철도선로구간의 노후도는 궤도, 노반, 교량, 터널 등 요소시설의 노후도로 결정되며 궤도의 선형 또한 선로구간 노후도에 영향을 준다. 본 논문에서는 계층구조분석(analytic hierarchy process: AHP)과 자료포락분석(data envelopment analysis: DEA)을 활용하여 선로구간의 노후도를 평가하는 방법을 제시한다. AHP는 다수의 전문가들이 평가하는 각 요소시설의 중요도를 체계적으로 파악할 수 있도록 해준다. 요소시설에 대한 중요도는 전문가에 따라 달라질 수 있다. DEA는 선로구간 요소시설의 중요도 가중치 범위를 체계적으로 반영하여 선로구간의 노후도를 평가할 수 있도록 해준다.
기존 철도의 전철화 사업 수행을 위해서는 노후 터널의 역학적 안정성 조사와 함께 건축한계의 확보가 필수적으로 이루어져야 한다. 건축한계가 확보되지 않으면 터널의 선형 개선을 토대로 한 재시공이 발생하므로 측량 자료가 요구된다. 본 연구에서는 영동선 구간의 3개 터널에 대하여 동일좌표체계의 정밀 측량을 실시하고 종횡단면도, 종단레일고, 레일경사, 횡단터널높이, 건축한계높이 등의 자료를 취득하여 직선 및 곡선 터널구간의 건축한계를 효율적으로 분석하였다. 종횡단 측량성과를 이용한 도면과 기존 설계값과 비교하여 건축한계를 분석하고 시공성을 파악할 수 있도록 전철화 설계의 안정성에 대한 평가자료로 제시할 수 있었으며, 향후에는 터널구조물의 실시간 모니터링 시스템 개발에 이의 운용성을 증대시키고자 한다.
영동선 이설사업 일환으로 영동선 동백산역(강원도 태백시 연화동)과 도계역(삼척시 도계읍)간의 본 터널은 총 연장 16.4km인 장대터널로서 전북 완주 전라선 슬치터널(6.12km)보다 10km 이상 길고, 정선 고한과 태백 추전을 잇는 4.5km의 정암터널의 3배가 넘는다. 특히 이 터널은 구간의 높이 차(약 3백80m)를 극복하기 위해 Loop형태로 설계되었고, 열차의 안정성, 구난대피, 환기측면에서 단선병렬 터널로 설계되었다. 또한 불량한 선형과 노후된 터널구조물로 인한 열차 안전운행 저해요인을 해소하기 위해 천공발파공법을 굴착공법으로 채택하였다. (중략)
A 3D FEM numerical analysis was performed to observe the changes of supporting system of a old 1-lane tunnel when it is enlarged to 2-lane, 3-lane and 4-lane. The standard Type-III supporting pattern was applied to the new tunnel because the ground was assumed as Type-III. The observation was carried out at the middle supporting system of the old 1-lane tunnel alignment. The results shows that the changes of old tunnel supporting system began when the new tunnel was excavated at 2D(D is the equivalent diameter of 1-lane tunnel) behind of the observation place and became very rapid from 1D.
최근 잦은 기상이변과 대규모 태풍(2002년 루사, 2003년 매미 등)에 의해 기존 댐의 안정성이 미흡한 것으로 판단됨에 따라 최대가능홍수량(PMF) 유입시 소양강 댐의 수문학적 안정성 확보와 용수공급량 및 발전용량의 확보, 댐 주변 노후시설의 자연 친화적 개보수에 의한 친환경적 공간창출과 이로 인한 관광 수요 증대에 따른 지역경제 활성화를 목적으로 기존 여수로에 추가하여 보조여수로가 계획되었다. 보조여수로는 수리적 특성, 지반조건, 인문사회적 여건 및 문화재 등 기타 기반여건을 감안하여 1,276.4m와 1,206.4m, 2련 14도 완경사 터널식 여수로로 설계되었으며 터널은 폭 $14{\sim}25m$의 대단면으로 계획되었다. 보조여수로는 유입부 및 유출부 구조물, 천이부터널 및 일반터널, 개착터널로 계획되었으며 각 구조물의 수문학적 안정성을 바탕으로 설계되었다.
