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초장대 해저터널의 공사중 덕트 접속부의 누풍 성능 개선에 관한 연구
A study on the air leakage performance improvement of duct coupling for temporary ventilation of long subsea tunnel 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.19 no.2, 2017년, pp.319 - 333  

조형제 ((주)범창종합기술) ,  민대기 ((주)범창종합기술) ,  김종원 ((주)범창종합기술) ,  이주경 ((주)범창종합기술) ,  백종훈 ((주)범창종합기술)

초록
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초장대 해저터널의 건설은 건설공간의 제약 및 건설비용 측면에서, 공사중에 사용되는 환기 시스템 설치에 유리한 조건을 갖고 있지 않다. 공사중 환기시스템을 제공하기 위해, 환기갱이 설치되는 인공섬들이 해저터널의 루트를 따라서 일부위치마다 건설됨으로써, 건설 비용이 많이 소요된다. 따라서 이러한 인공섬의 수를 최소화하는 것이 경제적으로 필요하다. 그러나 이것은 환기갱 사이의 거리가 더 길어지게 되므로, 필요한 환기풍량을 이송하기 위한 높은 팬 압력으로 인해 환기 덕트 접속부에서 누풍이 더 많이 발생하게 된다. 선행 연구에서 공기 누설이 중요한 문제임을 조명하였다. 본 연구는 개선된 덕트 접속 방식을 개발하기 위한 실험들을 소개하고, 또한 SIA 의 "S" 등급 누풍율 및 다양한 조건들을 비교하여 터널 연장에 따른 달성된 누풍율의 환기 성능을 제시한다. 본 연구의 결과로 누풍율이 $1.46mm^2/m^2$인 새로운 접속방식을 개발하였으며, 개선된 방식이 30 km규모의 장대터널에 적합한 것으로 분석되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The construction of long sub-sea tunnel does not provide the favorable condition for the installation of ventilation system to be used during construction due to the constrained construction space. For the ventilation system required during construction, the artificial island where ventilation shaft...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 반대로, 온도가 일정한 상태에서 국부적인 압력변화가 발생할 경우에는 어떠한 영향이 있는지를 분석해 보았다. 여름철을 대상으로 설명한다면, 터널 공사 현장의 주변 온도는 높으나 주변 압력이 고기압일 수도 저기압 일수도 또는 일반 대기압 상태가 될 수도 있기 때문에 그 영향을 분석해 볼 필요가 있다.
  • 본 논문에서는 초장대 해저터널을 건설할 경우, 인공섬 최소화를 고려하여 터널내 필요한 신선공기를 환기거리 15 km까지 공급할 수 있도록 누풍이 최소화된 새로운 접속방식 개발에 관한 일련의 실험들을 소개하고, 달성된 누풍량 및 다양한 누풍 조건과 터널 외부 조건을 바탕으로 SIA 196 코드의 환기용량 산정법을 사용하여 민감도 분석을 수행하였다.
  • 그 이유는 덕트 커플링 자체의 누풍성능 뿐만 아니라 덕트 시공 상의 이유로 접속부에서의 누풍량이 달라지기 때문인 것으로 판단된다. 본 연구에서는 덕트 말단의 누풍 최소화 접속 방식을 개발함에 있어 기밀을 유지 하기 위해 너무 고비용의 부품 및 요소기술이 사용되는 것을 방지하고, 특히 현장에서 보다 수월하게 작업을 수행할 수 있도록 하여 시공 난이도를 줄임으로써 시공 오차에 의한 누풍발생을 최소화하는 컨셉의 접속방식을 개발 하는 것에 중점을 두었다.
  • 본 연구에서는 초장대 해저터널의 인공섬 최소화 실현의 핵심 인자인 누풍을 최소화하는 접속방식 개발을 위해 일련의 실험과정 및 최종 확보한 누풍성능을 통한 막장 도달 효율을 분석하였다. 이러한 일련의 실험 및 코드 기반 분석을 통해 도출된 결론은 다음과 같다.
  • 또한 실험을 통한 덕트 접속부의 성능 개선을 위해 피토 튜브를 통한 수동 계측에서 십자형 피토 튜브를 통한 자동 계측 방식으로 변경하 였다. 이러한 변경 사유는 누풍 최소화 성능이 목표치에 근접할수록 수동 측정시의 오차가 미치는 영향을 최소화 하기 위한 것이다. 아래에는 본 연구에서 수행한 실험을 순차적으로 설명하고, 최종 개발 방식 및 누풍성능 실험 결과를 상세히 설명하였다.
  • 초장대 해저터널 건설시 인공섬을 최소화하는 것은 시공성 및 경제성 측면에서 상당히 중요하다. 이를 위해 덕트 접속부에서 발생하는 누풍 수준을 더욱 개선하게 된다면 환기 목표 거리인 15 km를 충분히 달성할 수 있으므로, 해당 성능의 누풍 수준을 확보할 수 있는 덕트 접속방식을 개발하는 것이 본 연구의 핵심 목표이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대표적인 초장대 터널은? 터널은 육상의 두 지역을 연결하기 위해 산악 또는 지중에 설치되는 것이 일반적으로, 스위스의 고타드터널(57 km) 및 로취베르그터널(34.6 km), 스페인의 과다라마터널(28.4 km), 국내의 영동선 솔안터널(16.24 km), 수도권 고속철도 율현터널(52.3 km)이 대표적인 초장대 터널들이다. 특히 고타드터널은 최근 운행이 시작된 세계에서 제일 긴 터널이며, 국내의 율현터널은 세계에서 3번째로 긴 터널로 국내의 터널 굴착 기술 및 공사중 관련 설계기술이 선진국 수준에 있음을 반증하는 시금석이라 할 수 있다.
초장대 해저터널의 건설이 비용이 많이 드는 이유는? 초장대 해저터널의 건설은 건설공간의 제약 및 건설비용 측면에서, 공사중에 사용되는 환기 시스템 설치에 유리한 조건을 갖고 있지 않다. 공사중 환기시스템을 제공하기 위해, 환기갱이 설치되는 인공섬들이 해저터널의 루트를 따라서 일부위치마다 건설됨으로써, 건설 비용이 많이 소요된다. 따라서 이러한 인공섬의 수를 최소화하는 것이 경제적으로 필요하다.
해저터널의 장점은? 최근들어 육상간의 연결을 넘어서 연안도서 및 해협, 국가 사이를 연결하기 위한 해저터널 건설이 늘어나고 있고 이러한 해저터널의 건설로 인하여 선박운송에 비해 기상조건 악화시에도 운행이 가능하고 물류 이동속도가 향상되는 장점이 있다. 특히 허재완(2010)은 이러한 해저터널의 장점으로 유로터널을 대상으로 한 사회경제적 효과를 상세히 제시하였다.
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참고문헌 (14)

