| 6차년도 |
- 주관연구기관(한국과학기술원):시제품 실대형 성능검증 - 협동연구기관 1(한국건설기술연구원):최종 목표신뢰도 지수 및 최종 하중계수/저항계수 제시 - 협동연구기관 2(한국전력공사 전력연구원):실대형 검증을 통한 굴진율 산정 기법 검증 - 공동연구기관 1(한국토지주택공사 토지주택연구원):공동구 활성화 방안 中 설치 가능 규모별 검토 - 공동연구기관 2(㈜대정컨설턴트):터널식 공동구 단면설계 매뉴얼 개발 - 공동연구기관 3(유니콘스㈜):LCC 표준공정 및 공사비 관리시스템 프로그램 개발 - 공동연구기관 4(㈜평화엔지니어링):한계상태설계법에 의한 구조해석 절차 정립 - 공동연구기관 5(㈜희송지오텍):국내 지반특성을 고려한 지반특성값 산정 기법 및 절차 - 공동연구기관 6(㈜우성디앤씨):공동구의 구조안전성 확보와 경제성 설계를 위해 목표신뢰도지수의 적정성 검토 - 공동연구기관 7(한국시설안전공단):건설단계별 안전관리 기준 및 설계안전성검토 작성을 위한 매뉴얼(안) - 공동연구기관 8(인천대학교 산학협력단):공동구 시공 중 안전관리 기준 및 대형 재해 대응을 위한 매뉴얼(안) - 공동연구기관 9(인하대학교 산학협력단):현장을 통한 쉴드 TBM 실굴진율 예측모델 검증 및 업데이트 - 공동연구기관 10(이엠코리아㈜):실대형실험의 결과에 의한 장비최적화 - 공동연구기관 11(호서대학교 산학협력단): 급곡구간 소형 쉴드TBM 세그먼트 및 굴진 안정을 위한 공법 - 공동연구기관 12(㈜콘텍이엔지):실대형 실험을 통한 성능평가 및 보완 - 공동연구기관 13(건국대학교 산학협력단):지수재 2열 배열 시스템 방수성능 검증 - 공동연구기관 14(부산대학교 산학협력단):급곡구간 암반여굴 생성을 위한 워터젯 시스템 설계안 - 공동연구기관 15(서울대학교 산학협력단):특수지반 급속시공 매뉴얼 - 공동연구기관 16(㈜수성엔지니어링):수치해석을 통한 보강공법 영역제안 및 보강적정성 검토 - 공동연구기관 17(㈜동아지질):쉴드 TBM 최적 장비 선정(안) 제안 - 공동연구기관 18(㈜진성티이씨):특수지반용 디스크 개선품 - 공동연구기관 19(한국과학기술원):소단면 터널식 공동구 실대형 성능검증 실험수행 및 활용/인증 방안 제시 - 공동연구기관 20(㈜제영이엔씨):시제품 실대형 성능검증 - 공동연구기관 21(㈜네오시티):수직구 하향식 급속성형장치 성능보완 및 시제품 제작, 콘크리트 최적배합 개발 성능보완, 수직구 PC 중공형 현타 성형장치 제작 - 공동연구기관 22(㈜세니츠코퍼레이션):시제품 실대형 성능검증, 상대변위 흡수율 및 차수율 검토 - 공동연구기관 23(㈜한국종합기술):타당성 평가 프로그램 모듈 개발 - 위탁연구기관 1(㈜에이치비씨):주관연구기관(한국과학기술원)과 동일 - 위탁연구기관 2(UNSW):수직구 보강/차수를 위한 비시멘트 바이오폴리머 차수재 성능 검증
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- 주관연구기관(한국과학기술원):○ 시제품 실대형 성능검증 - 협동연구기관 1(한국건설기술연구원):○ 구조물의 안전성, 경제성 등을 고려한 최종 목표신뢰도 지수 제시○ 최종 하중 및 저항계수 제시 - 협동연구기관 2(한국전력공사 전력연구원):○ 지반조건별 굴진율 및 관련 영향인자 데이터베이스 구축○ 현장데이터 통계분석을 통한 굴진율 분석 및 제시○ 굴진율 산정 실대형실험장비 구축○ 암반분류와 굴진율 상관관계 분석○ 실대형실험을 통한 굴진율 예측 모델 검증 - 공동연구기관 1(한국토지주택공사 토지주택연구원):○ 공동구 활성화 방안 중 설치 가능 규모별 검토 - 공동연구기관 2(㈜대정컨설턴트):○ 공동구내 수용시설의 최적 배치기법 도출○ 터널식 공동구 단면 최적설계 매뉴얼 개발 - 공동연구기관 3(유니콘스㈜):○ LCC 표준공정 및 공사비 관리시스템 프로그램 개발 - 공동연구기관 4(㈜평화엔지니어링):○ 터널식 공동구 라이닝 세부설계 항목도출 ○ 터널식 공동구 라이닝 구조해석 설계절차 정립 - 공동연구기관 