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노후 상하수관 주변지반의 소규모 지하공동 형상 특성을 고려한 수치해석에 관한 연구
A numerical study on the characteristics of small underground cavities in the surrounding old water supply and sewer pipeline 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.20 no.2, 2018년, pp.287 - 303  

안준상 ((주)베이시스소프트 건설IT연구소) ,  강경남 (인하대학교 토목공학과) ,  송기일 (인하대학교 토목공학과) ,  김병찬 ((주)베이시스소프트 건설IT연구소)

초록
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최근 한국에서는 지반함몰(ground subsidence) 현상이 자주 발생하고 있다. 이에 정부에서는 지하안전관리에 관한 특별법을 제정하였고, 2018년 1월 1일부터 법이 시행될 예정이다. 이 법에 의하면, 지하 굴착 시 지하안전영향 평가를 수행해야 하며, 이후에도 주기적으로 지구물리탐사 기법을 통해서 지하공동의 발생 유무를 조사하여야 한다. 지하공동 발견 시에는 수치해석을 통해서 지하안전성을 평가하도록 규정하였다. 하지만, 발견된 지하공동을 수치적으로 모델링하는 방법이 정해지지 않아서 논란의 여지가 있다. 본 연구에서는 지하공동의 형상 및 지표로부터 지하공동까지의 깊이에 따른 영향을 연속체 해석 프로그램을 사용해서 검토하였다. 본 연구를 통해서 지하공동의 형상을 수치모델링에 반영하는 방법을 제시하였고, 지하공동의 형상 및 깊이와 전단강도감소기법으로 산정된 안전율과의 관계를 제시하였다. 본 연구의 결과는 지하안전영향평가에 관한 기초 자료가 될 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In recent years, the occurrence of ground subsidence phenomenon is frequent in Korea. The Korean government has enacted a special law on underground safety and the law will be enforced from January 1, 2018. Under this new law, underground excavation should be assessed for underground safety impacts....

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • Lee and Cho (2016)는 하수관로 누수로 인한 지반공동 형성과정을 PFC2D를 사용해서 모델링 하였다. 도로함몰을 형성시키는 지반 내 공동 형성과 지반이완 메커니즘에 대한 연구를 수행하였다. Lee (2017)는 지하구형공동이 지표침하에 미치는 영향에 대해서 개별요소법을 사용한 연구를 수행하였다.
  • 본 연구에서는 전단강도감소기법을 사용한 수치해석을 FLAC3D 프로그램으로 수행하였고, 노후 상하수관 주변에서 발생 가능한 지하공동 안정성 평가방법에 대해서 제시하였다. 또한, 전단강도감소기법을 포함한 안전율 기반의 지하공동 안정성 평가 방법에 대해서 기술하였다.
  • 본 연구는 2018년 1월부터 시행되는 [지하안전에 관한 특별법] 세부 지침의 지하안전영향평가에 대한 수치해석 적용성에 관한 초기 연구의 일환으로 수행되었다. 본 연구의 범위는 상하수도관의 누수로 인해서 발생된 소규모 지하공동에 관한 것으로 제한하였고, 이러한 이유로 면적 1.
  • 이에 대한 연구 사례가 극히 드문 이유로 국토교통부에서는 [지하안전관리에 관한 특별법]의 [지하안전관리 업무지침] 제정안(MOLIT, 2017) (별표 4) 지반침하위험도평가서 작성 방법 중 지반안전성 검토에 대한 “세부지침”에서는 전단강도감소기법에 의한 안전율 계산방법으로 안전영향평가를 수행하도록 준비 중이다. 본 연구에서는 전단강도감소기법을 사용한 수치해석을 FLAC3D 프로그램으로 수행하였고, 노후 상하수관 주변에서 발생 가능한 지하공동 안정성 평가방법에 대해서 제시하였다. 또한, 전단강도감소기법을 포함한 안전율 기반의 지하공동 안정성 평가 방법에 대해서 기술하였다.

