• 제목/요약/키워드: 해저 터널

검색결과 156건 처리시간 0.022초

해저 콘크리트 구조물의 신뢰성 이론에 의한 시간 의존적 내구수명 평가 (Time Dependent Evaluation of Corrosion Free Life of Concrete Tunnel Structures Based on the Reliability Theory)

  • 백승우;정민선
    • 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
    • /
    • 제15권3호
    • /
    • pp.142-154
    • /
    • 2011
  • 본 연구에서는 철근 콘크리트 터널 구조물을 해상 대기중 비래염분이 침투하는 터널 내벽과 해수에 항시 접촉하는 터널 외벽으로 구분하여, 몬테카를로 시뮬레이션에 의해 철근 부식 개시 확률을 예측하였다. 염해관련 변수의 변동성을 평가하기 위하여 염소이온 확산계수, 표면 염소이온농도, 피복두께, 임계 염소이온농도를 실제 실험 및 문헌 조사를 통해 확률특성을 구하였다. 그 결과 염소이온 확산계수의 평균치는 $3.77{\times}10^{-12}m^2/s$ 이었으며, 대상 부재인 터널 내벽과 외벽의 피복두께는 각각 45.5mm, 94.7mm으로 조사되었고, 임계 염소이온농도의 평균은 결합재 단위중량당 0.69%이었다. 각 변수의 확률적 특성에 근거하여 노출기간에 따른 철근위치에서의 염소이온 농도 분포를 구하였다. 재령이 증가할수록 침투 염소이온 농도의 평균값은 증가하며, 변동계수는 감소하게 됨을 알 수 있었다. 또한 확률론적 염해 해석기법을 적용하여 콘크리트 터널 내벽과 외벽에 대해 내구수명 및 부식개시 확률을 평가하였다. 염소이온 침투의 시간의존성을 고려하지 않은 경우 터널 내벽과 외벽에 대해 각각 8년, 12년의 내구수명이 도출되었으나, 시간의존적 모델에서는 178년, 283년의 내구수명이 계산되어 구조물의 설계내구수명(100년)을 만족하고 있음을 보였다. 또한, 시간의존성을 고려하지 않은 경우 100년에서의 부식 개시 확률은 터널 내벽과 외벽에 대해 각각 59.5, 95.5%였으며, 시간의존성 모델에서는 2.9, 0.2%로 계산되었다. 따라서 구조물의 과다설계를 방지하고 보다 합리적인 내구수명 설계 및 평가를 위해서는 염소이온 확산의 시간의존성을 고려하여야 한다. 마지막으로 본 연구에서 문헌 조사를 통해 구한 부식 발생 임계 농도를 현재 콘크리트 관련 기준에 제시한 값과 비교하여 분석하였다.

단층대와 복합지반을 통과하는 쉴드TBM의 굴진율 및 다운타임 발생 특성 분석 (Analysis of Advanced Rate and Downtime of a Shield TBM Encountering Mixed Ground and Fault Zone: A Case Study)

  • 정호영;김민철;이민우;전석원
    • 터널과지하공간
    • /
    • 제29권6호
    • /
    • pp.394-406
    • /
    • 2019
  • 도심지와 하·해저 터널에서는 연약지반 혹은 특수지반(단층대, 복합지반 등)을 조우할 가능성이 높으며, 이러한 조건에서는 TBM의 굴진율이 저하되고 다운타임이 증가하는 등의 문제점이 발생한다. 이러한 문제점들은 지반조사에서 발견되지 않은 불리한 지반조건에 기인하는 경우가 많으며, 굴진 중 수집된 굴진데이터를 근거로 향후 지층조건에 대한 최적의 운용조건을 결정하는 것이 최선이다. 본 연구는 향후 쉴드 TBM을 이용한 터널공사에서 단층대 및 복합지반에서의 효율적인 시공을 위하여 수행되었다. 외국의 사례를 통해 수집된 TBM의 굴진데이터를 활용하여 굴진율과 다운타임 발생 특성을 지층조건에 따라 분석하였다. 추력, 토크, RPM 등 주요 TBM의 기계데이터와 굴진율, 다운타임은 단층대와 복합지반의 특징에 따라 크게 영향을 받는 것을 확인하였고, 그 특징에 대하여 논하였다. 향후 국내외 유사한 지반에서의 TBM 시공 시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

