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        해저터널의 특성을 고려한 계측 개념 및 관리 방안

        박의섭,신희순,천대성,정용복,Park, Eui-Seob,Shin, Hee-Soon,Cheon, Dae-Sung,Jung, Yong-Bok 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.5

        해저터널은 육상의 지하구조물과 달리 시공 및 운영 중의 안전성을 확보하기 위해서는 기존의 육상터널에 적용된 응력과 변위계측과 더불어 해저터널의 특성을 고려한 계측이 필수적으로 요구된다. 따라서 해저터널의 안정성을 평가하고자 NATM에 적용되는 개념을 정리하고, 계측계획 수립을 위한 관측 시스템(observation system), 터널의 안전관리를 위한 임계변형률 이론과 국부적으로 발생하는 암석과 지보재의 파괴나 균열의 생성을 파악할 수 있는 미소파괴음 계측을 소개하고, 이러한 방법들을 사용한 해저터널 계측 및 관리방안을 제시하였다. In order to ensure the safety of the subsea tunnel during its construction and operation, unlike the underground structures on land, the special monitoring system is essential which considers the characteristics of subsea tunnels in addition to conventional stress and displacement measurements applied to existing land tunnels. Therefore, the concept applied to NATM is reorganized to evaluate the stability of subsea tunnels. And the observation system for making a monitoring plan, the critical strain theory for tunnel safety management and MS monitoring methods for detecting the local failure and crack initiation of rock and supports, are introduced. Finally, the scheme of monitoring and management for subsea tunnels by using these methods is suggested.

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        Voronoi 절리모델에 의한 터널 주변 굴착손상권(EDZ)의 해석 사례

        박의섭(Eui-Seob Park),C. Derek Martin,신중호(Joong-Ho Synn) 한국암반공학회 2008 터널과지하공간 Vol.18 No.5

        굴착손상권의 특성 및 범위를 규명하는 것은 방사성 폐기물의 이동 및 확산의 위험을 최소화하는 지하공동의 기밀에 영향을 받는 방사성폐기물 처분사업에선 중요하다.캐나다AECL의URL에선 터널기밀시험(TSX)이 수행되었고, 굴착손상권(EDZ)의 발달 가능성을 최소화하기 위하여 응력장을 고려하여 터널 형태 및 방향을 선택하였다. EDZ의 특성 및 범위는 방사상의 시추공내에서의 탄성파 속도와 투수율 측정을 통하여 파악되었다. 이 결과는 EDZ의 범위를 추정하는 본 연구의 모델링작업에 사용되었다. 이를 위하여 UDEC 코드내에 손상모델을 형성하고,실내실험 물성에 맞추었다.이 모델은 TSX 터널 주변의 균열 개시와 성장범위를 예측하는데 사용되었고,해석결과는 실제 측정된 손상과 비교되었다.수치모델내 손상권의 발달은 현장 측정결과의 잘 일치하는 것으로 나타났다. Quantifying the extent and characteristics of the excavation damage zone (EDZ) is important for the nuclear waste industry which relies on the sealing of underground openings to minimize the risk for radionuclide transport. At AECL’s Underground Research Laboratory (URL) the Tunnel Sealing Experiment (TSX) was conducted and the tunnel geometry and orientation relative to the stress field had been selected to minimize the potential for the development of an EDZ. The extent and characteristics of the EDZ was measured using velocity profiling and permeability measurements in radial boreholes. The results from this EDZ characterization are used in this paper to evaluate a modeling for estimating the extent of the EDZ. The methodology used a damage model formulated in the Universal Distinct Element Code and calibrated to laboratory properties. This model was then used to predict the extent of crack initiation and growth around the TSX tunnel and the results compared to the measured damage. The development of the damage zone in the numerical model was found to be in good agreement with the field measurements.

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        인공저류층 지열시스템(EGS) 연구사례

        박의섭(Eui-Seob Park) 한국암반공학회 2013 터널과지하공간 Vol.23 No.6

        최근 전 세계적으로 에너지 수급의 불안정 및 기후변화에 의한 이산화탄소 저감의 필요성으로 인하여 신재생에너지에 대한 중요성은 점차 증가하고 있다. 이러한 상황에서 지난 2010년 12월에 시작되어 진행 중인 한국 최초의 포항 인공지열 저류층 생성 기술 (Enhanced Geothermal System; EGS) 지열발전소 프로젝트는 국내 EGS 관련기술 발전에 새로운 계기가 될 것이다. 본 논문은 국내 EGS 실증사업에 일부분이라도 도움이 되고자 미국 Fenton Hill 및 일본 Hijiori 프로젝트 연구사례를 살펴보고, 이를 통해 기존 EGS 프로젝트의 성과와 한계를 습득함으로써 국내 EGS 프로젝트의 시행착오를 최소화하는데 도움이 되고자 한다. The importance of renewable energy has increased continuously due to the energy insecurity and the necessity of reducing carbon dioxide which is causing global climate change. In such a situation, the Pohang Enhanced Geothermal System (EGS) power plant project which is launched in December 2010 shall be a new opportunity for the development of EGS related technologies in Korea. In this paper, the case studies of Fenton Hill project in the USA and Hijiori project in Japan are introduced in order to help a part of the domestic EGS demonstration project. As a result, it could be helpful to minimize the trial and error of the domestic EGS project by acquiring the achievements and limitations of existing EGS projects.

