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문제 정의
- 재해 예방 시스템의 일환으로 최첨단 기술을 절토사면에 접목시켜 상시계측시스템을 IT(Information Technology) 개발·운용하게 되었다. 절토사면 상시계측시스템은 잠재적인 붕괴 징후나 장기적인 지반 변위 양상을 실시간으로 계측함으로써 붕괴발생이전에 차량 이동의 차단, 인명 대피 등에 의한 응급조치를 취하여 절토사면 붕괴에 의한 피해를 최소화 하는데 목적이 있다.
제안 방법
- 시범설치 현장에 대한 상시계측시스템의 효율성과 검증을 거친후 위험절토사면 상시계측시스템을 확대·적용하였다.
- 그러나 암반사면에서 낙석발생이 일어나 현장이라 하더라도 점이적인 계측결과를 보여 사전에 붕괴를 차단한 경우가 몇몇 보고되고 있으며 이러한 현장들의 공통점은 상시계측시스템 외에 사면보호시설을 갖춘 사면들이다. 이렇게 사면보호시설과 상시계측시스템을 함께 적용하여 낙석을 차단한 현장과 상시계측시스템만 적용되어 붕괴가 발생한 현장에 대 하여 비교해 보았다.
- 대상사면은 대규모 이완암이 분포하여 계측관리를 하고 있었으나 계측기를 통한 이상변위가 관측되어 현장조사를 실시한 결과 폭20m, 높이15m 규모의 대규모 이완암이 기반암에서 최대 500mm정도 이완되어 낙석방지망에 걸려있는 것을 관측하였다. 이에 즉각적인 임시보호시설과 대책공법을 제시하여 안정성확보를 하였다. 사면보호시설인 낙석방지망이 없었으면 상시계측시스템에서 변위가 발생된 즉시 낙석으로 진행되어 큰 문제가 발생되었을 것으로 판단된다.
대상 데이터
- 대상사면은 이완암이 다수 분포하여 계측관리를 하고 있었으나 계측기를 통한 이상변위가 관측됨과 동시에 낙석이 발생한 현장이다. 암반사면에서 낙석이 발생할 시 대부분은 이 현장과 같이 이상변위가 관측된 동시에 낙석이 발생하여 낙석차단이 힘든상황이다.
- 상시계측시스템 설치현장은 2002 CSMS부터 설치된 상시계측시스템 설치 절토사면 83개소와 지방 국토관리청에서 자체 설치된 상시계측시스템 절토사면 10개소를 포함한 총 93개소에 대하여 분석하였으며 일반절토사면은 2002년도에 조사된 전국 국도변 절토사면 현황조사자료 12,650여개를 토대로 조사하였다.
- 전국 국도에 설치된 상시계측시스템 설치현장 93개소에 대하여 위험원인을 조사하여 분석하였다. 암반사면과 토사·혼합사면으로 나누어 분석한 결과, 암반사면의 경우 낙석이 75%정도로 가장 많이 분포하였으며 토사·혼합사면의 경우는 원호파괴 및 표층붕괴가 거의 대다수의 위험원인으로 분석되었다.
- 절토사면 상시계측시스템을 개발하기 위하여 위험절토사면의 선정 및 안정성 평가와 현장 특성에 적합한 계측기기를 선정하고, 2002 CSMS에 위험절토사면 4개소를 시범 설치현장으로 선정하여 절토사면 상시계측시스템을 설치·운용하였다.
성능/효과
- 계측사면의 70%정도가 암반사면이며 암반사면의 대부분의 위험원인이 낙석인 결과를 나타내었다. 그러나 현재 계측시스템은 주기적인 계측데이터를 확인하고 위험요소를 사전에 차단하는 방식이나 암반사면에서 낙석발생은 짧은 시간에 급격한 변위가 발생하여 사전에 위험요소를 차단하기 힘든 상황이다.
- 대상사면은 대규모 이완암이 분포하여 계측관리를 하고 있었으나 계측기를 통한 이상변위가 관측되어 현장조사를 실시한 결과 폭20m, 높이15m 규모의 대규모 이완암이 기반암에서 최대 500mm정도 이완되어 낙석방지망에 걸려있는 것을 관측하였다. 이에 즉각적인 임시보호시설과 대책공법을 제시하여 안정성확보를 하였다.
- 분석을 실시한 결과 상시계측시스템을 설치한 현장은 일반사면에 비해 암반사면에서 많은 분포를 나타내었으며 사면규모도 일반사면에 비해 대규모 사면이 많이 분포하는 것을 보였으며 급경사의 사명에 상시계측시스템을 많이 설치한 것을 알 수 있다.
