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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
24권 6호
초록
고준위방사성폐기물 처분장은 심지층 처분시스템으로 사용후핵연료를 취급하는 특성상 고온, 방사선 및 지하수 등의 복합적인 환경조건에 노출되어 있다. 지속적인 노출에 의해 시간이 지남에 따라 구조물의 균열 및 열화가 발생할 수 있다. 한편 고준위방사성폐기물 처분장은 초장기 기대수명이 요구되며 이에 따른 장기적인 구조물 건전성 모니터링이 필수적이다. 구조물 건전성 모니터링에는 가속도계, 토압계, 변위계 등 다양한 센서들이 활용될 수 있으며, 이 중 일반적으로 피에조센서가 사용된다. 따라서 피에조센서의 내구성 평가를 바탕으로 고내구성 센서를 개발할 필요가 있다. 본 연구에서는 피에조센서의 내구성 평가 및 수명예측을 위한 가속수명시험을 설계하였다. 문헌연구를 바탕으로 단일 스트레스 인자에 대한 가속 스트레스 수준 수 및 각 수준 별 시료 수를 선정하였다. 또한 고준위방사성폐기물 처분장 환경조건에서 발생할 수 있는 피에조센서의 고장모드 및 고장메커니즘을 분석하였다. 온도 스트레스 인자에 대한 최대 가혹조건 탐색 실험을 두 가지 방법으로 제안하였으며 피에조센서의 신뢰도 높은 동작한계를 도출하였다. 이를 이용하여 가속수명시험의 합리적인 가속 스트레스 수준을 설정하였다. 본 연구에서 제시된 최대 가혹조건 탐색 실험방법은 경제적이며 실용적인 아이디어를 담고 있으며, 추후 피에조센서의 가속수명시험 설계에 널리 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Abstract
The high-level nuclear waste repository is a deep geological disposal system exposed to complex environmental conditions such as high temperature, radiation, and groundwater due to handling spent nuclear fuel. Continuous exposure can lead to cracking and deterioration of the structure over time. On the other hand, the high-level nuclear waste repository requires an ultra-long life expectancy. Thus long-term structural health monitoring is essential. Various sensors such as an accelerometer, earth pressure gauge, and displacement meter can be used to monitor the health of a structure, and a piezoelectric sensor is generally used. Therefore, it is necessary to develop a highly durable sensor based on the durability assessment of the piezoelectric sensor. This study designed an accelerated life test for durability assessment and life prediction of the piezoelectric sensor. Based on the literature review, the number of accelerated stress levels for a single stress factor, and the number of samples for each level were selected. The failure mode and mechanism of the piezoelectric sensor that can occur in the environmental conditions of the high-level waste repository were analyzed. In addition, two methods were proposed to investigate the maximum harsh condition for the temperature stress factor. The reliable operating limit of the piezoelectric sensor was derived, and a reasonable accelerated stress level was set for the accelerated life test. The suggested methods contain economical and practical ideas and can be widely used in designing accelerated life tests of piezoelectric sensors.
초록
터널과 같은 지하 공간을 활용하는 경우, 암반 그라우팅 공법을 통하여 암반의 차수 및 강도특성을 향상시켜 지하공간을 안전하게 활용하는 것이 중요하다. 암반 절리 내 그라우팅을 위한 주입재는 주로 Bingham 유체에 해당하는 시멘트계열의 재료를 활용하는 것이 일반적이다. Bingham 유체 모델은 점성도와 항복강도의 특성으로 표현되며, 이러한 특성은 시간 경과에 따라 달라지게 된다. 만약 시멘트 주입재료의 시간 경과에 따른 특성을 고려하지 않고 그라우팅 주입설계를 실시하는 경우, 그라우팅 과정에서 주입재의 점성도 및 항복강도의 증가에 따라 주입성능이 저하될 수 있다. 본 연구에서는 그라우팅 주입재료의 물-시멘트 배합비율, 시간 경과에 따른 점성특성(점성도, 항복강도) 측정 및 분석 실내실험을 실시 하였다. 실내실험을 통하여 파악한 점성모델을 이용하여 그라우팅 주입재의 시간의존 특성에 따른 그라우팅 주입 시뮬레이션을 실시하였다. 해석결과, 시간의존 특성을 고려하는 경우 단일 점성특성을 적용한 해석에 비하여 그라우팅 주입 거리 및 누적 주입량이 감소하여 주입성능이 큰 폭으로 감소하는 결과를 보였다. 본 연구를 통하여 파악된 그라우팅 주입재의 시간 경과에 따른 점성모델 및 해석결과는 향후 그라우팅 주입 현장에서 의미있게 활용될 수 있을 것으로 예상된다.
Abstract
Rock grouting is important to improve the waterproof efficiency and mechanical strength of rock medium with joint for utilizing the underground rock space such as tunnel. The grouting materials typically has been used the cement materials, which represent Bingham fluid model. This model can express the relationship of viscosity and yield strength. In addition, it is dependent with elapsed time. The grouting injection performance can be deteriorated with an increase of viscosity and yield strength in the grouting process if the time dependence is ignored. Therefore, in this study, the characteristics of viscosity and yield strength were investigated according to watercement ratio and time dependence in the laboratory test. Numerical simulation was carried out to investigate the grouting performance according to the time dependence of characteristics in terms of the viscosity model. Given the results, the grouting injected distance and cumulative grout volume were significantly decreased when the time dependence of grouting material was considered. This study, considering the characteristics according to the time dependence of viscosity and yield strength, will be meaningful to the design of grouting injection in field applications.
