터널 심도에 따른 발파 진동 영향 및 최적 발파 이격거리 연구

공석민,최상일,김영배,노원석,김창용,이성원 사단법인 한국터널지하공간학회 2022 한국터널지하공간학회논문집 Vol.24 No.6

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. 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.

신설터널의 위치에 따른 기존 병렬터널의 영향 분석

윤지석,김한얼,남경민,정예림,조재은,유한규 사단법인 한국터널지하공간학회 2022 한국터널지하공간학회논문집 Vol.24 No.2

Recently, ground structures have reached saturation, and underground construction using underground structures such as tunnels has been in the spotlight as a way to solve increasing traffic difficulties and environmental problems. However, due to the increasing number of underground structures, close construction is inevitable for continuousunderground development. When a new underground structure is constructed closely, stability may become weak due to the influence on the existing tunnel, which may cause collapse. Therefore, analyzing the stability of existing tunnels due to new structures is an essential consideration. In this study, the effect of excavating new tunnels under parallel tunnels on existing parallel tunnels was analyzed using numerical analysis. Using the Displacement Control Model (DCM), the volume loss generated during construction was simulated into three case (0.5%, 1.0%, and 1.5%). Based on the center of the pillar, the distance where the new tunnel is located was set to 5 m, 6 m, 7 m, 8 m, 9 m, and the space for each distance were set to 5 (0D1, 0.37D1, 0.75D1, 1.13D1, 1.5D1). In general, as the volume loss increased and the distance approached, the maximum displacement and angular displacement increased, and the strength/stress ratio toevaluate the stability of the pillar also decreased. As a result, when the distance between the new tunnel and the center of the pillar is 5 m, the space is 0D1, and the volume loss is 1.5%, the stability of the existing parallel tunnel is the weakest. 최근 지상구조물이 포화상태에 이르렀고 증가하는 교통난과 환경문제를 해결하기 위한 방안으로 터널과 같은 지하구조 물을 활용한 지하화 건설이 각광 받고 있다. 그러나 증가하는 지하구조물로 인해 지속적인 지하화 개발을 위해서는 근접 시공이 불가피한 상황이다. 새로운 지하구조물을 근접 시공할 시 기존구조물에 미치는 영향으로 인해 안정성이 취약해져 붕괴를 일으킬 수 있다. 따라서 기존구조물의 안정성을 분석하는 것은 필수적으로 고려해야 하는 사항이다. 본 연구에서는 지하구조물인 병렬터널의 하부에 신설터널을 굴착하여 근접시공으로 인한 기존 병렬터널에 미치는 영향을 수치해석을 사용하여 분석하였다. 변위조절모델(Displacement Control Model, DCM)을 이용하여 시공 시 발생하는 지반손실률을 세 가지(0.5%, 1.0%, 1.5%)로 모사하였다. 필라 중심을 기준으로 신설터널이 위치하는 거리를 5 m, 6 m, 7 m, 8m, 9 m로 설정하고 각 거리별로 간격을 5가지(0D1, 0.37D1, 0.75D1, 1.13D1, 1.5D1)로 설정하였다. 일반적으로 지반손실률이 증가하고 거리가 근접할수록 최대변위, 각변위가 증가하였고 필라의 안정성을 평가하는 강도/응력비 또한 감소하였다. 결과적으로 신설터널과 필라 중심과의 거리가 5 m, 간격이 0D1, 지반손실률이 1.5%인 경우 기존 병렬터널의 안정성이 가장 취약한 것으로 나타났다.