- 사면의 구성재료에 대한 분석 결과, 일반절토사면은 암반으로 구성된 사면이 50%정도였으나 상시계측시스템설치현장은 암반사면이 70%정도로 많았으며 혼합사면과 토사사면의 분포도 일반사면에 비해 적었다.
- 암반사면과 토사·혼합사면으로 나누어 분석한 결과, 암반사면의 경우 낙석이 75%정도로 가장 많이 분포하였으며 토사·혼합사면의 경우는 원호파괴 및 표층붕괴가 거의 대다수의 위험원인으로 분석되었다.
- 전국 국도사면에 설치된 위험절토사면 상시계측시스템 현장은 총 93개소이며 이 현장에 대해 분석을 실시한 결과 상시계측시스템을 설치한 현장은 일반사면에 비해 암반사면에서 많은 분포를 나타내었으며 사면규모도 일반사면에 비해 대규모 사면이 많이 분포하는 것을 보였으며 급경사의 사면에 상시계측시스템을 많이 설치한 것을 알 수 있다. 이 결과로 대부분의 상시계측시스템은 일반적인 대책공법이 어려운 대규모 급경사현장에 잘 적용되고 있는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 일반적이며 항구적인 대책공법이 충분히 가능하고 상시계측시스템적용 비용보다 공사비용이 적게 드는 현장에 상시계측시스템을 적 용한 현장이 소수 보여 졌다.
- 특히 70m이상의 대규모 사면도 15%정도를 차지하는 것을 볼 수 있다. 이 결과로 상시계측시스템 설치현장은 거의 대부분이 일반 대책공법 적용이 어려운 대규모 사면임을 알 수 있다.
- 절토사면을 사면 경사에 따른 분포를 분석 해 본 결과, 일반사면의 경우 45°이하의 저각 사면이 27%정도 분포하는 반면 계측사면의 경우는 18%정도로 적으며 75°이상의 고각 사면은 일반사면에서 5%정도를, 계측사면에서는 13%정도의 분포를 나타내었다. 이 결과로 일반사면에 비해 상시계측시스템이 적용된 현장의 경사도가 높은 것을 알 수 있다.
- 또한 계측사면의 경우 400m이상의 초대규모 사면도 6%나 분포하는 것을 보였다. 이 결과로 일반사면에 비해 상시계측시스템이 적용된 현장의 규모가 큰 것을 알 수 있다.
- 또한 자연사면은 하나도 분포하지 않는 것을 보였다. 이 분석 결과로 암반사면에 상시계측시스템 적용이 많은 것을 알 수 있다.
- 전국 국도사면에 설치된 위험절토사면 상시계측시스템 현장은 총 93개소이며 이 현장에 대해 분석을 실시한 결과 상시계측시스템을 설치한 현장은 일반사면에 비해 암반사면에서 많은 분포를 나타내었으며 사면규모도 일반사면에 비해 대규모 사면이 많이 분포하는 것을 보였으며 급경사의 사면에 상시계측시스템을 많이 설치한 것을 알 수 있다. 이 결과로 대부분의 상시계측시스템은 일반적인 대책공법이 어려운 대규모 급경사현장에 잘 적용되고 있는 것을 확인할 수 있었다.
- 절토사면을 사면 경사에 따른 분포를 분석 해 본 결과, 일반사면의 경우 45°이하의 저각 사면이 27%정도 분포하는 반면 계측사면의 경우는 18%정도로 적으며 75°이상의 고각 사면은 일반사면에서 5%정도를, 계측사면에서는 13%정도의 분포를 나타내었다.
- 절토사면을 사면 높이에 따른 분포를 비교해본 결과, 계측사면의 경우 일반사면보다 사면높이가 월등히 높은 것으로 나타났다. 일반사면은 30m이상의 사면이 12%정도 분포하고 있으나 계측사면은 30m이상의 사면이 70%로 많은 분포를 차지하는 것을 보여준다.
후속연구
- 그러나 일반적이며 항구적인 대책공법이 충분히 가능하고 상시계측시스템적용 비용보다 공사비용이 적게 드는 현장에 상시계측시스템을 적 용한 현장이 소수 보여 졌다. 이러한 비효율적인 상시계측시스템의 적용은 지양해야하며 암반사면의 상시계측시스템 적용은 사면보호시설과 같이 적용하여 효율성을 높이는 등 좀 더 효율적인 방안을 고찰해 보아야 할 것이다.
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