초록

터널 화재는 밀폐된 공간에서 발생하기 때문에 시야 확보가 매우 어려우며, 빠른 속도로 연기가 차오르기 때문에 대형재난사고로 이어질 수 있다. 본 연구에서는 해저터널 열차 화재 시 구난역을 안전하게 사용하기 위하여 에어커튼 및 가압송풍기를 구난역 플랫폼에 설치하고 실물화재실험을 통하여 에어커튼 시스템의 적용성을 확인하였다. 실제 규모의 구난역에 에어커튼 시스템을 설치하였으며, 화원으로 사용한 액체 햅탄이 전소될 때까지 약 2분 동안 실험을 진행하였다. 에어커튼 시스템이 작동한 경우에는 구난역 플랫폼의 온도와 외부의 온도는 약 160°C 차이가 발생하였으며, 에어커튼 시스템이 작동한 경우에 구난역 플랫폼 내부의 일산화탄소는 작동하지 않은 경우의 구난역 플랫폼 내부와 비교하여 약160 ppm 적게 일산화탄소가 측정되었다. 따라서 본 실물화재 실험을 통하여 해저터널 구난역 에어커튼 시스템이 화재로부터 발생한 열기와 유독가스를 차단할 수 있음을 확인하였다.

Abstract

Visibility is very poor in tunnel fire because of confined space where the fire may easily lead to the mass casuality incident because of fast smoke spread. In this test, air curtain and the fan were installed at rescue station in a bid to make use of rescue station in safe way during the train fire in undersea tunnel and a full-scale fire test was conducted to identify the applicability of air curtain system. Air curtain system was installed at a real rescue station and the test was continued for 2 minutes till heptane which was used as fire source was completely burned out. When air curtain was working, difference in temperature between inside and outside the platform was 160°C and carbon monoxide measured inside the platform was less than the case of no air curtain system by 160 ppm. Thus a full-scale fire test demonstrated that the air curtain system installed at rescue station in undersea tunnel was able to effectively block the heat and smoke generated from the fire.

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철도터널의 방재시설 계획 시 터널의 안전성을 정량적 위험도 평가에 의해서 정량화하여 방재시설의 적정성 여부를 판단하도록 하고 있다. 이에 본 연구에서는 터널화재에 대한 정량적 위험도 평가 시 결과에 크게 영향을 미치는 화재열차의터널 내 정차확률을 예측하는 방법을 제시하였다. 이를 위해서 열차의 주행저항계수를 고려하여 타력운전거리를 계산하기 위한 모델을 개발하였으며, 타력운전특성과 비상제동거리를 고려하여 몬테카를로 시뮬레이션 기법에 의해 터널연장및 경사도, 초기주행속도를 변수로 하여 화재열차가 터널에 정차할 확률을 예측하였다. 타력운전거리의 예측을 위한 운동방정식은 KTX II의 주행저항계수를 반영하여 분석하였다. KTX II 열차의 경우, 타력운전거리는 상향경사의 터널에서는 경사도가 증가할수록 감소하나 하향경사구간에서는 정지하지 않고 계속하여 주행이 가능하다. 화재열차의 터널 내정차확률은 열차의 주행속도가 증가할수록, 경사도가 낮을수록 감소하며, 고속열차(주행속도 250 km/h 이상)는 인적오류를 고려하지 않는 경우, 경사도 0.5% 이하의 터널에서는 화재 시 열차가 터널에 정차할 확률은 0%이고, 경사도가 증가하고 터널연장이 증가하면 정차확률은 급격하게 증가하는 것으로 나타났다.

