사업소개

Misung C&S Inspection Co., Ltd.

안전성확보 계측관리

계측관리의 목적

    설계 및 시공상 부득이 고려하지 못한 점이나 또는 설계와 시공상의 오차를 측정하여 그 오차를 보정하기 위한 계측관리는 필수적이다. 대형기초구조물, 교량, 터널의 굴진작업, 터파기공사, 사력댐, 초고층건축물 등 대형공사에서 구조계산시 대입되는 지반의 물성치에 대한 정확한 값은 현재까지 완전히 정착되지 못하고 있다. 이것은 주요지층의 균질성 여부, 지하수의 수압조건 등 이 아직도 많은 변수로 남아 있기 때문이며 이를 해결하기 위하여 안전율을 과다하게 계산하면 너무 비경제적이기 때문이다. 또한 평균적인 생각에 의한 조건을 가정하여 시공한다면 이는 대단히 위험하고 대형사고를 유발할 가능성이 있다. 따라서 MISUNG은 수행하고 있는 안전진단에 필요한 계측 이외 시공중인 구조물에도 긴급한 위험징후를 발견하고 중요한 정보를 얻기 위하여 WIDAS(특허번호: 10-1121215)를 이용해 실시간으로 무인 원격으로 데이터를 취득하고, 시공공법의 개선을 위해 발주처의 요청이 있으면 WIDAS의 각종 센서를 통해 주파수 분석 및 동적파라메터를 추출해 지능형 손상평가 시스템을 구축하면서 단기 및 장기적 계측관리를 수행한다.

계측 계획 Flow

계측 기기별 종류 및 용도
  • 종류 용도 설립위치 설치방향
    Tiltmeter 인근 주요 구조물에 설치하여 구조물의 정사각 및 변형상태를 계측, 분석자료에 이용 인접구조물의 골조 및 바닥 접착 또는 Bolting
    균열측정기 주변 구조물, 지반 등에 균열 발생시 균열크기와 변화를 정밀측정하여 균열발생속도 등을 파악, 다른 계측결과 분석에 자료 제공 균열 부위 균열부 양단에 crack ball 설치후 계속 측정
    진동소음측정기 굴착, 발파 및 장비이동에 따른 진동과 소음을 측정하여 구조물 위험예방과 민원예방에 활용 인접 구조물 및 필요시 필요시 측정
    탄성파 시험기 터널배면의 공극상태를 조사하여 지하수의 흐름방향 및 시공성 상태를 평가 콘크리트 타설 조인트양옆 1m이내 부위 탄성파 발생 타격 햄머로써 평균치 작성
    Strain guage 구조물의 응력변위를 조사하고 그 결과치를 내하력 계산시 참조 계측위치에 따라 조정 콘크리트 및 steel용으로 구분하여 순간접착제로 접착시킴
    Accelerometer 구조물에 충격을 가하여 발생된 파장의 가속력을 조사하여 안전 검토시 참조 계측위치에 따라 조정 Bolting, 혹은 set anchor등으로 고정
    Electric Theodolite 구조물의 변위, 침하량 조사 계측위치에 따라 조정 삼각대, 혹은 구조물에 고정
    지중수평변위 굴토진행시 인접지반 수평변위량과 위치, 방향 및 크기를 실측하여 토류구조물 각 지점의 응력상태 판단 토류벽 또는 배면지반 굴착심도이상, 부동층 까지
    지중수직변위 인접지층의 각 지층별 침하량의 변동상태를 파악 보강대상과 범위의 결정 또는 최종 침하량 예측키 위하여 계측자료의 비교검토 토류벽 배면 인접구조물 주변 굴착심도이상, 부동층 까지
    지하수위계 지하수위 변화를 실측하여 각종 계측자료에 이용, 지하수위의 변화원인 분석 및 관련 대책수립 토류벽 배면 연약지반 굴착심도이상, 대수층 까지
    간극수압계 굴착에 따른 과잉간극수압의 변화를 측정, 관련대책 수립 배면 연약지반 연약층 깊이별
    지표침하계 지표면 침하량 절대치의 변화를 측정, 침하량의 속도판단등으로 허용치와 비교 및 안정성을 예측하고 대책을 수립 토류벽 배변 및 인접구조물 주변 동결심도 이상
    토압계 토압의 변화를 측정하여 이들 부재의 안정상태 파악 및 분석 자료에 이용 토류벽 배면 토류벽종류에 따라
    하중계 strut, earth anchor 등의 축하중 변화상태를 측정하여 이들 부재의 안정상태 파악 및 분석자료에 이용 set anchor 각 단계별 굴착시
    변형률계 토류구조물의 각 부재와 인근구조물의 각 지점 및 타설콘크리트등이 응력변화를 측정하여 이상변형파악 및 대책 수립에 이용 H-pile strut 및 wale, 각종 강재 또는 concrete 용접, 접착, Bolting
Tunnel 계측의 일반 원칙 측선 간격
  • 교계측의 일반원칙

