[논문]지하공동 규모 평가를 위한 GPR 탐사 기반의 조사 연구

윤병조; 임한주; 김연규

doi:10.15683/kosdi.2023.9.30.737

[국내논문] 지하공동 규모 평가를 위한 GPR 탐사 기반의 조사 연구
Investigation Study on Underground Cavity Scale Estimation Based on GPR Exploration 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.19 no.3, 2023년, pp.737 - 746

윤병조 (College of Urban Science, Incheon National University) , 임한주 (College of Urban Science, Incheon National University) , 김연규 (College of Urban Science, Incheon National University)

초록
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연구목적:도로에서 공동에 의해 지반함몰이 발생하는 경우에는 인명피해, 구조물의 기능성 저하 및 사회적 간접비용 증가와 같은 다양한 문제가 나타나게 된다. 따라서, 도로가 함몰되기 전에, 도로하부의 공동 탐사 및 복구를 통한 지반함몰 방지가 필요하다. 연구방법: 본 연구에서는 기존의 개착을 통한 공동규모 산정방법의 문제점을 보완하기 위하여, GPR 기반의 공동규모 확인실험을 수행하였다. 연구결과: 실제 도로에서 발생한 공동을 대상으로 GPR 탐사결과와 개착을 통해 공동의 규모를 확인하였다. 그 결과, 공동의 발생 깊이에 대한 예측결과는 확인공동의 토피고와 유사한 것을 알 수 있었다. 그러나 공동의 종단 및 횡단 규모 차이를 분석한 결과, GPR 탐사결과가 확인공동에 비하여 매우 크게 예측하는 것으로 분석되었다. 도로현장 실험에 있어서, 공동 규모의 차이 및 비율은 일정한 경향을 발견할 수 없었으며, 이는 공동 확인 과정에서 일부 공동의 붕괴 및 함몰과 같은 문제점이 원인으로 분석되었다. 결론: 실험 결과로부터 도출된 공동의 규모 비와 산정 식으로 보정된 규모 비를 비교한 결과, 산정식 기반의 경험적 산정 방법을 바탕으로 공동 규모의 정량적 예측이 충분히 가능한 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: Ground subsidence due to cavity can bring about various problems, such as casualties, decrease of the safety of the structures, and indirect social costs. Therefore, ground subsidence should be prevented through the exploration and recovery of the cavity under the pavements. Method: In this study, GPR exploration method was carried out on both actual roadway and mock-up site to compensate for the problems caused by excavation and restoration process. Result: This study compared the cavity scales obtained from GPR exploration results and the direct excavation of the identified cavity. It was confirmed that the predicted soil depth by GPR exploration was similar to the identified soil depth, but the predicted cavity scale by GPR exploration overestimated the longitudinal and cross-sectional widths compared to the identified cavity scale. Conclusion: Based on the correlation between the predicted cavity scales by GPR exploration, it is possible to qualitatively estimate the cavity scales using the empirical formula proposed in this study.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. The extended multi-channel GPR exploration equipment mounted on a vehicle
그림 Fig. 2. Cavity excavation recovery site
그림 Fig. 3. Joint confirmation by GPR waveform at the exploration location and actual cutting
표 Table 1. Common causes for each excavation cavity
그림 Fig. 3. Joint confirmation by GPR waveform at the exploration location and actual cutting (Continue)
그림 Fig. 3. Joint confirmation by GPR waveform at the exploration location and actual cutting (Continue)
그림 Fig. 3. Joint confirmation by GPR waveform at the exploration location and actual cutting (Continue)

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 확인된 공동에 대하여 GPR 탐사 결과에 의한 규모와 직접 굴착에 의한 규모를 비교·분석하기 위한 현장 실험을 실시하였다
본 연구에서는 확인된 공동에 대하여 GPR 탐사 결과에 의한 규모와 직접 굴착에 의한 규모를 비교·분석하기 위한 현장 실험을 실시하였다

