지반굴착공사 위험요소 도출 및 통계적 검정 방법을 통한 신뢰성 분석 Extracting the Risk Factor of Ground Excavation Construction and Confidence Analysis using Statistical Test Procedure원문보기
본 연구에서는 지반굴착공사로 인해 발생된 지반함몰 사례를 분석하고 지반함몰 발생 원인을 평가하였는데, 주요 원인으로는 지반조사의 불충분, 부정확한 지반정수, 가시설 보조공법 구조체의 결함, 보일링 및 히빙에 대한 대처 미흡, 시공시 과굴착 등으로 나타났다. 그리고 지반함몰 발생원인 분석을 통해 지반굴착공사 위험요소를 도출하였는데, 지반조사, 굴착공법 선정, 구조물 해석, 계측계획, 굴착공법 시공, 지하수위 변화, 계측 수행, 자연재해, 시공관리 등이 지반함몰을 예방하기 위해 고려해야할 위험요소로 도출되었다. 또한, 도출된 위험요소에 대한 중요도를 평가하고, 신뢰도를 높이기 위해 국내 전문가들을 대상으로 설문조사를 수행하였고, 카이제곱(${\chi}^2$) 검정 방법 통해 설문조사 응답자의 직업군, 업무종사기간, 업무현장종류 등과 설문조사결과가 유의한 수준인지에 대해 검정을 수행하였다.
본 연구에서는 지반굴착공사로 인해 발생된 지반함몰 사례를 분석하고 지반함몰 발생 원인을 평가하였는데, 주요 원인으로는 지반조사의 불충분, 부정확한 지반정수, 가시설 보조공법 구조체의 결함, 보일링 및 히빙에 대한 대처 미흡, 시공시 과굴착 등으로 나타났다. 그리고 지반함몰 발생원인 분석을 통해 지반굴착공사 위험요소를 도출하였는데, 지반조사, 굴착공법 선정, 구조물 해석, 계측계획, 굴착공법 시공, 지하수위 변화, 계측 수행, 자연재해, 시공관리 등이 지반함몰을 예방하기 위해 고려해야할 위험요소로 도출되었다. 또한, 도출된 위험요소에 대한 중요도를 평가하고, 신뢰도를 높이기 위해 국내 전문가들을 대상으로 설문조사를 수행하였고, 카이제곱(${\chi}^2$) 검정 방법 통해 설문조사 응답자의 직업군, 업무종사기간, 업무현장종류 등과 설문조사결과가 유의한 수준인지에 대해 검정을 수행하였다.
The case study on ground subsidence was conducted and the cause of ground subsidence was evaluated, main cause were insufficient site exploration, inaccurate strength parameters, defective temporary wall, insufficient reaction for boiling and heaving, excessive excavation and so on. Risk factors dur...
The case study on ground subsidence was conducted and the cause of ground subsidence was evaluated, main cause were insufficient site exploration, inaccurate strength parameters, defective temporary wall, insufficient reaction for boiling and heaving, excessive excavation and so on. Risk factors during excavation were identified from the cause of ground subsidence and risk factors were site exploration, selecting excavation method, structure analysis, measurement plan, excavation method construction, underground water level change, natural disaster and construction management. The survey of the experts on risk factors identified was conducted to evaluate the importance of risk factors, and confidence analysis was performed to evaluate the significance level between survey result and survey respondent using Chi-square Test.
The case study on ground subsidence was conducted and the cause of ground subsidence was evaluated, main cause were insufficient site exploration, inaccurate strength parameters, defective temporary wall, insufficient reaction for boiling and heaving, excessive excavation and so on. Risk factors during excavation were identified from the cause of ground subsidence and risk factors were site exploration, selecting excavation method, structure analysis, measurement plan, excavation method construction, underground water level change, natural disaster and construction management. The survey of the experts on risk factors identified was conducted to evaluate the importance of risk factors, and confidence analysis was performed to evaluate the significance level between survey result and survey respondent using Chi-square Test.
