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문제 정의
- 본 연구에서는 노후하수관로로 인한 지반침하 사전예측을 위한 연구로 고화질 CCTV 데이터와 GPR 데이터를 이용한 평가기법을 개발하기 위해 서울시내 노후하수관로를 대상으로 현장조사를 수행하였다. 고화질 CCTV 조사를 통해 하수관로의 손상구간을 파악하고 해당구간에 대해 지표에서 GPR 조사를 수행한 후 상관관계 분석을 수행하였다.
- 본 연구에서는 하수관로로 인한 지반침하를 사전에 효율적으로 예방할 수 있는 평가기법을 개발하기 위한 선행연구로 서울시내 노후 하수관로 일부 구간을 대상으로 고화질 CCTV 조사를 수행하였다. 120만 화소 고화질 CCTV를 이용한 노후하수관로 조사를 통해 하수관로 결함상태와 노후하수관로의 주요 손상유형을 확인할 수 있었다.
제안 방법
- 120만 화소 고화질 CCTV를 이용한 노후하수관로 조사를 통해 하수관로 결함상태와 노후하수관로의 주요 손상유형을 확인할 수 있었다. CCTV 조사 결과를 통해 하수관로의 결함으로 인해 지반침하 발생 우려가 있는 지점을 대상으로 상부 지표면에서 GPR 조사를 수행하여 하수관로 손상과 지반함몰의 상관성을 검토하였다. 현장 조사결과 하수관로 결함이 발생한 구간에서 지반침하, 지반이완 등 이상신호가 나타난 것을 확인할 수 있었다.
- 또한 GPR 탐사단면의 깊이에 따른 지반의 정밀분석을 위해 GPR Slice 프로그램을 이용하여 수평단면인 Time Slice를 작성하였다. GPR탐사로 획득한 수직단면자료를 Grid에 나란히 배열하여 임의의 시간 축으로 자료들을 잘라 평면적으로 표현하는 Time-slice 방법을 사용하여 2차원의 수직단면자료를 수평단면으로 전환하여 자료 해석을 하였다.
- 조사에 사용된 CCTV는 HD급으로 환경부(2015)의 CCTV 판단기준을 동일하게 적용하여 하수관 결함여부를 평가하였다. 고화질 CCTV 조사 결과를 바탕으로 하수관로 노후도 평가항목중 지반침하의 원인이 될 수 있는 주요 손상항목으로 예상되는 이음부 이상(결함, 이탈, 단차)과 토사퇴적을 중심으로 분석하였다. CCTV 조사에 사용된 장비는 130만화소의 고화질 카메라를 탑재한 자주차로 촬영영상을 바로 차량에 설치된 모니터로 분석이 가능하다.
- 본 연구에서는 노후하수관로로 인한 지반침하 사전예측을 위한 연구로 고화질 CCTV 데이터와 GPR 데이터를 이용한 평가기법을 개발하기 위해 서울시내 노후하수관로를 대상으로 현장조사를 수행하였다. 고화질 CCTV 조사를 통해 하수관로의 손상구간을 파악하고 해당구간에 대해 지표에서 GPR 조사를 수행한 후 상관관계 분석을 수행하였다. 본 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
- 도심지 지반함몰의 주원인으로 알려진 노후하수관로 조사를 위해 교통량 증가로 지반하중을 많이 받는 이면도로의 하수관로 중 유량이 적어 CCTV 조사에 장애가 적은 지점을 조사대상으로 선정하였다. 노후하수관로의 인근 노면상태를 육안으로 식별하는 간이 현장조사를 통해 도로침하 발생 흔적이 있는 곳, 도로균열 및 도로변형이 발생하는 등 지반함몰이 예상되는 지점을 현장조사 구간으로 선정하였다(Kim et al., 2015). Fig.
- Table 2는 본 연구에 사용된 GPR 장비의 제원을 나타내고 있다. 또한 GPR 탐사단면의 깊이에 따른 지반의 정밀분석을 위해 GPR Slice 프로그램을 이용하여 수평단면인 Time Slice를 작성하였다. GPR탐사로 획득한 수직단면자료를 Grid에 나란히 배열하여 임의의 시간 축으로 자료들을 잘라 평면적으로 표현하는 Time-slice 방법을 사용하여 2차원의 수직단면자료를 수평단면으로 전환하여 자료 해석을 하였다.
- 본 연구에서는 하수관로 내부의 손상, 변형 등 관로 건전성 평가를 위해 CCTV 조사장비를 이용하였다. 조사대상 지역은 서울 ○○구 일대의 노후 관로 중 연속으로 연결된 하수관로 위주로 진행하였다.
