• Research Paper

    Mechanism of steel pipe reinforcement grouting based on tunnel field measurement results

    터널 현장 계측결과를 통한 강관보강 그라우팅의 거동 메커니즘

    Hyunkang Shin, Hyuksang Jung, Yong-joo Lee, Nag-young Kim, Sungil Ko

    신현강, 정혁상, 이용주, 김낙영, 고성일

    This study aims to report the behavioral mechanism of steel pipe reinforcement grouting, which is being actively used to ensure the stability ...

    본 논문은 터널 굴착 시 굴착면의 안정성 확보를 위해 매우 활발히 적용되고 있는 강관보강 그라우팅의 거동 메커니즘을 실제 현장의 계측결과를 이용하여 연구한 ...

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    This study aims to report the behavioral mechanism of steel pipe reinforcement grouting, which is being actively used to ensure the stability of the excavation surface during tunnel excavation, based on measurements taken at the actual site. After using a 12 m steel pipe attached with a shape displacement meter and a strain gauge to reinforce the actual tunnel surface, behavioral characteristics were identified by analyzing the measured deformation and stress of the steel pipe. Taking into account that the steel pipes were overlapped every 6 m, the measured data up to 7 m of excavation were used. In addition, the behavioral characteristics of the steel pipe reinforcement according to the difference in strength were also examined by applying steel pipes with different allowable stresses (SGT275 and SGT550). As a result of analyzing the behavior of steel pipes for 7 hours after the first excavation for 1 m and before proceeding with the next excavation, the stress redistribution due to the arching effect caused by the excavation relaxation load was observed. As excavation proceeded by 1 m, the excavated section exhibited the greatest deformation during excavation of 4 to 6 m due to the stress distribution of the three-dimensional relaxation load, and deformation and stress were generated in the steel pipe installed in the ground ahead of the tunnel face. As a result of comparing the behavior of SGT275 steel pipe (yield strength 275 MPa) and SGT550 steel pipe (yield strength 550 MPa), the difference in the amount of deformation was up to 18 times and the stress was up to 12 times; the stronger the steel pipe, the better it was at responding to the relaxation load. In this study, the behavior mechanism of steel pipe reinforcement grouting in response to the arching effect due to the relaxation load was identified based on the measured data during the actual tunnel excavation, and the results were reported.


    본 논문은 터널 굴착 시 굴착면의 안정성 확보를 위해 매우 활발히 적용되고 있는 강관보강 그라우팅의 거동 메커니즘을 실제 현장의 계측결과를 이용하여 연구한 결과를 수록하였다. 계측방법은 12 m의 강관에 형상변위계와 변형률계를 부착하여 실제 터널면에 보강을 시행한 다음 강관의 변형과 응력의 계측값을 분석하여 거동 특성을 파악하였으며, 6 m마다 강관이 중첩되는 것을 고려하여 7 m 굴착 시까지의 계측결과를 활용하였다. 또한, 허용응력이 다른 강관(SGT275와 SGT550)을 적용하여 강도차이에 따른 강관 보강재의 거동 특성도 확인하였다. 굴착면에 강관을 설치하고 최초 1 m 굴착 후 다음 굴착이 진행되기 전까지 7시간 동안의 강관 거동을 분석한 결과 굴착 이완하중에 따른 아칭효과로 응력이 재분배되는 거동 특성을 확인할 수 있었다. 1 m씩 굴착됨에 따라 3차원적인 이완하중의 응력분배로 인해 굴착된 구간은 4~6 m 굴착 시 가장 큰 변형을 나타내었다. 이러한 계측을 통해 굴착 전방지반의 설치된 강관에도 변형과 응력이 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, SGT275강관(항복강도 275 MPa)과 SGT550강관(항복강도 550 MPa)의 거동을 비교한 결과 변형량의 차이는 최대 18배, 응력은 최대 12배 정도 차이가 발생되어 강도가 큰 강관일수록 이완하중에 대응이 유리한 것으로 나타났다. 본 논문에서는 실제 터널 굴착에 따른 강관의 계측결과를 이용하여 이완하중의 아칭효과에 대응하는 강관 보강 그라우팅의 거동 메커니즘을 확인할 수 있었고, 그 결과를 본 논문에 수록하였다.

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    May 2021
  • Research Paper

    A proposal and evaluation of a revised GIN method

    수정 GIN 기법의 제안 및 검증

    Myung Sagong, Youngjin Park

    사공명, 박영진

    Grouting, which is applied for the increase of ground strength and the decrease of permeability, is complex process because of several reasons ...

    차수 및 보강을 목적으로 암반 내 수행되는 그라우팅은 여러가지 이유로 어려운 작업공정 이므로 세밀하게 수행되어야 한다. 가시적으로 확인이 불가능한 불연속면의 틈 사이로 ...

