[논문]실규모 굴착 시험장에서의 시간경과 물리탐사 자료 분석

신동근; 송서영; 김빛나래; 유희은; 기정석; 남명진

doi:10.9720/kseg.2019.2.137

실규모 굴착 시험장에서의 시간경과 물리탐사 자료 분석
Time-lapse Geophysical Survey Analysis for Field-scale Test bed of Excavation Construction 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.29 no.2, 2019년, pp.137 - 151

신동근 (세종대학교 에너지자원공학과) , 송서영 (세종대학교 에너지자원공학과) , 김빛나래 (세종대학교 에너지자원공학과) , 유희은 (세종대학교 에너지자원공학과) , 기정석 ((주)지오스캔) , 남명진 (세종대학교 에너지자원공학과)

초록
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굴착공사 중 발생할 수 있는 지반함몰 사고를 방지하기 위해 굴착공사 주변 지층변화를 분석하고 모니터링하는 탐사기법과 기술이 필요함에 따라 다양한 탐사기술들을 적용, 보완함으로써 해석 기법을 향상시키는 것이 요구된다. 이 연구에서는 굴착공사 중 발생할 수 있는 지반침하 위험요소와 굴착, 지하수 등에 의한 이완영역을 탐지하기 위한 실규모 현장 실험을 실시하였다. 현장 실험을 수행하기 위해 실규모 굴착현장 테스트베드를 구축하고, 도심지 현장을 고려한 탐사법 중 전기비저항 탐사, 다중채널분석표면파탐사를 활용, 각 개별탐사의 적용 유효성 검토 및 모델링을 이용한 최적 탐사변수 도출과 설계, 탐사결과의 상호연관성을 비교 해석하였다. 이 연구 결과, 각 탐사별로 이완영역에 대한 영향을 확인할 수 있었으며, 특히 전기비저항탐사를 이용해 지하수면 위치를 확인하고 굴착에 대한 영향 파악할 수 있었다. 추후 지하수의 영향을 고려한, 즉 굴착면을 고려한 모델링에 대해 추가 연구가 필요할 것으로 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper

Geophysical exploration techniques are effective for monitoring changes in the ground condition around the excavation project to prevent subsidence risks during excavation work, therefore, improving analysis techniques is required for applying and supplementing various geophysical exploration technologies. In this study, a field-scale on-site test was conducted to detect possible ground subsidence hazards and areas of relaxation zone that may occur during excavation work and due to underground water level changes. In order to carry out the field test, a real-scale excavation test bed was constructed and the geophysical exploration methods, such as electrical resistivity survey and multi-channel analysis of surface wave (MASW) survey for urban sites condition, have researched for optimal geophysical exploration parameter, design and correlation analysis between the results by reviewing the validity of each individual geophysical exploration and modeling. The results of this study showed the impact of each geophysical exploration on the relaxation zone and, in particular, the location of the underground water surface and the effects of excavation were identified using electrical resistivity survey. Further research on modeling will be required, taking into account the effects of excavation and groundwater.

주제어

표/그림 (18)

그림 Fig. 1. Subsidence and collapse cause of road in Seoul-city.
그림 Fig. 2. (a) A photographic plane view and (b) cross sectional view of a field test site at lcheon-si, Kyeonggi-do, Korea.
그림 Fig. 3. Borehole cross section.
그림 Fig. 4. (a) Survey lines at the field site (left) before, and after constructions of (middle) excavation and (right) loosened zone, respectively. (b) A schematic view of constructing the loosened zone.
그림 Fig. 5. Resistivity sections inverted from resistivity survey data at times (a) T1, (b) T2 and (c) T3, respectively.
그림 Fig. 6. Resistivity of soils and rock type as a function of temperature (Henry, 1987).
그림 Fig. 7. A schematic view of MASW survey source and geophone positions along the survey line.
표 Table 1. Suggested parameter for MASW (Foti et al., 2018)
그림 Fig. 8. Seismic trace and dispersion curve from raw data. (a) Sampling interval: 1 s, Sampling frequency: 1 ,000, 12 ch receiver. (b) Sampling interval: 0.25 ms, Sampling frequency: 2,000, 12 ch receiver. (c) Sampling interval: 0.25 ms, Sampling frequency: 4,000, 24 ch receiver.
그림 Fig. 9. Seismic trace and dispersion curve after high cut frequency filtered.
그림 Fig. 10. Vs profile: (a) MASW survey line T1, (b) MASW survey line T2, (c) MASW survey line T3.
그림 Fig. 11. Vs inversion result: (a) MASW survey line T1, (b) MASW survey line T2, (c) MASW survey line T3.
그림 Fig. 12. Recording of groundwater level.
그림 Fig. 13. Resistivity distribution diagram in the area of whole survey zone: (a) pre-excavation, (b) excavation, (c) excavation and loosened zone.
그림 Fig. 14. Resistivity distribution diagram in the area of central excavation zone: (a) pre-excavation, (b) excavation, (c) excavation and loosened zone.
그림 Fig. 15. S-velocity distribution diagram in the area of whole survey zone: (a) pre-excavation, (b) excavation, (c) excavation and loosened zone.
그림 Fig. 16. S-velocity distribution diagram in the area of central excavation zone: (a) pre-excavation, (b) excavation, (c) excavation and loosened zone.
표 Table 2. Time-lapse changes of Vs

