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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
17권 3호
초록
본 논문에서는 축소 모형실험을 이용한 파쇄대의 공간적 분포 특성이 터널의 거동에 미치는 영향에 대한 내용을 다루었다. 모형실험 조건으로 터널과 파쇄대의 이격 거리 및 지표면과 이루는 경사에 대해서 실험을 수행하였다. 터널 시공 과정을 압축공기기법으로 모사하였으며 실험 중에 터널의 내부 압력을 제거 하는 동시에 터널 및 지반에 발생하는 변형을 모니터링 하였다. 실험 결과 파쇄대 이격 거리에 따라서 터널 거동에 영향을 미치며 파쇄대가 수직일 경우 터널에 가장 큰 영향이 발생하며 파쇄대 경사 45도에서 가장 작은 영향이 발생하는 것으로 나타났다.
Abstract
This paper presents the results of reduced scale model tests on the effect of fault zone characteristics on the tunnel deformation behavior. A series of model tests were carried out on deep tunnels considering different fault zone orientations and offset distance. The tunnelling process was simulated in the model tests using compressed air technique. During the tests, the tunnel and ground deformation were mainly monitored while reducing the pressure inside the tunnel and the relationship between the pressure level and the tunnel deformation were established. The results indicate that for a given offset distance the tunnel behavior is influenced the most when the fault zone dips vertically while smallest influence occurs when the fault zone dips 45 degrees.
초록
급격한 도시화 및 산업화는 전력구를 비롯한 공동구의 수요를 증가시키고 있다. 하지만 기존 지하매설물, 특히 전력구에 대한 불충분한 정보와 지하매설물의 무분별한 건설로 인해 최근 도심지 내 새로운 지하매설물을 건설하는 것이 매우 어렵다. 뿐만 아니라, 전력구를 비롯한 지하매설물이 건설된 위치와 방향에 대한 부족한 정보는 신규 지하매설물의 계획노선을 설정하는데 많은 문제를 야기시키고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 본 연구에서는 기존의 전기비저항 탐사방법과는 다른 이론적 방법으로 해결하고자 하였다. 전력구를 비롯한 지하매설물이 건설된 지반에서 가우스 법칙과 라플라스식을 이용하여 전기장 해석이 수행하였다. 전력구의 방향, 전력구의 위치, 전력구의 전기전도도 등의 함수로 표현된 전기비저항 이론식은 전기장해석을 통해서 획득하였다. 이론식을 검증하기 위해서 현장실험이 수행되었으며 현장실험 결과, 지반 내 지하매설물의 위치와 방향을 오차범위 내에서 예측하였다.
Abstract
Rapid urbanization and industrialization have caused increased demand for underground structures such as cable, and other utility tunnels. Recently, it has become very difficult to construct new underground structures in downtown areas because of civil complaints, and engineering problems related to insufficient information about existing underground structures, cable tunnels in particular. This lack of information about the location and direction-of-travel of cable tunnels is causing many problems. To solve these problems, this study was focused on the use of geophysical exploration of the ground in a way that is theoretically, different from previous electrical resistivity surveys. An electric field analysis was performed on the ground with cable tunnels using Gauss’ law and the Laplace equation. The electrical resistivity equation, which is a function of the cable tunnel direction, the cable tunnel location, and the electrical conductivity of the cable tunnel, can be obtained through electrical field analysis. A field test was performed for the verification of this theoretical approach. A field test results provided meaningful data.
초록
본 연구에서는 정량적 위험도 평가를 위한 시나리오 구축시 제반인자가 화재안전성에 미치는 영향을 검토하기 위하여 대피로 폭에 따른 하차시간을 분석하고 단면적별로 제연풍속, 제연방향, 대피방향의 상관관계에 따른 화재특성 및 대피특성을 분석하였다. 적용 단면적은 복선고속철도는 97 m2, 단선고속철도는 58 m2, 단선일반철도는 38 m2로 하였으며, 터널풍속은 0.5~3.5 m/s 조건으로 하였다. 본 연구 결과, 터널의 단면적이 작아지면 터널내 유해가스의 농도가 단면적 감소비 이상으로 증가하는 것으로 나타났으며, 단면적이 작은 경우에는 화재초기에서부터 열차주변의 환경이 성능위주설계기준에서 제시하고 있는 한계기준을 초과하는 것으로 나타났다. 대피특성파악을 위한 유효대피시간을 분석에서는 가시도에 의해서 유효대피시간을 평가하는 경우가 가장 짧게 나타났다. 또한 유해가스에 대한 유효호흡분량(FED)을 해석하여 등가사망자가 발생하는 시점을 기준으로 하여 구한 유효대피시간과는 상당한 차이가 있는 것으로 나타났다.
