국가 중요시설물인 터널에 대한 유지관리업무는 관리주체별, 용도별, 터널 규모별로 각각 상이하게 수행되고 있다. 현재 각 관리주체별로 운영중인 국내 터널유지관리시스템을 분석해보면 수기 또는 초보적인 전산화만이 되어 활용도가 매우 저조한 것이 현 상태이다. 이에 본 연구에서는 터널의 계획, 설계, 시공 단계의 관련자료 뿐 아니라 보수 보강 이력 자료 등의 유지관리단계에서 조사된 여러 현장조사와 터널 스캐너에 의한 결과를 통합한 새로운 터널유지관리시스템을 구축하여 국내 여러 터널 현장에 적용한 후, 이의 적용성을 분석하였고, 터널 유지관리방법의 개선안을 제안하였다.
국가 중요시설물인 터널에 대한 유지관리업무는 관리주체별, 용도별, 터널 규모별로 각각 상이하게 수행되고 있다. 현재 각 관리주체별로 운영중인 국내 터널유지관리시스템을 분석해보면 수기 또는 초보적인 전산화만이 되어 활용도가 매우 저조한 것이 현 상태이다. 이에 본 연구에서는 터널의 계획, 설계, 시공 단계의 관련자료 뿐 아니라 보수 보강 이력 자료 등의 유지관리단계에서 조사된 여러 현장조사와 터널 스캐너에 의한 결과를 통합한 새로운 터널유지관리시스템을 구축하여 국내 여러 터널 현장에 적용한 후, 이의 적용성을 분석하였고, 터널 유지관리방법의 개선안을 제안하였다.
The maintenance and management of each tunnel has been individually performed in depending on service, management agency, and tunnel size. The maintenance and management system for the existing tunnel consists of simple tunnel card and the computerization of basic tunnel data, now. There is not the ...
The maintenance and management of each tunnel has been individually performed in depending on service, management agency, and tunnel size. The maintenance and management system for the existing tunnel consists of simple tunnel card and the computerization of basic tunnel data, now. There is not the systemic maintenance and management system for tunnel. Therefore, it has been impossible the systemic maintenance and management for tunnel due to loss of data obtained from each step, such as, plan, design, construction, or maintenance, with time. The objective of this study is to build the database system in combing the results of tunnel scanning with all data obtained from plan, design, construction, or maintenance step.
The maintenance and management of each tunnel has been individually performed in depending on service, management agency, and tunnel size. The maintenance and management system for the existing tunnel consists of simple tunnel card and the computerization of basic tunnel data, now. There is not the systemic maintenance and management system for tunnel. Therefore, it has been impossible the systemic maintenance and management for tunnel due to loss of data obtained from each step, such as, plan, design, construction, or maintenance, with time. The objective of this study is to build the database system in combing the results of tunnel scanning with all data obtained from plan, design, construction, or maintenance step.
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문제 정의
본 연구에서 터널에 대하여 계획, 설계, 시공 단계에서의 자료와 더불어 유지관리 업무를 수행함에 있어 얻어지는 지형 및 지질조사 자료, 포장 및 레일면 상태 조사 자료, 물리탐사 자료, 보수 보강 이력 자료 등의 세부적인 기초자료를 데이터 베이스화 할 수 있을 뿐 아니라, 첨단 외관조사 기술인 터널 스캐너에 의한 외관조사 결과와 통합, 연계할 수 있는 새로운 터널 유지관리시스템을 구축하고자 하였다. 특히 본 연구에서는 유지관리 자료를 보다 획기적으로 개선하고자 터널 스캐너에 의한 외관조사 결과를 개선, 적용함으로써 시설물 유지관리체계의 개선방안도 도출하고자 하였다.
외관 조사는 구조물에서 발생하는 여러 열화현상의 원인을 분석하고, 각종 시험 위치를 결정하고, 상태평가, 안전성 평가 등을 위한 기본조사이다. 그러나 콘크리트 결함에 대한 기존의 외관조사 방법은 대부분 인력에 의한 육안조사에 의존하고 있어 정량화하기가 어렵고, 객관성이 결여되며, 인력으로 접근이 어려운 곳에 대해서는 조사가 불가능한 단점을 가지고 있다.
