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보고서 상세정보

신개념 NATM Composite 라이닝 공법 개발
Development of the New NATM Composite Lining Method

  • 사업명

    첨단도시개발사업

  • 과제명

    신개념 NATM Composite 라이닝 공법 개발

  • 연구책임자

    남관우

  • 참여연구자

    이강석   안덕형   김영수   김상호   남기목  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2008-09

  • 과제시작년도

    2007

  • 주관부처

    건설교통부

  • 등록번호

    TRKO201000019178

  • 과제고유번호

    1505002359

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    The following are Contents and Range of this Research and Development in a 2nd period
    (1) Economical efficiency evaluation of ...

    The following are Contents and Range of this Research and Development in a 2nd period
    (1) Economical efficiency evaluation of Composite Lining Method
    - Objective data research & analysis that economical efficiency of field placing lining & another structure method
    - Examine partial cost according to production, deliver, assemble, construct of Composite Lining Method
    - Comparison examination about composite Lining method and Field placing Lining method Economical Efficiency
    (2) Evaluation of constructive behavior characteristic of PC Panel using model test
    - Building up PC Panel model experiment equipment
    - Accomplishing model test by producted PC Panel
    - Evaluation of Constructive behavior characteristics in loading
    (3) Development of PC Panel Ling manufacturing program
    - Triangular position algorithm and basic theory for development of PC Panel Ling manufacturing program
    (4) Development of Waterproof and Drain System for Composite Lining Method (Ⅱ)
    - Performance of efficiency test on waterproof material
    - Selection of optimum waterproof method and proposing specifications
    - Selection of waterproof and drain system of Panel support anchor section
    (5) Development of high-performance PC panel(Ⅰ)
    - According to additive material & condition of curing, investigation of concrete durability characteristics related to high performance PC Panel
    - Proposing the mixture ratio of high performance PC panel
    - Constructing molds & example products of high performance PC panel according to additive material & condition of curing
    - Development of lightweight-foamed mortar suitable for Composite Lining Method
    - Efficiency test of lightweight-foamed mortar considering economical efficiency & quality
    (6) Prediction of fire condition behavior of PC Panel Lining structure
    - Deepening study in fire condition behavior of PC Panel Lining using model test
    - Study in safety of PC panel lining structure considering support conditions
    - Research of thermodynamics characteristics using fire model test of PC panel
    - Proposing numerical analysis method of heat transfer & fire condition behavior in lining structure
    - Investigation of safety about lightweight-foamed mortar under fire conditions
    (7) Proposing a design drawing of accessory structures in Composite Lining Tunnel
    - Proposing a design drawing of accessory structures in Composite Lining Tunnel
    The following are Contents and Range of this Research and Development in a 3nd period
    (1) An Investigation of the Long-Term Durability of PC Panel
    - An Investigation of the High- Performance PC Panel using Combined Deterioration(resistance for freezing-thawing, accelerating carbonation affect, permeability resistance for chlorine, chemical resistance and so on)
    - Establishing the factor of the Long-Term Deterioration fot the High-Performance PC Panel
    - Drawing OF the optimum MIX ratio for PC Panel considering durability, properties and economical efficiency
    (2) Evaluation of constructive behavior characteristic of PC Panel using model test
    - Executing of an element test for reinforcing joint part of the bolt box and Designing and manufacturing PC panel by a theoretical consideration
    - An Investigation of structural behavior of PC segment using the comparative test for concrete lining
    (3) Economical efficiency evaluation of Composite Lining Method considering the Construct character.
    - Evaluation about Composite Lining method and Field placing Lining method Economical Efficiency through Comparison of the unit cost of Construction
    - An effectual plan for Economic Rise of Composite Lining method.
    (4) Examination of the Practical Use of Composite Lining Method through the Test Construction in Field
    - Evaluation of the Application and the progress of Construction through the Test Construction of Field in Composite Lining Method
    - Examination of Draining System of Composite Lining Method with the Test Drainage in Field.
    (5) Examination of Numerical Analysis Method in Stabilization of Composite Lining Tunnel.
    - Evaluation of Constructive behavior characteristic of Composite Lining Tunnel through Numerical Analysis Method.
    - Stabilization Evaluation with Comparison of Numerical Analysis Method in Composite Lining Method and Field placing Lining method.
    (6) Development of PC Panel Ling manufacturing program(Ⅱ)
    - Completion of the Development of PC Panel Ling manufacturing program
    - Deduction of the Prediction Method and Performance of Design Drawing of PC-panel in the existing Tunnel Sites using the PC Panel Ling manufacturing program
    (7) Prediction technique research of PC Panel Linging structure of damage from tunnel fire condition
    - Prediction technique investigation of fire structure fire damage
    - Prediction technique proposing the PC Panel Linging of damage from tunnel fire condition
    (8) Proposing a Filling method of PC Pannel back from Composite Linging tunnel
    - Evaluation of lightweight bubble mortar pouring charcteristic and filling application
    - Environmental impact assessment of filling lightweight-foamed from reaching test
    - Evaluation of long-term the Drainage Capacity of the Existing drain and lightweight-foamed mortar from permiability test
    - Proposing a Filling method drawing of PC Panel back from Composite Lining tunnel
    (9) Development of Design Technology and Section Design for Composite Lining Method
    - Last Section Design of Composite Lining Tunnel which are suitable in domestic
    - In Composite Lining Method application PC Segment Design which are possible
    - Boltbox connection department, Side wall department and Arch department segment
    (10) Establishment of Construction Guide and Design Criterion for Composite Lining Method
    - Proposing a Construction Guide of Composite Lining Method
    - Proposing a Design Criterion of Composite Lining Method