Abstract
In this study, with variables the cross section area (97 m2, 58 m2, 38 m2) and the wind velocity(0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 m/s), the time of getting off train dependent on the way of itself and the width of the evacuation route was analyzed, and also fire and evacuation characteristics is reviewed by cross section area of each wind velocity. As the result, if cross section become smaller, the density of harmful gases in the tunnel increased more than the ratio of decreasing cross section area. In the case of small cross sectional area, the surrounding environment from initial fire is indicated to exceed the limit criteria suggested in performance based design. In the analysis of effective evacuation time for evacuation characteristics, the effective evacuation time was the shortest in the case of evaluating effective evacuation time by the visibility. Also, there was significant difference between the effective evacuation time on the basis of performance based evaluation and the effective evacuation time obtained by analyzing FED (Fractional effective dose), one of the analysis method obtaining the point that deaths occur, against harmful gases.
초록
양호한 암반조건이나 균질한 점토지반 등 불투수성 지반의 경우에도 불연속면에 의하여 수압이 작용될 수 있으므로, 설계시 지반조건에 상관없이 수압조건을 고려하고 있다. 그러나, 세그먼트 라이닝의 형상이 원형임에 따라 수압을 고려하는 경우가 오히려 라이닝에 발생되는 부재력을 감소시킬 수가 있으므로, 고수압 조건에서는 이에 대한 설계개념정립이 중요하다. 따라서, 본 논문에서는 고수압의 불투수성 지반조건에서 하중조건 및 하중조합에 따른 부재력 크기 등을 비교함으로서, 세그먼트 라이닝 설계시 합리적이고 적절한 설계개념에 대하여 서술하였다.
Abstract
In impermeable ground, water pressure is applied due to discontinuity such as joint or fissure. Therefore, water pressure should be considered in design regardless of ground condition. However, when the shape of segmental lining is circular, water pressure may reduce the lining member force, so it is important to define the assumption and the concept of design in case of high water pressure. This paper presents the concepts of design of the lining of shield tunnel at high water pressure and in impermeable ground condition. In addition, the member forces in various load conditions were compared in this study. (elastic equation, closed form solutions, beam-spring model).
초록
현대사회가 빠르게 발전함에 따라 지하철은 도시의 대표적인 이동수단으로 발전해왔다. 그러나 2003년 대구지하철 화재사고를 통하여 지하철의 인명안전과 방재의 중요성 인식되었으며, 현재까지 많은 연구가 진행되어 왔다. 특히 지하철 전동차 내장재의 난연화 ‧ 불연화와 승강장의 스크린 도어 및 안내표시 등이 대표적 결과라고 볼 수 있으나, 지하철 대피기준에 대한 연구의 진행은 미진하다. 이에 본 연구에서는 지하철 대피기준 개선의 기초연구를 진행하였다. 그러나 복잡하고 다양한 지하철 전체를 대상으로 하기에는 어려움이 있어, 기존의 연구 중 승강장을 유형화 한 연구를 참고하여 개찰구를 유형화 하였다. 기존 연구의 지하철 역사 승강장의 유형 10개와 본 연구의 개찰구의 유형 8개를 정리하여, 1~4호선 지하철 역사 중 가장 많은 유형을 선정하여 대피 시간을 계산하였다. 대피시간 계산결과가 지하철의 대피 기준 시간 6분을 초과하는 것으로 나타남에 따라 지하철 대피 시간에 대한 기준을 개선하거나 추가적인 조건이 필요하다고 판단되었다. 따라서 지하철 역사에 안전을 위한 시설 및 방재대책이 요구된다.
Abstract
With the rapid development of modern society, subway has become one of the most typical urban transport systems. Since fire accident occurred at Daegu subway in 2003, importance of life safety and disaster prevention have been widely recognized and many studies have been carried out. As a result of these studies, fire-retardant and non-combustible interior material and platform screen door with passenger guide indication device have been developed, but studies on a subway evacuation criteria have been in a stalemate. Therefore, this study is intended to improve the subway evacuation standard. It is very difficult to take into account whole subway system, so a typological approach to a ticket was carried out referring to previous studies focused on a subway platform. this paper selected the most common subway platforms and estimated evacuation time among 10 platforms from previous studies and 8 from this study. As a result, evacuation time exceeded 6 minutes which is the guideline of existing standard. Therefore, it is necessary to update the standard for evacuation time and add supplementary conditions which can help establishing the measures for safety facilities and prevention measures.
