천공데이터를 이용한 터널 굴진면 전방 암반강도 예측

김광염(Kwang-Yeom Kim),김성권(Sung-Kwon Kim),김창용(Chang-Yong Kim),김광식(Kwang-Sik Kim) 한국암반공학회 2009 터널과지하공간 Vol.19 No.6

터널 굴착시 굴진면 전방의 지반상태를 사전에 파악하는 것은 터널의 안정성을 증가시킴과 동시에 시공성을 향상시켜 경제적인 터널 시공을 할 수 있도록 한다. 이에 본 연구에서는 터널 천공시 획득되는 천공데이터를 이용하여 굴진면 전방의 암반강도를 예측하고자 하였다. 이는 암반강도가 현장에서 암반분류 및 지보패턴 설계등의 핵심인자로 가장 보편적으로 활용될 뿐만 아니라, 암반강도의 변화를 통해 굴진면 전방의 지반상태 변화를 예측하는데도 활용할 수 있기 때문이다. 이를 위해 본 연구에서는 다양한 강도 특성을 보이는 균질한 암석시험편을 대상으로 착암기 종류를 변화시켜가며 천공실험을 수행하였다. 실험결과 천공속도는 다른 천공데이터들과 착암기의 종류 및 암석의 강도에 따라 고유한 값을 보이는 것으로 나타났다. 또한, 동일한 암석에 대해 천공시 타격압이 증가하면 천공속도는 선형적으로 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 본 연구에서는 터널 시공 현장에서 착암기의 제원, 현장 계측 데이터 및 천공속도와 암반강도의 상관관계를 이용하여 터널 굴진면 전방의 암반강도를 예측할 수 있는 방안을 제안하였다. Appropriate investigation of ground condition near excavation face in tunnelling is an inevitable process for safe and economical construction. In this study mechanical parameters from drilling process for blasting were investigated for the purpose of predicting the ground condition, especially rock mass strength, ahead of tunnel face. Rock mass strength is one of the most important factors for classification of rock mass and making a decision of support type in underground construction. Several rock specimens which are considered homogeneous and having different strength values respectively were tested by hydraulic drill machines generally used. As a result, penetration rate is fairly related with rock mass strength among drilling parameters. It is also found that penetration rate increases along with the higher impact pressure even under same rock strength condition. It is finally suggested that new prediction method for rock mass strength using percussive pressure and penetration rate during drilling work can be utilized well in construction site.

모형실험을 통한 천공데이터와 지반의 물리적 특성 간의 상관성 분석

김광염 ( Kwang Yeom Kim ),김창용 ( Chang Yong Kim ),김성권 ( Sung Kwon Kim ),김광식 ( Kwang Sik Kim ),윤효관 ( Hyo Kwan Yoon ) 대한지질공학회 2009 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2009 No.-

유압 천공데이터를 이용한 터널 굴진면 전방 지질상태 예측

김광염 ( Kwang Yeom Kim ),김창용 ( Chang Yong Kim ),김광식 ( Kwang Sik Kim ),임성빈 ( Sung Bin Yim ),서경원 ( Kyoung Won Seo ) 대한지질공학회 2009 지질공학 Vol.19 No.4

터널 및 지하구조물 시공 중 굴착 대상 지반에 대한 정확한 정보 획득은 작업의 효율성과 안전성을 위해 매우 중요하다. 본 연구에서는 굴착 중 굴진 대상 암반의 지질 구조를 신속하고 정확하게 감지하기 위하여 천공탐사 기법을 이용하였다. 유압 착암기 천공 시 발생하는 천공속도, 회전압, 피드압 등의 기계량을 측정하여 분석하였으며, 이를 통해 암석과 지질구조적 특성에 의해 변화되는 암반 특성을 평가 하였다. 터널 시공현장에서 굴착 중 획득된 천공데이터 분석에 의해 평가된 암반 정보는 굴착 전 수행된 선진수평시추 및 TSP 탐사 결과와 비교하여 신뢰성을 검토하였으며, 그 결과 천공 데이터의 변화가 암반 특성 및 불연속면 예측을 위해 효율적으로 활용될 수 있음을 확인하였다. During construction of a tunnel and underground structure, it is very important to acquire accurate information of the rock mass will be excavated. In this study, the drill monitoring method was applied for rapid prediction of geological condition ahead of the tunnel face. Mechanical data(speed, torque and feed pressure) from drilling process using a hydraulic drilling machine were analyzed to assess rock mass characteristics. Rock mass information acquired during excavation from drilling monitoring were compared with results from horizontal boring and tunnel seismic profiling(TSP). As the result, the drilling monitoring method is useful to assess rock mass condition such as geological structures and physical properties ahead of the tunnel face.