- 본 연구에서는 하수관로를 촬영한 고화질 CCTV영상 분석결과 지반침하가 의심되는 이음부 이상과 토사퇴적이 발생한 지점과 지표관측시 지표침하 흔적이 있는 구간을 대상으로 GPR탐사를 실시하였다(Fig. 6 참조). GPR탐사는 하수관로 매설깊이 주변의 지반상태 평가를 위해 300 MHz, 500MHz 두 종류의 안테나를 사용하였으며 측정된 데이터를 약 45m 간격으로 수록하였다.
- 하수관로 간이 현장조사를 통해 지반침하 의심 개소는 총 4개소로 조사되었으며, 그중 도로균열 발생 지점은 3개소, 도로함몰발생지점은 1개소로 파악되었다. 조사대상 관로번호는 각각 DK-1, DK-2, DK-3, DK-4로 구분하였으며, Table 3은 관로 조사결과를 타나내고 있다. 조사결과 하수관로 주요 결함 유형은 이음부 변형(이음부 단차, 이음부 이탈), 토사유입, 균열 및 파손 등으로 나타났다(Fig.
- 전체 조사길이는 약 600m로 매설관종은 흄관(HP)이다. 조사에 사용된 CCTV는 HD급으로 환경부(2015)의 CCTV 판단기준을 동일하게 적용하여 하수관 결함여부를 평가하였다. 고화질 CCTV 조사 결과를 바탕으로 하수관로 노후도 평가항목중 지반침하의 원인이 될 수 있는 주요 손상항목으로 예상되는 이음부 이상(결함, 이탈, 단차)과 토사퇴적을 중심으로 분석하였다.
대상 데이터
- 도심지에는 상･하수관로, 전력관, 통신관 등 많은 지중 매설관이 설치되어 있으며, 매설관의 노후화로 인해 균열, 파손 등 손상이 발생한다. 2014년 8월부터 2016년 12월까지 서울시에서 발생한 도로함몰 건수는 총 148건으로 연평균 70건, 일평균 0.2건이 발생하였다. 도로함몰 분석결과 깊이 0.
- 6 참조). GPR탐사는 하수관로 매설깊이 주변의 지반상태 평가를 위해 300 MHz, 500MHz 두 종류의 안테나를 사용하였으며 측정된 데이터를 약 45m 간격으로 수록하였다. Table 2는 본 연구에 사용된 GPR 장비의 제원을 나타내고 있다.
- 도심지 지반함몰의 주원인으로 알려진 노후하수관로 조사를 위해 교통량 증가로 지반하중을 많이 받는 이면도로의 하수관로 중 유량이 적어 CCTV 조사에 장애가 적은 지점을 조사대상으로 선정하였다.
- 조사대상 지역은 서울 ○○구 일대의 노후 관로 중 연속으로 연결된 하수관로 위주로 진행하였다. 전체 조사길이는 약 600m로 매설관종은 흄관(HP)이다. 조사에 사용된 CCTV는 HD급으로 환경부(2015)의 CCTV 판단기준을 동일하게 적용하여 하수관 결함여부를 평가하였다.
- 본 연구에서는 하수관로 내부의 손상, 변형 등 관로 건전성 평가를 위해 CCTV 조사장비를 이용하였다. 조사대상 지역은 서울 ○○구 일대의 노후 관로 중 연속으로 연결된 하수관로 위주로 진행하였다. 전체 조사길이는 약 600m로 매설관종은 흄관(HP)이다.
성능/효과
- DK-2, DK-3 관로는 ‘대’에해당하는 중대한 결함이 관측되지 않았으나, 연결관 접합부와 이음부 이탈 등 이음부에서 발생하는 결함과 관파손이 관찰된 것을 확인하였다.
- GPR 탐사결과 분석을 통해 하수관로 손상형태에 따른 지반의 이완 및 공동발생 가능성과 이에 따른 GPR 반사신호 형태를 확인할 수 있었다.
- (2) GPR 탐사결과 하수관로 이음부 이탈면이 있는 지점에서는 위로 볼록한 형태의 반사면이 분포하는 것으로 나타났으며 이는 이음부 이탈에 따른 주변 토사의 교란으로 인한 지반이완으로 추정된다.
- (3) GPR Time Slice 분석은 거리와 심도로 나타내주는 수직적인 데이터인 GPR탐사자료를 반사신호의 평면적인 분포양상을 나타내어 하수관로 주변 지반의 심도별 변화를 파악하는데 효과적인 분석방법임을 알 수 있다.
- 본 연구에서는 하수관로로 인한 지반침하를 사전에 효율적으로 예방할 수 있는 평가기법을 개발하기 위한 선행연구로 서울시내 노후 하수관로 일부 구간을 대상으로 고화질 CCTV 조사를 수행하였다. 120만 화소 고화질 CCTV를 이용한 노후하수관로 조사를 통해 하수관로 결함상태와 노후하수관로의 주요 손상유형을 확인할 수 있었다. CCTV 조사 결과를 통해 하수관로의 결함으로 인해 지반침하 발생 우려가 있는 지점을 대상으로 상부 지표면에서 GPR 조사를 수행하여 하수관로 손상과 지반함몰의 상관성을 검토하였다.