초록
최근 국내에서는 도로 및 철도 터널의 건설이 꾸준히 증가하고 있으며, 교통체증 해소 및 도시계획 그리고 개량공사 등에 따라 터널이 더 깊은 지하에 위치하거나 장대화되고 있는 추세이다. 이러한 경우 터널 내부사고 중 인명피해에 가장 큰 위험요소인 화재사고가 발생할 경우 대형사고로 이어질 확률이 굉장히 높아진다. 본 연구에서는 정량적 위험도 분석 기법인 QRA(Quantitative Risk Analysis)를 터널에서의 방재설계에 적용하고자 국내 QRA 사례분석을 수행하고, QRA 기법의 적용 유무에 따른 비용 산출을 비교하였다. 그리고 AHP(Analytic Hierachy Process)기법을 사용하여 터널 방재시설의 위험도 저감 효과를 분석하여 터널 화재시 위험도를 낮출 수 있는 중요 인자들에 대한 우선순위를 제시 하였다. 그 결과로부터 QRA가 적용된 사례에서 상당한 비용절감 효과가 나타났으며, 그로 인해 합리적인 방재시설의 설계가 가능할 것으로 판단하였다. 그리고 방재시설별 비용대비 위험도 저감효과를 통한 방재시설 우선순위는 송수관설비, 비상조명, 대피통로, 제연설비의 순으로 분석되었다.
Abstract
Domestic road and railroad construction have been increasingly growing and for reasons of mitigating traffic congestion, urban plan and refurbishment project, deeper and longer tunnels have been built. The event of fire is the most fatal accident in a tunnel, and it can be very disastrous with a high possibility. In this study, QRA (Quantitative Risk Analysis) which is one of quantitative risk analysis approaches was applied to tunnel fire safety design and the evaluation of QRA cases and the cost comparison of QRA methods were carried out. In addition analysis of risk reduction effect of tunnel fire safety system was conducted using AHP (Analytic Hierarchy Process) and the priority of major factors that could mitigate the risk in tunnel fire was presented. As a result, significant cost reduction effect could be obtained by incorporating QRA and it is expected to design fire safety system rationally. The priority of fire safety system based on risk mitigation effect by fire safety system considering the cost is in order of water pipe, emergency lighting, evacuation passage and smoke control system.
초록
현재 목포-제주간 해저터널은 타당성 검토를 위한 기본계획 중에 있으며, 노선의 길이가 108 km인 고속여객 전용선으로 단면형태는 유로터널과 같은 서비스터널을 설치한 단선쌍굴터널로 검토되고 있다. 또한 교통량은 10량 1편성의 열차가 일일 76편/편도 운행하는 것으로 계획하고 있다. 이에 본 연구에서는 터널의 피난연결통로의 적정 간격을 정량적 위험도 평가기법에 의해서 검토하는 것을 목표로 정량적 위험도 평가기법을 정립하였다. 또한 터널의 단면형태를 복선터널(Type 3), 쌍굴터널(Type 1) 및 복선터널을 격벽으로 분리하는 형태의 터널(Type 2)을 대상으로 단면형태별로 적정 피난연결통로 간격을 산정하였다. 본 연구결과, Type 2의 단면이 대피안전확보에 가장 효과적이며, 현행 국내 사회적 위험도 평가기준을 만족하기 위해서는 단면형태별로 350 m (Type 1), 400 m (Type 2), 1,500 m (Type 3)의 피난연결통로 간격이 요구되는 것으로 나타나고 있다.
Abstract
Quantitative Mokpo-Jeju undersea tunnel is currently on the basis plan for reviewing validation. As for the cross section shape for express boat of 105 km line, sing track two tube is being reviewed as the Euro tunnel equipped with service tunnel. Also, 10 carriage trains have been planned to operate 76 times for one way a day. So, in this study, quantitative risk assessment method is settled, which is intended to review the optimal space between evacuation connection hall of tunnel by quantitative risk analysis method. In addition to this, optimal evacuation connection hall space is calculated by the types of cross section, which are Type 3 (double track single tube), Type 1 (sing track two tube), and Type 2 (separating double track on tube with partition). As a result, cross section of Type 2 is most efficient for securing evacuation safety, and the evacuation connection space is required for 350 m in Type 1, 400 m in Type 2, and 1,500 m in Type3 to satisfy current domestic social risk assessment standard.
초록
본 연구는 국내에서 계획하고 있는 호남-제주간 초장대 해저터널에서 철도차량의 화재 발생시 구난역 (Rescue Station)에 정차후 대피자의 안전한 대피경로를 확보하고 플랫폼 내부에 연기가 유입되는 것을 방지하기 위해 구난역 플랫폼과 화재열차 사이에 에어커튼 시스템(Air curtain system)을 설치하여, 15MW급 화재연기에 대한 차단성능 및 최적화방안을 도출하기 위해 다양한 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 모든 CASE에서 15 MW급 화재강도에 발생되는 연기에서도 효과적인 차연성능을 발휘하였으며, CASE1(화재열차 방향으로 15도 분사)와 CASE5(화재열차 방향으로 15도 분사 + 가압송풍)가 구난역 플랫폼 내부에 CO가스 유입이 가장 적은 것으로 도출하였다. 이러한 결과를 통하여 에어커튼 시스템은 초장대 해저터널 구난역에 화재시 플랫폼에 화재연기가 유입되지 않고 안전한 대피 경로를 확보하여 대피자가 서비스 터널로 안전하게 대피하여 인명피해를 최소화 할 수 있는 방재시설로서 활용되기를 기대한다.
