• 한국공간구조학회논문집
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• 제23권1호
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• pp.25-34
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• 2023

This paper presents a computational fluid dynamics (CFD) analysis to investiagate the effect of expansion chamber on overpressure reduction in protective tunnels subjected to detonation of high explosives. A commercial CFD code, Viper::Blast, was used to model the blast waves in a protective tunnel with a length of 160 m, width of 8.9 m and height of 7.2 m. Blast scenarios and simulation matrix were establihsed in consideration of the design parameters of expansion chamber, including the chamber lengths of 6.1 m to 12.1 m, widths of 10.7 m to 97 m, length to width ratios of 0.0 to 5.0, heights of 8.0 m and 14.9 m, and ratios of chamber to tunnel width of 1.2 to 10.9 m. A charge weight of TNT of 1000 kg was used. The mesh sizes of the numerical model of the protective tunnel were determined based on a mesh convergence study. A parametric study based on the simulation matrix was performed using the proposed CFD tunnel model and the optimized shape of expansion chamber of the considered tunnel was then proposed based on the numerical results. Design recommendations for the use of expansion chamber in protective tunnel under blast loads to reduce the internal overpressures were finally provided.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.79-90
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• 2021

This paper presents a study to reduce the effect of blast pressure on the blast valves installed in protection tunnels, where the shape of the tunnel entrance and the blast pocket is optimized based on the predetermined basic shape of the protective tunnels. The reliability of the numerical tunnel models was examined by performing analyses of mesh convergence and overpressure stability and with comparison to the data in blast-load design charts in UFC 3-340-02 (DoD, 2008). An optimal mesh size and a stabilized distance of overpressure were proposed, and the numerical results were validated based on the UFC data. A parametric study to reduce the blast overpressures in tunnel was conducted using the validated numerical model. Analysis was performed applying 1) the entrance slope of 90, 75, 60, and 45 degrees, 2) two blast pockets with the depth 0.5, 1.0, and 1.5 times the tunnel width, 3) the three types of curved back walls of the blast pockets, and 4) two types of the upper and lower surfaces of the blast pockets to the reference tunnel model. An optimal solution by combining the analysis results of the tunnel entrance shape, the depth of the blast pockets, and the upper and lower parts of the blast pockets was provided in comparison to the reference tunnel model. The blast overpressures using the proposed tunnel shape have been reduced effectively.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.285-303
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• 2023

도심지 인프라 조성과 효율적인 공간 활용을 위하여 지하 공간 구축에 대한 관심이 증가하고 있다. 지하공간의 대표적인 활용방법으로는 터널이 있으며, 도로 터널 외에도 전력구 및 공동구와 같은 유틸리티 터널에 대한 건설도 점차 증가하고 있는 실정이다. 현행의 기본적인 터널 공법은 NATM (New Austrian Tunnelling Method)과 TBM (Tunnel Boring Machine)으로 구분할 수 있다. NATM 방식은 신뢰성 있는 공법이긴 하나 발파작업에 따른 진동 및 소음이 수반된다. TBM 굴착공법의 경우 공사 기간과 공사비 부분에서 불리한 측면이 있지만, 적정한 보완 방법들을 도입하면 경제성의 제고가 가능하다. 본 연구에서는 방호쉴드 공법을 이용하여 TBM 선행 굴착 후 NATM 방식으로 발파를 수행하는 공법을 개발하였다. 이는 각 터널 공법의 단점들을 보완한 형태로 공기 및 공사비 절감, 발파 진동 및 소음 등의 저감이 기대되는 방법이다. 개발 공법의 성능을 검토하기 위하여 방호쉴드 축소 모형을 적용한 방호쉴드의 성능평가 실험을 수행하였으며, 방호쉴드 공법의 발파진동 영향 등을 분석하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제43권3호
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• pp.304-312
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• 2006

