본 논문에서는 1995년 서울지하철 5, 7, 8호선 터널구조물에 국내 최초로 설치되어 운영 중에 있는 터널 유지관리 계측시스템에 대한 측정 및 분석주기를 국내 및 국외 적용사례와 국내 터널의 유지관리계측 분석결과 및 시설물안전관리 관계법령기준을 검토하여 향후에 적용할 터널 유지관리계측의 측정 및 분석주기를 설정하고자 연구를 수행하였다. 현재까지의 계측주기로 계측관리를 한 결과 계측주기에 따른 문제는 없는 것으로 판단되었다. 국내 지하철 5, 6호선 4개 터널의 유지관리계측 분석결과 콘크리트 라이닝응력과 철근응력이 약 45개월 경과시점에서 서서히 수렴하는 것으로 분석되어 계측기 설치 후 약 4년 까지는 계측 측정 및 분석주기를 빈번하게 하고, 4년 이후에는 빈도를 늦추는 것이 타당할 것으로 판단된다.
본 논문에서는 1995년 서울지하철 5, 7, 8호선 터널구조물에 국내 최초로 설치되어 운영 중에 있는 터널 유지관리 계측시스템에 대한 측정 및 분석주기를 국내 및 국외 적용사례와 국내 터널의 유지관리계측 분석결과 및 시설물안전관리 관계법령기준을 검토하여 향후에 적용할 터널 유지관리계측의 측정 및 분석주기를 설정하고자 연구를 수행하였다. 현재까지의 계측주기로 계측관리를 한 결과 계측주기에 따른 문제는 없는 것으로 판단되었다. 국내 지하철 5, 6호선 4개 터널의 유지관리계측 분석결과 콘크리트 라이닝 응력과 철근응력이 약 45개월 경과시점에서 서서히 수렴하는 것으로 분석되어 계측기 설치 후 약 4년 까지는 계측 측정 및 분석주기를 빈번하게 하고, 4년 이후에는 빈도를 늦추는 것이 타당할 것으로 판단된다.
In this study, research was performed to establish the measurement and frequency of analysis for maintenance monitoring by investigation of tunnel maintenance monitoring system in the tunnel which was installed in the Seoul metro line 5, 7 and 8, using that the domestic and foreign application case,...
In this study, research was performed to establish the measurement and frequency of analysis for maintenance monitoring by investigation of tunnel maintenance monitoring system in the tunnel which was installed in the Seoul metro line 5, 7 and 8, using that the domestic and foreign application case, results of analyzed maintenance monitoring in the domestic tunnel and legal safety management standard of the facility. The results of the monitoring management about analysis frequency to the present are considered that the problem about measuring frequency does not occur. According to the analysis results of the maintenance monitoring which are located on the 5, 6th subway line, they are analyzed that the stress of concrete lining and reinforced bar are converged gradually after 45 months. Therefore Monitoring of measurement and analysis frequency is conduct more often within about 4 years after the measuring instrument installation. Four years later, slowing the frequency of measurement is considered reasonable.
In this study, research was performed to establish the measurement and frequency of analysis for maintenance monitoring by investigation of tunnel maintenance monitoring system in the tunnel which was installed in the Seoul metro line 5, 7 and 8, using that the domestic and foreign application case, results of analyzed maintenance monitoring in the domestic tunnel and legal safety management standard of the facility. The results of the monitoring management about analysis frequency to the present are considered that the problem about measuring frequency does not occur. According to the analysis results of the maintenance monitoring which are located on the 5, 6th subway line, they are analyzed that the stress of concrete lining and reinforced bar are converged gradually after 45 months. Therefore Monitoring of measurement and analysis frequency is conduct more often within about 4 years after the measuring instrument installation. Four years later, slowing the frequency of measurement is considered reasonable.
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문제 정의
본 논문에서는 1995년 서울지하철 5, 7, 8호선 터널구조물에 국내 최초로 설치되어 운영 중에 있는 터널 유지관리 계측시스템에 대한 측정 및 분석주기를 국내 및 국외 적용사례와 국내터널의 유지관리계측 분석결과 및 시설물안전관리 관계법령기준을 검토하여 향후에 적용할 터널 유지관리계측의 측정 및 분석주기를 설정하고자 연구를 수행하여 터널 유지관리계측 기술발전에 기여하고자 한다.
본 논문에서는 서울지하철 5, 7, 8호선에 국내 최초로 설치되어 운영중에 있는 터널 유지관리 계측시스템에 대한 측정 및 분석주기를 국내 및 국외 적용사례와 국내 터널의 유지관리계측 분석 결과 및 시설물안전관리 관계법령기준을 검토하여 향후에 적용할 터널 유지관리계측의 측정 및 분석주기를 설정하고자 연구를 수행하였으며, 연구결과는 다음과 같다.