  1. Jo, H.J., Chun, K.M., Kim, J.W., Lee, J.K. (2015), "A study on the characteristics for temporary ventilation of long subsea tunnels-focused on the current situation and improvement requirements ", Journal of Korean Tunneling and Underground Space Association, Vol. 17, No. 24, pp. 153-166. 

  2. Ruben, D., Thorsten, T., (2015), "Designing TBMs for subsea tunnels", Journal of Korean Tunneling and Underground Space Association, Vol. 17, Issue. 6, pp. 587-596. 

  3. Heo, J.W. (2010), "The Social and economic effect of Sub-sea tunnel construction : focused on the case of sub-sea tunnel between UK and France", Proceedings of the 2010 Annual Conference of the Korean Tunneling Association, Invited Lecture, April 21, Seoul, pp. 19-33. 

  4. Korea Rail Network Authority. (2012), "KR C-12130", pp. 19-32. 

  5. Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs. (2011), "Road design manual part6 tunnel, 621 construction phase equipments", pp. 621.1-8. 

  6. JCOSHA. (2012), "Ventilation technical guideline of tunnel construction". 

  7. Swiss Society of Engineers and Architects. (1998), "SIA 196-Ventilation in underground". 

  8. Shin, Y.K. (1980), "A study on the friction coefficient for domestic vinyl air duct and leakage ratio of duct connectors", Graduate school of Inha university, pp. 1-18. 

  9. SAREK. (2011), "Air-conditioning and refrigerating engineering manual, 3rd edition, part2", pp. 5.2-16. 

  10. International Tunnelling and Underground Space Association, (2011), "Guidance on the safe use of temporary ventilation ducting in tunnels ITA WG5 - Health & Safety in Works", pp. 1-9. 

  11. L, M.Anisdahl., B, Johansson., K, Thoen. (2008), "Study on the performance of ventiflex ducting and couplings", 12th U.S/North American Mine Ventilation Symposium, pp. 609-613. 

  12. R, K.Khanna., (2008), "Ventilation of long tunnels", World Tunnel Congress, pp. 1898-1910. 

  13. Shortridge Instruments, Inc. (2009), "Airdata multimeter ADM-870 electronic micromanometer operating instructions", pp. 1-50. 

  14. Shortridge Instruments, Inc. (2009), "Airdata multimeter ADM-880C electronic micromanometer operating instructions", pp. 1-68. 

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