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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
23권 6호
초록
지하공간의 개발, 특히 도심지 대심도 터널은 지상의 부족한 공간을 대체할 수 있는 건설사업으로 개발 필요성이 꾸준히 증가하고 있으나 복잡하고 장시간이 걸리는 설계 및 시공특성, 장대화 특성 등으로 인하여 관련 공공갈등이 더욱 심화되고 양상이 복잡해지고 있다. 또한, 주로 공적인 예산이 투입되므로 민원발생 시 소극적인 대응이 이루어져 갈등이 증폭되거나 교착이 장기화되는 경우가 많다. 본 연구에서는 최근 발생한 도심지 대심도 터널 시공관련 주요 갈등의 진행상황을 분석하여 갈등 발생 원인, 장기화 요인 및 해결방안 등을 검토하고, 일반시민과 터널 전문가를 대상으로 한 설문조사를 통해 대심도 터널건설에 대한 인식, 주요 갈등요인에 대해 분석하고 도심지 대심도 터널의 갈등 최소화를 위한 제언사항을 제시하였다. 본 연구결과는 도심지 대심도 터널건설에 대한 시민 공감대 형성을 위한 다각적인 홍보방안 및 사업추진 절차의 개선사항 등 대안을 수립하고 터널 건설관련 인식 제고방안을 마련하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Abstract
Underground space, especially very-deep tunnel development in urban area, is a good alternative to solve the problem of insufficient ground space, and the need for underground space development is steadily increasing. However, due to the complex and time-consuming nature of design and construction, public conflicts related to the deep tunnel project are getting aggravating and more complex. In addition, since the public budget is mainly invested, when civil complaints arise, they often respond passively, resulting in amplification of conflicts or prolonging the deadlock in many cases. In this study, by analyzing the progress of major conflicts related to the construction of very-deep tunnels in urban area, the causes of conflicts, factors prolonging conflicts,and solutions are reviewed. Through a survey targeting ordinary citizens and tunnel experts, thoughts about the deep tunnel construction and major conflict factors were analyzed, and suggestions for minimizing conflicts were presented. The results of this study can be used to prepare alternatives such as various public involvement measures and improvement of project procedures to form a civic consensus on the construction of very-deep tunnels, and to prepare measures to improve prejudice against very-deep tunnels.
초록
국내 전력구 터널공사에 투입할 이수식 쉴드TBM의 발주에 있어서 발주자가 주관하여 전문가로 구성된 위원회를 구성하고, 장비발주를 위한 기술 및 사양에 대한 선정 기준을 수립한 후, 제조사의 기술제안서를 바탕으로 평가하여 적합판정된 장비를 선정하는 일련의 과정이 시도되었다. 쉴드TBM 공법의 최근 증가추세에 따라 성능과 품질을 사전에 검증하고, 경제성을 확보하는 방법의 하나로서 향후 쉴드TBM의 발주를 위한 가이드라인으로 참고될 것으로 기대된다.
Abstract
When ordering a slurry shield TBM to be used for power cable tunneling, the client organizes an evaluation committee composed of experts, suggest the criteria and evaluation method for technical specifications for supplier selection, and based on the manufacturer’s technical proposal were attempted to evaluate and select. It is expected to be referred to as a guideline for future projects to using Shield TBM as one of the methods of verifying performance and quality in advance and securing economicfeasibility in the shield TBM tunneling in the recent increasing trend.
초록
국내에 첫 도입된 TBM은 Gripper TBM으로 1985년 구덕 수로터널에 적용되었다. Gripper TBM 도입 초기단계에는 주로 수로터널 중심으로 적용 실적이 많았다(Tunnel Mechanized Construction Design, 2008). 현재 국내에서의 Gripper TBM의 시공범위는 수로터널은 물론이고 지하철, 철도터널, TBM+NATM 확공에 이르기까지 매우 다양하게 적용되고 있다. 해외에서 는 Gripper TBM의 적용은 일반적이며, NATM터널 적용 시에도 Gripper TBM의 우수한 굴진율 때문에 탐사터널로 적용하고 완공 후에는 피난터널로 사용한다. 빠른 굴착속도로 인하여 풍화암 이상의 암반구간에서 Gripper TBM의 적용은 장대터널이나 산악터널 계획 시 다수의 작업구를 만들어 발생하는 환경이나 민원문제를 최소화 할 수 있다. 본 연구에서는 국내에서 가장 많이 적용되었던 직경 2.6~5.0 m의 Gripper TBM의 월굴진율과 시공싸이클을 분석하여 일반적인 Gripper TBM의 작업과정을 분석하고 월굴진율 300 m/month 이하로 굴진율을 기록했던 프로젝트의 Downtime을 조사 ‧ 분석하였다.
Abstract
The first TBM introduced in Korea was the gripper TBM, which was applied to the Gudeok Waterway Tunnel in 1985. In the initial stage of the introduction of the gripper TBM, many applications were mainly focused on waterway tunnels (Tunnel Mechanized Construction Design, 2008). Currently, the construction range of gripper TBM in Korea is widely applied to not only waterway tunnels, but also subways, railway tunnels, and TBM+NATM expansion. Overseas, gripper TBM is generally applied,and even when NATM tunnel is applied, it is applied as an exploration tunnel because of the excellent advance rate of gripper TBM and used as an evacuation tunnel after completion. Due to the fast excavation speed, the application of the gripper TBM in the rock section of weathered rock or higher can minimize the environmental and civil complaints caused by creating a large number of work areas when planning long tunnels or mountain tunnels. In this study, the work process of the general gripper TBM was analyzed by analyzing the construction cycle and the gripper TBM with a diameter of 2.6~5.0 m, which was applied the most in Korea. Downtime was investigated and analyzed.