대심도 복층터널에 대한 굴착 안정성 평가비교 연구

장남주,강한길,김기환,최창림 사단법인 한국터널지하공간학회 2019 한국터널지하공간학회논문집 Vol.21 No.1

'주요 도심지 도로건설은 포화상태로 지하공간의 개발이 필요하며 이를 위해 지하철도와 지하 도로 터널의 건설은 활발히 진행되어 왔다. 국외의 경우 지하 도로터널을 2층구조로 활용하는 복층터널 시공이 이루어 졌으며 이에 따른 지하공간 개발 기술이 높은 수준에 이르고 있다. 2차로 병설터널을 2차로 복층터널로 계획하는 경우 굴착 면적은 크게 차이가 나지 않으며, 터널 통과구간이 차지하는 폭을 대폭 줄일 수 있다. 이를 통해 터널 통과구간이 차지하는 폭을 대폭감소시킬 수 있으므로 지반조건이 불량한 경우 필요한 상부 보강 비용을 절감할 수 있다. 본 연구에서는 복층터널 굴착에따른 영향에 대해 알아봄으로써 지하공간 활용 기술을 높이고 단층터널 굴착영향과 비교를 통해 향후 복층터널 설계 및안정성 평가에 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다. It is necessary to construct underground in the metropolis. Road traffic has reached saturation point. The city has several underground road construction projects. In abroad, double deck tunnels are planned and constructed. It is attained a high level of underground development technology. In case the double deck tunnel (2 lane) is planed instead of the bidirectional tunnel (2 lane), excavation area is similar. But tunnel width is decreased. The reduced width can cut cost for the tunnel reinforcement. This study evaluates the stability of excavation on double deck tunnel. By the assessment of the strength-stress ratio and strength reduction method, quantitative analysis is conducted between double deck tunnel and the bidirectional tunnel

지하상업공간에서 천창의 효과에 대한 연구 - 일본 지하가 근무자를 중심으로

이강주 사단법인 한국터널지하공간학회 2019 한국터널지하공간학회논문집 Vol.21 No.4

본 연구는 지하공간에서 천창이 갖는 실증적인 의미를 고찰하였다. 이를 위해 기술성능, 기능성능, 행태성능으로 구성된29개의 설문문항을 도출하였다. 또한, 천창이 있는 지하가와 천창이 없는 지하가와의 비교를 통해 천창의 의미가 분명하게 드러날 것이라는 가정 하에, 일본의 지하가 중 천창이 설치된 3개의 지하가와 천창이 없는 3개의 지하가를 연구의 분석대상으로 선정하였다. 설문조사 결과를 바탕으로 본 연구에서는 기술통계분석과 빈도분석을 실시하였고 각각의 차이분석을 위하여 독립표본 T-검정을 실시하였으며 개선우선순위 도출을 위하여 상관분석을 실시하였다. 분석 결과, 지하상업공간에서 천창은 내부에서의 시간감과 이미지성에서 그 효과가 확실한 것으로 나타났다. 또한 지하상업공간의 질적인 측면에서도 중요한 순기능을 발휘하는 것으로 분석되었다. 마지막으로 천창이 없는 3개 지하가에 대한 개선순위는표지/안내도, 공간의 다양성, 유지관리, 휴게공간, 바닥디자인 등의 순서로 도출되었다. 천창이 있는 3개 지하가에 대한개선순위는 휴게공간, 공간의 다양성, 온습도, 공기, 유지관리 등의 순서로 도출되었다. This study examined the empirical meaning of skylight in underground space, and for this purpose, 29 questions were drawn, consisting of technical performance, functional performance, and behavioral performance. In addition, under the assumption that the meaning of the skylight will be clearly revealed through the comparison between the underground streets with and without the skylight, three underground streets with the skylight and three underground streets without the skylight of Japan were selected as the subjects of the study. Based on the results of the survey, descriptive statistical analysis and frequency analysis were conducted, and an independent sample T-test was conducted for each analysis, and correlation analysis was conducted to derive improvement priority. As a result of the analysis, it was found that skylight had a certain effect on the sense of time and imageability inside the underground commercial space. In addition, it was analyzed that skylight exerted important function in the qualitative aspect of underground commercial space. Lastly, the improvement rankings for three underground streets without skylight were derived in the order of sign/guide map, space diversity, maintenance, rest space, and floor design.The improvement rankings for three underground streets with skylight were drawn in order of resting space, diversity of space, temperature and humidity, air, and maintenance.

BIM을 활용한 증강현실 기반 지하시설물 관리 시스템 개발에 관한 연구

신재섭,안송강,송정욱 사단법인 한국터널지하공간학회 2022 한국터널지하공간학회논문집 Vol.24 No.6

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). 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.