    최종목표를 달성하기 위해 3차년에 걸쳐 수행된 연구개발에서는 다음과 같은 연구개발 내용을 수행하였다.
    ■ 1차년도 연구내용
    (1) 국내외 터널 라이닝 문제점 파악
    - 국외 터널 라이닝 신공법 조사 및 분석
    - ...

    최종목표를 달성하기 위해 3차년에 걸쳐 수행된 연구개발에서는 다음과 같은 연구개발 내용을 수행하였다.
    ■ 1차년도 연구내용
    (1) 국내외 터널 라이닝 문제점 파악
    - 국외 터널 라이닝 신공법 조사 및 분석
    - 터널 라이닝 공법과 관련된 국외 제기준 조사 및 공법의 국내 적용성 파악
    - 국내 터널 라이닝의 문제점 조사 및 분석
    (2) Composite 라이닝 터널 공법의 세부구성 요소에 대한 이론적 고찰 및 공법 개발을 위한 기초 연구
    - 경량기포 충진재의 이론적 연구
    - 국내외 경량기포 충진재의 적용사례 조사 및 Composite 라이닝 터널에의 적용성 평가
    - 국내 터널 현장의 여굴 현황 조사 및 분석을 통한 Composite 라이닝의 적용성 평가
    (3) Composite 라이닝 설계 이론 정립 및 요소실험을 통한 PC 패널의 인장 거동 특성 파악
    - PC 빔 공시체 제작과 인장거동 실험 수행
    - 공시체 제작 및 요소실험을 통한 PC 패널의 인장 거동 특성 파악
    (4) Composite 라이닝 시스템에 적합한 방수 시스템 확립(Ⅰ)
    - 국내 터널의 방수 System 관련 현황 조사
    - PC 패널의 Joint 부위 및 1차 지보재 특성에 적합한 방수재료 특성 검토
    (5) 고성능 PC 패널 개발을 위한 프리캐스트 콘크리트의 기술현황 파악
    - 프리캐스트 콘크리트의 국내?외 기술현황 및 시방규정 분석
    - 고성능 PC 패널 개발 관련 기술현황 파악 및 현장조건 분석을 토대로 한 품질요소 정립과 재료 선정
    - PC 패널 제작 과정의 문제점 분석
    (6) 고성능 PC 패널 개발(Ⅰ)
    - 고성능 PC 패널 재료 관련의 유동성 파악
    - 레올로지 특성, 슬럼프 특성, 고유동성 파악
    - 고성능 PC 패널 개발 관련 혼화재료에 따른 강도발현 성상 연구
    - 양생조건 및 재령에 따른 강도발현성상 검토
    (7) PC 패널 모형실험 장치 및 몰드 개발과 라이닝 충전재의 구조적 거동 특성 연구
    - PC 패널 모형실험장치 설계
    - PC 패널 몰드 설계
    - PC 패널과 충전재의 구조적 거동 특성 연구
    (8) PC 패널 라이닝의 화재 조건 연구
    - PC 패널 라이닝의 화재 조건 모형실험 및 화원장비 설계 및 제작
    - 화재 조건하 구조물 거동과 화재 곡선에 대한 문헌 조사
    ■ 2차년도 연구내용
    (1) Composite 라이닝 공법의 경제성에 대한 정량적 고찰
    - 현장타설 라이닝 및 기타 공법의 경제성에 대한 객관적 자료 조사 및 분석
    - Composite 라이닝 공법의 제작, 운반, 조립 및 시공에 따른 개별단가 검토
    - Composite 라이닝 공법과 현장타설 라이닝 공법의 경제성에 대한 정량적 비교 검토
    (2) 실대형 모형실험 장치를 통한 PC 패널의 구조적 거동 특성 평가
    - PC 패널 실대형 실험장치 구축 완료
    - 제작된 PC 패널을 이용한 모형실험 수행
    - 하중 재하시 PC 패널의 구조적 거동 특성 평가
    (3) PC 패널 최적 조합 프로그램 개발(Ⅰ)
    - 최적의 PC 패널 조합 프로그램 개발을 위한 기본 이론 및 알고리즘 정립
    (4) Composite 라이닝 시스템에 적합한 방수 시스템 확립(Ⅱ)
    - 방수재료별 방수성능 시험 수행(PC 패널 접합부의 수팽창 지수재 방수 성능 시험 수행)
    - 최적 방수공법 선정 및 시방서(안) 작성
    - 패널 지지 앵커부의 방?배수 시스템 결정
    (5) 고성능 PC 패널 개발(Ⅱ)
    - 고성능 PC 패널 관련 혼화재료 및 양생조건에 따른 콘크리트 내구특성 검토
