초록

해저터널용 복합신소재 배수관구조를 설계하기 위해서는 복합신소재 구조부재의 적층형태별 역학적 성질을 결정하는 것이 필수적이다. 복합신소재는 일반적으로 등방성 재료와 달리 치수효과가 매우 큰 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 복합신소재 부재의 적층형태별 인장시험을 상온(20°C)과 해수온도(0°C)에서 각각 수행하였다. 또한, 이론적 해석방법인 혼합물의 법칙과 탄성해법을 적용하여 재료의 역학적 성질을 추정하고 시험결과와 비교를 하였다. 해저터널 복합신소재 배수관 구조부재를 설계할 때 사용되는 역학적 성질의 값은 상온에서 얻어진 값을 보정하여 적용하여야 된다. 이러한 자료는 향후 해저터널용 복합신소재 배수관구조의 설계의 기초자료로 제공하고자 하였다.

Abstract

In order to design an advanced composite materials drainage pipe structures for an undersea tunnel, mechanical properties for the lamina types of the structural member must be predetermined. It is also reported that the size effect of the specimen is significant. In this study the tensile tests for the lamina types of the structural member are conducted at the room temperature (20°C) and the seawater temperature (0°C). In addition, the mechanical properties are predicted by theory based on the rule of mixtures and elasticity solution technique. The predicted mechanical properties are compared with test results obtained by a test method. In the design of an advanced composite materials drainage pipe structural members for an undersea tunnel, the used mechanical properties must be applied at the room temperature with considering the modified factors. These are to be offered the datum for the design an advanced composite materials drainage pipe structures for an undersea tunnel.

초록

쏘일네일은 지반과 네일간에 발생하는 마찰특성을 이용하여 지반을 보강하기 때문에 쏘일네일의 길이는 지반의 안정성에 매우 중요한 요소이다. 이와 같은 이유로 쏘일네일의 길이를 정확히 평가하여 지반의 안정성을 확보해야 한다. 본 연구는 쏘일네일의 길이를 평가하는 기법을 개발하기 위한 기초 연구로써 비파괴기법의 적용성을 제시하고자 한다. 첫째, 커플러로 연결된 철근에도 적용 가능한 기법을 개발하기 위해 초음파와 전자기파를 적용한 실험을 수행하였다. 실험 결과, 초음파는 커플러의 영향으로 신호를 측정할 수 없는 반면, 전자기파의 경우 커플러의 영향 없이 신호를 측정할 수 있었다. 둘째, 쏘일네일의 길이에 따른 전자기파 신호양상을 파악하기 위해 1 m∼15 m의 길이가 되도록 철근을 조합한 후, 전자기파를 측정하였다. 그 결과, 철근의 길이가 증가할수록 전자기파의 도달시간이 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 기 설치된 쏘일네일에도 적용할 수 있도록 접지선을 이용한 실험도 수행하였다. 실험결과, 접지선을 이용한 경우에도 철근의 길이가 증가할수록 전자기파의 도달시간도 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 전자기파가 쏘일네일의 길이를 평가하기에 유용한 기법임을 보여준다.

Abstract

As soil nails support a ground by the friction between nails and soils being reinforced, the length of soil nails is important factor for a ground stability. Thus, the soil nail length has to be accurately evaluated in order to secure a ground stability. The goal of this study is to suggest the applicability of the non-destructive method as the basic research for the evaluation of the soil nail length. First, the elastic and electromagnetic waves are adopted to select an applicable method for the soil nails connected by the coupler. Test results show that while the ultrasonic waves are not detected due to the coupler, the electromagnetic waves are free for the influence of the coupler. Second, electromagnetic waves are measured for combined soil nails with the length of 1 m∼15 m for the investigation of the characteristics of electromagnetic waves. The travel time of the electromagnetic wave increases with an increase in the soil nail length. In addition, the ground cable is used to apply the electromagnetic waves to pre-installed soil nails. Test results show that the travel time of the electromagnetic wave by using the ground cable increases with an increase in soil nail length. This study demonstrates that the electromagnetic wave may be a promising method for the evaluation of the soil nail length.

