[논문]지반굴착공사에서의 위험요인 선정과 안전관리방안 연구

원유진; 강경식

doi:10.12812/ksms.2019.21.4.031

지반굴착공사에서의 위험요인 선정과 안전관리방안 연구
Risk Factor Selaction and Safety Management Plan in the Underground Excavation Construction 원문보기

대한안전경영과학회지 = Journal of the Korea safety management & science, v.21 no.4, 2019년, pp.31 - 37

원유진 (명지대학교 산업경영공학과) , 강경식 (명지대학교 산업경영공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

When the foundation work of the underground part of the building structure or the excavation work of the civil engineering structure is carried out, there is the earthwork work by the inevitable process. As the economic situation continues to develop, construction in urban areas is becoming bigger and higher in scale due to the expansion of infrastructure and the rescue of urban dwellings in urban areas, and excavation of underground roads is inevitable. Excavation of the underground part may cause problems in the process difficulty and safety of the earthworks due to the complexity and various characteristics of the ground selected without consideration of the ground characteristics and site conditions. In order to complete the required facilities, it is necessary to secure the design and construction of the retaining walls. In order to complete the required construction, It is an important factor satisfying construction period and economical efficiency.

주제어

표/그림 (7)

표 Preceding Research Risk Factor
그림 [Figure 1] Research Model
그림 [Figure 2] Survey Analysis Method
표 Case Analysis Risk Factor
그림 [Figure 3] Risk Factor ranking
표 Ground Excavation Risk Factor Survey Results
표 Risk Index of Risk Factors at Each Stage

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

흙막이공사에서의 위험요인에 대한 문헌조사와 연구논문, 연구보고서를 고찰하여 연구방향을 설정하고자 한다. 기존 이론과 연구에서 밝힌 지반굴착공사에서의 위험요인을 도출하여 본 연구의 목적인 지반굴착공사에서의 사고예방을 하고자 한다.
본 연구는 지반굴착공사에서 발생하고 있는 사고의 위험요소를 분석하여 전문가를 대상으로 실증적 연구를 하고자 한다. 먼저 선행연구에서 김동민, 김우석, 백용(2017)과 김학문(2016), 김선우(2013), 한국시설안전공단(2010), 한국지반공학회(2002)는 지반굴착공사에서의 위험요소를 부정확한 지반조사, 지하구조물 구조해석의 미흡, 인접시설물 영향검토 미흡 등을 위험요소로 설정하였다.
최근에 발생한 상도동 유치원의 붕괴사고와 금천구 가산동 아파트 주차장 붕괴사고는 흙막이시설에서 사고가 발생하였다. 현장의 토질특성과 현장여건을 충분히 반영하지 않고 시공함으로써 공사 중 붕괴사고를 사전에 인지하지 못하여 발생한 사례를 분석하여 공사현장에서 붕괴사고가 발생하지 않도록 반드시 점검해야 할 항목을 찾는 것을 목적으로 한다.

가설 설정

또한 최소한의 지반조사를 할 수 있도록 예산을 별도 편성하여 배정하여야 한다. 설계단계에서 정확한 지반조사를 실시하는 것을 의무화 하는 것이 재조사 비용과 설계변경 과정을 생략할 수 있어 비용절감에도 공사기간 단축에도 바람직할 것이다.
지반조사에 필요한 인력에 대한 지속적인 교육과 관리의 개선이 필요하다. 인력에 대한 지속적인 관리와 교육은 업무에 대한 자긍심과 만족도를 높이고, 지반조사결과를 판독하고 해석할 수 있는 경험이 축척된 기술자가 확보되어야 지반조사 자료결과의 정확한 해석을 할 수 있을 것이다.