Abstract

The safety of tunnels is quantified by quantitative risk assessment when planning the disaster prevention facilities of railway tunnels, and it is decided whether they are appropriate. The purpose of this study is to estimate the probability of the train stopping in the tunnels at train fire, which has a significant effect on the results of quantitative risk assessment for tunnel fires. For this purpose, a model was developed to calculate the coasting distance of the train considering the coefficient of train running resistance. The probability of stopping in case of train fire in the tunnel is predicted by the Monte Carlo simulation method with the coasting distance and the emergency braking distance as parameters of the tunnel lengths and slopes, train initial driving speeds. The kinetic equations for predicting the coasting distance were analyzed by reflecting the coefficient train running resistance of KTX II. In the case of KTX II trains, the coasting distance is reduced as the slope increases in a tunnel with an upward slope, but it is possible to continue driving without stopping in a slope downward. The probability of the train stopping in the case of train fire in tunnel decreases as the train speed increases and the slope of the tunnel decreases. If human error is not taken into account, the probability that a high-speed train traveling at a speed of 250 km/h or above will stop in a tunnel due to a fire is 0% when the slope of the tunnel is 0.5% or less, and the probability of stopping increases rapidly as the tunnel slope increases and the tunnel length increases.

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Abstract

Up to now, most of studies on seismic analysis have been limited to analyze buildings and underground structures individually so that the interaction between them could not be analyzed effectively. Thus, in this study, a dynamic analysis was conducted for soil-structure interaction with a complex underground facility composed of a building and an adjacent underground structure constructed on a surface soil and the bed rock ground conditions. Seismic stability was analyzed based on interstory drift ratio and bending stress of structure members. As a result, an underground structure has more effect on a high-rise building than a low-rise building. However the above structures were proved to be favorable for seismic stability. On the other hand, tensile bending stresses exceeded the allowable value at the underground part of the building and the adjacent underground structure so that it turned out that the underground part could be weaker than the above part. Therefore, it is inferred that above and underground structures should be analyzed simultaneously for better prediction of their interaction behavior during seismic analyses because there exist various structures around buildings in big cities.

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Abstract

Generally, the total ventilation resistance coefficient in a tunnel consists of inlet/outlet loss coefficient, wall friction coefficient, and other loss coefficient caused by sudden expansion and contraction of cross-section, etc. For the tunnel before opening, when the running ventilation fan is stopped, the wind speed in the tunnel is reduced by the total ventilation resistance drag. The velocity decay method is comparatively stable and easy to estimate the wall friction coefficient in the pre-opening tunnel. However, the existing study reported that when the converging wind speed is a negative value after the ventilation fan stops, it is difficult to estimate the wall friction coefficient according to the velocity decay method. On the other hand, for the operating tunnel in which the piston effect acts, a more complex process is performed; however, a reasonable wall friction coefficient can be estimated. This paper aims at suggesting a method to minimize the measurement variables of the piston effect and reviewing a method that can be applied to the operating tunnel. Also, in this study, a new method has been developed, which enables to calculate an variation of the piston effect if the piston effect is constant with a sudden change of external natural wind occurring while the wind speed in the tunnel decreases after the ventilation fan stops, and a programming logic has been also developed, which enables dynamic simulation analysis in order to estimate the wall friction coefficient in a tunnel.

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본 연구에서는 시공 중 TBM 터널에서 전기비저항과 유도분극(induced polarization, IP) 탐사를 활용하여 굴착면 전방의 복합지반(mixed-ground)을 예측하기 위한 방안을 제시하였다. TBM이 토사를 굴진하며, 굴착면 전방에서 상부 토사지반과 하부 암반으로 이루어진 복합지반을 조우하는 과정과 동시에 전기비저항과 유도분극에 의한 충전성(chargeability)을 측정하며 굴진하는 과정을 실내실험으로 모사하였다. 전기비저항과 충전성의 측정은 4전극을 이용하였으며, 복합지반을 효과적으로 예측하기 위하여 2개의 전극은 굴착면에, 나머지 2개의 전극은 조립된 세그먼트에 설치됨을 가정하였다. 실험 결과, TBM이 토사 굴진 중 토사-암반의 복합지반으로 진입할 경우 전기비저항과 충전성이 모두증가하였다. 또한, TBM이 굴착면 전방에서 복합지반을 조우할 것임을 예측하기 위하여 굴착면의 전극 2개, 세그먼트의전극 2개를 활용한 탐사와 동시에 굴착면 4전극 탐사를 수행하면 더욱 효과적인 예측이 가능함을 확인하였다.