초록
제1기~제3기 지하철로 대표되는 우리나라 도심지 터널에는 대부분 관용터널공법에 의한 배수형 터널형식이 적용되어 있으나, 최근 도심지 대심도 공간을 적극적으로 활용하는 건설사업이 광범위하게 추진되고 있다는 점을 고려할 때, 기존 도심지 터널의 경험적 규칙에 부합하지 않는 부정적 영향이 발생할 수 있는데, 특히 주로 배수형식을 적용해 온 우리나라 터널기술 관행 상, 지하수 변동과 그에 따른 수리역학적 거동이 발생할 가능성이 크다. 배수형 터널형식 적용의 문제를 해결하기 위해 지하수 변동을 제어하는 시도가 이루어지고 있는 바, 그러한 경우에 필요한 터널 지하수 관리기준의 개념 설정 및 터널수리역학적 거동에 대한 분석을 수행하였다. 도심지 대심도 터널 건설로 인한 지하수 변동 문제를 예방하기 위해서는 현재, 수위를 획일적으로 제어하는 내용의 지하수 관리기준이 지하안전영향평가 단계에서만 적용되고 있는 경험적 기술관행과 관련하여, 터널 내 유입량을 제어하는 방향으로 개념전환이 필요하다는 점을 제시하고, 터널 계획시 허용유입량 설정에 필요한 지하수위 - 터널 내 유입량 관계를 도출하였다. 이러한 터널 지하수 관리개념의 도입이 향후 추진될 다양한 도심지 대심도 터널 건설사업에서 지하수 변동과 그로 인한 지반침하, 지하수자원 고갈 및 유지관리 성능 저하 등의 문제 해결에 도움이 될 것으로 판단된다.
Abstract
Most of the urban tunnels in Korea, which are represented by the 1st to 3rd subways, use the drainage tunnel by NATM. Recently, when a construction project that actively utilizes large-scale urban space is promoted, negative effects that do not conform to the existing empirical rules of urban tunnels may occur. In particular, there is a high possibility that groundwater fluctuations and hydrodynamic behavior will occur owing to the practice of tunnel technology in Korea, which has mainly applied the drainage tunnel. In order to solve the problem of the drainage tunnel, attempts are being made to control groundwater fluctuations. For this, the establishment of tunnel groundwater management standard concept and the analysis of the tunnel hydraulic behavior were performed. To prevent the problem of groundwater fluctuations caused by the construction of large-scale tunnels in urban areas, it was suggested that the conceptual transformation of the empirical technical practice, which is applied only in the underground safety impact assessment stage, to the direction of controlling the inflow in the tunnel, is required. And the relationship between the groundwater level and the inflow of the tunnel required for setting the allowable inflow when planning the tunnel was derived. The introduction of a tunnel groundwater management concept is expected to help solve problems such as groundwater fluctuations, ground settlement,depletion of groundwater resources, and decline of maintenance performance in various urban deep tunnel construction projects to be promoted in the future.
초록
모터 그레이더의 블레이드는 도로공사시 골재를 산포하고 평탄화하는 역할을 수행한다. 본 연구는 그레이더의 작업효율을 향상시키기 위하여 블레이드 부품의 설계개선 연구를 진행하였다. 블레이드와 골재입자의 접촉, 절삭, 산포 과정을 모사하기 위하여 동해석 코드에 개별요소법을 도입하여 전산해석 모델을 수립하였다. 블레이드 설계인자를 4가지 선별한 후 작업 시나리오를 수립하였다. 실험계획의 직교배열을 통해 각 인자의 수준조합별 9개 모델에 대해 평탄화 작업에 대한 동해석을 수행하고, 각 설계인자의 영향도를 분석하였다. 이후 유의한 인자를 분산 분석을 통해 선별하여 최적화기법으로 점진적 반응표면법을 적용하였다. 최종적으로 블레이드의 작업 효율성을 향상시킬 수 있도록 설계인자의 최적값을 제안하였다.
Abstract
The blade of motor grader is used for scattering and leveling the aggregates on the foundation of road construction site. The paper performed a design improvement research of the blade part to enhance the working efficiency of motor graders. The scattering works of aggregates by blade driving were simulated by DEM (discrete element method) of a dynamic code. The four design parameters were selected and a specific leveling scenario for the simulation was determined. The nine blade models were numerically experimented, and the sensitivity of each factors was analyzed. Next, the design factors that influence a blade performance have been selected by ANOVA, and these key design factors were applied to the progressive quadratic response surface method (PQRSM). The optimum set of design factors of the blade was finally proposed.
