| 5차년도 |
[1세부] 초장대 해저터널 계획을 위한 최적 지질/지반조사 기술 적용성 평가 및 지반 특성 정량화 제시[2세부] 해저터널 설계/시공을 위한 핵심 요소 기술 개발 및 현장 적용성 검토[3세부] 해저터널 설계/시공 시 안정성 평가 기술 개발 및 적용성 검토[4세부] 초장대 해저터널의 화재 및 유지관리 기술 성능 평가
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[1세부] - 해저터널 설계- 대심도 해저 3차원 정보 시스템 개발- 대심도 해저 정밀 지구물리 탐사 해석기법 고도화 2단계 및 프로그램 개발- 고수압 지반 특성의 설계 정수화- 해저 지반의 수리특성 조사기법 개발- 해저지반 암반분류법의 현장 적용 및 문제점 분석[2세부] - 막장전방 예측 종합시스템 구축- 설계/시공/리스크 관리를 위한 올인원(All-in-One) 통합 관리 시스템 구축- 해저터널의 설계 및 시공 단계에서의 리스크 관리를 위한 BIM 통합시스템 구축- 통신네트워크 요소기술 개발 완료 및 올인원 시스템 연동기술 개발- 공정관리 시나리오 최적화- 고수압 조건의 All-in-one 그라우팅 시스템 실용화 제품 개발- 진동 그라우팅 주입 이론식 연구- Pilot 규모의 실내 챔버시험 및 현장 실증시험 모사- 급속 동결공법 현장 실증시험을 통한 설계 요소 검증- 버력처리 시공 procedure 제시- 스마트터널 유입수 제어 및 관리시스템 구축- 유입수 종류별 차폐설비시스템 검증 및 보완- 중대형 토조 실험을 통한 압전필름 배수재 시스템 구축 및 적용- 고성능 내염해성 SFRC 세그먼트 부재 개발- 세그먼트 실물제작 및 Test- 숏크리트에 대한 보완실험 및 현장 적용성 재검토- 시공장비에 대한 보완실험 및 현장 적용성 재검토- 영향인자 및 성능평가 요소 개발[3세부] - ANN-BIM 연계 로직 구축, ANN-BIM 연계, 안정해석 엔진 구축- 해저터널의 내진설계를 위한 BIM 통합시스템 구축- 실험적 연구를 통한 막장압 및 뒷채움압 산정 연구- 현장조건에 근접한 수치해석 개선방안 제안- 기계 데이터를 이용한 해저 TBM 터널 막장압 관리 및 지반거동 예측시스템 개발- 해석 모델을 계산할 수 있는 설계용 코드(프로그램) 개발- 개발된 지수재의 생산기술 개발[4세부] - 모형실험을 통한 환기시스템의 실제가동시 운전 적합성 검증연구- 실제 크기 댐퍼 제작- 해저터널용 공기압 해석모델 검증 및 정확성/신뢰성 향상 연구- 해수를 이용한 화재진압 시스템 개발- 해저터널 내화구조요소 표준시험법 개발- 성능개선형 세그먼트 시스템의 실용화 방안 구축- 제연 시스템 및 국소 급배기 시스템 모형실험을 통한 최적화- 피난대피소 축소모형실험 및 성능검증- 2차 상사모델의 시제품 제작, 성능평가 및 설계보완
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
- 초장대 고수압 해저터널 설계·시공 및 운영기술 전무한 가운데, 본 연구 과제를 통해서 각각의 주요 연구를 진행함으로써 세계 최고의 해저터널 관련 핵심요소 기술을 확보할 수 있음.- 국내 해저터널 건설 기술 수준은 선진국 대비 40~70% 수준으로 기술수준이 다소 미흡하며, 계획 중인 한-중, 한-일, 호남-제주 프로젝트를 수행하기는 기술력이 부족하여 해외 선진기술 도입을 추진해야 하는 상황임을 고려하였을 때, 본 과제의 초장대 고수압 해저터널의 조사, 설계 및 시공, 유지관리에 이르는 기술은 현재 국내 해저터널 건설 기술을 선진국 수준으로 끌어 올릴 수 있을 것으로 기대됨.- 해저터널은 시점과 종점을 나누어 공사할 수 없다는 점 때문에 장대터널로 시공을 하여야함. 따라서 본 연구에서는 장대터널에서 요구되는 요소 기술과 환기 및 방재에 관련된 기술을 확보함에 따라 터널 시공에서부터 유지관리에 이르기까지 초장대 해저터널에서 요구되는 기술을 확보할 수 있음.- 해저터널은 고심도에서 시공을 해야 한다는 점 및 시공 후 터널의 안정성이 어떤 터널보다 중요하다는 점에서 터널의 시공 및 유지관리 측면에서 고도의 기술을 필요로 하고, 본 과제는 설계 및 시공, 그리고 유지관리 단계별로 요구되는 요소기술을 선정하여 연구하고자 하며, 이를 통해서 고심도 해저터널의 안정성 기술을 확보할 수 있음.
