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급곡구간 굴착을 위한 쉴드-TBM 축소모형 장비 시스템 개발
공민택,김연덕,이경헌,황병현,안준규,김상환 사단법인 한국터널지하공간학회 2019 한국터널지하공간학회논문집 Vol.21 No.6
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. Preconstruction 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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축소모형실험을 통한 터널 내 급속침수 차폐자동화 시스템 작동형태에 대한 연구
김연덕,공민택,황병현,김상환 사단법인 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.6
This study focuses on the verification of a rapid protection automation system using an inflatable structure. The inflatable structure is an automatic rapid protection system against human and material damage when the subsea tunnel is flooded. Especially, it is essential for construction and operation of subsea tunnels. In this study, we have experimentally verified the rapid protection automation system using the inflatable structure designed for this problem. In order to verify this, a model tunnel with a 40: 1 reduction ratio was constructed, and air pressure of 0.1 bar and 0.15 bar was injected to divide the tunnel according to the expansion rate at 10 sec and 20 sec. According to the results of the study, the protection efficiency was better at 0.15 bar than 0.1 bar when the expansion structure was expanded, and the protection efficiency and influent control efficiency were different according to the pneumatic injection time of the inflating structure. As a result of this study, it was found that the higher the internal air pressure of the inflated structure and the faster the inflation of rate, the more effectively the inflated structure was inflated. As a result of this study, it is necessary to further study the wedge type structure which is useful for the storage method of expansion structure, shape and expansion derivative, inhibition of expansion structure during protection and control of inflow water. 본 연구는 팽창구조체를 이용한 급속차폐 자동화 시스템 검증에 중점을 두었다. 팽창구조체는 해저터널의 침수사고 발생시 막대한 인적 및 물적 피해가 발생하는데 이를 대비한 자동 급속차폐시스템이다. 특히 해저터널의 시공 및 운영에 있어 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구는 이러한 문제에 대하여 고안된 팽창구조체를 이용한 급속차폐 자동화 시스템을 실험적으로 검증하였다. 이러한 검증을 하기 위해 모형터널을 40:1 축소율을 적용한 실내모형을 제작하여 0.1 bar, 0.15 bar의 공기압을 주입하여 10 sec, 20 sec로 팽창속도에 따라 나누어 4 case로 실험을 진행하여 누수량, 수압 등을 분석하였다. 연구 결과에 의하면 팽창구조체의 팽창 시 0.1 bar 보다 0.15 bar일 때 차폐효율이 좋았으며 팽창구조체의 공기압주입 시간에 따른 차폐효율 및 유입수 제어효율의 차이도 나타났다. 본 연구 진행 결과 팽창구조체가 완벽하게 팽창한다는 가정조건에서는 팽창구조체의 내부공기압이 높고 팽창속도가 빠를수록 더욱 효과적으로 나타났다. 본 연구 결과로향후 추가적인 팽창구조체의 보관방법, 형상과 팽창유도체 및 차폐시 팽창구조체의 이동억제와 유입수 제어에 도움이되는 쐐기형 구조물에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
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