초록
최근 온실가스 저감과 더불어 저탄소배출 정책 등 환경오염에 관심이 증대되고 있다. 이에 따라 탄소배출을 저감할 수 있는 수소전지자동차를 비롯한 친환경 자동차의 보급률이 증가하고 있어 이에 대한 방재 및 안전관련 대책에 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 지하주차장의 장소에 국한하여 환기조건에 따라 수소연료자동차의 방출 시 수소의 농도 분포에 대한 위험정도를 수치해석을 통해 분석하였다. 그 결과, 수소탱크가 1개만 방출 될 경우 지하주차장 내 수소의 가연 체적비는 최대 8.6%로 나타났으며, 환기가 지속적으로 이루어짐에 따라 연소가능한 수소의 체적비율은 150초 이후 1% 미만으로 감소되는 것으로 분석되어 기계적인 환기가 필수적인 것으로 분석되었다. 수소탱크 3개가 동시방출 또는 단계 방출의 경우 최종적인 수소의 가연체적비율은 유사하지만 단계적으로 지연 방출함에 따라 방출 초기 수소의 가연체적비율의 증가폭이 낮은 것으로 나타났으며, 이에 따른 수소탱크 방출 시나리오의 추가적인 연구가 필요한 것으로 예상된다.
Abstract
The recent reduction in greenhouse gases, interest in environmental pollution such as low-carbon emission policies is increasing. Accordingly, the penetration rate of eco-friendly vehicles, including hydrogen battery vehicles capable of reducing carbon emission, is increasing, and thus it is required for disaster prevention and safety-related measures. In this study, the degree of risk for the concentration distribution of hydrogen when leaking hydrogen fuel vehicles according to ventilation conditions was analyzed through numerical analysis, limited to places in parking lots. As a result, when only one hydrogen tank was released, the combustible volume ratio of hydrogen in the underground parking lot was up to 8.6%, and as ventilation continued, the volume ratio of combustible hydrogen decreased to less than 1% after 150 seconds, indicating that mechanical ventilation is essential. In the case of simultaneous release or stage release of three hydrogen tanks, the final combustible volume ratio of hydrogen is similar, but the increase in the combustible volume ratio of hydrogen in the early stage of release is low, and further research is expected.
초록
터널 굴진면 전방 위험 지반 예측은 TBM (Tunnel Boring Machine) 굴진 성능 및 안정성 확보에 필수적이다. 국내 ‧ 외 에서 굴진면 전방 예측을 위한 전기비저항 탐사법에 대한 연구가 다수 이루어졌으나, TBM 터널 굴진을 고려한 전기비저항 탐사의 실내 실험 모사가 어렵기에 이와 관련된 실험 연구가 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 전기비저항 탐사법의 터널 전방 위험 지반 예측 적용성을 분석하기 위한 TBM 굴진을 모사한 실내 축소 모형 실험을 수행하였다. 터널 굴진면 전방의 단층 파쇄대, 해수 침수대, 토사-암반 변화구간, 암반-토사 변화구간을 축소 모사하여, 굴진 중 전기비저항의 변화를 측정하였다. 본 연구에서는 실제 시공 조건을 재현하기 위해 화강암 블록을 사용하여 모형 지반을 모사하였다. 실험 결과, 터널이 굴진하면서 단층 파쇄대에 근접할수록 전기비저항이 감소하였으며, 해수 침수대도 동일한 경향을 보였으나, 단층 파쇄대와 비교하여 측정된 전기비저항이 크게 감소하였다. 토사-암반 변화구간의 경우, 전기비저항이 상대적으로 높은 암반에 터널 굴진면이 다가갈수록 전기비저항이 증가하는 양상을 보였다. 이와 반대로 암반-토사 변화구간의 경우, 전기비저항이 낮은 토사 지반에 굴진면이 근접할수록 전기비저항이 감소하였다. 실험 결과를 통해 전기비저항 탐사 굴진면 전방 위험 지반(단층 파쇄대, 해수 침수대, 토사-암반 변화구간, 암반-토사 변화구간)의 예측이 가능하다고 판단된다.
Abstract
Predicting hazardous ground conditions ahead of a TBM (Tunnel Boring Machine) tunnel face is essential for efficient and stable TBM advance. Although there have been several studies on the electrical resistivity survey method for TBM tunnelling, sufficient experimental data considering TBM advance were not established yet. Therefore, in this study, the laboratory-scale model experiments for simulating TBM excavation were carried out to analyze the applicability of an electrical resistivity survey for predicting hazardous ground conditions ahead of a TBM tunnel face. The trend of electrical resistivity during TBM advance was experimentally evaluated under various hazardous ground conditions (fault zone, seawater intruded zone, soil to rock transition zone, and rock to soil transition zone) ahead of a tunnel face. In the course of the experiments, a scale-down rock ground was provided using granite blocks to simulate the rock TBM tunnelling. Based on the experimental data, the electrical resistivity tends to decrease as the tunnel approaches the fault zone. While the seawater intruded zone follows a similar trend with the fault zone, the resistivity value of the seawater intrude zone decreased significantly compared to that of the fault zone. In case of the soil-to-rock transition zone, the electrical resistivity increases as the TBM approaches the rock with relatively high electrical resistivity. Conversely, in case of therock-to-soil transition zone, the opposite trend was observed. That is, electrical resistivity decreases as the tunnel face approaches the rock with relatively low electrical resistivity. The experiment results represent that hazardous ground conditions (fault zone, seawater intruded zone, soil-to-rock transition zone, rock-to-soil transition zone) can be efficiently predicted by utilizing an electrical resistivity survey during TBM tunnelling.