    - 고성능 PC 패널의 최적 배합비 도출
    - 혼화재 종류 및 양생조건에 따른 고성능 PC 패널의 부위별 몰드 제작 및 시제품 제작
    - Composite 라이닝 공법에 최적인 경량기포 모르타르 충진재 개발(투수성, 유동성, 압축강도 기준 만족)
    - 경제성 및 품질을 고려한 경량기포 모르타르의 성능 평가
    (6) PC 패널 라이닝 구조물의 화재 조건 거동 예측
    - 모형실험을 통한 PC 패널 라이닝의 화재 조건하 거동의 심화 연구
    - 지지조건을 고려한 PC 패널 라이닝 구조물의 안정성 연구
    - PC 패널 시편의 모형 화재 실험을 통한 열역학적 특성의 규명
    - 라이닝 구조물 열전달 및 화재 거동의 수치 해석적 방법 확보
    - 화재시 충진용 경량기포 모르타르에 대한 안정성 검토
    (7) Composite 라이닝 터널 부속구조물에서의 설계(안) 제시
    - 터널 부속 구조에서의 Composite 라이닝 설계 제시(갱구부, 인버트 접속부, 피난 연락갱, 회차로)
    ■ 3차년도 연구내용
    (1) PC 패널의 장기내구성능 검토
    - 고성능 PC 패널의 촉진열화시험을 통한 내구성능 검토(동결융해저항성, 촉진 탄산화 특성, 염소이온 투과저항성 및 화학저항성 검토 등)
    - 고성능 PC 패널의 장기폭로시험 인자 설정
    - 내구성, 물성 및 경제성을 고려한 PC 패널의 최적배합 도출
    (2) 실대형 실험장치를 통한 PC 패널의 구조적 거동 특성 평가(Ⅱ)
    - 볼트 박스 접속부 보강을 위한 요소실험 수행 및 이론적 고찰을 통한 PC 패널 공시체 설계 및 제작
    - 일체형 라이닝 공시체와의 비교실험을 통한 PC 세그먼트의 구조적 거동 특성 평가
    (3) 시공성을 고려한 Composite 라이닝 공법의 경제성 평가
    - 시공단가 비교를 통한 Composite 라이닝 공법과 현장타설 라이닝 공법의 경제성 고찰
    - Composite 라이닝 공법의 경제성 향상을 위한 효과적 방안 모색
    (4) 현장 시험시공을 통한 Composite 라이닝 공법의 실용화 방안 검토
    - Composite 라이닝 공법의 현장 시험시공을 통한 시공 공정 및 적용성 평가
    - 현장 배수실험을 통한 Composite 라이닝 터널의 배수 시스템 검토
    (5) Composite 라이닝 터널의 안정성에 대한 수치해석적 고찰
    - 수치해석 방법을 통한 Composite 라이닝 터널의 구조적 거동 해석
    - 현장타설 라이닝과의 수치해석적 비교를 통한 안정성 평가
    (6) PC 패널 최적 조합 프로그램 개발(Ⅱ)
    - PC 패널 최적 조합 프로그램 개발 완료
    - 개발 프로그램을 이용하여 기존 터널현장의 PC 패널 설계 수행 및 예측기법 도출
    (7) 터널 화재조건에서 PC 패널 라이닝 구조의 화재손상 예측기법 연구
    - 구조물 화재손상 예측기법 고찰
    - 터널 화재조건에서 PC 패널 라이닝의 화재손상정도 예측기법 도출
    (8) Composite 라이닝 터널에서의 PC 패널 배면 충진공법 제시
    - 경량기포 모르타르의 주입특성 및 충진적용성 평가
    - 중금속 용출시험을 통한 충진용 경량기포 모르타르의 환경 영향 평가
    - 기존 배수재와 경량기포 모르타르의 투수시험을 통한 장기 배수성능 평가
    - Composite 라이닝 터널에서의 PC 패널 배면 충진공법(안) 제시
    (9) Composite 라이닝 공법의 설계기술 개발 및 단면 설계
    - 국내 상황에 적합한 Composite 라이닝 터널의 최종 단면 설계
    - Composite 라이닝 공법에 적용 가능한 PC 세그먼트 설계
    - 볼트박스 연결부, 측벽부 및 아치부 세그먼트
    (10) Composite 라이닝 공법의 시공기준 및 설계 지침 확립
    - Composite 라이닝 공법의 시공기준(안) 제안
    - Composite 라이닝 공법의 설계지침(안) 제안


