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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
13권 3호
초록
현재 3차원 레이저 스캐너는 게임, 영화, 의료, 미술, 디자인 분야 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 토목분야에서는 교량 및 터널에 3차원 레이저 스캐너를 이용한 시공관리 방안 및 적용에 관한 연구가 다수 수행되었다. 그러나 3차원 레이저 스캐너로 얻어진 데이터의 용량이 너무 크고 우리나라 현장 실정에 적합한 소프트웨어가 없는 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 3차원 레이저 스캐너의 데이터를 신속하게 처리할 수 있도록 데이터베이스를 구축하였으며, 터널의 미굴·여굴 여부 판단, 균열·누수·백태를 확인할 수 있는 소프트웨어를 개발하였다. 또한 실제 터널 현장에 3차원 레이저 스캐너를 사용하여 3차원 레이저 스캐너와 소프트웨어를 검증하였다. 이는 터널 시공 중 시공관리 및 시공 후 유지관리에도 기여할 수 있을 것으로 예상된다.
Abstract
A 3D laser scanner is widely used in various fields such as games, movies, medicines, art, design, etc. Many studies for utilizing the 3D laser scanner in the fields of civil engineering have also been carried out, for example, for systematically managing tunnel and/or bridge construction. However, since a software which is directly applicable to Korean construction system does not exist, the amount of data obtained from existing the 3D laser scanner is too much to handle in a systematic way. Therefore, in this paper, a new data processing technique was established which can rapidly and effectively treat the 3D laser scanning data. Moreover, a software that can systematically manage the tunnel construction was developed. The developed software can assess the construction quality of tunnel excavation such as under-break, over-break, cracks, leakage and efflorescence, etc. A 3D laser scanner and the developed software was applied to an in-situ tunnelling site, and verified usefulness of the 3D laser scanner. The developed software may be useful for tunnel maintenance as well as for systematic management of tunnel construction.
초록
본 연구에서는 화재 발생시 침매터널 세그먼트조인트의 지수재를 고온으로부터 보호하기 위한 내화대책의 효용성을 평가하기 위하여, 세 가지 방식으로 침매터널 세그먼트조인트를 모사한 콘크리트 블록실험체에 대해 HCinc 화재 시나리오와 ISO834(4시간) 화재 시나리오 하에서 화재실험을 수행하였다. 실험결과로부터 함체간의 변위를 허용하기 위한 시공조인트가 화재 시 취약부위임을 확인할 수 있었다. 열 손상에 취약한 시공조인트의 철판을 내화보드와 굴곡이 있는 철판으로 보강한 내화대책으로 변경하여 화재실험을 수행한 결과, 내화보드로 보강한 경우는 내화보드 설치에 따른 뿜어붙임 모르타르 내화재의 시공두께 감소로 인해 내화재의 휨이 발생하여 내화성능을 발휘하지 못하였고, 굴곡이 있는 철판으로 보강한 경우는 철판굴곡에 의해 철판과 뿜어붙임 모르타르 내화재와의 부착력이 증가됨과 더불어 철판 굴곡부에 채워지는 뿜어붙임 모르타르 내화재로 인하여 시공조인트에서의 열 손상이 발생하지 않아 내화성능을 충분히 발휘할 수 있음을 확인하였다.
Abstract
In this study, a series of fire experiments under HCinc and ISO834(duration of 4 hour) fire scenarios were carried out for three different types of fire protection measures for the segment joint to evaluate their applicabilities to an immersed tunnel. The experimental results revealed that an expansion joint installed to allow relative movements between concrete element ends in an segment joint is the most vulnerable to a severe fire. For the fire protection measure where the originally designed steel plates at an expansion joint are replaced by fire-resistant boards, the experiments showed that they cannot achieve good fireproofing performance under both HCinc fire scenario and ISO834(4 hour) fire scenarios since the installation of fire-resistant boards results in the reduction of the sprayed fire insulation thickness. On the other hand, the application of modified bent steel plates replacing the original steel plates was proved to be very successful in fireproofing of the expansion joint due to more sprayed materials filled in bent steel plate than in the original design concept as well as higher adhesion between the steel plate and the sprayed fire insulation layer.