AI 본문요약
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문제 정의

동일한 현장에서 GPR탐사도 수행되었으며 이에 대해서는 Han(2018)에서 자세히 기술하였으므로 이 논문에서는 다루지 않았다. 이 논문에서는 먼저 실험현장 및 실험에 대해 간략히 소개하고, 전기비저항탐사와 MASW 탐사의 수행과 자료처리 및 해석에 대해 논의하고 시간경과 해석 및 복합 해석에 대해 토의하고자 한다.

제안 방법

MASW탐사 역시 전기비저항탐사와 동일하게 굴착 전과 굴착 후, 굴착 후 인공이완영역 부분에 대한 탐사로 총 3차례에 걸쳐 탐사를 수행하였으며 탐사 변수에 대한 개요는 Table 1에 요약하였다. 탐사장비는 Geometrics사의 Geode 시스템과 4.
굴착 전과 굴착공사 후 시간경과에 따른 지층변화를 알아보기 위한 정량적 해석의 참고자료로 활용하기 위하여 현장에 2개의 지하수위계를 설치하고, 2017년 12월 20일부터 2018년 3월 28일까지의 현장에서 실시간으로 지하수위를 측정하고 기록하였다(Fig. 12). 측정된 지하수위를 살펴보면 수위는 굴착이 진행됨과 동시에 같이 하강하여 굴착이 끝난 시점과 동일한 시기에 수위가 안정화되어 굴착고보다 2 m 내외 상부에서 계속 유지되고 있는 것을 확인할 수 있다.
굴착공사를 시작하기 전 시추시험조사와 재하시험, 투수시험, 전단시험, CPT, 실내암석시험 등의 현장 실험을 실시하였다. 시추결과를 토대로 작성된 지층단면도(Fig.
2), 흙막이 구조물 중 흙막이 벽의 종류는 PHC-W 말뚝벽체이며, 흙막이 벽체지지 공법은 수평버팀대(Strut) 공법으로 시공하였다. 굴착은 2017년 12월 21일부터 2018년 1월 19일까지 한 달 동안 4 차례에 걸쳐, 1.5 m, 4.5 m, 6.5 m, 8.6 m까지 순차적으로 굴착하고, PHC-W 말뚝을 사용한 수평버팀대 공법을 이용하였다.
풍화암은 굴진 시 실트질 모래로 분해되고 습윤상태 황갈색 색조를 보이며 암편이 협재된 상태이다. 기반암은 어느 정도 풍화가 진행된 상태로, 8.3~8.5 m에서 복합절리구간을 보여주고 있으며, 시추시험조사 당시 지하수위는 (-)0.4~0.8 G.L.m (ground level meter)에 분포하며, 물리탐사 때까지 지속적으로 계측기를 통해 지하수위의 변화를 모니터링하였다. 굴착이후 3차 탐사 당시 지하수위는 지표에서 7 m까지 하강한 것으로 측정되었다
도심지 환경에서 주로 발생하는 굴착공사 중 지반함몰에 대한 연구목적으로, 실규모의 굴착 테스트베드를 설정하고, 굴착 전과 굴착 후에 탐사를 수행하였다. 지반특성의 변화를 알아보기 위하여 지구물리탐사인 전기비저항탐사와 MASW 탐사를 수행하였으며, 사전 모델링을 통해 최적 탐사변수를 도출한 후, 굴착 전, 굴착 후, 굴착 후 이완영역생성으로 구분하여 총 9개월에 걸쳐 3차례 탐사를 실시하고, 각 탐사별 개별 결과와 굴착에 따른 지하수위 변화를 비교분석 하였다.
이 연구에서는 개착식 굴착공사 실험 현장에서 공사 진행에 따라 여러 번 획득한 전기비저항자료와 MASW자료를 각 시간대 별로 먼저 해석하고 차후 시간경과 해석에 대한 적용성을 검토하였다. 동일한 현장에서 GPR탐사도 수행되었으며 이에 대해서는 Han(2018)에서 자세히 기술하였으므로 이 논문에서는 다루지 않았다. 이 논문에서는 먼저 실험현장 및 실험에 대해 간략히 소개하고, 전기비저항탐사와 MASW 탐사의 수행과 자료처리 및 해석에 대해 논의하고 시간경과 해석 및 복합 해석에 대해 토의하고자 한다.
