems using TPMS and/or BCS are recommended to be evaluated and improved by a series of tests in tunnels under construction in order to be applied to the main measuring section and the tunnels in operation.

방사성 폐기물 지층 처분장과 암반의 역학적 특성 변화

정소걸(So-Keul CHUNG),신중호(Joong-Ho SYNN) 한국암반공학회 2008 터널과지하공간 Vol.18 No.3

지하 500 m의 처분장 주위 암반이 수 십 만년 이상 장기적으로 지압과 열하중을 받음으로 인해 발생되는 역학적-열적-수리적-화학적 특성변화에 대한 프랑스의 연구 결과를 분석하고 우리나라의 방사성 폐기물 처분에 관련된 연구 방향 설정과 부지확보 등 기초자료를 도출하고자 하였다. 우리나라에서 방사성 폐기물 관련 사업을 수행함에 있어 선택의 폭을 넓히기 위해서는 첫째,처분심도를 비롯한 처분 대상 지질매체(화성암 및 퇴적암)의 결정을 위한 데이터베이스의 구축이 시급하며, 특히 처분장 건설시에 갱도 혹은 처분 셀 주위에 발생되었던 파쇄 균열이 처분장을 장기간 운영하는 과정에서 치료되는 특성에 대한 규명이 필요할 것이다.둘째,장기적 EDZ 거동 변화에 대한 검증이 필요하며 처분 개념의 가역성(reversibility)에 대한 검토도 이루어져야 할 것으로 판단된다.셋째,한국형 방사성 폐기물 지층처분에 관한 타당성 검토와 개념설계를 바탕으로 구축된 지하실험실을 이용하여 처분장 설계 개념을 검증하는 연구 개발이 시급한 것으로 판단된다. Thermo-hydro-chemico-mechanical evolution of the radioactive waste repository and surrounding geological media is one of the key issues for the radioactive waste disposal. This article describes not only the basic context for the site selection but also a reasonable strategy for the repository related research based on the results of the French repository project carried out by ANDRA (National radioactive waste management agency). To have some alternatives for the determination of a preferable depth and geological media, it would be recommendable to establish a database system. The curing process of the fractures or microfissures in the EDZ (Excavation Disturbed Zone) during operation time has to be examined considering the evolution of the EDZ and the reversibility of the repository. It is prerequisite to carry out a feasibility study and to validate the design concept and design parameters in a properly constructed underground research laboratory (URL) in Korea.

LNG 지하공동 비축시스템의 타당성분석

정소걸(So-Keul Chung),박의섭(Eui-Seob Park),한공창(Kong-Chang Han) 한국암반공학회 2006 터널과지하공간 Vol.16 No.4

국내 천연가스 수요의 동고하저의 수요패턴과 도입패턴의 불일치 및 저장시설의 한계 등으로 수급관리의 어려움이 내재하고 있고 LNG 생산지 사고 등 도입선 공급불안 요인이 상존하고 있다. 따라서 LNG의 안정적 수급관리를 위하여 장기간 저장이 가능한 대규모 저장시설의 확보가 매우 중요한 실정이다. 이에 한국지질자원 연구원에서 Pilot Plant 운영을 통하여 검증된 복공식 저장공동기술의 국내 적용성 여부를 검토하고자 한다. 이 기술은 기존의 지상식과 반지하식에 비하여 경제성, 안전성 및 환경친화성 등에 유리하며, 특히 기화율 저감으로 인한 LNG 장기 저장이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 따라서 LNG 지하공동 비축시스템의 국내 도입을 위하여 지하저장기술의 기술적 타당성, 건설 및 운영비용 등에 대하여 살펴보았다. It is difficult to solve problems regarding the adjustment on demand and supply of LNG due to seasonal variations of domestic demand of LNG, a discordance among import pattern and limits of storage facilities and so on. Also, there may be instability in LNG supply due to chances of accidents at LNG producing areas. Therefore, it is very important to secure large LNG storage facilities and to stabilize LNG supply management on a long term basis. The objective of this study is to examine the real-scale applicability of a lined underground rock storage system, which have been verified by a successful operation of the Daejeon LNG pilot plant. The new technology has many advantages of better economy, safety and environment protection, for above-ground and in-ground storage systems. The results of this study may promote the first ever real scale underground LNG storage system in a rock cavern.

三次元 境界要素法 BEAP3D에 의한 採掘空洞 安定性 評價

鄭小杰(So-Keul Chung),金任鎬(Im-Ho Kim),曺永道(Young-Do Cho) 한국암반공학회 1998 터널과지하공간 Vol.8 No.2

압출 암반내 굴착된 터널의 안정성해석

정소걸(So-Keul Chung) 한국암반공학회 2003 터널과지하공간 Vol.13 No.4

時間 領域 反射法에 의한 岩盤 變位의 計測 技術 分析

정소걸(So-keul Chung) 한국암반공학회 1995 터널과지하공간 Vol.5 No.1