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Abstract

In this study, in order to construct an eco-friendly advanced road transportation network, the multi-layer tunnel, which is a small-sized car road, is designed to have a height of less than 60 cm. However, the shape of the tunnel is low and the height of the traffic sign is small. In order to solve these problems, traffic sign characters were designed in three dimensions, and the possibility of applying the design of the three - dimensional sign that can obtain greater visibility than the existing signs at the same distance and the possibility verification through virtual simulation were performed. The three-dimensional sign is horizontally installed on the ceiling of the multi-layer tunnel. To be seen vertically, it is enlarged by a certain ratio by the perspective, and the width and height are enlarged. Respectively. In addition, 3D simulation was performed to verify the visibility of the stereoscopic signs when the driver ran through the stereoscopic sign design specifications. As a result of the design and experimental study, it was confirmed that the stereoscopic sign could be designed through the theoretical formula and that it could provide the driver with a larger traffic sign character because there is no limitation of the facility limit compared to the existing vertical traffic sign. Also, we confirmed that it can be implemented in the side wall by using the stereoscopic sign design principle installed on the ceiling part. It was confirmed that the design of the stereoscopic sign can be designed to be smaller as the distance that the driver visually recognizes the sperm is shorter, the height of the protrusion vertically at the lower part of the stereoscopic sign becomes higher. As a result of 3D simulation running experiment based on the design information of the stereoscopic sign, it was confirmed that the stereoscopic sign is visually the same as the vertical sign at the planned distance. Although the detailed research and institutional improvement of stereoscopic signs have not been made in Korea and abroad, it is evolved into a core technology of new road traffic facilities through various studies through the possibility of designing and applying stereoscopic signs developed through this study Expect.

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도로터널의 방재시설 설계에 화재 위험을 정량적으로 평가하기 위한 정량적 위험도 평가기법이 소방시설물에 대한 성능위주 설계의 일환으로 도입되어 전차종이 통과하는대단면 터널에 대한 방재시설의 적정성을 평가하는데 활용되고 있다. 그러나 현재 도로 터널에 도입하고 있는 정량적 위험도 평가기법은 대단면 터널에만 적용이 가능하기 때문에 최근 건설이나 계획이 증가하는 소형차 전용 도로터널에 대한 정량적 위험도 평가기법의 개발 필요성이 대두되게 되었다. 이에 본 연구에서는 기존의 터널에 대한 정량적 위험도 평가기법을 기반으로 하여 소형차 전용 도로터널에 적합한 화재발생 시나리오를 제시하고 소형차 전용의 모델터널에 대해서 피난연결통로 간격에 따른 위험도를 분석하고 적용성을 검토하였다. 그 결과로 소형차 전용도로터널의 경우, 현행 사회적 위험도 평가기준을 만족하기 위한 피난연결통로의 적정 간격은 200 m로 평가되었다. 또한 소형차 전용터널에 대한 제배연방식에 따른 위험도를 비교한 결과, 제트팬에 의해서 기류제어가 가능한 대배기구방식이 피난안전확보에 효과적인 것으로 분석되었다.

Abstract

A quantitative risk assessment method for quantitatively evaluating the fire risk in designing a road tunnel disaster prevention facilities has been introduced to evaluate the appropriateness of a disaster prevention facility in a large tunnel through which all vehicle types pass. However, since the quantitative risk assessment method of the developed can be applied only to the large sectional area tunnels (large tunnels), it is necessary to develop a quantitative risk assessment method for road tunnels passing only small cars which has recently been constructed or planned. In this study, fire accidents scenarios and quantitative risk assesment method for small road tunnels through small cars only which is based on the methods for existing road tunnels (large tunnels). And the risk according to the distance between cross passage is evaluated. As a result, in order to satisfy the societal risk assessment criteria, the distance of the appropriate distance between cross passages was estimated to be 200 m, and the effect of the ventilation system of the large port exhaust ventilation system was quantitatively analyzed by comparing the longitudinal ventilation system.

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도심지에서의 공동구의 활용성 증가에 따라 쉴드 TBM 공법이 적용된 터널식 공동구의시공 및 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 터널식 공동구는 지하굴착 공사로써 건설안전에 상대적으로 취약하지만, 건설업 재해율 감소를 위한 설계안전성 검토 제도 도입에도 불구하고 터널식 공동구 건설에 적합한 위험요소가 제대로 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 터널식 공동구에 적합한 안전 위험요소를 발굴하고 이중에서 중점으로 관리되어야 할 핵심 안전 위험요소를 도출하였다. 도출된 핵심 안전 위험요소는 매트릭스 기법을 적용하여 위험성 평가를 실시함으로써 공동구 계획, 설계 및 시공 단계의 위험성 평가 및 주요 참고 자료로 사용될 수 있도록 하였다.