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        PFC2D를 이용한 절리암반의 역학적 물성 평가연구

        박의섭(Eui-Seob Park),류창하(Chang-Ha Ryu) 한국암반공학회 2005 터널과지하공간 Vol.15 No.2

        절리 암반의 역학적 물성 및 거동 평가가 터널 및 지하구조물의 설계에 매우 중요하다 할지라도, 그것은 항상 매우 어려운 문제로 간주되어 왔다. 암반 거동을 모사하는데 있어서 어려움중의 하나는 적절한 구성 모델을 선정하는 것이다. 이러한 한계점은 PFC와 같이 사용자로 하여금 암반의 구성 모델을 요구하지 않는 개별요소 프로그램의 개발과 함께 극복되어질 것이다. 본 연구에서는 도로터널 현장의 30 m × 30 m × 30 m 절리 암반블록을 대상으로, 시추 및 지표 지질조사를 통해 얻어진 절리의 기하학적 형태자료를 근거로 개별균열망이 작성되었다. 개별균열망 모델의 절리 형상을 근거로 절리가 없는 상태에서 점차적으로 절리군을 추가해가면서 2차원 PFC 모델이 만들어졌다 또한 각각의 PFC 모델에 대한 수치모사를 통하여 각 모델의 응력-변형율 곡선이 얻어졌다 응력-변형율 곡선으로부터 절리 암반의 역학적 물성이 결정되었다. 절리의 존재는 암반의 역학적 물성에 상당한 영향을 미쳤으며, 더욱 중요한 것은 PFC 모델의 역학적 거동은 기존의 수치모델에서 요구되는 구성 모델에 의하여 결정되지 않는다는 것이다. Although the evaluation of the mechanical properties and behavior of jointed rock masses is very important for the design of tunnel and underground openings, it has always been considered the most difficult problem. One of the difficulties in describing the rock mass behavior is the selection of the appropriate constitutive model. This limitation may be overcome with the progress in discrete element software such as PFC, which does not need the user to prescribe a constitutive model for rock mass. In this paper, a 30 m × 30 m × 30 m jointed rock mass of road tunnel site was analyzed. A discrete fracture network was developed from the joint geometry obtained from core logging and surface survey. Using the discontinuities geometry from the DFN model, PFC simulations were carried out, starting with the intact rock and systematically adding the joints and the stress-strain response was recorded for each case. With the stress-strain response curves, the mechanical properties of jointed rock masses were determined. As expected, the presence of joints had a pronounced effect on mechanical properties of the rock mass. More importantly, getting the mechanical response of the PFC model doesn't require a user specified constitutive model.

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        역분석공학기법을 이용한 불연속면 분석 프로그램 개발

        박의섭(Eui-Seob Park),천대성(Dae-Sung Cheon),정용복(Yong-Bok Jung),류창하(Changha Ryu),선우춘(Choon Sunwoo),최용근(Yongkun Choi),허승(Sung Heo) 한국암반공학회 2007 터널과지하공간 Vol.17 No.3

