[논문]지하연속벽 공법 자동화 도입 타당성 검토

박경순; 구자경; 이태식

[국내논문] 지하연속벽 공법 자동화 도입 타당성 검토
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박경순 ((주)태조엔지니어링 기술연구소) , 구자경 (한양대학교 토목공학과) , 이태식 (한양대학교 건설환경시스템공학부)

도심지에서 수행하는 공사가 확대되면서 소음, 진동 등을 최소화하는 공법으로, 지하연속벽 공법이 제안되어 많은 활용이 이뤄지고 있다. 지하연속벽 공법은 기존 공법에 비해 대심도 굴착이 가능하며, 소음과 진동이 적어 활용도가 높음에도 불구하고 굴착 작업 간 수직도 확보를 위해 많은 시간이 소요된다. 공법의 적용이 이뤄지고 있는 현장방문 결과 건설기계를 통해 작업이 진행됨에도 불구하고 장비를 조작하는 조작자의 경험과 직관에 더 높은 의존도를 갖고 있는 것이 큰 문제로 조사되었다. 본 연구는 지하연속벽 공법의 주요 장비인 트렌치커터 운전기사 및 관련된 기술자들과의 인터뷰를 바탕으로 공법과 장비의 특성을 조사하고 Cost-oncern Matrix를 통해 굴착장비의 자동화 도입 타당성을 검토하였다. 연구를 통해 지하연속벽 공법에서 굴착 작업을 수행하는 트렌치커터를 자동화 하는 것이 타당한 것으로 판단된다.

According to increase of construction projects which is accomplished in the town, diaphragm wall method was proposed. This method diminished noise and vibration. And it is able to excavate deeper than other methods. But excavation work is difficult to maintain vertical and requires much time to work. Also the work result depends on know-how, experience and intuition of excavating machine operator. We interviewed technical experts related with slurry wall method and find equipment's characteristics. We used cost-concern matrix to investigate the propriety for the introduction of trench cutter automation. Through the research, it is proper to apply trench cutter automation.

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문제 정의

본 연구는 지하연속벽 공법과 관련하여 문헌조사와 함께 공법에 대한 시공경험이 있는 시공기술자 및 장비 업체 전문가를 인터뷰하고 공법이 적용 중인 한 개 현장을 방문하여 관련 자료를 수집하였다. 조사된 자료를 바탕으로 지하연속벽 공법 프로세스의 자동화요소 분석을 통해 각 작업의 Cost Impact와 AHP에 의한 자동화 선호지수(ACI)를 도출하여 Cost-Concern Matrix를 통해 지하연속벽 공법의 자동화 도입을 타당성을 검토하였다.
그러나 이러한 중요성에도 불구하고 트렌치 커터를 통해 공사 품질을 확보하는데 많은 어려움이 있어 트렌치커터와 관련된 작업이 개선되어야 할 필요가 있다. 이에 본 연구는 지하연속법 공법의 굴착작업요소분석 통해 지하연속벽시공의 문제점을 개선하고, 시공성을 향상시킬수 있는 지하연속벽 공법의 자동화도입의 타당성을 검토하였다.

제안 방법

굴착 행위시 요구되는 세부 Task를 굴착장비의 포지셔닝 및 굴착, KODEN 작업, 수직도 보정작업, 의사소통 산정하여 이를 자동화 요소 가중치를 적용하여 Automation Concern Index> 도출하였다(표 7).
수직도를 보완하고 굴착의 신뢰성을 확보하기 위해 굴착작업 사이에 별도로 KODEN이라는 음파계측장비를 이용하여 일정 깊이를 굴착할 때 마다 수직도를 측정한다. 관련 시방서를 보면 지중 연속벽의 굴착 후 KODEN을 사용하여 수직도를 검측하고 감리자의 승인을 받도록 명시하고 있다.
앞서 현장 조사를 통해 도출된 표 2의 지하연속벽 토공사 전체비용내역 중 트랜치커터 굴착작업의 요소비용 6085%에 대비 세부작업요소(Task)별 작업시간(%)을 곱하여 자동화요소의 Cost Im心act를 산정하였다.
이와 함께 지하연속벽 공법의 주요 장비인 트렌치 커터와 KODEN 작업을 수행하는 작업자의 인건비를 조사하였다.
자료를 수집하였다. 조사된 자료를 바탕으로 지하연속벽 공법 프로세스의 자동화요소 분석을 통해 각 작업의 Cost Impact와 AHP에 의한 자동화 선호지수(ACI)를 도출하여 Cost-Concern Matrix를 통해 지하연속벽 공법의 자동화 도입을 타당성을 검토하였다.
지하연속벽 시공기술자, 트랜치커터 운전사 그리고 장비업체 전문가를 인터뷰하여, 지하연속벽 공법의 자동화 요인도출을 위한 문제점을 검토하였다.

이론/모형

문헌조사와 현장실무자의 인터뷰를 근거로 트랜치 커터 굴착작업을 품질을 1로 할 때, 생산성, 장비조작, 작업자 능숙도, 안전 등 자동화의 핵심요소를 자동화 필수요소 항목에 대해 AHP(Analytic Hierar사iy Process)방법을 이용하여 가중치를 산정하였다. 결과는 표 6과 같다
이러한 요인들은 건설기계 자동화 도입이 요구되는 일반적인 특성으로 간주된다. 본 연구에서는 지하 연속벽 공법 자동화의 타당성을 정성적, 정량적으로 분석하기 R. L. T냐cker(1996)의 Cost-Concern Matrix를 이용하였다.

성능/효과

비중은 적용 구간에 따라 상이하다. 그러나 대상 현장에서 획득한 자료를 통해 지하연속벽 공법의 전체 작업내역중 굴착작업이 전체 공사비의 60%이상으로 매우 높은 비중을 차지하는 것을 알 수 있다. 이는 지하연속벽 공법을 자동화 하는데 있어 굴착 작업을 개선할 경우 가장 높은 자동화 효과를 볼 수 있음을 간접적으로 나타내는 것이다(표 2).
본 연구는 지하연속벽 공법의 특성 분석과 문제점 검토하고 이를 바탕으로 Cost-Concern Matrix기법을 사용하여 지하연속벽 공법의 굴착작업 대상의 자동화 도입이 타당함을 도출하였다. 이를 통해 굴착작업 장비에 대한 자동화 적용 시 지하연속벽 공법의 시공성과 함께 비용, 품질 등 전반적인 개선이 이뤄질 것으로 기대된다.
인터뷰를 통해 실질적으로 작업개선과 시공성 향상을 위해 기계적인 보완 시급한 것으로 판단되었다. 그러나 장비의 가격이 고가(한대에 약 15억 원 이상)이며 소모성 부품인 커터날 또한 고가이다.
야1)이 요구된다. 작업 소요 시간은 지반 상태에 따라 다르나 자료를 수집한 대상 현장의 경우 굴착속도를 기준으로 할 때 분당 60〜80cm의 작업 속도로 하루에 1〜3 개 굴착공의 굴착이 가능한 것으로 조사되었으며, KODEN 작업의 경우 20m 마다 측정하는 것을 기준으로 할 때 1회에 약 60〜90분이 소요되는 것으로 조사되었다. 표 4는 조사를 수행한 대상 현장에서 획득한 자료를 정리한 것이다.

후속연구

도출하였다. 이를 통해 굴착작업 장비에 대한 자동화 적용 시 지하연속벽 공법의 시공성과 함께 비용, 품질 등 전반적인 개선이 이뤄질 것으로 기대된다.
향후 기술요소 분석 및 경제성 검토를 수행하여 구체적인 자동화 방안을 제한하고자 한다.

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