가설 설정

  • 0 m까지만 고려해서 수치해석을 수행하였다. GPR 등 지구물리탐사방법을 이용해서 지하공동을 발견하고, 내시경 카메라를 이용해서 지하공동에 대한 형상을 탐색하는 일련의 지하안전영향평가 과정을 가정하였다. 또한, 지하 공동의 수치적 모사에 최소한의 형상이 반영된 수치해석을 수행하기 위해서, 지하공동의 장축, 단축을 고려해서 타원형으로 모델링 하였고, 지표면으로부터 지하공동의 깊이, 타원형 공동의 각도 등을 고려해서 수치해석을 수행해서 얻어진 결론은 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지반함몰 현상을 발생시키는 가장 큰 요소중 하나는 무엇인가? Lee et al. (2015)의 연구에 의하면, 지반함몰 현상을 발생시키는 가장 큰 요소 중 하나는 지하공동의 형성이고, 그 원인은 크게 자연적 원인과 인위적 원인으로 구분된다고 하였다. 특히, 도심지에서는 인위적 원인 중에서 노후된 상, 하수관의 누수현상에 의해서 지하공동이 많이 형성되고, 이로 인한 지반함몰 현상이 빈번하게 발생하고 있다고 제시되었다(Lee et al.
도심지에서 지하공동의 형성의 인위적 원인은 무엇인가? (2015)의 연구에 의하면, 지반함몰 현상을 발생시키는 가장 큰 요소 중 하나는 지하공동의 형성이고, 그 원인은 크게 자연적 원인과 인위적 원인으로 구분된다고 하였다. 특히, 도심지에서는 인위적 원인 중에서 노후된 상, 하수관의 누수현상에 의해서 지하공동이 많이 형성되고, 이로 인한 지반함몰 현상이 빈번하게 발생하고 있다고 제시되었다(Lee et al., 2015; Jeong et al.
하수관 손상을 조사한 결과, 하수관 자체의 부식이나 균열보다 더 큰 문제는 무엇이었나? ,2017). Lee (2014)의 연구에 의하면, 서울시 도로함몰 원인의 85%를 차지하는 하수관 손상을 조사한 결과, 노후화된 하수관 자체의 부식이나 균열도 문제였지만 다짐 구조, 되메움재 불량, 동결융해로 인한 지반 이완, 지반 동상 등의 문제가 더 컸다고 보고하였다. 또한, 국내에서 대부분 상하수도 관거 매설심도는 1.
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참고문헌 (27)

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  3. Cooper, A.H. (1986), "Subsidence and foundering of strata caused by the dissolution of Permian gypsum in the Ripon and Bedale areas, North Yorkshire", Geological Society, London, Special Publications, Vol. 22, No. 1, pp. 127-139. 

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  8. Jeong, S.Y., Jeong, Y.H., Kim, D.S. (2017), "Trend of physical modelling for ground subsidence and study of its application", Journal of Korean Society of Disaster and Security, Vol. 10, No. 1, pp. 1-10. 

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  13. Kim, S.J. (2013), "Stability analysis of the inclined pillars by statistical analysis", Master's Thesis, Chonnam National University, pp. 20-22. 

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  15. Lee, D.Y., Cho, D.Y. (2016), "DEM modelling of underground cavity due to sewer pipe leakage", Proceedings of the 2016 Fall Geosynthetics Conference, pp. 103-104. 

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  20. McCann, D.M., Jackson, P.D., Culshaw, M.G. (1987), "The use of geophysical surveying methods in the detection of natural cavities and mineshafts", Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, Vol. 20, No. 1, pp. 59-73. 

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  24. Seoul Metropolitan Government (2014), "Announcement of special management measures for road subsidence in seoul", http://infra.seoul.go.kr/archives/17649?tr_codesweb. 

  25. Song, W.K., Chung, S.K., Han, K.C. (2002), "Stability analysis of a tunnel above mined cavities", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 4, No. 2, pp. 135-141. 

  26. Tharp, T.M. (1999), "Mechanics of upward propagation of cover-collapse sinkholes", Engineering Geology, Vol. 52, No. 1, pp. 23-33. 

  27. Wilson, W.L., Beck, B.F. (1992), "Hydrogeologic factors affecting new sinkhole development in the Orlando area, Florida", Groundwater, Vol. 30, No. 6, pp. 918-930. 

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