공사 중 환기덕트 누풍 최소화를 위한 접속부 개발 및 성능평가 연구 A study on the development and performance evaluation of duct coupling for the minimized leakage of temporary ventilation duct원문보기
초장대 해저터널은 환기를 위한 연직갱 또는 경사갱 설치에 공간적으로 많은 제한을 받게 되므로 일부 인공섬을 건설하여 환기를 수행할 필요가 있다. 그러나 인공섬 설치는 건설의 어려움뿐만 아니라 건설비용이 증가하게 되므로 인공섬 설치를 최소화할 필요가 있다. 이에 따라 환기거리가 증가하여 누풍에 의한 공급 풍량이 커지게 되면, 공사 중 환기를 위한 덕트 설치가 불가능해지거나 팬 정압 및 동력이 상당히 증가하게 된다. 따라서 초장대 해저터널을 건설하기 위해서는 이러한 현실적인 문제를 극복하고 시공 중 터널 내 환경을 쾌적한 상태로 유지할 수 있는 기술력이 필요하다. 선행 연구에서 우리는 누풍이 이 문제들을 해결하는 핵심 인자이며 실험 결과 새로운 접속방식의 누풍율은 대략 $1.46mm^2/m^2$임을 밝혔다(Jo et al., 2017). 본 연구에서는 새로운 접속방식이 적용된 시제품의 누풍율 측정 결과를 제시하고 기존 접속방식의 누풍 성능 개선을 위해 덕트 내부에 연질막 적용시의 누풍 성능 개선을 실험적으로 분석하였다.
초장대 해저터널은 환기를 위한 연직갱 또는 경사갱 설치에 공간적으로 많은 제한을 받게 되므로 일부 인공섬을 건설하여 환기를 수행할 필요가 있다. 그러나 인공섬 설치는 건설의 어려움뿐만 아니라 건설비용이 증가하게 되므로 인공섬 설치를 최소화할 필요가 있다. 이에 따라 환기거리가 증가하여 누풍에 의한 공급 풍량이 커지게 되면, 공사 중 환기를 위한 덕트 설치가 불가능해지거나 팬 정압 및 동력이 상당히 증가하게 된다. 따라서 초장대 해저터널을 건설하기 위해서는 이러한 현실적인 문제를 극복하고 시공 중 터널 내 환경을 쾌적한 상태로 유지할 수 있는 기술력이 필요하다. 선행 연구에서 우리는 누풍이 이 문제들을 해결하는 핵심 인자이며 실험 결과 새로운 접속방식의 누풍율은 대략 $1.46mm^2/m^2$임을 밝혔다(Jo et al., 2017). 본 연구에서는 새로운 접속방식이 적용된 시제품의 누풍율 측정 결과를 제시하고 기존 접속방식의 누풍 성능 개선을 위해 덕트 내부에 연질막 적용시의 누풍 성능 개선을 실험적으로 분석하였다.
Long subsea tunnel is subject to many restrictions in terms of spatial limitation when vertical or inclined shafts are built for tunnel ventilation. So, the construction of some artificial island is required to provide ventilation. But, because of construction difficulty and cost increase, it is nec...
Long subsea tunnel is subject to many restrictions in terms of spatial limitation when vertical or inclined shafts are built for tunnel ventilation. So, the construction of some artificial island is required to provide ventilation. But, because of construction difficulty and cost increase, it is necessary to minimize the artificial island construction. As a result, ventilation distance become longer and supply airflow becomes excessive due to air leakage, So, duct mounting for temporary ventilation is impossible or fan pressure and power increase exponentially. Therefore, in order to build a long subsea tunnel, it is necessary to overcome these practical problems and to develop technical solution that can keep the comfortable condition of tunnel environment during construction. In previous study, we have found that air leakage is the key factor in solving these problems and experimental results show that the new connection method has a leakage rate of about $1.46mm^2/m^2$ (Jo et al., 2017). In this study, we present the experimental results of the measurement of the leakage rate of the prototype with the new connection method, and analyze experimentally the improvement of the leakage rate when applying the flexible cover inside the duct to improve the leakage performance of the existing connection method.
Long subsea tunnel is subject to many restrictions in terms of spatial limitation when vertical or inclined shafts are built for tunnel ventilation. So, the construction of some artificial island is required to provide ventilation. But, because of construction difficulty and cost increase, it is necessary to minimize the artificial island construction. As a result, ventilation distance become longer and supply airflow becomes excessive due to air leakage, So, duct mounting for temporary ventilation is impossible or fan pressure and power increase exponentially. Therefore, in order to build a long subsea tunnel, it is necessary to overcome these practical problems and to develop technical solution that can keep the comfortable condition of tunnel environment during construction. In previous study, we have found that air leakage is the key factor in solving these problems and experimental results show that the new connection method has a leakage rate of about $1.46mm^2/m^2$ (Jo et al., 2017). In this study, we present the experimental results of the measurement of the leakage rate of the prototype with the new connection method, and analyze experimentally the improvement of the leakage rate when applying the flexible cover inside the duct to improve the leakage performance of the existing connection method.
본 연구에서는 선행 연구에서 개발한 새로운 덕트 접속 방식을 적용한 시제품을 제작하였으며 이를 대상으로 측정된 누풍 실험 결과를 제시하고 이와 더불어 기존 접속방식의 누풍 성능 개선 정도를 가늠하기 위한 일련의 측정 결과를 소개하고자 한다.