- DK-2, DK-3 관로는 ‘대’에해당하는 중대한 결함이 관측되지 않았으나, 연결관 접합부와 이음부 이탈 등 이음부에서 발생하는 결함과 관파손이 관찰된 것을 확인하였다. CCTV 조사결과를 통해 노후관로의 손상형태는 다양하게 복합적으로 발생하며, 손상부위의 결함 정도가 큰 DK-1과 DK-4의 관로가 지반침하에 취약한 것을 확인 할 수 있었다.
- (1) 하수관로 CCTV 조사결과 하수관로의 노후화로 인한 주요 결함형태는 이음부 이상, 토사퇴적, 관로 파손 등으로 나타났다. 노후 하수관로의 결함은 하수관로의 건전도 뿐만 아니라 손상 부위로 우수 및 토사가 유입되어 관로 주변에 공동을 발생의 원인이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
- 2건이 발생하였다. 도로함몰 분석결과 깊이 0.8m 미만의 포장층이 41%, 깊이 0.8~1.5m의 매설물층이 39%, 1.5m의 깊은 층이 20%로 밝혀져 도로함몰의 약 80%가 지하매설물 평균심도인 1.5m 이내에서 발생하는 것으로 분석되었다(Seoul sity, 2017). 도로함몰의 원인으로는 굴착공사로 인한 흙막이 누수, 상･하수관로 파손, 불량 되메움재 사용, 다짐불량 등이 있다.
- (4) 노후하수관로 손상은 하수관로 자체의 건전성을 저하시키는 것과 동시에 지반침하의 원인이 될 수 있으므로 하수관로 손상부위의 경우 GPR 조사를 통해 공동 발생 및 지반이상 여부의 확인이 필요함을 알 수 있다. 또한 하수관로 CCTV 데이터와 GPR 데이터의 상관관계 분석을 이용하여 하수관로 손상으로 인한 지반침하를 효율적으로 탐지할 수 있음을 알 수 있다.
- 실제 도로에서 발생하는 함몰은 하수관로 결함 항목 중 관 파손의 빈도수와 정도에 가장 밀접한 관련이 있는 것으로 판단되며, DK-1번과 DK-4번의 경우와 같이 파손으로 토사유입이 발생할 경우 지반함몰과 공동발생의 위험이 큰 것으로 관찰되었다. 또한 토사퇴적이 발생한 DK-1번과 DK-4번 관로의 경우 손상부위의 빈도가 DK-3, DK-4의 관로에 비해 크게 나타난 것으로 볼 때 하수관로의 노후화로인한 하수관로의 건전도가 낮음을 알 수 있다.
- 조사대상 관로번호는 각각 DK-1, DK-2, DK-3, DK-4로 구분하였으며, Table 3은 관로 조사결과를 타나내고 있다. 조사결과 하수관로 주요 결함 유형은 이음부 변형(이음부 단차, 이음부 이탈), 토사유입, 균열 및 파손 등으로 나타났다(Fig. 7 참조). 이음부 단차로 인한 변형이 가장 심하게 발생한 관로는 DK-1으로 이음부 단차 5건이 발생하였다.
- 0m 내외에 매설되어 있는 것으로 확인된 하수관로의 분포가 반영되어 나타난 것으로 판단된다. 주변에 비해 구분되는 상대적으로 약한 반사강도 영역은 GPR 탐사단면에서 파의 감쇠현상이 나타났던 영역과 연관성을 보이는 것으로 판단되며, 하수관로 주변에 국부적으로 지반이 이완된 것을 알 수 있다. 하부심도 Time Slice 수평단면에서는 종방향 측선위치를 따라서 약한 반사강도가 우세하게 나타나며, 하수관 상부 심도에 비해 약한 반사강도 영역이 발달한 것을 알 수 있다.
- 하수관로 간이 현장조사를 통해 지반침하 의심 개소는 총 4개소로 조사되었으며, 그중 도로균열 발생 지점은 3개소, 도로함몰발생지점은 1개소로 파악되었다. 조사대상 관로번호는 각각 DK-1, DK-2, DK-3, DK-4로 구분하였으며, Table 3은 관로 조사결과를 타나내고 있다.
- CCTV 조사 결과를 통해 하수관로의 결함으로 인해 지반침하 발생 우려가 있는 지점을 대상으로 상부 지표면에서 GPR 조사를 수행하여 하수관로 손상과 지반함몰의 상관성을 검토하였다. 현장 조사결과 하수관로 결함이 발생한 구간에서 지반침하, 지반이완 등 이상신호가 나타난 것을 확인할 수 있었다.
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