• Research Paper

    A study on the optimal reinforced zone of a small sectional shield TBM tunnel in difficult ground

    특수지반 구간의 소단면 쉴드 TBM 터널 굴착 시 최적 보강영역 연구

    Byung-Yun Kang, Hyung-Keun Park, Jae-Hoon Cha, Young-Jin Kim

    강병윤, 박형근, 차재훈, 김영진

    Due to the lack of ground space by urbanization, the demand of utility tunnels for laying social facilities is increasing. During the ...

    도시화에 따른 지상공간 부족으로 인해 사회시설물 매설을 위한 공동구 터널의 수요가 증가하고 있다. 쉴드 TBM 공법을 이용한 도심지에서의 공동구 터널 시공 중 ...

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    Due to the lack of ground space by urbanization, the demand of utility tunnels for laying social facilities is increasing. During the construction of a utility tunnel in downtown area using a shield TBM, various problems may occur when difficult ground is encountered such as mixed ground and cobbly ground. Thus, in this study, using MIDAS GTS NX (Ver. 280), a numerical analysis was performed on characteristics of difficult ground, reinforced area, depth of cover and groundwater level to analyze the optimal ground reinforced area according to combination of parameters. As a result, it was difficult to secure stability in unconstrained excavation cases on both the mixed ground and the cobbly ground. However, when ground reinforcement grouting as much as 2.0D is applied, convergence occurred within the allowable limit, except for mixed ground with a depth of cover 30 m. In addition, excessive leakage occurred during excavation of both the mixed ground and the cobbly layers. It was able to secure stability after applying waterproof grouting.


    도시화에 따른 지상공간 부족으로 인해 사회시설물 매설을 위한 공동구 터널의 수요가 증가하고 있다. 쉴드 TBM 공법을 이용한 도심지에서의 공동구 터널 시공 중 불가피하게 복합지반, 호박돌층과 같은 특수지반 조우 시 여러 가지 트러블이 발생하여 공기 및 공사비가 증가될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 MIDAS GTS NX (Ver. 280)을 이용해 특수지반의 특성, 보강영역, 토피고, 수위를 달리하여 수치해석을 수행하여 매개변수 조합에 따른 최적의 지반보강영역을 분석하였다. 그 결과 복합지반과 호박돌층 모두 무보강 지반굴착 시 안정성 확보가 어려웠으나 최대 2.0D 만큼의 지반보강 그라우팅 적용 시 토피고 30 m인 복합지반을 제외하고 내공변위가 허용치 내로 발생하였다. 또한 복합지반 및 호박돌층 모두 굴착 시 과다한 지하수 유출이 발생하여 차수그라우팅 적용 후 안정성을 확보할 수 있었다.

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    November 2019
  • Research Paper

    A study on the ventilation control method of road tunnel for small vehicles

    소형차 전용 도로터널의 환기기 제어방안에 대한 연구

    Ji-Oh Ryu, Hu-Young Lee, Ji-Don Chang

    류지오, 이후영, 장지돈

    In recent years, in urban areas, underground of roads are being promoted in order to resolve traffic congestion and to secure green ...

    최근 들어 대도시의 교통난 해소 및 녹지공간 확보를 위해서 도로의 지하화가 추진되고 있으며, 대형차 혼입률이 낮기 때문에 소형차 전용 도로터널로 계획되거나 건설되고 ...

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    In recent years, in urban areas, underground of roads are being promoted in order to resolve traffic congestion and to secure green spaces, and due to the low ratio of large vehicles, they are planned or constructed as road tunnels for small cars only. In addition, the tunnels being built in the city is a tendency to be enlarged to play the role of main roads. Accordingly, the capacity of the ventilation system is increasing and various ventilation methods are required, and the importance of maintenance after the completion of the tunnel such as the operating cost of the ventilation system is emphasized. Therefore, the need for optimization of the operation stage for reducing the power consumption of the ventilation system and the study of the ventilation system operation control logic is increasing. In this study, the study on the necessity of the optimization of operation stage and control logic of the ventilation system was carried out to realize the energy-saving operation for the small car only passing through tunnels which is applied of ① jet fan and combination ventilation system (② jet fan + air purifying equipment, ③ jet fan + vertical shaft , ④ jet fan + supply air semi-transverse). As a result of this study, there can be various operating combinations in the case of the combined ventilation system, and even though the amount of ventilation air is the same, the operating power varies greatly according to the operating combinations. It was found that operating the axial fan first rather than the jet fan first operation method has an effect on power saving.


