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터널 안전진단을 위한 충격반향법 사례 연구
Case Study on the Impact-Echo Method for Tunnel Safety Diagnosis 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.19 no.1 = no.78, 2009년, pp.19 - 30  

신성렬 (한국해양대학교 에너지자원공학과) ,  조철현 (지하정보기술(주))

초록
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비파괴 물리탐사 방법의 일종인 충격반향법 조사는 터널 구조물의 시공 중 품질관리 및 시공 후 구조물의 건전성을 파악하기 위한 안전진단 분야에 널리 사용되고 있다. 충격반향법은 특히 철근콘크리트로 시공된 라이닝에 대하여 라이닝의 두께나 터널 배면 공동 등 내부 상태를 파악하는데 가장 효과적인 비 파괴탐사 방법이다. 본 연구는 현장적용 사례 연구의 일환으로 철근 콘크리트 라이닝의 도로터널, NATM공법으로 시공된 지하철 터널, 재래식 공법으로 시공된 도로터널 등 구조 및 형식이 다른 여러 가지 터널에 대하여 충격반향법 조사를 실시하였다. 충격반향법 탐사 결과를 기존 설계도서, 코어링 자료 및 다른 탐사자료와 대비하였을 때 서로 잘 일치하였고 충격반향법 탐사결과의 신뢰도를 확인할 수 있었으며, 시간-주파수 분석은 구조물 내부 특성에 대한 추정을 보다 용이하게 하였다. 1차원적인 한 지점에서의 수직하부 정보를 구하는 통상적인 주파수 영역에서의 충격반향법 자료해석과 더불어 2차원적인 심도단면도를 구하는 탐사법 적용은 구조물을 보다 정확하게 영상화할 수 있기 때문에 구조물 내부에 대한 신뢰도 높은 정보 파악이 가능하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

For the purpose of determining the thickness of concrete lining and detect of the cavity where may be located behind tunnel lining, IE (Impact-Echo) method it effectively useful in the tunnel safety diagnosis and the quality control during the construction. As a part of case study, we applied IE met...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 있다. GPRe 통상 수백에서 수천 MHz 대역의 전자기파 펄스가 송신안테나로부터 방출되어 전자기적 성질이 다른 매질에서 반사된 신호를 수신 안테나로 수신하여 지하 단면의 영상 및 관련 정보를 획득하는 탐사이다. 터널 안전진단에 적용할 때 무근콘크리트의 경우 콘크리트 내부에 시공된 강지보재의 위치, 콘크리트 및 숏크리트 두께 등에 대한 정보 획득이 가능하지만 이와 달리 조밀한 간격으로 배근된 철근콘크리트 라이닝과 라이닝 배면에 방수재로 철판이 삽입 시공된 구조형식인 경우 라이닝 배면 또는 철판 배면에 대한 조사는 불가능하게 된다(김영근 외, 1996; 권형석 외, 1997; 김학수 외, 1999).
  • 본 사례는 NATM 공법으로 공사 중인 지하철 터널의 철근콘크리트 라이닝 두께에 대한 부실 시공 논란을 규명하기 위하여 실시된 탐사에 관한 내용이다. 시공 중 품질관리는 코어링 작업을 통하여 내부 상태 확인이 가능하지만 코아링을 하게 되면 터널 구조물에 심각한 결점이 생길 수 있기 때문에 충격반향법과 같은 비파괴방식의 탐사가 바람직할 것이다.
  • 본 연구에서는 충격반향법의 현장적용 사례 연구의 일환으로 철근콘크리트 라이닝의 도로터널 갱구부, NATM (New Austrian Tunnelling Method)공법으로 시공된 지하철 터널과 시공 중인 지하철 터널, 재래식 공법(ASSM; American Steel Support Method)으로 시공된 도로 터널 등 구조 및 형식이 다른 여러가지 터널 구조물에 대하여 충격반향법 조사를 실시하였다. 각각의 터널에 대하여 현장자료를 얻어 통상적인 주파수 영역에서의 자료 분석, wavelet 변환을 이용한 시간-주파수 분석 및 주파수영역 또는 심도영역에서의 영상화를 실시하였고 사례 연구를 통하여 충격반향법의 적용 한계 및 적용 가능성에 대하여 알아보았다.