초록
터널 설계 시 지반조사를 통한 암반분류 결과는 공사기간 및 공사비 산출, 그리고 터널안정성 평가에 지대한 영향을 미친 다. 국내에서 지금까지 완공된 3,526개소의 터널들의 설계 및 시공을 통해 관련 기술들은 지속적으로 발전되어 왔지만, 터널 설계 시 암질 및 암반등급을 보다 정확하게 평가하기 위한 방법에 대한 연구는 미미하여 평가자의 경험 및 주관에 따라 결과의 차이가 큰 경우가 적지 않다. 따라서 본 연구에서는 암석샘플에 대한 주관적 평가를 통한 기존의 인력에 의한 암반분류 대신, 최근 지반분야에서도 그 활용도가 급증하고 있는 머신러닝 알고리즘을 이용하여 시추조사에서 획득한 다양한 암석 및 암반정보를 분석하여 보다 신뢰성있는 RMR에 의한 암반분류 모델을 제시하고자 하였다. 국내 13개 터널을 대상으로 11개의 학습 인자(심도, 암종, RQD, 전기비저항, 일축압축강도, 탄성파 P파속도 및 S파 속도, 영률, 단위중량, 포아송비, RMR)를 선정하여 337개의 학습 데이터셋과 60개의 시험 데이터셋을 확보하였으며, 모델의 예측성능을 향상시키기 위해 6개의 머신러닝 알고리즘(DT, SVM, ANN, PCA & ANN, RF, XGBoost)과 각 알고리즘별 다양한 초매개변수(hyperparameter)를 적용하였다. 학습된 모델의 예측성능을 비교한 결과, DT 모델을 제외한 5개의 머신 러닝 모델에서 시험데이터에 대한 RMR 평균절대오차 값이 8 미만으로 수렴되었으며, SVM 모델에서 가장 우수한 예측 성능을 나타내었다. 본 연구를 통해 암반분류 예측에 대한 머신러닝 기법의 적용 가능성을 확인하였으며, 향후 다양한 데이터를 지속적으로 확보하여 예측모델의 성능을 향상시킨다면 보다 신뢰성 있는 암반 분류에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Abstract
Rock mass classification results have a great influence on construction schedule and budget as well as tunnel stability in tunnel design. A total of 3,526 tunnels have been constructed in Korea and the associated techniques in tunnel design and construction have been continuously developed, however, not many studies have been performed on how to assess rock mass quality and grade more accurately. Thus, numerous cases show big differences in the results according to inspectors’ experience and judgement. Hence, this study aims to suggest a more reliable rock mass classification (RMR) model using machine learning algorithms, which is surging in availability, through the analyses based on various rock and rock mass information collected from boring investigations. For this, 11 learning parameters (depth, rock type, RQD, electrical resistivity, UCS, Vp, Vs, Young’s modulus, unit weight, Poisson’s ratio, RMR) from 13 local tunnel cases were selected, 337 learning data sets as well as 60 test data sets were prepared, and 6 machine learning algorithms (DT, SVM, ANN, PCA & ANN, RF, XGBoost) were tested for various hyperparameters for each algorithm. The results show that the mean absolute errors in RMR value from five algorithms except Decision Tree were less than 8 and a Support Vector Machine model is the best model. The applicability of the model, established through this study, was confirmed and this prediction model can be applied for more reliable rock mass classification when additional various data is continuously cumulated.
초록
터널 굴착으로 인해 필연적으로 발생되는 지반침하 및 상부 구조물 영향 평가를 수행하기 위해 지표침하와 구조물 건전도 저감의 총 7개의 주요 영향 인자들을 설정하고 수치해석을 이용한 Parameter Study를 수행하였다. 그 결과를 통해 Boscardin and Cording 구조물 손상도표를 이용한 안정성 분석, 최대침하량과 각변위를 이용한 안정성 분석을 수행하고 각각의 주요 영향 인자들에 대한 상관성 분석을 실시하였다. 또한, 매개변수 해석을 통한 지반 및 구조물 상호거동 양상을 이용하여 경기도 화성시에 위치한 OOO터널 현장에 적용하고 현장 적용성을 분석하였다. 그 결과 오차가 약 1.0%로 나타나 설계단계에서의 터널 굴착에 따른 구조물 안정성 평가 시 다양한 조건에서 적합한 노선 결정을 위한 기초 자료로 활용될 수 있도록 하였다.
Abstract
In order to evaluate the impact of ground subsidence and superstructures that are inevitably caused by tunnel excavation, a total of seven major influencing factors of surface subsidence and structural soundness reduction were set, and a Parameter Study using numerical analysis was conducted. Stability analysis was performed using scheme of Boscardin and Cording method and the maximum subsidence amount and the angular displacement, and correlation analysis was performed for each major influencing factor. In addition, it was applied that used the mutual behavior of the ground and the structure by parameter analysis in the site of the OOO tunnel located in Hwaseong-si, Gyeonggi-do, and the applicability of the site was analyzed. As a result, the error was found to be 1.0%, and it could be used as a basic material for determining the appropriate tunnel route under various conditions when evaluating the stability of the structure according to tunnel excavating at the design stage.
