본 연구에서는 지하공간의 굴착에 따른 수직파이프 구조물의 변형거동 및 안정성을 수치해석적으로 검토하였다. 지반의 수직거동은 파이프의 압축변형 및 압축응력을 발생시키며, 수평거동은 파이프의 굴곡변형 및 쉽응력을 발생시킨다. 또한, 지반의 수평응력은 파이프를 압착시켜 접선응력을 발생시킨다. 본 연구의 해석대상 구조물은 지하 천연가스의 생산정으로 서, 인접 지반의 굴착이 파이프에 미치는 영향과 최대 영향 요소를 고찰하였다. 이를 위해 보안탄주의 폭과 가스생산정의 위치가 서로 다른 세 가지 사례를 해석하고 비교하였다. 두께 2.5m인 탄층이 심도 237.5m에 위치할 때 45.8m 폭의 보안탄주는 외경 10$\frac{3}{4}$ in., 두께 0.4 in.인 API-55 강철 파이프 구조물을 안전하게 보호할 수 있다. 또한, 실제로 파괴가 발생한 가스생산정을 검토한 결과, 발생된 전단음력이 강철 재료의 허용음력을 초과하였다.
폐광지역의 침하발생 메커니즘 및 영향범위는 현장의 지반조건, 지압분포, 채굴적의 기하학적인 조건, 상부 구조물의 하중 조건 등에 따라 달라지므로 이를 예측하기는 매우 어렵다. 또한 지질 및 지반 상태, 탄층의 발달 상태, 채굴방법 등이 채굴현장마다 다르므로 기존의 보강대책을 그대로 적용하는 데에는 한계가 있다. 본 연구에서는 국내 폐광지역에 대한 합리적인 보강대책 수립을 위해 광역 채굴현황조사를 바탕으로 채굴적의 분포를 파악하고, 대심도 시추조사, 탄성파 토모그래피, 시추공 영상촬영 등의 상세 지반조사를 수행하여 석탄층의 분포현황과 암반이완상태를 파악하였다. 이를 토대로 지반침하이론에 의해 침하발생 유형을 예측하고 지반침하량을 산정하였다. 또한, 연구대상 지역의 침하발생 메커니즘을 분석하였으며, 기존 폐광지역 보강사례를 분석하여 각 침하원인별로 대상지역의 지반특성에 부합되는 지반 및 구조물기초에 대한 보강대책을 수립하였다.
본 연구에서는 압축공기에너지 지하저장을 위한 복공식 암반공동의 기밀성능을 평가할 목적으로 다상유체 열유동 해석을 수행하였다. 기밀성능은 저장공동으로부터 누출되는 공기질량으로 평가하였으며, 저장공동 내부에 콘크리트 라이닝 기밀시스템을 설치하고 저장공동은 비교적 천심도인 지하 100m 심도에 위치하는 것으로 가정하였다. 저장공동 내 질량수지분석 결과, 콘크리트 라이닝 및 주변 암반의 투과계수가 누기량 및 저장공동의 장기적 기밀성능에 미치는 영향이 큰 것으로 파악되었으며 콘크리트 라이닝의 투과계수가 $1.0{\times}10^{-18}\;m^2$이하 일 경우, 저장공동 운영압력이 5 MPa에서 8 MPa 사이일 때 누기량은 1%이하 인 것으로 계산되었다. 또한, 콘크리트 라이닝의 초기포화도에 따른 공기누출량 계산결과, 라이닝 수분포화도를 증가시킬수록 누기량은 감소하고 저장공동 기밀성능이 향상됨을 확인하였다.
2004년 일본의 니가타켄 츄에츠 지방의 나가오카, 오지야시에서 1,450개 이상의 지하구조물이 1.5m까지 부상하였다. 융기손상은 Lifeline 시스템의 일부인 하수 시스템의 흐름뿐만 아니라 교통흐름을 방해로 인해 심각한 문제를 야기 시킨다. 복구작업의 경우 손상된 하수 시스템의 오픈 컷 조사는 나가오카시 정부에 의해 수행되었다. 지진으로 인한 매설된 파이프 라인의 손상에 대한 중요한 데이터는 조사결과로부터 수집하였다. 본 연구는 지하 구조물의 부상량에 영향을 미치는 요인을 SPT 시추공 logs를 통해 손상된 지역의 위치와 파이프라인의 경사를 포함하는 데이터를 사용하여 조사하였다. 지하구조물의 부상과 영향을 받는 지역의 지질학적 특성 사이의 상관관계 분석을 통해 부상현상의 주요변수는 지하수의 깊이, 원지반에서의 점토층 두께, SPT N값인 것으로 밝혔다.