초록
도심지 지상공간의 포화로 인한 지하공간 개발은 지속적으로 증가하고 있으며, 지하공간은 교통, 상하수도, 통신구, 전 력구 및 각종 복합 문화 공간으로 활용되고 있다. 지하공간을 굴착하는 대표적인 방법으로 국내에서는 NATM (New Austrian Tunneling Method)과 같은 화약을 이용한 발파 공법이 주로 사용되어왔다. 하지만, 발파 공법은 터널 굴착 시진동과 소음을 유발하기 때문에 굴착 인근 지역 주민들의 민원이 많이 발생한다. 최근 도심지 대심도 지하공간 굴착공사가 증가하고 있어 발파 진동과 소음 저감을 위한 근본적인 노력과 기술이 필요로 되고 있는 상황이다. 본 연구에서는 GTX-A 노선 일부구간의 현장 발파 진동 계측자료 및 지반조사자료와 설계자료를 활용하여 동일 발파, 터널조건에서 심도에 따른 발파 진동 변화를 수치해석을 통해 예측하고자 한다. 또한 발파 위치 직상부로부터의 이격거리에 따라 발파 진동의 감소 경향을 분석하여 주택가와 같은 인구 밀집 지역으로부터 필요한 이격거리를 제시하고자 한다.
Abstract
Owing to the saturation of ground spaces in downtown areas, underground spaces are being developed increasingly. Underground spaces are utilized for transportation, water supply and sewerage, communication zones, electric power zones, and various cultural complexes. In Korea, for excavating underground spaces, blasting methods using gunpowder such as the New Austrian Tunneling Method (NATM) are mainly used. However, the blasting method causes vibration and noise during tunnel excavation, generating many complaints from residents in the vicinity of the excavation site. To address this problem, various methods have been developed, and recently, vibration and noise have been reduced using deep excavation. This study predicts blast vibration changes according to the depth, under the same blasting and tunnel conditions,using numerical analysis based on the blast vibration measurement data of the GTX-A route, the tunnel cross-section drawings, and ground investigation reports. Furthermore, the necessary separation distance from densely populated areas such as residential areas is suggested by analyzing the trend of decreasing blast vibration according to the distance from ground surface directly above the blasting location.
초록
본 연구에서는 프리스트레스와 그라우팅을 이용한 터널 필라부 보강공법에 대해 검토하였다. 병설터널의 문제점을 보완할 수 있는 보강법들은 다양하지만 프리스트레스와 그라우팅을 이용한 터널 필라부 공법이 현장적용성, 안정성, 경제성에서 우수하다고 판단됨에 따라 실질적인 거동 메커니즘의 이론적 검토 및 수치해석적 검토가 필요하기 때문에 축소모형 실험을 진행하였다. 축소모형 실험은 PC강연선 + 강관보강 그라우팅 + 프리스트레스(Case 1), PC강연선 + 강관보강 그라우팅(Case 2), 무보강(Case 3)으로 나누어 필라부의 변위와 벽체에 가해지는 토압을 측정하였다. 실험을 통하여 여러 공법 중 PC강연선 + 강관보강 그라우팅 + 프리스트레스 공법은 가장 우수한 보강공법임을 확인하였고 추후 현장실험을 통해 이를 검증하고 보완해 나간다면 현재 적용되는 보강공법보다 변위 제어 및 부재력 측면에서 우수한 결과를 도출해 낼 수 있을 것이라 판단되었다.
Abstract
Due to the concentration of population in the city center, the aboveground structuresare saturated, and the development of underground structures becomes important. In addition, it is necessary to apply the reinforcement construction method for the pillar part of the adjacent tunnel that can secure stability, economy, and workability to the site. In this study, the tunnel pillar reinforcement method using prestress and grouting was reviewed. There are various reinforcement methods that can compensate for the problems of the side tunnel, but as the tunnel pillar construction method using prestress and grouting is judged to be excellent in field applicability, stability, and economic feasibility, it is necessary to review the theoretical and numerical analysis of the actual behavior mechanism. Therefore, a scaled-down model experiment was conducted. The reduced model experiment was divided into PC stranded wire steel pipe reinforcement grouting prestress (Case 1), PC strand steel pipe reinforcement grouting (Case 2), and no reinforcement (Case 3), and the displacement of the pillar and the earth pressure applied to the wall were measured. Through experiments, it was confirmed that the PC stranded wire steel pipe reinforcement grouting +prestress method is the most excellent reinforcement method among various construction methods. It was judged that it could be derived.
초록
터널을 비롯한 여러 가지 기반시설물에 발생한 콘크리트 균열을 영상과 딥러닝 기반으로 자동 탐지하는 연구가 최근 활발히 이루어지고 있다. 이러한 연구성과를 실제 현장에 적용하려면 딥러닝 모델의 신뢰성을 설명할 수 있어야한다. 본 연구에서는 선형성이 강한 균열의 기하적인 특성을 고려했을 때 화소 기반으로 계산하는 기존 평가지표가 충분치 않다는 점을 지적하며, 균열 분할 딥러닝 모델의 성능을 더 합리적으로 설명할 수 있는 다른 평가지표를 제시하고 비교 분석한다. 먼저 선형 객체의 유사성을 측정할 수 평가방법을 제시한다. 구체적으로는 기준 데이터에 허용 버퍼(tolerance buffer)를 부여하여 평가하는 방법을 설계, 구현, 검증한다. 실험 결과 본 연구에서 제안하는 방법은 균열 분할 딥러닝 모델 평가시 기존 대비 과대평가 또는 과소평가 문제를 해결할 수 있었으며, 화소 기반 성능 평가 지표에 비해 균열 분할 딥러닝 모델의 성능을 더 잘 설명할 것으로 기대한다.