    수중조사(수심 조사)초기치의 측정은 측점설치 직후에 실시하여야 하며, 터널굴착의 영향이 충분히 미치기 이전에 실시하여 굴착에 따른 전 변위량이 측정될 수 있도록 하여야 한다. 또한, 각 계측항목별 측정결과들이 상호보완하여 해석될 수 있도록 동일단면에서 측정될 수 있도록 하여야 한다. 단, 특정 항목에 중점을 두어 계측을 실시하는 경우는 예외이다.

  • 계측 측선간격의 일반적 기준

    2-1) 지표침하측정

    1) 지표침하측정은 터널 및 주변지반의 안정성 확인을 위해서 실시
    2) 토피를 기준으로한 측점간격 (종단방향)의 일반적 기준

    토피(H)와 터널 굴착폭(D)의 관계 측점의 간격 (m)
    2D < H 20 - 50
    D< H < 2D 10 - 20
    H < D 5 - 10

    3) 횡방향의 측정범위는 터널굴착에 의한 지표침하 영향이 없는 넓은 범위까지로 하며 직접 영향이 미치는 구간에서의 측점간격은 5m 이하가 되어야 한다.

    2-2) 내공변위 및 천단침하 측정

    1) 지표치하 측정위치와 동일 단면상에 위치하여야 한다.


    터널 입구 토피 (H < 2D)
    (D;터널쪽)
    시공 진행단계
    (주) 1,2
    단층 등의 파쇄대가 없는 경암 20m 20m 50m 이하
    큰소성 지압이 발생하는 연암 20m 20m 30m 이하
    풍화암, 토사 10m 10m 20m 이하

    2) 양호하고 비슷한 지질이 계속될 경우 간격을 늘린다.
    3) 지질변화가 심한 경우에는 간격을 줄인다.

    2-3) 단표단면 (B계측) 측선
    지반거동의 파악과 그 결과로부터 계획설계의 타당성 혹은 초기단계의 실시설계를 검토하여 아래 내용들을 설계, 시공에 반영하는 것이 주목적이다.
    ⊙ 시공의 초기단계에 실시한다.
    ⊙ 계측 단면은 대표적인 지질구간에 설정하는 것이 원칙이다.

    1) 지반조건에서 300 - 500m 정도마다 선정 실시하는 것을 기준으로 한다.
    2) 터널의 규모나 지반조건 등을 고려하여 결정한다.
    ⓐ B 계측을 생략할 수 있는 경우
    시공길이가 짧고 (200m 이하), 유사한 지반조건의 터널이 근접 시공되는 경우
    지반이 안전하여 시공상 문제점이 없는 경우
    ⓑ 계측 B를 실시하는 것이 좋은 경우
    지반조건의 변화 등에 의하여 큰 설계 변경을 한 경우

계측 빈도 및 계측 단면
  • 계측기기의 설치 및 간격

    계측기기의 설치 정도에 따라 계측 전반의 효율성이 좌우된다. 따라서, 계측기기는 요구되는 위치에서 그 목적을 충분히 달성할 수 있도록 신중히 올바르게 설치되어야 하며, 측정기간동안 손상받지 않도록 충분히 보호되어야 하고 반드시 접근이 가능한 곳에 설치하여야 한다.

    계측 위치를 결정하는데 있어서는 각 계측항목 상호의 관련성을 파악할 수 있도록 터널종단 방향위치, 각 계측단면에 있어서 계측 항목에의 조합, 계측기의 배치를 검토한다. 이때 판단기준이 되는 것은 지질 종단도 및 지보 패턴의 구분, 주변건물 및 지장물 등이다.