초록
자율형 초동소화 체계는 복합적 감지 기술 및 화재 위치별 정확한 타격을 위한 분사/제어 기술등에 대한 고도의 기술이 필요하다. 또한, 상황에 따라 유류화재에 대한 대응을 위해 폼(foam) 분사 기능이 포함하여야 한다. 다만, 단일 분사 모니터를 공용으로 사용할 시 청수와 폼(foam) 분사 특성이 상이하므로 정확한 화재 진압을 위해서는 분사궤적 및 거리에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 자율형 소화체계 구축을 위해 개발된 분사 모니터를 통한 폼 분사 특성 분석을 위해 실험적 연구와 수치해석적 연구를 복합적으로 수행하였다. 폼 분사에 대한 유동해석을 위해 OpenFOAM 해석 소프트웨어를 사용하여 모델링을 하였으며, 폼 특성은 일반적인으로 사용되고 있는 포소화약제 수성막포를 적용하였다. 폼 형태에 따라 분사압, 분사각에 따른 분사 거리 해석을 수행하였으며, 동시에 분사 실험을 통해 결과에 대한 검증 및 결과를 제시하였다.
Abstract
Autonomous fire detection and suppression system requires advanced technology for complex detection technology and injection/control technology for accurate hitting by fire location. Also, foam spraying should be included to respond to oil fires. However, when a single spray monitor is used in common, water and foam spray properties appear different, so for accurate fire suppression, research on the spray trajectory and distance will be required. In this study, experimental studies and numerical analysis studies were combined to analyze the foam spray characteristics through the spray monitor developed for the establishment of an autonomous fire extinguishing system. For flow analysis of foam injection, modeling was performed using OpenFOAM analysis software, and the commonly used foaming agent (Aqueous Film-Forming Foam) was applied for foam properties. The injection distance analysis was performed according to the injection pressure and the injection angle according to the form of the foam, and at the same time, the results were verified and presented through the injection experiment.
초록
수소연료는 환경오염문제를 해소하고 에너지 불균형 및 비용을 절감할 수 있다는 점에서는 화석연료를 대체하는 에너지원으로 부각되고 있다. 수소는 친환경적이나 폭발성이 강하기 때문에 수소연료차의 화재, 폭발 사고에 대한 우려가 매우 높은 실정이다. 연구결과에서 수소사고는 일반적인 화재의 경우 비교적 안전하나, 폭발이 발생하면 매우 위험한 것으로 인식되고 있다. 특히, 터널과 같은 반밀폐공간에서는 위험도가 보다 증가할 것으로 예측되기에 이에 대한 예측방법 및 대책을 마련하기 위한 연구가 수행되고 있다. 이에 본 연구에서는 터널에서 수소폭발시 안전성을 평가하기 위해서 등가 TNT모델의 적용성과 수치해석 방법에 대한 검토를 수행하였다. 6개의 등가 TNT모델과 Weyandt의 실험결과의 폭발 압력을 비교 ‧ 검토하여 모델의 적용성을 평가한 결과, Henrych식이 13.6%의 편차로 가장 근접하는 것으로 나타났다. 수치해석을 이용하여 수소탱크 용량(52, 72, 156 L)과 터널 단면적(40.5, 54, 72, 95 m2)이 폭발압력에 미치는 영향에 대한 검토한 결과, 터널에서 폭발 압력파는 초기에는 대기중에서와 마찬가지로 반구형 형태로 전파되나 벽체에 도달하면 반사파가 형성되며, 일정 거리 이상에서는 평면파로 변형되어 아주 완만한 감쇄율로 전파하는 것으로 나타났다. 등가 TNT모델인 Henrych식은 폭발압력이 급격하게 감소하는 구간에서는 수치해석 결과와 잘 일치하나 폭발압력파가 변형된 이후에는 큰 폭으로 과소평가하는 것으로 나타났다. 수소탱크용량이 동일한 경우에는 터널 단면적이 증가할수록 폭발압력이 감소하며, 단면적이 동일한 경우에는 수소탱크 용량이 52 L에서 156 L로 증가하면 폭발압력은 약 2.5배 정도 증가하는 것으로 나타났다. 인체에 영향을 미치는 한계거리에 대한 평가결과, 수소탱크용량이 52 L인 경우 사망에 이르는 한계거리는 약 3 m, 중상에 이르는 거리는 단면적별로 차이가 있으나 28.5~35.8 m로 나타났다.
Abstract
Hydrogen fuel is emerging as an new energy source to replace fossil fuels in that it can solve environmental pollution problems and reduce energy imbalance and cost. Since hydrogen is eco-friendly but highly explosive, there is a high concern about fire and explosion accidents of hydrogen fueled vehicles. In particular, in semi-enclosed spaces such as tunnels, the risk is predicted to increase. Therefore, this study was conducted on the applicability of the equivalent TNT model and the numerical analysis methodto evaluate the hydrogen explosion pressure in the tunnel. In comparison and review of the explosion pressure of 6 equivalent TNT models and Weyandt’s experimental results, the Henrych equation was found to be the closest with a deviation of 13.6%. As a result of examining the effect of hydrogen tank capacity (52, 72, 156 L) and tunnel cross-section (40.5, 54, 72, 95 m2) on the explosion pressure using numerical analysis, the explosion pressure wave in the tunnel initially it propagates in a hemispherical shape as in open space. Furthermore, when it passes the certain distance it is transformed a plane wave and propagates at a very gradual decay rate. The Henrych equation agrees well with the numerical analysis results in the section where the explosion pressure is rapidly decreasing, but it is significantly underestimated after the explosion pressure wave is transformed into a plane wave. In case of same hydrogen tank capacity, an explosion pressure decreases as the tunnel cross-sectional area increases, and in case of the same cross-sectional area, the explosion pressure increases by about 2.5 times if the hydrogen tank capacity increases from 52 L to 156 L. As a result of the evaluation of the limiting distance affecting the human body, when a 52 L hydrogen tank explodes, the limiting distance to death was estimated to be about 3 m, and the limiting distance to serious injury was estimated to be 28.5~35.8 m.
