초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
도심지 입체 지하 여건을 고려한 건설 및 운영기술 고도화를 통해 안전하고 편리한 미래 지하 교통 실현

○ 전체 내용
◯ 입체지하교통 인프라 안전 건설을 위한 조사 및 계측 고도화 기술
- 도심 지하 공간 개발 및 대심도 도로건설을 위한 지반조사 기술과 관련하여 깊은 심도, 기존 타 인프라의 영향 등, 접근의 제한성과 기존 인프라 복합성의 특수한 환경을 고려한 기술 고도화 및 상호 간섭과 복잡성 영향 등의 복합적 심층적 지반 안정성 예측 기술을 확보함으로

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
도심지 입체 지하 여건을 고려한 건설 및 운영기술 고도화를 통해 안전하고 편리한 미래 지하 교통 실현

○ 전체 내용
◯ 입체지하교통 인프라 안전 건설을 위한 조사 및 계측 고도화 기술
- 도심 지하 공간 개발 및 대심도 도로건설을 위한 지반조사 기술과 관련하여 깊은 심도, 기존 타 인프라의 영향 등, 접근의 제한성과 기존 인프라 복합성의 특수한 환경을 고려한 기술 고도화 및 상호 간섭과 복잡성 영향 등의 복합적 심층적 지반 안정성 예측 기술을 확보함으로서 도심 지하굴착 및 기존 지상 구조물 손상방지, 지반침하 및 붕괴 요소 차단 등의 지반 안정성 확보 업무에 활용할 수 있는 건설 안정성 예측 및 고도화 유지관리 기술을 개발함
◯ 지하 교통 인프라 건설로 인한 도심 안전 영향 평가 기술
- 지반침하 및 구조물 변상에 영향을 미치는 주요 인자들을 선정하고 parameter study를 통하여 국내 실정에 맞는 구조물 건전도 평가도표를 제시하여 도심지 지하 교통 인프라 건설에 따른 지반침하 및 구조물 상호위험도 평가기법을 개발함
- 국내·외 터널 시공 데이터를 수집 및 분석하고 수집된 데이터와 지반침하 계측데이터의 상관성을 분석함. 지반손실률 산정 기법 제안 및 산정된 지반손실률과 지하수 영향을 고려한 지반침하특성을 분석함. 3차원 도심지 인프라 구축 프로그램(Civil Information Model, CIM)을 활용하여 터널 선형에 따른 터널과 인접 구조물을 함께 구축하고, Parameter study결과 입력으로 인접구조물 손상 위험지역 3차원 가시화 프로그램을 개발함
- 노선, 공법, 지질 등 조건에 따른 영향도 예측 및 영향 평가 기술 고도화를 위해 현장 시공자료와 계측결과가 유기적으로 결합되고 설계, 시공, 관리자의 기술적 의견이 실시간으로 연계되어 이상 징후 발생 시 즉각적인 사전 대처가 가능한 웹기반 건설현장 안전 통합관리 시스템을 개발하고 테스트베드 시범운용을 통해 적정성을 검증함
◯ 지하 교통 인프라 통합 안전 모니터링 플랫폼 개발
- 시공 전 안전 확보 및 민원 지원 등을 위해 BIM, 가상현실 등을 기반으로 침하, 지하수 등 지하 인프라 전체 상호 영향연계 가시화 및 소음, 진동 등의 시뮬레이션 기술을 개발하고, 입체화된 지하 교통 인프라의 3차원 데이터 분석을 통한 예측 및 경보가 가능한 통합 관리 시스템을 개발함
◯ 지하 교통 인프라 구축 안전기반 수립 및 제도 개선
- 연구과제에서 도출되는 연구 결과물들을 활용하여 계측 발주 제도, 터널 발파 지침, 지하 안전 법에 대한 법·제도 개선 방안 도출
◯ 지하교통 인프라 안전 시공 및 운영을 위한 지하수 관리기술
- 입체적 지하교통인프라 건설에 따른 지하수 변동 제어 및 지반재해 예방에 필요한 최소한의 터널 유입량만을 허용하는 유입수 자동제어시스템 및 고효율 패턴그라우팅 적용 기술을 개발하고, 부분적인 지하수 변동현상에 대하여 함양정(Recharge Well)을 통해 지하수를 회복시킴으로써 주변 구조물과 지반의 안정성을 도모하는 시공 및 운영중 유출 지하수 안전관리 설계 및 시공방법 개발
◯ 도심지 기존 시설물 진동영향 최소화 굴착기술
- 도심 지하 교통 인프라 건설시 발파영향 최소화를 위해 터널발파 설계,시공관리 지침을 제정하고, 건축물과 인체의 다양한 특성에 따라 진동 감응도를 평가한 결과로부터 발파진동 허용기준을 정립하고, 무장약공을 활용한 진동 저감 및 발파 효율 증대를 위해 무장약공 설계패턴 및 공내 이미지 분석기법을 개발함. 발파불가 구간에 대해 파쇄력을 향상시킨 고효율 무진동 암파쇄 기술 및 시공방법 개발
◯ 지하교통 인프라 연결·접속부 설계·운영·검증 기술
- 지하교통 인프라의 주요 교차점(예: 지상과 지하의 접속부 및 서로 다른 지하도로의 연결부)에 대한 운전자 주행행태 기반 설계 기법과 안전한 교통흐름을 지속적으로 유지시킬 수 있는 교통제어 기술을 개발하고 향후 지하교통 인프라 교통운영에 필요한 시뮬레이션 기반 교통류 제어 기술 검증 및 평가

