국토교통부 Ministry of Land, Infrastructure, and Transport
과제관리전문기관
국토교통과학기술진흥원 Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement
등록번호
TRKO202000030844
과제고유번호
1615010699
사업명
건설기술연구(R&D)
DB 구축일자
2020-11-14
키워드
대심도.지하공간.복층터널.중간슬래브.화재안전.
초록▼
□ 연구의 목적 및 내용 ○ 본 과제의 최종목표는 도심지 대심도에 건설되는 다목적 복층터널을 건설하고 운용하는데 필요한 설계 및 시공, 환기 및 화재안전의 핵심 기술을 국내기술로 확보하는 것임. ○ 이를 위하여 ① 네트워크 지하도로망 구축 및 다목적 기능의 복층터널 설계기술 확보, ② 확폭, 분기부 등을 효율적으로 구축하고 경제적이고 최적화된 복층터널을 시공하는 기술을 확보, ③ 지하 네트워크의 환기 및 화재 안전에 대응하고, 복층터널 구조체의 손상평가 기술 개발을 목표로 함. ○ 본 연구는 병렬터널 대비 공사비 1
□ 연구의 목적 및 내용 ○ 본 과제의 최종목표는 도심지 대심도에 건설되는 다목적 복층터널을 건설하고 운용하는데 필요한 설계 및 시공, 환기 및 화재안전의 핵심 기술을 국내기술로 확보하는 것임. ○ 이를 위하여 ① 네트워크 지하도로망 구축 및 다목적 기능의 복층터널 설계기술 확보, ② 확폭, 분기부 등을 효율적으로 구축하고 경제적이고 최적화된 복층터널을 시공하는 기술을 확보, ③ 지하 네트워크의 환기 및 화재 안전에 대응하고, 복층터널 구조체의 손상평가 기술 개발을 목표로 함. ○ 본 연구는 병렬터널 대비 공사비 15% 절감과 이용자의 100% 안전확보를 목적으로 하고 있으며, 이를 위한 연구내용 및 범위는 다음과 같음.
[제1세부과제] 복층터널 최적화 설계기술 개발 - 제1요소기술 : 복층터널 최적화 단면 설계기술 - 제2요소기술 : 복층터널 구조체 설계 및 성능평가 기술 - 제3요소기술 : 복층터널 근접시공 안정성 확보를 위한 설계기술 - 제4요소기술 : 복층터널 내부시설 운전자 친화 설계 기술개발 및 가상 프로젝트 - 제5요소기술 : 복층터널 다목적 활용 설계 및 운용 기술
[제2세부과제] 효율적인 복층터널 시공기술 개발 - 제1요소기술 : 복층터널 최적화 시공을 위한 굴착·보강, 구조체 유지관리 기술개발과 Test-bed - 제2요소기술 : 도심 대심도 수직구의 친환경 시공기술 개발 - 제3요소기술 : 도심 대단면 복층터널 고함수비 굴착버력 친환경 급속처리 기술 개발
[제3세부과제] 복층터널 환기 및 화재안전 설계 기술 개발 - 제1요소기술 : 복층터널 네트워크형 환기설계 및 해석 기술개발 - 제2요소기술 : 복층터널 오염물질 확산 예측 및 외부 배출 방지 기술 - 제3요소기술 : 복층터널 화재확산 제어 및 내화 성능 향상 기술 - 제4요소기술 : 복층터널 화재안전 평가 및 관리시스템 구축
□ 연구개발성과 ○ 복층터널 최적화 단면 설계 기술 ○ 복층터널 구조체 설계 및 성능평가 기술 ○ 복층터널 근접시공 안전성 확보를 위한 설계 기술 ○ 운전자 친화 설계 기술 및 가상프로젝트 ○ 확폭 분기부 굴착을 위한 굴착, 보강 및 특수 세그먼트 제작 기술 ○ 복층터널 유지관리를 위한 내부형상 모니터링 및 생애전주기 관리 기술 ○ 슬래브 제작 기술, 가설 장비를 이용한 가설 기술 ○ 도시지역 대심도 수직구 친환경 급속 시공 기술 ○ 도시지역 굴착버력의 갱내·갱외 급속 처리 기술 ○ 네트워크형 환기설계 지침 ○ 네트워크형 환기해석 엔진 및 전처리 모듈 ○ 소형차 오염물질 및 연소 시 기준 배출량 DB ○ 복층터널 환기 시스템 운전제어 알고리즘 ○ 오염물질 외부 배출 영향 최소화 기술 ○ 화재 연동형 대배기구 시스템 ○ 복층 슬래브 최적 내화 및 보수 기술 ○ 복층터널 화재연기 확산지연장치 ○ 자동화 소화설비 ○ 터널방재시스템 화재시나리오 ○ 스마트폰용 피나어플
□ 연구개발성과의 활용계획 (기대효과) [기술적 기대성과] ○ 대심도 복층터널의 설계·시공 및 운영기술이 다소 부족한 상황에서 본 연구를 통하여 핵심기술을 확보함으로서 우리나라의 지하 교통 네트워크 구축 기술을 향상 시킬 수 있음. ○ 우리나라의 대심도 복층터널 설계 및 시공 기술은 선진국의 60% 정도로서, 서울시의 U-SMARTWAY와 같은 거대 프로젝트의 독자기술 기반으로 추진하기에는 어려움이 있으나, 본 과제의 성공적인 수행으로 국내기술을 기반으로 하는 신개념의 복합기능 복층터널을 도입하는 계기를 마련할 수 있음. ○ 복층터널을 기반으로 하는 대심도의 지하 교통 네트워크에서 이용자의 편익을 확보하고 100% 안전을 보장하기 위해서는 환기 및 화재 안전에 대비하는 기술확보가 필요하며, 개발된 기술이 지하공간 이용의 증대를 견인할 수 있음.