이상의 연구결과를 근간으로 터널을 비롯한 시설물유지관리체계에 대한 개선사항을 제안하고자 한다. 즉, 시설물에 대한 정기점검은 2년에 1회, 정밀 안전진단은 10년 경과 후 5년에 1회씩 수행하게 되어 있으나, 이는 구조물의 상태와 상관없이 유지관리 기간을 법률로서 정한 것이다.
이 경우 구조물에 문제점이 전혀 없는 구간에 대하여 시기가 도래했다는 이유만으로 과다한 유지관리 업무를 수행하여 유지관리 업무가 느슨해지고, 예산이 방만하게 운영되는 등의 단점이 있다. 이에 본 연구에서 터널 유지관리 업무체계를 터널 전 구간에 대한 정기적인 터널스캐닝 작업을 실시한 후, 문제점이 발생한 구간에 대하여 특별점검 및 정밀 안전진단을 실시할 것을 제안하고자 한다.
이에 터널의 계획, 설계, 시공 단계의 관련자료 뿐 아니라 유지관리단계에서 조사된 여러 현장조사와 터널 스캐너에 의한 결과를 통합한 새로운 터널 유지관리시스템을 구축하고자 본 연구를 수행하였으며, 결론은 다음과 같다.
터널 스캐너 장비는 안전점검 및 정밀안전진단 등의 일련의 유지관리 업무를 수행함에 있어 터널의 현장 여건상 주로 심야 시간에 현장조사를 수행하여야하며, 또한 최근의 터널 구조물이 대형화, 장대화됨에 따라 조사 대상 터널의 높이가 대부분 5m를 초과함에 따라 육안조사에 한계점을 극복하고자 개발되었다. 더 불어 육안조사 시 장시간 고개를 젖힌 상태에서 조사가 수행되어 산업재해의 가능성이 농후하고, 기입누락, 기입오차, CAD화 작업시 오차 등으로 인하여 5년 주기로 실시하는 정밀안전진단시 기존 자료의 활용성이 매우 저조하고 변상의 진행성 파악이 현실적으로 불가능한 단점 보완이 가능한 디지털 장비이다.
구축하고자 하였다. 특히 본 연구에서는 유지관리 자료를 보다 획기적으로 개선하고자 터널 스캐너에 의한 외관조사 결과를 개선, 적용함으로써 시설물 유지관리체계의 개선방안도 도출하고자 하였다. 더불어, 향후 본 시스템을 확대 운영함으로써 터널 시설물에 대한 안전사고 발생시 원인 추정, 문제점 분석, 유사 사고 방지 대책 방안 등의 적극적 인재난관리에도 일익을 담당할 수 있을 것으로 판단되어 새로운 터널유지관리시스템을 개발하였다.
제안 방법
이러한 결과는 보수보강 우선순위를 현장 기술자가 임의적으로 판단하는 순위결정을 보다 체계적이고 객관적으로 결정할 수 있는 기법으로 활용할 수 있다. 또한 균열 밀도 분석 기법을 해당 구간의 경우 스팬(Span) 단위로 분석함을 고려하여 임의의 길이로 구분 할 수 있어 필요시 보수 보강 구간을 보다 세밀화 할 수 있는 기능을 부여하였다. 이를 통하여 시설물 관리주체에서는 예산에 따라 우선순위를 결정하고 예산의 변화에 따라 해당구간을 축소, 확대 할 수 있다.
이는 전체 구간이 2, 300m에 이르는 장대 터널이며, 호남선에서의 선로 개량사업과 더불어 보수보강이 지속적으로 실시되고 있는 구간이다. 또한 대 단면 터널에서의 효용성을 분석하고 기존의 시스템 보완 결과를 확인하고자 새로운 터널 유지관리시스템을 적용하였다.
또한 사고 발생시 사회적 영향이 가장 큰 것으로 보고되고 있는 박락사고에 대응하기 위하여 타음법을 실시한 후 박락과 관련된 사항은 시공이음부, 단면변화 부에서 타음법 결과를 수기로 직접 입력할 수 있게 하였다. 이는 타음법의 중요성을 고려한 것으로서, 타음조사 결과를 평가할 수 있는 기능도 첨부하였다.