Abstract
Recently, detecting damages of civil infrastructures from digital images using deep learning technology became a very popular research topic. In order to adapt those methodologies to the field, it is essential to explain robustness of deep learning models. Our research points out that the existing pixel-based deep learning model evaluation metrics are not sufficient for detecting cracks since cracks have linear appearance, and proposes a new evaluation methodology to explain crack segmentation deep learning model more rationally. Specifically, we design, implement and validate a methodology to generate tolerance buffer alongside skeletonized ground truth data and prediction results to consider overall similarity of topology of the ground truth and the prediction rather than pixel-wise accuracy. We could overcome over-estimation or under-estimation problem of crack segmentation model evaluation through using our methodology, and we expect that our methodology can explain crack segmentation deep learning models better.
초록
우리나라에서는 지하시설물의 노후화와 체계적인 관리 부족으로 인한 안전사고가 지속적으로 발생하고 있다. 하지만 지하공간이 지속적으로 개발되고 있음에도 지하시설물의 관리 주체가 다양하고 이에 대한 현황정보가 명확하게 기록 ‧ 관리되고 있지 않아, 체계적인 지하시설물 관리에 한계가 있는 상황이다. 따라서 본 연구는 지하에 위치해 확인하기 어려운지하시설물을 증강현실로 구현하여 유지관리 과정에서 효과적으로 사용할 수 있는 시스템을 개발하였다. 증강현실기반지하시설물 관리 시스템 개발을 위해 세 가지 필수 요구사항인 ‘정밀 위치파악’, ‘BIM 설계정보 활용’, ‘사용성 확보’를도출하여 이를 시스템 개발에 반영하였다. Broadcast-RTK를 활용하여 위치정밀도를 cm급으로 확보하였고, BIM 모델의 형상 및 속성정보를 IFC포맷으로 변환하여 증강현실로 구현하는 시스템을 구성하였다. 또한 사용성을 최적화할 수있는 Application을 개발하였다. 마지막으로, 시뮬레이션을 통해 지하시설물을 구성하는 구조체 및 기계 시스템의 형상,속성정보를 증강현실로 구현하였다. 또한 가혹한 환경(고층 빌딩 인접)에서도 정밀하고 정합성 높은 증강현실 시스템이작동함을 확인할 수 있었다.
Abstract
In Korea, safety accidents are continuously occurring due to the aging of underground facilities and lack of systematic management. Moreover, although the underground space is continuously being developed, the current status information is not clearly recorded and managed, so there is a limit to the systematic management of underground facilities. Therefore, this study developed an augmented reality-based system that can effectively maintain and manage underground facilities that are difficult to manage because they are located underground. In order to develop an augmented reality-based underground facility management system, three essential requirements, ‘precise localization’, ‘use of BIM information’, and ‘ensure usability’ were derived and reflected in the system. By utilizing Broadcast-RTK, the positional precision was secured to cm level, and the configuration and attribute information of the BIM was converted into the IFC format to construct a system that could be implemented in augmented reality. It developed an application that can optimize usability. Finally, through simulation, the configuration and attribute information of structures and mechanical systems constituting underground facilities were implemented in augmented reality. In addition, it was confirmed that the accurate and highly consistent augmented reality system works even in harsh environment (near high-rise building).
초록
열차 정거장의 경우 연기배출이 제한된 지하공간이라는 특수성으로 인해 적절한 제연 설비가 갖추어지지 않는다면 화재 발생시 화재연기로 인한 피해가 확대될 우려가 있다. 이에 지하 정거장의 대피 안전성을 확보하기 위한 대책의 필요성이 부각되었으며, 화재시 승강장 이용객의 안전한 대피를 위한 연구가 국내외에서 지속적으로 수행되고 있다. 하지만 현재 열차 승강장에는 제연 경계벽과 PSD (Platform Screen Door)등에 의해 제연구역을 구획하여 제연설비를 설치하고 있으나, 화재시 제연구역별 제연방법(급기 또는 배기) 즉, 제연모드에 관한 기준은 제시되어 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 열차 정거장 화재시 제연모드에 따른 화재위험을 정량적으로 평가하기 위해서 화재해석 및 대피해석을 수행하여 사망자수를 추정하고 F/N선도를 도출하였으며, 이를 통해 최적 제연모드를 검토한 결과, 화재 구역 배기 및 인접구역 급기인 경우에 총 위험도가 가장 낮은 것으로 분석됐다.
Abstract
In the case of train stations, due to the specificity of underground spaces with limited smoke emissions, if appropriate removal equipment is not equipped, the damage caused by fire smoke may increase in the event of a fire. As a result, the need for measures to ensure the safety of evacuation of underground stations has been highlighted, and research for safe evacuation of platform users in case of fire is continuously being conducted at home and abroad. However, although the smoke removal area is currently divided by smoke boundary walls and platform screen doors (PSD) and installed in the train platform, standards for smoke removal methods (air supply or exhaust) for each fire removal area, that is, smoke removal mode, are not presented. In this study, fire analysis and evacuation analysis were performed to estimate the number of deaths and to derive F/N guidance in order to quantitatively evaluate the fire risk according to the fire station fire, and the total risk was the lowest in the case of fire area exhaust and supply to adjacent areas.
