터널 설계인자 평가에 따른 콘크리트 라이닝 철근량 절감에 관한 연구

강시온,임영덕,신정호,김상환,Kang, Si-On,Lim, Young-Duck,Shin, Jeong-Ho,Kim, Sang-Hwan 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.1

본 논문은 터널 설계 시 설계 인자에 따른 콘크리트 라이닝 절근량 절감에 관한 연구 이다. 콘크리트 라이닝의 설계는 과다한 하중적용에 따라 철근보강이 증가하게 되며, 경제성이 줄어들게 된다. 터널 시공의 경제성을 향상시키기 위해서는 콘크리트 라이닝의 설계인자에 대해 합리적인 기준이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 라이닝의 설계에 적용되는 설계 인자에 대하여 특징 및 문제점을 분석하였다. 또한 설계인자 적용에 대한 콘크리트 라이닝의 경제성 검토는 수치해석을 이용하여 단면설계를 통해 산정된 철근 보강량을 비교하였다. 분석 결과에 의하면 콘크리트 라이닝 설계 시 설계 인자의 적용에 따라 필요 철근량이 다르게 나타났다. 따라서 이 연구를 통하여 콘크리트라이닝의 철근량을 경감시킬 수 있는 것으로 나타났다. 이 연구 결과는 향후 콘크리트 라이닝의 경제적 설계를 위하여 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. This paper presents a study on the reduction of concrete lining re-bar according to the tunnel design factors. The design of the concrete lining increases the reinforcing re-bar according to the application of excessive load, and the economical efficiency is reduced. In order to improve the economical efficiency of tunnel construction, rational standards are required for the design factors of concrete lining. Therefore, this research analyzed the characteristics and problems of the design factors applied to the design of concrete lining. Also, the economical review of the concrete lining for design factor application was compared with the amount of reinforcing re-bar calculated from the section design using numerical analysis. The results show that the amount of re-bar is varied according to the design factors. That is, the required amount for re-bar in the tunnel concrete lining could be reduced in the design stage. The results of this study may be useful for economic design of concrete lining in the future.

축소모형실험을 통한 급곡선 터널에서의 Shield TBM 추진 압력 적용 기술에 대한 연구

강시온,김협,김용민,김상환,Kang, Si-on,Kim, Hyeob,Kim, Yong-Min,Kim, Sang-Hwan 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.2

본 연구는 축소모형 실험을 통하여 급곡선 터널에서의 쉴드 TBM 추진압력 적용 기술에 대한 논문이다. 최근 한국의 도심지 지역에서 NATM 터널 공사에 발생하는 진동 및 소음 문제를 예방하기 위해 기계식 터널공법인 쉴드 TBM 공법의 적용이 증가하고 있다. 그러나 건물 기초 및 지하 구조물을 피하기 위해 터널 선형이 급곡선으로 계획하여야 하며 쉴드 TBM 추진압력 시스템에 대한 적용 기술의 개발이 요구된다. 따라서 곡선구간에 대한 쉴드 TBM 굴진 시 영향을 주는 주요 요소들에 대하여 시공자료와 이론적 접근방법에 대하여 검토 및 분석을 실시하였다. 분석결과로부터 쉴드 TBM 추진압력 시스템에 대한 기술이 급곡선 터널에 있어서 가장 중요한 것으로 나타났다. 또한 지반과 쉴드 TBM 헤드부의 상호 거동에 대한 실질적인 상황을 시뮬레이션 하기 위하여 축소모형시험을 실시하였다. 2가지의 서로 다른 쉴드 추진력과 여러 중절각도에 따라 쉴드 TBM 헤드에 가해지는 지반압력에 대하여 측정하였다. 이 실험으로부터 얻어진 결과를 분석 하였다. 이들 결과는 급곡구간 터널에서 쉴드 TBM 추진 압력에 따른 쉴드 TBM 헤드부의 상호거동에 대한 이해와 운영기술 발전에 매우 유용할 것이다. This paper presents the application technique on thrust jacking pressuring of shield TBM in the sharp curved tunnel alignment by model tests. Recently, the application of shield TBM method as mechanized tunnelling is increasing to prevent the vibration and noise problems, which can be occurred in the NATM in the urban area in Korea. However, it is necessary to plan the sharp curved tunnel alignment in order to avoid the building foundation and underground structures, to develop the shield TBM operation technique in the shape curved tunnel alignment. Therefore, the main operation parameters of shield TBM in the curved tunnel alignment are reviewed and analyzed based on the case study and analytical study. The results show that the operation of shield jacking force system is the most important technique in the shape curved tunnel alignment. The simplified scaled model tests are also carried out in order to examine the ground-shield TBM head behaviour. The earth pressures acting on the head of shield TBM are investigated according to two different shield jacking force systems (uniform and un-uniform pressure) and several articulation angles. The results obtained from the model tests are analysed. These results will be very useful to understand the shield TBM head interaction behaviour due to the shield jacking operation technique in the shape curved tunnel alignment, and to develop the operation technique.