○1단계
목표
도심 지하 교통 인프라 건설 및 운영 기술 고도화를 위한 요구사항 분석 및 연구 기반 구축
내용
◯지하 교통 인프라 확충을 위한 안전 감시 시스템 개발
- 입체 도심 지하 환경에 대한 사례조사 및 자동화 계측 문제점 조사·분석
- 지하인프라 안전 데이터 가시화 시뮬레이션 기술 개념설계
- 국내외 도심지 터널 지하수위 관리현황 조사·분석
- 센서 정확도 및 손망율 향상 기술 개발을 위한 기초자료 조사
- 국내외 연구사례, 문헌조사 및 차년도 세부 연구 계획 수립
- 터널 굴착 시공데이터와 지반침하 계측데이터의 상관성 분석
- 유사사례 분석 및 영향도 예측기법 발굴
- 데이터 연계/수집 모델 수립 및 목표 데이터 분석
◯지하 교통 인프라 설계・시공 고도화를 위한 핵심 기술 개발
- 국내외 고효율 암반 그라우팅 재료 및 기술에 대한 문헌고찰
- 지하수 함양 관리 기술 현황 및 문헌조사
- 국내외 발파진동 평가기준과 영향분석
- 국내·외 지하교통 인프라 연결・접속부 설계기준 및 사례 조사를 통한 시사점 도출
- 지하교통 인프라도로 연결・접속부 교통제어 요소기술 정립
- 시뮬레이션을 활용한 도로설계 사례 검토 및 시사점 도출
- 지반침하 및 구조물 변상 자료 수집 및 영향 인자 도출


○2단계
목표
도심지 입체 지하 여건을 고려한 건설 및 운영기술 고도화를 위한 핵심 기술 개발

내용
◯지하 교통 인프라 확충을 위한 안전 감시 시스템 개발
- 도심 복합지반 위험성 영향인자 도출
- 광역 이미지 데이터를 활용한 이미지 처리 기법 적용 파라미터 선정
- 불량 센서 파악과 성능기준 확보방안 및 상호연계 검증가능 센서 선정
- 터널대표단면의 IoT센서 계측기 및 설치방법 개선
- IoT 센서 시스템의 범용적 통신 모듈 시제품 제작 및 상호연계계측 통신시스템 Protocol 표준화
- 굴착공사를 위한 계측 설계 기준 분석
- 지반손실률 산정 기법 제안 및 지하수 영향을 고려한 지반침하특성 분석
- 터널 굴착에 따른 지표침하 및 구조물 변상특성 분석
- 웹기반 굴착 영향도 예측기술과 위험도 영향 평가 시스템 구축
- 도심 안전 영향 가시화 시뮬레이션 프로토타입 개발
- 통합안전 플랫폼 설계 및 데이터베이스·인프라·데이터 연계 정의
- 대심도 지하 건설안전관리 개선방안 제안
◯지하 교통 인프라 설계·시공 고도화를 위한 핵심 기술 개발
- 지하수위변동-터널수리역학거동 상관관계 분석 및 Test Bed 대상사업 선정
- 고효율 (고압‧고점성) 그라우팅 주입재 및 배합비 설정
- 고효율 그라우팅 시공관리 인자결정 방법 설정
- 현장지반조사 및 모형시험 등을 통한 지반파괴 없는 함양 설계(안)
- 터널발파지침 검증 및 건축물,인체 진동영향 평가 시스템 개발
- 증압 장치 및 무진동 암파쇄 1차 시제품 개발
- 국내외 무진동 암파쇄 기술 조사 및 분석
- 시공 조건에 따른 무진동 암파쇄 성능 설정
- 발파진동 저감을 위한 무장약공 설계패턴 수치해석적 분석
- 실시간 네트워크 교통량 모니터링 기술 및 지·정체 발생 위험도 개발
- 지하 교통 인프라 관련 시범 네트워크 구축
- 교통 지정체 발생 위험도 평가
- 지하교통 인프라 연결부(지하-지하) 입체 연계를 위한 최적 설계기술요소(안) 도출
- 지하교통 인프라 유·출입부(지상-지하) 최적 설계요소 기준 도출을 위한 모의주행실험 수행
- 운전자 행태를 고려한 지하교통 인프라 유·출입부(지상-지하) 최적기술 개발