가변성 분할 라이닝 기밀시스템을 채용한 CAES-G/T 발전용 복공식 압축공기 지하저장 터널기술을 소개 하였다. 본 기밀시스템의 특징은 라이닝 세그먼트의 변위를 허용함으로써 고압 압축공기에 의한 내압을 암반이 최대한 부담토록 하고 특수고무시트 부착을 통해 저장터널의 기밀성을 향상시킨 것으로 요약할 수 있다. 이러한 기밀시스템을 채용한 가변성 터널기술은 압축공기 지하저장 시설의 천심도, 도심지 근교 및 도서지방에서의 시공을 가능케 하여 소규모의 분산형 CAES-G/T 발전이 가능할 뿐만 아니라 다양한 에너지(천연가스, LPG, DME) 지하저장시설로서의 활용이 기대된다.
지하공간에서의 화재는 인명 및 재산피해 뿐만 아니라 지하구조물에 심각한 손상을 발생시킨다. 이러한 화재로부터 구조물을 보호하기 위해서 화재에 의한 지하구조물 시공재료의 손상을 파악하는 것은 매우 중요한 사항이다. 본 연구에서는 화재에 의한 지하구조물의 손상을 파악하기 위하여 지하공간 화재모의시험 가열로를 제작하였고, 쉴드 TBM 콘크리트 세그먼트시편에 대하여 모의 화재실험을 수행하였다. 수행된 실험은 5분에 $1,200^{circ}C$에 도달하여 1시간동안 유지한 후 2시간에 걸쳐 소화되는 RABT곡선을 모사하였다. 시험체내에 설치된 온도센서로 확인한 결과, 화재면으로부터 약 20cm까지 폭렬이 발생하였다. 또한 시험이 완료된 블럭시편으로부터 채취된 코어시편에 수행된 물리$\cdot$화학적 실험을 통하여 폭렬면으로부터 약 l0cm까지 시공재료의 특성이 저하되었음을 확인하였다.
본 연구에서는 최근 발생빈도가 증가하고 있는 지반함몰의 가장 큰 영향요소인 지중 공동에 대하여 콘크리트매트를 이용한 개착식 복구방법의 보강효과 분석을 위한 실험적 및 수치해석적 연구를 수행하였다. 먼저, 평판재하시험을 이용하여 지표로부터 10cm, 20cm, 30cm의 보강깊이에 대하여 콘크리트매트 보강에 따른 응력감소율을 평가한 결과, 약 60%의 응력감소 효과를 나타내었다. 또한 실내실험과 수치해석 결과를 이용하여 지반침하량과 응력감소율을 분석한 결과, 콘크리트매트 설치깊이가 지표로부터 10cm~20cm 깊이에서 보강효과가 우수한 것으로 확인되었다. 지반변형계수 측정을 위한 LFWD실험 결과, 콘크리트매트가 지표로부터 20cm의 깊이에 보강되었을 때의 변형계수가 가장 크게 나타났다. 따라서 지중 매설물 손상에 의한 지중공동이 포장체 하부까지 높이 방향으로 발달한 경우, 지표로부터 20cm 이내에 콘크리트 매트를 보강하는 것이 효과적인 것으로 분석되었다.
최근 지하공간개발이 활발해지면서 이의 체계적인 활용에 대한 연구가 필요하게 되었다. 본고에서는 지하공간 중 지하차도 및 지하통로를 대상으로 하여 국내건설 및 유지관리현황, 지하차도 및 지하통로 설계기준, 설계 검토내용 및 시공절차, 대상 지하구조물의 주요하자 원인 및 보수보강 방법, 이와 관련한 국내 신기술 신공법 현황, 그리고 장래 계획 등에 대해 조사 연구하였다. 현재 64${\sim}$94%는 건설된 지 10년이 지난 상태이며 전체의 50%가 서울, 경기도 및 수도권 일대에 위치하고 있으며 특정 관리대상 시설로 분류하여 안전점검 및 관리가 시행되고 있다. 설계 시에는 차도부, 보도부, 차로폭등으로 구분하여 시설한계기준을 적용하고 있으며 건설공법은 지반상태, 구조물심도, 지형조건 등을 감안하여 개착식과 터널식을 구분 적용하고 있다. 구조물 공법 선정 시에는 설치공법, 내부 중간(벽, 기둥)구조, 보도설치여부,부력방지공 설치여부, 방수공법, 내장 마감재, 갱구부형식 등을 감안하여 정하고 있다. 주요 하자원인분석 시 구조적 원인과 비구조적 원인으로 분류하여 균열, 박리, 탈락 및 백태 등에 의한 하자원인 및 대책을 검토하였고 수화열에 의한 균열발생 기준도 추가하였다. 지하차도 및 지하통로 관련 신기술 신공법은 2007년 말까지 등록된 것을 주로 조사 분석하였다. 대부분 지하철이나 통신과로등 다른 지하구조물에 공통적으로 적용할 수 있는 것들로 관련 요소핵심기술을 활발히 개발 중인 것으로 파악되었다. 지하차도및 지하통로 관련 지하구조물의 장래계획은 지역마다 자치구마다 다르지만 시 전체에 지하도로 건설을목표로 지하구조물 계획을 수립하고 있는 서울시를 위주로 장래관련 계획을 자료조사하였다.