제안 방법

기획(설계)단계의 요인과 시공 초기단계의 요인은 변동사항이 없어 위험분석과 선행연구에서의 요소를 반영하였으며, 시공 중 단계요인은 위험분석요인과 선행연구 분석에서의 요소가 차이가 있어 요소의 중복되는 부분을 반영하여 연구모형으로 설정하였다. 제도적 요인에서는 위험분석에서의 요소와 선행연구에서의 요소가 차이가 있어 요소의 중복되는 부분을 반영하여 연구모형으로 설정하였다.
본 연구에서는 위험분석에서의 위험요소의 분석과 선행연구에서의 위험요소를 분석하여 공통되는 요소를 위험요소로 선정하여 연구모형을 결정하였다.
본 절에서는 각 단계별로 위험요소를 분류한 4단계를 발주기관, 설계사, 시공사의 기술자를 대상으로 설문조사를 실시하여, 실제 지반굴착공사에서의 전문가가 생각하고 경험한 위험요소를 조사하였다. <문항 5>번의 지반굴착공사에서 경험하거나 위험요소가 높다고 생각되는 항목 8개를 중복 답변한 것을 보면 [Table 3]과 같다.
회수된 설문은 AHP 분석방법을 통해 분석하였다. 선행연구와 재해사례를 통해 분석한 위험요소를 AHP 분석으로 위험요소의 타당성을 확보하고자 한다.
사고발생 위험도 순위가 높고 전문가들이 위험성이 높다고 답변한 요소에 대하여 위험요인에 대한 대책을 수립하여 사고예방을 하는 것이 필요하다. 본 연구에서 이러한 위험요소를 중심으로 개선안을 수립하였다.
위험요소의 분석은 사고사례의 원인을 면밀히 검토하여 위험요소를 추출하였고, 추출한 요소 중에서 비중이 큰요인을 위험요소로 분류하였다.
가설공사와 굴착공사 중 발생한 사고 111건을 분석하여 부정확한 지반조사, 지하구조물의 구조해석 미흡, 인접시설물의 영향검토 미흡, 가시설 구조체 불안정, 부적절한 굴착단계별 보강, 지표수․지하수 관리소홀, 과잉굴착, 시공방법 부적절, 사면활동, 보일링·히빙·파이핑, 자연재해, 계측관리 부적절, 안전관리기준 부재, 안전 시공관리계획서 이행부실, 사고조사·관리·교육부재 등 15개의 위험요소로 분류 할 수 있었다. 이를 기획(설계)단계 요인, 시공초기단계 요인, 시공 중 단계 요인, 제도적 요인으로 구분하였다.
지반굴착공사에서의 가장 중요한 위험요소로 전문가들이 지목한 항목은 지반조사 단계에서 공사 중 가장 취약한 부분을 제대로 파악하지 못하는 원인이 되는 부정확한 지반조사, 즉 지반조사에서 파악하지 못한 요인이 사고의 단초가 되는 원인으로 선정하였다. 이는 흙막이구조물의 변형과 파괴의 대부분의 원인이 부정확한 지반조사로 보기 때문이다.
흙막이공사에서의 위험요인에 대한 문헌조사와 연구논문, 연구보고서를 고찰하여 연구방향을 설정하고자 한다. 기존 이론과 연구에서 밝힌 지반굴착공사에서의 위험요인을 도출하여 본 연구의 목적인 지반굴착공사에서의 사고예방을 하고자 한다.

대상 데이터

본 연구에서는 65부의 설문지를 회수하였고, 조사 기간은 2019년 9월 16일부터 9월 25일까지 실시하고, 설문조사 대상은 발주기관 23부, 설계자 22부, 시공자 20부로 조사하였다. 단계별 요인결과에서 일관성 지수(consistency index)가 0.1 이하인 설문 54부를 분류하고, 문항4~7문항의 일관성지수가 0.1이하인 48부를 최종적으로 가중치 계산에 활용하였다
본 연구를 수행함에 있어서 지반굴착공사의 위험분석은 지반굴착공사의 사고사례를 분석하여 위험요소를 설정하기 위해 국토교통부와 한국시설안전공단의 건설안전정보시스템(COSMIC Construction Safety Management Information System)의 건설사고 DB의 1992년부터 2018년까지의 가설공사와 굴착공사에서의 사례를 통계자료로 활용하였고, 선행연구 자료를 검토하여 위험요소를 도출한 연구모형으로 발주기관, 설계용역사, 시공회사의 발주, 설계, 시공경험이 있는 전문가를 대상으로 실시하였다.
본 연구에서는 65부의 설문지를 회수하였고, 조사 기간은 2019년 9월 16일부터 9월 25일까지 실시하고, 설문조사 대상은 발주기관 23부, 설계자 22부, 시공자 20부로 조사하였다. 단계별 요인결과에서 일관성 지수(consistency index)가 0.
지반굴착공사의 위험분석은 지반굴착공사의 사고사례를 분석하여 위험요소를 설정하기 위해 국토교통부와 한국시설안전공단의 건설안전정보시스템(COSMIC Construction Safety Management Information System)의 건설사고 DB의 1992년부터 2018년까지의 가설공사와 굴착공사에서의 사례를 통계자료로 활용하였다.