즉 시설물 관리주체에서 일상점검을 실시할 경우 빈약한 장비와 한정된 인원을 투입하여 유지관리업무를 수행하는 것을 개선할 수 있었다. 또한 이러한 현실감있는 3차원 영상을 구현함으로써 일상점검, 정기점검, 특별점검 등에 활용할 수 있어 사용자가 수시로 확인하게 하였다.
이 저장탱크의 높이는 50m이며, 폭은 84m의 대형 구조물임으로 인하여 유지관리에 여러 애로점이 있었다. 또한 탱크가 공용연수 20년 경과한 상태로 기준의 육안조사를 한계를 극복하고 새로운 터널 유지관리시스템의 효용성을 극대화하기 위하여 탱크구조물에 적용하였다.
또한 터널 스캐너의 특징을 가장 극명하게 나타내는 것으로서 해당위치에서는 열화상을 표기하면 그 해당 위치에서의 열화현상의 사진 파일이 직접 사진으로 나타나는 기능을 부여하였다. 또한 필요한 경우 화상을 그림판, Photoshop 등의 소프트웨어에서도 열 수가 있게 하였다.
R 탐사, 염화물 함유량 시험, 타음법 조사, 각종 실내 시험 결과도 데이터 베이스화하여 저장 관리함으로서 정밀점검, 정밀 안전진단 시 열화 현상의 진행성, 보수 보강 상태 등을 분석할 수 있어 보다 실질적인 유지관리 업무를 수행할 수 있게 하였다. 또한, 시설물 관리주체에서 결정하기에 어려운 보수 보강 우선순위에 대하여 터널 밀도 분석기법을 적용함으로써 보다 체계적인 보수 . 보강 방안을 제시할 수 있게 하였다.
시공하였다. 박스터널 구간의 콘크리트설계기준 강도는 fck=240kfcm2이고, 주철근은 HD16 과 HD19를 125mm간격으로 배근하였으며 배력철근은 150, 300mm간격으로 설계. 시공이 되어있다.
새로운 터널유지관리시스템을 개발함에 있어 해당 시스템의 구성은 크게 기초정보 모듈, 시공 모듈, 유지관리 모듈 등 3개의 모듈로 구성하였다. 더불어 많은 양의 정보들을 관리하기 위해서는 정보의 일관성 유지, 보안유지, 데이터 사이의 다양한 관계표현, 관리 의용 이성 등이 필수적이다.
새로운 터널유지관리시스템을 과천터널에 적용하여 시스템의 적용성을 분석하였다. 적용한 결과, 기초정보, 시공정보, 유지관리정보를 입력하는 기법을 정리하였고 이러한 각 입력 모듈간의 상호 연관 관계를 정리하여 입력할 수 있게 함으로써 과천터널에 대한 설계, 시공, 유지관리 자료가 일관성 있고 체계적으로 연계되어 정리할 수 있어 매우 유용한 시스템으로 분석되었다.
4는 외관조사 결과 나타난 열화현상을 균열, 누수, 박락, 재료분리, 철근노출 등으로 구분되어진 좌측 부분을 나타내고자 할 경우 해당부위를 표시하면 원화 상 또는 외관조사망도상에 위치가 나타난다. 이때 해당 위치의 시점, 종점, 균열의 색상, 선 종류 면색, 패턴, 조사일, 범례, 길이 등이 나타나며, 조사가 현장에서 직접 입력할 수 있는 항을 삽입하여 추후 조사자의 의지가 나타날 수 있도록 하였다.
금정역까지를 말한다. 이러한 장대터널 전 구간에 대해서 새로운 터널유지관리시스템을 적용하기에는 한계가 있어 약 40m 구간의 박스터널 구간을 선정하여 새로운 터널유지관리시스템을 적용하였다.
첫째, 본 연구를 통하여 구축된 새로운 터널 유지관리 시스템은 기존의 단편적이고 일차원적인 유지관리시스템을 개선하여 계획, 설계, 시공, 유지관리 단계에서 종합적으로 사용할 수 있는 시스템을 구축하였다. 이는 터널스캐너에 의한 외관조사 결과 뿐 아니라, 콘크리트 내구성 시험, 중성화시험, G.