Abstract
This study introduce that we studied optimization and possibility of smoke spread prevention with air-curtain system in undersea tunnel named from Ho-Nam to Jeju line in domestic if a fire break out in train. To verify performance, air-curtain system is installed between rescue station platform and each door of passenger car to provide safety route to evacuator and we studied simulation model of various cases about 15 MW fire severity considering domestic specifications. As a result we verified the fact that CASE1(air jet with 15degree toward passenger car) and CASE 5 (air jet with 15degree toward passenger car and pressure air blast from cross passage) is best Smoke Spread Prevention and less inflow carbon monoxide. Through above results, we expect that air-curtain system is one of the facilities for fire safety and provide us safety platform route in undersea tunnel.
초록
본 연구에서는 흙막이벽과 같은 수직굴착과 터널과 같은 지하공간의 연속적인 굴착에 따른 지반 거동과 토압 변화를 실험적으로 연구하였다. 굴착 단계별로 벽체 거동, 토압 변화, 그리고 지표 침하의 측정이 가능한 길이 160cm, 높이 120cm의 모형 토조를 제작하였다. 실험은 균일하게 조성된 사질토 지반에서 벽체에 임의의 변위를 가하고, 토압 변화와 지표 침하를 확인하는 방식으로 수행하였다. 모형실험은 흙막이벽과 지하공간의 연속적인 시공을 모사하기 위하여 흙막이벽 굴착을 모사하는 우측벽체 10개 및 지하공간 굴착을 모사하는 하부벽체 5개를 순서대로 거동시켜 모사하였다. 실험 결과, 벽체의 주동변위로 감소된 토압이 주변 벽체로 분담되는 아칭현상이 모든 벽체에서 발생함을 확인하였다. 연속되는 시공을 모사한 실험에서 phase마다 아칭현상을 확인할 수 있으나, 하부1단 벽체의 거동 시, 우측10단 벽체는 다른 경우와 달리 토압이 50%정도만 회복됨을 보였다.
Abstract
The ground movement and changes in earth pressure due to the consecutive construction of retaining wall and underground space were studied experimentally. A soil tank having 160cm in length and 120cm in height, was manufactured to simulate the vertical excavation like retaining wall by using 10 separated right side walls and underground space excavation like tunnel by using 5 separated bottom walls. The variation of earth pressure and surface settlement were measured according to the excavation stages. The results showed that the decrease of earth pressure due to the wall movement can cause the increase of earth pressure of the neighboring walls proving the arching effect. Experiments simulating continuous construction sequence also identified arching effect, however only 50% of earth pressure was restored on the 10th right side wall due to the movement of 1st bottom side wall unusually.
초록
본 연구에서는 강섬유보강콘크리트의 부식저항성능을 규명하기 위한 촉진염소이온확산시험과 표면전기저항시험을 수행하였다. 또한 배합평가를 위한 기초시험으로서 굳지 않은 콘크리트 공기량, 일축압축강도, 굳은 콘크리트의 흡습시험을 수행하였다. 실험변수는 두 종류의 물-시멘트비(0.44, 0.50)와 세 개의 강섬유 혼입량(0.25%, 0.5%, 1%)으로 선정하였다. 주목할 것은 모든 타설시 콘크리트의 다짐량은 동일하게 하였다. 시험결과, 동일한 작업량으로 다짐이 되었을 때, 물-시멘트비에 상관없이 두배합 모두에서 강섬유 혼입률이 증가함에 따라 부식저항성능이 감소하는 것으로 확인되었다. 그러나, 동일한 강섬유 혼입비에 대하여 배합의 물-시멘트비가 낮은 콘크리트의 부식저항성능이 우수한 것으로 나타났다. 따라서, 강섬유보강콘크리트의 타설시 유동성의 확보와 충분한 다짐이 염소이온침투저항성능을 확보하기 위하여 매우 중요하다고 판단된다.
Abstract
In order to evaluate corrosion resistance of steel fiber-reinforced concrete, accelerated chloride migration and surface resistivity tests were conducted. In addition air content of fresh concrete, compressive strength and water absorption were measured for investigating fundamental characteristics of concrete. Two different water-cement ratios(0.44, 0.5) and three steel fiber contents(0.25%, 0.5%, 1%) were considered as variables. Note that all specimens cast with same compaction work. As a results, corrosion resistance decreased as steel fiber contents increased regardless of water-cement ratio when the concrete was compacted with same amount of work done. However, for concrete with same steel fiber content, the lower water-cement ratio showed the better corrosion resistance. It is found that enhancement of fluidity and enough compaction should be done for corrosion resistance of SFRC.