암석시험편 천공시험을 이용한 천공파라미터 연구

김광염(Kim Kwang Yeom),김창용(Kim Chang Young),김광식(Kim Kwang Sik),윤효관(Yoon Hyo Kwan) 대한토목학회 2008 대한토목학회 학술대회 Vol.2008 No.10

초기계측 시점이 터널 내공변위 예측에 미치는 영향분석

김광염(Kwang-Yeom Kim),김호근(Ho-Geun Kim),서용석(Youg-Seok Seo) 한국암반공학회 2012 터널과지하공간 Vol.22 No.3

터널 굴착에 의해 발생되는 주변 지반의 변위는 터널의 안정성 평가를 위해 중요한 정보가 된다. 실제 시공중 계측에 의해 획득되어 지는 변위량은 불가피하게 계측전 발생한 변위를 포함하지 못하게 된다. 따라서, 계측이 이루어진 시점을 고려하여 계측전 발생한 변위량을 예측하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 초기계측이 이루어진 시점에 따라 계측전 변위 예측의 정확도를 굴착면과 계측지점의 이격거리만을 고려하여 통계적 기법으로 고찰하였다. 또한, 계측 오차가 변위 예측결과에 미치는 영향을 몬테카를로 시뮬레이션을 통하여 살펴보았다. 연구결과 초기 계측이 이루어진 이격거리가 커질수록 전체 변위 이력곡선의 예측 정확도는 급격히 감소하였으며, 계측오차가 커질수록 예측 정확도가 낮아지는 경향을 확인하였다. Deformation behaviour of rock mass around an opening measured during tunnel excavation is very important in order to assess the stability of the tunnel. Unfortunately displacement measured only after the installation of displacement measuring device can be acquired, which results in inevitably excluding the pre-displacement occurred and accumulated before the displacement measuring devices are installed. So it is very important to consider the pre-displacement based on the elapsed time before zero reading after deformation behaviour started. In this study, the accuracy of total estimated displacement depending on the distance between face and measurement position is calculated by statistical non-linear fitting on measurable displacement data. Besides, the influence of the unavoidable measurement error is considered by using Monte-Carlo simulation. As a result, the faster the initial reading started and the smaller the measurement error is, the higher the accuracy of estimating total displacement is obtained.

디지털 영상을 이용한 터널 3차원 변위 계측

김광염 ( Kwang Yeom Kim ),김창용 ( Chang Yong Kim ),이승도 ( Seung Do Lee ),서용석 ( Yong Seok Seo ),이정인 ( Chung In Lee ) 대한지질공학회 2007 지질공학 Vol.17 No.4

디지털 영상을 통한 터널 내공의 3차원 절대변위 계측의 현장 적용성 검토를 위해 OO터널 현장에 계획된 내공변위계측단면 상에 위치한 광파 타겟의 변위를 측정하고자 하였다. 디지털 영상 계측을 위한 3차원 입체모델 생성을 위해 측정위치마다 3개의 측선까지의 타겟만 고려하였다. 하나의 입체모델의 생성을 위해서 각 위치에서 3장 이상의 디지털 영상을 획득하여 입체모델을 구성하였으며, 마지막 2개 측선에서의 6개 타겟(천단, 좌우 측벽)을 계속 중첩시켜가며 다음입체 모델을 구성하여 6개 이상의 정합점이 두 입체모델에서 공유될 수 있도록 하였다. 광파 계측과 디지털 영상계측을 통한 터널 시공 중 암반의 3차원 절대변위 계측 방법을 비교하기 위해 10회에 걸쳐 디지털 영상 계측과 광파 계측을 동일한 구간에 동시에 적용하였다. 각 방법을 사용한 계측에 소요되는 시간과 계측결과를 비교하였다. In order to assess the on-site applicability of 3D absolute displacement monitoring of tunnel using digital photogrammetry, the displacement of the optical target placed at the measurement section was investigated, as planned in the OO tunnel construction site. The targets on 3 measurement lines only were considered for each point of measurement for the reconstruction of 3D cubic model for the digital vision monitoring. For each 3D model, 3 or more images have to be obtained at each point. On the last 2 measurement lines, 6 targets (crown, left and right walls) were continuously overlapped to construct 3D models so that 6 or more apices can be shared by 2 3D models. In order to compare the measurement methods of 3D absolute displacements in tunnel excavation, i. e, total station and digital image measurement, both the digital image measurement and optical measurement were conducted for 10 times in the same work section. The time and measurement results of both methods were compared.