초록

본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 실시하여 말뚝의 하부에서 실시된 터널시공으로 인한 말뚝의 거동을 말뚝선단의 상대위치를 고려하여 분석하였다. 수치해석에서는 순수하게 터널굴착으로 인해 유발된 (tunnelling-induced) 말뚝침하, 축력분포, 전단응력 및 겉보기안전율의 변화를 심도 있게 고찰하였다. 말뚝의 선단이 터널굴착에 대한 말뚝선단의 위치를 고려한 영향권 내부에 존재하는 경우 말뚝의 침하는 Greenfield 조건의 최대침하와 인근지반의 침하를 초과하는데 비해, 횡방향 이격거리가 증가하여 영향권 외부에 있는 경우 말뚝의 침하는 그 반대의 경향을 보였다. 말뚝선단이 영향권 내부에 존재하는 경우 tunnelling-induced 인장력이 발생하지만, 말뚝선단이 영향권의 외부에 존재할 경우 말뚝침하를 초과하는 인근지반의 침하로 인해 압축력이 발생하는 것으로 분석되었다. 터널굴착으로 인한 말뚝침하의 증가로 말뚝의 겉보기안전율(apparent factor of safety)은 말뚝선단이 영향권 내부에 존재할 경우 1.0 미만으로 감소하는 것으로 나타나 말뚝의 사용성에 심각한 문제가 발생할 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 분석한 말뚝선단의 위치에 대한 영향권 내부 및 외부에서의 말뚝의 거동을 말뚝의 침하, 축력 및 겉보기안전율에 대해 심도 있게 고찰하였다.

Abstract

In the current work, a series of three-dimensional (3D) finite element analyses have been performed to study the effects of the locations of pile tips on the behaviour of single piles to adjacent tunnelling. In the numerical modelling, several key issues, such as tunnelling-induced pile head settlements, axial pile forces, interface shear stresses and apparent factors of safety have been studied. When the pile tips are inside the influence zone which considers the relative pile tip location with respect to the tunnel position, tunnelling-induced pile head settlements are larger than those computed from the greenfield condition. However, when the pile tips were outside the influence zone, an opposite trend was observed. When the pile tips were inside the influence zone, tunnelling-induced tensile pile forces developed; however, when the pile tips were outside the influence zone, tunnelling-induced compressive pile forces were mobilised, associated with larger settlements of the surrounding soil than the pile settlements. It has been shown that the increases in the tunnelling-induced pile head settlements have resulted in reductions of the apparent factor of safety by about 50% when the pile tips are inside the influence zone, therefore severly affecting the serviceability of piles. The pile behaviour, when considering the location of pile tips with regards to the influence zone, has been analysed in great detail by taking the tunnelling-induced pile head settlements, axial pile force and apparent factor of safety into account.

초록

전력구 방식의 지중 송전선로 시공시 TBM 공법이 널리 적용되고 있으며, 세그먼트의 구조적 특징에 따라 강섬유 보강 콘크리트를 이용한 세그먼트의 개발과 사용이 크게 증가하는 추세이다. 그러나 최근 지중 송전선로 구간에서의 전자파 유해성에 대한 문제가 대두되고 있으며, 세그먼트 제작시 투입되는 강섬유의 영향으로 콘크리트의 전기전도성 등이 변화되고, 이로 인하여 더 많은 전자파가 지상에서 계측될 수 있다는 우려가 야기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 강섬유 보강 유무 및 사용량 변화조건에 따른 전자파의 차폐효과를 분석하기 위하여, 3가지 조건에 대한 실험체를 제작하여 관련 실험을 수행하였으며, 실험결과 강섬유 보강콘크리트와 전자파 발생 상관관계는 없는 것으로 나타났다.