Abstract

A method that can predict the mixed-ground condition ahead of a TBM tunnel face during tunnel construction utilizing electrical resistivity and induced polarization (IP) was proposed in this study. Effect of TBM advancement approaching the mixedground condition (composed of soil layer overlying rock layer) when currently running through soil zone on the electrical resistivity and IP measuring was assessed with laboratory-scale experiments. The resistivity and IP values were measured using four electrodes, by installing two electrodes on the tunnel face (at the cutterhead), and the other two electrodes on the segment lining. The test results showed that both of the measured resistivity and IP values were kept increasing as the TBM is approaching the soil-rock mixed-ground. Also, to get the more reliable results for predicting the mixed-ground condition, it was recommended that the measurement is made at the tunnel face utilizing 4-electrodes installed at the cutterhead as well as it is made utilizing the 2-electrodes installed at the segment lining along with the 2-electrodes installed on the tunnel face (at the cutterhead) so that two measured results are compared each other.

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본 논문은 지하구조물 계측센서의 내구연한 기준에 대한 규정 분석 연구로 국내 건설공사 발주기관의 건설 계측센서에 대한 내구연한 기준을 조사 분석하고, 법인세 시행규칙에서 건축물 등의 기준 내용연수 및 조달청의 건설계측 및 건설기계 관련 내용연수 기준을 분석하였다. 지하 구조물에 설치되기 전 조달청에서 물품 자체로 구매하는 경사계와변형률계 등의 내구연한 기준은 8년에서 10년을 제시하고 있으나, 건설공사 시 원 지반및 콘크리트 구조물 내에 설치된 계측센서는 지하수 영향 및 다짐 등 여러 가지 불리한 요인으로 물품 자체의 내용연수보다는 상당 기간 단축될 것으로 판단된다.

Abstract

The purpose of this study is to research the regulation of durability standard of underground structures monitoring sensors. The durability criteria for construction monitoring sensors of domestic construction companies, the standard years of contents such as buildings on the income tax implementation regulations, and the standards of the Public Procurement Service for construction monitoring and construction machinery were analyzed. The durability criterion on products such as the inclination meter and the strain gauge, which are purchased from the Public Procurement Service prior to installation on the underground structure, is 8 to 10 years. It is considered that the monitoring sensor installed in the paperboard and the concrete structure at the time of construction will have considerably shortened service life rather than the useful life of the product itself due to various adverse factors such as groundwater influence and compaction.

초록

터널은 도로, 철도, 지하철과 같은 교통의 통로이자 수로, 전력구, 비축기지와 같은 특수목적을 위해 널리 활용되고 있으며, 터널의 사용 목적, 주변 지반조건 및 경제성에 따라 다양한 터널 형상으로 시공되고 있다. 이에 대해 기존 터널과 주변지반 및 구조물에 관한 연구는 꾸준하게 발표되었으나 단일 형상에 대해 터널굴착 시 주변 지반과 구조물의 거동을 분석한 연구들이 대다수이다. 터널의 붕괴사고는 지상 구조물의 붕괴사고 보다 막대한 인적, 물적 손실을 가져오기 때문에 터널 굴착 및 주변지반의 거동을 관측하고 분석하는 작업은 매우 중요하며, 단일 형상이 아닌 다양한 터널 형상에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구는 trapdoor장치를 이용한 실내 모형시험을 통해 군말뚝 하부에 터널 정거장 굴착 시 주변지반의 거동을 측정하였다. 이때 터널 정거장 형상의 단면을 arch와 box 형태로 제작하였으며, 각 터널정거장 형상 별 0.1B, 0.25B, 0.4B로 터널과 군말뚝 간 이격거리를 다르게 하여 다양한 조건에서의 지반거동을 분석하였다. 또한, 근거리 사진계측 및 이미지프로세싱 기법을 통해 지반의 거동을 관측하였으며, 유한요소 수치해석을 통해실내 모형시험, 근거리 사진계측의 결과와 비교․분석하였다.