Abstract

In line with the increased usability of utility pipe conduits in urban areas, construction and R&D activities of utility tunnel, incorporated with the shield TBM method, are actively under way. The utility tunnels are installed through underground excavation, and thus are relatively weak in terms of construction safety. However, hazards associated with the utility tunnel construction have not been properly identified, despite the introduction of a policy to the ‘Design for Safety’ for the purpose of reducing accident rates in the construction industry. Therefore, in this study, following the derivation of hazards associated with utility tunnel, these hazards were then used as the basis to uncover key safety hazards requiring extensive management in a field, which were then used to conduct a risk assessment having applied the matrix method so that the results can be utilized in risk assessment during the stages of utility tunnel planning, design, and construction, while also serving as a data reference.

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고심도에 건설되는 해저터널은 지하수 등에 의해 높은 수압을 받는 환경에 노출되며, 고수압 해수에 의해 용탈현상이 촉진될 수 있다. 특히, 공사 중 지하수가 유입되기 쉽기 때문에 차수에 대한 많은 문제를 야기 할 수 있어 안정성을 확보하기 위해서는 시공환경에적합한 그라우팅 장비 및 재료의 적용이 필수적이다. 이에 따라 본 연구에서는 해저터널시공 시 적용할 수 있는 그라우팅 재료에 대한 물리적 특성(주입재료와 조건별 양생방법에 따라 강도특성, 용탈특성 등) 을 평가하였다. 연구결과 CA계 및 CSA계에서 안정적인 강도증가를 발현하였으며, 내구성 저하가 발생되지 않아 해수영향을 받는 구조물에서 안정적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract

Subsea tunnel built in abyssal zone is exposed to environment under high water pressure caused by seawater and etc., and this high pressure from underground water may facilitate leaching. In particular, since underground water can be easily flown in during construction, this might cause many problems related to cutoff water. Therefore, in order to secure safety, it is necessary to apply grouting equipment and materials which are appropriate to construction environment. Accordingly, in this research, evaluation was made on the physical characteristics of grouting materials (strength, leaching and etc. depending on curing methods for each of used materials and condition) which can be applied during subsea tunnel construction. As a result of this research, stable strength increase was found in CA and CSA type, and it is determined that no decrease in their durability was found, so these can be used as stable materials for structures under influenced by seawater.

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한랭지역에 건설된 터널은 내 ․ 외부의 온도변화에 의해 갱구부 또는 환기구와 같이 특정한 구간에서 외부 온도변화의 영향으로 균열, 누수 등을 비롯한 심각한 결함이 발생할 수 있다. 이러한 동결-융해로 인한 터널의 결함을 방지하기 위해서는 동결 피해가 우려되는 구간에 대해서 적절한 동결피해 방지 대책을 적용하여야 하지만 동결-융해 조건을 판단하는 구체적인 기준은 제시되어 있지 않다. 본 연구에서는국내 터널의 정밀안전진단 결과를 통해 강원지역의 동결피해 현황을 분석하였으며 향후 한랭지역 터널의 동결피해 저감을 위한 설계 및 유지관리에 활용할 수 있도록 동결-융해 반복일수(F) 조건에 따른 국내 동결피해 가능지역을 분류하고자 한다. 따라서 한랭지역 터널의 동결피해 사례분석과 국내 ․ 외 동해환경 평가기준을 바탕으로 콘크리트 시험체의 온도변화에 대한 실내실험을 실시하였으며 실험적 검토결과를 기반으로 시간 및 온도변화에 따른 열류량(W) 분석을 실시하였다. 최종적으로 열류량(W) 분석결과와 국내의 기후특성을 고려하여 동결-융해 반복일(F)에 대한 조건을 제안하였으며, 동절기 동결피해에 대비하여 효율적인 설계 및 유지관리에 활용할 수 있도록 국내 한랭지역을 분류하였다.

Abstract

Tunnels constructed in cold regions can cause serious defects such as cracks and leaks due to external temperature changes in the portals and vents. In order to prevent the freezing damage of the tunnel, appropriate measures should be applied to the section where the freeze damage is concerned. However, the specific criteria and contents for judging whether or not the anti-freeze measures are applied are not presented. In this study, the laboratory freezing tests on the temperature changes of the concrete specimens under freezing conditions were carried out. And the freeze-thaw repetition cycle (F), which can judge the possibility of freezing damage, were presented based on the heat transfer quantity (W) by experimental results of case studies. Also, we propose a classification of cold regions considering the climatic characteristics of Korea for using it to efficient design and maintenance.

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대부분의 기존 내진해석은 지반과 구조물을 각각 구분하여 수행되었고, 초고층 건물과저층 건물에 대한 동적거동 비교 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 초고층건물과 저층 건물의 동적거동을 파악하기 위하여 유한요소해석 프로그램을 이용하여선정된 파라미터별로 민감도 분석을 실시하였다. 연구 결과, 초고층 건물의 수평변위, 층간변위비, 휨응력은 지반조건이 연약할수록, 저층 건물보다 장주기 지진파의 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 초고층과 저층 건물의 취약부는 지반조건보다는 지진파의 종류의 영향이 더 큰 것으로 나타났다. 따라서 지반조건 및 지진파 종류가 건물에 미치는 영향을 참고하면 건물의 내진설계에 도움이 될 것으로 판단된다.

