지반 내 공동 탐지를 위한 물리탐사 성능 검증 연구

국문 초록 (Abstract)

최근의 도심지 내 지반 함몰(씽크홀)과 같은 도심지형 지반 재난 문제가 발생하고, 하수관거주변 토사 유실 및 공동 발생이 주요 원인으로 지목되면서 하수관거 관리 및 주변 지역 공동탐지 기술에 대한 관심과 수요가 증대하고 있으며, 공동을 탐지하기 위한 방법으로 주로 지표에서 실시되는 GPR 탐사 방법이 검토되고 있다. 지표에서 GPR을 이용하여 지중의 공동(cavity)을 탐지하기 위한 조사는 다양한 지장물 및 매설관이 설치된 지하 공간에 대해 적용 가능한 범용성을 가지고 있으나, 지표에서 탐사가 이루어지므로 탐사 깊이의 한계가 존재하며, 수집 데이터를 분석하는 과정에서 판독자의 판단에 따라 그 결과 값이 달리 해석될 가능성이 있으며, 복합 분석의 경우 현재까지 기준화되고 검증된 조사의 연계 방안과 분석 절차가 없어 신뢰성 확보가 어려운 측면이 있다. 본 연구에서는 기존의 지표 GPR탐사의 약점을 보완하고, 보다 정밀하고 직접적인 조사를 위해 하수관거 내부에서 물리탐사 방법을 이용하여 관의 배면에 위치하는 공동을 탐지하는 기술을 개발하고자 하였다. 다양한 물리탐사법을 조사한 결과 공동 탐지에 효과적일 것으로 판단되는 조사법으로 충격탄성파, GPR 탐사, 밀도검층 조사를 선정하였으며, 3개 물리탐사 방법에 대한 장단점을 표 1에 정리하였다. 하수관거 내 물리탐사 적용성 평가 결과, 일반적으로 사용되는 GPR탐사 방법이 높은 분해능과 가탐심도를 가지는 것으로 나타났다. GPR탐사 적용 시 다중 주파수(2개 이상의 주파수를 가지는)를 이용한 조사 방법이 단일 주파수 사용 방법보다 뛰어난 결과를 제공할 것으로 확인되었으며, GPR탐사가 가지는 복잡한 지층에서 발생하는 다양한 반사 이벤트의 해석 어려움 또한 어느정도 해결할 것으로 예측된다. 향후, 하수관 이음매에서 발생된 다양한 공동에 대한 GPR탐사가 연구될 경우 보다 신뢰도 높은 결과를 제공할 것으로 예상된다. 감마선을 이용한 밀도검층 방법은 배면공동, 얕은 심도의 지층 이완대에서 효과적으로 나타났다. 감마선을 이용한 방법은 얕은 조사심도 및 고 중량의 차폐장치에 대한 해결 방안이 필요하다. 감마선의 감쇄 특성상30 cm 이내의 조사심도에 대한 해결 방안은 전무하며 차폐장치를 5 kg 이내의 저중량으로 설계하기 위해서는 배면공동 탐지에 초점을 맞추고 차폐장치 규격에 따른 선행연구가 수행되어야한다. 탄성파를 이용한 충격응답 기법은 균질하고 연속적인 매질의 상태 변화 파악에 용이하나콘크리트 흄관과 같이 각각의 세그먼트로 나누어진 경우 세그먼트의 경계부에서 낮은 동적강성도를 가지는 것으로 나타났다. 충격응답 기법을 현장 적용할 경우 동일 세그먼트에 대한 동적강성도의 보정식 산출이 필요하다.