선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 하지만 튜브 구조의 특성 상 한 단계 높은 기밀처리가 예상되므로 종방향 및 횡방향 접합면에 추가로 실리콘 처리를 하였다. 또한 본 실험에서는 콘크리트 재료 및 이음부의 영향에 의한 시스템의 기밀성능 평가를 수행한 후 추가로 콘크리트 표면에 방수재 처리를 한 후의 시스템 기밀성능 평가도 실시하여 방수재 적용의 효과 또한 검증하고자 하였다. 따라서 일차로 방수재 처리를 하지 않은 시험체에 대해 실험 수행 후 내부 표면에 2차 실험을 위한 방수재를 도포할 수 있게 하기 위하여 단부에 설치된 강판에 출입문을 설치하였으며(Fig.
- 본 논문에서는 시공 상의 불연속 구간에 대한 기밀성 평가를 위해 실험에 기초한 연구를 수행하였다. 진공 튜브 구조물의 시스템 측면에서의 기밀성능을 예측, 평가하기 위하여 실제 터널 상태를 최대한 가깝게 모사하기 위해 터널의 형식 별로 시험체를 제작하였는데, 콘크리트 관 1개로 구성된 일체형 튜브 1기, 일체형 튜브 2개를 연결시킨 연결식 튜브 시험체 1기, 그리고 마지막으로 콘크리트 세그먼트형 튜브 1기 등 총 3기의 시험체를 제작하였다.
- 본 논문에서는 시공이음 및 세그먼트 연결부 등 불연속 구간을 포함하고 있는 튜브 구조물에 대한 기밀성 평가를 위해 실험에 기초한 연구를 수행하였다. 진공 튜브 구조물의 시스템 측면에서의 기밀성능을 예측, 평가하기 위하여 실제 터널 상태를 최대한 가깝게 모사하기 위해 터널의 형식 별로 시험체를 제작하여 기밀성 실험을 수행한 후 실험 결과 얻어진 흐름 곡선으로부터 시스템의 등가 투기계수를 산출 하였다.
가설 설정
- 펌프 재가동 시점을 어느 수준으로 정해야 하는 것은 열차의 추진력과 공기 저항, 그리고 그에 따른 에너지 소비량을 종합적으로 고려하여 판단하여야 할 문제일 것이다. 따라서 본 연구에서는 초고속 튜브 시스템의 단면을 가정한 후 실험 결과로 얻은 콘크리트 튜브 구조물의 기밀성능(또는 투기성)을 바탕으로 초고속 튜브 시스템의 기밀성능을 평가하였으며 내부 직경 5m, 두께 30cm의 원형 단면을 기본 가정 단면으로 정의하였다. 그 후 실제 설계 시 단면의 변화를 고려하여 단면 인자를 변화시켜가며 그에 따른 시스템 기밀성능 변화의 민감도를 관찰하였는데 Fig.
제안 방법
- 따라서 일차로 방수재 처리를 하지 않은 시험체에 대해 실험 수행 후 내부 표면에 2차 실험을 위한 방수재를 도포할 수 있게 하기 위하여 단부에 설치된 강판에 출입문을 설치하였으며(Fig. 2(a) 참조) 강판과 마찬가지로 출입문의 기밀처리를 위해서 고무판 및 실리콘, 그리고 볼트를 이용하여 접합 고정하였다.
- 1ton 이다. 각 시험체는전력구 등의 지하 매설용 관으로 사용되는 양산품을 활용하였는데 선택할 수 있는 압축강도의 범위가 넓지 않아 불가피하게 서로 다른 규격 및 압축강도를 가지게 되었지만 각각의 실험에서 구해진 등가투기계수 및 이론식을 활용하여 이를 보정한 후 서로 비교하였다.