초록
TBM (Tunnel Boring Machine)이 터널 산업에 도입된 이후로 안전성과 친환경의 이점으로 TBM의 사용이 전 세계적으로 증가하였다. 암반 및 토사 지반을 굴착하는 TBM 터널에서의 주요 비용 중 하나는 손상되거나 마모된 커터의 교체로 볼 수 있다. 커터의 교체는 시간과 비용에 큰 영향을 끼치는 작업이며 TBM 가동률과 굴진율을 크게 감소시킬 수 있다. 따라서 커터의 수명을 정확하게 평가하는 것은 공기와 비용의 측면에서 매우 중요하다. 그러나 복합 지반을 포함하여 토사 구간, 암반구간에서 커터 마모에 대한 예측은 매우 복잡하고 명확하지 않다. 이에 따라 커터 마모에 대한 다양한 예측모델이 개발 및 도입되었지만 이러한 불확실성으로 인해 가변적인 결과를 나타낸다. 본 연구에서는 커터 마모 예측 모델을 제시하기 보다는 커터 교체의 설계 및 시공 사례 연구를 소개하고 분석했다. 커터는 지반 조건, TBM 장비 및 운전의 영향을 많이 받으므로 불확실성과 한계를 감안하면 신뢰성 있는 예측 모델을 제안하는 것은 매우 어렵기 때문에 오히려 실제 사례를 분석하고 이에 대한 자료 공유가 더 실용적이다. 커터 교체에 대한 예측과 결과 간의 차이를 확인하고 심도있게 분석하였다.
Abstract
Shortly after tunnel boring machine (TBM) was introduced in the tunneling industry, the use of TBM has surprisingly increased worldwide due to its performance together with the benefit of being safely and environmentally friendly. One of the main cost items in the TBM tunneling in rock and soil is changing damaged or worn cutters. It is because that the cutter change is a time-consuming and costly activity that can significantly reduce the TBM utilization and advance rate and has a major effect on the total time and cost of TBM tunneling projects. Therefore, the importance of accurately evaluating the cutter life can never be overemphasized. However, the prediction of cutter wear in soil, rock including mixed face is very complex and not yet fully clarified, subsequently keeping engineers busy around the world. Various prediction models for cutter wear have been developed and introduced, but these models almost usually produce highly variable results due to inherent uncertainties in the models. In this study, a case study of design and construction of disc cutter change is introduced and analyzed, rather than proposing a prediction model of cutter wear. As the disc cutter is strongly affected by the geological condition, TBM machine characteristic and operation, authors believe it is very hard to suggest a generalized prediction model given the uncertainties and limitations therefore it would be more practical to analyze a real case and provide a detailed discussion of the difference between prediction and result for the cutter change. By doing so, up-to-date idea about planning and execution of cutter change in practice can be promoted.
초록
인력기반 터널 점검은 점검자의 주관적인 판단에 영향을 받으며 지속적인 이력관리가 어렵다. 따라서 최근에는 딥러닝 기반 자동 균열 탐지 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 대부분의 연구에서는 사용하는 대규모 공개 균열 데이터셋은 터널 내부에서 발생하는 균열과 매우 상이하다. 또한 현행 터널 상태평가에서 정교한 균열 레이블을 구축하기 위해서는 추가적인 작업이 요구된다. 이에 본 연구는 균열 형상이 다소 단순하게 표현된 기존 데이터셋을 딥러닝 모델에 입력하여 균열 탐지 성능을 개선하는 방안을 제시한다. 기존 터널 데이터셋, 고품질 터널 데이터셋과 공개 균열 데이터셋을 조합하여 학습한 딥러닝 모델의 성능 평가와 비교를 수행한다. 그 결과 Cross Entropy 손실함수를 사용한 DeepLabv3+에 공개 데이터셋, 패치 단위 분류와 오버샘플링을 수행한 터널 데이터셋을 모두 학습한 경우 성능이 가장 좋았다. 향후 기 구축된 터널 영상 취득 시스템 데이터를 딥러닝 모델 학습에 효율적으로 활용하기 위한 방안을 수립하는 데 기여할 것으로 기대한다.
Abstract
As human-based tunnel inspections are affected by the subjective judgment of the inspector, making continuous history management difficult. There is a lot of deep learning-based automatic crack detection research recently. However, the large public crack datasets used in most studies differ significantly from those in tunnels. Also, additional work is required to build sophisticated crack labels in current tunnel evaluation. Therefore, we present a method to improve crack detection performance by inputting existing datasets into a deep learning model. We evaluate and compare the performance of deep learning models trained by combining existing tunnel datasets, high-quality tunnel datasets, and public crack datasets. As a result, DeepLabv3+ with Cross-Entropy loss function performed best when trained on both public datasets, patchwise classification, and oversampled tunnel datasets. In the future, we expect to contribute to establishing a plan to efficiently utilize the tunnel image acquisition system’s data for deep learning model learning.
초록
한강과 같은 하저지반을 안전하게 굴착하기 위해서는 고수압 막장면에 대응할 수 있는 이수식 쉴드 TBM 공법을 적용한다. 이수식 쉴드 TBM 공법은 지하철 프로젝트에 널리 활용되어 왔는데 도심지 지하철 공사는 지하에서 연결되기 때문에 굴착토를 대부분 전량 사토해왔으며 필터케이크(벤토나이트)도 폐기물처리를 했다. 이와 달리 도로공사는 절성토의 최적화를 위해 굴착되어 나온 토석을 외부로 반출하는 것이 아니고 대부분 성토재로 활용하는 특징이 있어 굴착토의 활용방안이 프로젝트 성공의 중요한 요소가 된다. 이수식 쉴드 TBM 공법에서 굴착토는 이수재로 사용하는 벤토나이트와 굴착된 토사, 풍화암, 연경암 등이 섞여서 배니관을 통 해 이수처리플랜트로 운송되면 이수처리플랜트에서 처리과정을 거쳐 크기별로 분리 배출된다. 이러한 굴착토 중 세립질의 토사는 필터케이크와 함께 폐기되어 왔으나 그 성분에 독성이 없고 조립토와 적정 비율로 혼합하여 사용하면 성토재의 품질기준을 만족할 수 있어 그 활용방안에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구는 이수식 쉴드 TBM 공법의 굴착토의 활용에 있어 제도적 ‧ 기술적 기준을 고찰하여 필터케이크와 골재를 도로공사의 성토재로 활용하는 방안을 도출하였다. 벤토나이트는 몬모릴로나이트로 구성된 점토이며 터널 원지반의 굴착토 또한 독성이 없는 상태로 이를 폐기물 처리하는 것은 사회적 비용이 낭비될 수 있기에 오히려 귀중한 자원으로 재활용하여 향후 이수식 쉴드 TBM 프로젝트를 수행하는 지하공간 개발사업에 도움이 되고자 기대한다.