    1-1) 계측위치를 결정할 때의 요점은 다음과 같다.
    ① 락볼트 축력, 지중변위, 숏크리트 응력 측정 등 지반, 지보의 거동과 내공변위 측정 등의 일상적으로 행하는 계측과의 관련을 파악함과 동시에 각 지보패턴의 시공 초기에 있어서 계측결과의 판단, 이용할 수 있도록 고려한다. 단, 각 지보패턴의 상호 강성간섭도 피할 수 있도록 지보패턴 변경후 1D ∼ 3D 정도 굴진한 곳에 배치한다.
    ② 규모가 큰 단층과 파쇄대, 지반 붕괴를 유발하거나, 지상의 구조무리 침하 혹은 경사진 지점 등 문제가 되는 위치를 선정한다.
    ③ 편압이 예상되는 경우와 쌍굴터널 등 특수한 구축 순서로 시공하는 경우에 있어서 계측기기의 배치는 대칭으로 배치하는 것에 얽매이지 말고, 각 시공단계에 있어서 어느 정도가 문제되는가를 예상해서 결정한다.
    ④ 공사 착공후, 설계 지보패턴이 변경되는 경우에는 계측위치도 그에 따라 변경한다.

    1-2) 각 계측항목에 대한 계측위치는 다음과 같다.
    동일단면에서 측정하는 것을 원칙으로 하며, 지중변위, 숏크리트 응력 등을 측정하는 대표단면에서는 필수적으로 수행하도록 한다. 벽면간의 상대변위 측정은 수평측선을 기본으로 하고 편압 등의 영향을 파악하기 위하여 필요에 따라서는 사측선을 추가한다. 연약지반 등 변위량이 큰 경우에는 종방향의 측정간격을 좁게 하고, 지반이 양호하여 변위량이 작다고 판단되는 경우에는 간격을 넓히도록 한다.

    1-3) 갱내에서의 지중변위, 락볼트축력, 솟크리트응력 시공의 초기단계, 지반조건이 변화할 때, 지보패턴이 변할 때 배치하여 측정한다.

    1-4) 갱외에서의 지표침하, 지중침하, 지중수평변위, 구조물 거동측정
    막장의 접근에 따라 3차원적인 거동파악을 고려해서 결정한다.

    1-5) 일반적인 계측간격의 예는 다음과 같다. 내공변위측정, 천단침하측정의 계측간격

    조건 갱구 부근 토피 2D이하
    ( D: 터널 폭)
    시공의 초기단계 어느정도 시공 진행된 단계
    암반 지반
    (경암, 연암,풍화암)
    10m 10m 20m 30m
    토사 지반 10m 10m 10m ~ 20m 20m

    지표침하측정시 터널 종단방향의 측정간격

    토피(H)와 터널폭(D)의 관계
    측점의 간격
    2D < H 20 - 50
    D< H < 2D 10 - 20
    H < D 5 - 10
각국 내공변위 평가기준
  • 일본 비도건설의 관리기준

    여기서 직경 10m 정도의 터널에 대하여 내공변위 계측결과를 토대로 관리기준을 설정하여 두 단계로 나누어 운용하였다.

    ::: 일본 비도건설 관리기준 :::

    주 의 레 벨 I 주 의 레 벨 II
    내공변위 변위속도 내공변위
    경암지반 2 ~ 3cm 5mm/day가 3일 계속 3 ~ 5cm
    애추 (talus) 지반 2 ~ 3cm 5mm/day가 3일 계속 5 ~ 7cm
    토사
    지반
    사질토 2 ~ 3cm 5mm/day가 3일 계속 3 ~ 5cm
    점성토 3 ~ 5cm 5mm/day가 3일 계속 5 ~ 7cm
    팽창성지반 10cm 5mm/day가 3일 계속 20 ~ 30cm
    대응책 계측결과 현장의 상황을 종합적으로 판단하고
    대책을 결정한다.
    계측횟수를 많게 하고 주의해서 시공한다.
    시공법의 변경, 보조공법의 추가, 지보부재의 추가 등의 대책을 세운다.
  • 오스트리아 alberg 터널의 관리기준

    이상적인 내공변위량을 록볼트 길이의 3 ∼ 4% 이내로 설정하고, 내공변위의 최대허용량을 터널반경의 10% 혹은 사용된 록볼트의 10% 이내로 설정하였다. 또한 계측 결과로부터 록볼트의 증가타설 시기는 굴착후 10일의 상대변위 (d10) 가 150mm 이상이거나 10일째의 변위량 (d10')이 10mm/day 이상일때로 2차 복공의 타설시기는 굴착후 100일 경과후 30일간의 상대변위가 7mm 이하 (d' = 0.23/day)로 설정하였다.

    ※ 내공변위속도에 따른 2차 복공용 콘크리트의 강도는 다음과 같이 정하였다.