제안 방법
지하철 터널에서 공사계측과 유지관리계측의 영역 구분은 그림 2와 같으며, 본 연구에서는 계측기기 설치 후 계측치가 수렴되는 기간까지 철근콘크리트 라이닝의 콘크리트응력과 철근응력의 계측결과를 중점적으로 분석(우종태 등, 2002, 2003)하여 유지관리계측에 활용할 수 있는 측정 및 분석주기를 검토하였다.
콘크리트 라이닝에 설치된 변형률계는 그림 3과 같이 콘크리트 라이닝의 외측철근과 내측철근에 각각 설치하여 계측을 실시하였다.
대상 데이터
서울지하철 5, 7, 8, 9호선 터널 유지관리계측 수행 중에 계측 측정 및 분석주기는 국외의 사례를 참조하여 표 1과 같이 설정하였다(서울특별시지하철건설본부, 1997; 한국터널공학회, 1999).
서울지하철 5호선 한강하저터널 여의도와 마포구간 등을 포함한 유지관리계측의 현황 및 결과 분석은 지반조건 및 터널심도가 유사한 4개의 터널인 A터널～D터널을 대상으로 선정하였으며, 터널별 현황비교는 표 2와 같고, 터널별 계측위치도는 그림 1과 같다.
성능/효과
1. 국내와 국외의 터널 유지관리계측 측정 및 분석주기를 비교해 보면 Channel Tunnel과 Seikan Tunnel의 계측주기는 서울지하철 5, 7, 8, 9호선 적용 계측주기에 비해 계측기 설치 후 2년 미만까지는 계측빈도가 많으며, 2년에는 년 2회로 같고, 3년 이후에는 년 2회로 국내 빈도보다 빈번한 계측관리가 시행되고 있다.
2. 철근 응력 기준 회귀분석곡선은 시간경과에 따라 증가하는 추세를 보이며, 계측경과일이 약 45개월 경과지점에서 콘크리트 라이닝 응력과 철근 응력이 최대인 것으로 나타나, 콘크리트 라이닝 시공 후 약 4년 동안은 응력이 증가하다가 그 이후에는 수렴하는 것으로 분석되어 이 값을 터널유지관리계측 측정 및 분석주기 결정에 적용하였다.
3. 국내에서 1995년에 최초 설치한 터널 유지관리 계측시스템을 현재까지의 계측주기로 계측관리를 한 결과 계측주기에 따른 문제는 없는 것으로 판단되나, 터널굴착 후 초기에 지반이 안정상태를 유지하는 기간을 고려, 국외의 기준을 참고하여 설치 초기부터 2년 이내를 상세하게 구분하여 적용하고, 계측결과 분석 시는 계측항목을 종합적으로 비교하여 산ㆍ학ㆍ연 공동으로 객관적인 분석을 시행하며, 터널구조물의 하자 담보책임기간인 10년에는 종합조사 및 분석을 시행하는 방안을 제안한다.
4. 계측기 설치 후 10년 이후의 계측측정 및 분석주기는 정밀안전점검은 2년에 1회, 정밀안전진단은 안전등급에 따라 4～6년에 1회 이상 시행하므로 유지관리주체에서 터널구조물의 상태를 판단하여 3～5년에 년 1회 실시하는 것을 추천한다.
5. 계측측정 및 분석주기 기준은 구조물 경과년도 기준에서 계측기 설치년도 기준으로 변경하여 계측측정 및 분석주기를 설정하는 것을 추천한다.
국내 지하철 5, 6호선 4개 터널의 유지관리계측 분석결과를 보면 콘크리트 라이닝 응력과 철근 응력이 초기부터 증가하여 약 45개월 경과시점에서 응력이 수렴하는 것으로 분석되었다. 따라서 계측기 설치 후 약 4년 까지는 계측 측정 및 분석주기를 빈번하게 하고, 4년 이후 부터는 계측 측정 및 분석주기를 늦추는 것이 타당할 것으로 판단된다.
국내에서 1995년에 최초 설치한 터널 유지관리 계측시스템을 현재까지의 계측주기로 계측관리를 한 결과 계측주기에 따른 문제는 없는 것으로 판단되나, 터널굴착 후 초기에 지반이 안정상태를 유지하는 기간을 고려, 국외의 기준을 참고하여 설치 초기부터 2년 이내를 상세하게 구분하여 적용하고, 계측결과 분석 시는 계측항목을 종합적으로 비교하여 산ㆍ학ㆍ연 공동으로 객관적인 분석을 시행하며, 터널구조물의 하자담보책임기간인 10년에는 종합조사 및 분석을 시행하는 방안을 제안한다.
