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축소모형실험을 통한 터널 내 급속침수 차폐자동화 시스템 작동형태에 대한 연구
An experimental study on the operation mode of rapid flooding protection system in tunnel 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.20 no.6, 2018년, pp.1147 - 1159  

김연덕 (호서대학교 토목공학과) ,  공민택 (호서대학교 토목공학과) ,  황병현 (호서대학교 토목공학과) ,  김상환 (호서대학교 토목공학과)

초록
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본 연구는 팽창구조체를 이용한 급속차폐 자동화 시스템 검증에 중점을 두었다. 팽창구조체는 해저터널의 침수사고 발생시 막대한 인적 및 물적 피해가 발생하는데 이를 대비한 자동 급속차폐시스템이다. 특히 해저터널의 시공 및 운영에 있어 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구는 이러한 문제에 대하여 고안된 팽창구조체를 이용한 급속차폐 자동화 시스템을 실험적으로 검증하였다. 이러한 검증을 하기 위해 모형터널을 40:1 축소율을 적용한 실내모형을 제작하여 0.1 bar, 0.15 bar의 공기압을 주입하여 10 sec, 20 sec로 팽창속도에 따라 나누어 4 case로 실험을 진행하여 누수량, 수압 등을 분석하였다. 연구 결과에 의하면 팽창구조체의 팽창 시 0.1 bar 보다 0.15 bar일 때 차폐효율이 좋았으며 팽창구조체의 공기압 주입 시간에 따른 차폐효율 및 유입수 제어효율의 차이도 나타났다. 본 연구 진행 결과 팽창구조체가 완벽하게 팽창한다는 가정조건에서는 팽창구조체의 내부공기압이 높고 팽창속도가 빠를수록 더욱 효과적으로 나타났다. 본 연구 결과로 향후 추가적인 팽창구조체의 보관방법, 형상과 팽창유도체 및 차폐시 팽창구조체의 이동억제와 유입수 제어에 도움이 되는 쐐기형 구조물에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study focuses on the verification of a rapid protection automation system using an inflatable structure. The inflatable structure is an automatic rapid protection system against human and material damage when the subsea tunnel is flooded. Especially, it is essential for construction and operati...

주제어

#해저터널   #터널차폐시스템   #Inflater 시스템   #급속차폐 자동화 시스템  

표/그림 (13)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 논문은 돌발용수를 수문보다 신속하게 차폐하고 기존 차폐 시설 대비 공사비 절감이 될 수 있는 팽창 구조체의 차폐시스템에 대한 모형실험을 통하여 자동화 차폐시스템의 실험적 검증 연구이다.
  • 그러므로 팽창구조체는 급작스러운 돌발용수 유입 시 신속하게 공기가 주입되어 터널 내부를 완전 차폐하여 돌발용수를 저지하며 터널형상에 따라 차폐가 가능하다. 또한 팽창구조체 내 압력은 전체적인 팽창구조체에 필요로 하는 구조적 지지를 제공한다. 그러므로 팽창구조체의 차폐능력은 형상과 팽창되는 압력이 중요하기 때문에 팽창구조체뿐만 아니라 내부 압력유지도 중요하다.
  • 본 연구는 터널 시공 및 해저터널에 지하수 및 해수로 인한 돌발용수 발생 시 유입수에 대한 인명피해, 물적 피해, 공사비용, 공기 등에 피해를 최소화 하기 위한 방지대책으로 터널 내부에 팽창구조체를 설치하여 돌발용수 유입 시 자동으로 유입수를 감지해 팽창구조체에 공기를 주입하여 유입수를 차폐하는 자동화 시스템에 대한 검증 실험이며, 결론은 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 급속차폐설치 시스템 거동에 대한 연구를 수행하기 위해 모형 터널을 제작하고 팽창구조체를 모형 터널 내 보관소에 보관한 후 돌발용수 발생 시 자동 팽창하여 공기압 및 팽창시간에 따른 단위시간당 누수량, 수압을 분석하는 실험을 실시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
팽창구조체를 이용한 급속차페 시스템은 어떤 방식으로 돌발용수를 저지하는가? 하지만 팽창구조체를 이용한 급속차페 시스템은 팽창하기 전에는 아주 작은 부피로 저장되어있으며 유연성 및 경량성의 특징이 있다. 그러므로 팽창구조체는 급작스러운 돌발용수 유입 시 신속하게 공기가 주입되어 터널 내부를 완전 차폐하여 돌발용수를 저지하며 터널형상에 따라 차폐가 가능하다. 또한 팽창구조체내 압력은 전체적인 팽창구조체에 필요로 하는 구조적 지지를 제공한다.
방수문의 단점은 무엇인가? , 2015). 현재 터널의 돌발용수 및 여러 사고의 대비책으로 방수문을 설치하여 사용되고 있지만 돌발용수에 대한 방수(차수)성능 검증이 전무한 상태이며, 급속히 차폐시키는데 어려움과 제한이 있는 단점이 있다. 하지만 팽창구조체를 이용한 급속차페 시스템은 팽창하기 전에는 아주 작은 부피로 저장되어있으며 유연성 및 경량성의 특징이 있다.
해저터널 시공 시 돌발용수 제어 및 관리 방안이 중요한 이유는 무엇인가? 해저터널 시공 시 갑작스럽게 해수가 유입하게 되면 일반 터널의 지하수의 유입과는 다르게 무한정 존재하고 있는 해수가 유입하게 되어 대형 사고로 이어질 수 있기 때문에 돌발용수 제어 및 관리 방안은 매우 중요하다 (Shin et al., 2015).
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참고문헌 (8)

  1. Barbero, E.J., Sosa, E.M., Martinez, X., Gutierrez, J.M. (2013), "Reliability design methodology for confined high pressure inflatable structures", Engineering Structures, Vol. 51, pp. 1-9. 

    상세보기

  2. Kenyon, P. (2012), "35,000 Gallons of preventioncontaining a tunnel flood with an inflatable stopper", Tunnel Talk. 

  3. Kim, Y.I., Cho, S.K. (2003), "Determination of Segment Sealing Material for a Subaqueous Tunnel under the Han River in the Bundang Railway", Proceeding of the Korean Society of Civil Engineers of Conference, Daegu, pp. 5414-5426. 

  4. Molina prmbo, J.C. (2008), "Mechanical characterization of fabrics for inflatable stuctures", Master's. Thesis, Dept. of Mechanical and Aerospace Engineering, West Virginia University, pp. 1-132. 

  5. Shin, J.H., Kim, K.H., Kim, D.R., Ji, H.S. (2015), "An experimental study on the static behavior of advanced composite materials drainage pipe member for an undersea tunnel", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 17, No. 2, pp. 65-74. 

  6. Yoo, K.S. (2016), "Design method of large expansion fabric-structure for flood damage mitigation in tunnel", Ph.D. Thesis, Dept. of Civil Engineering, Hoseo University, pp. 25-32. 

  7. Yoo, K.S., Lee, J.H., Kim, Y.D., Kim, S.H. (2015), "Model testing of leakage effect due to multi-cell inflater of rapid protection system in subsea tunnel". Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 17, No. 3, pp. 295-303. 

  8. Yoo, K.S., Lee, J.H., Kim, Y.D., Kim, S.H. (2016), "Friction behaviour of inflatable structure system to protect rapidly flooding damages in subsea tunnel", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 18, No. 1, pp. 109-117. 

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