이번 연구에서 세 차례에 걸쳐 취득한 자료가 지오폰 배열뿐만 아니라 표집 시간(sampling time) 설정이 각기 다른 상황에서 자료를 취득하여 일관성 있는 양질의 데이터를 확보하는데 어려움이 있었다. 실제로 1차 탐사에서는 표집 간격(Sampling interval): 1 s, 표집진동수(Sampling frequency): 1,000 Hz과 12채널 지오폰 배열, 2차 탐사에서는 표집간격: 0.25 ms, 표집 진동수: 2,000 Hz와 12채널 지오폰 배열을 이용하였고, 3차 탐사에서는 표집간격: 0.25 ms, 표집진동수: 4,000과 24채널 지오폰 배열을 사용하였다. 결과적으로 1차 탐사에서는 표집진동수의 설정이 부족했고, 2차와 3차 탐사 에서는 표집간격을 작게 설정하는 실수를 하게 되었다.
실험장에서의 굴착 전, 후 그리고 인공이완영역 생성 후, 총 3 차례에 걸쳐서 전기비저항탐사와 MASW탐사를 실시하였으며, (실험지역의 4면 중 3면이 장애물과 펜스설치가 되어있고 측선설치에 제약이 있어) 굴착 영역의 남쪽에 위치한 측선에 대해 탐사하였다. 굴착 전 1차 탐사는 2017년 7월 20일, 굴착 후 탐사인 2차 탐사는 2018년 2월 26일, 인공이완영역 생성 후 탐사인 3차 탐사는 2018년 4월 20일에 수행하였다(Fig.
8)을 보면, 충분한 표면파열을 기록하지 못하였고, 고주파수 대역의 노이즈로 인해 S/N비가 좋지 않아 초기 분산곡선을 추출하는 것이 어려워, 전단파 속도분포도의 신뢰도가 낮아지는 문제가 발생하였다. 얻어진 자료 내에서 노이즈 성분을 배제시키고 분산곡선을 추출하기 위해 고주파 대역의 노이즈를 제거하고 표면파의 분산특성성분이 나타날 수 있도록 측선상의 모든 채널 기록(record trace)에 고역 차단 주파수(Hi-cut frequency) 필터를 적용하여 데이터 처리 및 분석을 하였으며, 이러한 자료처리를 통해 필터적용 전보다 필터적용 후의 탄성파 자료에서 좀 더 신뢰도가 있는 분산곡선을 추출하는 것이 가능하였다(Fig. 9)
이 연구에서는 개착식 굴착공사 실험 현장에서 공사 진행에 따라 여러 번 획득한 전기비저항자료와 MASW자료를 각 시간대 별로 먼저 해석하고 차후 시간경과 해석에 대한 적용성을 검토하였다. 동일한 현장에서 GPR탐사도 수행되었으며 이에 대해서는 Han(2018)에서 자세히 기술하였으므로 이 논문에서는 다루지 않았다.
전기비저항 탐사는 ABEM사의 Terrameter LS2를 사용하였으며, 탐사 시 전극배열은 쌍극자 배열(Dipole-Dipole array)을 사용하였다. 전극간격을 2 m로 하여 최대 전극 수(n) 5까지(최대 10 m까지) 탐사자료를 취득하였다. 전기비저항 역산에는 Diprowin을 사용하였고, 유한요소법과, 2차 미분 평활화제한 반복역산을 5회 수행하여 결과단면을 얻었다.
전극간격을 2 m로 하여 최대 전극 수(n) 5까지(최대 10 m까지) 탐사자료를 취득하였다. 전기비저항 역산에는 Diprowin을 사용하였고, 유한요소법과, 2차 미분 평활화제한 반복역산을 5회 수행하여 결과단면을 얻었다.
도심지 환경에서 주로 발생하는 굴착공사 중 지반함몰에 대한 연구목적으로, 실규모의 굴착 테스트베드를 설정하고, 굴착 전과 굴착 후에 탐사를 수행하였다. 지반특성의 변화를 알아보기 위하여 지구물리탐사인 전기비저항탐사와 MASW 탐사를 수행하였으며, 사전 모델링을 통해 최적 탐사변수를 도출한 후, 굴착 전, 굴착 후, 굴착 후 이완영역생성으로 구분하여 총 9개월에 걸쳐 3차례 탐사를 실시하고, 각 탐사별 개별 결과와 굴착에 따른 지하수위 변화를 비교분석 하였다.
4a). 특히 굴착으로 인한 이완영역의 반응을 보기 위해 만든 인공이완영역은 시추에 사용된 장비인 크롤러 드릴을 이용하여 지하에서 맞닿도록 2 공의 경사시추를 수행하여 약 3.6 m 깊이까지 시추 후 충분한 이수와 물을 주입하여 지반의 교란과 이완을 유도하였고, 경사시추 2곳 중 한 곳은 드릴 파이프를 제거한 이후 PVC 파이프를 설치하였다(Fig. 4b).