제안 방법
실험측정은 미세한 풍량차에서도 누풍율의 변화폭이 큰 점을 고려하여 정밀도가 우수한 차압 센서를 사용하였고 센서 구성 시 덕트 내의 온도조건에 따른 풍량변화를 보정하도록 설정 후 실험을 진행하였다. 실험초기 팬을 지속적으로 가동하여 덕트내부압이 일정수준에 도달하도록 유지하였고 이후 5분 동안의 풍속, 풍량, 온도 및 습도에 대한 측정이 이뤄졌으며, 1차측 및 2차측의 평균 풍량차를 바탕으로 100 m당의 누풍율을 도출하였다. 실험 시 환경요인으로는 덕트 내부 온도 19~31°C, 습도 35~70% 조건하에서 800~950 Pa 의 덕트 내 압력을 유지하였다.
대상 데이터
7 과 같이 적용하였다. 덕트는 직경 500 mm, 길이 2.7 m의 10개소를 제작하여 실험에 사용하였으며 팬에서 1차 측정부까지 10D 이상 이격하여 난류영향을 최소화하였다. 실험이 외부에서 수행되는 관계로, 돌풍 또는 우천과 같은 돌발 상황을 방지하기 위해 비닐막을 설치하였으며, 센서 오류 또는 고장을 방지하기 위해 우천 시에는 실험을 진행하지 않았다.
성능/효과
1. 선행 연구를 통해 개발한 누풍 최소화 접속방식을 적용한 시제품을 개발하였으며, 누풍측정 실험결과 해당 시제품의 평균 누풍율이 0.12835%/100 m 인 것으로 나타나 누풍목표인 0.283%/100 m를 충분히 달성하는 것으로 분석되었다. 또한 이 시제품의 누풍율은 누풍목표 대비 약45.
3. 시제품에 적용한 덕트 일단을 감싸는 방식을 덕트 내부의 연질 누풍 방지막 방식으로 변경한 결과, 평균 누풍율이 0.23243%/1000 m로 나타나 이 방식 또한 덕트 내부의 방지막이 환기팬의 가동정지에 따른 반복적인 충격을 견딜 수 있을 경우에 충분히 적용이 가능한 방식으로 판단된다.
283%/100 m를 충분히 달성하는 것으로 분석되었다. 또한 이 시제품의 누풍율은 누풍목표 대비 약45.4% 수준으로 약2배의 안전율을 확보할 수 있는 바 시공상의 문제로 덕트 접속부에서 일부 누풍이 추가로 발생하더라도 연장 15 km구간의 단일환기를 충분히 실현할 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
본 연구에서 수행한 다양한 접속방식에 대한 누풍 측정 결과를 통해, 15 km환기 거리 달성을 위해서는 충분한 누풍 안전율을 갖는 시제품에 적용된 접속 방식이 적합한 것으로 판단된다. 또한, 시제품의 접속방식 뿐만 아니라 연질 누풍 방지막을 활용한 기타 접속방식의 누풍율을 실험적으로 제공함으로써 터널 현장의 환기 개선, 시공성 향상을 위한 설계 컨셉의 폭을 넓힐 수 있는 밑거름이 될 것으로 보인다.
상기의 신규 접속방식에 대해서는 현재 특허 출원 중에 있으며, 실제 터널 현장에서 사용하는 덕트의 직경 및 팬 정압이 실험사양보다 2~3배 정도 더 크기 때문에 직경 2000 mm, 정압 2~3 kPa 크기로 터널 굴착 현장에서 해당 접속방식의 적용성을 테스트할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
초장대 해저터널의 환기거리가 증가함에 따라 생기는 현상은 무엇인가?
그러나 인공섬 설치는 건설의 어려움뿐만 아니라 건설비용이 증가하게 되므로 인공섬 설치를 최소화할 필요가 있다. 이에 따라 환기거리가 증가하여 누풍에 의한 공급 풍량이 커지게 되면, 공사 중 환기를 위한 덕트 설치가 불가능해지거나 팬 정압 및 동력이 상당히 증가하게 된다. 따라서 초장대 해저터널을 건설하기 위해서는 이러한 현실적인 문제를 극복하고 시공 중 터널 내 환경을 쾌적한 상태로 유지할 수 있는 기술력이 필요하다.
국내 최초의 침매터널은 무엇인가?
국내 육상터널의 시공 및 관련기술은 상당한 수준에 있으나, 국내 최초의 침매터널인 GK 침매터널은 덴마크COWI의 기술지원을 받아 건설되었고 해저 굴착방식인 충무 해저터널은 앞에 기술한 해저터널 건설사례에 비해 연장이 짧은 실정이다. 최근 들어 국내에서도 해저터널 건설에 대한 관심이 높아져, 호남~제주 간, 한~일 간, 한~중간의 해저터널 건설에 대한 검토가 진행 중에 있으며, 이러한 초장대 해저터널 건설을 대비한 기술축적이 시급한 실정이다.
초장대 터널의 대표적인 예시는 무엇이 있는가?
현재 전 세계적으로 초장대 터널의 건설이 증가하고 있다. 그 중 스위스의 고타드 터널(57 km) 및 로취베르그 터널(34.6 km), 스페인의 과다라마 터널(28.4 km), 국내의 영동선 솔안 터널(16.24 km) 및 수도권 고속철도 율현 터널(52.3 km) 등이 대표적인 초장대 터널들이다. 특히 고타드 터널은 최근 운행이 시작된 세계에서 제일 긴 터널이며, 국내 율현터널은 세계에서 3번째로 긴 터널로 국내의 터널 굴착 기술 및 공사 중 관련 설계기술이 선진국 수준에 있음을 반증하고 있다(Fig.
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