        3차원 레이저 스캐너를 이용하여 사물의 형상을 측정하고, 이로부터 얻어진 데이터를 이용해서 측정된 사물의 형상을 재현하는 기술을 역분석공학이라고 한다. 최근 암반공학분야에서도 사람 손이 닿지 않는 암반사면이나 넓은 지역에 대한 신속한 불연속면 조사를 위해 이러한 역분석공학 기술을 응용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 기술을 이용하여 불연속면을 조사하고 분석하기 위해서는 레이저 스캐너로부터 얻어진 3차원 점군데이터를 처리하고 이로부터 불연속면을 추출하고 분석하는 프로그램이 필수적이다. 그러나 기존 프로그램들은 불연속면 조사에 필요한 기능을 충분히 갖추었다고 보기 어려운 실정이다. 따라서 이 연구에서는 3차원 레이저 스캐너를 이용하여 암반면을 측정한 점군데이터로부터 불연속면을 추출하고 통계분석하는 일련의 과정을 자동화된 하나의 프로세스로 처리하는 프로그램을 개발하였으며, 개발된 프로그램을 암반 사면과 터널 벽면의 불연속면 조사에 적용하여 조사기법과 프로그램의 적용성을 검증하였다. 3차원 레이저를 이용한 불연속면 조사와 개발된 프로그램을 이용함으로써 부지 조사시 접근이 곤란한 지역의 조사 용이성이 증대될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 관련 기술의 국제적인 수준이 초보 단계인 것을 감안하면 앞으로 해외시장 선점 가능성도 클 것으로 기대된다. The technique, which reproduces the figures of objects from measured data of the objects using 3-D laser scanner, is called reverse engineering. Recently, research studies into applications of reverse engineering to rock engineering are increasing in number, in the discontinuity surveys for rock slopes out of man's reach, or rapid discontinuity surveys for wide range areas. For analysis of discontinuity using reverse engineering, a program for processing point clouds data from the 3-D laser scanner, for sampling from these point clouds data, and finally analyzing the discontinuity is needed. However, existing programs rarely have sufficient functions to properly analyze the discontinuities. In this study, a program was developed, which can automatically sample discontinuities from the point clouds data which measured in a rock slope using a 3-D laser scanner, and which can also undertake statistical analysis of the discontinuities. This developed program was verified by the application of discontinuity surveys in a rock slope and a tunnel. By undertaking the discontinuity survey using a 3-D laser scanner and the developed program, the feasibility and rapidity of such surveys is expected to improve in areas out of man's reach in geotechnical surveys. Taking into consideration the fact that the international level of related techniques is at a rudimentary stage, the possibility of prior occupation of a broad market is also expected.

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        해저터널 시공중 지반조건별 위험 시나리오 관리기법

        박의섭(Eui-Seob Park),신희순(Hee-Soon Shin),신용훈(Yong-Hoon Shin),김택곤(Taek-Gon Kim) 한국암반공학회 2009 터널과지하공간 Vol.19 No.4

        해저터널을 굴착할 때 다양한 지반조건에서 발생하는 기술적인 위험에 대한 원인 규명과 조치를 수립하기 위해서는 예상되는 위험 시나리오를 구성하는 것이 중요하다. 또한, 위험 시나리오를 분류할 때 터널 굴착노선 전반에 걸쳐 발생되는 시나리오와 일부 구간에 국한하여 발생되는 시나리오를 함께 고려함으로써 프로젝트관리 측면에서 체계적이고 조직적인 대응을 할 수 있는 논리적인 틀을 제공할 수 있다. 본 연구에서는 위험 시나리오에 대한 관리기법으로 프로젝트 위험 시나리오와 프로젝트 관리요소를 구성하고 파일럿 프로젝트를 선정하여 프로젝트 일정을 수립하였다. 특히 해저터널에서 예상되는 위험 시나리오를 일반 위험 시나리오와 특정 위험 시나리오로 분류하고 프로젝트 관리요소와 연계할 수 있는 개념을 도출하였다. In order to establish the causes and measures for technical risks that occur in various ground conditions when a subsea tunnel is excavated, it is important to configure expected risk scenarios. In addition, when the risk scenarios are classified because the scenario that occurs along all tunnel route and the scenario limited to some area are considered together, a logical framework with systematic and organized responses can be provided for project managements. In this research, project risk scenarios and management elements were configurated, and the project schedule was established for the management techniques to the risk scenario. The risk scenarios expected in a subsea tunnel were classified into a common risk scenario and a special risk scenario, and the concept which can combine with the project management elements was derived.

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        암석물성이 워터젯 암석절삭 성능에 미치는 영향고찰

        오태민,박의섭,천대성,조계춘,주건욱,Oh, Tae-Min,Park, Eui-Seob,Cheon, Dae-Sung,Cho, Gye-Chun,Joo, Gun-Wook 한국터널지하공간학회 2015 한국터널지하공간학회논문집 Vol.17 No.5

        암석은 인공적인 재료(금속, 유리)에 비해 불균질하고 이방성을 가지고 있기 때문에 워터젯 절삭시 매우 복잡하게 파쇄되는 특성을 가진다. 워터젯 절삭시 암석특성에 따라 절삭성능이 결정되므로 물성에 대한 영향을 파악하는 것은 매우 중요하다. 워터젯 절삭효율에 영향을 미치는 물성은 선행문헌의 실험조건(수압, 연마재 투입량, 이격거리 등) 및 암종에 따라 다양하게 제시되고 있다. 본 연구에서는 워터젯 시스템을 이용한 암석절삭에 있어서 물성영향에 대해 문헌연구를 실시하고 중요 물성을 분석하였다. 선행문헌 연구를 통해 암석의 공극율, 일축압축강도, 경도가 워터젯 암석 절삭에 있어서 중요한 물성으로 도출되었다. 분석결과는 향후 워터젯 절삭 기술을 이용한 터널공사시, 암반특성에 따른 굴착효율을 예측하기 위한 기초지식을 제공할 수 있을 것이다. The rock fracturing during waterjet cutting is very complicated because rock is inhomogeneous and anisotropic, compared with artificial materials (e.g., metal or glass). Thus, it is very important to verify the effects of rock properties on waterjet rock cutting performance. Properties affecting the rock cutting efficiency have been variously described in the literature, depending on the experimental conditions (e.g., water pressure, abrasive feed rate, or standoff distance) and rock-types studied. In this study, a rock-property-related literature review was performed to determine the key properties important for waterjet rock cutting. Porosity, uniaxial compressive strength, and hardness of the rock were determined to be the key properties affecting waterjet rock cutting. The results of this analysis can provide the basic knowledge to determine the cutting efficiency of waterjet rock cutting technology for rock excavation-related construction.