- 그러기 위해서는 튜브 앞·뒤에서의 공기유입을 철저히 차단할 필요가 있는데 이러한 튜브 단부의 기밀을 위해서 튜브 외경과 같은 직경을 가지는 두께 10mm의 원형 강판을 제작해서 튜브의 전·후면에 부착하였다. 강판과 튜브 접합면에서의 공기 누설을 방지하기 위해 강판과 구조물 면 사이에 두께 10mm의 고무판을 댄 후 강판, 고무판 및 구조면에 실리콘 접합을 하였으며 최종적으로 볼트로 접합 고정하였다. N1 시험체 두 개를 서로 이은 N2 시험체의 경우 각 튜브의 단면에 실리콘 처리를 하여 단순 접합하였으며 S 시험체의 경우 세그먼트끼리 볼트로 접합을 하게 되어 있는데 각 접합면에는 볼트 이외에 지수재 처리가 되어 있어 수분이 유입될 경우 지수재가 팽창하여 유격된 면을 메워주게 되어 있다 (Fig.
- 진공 튜브 구조물의 시스템 측면에서의 기밀성능을 예측, 평가하기 위하여 실제 터널 상태를 최대한 가깝게 모사하기 위해 터널의 형식 별로 시험체를 제작하였는데, 콘크리트 관 1개로 구성된 일체형 튜브 1기, 일체형 튜브 2개를 연결시킨 연결식 튜브 시험체 1기, 그리고 마지막으로 콘크리트 세그먼트형 튜브 1기 등 총 3기의 시험체를 제작하였다. 그 후 각 시험체에 진공펌프를 연결, 가동하여 내부 기압을 낮춘 후 시간에 따른 내부 기압의 변화를 관찰하였으며 실험 결과 얻어진 흐름 곡선으로부터 시스템의 등가 투기계수를 산출하였다.
- 이는 방수처리로 인하여 시스템의 기밀성능이 향상되었다는 것을 의미한다. 두 시스템의 기밀성능은 앞서 언급한 바와 같이 시스템의 등가투기계수를 통해 정량적으로 비교할 수 있는데, 실험 결과 얻은 그래프로부터 시스템 등가 투기계수를 구하기 위해 시험체 구성에 해당하는 입력값을 식(1)에 대입한 후 투기계수를 변화시켜 가면서 실험 결과 그래프와 곡선적합(curve fitting)을 시행하였다. 그 결과 Fig.
- 단 진공펌프를 가동하여 튜브 내부의 기압을 급격히 낮출 경우 진공튜브 내부에 있던 공기가 흡입구를 통해 빠져 나가면서 튜브 내부 공기의 유동이 생길 수 있으며 이에 따라서 계측기에서 읽는 내부 압력의 값이 영향을 받을 수 있다. 따라서 이에 따른 오차를 줄이기 위해 계측기는 각 단부에 하나씩 총 두 개를 설치하여 두 군데에서의 계측값의 평균을 택하도록 하였으며 계측은 내부 압력의 변화를 매 10초 마다 기록하게 하였다. 실험에 사용된 진공펌프는 기계식 용적형 수봉식 펌프이며 1.
- 또한 본 실험에서는 콘크리트 재료 및 이음부의 영향에 의한 시스템의 기밀성능 평가를 수행한 후 추가로 콘크리트 표면에 방수재 처리를 한 후의 시스템 기밀성능 평가도 실시하여 방수재 적용의 효과 또한 검증하고자 하였다. 따라서 일차로 방수재 처리를 하지 않은 시험체에 대해 실험 수행 후 내부 표면에 2차 실험을 위한 방수재를 도포할 수 있게 하기 위하여 단부에 설치된 강판에 출입문을 설치하였으며(Fig. 2(a) 참조) 강판과 마찬가지로 출입문의 기밀처리를 위해서 고무판 및 실리콘, 그리고 볼트를 이용하여 접합 고정하였다.
- 2). 먼저 1,800*160*2,430 (내경*두께*길이) 콘크리트 관 1개로 구성된 일체형 튜브(N1)는 개착구간에서 적용할 수 있는 형태의 튜브 또는 NATM 터널의 콘크리트 라이닝을 모사하고, 동 콘크리트 관 두 개를 연결시킨 연결식 튜브 시험체(N2)는 이러한 튜브의 시공이음을 모사한다. 그리고 마지막으로 1,800*150*2,250 (내경*두께*길이) 콘크리트 세그먼트형 튜브(S)는 TBM 공법 적용 시 쉴드터널의 세그먼트 구조를 모사하기 위해 제작되었다.