Abstract

Most of the previous seismic analyses have been carried out by separating the ground and structures, and there is a lack of comparative study on the dynamic behavior of high-rise and low-rise buildings. Therefore, in this study, the sensitivity analysis was performed with selected parameters by using a finite element analysis program in order to grasp the dynamic behavior of high-rise and low-rise buildings. As a result, it was turned out that the horizontal displacement, the interstory drift ratio, and the bending stress of a high-rise building were more affected by a long seismic wave than a low-rise buildings. Also, the weak parts of a high-rise and low-rise building were more affected by type of seismic wave than the ground conditions. Therefore, it is inferred that it will be helpful for seismic designs to consider the influence of ground conditions and seismic wave type on buildings.

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암반 내 그라우팅은 불연속면 내부에 시멘트 그라우트재를 주입하여 주변지반을 강화하는 목적으로 사용된다. 현장에서 다상의 그라우트재의 주입 시 거동특성 및 주입경로인 3차원 절리면의 형태가 사전파악되지 않으므로 정량적인 설계가 어려운 분야중 하나이다. 따라서 현장에서의 그라우트 주입 거동특성을 나타내는 GIN (Grouting Intensity Number) 지표를 이용하여 주입모니터링을 통해 적절한 시공관리를 수행하는 것이 최적이 방안이다. 본 논문에서는 그라우팅 주입 시 절리면의 거칠기등급과 물시멘트(W/C)비에 따라 발생하는 압력의 손실을 전산유동해석을 수행하여 조사하였다. 절리면이 거칠수록 그리고 물시멘트비가 높을수록 주입 시 마찰저항은 크게 발생하였으며 해당 결과를 각 조건별 상관식으로 정리하였다.

Abstract

Grouting for the rock joint is to strengthen the rock strata by infiltrating cement grout materials into the rock joints. Grouting is one of a field of study which is difficult to develop deterministic and quantitative design approach because of multiphase behaviors of grout materials and 3 dimensional features of rock joints. Therefore, GIN (Grouting Intensity Number) can be a good index with appropriate monitoring of pressure and volume of grout. In this paper, we investigate the effects of joint roughness (JRC) and rheology of cement material during the infiltration of cement grout material into rock joint through CFD (computational fluid dynamics) analyses. With rough joint surface and increase of WC ratio, the frictional resistance during the grouting increases. The results have been summarized with polynomial correlations.

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본 연구에서는 Shield TBM 터널굴착이 기 시공된 단독말뚝의 하부를 근접하여 통과할 경우 터널 막장압에 따른 말뚝의공학적 거동을 파악하기 위해 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 이때 터널 막장압의 크기를 터널굴착 이전 springline 위치에서 수평토압의 25~100%로 변화시키면서 그 영향을 고찰하였다. 수치해석에서는 막장압의 변화에 따른 터널굴착으로 유발된 말뚝의 침하, 축력 및 전단응력을 고려하였다. 말뚝의 두부침하는 막장압의 크기를 가장 크게 적용한 조건이 막장압의 크기를 가장 작게 적용한 조건에 비해 약 44% 감소하여 발생하였다. 말뚝의 최대축력은 막장압의 크기를 가장 작게 적용한 조건에서 가장 크게 나타났으며, 이는 막장압의 크기를 가장 크게 고려한 조건에 대비하여 약 21% 큰 것으로 분석되었다. 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동은 막장압의 변화에 따른 지반침하의 영향을 크게 받는 것을 알 수 있었으며, 막장압의 크기에 따른 말뚝 및 지반의 거동을 등고선을 이용하여 재분석하였다. 또한 모든 막장압 조건에 대하여말뚝의 겉보기안전율이 1.0 이하로 산정되어 터널굴착이 인접말뚝에 유해한 영향을 끼치는 것으로 판단된다. 따라서 본연구를 통해 말뚝의 거동에 영향을 미치는 주요인자를 막장압의 변화에 따라 심도 있게 고찰하였다.