대상 데이터

실험장에서의 굴착 전, 후 그리고 인공이완영역 생성 후, 총 3 차례에 걸쳐서 전기비저항탐사와 MASW탐사를 실시하였으며, (실험지역의 4면 중 3면이 장애물과 펜스설치가 되어있고 측선설치에 제약이 있어) 굴착 영역의 남쪽에 위치한 측선에 대해 탐사하였다. 굴착 전 1차 탐사는 2017년 7월 20일, 굴착 후 탐사인 2차 탐사는 2018년 2월 26일, 인공이완영역 생성 후 탐사인 3차 탐사는 2018년 4월 20일에 수행하였다(Fig. 4a). 특히 굴착으로 인한 이완영역의 반응을 보기 위해 만든 인공이완영역은 시추에 사용된 장비인 크롤러 드릴을 이용하여 지하에서 맞닿도록 2 공의 경사시추를 수행하여 약 3.
MASW탐사 역시 전기비저항탐사와 동일하게 굴착 전과 굴착 후, 굴착 후 인공이완영역 부분에 대한 탐사로 총 3차례에 걸쳐 탐사를 수행하였으며 탐사 변수에 대한 개요는 Table 1에 요약하였다. 탐사장비는 Geometrics사의 Geode 시스템과 4.5 Hz 지오폰 스트리머를 사용하였고, 송신원은 8 kg의 SledgeHammer, Nearest offset은 10 m, 지오폰 간격을 1 m로 유지하여 이동시켜가면서, 1차와 2차 탐사에서는 12채널, 3차에서는 24채널을 지오폰 배열로 자료취득하였다(Fig. 7). 탐사심도와 해상도를 고려하여 적합한 지오폰 간격과 전체 측선의 길이 설정, 좋은 S/N 비의 탄성파 에너지 활용은 양질의 현장 자료를 획득하고 결과분석을 하는 데 있어 중요하다.

데이터처리

자료처리에는 Seisimager를 사용하였으며, 중간값 필터(Median filter)를 적용하여 4~40 Hz 사이의 주파수를 분석하고, 2D 중간값 필터와 평활화(smoothing)를 적용하여 분산곡선을 추출하였다. 추출된 분산곡선(Fig.

이론/모형

전기비저항 탐사는 ABEM사의 Terrameter LS2를 사용하였으며, 탐사 시 전극배열은 쌍극자 배열(Dipole-Dipole array)을 사용하였다. 전극간격을 2 m로 하여 최대 전극 수(n) 5까지(최대 10 m까지) 탐사자료를 취득하였다.
추출된 분산곡선으로부터 각각의 1차 전단파 속도 프로파일(profile)을 비선형 최소자승법(non-linear least square method)를 통해 역산하여 최종 속도단면으로 계산하고, 2차원 속도단면을 작성하였다. S파 속도 프로파일은 5~7 개의 속도 층로 나타나고, 전반적인 전단파의 속도분포는 300 m/s 이하에서 나타나고 있다.