제안 방법

공동 복구를 위한 굴착 공사 시 현장 입회를 통해 공동의 형상 등의 현황을 조사 검토하였다. 공동굴착 복구 방법은 복구작업 시 백호 1대, 덤프트럭2대, 포장 장비, 싸인보드2대, 작업원 5명으로 예상 복구 공동 상부 지점 도로를 커팅 후 굴삭기를 이용하여 포장 층을 걷어낸 다음 공동을 확인하는 과정으로 이루어진다.
본 연구에서는 확인된 공동에 대하여 GPR 탐사 결과에 의한 규모와 직접 굴착에 의한 규모를 비교·분석하기 위한 현장 실험을 실시하였다. 공동의 규모와 위치, 공동 두께 등에 대한 사전 예상 종횡단 공동규모와 공동파형 포물선 전폭에 대한 길이차이와 비율 등을 조사하였으며, 공동의 평면 형태, 심도와 크기 상관성, 심도와 실공동 폭과 파형 폭과의 관계 등에 대한 상관성을 분석하였다.
그리고 공동의 규모와 위치, 심도(공동 두께)등에 대한 사전 예상 종횡단 공동규모와 공동파형 포물선 전폭에 대한 길이 차이와 비율 등을 분석하였다. 공동의 평면 형태, 심도와 크기 상관성, 심도와 실공동 폭과 파형 폭과의 관계 등에 대한 상관성을 분석하였다.
공동복구시 확인공동에 대한 분석은 분석공동 10개소에서 수행하였으며, 분석방법은 굴착에 의한 공동발생 생성원인에 대한 분석이 우선 이루어졌다. 그리고 공동의 규모와 위치, 심도(공동 두께)등에 대한 사전 예상 종횡단 공동규모와 공동파형 포물선 전폭에 대한 길이 차이와 비율 등을 분석하였다. 공동의 평면 형태, 심도와 크기 상관성, 심도와 실공동 폭과 파형 폭과의 관계 등에 대한 상관성을 분석하였다.
포장 층 직하 부의 공동 확인 후 원인분석을 위해 공동의 측면부를 굴착하여 공동을 확인하고 공동이 무너지지 않도록 인력을 투입하여 굴착 후 공동의 규모를 측정하며 하부로 추가 굴착을 진행하여 공동의 뿌리가 보이게 되고 공동의 뿌리를 추적하여 공동별로 발생원인을 분석한다. 또한 포장 층 하부 보조기층에 대한 토성의 특성도 함께 관찰하여 공동 발생원인을 분석하는 자료로 활용하였다.

대상 데이터

따라서 본 연구에서는 확인된 공동에 대하여 GPR 탐사 결과에 의한 규모와 직접 굴착에 의한 규모를 비교·분석하기 위한 현장 실험을 실시하였다. 공동복구시 확인공동에 대한 분석은 분석공동 10개소에서 수행하였으며, 분석방법은 굴착에 의한 공동발생 생성원인에 대한 분석이 우선 이루어졌다. 그리고 공동의 규모와 위치, 심도(공동 두께)등에 대한 사전 예상 종횡단 공동규모와 공동파형 포물선 전폭에 대한 길이 차이와 비율 등을 분석하였다.
먼저, 탐사자료를 기록 및 제어하는 소프트웨어를 활용하여, 자료 취득 시의 안테나 배열, 심플링 간격, 자료 위치 초동값 등을 설정한다. 그리고 송수신 채널 구성, DMI, 탐사시스템을 이용하여 자료를 취득한다. 탐사자료 분석 프로그램을 활용하여 자료의 전처리(Preprocessing), 보간(Interpolation), 구조보정(Migration)과 같은 자료처리 과정을 통해 결과분석을 수행한다.

데이터처리

그리고 송수신 채널 구성, DMI, 탐사시스템을 이용하여 자료를 취득한다. 탐사자료 분석 프로그램을 활용하여 자료의 전처리(Preprocessing), 보간(Interpolation), 구조보정(Migration)과 같은 자료처리 과정을 통해 결과분석을 수행한다. 이때, 포지셔닝 시스템을 통합운영을 통하여 채널별 단면 데이터 분석을 수행하고, 이상위치에 대해 노면영상과의 비교·분석을 통해 지하매설물, 맨홀 등 신호의 필터링을 한다.

성능/효과

결과, 토피고가 감소할수록 예측 공동의 토피고와 확인 공동의 토피고가 거의 일치하였으며, 토피고가 증가할수록 예측 공동의 종단폭의 차이는 증가하였지만, 횡단 폭의 차이는 거의 유사하게 나타났다.
그리고 발생한 공동의 토피고 별로 예측 공동으로 평가되는 포물선 형태의 GPR 파형 전체 폭과 확인 공동 규모의 비율을 분석한 결과, 예측 공동의 전체 폭에 대한 확인 공동 규모의 비율은 종단면이 44%~100%, 횡단면이 57%~100%를 보였다. 즉, 실제 발생한 공동의 규모에 비하여 GPR에 의해 탐사된 공동이 크게 예측되는 것을 알 수 있었다.
또한, 발생한 공동의 토피고 별로 예측 공동으로 평가되는 포물선 형태의 GPR 파형 전체 폭과 확인 공동 규모의 비율을 분석한 결과, 예측 공동의 전체 폭에 대한 확인 공동 규모의 비율은 종단면이 44%~100%, 횡단면이 57%~100%를 보였다. 즉, 실제 발생한 공동의 규모에 비하여 GPR에 의해 탐사된 공동이 크게 예측되는 것을 알 수 있었다.
예측 공동과 확인 공동이 위치하는 깊이 관계를 정성적으로 평가한 결과, 아스팔트 포장 층으로부터 예측 공동이 형성된 깊이는 확인 공동의 깊이와 거의 일치하는 것을 확인하였다.
그리고 발생한 공동의 토피고 별로 예측 공동으로 평가되는 포물선 형태의 GPR 파형 전체 폭과 확인 공동 규모의 비율을 분석한 결과, 예측 공동의 전체 폭에 대한 확인 공동 규모의 비율은 종단면이 44%~100%, 횡단면이 57%~100%를 보였다. 즉, 실제 발생한 공동의 규모에 비하여 GPR에 의해 탐사된 공동이 크게 예측되는 것을 알 수 있었다.
그리고 발생한 공동의 토피고 별로 예측 공동으로 평가되는 포물선 형태의 GPR 파형 전체 폭과 확인 공동 규모의 비율을 분석한 결과, 예측 공동의 전체 폭에 대한 확인 공동 규모의 비율은 종단면이 44%~100%, 횡단면이 57%~100%를 보였다. 즉, 실제 발생한 공동의 규모에 비하여 GPR에 의해 탐사된 공동이 크게 예측되는 것을 알 수 있었다.
확인 공동의 토피고에 따른 GPR 파형에 의한 예측 공동의 토피고와 전체 폭(종단 폭, 횡단 폭)의 관계를 분석한 결과, 확인 공동의 토피고는 0.11m에서 0.51m에 위치하고 있으며, 토피고가 감소할수록 예측 공동의 토피고와 확인 공동의 토피고가 거의 일치하였으며, 토피고가 증가할수록 예측 공동의 종단폭의 차이는 증가하였지만, 횡단 폭의 차이는 거의 유사하게 나타났다.

