고수압 초장대 해저터널에 관한 연구

전덕찬,김기림,홍의준,김찬동,이영준,홍철화 사단법인 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.6

Subsea tunnel needs to be built over 50 km long to connect between nations and continents. However there are only 19 tunnels longer than 5 km until recently. And there is no history of constructing and operating tunnel longer than 50 km. In Korea, subsea tunnels with a length of more than 50 km are being planned, such as Korea~ Japan, Korea~China, Honam~Jeju subsea tunnels. Because of the geographical conditions of Korea, most of these tunnels are inter-contry tunnels. So technology preemption for the subsea tunnel construction is getting more and more important. Most of these subsea tunnels are ultra-long tunnels under high water pressure conditions. So new technologies are required such as ventilation and disaster prevention of high-speed tunnels, securing of structural stability under high pressure conditions, and pressure reduction in high-speed conditions. These technologies are different from those of ground tunnels. Therefore, this paper describes the ultra-long subsea tunnel design under high water pressure of maximum 16 bars through the Honam (land) - Jeju (island) virtual subsea project. We proposed a reasonable solution to various problems such as securing structural stability in high pressure condition and ventilation disaster prevention system of ultra long-tunnel. 최근 국가간 대륙간의 정치․경제․문화의 통합에 따른 여객 및 물류수송의 증가로 인해 이를 수용할 수 있는 교통 시스템 건설을 위한 필수적 요소 중 하나인 해저터널의 필요성이 대두됨에 따라 해저터널의 연장이 점차 증가되는 추세에 있다. 하지만, 현재 연장 5 km 이상의 해저터널은 19개가 건설되어 있으나, 연장 50 km 이상의 해저터널 시공 및 운영사례는 전무한 실정이다. 우리나라의 경우에는 한․ 중 해저터널, 한․ 일 해저터널, 호남~제주 해저터널 등 연장 50 km 이상의해저터널이 계획 중에 있으며, 지역특성상 국가간 연결터널이 대다수로서, 해저터널 건설에 대한 기술선점의 중요성이더욱더 크게 대두되고 있다. 이러한 해저터널은 대부분 초장대의 고수압 조건에 건설됨에 따라, 초장대 터널에서의 환기및 방재기술, 고수압 조건에서의 구조적 안정성 확보기술, 열차고속화에 의한 공력저감기술 등 육상터널과는 다른 새로운 개념의 건설기술들이 종합적으로 요구되나, 유로터널 등 기존사례의 기술수준 반영 시에는 과도한 건설비와 건설기간이 소요된다. 이에, 본 논문에서는 호남~제주 구간에 대한 가상설계를 통하여 현재 설계 및 시공사례가 없는 고수압(최대수심 160 m), 초장대(총 연장 108 km), 고속철도(설계속도 350 km) 터널의 구조적 안정성 확보, 시공 중 및 운행 시 효율적 환기․방재 시스템 확립 등 다양한 문제점들에 대한 합리적인 해결방안을 제시하였다.

지질조건에 따른 자연사면 토층의 투수계수 산정모델 제안

전덕찬 ( Duk Chan Jun ),송영석 ( Young Suk Song ),한신인 ( Shin In Han ) 대한지질공학회 2010 지질공학 Vol.20 No.1

본 연구에서는 10여년 동안 국내 산사태 발생지역 및 인근 미발생지역에서 채취된 자연사면에서의 토층을 대상으로 획득된 약 1,150여개소의 토질시험결과를 토대로 지질조건에 따른 토층의 평균 물성치를 산정하고, 통계적인 분석을 실시하여 지질조건별 투수계수에 대한 간편식을 제안하였다. 투수계수는 화강암지역과 이암지역에서 큰 것으로 나타났으며, 세립토함유량은 이암지역과 편마암지역에서 큰 것으로 나타났다. 지질조건에 따른 토층의 투수계수를 산정하기 위해서 상관성 분석을 실시한 결과 종속변수를 투수계수로 하고 독립변수를 세립토함유량, 함수비, 건조단위중량 및 간극비로 선정하였다. 회귀분석결과 지질조건별 제안된 선형회귀식에서는 공통적으로 세립토함유량 및 간극비가 가장 많이 포함되었다. 제안된 선형회귀식을 검증하기 위하여 타 지역의 토층을 대상으로 수행된 투수계수 측정결과와 선형회귀식으로 예측된 결과를 서로 비교하였다. 비교결과 일부 측정된 결과와 예측된 결과가 차이가 있는 것으로 나타났으나, 그 차이는 비교적 작은 것으로 나타났다. 본 연구에서 제안된 지질조건별 투수계수 산정을 위한 선형회귀식은 국내 지반을 대상으로 적용이 가능할 것으로 판단되나, 추후 지속적인 검증 및 수정이 필요할 것으로 판단된다. The soil tests have been performed on the specimens obtained from about 1,150 sites including landslides and non-landslides areas in natural terrains for last 10 years. Based on the results of those tests, the average soil properties are estimated and the simple equations for estimating permeability are proposed according to geologic conditions. The average permeability in Granite and Mudstone sites is higher than other sites and the content of silt and clay in Mudstone and Gneiss sites is higher than other sites. The correlation analysis and the regression analysis were performed to estimate the coefficient of permeability according to geological conditions. As the result of the correlation analysis, the coefficient of permeability is selected as a dependent variable, and the silt and clay contents, the water contents and the dry unit weights are selected as independent variables. As the result of the regression analysis, the silt and clay contents and the void ratio were involved commonly in the linear regression equations according to geological conditions. To verify the proposed the linear regression equations, the measured result of the coefficient of permeability at other sites was compared with the result predicted with the proposed equations. As the result of comparison, there were a little bit different between them for some data. However the difference was relatively small. Therefore, the linear regression equations for estimating the coefficient of permeability according to geological conditions may be applied to Korean soils. However, these equations should be verified and corrected continuously to improve the accuracy.

