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Summary
목차
제1장 서론 13
1. 연구배경 및 필요성 13
2. 연구의 비전 및 목표 15
3. 연구내용 및 방법 18
4. 연구 추진체계 및 전략 25
제2장 자유단면굴착기용 커팅헤드 최적 설계시스템 구축 26
1. 개요 26
2. 자유단면 굴착기 설계를 위한 데이터베이스 구축 27
2.1. 구축된 데이터베이스의 개요 27
2.2. 데이터베이스의 통계분석 27
3. 커팅헤드 설계모델 개발을 위한 실험인프라 구축 31
3.1. 개요 31
3.2. 구축된 실험인프라의 특징 및 사양 31
4. 커팅헤드 설계모델 도출을 위한 실물 절삭실험 32
4.1. 실물 절삭실험 조건 32
4.2. 실물 절삭실험 결과 분석 32
5. 자유단면굴착기용 커팅헤드 설계시스템 제작 36
5.1. 커팅헤드의 설계방법 및 설계절차 도출 36
5.2. 커팅헤드 최적 설계시스템 제작 39
제3장 박층 뿜칠 라이너의 시작품 제작 및 성능평가 41
1. 개요 41
2. 해외 TSL의 재료분석 42
3. TSL 시작품의 제작과 성능평가 43
3.1. TSL 시작품의 제작 43
3.2. TSL 시작품의 성능평가 44
4. TSL 시작품의 현장 타설시공 52
4.1. 적용대상 현장조건 52
4.2. TSL 시작품의 타설시공 절차 및 결과 53
제4장 휴대용 고압 그라우팅 펌프 개발 55
1. 개요 55
2. 그라우팅 펌프의 설계 및 작동 시뮬레이션 55
2.1. 핵심부품 설계(안) 55
2.2. 3D 작동 시뮬레이션 56
3. 그라우팅 펌프 시제품 제작 57
4. 그라우팅 펌프 시제품 작동 테스트 57
5. 그라우팅 재료 주입성능 평가 59
6. 그라우팅 펌프 현장 적용성 평가 61
6.1. 실험개요 61
6.2. 선단보강 그라우팅 61
6.3. 실험결과 62
제5장 바이오폴리머-흙 혼합토 개발 63
1. 개요 63
2. 최적 바이오폴리머-흙 혼합 조건 도출 64
2.1. 상용 바이오폴리머의 종류 및 특성 64
2.2. 바이오폴리머-흙 혼합물의 지반공학적 거동 특성 65
3. 고강도 바이오폴리머-흙 혼합물 개발 69
3.1. 바이오폴리머 열처리를 이용한 15 MPa 압축강도 달성 69
3.2. 바이오폴리머 기술을 이용한 20 MPa 압축강도 달성 70
3.3. 바이오폴리머 기술을 이용한 25 MPa 압축강도 달성 72
4. 소결 74
제6장 도심지 주방식 지하구조(URPM)의 설계모델 개발 75
1. 개요 75
2. 주방식 지하구조의 지보패턴 설계 76
2.1. 지보패턴 설계를 위한 검토조건 76
2.2. 지보패턴 검토대상의 선정방법 76
2.3. 지보패턴의 설계 77
2.4. 무지보 암주의 설계방안 제시 83
3. 주방식 지하구조의 방·배수시스템 설계 87
3.1. 지하수 유출수량에 배수공 적용여부 평가 87
3.2. 주방식 지하구조의 배수시스템 설계 87
3.3. 배수시스템의 배수용량 검토 89
4. 주방식 지하구조의 굴착공정 분석 91
4.1. 굴착순서에 따른 굴착공정의 효율성 분석 92
4.2. 주방식 지하구조의 막장 운영수와 적정 굴착장비의 검토 93
5. 주방식 지하구조의 경제성 분석 102
5.1. 개요 102
5.2. 지보패턴 및 방·배수 시스템 103
5.3. 주방식 지하구조물의 단위 공사비 산정 104
5.4. 비교대상 공법의 공사비 분석 105
5.5. 주방식 지하구조물의 경제성 분석결과 107
제7장 결론 109
참고문헌 113
서지자료 119
Bibliographic Data 120
[Brief(Annual Report)] 121
판권기 126
표 1.1. 연차별 연구목표 및 연구내용 19
표 1.2. 본 연구과제의 WBT 달성 목표 24
표 2.1. 로드헤더의 설계를 위한 데이터베이스 항목 28
표 2.2. 데이터베이스의 통계분석을 통해 도출된 로드헤더 설계용 회귀식 29