  • 목차(Contents) 

    1. 제출문 ... 1
    2. 요약문 ... 3
    3. SUMMARY ... 15
    4. 목차 ... 29
    5. 그림차례 ... 33
    6. 표차례 ... 46
    7. CONTENTS ... 51
    8. 제1장 서 론 ... 55
    9. 제1절 연구개발의 배경 및 필요성 ... 55...
    1. 제출문 ... 1
    2. 요약문 ... 3
    3. SUMMARY ... 15
    4. 목차 ... 29
    5. 그림차례 ... 33
    6. 표차례 ... 46
    7. CONTENTS ... 51
    8. 제1장 서 론 ... 55
    9. 제1절 연구개발의 배경 및 필요성 ... 55
    10. 제2절 연구개발의 내용 및 범위 ... 57
    11. 1. 연구개발 최종목표 ... 57
    12. 2. 연구개발 내용 ... 58
    13. 제2장 국내·외 기술개발 현황 ... 65
    14. 제1절 프리캐스트 콘크리트의 기술개발 현황 ... 65
    15. 제2절 PC 패널 공법의 기술개발 현황 ... 67
    16. 1. PC 패널 설계 및 시공기술 ... 67
    17. 2. 일본의 PC 패널 설계 기술 ... 71
    18. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 75
    19. 제1절 서 언 ... 75
    20. 제2절 Composite 라이닝 터널 ... 77
    21. 1. 기본 개념 ... 77
    22. 2. 시공 개요 ... 82
    23. 제3절 국내·외 터널 라이닝 현황 파악 ... 84
    24. 1. 터널 라이닝 관련 국내외 제기준 ... 84
    25. 2. 기존 터널 라이닝의 변상 현황 및 문제점 ... 95
    26. 3. 국외 터널 라이닝 신공법 조사 및 분석 ... 104
    27. 4. 현장설문조사를 통한 국내 터널 라이닝 현황 파악 ... 117
    28. 5. 터널 여굴 현황 분석을 통한 신공법의 적용성 평가 ... 131
    29. 6. 소결론 ... 141
    30. 제4절 PC 패널의 구조적 거동 특성 평가 ... 144
    31. 1. 실대형 실험장치 설계 ... 144
    32. 2. 실험용 PC 패널 몰드 설계 및 제작 ... 168
    33. 3. 터널 라이닝 실대형 실험 ... 176
    34. 4. 실대형 실험 수행 결과 ... 196
    35. 5. 소결론 ... 209
    36. 제5절 고성능 PC 패널 개발을 위한 품질성능 검토 ... 213
    37. 1. 이론적 고찰 ... 213
    38. 2. 고성능 PC 패널 개발을 위한 실내시험 ... 244
    39. 3. 실험결과 및 분석 ... 269
    40. 4. 혼화재료에 따른 내구 특성 검토 ... 289
    41. 5. 양생조건에 따른 내구특성 검토 ... 308
    42. 6. 혼화재 및 양생조건에 따른 PC 패널 부위별 최적 배합비 ... 324
    43. 7. 고내구성 PC 패널의 최적 배합비 도출 ... 330
    44. 8. 소결론 ... 333
    45. 제6절 PC패널 장기내구성능 검토 ... 337
    46. 1. 장기폭로시험 인자 설정 ... 337
    47. 2. 촉진열화시험 및 옥외폭로시험의 상관성 분석 ... 356
    48. 3. 소결론 ... 369
    49. 제7절 Composite 라이닝 공법의 방?배수 시스템 ... 372
    50. 1. 국내 터널 공법의 방·배수 시스템 ... 372
    51. 2. 수팽창 지수재 방수성능 평가 ... 386
    52. 3. Composite 라이닝 공법의 방ㆍ배수 시스템 도출 ... 399
    53. 4. 소결론 ... 408
    54. 제8절 PC 패널 배면 충진용 경량기포 모르타르 개발 ... 410
    55. 1. 경량기포 충진재의 적용성 검토 ... 410
    56. 2. 이론적 고찰 ... 420
    57. 3. 실내시험을 통한 품질성능 평가 ... 434
    58. 4. 중금속 용출시험을 통한 환경영향 평가 ... 449