초록
본 논문은 해저터널 시공 및 운영 시 발생되는 돌발용수 및 이상누수에 의한 사고에 대비하기 위한 해저터널 급속차폐시스템의 Inflater 분할구조에 따른 터널 내 차수효율에 대한 실험적 연구이다. 해저터널 특성상 해수 유입 또는 지하수 유입, 호우로 인한 침수 등 물과 관련된 피해에 대한 방호시스템은 필수적이다. 이 연구에서는 이러한 급속차폐를 위해 고안된 Inflater 구조에 대하여 형태 및 분할에 따른 차폐능력, 누수량, 수압 그리고 축방향 변위 등을 연구하기 위하여 27:1 축소율을 적용한 실내모형을 다양한 Inflater 분할구조별로 실시하였다. 연구결과에 의하면 2분할 Inflater 구조인 경우가 다른 분할에 비해 시간당 누수량 및 축방향 변위가 낮아 차폐능력이 좋은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 해저터널의 제원에 따라 다소 차이는 있을 것으로 예측되나 기본적으로 차폐시스템 설계 및 개발기술 발전에 매우 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
Abstract
This paper presents the study of leakage effect due to multi-cell inflater of rapid protection system to protect the possibilities of tunnel damages by flooding threats and unusual leakage to be occurred during and after subsea tunnel construction. Particularly, this protect system should be necessary in subsea tunnel. This research concentrates the physical model tests due to several multi-cell inflater to study protection capacity of leakage between the inflater and tunnel liner. A 27:1 small scale model are used in the model tests. The leakage rate, water pressure and axial displacement of inflater are measured during the model tests. According to the results, the minium leakage rate clearly shows in the case of two-cell inflater compared with in other cases. It is concluded that the results of this research will be very useful to understand the fundamental information of inflater structure design and development the technology of tunnel protection structures in the future.
초록
본 연구는 Shield TBM 굴착시 지표침하에 대한 주요 요소를 선정하기 위하여 3차원 지반해석 프로그램을 이용하여 막장압, 뒤채움압, 굴진장, 지반모델 및 요소망에 대한 다양한 조건을 적용하여 수치해석을 수행하였다. 수치해석에 의한 지표침하 산정결과 뒤채움압과 지반모델조건이 가장 큰 영향을 미치는 요소로 판단되었으며 향후 지반조건 및 장비특성에 따른 사례를 추가하여 연구를 보완하고자 한다.
Abstract
This paper is to perform 3-dimensional numerical analysis considering face pressure, backfill pressure, excavation length, soil model and element size for selecting key factors of ground surface settlement due to shield TBM advancement. According to the numerical analysis results, backfill pressure and soil model are governing factors inducing ground surface settlement. To complement this study, the ground conditions and characteristics of the boring machine will be considered using numerical analysis.
초록
열차가 고속으로 터널내를 진입할 때 열차의 피스톤 작용에 의해 형성되는 압력파는 터널내를 진행하고, 출구에 도달한 압축파는 터널 출구면의 개구단 조건에 따라 팽창파로 터널입구로 다시 전파된다. 이에 따른 터널내 주행열차와의 간섭현상으로 인해 차량내 승객은 심한 압력변동을 느끼게 되며, 이러한 압력파는 열차의 설계와 운행에 영향을 미치고, 에너지 손실과 소음, 진동, 승객의 이명현상의 원인이 된다. 본 연구에서는 열차가 고속으로 터널내부를 진입시 나타나는 터널내 압력파의 전파특성과 열차의 기밀도에 따른 객실내로 침투하는 압력 변화량을 현장 실험내용과 비교분석을 수행하였다. 또한, 압축성 1-D 모델(MOC)의 적용 가능성을 살펴보기 위해 ThermoTun 프로그램과의 비교연구를 수행하였고, Baron의 압축성 1-D 수치모델에 기초한 지배방정식 해석의 적정성을 검토하기 위해 비교연구도 병행하였다.
Abstract
The pressure wave formed by the piston effects of the train proceeds within the tunnel when a train enters the tunnel with a high speed. Depending on the condition of tunnel exit, the compression waves reflect at a open end, change to the expansion waves, transfer to tunnel entrance back. Due to interference in the pressure waves and running train, passengers experience severe pressure fluctuations. And these pressure waves result in energy loss, noise, vibration, as well as in the passengers’ ears. In this study, we performed comparison between numerical analysis and field experiments about the characteristics of the pressure waves transport in tunnel that appears when the train enter a tunnel and the variation of pressure penetrating into the train staterooms according to blockage ratio of train. In addition, a comparative study was carried out with the ThermoTun program to examine the applicability of the compressible 1-D model(based on the Method of Characteristics). Furthermore examination for the adequacy of the governing equations analysis based on compressible 1-D numerical model by Baron was examined.
