초록

최근 도로계획 및 건설추세는 터널의 개소수 증가와 장대터널의 건설이 증가하는 추세에 있으며, 이와 더불어 터널내 사로고 인한 재해발생도 증가하는 경향을 보이고 있다. 터널안에서 재해나 사고는 이용객의 안전에 치명적이므로 방재시설에 대한 사회적관심이 증가 하고 있다. 피난연결통로는 병설터널에서 유용한 방재시설이므로 설치개소가 늘고 있으나 지보패턴에 관한 연구는 미미한 실정이다. 본 연구에서는 경험적 방법으로 지보패턴을 선정하고 이론식과 피난연결통로부의 계측결과를 이용한 역해석으로 적정성을 검증하고자 한다. 또한 지반강도비를 이용한 케이스 스터디를 통하여 본선과 피난연락갱의 접속각도에 따른 보강범위도 검토하고자 한다.

Abstract

Recently, plans of tunnel and construction have increased. Unfortunately, the more we have tunnels, the more we have accidents in there. Because an accident or a fire in the tunnel is fatal to user safety, social concerns are focusing on the disaster prevention facilities. Cross passage tunnel is regarded as one of the useful disaster prevention facilities, which is increasing, while there were only few studies about the support system. This study tried to verify whether the support system is appropriate or not with empirical methods-theoretical methods and back analysis using measurement data. Additionally, we also looked into the range of reinforcement in accordance with strength/stress ratio of rock mass.

초록

본 연구에서는 도로터널 화재 시 지하 및 지상 환기소의 방재 효율을 검토하기 위해 터널 축소모형실험을 실시하였다. 터널 모형은 Froude 상사를 기본으로, 도로터널을 1/50로 축소하여 20 m의 모형 터널을 제작하였다. 방재 효율 분석에 적용된 연직갱은 실제 터널 설계시 고려된 두 가지 모형으로서 실터널 560 m3/s, 280 m3/s의 배연량을 1/50으로 상사하여 적용하였다. 결과로 모두 연직갱을 통한 CO 가스의 전량 배출이 가능한 것으로 분석되었다. 두 환기소의 CO 농도는 지상 환기소가 지하 환기소 보다 2.23 ppm~2.73 ppm 작게 배출되었다. 그리고 지상 환기소의 경우 터널 벽면의 냉각효과로 인해 화재 후 온도의 상승이 지하 환기소보다 0.53℃~0.94℃ 낮게 나타났다. 이상의 축소모형 환기소 내 CO농도 및 온도변화의 분석 결과, 방재적인 측면에서 볼 때 도로터널 내 환기소의 위치는 지하보다 지상에 위치하는 것이 유리할 것으로 판단되었다.

Abstract

An experimental study was carried out on a reduced scale model tunnel to investigate the efficiency of disaster prevention at underground and ground ventilation equipments for the fire in road tunnels. Based on Froude modeling, the 1/50 scaled model tunnel (20 m long) was manufactured. The vertical shafts that are used in the analysis of efficiency of disaster prevention are the two models that had considered when the real tunnels are designed and the amounts of Smoke Exhaust are applied the miniature of the real tunnels' Smoke Exhaust, 560 m3/s and 280 m3/s. As the result of analysis, it is the possible the Emissions of the entire quantity of CO gas through the vertical shafts. In the ground ventilation equipments, the concentration of CO is discharged 2.23 ppm~2,73 ppm smaller than the underground ventilation equipments. And the temperature rise in the ground ventilation equipments is 0.53℃~0.94℃ lower than in the underground ventilation equipments because of a cooling effect of the surface of the tunnel wall. As a result of analysis of CO concentration and the temperature rise in the modeling ventilation equipment, the position of ground ventilation equipment is more effective than the underground ventilation equipment in disaster prevention measures.