      1) 0 ∼ 1mm/30일 혹은 0 ∼ 0.03mm/일 : 200kg/cm2
      2) 1 ∼ 3mm/30일 혹은 0.03 ∼ 0.1mm/일 : 240kg/cm2
      3) 3 ∼ 5mm/30일 혹은 0.1 ∼ 0.17mm/일 : 320kg/cm2

  • 프랑스 공업성의 관리기준

    관리기준은 터널의 단면적이 50 ∼ 100㎥ 정도에 대한 터널 천단부 (archcrown)의 절대변위를 기준으로 설정했다. 일반적으로 최대 허용변위량은 토피에 따라서 달라지지만 대체로 토피의 1/1000 정도이다. 그러나 최대 허용변위량의 결정은 지반의 거동을 충분히 고려하여야 한다. 1일 허용변위량은 막장 통과시에 전체 허용변위량의 1/5 ∼ 1/4 정도이고, 1주일 경과후에는 1/20로 감소하여 최종 변위속도는 완전히 수령하여야 한다.

    ::: 프랑스 공업성 관리기준 :::

    토피 (m)
    천단 최대 허용변위량
    경암지반
    소성지반
    10 ~ 50
    1 ~ 2
    2 ~5
    50 ~ 100
    2 ~ 6
    10 ~20
    100 이상
    6 ~ 12
    20 ~ 40
Tunnel 굴착 (NATM) 시공중 현상과 대응책
  • 시공중의 현상과 조치방안

    구분 시공중의 현상 조치 A 조치B
    비교적 간단한 변경으로
    마칠 경우
    지보재의 추가를 포함한
    비교적 큰 변경을 필요로 하는 경우
    굴착 및 부근의 원지반 갱구부가 안정되지 않음 - 굴착의 길이를 짧게 한다.
    - 핵을 남기고 굴착한다.
    - 선행 널말뚝, 미니파이프루
      프등을 시행한다.
    - 갱구부의 안정공법을 쓴다.
      (락볼트 등)
    - 지반 개량을 한다.
    갱구부에서 떨어짐 - 굴착시간의 단축 및 조기에
      shotcrete를 한다.
    - 떨어짐 방지공 (선행 널말
      뚝, 미니파이프루프 등)을
      시공한다.
    - 1 굴착장을 위한 배수처리
      를 한다.
    - 강지보공을 넣는다.
    - 지반개량을 한다.
    절취부에서 용수가
    나옴 또는 용수량이 증가함
    - shotcrete의 경화를 앞당긴다
      (급결재량을 늘리는등)
    - 취부를 위한 배수처리를
      한다.
    - 결이 고운 mesh를 시공한다.
    - 배수시트를 시공한다.
    - 배수공법을 시공한다. (수발
      보링, 디프웰, 웰포인트)
    - 지반개량을 한다.
    shotcrete rock bolt 원지반의 지지력이 부족해서 침하가 많아진다. - 지지원지반을 건드리지
      않도록 굴착한다.
    - 저부의 shotcrete를 두껍게
      하고 지지면적을 증가한다.
    - 락볼트를 증가한다.
    - 벤치길이를 짧게 하고 조기
      폐합을 한다.
    - 인버트를 시공한다.
    - 지반개량을 한다.
    바닥팽창이 생김 - invert의 조기타설을 한다. - 인버트에서 락볼트를
      타설한다.
    - 벤치길이를 짧게 하고, 조기
      폐합을 한다.
    - 미니 벤치공법으로 한다.
    콘크리트가 떠오르거나 벗겨짐 - 굴착후, 조기취부를 한다.
    - mesh를 넣는다.
    - 용수압을 뺀다.
    - shotcrete의 두께를 늘린다.
    - 락볼트를 타설함 또는 추가
      볼트를 시공한다.
    콘크리트의 균열이나 전단파괴 - mesh를 넣는다.
    - shotcrete에 스릿트를 만든다
    - 당초보다 긴 것으로 추가볼
      트를 시공한다.
    - 강지보를 넣는다. (경우에 따
      라서는 가측으로)
    - 볼트의 내력이 큰 것을 쓴다.
    - 경우에 따라서는 볼트의 변
      형능력을 늘리기 위해 압축
      재를 plate사이에 끼운다.
    강지보공 강지보공의 응력이 증가하고 좌굴이 생긴다 - 강지보공의 응력이 증가하고
      좌굴이 생긴다.
    - 당초보다 긴 것으로 추가볼
      트를 시공한다.
    - 강지보공을 가축으로 하고
      shotcrete에 스릿트를 만든다
    지표 및
    지중 침하
    지표침하와 지중침하가 커져서 침하속도가 증가한다. - 긴 미니 파이프루프 등 지반
      을 밀손질한다.
    - 굴착에서 지보까지의 시간을
      단축한다.
    - 1굴착장을 짧게해서 조기에
      원지반을 누른다.
    - 핵을 남기고 굴착한다.
    - 벤치길이를 짧게해서 인버트
      의 폐합을 앞당긴다.
    - 가인버트 공법, 또는 사이롯
      드 공법으로 바꾼다.
    - 지반 개량을 한다.
    지중변위 지중변위가 커지고 느슨해짐의 영역이 넓어짐. - 굴착에서 지보까지 시간을
      단축한다.
    - 락볼트의 타설시간을 당긴다
    - 당초보다 긴 것으로 추가볼
      트를 시공한다.
    - 강지보공을 넣는다.
    - 벤치를 짧게 해서 조기
      폐합함.
    - 미니 벤치공법 또는 가인버
      트공법으로 바꾼다.
    내공변위 내공변위량이 커지고 변위속도가 증가한다 - 굴착에서 지보까지 시간을
      단축한다.
    - 락볼트의 타설시간을 당긴다
    - 벤치, 인버트의 1굴착장을
      짧게 한다.
    - shotcrete에 crack이 들어간
      경우에는 스릿트를 만든다
    - 당초보다 긴 것으로 추가볼
      트를 시공한다.
    - 벤치를 짧게 해서 조기
      폐합함.
    - 경우에 따라서는 볼트의
      변형능력을 증가시키기
      위해 압축제를 plate사이에
      끼운다.
    - 미니 벤처공법 또는 가인버
      트공법으로 바꾼다.
계측항목별 사용기기
  • 계측항목 선정시 고려되는 요인