초록
본 연구는 도심지 천층터널에서 현재까지 해석에서 무시되던 막장면 진동이 주위 구조물에 가장 큰 영향을 미치는 지표 침하에 대하여 3차원 수치해석을 이용하여 모델링하였다. 풍화토와 풍화암이 각각 50%의 비율로 구성된 복합지반을 고려하여 TBM 커터헤드에 발생하는 굴착시 토크를 산정하여 이를 시간에 따라 막장면에 재하함으로서 그 영향을 수치해석적으로 관찰하였다. 3차원 유한차분해석법을 이용하여 역학-동역학 연계해석을 통하여 지표침하 발생이력 및 분포도를 산정하였다. 연구결과, 3차원 수치해석을 통하여 막장면 진동하중에 의한 지표침하 발생경향을 성공적으로 모델링할 수 있었으며 최대 침하는 막장면에서 2.5D 후방에서 발생함을 확인하였고, 막장면 진동이 실제 지표침하에 영향을 미침을 확인하였다.
Abstract
In this paper, the surface settlement resulted from the shallow TBM tunnelling has been numerically simulated. TBM tunnelling is especially used in urban area to avoid serious vibration and noise caused by explosion in NATM. Surface settlement is one of the most important problems encountered in all tunnelling and critical in urban areas. In this study, face vibration of TBM excavation is considered to estimate surface settlement trend according to TBM extrusion. The dynamic excavation forces are calculated by total torque on the TBM cutterhead in mixed-face of soil and weathered rock condition with shallow depth. A 3-dimensional FDM code is employed to simulate TBM tunnelling and mechanical-dynamic coupling analysis is performed. The 3D numerical analysis results showed that dynamic settlement histories and trend of surface settlement successfully. The maximum settlement occurred at the excavation point located at 2.5D behind the face, and the effect of face vibration on the surface settlement was verified in this study.
초록
강우가 도로터널에 발생될 경우 공기 중 존재하는 빗방울에 의해 도로터널 내 환기력은 영향을 받을 것이라 예상되지만, 국내 도로터널 환기시스템 설계 시에는 이러한 인자가 고려되지 않은 채 설계되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 비 강우 시와 시간 당 강우량을 변화시켜가며 강우가 도로터널 내 환기력에 미치는 영향을 3차원 수치해석 기법을 이용하여 알아본 결과 강우 시를 기준으로 시간 당 150 mm의 강우가 도로터널에 발생될 경우 도로터널 내부로 유입되는 공기의 유량은 52.34%만큼 감소되었고, 도로터널 입･출구의 압력차이는 22.22% 감소되어 나타나 강우에 의해 도로터널 내 환기력은 감소되는 것으로 나타났다. 시간 당 강우량을 변화시켜가며 도로터널에 필요한 제트팬의 대수를 산정해본 결과 비 강우 시에는 12대인 반면 시간 당 강우량이 80 mm인 경우에는 16대, 150 mm 인 경우에는 17대의 제트팬이 필요한 것으로 나타나 도로터널의 환기시스템을 설계할 때에는 강우에 대한 인자가 추가되어야 한다.
Abstract
When rainfall occurred on road tunnel, that is likely to have influence upon ventilation force in the tunnels but the tunnels ventilation system did not consider factors of rainfall. Thus, this study investigated effects of rainfall upon ventilation force in the tunnels at no rainfall and changing of rainfall by 3 dimensional numerical method. Flow rate into road tunnels decreased as many as 52.34% at rainfall of 150 mm/hr, and pressure drop of road tunnel between entrance and exit decreased as many as 22.22%, so that rainfall had influence upon ventilation force in the tunnel. The number of necessary jet fan in road tunnels is 12 at no rainfall but, when rainfall of 80 mm/hr on road tunnels, the number of necessary jet fan in road tunnels is 16, when rainfall of 150 mm/hr on road tunnels, the number of necessary jet fan in road tunnels is 17. So, factor of rainfall should be considered at estimation of ventilation system of road tunnel.
초록
도시철도 지하역사에 설치되어 운영중인 승강장 안전문(PSD)은 승객의 추락방지 등 안전사고 예방에 큰 기여를 하고 있지만, 기존 승강장 선로 배기설비의 차단으로 인해, 일부 역사에서 승강장내 환기효율 저하문제를 발생시키고 있다. 본 연구에서는 PSD가 설치된 승강장의 기존 급배기 시스템의 환기효율 개선을 위해, 승강장과 대합실로 통하는 계단부 하부공간의 무효한 공간(창고)에 국부적인 하부 배기시스템을 추가하고, 승강장 배기용 덕트를 선로부의 기존 배기시스템에 연결하여 연동함으로써 기존 시스템에 무리 없이 승강장 실내환경을 개선하고자 하였다. 즉, PSD 설치이후 승강장 내부의 전체적인 기류혼합효과와 오염된 실내공기를 효율적으로 배출하기 위한 하부배기 방식을 연구하였다. 이러한 하부배기 방식의 효과를 예측하기 위하여, 서울지하철 2호선 역사를 선정하여 급배기량을 실측하고, 이를 바탕으로 전산수치해석 연구를 수행하여 개선효과를 예측해보았다. 하부 배기시스템의 적용은 승강장 기류의 지체상태 및 환기효율 특성을 나타내는 공기연령 측면에서 약 16.5%의 개선효과가 있는 것으로 분석되었다.