성능/효과

탐사심도와 해상도를 고려하여 적합한 지오폰 간격과 전체 측선의 길이 설정, 좋은 S/N 비의 탄성파 에너지 활용은 양질의 현장 자료를 획득하고 결과분석을 하는 데 있어 중요하다. 1차와 2차 탐사에서는 케이블과 지오폰의 현장사용 제약으로 인해 12채널만을 이용하여 탄성파 신호를 수신하였고, 3차에서는 24채널을 이용하여 자료를 얻었는데, 자료처리를 하면 서 탄성파 신호와 분산곡선을 비교해본 결과, 12채널을 사용한 것보다 24채널을 사용하여 얻어진 탄성파 신호가 좀 더 양질의 데이터로 자료처리 및 결과분석을 하는 것이 유리한 것을 확인할 수 있었다. 비록, 에너지가 작은 해머를 이용한 탐사를 할 경우에도, 가능하면 24채널 이상을 이용하여 많은 분산곡선 데이터를 활용하는 것이 양질의 결과를 도출하는 데 유리할 것으로 보인다
이로 인해 1차와 2차 탐사에서는 전체 측선길이가 짧고, 시간창(time window)이 전체 표면파의 주파수가 제대로 기록되지 않았다. 3차 탐사 역시 시간창이 1 s 정도로 충분하지 않았지만, 1, 2차 탐사와 달리 24채널 지오폰 배열을 사용하여 분산곡선 이미지가 이전보다 안정화된 것을 자료처리 과정에서 확인할 수 있었다. 물론 이러한 시간창 설정과 지오폰 배열 등은 탐사환경과 목적에 따라 달라질 수 있지만, 기본적으로 시간창은 전체 표면파열이 항상 포함되도록 설정하여야 할 것이다.
3차례에 걸친 탐사결과 전단파 속도 평균값은 거의 비슷한 것으로 보이며, 굴착 후에 약간의 속도 감소 이후, 다시 시간이 경과한 후에 속도가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 인공이완영역생성 지점은 전단파 속도의 특이한 변화가 나타나지 않았으며, 2D 속도 역산단면상에서만 일부 미세한 차이를 보여주고 있는데, 전기비저항탐사 결과에 비하여 지하수면의 이동에 따른 영향과 이완영역에 대한 상관관계와 민감도가 다소 떨어지는 것으로 보인다.
더불어 탐사기간 동안 지하수위 변화를 지속적으로 모니터링하여, 간 단계별 탐사결과의 전기비저항 값과 상관성 분석을 하였으며, 지하수위 변화에 따라 전기비저항값이 영향을 많이 받는 것을 확인할 수 있었다. MASW 탐사를 통해 전단파속도와 지하수위의 변화양상을 같이 비교한 결과, 전기비저항과 지하수위의 연관성보다는 상관관계가 부족한 것으로 보이나, 2D 속도 역산 단면비교를 통해 굴착이 진행됨에 따른 속도변화를 확인할 수 있었다.
25 ms, 표집진동수: 4,000과 24채널 지오폰 배열을 사용하였다. 결과적으로 1차 탐사에서는 표집진동수의 설정이 부족했고, 2차와 3차 탐사 에서는 표집간격을 작게 설정하는 실수를 하게 되었다. 이로 인해 1차와 2차 탐사에서는 전체 측선길이가 짧고, 시간창(time window)이 전체 표면파의 주파수가 제대로 기록되지 않았다.
11에 나타내었다. 굴착 전 전단파 속도는 140~260 m/s까지 분포하고 있으며, 굴착 후 탐사결과에서는 굴착전과 비교하여 지표에서 6 m까지는 전단파 속도가 더 높게 나오는 결과를 보여주고 있으며, 6 m 이하에서는 이전과 비교하여 약간 감소하는 것을 볼 수 있고, 4~6 m 구간에서의 저속대 분포 심도와 양상이 전기비저항 탐사결과와 일부 비슷한 경향을 보이고 있다. 굴착 전과 비교하여 굴착이후 전반적으로 전단파속도의 변화가 확실히 달라진 것을 확인할 수 있다.