해저터널 급속차폐를 위한 팽창구조체의 설계 및 현장적용에 대한 연구

김협,강시온,유광산,김상환,Kim, Hyeob,Kang, Si-On,Yoo, Kwang-San,Kim, Sang-Hwan 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.2

본 연구는 해저터널에서 급격한 홍수 피해를 방지하기 위해 팽창구조체의 설계 및 현장적용을 제시하였다. 팽창구조체는 지중 구조물에 시공 및 운영 시 발생되는 돌발용수 및 이상누수에 의한 사고들에 대비한 많은 가치가 있는 수동적 급속차폐시스템이다. 특히 해저터널에 있어서는 필수적이라고 할 수 있다. 팽창구조체의 설계에서 주요인자는 인플레이터와 터널 벽면사이의 누수 와 마찰 거동이다. 팽창구조체의 설계시 설계 고려사항을 개발하고 매개 변수를 조사하기 위해 이론분석 및 실험적 연구를 수행하였다. 팽창구조체의 주요 설계 요소 및 고려사항들을 제안하기 위하여 박막이론을 적용한 이론적 분석 및 개발하였다. 또한 여러 섬유 재료의 상대 마찰 시험은 인플레이터와 터널 표면 사이의 마찰 조건에 따라 마찰거동을 결정하기 위해 수행하였다. 시험 결과는 침수조건에서의 마찰 계수가 건조조건에서의 값보다 약 20% 낮게 나타났다. 추가로 한국에서 계획중인 2개의 가상해저터널현장에 대한 보호시스템 가상 설계를 본 연구를 바탕으로 수행하였다. 이 연구 결과로부터 향후 터널 보호 구조물인 인플레이터 구조 설계 및 개발 기술을 이해하는데 매우 유용할 것으로 기대된다. This paper presents the design considerations and field applications on inflatable structure system to protect rapidly flooding damages in large section tunnel. This inflatable structure system is very valuably used to protect passively and rapidly the possibilities of tunnel damages by flooding threats and unusual leakage to be occurred during and after underground infrastructure. In particular, this system should be necessary in subsea tunnel. The predominant factors in the design of inflatable structure system are the leakage and friction characteristics between the inflater and tunnel liner. The analytical and experimental studies are performed to develop the design considerations and to examine the design parameters of the inflatable structure system. The analytical solutions are developed using membrane theory to suggest the design considerations. The relative friction tests of several fabric materials are also carried out to determine the friction characteristics according to the different friction conditions between inflater and tunnel surface. The test results show that the friction coefficients in wet surface condition are about 20% lower than the values in dry surface condition. In addition, virtual design of tunnel protection system for two virtual subsea tunnel sites which is under reviewing in Korea, is carried out based on this research. It is expected that the results of this research will be very useful to understand the inflater structure design and development the technology of tunnel protection structures in the future.