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    Grouting, which is applied for the increase of ground strength and the decrease of permeability, is complex process because of several reasons, so the process needs to be elaborated. Injection process in consideration of ground condition and optimization of grouting sequence is essential. In this study, GIN (Grouting Intensity Number), multiple of injected grout volume and pressure, is revised to consider injection pressure reduction and joint opening during grouting process. A revised GIN process is evaluated through a field test. A revised GIN, considering ground condition, injection pressure, follows GIN envelope and produces rational grouting process. The result of a revised GIN reduces permeability of the ground in the order of 10-1~10-2 cm/sec.


    차수 및 보강을 목적으로 암반 내 수행되는 그라우팅은 여러가지 이유로 어려운 작업공정 이므로 세밀하게 수행되어야 한다. 가시적으로 확인이 불가능한 불연속면의 틈 사이로 주입되는 그라우트의 주입거동을 최적화 하면서 지반조건에 대응하는 주입방법의 도출이 필요하다. 본 연구에서는 주입압과 주입재 체적의 곱인 GIN (Grouting Intensity Number)를 보완하여 JRC에 따른 주입압의 감소 현상 및 주입압력으로 인한 절리의 열림 현상을 고려한 수정 GIN 기법을 제안하였다. 해당 방법에 대한 검증을 위하여 현장시험을 수행하였으며 지반조건에 대응하는 GIN의 산정 및 주입압과 주입양의 제어를 통해서 GIN의 한계를 준용하여 주입을 수행하였다. 그 결과 합리적인 그라우팅 작업의 수행이 가능하였으며 지반의 투수계수 또한 10-1~10-2 cm/sec 수준의 저감을 보였다.

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    May 2021
  • Research Paper

    Analysis of rock removal shape according to overlapping width of waterjet cutting

    워터젯 절삭폭 중첩에 따른 암반제거 단면형상 분석

    Tae-Min Oh, Dong-Yeup Park, Jun-Sik Park, Gye-Chun Cho

    오태민, 박동엽, 박준식, 조계춘

    New type of rock excavation method using a waterjet system is being developed to secure economic feasibility and to reduce vibrations during ...

    터널굴착의 경제성 확보 및 굴착 시 발생하는 진동저감을 위해 워터젯 시스템을 활용한 새로운 형태의 암반 굴착공법이 개발되고 있다. 워터젯 절삭을 이용한 효율적인 ...

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    New type of rock excavation method using a waterjet system is being developed to secure economic feasibility and to reduce vibrations during excavation. In waterjet rock excavation, overlapping of cutting width is essential for high efficiency. In this study, cutting experiments for granite specimens were performed using abrasive waterjet system according to the overlapping ratio and standoff distance. Based on the experimental results, the granite cutting performance was analyzed according to the overlapping ratio. In addition, removal shapes of the cross-section were analyzed in terms of the cutting depth, width, and volume after waterjet cutting. When the overlapping ratio is less than 58%, rock specimens are partially removed due to the insufficient overlapping ratio. However, when the overlapping ratio exceeds 67%, overcutting phenomenon is observed. For the partial overlapping ratio (i.e., 25~75%), cutting efficiency is increased in the removal volume. This study is expected to be used as the important basic data for determining the optimum overlapping ratio when the waterjet system is applied for rock excavation.


    터널굴착의 경제성 확보 및 굴착 시 발생하는 진동저감을 위해 워터젯 시스템을 활용한 새로운 형태의 암반 굴착공법이 개발되고 있다. 워터젯 절삭을 이용한 효율적인 암반 굴착을 위해서는 워터젯 절삭폭의 중첩과정이 필수적이다. 본 연구는 초고압 연마재 워터젯 시스템을 이용하여 절삭폭 중첩도 및 이격거리에 따른 화강암 시편 절삭실험을 수행하였다. 실험결과를 바탕으로 중첩도 단계에 따른 화강암 절삭성능을 분석하였다. 그리고 형상인자를 절삭깊이, 절삭폭, 그리고 절삭부피로 분류하여 중첩 절삭 후 단면의 형상을 분석하였다. 절삭폭 중첩도가 58% 이하가 되면 중첩이 충분하지 않아 연속적인 암반제거가 불가능하였다. 반면 절삭폭 중첩도 67% 이상에서는 과절삭 현상이 확인되었다. 한편 부분중첩(25~75%) 조건에서는 기존 워터젯 절삭에 비해 효율적인 부피제거가 가능한 것으로 분석되었다. 해당 연구는 워터젯을 활용한 암반 굴착 시 최적 중첩도를 결정하기 위한 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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    May 2021
  • Research Paper

    A preliminary study for numerical and analytical evaluation of surface settlement due to EPB shield TBM excavation

    토압식 쉴드 TBM 굴착에 따른 지반침하 거동 평가에 관한 해석적 기초연구

    Jun-Beom An, Seok-Jun Kang, Jung Joo Kim, Kyoung Yul Kim, Gye-Chun Cho

    안준범, 강석준, 김정주, 김경열, 조계춘

    The EPB (Earth Pressure Balanced) shield TBM method restrains the ground deformation through continuous excavation and support. Still, the significant surface settlement ...