초록
균열, 누수, 박락, 철근노출, 부식, 탄산화 등은 터널 라이닝 건전도 평가항목으로 그중에서 균열은 주요한 영향요인이다. 1980년 이후로, NATM은 터널의 굴착방법과 링폐합의 지반공학적 개념의 보급과 함께 넓게 적용되었으며, 라이닝에 발생된 균열의 연구도 진행되었으나 종균열에 제한된 연구가 주로 수행되었다. 본 논문에서는 11개의 공용중인 NATM터널의 정밀안전진단 결과를 활용하여 공간적인 위치 및 형태별로 분석하여 터널별 공통된 7개의 균열을 정의, 원인 및 분석, 사례 등을 나타내었다. 종류별 균열은 CCD스캐너 이미지를 3차원으로 분석하여 향후 NATM터널 정기점검 및 정밀안전진단 시 유익한 사례가 될 수 있도록 하였다.
Abstract
A crack is the main cause to affect the integrity of tunnel lining as well as leakage, spalling, exposed rebar, corrosion, carbonation and so on. Since the 1980, NATM has prevailed on excavation method and geotechnical philosophy in tunnel. Although the pattern of cracks has been reported by several engineers’ effort, it was only focused on longitudinal cracks of lining. 11 operational NATM tunnels have been conducted with the precise inspection for safety and diagnosis by KISTEC (Korea Infrastructure Safety and Technology Incorporation). With those results, the crack patterns by the spatial distribution and appearance for each tunnel have been analyzed and the cause of occurrence for 7 common types of cracks in NATM tunnels was classified. Additionally, the longitudinal crack on lining above duct slab was figured out by numerical simulation and field inspection. Each crack has been analyzed by CCD(Charge- Coupled Device) scanner image with 3D configuration. Each type of cracks is also explained with output of experimental and condition of construction. Defined cracks on NATM tunnels will be good example for periodical inspection and precise inspection for safety and diagnosis.
초록
본 논문에서는 연직 불연속면을 포함하는 지반에서 얕은 심도 2-Arch 터널 굴착에 따른 거동특성을 실험적으로 연구하였으며, 2-Arch 터널 굴착에 따른 필러부 하중전이 특성을 관찰하였다. 연직 불연속면의 위치를 변화시키고, 2-Arch 터널 시공단계별로 모형실험을 수행하였다. 실험결과, 2-Arch 터널 굴착에 따른 이완하중이 불연속면이 위치한 곳에 집중되었고, 불연속면에 차단되어 불연속면을 넘어서까지 하중이 전이되지는 않았다. 또한 인접한 터널의 하반을 굴착할 때 보다 상반을 굴착할 때에 필러부와 지반변형에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다
Abstract
In this study, the behavior of a shallow 2-Arch tunnel during the excavation in the sandy ground containing vertical discontinuity plane was experimentally studied. Load transfer mechanism in the pillar caused by a 2-Arch tunnel excavation was observed. The position of the vertical discontinuity plane was varied. Model tests were carried out in the normal construction sequence of 2-Arch tunnel. Test results, showed that the load transfer caused by the 2-Arch tunnel excavation was concentrated in the discontinuity plane, and was cut by the discontinuity plane, so no load transfer took place above the discontinuity plane. It was also shown that the effect of adjacent tunnel excavation on the pillar load and the ground deformation was greater when excavating the upper half-face of the main tunnel, more than when excavating the lower half-face.
초록
본 연구에서는 쉴드터널에 사용되는 세그먼트의 성능향상과 경제성향상을 위하여 고로슬래그 미분말을 혼합한 고강도 콘크리트에 대한 기초 연구를 실시하였다. 특히, 설계강도가 60 MPa 세그먼트용 콘크리트에 대해서 고로슬래그 미분말의 최적 치환율과 최적의 증기양생 조건을 도출하고자 하였다. 이상의 결과로부터, 고로슬래그 치환율 50%와 단위수량 125 kg/m3일 경우가 성능과 경제적인 측면에서 가장 적합한 배합조건으로 나타났다. 또한 표준양생 조건과 비교할 때 증기양생에 의하여 약 110～442%의 강도증진 효과를 기대할 수 있는 것으로 확인되었다.
Abstract
This study aimed to evaluate the applicability of high-strength concrete mixed with blast furnace slag to shield segment lining in order to improve its performance and economic efficiency. Especially, it was also intended to derive the optimum replacing ratio of ground granulated blast furnace slag to ordinary cement as well as the optimum stream curing condition for shield segment concrete with the design strength of 60 MPa. From the a series of experiments, the condition of 50% replacement of ordinary cement by ground granulated blast furnace slag and unit water content of 125 kg/m3 was proposed as the optimum mixing condition. Comparing with standard curing conditions, it was also possible to expect approximately 110～442% strength improvement of concrete by steam curing in the same mixing condition.
