우리나라 지반공학 기술의 발달로 지반굴착 공사가 대규모로 수행되고 있으나, 최근 지반굴착시 공사현장 또는 인접구조물 시설물에 직,간접적인 피해를 유발하는 사고가 빈번히 발생하고 있다. 특히 도심지의 지하터널, 도시철도 역사, 대규모 상업시설, 초고층 빌딩의 기초 공사, 대규모 단지의 재개발 등 인접한 곳에 주거시설이나 상업시설이 밀집해 있는 곳에서의 지반굴착 사고가 빈번히 발생하고 있어 경제적인 손실 뿐 아니라 인명피해가 발생하여 사회적인 비용이 급속히 증가하고 있는 실정이다. 따라서 빈번히 발생하는 흙막이 굴착관련 사고를 방지하기 위해서는 여러 유형의 붕괴사고의 원인에 대한 분석이 필요하다. 본 고에서는 최근 발생한 흙막이 굴착공사로 인한 다수의 사고 및 인접시설물에 영향을 끼친 사례를 수집, 분석을 수행하여 사고발생 원인에 대하여 고찰과 개선방안을 제안하였다.
우리나라 지반공학 기술의 발달로 지반굴착 공사가 대규모로 수행되고 있으나, 최근 지반굴착시 공사현장 또는 인접구조물 시설물에 직,간접적인 피해를 유발하는 사고가 빈번히 발생하고 있다. 특히 도심지의 지하터널, 도시철도 역사, 대규모 상업시설, 초고층 빌딩의 기초 공사, 대규모 단지의 재개발 등 인접한 곳에 주거시설이나 상업시설이 밀집해 있는 곳에서의 지반굴착 사고가 빈번히 발생하고 있어 경제적인 손실 뿐 아니라 인명피해가 발생하여 사회적인 비용이 급속히 증가하고 있는 실정이다. 따라서 빈번히 발생하는 흙막이 굴착관련 사고를 방지하기 위해서는 여러 유형의 붕괴사고의 원인에 대한 분석이 필요하다. 본 고에서는 최근 발생한 흙막이 굴착공사로 인한 다수의 사고 및 인접시설물에 영향을 끼친 사례를 수집, 분석을 수행하여 사고발생 원인에 대하여 고찰과 개선방안을 제안하였다.
With recent growth of population and industry, urban development grows into grand scheme of excavation and construction in urban area. As the development progress advanced, the developments get large and deepen. With a progress of technology development in geotechnical engineering in Korea, most our...
With recent growth of population and industry, urban development grows into grand scheme of excavation and construction in urban area. As the development progress advanced, the developments get large and deepen. With a progress of technology development in geotechnical engineering in Korea, most our grand scheme of projects follows great progress. On the other hand, some excavation in construction site caused direct or indirect event that affects the adjacent or surrounding structures by excavation from time to time. This event usually happens around residential and commercial area where underground tunnel, subway station, commercial building, and high-rises excavation site is, could lead great damage on economy as well as personal injury or human casualties. In order to prevent this event, the study has to be done with analysis on various events of excavation and its cause. In this paper, the research has collected the various excavation events and their causes to analyze on each site and event to define emphasis on surrounding environment.
With recent growth of population and industry, urban development grows into grand scheme of excavation and construction in urban area. As the development progress advanced, the developments get large and deepen. With a progress of technology development in geotechnical engineering in Korea, most our grand scheme of projects follows great progress. On the other hand, some excavation in construction site caused direct or indirect event that affects the adjacent or surrounding structures by excavation from time to time. This event usually happens around residential and commercial area where underground tunnel, subway station, commercial building, and high-rises excavation site is, could lead great damage on economy as well as personal injury or human casualties. In order to prevent this event, the study has to be done with analysis on various events of excavation and its cause. In this paper, the research has collected the various excavation events and their causes to analyze on each site and event to define emphasis on surrounding environment.
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문제 정의
본 고에서는 흙막이 굴착공사의 사고예방을 위한 안전관리를 제안하기 위하여 다음과 같은 연구를 수행하였다. 첫째, 최근 발생한 흙막이 굴착공사로 인한 다수의 사고 및 인접시설물에 영향을 끼친 사례를 수집, 분석을 수행하여 주요 요인을 규명하였다.
앞서 사고사례의 분석에서 언급하였듯이, 기술적인 보완뿐만 아니라 제도적 보완도 병행되어야 효과적인 안전관리가 가능하기 때문에 이에 대한 검토를 실시하였다. 일반적으로 굴착공사와 관련된 제도적 측면에서 고려할 항목으로는
일반적으로 건설공사 중 안전관리 흐름을 보면 안전관리계획의 작성, 검토, 이행에 대한 부분이 안전관리에 있어 큰 부분을 차지하고 있기 때문에, 이에 대하여 상세히 알아보고자 한다.