Abstract

As TBM construction method is widely applied to construct underground transmission lines, increasing attention has been drawn to SFRC(steel fiber reinforced concrete) segment with respect to structural characteristics. Health hazards of electromagnetic wave which the underground transmission lines emit has emerged, and there is a concern that electromagnetic wave can be amplified because a segment characteristic such as electrical conductivity is changed by steel fibers. In order to analyze correlation between steel fiber dosage and electromagnetic wave, the specimens were fabricated on three conditions to perform experimental tests. From the measured data, it is proven that there is no correlation between the electromagnetic wave and steel fiber reinforced concrete.

초록

철도터널에 대한 정량적 위험도 평가는 다양한 시나리오를 작성하고 사고발생빈도 및 사고의 결과의 곱으로 위험도를 정량화하는 것이다. 정량적 위험도 평가는 터널제원, 화재특성, 제연방법, 제연과 대피방향의 관계 등 다양한 인자에 의해서 영향을 받는다. 이에 본 연구에서는 터널연장(2, 3, 4, 5, 6 km) 및 경사도(5, 15, 25‰)를 변수로 하여 제연방법 및 제연과 대피방향의 관계가 정량적 위험도 평가에 미치는 영향을 검토하였다. 이 결과로 복선터널 단면(단면적 97 m2)에서는 열차화재시 열차중 화재차량의 위치와 무관하게 제연반대방향으로 대피하는 것이 가장 효과적인 것으로 나타났다. 또한 이와 같은 조건에서 기계환기시 위험도지수가 자연환기 보다 약 1/10까지 감소하는 것으로 평가되었다.

Abstract

Quantitative risk assessment (QRA) of railway is to create a variety of scenario and to quantify the degree of risk by a result of the product of accident frequency and accident. Quantitative risk Assessment is affected by various factors such as tunnel specifications, characteristics of the fire, and relation of smoke control and evacuation direction. So in this study, it is conducted that how the way of smoke control and the relation of smoke control and evacuation direction affect quantitative risk assessment with variables (the tunnel length (2, 3, 4, 5, 6 km) and the slope (5, 15, 25‰)). As the result, in a train fire at the double track tunnel (Area = 97 m2), it is most efficient to evacuate to the opposite direction of smoke control regardless of the location of train in train fire. In addition, under the same condition, index risk in mechanical ventilation up to 1/10.

초록

단층은 굴착공사 중 발생하는 붕괴의 주요원인 중 하나이다. 하지만 단층대 내에서 주요 파괴면으로 작용하는 단층 핵은 파쇄암과 가우지가 불균질하게 분포하는 부분으로서 전단강도의 분포범위가 넓기 때문에 안정성 해석 시 경험적으로 결정되는 경우가 많다. 본 연구에서는 경주와 울산의 12개 지점에서 채취한 62개의 단층 핵 시료를 대상으로 직접전단시험과 입도 분석을 수행하였다. 실내시험으로 얻어진 결과를 이용하여 회귀 분석을 수행하여 수직응력별 입도에 따른 전단강도의 범위를 결정하였다. 자갈의 무게비는 전단강도와 비례하며, 실트 및 점토의 무게비는 반비례하는 것으로 나타났다. 결정계수는 대부분 약 0.7 이상으로 시료의 불균질성을 고려할 때 비교적 높게 나타났으며, 분석된 회귀모형의 95% 신뢰 구간을 설정하여 무게비에 따른 전단강도의 상한과 하한 범위를 결정하였다.

Abstract

A fault is one of the critical factors that may lead to a possible ground collapse occurring in construction site. A fault core, however, possibly acting as a failure plane in whole fault zone, is composed of fractured rock and gouge nonuniformly distributed and thus can be characterized by its wide range of shear strength which is generally acquired by experimental method for stability analysis. In this study, we performed direct shear test and grain size distribution analysis for 62 fault core samples cropped from 12 different spots located in the vicinity of Kyongju and Ulsan, Korea. As a result, the range of shear strength representing the characteristics of fault cores in the study regions is determined with regard to vertical stress using a regression analysis for experiment data. The weight ratio of gravels in the samples is proportional to the shear strength and that of silt and clay is in inverse proportion to the shear strength. For most samples, the coefficient of determination is over 0.7 despite of inhomogeneity of them and consequently we determined the lower limit and upper limit of the shear strength with regard to the weight ratio by setting the confidence interval of 95%.