    1-1) 굴착의 영향범위내의 구조물 유무와 인접 구조물의 기초 및 건물의 상태

    1-2) 설계시의 불확실성의 해명
    - 설계계산에 있어서 외력조건이 되는 측압 및 수압 등 측정치의 오차가 클 것으로 예상되는 경우
    - 근접위치에서의 공사실시 등으로 외력조건의 대폭적인 변형이 예상되는 경우
    - 설계 계산치와 허용치를 비교하여 안전율이 적은 경우

  • 일상적인 측정 항목

    측정항목 계측기기
    지중 수평 변위 Inclinometer
    지하수위 및 간극수압 Water level meter, Piezometer
    지중 수직 변위 ROD, MCS extensometer
    지표 수직 및 수평변위 침하판
    벽체에 작용하는 토압 Total press cell, Load cell, Jack-out pressure cell
    Anchor의 축력측정 Load cell, 인발시험기
    Strut 변형률 측정 Strain gauge
    인접구조물의 기울기 측정 Tiltmeter, Electric theodolite
    인접구조물의 crack 측정 Crackmeter, Crack ball
    진동 및 소음 발파진동측정기
    기초요소, 각종 말뚝 Strain gauge, Accelerometer
충격 탄성파 시험
  • 계측항목 선정시 고려되는 요인

    계측관리의 기본은 각종 계측을 조직적으로 행하면서 계측 결과를 곧바로 설계, 시공에 반영하고 계획된 설계 시공을 현장에 적합한 것으로 변경시켜 공사를 안전하고 또한 경제적으로 시공관리하는 것이 계측의 주목적임으로 단계별 적절한 관리와 지침은 필수적이다.

    • 계측관리 기준치의 설정

      근접 구조물을 포함한 지반의 안정을 위해 변형 허용량을 설정하여 변형속도, 변형가속도, 허용가속도, 허용 응력도 등의 기준치를 설정하고 설계 또는 구조 계산과 비교 검토하며 경우에 따라서는 작업 실행기준, 주의 기준, 정기 기준 등을 정할 필요도 있다
    • 계기의 설치 및 보수

      공정, 작업 순서들을 고려하여 설치 장소, 시기를 결정한다. 계기, 측점의 설치는 굴착 후 가능한 한 빨리 시행한다. 갱외 설치 기기는 막장 진행 전에 설치한다. 발파 및 기계 등의 갱외 작업에 의하여 손상이 가지 않도록 계기 및 측점을 보호한다. 인발 시험용 rock bolt는 번호로 표시하면 좋다. 습기에 약한 계기는 방수 및 방습의 수단을 강구한다. 자동 측정 계측기의 경우는 cable 및 data logger 등의 보호를 요한다. 자동측정 계측으로부터 전송된 자료보관실은 습도, 우천, 폭염 등으로부터 보호될 수 있는 시설이어야 한다. 계기류의 유지, 보수관리는 전담된 책임자가 행한다. 응력변위계의 부착시 습기와, 물기는 완전히 제거한다. 응력변위계의 부착위치는 평탄하게 표면처리 되어야 한다.
    • 측 정