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문제 정의
현재 국가연구개발사업으로 추진 중인 지반함몰 위험도 평가(Risk Assessment) 연구에서는 지반함몰을 유발하는 위험요소를 규명하고, 발생 가능한 위험경로 모델링, 위험 경로별 경제적 손실에 대한 평가 등을 통해 굴착공사 설계 및 시공 과정에서 발생 가능한 지반함몰을 예측 및 평가할 수 있는 가이드라인을 도출하고자 한다. 그리고 이를 통해 위험요소를 고려한 설계반영, 시공 시 위험경로의 집중관리, 위험등급에 따른 유지관리의 준수사항, 지반 안정화 대응 방안 등을 제안하고자 한다.
본 연구에서는 국내 개착식 및 비개착식 지반굴착공사로 인해 발생된 지반침몰 발생사례를 조사하였다. 개착식 굴착 40건 및 비개착식 굴착 77건에 대한 사례를 조사하여 지반함몰이 발생된 원인을 평가하였다.
본 연구에서는 지반굴착공사로 인해 발생된 지반함몰 사례를 분석하고, 이를 통해 지반굴착공사에서의 위험요소를 도출하였다. 도출된 위험요소에 대해 국내 전문가를 대상으로 설문조사를 실시하여 위험요소의 중요도를 평가하였고, 통계학적 검정 방법을 통해 설문조사결과가 응답자의 직업군, 업무종사기간, 업무현장종류 등과 유의한 수준인지에 대해 분석을 수행하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 지반함몰 위험도 평가 가이드라인 도출을 위한 초기 연구단계로 지반굴착공사로 인해 발생된 지반 함몰 사례를 분석하고, 이를 통해 지반굴착공사에서의 위험요소를 도출하였다. 그리고 도출된 위험요소에 대해 국내 전문가를 대상으로 설문조사를 실시하여 위험요소의 중요도를 평가하였다.
제안 방법
본 연구에서는 국내 개착식 및 비개착식 지반굴착공사로 인해 발생된 지반침몰 발생사례를 조사하였다. 개착식 굴착 40건 및 비개착식 굴착 77건에 대한 사례를 조사하여 지반함몰이 발생된 원인을 평가하였다. 표 1 및 그림 1은 국내에서 지반굴착공사로 인해 발생된 지반함몰 사례를 나타낸 것이다.
본 연구에서는 지반함몰 위험도 평가 가이드라인 도출을 위한 초기 연구단계로 지반굴착공사로 인해 발생된 지반 함몰 사례를 분석하고, 이를 통해 지반굴착공사에서의 위험요소를 도출하였다. 그리고 도출된 위험요소에 대해 국내 전문가를 대상으로 설문조사를 실시하여 위험요소의 중요도를 평가하였다. 또한, 통계학적 검정 방법인 카이제곱(χ2) 검정을 통해 위험요소 설문조사결과가 설문조사 응답자의 직업군, 업무종사기간, 업무현장종류 등과 유의한 수준인지에 대해 분석을 수행하였다.
본 연구에서는 지반굴착공사로 인해 발생된 지반함몰 사례를 분석하고, 이를 통해 지반굴착공사에서의 위험요소를 도출하였다. 도출된 위험요소에 대해 국내 전문가를 대상으로 설문조사를 실시하여 위험요소의 중요도를 평가하였고, 통계학적 검정 방법을 통해 설문조사결과가 응답자의 직업군, 업무종사기간, 업무현장종류 등과 유의한 수준인지에 대해 분석을 수행하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
지반굴착공사로 인한 지반함몰 발생사례 분석을 통해 도출된 각 위험요소에 대한 중요도를 평가하고, 도출된 위험요소의 신뢰도를 높이기 위해 국내 전문가들을 대상으로 설문조사를 수행하였다. 설면조사결과 국내 지반분야 전문가들은 지반굴착공사의 설계단계에서 ‘정확한 지반조사’가 가장 중요한 위험요소라고 응답하였고, 지반조사 단계에서는 ‘지반종류 및 상태’가 가장 중요한 위험요소라고 응답하였다.
지반굴착공사에서의 각 위험요소에 대한 중요도를 평가하고, 도출된 위험요소의 신뢰도를 높이기 위해 국내 전문가들을 대상으로 설문조사를 수행하였다. 설문조사는 국내 지반분야 전문가 168명을 대상으로 실시되었는데, 그림 2는 설문조사의 주요 결과를 나타낸 것이다.