    토압식 쉴드 TBM 공법은 커터헤드 후면 챔버에 버력을 채워 막장 안정성을 확보하는 공법으로, 연속적인 굴착 및 지보를 통해 지반 변형을 억제하는 것으로 ...

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    The EPB (Earth Pressure Balanced) shield TBM method restrains the ground deformation through continuous excavation and support. Still, the significant surface settlement occurs due to the ground conditions, tunnel dimensions, and construction conditions. Therefore, it is necessary to clarify the settlement behavior with its influence factors and evaluate the possible settlement during construction. In this study, the analytical model of surface settlement based on the influence factors and their mechanisms were proposed. Then, the parametric study for controllable factors during excavation was conducted by numerical method. Through the numerical analysis, the settlement behavior according to the construction conditions was quantitatively derived. Then, the qualitative trend according to the ground conditions was visualized by coupling the numerical results with the analytical model of settlement. Based on the results of this study, it is expected to contribute to the derivation of the settlement prediction algorithm for EPB shield TBM excavation.


    토압식 쉴드 TBM 공법은 커터헤드 후면 챔버에 버력을 채워 막장 안정성을 확보하는 공법으로, 연속적인 굴착 및 지보를 통해 지반 변형을 억제하는 것으로 알려져 있다. 하지만 여전히 지반 조건, 터널 크기, 그리고 시공 조건에 의해 무시할 수 없는 지반 침하가 발생하는 실정이다. 따라서 지반침하 영향인자에 의한 침하 거동을 명확하게 이해하고 이를 기반으로 시공 중 발생 가능한 지반침하를 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 토압식 쉴드 TBM 시공 시의 지반침하 주요 영향인자들과 침하 발생 메커니즘이 반영된 해석 모델(analytical model)을 제시하였고, 시공 중 조절 가능한 인자들에 대한 매개변수 해석을 수치해석 기법을 통해 수행하였다. 수치해석 결과를 통해 시공 조건에 의한 침하 거동을 정량적으로 도출하였으며, 침하 해석 모델과의 연계를 통해 지반 조건에 따른 정성적인 경향성을 도시하였다. 본 연구 결과를 통해 토압식 쉴드 TBM 굴착에 의한 침하예측모델 도출에 기여할 것으로 기대된다.

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    May 2021
  • Research Paper

    Assessment of rock cutting efficiency of an actuated undercutting disc

    구동형 언더커팅 디스크의 절삭효율 평가

    Hoyoung Jeong, Yudhidya Wicaksana, Sehun Kim, Seokwon Jeon

    정호영, YudhidyaWicaksana, 김세훈, 전석원

    Alternative methods of rock cutting have been introduced to substitute and to improve the traditional mechanical rock excavation methods (e.g., TBM ...

    TBM과 로드헤더로 대표되는 기존의 기계화 암반굴착방식을 보완하고 대체하기 위한 새로운 개념의 암석절삭기법들이 연구되어오고 있다. 이러한 기법들 중 언더커팅 방식은 최근에 연구가 수행되고 ...

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    Alternative methods of rock cutting have been introduced to substitute and to improve the traditional mechanical rock excavation methods (e.g., TBM and roadheader). Undercutting methods have been recently studied in some countries. In undercutting, several additional cutting parameters are involved in its cutting process compared to the traditional rock-cutting. As a fundamental study, this paper introduces the concept of undercutting method with actuated disc, lab-scaled testing system, and testing procedures of undercutting by the system. Also, we present the calculation methods of cutter forces and specific energy, and discuss the results of undercutting tests compared to those of traditional rock-cutting methods.


    TBM과 로드헤더로 대표되는 기존의 기계화 암반굴착방식을 보완하고 대체하기 위한 새로운 개념의 암석절삭기법들이 연구되어오고 있다. 이러한 기법들 중 언더커팅 방식은 최근에 연구가 수행되고 있는 방식이다. 언더커팅에서는 기존의 전통적인 암석절삭 방식과 비교하여 보다 많은 절삭변수들이 암석의 절삭메커니즘에 관여한다. 본 논문은 이에 대한 기초연구로 수행되었으며, 언더커팅이 적용된 구동형 디스크, 실험실 스케일의 절삭시험시스템, 시험 방법에 대하여 소개하였다. 또한 본 논문에서 소개된 절삭시험시스템을 이용하여 구동형 언더커팅 디스크의 절삭력을 통해 비에너지를 계산하는 방법을 소개하였으며, 그 결과를 전통적인 암석절삭방식과 비교하여 분석하였다.

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    May 2021