      기본 순서를 지켜 시행하여야 하며 목적에 맞는 정밀도로 측정한다. 전회의 data를 지참하여 이상치가 아닌가 혹은 어느정도 변형 되었는가를 현장에서 파악한다. 굴착 후 1-2일간의 변위량에 의하여 최종치가 결정되는 경우가 많으므로 정밀을 요하고 기준치와의 비교 검토에 만전을 기한다. 관리 기준치에 측정치가 가까우면 측정 빈도를 증가시킴과 동시에 대응책을 결정한다.
    • data 정리

      측정이 종료되면 즉시 graph화하여 측정치의 경향을 파악하고 변형 혹은 이상치가 있으면 즉시 재측정한다. data 정리는 막장과의 거리 및 지보 시공 시기에 대해서 명기한다. 측점이 많고 장기간 이루어지면 computer로 data를 처리하고 자료는 디스켓에도 저장한다. 계측결과와 지질 상황과의 상호관계를 잘 나타내도록 계측 총괄표 및 변형시기, 양 등의 그래프를 작성한다.
NATM공법으로 시공되는 tunnel의 계측

    NATM 터널 설계에 있어서는 굴착 대상이 되는 지반의 성질이 대단히 복잡 다양함에 따라 전제가 되어야 할 이론에도 여러 가지 설이 있으나 현시점에서 "이것이 NATM 이론이다."라고 할 수 있는 통일화된 이론은 아직까지 확립되어 있지 않은 실정이다.

    따라서 현재까지도 착공 전에 실행하는 지보의 설계, 즉 사전 설계는 지반의 성질이 복잡함으로 대체로 경험적 단면 결정(empirical dimensioning)의 의미가 강하고 계산은 설정된 단면의 타당성을 검토하고 향후 예측되는 지반 거동을 파악하는 수단으로 이용되고 있는 경향이 강하며 실제 현장의 시공도 이렇게 이루어지고 있다.

    또한 사전 설계는 특별한 경우에 시험 tunnel에서의 monitoring을 거쳐 실제의 공사에 적용되는 경우도 있지만 일반적으로는 시공중의 계측에 의거 사전설계를 수정해나가는 소위 "관측방식 (observation method)"에 의해 실시되는 것이 상례이며 현재로서는 이러한 설계방법이 가장 경제적이고 합리적이라고 인식되고 있으며 안전여부 역시 observation method에 의존하고 있다.

    이러한 관점에서 NATM은 본질적으로 "지반 응력 해방에 대한 제어 방법 (controlled pressure release)"에 의해 지반 및 터널의 안정화를 기하는 방법이라고 볼 수 있으므로 계측은 NATM의 핵심이라고 하여야 한다.

    일반적으로 바람직한 터널 구조물의 건설을 위해서는 구조물 자체의 안전성 확보, 인접 구조물의 방호, 장기적인 터널 기능유지 등의 3가지 조건이 요구되고 있으며, 암반 터널의 경우 터널의 안정이 유지되면 인접 구조물들도 비교적 안전하다고 보기 때문에 터널 구조물 자체의 안전성을 평가하기 위해서는 터널 및 인접한 암반의 변위를 위주로 하는 계측을 수행하는 것이 바람직하다.

    그러나 도심지 터널의 경우에는 터널 구조물 자체에 대한 안전성 보다는 인접 구조물의 방호에 주안점을 두고 터널 설계를 하게 되므로 터널 계측도 이러한 상황을 고려하여 지표, 지중, 터널 및 인접 구조물 등에 대해 다양한 계측이 동시에 이루어져야 하고 그 결과에 의하여 시공방향과 대책이 수립되어야 한다.

    계측관리의 기본은 각종 계측을 조직적으로 행하면서 계측 결과를 곧바로 설계, 시공에 반영하고 계획된 설계 시공을 현장에 적합한 것으로 변경시켜 공사를 안전하고 또한 경제적으로 시공관리하는 것이 계측의 주목적임으로 단계별 적절한 관리와 지침은 필수적이다.

  • Tunnel의 계측계획

    시공에 앞서서 사전조사 결과, 터널의 규모를 고려해서 설계, 시공에 적용할 계측 계획을 세워야 한다. 아울러 효과적이고 경제적인 계측항목, 방법, 계기를 선정하여 공사에 가능한 한 지장이 없도록 실시되어야 한다.

    단계별 계획 설정은 다음과 같다.