- 앞서 말한 바와 같이 기밀성능 평가 실험을 위한 시험체는 실제 진공튜브 시스템을 위해 적용 가능한 콘크리트 라이닝을 최대한 모사할 수 있도록 제작하였다(Fig. 2). 먼저 1,800*160*2,430 (내경*두께*길이) 콘크리트 관 1개로 구성된 일체형 튜브(N1)는 개착구간에서 적용할 수 있는 형태의 튜브 또는 NATM 터널의 콘크리트 라이닝을 모사하고, 동 콘크리트 관 두 개를 연결시킨 연결식 튜브 시험체(N2)는 이러한 튜브의 시공이음을 모사한다.
- 이와 같이 시험체 제작 및 세팅 완료 후 실험을 수행하였는데, 기밀처리된 각 시험체에 진공펌프와 계측센서를 연결시킨 후 진공펌프를 가동시켜 내부 공기를 빼 기압을 낮추고 내부 기압이 0.1atm 이하로 떨어지면 진공펌프를 끄고 시험체 흡입구 밸브를 잠근 후 시간에 따른 내부 기압의 변화를 측정하였으며 모든 실험은 20±5℃의 온도 범위 내에서 수행되었다.
- 본 논문에서는 시공이음 및 세그먼트 연결부 등 불연속 구간을 포함하고 있는 튜브 구조물에 대한 기밀성 평가를 위해 실험에 기초한 연구를 수행하였다. 진공 튜브 구조물의 시스템 측면에서의 기밀성능을 예측, 평가하기 위하여 실제 터널 상태를 최대한 가깝게 모사하기 위해 터널의 형식 별로 시험체를 제작하여 기밀성 실험을 수행한 후 실험 결과 얻어진 흐름 곡선으로부터 시스템의 등가 투기계수를 산출 하였다. 또한 이를 바탕으로 튜브 단면의 변화에 따른 기밀성의 민감도를 해석적으로 분석하였으며 실험 및 해석 결과를 정리하면 다음과 같다.
- 본 논문에서는 시공 상의 불연속 구간에 대한 기밀성 평가를 위해 실험에 기초한 연구를 수행하였다. 진공 튜브 구조물의 시스템 측면에서의 기밀성능을 예측, 평가하기 위하여 실제 터널 상태를 최대한 가깝게 모사하기 위해 터널의 형식 별로 시험체를 제작하였는데, 콘크리트 관 1개로 구성된 일체형 튜브 1기, 일체형 튜브 2개를 연결시킨 연결식 튜브 시험체 1기, 그리고 마지막으로 콘크리트 세그먼트형 튜브 1기 등 총 3기의 시험체를 제작하였다. 그 후 각 시험체에 진공펌프를 연결, 가동하여 내부 기압을 낮춘 후 시간에 따른 내부 기압의 변화를 관찰하였으며 실험 결과 얻어진 흐름 곡선으로부터 시스템의 등가 투기계수를 산출하였다.
- 3 참조). 하지만 튜브 구조의 특성 상 한 단계 높은 기밀처리가 예상되므로 종방향 및 횡방향 접합면에 추가로 실리콘 처리를 하였다. 또한 본 실험에서는 콘크리트 재료 및 이음부의 영향에 의한 시스템의 기밀성능 평가를 수행한 후 추가로 콘크리트 표면에 방수재 처리를 한 후의 시스템 기밀성능 평가도 실시하여 방수재 적용의 효과 또한 검증하고자 하였다.