For protection of the thruster against mechanical damage and reduction of tunnel resistance at ship forward speed, the tunnel grids are normally installed. Some of ship operators however, have a strong distrust of the protective function of the tunnel grids and so they do not want to install the protective grids for higher thruster efficiency. Since the grids should be installed at very close to the side shell as far as possible in due consideration of flow direction to minimize additional resistance induced by tunnel openings, it has been too hard and time consuming work to install the grids on the curved and chamfered tunnel entrances considering its relatively low resistance reduction effect. DSME (Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering Co., Ltd) developed a substituting device named TG (Tunnel Guides) for bow thruster tunnel grids which is characterized by higher resistance reduction, higher thruster efficiency and easy to installation. This paper provides the principle idea of the TG with short history of the development using CFD calculations and model experiments in MOERI (former KRISO).

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제65권6호
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• pp.741-750
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• 2018

The aim of this study was to investigate the mechanical responses of a high-speed railway shield tunnel subjected to impact by a derailed train, with emphasis on the protective effect of the secondary lining. To do so, the extended finite element method was used to develop two numerical models of a shield tunnel including joints and joint bolts, one with a cast-in-situ concrete secondary lining and one without such a lining. The dynamic responses of these models upon impact were analyzed, with particular focus on the distribution and propagation of cracks in the lining structures and the mechanical responses of the joint bolts. The numerical results showed that placing a secondary lining significantly constricted the development of cracking in the segmental lining upon the impact load caused by a derailed train, reduced the internal forces on the joint bolts, and enhanced the safety of the segmental lining structure. The outcomes of this study can provide a numerical reference for optimizing the design of shield tunnels under accidental impact loading conditions.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2006년도 추계학술대회 논문집
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• pp.1354-1363
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• 2006

Until now, NATM(New Austrian Tunneling Method) has been increasingly developed based on concept of making use of ground as support. Also, NATM in its essence is a method of risk based on monitoring behaviour of tunnel. This Monitoring is irreplaceable for the quality construction of tunnel, and safety of tunnel itself. Pre-reinforcement ahead of a tunnel face using long steel pipes in NATM, known as the RPUM(Reinforced Protective Umbrella Method), is the auxiliary method to sustain the stability of a tunnel face and reduce the ground settlements. Since design of RPUM has been dependent on the empirical design, it is necessary to develop the improved design methods. In this study, to understand behaviour of steel pipes, it is monitored displacement of tunnel crown, axial force of rock bolt, displacement and axial stress of steel pipes. Also, in order to clarify the mechanical behaviour and RPUM effects, 3-Dimensional numerical analysis is performed that various cases of different parameter combinations including original length and repeated length of steel pipes, installation width and angle, repeated length of steel. In the results of comparison monitoring with analysis, it is suggested more economical and efficient design technique than empirical design methods.

• 터널과지하공간
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• 제15권1호
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• pp.71-79
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• 2005

지표로부터 터널까지의 토피가 얇고 지반이 풍화토 혹은 풍화암으로 연약한 곳에서 두 터널이 교차되도록 굴찰할 때 교차부의 역학적 안정성을 계측으로 확인하였다. 터널의 시공방법은 주로 12 m의 강관 다단그라우팅 3열로 막장전방을 선보강한 후 터널상반부를 굴착하였고 두 터널의 교차부는 자천공 록볼트로 추가 보강하였다. 터널 굴착 후 교차부 주변 지반의 변위가 수렴되어 역학적인 안정을 확인 할 수 있었다. 최종적으로 수렴된 변위는 천단침하와 내공변위가 각각 약 6-7 mm. 약 5 mm로 터널의 심도와 연약한 지반조건을 고려할 때 작은 값이었다. 따라서 길이 12 m의 강관 다단그라우팅 3열로 막장전방을 보강한 후 터널 교차부 주변을 굴착한 것은 변위를 억제하고 터널의 안정화에 효과적인 것으로 분석되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.1529-1539
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• 2013