Abstract
In order to excavate underground tunnel most safely such as Han river, the slurry shield TBM method is applied to cope with face of high water pressure for many metro projects. In downtown subway project most of excavated soil is discharged externally whereas in road construction excavated soil is used as filling materials so it becomes important factor for success of the project. After excavated soil, weathered rock and soft rock are discharged with bentonite through discharge pipe to slurry treatment plant then those soils are separated in separation plant according to those size. Fine grained soil has been discarded together with filter cake but it is not toxic and can be mixed with coarse aggregate in proper ratio so this study is performed to find use of qualified filling material to meet quality standard. Therefore, in this study, legal standards and quality standards for the utilization of excavated soil of the slurry shield TBM method were examined and test was conducted to derive recycling way for filter cake and aggregate. And a plan for using it as a filling material for road construction was derived. Because bentonite is a clay composed of montmorillonite, and the excavated soil in the tunnel is also non-toxic, disposal of this material can waste social cost so it is expected to be helpful in the underground space development project that carries out the TBM project by recycling it as a valuable resource.
초록
터널 건설 시 암반 등급에 따라 다양한 지보재를 적절히 병용하여 지보패턴을 결정하고 시공이 이루어진다. 이 과정에서 시공 경험이 풍부한 전문가의 기술적 판단이 필요한데, 터널 설계의 초기 단계인 타당성 조사 및 기본설계 단계에는 상대적으로 짧은 수행기간과 부족한 자료 및 예산으로 인해 설계에 많은 어려움이 존재한다. 터널 건설의 급증과 함께 축적된설계 데이터와 머신러닝을 활용한다면, 지보패턴 설계를 보다 신속하고 신뢰도 있게 수행할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 암반등급 판정 및 해당 암반등급에 적합한 지보패턴 설계를 자동화하고자 국내 48개 도로터널의 설계자료 및 지반조사 자료를 수집하였으며, 8개의 입력항목(암종, 전기비저항, 심도, 터널연장, 터널연장에 따른 방재등급, 위험도지수에 따른 방재등급, 터널 종류, 터널 단면적)과 11개의 출력항목(암반등급, 숏크리트 제원 2개 항목, 록볼트 제원 3개 항목, 강지보 제원 3개 항목, 콘크리트 라이닝 2개 항목)에 대한 데이터를 정리하였다. 이와 같이 정리된 데이터를 활용하여 2가지 머신러닝 알고리즘(SVM, ANN)을 활용하여 3가지 머신러닝 모델(S1, A1, A2)을 개발하였으며, 세 가지 모델의 성능을 비교해본 결과 출력값의 데이터 형식에 따라 서로 다른 손실함수를 적용한 ANN 기반의 A2 모델이 가장 뛰어난 성능을 보였다. 본 연구를 통해 머신러닝을 활용한 지보패턴 설계의 가능성을 확인할 수 있었으며, 향후 지속적으로 실제 설계에 사용함으로써 단점을 보완하고 적용성을 개선해 나간다면 설계에 보다 큰 도움을 줄 수 있는 지보패턴 설계 모델을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.
Abstract
A ground support pattern should be designed by properly integrating various support materials in accordance with the rock mass grade when constructing a tunnel, and a technical decision must be made in this process by professionals with vast construction experiences. However, designing supports at the early stage of tunnel design, such as feasibility study or basic design, may be very challenging due to the short timeline, insufficient budget, and deficiency of field data. Meanwhile, the design of the support pattern can be performed more quickly and reliably by utilizing the machine learning technique and the accumulated design data with the rapid increase in tunnel construction in South Korea. Therefore, in this study, the design data and ground exploration data of 48 road tunnels in South Korea were inspected, and data about 19 items, including eight input items (rock type, resistivity, depth, tunnel length, safety index by tunnel length, safety index by rick index, tunnel type, tunnel area) and 11 output items (rock mass grade, two items for shotcrete, three items for rock bolt, three items for steel support, two items for concrete lining), were collected to automatically determine the rock mass class and the support pattern. Three machine learning models (S1, A1, A2) were developed using two machine learning algorithms (SVR, ANN) and organized data. As a result, the A2 model, which applied different loss functions according to the output data format, showed the best performance. This study confirms the potential of support pattern design using machine learning, and it is expected that it will be able to improve the design model by continuously using the model in the actual design, compensating for its shortcomings, and improving its usability.
초록
국내의 친환경차는 현재 국내 총 등록차량 중 5.8% 비중을 차지하고 있으며, 대표적 친환경 차량 중 하나인 수소차는 정부의 수소 산업 부양 정책을 근간으로 시장에 보급 확대되어 현재 26,719대의 보급량을 기록하며 초년 대비 300배로 성장했다. 따라서, 보급 증가에 따른 수소차에 대한 안전성 검토 및 확보가 다방면에서 확대되어야 하는 시점이다. 본 연구에서는 수소차가 통행하는 반밀폐 공간 중 하나인 도로터널에서 수소차에 의한 제트화염 발생시 내부의 열 피해 영향에 대해 분석하였다. 상용코드인 Fluent를 사용하여 시뮬레이션하였으며, 마제형 터널을 대상으로 상용 수소차의 수소탱크 용량을 고려하여 제트 화염 분사량을 선정하였다. 또한, 제트화염의 방향 및 터널 벽면과의 거리 등을 변수로 하여 연구를 수행하였다. 그 결과로부터 도로 터널 내 제트화염 분출시 방향에 따라 일부 차이가 있으나 차량(분사 노즐) 기준 종방향으로 ±5 m, 인접한 터널 벽면 기준 횡방향 5~7 m 이내에서는 대부분의 구역에서 20 kW/m2 이상의 높은 복사열 방사가 발생되었다.