    최근 들어 대도시의 교통난 해소 및 녹지공간 확보를 위해서 도로의 지하화가 추진되고 있으며, 대형차 혼입률이 낮기 때문에 소형차 전용 도로터널로 계획되거나 건설되고 있다. 또한, 도시에 건설되고 있는 터널은 간선도로의 기능을 수행하기 위해서 장대화되는 추세이다. 따라서 환기시스템의 용량이 증대하고 다양한 환기방식이 요구되고 있으며, 환기기 운전비용 등 터널준공 후, 유지관리의 중요성이 부각되게 되었다. 따라서 환기기 소비전력의 절감을 위한 운전단계의 최적화나 환기기 운전제어로직에 대한 연구의 필요성이 증대하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 소형차 전용도로 터널에 ① 제트팬방식과 조합환기방식, ② 제트팬 + 공기정화방식, ③ 제트팬 + 수직갱방식, ④ 제트팬 + 급기반횡류환기방식을 적용하여 에너지 절약적인 환기기 운전을 실현하기 위해서 운전단계 및 제어로직 최적화 방안의 필요성에 대한 연구를 수행하였다. 연구의 결과로 조합환기방식의 터널의 경우, 다양한 운전조합이 있을 수 있으며, 발생되는 환기량이 동일할 지라도 운전조합에 따라 소요동력이 크게 차이가 나며, 일반적으로 수행하고 있는 제트팬 우선 운전방식보다는 축류팬을 우선 운전하는 것이 동력절감에 효과가 있는 것으로 나타났다.

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    November 2019
  • Research Paper

    Performance analysis of sand abrasives for economical rock cutting using waterjet

    경제적인 워터젯 암반절삭을 위한 모래 연마재 성능 분석

    Tae-Min Oh, Dong-Yeup Park, Tae-Hyun Kong

    오태민, 박동엽, 공태현

    Abrasive waterjet cutting technology has been used for rock excavation of tunnels and underground structures due to various advantages. In order to ...

    연마재 워터젯 절삭 기술은 다양한 장점으로 인하여 터널 및 지하공간 암반굴착에 활용되고 있다. 워터젯을 이용하여 암반을 파쇄하기 위해서는 반드시 연마재 투입이 필수적이다 ...

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    Abrasive waterjet cutting technology has been used for rock excavation of tunnels and underground structures due to various advantages. In order to cut rocks by using the abrasive waterjet system, abrasive is essential to enhance impact energies for fracturing the target rock. Since garnet abrasives are not produced in Korea, alternative abrasives, instead of garnets, are needed to achieve the economical waterjet cutting. This study is to analyze cutting performance for rocks with sandy particles as alternative abrasive. Cutting tests were carried out on granite specimens at the constant waterjet energy (e.g., water pressure or water flow rate). The five kinds of sands, sampled by construction fields and natural sites, were prepared to perform the experimental tests. When sea sand was used as an alternative abrasive, cutting performance was secured to be 60~70% compared to the commercial garnet abrasive. Thus, it is expected that sand abrasives can be applied on the waterjet cutting process for the economical excavation construction.


    연마재 워터젯 절삭 기술은 다양한 장점으로 인하여 터널 및 지하공간 암반굴착에 활용되고 있다. 워터젯을 이용하여 암반을 파쇄하기 위해서는 반드시 연마재 투입이 필수적이다. 기존 석류석(garnet) 연마재는 국내에서 생산되지 않기 때문에 경제적 측면에서 대체 연마재가 필요한 실정이다. 본 연구는 국내 자연 및 건설현장에서 쉽게 구할 수 있는 모래를 대체 연마재로 사용 가능한지 규명하고자 한다. 실험 데이터 확보를 위해 준비한 현장 모래 5종을 연마재로 사용하여, 동일한 에너지 조건(수압, 유량)에서 화강암 절삭 실험을 수행하였다. 바다 모래를 연마재로 사용할 경우, 절삭성능은 상용 석류석 대비 60~70%가 확보되는 것으로 확인되었다. 현장에서 경제적인 워터젯 굴착을 위해서 현장 모래를 대체 연마재로 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.

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    November 2019
  • Research Paper

    A study on the effects of changes in the estimating criteria for ventilation requirements in road tunnels

    도로터널 소요환기량 산정기준 변화에 따른 영향 분석

    Hyo-Gyu Kim, Chang-Woo Lee

    김효규, 이창우

    The ventilation rate (Qreq) requirement in road tunnels is not just a basic information for determining the tunnel cross-sectional area, but also ...