Abstract

In the current work, a series of three-dimensional finite element analyses were carried out to understand the behaviour of a pre-existing single pile to the changes of the tunnel face pressures when a shield TBM tunnel passes underneath the pile. The numerical modelling analysed the results by considering various face pressures (25~100% of the in-situ horizontal stress prior to tunnelling at the tunnel springline). In the numerical modelling, several key issues, such as the pile settlements, the axial pile forces, the shear stresses have been thoroughly analysed for different face pressures. The head settlements of the pile with the maximum face pressure decreased by about 44% compared to corresponding settlement with the minimum face pressure. Furthermore, the maximum axial force of the pile developed with the minimum face pressure. The tunnelling-induced axial pile force at the minimum face pressure was found to be about 21% larger than that with the maximum face pressure. It has been found that the ground settlements and the pile settlements are heavily affected by the face pressures. In addition, the influence of the piles and the ground was analysed by considering characteristics of the soil deformations. Also, the apparent safety factor of the piles are substantially reduced for all the analyses conducted in the current simulation, resulting in severe effects on the adjacent piles. Therefore, the behaviour of the piles, according to change the face pressures, has been extensively examined and analysed by considering the key features in great details.

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최근 국내에서는 쉴드 TBM (Tunnel Boring Machine)을 이용한 터널 굴착에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 쉴드 TBM 터널은 비배수 터널로써 세그먼트 이음부에서 누수가발생할 경우에는 터널의 사용성 및 안정성에 문제가 될 수 있다. 본 연구에서는 쉴드 TBM 터널의 세그먼트 시공 시 시공오차 및 세그먼트 과다변형에 의한 수팽창 지수재 및 가스켓각각의 방수 성능을 검토하였다. 실험결과, 수팽창 지수재는 엇갈림에 대해서는 대응성이좋으나, 틈새 간격에 대해서는 대응성이 불리한 것으로 나타났다. 반면에 가스켓은 틈새간격에 대해서는 대응성이 좋으나, 엇갈림에 대해서는 대응성이 불리한 것으로 나타났다.

Abstract

The interest in the use of shield TBM (Tunnel Boring Machine) on the tunnel excavation has been increased rapidly in Korea. The shield TBM tunnel is generally designed as non-drainage tunnel. Consequently, if water leakage through the segment joints happens, big problems on the usage and stability of tunnel can be occurred. In this study, the variation of waterproof capacity of hydrophilic rubber waterstop and gasket, respectively by the construction error and excessive displacement of segment was studied. The test results show that hydrophilic rubber waterstop has favorable on the offset, however unfavorable on the gap. On the other hand, gasket has unfavorable on the offset, however favorable on the gap.

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도심지 터널공사에서는 주변 건물의 안전성을 확보하고, 민원을 최소화할 수 있는 쉴드TBM 공법이 대부분 적용되고 있다. 도심지에는 기존의 택지를 매립조성하거나 개량하는 경우가 많기 때문에 지표에서부터 암반 경계부까지는 불균질한상태로 이루어지는 경우가 많다. 이와 같이 토사지반, 파쇄정도가 다양한 화강암지반, 핵석층, 암층과 같이 복잡한 지반조건에서 쉴드TBM으로 터널구조물을 구축하는 경우, 각 지반조건에 따른 쉴드TBM에 나타나는 기계데이터를 분석하여 지반조건에 따른 장비부하의 특징을 비교분석하였다. 그 결과, 설계막장압을 유지하면서 굴진하고, 주기적으로 커터를 점검하여 교체하는 경우, 배토량, 추력, 커터토오크의 경향으로 지반조건의 변화를 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract

In urban tunnel construction, most of the Shield TBM method is applied to secure the safety of buildings and to minimize risks. On the other hand, in the urban development process, landfills are often embanked or improving in many cases, so that the boundary between the surface and the rock is often heterogeneous. In case of ground condition such as alluvial soil, granite, decomposed granite, core stone and rock with various layers, datas on shield TBM advancing according to each ground condition are analyzed, The characteristics of machine load were compared and analyzed. As a result, it can be predicted that the change of ground condition can be predicted by the tendency of discharge volume, thrust force and cutting wheel torque when the cutter is checked and replaced regularly on advancing under maintaining the design slurry pressure.

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토압식(Earth Pressure Balanced, EPB) 쉴드 TBM 굴착에서 첨가제 사용을 통해 막장안정과 배토효율을 증대시키며, 토사지반에의 적용범위를 확대시킬 수 있다. 첨가제로배합된 굴착토사는 배합 전과 그 거동을 달리하는데, 일반적으로 워커빌리티를 평가하여 비교할 수 있다. 본 연구에서는 국내 화강풍화토와 첨가제를 배합한 후 슬럼프 시험을 통해 워커빌리티를 평가하고, 적절한 배합비를 도출하고자 하였는바, 매 경우마다 슬럼프 시험을 실시하는 것이 많은노력을 요하므로 실내 혹은 현장에서 슬럼프 시험보다 간편한 시험법이 필요하다고 판단되어 대체 실험으로서 낙하 콘시험을 고안하였다. 같은 시료에 대하여 슬럼프 시험에 의한 슬럼프 치와 낙하 콘 시험에서의 콘 관입깊이와의 상관관계를 구한 결과 매우 상관성이 높음을 알 수 있었다. 따라서 국내에 편재해있는 화강풍화토에 대한 쏘일 컨디셔닝의 평가에핵심인 슬럼프 치 대신 낙하 콘 시험을 이용할 수 있는 관계식을 제안하였다.