국내 최초 대심도 복층터널의 계획 - 서부간선 지하도로 프로젝트 관련

정재호,전덕찬,신일재,심동현,Jeong, Jae-Ho,Jeon, Deok-Chan,Sin, Il-Jae,Sim, Dong-Hyeon 한국터널지하공간학회 2011 자연, 터널 그리고 지하공간 Vol.13 No.1

Global 시대의 새로운 가치창조 (주)서영엔지니어링 지반터널설계실

정형식,전덕찬,남현우,최호식,한창연,이승훈,Jeong, Hyeong-Sik,Jeon, Deok-Chan,Nam, Hyeon-U,Choe, Ho-Sik,Han, Chang-Yeon,Lee, Seung-Hun 한국터널지하공간학회 2007 자연, 터널 그리고 지하공간 Vol.9 No.4

교각의 내진설계를 위한 말뚝기초의 모델링 기법 비교

김나엽 김성렬,전덕찬,김명모 한국지진공학회 2002 한국지진공학회논문집 Vol.6 No.6

실무에서 교량 교각의 내진해석을 수행할 때 계산의 편의와 보수적인 설계를 위하여 기초의 연성을 고려하지 않고 지반면을 고정단으로 가정하여 해석하는 경우가 많다. 이러한 고정단 모델은 대부분의 경우 설계력 측면에서 매우 보수적인 결과를 주므로, 최근 기초의 연성을 고려하여 현실적으로 교각 기초를 모델링하려는 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 기초연성의 모델링 방법, 입력응답스펙트럼의 종류 그리고 지반조건을 달리하여 응답스펙트럼 해석을 수행하였다. 수치해석을 통하여 교각에 발생하는 전단력, 모멘트 그리고 변위를 비교하여 기초의 연성을 고려하는 기법과 지반 및 지진파 특성들이 해석결과에 미치는 영향을 분석하였다. 대부분의 경우 고정단 모델에서 큰 전단력과 모멘트가 발생하였지만, 연약 점성토층에 장주기 지진파가 작용하는 특수한 경우에는 기초의 연성을 고려한 모델에서 고정단 모델보다 큰 전단력과 모멘트가 발생하였다. 또한 기초의 연성을 고려하는 여러 모델들의 해석결과를 지반-구조물 동적 상호작용을 고려한 정밀 동해석 결과와 비교하여 그들의 적용성을 평가하였다. In the seismic designing of bridges, the pile foundation of bridge piers generally have been modeled to have a fixed end for its convenience and conservative designing. The fixed-end assumption, however, produces very conservative results in terms of the pier forces. Therefore, many other design methods are evolved to consider the flexibility of the pile foundation. In this study, the response spectrum analysis was performed for a bridge pier having a pile foundation. The shear force, moment, and displacement, which occurred at the pier column under an earthquake loading, were compared to analyze the effects of the modeling method, soil condition and the input earthquake response spectrum. In most cases, the fixed-end model gives larger design forces than flexible foundation models. However, when a long period earthquake is applied to the bridge pier on a soft clay foundation, it is found that the flexible foundation models give larger design forces than the fixed-end model. In the end, the reliability of several flexible foundation models was verified by comparing their results with those of a numerical analysis that considers the soil-structure interaction phenomenon in a rigorous manner.

Back Analysis of Field Measurements Around the Tunnel with the Application of Genetic Algorithms

김선명,윤지선,전덕찬,윤상길,Kim Sun-Myung,Yoon Ji-Sun,Jun Duk-Chan,Yoon Sang-Gil Korean Geotechnical Society 2004 한국지반공학회논문집 Vol.20 No.7