    소요환기량은 터널단면을 결정하기 위한 기초적인 자료로, 터널 내 환기 시스템을 결정하기 위한 주요한 요소이다. 소요환기량은 터널 내 교통량 자료에 기초하고 있으며, 차량으로부터 ...

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    The ventilation rate (Qreq) requirement in road tunnels is not just a basic information for determining the tunnel cross-sectional area, but also a major factor for the ventilation system selection. The Qreq is predominantly dependent on the vehicle traffic volume, while among others, the vehicle exhaust emissions and permissible standards are critical. This paper analyzes the changes in the Qreq designing criteria and/or recommendations suggested by World Road Association and local authorities over the last 20 years, since the first local designing criteria was established in 1997 by Korea Expressway Corporation. Additionally, based on the updated vehicle emission standards of Ministry of Environment and recent recommendations of the World Road Association (WRA), changes in the Qreq and its effects are studied in terms of the length and grade of the tunnel.


    소요환기량은 터널단면을 결정하기 위한 기초적인 자료로, 터널 내 환기 시스템을 결정하기 위한 주요한 요소이다. 소요환기량은 터널 내 교통량 자료에 기초하고 있으며, 차량으로부터 배출되는 오염물질량과 터널 내 허용농도 기준에 의해 결정된다. 본 논문에서는 처음으로 국내 기준이 한국도로공사에 의하여 규정된 1997년 이후 20년간 변화한 도로터널 환기설계기준을 검토하고 최근의 환경부 ‘제작차 배출허용기준’과 세계도로협회(WRA) 2019년 설계권고기준 등을 바탕으로, 터널의 특성, 특히 길이 및 종단경사를 고려하여 소요환기량 차이 및 영향을 비교분석하였다.

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    November 2019
  • Research Paper

    Review of the installable area of multi-utility tunnel using feasibility assessment indexes

    타당성 평가지표를 활용한 터널식 공동구 설치가능지역 검토

    Won-Joon Oh, Kyu-Nam Jin, Gwi-Tae Na, Choong-Yeun Cho, Young-Jong Sim

    오원준, 진규남, 나귀태, 조중연, 심영종

    In this paper, The study was conducted on the method to roughly determine the area and length of the multi-utility tunnel before ...

    본 논문에서는 공동구 도입에 대한 계획 및 설계 단계 이전에 공동구 설치가능 지역과 연장을 개략적으로 결정할 수 있는 방법에 대한 연구를 진행하였다 ...

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    In this paper, The study was conducted on the method to roughly determine the area and length of the multi-utility tunnel before the planning and design phase of the multi-utility tunnel construction. For this purpose, four feasibility indexes were used: traffic density, population density, disaster prevention index (number of workers), and urbanization rate, which reflect the regional characteristics. The installation criteria were set in consideration of the average value and minimum value of the feasibility indexes for the tunnel type among areas that can be installed in the multi-utility tunnel of Seoul. The analysis area included 200 areas based on 14 zones. The results of the analysis based on the minimum value of feasibility indexes indicated that the tunnel type of multi-utility tunnel is suitable for 39 areas with high traffic volume and population. On the other hand, the ‘gun’ area, etc., has a wider population than the ‘si’ and ‘gu’, suggesting that it is not suitable to install multi-utility tunnel. In addition, it can be seen that the larger the index value centered on the minimum value of each index, the smaller the tunnel type of multi-utility tunnel installation area.


    본 논문에서는 공동구 도입에 대한 계획 및 설계 단계 이전에 공동구 설치가능 지역과 연장을 개략적으로 결정할 수 있는 방법에 대한 연구를 진행하였다. 이를 위하여 자료획득이 가능하며 지역적 특성을 반영하고 있는 교통량, 인구밀도, 방재지수(종사자수) 및 시가화율 4개의 타당성 지표를 사용하였다. 서울시 공동구 설치 가능 지역 중 터널식으로 설치 가능한 노선에 대한 타당성 지표의 평균값과 최소값을 고려하여 설치 기준을 설정하였다. 분석대상 지역은 14개의 권역을 기준으로 200개 지역을 대상으로 하였다. 분석결과 타당성 지표의 최소값을 기준으로 터널식 공동구는 교통량 및 인구 등이 많은 39개 지역에 설치가 적합한 것으로 나타났다. 반면, ‘군’ 단위 등은 ‘시, 구’에 비하여 인구가 넓게 분포되어 공동구 설치가 적합하지 않은 것으로 분석되었다. 또한 각 지표의 최소값을 중심으로 지표값이 커질수록 터널식 공동구 설치 지역이 줄어듦을 알 수 있었다.

