• 터널과지하공간
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• 제27권3호
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• pp.132-145
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• 2017

과거 도로터널 환기에 있어서 충격 손실은 설계에 반영되지 않았지만, 터널 내 네트워크형 구조로 인해 분기 합류부가 존재하는 복층 도로터널에서는 충격 손실에 의한 압력 손실이 크게 발생할 것이다. 이에 본 연구에서는 네트워크형 구조를 가지는 복층 도로터널 최적 환기 설계를 위하여 분기 합류 지점에서 발생하는 충격 손실에 대한 3D 전산유체역학(CFD) 수치해석 연구를 수행한다. 이를 위해 복층 도로터널 표준단면을 적용한 실제 스케일 모델을 활용하여 전산 유체 역학을 수행하였고 다양한 각도와 차도폭에 대한 충격 손실 계수를 도출하여 기존의 설계 값과 비교 분석하였다. 연구 결과, 분기 구간에서는 30도의 분류 각도를 가진 모델의 충격 손실 계수가 높게 측정되었고, 합류 구간에서는 2차선으로 설계된 모델의 충격 손실 계수가 낮게 측정됨을 확인할 수 있었다. 따라서 분기 합류 각도와 차도폭이 충격 손실 산정에 있어서 중요한 설계 요소가 될 수 있으므로 환기기 용량 산정에 있어서 정확한 설계 인자를 제시할 것으로 판단된다. 본 연구는 3D 전산유체역학(CFD)를 활용하여 확폭 교차 유 무에 따른 분기 합류 지점에서의 충격 손실 계수를 도출하고, ASHRAE 설계 값과 결과를 비교 분석하였다. 확폭 구간이 반영되지 않은 모델은 ASHRAE 값에 비해 최대 3배의 충격 손실 값을 확인하였고, 확폭 구간이 반영된 모델은 최대 2배의 값을 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제26권1호
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• pp.32-45
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• 2016

전 세계적으로 도심지 공간의 효율적인 활용을 위한 지하 공간 이용방안에 대해 연구가 진행되어 왔고 미국, 유럽, 중국 등이 복층터널을 건설하여 운영 중이다. 대표적으로, 프랑스의 A86 East, 말레이시아 SMART 터널, 스페인 M30 프로젝트, 미국 시애틀 SR99, 중국 상하이 양쯔강 터널 등을 예로 들 수 있다. 이에 따라서 국내에서도 교통집중을 해소하고 지상 공간 확보를 위해 대심도에 위치하는 네트워크형 복층도로터널 운영에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러므로 본 연구에서는 기존에 사용하고 있는 일반적인 도로터널의 환기설계 아웃라인의 리뷰를 통해 대심도 복층터널에 추가적으로 필요한 다양한 요소들을 분석해보고, 해외 복층 도로터널설계사례들을 자세히 검토하여 환기방식과 종류에 따른 환기설계인자분석을 통해 네트워크형 복층 도로터널에 적용 가능한 설계인자를 도출해내고 특징적인 환기설계인자를 새롭게 정립해 본다.

• 터널과지하공간
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• 제28권1호
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• pp.111-124
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• 2018

본 연구는 전세계적으로 활발하게 기술 개발 중인 네트워크형 복층 도로터널에서의 환기 설계를 위해 새롭게 요구되는 설계인자를 분석한다. 분류 및 합류부 지점에 존재하는 확폭구간에서 단면적의 변화에 따라 발생하는 충격손실계수를 결정하기 위해 전산유체역학(CFD)를 통한 수치해석 연구를 진행하였다. 수치해석에 사용된 모델은 실제 스케일을 반영하였고 이전의 선행 연구의 충격손실계수 값과의 비교분석을 통해 그 값의 신뢰성을 확보하였다. 수치해석 연구의 결과로 단면적비의 변화에 따른 충격손실계수 값을 도출해냈고 급확대부와 급축소부 두 경우 모두 이전의 선행 연구에서 제시된 충격손실계수 값보다 높게 계산되어졌다. 이는 네트워크형 복층 도로터널의 기하학적 구조의 특성이 충격손실계수에 미치는 영향이 크다고 판단된다. 따라서 본 연구의 결과 값은 앞으로 네트워크형 복층 도로터널의 환기 설계에 있어 좀 더 정확한 설계에 도움이 될 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제27권1호
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• pp.50-57
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• 2017

본 연구는 네트워크형 복층터널의 환기설계를 위하여 분기부지점에서 발생할 수 있는 충격손실에 대한 실험연구이다. 충격손실양을 결정할 수 있는 충격손실계수는 현재까지 종횡비가 일정한 원형이나 사각단면에 관한 설계값 및 이론식만이 존재하고 있다. 하지만 현재 국내에서 검토중인 복층터널이 종횡비가 약 1:3정도로 층고가 낮은 소형차 전용도로이기 때문에 본 조건에 맞는 충격손실계수의 제시가 필요하다. 이를 위하여 Reynolds 상사법칙이 적용된 약 1:23 스케일의 실험모델을 제작하여 큰 종횡비에 따른 분기부 지점 충격손실계수를 측정하였다. 연구 결과 분기부가 존재할 때 직선구간에 작용하는 충격손실 계수 와 분기부에서 작용하는 충격손실 계수 이 선행연구 되었던 설계값 및 이론식보다 2~3배 높게 측정되는 것을 확인하였다. 즉, 큰 종횡비가 충격손실계수에 미치는 영향이 크다는 것을 확인함에 따라서 네트워크형 복층터널의 환기설계 시 보다 정확한 설계값을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제30권2호
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• pp.81-86
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• 2016