대상 데이터
- 1atm 이하로 떨어지면 진공펌프를 끄고 시험체 흡입구 밸브를 잠근 후 시간에 따른 내부 기압의 변화를 측정하였으며 모든 실험은 20±5℃의 온도 범위 내에서 수행되었다. 또한 각 시험체에 대해 1회 실험 후 앞서 말한 바와 같이 방수재의 기밀효과를 평가하기 위해 시험체 내부에 방수재를 도포한 후 실험을 반복하였는데 실험에 쓰인 방수재는 에폭시 수지를 주전색제로 한 폴리아마이드 에폭시 도료로서 콘크리트 시설물의 방수에 주로 쓰이는 제품이다.
- 따라서 이에 따른 오차를 줄이기 위해 계측기는 각 단부에 하나씩 총 두 개를 설치하여 두 군데에서의 계측값의 평균을 택하도록 하였으며 계측은 내부 압력의 변화를 매 10초 마다 기록하게 하였다. 실험에 사용된 진공펌프는 기계식 용적형 수봉식 펌프이며 1.0atm부터 0.1atm까지의 압력 범위 내에서 약 340m3/h의 유량을 생성할 수 있는 용량을 갖추고 있다(Fig. 5 참조).
성능/효과
- (1) 기밀성 평가 실험 결과 예상했던 바와 같이 일체형 튜브, 시공이음 포함 튜브, 세그먼트 튜브의 순서로 기밀성능을 가지고 있는 것으로 나타났다. 재료의 투기성(기밀성) 이외에도 구조물의 시스템 구성에 따라서 시스템 수준의투기성이 결정되며, 이음 및 연결부의 개수가 많을수록 시스템의 기밀성은 감소되는 경향이 있었으므로 세그먼트 터널과 같이 이음매가 많은 형식을 택할 경우 이음매 부분의 주의 깊은 기밀처리가 요구된다.
- (4) 튜브 내부 직경 및 두께에 대한 민감도 분석 결과 내부 직경이 클수록, 그리고 두께가 두꺼울수록 기밀성이 더 향상될 뿐 아니라 기밀성 보강을 위한 대책을 적용할 때 그 효과가 더욱 커진다는 것을 알 수 있다.
- N2 시험체에 대한 실험 결과 얻은 등가 투기계수는 2.60×10-16m2로 N1 시험체에 비해서는 높은 수준으로 나타났으며 N1 시험체에 비해 약 120% 정도 증가가 되었다.
- 08시간으로 약 76% 정도 증가하는 것으로 나타났다. 도달 소요 시간 증가율만을 볼 때에는 N1시험체에 비해 방수처리 효과가 더 큰 것으로 보이지만 내부 기압 상승 소요 시간의 값 자체를 보면 N1 시험체의 값이 절대적으로 크며 기밀효과가 훨씬 높다는 것을 알 수 있다. N1과 S 시험체의 기밀성의 차이는 이음부의 존재여부 이외에도 제작된 콘크리트 강도가 다르므로 이 두 가지 요인이 복합적으로 작용했기 때문이다.
- 따라서 다른 조건이 동일할 경우 튜브의 내부 직경이 클수록 기밀성능 향상에 유리하다 할 수 있다. 또 한 가지 흥미로운 사실은 투기계수가 낮은 경우일수록 내부직경의 변화에 따른 기밀성 변화의 민감도가 더 크게 나타났다는 것이다. 따라서 내부 직경이 클수록 투기계수 감소에 따른 기밀성 향상 효과가 더 크다는 것을 알 수 있다.
- 튜브 내부 직경에 대한 민감도 분석과 마찬가지로 튜브의 두께와 내부 기압 변화 소요 시간은 대체로 선형 비례하는 것으로 나타났다. 또한 두께가 두꺼울수록 기밀성 변화의 민감도가 더 큰 것으로 나타났다. Fig.
- 위에서 실험을 수행한 N1, N2, S 시험체의 방수 전 및 방수 후의 내부압력 변화 그래프에서 보이는 바와 같이 내부 압력 상승 속도는 N1_WP가 가장 낮게 나타났으며 그 다음으로 N1, N2_WP, N2, S_WP, S의 순서로 나타났다. 또한 모든 시험체에 대해 방수처리를 할 경우 기밀성 향상 효과를 볼 수 있었다.
