• 터널과지하공간
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• 제18권6호
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• pp.480-490
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• 2008

천공탐사는 암반 굴착시 점보드릴의 유압착암기로부터 계측되는 기계량들인 천공데이터를 분석하여 암반의 특성을 평가하는 기법이다. 천공탐사는 발파공 또는 록볼트공 천공시 실시간으로 계측할 수 있기 때문에 암반을 신속하고 정량적으로 예측 및 평가할 수 있는 장점이 있다. 현재까지도 천공데이터에 관한 다양한 연구가 수행되어져오고 있지만, 암반 특성을 평가하기 위한 천공파라미터들의 항목 선정과 기 계량들의 수치적인 정량화가 정립되어 있지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 암석 및 지반 특성을 평가할 수 있는 천공파라미터의 항목 선정 및 천공시 천공데이터들 간의 관계를 파악하기 위해 균질 모형 암석 시험편을 제작하여 천공데이터를 획득하였고, 획득된 천공데이터를 이용하여 천공파라미터들의 상관관계 분석을 수행하였다. 분석 결과를 통해 유압착암기의 굴착능력은 타격에 의해 가장 큰 영향을 받음을 확인하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제23권1호
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• pp.61-69
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• 2020

The uniaxial compressive strength (UCS) of rock is a basic parameter in underground engineering design. The disadvantages of this commonly employed laboratory testing method are untimely testing, difficulty in performing core testing of broken rock mass and long and complicated onsite testing processes. Therefore, the development of a fast and simple in situ rock UCS testing method for field use is urgent. In this study, a multi-function digital rock drilling and testing system and a digital core bit dedicated to the system are independently developed and employed in digital drilling tests on rock specimens with different strengths. The energy analysis is performed during rock cutting to estimate the energy consumed by the drill bit to remove a unit volume of rock. Two quantitative relationship models of energy analysis-based core drilling parameters (ECD) and rock UCS (ECD-UCS models) are established in this manuscript by the methods of regression analysis and support vector machine (SVM). The predictive abilities of the two models are comparatively analysed. The results show that the mean value of relative difference between the predicted rock UCS values and the UCS values measured by the laboratory uniaxial compression test in the prediction set are 3.76 MPa and 4.30 MPa, respectively, and the standard deviations are 2.08 MPa and 4.14 MPa, respectively. The regression analysis-based ECD-UCS model has a more stable predictive ability. The energy analysis-based rock drilling method for the prediction of UCS is proposed. This method realized the quick and convenient in situ test of rock UCS.

• Geomechanics and Engineering
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• 제36권2호
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• pp.111-119
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• 2024

In the realm of rock excavation projects, precise estimation of the drilling rate index stands as a pivotal factor in strategic planning and cost assessment. This study introduces and evaluates two pioneering computational intelligence models designed for the prognostication of the drilling rate index, a pivotal parameter with direct implications for cost estimation in rock excavation projects. These models, denoted as the Relevance Vector Regression (RVR) optimized with the Invasive Weed Optimization algorithm (IWO) (RVR-IWO model) and the RVR integrated with the Shuffled Frog Leaping algorithm (SFL) (RVR-SFL model), represent a groundbreaking approach to forecasting drilling rate index. The RVR-IWO and RVR-SFL models were meticulously devised to harness the capabilities of computational intelligence and optimization techniques for drilling rate index estimation. This research pioneers the integration of IWO and SFL with RVR, constituting an unprecedented effort in forecasting drilling rate index. The primary objective of this study was to gauge the precision and dependability of these models in forecasting the drilling rate index, revealing significant distinctions between the two. In terms of predictive precision, the RVR-IWO model emerged as the superior choice when compared to the RVR-SFL model, underscoring the remarkable efficacy of the Invasive Weed Optimization algorithm. The RVR-IWO model delivered noteworthy results, boasting a Variance Account for (VAF) of 0.8406, a Mean Squared Error (MSE) of 0.0114, and a Squared Correlation Coefficient (R²) of 0.9315. On the contrary, the RVR-SFL model exhibited slightly lower precision, yielding an MSE of 0.0160, a VAF of 0.8205, and an R2 of 0.9120. These findings serve to highlight the potential of the RVR-IWO model as a formidable instrument for drilling rate index prediction, particularly within the framework of rock excavation projects. This research not only makes a significant contribution to the realm of drilling engineering but also underscores the broader adaptability of the RVR-IWO model in tackling an array of challenges within the domain of rock engineering. Ultimately, this study advances the comprehension of drilling rate index estimation and imparts valuable insights into the practical implementation of computational intelligence methodologies within the realm of engineering projects.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권4호
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• pp.561-571
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• 2019