표 2.3. 픽커터 절삭력 예측모델 도출을 위한 실물 절삭실험 조건(압축강도 60 MPa) 33
표 2.4. 픽커터 절삭력 예측모델 도출을 위한 실물 절삭실험 조건(압축강도 80 MPa) 33
표 3.1. 분말 1성분 TSL 시작품의 배합조건 44
표 3.2. 액상+분말 2성분 TSL 시작품의 분말재료 배합조건 44
표 3.3. TSL의 최소 성능 규정 45
표 3.4. EFNARC(2008) 기준에 따른 TSL 시작품들의 성능 분석결과 51
표 4.1. 점도, 주입압력, 균열 폭에 따른 용액형 그라우팅 재료의 주입성능 평가 60
표 6.1. 주방식 지하구조의 지보패턴 설계를 위한 검토조건 76
표 6.2. 지반조건에 따른 지보패턴 검토대상 및 암주의 안전율 78
표 6.3. 암주 안전율에 따른 숏크리트의 설계두께 산정 79
표 6.4. 주방식 지하구조의 지보패턴(지반조건 Type I~III, 주거/사무공간의 경우) 80
표 6.5. 주방식 지하구조의 지보패턴(지반조건 Type I~III, 물류 창고형 공간의 경우) 81
표 6.6. 주방식 지하구조의 지보패턴(지반조건 Type IV~V) 82
표 6.7. 굴착연장 및 비유출수량에 따른 유출량 검토결과 91
표 6.8. 주방식 지하구조의 두 가지 굴착순서 고려조건 92
표 6.9. 발파에 의한 굴착공정 분석을 위한 주방식 지하구조물의 기하학적 조건 94
표 6.10. 주방식 지하구조물에 대한 천공준비, 측량/마킹 및 천공시간의 설정 95
표 6.11. 부지면적에 따른 주방식 지하구조물의 굴착공기 분석결과 101
표 6.12. 주방식 지하구조물의 지보패턴 및 방·배수 시스템 104
표 6.13. 지반등급별 주방식 지하구조물의 단위공사비 산정 결과 105
표 6.14. 개착 지하철 정거장의 단위공사비 산정 결과 107
표 6.15. 도심지 지하철 시공 사례를 고려한 주방식 지하구조물의 지반등급 비율 가정조건 108
표 6.16. 주방식 지하구조물과 개착식 지하철 정거장의 단위공사비 비교표 108
그림 1.1. 개발될 기술의 주요 활용분야 15
그림 1.2. 기존 기술의 한계를 극복하기 위한 지하굴착 솔루션의 개발배경 및 이를 활용하는... 16
그림 1.3. 연구과제의 연차별 목표와 최종 목표 17
그림 1.4. 본 연구과제의 추진체계 개념도 25
그림 1.5. 중소기업과의 융·복합 협력 체계 25
그림 2.1. 워크시트 형태로 구축된 로드헤더의 데이터베이스(총 143개) 28
그림 2.2. 데이터베이스 분석을 통해 도출된 로드헤더 주요 사양간의 상관관계 30
그림 2.3. 커팅헤드 설계모델 개발을 위해 구축된 실물절삭 실험인프라 31
그림 2.4. 실물 절삭실험을 위한 픽커터의 절삭각도 조절 기능 32
그림 2.5. 픽커터 실물 절삭실험 장면(예) 33
그림 2.6. 실물 절삭실험에서 측정된 픽커터의 3차원 절삭력 성분 34
그림 2.7. 픽커터 작용력 추정모델 도출을 위한 실물 절삭실험 결과의 분석(예) 35
그림 2.8. 본 연구에서 정립한 자유단면굴착기 커팅헤드의 설계 흐름도 36
그림 2.9. 픽커터의 배열설계 예(커팅헤드의 전개도) 38
그림 2.10. 커팅헤드 설계시스템의 UI(User Inferace) 및 구성 40
그림 2.11. 설계시스템에 의한 커팅헤드 설계결과(예) 40
그림 2.12. 커팅헤드 최적 설계시스템의 데이터베이스 검색관리 모듈 40
그림 3.1. 해외 TSL 재료의 분석결과(예) 43
그림 3.2. TSL 시작품의 재령별 평균 직접인장강도 46
그림 3.3. TSL 시작품의 인장응력-변형률 곡선(재령 28일) 46
그림 3.4. TSL 시작품의 재령별 파괴 시 신장률 47
그림 3.5. 2성분 TSL 시작품의 재령별 부착강도 47
그림 3.6. 2성분 TSL 시작품의 압축응력-변형률 곡선(예) 48