Abstract

Soil conditioning is one of the key factors for successfull tunnel excavations utilizing the earth pressure-balanced (EPB) shield tunnel boring machine (TBM) by increasing the tunnel face stability and extraction efficiency of excavated soils. In this study, conditioning agents are mixed with the weathered granite soils which are abundant in the Korean peninsula and the workability of the resulting mixture is evaluated through the slump tests to derive and propose the most suitable conditioning agent as well as the most appropriate agent mix ratios. However, since it is cumbersome to perform the slump tests all the time either in the laboratory or in-situ, a simpler test may be needed instead of the slump test; the fall cone test was proposed as a substitute. In this paper, the correlation between the slump value obtained from the slump test and the cone penetration depth obtained from the proposed fall cone test was obtained. Test results showed that a very good correlation between two was observed; it means that the simpler fall cone test can be used to assess the suitability of the conditioned soils instead of the more cumbersome slump test.

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Abstract

A subsea tunnel, being a super-sized underground structure must ensure safety at the time of earthquake, as well as at ordinary times. At the time of earthquake, in particular, of a subsea tunnel, a variety of response behaviors are induced owing to relative rigidity to the surrounding ground, or difference of displacement, so that the behavior characteristics can be hardly anticipated. The investigation aims to understand the behavior characteristics switched by earthquake of an imaginary subsea tunnel which passes through a fault zone having different physical properties from those of the surrounding ground. In order to achieve the aim, dynamic response behaviors of a subsea tunnel which passes through a fault zone were observed by means of indoor experiments. For the sake of improved earthquake resistance, a shape of subsea tunnel to which flexible segments have been applied was considered. Afterward, it is believed that a D/B can be established through 3-dimensional earthquake resistance interpretation of various grounds, on the basis of verified results from the experiments and interpretations under various conditions. The present investigation performed 1 g shaking table test in order to verify the result of 3-dimensional earthquake resistance interpretation. A model considering the similitude (1:100) of a scale-down model test was manufactured, and tests for three (3) Cases were carried out. Incident seismic wave was introduced by artificial seismic wave having both long-period and short-period earthquake properties in the horizontal direction which is rectangular to the processing direction of the tunnel, so that a fault zone was modeled. For numerical analysis, elastic modulus of the fault zone was assumed 1/5 value of the modulus of individual grounds surround the tunnel, in order to simulate a fault zone. Resultantly, reduced acceleration was confirmed with increase of physical properties of the fault zone, and the result from the shaking table test showed the same tendency as the result from 3-dimensional interpretation.

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Abstract

Since the domestic utility tunnels were built mainly in the development project of the new city, they are all in the form of cut-and-cover box tunnel. But, in the case of overseas construction of utility tunnels for existing urban areas, the bored tunnel types are mainly adopted. It is reasonable to install bored tunnels in a downtown area because it is difficult to block the roads or install bypass roads due to heavy traffic and civil complaints. In order to activate the utility tunnels in bored type, it is necessary to secure optimized cross-sectional design technology considering the optimal supplying capacity and mutual influencing factors (Thermal Interference, electrolytic corrosion, efficiency of the maintenance, etc.) of utilities (power cables, telecommunication cables, water pipes, etc.). The optimal cross-section design method for bored utility tunnels is ultimately to derive the optimal arrangement technique for the utilities. In order to develop the design methods, firstly, the cases of tunnel cross-section (Shield TBM, Conventional Tunneling) in overseas shall be investigated to analyze the characteristics of the installation of utilities in the section and installation of auxiliary facilities, It is necessary to sort out and analyze the criteria related to the inner cross-section design (arrangement) presented in the standards and guidelines.

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Abstract

Wear prediction of TBM disc cutters is a very important issue during design as well as construction stages for hard rock TBMs as the cutter head intervention is directly related to the time and cost of tunneling. For that, some methods such as NTNU, CSM and Gehring models were used to predict disc cutter wear and intervention interval. There are however some problems to be addressed in these models in terms of accuracy and time for testing, so that a NAT (New Abrasion Tester) model has been developed in order to achieve simplicity and reliability together at the same time (Farrokh and Kim, 2018). On the basis, the proposed NAT model has been applied to ○○ project in Korea. A comparative study was performed to compare with the conventional methods and as a result the NAT model showed a very good agreement with actual cutter life. The NAT model will be further applied to other projects to establish credibility.