      계측목적설정

      - 산악터널
      - 지하철

      계측단면결정

      - 지질조사 결과
      - 주계측 및 종계측
      - 단면의 배치
      - 시방서 검토

      계측항목의 결정

      - 계측목적의 부합
      - 터널 규모

      계측기준설정

      - 변위 기준결정
      - 인접구조물
      - 허용 변형

      계측기 사양결정

      - 계기의 용량
      - 정밀도, 검출기
      - 자동전송, 수동계측 등 형식선정

      설치 위치 결정

      - 계기의 배치

      계측간격, 횟수 결정

      - 자동계측 수신 횟수 결정

    계측은 일상계측(A)와 대표 위치에서의 계측(B)로 나뉘며 계측 A는 터널의 주변 지반의 안정 확보와 설계 시공의 반영을 위하여 행하는 일상의 계측으로 측정 간격은 20-50M 이다. 계측 B는 지반, rock bolt 및 복공의 거동과 미굴착 구간과 장래 계획의 설계 및 시공을 위한 계측으로 대표 위치에 서행하는 계측이다. 이를 측정 목적별로 분류하면 다음과 같다.

    1) 변위측정 : 내공변위 측정, 천단침하 측정
    2) 변위영역측정 : 지중변위 측정, rock bolt 축력 측정, 지중 및 지표침하 측정, 갱내 탄성파 속도 측정, 지중 수평변위 측정
    3) 지보효과측정 : rock bolt 축력 및 인발 시험, 복공응력 측정
    상기 계측 항목 중 터널 구간의 지질 상황 및 인접 구조물과의 관계 등을 고려하여 목적에 부합하는 계측 항목을 선정하여 시행한다.

  • 계측 항목의 선정

    여러 가지 계측항목 중에서 NATM 시공 관리를 위한 계측에는 다음과 같은 계측을 주로 실시한다.

    2-1) 계측 A (일상 계측)
      ① 갱내 관찰조사
      ② 내공 변위 측정
      ③ 천단의 침하 측정
      ④ rock-bolt의 인발 시험

    2-2) 계측 B (대표 위치에서의 계측)
      ⑤ 지표 및 지중의 침하 측정
      ⑥ shotcrete 응력 측정
      ⑦ 지중 변위 측정
      ⑧ rock-bolt 축력 측정 및 하중 측정
      ⑨ 지중 수평 변위 측정
      ⑩ 갱내 탄성파 속도 측정

    지표침하측정의 범위와 지중침하의 측점배치도

    계측단면도

교량계측
  • 목적

    교량의 계측은 교각의 장기적인 침하와 세굴, 상부구조의 deflection 변형, 균열, 또는 P.C Box 구조일때 내부 wire의 긴장상태 등을 집중적으로 조사하여 교량의 손상 상태를 정확히 파악할 수 있어야 한다. 또한 사장교, 현수교 등의 주탑과 cable의 긴장등은 장기적인 계측이 필요하다. 또한 계측에서 얻어진 정보는 교량의 기능 및 사용재료의 성능 저하 등 동적, 정적하중에 의한 교량의 내구력을 신속하고 정확히 조사하고 평가할 수 있도록 제공되어 항상 적절한 조치를 취하여 사고를 예방하고 궁극적인 교량의 과학적이고 체계적인 유지관리를 도모하기 위함에 그 목적이 있다.

  • 계측이 필요한 이유

    2-1) 교량의 기초 지지상태 거의 대다수가 현장타설 파일, 혹은 P.C, P.H.C, 강관파일 등으로 시공되어 침하와 세굴 등을 계속 관찰할 필요가 있다.
    2-2) 강선의 긴장력이 동적하중과 시간에 의한 손실로 이완된 가능성을 사전에 알아낼 수 있어야 한다.
    2-3) 피로 균열의 발생유무, 강재부식, 하이텐숀 볼트의 마찰력 저하 등에 의한 위험요소의 사전감지 가능.
    2-4) 교대 상부의 수평과 수직이동을 사전에 조사할 수 있다.
    2-5) 지진에 의한 영향과 손상정도를 감지하여 적절한 대책을 수립할 수 있다.
    2-6) 지점부 하부구조에 대한 수직, 수평, 종방향의 상대이동에 대한 사전예측이 가능하다.
    2-7) 강구조물일 때 보강재 및 연결판의 용접 끝 부분에 대한 2차 응력 또는 휨에 대한 사전조사가 가능하고 강재균열의 진행 여부 및 처짐의 상태를 알 수 있다.
    2-8) 프리스트레스트 콘크리트 Beam일 경우 휨 균열, 사인장 균열 및 종균열과 강재의 손상에 대하여 사전에 예측할 수 있다.
    2-9) 사장교, 현수교의 cable에 대한 과대진동 및 파손, 마모상태를 사전에 예측할 수 있다.
    2-10) wire 정착부의 이상유무에 대하여 사전 감지가 가능하다.
    2-11) 교대, 교각의 받침면에 대한 주차량 통과시의 진동유무에 대한 조사가 가능하다.