초록

본 연구에서는 화재에 의한 콘크리트의 단면손실과 역학적 특성을 저하하는 주요 요인 가운데 온도증가율, 즉 초기가열구배를 변화시키면서 모의화재실험을 수행하였다. 그리고 수행된 모의화재실험에서 관찰된 단면손실을 모사하기 위하여 요소제거모델을 활용한 유한요소해석법에 의해 열전달해석을 수행하였다. 이때 모의화재실험결과와 수치해석결과가 가장 일치하는 대류열전달계수를 반복적인 해석과정을 통해 도출하였다. 이상의 과정으로부터 얻어진 초기가열구배에 따른 대류열전달계수의 변화를 조사한 결과, 각 초기가열구배별 대류열전달계수의 변화는 분수함수 형태로 근사시킬 수 있었다. 최종적으로 모의화재실험으로부터 도출된 초기가열구배별 대류열전달계수의 변화 결과를 내삽하여 다양한 초기가열구배에 따른 화재경과시간별 대류열전달계수의 변화를 추정할 수 있는 수식을 함께 제시하였다.

Abstract

The initial heating rate is well known as one of the most influencing factors on the occurrence of spalling and the loss of strength in concrete after fire initiation. In this study, a series of fire tests were carried out at different initial heating rates to find out its effects on the deterioration of tunnel structural members. Heat transfer analyses combined with an element elimination model were also carried out to verify its applicability in the same conditions as the fire tests. Moreover, the convection heat transfer coefficients compatible with fire test results were derived from parametric studies. In this course, their time-dependent variations were also analyzed at different initial heating rates. Finally, a numerical formula to estimate the heat transfer coefficients at the various initial heating rates was proposed by the interpolation of the results of numerical analyses.

초록

본 논문에서는 방대한 크기의 지상 레이저 스캔 자료로부터 터널의 내공 단면을 효율적으로 추출하기 위하여, 헤시(hash) 기반 구조체를 이용한 터널 중심선 자동 추정 및 터널 내공 단면 구성 포인트 클라우드 추출 방식을 제안하였다. 즉, 헤시 기반 구조체에 입력한 레이저 스캔 자료로부터 일정한 방향의 단면들을 추출한 후 각 단면의 중심점을 연결하여 터널의 중심선을 추정하였으며, 추정된 중심선을 따라 일정 간격 및 두께로 터널 내공 단면 구성 포인트 클라우드를 추출하였다. 결과적으로 약 750만개의 포인트로 구성된 레이저 스캔 자료로부터 1 m 간격으로 0.1 m 두께의 단면 구성 포인트 클라우드를 추출하는데 3초미만의 시간이 소요되었으며 메모리는 124 MB가 소요되었다. 그러나 터널 중심선 추정 후 오류 포인트 제거, 시점 및 종점 추가 작업을 수동으로 수행해야 하는 한계도 드러내었다.

Abstract

The present study is about an efficient extraction of tunnel cross sections from huge point cloud achieved by a terrestrial laser scanner. A method, using a hash-based data structure, is introduced, by which point clouds, potentially composing cross sections, are extracted along a tunnel center line. The center line is estimated by linking points which are drawn in the middle of pseudo cross sections based on the hash-based data structure. Point clouds of a same thickness are extracted at a same interval along the center line. In result, it took less than 3 seconds and 124 MB of memory to extract, out of the 7.5 million points, the point clouds of 1 m interval and 0.1 m thickness. A manual operation, however, was needed to fix the outliers on the center line and to select both start and end points on it.

초록

숏크리트의 부착강도는 천정부의 낙반방지와 발파진동에 의한 숏크리트 탈락방지에 중요한 역할을 하는 요소이다. 따라서, 숏크리트의 부착상태평가는 품질관리의 주요 요소가 될 수 있다. 본 연구는 터널 내 발파에 의하여 숏크리트에 미치는 최대 입자속도를 예측하고, 발파 진동에 의한 숏크리트의 부착상태를 평가하기 위하여 수행되었다. 이를 위하여 현재 시공중인 터널현장에서 피난연락갱의 발파시 본선부 및 서비스 터널의 발파진동을 측정하였으며 충격반향시험을 수행하여 숏크리트-암반의 부착상태를 평가하였다. 충격반향시험 신호분석을 위하여 시간-주파수 영역 해석 기법을 도입하였으며 평가결과, 국내에서 일반적으로 시행되는 발파조건에서는 숏크리트와 암반의 부착력 손실(들뜸 현상)은 거의 발견되지 않았으며, 숏크리트 부착력 손상 가능성은 낮은 것으로 판단되었다.