○3단계
목표안전하고 편리한 미래 지하 교통 실현을 위한 핵심 개발 기술 검증 및 테스트베드 적용을 통한 고도화
내용
◯지하 교통 인프라 확충을 위한 안전 감시 시스템 개발
- 도심 복합지반 위험산정 시트 제시 및 보완
- 광역 이미지 데이터를 활용한 이미지 처리기법 적용절차 확립 및 현장적용
- 지하구조물 상호연계 계측기 성능기준 제시와 성능 기준 표준화를 위한 센서, 시스템 검증
- 고도화된 지하-지하(상) 상호연계 터널계측시스템 현장테스트
- 지하-지하(상)구조물의 상호 연계 계측센서 성능 표준화 및 안정화된 상호연계 계측시스템 현장적용
- Fully터널자동화계측(지하) IoT센서 안정성 및 현장 적용성 검증
- 통합플랫폼 연동 통신모듈 및 지하(상) 상호연계계측 현장적용
- IoT터널센서와 플랫폼 상호연동시스템 적용성 검증
- 계측 설계 기준 기반 굴착공사용 계측 가이드라인 개발 및 현장 적용성 평가
- 터널 및 인접구조물 정보 구축 방안 도출
- 터널 굴착 인접구조물 손상 위험지역 가시화 프로세스 기법
- 교차터널 굴착에 따른 지표침하 및 구조물 변상 영향 분석
- 도심지 구조물 건전도 평가도표 제시
- 영향도 예측 및 위험도 영향평가 시스템 개발
- 테스트베드 시범적용을 통한 적정성 검증
- BIM 연동 가시화 기술 개발
- 가상현실 기반 안전 영향 시뮬레이션 기술 개발
- 가시화 시뮬레이션 기술 테스트베드 적용
- 통합안전 모니터링시스템 구현을 위한 시각화 및 AI 기술
- 통합안전 모니터링 시스템 테스트베드 적용
- 대심도 지하 건설시 공공갈등 관리방안 수립
- 대심도 지하 건설안전 통합관리 체계구축
◯지하 교통 인프라 설계·시공 고도화를 위한 핵심 기술 개발
- 다중 수리경계 개념을 도입한 배수시스템 개발 및 Test Bed 현장 적용성 분석
- 지하수위 제어형 배수시스템의 Test Bed 현장적용 설계 및 도심지 터널 지하수 관리기준 작성
- 고효율(고압‧고점성) 그라우팅 주입 모형실험 및 현장 적용성 검증
- 고효율 지하수 제어 그라우팅 현장시험시공 및 검증
- 파일럿 현장 집수정 및 계측기 1단계 시공 및 함양 장치 기술 확보
- 굴착으로 인한 지하수의 재주입 통한 함양 기술 및 운영 장치 구축
- 인체 진동피해분석 및 진동 위험도 평가 기준 정립
- 건축물과 인체특성을 고려한 발파진동 기준 정립
- 현장조건에 따른 무진동 암파쇄 설계
- 무장약공 공벽 촬영 이미지를 활용한 지반 예측 기법 개발
- 발파진동 저감을 위한 무장약공 설계패턴 제시
- 지하 교통 인프라 유·출입부(지상-지하) 및 연결부(지하-지하) 교통제어 알고리즘 개발
- 교통 제어 알고리즘 평가 시나리오 수립
- 시나리오별 파라미터 정산 및 최적화
- 3D 시각화 기술 실험 및 시나리오 효과분석
- 지하 교통 인프라 연결부(지하-지하) 최적 설계요소 기준 도출을 위한 모의주행실험 수행
- 운전자 행태를 고려한 지하 교통 인프라 연결부(지하-지하) 최적기술 개발
- 지하 교통 인프라 유·출입부(지상-지하) 및 연결부(지하-지하) 입체 연계 설계 가이드라인 개발
- 최적 설계기술 실증을 위한 모의주행실험 설계 및 결과분석
- 추돌사고 확률모형 및 모형 검증방법론 개발