초록

터널굴착의 효율성 증진 및 굴착시 발생하는 진동 저감을 위해 연마재 투입형 워터젯 시스템을 이용한 새로운 형태의 암반 굴착 방식이 개발되어 적용 중에 있다. 연마재 투입형 워터젯 시스템을 이용한 암반 굴착 방식에 있어서, 적절한 양의 연마재를 투입하는 것은 절삭 성능뿐만 아니라 전체 공정의 경제성 향상을 위해서도 매우 중요하다. 본 연구에서는, 다양한 공정 변수들 중 터널 굴착용 워터젯 시스템에서 특히 중요한 공정 변수들인 기하학적 변수(연마재 탱크(또는 호퍼) 높이, 연마재 투입관의 구배, 연마재 투입관의 길이, 연마재 투입관의 굴곡도), 연마재 변수(연마재 입자 크기), 젯 에너지 변수(수압, 유량)이 연마재 투입량 및 연마재가 믹싱 챔버 내로 흡입될 때 발생하는 흡입 압력에 미치는 영향을 규명하기 위하여 다양한 조건에서 실험을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 또한, 실험적 연구를 통하여 연마재 투입량이 절삭 성능에 미치는 영향을 논의하였다. 본 연구 결과를 바탕으로 주요 공정 변수들을 조절하여 적절한 연마재 투입량을 유지하면 터널 굴착용 워터젯의 절삭 성능을 극대화할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract

A new rock excavation method using an abrasive injection waterjet system has been developed to enhance the efficiency and reduce the vibration of tunnel excavation. The abrasive feed rate is an important factor for the cutting performance and the economical efficiency of waterjet-based excavation. In this study, various experiments were performed to explore the effects of major process parameters for both the abrasive feed rate and the suction pressure occurring inside the mixing chamber when the abrasives are inhaled. Experimental results reveal that the abrasive feed rate is affected by geometry parameters (abrasive pipe height, length, and tortuosity), abrasive parameters (abrasive particle size), and jet energy parameters (water pressure and water flow rate). In addition, the relation between the cutting performance and the abrasive feed rate was discussed on the basis of the results of an experimental study. The cutting performance can be maximized when the abrasive feed rate is controlled appropriately via careful management of major process parameters.

초록

일반적인 장대 철도터널에 비해 해저터널은 환기 및 방재를 위한 별도의 연직갱 또는 경사갱 설치에 공간상 많은 제약을 받게 되므로, 인공섬을 건설하여 환기를 수행할 필요가 있다. 그러나, 인공섬 설치에는 시공상의 문제 뿐만 아니라 건설비용이 증가하게 되므로, 인공섬 설치를 최소화하여 환기구간 거리를 늘려야 한다. 이에 따른 환기거리의 증가시, 누풍에 의한 신선공기 공급량이 커지게 된다. 공급풍량이 과대해지면, 구조물 한계에 의해 설치가능한 덕트직경이 제한적이므로, 팬 정압 및 동력도 상당히 증가하게 된다. 따라서, 초장대 해저터널을 건설하기 위해서는 이러한 현실적인 문제를 극복하고, 시공중 터널내 환경을 쾌적한 상태로 유지할 수 있는 기술력이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 초장대 해저터널에 적합한 공사중 환기 방식을 개발하기 위한 기본연구로써, 국내외의 공사중 환기용량 산정방법 비교를 통해, 스위스의 SIA 196 코드가 초장대 해저터널계획에 적합함을 확인하였다. 또한, 덕트 접속부의 누출에 관한 실험을 통해, 국내의 덕트 접속방식은 100 m당 누풍율이 1.5~3.0% 사이임을 확인하였다. S등급 덕트의 경우 환기가능거리가 10.2 km 이므로, 덕트의 접속방법을 개선한다면, 환기가능거리는 더 길어질 수 있다. 따라서, 공사중 덕트의 누풍개선이 초장대 해저터널의 공사중 환기의 주요 이슈임을 확인하였다.