  • 구간별 장기변형계측

    3-1) 장기변형의 계측은 주로 장기 계측용 strain gauge를 설치한다. 설치코자하는 strain gauge는 진동와이어 입의 strain gauge로써 전기적 오차는 문제가 되지 않는다. 진동와이어 타입은 전기적 회로를 구성할 필요가 없다. 따라서 진동와이어 타입의 strain gauge는 장기적 계측에 적합하다고 할 것이다. 장기적 계측 목적과 계측의 실효성 및 경제성을 고려한다면 진동와이어 타입의 strain gauge sensor 및 mechanical type gauge를 병행하여 위치에 설치한다. 진동와이어 타입 및 기계적 strain gauge sensor의 설치 위치는 별표에 표시한다.

    ::: specification of strain gauge (별표) :::

    분석능력 0.1 microadian (0.02 arc second)
    sensor type 진동 와이어 타입 +-60도 해석 각도, 0.1micro/mv~10deg/v
    mech: nical 5 * 10-6 strain
    출력장치 power: DRU 동력, 쌍축설 tiltmeter read 가능

    3-2) 긴장력 이완 상태 추정 시험

    - piano wire : P.C Box 구조의 처짐, 상태 등을 분석한 결과를 토대로 하여 긴장력의 최대와 허용치를 알기 위해서 piano wire sample을 입수하여 인장에 의한 항복점을 검사하고 계측 결과와 비교한다.

    - P.C 구조의 처짐, 변위 상태 등을 분석하여 ASTM C512의 표준 시험법에 의한 creep 시험을 수행하고 온도와 습도를 기록한 뒤 재하 시험조건과 비재하 시험 조건을 비교한다.

  • 교각의 침하, 기울기 조사

    수직과 기울기의 2가지 사항을 계측한다. 설치되어지는 tiltimeter는 점검과 더불어 조사되고 기록되며 상부 구조물이 수직하중, bending monent 또는 shear를 받게될 때 교각에 전달되는 모든 침하와 세굴에 대한 거동을 조사할 수 있어야 한다. 따라서 단축과 2축성의 tiltimeter 둘다 적용가능하다. tiltimeter는 저항력을 전압량 분해회로로 탐지되는 감지 장치를 통해 변화되는 평범한 기록계로써 쉽게 측정할 수 없는 고단위 신호로 전개되고 변형되므로 tiltimeter는 전기적인 조류와 소음, 보편적으로 게이지와 연관된 다른 정밀 감지기를 제거하기 위해 내부 증폭기와 마이크로 전자 공학의 전기 회로구성을 감안한 것이어야 한다.

  • 초기 계측

    5-1) 초기치 설정의 필요
    교량의 장기적 점검과 계측을 위한 초기 상태 설정을 실시하고 이것은 교량의 보수 유지관리에 관한 점검과 계측의 필요 기법에 따라 시행한다. 따라서 초기의 점검과 계측 기록은 추후 점검과 계측에서 나타난 사항과 비교하여 교량의 변화하는 과정을 분석하여야 한다.

    5-2) P.C 긴장 상태 초기 설정 및 재하시험
    P.C steel piano wire의 최초 긴장 상태에 대한 정보를 입수하고 재하되지 않은 상태에서의 긴장력을 점검 및 계측하여 초기 상태의 자료로써 보관한다. P.C 구간에 부착된 strain gauge 및 tiltimeter는 부재의 변형량과 거동을 기록하여 준다. 따라서 초기의 설정치와 계속적인 점검사항을 비교 분석한다. 또한 완공 직후에 정적 및 동적 재하 시험을 실시하고 이에 관한 기록 역시 초기치 설정으로 기록 보관된다. 동적 재하시험은 교량이 1등급일 때 가능한 총재하 중량의 60% 범위내의 트럭으로 시행하여 고유 진동수, 감쇠비, 동적 증폭 상태, 처짐 등을 기록한다.

  • 계측기 설치 예

미승씨앤에스검사㈜
주소
(49306) 부산광역시 사하구 낙동남로 1351(하단동)

전화
051 - 291 - 2055
팩스
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E-mail
misung@mcsco.co.kr
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