커터수명지수 예측을 위한 다중선형회귀분석과 트리 기반 머신러닝 기법 적용 (Application of Multiple Linear Regression Analysis and Tree-Based Machine Learning Techniques for Cutter Life Index(CLI) Prediction)

  • 홍주표;고태영
    • 터널과지하공간
    • /
    • 제33권6호
    • /
    • pp.594-609
    • /
    • 2023
  • TBM 공법은 굴착면 안정성 확보 및 주변환경에 비치는 영향을 최소화하기 때문에 도심지나 하·해저터널 등에서 적용 사례가 증가하는 추세이다. 디스크 커터의 수명을 예측하는 대표적인 모델 중 NTNU모델은 커터수명지수(Cutter Life Index, CLI)를 주요 매개 변수로 활용하지만 복잡한 시험절차와 시험장비의 희귀성으로 측정에 어려움이 있다. 본 연구에서는 다중선형회귀분석과 트리 기반의 머신러닝 기법으로 암석물성을 활용하여 CLI를 예측하였다. 문헌 조사를 통해 암석의 일축압축강도, 압열인장강도, 등 가석영함량과 세르샤 마모지수 등을 포함한 데이터베이스를 구축하였고 파생변수를 계산하여 추가하였다. 다중선형회귀분석은 통계적 유의성과 다중공선성을 고려하여 입력 변수를 선정하였고 머신러닝 예측 모델은 변수 중요도를 기반으로 입력 변수를 선정하였다. 학습용과 검증용 데이터를 8:2로 나누어 모델 간 예측 성능을 비교한 결과 XGBoost가 최적의 모델로 선정되었다. 본 연구에서 도출된 다중선형회귀모델과 XGBoost모델을 선행 연구와 예측 성능을 비교하여 타당성을 확인하였다.

가스하이드레이트 개발과정에서의 단층 재활성화 해석 (Numerical Analysis for Fault Reactivation during Gas Hydrate Production)

  • 김형목;김아람
    • 터널과지하공간
    • /
    • 제26권2호
    • /
    • pp.59-67
    • /
    • 2016
  • 본 논문에서는 해저 하이드레이트 퇴적층에서의 메탄가스 생산 과정에서 발생 가능한 생산정 주변 단층의 재활성화 가능성을 수치해석을 통해 평가하고 재활성화에 따른 미소지진 규모를 예측한 결과를 소개하였다. 가스 생산에 의한 하이드레이트 퇴적층의 유효응력 변화 및 역학적 변형은 TOUGH+Hydrate 코드와 FLAC3D 코드를 순차적으로 연계해석함으로써 시뮬레이션하였다. 단층면 재활성화 기준은 모어쿨롱(Mohr-Coulomb)법칙이 유효한 것으로 가정하였다. 30일간의 시험생산 해석 결과, 감압에 의한 공극압력 감소 및 유효응력의 증가가 주변 단층의 활성화를 일으킬 가능성은 크지 않은 것으로 나타났다. 초기응력 조건에 따른 활성화 가능성을 활동마찰각으로 평가한 결과로부터 수평응력에 비해 수직응력이 상대적으로 큰 정단층 응력조건(normal fault stress regime)에서 단층 재활성화 가능성이 상대적으로 큰 것으로 파악되었다. 또한, 정단층 응력조건에서 단층 재활성화에 기인한 유도지진 발생규모를 모멘트 크기(moment magnitude)로 추정할 경우, 모두 음(-)의 값을 보여 인간이 감지하지 어려운 수준의 미소지진에 해당하는 결과를 보였다. 다만, 본 해석은 하이드레이트 생산과정에서의 단층재활성화 가능성 평가를 목적으로 한 해석기법 구축 및 그 적용성을 소개할 목적으로 상당히 단순화된 지질구조 모델을 가정한 결과이므로, 향후 하이드레이트 시험 생산 및 상업 생산 지역에서의 상세 지질구조, 입력 물성 및 생산 설계조건을 반영한 해석에서는 상이한 결과를 보일 수 있을 것이다.