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    November 2019
  • Research Paper

    A study on the slip-up speed of a shaft using heating slip form

    히팅슬립폼을 적용한 수직구 구조물의 상승속도에 관한 연구

    Eomsik Ko, Sanghun Lee, Jongpil Park, Goangseup Zi, Changyong Kim

    고엄식, 이상훈, 박종필, 지광습, 김창용

    Slip form method is applied to many cases of a shaft these days because it is safer, more economical and faster than ...

    최근에는 수직구 구조물 시공방법으로 현장타설 공법 대비 시공속도가 빠르며, 안전하고 경제적인 연속상승 슬립폼 공법이 다수의 현장에 적용되고 있다. 슬립폼 공법으로 시공 가능한 ...

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    Slip form method is applied to many cases of a shaft these days because it is safer, more economical and faster than cast-in-place method. Slip-up height of the method is approximately 2.5 to 4.0 m/day. If the temperature of concrete is outside the range of 10 to 30°C, the effects of changes in strength or elastic characteristics are significant. Therefore, it is difficult for slip-up speed to be higher than 3 m/day during winter construction. In addition, concrete has heat caused by hydration, which causes temperature cracking of hardened concrete. Therefore, temperature control of concrete curing is necessary for the continuous slip-up of slip form. In this study, the rebound hardness, time of ultrasonic waves propagation, heat of hydration, and external temperature are measured by developing heating panels and test devices for the continuous slip-up. Based on this, heating slip form is manufactured; this was applied to “Kimpo sites” and “Sinwol sites”. The compared slip-up speed samples were 1.9 m/day or 0.200 m/hr on average at Gimpo sites (08:00~17:30) and 2.0 m/day or 0.210 m/hr at Sinwol sites.


    최근에는 수직구 구조물 시공방법으로 현장타설 공법 대비 시공속도가 빠르며, 안전하고 경제적인 연속상승 슬립폼 공법이 다수의 현장에 적용되고 있다. 슬립폼 공법으로 시공 가능한 높이는 2.5~4 m/day로 알려져 있는데, 콘크리트 온도가 10~30°C의 범위 밖에서는 강도 변화나 탄성 특성의 변화에 미치는 영향이 크므로 동절기 공사에서는 3 m/day 이상의 시공속도를 내기가 어렵다. 또한, 콘크리트는 수화 작용으로 인해 수화열이 발생하는데, 이는 콘크리트의 온도 균열을 초래한다. 따라서 슬립폼 연속상승시 콘크리트의 온도 제어 양생이 필요하며, 본 연구에서는 히팅 패널 및 시험용 연속상승 장치를 개발하여 반발경도, 초음파 전파시간, 수화열 및 외부온도를 측정하였다. 이를 기반으로 히팅슬립폼을 제작하였으며, “김포 현장”과 “신월 현장”에 히팅슬립폼을 적용하였다. 김포현장은 주간(08:00~17:30) 평균 1.9 m/day 또는 0.200 m/hr, 신월 현장은 2.0 m/day 또는 0.210 m/hr를 목표 상승속도 값으로 비교하였다.

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    November 2019
  • Research Paper

    A numerical study of the influence of rock mass classes boundary on tunnel stability

    암반 등급 경계가 터널 안정성에 미치는 영향에 관한 수치해석적 연구

    Gyeomyeon Kim, Chanmook Jung, Yongjun Lee

    김겸연, 정찬묵, 이용준

    When the tunnel is designed, the ground is classified into several grades and the corresponding support system is applied according to the ...

    터널 설계 시 조사를 통하여 지반을 여러 개의 등급으로 분류한 후 지보패턴표에 따라 해당 지보시스템을 적용하게 된다. 그러나 암반 등급을 기준으로 한 ...