가설 설정

  • 6. (a) Impact-Echo data of type Ⅲ which is acquired at the tunnel crown in time domain, which has low frequency oscillation, (b) Amplitude spectrum in frequency domain has peak amplitude at 2, 800 Hz. (c) Depth domain data shows that total tunnel lining thickness is 63 cm, and (d) time-frequency analysis through wavelet transfonn.
  • 5. (a) Impact-Echo data of type II at the tunnel crown of station number 440 m in time domain, which has free oscillation, (b) Amplitude spectrum in frequency domain has peak amplitude at 6, 200 Hz. (c) Depth domain data shows that 2nd tunnel lining thickness is 28 cm, and (d) time-frequency analysis through wavelet transform.
  • 7. (a) Impact-Echo data of type IV acquired at the tunnel crown in time domain, and then Impact-Echo data has free oscillation, (b) Amplitude spectrum in frequency domain has two peaks at 2 kHz and 5 kHz. (c) Depth domain data shows that second tunnel lining thickness is 35 cm anti total thickness 78 cm, and (d) time-frequency analysis through wavelet transform.
  • Fig. 1(b)의 좌측 그래프는 구조물이 가지고 있는 고유의 공진주기에 따른 일반적인 진동 특성을 나타낸 것이며, 우측은 구조물 내부에 결함이나 공동이 있을 경우로서 구조물이 가지는 공진 주기에 비하여 짧은 공진주기로 나타날 것이다. 한편 시간영역자료를 주파수 영역으로 변환하면 공진 주파수 특징을 파악할 수 있는데 이로부터 구조물의 형상 및 크기의 유추가 가능하다.
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참고문헌 (11)

  1. 권형석, 설순지, 서정희, 장현삼, 임해룡, 홍재호, 1997, 'GPR을 이용한 터널 라이닝 두께 검측', 1997년 한국지구시스템공학회 춘계학술발표대회 논문집, p.132-137 

  2. 김동수, 박형춘, 이광명, 1995, '충격반향기법과 표면파 기법을 이용한 콘크리트 부재의 비파괴검사', 한국콘크리트학회 추계학술발표회 논문집, pp.164-168 

  3. 김영근, 장정범, 정한중, 조철현, 1996, '터널라이닝 건전도 평가를 위한 비파괴 조사법의 적용연구', 대한토목학회 학술발표회 논문집(II), pp.383-386 

  4. 김학수, 임해룡, 배성호, 1999, 'GPR에 의한 지반 구조물 탐사', 한국지구물리학회 학술발표대회 논문집, p.65-91 

  5. 시설안전기술공단, 1996, '안전점검 및 정밀안전진단 세부지침(터널편)' 

  6. 신성렬, 조철현, 신창수, 양승진, 장원일, 1998, 'GPR 및 단일채널 탄성파탐사에 의한 터널라이닝 배면공동 조사', 한국구조물진단학회지, Vol.2, No.4, pp.148-158 

  7. 신성렬, 이성민, 장원일, 2000, '터널 콘크리트 구조물의 안전진단을 위한 충격반향법 실험', 한국자원공학회지, Vol.37, No.4, p.240-248 

  8. 신성렬, 2000, '시간-주파수 분석을 이용한 충격반향법 자료의 해석', 한국자원공학회지, Vol.37, No.6, p.432-438 

  9. 이세경, 김영환, 구자용, 김병주, 김영길, 1988, '콘크리트 구조물에 대한 초음파 탐상법 개발(III)', 과학기술처 특정연구개발사업 연구보고서, KSRI-88-88-IR, 과학기술처 

  10. Haack, A., Schreyer, J., and Jackel, G., 1995, 'State-of-the-art of Non-destructive testing methods for determining the state of a tunnel lining', Tunnelling and undergroud space technology, v.10, No.4, pp.413-431 

  11. Sansalone, M. J., Streett, W. B., and Jaeger, B. J., 1995, 'Seminar on the principles of impact-echo and use of the DOCTER impact-echo field instrument', Cornell univ 

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