우리나라에서 답용수량(畓用水量)을 측정(測定)한 것은 이미 60년전(年前)이 였으며 그동안 몇군데서 시험(試驗)한 것이 있으나 모두 엽수면증발량(葉水面蒸發量)이 중심(中心)이었다. 그런데 품종개량(品種改良), 재배관리(栽培管理)의 향상(向上), 계기(計器)의 발달(發達)과 학술(學術)의 진전(進展)으로 과거(過去)에 측정(測定)한 값을 지금까지 준용(準用)하기는 어느정도 반성(反省)이 필요(必要)하며 더욱이 품종별(品種別) Data는 있으나 토성별(土性別) 시험치(試驗値)가 없어서 토성별(土性別) 용수량(用水量)은 전연(全然) 모르고 있었으며 강하침투량(降下浸透量)이 적은 습답(濕畓)에서는 엽수면증발량(葉水面蒸發量)이 답용수량(畓用水量)을 좌우(左右)하므로 엽수면증발량(葉水面蒸發量)의 측정(測定)만으로 좋으나 그렇지 못한 보통답(普通畓)은 엽수면증발량(葉水面蒸發量)보다 오히려 강하침투량(降下浸透量)이 지배적(支配的)인 역할(役割)을 하고 있다. 따라서 앞으로 엽수면증발량(葉水面蒸發量) 중요(重要)하지만 강하침투량(降下浸透量)도 직접측정(直接測定)하여 현실적(現實的)이고 경제적(經濟的)인 용수량(用水量)을 측정(測定)하여야 할것으로 생각한다. 이 강하침투량(降下浸透量)은 다시 지하수위(地下水位)의 고저(高低)와 관계(關係)가 깊으므로 아울러서 지하수(地下水)의 변동(變動)도 측정(測定)할 것이다. 이와같은 취지(趣旨)에서 본연구(本硏究)를 추진(推進)한 즉 다음과 같은 사항(事項)을 지적(指摘)하게 되었다. (1) 토성별(土性別) 경제적(經濟的) 용수량(用水量)을 결정(決定)하자면 몽이구역내(蒙利區域內)의 토성조사(土性調査)를 명백(明白)히 할것이며 토성(土性)에 따른 엽수면증발량(葉水面蒸發量)과 증발계증발량(蒸發計蒸發量)의 비(比)는 식양토(埴壤土) ET/V=1.11, 양토(壤土) ET/V=1.64 사양토(砂壤土) ET/V=1.63이었다. (2) 감수심(減水深)은 엽수면증발량(葉水面蒸發量), 강하침투량(降下浸,透量) 논두렁 침투량(浸透量)으로 구성(構成)되는데 이중 논두렁침투(浸透)는 재차(再次) 이용(利用)이 가능(可能)하나 엽수면증발량(葉水面蒸發量)과 강하침투량(降下浸透量)도 측정(測定)할 것이다. (3) 토성별감수심(土性別減水深)은 식양토(埴壤土) 9.3mm/day, 양토(壤土) 13.5mm/day, 사양토(砂壤土) 13.5mm/day이었다. (4) 강하침투량(降下浸透量)은 토성(土性)과 지하수(地下水)이 고저(高低)에 따라 다르다. (5) 토성별(土性別) 강하침투량(降下浸透量)의 변화(變化) 식양토(埴壤土) $1{\sim}2mm/day$ 양토(壤土) $2{\sim}3mm/day$, 식양토(埴壤土) $3{\sim}4mm/day$이다. (6) 지하수위(地下水位)의 변동(變動)은 식양토(埴壤土)보다 양토(壤土), 사양토(砂壤土) 순(順)으로 민감(敏感)하여 강수(降水)가 있으면 급(急)히 지하수위(地下水位)가 상승(上昇)하였다가 서서히 하강(下降)한다. (7) 지하(地下) 수위(水位)의 변동범위(變動範圍)는 25cm정도이었다. (8) 증발비(蒸發比)는 식양토구(埴壤土區) 168.8, 양토구(壤土區) 255.6 사양토구(砂壤土區) 272.5이었다.
Precast Concrete (PC) construction method can be the one that is suitable for long-life housing due to its merit in respect of maintenance and durability based on crack-free from mass production with indirect construction cost-saving-effect due to shortening construction period comparing to the conventional construction method, but it has the problem that causes the raise of direction construction costs. So, this study analyzed its economic feasibility of PC method whose maintenance and durability are excellent for underground parking lot of apartment house for accomplishing cost-saving long-life housing by applying the various structural system. In evaluation of unit module structural system, two-way PC system requires 10 to 28% more costs for frame work than RC rigid frames, and, one-way PC system 98~112%. Although it varies depending on the method, the costs are similar to RC rigid frame structure, provided a proper method is adopted. Also, Model 11, which was most economical in the evaluation, was applied to an real parking lot and about 2 to 6% of construction costs was reduced than RC rigid frames. This seems to be because, although PC system has a higher production cost, introduction of P.S (prestress) reduces member depth and, therefore, height, as well as the number of members per unit module.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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