    59. 5. 충진모형실험을 통한 현장 적용성 평가 ... 454
    60. 6. 기존 터널 배수재와의 투수성능 비교 ... 461
    61. 7. Composite 라이닝 터널 배면 충진공법(안) 제안 ... 476
    62. 8. 소결론 ... 493
    63. 제9절 Composite 라이닝 공법의 현장 시험시공 ... 495
    64. 1. 시험시공 개요 ... 495
    65. 2. 시험시공을 위한 지반조사 ... 496
    66. 3. 시험시공용 Composite 라이닝 터널 설계 ... 507
    67. 4. 시험시공용 조립장비 및 거치대 제작 ... 511
    68. 5. 시험시공 수행 ... 514
    69. 6. 소결론 ... 530
    70. 제10절 Composite 라이닝 터널의 안정성 평가 ... 533
    71. 1. 현장 시험시공용 PC 패널의 실대형 실험 ... 533
    72. 2. 수치해석을 통한 Composite 라이닝 터널 안정성 평가 ... 539
    73. 3. 소결론 ... 557
    74. 제11절 Composite 라이닝 공법의 경제성 평가 ... 560
    75. 1. 국내 터널 라이닝 공법의 경제성 고찰 ... 560
    76. 2. 가상 터널 설계를 통한 Composite 라이닝 공법의 경제성 평가 ... 566
    77. 3. 소결론 ... 590
    78. 제12절 PC 패널 라이닝 구조물 화재손상 예측기법 ... 593
    79. 1. 화재시 콘크리트 구조물의 폭렬현상 이론적 고찰 ... 593
    80. 2. 터널화재조건 PC패널라이닝의 화재성상 연구범위 ... 607
    81. 3. 콘크리트 구조요소-폭렬실험장비 개발 ... 612
    82. 4. PC 패널 라이닝 세그먼트 구조요소 화재손상 실험 ... 617
    83. 5. 전열특성 및 화재거동 예측을 위한 수치해석기법 제시 ... 647
    84. 6. 소결론 ... 659
    85. 제13절 PC 패널 최적조합 프로그램 개발 ... 662
    86. 1. 프로그램 개요 및 구성 ... 662
    87. 2. 프로그램 구현 및 내용 ... 665
    88. 3. Composite 라이닝의 PC 패널 설계 적용 ... 679
    89. 4. 소결론 ... 694
    90. 제14절 Composite 라이닝 터널 단면 설계 ... 695
    91. 1. 표준단면 설계 ... 695
    92. 2. 표준단면용 PC패널 설계 ... 697
    93. 3. 부속구조물 설계 ... 705
    94. 4. 소결론 ... 714
    95. 제15절 Composite 라이닝 공법 설계기준(안) 및 시공지침(안) 제안 ... 717
    96. 1. Composite 라이닝 공법 설계기준(안) 및 시공지침(안) ... 717
    97. 2. Composite 라이닝 공법 시공시의 안전기준(안) ... 736
    98. 제16절 결론 ... 743
    99. 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외 기여도 ... 771
    100. 제1절 연구개발목표 달성도 ... 771
    101. 제2절 대외 기여도 ... 775
    102. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 779
    103. 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학 기술정보 ... 783
    104. 제1절 PC 라이닝 관련 일본 논문 번역 자료 ... 783
    105. 제2절 국외 터널 라이닝 시공 기술 파악 ... 810
    106. 제7장 참고문헌 ... 815
    107. 부 록 ... 819
    108. 1. PC 패널 조합 프로그램 매뉴얼 ... 819
    109. 2. Composite 라이닝 터널 표준단면 ... 841
    110. 별첨 자체평가의견서 ... 848
  • 참고문헌

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