5(㈜희송지오텍):○ 개발기술 검증 및 보완○ 실대형 성능 검증 시험 지원 및 표준절차서 및 매뉴얼 제작 - 공동연구기관 6(㈜우성디앤씨):○ 공동구의 구조안전성 확보 및 경제성 설계를 위해 목표신뢰도지수의 적정성 검토 - 공동연구기관 7(한국시설안전공단):○ 건설단계별 안전관리 기준○ 설계안전성검토 작성을 위한 매뉴얼 개발 - 공동연구기관 8(인천대학교 산학협력단):○ 공동구 시공 중 대형재해대응 매뉴얼 개발 - 공동연구기관 9(인하대학교 산학협력단):○ 쉴드 TBM 굴진율 예측 프로그램 업데이트 - 공동연구기관 10(이엠코리아㈜):○ 실대형 검증 센터 굴진율 시험 장비 시운전 지원○ 실대형 검증 결과에 의한 장비 최적화○ 급곡(R30m) 장치 실증 검증을 위한 가이드프레임 적용 - 공동연구기관 11(호서대학교 산학협력단):○ 쉴드TBM 급곡구간 추진 시공 가이드라인 개발 - 공동연구기관 12(㈜콘텍이엔지):○ 실대형 실험을 통한 성능평가○ FRP Plate 세그먼트의 조립 및 시공성 검토 - 공동연구기관 13(건국대학교 산학협력단):○ 지수재 2열 배열 성능 시험 - 2열 배열 방수 성능 실험장비 제작 - 2열 배열 방수 시스템 검증○ 국내 및 해외 지수재 방수 성능 실험 장비 분석 - 새로운 방수 성능 실험장비 구상 및 제작 - 공동연구기관 14(부산대학교 산학협력단):○ 급곡구간 암반여굴 생성을 위한 워터젯 시스템 설계안 제시 - TBM 내부 노즐 및 초고압펌프 설계안 작성 - 워터젯을 이용한 암반여굴생성 작업순서도 작성 - 공동연구기관 15(서울대학교 산학협력단):○ 특수지반 시험체에 대한 실물절삭시험(2) ○ 특수지반 쉴드 TBM 급속시공 매뉴얼(안) 작성 - 공동연구기관 16(㈜수성엔지니어링):○ 특수지반 지반보강 목적별 구분 고려○ 특수지반 최적보강 방안 및 영역 분석 - 공동연구기관 17(㈜동아지질):○ 특수지반 조건별 쉴드TBM의 최적운용조건/장비선정 제안 - 공동연구기관 18(㈜진성티이씨):○ 특수지반용 디스크 커터 시제품 제작 - 공동연구기관 19(한국과학기술원):○ 소단면 TBM 실대형 성능검증 시험수행 및 활용 인증방안 제시 - 공동연구기관 20(㈜제영이엔씨):○ 시제품 실대형 성능검증○ 암반굴착장비 제어시스템 구성 - 공동연구기관 21(㈜네오시티):○ 수직구 하향식 급속성형장치 성능보완 및 시제품 제작 ○ 수직구 PC 중공식 현타 구조물 성형장치 부분제작○ 공법 및 성능 평가 - 공동구용 수직구 하향식 라이닝 현장타설 급속(1m/day 이상) 시공 성능검증시험 보고서 - 공동연구기관 22(㈜세니츠코퍼레이션):○ 시제품 실대형 성능검증 - 상대변위 흡수율 및 차수율 검토 - 접속부 차수장치 매뉴얼 - 공동연구기관 23(㈜한국종합기술):○ 타당성 평가를 위한 통합프로그램 등 요구사항 분석○ 정량적 타당성 평가방법을 고려한 알고리즘 설계 및 코딩○ 타당성 평가 모듈의 프로그램 개발○ 사례 적용을 통한 검증 - 위탁연구기관 1(㈜에이치비씨):주관연구기관(한국과학기술원)과 동일 - 위탁연구기관 2(UNSW):○ 시제품 성능 검증 - 바이오폴리머 기반 차수재 성능 검증
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
국내 공동구 설계 및 시공 기술의 수준은 현재 선진국 대비 10~70% 수준으로 미흡한 단계에 머물러 있으나, 본 연구를 통하여 각 핵심기술을 획득하게 된다면 세계 최고 수준의 공동구 설계 및 시공 기술을 확보하게 될 것으로 기대됨. 각 세부과제들이 개발하게 될 중점기술을 확보하여 나타날 기술적 기대성과는 아래와 같음.[1세부] 도심지 터널식 공동구 최적 설계용량산정 및 글로벌 표준화 설계기술 개발국내 터널식 공동구 공사의 설계 개념 및 수준을 글로벌 수준으로 향상시킬 수 있을 것으로 예상됨. 