초록
국내에서는 수소경제 활성화 정책을 수립하고 수소사회 실현을 위해 수소 인프라 및 수소차 보급 확대를 계획 하고 있다. 이에 따라 수소차의 보급이 급속도로 이루어질 것으로 예상되며, 동시에 수소차의 사고에 대응하기 위한 대책의 확립이 요구되고 있다. 본 연구에서는 수소차에 의해서 발생되는 수소 제트화염이 터널 내부 벽체에 미치는 영향과 내부 복사열특성 분석을 위해 실험적 연구를 수행하였다. 실험은 수소차에서 발생되는 조건과 동일하게 하기 위해 분사압력을 700bar로 설정하고, 분사노즐 직경은 1.8 mm로 설정하였다. 또한, 일반 터널에 적용되고 있는 콘크리트 압축강도 40 MPa의 터널 내화 시험체를 제작하고 제트화염 분사노즐과 시험체간의 이격거리에 따른 영향을 검토하였다. 분사노즐과 터널 내화시험체의 이격거리를 변수로 하여 2 m와 4 m에 대해 결과를 분석하였다. 그 결과로부터 시험체 내부 최대 온도는 1,349.9°C (이격거리 2 m)가 측정되었고, 제트화염 주위 복사열은 최대 39.16 kW/m2까지 나타났다.
Abstract
A policy to expand the hydrogen economy has been established in Korea and the supply of FCEV is being expanded to realize a hydrogen society. There fore, the supply of FCEV is expected to increase rapidly, and a solution to respond to accidents of FCEV is required. In this study, an experimental study was conducted to analyze the effect of the hydrogen jet flame generated by a FCEV on the inner wall of the tunnel and the characteristics of the internal radiant heat. For the experiment, the initial pressure of hydrogen tank was set to 700 bar, and the injection nozzle diameter was set to 1.8 mm in order to make the same as the conditions generated in the FCEV. In addition, a tunnel fire resistance test specimen having the same strength as the compressive strength of concrete applied to general tunnels of 40 MPa was manufactured and used in the experiment. The results were analyzed for the separation distance (2 m and 4 m) between the hydrogen release nozzle and the tunnel fire resistance test concrete. As the result, the maximum internal temperature of the test concrete was measured to 1,349.9°C (2 m separation distance), and the radiant heat around the jet flame was up to 39.16 kW/m2.
초록
터널과 지하시설물을 비롯한 콘크리트 토목구조물을 안전하게 관리하려면 균열 발생 여부를 정기적인 점검을 통해 알아내야 한다. 터널의 콘크리트 라이닝 표면에 발생한 균열의 위치와 형태를 검사하는 일은 주로 고소작업차를 투입하여 이루어진다. 이러한 작업은 차로를 통제한 채 이루어지므로 교통 체증을 일으키며, 점검 종사자가 위험한 환경에 노출되며, 매번 같은 종사자가 같은 터널의 같은 부위를 조사하기 어려우므로 검사 결과의 일관성이 저해된다. 본 연구는 기존 터널영상 취득 시스템을 대상으로 딥러닝 기술을 적용해 터널 내 콘크리트 라이닝의 균열을 자동으로 탐지하는 방법을 다음과 같이 제시한다. 구체적으로는 의미론적 분할(semantic segmentation)을 수행하는 딥러닝 모델을 공개 데이터셋으로 학습시키고, 터널 영상 취득 시스템으로 취득한 데이터셋을 딥러닝 모델에 입력했을 때 성능을 알아본다. 첫 번째, 공개 데이터셋을 전부 학습시켰을 경우, 두 번째, 공개 데이터셋 중 기존 터널 영상 취득 시스템 데이터셋과 관련성이 높은 데이터셋만 선택하여 학습시켰을 경우, 마지막으로 관련성이 높은 데이터셋과 균열이 없는 영상(negative example)을 선택하여 학습시켰을 경우에 대하여 성능을 비교하여 효율적인 모델 학습 방안을 모색한다. 그 결과 공개 데이터셋에서 관련성이 높은 영상과 균열이 없는 영상을 골라 학습시켰을 경우의 성능이 가장 좋았다. 향후 딥러닝 알고리즘을 터널 영상 취득 시스템에 적용할 때 효율적인 모델 학습 방안을 수립하는데 기여할 것으로 기대한다.
Abstract
In order to keep infrastructures such as tunnels and underground facilities safe, cracks of concrete lining in tunnel should be detected by regular inspections. Since regular inspections are accomplished through manual efforts using maintenance lift vehicles, it brings about traffic jam, exposes works to dangerous circumstances, and deteriorates consistency of crack inspection data. This study aims to provide methodology to automatically extract cracks from tunnel concrete lining images generated by the existing tunnel image acquisition system. Specifically, we train a deep learning based semantic segmentation model with open dataset, and evaluate its performance with the dataset from the existing tunnel image acquisition system. In particular, we compare the model performance in case of using all of a public dataset, subset of the public dataset which are related to tunnel surfaces, and the tunnel-related subset with negative examples. As a result, the model trained using the tunnel-related subset with negative examples reached the best performance. In the future, we expect that this research can be used for planning efficient model training strategy for crack detection.