Abstract

Long subsea tunnel to be built below the seabed, as compared to the general railway tunnel, is subject to many restrictions in terms of spatial limitation when vertical or inclined shafts are built for the purpose of ventilation and fire safety. So, the construction of some artificial island is required to provide ventilation. But, because of construction difficulty and cost increase, it is necessary to minimize the artificial island construction. The longer ventilation distance is, the more fresh air requirement is needed. When supply airflow becomes excessive, duct size is restricted by the limitations of structure clearance and fan pressure and power increase exponentially. Therefore, in order to build a long subsea tunnel, it is necessary to overcome these practical problems and to develop technical solution that can keep the comfortable condition of tunnel environment during construction. In this study, as on ventilation method development suitable for long subsea tunnel, through comparison of temporary ventilation capacity calculation methods during construction phase, domestic and abroad, the application of Swiss SIA 196 code is found suitable for long subsea tunnel. And, through experiment on leakage of the duct connector, we confirmed that the leakage ratio per 100 m of domestic duct connection type is between 1.5~3.0%. Based on S-class duct of SIA 196 code, ventilation distance is 10.2 km, So, ventilation distance can be longer if duct connection method is improved. So, we confirmed that the improvement of leakage ratio is key issue in the construction-phase ventilation of long subsea tunnel.

초록

Abstract

Since about 70 percent of the territory is mountainous, more tunnels are constructed in Korea for maximizing the development efficiency. With the increasing number of tunnel construction, safe construction in tunnels has been emerged as the utmost important subject. Recently, the number of long tunnel construction is steeply increased because of the request for high speed and straight road. In this study, a safe tunneling method using numerical modeling of rock blocks in long tunnels is proposed, and then applied to the long tunnel based on real discontinuity information observed in situ. It is possible to detect key blocks all along the tunnel exactly by using the numerical analysis program developed for the safe tunneling method using numerical modeling of rock blocks. This computer simulation method with user-friendly interfaces can calculate not only the stability of rock blocks but also the design of supplementary supports.

초록

본 논문은 저심도 철도 건설을 위해 사용될 트렌치 쉴드 장비의 설계에 대한 내용을 다루고 있다. 저심도 철도는 도로 아래의 5~7 m에 설치되며 개착 공법으로 시공을 하게 된다. 개착 공법으로는 주로 가시설을 이용한 공법이 많이 이용하고 있는데, 현 기술 수준으로 가시설을 이용한 공법의 한계점으로 높은 시공비와 시공 기간을 들 수 있다. 이러한 단점을 극복하기 위한 트렌치 쉴드 장비의 개발이 진행되고 있다. 트렌치 쉴드 장비는 주변 토압을 지지하는 토류판과 하단부의 굴착기로 구성되어 있는데, 토류판이 가시설의 역할을 대신하며 전면 하단에 굴착기가 부착되어 굴착시간을 단축 시켜준다. 또한 굴착 후 바로 세그먼트를 삽입을 하기 때문에 시공시간을 상당히 절약할 수 있다. 본 논문에서는 트렌치 쉴드 장비의 주요 기능을 담당하는 굴착기의 비트 설계 및 요구되는 모터 동력의 산정에 대한 연구 내용을 서술하였다

Abstract

In this paper, the development of trench shield machine for near-surface railway construction were presented. The Near-surface railway can be constructed by cut and cover construction method, because it is installed at the depth of 5~7 m below roads. The cut and cover construction method mostly use temporary supports. The limitation of the cut and cover method is high installation cost and long construction period. To overcome these disadvantages, development of the trench shield machine is proposed and expected to shorten the construction time and cost of near-surface railway system. The sliding retaining wall of trench shield equipment replaces the role of temporary support (solider piles and lagging) and excavator equiped to the bottom front of the machine shorten the excavation time. This paper deals with design of the bit attached to the excavator and required capacity of the motor.