이를 통해 관련 기술 분야의 발전을 도모할 뿐 아니라 새로운 기술 분야를 개척하는 기반을 마련할 수 있으며, 해외설계 프로젝트 수주시 기술경쟁력을 확보할 수 있음 (TRL 1 → 8). [2세부] 도심지 소단면(Φ3.5m 급) 터널식 공동구 굴진율(오차율±20%) 예측기법과 급곡구간(R30m 급)/특수지반(downtime 40% 이하) 급속 시공기술 개발소단면 터널식 공동구에 대한 굴진율 산정기술은 국내 최초로 수행되는 연구로써 통계분석을 통한 현장 굴진자료 분석을 통해 TBM 굴진율 예측기술을 확보 할 수 있음. 급곡구간 중절장치 및 추진시스템 개발을 통해 해외 수입에 벗어나 국내 장비를 대체 가능하며 쉴드 소단면(Φ3.5m) 뿐 아니라 대단면 공동구(Φ6m~8m급)에도 적용 가능함. 또한 세계 유일의 성능검증시설을 통해 기술을 검증할 수 있어 세계 최고 기술 확보가 가능함 (TRL 1 → 8). [3세부] 공동구용 수직구 저소음(60dB(A))/무진동 급속굴착(1m/day) 시공기술 및 장비 개발암반굴착 공종 단순화와 시공성 향상을 통하여 1m/day의 높은 수직구 굴착속도를 확보하여 25% 이상의 공기 절감이 가능할 것으로 예상되며, 심도 50m이내에서 100% 차수 성능을 갖는 차수/보강장치, 친환경 바이오 차수재 개발을 통하여 세계 최고 수준의 수직구 시공기술 확보 및 국내 설계？시공 기술 향상이 기대됨 (TRL 2 → 8).
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| 사회 경제적 파급효과 |
공동구 관련 시장 규모는 급격하게 팽창 중이며, 이는 향후 10년간 총 6조 2,200억원으로 추정됨. 본 연구를 통해 획득될 기술을 활용할 경우 공동구 공사비의 약 10%를 절감할 수 있을 것으로 예상되며, 이는 향후 10년간 약 6,220억원에 해당함. 또한 본 연구에서 30%의 민원저감, 50%의 교통혼잡비용 축소, 건설안전재해 20% 저감으로 인한 효과 등 간접적 비용 추정액은 1,870억원으로 추정됨. 따라서 본 연구에서 개발될 기술로 인해 발생할 전체 경제적 효과는 총 8,090억원에 달할 것으로 추정됨. 각 세부과제들이 개발하게 될 중점기술을 확보하여 나타날 사회/경제적 기대성과는 아래와 같음.[1세부] 도심지 터널식 공동구 최적 설계용량산정 및 글로벌 표준화 설계기술 개발한계상태설계법을 공동구의 설계에 도입함으로서 기존의 획일적인 안전율을 적용하는 허용응력설계법에 비하여 지반의 불확실성을 정량적으로 고려할 수 있게 되므로 보다 경제적, 효율적 설계가 가능함. 또한 공동구 설계기술 자립화로 관련 기술 수입에 따른 국내 자본의 해외 유출을 방지할 수 있으며, 본 중점 기술에 포함된 소단면 공동구의 효율적 재난대응방안 마련을 통하여 재난시 재산 및 인명 피해의 최소화를 기대할 수 있음. [2세부] 도심지 소단면(Φ3.5m 급) 터널식 공동구 굴진율(오차율±20%) 예측기법과 급곡구간(R30m 급)/특수지반(downtime 40% 이하) 급속 시공기술 개발도심지 소단면 터널식 공동구의 설계 및 시공기술 향상에 기여하며, 나아가 공기지연 예방에 따른 민원저감, 도로점용기간 축소, 교통혼잡 예방 등 사회적 간접비용의 저감이 예상됨. 굴진율 산정 기술을 통해 연간 24억 절감 효과가 나타날 것으로 예상되며, 국외 장비 대체 효과 및 세계최초 실대형 성능 검증을 이용한 기술검증으로 수입 창출이 기대됨. [3세부] 공동구용 수직구 저소음(60dB(A))/무진동 급속굴착(1m/day) 시공기술 및 장비 개발소단면 공동구 수직구 공사의 5년간 국내 누적 시장 규모를 610 억원으로, 수직구 급속 시공기술 개발로 공사비 10% 절감시 5년간 총 61억원 절감이 추정됨. 또한, 그 외 교통터널 등 다양한 지하시설물에 확장 적용될 시 공사비 10% 절감으로 5년간 총 120~180억원의 절감이 가능할 것으로 추정됨. 또한 지반침하 및 지하수 유출, 공사중 안전 사고 등의 안전 재해 20% 저감과 도심지 시공시 교통 혼잡 축소 및 공사중 민원 30% 저감이 예상됨. 한편 수직구 건설기술 자립화로 기술 수입으로 인한 국내 자본의 해외 유출 방지 및 기술 경쟁력 확보로 해외 시장 점유율 확대가 기대됨.