터널 갱구부 보강방법에 따른 터널 변형 및 지보재 응력특성에 관한 연구

문경선,서윤식,강시온,김상환,Moon, Kyoung-Sun,Seo, Yoon-Sic,Kang, Si-On,Kim, Sang-Hwan 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.3

본 연구는 터널 갱구부의 복잡하고 다양한 지형조건과 공학적인 강도특성이 불량한 토사 및 풍화암이 깊은 심도로 분포하는 조건에 대하여 터널 굴착 중 안정성확보를 위하여 보강되는 보조공법의 보강방법에 관한 논문이다. 기존 터널 갱구부 보조공법(강관보강 그라우팅, Ø60.5 mm, Ø114.3 mm)은 장심도 수평시공이 곤란하여 중첩보강 조건으로 시공되고 있다. 근래, 고강성의 대구경 강관 및 수평방향 장심도(L = 30.0~50.0 m) 시공기술이 개발됨에 따라, 터널 갱구부의 지층 및 지반조건에서 보조공법의 보강방법에 대한 공학적인 검토를 수행하여 효과적인 보강방법의 평가가 필요한 상황이다. 따라서 터널 보조공법 무보강 조건, 기존 중첩보강 조건 및 수평보강 조건과 터널 갱구부의 지반조건을 매개변수로 하여 3차원 연속체 수치해석(Midas GTS NX 3D)을 수행하여 보강효과를 검토한 결과, 보조공법 수평보강조건이 변위(천단침하 및 내공변위) 및 지보재 응력이 가장 작게 발생됨에 따라, 보강효과가 가장 큰 것으로 검토되었다. 본 연구 결과를 토대로, 터널 갱구부 현장에 장심도 대구경 강관 수평보강 그라우팅을 설계 및 시공한 결과, 터널 갱구부 변위 및 지보재 응력은 허용값 이내에서 발생되어 충분한 안정성이 확보되는 것으로 검토되었다. 또한, 터널 갱구부의 지반굴착을 최소화함에 따라, 친환경적인 터널 갱구부 형성이 가능한 것으로 파악되었다. This study is about the reinforcing type of reinforcement method which is reinforced in tunnel portal of tunnel with bad ground condition. Generally, it is known that the horizontal reinforcement method is more effective than the conventional reinforcement method. However, as a limitation of the tunnel construction technology, it is being constructed by the superposition reinforcement method. In recent years, high-strength large-diameter steel pipes and horizontally oriented longitudes (L = 30.0~50.0 m) construction technology have been developed. Therefore, it is required to study reinforcement method of tunnel portal reinforcement method. Therefore, 3-D numerical analysis (Midas GTS NX 3D) was performed by setting the reinforcement method (No reinforcement type, overlap reinforcement type and horizontal reinforcement type) and ground condition as parameters. As a result, it was considered that the reinforcement effect was the largest as the horizontal reinforcement type of the reinforcement method was the smallest in the displacement and the support material stress. Based on the results of the numerical analysis, horizontal steel pipe grouting was applied to the actual tunnel site. The displacement of the tunnel portal and the stress of the support material occurred within the allowable values and were considered to ensure sufficient stability.

나선형 파일을 이용한 말뚝기초에 관한 연구

윤영환(Young-Hwan Yoon),강시온(Si-On Kang),조영동(Young-Dong Cho),김상환(Sang-Hwan Kim) 한국산학기술학회 2018 한국산학기술학회논문지 Vol.19 No.3

본 연구는 나선형 파일을 이용한 말뚝기초에 관한 연구이다. 구조물이 안전하게 유지되기 위해서는 지반과 지상구조물을 연결해주는 기초가 필요하다. 그러나 인접 구조물이나 도시 지역에 기초를 건설할 때, 소음 및 진동 등에 의해 문제가 발생한다. 이러한 단점을 보안하기 위해 저진동, 저소음의 새로운 형상인 스파이럴 기초에 대한 연구를 수행하였다. 스파이럴 기초에 관한 연구는 축소모형실험을 수행하였으며, Meyerhof의 지지력 이론식 결과와 비교하였다. 말뚝기초 모형의 나선형 말뚝은 각기 다른 피치각도 및 길이 별로 제작 되었으며, 하중재하실험을 통하여 지지력을 측정 하였다. 축소모형실험 결과 나선형 말뚝의 피치 각도 및 길이가 증가 할수록 지지력이 증가함을 알 수 있었다. 실험에서 측정된 결과를 검증하기 위해 이론적 결과를 도입하여 실제 나선형 말뚝과 축소 제작된 말뚝의 지지력을 비교 검토 하였다. 연구결과를 통해 스파이럴 기초의 극한 지지력을 증가시키기 위해서는 기초의 길이와 피치각도를 증가시키는 것이 타당하다고 판단된다. 본 연구를 수행함으로써 기존의 기초건설 문제를 보완하고, 기초건설에 대하여 우수한 효과와 안전성 확보에 기여하고자 한다. This study examined a pile foundation using a spiral pile. To maintain the structural safely, a foundation for connecting the ground and the ground structure is needed. On the other hand, noise and vibration, etc. cause problems when constructing a foundation on adjacent structures or urban areas. A study of the spiral foundation of a new shape with low vibration and noise was carried out to solve these problems. A study of pile foundations was carried out on a scaled model test and compared with the results of Meyerhof"s bearing capacity theory. The scaled model test results showed that the bearing capacity increases with increasing pitch angle and length of the spiral pile. To verify the measured bearing capacity in a test with theoretical results, the bearing capacity of the actual spiral pile and scaled model pile were examined and compared. The ultimate bearing capacity of the spiral pile can be increased by increasing the foundation length and pitch angle. This study complements existing foundation construction problems and contributes to a better effect and safety.