□ 연구개발성과
◯지하 교통 인프라 확충을 위한 안전 감시 시스템 개발
- 도심 복합지반 위험성 예측기법 개발
- 도심지 지하 조건을 고려한 계측기기 신뢰성 향상 기술 개발
- 지하인프라 입체화 조건을 고려한 자동화 계측 기술 고도화 및 설계 기준 제시
- 도심지 구조물 건전도 평가방법 개발
- 터널 시공 인접구조물 손상 위험지역 3차원 가시화 프로그램
- 건설현장 안전 통합관리 시스템 개발로 대규모 인프라 건설 안전 관리체계 구축
- 지하 인프라 상호 영향 연계 시뮬레이션 기술
- 지하 교통 인프라 안전관리 통합 안전 모니터링 플랫폼
◯지하 교통 인프라 설계·시공 고도화를 위한 핵심 기술 개발
- 지하수위 제어형 배수시스템을 통한 유입량 제어 및 지하수위 복원기술 확보
- 발파영향 기준 재정립 및 친환경, 고성능 무진동 암반굴착 시공기술 개발
- 지하 교통 인프라의 주요 교차점에 대한 설계 가이드라인, 교통제어 및 검증 기술 개발


□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
◯활용 계획
- 2022년 이후 연구 도출성과를 단계적으로 지하 교통 인프라 구축사업에 적용 및 기술이전을 통한 실용화 추진
- 국내 실정에 맞는 구조물 건전도 평가도표 개발로 위험도 평가기술에 활용
-GTX, 각종 도로 지하화 사업에 대하여 터널 시공 인접구조물 손상 위험지역 프로그램을 사업구간에 적용가능
- 대규모 및 대심도 인프라 건설사업에 대한 실시간 현장 통합 안전관리 가능
- 대심도 지하 안전 관련 법･제도 개선 및 대국민 홍보
◯기대 효과
-대심도 및 다수의 지하 인프라가 복합된 조건의 건설, 도로, 터널, 지하구조물, 등 구축 시 안전성, 경제성 확보하여 지반위험 예측 및 평가에 활용
- 정확한 지반침하 및 구조물 변상 예측을 통한 공사비 절감 및 안정성 증대
- 도심지 지하 교통 인프라 건설에 대해 프로그램의 시각적인 효과로 시민들의 불안감 해소
- 굴착공사를 수반하는 건설 사고를 사전에 예방하여 국민의 안전과 재산의 보호
◯지하 교통 인프라 안전 시공 및 운영을 위한 지하수 관리기술
- 지하수 변동제어 및 지하수위 복원으로 도심지 지반침하 예방
◯도심지 기존 시설물 진동영향 최소화 굴착기술
-도심지 터널발파의 안전･환경관리 강화와 민원해소와 발파진동 최소화로 도심 생활환경 보전 및 안전성 확보, 지질상태 및 위험구간 사전 분석에 따른 터널 굴착 안정성 및 효율 개선
◯지하 교통 인프라도로 연결･접속부 설계･운영･검증 기술
-향후 지하 교통 인프라 관련 연결･접속부 설계지침(안) 마련하고 지상･지하 교통량 분산에 따른 도심지 교통혼잡 완화 및 효율적인 교통운영을 통한 교통사고 예방

(출처 : 요약문 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• 목차 ... 11
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 13
• 1) 연구개발과제의 최종 목표 ... 13
• 2) 세부 연구목표 및 연구개발 내용 ... 14
• 3) 연구개발과제의 단계별 목표 ... 17
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 28
• 2.1 지하 교통 인프라 확충을 위한 안전 감시 시스템 개발 ... 28
• 2.1.1 도심 지하 조사 및 계측 고도화 기술 개발 ... 28
• 2.1.2 지하 굴착 입체 영향도 평가 기술 개발 ... 91
• 2.1.3 지하 교통 인프라 통합 안전 감시 시스템 개발 ... 138
• 2.1.4 지하 교통 인프라 구축 안전기반 수립 및 제도 개선 ... 231
• 2.2 지하 교통 인프라 설계･시공 고도화를 위한 핵심기술 개발 ... 253
• 2.2.1 지하 교통 인프라 안전 시공 및 운영을 위한 지하수 관리 기술 ... 253
• 2.2.2 도심지 기존 시설물 진동영향 최소화 굴착 기술 ... 293
• 2.2.3 지하 교통 인프라 연결부 설계·운영 기술 ... 335
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 440
• 1) 연구수행 결과 ... 440
• 2) 목표 달성 수준 ... 476
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 484
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 484
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용계획 ... 487
• 1) 연구성과 총괄 ... 487
• 2) 연구개발성과의 향후 5년간(활용보고서 제출기간) 성과활용 목표·계획 ... 500
• 3) 주요 유관 사업 대상 성과물 활용 계획 ... 523
• 4) ‘K-지하고속도로 인프라 안전 및 효율향상 기술개발’ 사업과의 연구성과 연계･차별화 방안 ... 525
• 참고문헌 ... 528
• 끝페이지 ... 530