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| 사회 경제적 파급효과 |
- 국가 간의 물류수송 해저터널이 아닌 일본의 세이칸 터널과 같은 교통터널로써의 해저터널 건설시장은 국내에서 현재 장대교량으로 연결되고 있는 도서지역간의 교통체계를 해저터널로 대체하여, 연 2개소 정도 발주된다고 보았을 때, 2015년 약 6,000억 원 정도의 시장이 형성될 것임. 시공경험과 장대교량에 대비한 효용성이 입증될수록 5년을 주기로 1.5배의 시장 성장이 이루어져, 10년 후에는 9,000억, 15년 후에는 약 1조 3천억 원 이상의 국내 해저터널 건설시장이 형성될 것으로 판단됨.- 국가 간의 해저터널, 특히 한일해저터널에 대해서 허재완 등(허재완, 한일 해저터널의 경제적 파급효과에 관한 연구, 중앙대, 1999)은 경제성 분석을 통하여 한일해저터널 건설사업은 건설투자비(일본이 제시한 A, B, C노선 건설시 약 60조원에서 200조원의 비용 소요)에 대해 약 2배 정도의 사회적 순편익을 창출할 수 있으며, 한국 경제에 미치는 경제적 파급 효과가 약 54조원에 달하고 그 중 건설업의 시장 창출 효과는 약 16조원으로 발표하였음.- 국토해양부에서 발표한, 제 4차 국토종합수정계획 (2011-2020)에 따르면, 한반도가 중국과 유라시아 철도망을 연결하는 허브역할을 수행하도록 계획하고 있음. 북한과의 안정적인 협력체계 구축이 불확실한 상황에서 중국과의 해저터널 건설은 시급한 실정임에도 불구하고, 구체적인 핵심기술의 개발이 이루어지지 못하고 있음. 본 연구를 바탕으로 핵심 요소 기술의 연구가 수행될 경우, 안정적인 철도망을 구축하여 한반도를 경제, 산업적 중심 기점으로의 역할을 수행 할 수 있도록 함.- 한반도는 환태평양 연안에 위치하고 삼면이 바다로 둘러싸여 있는 지리적 이점 때문에 과거로부터 꾸준히 해양과 대륙을 연결하는 역할을 수행해 왔으며 향후도 무한한 잠재력을 가진 경제시장과 인접하여 주변 국가를 연결해주는 허브역할이 가능함.- 최근 한중, 한일 해저터널과 같은 메가 프로젝트가 구체화되고 있는 상황에서 해저터널 건설기술에 대한 끊임없는 관심과 개발 노력이 절실히 필요하며 이를 통해 21기 동북아 물류 유통의 중심국가로 자리매김할 수 있음.- 초장대 해저터널의 건설로 도서와 도서, 도서와 내륙 및 국가와 국가의 연결이 가능해지므로, 이를 통한 활발한 인적, 물적 이동을 초래하고 사회 문화적인 교류가 증대되어 지역, 사회 및 국가의 발전에 이바지할 것으로 예상됨.- 2009년 이후 조직, 운영되고 있는 ‘녹색 성장 위원회’의 주요 추진 전략 중 하나인 ‘저탄소 배출형 녹색 교통수단으로 전환’의 일환으로, 철도의 운송비율 증진이 적극적으로 추진되고 있음. 본 연구를 통해 해저터널 건설에 필요한 핵심 기술이 개발될 경우, 위의 추진전략 실행에 이바지 할 수 있을 것으로 기대됨. 또한, 본 연구 성과의 적극적인 홍보를 통해 해저터널 관련기술에 대한 사회적 인식의 확대를 기대할 수 있음.
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| 활용방안 |
- 한반도뿐만 아니라 세계적으로 대륙 및 국가 또는 도시 간을 연결하는 해저터널 공사가 필수적이며, 본 과제를 통해 개발된 기술은 가상프로젝트 및 현장적용을 통해 검토한 후 실제 해저터널 현장에 적용 가능할 것으로 판단됨. 따라서 세계적인 해저터널 시공 추세에서 초장대 고심도 해저터널 관련 기술을 선도할 수 있음.- 본 과제는 1) 초장대 해저터널 계획을 위한 최적 지질·지반조사 기술 개발, 2) 해저터널 설계·시공을 위한 핵심 요소 기술 개발, 3) 해저터널 설계·시공 시 안정성 평가 기술 개발, 4) 초장대 해저터널의 화재 및 유지관리 기술 개발로 총 4가지 연구 과제로 나뉘며, 각각의 연구는 초장대 및 고수압 해저지반 지하에 건설되는 해저터널 건설 및 운영에 활용될 것으로 판단됨.
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