Abstract
Domestic eco-friendly vehicles currently account for 5.8% of the total registered vehicles in Korea. Hydrogen vehicles, one of the representative eco-friendly vehicles, have grown rapidly as they have been expanded to the market based on the government’s policy to boost the hydrogen industry. Therefore, it is time to expand the safety review of hydrogen vehicles in various directions according to the increase in supply. In this study, the effect of internal heat damage was analyzed when a jet flame was generated by a hydrogen car in a road tunnel. It was simulated using Fluent, and the amount of jet flame injection was selected in consideration of the hydrogen tank capacity of commercial hydrogen vehicles for road tunnels. In addition, the study was conducted with the direction of the jet flame and the nozzle distance from the tunnel wall as variables. From the results, when the jet flame erupted in the road tunnel, high radiant heat emission of more than 20 kW/m2 was generated in most areas within ±5 m in the longitudinal direction based on the vehicle (spray nozzle) and 5 to 7 m in the lateral direction based on the adjacent tunnel wall.
초록
쉴드TBM 터널은 지반 굴착, 세그먼트 링 빌드(Segment ring-build), 뒷채움의 반복적인 공정으로 단순하다. 재래식 터널공법인 발파공법(Drill and Blast)은 막장관찰, 천공, 장약, 발파, 환기, 버력처리, 지보재 설치의 반복으로 쉴드TBM 터널보다 공정이 복잡하고 일부 제약조건이 따른다. 하지만 굴진을 위한 준비 작업은 지반을 보강하고 갱문조성 후 터널을 형성해 나가는 Drill and Blast에 비해서 쉴드TBM 터널은 매우 상세한 계획을 바탕으로 시간과 비용이 필요하다. 이는 대상지반을 굴착하는 쉴드TBM 장비의 성능 확보가 공사의 성패를 좌우하기 때문인데, 고가의 주문제작 장비인 쉴드 TBM이 조립단계에서 잘못 구성되면 본 굴진은 물론 초기굴진 단계에서부터 구동이 어렵게 되고, 조립된 쉴드TBM 장비를 다시 해체하는 경우가 발생하게 되어 재조립하는 상황으로 진행되면, 공기는 물론 경제적인 손실이 발생하여 공사 기간 내내 어려움이 발생한다. 이에 본 연구에서는 한강 하저를 통과하는 국내 최대 직경의 도로터널을 건설하기 위한 이수식 쉴드TBM 조립을 위한 발진부지의 배치와 계획, 쉴드TBM 장비의 주요 부분별 조립공정을 검토하였고, 타공정과의 간섭 최소화 및 커터헤드 조립과 운반의 효율성을 분석하여 현장여건에 맞게 개선하여 적용하였다.
Abstract
TBM tunnel is simple with the iterative process of excavating the ground, building a segment ring-build, and backfilling. Drill & Blast, a conventional tunnel construction method, is more complicated than the TBM tunnel and has some restrictions because it repeats the inspection, drilling, charging, blasting, ventilation, muck treatment, and installation of support materials. However, the preparation work for excavation requires time and cost based on a very detailed plan compared to Drill & Blasting, which reinforces the ground and forms a tunnel after the formation of tunnel portal. This is because the TBM equipment for excavating the target ground determines the success or failure of the construction. If the TBM, an expensive order-made equipment, is incorrectly configured at the assembly stage, it becomes difficult to excavate from the initial stage as well as the main excavation stage. When the assembled shield TBM equipment is dismantled again, and a situation of re-assembly occurs, it is difficult throughout the construction period due to economic loss as well as time. Therefore, in this study, the layout and plan of the site and the assembly process for each major part of the TBM equipment were reviewed for the assembly of slurry shield TBM to construct the largest diameter road tunnel in domestic passing through the Han River and minimized interference with other processes and the efficiency of cutter head assembly and transport were analyzed and improved to suit the site conditions.
초록
수소는 차세대 에너지원으로 부각되고 있으며, 수소차(FCEV)개발 및 보급이 급속도로 이루어질 것으로 예상된다. 이에 수소차 사고에 대응하기 위한 대책이 요구되고 있으며, 수소차의 안전성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존 실험 및 연구자료에 대한 분석을 통해 도로터널에서 수소차 안전성 평가를 위하여 국내 실정에 맞는 수소차 사고시나리오를 개발하였으며, 수소차 사고시나리오의 사고결과에 대한 위험거리를 분석ㆍ제시하였다. 수소차 사고시나리오에 따른 사고결과는 경미한 사고, 일반화재, 제트화염, 폭발로 구분되며, 각각의 발생확률을 93.06%, 1.83%, 2.25%, 2.31%로 예측된다. 표준단면(72 m2)의 도로터널에서 국내에서 시판되는 수소차량의 수소탱크제원을 적용하는 경우, 사고결과에 따른 위험 거리는 폭발의 경우 약 17.6 m (폭발압력 16.5 kPa기준), 제트화염은 약 6 m, 파이어볼 형성에 따른 위험거리는 최대 35m로 분석되었다.