Abstract

Tunnels are widely used for special purposes including roads, railways and culvert for power transmission, etc. Its cross-section shape is determined by uses, ground condition, environmental or economic factor. Many papers with respect to behaviours of adjacent ground and existing structure tunnelling-induced have been published by many researchers, but tunnel cross-section have rarely been considered. A collapse of tunnel causes vaster human and property damage than structures on the ground. Thus, it is very important to understand and analyse the relationship between behavoiurs of ground and cross-section type of tunnel. In this study, the behaviour of ground due to tunnel excavation for underground station below the grouped pile supported existing structure was analysed through laboratory model test using a trap-door device. Not only two cross-section types, 2-arch and box, as station for tunnel, but also, offset between tunnel and grouped pile centre (0.1B, 0.25B, 0.4B) are considered as variable of this study. In order to measure underground deformation tunnelling-induced, Close Range Photogrammetry technique was applied with laboratory model test, and results are compared to numerical analysis.

초록

최근 토목구조물의 설계에 있어 한계상태설계법 적용이 세계적인 추세이나, 국내에서는 소수의 구조물에 국한되어 사용되고 있다. 주요 지중구조물인 터널에 대해서는 한계상태설계법의 도입이 근래에 시도되고 있으므로, 최신의 한계상태설계법에 대한 이해가 반드시 필요하다. 본 연구는 최근 발간된 AASHTO LRFD Road Tunnel Design and Construction Guide Specification (2017)을 토대로 세그먼트 터널라이닝 설계 시 구조물 하중계수, 하중조합 등을 고찰하고 이외에구조 검토 시 반영되어야 할 다양한 영향인자에 대해 분석하였다. 본 연구에서는 국내에 적용되고 있는 전력구, 지하철터널 단면을 대상으로 한 세그먼트 라이닝의 구조해석을 통하여, 지반조건과 하중수정계수, 이음부 강성조건 등 다양한영향인자들이 부재력에 미치는 영향을 분석 ․ 평가하였다.

Abstract

Recently, the limit state design method in the design of the structure is in global trend, but it is limited to a few structures in Korea. Since the introduction of the limit state design method has recently been attempted for tunnels, which are the main underground structures, it is surely necessary to understand the latest limit state design method. Therefore, based on the recently published AASHTO LRFD Road Tunnel Design and Construction Guide Specification (2017), structural load factors and load combinations were reviewed, and various factors which should be applied for the review of structures have been analyzed. In this study, utility tunnel section and subway tunnel sections used in Korea were analyzed by the limit state design method, and we have analyzed the direction of application of limit state design method through studying the tendency of member force by various influential factors such as ground conditions, load modifier and joint stiffness.