70 MPa급 인공암반 내 실대형 쉴드TBM 굴진실험을 통한 굴진율 모델 및 활용방안 제안 (Development of a TBM Advance Rate Model and Its Field Application Based on Full-Scale Shield TBM Tunneling Tests in 70 MPa of Artificial Rock Mass)

  • 김정주;김경열;류희환;정주환;홍성연;조선아;배두산
    • KEPCO Journal on Electric Power and Energy
    • /
    • 제6권3호
    • /
    • pp.305-313
    • /
    • 2020
  • 전력송전을 위한 터널식 전력구는 점차 시공실적이 증가하고 있는 추세이며, 해저 및 대심도 등 시공환경이 어려운 구간의 건설도 증가하고 있다. 이에 소단면 쉴드TBM의 효율적 운영을 위해 굴진율 및 설계모델이 필요하다. 그러나, 제한된 지반조사 회수 및 굴착면 맵핑으로 인하여 암반특성과 굴진데이터를 정확히 매칭시켜 상호간 상관관계 및 굴진율 모델을 도출하는데 어려움이 있다. 이에 소단면 쉴드TBM에 적합한 굴진율 및 설계모델을 제시하기 위하여 커터헤드의 직경이 3.56 m인 실험용 EPB 쉴드TBM을 제작하고, 총 부피 87.5 ㎥인 인공암반 내에서 총 19번의 실대형 굴진실험을 수행하였다. 본 실험은 70MPa의 균질한 암반강도에서 수행되었기 때문에 운전변수인 추력과 커터헤드의 RPM에 따른 굴진율과 기계데이터간 상관관계를 효율적으로 분석할 수 있으며, 실제 굴착메커니즘과 동일하기 때문에 도출된 압입깊이와 토크값은 활용성이 높다. 본 연구를 통해 디스크커터 당 연직력과 압입깊이의 상관관계 및 연직력과 회전력의 상관관계를 도출하였다. 이러한 상관관계들을 이용하여 70 MPa급 암반에 대해 굴진율 예측과 TBM 설계가 가능할 것으로 판단한다. 또한, 인공암반의 RQD가 100%로 현장적용에 대한 한계점에 대해 FPI의 개념을 도입하여 굴진율 모델의 활용성을 증대시키고자 하였다.

유라시아 철도의 다중경로 구축에 관한 연구 (The Study of Establishing the Multi-pass Eurasian Railroads)