[사회·경제적 파급효과] ○ 국내·외적으로 도시화가 가속화 되고 있는 상황에서 대심도 교통 지하네트워크의 수요가 증가하고 있음. 국내에서는 U-SMARTWAY, GTX, 수도권지하고속도로, 부산지하고속화도로 등이 제안되고 있으며, 각각 11조 2천억원, 12조원,17조원(6차로 건설시 21조원), 4조4천4백억원으로 추정되므로 총사업비는 44조 6400억원 정도임. ○ 국외에서는 2003년 스웨덴 스톡홀름 Sodra Lanken을 시작으로 지하 교통네트워크가 지속적으로 증가하고 있는 추세이며, A86 West Beltway, 보스턴 Big Dig, 마드리드 M-30, 말레이시아 쿠알라룸푸르 SMART, 싱가폴 KPE Road Tunnel, 일본 중앙환상신주쿠선, 일본 동경의 시나가와선, 미국 시애틀 Alaskan Way 등이 운영 중 또는 시공 중에 있음. 향후 다양한 지하도로 사업이 해외에서도 추진될 것으로 예상되는 여건을 고려할 때 본 연구의 성과를 활용하여 해외시장 진출이 가능할 것으로 예상됨. ○ 도심지 교통정체를 해소하고 지상의 쾌적한 녹지공간을 확보함으로서, 새로운 형식의 SOC시설물 건설이 사회, 문화적 요구에 대응하고 국가의 정책적 목표를 달성함. ○ 복합기능의 복층터널 도입으로 도심지 홍수방어능력 향상과 함께 교통량 분산효과가 동시에 달성되어 건설예산에 중복투자를 방지하고, 국민의 세금을 효율적으로 사용함. ○ 대심도 복층터널의 건설에 있어 국내 독자적인 시공기술이 개발됨으로서 국가위상 증진이 기대되며, 건설장비 분야와 신소재 분야 등 관련 산업의 동반 성장이 기대됨. ○ 복층터널 최적 환기설계기법의 개발로 인하여, 운영 시 최소 환기운영비의 산출이 가능하게 되고, 이를 활용하여 일반터널의 운영비 절감에 상당한 효과를 기대할 수 있음. ○ 본 연구의 기술개발을 통해 국내외적으로 추진되고 있는 장대도로터널 및 지하도로의 신규 방재시설 적용을 통하여 기존 터널의 방재시설인 물분무 설비대비 20% 이상 운영비의 절감이 예상됨.
[활용방안] ○ 복층터널 최적설계법은 매뉴얼화 되어 도심지 지하도로 건설 시 경제적인 터널건설에 기여할 것으로 예상되며, 복층터널 중간 슬래브에 대한 설계법의 체계화가 가능하므로 유사한 구조물에 활용이 기대됨. ○ 개발된 입체표지판 및 친환경 조명시스템은 지하도로 및 일반도로터널에서 설계 오류을 줄이고 시공성을 향상 시킬 것으로 기대됨. ○ 대단면 복층터널의 생애전주기 정보화 및 안정성 통합 관리 기술은 홍콩, 터키, 노르웨이 등 복층터널을 활발하게 개발하고 있는 국가를 대상으로 시장진출이 가능할 것으로 기대되며, 기존의 운영 및 신규 시공 중인 여러 복층터널 현장에 기술적용이 가능할 것으로 판단됨. ○ 복층터널 확폭부에 대한 독자적인 시공 및 보강기술 개발로 엔지니어링 설계분야의 국제적인 기술력 확보와 국가기술 경쟁력 확립에 기여할 수 있을 것으로 판단됨. ○ 복층터널용으로 개발된 수직구 건설공법은 복층터널 뿐만 아니라 증가하고 있는 도심지 공사에 적용이 가능하며, 수직구 구조물을 급속으로 시공하는 기술이 보편화 될 것으로 기대됨. ○ 소형화 버력 급속처리방법은 복층터널뿐만 아니라 대단면 및 도심지 공사에 적용되어 점차 확대·보급될 것으로 예상됨. ○ 네트워크형 복층터널의 안전한 운영을 위한 환기설계 기법을 개발하고 이에 대한 환기설계지침을 제공함으로써, 향후 국내에서 복층터널 시공 시 해당터널의 설계조건에 부합하는 환기기법에 대한 사전연구결과를 제공할 수 있음.제공된 환기설계기법을 바탕으로 시공 시 효과적 설계가 가능하고, 이로 인하여 향후 운영 시 이용자들로 하여금 안전한 이용이 가능할 것으로 기대됨. ○ 복층터널 오염물질 외부배출 영향을 최소화하는 다양한 방안 및 기준을 제시함으로써, 향후 대심도 복층터널 건설 시 해당 터널 특성에 맞는 오염물질 저감 시스템 선정 및 적정 용량 적용에 기준이 되며, 효율적인 설계 진행에 기여할 것으로 전망됨. ○ 본 연구과제에서 도출된 화재진압기술은 장대도로터널 및 지하도로와 같이 화재안전위험도가 높은 건설 분야의 방재설계기술 개발에 활용이 가능함.
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