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지하시설 굴착공사에 따른 탄약저장시설 안전성 평가방법 연구
Safety Evaluation Method for Ground Ammunition and Explosive Storage Facilities due to Underground Tunnel Blast 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.19 no.4, 2019년, pp.331 - 339  

박상우 (Korea Military Academy) ,  김국주 (Korea Military Academy) ,  박영준 (Korea Military Academy)

초록
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도심과 사회기반시설의 확장에 대한 수요로 인해 군사시설의 이전이나 시설의 지하화가 지속적으로 요구되고 있다. 그러나 탄약시설과 같은 시설을 횡단할 때에는 탄약이 우발적으로 폭발하지 않도록 고도의 안전성 평가가 선행되어야 한다. 이에 지중 구조물의 건설을 위한 발파작업이 지상의 탄약시설에 미치는 영향을 분석하기 위해 국방부와 한국철도시설공단간 협의에 의해 진행되는 신안선 복선 전철 설계구간 중 군사 보안구역을 통과하여 건설되는 터널구간에 대해 사례연구를 실시하였다. 폭발현상에 의한 진동의 속도를 수치해석 프로그램인 GTS-NX를 활용하여 예측하였고 문헌조사를 통해 모든 형태의 구조물에 대해서도 안전에 영향을 미치지 않는 0.2cm/sec의 지반진동속도를 안전성 평가기준으로 제시하였다. 본 연구에서 활용된 안전성 평가지표와 절차는 향후 탄약시설을 횡단하는 사회기반시설 계획 시 안전성 평가의 지표로 활용될 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, expansion of urban and social infrastructures is planned to go through the transfer of military facilities or crossing the infrastructures via underground tunnels. However, when crossing facilities such as ammunition and explosive storages, a high level of safety assessment is required to ...

주제어

표/그림 (17)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 지중 구조물의 건설을 위한 발파작업이 지상의 탄약시설에 미치는 영향을 분석하기 위해 관련 국내·외 기준을 분석하고 판단절차를 사례연구를 통해 제시 하였다.
  • 이를 위해 국방부 및 한국철도시설 공단 간 협의에 의해 진행되는 신안선 복선 전철 설계구간 (시흥시청∼광명구간) 중 군사보안 구역(A부대, B부대, C부대)을 통과하여 건설되는 터널구간에 대해 발파 시 지표면에 위치한 부대 탄약고에 미치는 영향을 분석하였으며, 향후 군과 관련된 유사한 사업의 진행 시 안전성 검토에 대한 사례를 제공하고자 한다.
  • 육군에서는 비표준 재래식구조 탄약고를 이글루형 탄약고로 대체하고 있으나 아직까지 사업이 완료되지 못한 실정이다. 이에 본 연구에서는 노후화가 심각한 재래식구조 탄약고를 대상으로 국내 최소 허용기준인 0.2cm/sec를 기준으로 탄약고의 안전성을 평가하는 절차를 제시하고자 한다.
  • 이에 본 연구에서는 지중 구조물의 건설을 위한 발파작업이 지상 탄약시설에 미치는 영향을 분석하기 위해 관련 국내·외 안전기준을 분석하고 판단절차를 제시하고자 사례연구를 실시하였다.
  • 그러나 탄약시설과 같은 시설을 횡단할 때에는 탄약이 우발적으로 폭발하지 않도록 고도의 안전성 평가가 선행되어야 한다. 이에 지중 구조물의 건설을 위한 발파작업이 지상의 탄약시설에 미치는 영향을 분석하기 위해 국방부와 한국철도시설공단간 협의에 의해 진행되는 신안선 복선 전철 설계구간 중 군사 보안구역을 통과하여 건설되는 터널구간에 대해 사례연구를 실시하였다. 폭발현상에 의한 진동의 속도를 수치해석 프로그램인 GTS-NX를 활용하여 예측하였고 문헌조사를 통해 모든 형태의 구조물에 대해서도 안전에 영향을 미치지 않는 0.

가설 설정

  • 수치해석에 적용된 지반의 물성값은 기존 시추조사 결과 보고서와 보안지역 A부대 및 B부대 근처에서 추가적으로 실시한 시추조사 결과를 활용하여 결정하였다. 실험값이 있는 경우 실험값을 우선적으로 적용하였으며, 실험값이 없는 경우는 지반의 동해석에서 주로 이용되는 값으로 가정 하였다. 매립토와 풍화토, 풍화암층은 하나의 토사층으로 가정하고, 풍화토의 물성값을 전체 토사층의 물성값으로 대표하여 적용하였다.
  • 장약공의 천공패턴은 심발공에 대한 표준발파패턴을 기준으로 막장면에 1.4m×1.4m의 정사각형 모양으로 가정하였고, 장약량 설치 깊이는 2.1m로 설정하였다.
  • 탄약고의 정확한 크기는 보안상 획득할 수 없어 20m×30m×10m의 직육면체로 가정하였으며, 터널의 크기는 일반적인 지하철 터널을 고려하여 반지름 4.5m의 반원형으로 설정하였다.
  • 풍화토 및 풍화암층은 모든 보안구역에 대해 동일하게 적용하였으나, 기반암층은 보안구역별 참고한 자료가 상이하므로 서로 다른 값이 적용되었다. 풍화토의 감쇠비(damping ratio)는 토사층 해석에서 주로 이용되는 값인 10%로 가정하였다. 지층별, 그리고 보안구역별 수치해석 모델에 적용된 물성치는 Table 5에 정리하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고유치 해석은 무엇인가? 고유치 해석은 지반의 고유한 동적 특성을 파악하고, 시간 이력 해석에 적용되는 감쇠행렬을 정의하기 위해 실시하는 해석방법으로 자유진동 해석이라고도 한다. 본 연구에 서는 면-스프링(surface spring)으로 탄성경계를 구성하고, 이를 지점조건에 정의하여 고유치 해석을 수행하였다.
유한요소해석을 이용해 안전성 평가를 보다 정확하게 하려면 무엇이 요구되는가? 이번 연구는 폭발현상에 대한 실증시험의 제한으로 유한요소해석을 이용해 안전성 평가를 진행하였다. 비록 탄약저장시설의 안전여부에 대한 충분한 판단근거는 제시하였으나, 보다 정확한 결과를 도출하기 위해선 추가적인 모델의 검증 (Validation)이 요구된다. 또한, 현재 군에서 운용하는 재래식구조 탄약고, 이글루형 탄약고, 지하형 탄약고의 형태별 세부적인 발파진동 허용기준에 대한 추가적인 연구와 현대의 첨단기술이 접목된 최신형 탄약의 특징을 반영한 안전성 평가기준의 최신화가 후속연구로 진행되어야 할 것이다.
탄약시설의 안정성 검토가 요구되는 이유는 무엇인가? 군 역시 지역주민과의 상생과 국가정책의 이행에 기여하고자 많은 노력을 기울이고 있음에도 불구하고 군사전략상 긴요한 시설에 대해서는 이전이 제한됨에 따라 해당시설을 지하화 하는 것에 대한 논의가 활발히 진행되고 있다. 특히 탄약시설의 경우 폭발에 따른 많은 위험요소를 내재하고 있어 안전성에 대한 면밀한 검토가 요구된다[1,2].
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