Abstract
Platform screen door (PSD) installed at underground subway station has reduced the safety accident, but it may cause poor air ventilation condition due to the isolated exhaust duct in the subway tunnel area. In this study, the additional ventilation system was suggested, which can be installed at a void space (i.e., storage room under stairs) of platform in order to improve efficiency of air ventilation rate. Exhausted air from platform was directed to underneath of platform and joined with existing ventilation duct of train exhaust system (TES). One subway station in Seoul city was selected to predict the effectiveness of the suggested lower exhaust system by using the computational fluid dynamics (CFD) analysis. The predicted mean age of air was decreased by 16.5% which proves the improvement of air ventilation efficiency when the suggested lower exhaust system was applied.
초록
본 연구는 수치해석을 통하여 TBM 세그먼트의 분할 수와 인접한 링의 이격각도가 라이닝의 부재력에 어떤 영향을 미치는 살펴보았다. 수치해석은 Midas civil 2012+ 프로그램을 사용하였고, 모델링은 2링빔 스프링 모델을 이용하였다. TBM 세그먼드 부재력은 다양한 요소에 의해 결정된다. 본 논문에서는 세그먼트 분할 수와 분포를 제외한 다른 요소인 이음부 스프링 계수, 지반반력계수를 통제하고 특정한 분할 수와 분할 특성을 통해 case를 선정함으로써 분할 수와 분포와 같은 분할 특성이 부재력에 미치는 영향을 분석하였다. 이로써 TBM 세그먼트 시공･설계시 구조적으로 유리하거나 불리한 이음부 특성을 확인할 수 있다.
Abstract
This paper presents a numerical study on the effect of segment assembly characteristics on the TBM segmental lining member section forces. Analyses have been carried out through the two-ring beam finite element model by Midas civil 2012+. TBM segment lining member forces are determined by various joint characteristics. In this study, the segmental member forces were investigated with various joint number and orientation at fixed values of joint stiffness, ground spring parameters. The numerical results were used to identify trends of the member forces in the tunnel lining with the segment assembly characteristics.
초록
해저터널 건설 중 터널 굴착면 전방에 존재하는 고수압 조건의 함수대 (또는 포화상태의 파쇄대)의 상태를 정확히 예측하는 것은 터널 안전시공의 핵심적인 요소이다. 이 연구는 해저터널 굴착면에서 전방지반의 상태를 예측하기 위해 유도분극(Induced Polarization, IP) 탐사의 활용 가능성을 입증하였다. 모래지반에서의 충전성(chargeability)을 산정하기 위해 간극모델을 제안하고, 충전성과 이에 영향을 미치는 변수들 사이의 관계식을 유도하였다. 관계식을 사용하여 매개변수 분석을 실시하였으며 그 결과 입자 사이의 간극 중 좁은 간극()의 크기와 간극수의 염도가 충전성에 가장 큰 영향을 미쳤다. 또한, 실내실험으로 유도분극 현상에 영향을 미치는 지반조건을 파악하기 위해 간극수의 염도와 파쇄대의 두께 변화 그리고 가우지(gouge) 존재 여부에 따른 충전성과 전기비저항의 변화 추이를 규명하고자 하였다. 그 결과 파쇄대의 절리 사이에 가우지가 충진된 경우, 해수조건에서도 충전성이 높게 나타났다. 이는 가우지가 좁은 간극()의 크기를 감소시키기 때문이라고 판단된다.
Abstract
In subsea tunnelling, prediction of the fractured zone (or water bearing zone) ahead of tunnel face saturated by seawater with high water pressure has been a key factor for safe construction. This study verified the feasibility of utilizing induced polarization (IP) survey at tunnel face for predicting the ground condition ahead of the subsea tunnel face. A pore model was proposed to compute chargeability in granular material, and the relationship correlating chargeability with the variables affecting the chargeability was derived from the model. Parametric study has been performed on the variables to figure out the most influential factors affecting the chargeability. The results of the parametric study show that the size of narrow pores () and the salinity of pore water are the most influential factors on chargeability. Laboratory tests were conducted on various types of ground condition by changing the salinity of pore water, the thickness of the fracture zone and the existence of gouge (weathered granite) within the joints of the fractured zone to figure out the effect of the ground characteristics on the IP phenomenon. Test results show that the chargeability of the fractured zone saturated by seawater increases if the joints in the fractured zone are filled with gouge since the infilled gouge will decrease the size of narrow pores ().