제안 방법
국내의 대표적인 지반조건과 최근 시공경향 고려하여 24개 case로 분류하고, 수치해석 방법을 사용하여 굴착에 따른 영향을 분석하였다, 굴착에 따른 배면지반의 침하량을 산정하고 인접구조물의 안정에 가장 밀접한 부등 침하로 인한 각변위를 바탕으로 영향 정도를 비교하였다.
첫째, 최근 발생한 흙막이 굴착공사로 인한 다수의 사고 및 인접시설물에 영향을 끼친 사례를 수집, 분석을 수행하여 주요 요인을 규명하였다. 둘째, 수치해석기법을 사용하여 국내 대표적인 지반조건(내륙, 해안특성) 및 공사 공법에 따른 굴착시 영향 분석을 수행하였다. 마지막으로 현행 제도에 대한 문제점을 도출하기 위하여 각종 관계법령, 기준, 시방 등에 대한 자료를 수집⋅분석하였다.
마지막으로 현행 제도에 대한 문제점을 도출하기 위하여 각종 관계법령, 기준, 시방 등에 대한 자료를 수집⋅분석하였다.
본 연구에 수집된 사고사례로는 지반굴착 공사현장이 붕괴되어 대규모 파괴가 발생하여 인접구조물에 영향을 미친 사례, 지반굴착현장은 붕괴되지 않았으나 인접구조물의 안정성에 영향을 미친 것으로 판단되어 공사를 중단하고 원인을 찾아 공법을 변경했거나 대책공법이 수립된 사례 등 대규모 지반굴착 현장 중심으로 수집하였다. 붕괴 또는 영향의 원인을 공학적으로 규명할 수 있는 충분한 자료를 확보할 수 있는 사례를 선별하였으며, 본 연구에서는 경의선 ○○역 외 24건의 사례를 수집하여 분석을 실시하였다.
수치해석 프로그램으로는 FLAC 2D와 PLAXIS를 사용하였으며, 사용 물성치는 사고사례에서 획득한 자료와 일반적으로 사용되는 국내 지반물성 적용범위를 고려하여 선정하였다.
시공조건은 16m의 일반굴착 및 30m의 깊은 굴착으로 분류하고, 시공방법으로는 국내에서 많이 사용하는 Diaphragm wall과 같은 차수가 되는 차수벽체, 차수가 되지 않는 흙막이 가설 벽체로 나누어 구분하였고, 차수가 되지 않는 공법의 경우 시공공법에 따라, 앵커 및 락볼트 공법, 스트럿 공법으로 구분하여 해석을 수행하였다.
압밀중인 점토지반의 과잉간극수압으로 인하여 발생되는 점토지반의 유효응력 저하 및 벽체에 작용하는 정수압 증가분을 고려한 경우와 고려하지 못한 경우에 대한 해석을 수행하였다. 해석결과 압밀중인 점토지반의 과잉간극수압을 고려한 해석을 수행시, 그렇지 않은 경우에 비하여 배면침하량은 151%, 벽체변위는 192% 큰 변위를 나타났다.
지반굴착에 의한 영향 평가기준으로는 다양한 연구와 기준에 대한 조사 결과, 구조물에 큰 영향을 미치는 각변위(angular distortion)를 사용하였다. 각변위에 대한 연구는 여러 학자들(Skempton과 MacDonald 1956; Bjerrum 1963; Polshin과 Tokar 1957; Burland와 Wroth 1974; Wahls 1981: Son 2003)에 연구되어 일반적으로 1/300을 구조물 손상의 한계로 적용하고 있어 본 검토에서도 이 기준을 사용하였다.
본 고에서는 흙막이 굴착공사의 사고예방을 위한 안전관리를 제안하기 위하여 다음과 같은 연구를 수행하였다. 첫째, 최근 발생한 흙막이 굴착공사로 인한 다수의 사고 및 인접시설물에 영향을 끼친 사례를 수집, 분석을 수행하여 주요 요인을 규명하였다. 둘째, 수치해석기법을 사용하여 국내 대표적인 지반조건(내륙, 해안특성) 및 공사 공법에 따른 굴착시 영향 분석을 수행하였다.