초록

기존 공동구에 관한 VE/LCC 연구는 정량적 방법을 통하여 편익(7개 항목), 비용(5개 항목)에 대하여 서울시의 주요 10 개노선을 대상으로 비용-편익 분석을 통한 공동구의 경제적 타당성을 검토하였다. 기존 공동구에 관한 VE/LCC 연구는정량적 방법을 통하여 편익(7개 항목), 비용(5개 항목)에 대하여 분석을 수행하였다. 이에 본 논문에서는 3개의 항목(교통사고감소, 차량소음저감, 사회․경제 손실)을 추가하여 서울시 주간선도로 61개 구간에 대하여 경제성 평가를 분석 하였다. 교통사고감소 항목은 사업시행으로 절감할 수 있는 교통사고 비용을 개량화한 것이며, 차량소음저감 항목은 사업시행으로 발생하는 소음 변화량을 나타낸 지표이다. 마지막으로 사회․경제손실 항목은 공동구의 시공으로 인하여 지역경제에 미치는 영향을 금액으로 나타낸 것이다. 편익은 10개의 항목, 비용은 8개의 항목들 중 우선 추가 항목들의 금액을비교 분석 하였으며, 개착식 및 터널식 공동구에서 추가된 항목들과 전체 항목들이 각 분석에 미치는 영향 정도를 분석하였다. 분석의 결과로 공동구 경제성 평가시 기초 및 상세 모델에 적용되는 항목들을 분석하여 공동구 설계시 보다 효율적인 경제성 평가가 가능하도록 하였다. 본 연구에서 추가로 제시된 항목들을 포함한 기초 및 상세 모델의 경제성 평가는공동구 설계시 자주 활용될 것으로 판단된다.

Abstract

The VE/LCC study on the existing multi-utility tunnel examined the economical feasibility of the collective area through the cost-benefit analysis of the ten major routes of Seoul for the benefit (7 items) and the cost (5 items) through quantitative methods. In this paper, we analyzed the economic efficiency of 61 sectors by adding 3 items (reduced traffic accident, reduced vehicle noise, social-economic loss). The reduced traffic accident item is an improvement of the traffic accident cost that can be saved by the implementation of the project, and the reduced vehicle noise item is an indicator of the amount of noise change caused by the implement of the business. Finally, the social-economic loss items represent the impact on the local economy due to the construction of the multi-utility tunnel. The amounts of the additional items were compared and items added in the open type and tunnel type multi-utility tunnel were analyzed for each analysis. Result on the analysis, it analyzed the items applied to the basic and detail models in the economic evaluation of the multi-utility tunnel design, and makes it possible to evaluate the economic efficiency more efficiently. The economic evaluation of the basic and detailed models including the items presented in this study will be often used in the design of the multi-utility tunnel design.

초록

국내 대도시의 도심은 인구, 상업, 교통 등의 집중도가 높으므로 공동구 도입에 따른 기대효과가 높고 생애주기비용을 고려한 경제적 타당성을 충분히 확보하고 있다. 더욱이 지하철, 복합환승센터 등과 같은 대규모 지하공간 개발에 포함하여 설치할 경우 초기 건설비용을 획기적으로 줄일 수 있으나 실제 지하개발 계획에 구체적으로 반영되지 못하고 있다. 국내에서 도심지 공동구를 새로이 계획할 경우 기존 Life- Line의 이설비용, 수용 기관별 의견충돌, 건설재원 조달 및 분담 등의 어려움이 예상되며 더욱이 모든 수용기관과 사업시행자로 구성된 공동구 협의회에서 합의를 도출해야만 사업추진이 가능하기 때문에 경제성 분석과 더불어 타당성 평가시스템을 통한 합리적 의사결정 과정을 통해서 최적 대안이 제시되어야만 원활한 사업추진이 가능하다. 그러므로 도심지 유형별 특성을 고려해서 평가지표와 의사결정 계층구조를 재구성하고 계층의사분석(AHP) 기법을 적용해서 항목별중요도를 정량화함으로써 타당성 평가시스템을 이용한 합리적인 설계용량 최적화를 지원할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract

The urban center of a large city has a high concentration ratio of population, commerce, and traffic. Therefore, the expected effect is high from the introduction of the urban utility tunnel and it also has sufficient economic feasibility considering life cycle cost. Moreover, the construction cost can be greatly reduced if it is included in a large underground development such as a subway or a complex transfer center construction. However, it is not reflected in actual underground development plan. When planning a urban utility tunnel in Korea, it is expected to have difficulties such as the cost of relocation of the existing Life-Line, conflicts among the individual facility institutions, procurement of construction resources and sharing. Furthermore, it is possible to promote the project only if a consensus is drawn up by a collective council composed of all facilities and project developers. Therefore, an optimal alternative should be proposed using economic analysis and feasibility assessment system. In this study, the analytic hierarchy process (AHP) is performed considering the characteristics of urban areas and the importance of each indicator is quantified. As a result, we can support reasonable design capacity optimization using the feasibility assessment system.

