해저터널 급속차폐를 위한 팽창구조체의 설계 및 현장적용에 대한 연구 = Design considerations and field applications on inflatable structure system to protect rapidly flooding damages in tunnel

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

참고문헌 (Reference)

1 신종호, "해저터널용 복합신소재 배수복합관 부재의 정적거동에 관한 실험적 연구" 사단법인 한국터널지하공간학회 17 (17): 65-74, 2015

2 유광신, "해저터널 급속차폐시스템의 Inflater 분할구조에 따른 터널 내 차수효율에 대한 실험적 연구" 사단법인 한국터널지하공간학회 17 (17): 295-303, 2015

3 유광산, "해저터널 급속차폐를 위한 팽창구조체의 마찰거동에 대한 연구" 사단법인 한국터널지하공간학회 18 (18): 109-117, 2016

4 Kim, N. Y., "Subsea tunnel research trends for the maximization of the national transportation network hub" 15 (15): 38-42, 2014

5 Barbero, E. J., "Reliability design methodology for confined high pressure inflatable structures" 2013

6 Marinez, X., "Inflatable plug for threat mitigation in transportation tunnels" 2012

7 Sosa, E. M., "Friction characteristics of confined inflatable structures" 2 (2): 365-390, 2014

8 Lee, C. Y., "A fundamental study on inflater structure to protect the tunnel damage due to flooding threats" Hoseo University 2014