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최근 지반굴착 공사의 증가로 인해 지반침하사고 발생 가능성은 점점 높아지고 있지만, 지하안전관리에 관한 특별법 제정 등 제도적인 강화에도 불구하고 지반침하사고를 근본적으로 예방하는 것은 매우 어려운 실정이다. 도심지 지반굴착의 여러 사례를 살펴보면, 굴착 전에 다양한 정보를 활용해 예측했던 지반침하 거동특성은 시공 중에 확인된 결과와 무시 할 수 없을 정도의 차이를 보이고 있다. 이러한 원인은 지반조건의 변화, 지반침하 예측방법의 한계, 설계와 착공 시기의계절적인 차이, 현장여건을 고려한 공법의 변경 및 기타 다양한 사유에 의한 장기간의 공사 중지 등의 현장 여건 변경이 주요 원인으로 고려될 수 있다. 이에 대응하기 위한 방안으로, 다양한 시공정보를 통한 안전관리시스템 도입을 예를 들수 있으나 아직까지는 굴착으로 인한 영향 및 위험도를 예측할 수 있는 시스템은 부재한 실정이다. 본 연구에서는 도심지 굴착사업의 설계 ‧ 시공에 있어서 지반침하와 주변 구조물에 미치는 굴착 영향도를 사전에 예측하고 위험도 평가를 할 수있는 시스템을 개발하였으며, 과거에 획득된 현장계측 데이터를 통해 현재 및 장래 지하수위와 침하량 등을 예측할 수 있는 시계열 분석기법과 지반공학 데이터 시각화(Geotechnical Data Visualization, GDV) 기술을 적용하였다. 본 연구에서 개발된 웹기반 평가시스템을 통해 과거에 획득된 데이터를 이용하여 현재 및 장래 지하수위 변화 및 침하량 예측 등 굴착으로 인한 위험도 예측 및 관리가 가능할 것으로 기대된다.
Abstract
Due to the increase in ground excavation work, the possibility of ground subsidence accidents is increasing. And it is very difficult to prevent these risk fundamentally through institutional reinforcement such as the special law for underground safety management. As for the various cases of urban ground excavation practice, the ground subsidence behavior characteristics which is predicted using various information before excavation showed a considerable difference that could not be ignored compared to the results real construction data. Changes in site conditions such as seasonal differences in design and construction period, changes in construction methods depending on the site conditions and long-term construction suspension due to various reasons could be considered as the main causes. As the countermeasures, the safety management system through various construction information is introduced, but there is still no suitable system which can predict the effect of excavation and risk assessment. In this study, a web-based system was developed in order to predict the degree of impact on the ground subsidence and surrounding structures in advance before ground excavation and evaluate the risk in the design and construction of urban ground excavation projects. A system was built using time series analysis technique that can predict the current and future behavior characteristics such as ground water level and settlement based on past field construction records with field monitoring data. It was presented as a geotechnical data visualization (GDV) technology for risk reduction and disaster management based on web-based system, Using this newly developed web-based assessment system, it is possible to predict ground excavation impact prediction and risk assessment.
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격자형 지하공간 공법은 원지반의 강도를 최대한 활용하는 지하공간 굴착 공법이다. 격자형 지하공간의 안전성을 확보하기 위해서는 암주에 대한 안전성뿐만 아니라 실제 사용되는 공간(Room)에 대한 안전성 또한 확보되어야 하므로 암주와 동시에 공간(Room)에 대한 안정성이 평가되어야 하나, 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 수치해석을 통해 격자형 지하공간의 룸(Room)과 암주 안전성에 대한 평가방안을 연구하였다. 지반조건, 암주 폭, 룸 폭을 매개변수로 한 총 125가지 경우의 수치해석을 수행하여 암주의 안전율은 지반의 강도가 증가할 경우 안전율이 증가하는 것을 확인하였고, 암주의 폭이 넓어질 경우는 안전율 증가 폭이 감소하는 것을 확인하였다. 룸 변형률은 한계변형률을 적용하여 평가하였으며, 암주의 폭이 좁아질수록 높게 나타나고, 룸의 폭이 좁아질수록 변형률이 작게 발생하였다. 암주 안전율과 룸 변형률에 대한 상관관계 분석 결과 암주 폭에 따라 암주의 기준 안전율 이상을 확보할 수 있는 룸 변형률의 상한값을 도출 할 수 있었다. 본 연구에서 도출된 결과는 지반조건, 룸 폭 등을 고려하여 실제 설계를 수행할 경우 룸의 안전성을 확보 할 수 있는 가이드라인으로 활용 될 수 있을 것으로 판단된다.