초록

초장대 해저터널은 환기를 위한 연직갱 또는 경사갱 설치에 공간적으로 많은 제한을 받게 되므로 일부 인공섬을 건설하여 환기를 수행할 필요가 있다. 그러나 인공섬 설치는 건설의 어려움뿐만 아니라 건설비용이 증가하게 되므로 인공섬 설치를 최소화할 필요가 있다. 이에 따라 환기거리가 증가하여 누풍에 의한 공급 풍량이 커지게 되면, 공사 중 환기를 위한덕트 설치가 불가능해지거나 팬 정압 및 동력이 상당히 증가하게 된다. 따라서 초장대 해저터널을 건설하기 위해서는 이러한 현실적인 문제를 극복하고 시공 중 터널 내 환경을 쾌적한 상태로 유지할 수 있는 기술력이 필요하다. 선행 연구에서 우리는 누풍이 이 문제들을 해결하는 핵심 인자이며 실험 결과 새로운 접속방식의 누풍율은 대략 1.46 mm2/m2임을밝혔다(Jo et al., 2017). 본 연구에서는 새로운 접속방식이 적용된 시제품의 누풍율 측정 결과를 제시하고 기존 접속방식의 누풍 성능 개선을 위해 덕트 내부에 연질막 적용시의 누풍 성능 개선을 실험적으로 분석하였다.

Abstract

Long subsea tunnel is subject to many restrictions in terms of spatial limitation when vertical or inclined shafts are built for tunnel ventilation. 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. As a result, ventilation distance become longer and supply airflow becomes excessive due to air leakage, So, duct mounting for temporary ventilation is impossible or 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 previous study, we have found that air leakage is the key factor in solving these problems and experimental results show that the new connection method has a leakage rate of about 1.46 mm2/m2 (Jo et al., 2017). In this study, we present the experimental results of the measurement of the leakage rate of the prototype with the new connection method, and analyze experimentally the improvement of the leakage rate when applying the flexible cover inside the duct to improve the leakage performance of the existing connection method.

초록

본 연구에서는 퇴적층 암석에서 픽 커터의 절삭성능을 평가하기 위하여 선형절삭시험을 수행하였다. 중국에서 채취된Linyi사암과 역암을 모사한 콘크리트를 시험체로 사용하였다. 소규모 선형절삭시험장비를 이용하여 다양한 절삭조건하에서 절삭조건에 따른 커터작용력과 비에너지의 변화양상을 평가하였다. 커터작용력은 두 가지 재료 모두에서 압입깊이와 커터간격이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었고 재료의 강도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 반면 최대작용력과 평균작용력의 비율은 재료의 강도에 영향을 받기 보다는 재료의 구성 물질과 절삭특성에 영향을 받는 것으로 판단되었다. 절삭계수는 암석과 픽 커터의 마찰 특성에 영향을 받으나 절삭조건에는 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 따라서 절삭계수와 픽 커터 작용력의 합력방향에 따라 암석의 특성을 고려한 최적의 절삭각도를 선정해야 할 것으로 판단되었다. 한편 절삭조건에 따른 비에너지의 변화양상으로부터 최적 절삭조건을 규명하였다. 두 가지 재료에서 최적 s/p비는 2~4 범위로 도출되었고, 압입깊이가 증가함에 따라 비에너지는 감소하는 경향을 나타내었다. 본 연구의 결과는 픽 커터의 절삭메커니즘 규명을 위한 데이터베이스로 활용될 수 있으며, 픽 커터를 사용한 기계굴착장비의 설계에 활용될 수있을 것으로 기대된다.