ANN 및 SVR 알고리즘을 활용한 최적 터널지보패턴 선정에 관한 연구

이제겸,김양균,이승원 사단법인 한국터널지하공간학회 2022 한국터널지하공간학회논문집 Vol.24 No.6

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. 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.

인공 암반절리의 조립토 충진물 혼합비에 따른 전기비저항 특성 분석

도해주,오태민,이항복 사단법인 한국터널지하공간학회 2023 한국터널지하공간학회논문집 Vol.25 No.2

전기비저항을 이용한 모니터링 기술은 비파괴적으로 데이터 수집이 가능하여, 터널 및 지하구조물의 건전도 평가를 목적으로 활발히 활용되고 있다. 터널 시공에서 단층파쇄대와 같은 취약 구간은 지반의 변위 발생 및 응력 변화 등의 문제를 일으킨다. 따라서 터널 구조물의 역학적 안정성 확보를 위해 단층파쇄대 구간의 절리 상태 예측이 필요하다. 절리의 크기 및 충진물의 공극률 모니터링은 암반의 절리 상태 예측을 위해 필수적이다. 하지만 기존 연구에서는 자연상태의 암반절리 내 입자 크기의 다양성을 고려하지 못한 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 암반절리 상태 충진물의 조립토 입자 혼합상태에 따른 전기비저항 실험을 수행하였다. 실험 결과, 동일한 공극률 조건에서 충진물의 크기가 작을수록 전기비 저항 값이 증가하는 경향성을 확인하였다. 본 연구결과는 터널 구간 내 암반절리 내 조립토 충진물을 포함하고 있는 지반의 전방 예측 및 거동 평가를 위한 전기비저항 기초자료로 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

압해-화원 간 국도77호선 건설공사 해저터널 계획을 위한 리스크 분석 및 대책방안

김영준,김주철,이재성 사단법인 한국터널지하공간학회 2022 한국터널지하공간학회논문집 Vol.24 No.1

Recently, tunnel technology in Korea has shown various achievements such as long tunnel and large section by tunnel construction using TBM in Korea and abroad. Especially subsea tunnels are frequently designed and constructed. The Ga-deok subsea tunnel was completed in December 2010, and the Incheon North Port Tunnel was opened and operated in 2017, and the Bo-ryeong subsea tunnel between Dae-cheon Port and Won-san Island will be completed in 2021. In foreign countries, many subsea tunnels have been constructed and operated in such as Norway and Japan. The main technical problem in the construction of subsea tunnel is to secure stability due to high water pressure conditions and large-scale seawater inflow in fault zones and weak zones. In this paper, various risk factors and solutions are described in the subsea tunnel planning of national road 77 construction work between Abhae and Hwawon. 최근 국내 터널기술은 국내 ‧ 외에서 TBM 장비를 활용한 터널 시공 등으로 장대화 및 대단면화 등 다양한 성과를 나타내고 있으며, 특히 하저 및 해저터널이 빈번하게 설계되며, 시공 중에 있다. 가덕 해저터널(3.7 km)이 2010년 12월에 개통되었고 인천 북항터널(5.4 km)은 2017년에 개통되어 운영 중에 있으며 대천항~원산도 간 보령해저터널(6.29 km)이 2021년에 준공될 예정이다. 해외의 경우도 노르웨이, 일본 등의 국가에서 다수의 해저터널이 시공되어 운영 중인 것으로 알려져 있다. 해저터널 건설을 위하여 해저터널과 육상터널의 차이점에 대하여 분석하였으며, 해저터널과 육상터널을 비교하여 단층대와 연약대에서 고수압 조건과 대규모 해수유입으로 인한 안정성 확보 등의 문제점에 대하여 언급하였다. 본 논문에서는 압해-화원 간 국도77호선 건설공사의 해저터널 계획 시 검토하였던 다양한 위험요소와 이를 극복하기 위해 설계 시 반영하였던 대책방안에 대하여 기술하였다.