굴착 전과 비교하면 전단파 속도가 6 m 심도를 기준으로 6 m 이전까지는 속도가 높게 나타났으며, 6 m 이하 심도에서는 오히려 속도가 감소하는 것으로 분석되었다. 인공이완영역 시공 후 탐사결과는 지표에서 심도 3 m까지는 전단파 속도가 감소하다가 이후부터 계속 증가하는 양상을 보이고 있으며, 2차 탐사결과보다는 전체적으로 속도분포도가 높게 나타남을 볼 수 있다.
굴착 후 탐사자료를 취득하고 54일 후 이완영역을 구성하고 탐사한 자료의 역산 결과(Fig. 5c), 굴착 후 결과(Fig. 5b)보다 저비항대가 굴착면을 따라 좀 더 깊게 심부로 확장된 양상을 확인할 수 있다. 실제 지하수위는 이전과 비교하여 큰 변화가 없었지만 이수 및 물 주입으로 인한 풍화대층의 수분포화도가 더 높아짐에 따라 저비저항대가 심부로 발달하는 모습을 보이는 것으로 추정된다.
굴착이 진행될수록 지표하중의 이동과 압력분산 등으로 지하수면의 하강과 이동이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 지하수는 전기비저항과의 상관관계가 뚜렷함에 따라, 굴착이 진행될수록 지하수면의 이동이 수반되는 현상을 기본으로 하여 전기비저항 탐사를 통해 굴착이 주변 지반환경에 미치는 영향을 조사하고 예측하는 것이 가능할 것으로 판단된다.
더불어 탐사기간 동안 지하수위 변화를 지속적으로 모니터링하여, 간 단계별 탐사결과의 전기비저항 값과 상관성 분석을 하였으며, 지하수위 변화에 따라 전기비저항값이 영향을 많이 받는 것을 확인할 수 있었다. MASW 탐사를 통해 전단파속도와 지하수위의 변화양상을 같이 비교한 결과, 전기비저항과 지하수위의 연관성보다는 상관관계가 부족한 것으로 보이나, 2D 속도 역산 단면비교를 통해 굴착이 진행됨에 따른 속도변화를 확인할 수 있었다.
또한 굴착 후의 탐사 결과(Fig. 5b)를 살펴보면 굴착 전(Fig. 5a)이나, 이완영역 탐사결과(Fig. 5c)와 비교하여 지표부근 심도 2 m까지 약 700~2000 Ω-m정도의 고비저항대가 뚜렷하게 나타나는 것을 관찰할 수 있는데, 탐사 당시 온도가 영하의 날씨의 영향에 의해 점토 등의 토양구성물질의 입자크기가 커지고, 평상시보다 전극과 지표와의 접지저항과 토양입자 간의 전기전도도가 작아져 지표부근에서 고비저항대가 두드러지게 나타난 것으로 보인다.
S파 속도 프로파일은 5~7 개의 속도 층로 나타나고, 전반적인 전단파의 속도분포는 300 m/s 이하에서 나타나고 있다. 분산곡선 자료를 역산하여 구한 S파 속도 프로파일(Fig. 10)에서, 굴착 전 테스트부지에 대한 S파 속도구조를 살펴보면 지표에서 약 3 m구간에서 130 m/s를 나타내고, 그 하부 1 m구간에서 140 m/s로 증가하며, 5~6 m 구간에서는 160 m/s로 증가, 6~8 m 구간에서는 220 m/s, 8~10 m 구간에서는 250 m/s 정도의 속도를 보이고 있다. 굴착 이후 2차 탐사에서는 지표 최상부 2 m 구간에서 180 m/s, 2~3 m 구간 200 m/s, 3~4.
시간경과에 따른 전기비저항탐사 결과의 비저항 값을 전체 탐사영역에 대한 심도별 분포도(Fig. 13)와 굴착면 중심부를 따른 비저항값을 심도별 분포도(Fig. 14)를 통해 지하수면과 비저항 분포도의 상관관계를 유추해 보면, 굴착 전과 굴착 후 지하수위의 변화와 함께 저비저항대 분포도 역시 같이 변하는 것을 확인 할 수 있다. 또한 굴착 후 이완영역생성에서는 지하수면의 높이 부근에서 저비저항대가 좀 더 넓은 범위로 하부까지 나타나는 것을 볼 수 있는데, 인공이완영역대의 영향과 지하수면의 하강으로 인한 하부 풍화대의 함수율 증가가 시간이 지남에 따라 더 커지면서 나타나는 것으로 볼 수 있다.