이론/모형

회수된 설문은 AHP 분석방법을 통해 분석하였다. 선행연구와 재해사례를 통해 분석한 위험요소를 AHP 분석으로 위험요소의 타당성을 확보하고자 한다.

성능/효과

가설공사와 굴착공사 중 발생한 사고 111건을 분석하여 부정확한 지반조사, 지하구조물의 구조해석 미흡, 인접시설물의 영향검토 미흡, 가시설 구조체 불안정, 부적절한 굴착단계별 보강, 지표수․지하수 관리소홀, 과잉굴착, 시공방법 부적절, 사면활동, 보일링·히빙·파이핑, 자연재해, 계측관리 부적절, 안전관리기준 부재, 안전 시공관리계획서 이행부실, 사고조사·관리·교육부재 등 15개의 위험요소로 분류 할 수 있었다. 이를 기획(설계)단계 요인, 시공초기단계 요인, 시공 중 단계 요인, 제도적 요인으로 구분하였다.
각 그룹별 위험요소의 순위인 위험요소 순위와 위험요소의 위험률 순위사이에 순위상관계수(Rank Order Correlation)를 이용하여 분석결과의 상관의 강도를 분석하여보면 스피어만의 γ_s는 0.612로 높은 수준의 일치성을 보이고 있으며, 유의확률이 0.05보다 작음으로서 통계적으로도 유의한 결과를 나타내며, 켄달의 τ는 0.478로 일치성을 보이고 있으며 마찬가지로 유의확률이 0.05보다 작음으로써 통계적으로도 유의한 결과로 나타났다.
위험요소를 중심으로 개선안을 수립하였다. 전문가들이 위험률이 높다고 답변한 위험요소와 AHP분석에 의한 위험요소 순위 중 상위에 있는 기획(설계)단계의 부정확한 지반조사와 시공 초기단계의 가시설 구조체 불안정, 시공 중 단계의 시공방법 부적절에 대하여 문제점과 개선방안을 수립하였다.
지반굴착공사에서 각 단계별 AHP분석을 실시한 결과 각 단계별로 가중치는 0.483, 0.288, 0.165, 0.064로 분석되었다. 각 단계별 위험요소의 가중치는 [Figure 3]과 같이 도출되었다.
지반굴착공사에서 위험률 순위가 높은 위험요소와 AHP분석에 의해 산출된 최종 가중치간의 상관성 분석을 실시한 결과 상당히 높은 수준의 일치성을 나타내었다.
시공방법의 부적절로 인한 문제점은 토류구조물의 이음부 맞춤부의 시공불량으로 인한 지하수와 토사의 유출로 흙막이 구조물의 변형 또는 파괴, 인접시설물과 지장물의 조사를 소홀히 하여 생기는 인접 매설물의 파손, 시공지연으로 인한 흙막이벽의 변형과 과대한 응력의 발생, 지반굴착공사의 설계는 제대로 되어 있으나 시공과정에서 누락되거나 주변시설물의 현황을 제대로 조사하지 않고 흙막이 가시설을 설치하거나, 굴착시 앵커나 스트럿 등의 보강을 하지 않고 굴착하는 등 시공방법의 오류로 인한 사고가 많이 발생한다. 지반조사의 결과가 암반층에 지하 연속벽이 근입토록 설계되어 있으나 암반층의 암반정수를 과다하게 산정하여 암반층의 안정을 확보할 수 없는 구조로 시공되었고, 지하연속벽 시공시 배면에 그라우팅을 설계하였으나 시행되지 않고 진행되었으며, 당초 설계는 구조계산에 맞는 반력을 적용하였으나 최종 굴착단계에서 과소 적용하여 전체적인 버팀보의 설계를 과소하게 적용하여 가시설의 붕괴가 발생한다.