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도심지 터널굴착 시 지반침하는 지반조건, 굴착방법, 지하수 상태, 터널 지보방법 등 다양한 조건이 복합적으로 작용하여 발생할 수 있으며 대표적인 위험요인은 크게 터널굴착에 의한 지반침하와 지표면함몰로 나눌 수 있다. 터널굴착에 의한 지반침하를 예측하기 위해서는 대상구간의 현황 및 시공조건 등을 반영하고 응력 및 변위를 고려한 수치해석을 수행하여야 한다. 그러므로 터널 전체 노선 및 인근 지장물 현황을 포함하는 영역에 대해, 터널 심도가 변하는 다양한 조건을 고려해야 하는 수치해석의 복잡한 과정을 단순화하여 터널굴착으로 인한 지표면 및 심도별 지반침하를 간편하게 예측하고 평가할 수 있는 기법이 필요하다. 본 연구에서는 지하안전영향평가 수행 시 주요 평가항목인 터널굴착으로 인한 지반침하를 연구대상으로 선정하고, 지층조건, 지반특성, 토피고(터널심도) 및 터널 중심선으로부터 횡방향 이격거리와 같은 지반침하 영향요소를 고려한 매개변수해석을 수행하여 심도별 지반침하 특성 및 침하 발생경향을 분석하고, 터널굴착으로 인한 지반침하를 간편하게 예측할 수 있는 침하량 평가도표를 도출하였다. 도출된 침하량 평가도표는수치해석 결과와 비교 ․ 분석을 통해 적정성이 검증되었으며 침하량 평가도표를 이용하여 터널굴착 시 지표침하뿐만 아니라 지중 매설물의 위치와 심도에 따른 침하량을 간편하게 예측하고 평가할 수 있다.

Abstract

The main risk factors of tunnel excavation through urban areas are ground settlement and surface sink which caused by ground conditions, excavation method, groundwater condition, excavation length, support method, etc. In the process of ground settlement assessment, the numerical analysis should be conducted considering the displacement and stress due to tunnel excavation. Therefore a technique that can simplify such process and easily evaluate the influence of tunnel excavation is needed. This study focused on the tunnelling-induced ground settlement which is main consideration of underground safety impact assessment. The parametric numerical analyses were performed considering such parameters as ground conditions, tunnel depth, and lateral distance from tunnel center line, etc. A simplified ground settlement evaluation chart was suggested by analyzing tendency of ground subsidence, lateral influence area and character by depth. The applicability of the suggested settlement evaluation chart was verified by comparative numerical analysis of settlement characteristics.

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쉴드 TBM터널에 적용되는 세그먼트 라이닝은 주로 콘크리트로 제작되며, 시공 중 및 완공 후 작용 하중에 견딜 수 있는충분한 강도가 요구된다. 한계상태설계법에 의한 세그먼트라이닝 설계는 주로 극한하중상태(ULS) 및 사용하중상태(SLS)에 대하여 검토하며, 상시하중과 임시하중에 대하여 발생 가능한 조합을 구성하여 적용한다. 또한 TBM에 의한 시공을 고려한 한계상태 설정과 구조해석이 필요하며, 특히 세그먼트라이닝은 현장에서 조립되어 원형구조물을 완성하는방식이기 때문에, 콘크리트표면이 접촉하는 조인트가 필수적으로 존재하며 이 조인트를 통해 상당한 크기의 압축응력이전달되므로 조인트에 대한 구조검토가 중요하다. 일반적으로 세그먼트 라이닝의 원주방향 조인트(circumferential joint)와 반경방향 조인트(radial joint)에서의 인장응력에 대하여 FEM모델이나 이론식으로 검토한다. 영국의 설계지침(PAS 8810, 2016)에 의하면, 버스팅을 일으키는 조인트에서의 압축응력은 원주방향 조인트(circumferential joint)에잭 추력을 가하는 경우뿐만 아니라 반경방향 조인트(radial joint)에 축력이 전달되는 경우에도 발생하므로 버스팅 응력을 검토하여 세그먼트의 인장강도와 비교하여 필요할 경우 보강을 하여야 한다. 본 연구에서는 대표적인 한계상태설계코드인 EURO CODE와 AASHTO LRFD (2017)의 하중조건을 적용하여 조인트 응력을 비교 분석하였고, FEM해석을 통하여 버스팅(bursting)을 유발하는 조인트응력을 평가하고 발생경향을 이론식과 비교 분석하였다. 분석결과, 조인트 응력이 콘크리트의 허용 인장강도를 초과하는 경우가 발생하여 보강이 필요한 것으로 검토되었다. 따라서 조인트 버스팅 검토는 세그먼트라이닝 한계상태설계 시 설계항목으로 비중 있게 고려할 필요가 있다.