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    When the tunnel is designed, the ground is classified into several grades and the corresponding support system is applied according to the support pattern table. However, a simple pattern application based on rock grade does not take into account the longitudinal stress transitions occurring at rock grade boundaries. In this study, three-dimensional numerical analysis was performed to estimate the stress change in the longitudinal rock grade change of NATM tunnel, and the influence zone of load transfer was investigated using the influence line and trend line. As a result, the downward change of rock grade in the direction of tunnel excavation occurs in the range of 0.35~0.7D from low-strength rock to high-strength rock around the grade change boundary. It is necessary to apply a downward pattern of about 1.0D to the safety direction in consideration of the influence range of 0.35D to 0.7D.


    터널 설계 시 조사를 통하여 지반을 여러 개의 등급으로 분류한 후 지보패턴표에 따라 해당 지보시스템을 적용하게 된다. 그러나 암반 등급을 기준으로 한 단순한 패턴 적용방식은 암반 등급 경계부에서 발생하는 종방향 응력 전이를 고려하지 못한다. 본 연구는 NATM 터널의 종방향 암반 등급 변화부에서 응력 변화를 추정하기 위한 3차원 수치해석을 실시하였으며 Influence Line (영향선) 및 Trend Line (경향선)을 이용하여 하중 전이 영향권을 파악하고자 하였다. 연구 결과 터널 굴착방향으로 암반 등급이 하향 변화하면 등급변화 경계를 중심으로 강성이 약한 암반에서 강성이 큰 암반 방향으로 0.35~0.7D 범위에서 응력 전이가 발생하며 이를 고려하여 암반 등급의 종방향 하향 변화부에서는 연구결과의 0.35~0.7D 영향권을 감안하여 안전측으로 1.0D 정도의 하향패턴을 추가 적용하는 것이 필요하다.

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    November 2019
  • Research Paper

    A study on practical use of remote automatic fire extinguishing equipment through test bed in road tunnel

    도로터널용 원격 자동소화 설비의 test bed 적용을 통한 실용화 방안 연구

    Sang-Heon Park, Sung-Joo An, Jae-Hoon Kim, Kyung-soo Kim, Jun-Su Yun, Yong-Ho Yoo

    박상헌, 안승주, 김재훈, 김경수, 윤준수, 유용호

    Korea’s long underground roads are being promoted around the metropolitan city center to realize advanced transportation networks. Many disaster prevention facilities ...

    국내 장대 지하도로는 선진화 교통망 구현을 위해 대도시를 중심으로 추진되고 있다. 폐합되고 장대화된 지하도로의 화재안전성 확보를 위해 많은 방재시설이 적용되며, 1등급 터널에서는 ...

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    Korea’s long underground roads are being promoted around the metropolitan city center to realize advanced transportation networks. Many disaster prevention facilities are applied to secure fire safety of the closed and long-distance underground roads. As the facility response and fire suppression subjects are unclear, additional human and material damages from fire spread are inevitable. Therefore, in this study, we developed a remote automatic fire extinguishing system that uses the fire extinguishing water inside the fire hydrant to monitor the CCTV in the management room and sprays it directly to the fire site through automatic control. The design application method was studied through the performance improvement that can be put into practical use.


    국내 장대 지하도로는 선진화 교통망 구현을 위해 대도시를 중심으로 추진되고 있다. 폐합되고 장대화된 지하도로의 화재안전성 확보를 위해 많은 방재시설이 적용되며, 1등급 터널에서는 물분무 설비를 이용하여 초기 화재 진압을 위한 설비로 적용되지만 2~4등급 터널에서는 초기 화재진압을 위한 방재시설 대응 및 화재진압 주체가 불분명하여 화재확산에 따른 추가적인 인적/물적 피해가 불가피하다. 따라서 본 연구에서는 1등급 물분무 설비와 같이 초기화재 진압이 가능하도록 옥내소화전 소화용수를 이용하여 관리실에서 CCTV로 모니터링 하고 자동 제어를 통하여 화재지점에 직접 분사하는 원격 자동소화설비 시스템을 개발하였으며, Test Bed를 통하여 실용화를 위한 통하여 성능개선방안을 연구하였다.

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    November 2019
  • Research Paper

    Development of shield-TBM scale model system for excavation of curved section

    급곡구간 굴착을 위한 쉴드-TBM 축소모형 장비 시스템 개발

    Min-Teak Kong, Yeon-Deok Kim, Kyung-Heon Lee, Beoung-Hyeon Hwang, Jun-Kyu An, Sang-Hwan Kim

    공민택, 김연덕, 이경헌, 황병현, 안준규, 김상환

    This paper is a study on the development of equipment system to obtain data on stability in excavation of sharp curve section ...