In this study, the back analysis program was developed by applying the genetic algorithm, one of artificial intelligence fields, to the direct method. The optimization process which has influence on the efficiency of the direct method was modulated with genetic algorithm. On conditions that the displacement computed by forward analysis for a certain rock mass model was the same as the displacement measured at the tunnel section, back analysis was executed to verify the validity of the program. Usefulness of the program was confirmed by comparing relative errors calculated by back analysis, which is carried out under the same rock mass conditions as analysis model of Gens et at (1987), one of back analysis case in the past. We estimated the total displacement occurring by tunnelling with the crown settlement and convergence measured at the working faces in three tunnel sites of Kyungbu Express railway. Those data measured at the working face are used for back analysis as the input data after confidence test. As the results of the back analysis, we comprehended the tendency of tunnel behaviors with comparing the respective deformation characteristics obtained by the measurement at the working face and by back analysis. Also the usefulness and applicability of the back analysis program developed in this study were verified. 본 논문에서는 역해석 방법 중 직접법의 성능에 큰 영향을 미치는 최적화 과정을 인공지능의 한 기법인 유전자알고리즘을 이용하여 역해석 프로그램을 구성하였다. 유전자 알고리즘 및 역해석 기법의 효용성을 검증하기 위하여 과거 역해석 연구 사례 중의 하나인 Gens et al(1987)과 동일한 암반조건을 가진 모델에 대한 역해석을 실시하여 그 결과를 비교${\cdot}$검토하였다. 경부고속철도 터널 현장의 내공변위 및 천단침하에 대한 계측자료로부터 최종 내공변위의 예측함수를 결정하는 방법으로 터널의 총 변위를 분석하였다. 이를 역해석에 필요한 입력자료로 활용하여 역해석을 실시하고 터널 주변 암반의 거동을 반영할 수 있는 지반의 특성치를 구하였다. 각 현장 시험에서 얻어진 지반의 특성치와 비교한 결과 본 연구에서 적용된 유전자 알고리즘을 이용한 역해석 방법이 유의한 수준의 결과를 도출하고 있다는 사실을 확인하였다.

유전자 알고리즘을 이용한 터널 현장 계측 결과의 역해석

김선명,윤지선,전덕찬,윤상길 한국지반공학회 2004 한국지반공학회논문집 Vol.20 No.7

본 논문에서는 역해석 방법 중 직접법의 성능에 큰 영향을 미치는 최적화 과정을 인공지능의 한 기법인 유전자 알고리즘을 이용하여 역해석 프로그램을 구성하였다. 유전자 알고리즘 및 역해석 기법의 효용성을 검증하기 위하여 과거 역해석 연구 사례 중의 하나인 Gens et al(1987)과 동일한 암반조건을 가진 모델에 대한 역해석을 실시하여 그 결과를 비교․검토하였다. 경부고속철도 터널 현장의 내공변위 및 천단침하에 대한 계측자료로부터 최종내공변위의 예측함수를 결정하는 방법으로 터널의 총 변위를 분석하였다. 이를 역해석에 필요한 입력자료로 활용하여 역해석을 실시하고 터널 주변 암반의 거동을 반영할 수 있는 지반의 특성치를 구하였다. 각 현장 시험에서 얻어진 지반의 특성치와 비교한 결과 본 연구에서 적용된 유전자 알고리즘을 이용한 역해석 방법이 유의한 수준의 결과를 도출하고 있다는 사실을 확인하였다.

압출형 PP지오그리드의 장기성능 평가

이승훈(Lee Seung hoon),전덕찬(Jun Duk chan),공학봉(Gong Hak bong) 대한토목학회 2005 대한토목학회 학술대회 Vol.2005 No.10

Conventional Tunnelling의 발전과 우리나라의 NATM(1)

정재호,김선명,조남각,전덕찬,Jeong, Jae-Ho,Kim, Seon-Myeong,Jo, Nam-Gak,Jeon, Deok-Chan 한국터널지하공간학회 2012 자연, 터널 그리고 지하공간 Vol.14 No.5

고수압 조건에서 쉴드터널 세그먼트 라이닝 구조설계에 관한 연구

이영준,김기림,정건웅,홍의준,김선홍,전덕찬,Lee, Young-Joon,Kim, Ki-Lim,Jeong, Keon-Woong,Hong, Eui-Joon,Kim, Seon-Hong,Jun, Duk-Chan 한국터널지하공간학회 2015 한국터널지하공간학회논문집 Vol.17 No.3

양호한 암반조건이나 균질한 점토지반 등 불투수성 지반의 경우에도 불연속면에 의하여 수압이 작용될 수 있으므로, 설계시 지반조건에 상관없이 수압조건을 고려하고 있다. 그러나, 세그먼트 라이닝의 형상이 원형임에 따라 수압을 고려하는 경우가 오히려 라이닝에 발생되는 부재력을 감소시킬 수가 있으므로, 고수압 조건에서는 이에 대한 설계개념정립이 중요하다. 따라서, 본 논문에서는 고수압의 불투수성 지반조건에서 하중조건 및 하중조합에 따른 부재력 크기 등을 비교함으로서, 세그먼트 라이닝 설계시 합리적이고 적절한 설계개념에 대하여 서술하였다. In impermeable ground, water pressure is applied due to discontinuity such as joint or fissure. Therefore, water pressure should be considered in design regardless of ground condition. However, when the shape of segmental lining is circular, water pressure may reduce the lining member force, so it is important to define the assumption and the concept of design in case of high water pressure. This paper presents the concepts of design of the lining of shield tunnel at high water pressure and in impermeable ground condition. In addition, the member forces in various load conditions were compared in this study. (elastic equation, closed form solutions, beam-spring model).