- 재료의 투기성(기밀성) 이외에도 구조물의 시스템 구성에 따라서 시스템 수준의투기성이 결정되며, 이음 및 연결부의 개수가 많을수록 시스템의 기밀성은 감소되는 경향이 있었으므로 세그먼트 터널과 같이 이음매가 많은 형식을 택할 경우 이음매 부분의 주의 깊은 기밀처리가 요구된다. 또한 시공이음 및 접합부 등의 이음부가 존재하는 구조물의경우 구조물 내부의 압력수준에 따라서 이음부의 밀착성이 달라져 내부 압력이 누기에 다소 영향을 미치는 것으로 관찰되었다. 이는 시스템의 등가투기계수가 내부 압력에 따른 변수가 된다는 것을 의미하는데 이러한 현상을 일반화하기 위해서는 구조물의 특성 및 불확실성 등을 복합적으로 고려하는 향후 추가 연구수행이 필요할 것으로 사료된다.
- 방수처리를 한 후에는 등가투기계수가 2.22×10-16m2로 방수처리 전에 비해 14.6% 정도 감소되어 역시 기밀성능 향상 효과를 볼 수 있었으며 내부 기압 0.2atm 도달 소요 시간을 보면 비방수시험체가 2.84시간, 그리고 비해 방수 적용 시험체가 3.32시간으로 약 17.1% 정도 증가하는 것으로 나타났다.
- 방수처리를 한 후에는 등가투기계수가 6.80×10-16m2로 방수처리 전에 비해 43% 정도 감소되어 역시 기밀성능 향상 효과를 볼 수 있었으며 내부 기압 0.2atm 도달 소요 시간을 보면 비방수시험체가 0.61시간, 그리고 비해 방수 적용 시험체가 1.08시간으로 약 76% 정도 증가하는 것으로 나타났다.
- 10은 튜브 두께를 30cm로 고정한 채 튜브 내부 직경을 1m에서 10m 까지 변화시켜 가면서 그에 따라 각 실험 결과로 얻어진 등가투기계수를 적용한 시스템의 내부 기압이 일정 수준 도달하는데 소요되는 시간을 나타낸 그래프이다. 시뮬레이션 결과 튜브 내부 직경이 증가함에 따라서 내부 기압의 일정 수준 도달 소요 시간도 대체로 선형 비례 증가하는 것으로 나타났다. 이는 내부 직경이 커짐에 따라서 내부 체적은 직경 증가의 세제곱으로 증가하지만 외부 공기의 유입 경로인 튜브 표면의 면적은 제곱 비례하기 때문인 것으로 판단된다.
- 8atm까지 상승하는데 약 60시간이 소요되었다. 이와 비교하여 N1 시험체에 방수처리를 한 후에 실험을 수행한 결과 60시간 경과 후 내부 기압이 약 0.65atm까지 상승하는 데 그쳤다. 이는 방수처리로 인하여 시스템의 기밀성능이 향상되었다는 것을 의미한다.
- 40×10-17m2로 산정되었다. 투기계수로만 생각을 해보면 방수처리를 함으로 인해서 투기계수가 약 28.8%가 감소되었다. 투기계수는 시스템의 기밀성능과 밀접한 관계가 있는데, Fig.
- 11은 튜브 내부 직경은 5m로 고정시킨 채 튜브의 두께를 10cm에서 60cm까지 증가시켜 가면서 그에 따른 시스템의 내부 기압 변화 소요 시간을 나타낸 그래프이다. 튜브 내부 직경에 대한 민감도 분석과 마찬가지로 튜브의 두께와 내부 기압 변화 소요 시간은 대체로 선형 비례하는 것으로 나타났다. 또한 두께가 두꺼울수록 기밀성 변화의 민감도가 더 큰 것으로 나타났다.