    본 논문은 쉴드 TBM의 급곡구간 굴착 시 안정성에 대한 데이터를 얻기 위한 장비 시스템 개발 연구이다. 최근 터널 굴착에 쉴드 TBM 장비가 ...

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    This paper is a study on the development of equipment system to obtain data on stability in excavation of sharp curve section of Shield TBM. Shield TBM equipment is being used a lot recently for tunnel excavation. Excavation may result in inevitable detours by buildings above the ground or existing underground structures. Pre- construction simulation is required to verify the stability of the construction in case of this. Therefore, it is necessary to establish an automated control system through the development of this equipment system and conduct simulation through simulation of excavation model in the sharp curve section. A system shall be developed to control the left and right angles and thrust of the equipment, and to view data on the earth pressure and propulsion pressure of the equipment in real time during excavation. With this system, the necessary data can be collected for field testing through excavation method and excavation simulation by angle. It is expected that it will be very useful in assessing the actual Shield TBM by conducting a scale-down model experiment.


    본 논문은 쉴드 TBM의 급곡구간 굴착 시 안정성에 대한 데이터를 얻기 위한 장비 시스템 개발 연구이다. 최근 터널 굴착에 쉴드 TBM 장비가 많이 활용되고 있다. 굴착 시 지반 상부의 건물이나 기존 지하 구조물에 의해 불가피 하게 우회해야 할 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우에 대비하여 시공의 안정성을 확인하기 위해 시공 전 사전 시뮬레이션이 필요로 한다. 그러므로 본 장비 시스템 개발로 자동화 제어시스템을 구축하여 급곡구간 굴착 모형 시뮬레이션을 통해 모의실험을 진행한다면 안정성을 높일 수 있을 것이다. 장비의 좌 ‧ 우 각도 및 추력 등을 제어하며 굴착 시 장비에 받는 토압, 추진압에 대한 데이터를 실시간으로 볼 수 있도록 시스템을 개발하여야 한다. 이 시스템으로 굴착 방법과 각도 별 굴착 시뮬레이션을 통한 현장실험에 필요데이터를 수집할 수 있다. 실제 쉴드 TBM 공사 전 축소모형 실험을 통한 평가 시 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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    November 2019
  • Research Paper

    Effects of interface stiffness on dynamic behavior of connections between vertical shafts and tunnels under earthquake

    지진 시 공동구용 수직구-터널 접속부 거동에 대한 경계면 강성 계수의 영향

    Jung-Tae Kim, Eun-Soo Hong, Seok-Jun Kang, Gye-Chun Cho

    김정태, 홍은수, 강석준, 조계춘

    A great interest in the seismic performance evaluation of small size tunnel structures such as utility tunnel has been taken since recent ...

    최근 발생한 포항과 경주 지진 이후 공동구와 같은 소단면 터널 구조물에 대한 내진 성능 평가에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 연구에서는 유한 ...

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    A great interest in the seismic performance evaluation of small size tunnel structures such as utility tunnel has been taken since recent earthquakes at Pohang and Gyeongju in Korea. In this study, the three-dimensional dynamic analyses of vertical shaft and horizontal tunnel under seismic load were carried out using FLAC3D. Especially, parametric analyses was performed to investigate the effects of interfacial stiffness on interfacial behavior between soil and structure. The parametric analysis showed that the interfacial stiffness scarcely gave an effect on the global dynamic behavior of the structure, while had a significant effect on the local displacement behavior of the connections. The magnitude of the interfacial stiffness was inversely proportional to the displacement, while the magnitude of interface stiffness was proportional to the normal and shear stresses. The results of this study suggest the limitations of the existing empirical equations for interfacial stiffness and emphasize the need to develop new interfacial stiffness models.


    최근 발생한 포항과 경주 지진 이후 공동구와 같은 소단면 터널 구조물에 대한 내진 성능 평가에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 연구에서는 유한 차분법 기반의 FLAC3D를 사용하여 지진 하중에 대한 수직구와 수평 터널 구조물에 대한 3차원 동적 해석을 수행하였다. 특히 지반과 구조물 사이 경계면 특성을 고려한 지반-구조물 상호 해석 시 중요 인자인 경계면 강성 계수의 영향을 분석하기 위한 매개변수 해석을 수행하였다. 매개변수 해석을 통해 경계면 강성 계수는 지하 구조물의 전체 동적 거동에는 큰 영향을 미치지 않지만 접속부의 국부적인 변위 거동에는 큰 영향을 미치는 것을 확인 할 수 있었다. 경계면 강성 계수의 크기는 접속부에서의 변위와 반비례하는 경향을 보였으며, 수직 응력 및 전단 응력에 대해서는 비례하는 경향을 확인하였다. 연구 결과 수치 해석에서 주로 사용되고 있는 경계면 강성 계수에 대한 경험적 식의 한계를 제시할 수 있었으며, 새로운 경계면 강성 계수 모델 개발의 필요성을 확인하였다.