그림 6(b) 철근 응력 기준 회귀분석곡선은 시간경과에 따라 증가하는 추세를 보이며, 계측경과일이 1,353일인 약 45개월 경과지점인 C점에서 콘크리트 라이닝 응력과 철근 응력이 최대인 것으로 나타나, 콘크리트 라이닝 시공 후 약 4년 동안은 응력이 증가하다가 그 이후에는 수렴하는 것으로 분석되어 이 값을 터널 유지관리계측 측정 및 분석주기 결정에 적용할 수 있을 것으로 판단하였다.
국내 지하철 5, 6호선 4개 터널의 유지관리계측 분석결과를 보면 콘크리트 라이닝 응력과 철근 응력이 초기부터 증가하여 약 45개월 경과시점에서 응력이 수렴하는 것으로 분석되었다. 따라서 계측기 설치 후 약 4년 까지는 계측 측정 및 분석주기를 빈번하게 하고, 4년 이후 부터는 계측 측정 및 분석주기를 늦추는 것이 타당할 것으로 판단된다.
따라서 터널 주변의 작용하중과 터널 지보재의 상호영향으로 지반과 접한 터널 콘크리트 라이닝의 외면에서 콘크리트 응력과 철근 응력이 먼저 교차되고, 9개월 후에 복철근 라이닝 콘크리트 두께 400～500 mm를 통과하여 천단내면의 콘크리트 응력과 철근 응력이 교차하는 것을 알 수 있다.
또한, 계측기 설치 후 10년 이후의 계측측정 및 분석주기는 정밀안전점검은 2년에 1회, 정밀 안전진단은 안전등급에 따라 4～6년에 1회 이상 시행하므로 유지관리주체에서 터널구조물의 상태를 판단하여 3～5년에 년 1회 실시하는 것을 추천한다.
복철근 라이닝 콘크리트 두께 400～500 mm를 통과한 천단내면의 인장응력은 951일인 약 32개월 경과지점인 B점에서 철근 응력과 콘크리트 응력이 교차되어 0.4 MPa의 값을 보였다.
후속연구
그리고 계측측정 및 분석주기 기준은 구조물 경과년도 기준에서 계측기 설치년도 기준으로 변경하는 방안을 추천하고, 계측기기의 내구성에 문제가 없는 경우 표 6과 같이 향후에 적용할 터널 유지관리계측 측정 및 분석주기를 설정하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
터널에서의 유지관리계측 목적은?
터널에서의 유지관리계측은 터널구조물 완공 후 공용기간 중에 굴착면 주변지반의 변화와 영향으로 인하여 발생되는 배면지반, 토압 및 수압의 변화와 콘크리트 구조물의 변화 양상, 환경조건 등을 측정하여 터널구조물의 안전성을 확인하는데 있다(우종태 등, 2002). 또한, 예방적인 유지관리를 실현하기 위한 기본전제 조건으로서 구조물의 안정성 및 건전성을 분석 평가하고 구조성능을 제어하며, 공용상태의 실 거동 분석을 통한 구조성능의 개선을 목적으로 수행하는 정기적 또는 상시적 조사행위를 의미한다.
터널구조물들의 건설이 급격히 증가하는 이유는?
최근 들어 사회기반시설 확충에 따라 지하철, 도로, 일반 및 고속철도, 전력구, 통신구, 공동구 등 터널구조물들의 건설이 급격히 증가되고 있으며, 체계적인 터널의 유지관리 및 보수보강에 대한 연구와 실무적용이 점차 확산되고 있다. 특히, 토목구조물과 관련된 사고와 안전에 관한 문제는 사회문제로 대두되어 터널구조물의 체계적이며, IT기반의 과학적인 유지관리에 대한 필요성이 더욱 부각되고 있는 실정에 있다.
계측기 설치 후 약 4년 까지는 계측 측정 및 분석주기를 빈번하게 하고, 4년 이후 부터는 계측 측정 및 분석주기를 늦추는 것이 타당한 이유는?
국내 지하철 5, 6호선 4개 터널의 유지관리계측 분석결과를 보면 콘크리트 라이닝 응력과 철근 응력이 초기부터 증가하여 약 45개월 경과시점에서 응력이 수렴하는 것으로 분석되었다. 따라서 계측기 설치 후 약 4년 까지는 계측 측정 및 분석주기를 빈번하게 하고, 4년 이후 부터는 계측 측정 및 분석주기를 늦추는 것이 타당할 것으로 판단된다.
참고문헌 (15)
국토해양부 (2010), "시설물의 안전점검 및 정밀안전진단지침", 국토해양부고시, 제2010-1037호, pp. 1-11.
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