Abstract

Segment lining applied to the TBM tunnel is mainly made of concrete, and it requires sufficient structural capacity to resist loads received during the construction and also after the completion. When segment lining is design to the Limit State Design, both Ultimate Limit State (ULS) and Service Limit State (SLS) should be met for the possible load cases that covers both permanent and temporary load cases - such as load applied by TBM. When design segment lining, it is important to check structural capacity at the joints as both temporary and permanent loads are always transferred through the segment joints, and sometimes the load applied to the joint is high enough to damage the segment - so called bursting failure. According to the various design guides from UK (PAS 8810, 2016), compression stress at the joint surface can generate bursting failure of the segment. This is normally from the TBM’s jacking force applied at the circumferential joint, and the lining’s hoop thrust generated from the permanent loads applied at the radial joint. Therefore, precast concrete segment lining’s joints shall be designed to have sufficient structural capacity to resist bursting stresses generated by the TBM’s jacking force and by the hoop thrust. In this study, bursting stress at the segment joints are calculated, and the joint’s structural capacity was assessed using Leonhardt (1964) and FEM analysis for three different design cases. For those three analysis cases, hoop thrust at the radial joint was calculated with the application of the most widely used limit state design codes Eurocode and AASHTO LRFD (2017). For the circumferential joints bursting design, an assumed TBM jack force was used with considering of the construction tolerance of the segments and the eccentricity of the jack’s position. The analysis results show reinforcement is needed as joint bursting stresses exceeds the allowable tensile strength of concrete. This highlights that joint bursting check shall be considered as a mandatory design item in the limit state design of the segment lining.

초록

본 연구는 팽창구조체를 이용한 급속차폐 자동화 시스템 검증에 중점을 두었다. 팽창구조체는 해저터널의 침수사고 발생시 막대한 인적 및 물적 피해가 발생하는데 이를 대비한 자동 급속차폐시스템이다. 특히 해저터널의 시공 및 운영에 있어 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구는 이러한 문제에 대하여 고안된 팽창구조체를 이용한 급속차폐 자동화 시스템을 실험적으로 검증하였다. 이러한 검증을 하기 위해 모형터널을 40:1 축소율을 적용한 실내모형을 제작하여 0.1 bar, 0.15 bar의 공기압을 주입하여 10 sec, 20 sec로 팽창속도에 따라 나누어 4 case로 실험을 진행하여 누수량, 수압 등을 분석하였다. 연구 결과에 의하면 팽창구조체의 팽창 시 0.1 bar 보다 0.15 bar일 때 차폐효율이 좋았으며 팽창구조체의 공기압주입 시간에 따른 차폐효율 및 유입수 제어효율의 차이도 나타났다. 본 연구 진행 결과 팽창구조체가 완벽하게 팽창한다는 가정조건에서는 팽창구조체의 내부공기압이 높고 팽창속도가 빠를수록 더욱 효과적으로 나타났다. 본 연구 결과로향후 추가적인 팽창구조체의 보관방법, 형상과 팽창유도체 및 차폐시 팽창구조체의 이동억제와 유입수 제어에 도움이되는 쐐기형 구조물에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

Abstract

This study focuses on the verification of a rapid protection automation system using an inflatable structure. The inflatable structure is an automatic rapid protection system against human and material damage when the subsea tunnel is flooded. Especially, it is essential for construction and operation of subsea tunnels. In this study, we have experimentally verified the rapid protection automation system using the inflatable structure designed for this problem. In order to verify this, a model tunnel with a 40: 1 reduction ratio was constructed, and air pressure of 0.1 bar and 0.15 bar was injected to divide the tunnel according to the expansion rate at 10 sec and 20 sec. According to the results of the study, the protection efficiency was better at 0.15 bar than 0.1 bar when the expansion structure was expanded, and the protection efficiency and influent control efficiency were different according to the pneumatic injection time of the inflating structure. As a result of this study, it was found that the higher the internal air pressure of the inflated structure and the faster the inflation of rate, the more effectively the inflated structure was inflated. As a result of this study, it is necessary to further study the wedge type structure which is useful for the storage method of expansion structure, shape and expansion derivative, inhibition of expansion structure during protection and control of inflow water.

초록

도로 터널의 주행은 시야의 제한으로 인해 유고상황이 발생한 후 2차 대형사고로 이어지기 쉽다. 따라서, 유고상황 발생즉시, 상황을 자동 감지하여 신속히 초동대응이 이루어 져야 한다. 유고상황을 자동으로 감시할 수 있는 시스템은 기존에도 존재했지만, 폐합된 터널 내 열악 환경에서 촬영되는 CCTV 영상의 질적 한계로 인해 유고상황을 제대로 감지하지 못했다. 이러한 한계를 극복하기 위해 딥러닝을 기반으로 한 터널 영상유고 자동 감지 시스템을 개발하였으며, 지난 2017 년 11월 딥러닝 객체 인식 네트워크에 대한 연구를 진행하여 우수한 객체인식 성능을 보인바 있다. 그러나 객체인식은정지영상 기반으로 수행되므로 이동체의 이동방향과 속도를 알 수 없어, 정차 및 역주행 등 이동체의 이동특성에 따른 유고상황을 판단하기 힘들다. 본 논문에서는 객체인식으로 감지된 이동체의 객체정보를 기반으로 별도의 객체추적기법을적용하여 이동체의 이동 특성을 자동으로 추적하는 프로세스를 제안하였다. 이를 통해 얻어진 이동체의 이동 방향과 속도 정보를 기반으로 정차 및 역주행을 판별하는 알고리즘을 개발하여 딥러닝 기반 터널 영상유고 자동감지 시스템을 완성하였다. 또한, 유고상황이 포함된 영상들에 대하여 유고상황 감지성능을 검증하였다. 검증 실험 결과, 화재, 정차와 역주행 상황에 대해서는 모두 100% 수준으로 완전한 유고상황 감지성능을 보였으나, 보행자 발생 상황에서는 78.5%로상대적으로 낮은 성능을 보였다. 하지만, 향후 지속적인 영상유고 영상 빅데이터를 확장해 나가고 주기적인 재학습을 통해 유고상황에 대한 인지성능을 향상시켜 나갈 수 있을 것이다.