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| 활용방안 |
본 연구에서 개발될 도심지 터널식 소단면 공동구 설계 및 시공 핵심기술은 민원 30% 저감, 안전재해 20% 저감, 건설비용 10% 절감 등 탁월한 경제적 효과를 지닐 것으로 예상되며 이에 따라 국내에서 공동구를 활용한 세계 최고 수준의 라이프라인 구축에 활용될 수 있음. 본 연구에서 개발될 기술을 활용하기 위하여, 한전 등 참여기관의 사업 현장에 우선적으로 접촉하여 전력구/통신구/공동구 등 소단면 터널에 개발된 기술 적용을 적극적으로 추진하도록 시도할 예정임. 본 기술이 활용될 수 있을 것으로 예상되는 사업현장 대상에는 LH공사 도시재생 사업현장 및 신도시 현장, 도로공사/철도시설공단/지하철공사, 민간 시설물 건설현장 등이 있으며, 이러한 사업 현장으로는 아래와 같은 예가 있을 수 있음.예1. 한국전력 전력구 현장 (한전은 매년 10km 정도의 전력구 신규 현장 발주 계획) 포천지역 전기공급시설 전력구공사(용정분기) 2차 등 현장예2. LH 공사 도시재생사업 현장 (2016년‘도시재생사업 일반지역’과‘도시활력증진 지역개발사업’ 지구선정을 위한 공모 중) 서울 창신 - 숭인 뉴타운해제지역 도시재생사업 현장 등또한, 한편, 본 연구를 통해 도출된 기술 및 시험 인프라 시스템 등은 교통터널/광산터널/저장시설 등 소단면/대단면 터널의 수직구 및 터널공사, 항만, 댐, 도로, 철도 등 SOC 시설물 공사, 도심지 건축물 지하 기초굴착 등에 활용이 가능하며 콘크리트 구조기준, 콘크리트 표준시방서, 터널설계기준, 터널표준시방서 등의 수준을 향상시키는 것에도 활용될 수 있어 우리 나라의 각종 지하구조물의 설계 및 시공 능력을 세계 최고 수준으로 향상시키고 국내 설계사 및 시공사의 해외 진출 확대 및 해외 기술 수출에 기여할 수 있을 것으로 기대됨.각 연구 단계별 산출물의 활용방안을 요약하면 아래와 같음.■ 1단계 (1~2차년도)- 도심지 소단면 공동구 활성화 정책/제도/사업추진 절차 등에 대한 개선 방안을 제시하여 설계 및 시공시 일선 업무에 적용- 현장굴진자료를 바탕으로 통계분석을 수행하여 국내 지반 조건별 굴진율을 제시하고 현장 적용- 소규모 수직구 굴착 장비 모형을 제작하여 수직구 급속굴착 기술 및 굴착 효율성 증진을 위한 연구에 기여■ 2단계 (3~4차년도)- 글로벌 표준화 설계요소기술 개발 및 최적 설계 기준을 전반적으로 정립하여 설계 및 시공 등의 업무 수행에 적용- 소단면 공동구용 쉴드 TBM 중절장치 개발 및 추진시스템, 방수시스템 특수지반 급속시공장비 등을 개발하여 성능검증시설을 통해 검증하고 현장 적용- 수직구 외주면 굴착장비, 수직구 암반 굴착장비, 콘크리트용 조강재, 접속부 차수장치 및 차수재 등을 개발하여 성능검증 시설을 통해 검증하고 현장 적용■ 3단계 (5차년도)- 소단면 터널식 공동구의 안전관리 및 방재기법 매뉴얼 개발과 현장 적용- 지반조건별 굴진율이 보완된 전력구 설계 기준 및 TBM 장비 선정 가이드라인, 소단면 공동구용 쉴드 TBM 중절장치 및 추진시스템 매뉴얼, 특수지반 급속시공 가이드라인 등을 테스트베드 또는 성능검증 시설을 통해 검증하고 현장 적용- 외주면 및 암반 굴착장비 운용 가이드라인 및 매뉴얼, 수직구 접속부 차수장치 및 차수재 시공 매뉴얼 등을 도출하여 테스트베드 또는 성능검증 시설을 통해 검증하고 현장 적용- 본 연구를 통해 구축된 실대형 성능검증시설은 신기술의 검증뿐만 아니라 개발된 다양한 장비의 운용교육을 할 수 있는 교육시설로서도 활용할 예정
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