Abstract

We carried out a series of linear cutting machine tests to assess the cutting performance of a pick cutter in sedimentary rock. The specimens were Linyi sandstone from China and Concrete (rock-like material, conglomerate). Using the small scaled LCM system, we estimated the cutter force and specific energy under different cutting conditions. The cutter forces (cutting and normal) increased with penetration depth and cutter spacing in two rock types, and it was affected by the strength of specimens. On the other hand, the ratio of the peak cutter force to the mean cutter force was influenced by cutting characteristic and composition of rock rather than rock strength. The cutting coefficient was affected by the friction characteristic between rock and pick cutter rather than the cutting conditions. Therefore, the optimal cutting angle can be determined by considering of cutting coefficient and resultant force of pick cutter. The optimum cutting condition was determined from the relationship between the specific energy and cutting condition. For two specimens, the optimum s/p ratio was found to be two to four, and the specific energy decreased with the penetration depth. The result from this study can be used as background database to understand the cutting mechanism of a pick cutter, also it can be used to design for the mechanical excavator.

초록

최근 공동구 및 지하터널의 수요증가와 함께 수직구 굴착에 대한 연구의 필요성이 증가하고 있다. 공동구 연구단은 국토교통부 연구개발사업의 일환으로 ‘수직구 외주면 선행굴착공법 및 장비’를 개발하였으며 현재 성능 검증 중에 있다. ‘수직구 외주면 선행 굴착공법’은 수직구 굴착 시 굴착면의 외주면을 먼저 굴착하고 굴착기 벽체를 관입시켜 연약 지반의 히빙에 대한 지반의 안정성을 확보하는 공법이다. 이 연구에서는 원심모형실험을 통해 히빙을 모사하고 관내토의 유무에 따른 지반면의 히빙과 지반침하, 그리고 주변지반의 거동을 비교, 분석하였다. 분석 결과 관내토가 지반침하와 히빙의 발생을 충분히 억제하는 효과를 나타내는 것으로 파악되었으며, 수직구 외주면 선행 굴착공법이 히빙에 대한지반의 안정성을 충분히 확보함을 확인할 수 있었다.

Abstract

Recently, the need for research on vertical shaft excavation is increasing with the increase of the demands for the underground and utility tunnels. As a part of the R&D project of the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, CUT (center for utility tunnel) has developed “Ring cut method”. “Ring cut method” is a method to improve the stability of the ground against the basal heave by excavator wall pre-penetration during vertical shaft excavation. In this study, the basal heave was simulated by centrifugal model test. The basal heave, ground subsidence, and ground deformation of surrounding ground were analyzed by soil plug effect from wall pre-penetration. It was found that the soil plug could control the basal heaving and ground subsidence, and verified that the ‘Ring cut method’ could be a good countermeasure for the ground stability against the basal heave.

초록

본 논문은 터널 설계 시 설계 인자에 따른 콘크리트 라이닝 절근량 절감에 관한 연구 이다. 콘크리트 라이닝의 설계는 과다한 하중적용에 따라 철근보강이 증가하게 되며, 경제성이 줄어들게 된다. 터널 시공의 경제성을 향상시키기 위해서는 콘크리트 라이닝의설계인자에 대해 합리적인 기준이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 라이닝의 설계에 적용되는 설계 인자에 대하여 특징 및 문제점을 분석하였다. 또한 설계인자 적용에 대한 콘크리트 라이닝의 경제성 검토는 수치해석을 이용하여 단면설계를 통해 산정된 철근 보강량을 비교하였다. 분석 결과에 의하면 콘크리트 라이닝 설계 시 설계 인자의 적용에 따라 필요 철근량이 다르게 나타났다. 따라서 이 연구를 통하여 콘크리트라이닝의 철근량을 경감시킬 수 있는 것으로 나타났다. 이 연구 결과는 향후 콘크리트 라이닝의 경제적 설계를 위하여 유용하게 활용될수 있을 것으로 판단된다.