지하수에 의하여 터널 내로 유입된 수산화칼슘($Ca(OH)_{2}$)이 이산화탄소($CO_{2}$)와 차량의 배기가스($SO_{3}$) 등과 반응하여 그 반응물이 터널의 배수공 내에 침전되어 배수공 클로깅 현상이 발생하였다. 대부분의 반응물은 화학분석 결과 칼사이트의 탄산칼슘 ($CaCO_{3}$)인 것으로 나타났다. 본 연구에서는 일반적으로 터널의 배수공으로 사용되는 PVC관과 새로운 재질의 배수공인 테프론 코팅강관, 실리콘오일 코팅관, 아크릴관에 CaO 수용액과 터널 배수공 유출수를 흘려보내어 스케일 부착형태를 분석함으로써 배수공의 재질이 스케일 부착에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과 PVC관에서 가장 많은 양의 스케일이 생성되었고 아크릴관, 실리콘오일 코팅관, 테프론 코팅강관의 순으로 관 표면에 스케일이 적게 부착되었다. 그러나 장기적 시험결과 테프론 코팅강관의 경우 관표면이 터널 유출수에 포함되어 있는 토사로 인하여 손상되어 코팅재의 탈락, 강관의 부식 등이 발생하여 내구성에 문제가 있었다.
강원도 동백산과 도계구간의 기존 노후 된 철도를 개량하기 위하여 새로운 장대터널을 계획하였다. 신설되는 터널은 두 지역의 표고차가 380m로 고저차가 심해 철도운영시설기준을 만족시키기 위하여 17km연장의 장대원형터널노선으로 계획하였다. 본 지역은 국내의 일반적인 지역에 비해 지질구조가 매우 복잡하기 때문에 계획한 터널노선의 지질 및 지층 상태를 규명하기 위하여 보다 정밀하고 광범위한 지질 및 지반조사를 실시하였다. 또한 계획된 터널은 석회함, 사함, 혈암 및 석탄층 퉁의 퇴적암층을 통과하며 근접하여 폐갱들이 존재하였다. 이들 암반층은 매우 다양한 형태의 서로 다른 암 종류로 혼재 되어 있어서 각 노선별 통과 암반층에 대하여 Q값에 의한 지반분류를 설시하고 터널의 굴착 지보 등에 대한 시공성 및 경제성등을 3개의 제안노선들에 대하여 제안한 평가 기법에 따라 평가를 설시하였다. 결과적으로 노선별 경제성 분석 결과에 따라 최적의 노선을 최종 선정하여 현재 시공 중에 있다.
배수공의 막힘 현상은 노후화된 터널의 가장 큰 문제점으로 보수 책 공법이 시급한 실정이며 장기적으로 보아 상승된 지하수위는 터널의 구조에 악영향을 미칠 수 있다. 현재까지의 유지 관리 방식은 Water Jet Cleaning과 배수공 내 초고압수를 분사하는 방식 등으로 배수공 내 생성된 스케일을 제거하고 있지만, 이러한 공법은 비용이 비싸고 주기적으로 관리가 필요한 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하고 반영구적으로 배수공 내 침전물 생성을 방지하기 위한 기술 중 자화장치를 사용하였다. 자화장치를 상하 내부(CASE I), 상내부 하외부(CASE II), 좌우 내부 배열(CASE III)로 배치하여 무게 분석과 육안 분석을 통하여 각 배열별 스케일 생성 억제 효과를 살펴보았다. 그 결과, 상내부 하외부 배열에서 가장 스케일이 적게 생성된 것을 발견할 수 있었으며 좌우 내부 배열, 상하 내부 배열 순으로 스케일의 생성을 억제하는 데 효과가 있는 것으로 나타났다.
1970년대 후반부터 설치된 공동구는 노후화에 따른 구조적 안정성과 수용시설의 변화에 따른 사용성이 문제가 될 수 있다. 노후 공동구의 확폭 재시공은 이에 대한 대안이 될 수 있지만 터널확폭에 대한 연구는 대부분 일정 심도 이상의 교통터널에 대하여 수행되었으며 저심도의 박스형 공동구에 대하여는 거의 연구가 이루어지지 않았다. 이 연구에서는 2차원 유한요소해석을 이용하여 공동구 터널을 편측확폭하는 경우 지반의 강성조건과 확폭 규모에 따라 확폭이 지반 침하에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 연구결과 최대 지표침하는 확폭 규모가 크거나 지반 강성이 작을수록 크게 발생하였다. 박스형 터널의 편측확폭시 침하 양상은 Clough & Schmidt (1981)의 제안과 유사하게 나타났으며, 침하 영향범위는 지반특성보다 확폭의 크기에 더 영향을 받는 것으로 나타났다.
Recently, the construction of road, subway, railroad, and microtunnel for electricity supplement have been increased because of increasement of traffic in urban area, increasement of industrial transportation, and the network between cities in Korea. The deterioration of tunnel structure may occur by various internal and external factors and particularly, tunnel structures tend to contact with either underground water or harmful ions. Therefore, leakage sometimes occurred through the cracks and joints of concrete lining. The leakage in tunnel may affect the durability of concrete lining. In this study, to evaluate the durability and deterioration of concrete lining in tunnel structures, we were performed the various experiments for compressive strength. Compressive strength obtained from nondestructive inspection and compressive strength test varies according to the concrete lining conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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