Abstract

An unexpected event could be easily followed by a large secondary accident due to the limitation in sight of drivers in road tunnels. Therefore, a series of automated incident detection systems have been under operation, which, however, appear in very low detection rates due to very low image qualities on CCTVs in tunnels. In order to overcome that limit, deep learning based tunnel incident detection system was developed, which already showed high detection rates in November of 2017. However, since the object detection process could deal with only still images, moving direction and speed of moving vehicles could not be identified. Furthermore it was hard to detect stopping and reverse the status of moving vehicles. Therefore, apart from the object detection, an object tracking method has been introduced and combined with the detection algorithm to track the moving vehicles. Also, stopping-reverse discrimination algorithm was proposed, thereby implementing into the combined incident detection processes. Each performance on detection of stopping, reverse driving and fire incident state were evaluated with showing 100% detection rate. But the detection for ‘person’ object appears relatively low success rate to 78.5%. Nevertheless, it is believed that the enlarged richness of image big-data could dramatically enhance the detection capacity of the automatic incident detection system.

초록

본 연구의 목적은 한랭지역에서 운영 중인 터널구조물의 누수를 유도배수하기 위하여 기존 유도배수시스템을 향상시키는 것이다. 유도배수시스템은 유도배수판, 방수재료인 Hotty-gel, Hotty-gel 돌출 방지판, 공압타카, 고정핀, 집수관, 유도배수관, 철망 및 뿜어 붙임 모르타르로 구성되어 있다. 유도배수시스템은 현장 적용성 및 시공성을 평가하기 위하여 재래식 콘크리트 라이닝 터널에서 시험 시공되었다. 재령 7일, 14일, 21일, 28일, 2개월, 3개월, 4개월, 5개월, 6개월, 7개월및 8개월에 약 1,000 ml의 붉은색 물을 유도배수시스템 배면에 주입하여 유도배수시스템의 방수과 유도배수 성능을 평가하였다. 현장 성능 평가 실험이 진행된 8개월 동안 터널이 위치한 지역의 일일 평균 온도는 -16.0~25.6°C로 측정되었고, 일일 최저 온도는 -21.3°C, 일일 최고 온도는 30.8°C였다. 유도배수시스템의 유도배수판에서는 누수가 발생하지 않았지만 재령 14일부터 유도배수관에서 누수가 발생하였다. 유도배수관 누수는 고압의 공압타카와 고정핀 사용으로 두께 0.2 cm인 연성플라스틱 재질의 유도배수관이 변형되었고, 누수 방지를 위한 Hotty-gel의 두께와 폭이 충분하지 않아서 발생한 것으로 판단된다.

Abstract

The objective of this study is to develop the existing drainage system for catching the partial leakage of tunnel structures operating in cold region. The drainage system consists of drainage board, Hotty-gel as a waterproofing material, cover for preventing protrusion of Hotty-gel, air nailer, fixed nail, pipe for collecting ground leak, pipe for conveying ground leak, wire-mesh, and sprayed cement mortar. The drainage systems were installed in conventional concrete lining tunnels to evaluate the site applicability and constructability. The performances of waterproof and the drainage in the drainage system were evaluated by injecting 1,000 ml of red water in the back of the drainage system at 7 days, 14 days, 21 days, 28 days, 2 months, 3 months, 4 months, 5 months, 6 months, 7 months and 8 months. During 8 months of field test, the average daily temperature of the tunnel site was measured from -16.0°C to 25.6°C. The daily minimum temperature was -21.3°C and the daily maximum temperature was 30.8°C. There was no problem in waterproof and drainage performance of the drainage board in the drainage system. However, the pipe for conveying ground leak had the leakage problem from 14 days. It is considered that the leakage of the pipe for conveying ground leak was caused by the deformation of the pipe of the flexible plastic material having a thickness of 0.2 cm by using the high pressure air nailer and the fixing pin and the insufficient thickness and width of the hotty-gel for preventing the leakage.