터널 구조물에서 발생하는 문제점들에 대한 원인을 정리하여 새로운 터널 유지관리시스템에 적용함으로써 사고 예방을 할 수 있는 방안을 제안하였다. 이는 현장 조사를 실시함에 있어 한정된 조사시간과 열악한 조명, 비전문가에 의한 외관조사 등으로 인하여 정확한 원인을 분석하는데 한계가 있다.
터널 스캐너에 얻어진 화상데이터를 화상처리 작업을 거쳐 원화상에 균열, 누수, 박락 등의 열화현상을 표현한다. 이러한 얻어진 화상데이터를 도면화하기 위한 예비 단계로서 화상 영상데이터를 제거한 상태로 이를 CAD화하여 외관조사망도를 완성한다.
대상 데이터
(재)한국철도기술협력회에서 설계를 하였으며, 공영토건(주)에서 시공하였다. 박스터널 구간의 콘크리트설계기준 강도는 fck=240kfcm2이고, 주철근은 HD16 과 HD19를 125mm간격으로 배근하였으며 배력철근은 150, 300mm간격으로 설계.
과천터널에 대한 조사 결과 대상 시설물은 준공된지 13년이 경과한 상태로서 자료조사 내용은 다음과 같다.
시공이 되어있다. 설계 표준 활하중은 DB-24를 기준으로 하였고 철근콘크리트, 아스팔트, 시멘트 모르터의 단위중량은 각각 2.50tf/rf, 2.30tf/rf, 2.15tf/m'이다. 철근은 KS D 3504, SD40 을 사용하여 항복점응력 (fy) 은 4, 000 kgf/cm2이다.
관리하고 있는 복선형 터널이다. 제원은 터널 높이 7.7m, 폭 9.4m이며 해당구간의 호남선 노령역과 백양사역 사이의 1985년에 준공한 콘크리트 라이닝 터널이다. 이는 전체 구간이 2, 300m에 이르는 장대 터널이며, 호남선에서의 선로 개량사업과 더불어 보수보강이 지속적으로 실시되고 있는 구간이다.
성능/효과
둘째, 기존의 평면형태로 나타내었던 터널 외관 조사 결과를 3차원 기법으로 구현함에 따라 현실감 있고 신뢰성 있는 결과를 도출할 수 있었고, 입체 영상 데이터를 적용할 경우 실제로 터널 현장에 있는 듯한 가상현실기법을 실현하였다. 이러한 가상현실에서의 외관 조사 결과는 최종사용자 입장에서 평상시의 일상점검, 정밀점검시 먼저 터널 현장 여건을 파악한 후 현장 조사를 실시함으로써 지속적인 시스템의 관리가 될 수 있다.
있었다. 또한 노령 제 2터널과 같은 터널 높이가 7.7m의 장대 대단면 터널에 적용함으로써 현장접근이 어려운 경우 본 시스템이 보다 유용한 것으로 분석되었다.
적용한 결과, 기초정보, 시공정보, 유지관리정보를 입력하는 기법을 정리하였고 이러한 각 입력 모듈간의 상호 연관 관계를 정리하여 입력할 수 있게 함으로써 과천터널에 대한 설계, 시공, 유지관리 자료가 일관성 있고 체계적으로 연계되어 정리할 수 있어 매우 유용한 시스템으로 분석되었다. 또한 열차차단시간이 제한적이고, 열차 운휴시간에도 전기, 신호 교차 등의 부분에서 모터카 등이 운행됨에 따라 실제로 시설물 유지관리를 위하여 할애된 시간이 미미한 등 현장 여건이 열악한 것을 고려할 때 본 시스템의 효용성을 충분히 확인할 수 있었다.
이 중 외관조사를 터널 스캐너를 통하여 얻어진 결과를 보다 체계적이고 편리하게 적용할 수 있게 하였다. 즉 현장에서 광학방식 및 레이저 방식에 의한 터널 스캐너 결과를 새로운 터널 유지관리시스템에 적용하기 위해서는 여러 가지의 전 단계를 거치게 된다.
이러한 자료조사 결과를 새로운 터널 유지관리시스템에 적용하면 Fig. 3과 같으며, 기초정보모듈의 작업이 완료되면 시공정보를 입력하게 하였으며, 각각의 정보는 최종사용자 입장에서 입력이 용이하게 하였다.