후속연구
- (2) 방수재 시공 시 튜브 구조물의 기밀성능이 약 17%에서 76%까지 향상되는 것으로 나타났으므로 시공성 및 내구성을 고려하여 방수재를 선택, 적용하는 것이 권유되며, 이와 더불어 기밀성 향상을 위해 방수 멤브레인 등의 추가 재료를 콘크리트와 함께 적용하는 방안에 대한 고려가 필요하다.
- (5) 본 연구에서 수행된 실험은 시공 후 단기간 내에 시행된 것으로 콘크리트의 장기적인 사용 및 건조수축 등에 따른 균열 발생에 대한 영향은 고려되지 않았다. 따라서 향후 연구 수행에 있어서 이러한 장기영향에 따른 기밀성 감소 효과를 고려하여야 할 것으로 판단된다.
- 먼저 진공튜브는 일반적으로 장거리 노선을 목적으로 한다는 점을 고려할 때 튜브 구조물 시공 시 많은 수의 시공이음이 발생하게 될 것이며 또한 터널에 설치될 경우 세그먼트 및 록볼트 등의 체결장치를 위한 구멍 등 진공튜브 표면 및 단면에 불연속 구간이 발생하게 되는데, 이러한 부분에서 공기유입이 발생할 수 있기 때문이다. 또 한 가지 고려하여야 할 사항은 외부와의 인터페이스인데, 승객 승하차를 위한 에어락(Air-Lock) 시스템, 외부 환기구 등이 이에 속하며 이에 대한 기밀성 확보를 위한 대책 마련이 반드시 필요하다 하겠다. 이상 언급한 세 가지 분야의 기밀성-재료, 이음, 인터페이스 중 첫 번째 재료 측면에서의 기밀성능 평가는 동반논문[1]에서 콘크리트 시편의 투기시험 및 내부 압력 변화의 흐름 해석에서 다루었는데, 이에 따르면 진공튜브 내부 압력을 0.
- 이러한 내부 압력 조건에 따른 이음부의 밀착성 변화 및 투기성의 변화는 식(1)에서 투기계수 k가 더 이상 상수가 아닌 변수가 된다는 것을 의미한다. 이 경우 k는 내부 압력에 따른 변수가 될 것이며 식(1)의 적용을 위해서는 k와 내부 압력과의 관계 수립이 선행되어야 하는데, 이를 일반화하기 위해서는 구조물의 구성, 제원, 시공상태 등이 복합적으로 고려되어야 할 것이기에 향후 추가 연구수행이 필요한 분야라 판단된다. 본 연구에서는 이를 고려하지 않고 계측된 데이터에 최대한 가까운 곡선을 제시하는 등가 k(상수)를 구했다는 점을 밝혀둔다.
- 또한 시공이음 및 접합부 등의 이음부가 존재하는 구조물의경우 구조물 내부의 압력수준에 따라서 이음부의 밀착성이 달라져 내부 압력이 누기에 다소 영향을 미치는 것으로 관찰되었다. 이는 시스템의 등가투기계수가 내부 압력에 따른 변수가 된다는 것을 의미하는데 이러한 현상을 일반화하기 위해서는 구조물의 특성 및 불확실성 등을 복합적으로 고려하는 향후 추가 연구수행이 필요할 것으로 사료된다.
- 실제로 실험 도중 낮은 내부압력에서는 공기의 누설음이 들리지 않다가 압력이 높아져 대기압 수준에 가까워짐에 따라서 공기 누설음이 들리기 시작하는 이음부가 다수 관찰되었다. 이러한 현상은 비교적 작은 규모인 본 실험의 특성 상 나타난 것일 수도 있으며 실제 터널시공을 통해 튜브 구조물이 제작된다면 여러 가지 현장 여건에 따라서 이러한 압력에 따른 이음부의 밀착성 변화가 다른 양상으로 나타날 수 있을 것이다. 이러한 내부 압력 조건에 따른 이음부의 밀착성 변화 및 투기성의 변화는 식(1)에서 투기계수 k가 더 이상 상수가 아닌 변수가 된다는 것을 의미한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.