해석 case로는 앞서 기술한 내륙지반과 해안지반, 굴착 깊이, 시공방법 등을 고려하여 19가지의 case와 암반불연속면에 대한 영향 고려 3가지의 case, 연약지반에 적합한 모델의 적용 여부에 따른 2가지의 case의 해석을 수행하였다.
대상 데이터
대표지반의 선정은 152개의 시추조사 자료 및 현장시험자료(전단파속도) 등을 기초으로 지반의 층상구조 및 지반물성을 산정방법(2008. 김동수)을 활용하였다. 국내 일반적인 지반은 층상구조와 기반암의 깊이에 따라 내륙지반과 해안지반으로 분류가 용이하여 널리 가능하기 때문에, 다음과 같이 분류하였다.
본 연구에 수집된 사고사례로는 지반굴착 공사현장이 붕괴되어 대규모 파괴가 발생하여 인접구조물에 영향을 미친 사례, 지반굴착현장은 붕괴되지 않았으나 인접구조물의 안정성에 영향을 미친 것으로 판단되어 공사를 중단하고 원인을 찾아 공법을 변경했거나 대책공법이 수립된 사례 등 대규모 지반굴착 현장 중심으로 수집하였다. 붕괴 또는 영향의 원인을 공학적으로 규명할 수 있는 충분한 자료를 확보할 수 있는 사례를 선별하였으며, 본 연구에서는 경의선 ○○역 외 24건의 사례를 수집하여 분석을 실시하였다.
이론/모형
지반굴착에 의한 영향 평가기준으로는 다양한 연구와 기준에 대한 조사 결과, 구조물에 큰 영향을 미치는 각변위(angular distortion)를 사용하였다. 각변위에 대한 연구는 여러 학자들(Skempton과 MacDonald 1956; Bjerrum 1963; Polshin과 Tokar 1957; Burland와 Wroth 1974; Wahls 1981: Son 2003)에 연구되어 일반적으로 1/300을 구조물 손상의 한계로 적용하고 있어 본 검토에서도 이 기준을 사용하였다.
성능/효과
국내 내륙지반에 대한 해석결과와 해안지반에 대한 해석결과에서 가장 큰 차이를 보이는 부분이 H-pile + 어스앵커 공법이다. 내륙지반의 H-pile + 스트럿 공법이나 H-pile + 어스앵커 공법에서 큰 차이가 발생하지 않았으나, 연약지반에서는 어스앵커를 사용할 경우 상대적으로 배면지반에서 지반의 소성거동이 많아지는 것으로 나타났다. 이는 어스앵커의 정착장이 충분한 저항력을 발현하도록 주변지반의 강도와 깊은 연관이 있기 때문으로 분석된다.
내륙지반의 동일한 굴착 심도 16m 굴착시 층상구조의 변화에 따라 벽체의 변위는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 국내 내륙지반의 특성은 물성치에 있어서 큰 차이를 보이지 않기 때문으로 분석되고, 동일 심도 굴착일 경우 토압이 비슷하게 작용한다는 것으로 해석할 수 있다.
위와 같이 현행 안전관리계획의 형식적인 작성, 검토, 심사, 이행은 특히 불확실성이 높은 지반굴착공사의 안전 관리 부실에 큰 영향을 미치는 것으로 판단되며, 제대로 된 안전관리계획의 작성, 검토, 이행만으로도 사고예방에 상당한 효과를 발휘할 것으로 판단된다.
차수공법과 비차수공법 적용시 공통적으로 나타나는 현상은 굴착심도의 0.5배 ~ 1배 이내에서 부등침하가 가장 크게 발생하는 것으로 나타났다. 굴착심도 16m 일 경우 벽체로부터의 이격거리 5m ~ 15m 사이에서 부등침하가 가장 크게 발생하였고, 굴착심도 30m의 해석결과에서는 벽체로부터의 이격거리 5m ~ 30m 사이에서 부등침하량이 크게 산정되었다.
압밀중인 점토지반의 과잉간극수압으로 인하여 발생되는 점토지반의 유효응력 저하 및 벽체에 작용하는 정수압 증가분을 고려한 경우와 고려하지 못한 경우에 대한 해석을 수행하였다. 해석결과 압밀중인 점토지반의 과잉간극수압을 고려한 해석을 수행시, 그렇지 않은 경우에 비하여 배면침하량은 151%, 벽체변위는 192% 큰 변위를 나타났다. 따라서 점토지반의 경우 과잉간극수압을 고려한 해석 수행시 인접시설물에 대한 영향 평가를 더욱 엄격하게 할 수 있음을 알 수 있다.