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        충격하중에 의한 암석의 동적거동 측정시험장치

        박철환(Chulwhan Park),박의섭(Eui-Seob Park) 한국암반공학회 2010 터널과지하공간 Vol.20 No.5

        발파나 지진과 같은 충격하중에 의한 재료의 동적특성이 최근 들어 지상 및 지하구조물의 설계에 주목받고 있다. 측정장비의 발달에 힘입어 수백 μ-sec에서 파괴가 진행되는 동안에 발생하는 응력과 변형률의 완전한 이력곡선을 얻을 수 있다. SHPB는 암석의 동적거동을 연구하는데 보편적이며 믿을만한 실험장치로 인식되고 있으며, 이 장치에 의한 동적 압축이나 인장강도시험은 조만간 표준시험법으로 제정될 예정이다. 본 보고서는 종래의 사각형 입사파의 단점을 없애기 위하여 사인형태의 응력파를 생성할 수 있는 특별한 모양의 충격자를 고안한 논문을 소개한 것이다. 이 논문은 사인형태의 입사파에 대한 장점을 설명하고 또한 동하중에 대한 암석의 크기효과를 설명하고 있다. Dynamic properties of materials by shock loads such as rock blasting and earthquake are recently attracted in the design of aboveground and underground structures. The advance of measuring devices enables to obtain the whole histories of stress and strain in rock specimen of which the failure is completed in several hundred microseconds. The SHPB has been a popular and promising technique to study the dynamic behavior of rock. And the dynamic compressive, tensile and other test with this experiment system are planned to be Suggested Methods of ISRM. This technical paper is to introduced one study article which focuses the design of 3S (special shaped striker) to produce the half-sine wave to eliminate the problems of the rectangular wave. This article is also describing the advantage of half-sine incident wave and size effect of rock dynamic strength.

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        열에너지 저장 암반공동의 형상 및 레이아웃 설계 가이드라인

        박도현(Dohyun Park),박의섭(Eui-Seob Park) 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.1

        열에너지 저장은 고온 또는 저온의 잉여 열에너지를 저장하여 수요 발생 시 사용하기 위한 기술로서 에너지의 수요와 공급 사이의 불균형을 해소하고, 이를 통해 에너지 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다. 특히 간헐적인 신재생에너지 자원을 열에너지 형태로 변환하거나 저장함으로써 에너지 믹스에서 신재생에너지의 비중을 제고할 수 있으며, 이를 위해서는 열에너지 저장 장치와의 조합이 반드시 필요하다. 지하 암반공동을 이용한 열에너지 저장은 높은 건설비용이 수반되어 그 활용이 제한적이지만, 대규모의 열에너지를 장기간 저장할 수 있는 가장 현실적인 방법이다. 또한 기후조건에 따라 외부로의 열손실이 영향을 받는 지상의 열저장소와는 달리, 열저장 지하 암반공동은 장기 운영 시 주변 암반의 히팅에 따른 열손실의 감소를 기대할 수 있다. 본고에서는 열저장 암반공동의 형상 및 다중배치 설계 시 고려해야 할 주요 인자들을 소개하고, 저장공간의 설계에 대한 가이드라인을 제안하였다. Thermal energy storage (TES) is a technology that stores surplus thermal energy at high or low temperatures for later use when the customer needs it, not just when it is available. TES systems can help balance energy demand and supply and thus improve the overall efficiency of energy systems. Furthermore, the conversion and storage of intermittent renewable resources in the form of thermal energy can help increase the share of renewable resources in the energy mix which refers to the distribution of energy consumption from different sources, and to achieve this, it is essential to combine renewable resources with TES systems. Underground TES using rock caverns, known as cavern thermal energy storage (CTES), is a viable option for large-scale, long-term TES utilization although its applications are limited because of the high construction costs. Furthermore, the heat loss in CTES can significantly be reduced due to the heating of the surrounding rock occurred during long-term TES, which is a distinctive advantage over aboveground TES, in which the heat loss to the surroundings is significantly influenced by climate conditions. In this paper, we introduced important factors that should be considered in the shape and multiple layout design of TES caverns, and proposed guidelines for storage space design.

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