최근에 일본의 시공사례에 따르면 터널확대를 위해 보호공(프로텍터)을 설치하고 기존 터널을 사용하면서 시공하는 경우에는 록볼트를 굴착방향에 수직하게 타설할 수 없어서 경사지게 타설하는 경우가 있다. 운용 중인 터널을 확대 시공하는 경우에는 작업조건이 매우 나쁘기 때문에 록볼트의 패턴(경사 록볼트 설치, 사전 록볼트 시공, 록볼트 제외 등)에 대한 검토가 필요하다. 이 연구에서는 모형시험을 이용하여 일반적으로 터널 굴착방향과 수직하게 설치되는 시스템 록볼트의 보강효과와 터널 굴착방향에 경사지게 설치되는 경사 시스템 록볼트의 보강효과를 비교하였다. 모형 록볼트의 설치각도, 설치간격, 정착 길이 등을 변화시켜 총 24회의 모형시험을 수행하였으며, 모형시험 결과 모형볼트 1개가 부담하는 면적에 대한 이완하중 발생률은 부담면적 감소에 따라 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 모형볼트 정착 길이 변화에 따른 이완하중 발생률은 정착 길이가 길어질수록 감소하는 경향이 나타났다. 한편 터널 지보재 설치효과를 주변 지반의 공학적 특성 증가로 간주하는 지보재 모형화 방법에 의한 2차원 수치해석 결과가 모형시험의 처짐 증가량 발생경향을 유사하게 예측하는 것으로 나타나 본 해석 기법이 경사 시스템 록볼트의 보강효과를 적절히 모사할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.109-120
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• 2007

대형 대단면 터널의 시공시 지반 변형을 억제시키고 지반의 강성을 증가시키며 차수 및 지수를 확보하기 위해 다양한 사전 보강공법들이 굴착전 막장 천단부 전방에 적용되고 있으나 물성치 결정 및 시공단계 해석에 있어서 여러 오류를 안고 있다. 본 연구에서는 탄성파를 이용하여 사전보강영역의 시간 의존적 강도 및 강성 특성을 분석하는 기법을 제시하였다. 실내실험을 통해 획득한 탄성파속도와 전단강도는 경화시간에 따라 증가하며, 전단강도와 전단강도정수는 탄성파 속도와 일정한 관계를 갖는 것으로 분석된다. 재령에 따른 탄성계수와 점착력을 터널의 시공단계에 따른 시뮬레이션에 적용하여 경시효과가 터널 변위 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 해석결과 $1{\sim}2$일 강도 및 강성을 적용한 결과가 경시효과를 고려한 경우와 갱구부에서 유사한 거동을 하며, 특히 초기 시공부분 및 갱구부에서 터널의 안정성에 큰 영향을 미치는 것으로 분석된다. 본 연구에서 제안된 기법을 통해 향후 사전보강영역의 경시효과를 고려한 터널 거동해석을 위해 실내실험과 수치해석을 병용하여 신뢰성 있는 터널 해석 및 설계를 수행하는 것이 바람직 할 것이다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.155-162
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• 2005

본 연구는 하수시설과 같은 열악한 환경에서의 구조물의 열화원인에 대하여 분석한 후 내구성회복을 위하여 항균성개질재와 무기질단면피복재의 개발을 통한 보수공법을 구축하였다. 또한 항균성개질재와 무기질단면 피복재의 복합 사용할 경우에 있어서 이들의 특성평가를 위하여 항균시험, 침투성시험, 침투후의 강도특성 및 전자현미경(SEM)을 이용하여 항균성개질재의 작용에 의한 마이크로조직의 변화특성을 평가하였다. 또한 습윤면에 부착성이 우수한 방식피복재와 항균성개질재의 복합에 의한 내구특성시험을 실시한 후 공정별 상호 부착특성을 파악하기 위하여 현장시험시공과 더불어 실구조물(하수구조물, 지하철구조물)에 적용 후 부착특성을 평가하여 개발된 보수기술에 대한 현장 적용성을 분석하였다.