후속연구
국내의 건축 굴착공사시 면밀한 수치해석적 분석을 수행하지 않고 간략한 지지력 평가만을 수행하는 것이 일반적인 관행이다. 따라서 앞서 기술한 사고사례에 대한 분석결과와 국내 대표적인 지반 및 시공조건에서의 굴착시 영향에 대한 수치해석 분석결과는 향후 유사한 지반굴착공사에 활용시 사고예방에 효과적일 것으로 판단된다.
또한 기술적인 측면뿐만 아니라, 지반굴착 공사를 제대로 관리감독 할 수 있도록 제도적인 측면에서도 개선과 대책도 중요하며, 특히 공공기관을 중심으로 현업의 기술자들에 대한 의식 개선, 엄격한 공사 품질 관리를 위한 관리기준치에 대한 개선, 사고 사례집 및 교육자료의 개발 및 공유 등의 제도 개선을 제언하는 바이다.
국내 일반적인 지반에 대한 해석결과, 지반굴착 공사시 인접구조물의 영향 범위를 선정할 때 굴착심도의 1배 이내에 대하여 집중적으로 모니터링을 하는 것이 합리적인 것으로 판단된다. 특히, 비차수 공법을 이용할 경우 상대적으로 부등침하가 크게 발생할 수 있으므로, 굴착심도의 0.5배 ~ 1배 이내일 경우 인접한 지반의 중요시설 또는 중요구조물이 있을 경우 구조물 경사계를 이용하여 모니터링을 실시할 것을 추천한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내 지반굴착시 어떤 사고가 발생하고 있는가?
우리나라 지반공학 기술의 발달로 지반굴착 공사가 대규모로 수행되고 있으나, 최근 지반굴착시 공사현장 또는 인접구조물 시설물에 직,간접적인 피해를 유발하는 사고가 빈번히 발생하고 있다. 특히 도심지의 지하터널, 도시철도 역사, 대규모 상업시설, 초고층 빌딩의 기초 공사, 대규모 단지의 재개발 등 인접한 곳에 주거시설이나 상업시설이 밀집해 있는 곳에서의 지반굴착 사고가 빈번히 발생하고 있어 경제적인 손실 뿐 아니라 인명피해가 발생하여 사회적인 비용이 급속히 증가하고 있는 실정이다.
우리나라 지반굴착 공사가 대규모로 수행가능하게 된 배경은?
우리나라 지반공학 기술의 발달로 지반굴착 공사가 대규모로 수행되고 있으나, 최근 지반굴착시 공사현장 또는 인접구조물 시설물에 직,간접적인 피해를 유발하는 사고가 빈번히 발생하고 있다. 특히 도심지의 지하터널, 도시철도 역사, 대규모 상업시설, 초고층 빌딩의 기초 공사, 대규모 단지의 재개발 등 인접한 곳에 주거시설이나 상업시설이 밀집해 있는 곳에서의 지반굴착 사고가 빈번히 발생하고 있어 경제적인 손실 뿐 아니라 인명피해가 발생하여 사회적인 비용이 급속히 증가하고 있는 실정이다.
흙막이 굴착관련 사고 방지에 대한 분석의 필요성이 요구되는 현 실정은 무엇인가?
우리나라 지반공학 기술의 발달로 지반굴착 공사가 대규모로 수행되고 있으나, 최근 지반굴착시 공사현장 또는 인접구조물 시설물에 직,간접적인 피해를 유발하는 사고가 빈번히 발생하고 있다. 특히 도심지의 지하터널, 도시철도 역사, 대규모 상업시설, 초고층 빌딩의 기초 공사, 대규모 단지의 재개발 등 인접한 곳에 주거시설이나 상업시설이 밀집해 있는 곳에서의 지반굴착 사고가 빈번히 발생하고 있어 경제적인 손실 뿐 아니라 인명피해가 발생하여 사회적인 비용이 급속히 증가하고 있는 실정이다. 따라서 빈번히 발생하는 흙막이 굴착관련 사고를 방지하기 위해서는 여러 유형의 붕괴사고의 원인에 대한 분석이 필요하다.
참고문헌 (9)
김동수, 이세현, 윤종구, "기반암 깊이와 토층 평균 전단파속도를 이용한 국내 지반분류방법 및 지반 증폭계수 개선", 대한토목학회 논문집, vol. 28, No. 1C, 2008, pp.63-74.
윤종구, 김동수 "국내지반특성에 적합한 지반분류 방법 및 설계응답스펙트럼 개선에 관한 연구", 한국지진공학회 논문집, vol. 10, No. 2, 2006, pp.39-50.
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