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    November 2019
  • Research Paper

    Determination of the coefficient of variation of parameters for the reliability design of shield tunnel segment lining

    쉴드 터널 세그먼트 라이닝의 신뢰성 설계를 위한 변수의 변동계수 결정

    Yoseph Byun, Do Kim, Seongwon Lee

    변요셉, 김 도, 이성원

    This paper is aimed to suggest the coefficient of variation of the total load on the segment lining and the coefficient of ...

    본 논문은 쉴드 터널의 신뢰성 기반 설계시에 세그먼트 라이닝에 작용하는 전체 하중에 대한 변동계수와 토압에 대한 변동계수를 제시하였다. 이를 위해 국내 도심지 ...

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    This paper is aimed to suggest the coefficient of variation of the total load on the segment lining and the coefficient of variation of earth pressure in reliability based design of shield tunnel. For this purpose, the statistical characteristics of weathered soil and weathered rock were calculated by analyzing the site survey data of the domestic urban section. The coefficient of variation could be estimated by applying these values ​​to Terzaghi’s theory using MCS technique. As a result, the coefficient of variation of rock load for weathered soil and weathered rock was 0.08~0.14. The coefficient of variation for the total load acting on the tunnel was LC1 = 0.38, LC2 = 0.33, and LC3 = 0.37. The proposed coefficients of variation can be used in the reliability-based design of shield tunnel segments.


    본 논문은 쉴드 터널의 신뢰성 기반 설계시에 세그먼트 라이닝에 작용하는 전체 하중에 대한 변동계수와 토압에 대한 변동계수를 제시하였다. 이를 위해 국내 도심지 구간에 해당하는 지반 조사 자료를 분석하여 풍화토 및 풍화암에 대한 통계적 특성치를 산정하였으며, MCS기법을 활용하여 이 값들을 Terzaghi 이론식에 적용하여 변동계수를 산정할 수 있었다. 그 결과, 풍화토 및 풍화암에 대한 이완하중의 변동계수는 0.08~0.14의 범위로 나타났고, 작용하는 전체 하중에 대한 변동계수는 LC1 = 0.38, LC2 = 0.33, LC3 = 0.37이 적절한 것으로 나타났다. 제시된 변동계수는 쉴드 터널의 세그먼트에 대한 신뢰성 기반 설계 시 활용이 가능할 것으로 판단된다.

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    November 2019
  • Research Paper

    A study on the operation characteristics of oversized exhaust port applicable to double-deck tunnel

    복층터널에 적용 가능한 화재 연동형 대배기구 운영 특성 분석 연구

    Jinouk Park, Yongho Yoo, Yangkyun Kim, Byoungjik Park, Whiseong Kim

    박진욱, 유용호, 김양균, 박병직, 김휘성

    Recently, the number of underground road development projects has been increasing to solve traffic problems in the national capital region and metropolitan ...

    인구 초과밀화 현상이 심해지고 있는 국내 수도권 및 대도시에서 발생되고 있는 교통문제 해결을 위해 지하도로 개발 사업이 늘어나고 있으며, 시공성과 경제성의 이점을 ...

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    Recently, the number of underground road development projects has been increasing to solve traffic problems in the national capital region and metropolitan areas with intensified overcrowding, and there has been a tendency to plan underground roads by applying a double-deck tunnel technology that has advantages in constructability and economical efficiency. The double-deck tunnel has a structure where one excavation section is divided into two parts and used as up and down lines, and is mainly used as a road for small vehicles only due to its low floor height. In addition, due to the small cross-sectional area, it has characteristics different from those of general road tunnels in terms of ventilation and disaster prevention. In this regard, this study proposed an operational plan that applies an oversized exhaust system, which is one of semi-transverse ventilation systems, to small cross-sectional tunnels like double-deck tunnel with low floor height, and a comparative analysis between smoke exhaust characteristics according to the fire occurrence locations and oversized exhaust systems was conducted using the Fire Dynamics Simulator (FDS). The results showed that unlike uniform exhaust, intensive smoke exhaust using the oversized exhaust port maximized the delay effect of smoke diffusion and limited the smoke within 50 m above and below the fire point.