후속연구

즉, 예측공동과 확인공동이 위치하는 토피고는 유사하게 나타났지만, 공동 규모의 차이 및 비율은 일정한 경향을 발견할 수 없었다. 이는 공동을 확인하는 과정에서 일부 공동의 붕괴 및 함몰과 같은 문제점이 원인으로 분석되었기 때문에, 향후 인위적으로 정형화시킨 모의공동 기반의 실대형 현장실험을 통하여 공동 규모 산정방법을 제안할 필요가 있다.

참고문헌 (15)

Benedetto, A., Pensa, S. (2007). "Indirect diagnosis of pavement structural damages using surface GPR reflection？techniques." Journal of Applied Geophysics, Vol. 62, No. 2, pp. 107-123.
Cassidy, N.J., Eddies, R., Dods, S. (2011). "Void detection beneath reinforced concrete sections: The practical？application of ground penetrating radar and ultrasonic techniques." Journal of Applied Geophysics, Vol. 74, pp.？263-273.

상세보기
Daniels, D.J. (2004). Ground Penetrating Radar, 2nd ed., IEE Radar Sonar Navigation and Avionics Series. The？Institution of Engineering and Technology, London.
Endres, A.L., Clement, W.P., Rudolph, D.L. (2000). "Ground penetrating radar imaging of an aquifer during a？pumping test." Ground Water, Vol. 38, No. 4, pp. 566-576.

상세보기
Hagrey, S.A., Muller, C. (2000). "GPR study of pore water content and salinity in sand." Geophysical Prospecting,？Vol. 48, No. 1, pp. 63-85.
Kang, Y.V., Hsu, H.C. (2013). "Application of ground penetrating radar to identify shallow cavities in a coastal？dyke." Journal of Applied Science and Engineering, Vol. 16, No. 1, pp. 23-28.
Kim, B.W., Kim, H.S., Choi, D.H., Koh, Y.K. (2013). "Estimation of ground water table using Ground Penetration？Radar (GPR) in a sand tank model and at an alluvial field site." The Journal of Engineering Geology, Vol. 23, No. 3,？pp. 201-216.
Korean Society of Earth and Exploration Geophysicists (2011). Practical Guidelines for Geophysical Exploration,？Hanrimwon, Seoul, p. 397.
Kuroda, S., Jang, H., Kim, H.J. (2009). "Time-laps borehole data monitoring of an infiltration experiment in the？vadose zone." Journal of Applied Geophysics, Vol. 67, No. 4, pp. 361-366.
Lee, K., Kim, D., Park, J.J. (2017). "Study on management system of ground sinking based on underground cavity？grade." Journal of Geosynthetics Society, Vol. 16, No. 2, pp. 23-33.
Park, J.J., Chung, Y., Hong, G. (2019a). "A method for cavity scale estimation based on ground-penetration radar？explorations: An experimental study." Advances in Civil Engineering, Vol. 2019, p. 13.
Park, J.J., Shin, E.C., Kim, I.D. (2019b). "Field application of RFID for the cavity maintenance of under pavement."？Journal of the Society of Disaster Information, Vol. 15, No. 4, pp. 459-468.
Park, J.J., Shin, E.C., Park, K.S., Shin, H.S., Hong, G. (2018). "An experimental study on detecting materials of？GPR for maintenance of restored cavities." Journal of the Society of Disaster Information, Vol. 14, No. 4, pp.？430-439.
Park, J.J., Kim, I.D. (2020). "Analysis of the under pavement cavity growth rate using multi-channel GPR？equipment." Journal of the Society of Disaster Information, Vol. 16, No. 1, pp. 60-69.
Pyke, K., Eyuboglu, S., Daniels, J.J., Vendl, M. (2008). "A controlled experiment to determine the water table？response using ground penetration radar." Journal of Environmental and Engineering Geophysics, Vol. 13, No. 4,？pp. 335-342.？

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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