  • 한범희;허남균;허희영
    • 산학경영연구
    • /
    • 제21권2호
    • /
    • pp.137-170
    • /
    • 2008
  • 본 연구는 국제물류시장에서 동북아 각국의 협력과 경쟁을 유발하는 유라시아철도의 경로구축에 대한 물류전략을 제시하고 있다. 21세기 세계경제의 화두(話頭)는 자유무역협정, 에너지자원개발, 지구온난화 등이다. 이미 유럽은 경제통합의 최고수준인 초국가적 기구를 설치하여 완전경제통합을 이루어 역내 생산 및 물류 방면에 경쟁우위를 확보하였으며, 캐나다, 미국, 멕시코 등도 1994년 1월에 북미자유무역협정(NAFTA)을 체결하여 역내 관세철폐를 통한 역외국가에 대해 비교우위를 점하고 있다. 한편, 유라시아 대륙의 동쪽지역에 해당하는 중국, 일본, 러시아, 한국 등 동북아시아 지역은 정치 경제적인 세계적 위상에 비추어 볼 때, 대립과 갈등이 거듭되는 낙후된 모습으로 교류와 소통에 비효율과 고비용 구조를 면하지 못하고 있다. 아프리카, 남아메리카, 중앙아시아, 몽골, 코카서스 지역 등에는 미국, 영국, 중국, 일본 등이 미래 에너지자원 확보를 위해 자원개발패키지프로그램을 실행하고 있으며, 지역에 따라서는 석유, 가스, 광물자원의 수송 대책에 상당한 어려움을 겪고있다. 2005년 2월 16일 일본 교토에서 기후변화에 관한 국제연합규약의 교토의정서를 채택한 이후 해당 국가들은 온실가스를 줄이기 위한 대체에너지개발 및 운송수단의 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 현재, 유럽과 아시아간의 이동화물의 대부분은 해상경로를 통하여 운송되고 화물의 특성상 미량의 항공운송이 있으며, 기원전부터 동서양의 이동통로였던 실크로드는 흔적만 남아 있을 뿐이다. 유라시아 북부지역을 관통하는 시베리아횡단철도는 서비스상의 애로(隘路)가 많아 아직까지는 러시아만의 유통경로로 대부분 사용되고 있다. 1992년 완성된 중국횡단철도는 국제적 유통경로로서의 제 역할을 수행하지 못하고 있다. 이중육지폐쇄국가 (double landlocked country)인 우즈베키스탄을 비롯한 중앙아시아, 몽골, 아제르바이잔 등 해상과 인접하지 못한 국가들은 보유하고 있는 자원개발을 통하여 경제적 도약을 계획하고 있지만, 자원개발의 특성과 빈약한 물류인프라로 인하여 상당한 기간이 소요될 것으로 고려된다. 다만, 인접국가인 중국의 경우는 투르크메니스탄에서 우즈베키스탄과 카자흐스탄을 통한 가스파이프라인을 연결하여 중국서부지역의 수요를 충당할 계획으로 건설 중에 있다. 특히, 2001년에 정식으로 출범한 상하이협력기구(Shanghai Cooperation Organization:이하 SCO)는 중국과 러시아를 필두로 타지키스탄, 키르기스스탄, 카자흐스탄, 우즈베키스탄 등 정회원국 6개국과 옵서버 국가인 몽골, 인도, 파키스탄, 아프가니스탄, 이란 등 5개국으로 구성되어 있다. 처음에는 테러방지를 위한 군사적 동맹으로 시작했지만, 지금은 교통, 운송, 교역, 에너지협력까지 확대해 나가고 있다. 미국과 NATO의 옵서버 신청까지 거절하였으니 그 숨겨진 뜻을 이해할 필요가 있을 것이다. 러시아는 동서가 유라시아 대륙의 북부지역 전역을 차지하는 광활한 지역을 균형 발전시켜야한다는 국정과제를 수행하기 위하여 시베리아횡단철도(Trans Siberia Railway:이하 TSR)의 활성화와 극동 시베리아 지역의 경제발전에 전력을 다하고 있다. 또한 일본과 한국에 상당한 기대를 가지고, TSR과 TKR(한반도종단열차)을 연결시키기 위하여 적극적인 노력을 한 결과, 나진-하산 간 철도 개보수에 러시아, 북한, 남한 3개국이 참여하기로 잠정 합의되었다. 이 지역은 국제연합개발계획(UNDP)에서 추진하고 있는 두만강개발계획(Greater Tumen Initiative:이하 GTI)과 중첩되는 곳으로, 이 계획은 한국, 몽골, 중국, 러시아, 북한 등 5개국의 공동 프로젝트이며, 그 내용은 에너지, 관광, 환경, 몽골과 중국 간 철도연결 타당성 검토, 동북아 페리루트 개설 등이 추진되고 있다. 중국의 동북3성 재개발 계획을 성공적으로 실행하기 위해서는 국내외 자본의 많은 투자 유치가 필수적인데, 그 전제 조건이 중국동부 연안의 개발에서 이미 보았듯이 막힘 없는 물류인프라의 존재 여부이다. 일본은 몽골지역에 대규모 무상 인프라건설 지원을 해주면서, 몽골과 러시아 자루비노를 연결하는 '동방대통로'를 구상하고 있지만, 러시아, 중국의 태도를 주시해야하는 입장이다. 만약에, 북한의 비핵화 방지 프로그램이 파행을 거듭하지 않는다면, 미국도 어떠한 방식으로든 참여하게 되어, 한반도종단철도와 시베리아횡단철도, 한반도종단철도와 중국횡단철도의 연결은 아시아태평양경제사회위원회(UN ESCAP)의 추진 프로그램과 더불어 가속도를 붙게 할 것이다. 이것이 실행되면, 지금까지 미온적인 일본과 한국 간 해저터널 문제도 적극적으로 검토될 것이다. 결국 한반도는 주변국이 원하든 원하지 아니하든, 지경학적으로 그리고 지정학적으로 동북아시아의 중심적 위치를 차지할 수밖에 없을 것이며, 과거, 현재, 미래에 동북아시아 각 국가의 경쟁과 협력의 중심적 역할을 할 수 있는 한반도의 기회는 계속될 것이다.

  • PDF