그림 3.7. TSL 시작품과 외국산 T재료에 의한 코팅 시험체의 일축압축강도 증가율 49
그림 3.8. 2성분 TSL로 코팅된 모르타르 시험체의 파괴 후 3차원 단층촬영 단면(예) 49
그림 3.9. LBS시험에 의한 TSL 시작품의 재령별 선형내하력 50
그림 3.10. TSL 시작품의 재령별 평균 안전율 51
그림 3.11. TSL 타설시공 대상 노후터널의 내부 열화 및 누수 현황 52
그림 3.12. 2성분 TSL 시작품 타설을 위한 타설장비(Strobot 406S) 53
그림 3.13. TSL 시작품의 현장 타설시공 순서 54
그림 3.14. TSL 현장 타설 후의 터널 라이닝 내부 현황 54
그림 4.1. 공압식 그라우팅 펌프의 단면도 56
그림 4.2. 휴대용 그라우팅 펌프 시제품 57
그림 4.3. 휴대용 그라우팅 펌프 시제품 작동 테스트 58
그림 4.4. 배합비에 따른 점도변화 59
그림 4.5. 선단보강 그라우팅 전경 62
그림 5.1. 바이오폴리머 1% 혼합 인공 흙 조성물의 액성한계 65
그림 5.2. 다양한 함수비 조건에서의 바이오폴리머-인공 흙 혼합물의 비배수전단 강도 66
그림 5.3. 다양한 간극비 조건에서의 비배수 전단강도 67
그림 5.4. 다양한 함수비·간극비 조건에서의 바이오폴리머 혼합토의 비배수 전단강도 68
그림 5.5. 특수열처리(2단계 열처리)를 이용한 바이오폴리머-흙 시편 제작 69
그림 5.6. 교차결합 예시(검은색이 삼황화(3S-links) 결합을 통한 교차결합). 70
그림 5.7. 열적젤화 바이오폴리머-흙 매트릭스의 구조 70
그림 5.8. 흙 종류별 바이오폴리머 함량과 강도-강성 상관관계 72
그림 5.9. 굴착토(세립토:모래:골재=35:50:15 중량비) - 교차결합 바이오폴리머... 72
그림 5.10. 카제인-흙 혼합시편의 강도와, 공인시험성적 결과. 73
그림 6.1. 지보패턴 검토 대상의 선정 프로세스 개념 77
그림 6.2. 지보패턴 설계를 위한 수치해석 조건 및 모델링(예) 79
그림 6.3. 록볼트의 설치패턴 설계(예) 80
그림 6.4. 암주의 안정성 평가를 위한 지류론의 개념 83
그림 6.5. 다양한 설계조건별 암주의 안전율 산출 결과 85
그림 6.6. 암석 강도와 암주 형상 조건에 따른 무지보 암주의 설계도표 86
그림 6.7. 무지모 암주의 간편 설계를 위한 안정성 해석 프로그램(RPD Ver. 1.0) 86
그림 6.8. 터널 내 유출수량과 시추조사 시 지하수위와의 관계 88
그림 6.9. 도로터널의 발생용수량 조사결과 88
그림 6.10. 본 연구에서 제안된 주방식 지하구조의 배수시스템 89
그림 6.11. 동수경사 및 배수관경에 따른 통수용량 분석결과 90
그림 6.12. 주방식 지하구조물에서 암주를 통한 유출수 배수방향 및 배수 구역 91
그림 6.13. 주방식 지하구조물의 굴착순서에 따른 안정성 및 시공성 분석 결과 93
그림 6.14. 굴착 단면적에 따른 천공수 96
그림 6.15. 스무드 블라스팅 및 프리스플리팅에 대한 천공경에 따른 천공간격의 범위 96
그림 6.16. 굴착공기를 계산하기 위한 주방식 지하구조물의 개략도 97
그림 6.17. 주방식 지하구조물의 굴착순서 예(부지면적 30×30m의 경우) 99
그림 6.18. 운영되는 막장수와 굴착공기의 관계(부지면적 30×30m의 경우) 100
그림 6.19. 운영되는 막장수와 굴착공기의 관계(부지면적 39×39m의 경우) 101
그림 6.20. 운영되는 막장수와 굴착공기의 관계(부지면적 48×48m의 경우) 101
그림 6.21. 운영되는 막장수와 굴착공기의 관계 (부지면적 57×57m의 경우) 101
그림 6.22. 굴착면적에 따른 천공장비의 소요 대수 102
그림 6.23. 주방식 지하구조물의 단면 형상 및 치수 103
그림 6.24. 서울지하철 9호선 OOO정거장의 설계단면도 106