Abstract
Room and Pillar method is an underground facility construction method that maximizes the strength of the in-situ ground. In order to secure the safety of the underground space, it is necessary to secure the safety of the room actually used in addition to the safety of pillar of the room and Pillar method. In this study, the evaluation method for the safety of the room and rock pillar in the room and pillar method was studied through numerical analysis. Numerical analysis was performed for a total of 125 cases using ground conditions, pillar width, and room width as parameters, and the results were derived. As for the safety factor of the pillar, it was confirmed that the safety factor increased when the strength of the ground increased, and it was confirmed that the increment in the safety factor decreased when the width of the pillar was widened. The room strain was evaluated by applying the Critical strain. As the width of the pillar became narrower, the Critical strain was higher, and as the width of the room became smaller, the Critical strain was smaller. As a result of the correlation analysis between the safety factor of the pillar and the room strain, it was possible to derive the upper limit of the room strain that can secure the standard safety factor of the pillar according to the width of the pillar. It is judged that the results derived from this study can be used as a guideline to secure the safety of the room when the actual design is performed in consideration of the ground conditions and room width.
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워터젯 암반 굴착공법은 물과 연마재만을 사용하는 친환경 및 비접촉식 굴착방법으로 다양한 장점을 가지고 있다. 최근에는 기존 천공 공법의 문제점을 보완하고 분진 방지, 소음 저하 등의 이유로 워터젯 공법의 활용이 증가하고 있다. 워터젯 굴착효율을 증대시키기 위해서는 복수의 노즐을 운용하는 것이 유리하다. 복수의 노즐을 사용할 경우, 노즐 운용방법에 따른 굴착성능과 형상을 분석하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 노즐각, 노즐 간 수평거리, 이격거리를 노즐 운용변수로 정의하고 굴착성능과 형상을 분석하였다. 실험결과, 노즐각과 이격거리가 증가할 때 굴착깊이는 감소하였고 유효 굴착깊이는 증가하는 경향을 보였다. 또한, 실험결과를 바탕으로 노즐 삽입에 필요한 굴착형상 기준을 제안하고 기준에 따른 최적 노즐 운용변수를 도출하였다. 본 연구결과는 향후 암반 천공용 다중 워터젯 노즐 개발 시 유용한 기초연구로 활용될 것으로 기대된다.
Abstract
Waterjets for rocks have various advantages of the non-contact and eco-friendly excavation using only water and abrasive. To overcome the problems (e.g., dust and noise occurrence) of the conventional drilling methods, waterjet excavation methods are broadly used. It is advantageous to operate a couple of nozzles in order to increase the waterjet excavation efficiency. When multiple nozzles are used, it is essential to analyze the excavation performance and shape according to the nozzle operation method. In this study, nozzle angle, horizontal distance between nozzles, and standoff distance were defined as nozzle operating parameters and the excavation performance and shape were analyzed. As a result of the experiment, when the nozzle angle and standoff distance are increased, the excavation depth is decreased and the effective depth tends to be increased. In addition, based on the experimental results, the excavation shape criteria required for nozzle insertion were proposed and optimal nozzle operating parameters were derived according to the criteria. This study result is expected to be used as useful basic research in the future development of multiplewaterjet nozzles for rock drilling.
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지구온난화로 인한 이상기후로 전 세계적 피해가 커지고 있는 가운데, 내연기관의 온실가스 배출을 줄이기 위하여, 친환경자동차 도입이 가속화되고 있다. 이에 각국에서는 수소연료자동차의 안전성 확보를 위해 터널이나 지하주차장과 같은반밀폐공간에서 수소 연료 폭발에 대비한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 반밀폐공간이라 할 수 있는 지하주차장을 대상으로 수소탱크의 폭발을 등가 TNT 모델을 적용하여 폭발압력을 예측하고 이 값을 폭발압력에 따른 피해범위 및 영향을 분석하였다. 등가 TNT 모델을 적용한 수소탱크 폭발압력 예측 결과 수소용량이 52 Liter인 경우를 기준으로 75 Liter, 156 Liter인 경우 1.5 m 높이에서 각각 약 1.12배, 2.30배 높은 것으로 나타났다. 예측된 최대폭발압력을 충격량으로 환산하여 인체 및 건물에 미치는 영향을 검토한 결과 모든 예측값이 폐 손상 또는 심각한 부분 파괴가 발생할것으로 예측 되었으며, 예측된 피해정도는 폭발에 따른 충격량만으로 환산 적용한 것이며, 폭발에 따른 부가적인 피해를고려한다면 실제 피해는 더욱 증가되어 이에 대한 안전 및 방재의 대책이 강구되어야 할 것으로 사료된다.
Abstract
Amid growing global damage due to abnormal weather caused by global warming, the introduction of eco-friendly cars is accelerating to reduce greenhouse gas emissionsfrom internal combustion engines. Accordingly, many studies are being conducted in each country to prepare for the explosion of hydrogen fuel in semi-closed spaces suchas tunnels and underground parking lots to ensure the safety of hydrogen-electric vehicles. As a result of predicting the explosion pressure of the hydrogen tank usingthe equivalent TNT model, it was found to be about 1.12 times and 2.30 times higher at a height of 1.5 meters, respectively, based on the case of 52 liters of hydrogencapacity. A review of the impact on the human body and buildings by converting the predicted maximum explosive pressure into the amount of impact predicted that allpredicted values would result in lung damage or severe partial destruction. The predicted degree of damage was applied only by converting the amount of impactcaused by the explosion, and considering the additional damage caused by the explosion, it is believed that the actual damage will increase further and safety anddisaster prevention measures should be taken.