Prediction of the Fractures at Inexcavation Spaces Based on the Existing Data

Understanding of fracture networks and rock mass properties during tunnel construction is extremely important for the prediction of dangers during excavation, and for deciding on appropriate excavation techniques and support. However, rapid construction process do not allow sufficient time for surveys and interpretations for spatial distributions of fractures and rock mass properties. This study introduces a new statistical approach for predicting joint distributions at foreside of current excavation face during the excavation process. The proposed methodology is based on a cumulative space diagram for joint sets. The diagram displays the cumulative spacing between adjacent joints on the vertical axis and the sequential position of each joint plotted at equally spaced intervals on the horizontal axis. According to the diagram, the degree of linearity of points representing the regularity of joint spacing; a linear trend of the points indicates that the joints are evenly spaced, with the slope of the line being directly related to the spacing. The linear points which are stepped indicates that the fracture set show clustered distribution. A clustered pattern within the linear group of points indicates a clustered joint distribution. Fractures surveyed from an excavated space can be plotted on this diagram, and the diagram can then be extended further according to the plotted diagram pattern. The extension of the diagram allows predictions about joint spacing in areas that have not yet been excavated. To test the model, we collected and analyzed data during excavation of a 10-m-long tunnel. Fractures in a 3-m zone behind the excavation face were predicted during the excavation, and the predictions were compared with observations. The methodology yielded reasonably good predictions of joint locations.

터널의 굴착면 전반부에 분포하는 절리의 예측

터널의 굴착과정에서 막장전반부에 분포하는 절리를 예측하여 그들로 인한 붕괴를 예방하기위해 보강계획을 수립하는 것은 매우 중요한 사안이다. 그러나 빠른 굴착공정에서 절리의 분포를 충분히 조사하고 예측하는 것은 쉽지 않은 일이다. 본 연구는 굴착면 선단부에 분포하는 절리를 예측할 수 있는 새로운 통계적 기법을 제시하고자 한다. 제시될 방법은 단일 절리군에 대한 절리간격의 누적분포도를 이용한 절리분포의 예측이다. 누적분포도는 수평축에 절리를 동일간격으로 순차적 배열을 한 후, 수직축에 누적간격을 기준으로 각 절리를 하나의 점으로 표기한다. 이 도표에서, 표기된 점들이 선형을 이루면 절리의 분포양상이 규칙적임을 의미하며, 직선의 기울기는 절리의 간격을 의미한다. 기울기가 낮으면 절리사이의 간격이 적은 것 이다. 점들의 분포가 군집형을 이루면 이는 절리의 분포양상이 군집형을 이룸을 의미한다. 현장에서 조사된 자료를 누적분포도에 점기하면 특정 절리군에 대한 분포양상이 분포도에 표기될 것이고, 이 분포양상을 연장하면 앞으로 굴착될 굴착면 전방의 절리분포를 예측할 수 있을 것이다. 실 터널현장에서 10 m 간격에서 측정된 특정 절리군에 대한 누적분포도 분석이 수행되었으며 이를 기반으로 3 m 전방의 미 굴착구간에 대한 절리분포가 예측되었다. 예측결과를 실제 현장자료와 비교한 결과 누적분포도는 전방절리를 적절히 예측하고 있었다. 분포도의 특성상 점기된 절리들의 선형과 등간격의 군집형태는 그 자체로 절리의 분포가 규칙적이며 누적분포도의 예측이 정확할 수 있음을 의미하는 것이다. 그러므로 본 연구는 향후 누적분포도의 분포양상에 대한 고찰과 그 결과의 넓은 공유가 있기를 바란다.