굴착공사를 시작하기 전 시추시험조사와 재하시험, 투수시험, 전단시험, CPT, 실내암석시험 등의 현장 실험을 실시하였다. 시추결과를 토대로 작성된 지층단면도(Fig. 3)를 보면, 점토질 모래(Clay sand)로 구성되어 있는 퇴적층이 깊이 4.8~5.3m에 있고 퇴적층 하부에 실트질 모래(Silty sand)의 풍화토층이 깊이 2.2~5.9 m에 위치했으며, 이후 풍화암과 기반암이 출현하는 지층분포를 보이고 있는 것을 확인할 수 있다. 풍화암은 굴진 시 실트질 모래로 분해되고 습윤상태 황갈색 색조를 보이며 암편이 협재된 상태이다.
굴착 전과 비교하여 굴착이후 전반적으로 전단파속도의 변화가 확실히 달라진 것을 확인할 수 있다. 이완영역 시공 후 탐사결과에서는 이완 구간인 2~4 m 심도에서 전단파 속도가 미세하게 감소하고 있으며, 이완 구간 이하 심도에서는 약 두 달쯤 전 2차 탐사결과의 전단파속도보다 더 높은 속도분포도를 보이고 있다.
굴착 전과 비교하면 전단파 속도가 6 m 심도를 기준으로 6 m 이전까지는 속도가 높게 나타났으며, 6 m 이하 심도에서는 오히려 속도가 감소하는 것으로 분석되었다. 인공이완영역 시공 후 탐사결과는 지표에서 심도 3 m까지는 전단파 속도가 감소하다가 이후부터 계속 증가하는 양상을 보이고 있으며, 2차 탐사결과보다는 전체적으로 속도분포도가 높게 나타남을 볼 수 있다.
3차례에 걸친 탐사결과 전단파 속도 평균값은 거의 비슷한 것으로 보이며, 굴착 후에 약간의 속도 감소 이후, 다시 시간이 경과한 후에 속도가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 인공이완영역생성 지점은 전단파 속도의 특이한 변화가 나타나지 않았으며, 2D 속도 역산단면상에서만 일부 미세한 차이를 보여주고 있는데, 전기비저항탐사 결과에 비하여 지하수면의 이동에 따른 영향과 이완영역에 대한 상관관계와 민감도가 다소 떨어지는 것으로 보인다. 다만, 이번 연구의 MASW 탐사는 10 m 이내의 천부 굴착지역을 대상으로 한 것으로, 30~40 m 심도까지 탐사영역을 확대하고, 좀 더 장기간에 걸친 모니터링으로 양질의 데이터를 취득하여 분석한다면, 이 연구결과보다 상관관계가 높은 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다
자료처리에는 Seisimager를 사용하였으며, 중간값 필터(Median filter)를 적용하여 4~40 Hz 사이의 주파수를 분석하고, 2D 중간값 필터와 평활화(smoothing)를 적용하여 분산곡선을 추출하였다. 추출된 분산곡선(Fig. 9)을 보면 표면파 성분이 6 Hz에서 38 Hz사이에서 분포되어 있고, 위상속도의 분산 특성은 진동수가 6 Hz에서 20 Hz으로 증가하면서 약 300 m/s에서 160 m/s로 감소하고 20 Hz 이상에서는 160 m/s으로 거의 동일한 속도를 보이고 있는 것을 확인할 수 있다. 탄성파 자료를 살펴보면 50 m/s 이후에 표면파가 나타나는 것을 확인할 수 있는데, 상부 퇴적층이 느슨한 점토질 모래인 것을 감안하면 표면파의 도달속도가 비교적 빠른 것으로 보인다.
12). 측정된 지하수위를 살펴보면 수위는 굴착이 진행됨과 동시에 같이 하강하여 굴착이 끝난 시점과 동일한 시기에 수위가 안정화되어 굴착고보다 2 m 내외 상부에서 계속 유지되고 있는 것을 확인할 수 있다.