Abstract

This paper presents a study on the reduction of concrete lining re-bar according to the tunnel design factors. The design of the concrete lining increases the reinforcing re-bar according to the application of excessive load, and the economical efficiency is reduced. In order to improve the economical efficiency of tunnel construction, rational standards are required for the design factors of concrete lining. Therefore, this research analyzed the characteristics and problems of the design factors applied to the design of concrete lining. Also, the economical review of the concrete lining for design factor application was compared with the amount of reinforcing re-bar calculated from the section design using numerical analysis. The results show that the amount of re-bar is varied according to the design factors. That is, the required amount for re-bar in the tunnel concrete lining could be reduced in the design stage. The results of this study may be useful for economic design of concrete lining in the future.

초록

터널의 지보패턴 설계는 터널의 안정성에 직접적인 영향을 끼치기 때문에 터널에 작용하는 다양한 하중들을 적절히 고려하여야 한다. 국내에서는 프로젝트에 따라 암반분류 법을 기반으로 표준 지보패턴을 정의하고 있으며, 시공 시 터널거동을 고려하여 적절히 수정되어야 한다고 기술되어 있다. 본 연구에서는 내공변위제어법, 토압, 록볼트의 축력 및 숏크리트의 모멘트 등을 종합적으로 고려하여 지보패턴을최적화할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 차분진화알고리즘(DEA)을 적용하여 터널 심도에 따라 록볼트의 길이 및 간격, 숏크리트의 두께를 최적화하였으며, 도출된 결과를 철도터널의 표준지보패턴(3등급)과 비교하였다. 천층지반에서록볼트의 길이는 표준지보패턴보다는 짧아질 수 있으며, 간격은 넓어질 수 있다. 터널의 심도가 깊어질수록 숏크리트의두께는 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 숏크리트의 두께는 심도가 깊어질수록 표준지보패턴보다는 두꺼워져야 터널의 안정성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.

Abstract

It is important to design tunnel support system considering the various loads acting on the tunnel because they have a direct impact on the stability of tunnels. In Korea, standardized support patterns are defined based on the rock mass classification system depending on the project, and it is stated that it should be modified appropriately considering the behavior of tunnel during construction. In this study, the tunnel support pattern optimization method is suggested based on the convergence-confinement method, earth pressure, axial force of rock bolt, and moment acting on the shotcrete. The length and spacing of the rock bolts and the thickness of the shotcrete were optimized by using the differential evolution algorithm (DEA) and the results were compared to the standard support pattern III for railway tunnel. Rock bolt length can be reduced and the installation interval can be widened for shallow tunnel. As the depth of tunnel increases, the thickness of shotcrete increases linearly. Therefore, the thickness of shotcrete should be thicker than the standard support pattern as the depth of tunnel increases to secure the stability of tunnel.

초록

Abstract

Domestic urban areas are experiencing serious traffic congestion problems due to continuous population growth and increased traffic volume. In order to solve the problem of traffic congestion, the study of great depth underground double deck tunnels using underground space is being actively carried out in the urban areas. The characteristics of great depth underground double deck tunnels are low in cross section, so the spread of fire smoke is expected to spread faster than the road tunnel in case of fire. Therefore, it is necessary to provide a fire smoke delay device which delays the spread of fire smoke when a fire occurs in a tunnels. In the previous study, the diffusion effect was analyzed according to the blocking area when the fire smoke spread delay device was operated through the 3D CFD in the study of preventing the smoke spread in the case of the tunnel fire. A study on fire smoke diffusion delay device using spring elasticity which is excellent in applicability to a tunnel and economical value is studied. In this study, fire smoke spread delay system was developed to fire smoke delay was experimentally analyzed. Fire smoke delay effect of fire smoke delay device appeared. Therefore, it is considered that the can minimize the damage of the victims when installed in the great depth underground double deck tunnels.