초록
성공적인 TBM의 적용을 위해 설계단계에서 TBM의 굴진성능을 사전에 예측하는 것이 매우 중요하다. 대표적인 TBM 굴진성능 예측모델 중의 하나인 NTNU모델에서는 TBM의 시추코어를 활용한 세 가지 시험들로부터 얻어지는 DRI와 CLI에 근거하여 TBM의 굴진율과 디스크커터의 수명 예측이 가능하다. 본 연구에서는 NTNU모델의 기본 입력변수인 DRI와 CLI를 측정하는 NTNU시험방법과 국내에서 구축된 NTNU시험장비를 소개하고, 구축된 장비를 사용하여 측정된 DRI와 CLI를 일축압축강도, 석영함유량 등의 암석 특성과 비교․분석하여 각각의 상관관계를 도출하였다. 마지막으로 NTNU의 시험 데이터베이스와의 비교를 통하여 국내에서 수행된 NTNU시험결과의 신뢰성을 확인하였다
Abstract
To predict TBM performance in design stage is indispensable for its successful application. The NTNU model, one of the representative TBM performance prediction models uses two distinct parameters such as DRI and CLI obtained from three different tests on bored rock cores. Based on DRI and CLI, it is possible to predict TBM advance rate and cutter life in the NTNU model. In this study, NTNU testing methods and their related testing equipments were introduced to measure DRI and CLI for the NTNU model. Then, in order to derive their relationships, the two key parameters measured for 39 domestic rocks were compared with physico-mechanical properties of rock such as uniaxial compressive strength and quartz content. Lastly, the experimental results were also compared with NTNU database to verify their reliability.
초록
차량이 통행되는 상태에서 기존터널을 확대하기 위해서는 굴착 시 버력의 낙하로부터 차량을 보호하고 굴착공간과 차량운행공간을 분리하기위해 프로텍터를 기존터널 내부에 설치하게 된다. 기존에 제안된 이론해에서는 버력을 탄성체로 가정하였으나 일반적으로 암석은 탄소성거동을 하므로 본 논문에서는 Explicit FEA(abaqus) 프로그램을 이용하여 버력의 재료 거동에 따른 수치해석을 실시하였다. 수치해석결과를 토대로 버력의 재료거동에 따른 충격하중을 분석하였으며 제안된 이론해와도 비교분석하였다. 수치해석결과 버력이 탄소성거동을 할 경우 탄성거동에 비해 충격하중이 약 7∼12% 수준인 것으로 나타났다. 탄성거동 시 이론해와 수치해석결과를 선형회귀분석한 결과 결정계수 R2=1로 매우 잘 일치하는 것으로 나타났으며, 탄소성 거동 시에는 직선선형관계를 보이나 탄성계수별로 직선회귀식의 기울기가 다르게 나타났다
Abstract
To maintain the traffic flow during tunnel expansion, cars must be protected from falling rocks during excavation and to do so, a protector has to be installed inside the tunnel before beginning the excavation. In Korea, tunnel expansion by blast rather than using mechanical equipments has been widely achieved. For this reason, a series of numerical analysis were performed to analyze the characteristics of impact load according to material behaviour of blasted rock by using Explicit FEA program. From the numerical results, it is found that the impact loads when rock is assumed as an elastic-plastic material appear to be only 7~12% compared with that when it is elastic.
초록
본 연구에서는 압축력을 받는 터널 라이닝 부재 특성에 보다 부합된 조건에서 FRP-콘크리트 접촉면의 전단 저항력을 평가할 수 있는 새로운 시험법을 제안하였으며, 제안 시험법은 기존 시험방법에 비해 시험체 제작과 시험방법이 매우 용이하다. 제안된 시험법을 기반으로 FRP와 콘트리트 복합소재의 전단저항성능을 좌우하는 규사코팅의 최적조건을 도출하기 위한 매개변수 연구를 실시하였다. 다양한 시료에 대한 시험결과를 기존 연구결과와의 비교분석을 통하여 제안 시험법의 타당성을 보였으며, FRP부재와 콘크리트 접촉면의 전단저항을 극대화 시킬 수 있는 효과적인 규사입경 및 밀도에 대한 최적 조건을 제시하였다.
Abstract
This study proposes a new testing method for shear bearing capacity of FRP-concrete interface, which could well consider a loading condition corresponding to a tunnel lining undergoing axial compression and could be easily carried out with a simply specified specimen. A parametric study is carried out for capturing an optimized condition of coarse-sand coating of FRP, which governs shear bearing capacity of FRP-concrete interface, by using the proposed testing manner in this study. From the parametric study, it is shown that the proposed testing method is reasonably feasible in comparison with the existing testing methods. An optimum condition of coated sand size and sand density is given for the shearing capacity of FRP-concrete interface.