최적 TBM 장비 발주를 위한 선정 기준 및 체크리스트 사례 검토

김기환,김혁,김성철,강시온,Kim, Ki-Hwan,Kim, Hyouk,Kim, Seong-Cheol,Kang, Si-On 한국터널지하공간학회 2021 한국터널지하공간학회논문집 Vol.23 No.6

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. 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 economic feasibility in the shield TBM tunneling in the recent increasing trend.

관계인구 개념의 정리를 통한 관계인구 활용 정책의 현황 탐구 : 충청북도 제천시 ‘고향사랑기부제’를 중심으로

노영지(Young-Ji Roh),문민서(Min-seo Moon),최수민(Su-min Choi),강시온(Si-On Kang),나지성(Ji-seong Na),조정원(Jeong-Won Cho),허남영(Nam-Young Heo) 대한지리학회 2023 대한지리학회 학술대회논문집 Vol.2023 No.06

국내외 TBM 제작 사양 및 전문인력 양성 프로그램 분석

김기환(Ki-Hwan Kim),김성철(Seong-Cheol Kim),강시온(Si-On Kang),문철화(Cheol-Hwa Mun),정윤영(Yun-Young Jeong),김혁(Hyouk Kim) 한국암반공학회 2019 터널과지하공간 Vol.29 No.5

해외에서는 도심지나 하천 통과구간의 많은 터널은 쉴드TBM으로 시공되고 있고, 관련 장비발주가 이뤄지고 있으며 이에 따라 발주처가 장비제작에 필요한 사양서를 제공하고 있다. 또한, 전문인력 양성 프로그램을 이수한 사람이 TBM장비를 운영하도록 한다. 이는 기계화 시공으로 유발되는 현장에서의 장비운영 상의 리스크를 최소화하기 위함이다. 그러나 국내에서는 아직까지 이러한 시스템이 구축되어져 있지 않아 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 국내외 기계화 시공 시 제공되어 지고 있는 입찰안내서의 차이를 알아보고 해외에서 이뤄지고 있는 전문인력 교육 프로그램을 조사하였다. 향후 국내 입찰안내서에 포함되는 필수적인 장비 사양의 가이드라인을 제시하고, 전문인력 교육 프로그램에 필요한 안내서를 제공하고자 한다. In Overseas case, most tunnels in under are or through the river are constructed with shield TBM and the manufacturer orders of related equipment suitable for the project are mode. Accordingly, the client provides the specifications required for the equipment manufacture. In addition, TBM equipment has been operated by those who have completed the expert training program, which for minimizing the risk of equipment operation in construction field corresponding to the mechanized construction. However, in Korea, such a system related to above the program and specifications has not yet been built, which is causing a lot of difficulties in construction field. Therefore, this study investigated the differences in bidding guides provided by mechanized construction in domestic and abroad, and the professional education programs for expert training being conducted from overseas. Futhermore, we will propose the guidelines of essential equipment specification contained in domestic bidding and provide the necessary manual for the professional education program for TBM as the mechanized construction method.