후속연구

인공이완영역생성 지점은 전단파 속도의 특이한 변화가 나타나지 않았으며, 2D 속도 역산단면상에서만 일부 미세한 차이를 보여주고 있는데, 전기비저항탐사 결과에 비하여 지하수면의 이동에 따른 영향과 이완영역에 대한 상관관계와 민감도가 다소 떨어지는 것으로 보인다. 다만, 이번 연구의 MASW 탐사는 10 m 이내의 천부 굴착지역을 대상으로 한 것으로, 30~40 m 심도까지 탐사영역을 확대하고, 좀 더 장기간에 걸친 모니터링으로 양질의 데이터를 취득하여 분석한다면, 이 연구결과보다 상관관계가 높은 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다
1차와 2차 탐사에서는 케이블과 지오폰의 현장사용 제약으로 인해 12채널만을 이용하여 탄성파 신호를 수신하였고, 3차에서는 24채널을 이용하여 자료를 얻었는데, 자료처리를 하면 서 탄성파 신호와 분산곡선을 비교해본 결과, 12채널을 사용한 것보다 24채널을 사용하여 얻어진 탄성파 신호가 좀 더 양질의 데이터로 자료처리 및 결과분석을 하는 것이 유리한 것을 확인할 수 있었다. 비록, 에너지가 작은 해머를 이용한 탐사를 할 경우에도, 가능하면 24채널 이상을 이용하여 많은 분산곡선 데이터를 활용하는 것이 양질의 결과를 도출하는 데 유리할 것으로 보인다
굴착이 진행될수록 지표하중의 이동과 압력분산 등으로 지하수면의 하강과 이동이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 지하수는 전기비저항과의 상관관계가 뚜렷함에 따라, 굴착이 진행될수록 지하수면의 이동이 수반되는 현상을 기본으로 하여 전기비저항 탐사를 통해 굴착이 주변 지반환경에 미치는 영향을 조사하고 예측하는 것이 가능할 것으로 판단된다.
추가적으로 탐사 전 굴착과 지하수면의 영향을 추후 결과에 예측하는 모델링 설정을 통해 실제 결과 유추와 신뢰도 검증 등을 할 수 있을 것으로 사료되며 이에 대한 추가적인 연구를 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	굴착공사 중 발생할 수 있는 지반함몰 사고를 방지를위해 어떤것들이 요구되는가?	굴착공사 중 발생할 수 있는 지반함몰 사고를 방지하기 위해 굴착공사 주변 지층변화를 분석하고 모니터링하는 탐사기법과 기술이 필요함에 따라 다양한 탐사기술들을 적용, 보완함으로써 해석 기법을 향상시키는 것이 요구된다. 이 연구에서는 굴착공사 중 발생할 수 있는 지반침하 위험요소와 굴착, 지하수 등에 의한 이완영역을 탐지하기 위한 실규모 현장 실험을 실시하였다.
	지하안전관리에 관한 특별법은 무엇인가?	또한 2018년부터 시행되고 있는 “지하안전관리에 관한 특별법”에 따르면 20 m 이상 굴착 시에는 “지하안전 영향평가&rd quo;를 실시하고, 10~20 m 굴착 시에는 “소규모 지하안전 영향평가”를 실시하게 되어 있으며, 지하물리탐사(GPR, 전기비저항 탐사, 탄성파탐사 등)를 이용한 조사평가를 제안하고 있다. 얕은 심도의 대상 구조를 파악하기에 높은 분해능을 보이기 때문에 도심지 도로 동공탐사 등에 적합한 지하투과레이더(Ground Penetrating Radar, GPR)는 서울시를 중심으로 비교적 활발히 시행되고 있지만 굴착현장을 대상으로 하는 탐사는 탐사법에 대한 기준과 연구사례가 아직 부족하다.
	지반함몰 사고를 방지하기 위해 어떤 과정을 통해 연구를 진행 하였는가?	이 연구에서는 굴착공사 중 발생할 수 있는 지반침하 위험요소와 굴착, 지하수 등에 의한 이완영역을 탐지하기 위한 실규모 현장 실험을 실시하였다. 현장 실험을 수행하기 위해 실규모 굴착현장 테스트베드를 구축하고, 도심지 현장을 고려한 탐사법 중 전기비저항 탐사, 다중채널분석표면파탐사를 활용, 각 개별탐사의 적용 유효성 검토 및 모델링을 이용한 최적 탐사변수 도출과 설계, 탐사결과의 상호연관성을 비교 해석하였다. 이 연구 결과, 각 탐사별로 이완영역에 대한 영향을 확인할 수 있었으며, 특히 전기비저항탐사를 이용해 지하수면 위치를 확인하고 굴착에 대한 영향 파악할 수 있었다.

저자의 다른 논문 :

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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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