    인구 초과밀화 현상이 심해지고 있는 국내 수도권 및 대도시에서 발생되고 있는 교통문제 해결을 위해 지하도로 개발 사업이 늘어나고 있으며, 시공성과 경제성의 이점을 가지는 복층터널 기술을 적용하여 다수의 지하도로를 계획하고 있는 추세이다. 복층터널은 하나의 굴착단면을 두 개로 나눠 상하행선으로 사용하는 방식으로 대부분 층고가 낮아 소형차량 전용도로로 사용되고 있는 실정이다. 또한, 이러한 소단면 특성으로 인해 환기 및 방재 측면에서도 일반 도로터널과 상이한 특성을 가지게 된다. 본 연구에서는 복층터널과 같이 층고가 낮은 소단면 터널에 반횡류식 환기방식의 하나인 대배기구 방식을 적용한 운영안을 제시하고 FDS 시뮬레이션을 통해 화재발생 위치와 대배기구 배연 방식 등에 따른 배연 특성을 비교하여 분석하였다. 그 결과 균일배기와 달리 대배기구를 이용하여 집중배연시 연기의 확산지연 효과가 최대화 되고 연기가 화재지점 상하류 50 m안에 제한시킬 수 있었다.

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    November 2019
  • Research Paper

    Performance evaluation of high-performance lattice girder using numerical analysis

    수치해석을 통한 고성능 격자지보재의 성능 평가

    Dong-Gyou Kim, Sungyoull Ahn

    김동규, 안성율

    The objective of this study is to evaluate the field support performance of high- performance lattice girder (BK-Lattice Girder) by using numerical ...

    본 연구의 목적은 수치해석을 수행하여 고성능 격자지보재(BK-Lattice Girder)의 현장 지지성능을 평가하기 위한 것이다. 고속도로 2차로, 3차로와 4차로 터널 단면에 3가지 ...

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    The objective of this study is to evaluate the field support performance of high- performance lattice girder (BK-Lattice Girder) by using numerical analysis. Three types (50, 70, 95-type) of existing and high performance lattice girders were applied to the cross section of highway 2, 3, and 4 lane tunnels to compare the supporting performance. The numerical analysis was the finite element method and the lattice girder was modeled in three dimensions with an elasto-plastic frame. The ground was modeled as a spring receiving only compression. The load was applied as a concentrated load on the central ceiling of the tunnel section. The yield strengths of the lattice girders were determined from the numerical results to compare the supporting performance of lattice girder. In case of 50-type, the yield strengths of high-performance lattice girders were increased by 6.7~10.0% compared with those of the existing lattice girders. In the case of 70-type, the high-performance lattice girders increased yield strengths by 12.1~14.9% than the existing lattice girder. In the case of 95-type, the high-performance lattice girders increased yield strengths by 13.3~20.0% than the existing lattice girder. As a result of numerical analysis, it was considered that the high-performance lattice girder supported better than the existing lattice girder when only the lattice girders were constructed.


    본 연구의 목적은 수치해석을 수행하여 고성능 격자지보재(BK-Lattice Girder)의 현장 지지성능을 평가하기 위한 것이다. 고속도로 2차로, 3차로와 4차로 터널 단면에 3가지 형태(50, 70, 95 타입)의 기존 및 고성능 격자지보재를 적용하여 지지성능을 비교하였다. 수치해석은 유한요소방법을 사용하였고 격자지보재는 탄소성 프레임으로 3차원으로 모델링하였다. 지반은 압축만을 받는 스프링으로 모델링하였다. 하중은 터널 단면의 중앙 천정부에 집중하중으로 적용하였다. 수치해석 결과로부터 격자지보재의 항복강도를 결정하여 지지성능을 비교하였다. 50타입의 경우, 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 항복강도가 6.7~10.0% 증가하였다. 70타입의 경우, 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 항복강도가 12.1~14.9% 증가하였다. 95타입의 경우에도, 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 항복강도가 13.3~20.0% 증가하였다. 수치해석을 수행한 결과, 격자지보재만 시공된 경우에 고성능 격자지보재는 기존 격자지보재보다 지지성능이 우수한 것으로 판단되었다.

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    November 2019