대상 데이터
개착식 및 비개착식 지반굴착공사로 인해 발생된 지반 침몰 발생사례 117건을 조사하고, 지반함몰 발생 원인을 평가하였는데, 주요 원인으로는 지반조사의 불충분 또는 정확한 지반정수를 파악하지 못하였거나, 가시설 보조공법 구조체의 결함, 설계 단계에서의 결함 등으로 나타났다. 또한, 굴착바닥면 안정을 위해 보일링 및 히빙에 대한 대처가 미흡하였거나 공사현장 인근 상하수도 등의 위치를 제대로 파악하지 못하여 공사 중 관로 파열로 다량의 물이 유입되고, 수압이 증가되거나 배면 토사가 유출되어 붕괴사고로 이어지는 경우가 많은 것으로 나타났으며, 시공시 과다굴착도 주요원인으로 나타났다.
) 검정 방법은 카이제곱 분포에 기초한 통계적 방법으로 관찰된 빈도가 기대되는 빈도와 의미있게 다른지의 여부를 검정하기 위해 사용되는 통계적 검정방법이다(김석우, 2007). 설문 조사 응답자는 설계사, 시공사, 국가연구소, 대학교 등에서 종사하고 있고, 해당분야의 종사기간은 최소 4년부터 최고 30년 이상까지로 나타났다. 또한, 업무종사분야는 도로, 지하철, 터널, 기초, 터파기, 사면, 항만·운하 등으로 나타났다.
지반굴착공사에서의 각 위험요소에 대한 중요도를 평가하고, 도출된 위험요소의 신뢰도를 높이기 위해 국내 전문가들을 대상으로 설문조사를 수행하였다. 설문조사는 국내 지반분야 전문가 168명을 대상으로 실시되었는데, 그림 2는 설문조사의 주요 결과를 나타낸 것이다.
데이터처리
또한, 통계학적 검정 방법인 카이제곱(χ2) 검정을 통해 위험요소 설문조사결과가 설문조사 응답자의 직업군, 업무종사기간, 업무현장종류 등과 유의한 수준인지에 대해 분석을 수행하였다.
또한, 업무종사분야는 도로, 지하철, 터널, 기초, 터파기, 사면, 항만·운하 등으로 나타났다. 이와 같이 설문조사 응답자의 직업군, 업무종사기간, 업무 현장종류 등과 설문조사결과가 유의한 수준인지에 대해 카이제곱 검정을 수행하였다(박진근, 2002a).
성능/효과
가시설 보조공법인 그라운드 앵커 및 어스 앵커 공법, H 파일, 락볼트 스트러트 등 가시설 벽체를 지탱해 주는 구조체의 결함이나 설계의 결함으로 공사현장에 많은 붕괴사고가 발생하는 것으로 분석되었다. 앵커의 경우 정착장의 위치가 배면이 사면 파괴면 안쪽에 설치되어 있어 사실상 흙막이 벽체 배면지반의 사면 활동을 억지하지 못하는 경우가 대표적이다.
그리고 설문조사결과 중 계측항목 선정시 가장 중요한 항목, 차수공법 적용시 가장 중요한 항목, 지하수위 변화 중 가장 중요한 항목, 지진발생시 가장 큰 영향을 미치는 항목에 대해 업무종사기간 간의 응답결과가 유의수준 0.1∼4.9% 로 유의한 응답 차이를 보였다.
그리고 설문조사결과 중 계측항목 선정시 가장 중요한 항목, 차수공법 적용시 가장 중요한 항목, 지하수위 변화 중 가장 중요한 항목, 지진발생시 가장 큰 영향을 미치는 항목에 대해 업무종사기간 간의 응답결과가 유의수준 0.1∼4.9%로 가장 유의한 응답 차이를 보였다.
설면조사결과 국내 지반분야 전문가들은 지반굴착공사의 설계단계에서 ‘정확한 지반조사’가 가장 중요한 위험요소라고 응답하였고, 지반조사 단계에서는 ‘지반종류 및 상태’가 가장 중요한 위험요소라고 응답하였다.
설문조사 응답자의 직업군, 업무종사기간, 업무현장종류 등과 설문조사결과가 유의한 수준인지에 대해 카이제곱 (χ2) 검정을 수행하였는데, 설문조사결과 중 굴착공법 선정시 가장 중요한 항목, 계측항목 선정시 가장 중요한 항목, 지반보강공법 적용시 가장 중요한 항목에 대해 직업군 간의 응답결과가 유의수준 2.2∼4.5%로 유의한 응답 차이를 보였다.