최근 국내 도심지 도로는 빈번한 교통정체가 발생하고 있다. 도심지 교통정체를 해소하기 위한 방안으로 국내에서는 대심도 복층터널에 대한 계획이 이루어지고 있다. 국내에서 계획되는 대심도 복층터널은 소형차 전용으로 계획되며 네트워크형의 구조를 가지고 있어 차량의 출입이 지하공간에서 이루어지고 있다. 이러한 네트워크형 대심도 복층터널은 터널의 단면 및 높이가 일반도로터널 보다 작고 차량의 출입으로 인한 교통풍의 작용으로 화재연기가 터널 승객의 대피보다 빠르게 전파되어 인명피해 발생이 예상된다. 따라서 본 연구에서는 국내 네트워크형 대심도 복층터널에 화재시 화재연기 확산지연을 방지하고자 화재연기 확산지연 장치 작동시 터널 차단면적에 터널 내 작용하는 유입풍의 저감효과를 분석하였으며, 분석결과 터널 차단면적이 50% 이상일 경우 터널 내 작용하는 풍속을 약 21% 저감시키는 효과가 나타났으며, 면적이 50% 이상일 경우 화재 연기의 확산속도를 약 21% 저감시켜 안전한 대피에 도움이 될 것이라 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.899-915
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• 2018

본 연구에서는 도심지 친환경적 선진 도로교통망 구축을 위해 소형차 전용도로인 복층터널은 경제성을 확보하기 위해 소형차 전용도로 단면으로(최대 높이가 3.6 m) 시설한계고를 고려하여 터널 내 교통표지판은 60 cm 이하 높이로 설계되어야 한다. 하지만 터널의 시설한계고가 낮으며, 교통표지판 문자높이가 작아 운전자 시인성 감소로 인한 판단오류가 발생될 수 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 교통표지문자를 입체적으로 설계하여 동일한 거리에서 기존 표지판보다 더 큰 시인성을 확보할 수 있는 입체표지판의 설계적용 가능성 및 가상시뮬레이션을 통한 가능성 검증을 수행하였다. 입체표지판은 복층터널 천장부에 수평으로 설치되며, 수직으로 보이기 위해서는 원근에 의해 일정한 비율로 작아지는 만큼 폭과 높이를 확대시켜 일정거리에서 수직으로 보일 수 있도록 비례식에 의한 이론적인 계산으로 입체표지판 설계를 수행하였다. 또한 입체표지판 설계제원을 통하여 운전자가 주행하였을 때 입체표지판의 시인형태를 검증하기 위해 3D시뮬레이션을 수행하였다. 설계 및 실험연구를 수행한 결과 입체표지판은 이론적인 공식을 통하여 설계가 가능하였으며, 기존 수직형 교통표지판 대비 시설 한계고 제약이 없기 때문에 더 큰 교통표지문자를 운전자에게 제공할 수 있음을 확인하였다. 또한 천장부에 설치된 입체표지판 설계원리를 이용하면 측벽부에서도 구현이 가능하다는 것을 확인하였다. 입체표지판 설계제원은 운전자가 정자로 시인되는 거리가 짧을수록 입체표지판 하부에 수직으로 돌출높이가 높을수록 사이즈를 작게 설계가 가능하다는 것을 확인하였다. 이러한 입체표지판 설계제원을 토대로 3D시뮬레이션 주행실험결과, 계획된 일정거리에서 운전자가 입체표지판이 수직표지판과 동일한 시인 효과가 나타난 것을 확인하였다. 아직 국내외적으로 입체표지판에 대한 세부적인 연구 및 제도적인 개선이 이루어지지 않았으나, 본 연구를 통하여 개발된 입체표지판에 대한 설계 및 적용가능성을 통한 여러 연구를 통하여 새로운 도로교통시설물의 핵심기술로 발전되길 기대한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권5호
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• pp.675-687
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• 2019

최근 대도시에는 교통량의 증가와 높은 토지 보상비 등으로 인해 도로 확충 시 대심도 복층 터널의 필요성이 증가하고 있으며, 국내에서도 일반적인 터널보다 단면이 작고 지하에서 다른 터널과 교차하는 네트워크형 터널이 계획되고 있다. 본 연구에서는 쉴드 터널 분기부에 있어서 기존 터널과 확폭부를 연결하는 연결상세에 있어 기존의 전단면 강재 접합부 대신 휨모멘트가 크게 발생하는 연결부에만 강재를 사용하는 부분 강재-콘크리트 접합부 상세와 쉴드 터널 분기부의 확폭 구간의 해석은 3차원 거동효과를 반영하기 위해 확폭부 시종점 구간의 기둥 효과와 종방향 부재의 강성효과를 고려할 수 있는 2차원 해석모델을 검토하였다. 2차원 해석기법으로 확폭부 시종점 구간에서 종방향 부재의 강성을 횡방향 모델에서 연결부의 탄성스프링 지점으로 고려하여 종방향 부재의 강성과 시종점부의 기둥효과를 반영하는 방법을 제안하였다. 제안된 2차원 해석기법을 이용한 구조해석 결과 일정값 이상의 강성을 갖는 종방향부재를 도입하면 접합부와 박스부의 휨모멘트를 저감 시킴으로써 부분 강재-콘크리트 접합부의 구조 안전성을 확보할 수 있는 것으로 검토되었다.