적용결과, 터널이외의 시설물에도 본 시스템이 유용하게 사용할 수 있음을 확인할 수 있다.
적용성을 분석하였다. 적용한 결과, 기초정보, 시공정보, 유지관리정보를 입력하는 기법을 정리하였고 이러한 각 입력 모듈간의 상호 연관 관계를 정리하여 입력할 수 있게 함으로써 과천터널에 대한 설계, 시공, 유지관리 자료가 일관성 있고 체계적으로 연계되어 정리할 수 있어 매우 유용한 시스템으로 분석되었다. 또한 열차차단시간이 제한적이고, 열차 운휴시간에도 전기, 신호 교차 등의 부분에서 모터카 등이 운행됨에 따라 실제로 시설물 유지관리를 위하여 할애된 시간이 미미한 등 현장 여건이 열악한 것을 고려할 때 본 시스템의 효용성을 충분히 확인할 수 있었다.
즉 새로운 터널 유지관리시스템을 적용하면 실제 터널 현장에서의 있는 듯한 가상 이미지가 형성됨에 따라 터널의 상태를 훨씬 효율적으로 확인할 수 있었다. 또한 노령 제 2터널과 같은 터널 높이가 7.
6은 3차원으로 기존의 외관조사망도를 나타낸 것으로서 이를 통하여 현실적인 데이터베이스(Data Base)의 관리가 가능하고 추가적으로 현장에서 확인할 경우 정확한 정보를 가지고 일상적인 유지관리 업무를 수행할 수가 있다. 즉 시설물 관리주체에서 일상점검을 실시할 경우 빈약한 장비와 한정된 인원을 투입하여 유지관리업무를 수행하는 것을 개선할 수 있었다. 또한 이러한 현실감있는 3차원 영상을 구현함으로써 일상점검, 정기점검, 특별점검 등에 활용할 수 있어 사용자가 수시로 확인하게 하였다.
후속연구
더불어 비전문가에 의한 정기점검 등을 실시하고 난후 문제점이 있을 것으로 판단되는 구간에 대해서는 개략적인 원인을 파악하고 난 후 보다 세부적인 분석을 활용하는 기법도 사용할 수 있을 것이다.
특히 본 연구에서는 유지관리 자료를 보다 획기적으로 개선하고자 터널 스캐너에 의한 외관조사 결과를 개선, 적용함으로써 시설물 유지관리체계의 개선방안도 도출하고자 하였다. 더불어, 향후 본 시스템을 확대 운영함으로써 터널 시설물에 대한 안전사고 발생시 원인 추정, 문제점 분석, 유사 사고 방지 대책 방안 등의 적극적 인재난관리에도 일익을 담당할 수 있을 것으로 판단되어 새로운 터널유지관리시스템을 개발하였다.
이는 현장 조사를 실시함에 있어 한정된 조사시간과 열악한 조명, 비전문가에 의한 외관조사 등으로 인하여 정확한 원인을 분석하는데 한계가 있다. 따라서 새로운 터널 유지관리시스템에서는 내업 및 외업시에 유사한 형태의 균열 등의 열화현상이 있을 경우 도움말 기능을 부과함으로써 기 제시한 3차원 영상 등과 비교할 경우 사고의 원인을 추정하는 기여할 것으로 판단된다.
셋째, 터널에서 발생하는 균열 등의 열화현상 패턴을 시스템에서 확인할 수 있어 안전사고 발생시 원인 파악, 문제점 분석, 유사 사고 방지 대책 방안 등을 강구하는데 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
참고문헌 (6)
건설교통부, '시설물의 안전관리에 관한 특별법', 2006
과학기술부, '터널 안전관리를 위한 정밀안전진단시스템 개발', 1998
서울도시철도공사, '도시철도 5, 6, 7, 8호선 토목시설물의 안전 및 유지관리 업무지침', 1995. 12
A. ammouche, J. Riss, D. Breysse, J. Marchand. 'Image analysis for the automated study of micorcracks in concrete' Cement & Concrete Composities, v. 23 issues 2-3, 2001, pp. 267-278
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