초록
TBM 터널을 건설하는 동안 효율적이고 안전한 작업을 위하여 굴착 암반의 정확한 정보를 획득하는 것은 매우 중요하다. 이 연구에서는 터널 막장 전방의 암반 상태를 예측하기 위하여 선진시추장비와 시추공벽 영상화 장비를 이용한 TBM 전방 지반평가시스템을 개발하였다. TBM 전방 지반평가시스템은 선진시추장비와 시추공벽 영상화 장비, 분석 소프트웨어로 구성된다. 선진시추장비는 논코어링과 코어링 방법이 모두 적용 가능하도록 개발되었다. 또한 굴진 시 획득되는 피드압, 회전압, 회전수, 굴진속도 등의 천공영향변수를 획득할 수 있다. 천공지수는 코어RMR과의 상관성분석을 통해 천공지수RMR로 환산된다. 개발된 시스템은 비탈면, 터널 현장에서 현장적용을 진행하였다. 현장 적용 결과 논코어링 방법은 코어링 방법에 비해 4배가량 빠른 굴진이 가능한 것으로 확인되었고, 천공지수RMR과 코어RMR은 유사한 분포를 나타내었다. TBM 전방 지반평가시스템은 신속한 지반예측이 가능하므로 공기지연을 최소화할 수 있는 막장 전방 예측 기술로의 활용이 기대된다.
Abstract
In the construction of a TBM tunnel, it is very important to acquire accurate information of the excavated rock mass for an efficient and safe work. In this study, we developed the prediction system of TBM tunnel face ahead using probe drilling equipment and drilled hole imaging equipment to predict rock mass conditions of the tunnel face ahead. The prediction system consists of the probe drilling equipment, drilled hole imaging equipment and analysis software. The probe drilling equipment has been developed to be applicable to both non-coring and coring. Also the probe drilling equipment can obtain the drilling parameters such as feed pressure, torque pressure, rotation speed, drilling speed and so on. The drilling index is converted to the drilling index RMR through the correlation between a drilling index and core RMR. The developed system verification was carried out through a slope and tunnel field application. From the field application result, the non-coring is four times faster than a coring and the drilling index RMR and core RMR are similar in the distribution range. This system is expected to predict the rock mass conditions of the TBM tunnel face ahead very quickly and efficiently.
초록
본 논문은 복합지반에서 쉴드 TBM 커터헤드의 회전속도 제어에 관한 실험적 연구이다. 복합지반에서는 암반을 굴착하는 디스크커터와 더불어 커터비트의 절삭 성능이 매우 중요하다. 이 연구에서는 특히 풍화토와 풍화암으로 이루어진 복합지반의 커터비트의 성능평가에 초점을 두었다. 이 연구를 위하여 실험실용으로 개발된 쉴드 TBM 커터비트 평가 장비를 이용하여 실내시험을 실시하였다. 복합지반은 공학적 상사성을 고려하여 조성하였다. 조성된 복합지반에서 쉴드 TBM 커터헤드 회전속도를 2, 3, 4 rpm으로 적용하여 각 커터비트에 작용하는 절삭력을 측정하고 회전에 따른 절삭력의 변화를 분석하였다. 실험결과로 부터 커터비트에 작용하는 절삭력은 지반경계부에서 급상승하는 경향을 보여주었다. 또한 이러한 상승되는 절삭력의 크기는 쉴드 TBM 커터헤드의 회전속도가 클수록 크게 나타났다. 이러한 결과로부터 복합지반에서 쉴드 TBM 커터헤드의 회전속도를 빠르게 할 경우 커터비트에 가해지는 위험요소가 더 크다는 것을 보여주고 있다. 따라서 복합지반조건에 현장 TBM 굴착 시 회전속도의 제어가 필요한 것으로 나타났으며 감속시키는 것이 비트에 가해지는 리스크를 저감시킬 수 있을 것이다.
Abstract
This paper presents the cutter bit damage due to the rotation speed of shield TBM cutter head in the mixed ground. The efficient of cutter bits and disk cutter are very important for tunnelling in mixed ground. In particular, this research is focused on the performance of cutter bits during excavation in mixed ground which is consist of the weathered soil and rock formation. In order to carry out this research, the experimental works are prepared performed by using the scaled shield TBM cutter bits evaluation machine developed. The mixed ground is prepared considering with a scale effect of tunnel size. Three different rotation speeds of shield TBM cutter head (i.e. 2, 3, 4 rpm) are applied in the experimental work. The drag forces acting on the cutter bits are measured at each cutter bit during rotation of cutter head. It is also analysed the variation of drag forces due to the rotation speed of shield TBM cutter head. The results of this research are clearly shown that the drag forces acting on the cutter bits are jumped up at the boundary between weathered soil and rock. It is also indicated that the jamping drag forces are increased with increasing the rotation speed of the cutter head. It is found from the research that the higher rotation speed of shield TBM cutter head will be high risk in the mixed ground. It is, therefore, suggested that the use of lower rotation speed of shield TBM cutter head is recommended for reducing the cutter bit damage in practice