후속연구

건설공사에서 중대재해가 많이 발생하는 가운데 지반굴착공사에서의 사고예방을 위해 분석을 통해 위험요소를 도출하고 도출한 부정확한 지반조사와 가시설구조체 불안정, 시공방법 부적절에 대한 개선안을 통하여 반복되는 지반굴착공사의 사고를 예방하는데 기여하고, 현재 지반굴착공사의 가설구조물 시공 전 구조적 안정성 검토를 관계전문가가 검토 후에 공사를 진행할 수 있도록 하여야 하며, 건축물 착공신고서에 제출하는 지반조사보고서의 내용에 지반조사 체크리스트를 반드시 첨부하여 허가기관이 검토를 하고, 민간공사의 지반굴착공사 경우 지방자치단체와 지방국토관리청이 협력하여 관련법 이행여부를 점검하는 제도를 개선하면 지반굴착공사의 사고예방에 기여할 수 있을 것이다.
부정확한 지반조사에서는 충분한 지반조사 기간의 확보와 정밀한 지반조사, 지반조사인력에 대한 교육과 관리, 건축물 허가기관에서의 지반조사보고서의 면밀한 검토와 검토인력의 확보가 필요하며, 가시설구조체의 불안정에서는 설계단계에서 BIM (Building Information Modeling)을 의무화하여 시공과정에서의 오류를 예방하고, 건축물 착공신고서 제출시 설계도서 내용에 BIM을 의무화하여 건축물의 지반굴착공사에서 발생할 수 있는 가시설 오류를 방지하고, 시공방법 부적절은 시공상의 실수를 반복하지 않도록 기술자를 위한 주기적인 교육 및 교육 자료의 개발, 사고사례의 전파가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일정에 맞추기 위해 형식적이고 개략적인 조사를 방지하기 위한 방안은 무엇인가?	정밀한 지반조사를 수행하기 위해서는 용역 발주단계에서 충분한 지반조사를 할 수 있는 조사기간을 확보해 주어야 한다. 일정에 맞추기 위해 형식적이고 개략적인 조사를 방지하기 위해서 반드시 필요한 부분이다.
	건설현장에서의 사고원인중 가장 많은 발생 원인은 무엇인가?	건설현장에서의 사고원인은 다양하지만 근로자의 부주의로 인한 사고가 제일 많이 발생하여 매일 근로자에 대한 안전교육을 실시하고 건강상태를 확인하여 현장투입을 제한하는 등 많은 노력을 기울기고 있다. 기술적인 부분은 현장소장이나 건설사업관리기술자 등 현장기술자들이 챙겨야 할 부분이다.
	가시설구조체의 불안정으로 인한 문제는 무엇인가?	가시설구조체의 불안정으로 인한 문제는 가시설 구조체가 설계상의 가정과 시공조건 및 현장상황의 차이에서 오는 구조상의 결함에 의한 사고의 문제이며, 사고유형은 Ground anchor, Earth anchor, H-pile, Sheet-pile, Rock bolt, Strut, Wale 등 가시설 벽체를 지지하는 구조체의 결함이나 설계결함으로 발생하는 사고유형이 있다. 가시설구조체의 결함으로는 앵커 시공과정에서 천공과정에서 지하수와 함께 토사가 유출되어 앵커의 주입재가 손실되고, 부정확한 지반조사로 인한 정확한 암질상태를 확인하지 않아 불량지반에 앵커가 정착되고, 공사현장 주변 매설된 상수도관의 파열로 수압이 흙막이 가시설 배면에 작용한 복합적인 원인으로 흙막이 벽체가 파손되는 경우가 발생하였다.

참고문헌 (14)

LH, 지반조사 체크리스트.
고용노동부, 안전보건공단(2016), 안전보건 실무길잡이 (건설업 굴착공사).
국가법령정보센터(2018), 건축법 시행규칙 [별표 4의2].
국토교통부(1997), 건설공사 안전관리 편람(토목일반).
국토교통부(2014), 가설공사 표준시방서.
국토교통부(2016), 가설흙막이 설계기준.
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Construction Safety Management Information System(2018), Accident Data Base, http://www.cosmis.or.kr

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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