돌풍이 도로터널의 제연성능에 미치는 영향 연구

백두산,조현석,이승철 사단법인 한국터널지하공간학회 2022 한국터널지하공간학회논문집 Vol.24 No.1

The increase in the use time of tunnel users due to the lengthening of the road tunnel may increase the evacuation time in case of fire, resulting in a large number of casualties. In order to reduce the casualties caused by fire, the “Road Tunnel Design Manual, Part 6 Tunnel” and “Road Tunnel Disaster Prevention Facility Installation and Management Guidelines” stipulate that ventilation facilities should be installed along with the extension of the tunnel. The ventilation system design factor considers the wind speed of the external natural wind to be at least 2.5 m/s, and it is applied upward according to the characteristics of the tunnel. As a result of analyzing the five-minute average wind speed data in the Daegwallyeong region for the past 6 years,it was analyzed that 15.8% of the windy days were winds of 10 m/s or more, and the maximum was 20 m/s. Therefore, in this study, when a fire occurs in a tunnel, the pattern of natural wind flowing into the tunnel and the backlayering distance of the tunnel fire smoke according to the maximum wind speed were analyzed. As a result, it was analyzed that a backflow of up to 490 m occurs when a gust of 20 m/s blows. 도로터널의 장대화에 따른 터널 이용객의 체류시간 증가는 화재 발생 시 피난시간이 증가하여 많은 인명피해가 발생할 수 있다. 화재에 따른 인명피해를 줄이기 위해 “도로터널설계 편람 제6편 터널”과 “도로터널 방재 ‧ 환기시설 설치 및 관리지침”에서는 터널의 연장에 따른 제연설비를 설치하도록 규정하고 있다. 제연설비 설계 인자에는 외부자연풍의 풍속을 최소 2.5 m/s로 고려하도록 하고 있으며, 터널의 특성에 따라 상향하여 적용하도록 하고 있다. 그러나 터널 설계 시 외부자연풍의 풍속을 2.5m/s로 일률적인 적용을 하고 있다. 최근 6년간 대관령 지역의 5분 평균풍속 자료를 분석한 결과 바람이 분 일 수 중 15.8%가 10 m/s 이상의 바람이 분 것으로 분석되었으며, 최대 20 m/s 까지 분 것으로 분석됐다. 따라서 본 연구에서는 터널 내 화재가 발생했을 때 터널로 유입되는 자연풍의 패턴과 최대풍속에 따른 터널 화재연기의 역류거리를 분석하였다. 그 결과 20 m/s의 돌풍이 분 경우 최대 490 m의 역류가 발생하는 것으로 분석됐다.

지반 접속부 설계에 따른 수중터널의 동적 거동 특성에 대한 수치해석적 연구

강석준,박주현,조계춘 사단법인 한국터널지하공간학회 2023 한국터널지하공간학회논문집 Vol.25 No.1

수중터널은 내륙 간 연결을 위해 지반에 접속되어야 한다. 지반 접속부에 연결된 지중터널과 수중터널이 보이는 변위 불균형은 응력 집중을 야기할 수 있으며, 이를 해결하기 위한 방법으로 탄성 조인트를 활용할 경우에는 정적 하중 조건에서 지반 접속부의 응력 집중은 해소시킬 수 있음이 선행 연구에서 확인되었다. 그러나, 지속적으로 거동하는 수중터널의 구속조건을 고려했을 때 지반 접속부의 동적 거동과 안정성에 탄성 조인트의 활용이 미치는 영향이 검토되어야 한다. 본 연구에서는 동적 하중 조건의 수중터널 및 지반 접속부를 수치해석적 방법을 통해 모사하였으며, 동일 상황을 모사한 축소 모형시험을 통해 수치해석 모델을 검증하였다. 다양한 물성의 탄성 조인트가 설치될 경우에 대한 수치해석적 모사를 통해 탄성 조인트 강성에 따른 수중터널의 고유진동수 변화와 공진 거동을 분석하였다. 그 결과, 조인트의 강성과 고유진동수가 멱함수 관계를 가짐이 확인되었다. 낮은 강성의 조인트로 지반 접속부가 설계될 경우, 수중터널의 고유진동수는 감소하여 낮은 진동수의 동하중이 가해지는 해양 환경에서 공진의 위험이 증가할 뿐만 아니라 공진 발생 시 최대 속도가 크게 증가하였다. 그러므로, 수중터널 지반 접속부의 응력 집중 해소와 공진 방지를 동시에 고려하여 지반 접속부를 설계해야 할 것으로 판단된다