국내 건설공사에서 지반조사 분야 설계예산은 대부분 비용 절감의 이유로 최소한의 예산을 배정하기 때문에 최소한의 지반조사 조차 제대로 수행되지 않고 있는 것이 현실이다. 암반 불연속면에 대한 조사, 정확한 토질정수 도출, 지질 구조 파악, 지층 구조 파악, 인접 구조물 및 매설물 조사 등 공사현장의 현황 파악에 대한 정확한 정보가 매우 중요한 원인으로 나타났다. 가시설 벽체 설계에 가장 중요한 지반정수 산정 및 지질학적인 특성에 대한 정보를 획득할 수 있는 지반조사를 제대로 수행하는 것이 지반굴착 공사현장에서 붕괴사고를 예방하는데 매우 중요한 항목으로 판단된다.
카이제곱 검정 결과 설문조사결과 중 굴착공법 선정시 가장 중요한 항목, 계측항목 선정시 가장 중요한 항목, 지반보강공법 적용시 가장 중요한 항목에 대해 직업군 간의 응답결과가 유의수준 2.2∼4.5%로 가장 유의한 응답 차이를 보였다.
후속연구
지반굴착 공사시 중요한 문제 중 하나로 굴착바닥면의 안정을 위해 보일링 및 히빙에 대한 대처이다. 굴착현장에서 주변 지반의 수위 차에 의해 발생되는 보일링 및 히빙에 대해 설계단계에서부터 충분한 해석이 이루어져야 하며, 시공단계에서 이에 대한 명확한 대처방안이 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지반굴착 공사현장에서 붕괴사고의 큰 원인 중 하나는?
지반굴착 공사현장에서 붕괴사고의 큰 원인 중의 하나로서 지반조사의 불충분 또는 정확한 지반정수를 파악하지 못한 것으로 나타났다. 이는 현장에서 지반조사를 수행할 때 짧은 기간에 완료하고 굴착공사를 시작하는 국내 시공 관행도 원인이 있다고 판단된다.
지반함몰 대응 및 안전성 확보가 국가적인 이슈가 된 배경은?
최근 도심지의 포화로 지하공간 개발이 활발히 진행되고 있으며, 굴착공사는 지상 및 지하에서 굴착 인접 구조물에 의해 다양한 공법으로 시공이 이루어지고 있다(김성률 등, 2015). 도심지역의 지반굴착공사는 한정된 토지의 이용을 극대화하기 위하여 주거시설 또는 상업시설 등 기존 시설물 인근에 대규모 연직 지반굴착 또는 터널 굴착공사가 이루어지고 있다(한국시설안전공단, 2010). 이러한 굴착공사 중 시공 부주의나 시공기술 미흡, 지하수 유출, 급격한 지층 변화에 대응 실패, 토류 시스템 구성 문제 등으로 인해 각종 지반함몰 사고가 발생하고 있다(이대영 등, 2015). 이러한 상황에서 지반함몰 대응 및 안전성 확보가 국가적인 이슈가 되고 있으나, 지반의 내부적인 변화 요소(지하수위 변화, 지하매설물 파손 등) 및 외부적인 변화요소(차량하중, 지진, 지반굴착 등)에 의한 지반거동 해석기법이나 지반함몰 평가기술이 정립되어 있지 않은 현실이다.
지반함몰 위험도 평가 연구의 목적은?
현재 국가연구개발사업으로 추진 중인 지반함몰 위험도 평가(Risk Assessment) 연구에서는 지반함몰을 유발하는 위험요소를 규명하고, 발생 가능한 위험경로 모델링, 위험 경로별 경제적 손실에 대한 평가 등을 통해 굴착공사 설계 및 시공 과정에서 발생 가능한 지반함몰을 예측 및 평가할 수 있는 가이드라인을 도출하고자 한다. 그리고 이를 통해 위험요소를 고려한 설계반영, 시공 시 위험경로의 집중관리, 위험등급에 따른 유지관리의 준수사항, 지반 안정화 대응 방안 등을 제안하고자 한다.
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