Abstract

Bonding strength of shotcrete is a significant influential factor which plays the role of collapse prevention of tunnel crown and of debonding prevention of shotcrete induced by the blasting vibration. Thus, the evaluation of the shotcrete bonding state is one of the core components for shotcrete quality control. In this study, the peak particle velocities induced by blasting were measured on the shotcrete in a tunnel construction site and its effect on the bonding state of shotcrete is investigated. Drilling and blasting technique was used for the excavation of intersection tunnel connecting the main tunnel with the service tunnel. Blast-induced vibrations were monitored at some points of the main tunnel and the service tunnel. The shotcrete bonding state was evaluated by using impact-echo test coupled with the time-frequency domain analysis which is called short-time Fourier transformation. Analysis results of blast-induced vibrations and the time-frequency domain impact-echo signals showed that the blasting condition applied to the excavation of intersection tunnel hardly affects on the tunnel shotcrete bonding state. The general blasting practice in Korea was evaluated to have a minor negative impact on shotcrete quality.

초록

본 논문은 부지응답해석 및 실내시험에 기초한 지하공간 내진설계 개념을 제안하는데 목적을 두고 있다. 설계응답 스펙트럼 및 가속도시간이력과 같은 입력운동의 통제점 위치와 기반암 가정물성이 내진설계에 매우 중요한 역할을 하고 있음을 본 연구결과를 통해 알 수 있었다. 그러므로 통제점 위치에 따른 지표면 자유장운동, 기반암운동 또는 암반노두운동 같은 지반운동 변화를 합리적으로 모델링 할 수 있는 적절한 지반응답 모델을 이용하면 지진하중을 받는 지하공간의 합리적인 경계조건을 모사할 수 있고 현실적인 내진설계가 가능하다.

Abstract

This study proposed the aseismic design concept for underground space based on site response analysis and laboratory tests. The results of this study showed that the location of the control points of input motions such as design response spectra and time history of acceleration and the assumption of bedrock properties such as elasticity or rigidity play an important role in aseismic design of underground space. Therefore, the appropriate ground response model among models applying motions such as free surface motion, bedrock motion, or bedrock outcropping motion must be utilized to provide reasonable boundary conditions of underground space under earthquake loading and practical aseismic design

초록

Abstract

In many tunnels, falling or sliding of rock blocks often occur, which cannot be predicted because of the complexity of rock discontinuities and it has brought an exponential increase in costs and time to manage. It is difficult to estimate the properties of rock masses before the tunnel excavation. The observational design and construction method in tunnels has been becoming important recently. In this study, a new hybrid stochastic-deterministic rock block analysis method for the prediction of the unstable rock blocks before the tunnel excavation is proposed, and then applied to the tunnel construction based on actual rock discontinuity information observed in the field. The comparisons and investigations with the analytical results in the tunnel construction have confirmed the validity and applicability of this new hybrid stochastic-deterministic rock block analysis method in tunnels.

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Abstract

Recently, the observational design and construction method in tunnels has been becoming important. Rock masses include various discontinuities such as joints, faults, fractures, bedding planes, and, cracks. The behavior of tunnels in hard rocks, therefore, is generally controlled by various discontinuities. In this study, a new key block analysis method for observational design and construction method in tunnels is proposed, and then applied to the actual tunnel with a super-large cross-section. The proposed analysis method considers finite persistence of discontinuities. The new analysis method can handle concave and convex shaped blocks. To demonstrate the applicability of this key block analysis method for observational design and construction method in tunnels, the analysis results are examined and compared with those of the conventional method.