NATM 공법을 이용한 터널굴착 시 발파공 천공 및 장약 작업은 전체 터널 굴착 시간의 30% 이상을 차지하는 중요한 과정이다. 최근에는 이 공정을 활용하여 천공작업 도중 얻어지는 타격압, 천공속도 등을 바탕으로 터널 굴착면 전방의 지반상태, RMR 등을 예측하는 연구들이 진행되어 왔다. 하지만 선행 연구들은 대부분 화강암으로 대표되는 화성암질 지반에 대해서만 수행되어 왔다. 본 연구에서는 유사한 RMR의 범위를 가지는 화성암의 천공속도를 퇴적암(특히, 역암, 사암 및 셰일)의 천공속도와 비교/분석하였으며, 유사한 RMR 값을 가지는 암이라 하더라도 암질 종류에 따라서 천공속도가 크게 달라질 수 있음을 확인하였다. 퇴적암에서의 천공속도가 화성암에서의 속도보다 더 빨랐으며, 또한 화성암의 경우 천공속도와 RMR등급에 따른 천공속도의 차이는 거의 없는 것에 반하여, 퇴적암의 경우는 RMR등급이 낮아질수록 천공속도는 증가함을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권9호
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• pp.71-74
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• 2010

암반에 근입된 현장타설말뚝 시공 시, 말뚝 선단부의 위치 및 강도는 반드시 확인되어야 한다. 그러나, 실제 현장타설말뚝의 시공 시 굴착액 등으로 인하여 선단부의 위치 및 강도 확인이 힘든 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 현장타설말뚝 굴착장비에 간단히 부착하여 선단부 암반의 위치 및 강도를 측정할 수 있는 정적관입기를 개발하였다. 일련의 실내교정을 통하여 만들어진 정적암반관입기는 여러 현장에서 수행된 검증시험을 성공적으로 수행하였고, 이에 따라서 현장타설말뚝 선단부의 위치 및 강도 확인을 가능하게 하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2009년도 세계 도시지반공학 심포지엄
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• pp.1338-1345
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• 2009

Although rock excavation is necessary for the effective utilization of urban space, most conventional rock excavation methods, including the blasting method, cause high noise and vibration. Meanwhile, if a high pressure waterjet system is applied to excavate underground spaces in urban areas, the public grievance can be reduced by low noise and vibration. In this study, an abrasive waterjet system is designed and developed to study the influence of various performance parameters such as jet pressure, nozzle traverse speed, stand-off distance, or abrasive feed rate on waterjet excavation performance in laboratory. Using the developed waterjet system, rock drilling characteristics are identified by measuring drilling depths as a function of the jet exposure time. The drilling depth linearly increases with increasing the jet exposure time(under 60sec). Rock cutting characteristics are also obtained with various jet pressures(1600~3200kg/$cm^2$) and nozzle traverse speeds(1.9~14.1mm/s): The cutting depth is nonlinearly related to the jet pressure and traverse speed. Indeed, the cutting depth increases with an increase in the jet pressure and a decrease in the nozzle traverse speed. This trend can be explained by energy transferring/loss mechanism.

• 터널과지하공간
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• 제19권6호
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• pp.479-489
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• 2009

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 설계 등의 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.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제68권1호
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• pp.95-101
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• 2018

The low rate of penetration and short lifetime of drilling bit served as the most common problems encountered in hard formation drilling, thus leading to severe restriction of drilling efficiency in oil and gas reservoir. This study developed a new local impact drilling method to enhance hard formation drilling efficiency. The limitation length formulas of radial/lateral cracks under static indentation and dynamic impact are derived based on the experimental research of Marshall D.B considering the mud column pressure and confining pressure. The local impact rock breaking simulation model is conducted to investigate its ROP raising effect. The results demonstrate that the length of radial/lateral cracks will increase as the decrease of mud pressure and confining pressure, and the local impact can result in a damage zone round the impact crater which helps the rock cutting, thus leading to the ROP increase. The numerical results also demonstrate the advantages of local impact method for raising ROP and the vibration reduction of bit in hard formation drilling. This study has shown that the local impact method can help raising the ROP and vibration reduction of bit, and it may be applied in drilling engineering.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제17권9호
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• pp.13-20
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• 2016

본 연구에서는 PRD 방식으로 암반천공을 위해 사용되는 두 공법, 즉 T-4 천공 공법과 암반 이중천공 공법에 대한 현장계측을 실시하고 각 공법의 적용으로부터 발생된 진동, 소음, 천공속도 및 천공수직도를 조사하였으며 그 결과를 비교 및 분석하였다. 이를 바탕으로 두 공법에 관한 관련 계측자료를 제공하고 그 차이점을 파악하여 향후 암반천공으로 인한 주변 민원피해를 최소화하고 천공의 효율을 향상 시키고자 함에 그 목적이 있다. 본 연구에서 제한된 현장계측을 토대로 비교한 결과 암반 이중천공 공법이 T-4 천공 공법에 비해서 진동 및 소음이 보다 작게 발생하는 특징을 나타냈으며 이와 더불어 천공속도와 천공수직도는 더 양호한 특징을 가지는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제23권4호
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• pp.271-279
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• 2013

본 기술보고에서는 천공장비의 종류와 작동방식에 대해 간략히 소개하였다. 이 중 탑해머 방식의 천공기에 탑재되는 부품 및 세부 기술을 조사하였다. 탑해머 천공기술에 연관된 국내외 기술현황을 분석하고, 국내 기술수준과 선진기술 수준을 비교하였다. 이를 바탕으로 천공 관련 융복합 기술의 연구개발 필요성을 토의하고, 선진국과 기술격차를 줄이기 위한 천공산업의 미래 전략을 제안하였다.