Abstract
Hydrogen is emerging as a next-generation energy source and development and supply of FCEV (hydrogen fuel cell electric vehicle) is expected to occur rapidly. Accordingly, measures to respond to hydrogen car accidents are required and researches on the safety of hydrogen cars are being actively conducted. In this study, In this study, we developed a hydrogen car accident scenarios suitable for domestic conditions for the safety evaluation of hydrogen car in road tunnels through analysis of existing experiments and research data and analyzed and presented the hazard distance according to the accident results of the hydrogen car accident scenarios. The accident results according to the hydrogen car accident scenario were classified into minor accidents, general fires, jet flames and explosions. The probability of occurrence of each accident results are predicted to be 93.06%, 1.83%, 2.25%, and 2.31%. In the case of applying the hydrogen tank specifications of FCEV developed in Korea, the hazard distance for explosion pressure (based on 16.5 kPa) is about 17.6 m, about 6 m for jet fire, up to 35m for fireball in road tunnel with a standard cross section (72 m2).
초록
본고에서는 호남~제주, 한중 및 한일 해저 철도에 대한 구상이 지속되고 있는 여건을 고려해 해저 철도 공사 방법 중 하나인 침매 터널 기술에 대해 조사한다. 본고는 현황조사를 통해 침매 터널을 대륙별 및 기능별로 분류해 분석한다. 본고는 준설방법을 요약해 정리하고 준설토 처리시설에 대해 설명한다. 또한 본고에서는 준설 작업이 해양 생태 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 취해진 조치 사례들을 소개한다. 본고는 침설 조인트 등 수중 함체 연결 과정 및 원리에 대해 설명한다. 본고는 기초공사를 성토와 지반개량으로 분류해 요약 정리하고, 관련된 지반 타공 및 수중 시멘트 사용이 주변 생태 환경에 미치는 영향에 대해 고찰한다.
Abstract
Having an awareness of the ongoing conception of Honam-Jeju, Korea-Japan, and Korea-China subsea tunnels for accommodating the railway, this paper investigates immersion tube tunnel technology, one of the underwater tunnel construction methods. This paper analyses the current status of immersed tube tunnels according to their location and function. This paper summarises the dredging methods and briefly introduces the muck disposal facility. Also introduced are the case studies where measures were taken to mitigate the impact of dredging on the surrounding marine environment. This paper also explains how the tunnel elements are connected underwater using an immersion joint. This paper classifies the foundation methods into bedding and ground improvement methods and provides summaries, including their environmental impact associated with drill cuttings and cementitious binders.
초록
본 연구의 목적은 2개 터널의 간격이 최소 1 m이내인 초근접 병설터널이 풍화토 또는 풍화암같은 연약대를 통과하는 경우에 대해 안전하며 경제적인 필라보강방법을 제시하는데 있다. 초근접 병설터널의 필라부 보강방법 제시를 위하여 2차로 도로터널 표준단 면도를 적용하였다. 필라부의 두께는 1 m로 가정하였다. 터널 통과 주변 지반 조건으로 풍화토 또는 풍화암으로 가정하였다. 필라부 안정성 평가를 위하여 4가지 보강 방법, 록볼트 보강, pre-stress 강연선 보강, 필라부 상부 수평강관 보강 + 그라우팅 보강, 수평 강관 보강 + 그라우팅 + pre-stress 강연선 보강 조건에 대하여 검토하였다. 터널 주변 지반조건이 풍화토인 경우 수평강관 보강 + 그라우팅 + pre-stress 강연선 보강 조건만 필라부에서 파괴가 발생하지 않았다. 터널 주변 지반조건이 풍화암인 경우 수평강관 보강 + 그라우팅 조건과 수평강관 보강 + 그라우팅 + pre-stress 강연선 보강 조건인 경우에서만 필라부에서 파괴가 발생하지 않았다. 수평강관 보강 + 그라우팅은 필라부 상부에 가해지는 상부하중을 지지하여 필라부 상부의 안정성을 증가시키는 역할을 수행한 것으로 판단된다.
Abstract
The objective of this study is to suggest a safe and economical pillar reinforcement method when very near-twin tunnels with a minimum interval of 1 m passes through a soft zone such as weathered soil or weathered rock. A standard cross-sectional view of a two-lane road tunnel was applied to suggest a pillar reinforcement method for the very near-twin tunnels. The thickness of the pillar was 1 m. The ground condition around the tunnel was weathered soil or weathered rock. There were four reinforcement methods for pillar stability evaluation. These were rock bolt reinforcement, pre-stressed steel strand reinforcement, horizontal steel pipe grouting reinforcement, horizontal steel pipe grouting + prestressed steel strand reinforcement. When the ground condition was weathered soil, only the pillar reinforced the horizontal steel pipe grouting + prestressed steel strand did not failed. When the ground condition was weathered rock, there were no failure of the pillar reinforced the horizontal steel pipe grouting or the horizontal steel pipe grouting + prestressed steel strand. It is considered that the horizontal steel pipe grouting reinforcement played a role in increasing the stability of the upper part of the pillar by supporting the upper load applied to the upper part of the pillar.
초록
최근 기반시설관리법(’20.10) 시행으로 전기, 통신, 상수도, 난방 시설과 같은 필수적인 라이프라인(Life-Line)을 공동으로 수용하는 공동구의 중요성이 높아진 실정이다. 현행 공동구 유지관리 체계는 사고예방적인 안전성 위주의 평가방식으로 관리되고 있어 효율적인 유지관리를 실시하는데 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 공동구 시설물에 대한 성능을 정량적으로 평가하기 위한 기준을 제안하기 위해 델파이 기법을 통해 성능평가 항목이 도출되었고, 계층화 분석법(AHP)기법을 통해 각 항목들에 대한 가중치가 산정 되었다. 향후, 현장적용을 통해 수정 및 보완을 한다면 보다 합리적인 공동구 성능평가 기준이 마련될 수 있을 것으로 판단된다.