변위벡터방향성을 이용한 터널 전방 단층대 예측에 관한 연구

김광염 ( Kwang Yeom Kim ),임성빈 ( Sung Bin Yim ),김장겸 ( Jang Kyeom Kim ),서용석 ( Yong Seok Seo ),김진웅 ( Jin Woung Kim ) 대한지질공학회 2010 지질공학 Vol.20 No.4

본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 통해 터널 굴착 전방에 위치한 단층대를 내공변위 계측결과를 이용하여 예측하기 위한 방안을 고찰하였다. 이를 위하여 터널과 단층대의 기하학적 위치변화에 따른 수치해석 모델을 구성하였다. 단층대의 경사는 각각 90°, 터널 진행 반대방향 45°, 터널 진행방향 45°의 3가지로 구분하였으며, 각 경사별로 주향을 15° 간격으로 변화시켜 총 15개의 해석 모델에 대하여 분석하였다. 각 모델별 내공변위의 변화양상은 천단부와 측벽부에서의 벡터 방향성을 이용하여 분석하였다. 최종적으로, 총 9가지 조건의 단층대 분포 특성에 해당하는 굴착면 전방 예측 경향선을 도시화 하였으며, 이를 기반으로 일상 계측 데이터 분석을 통한 전방 단층대 출현 및 배향의 예측 방안을 제시하였다. A three-dimensional finite element analysis was performed to predict the location of a fault zone ahead of a tunnel face based on convergence displacement. Geometrical models for the numerical analysis were developed based on the possible geometric intersection between the fault zone and the tunnel. Fifteen fault models were generated from combinations of faults with five different strikes (at 15° intervals) and three dips (vertical, 45° and -45°) relative to the tunnel route. The displacements on the crown and side walls were calculated and analyzed using a vector orientation approach. As a result, nine representative prediction charts were developed, showing location and orientation of the fault zone based on convergence displacement.

심부지열발전을 위한 시추기술의 현황과 미래

김광염(Kwang-Yeom Kim) 대한토목학회 2011 대한토목학회지 Vol.59 No.9

국내 터널시공 중 막장지질조사의 문제점 및 개선방안에 관한 연구

김광염 ( Kwang Yeom Kim ),김창용 ( Chang Yong Kim ),임성빈 ( Sung Bin Yim ),윤현석 ( Hyun Seok Yun ),서용석 ( Yong Seok Seo ) 대한지질공학회 2006 지질공학 Vol.16 No.3

터널 시공 시에 관찰되는 막장의 상태는 굴착예정 막장의 지질상태를 가장 잘 표현하며, 지보패턴의 결정에 큰 영향을 미치므로 막장지질조사는 매우 중요하다. 따라서 막장지질조사를 통해서 단순히 암반평가만을 수행하는 것이 아니라 터널 시공 중에 영향을 미칠 수 있는 모든 지질요소 등을 관찰하여 다음 시공 막장의 지반상태를 예측하여야 한다. 그러나 현재 막장지질조사 시 기술 및 경험, 시간적인 제약 등으로 인한 한계로 조사결과를 시공에 충분히 반영하지 못하는 것이 현실이다. 본 연구에서는 기 시공된 국내 터널의 막장관찰기록지의 기록상황을 집계하여 막장지질조사의 문제점을 분석하고 그 개선 방안을 제시하였다. Face mapping during tunnel construction is useful and critical to predict the characteristics and stability condition of following tunneling sections and to select optimum support pattern. Therefore, a detailed geological survey of the tunnel faces, as important as a routine underground survey and a RMR evaluation, should provide critical information of the tunnel face condition in terms of the engineering geological condition and the safety of working environment for the following tunneling section. But the results of the face investigation have not been applied satisfactorily during tunneling due to limitation of technique, experience and time. This study analyze problems of face mapping in tunnel construction site by using statistical results of face mapping sheets obtained from completed tunnels, and suggest several opinions to improve face mapping during tunnel construction.

노치 발파공에 의한 파단면 제어 효과에 관한 연구

김광염 ( Kwang Yeom Kim ),김동규 ( Dong Gyou Kim ),정동호 ( Dong Ho Jeong ),조상호 ( Sang Ho Cho ) 대한화약발파공학회 2008 화약발파 Vol.26 No.1

발파에서 특정한 방향으로 균열 성장을 제어하는데 장약공 노치가 유효하다는 연구결과가 발표되어 오고 있다. 본 연구에서는 장약공의 노치가 파단면 형성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 일반 장약공과 노치 장약공에 의한 파단면의 표면을 비교하였다. 암석시편에 노치를 형성하기 위하여 노치비트시스템이 적용되었다. 파단면의 표면은 디지털 영상 계측법을 적용하여 DEM 모델로 재구성하고, 표면 거칠기 지수를 사용하여 파단면의 거칠기를 평가하였다. It has been proven that the pre-cracking notches in a blasting hole are applicable to control crack growth along specific direction. This study compared the roughnesses of the fracture plane resulting from test blasts using a regular charge hole and notched charge hole to investigate the effect of the notches of charge hole on the formation of fracture plane. A notch bit system was used to drill the notched hole in the rock specimens. The surfaces of the fracture planes were reconstructed as Digital Elevation Model (DEM) using digital photogrammetric method and the roughnesses of the surfaces were estimated with Surface Roughness Profile Index (SRp).