Abstract
With the enforcement of the infrastructure management act, the importance of utility tunnels that jointly accommodate life-lines such as electricity, communication, water supply, and heating facilities has increased. The currently applied utility tunnel maintenance system is managed in an accident-preventive safety-based evaluation method. However, this evaluation method has limitations in effective maintenance. In this study, performance evaluation items were derived through the Delphi method to suggest a criterion for quantitatively evaluating the performance of utility tunnels, and the weights for each item were calculated through the Analytic Hierarchy Process (AHP) method. In the future, it is judged that a more reasonable performance evaluation standard of utility tunnel can be prepared if modifications and supplements are made through field application.
초록
도심지에서의 교통인프라 개발이 활발해 지고, 대심도 지하터널을 이용한 도시의 기반 시설 확충으로 인하여 도심지 구간에서 대심도 터널시공이 많이 이루어지고 있다. 이에 따라 대심도 터널시공으로 인한 터널안전 문제와 주변 지반 및 구조물의 안전 확보여부는 중요한 이슈가 되고 있으며, 터널시공에 앞서 대심도 터널공사에 따른 리스크를 분석하고 평가하여 리스크 관리를 반드시 수행하여야 한다. 본 연구에서는 대심도 터널과 도심지 터널이라는 특성을 반영하여 터널구간에 대하여 지반조사 자료, 설계 도서, 각종 사전 검토자료 및 시공계획 등을 바탕으로 수직구, 본선터널 및 대단면 터널 정거장 구간의 지하 안전성에 대한 주요 리스크를 분석하고 평가함으로서 수직구, 본선터널과 대단면 터널정거장 구간에 대한 안전리스크를 정량적으로 관리하고자 하였다. 본 연구는 도심지 대심도 터널공사에서 시공시 리스크와 안전 문제를 사전에 검토하는 경우 기본적인 기초 참고 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Abstract
As the construction of infrastructure using the underground tunnel in urban area have been rapidly increased, various accidents and collapses of tunnel including structure have been occurred in deep urban tunnelling. The concern and worry relating to the risk and safety of the tunnel during excavation is becoming the key issues in deep urban tunnelling. In this study, it was conducted for deep urban tunnel at GTX (Great Train Express) line which was located in Seoul metropolitan area to determine the risk characteristics for tunnel according to urban tunnelling. Also, it was reviewed the risk analysis and evaluation of the tunnel, shaft and station. And after a review of risk analysis and evaluation for risk register and hazard identification by using a risk matrix method, safety management of the tunnel according to excavation was evaluated to be secured. This study is expected to be applied as useful approach in deep urban tunnelling if you need to review the risk and safety management system of tunnel according to mitigation measures in complex urban tunnelling.
초록
도로터널은 입구와 출구를 제외한 모든 면이 막혀있는 반밀폐공간으로 화재가 발생할 경우 화재 연기는 화재로 인한 열부력과 터널 내 상시 존재하는 기류에 의해 종방향으로 확산하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 도로터널에는 연기의 이동방향을 제어하거나 화재지점에서 직접 배연함으로써 안전한 대피환경을 확보하고 신속한 구조 및 소화 활동을 위해 제연 설비를 설치하고 있다. 도심지에서는 인구 증가에 따른 교통량 증가로 인해 도심지 도로의 서비스 수준이 저하되어 극심한 정체현상이 빗어지고 있으며, 이에 대한 해결방안으로 도심지에 지하도로의 건설이 증가하고 있는 추세이다. 수소연료전지차(FCEV)의 TPRD를 통한 수소 누출 시 화재가 발생하는 경우, 화재강도는 누출량에 의존하며, 최대 화재강도는 TPRD의 오리피스 직경에 따라 달라진다. 본 연구에서는 TPRD의 오리피스 직경 1.8 mm를 고려하여 최대 화재강도가 15 MW일 때, 소형차전용터널 내 차도 풍속과 대배기구의 개방 간격에 따른 화재연기의 확산거리에 대해 분석하였다. 그 결과, 터널 내 차도 풍속이 1.25 m/s 이하인 경우 터널 내 기류제어가 가능하였으며, 댐퍼 간격이 50 m, 100m 인 경우 화재로부터 200 m 범위 이내에서 제연이 가능한 것으로 분석됐다.
Abstract
The road tunnel is a semi-closed space that is blocked on all sides except the entrance and exit, and in the event of a fire, the smoke of the fire spreads longitudinally due to heat buoyancy caused by the fire and air currents that always exist in the tunnel. To solve this problem, smoke removal facilities are installed in road tunnels to secure a safe evacuation environment by controlling the direction of movement of smoke or directly smoking at fire points. In urban areas, the service level of urban roads decreases due to the increase in traffic due to the increase in population, and as a solution, the construction of underground roads in urban areas is increasing. When a fire occurs during hydrogen leakage through TPRD of a hydrogen fuel cell vehicle (FCEV), the fire intensity depends on the amount of leakage, and the maximum fire intensity depends on the orifice diameter of the TPRD. Considering the TPRD orifice diameter of 1.8 mm, this study analyzed the diffusion distance of fire smoke according to the wind speed of the roadway and the opening interval of the large exhaust port when the maximum fire intensity was 15 MW. As a result, it was analyzed that air flow in the tunnel could be controlled if the wind speed of the road in the tunnel was less than 1.25 m/s, and smoke could be controlled within 200 m from the fire if the damper interval was 50 m and 100 m.