R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202020CTAP-C152052-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 고성능 낙석？토석 대책시설 국산화를 위한 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 및 유지관리 시스템 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2019-04-19 ~ 2020-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 최민형 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
9명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 424,000,000 원 기업 : 144,860,000 원 계 : 568,860,000 원 |
총연구비 | 정부 : 554,000,000 원 기업 : 188,681,000 원 계 : 742,681,000 원 |
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| 연구기관명 | (주)대한지오이엔씨 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
■ 연구 배경 및 필요성 ？ 낙석ㆍ토석 대책시설이란 낙석 및 토석류 발생을 예방하고 피해를 저감시키기 위하여 설치하는 시설물로 낙석방지망, 낙석방지울타리, 낙석방지옹벽, 피암터널, 토석류 대책시설로 분류됨(낙석ㆍ토석 대책시설 설계기준, 국토교통부(2016)) ？ 이러한 낙석ㆍ토석 대책시설은 설계 및 시공, 경제성으로 인해 전체 위험비탈면 대책공법 중 70% 이상을 차지하고 있으며, 낙석방지울타리는 낙석방지시설의 20%를 차지하고 있음(한기장, 2016). ？ 국내에서는 관련 기준으로 건설공사 비탈면 설계기준 및 표준시방서(국토교통부, 2016), 도로안전시설 설치 및 관리지(국토교통부, 2009)에서 방호성능 48~61kJ에 상응하는 낙석방지울타리와 1,500형 및 1,000형 낙석방지망에 대한 설계 방법을 명기하고 있음. 그러나 위와 같은 기준은 미국 200kJ, 일본 100kJ 이상의 방호성능을 요구하는 낙석방지울타리에 비하여 기준치가 낮은 상황으로 이에 대한 개선이 요구되고 있음(한국시설안전공단, 2013). ？ 특히 국내에서 발생한 17개소의 낙석피해사례를 바탕으로 낙석에너지를 검토한 결과 26~1372kJ 범위에서 평균 307kJ로 분석되었으며, 이를 바탕으로 국내에 적합한 낙석방지울타리를 50~1500kJ의 9등급으로 분류하는 것을 제안하기도 하였음(김기동, 2015). 따라서 흡수 가능한 에너지에 비해 낙석에너지가 커서 다음과 같은 낙석방지울타리 파괴 사례가 빈번히 발생하고 있음. ？ 유럽의 경우 관련기준 최고사양인 4500kJ급 낙석방지울타리뿐만 아니라 10,000kJ급 낙석방지울타리에 대한 실물 실증시험을 통해 개발을 완료하였으며, 일본에서는 3,000kJ급 낙석방지울타리 실물시험을 유럽에서 수행한 사례도 보고되고 있음. ？ 그러나 국내에서는 48~61kJ급 이상의 낙석을 방호할 수 있는 낙석방지울타리에 대한 설계기준 및 기술에 대한 연구가 부족한 실정이며, 최대 100kJ급 낙석방지울타리 시험 및 검증, 제품개발 사례만이 보고되고 있음. ？ 최근 시설물 유지관리에 대한 관심과 재해예방사업 수행을 위한 시설물 전수 조사 및 상세조사를 수행함에 따라 중대형 낙석이 발생할 수 있는 암반비탈면 및 자연비탈면이 다수 확인되고 있음. 그러나 중대형 낙석을 방호할 수 있는 국내 기술의 대책공법 부족으로 인하여 고사양 낙석방지울타리에 관한 해외 기술이 적용되고 있으며, 이로 인하여 표준 사양이상의 낙석방지울타리는 고성능의 외산시장과 100kJ 미만의 저사양의 국산시장으로 이원화되어 있는 상황임. ■ 연구개발 기술의 개요 ？ 위와 같은 연구 배경 및 필요성에 따라 다음과 같이 연구개발이 필요한 내용을 도출하였음. - 해외 선진국 기술에 준하는 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 기술 국산화 - 낙석방지울타리의 유지관리와 낙석 경보를 발령 할 수 있는 유지관리 및 경보 시스템 개발 ？ 위와 같이 도출된 연구개발 내용을 바탕으로 본 연구에서는 ‘고성능 낙석ㆍ토석 대책시설 국산화를 위한 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 및 유지관리 시스템’을 개발하고자 하며, 이를 위해 연구 컨소시엄을 구성하여 본 연구를 제안하게 되었음. [최종목표] ■ 최종목표 ？ 고성능 낙석ㆍ토석 대책시설 국산화를 위한 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 및 유지관리 시스템 개발 ■ 세부목표 ？ 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 기술 국산화 - 고성능 낙석방지울타리 요소자재 개발 - 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 개발 ？ 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구 - 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구 - 500kJ급 포켓식 낙석방지울타리 성능평가 및 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 시뮬레이션 검증 ？ 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 시스템 개발 - 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 키트 개발 - 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 시스템 개발 [연구내용 및 범위] ■ 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 기술 국산화 ？ 고성능 낙석방지울타리 요소자재 개발 - 기존 낙석방지울타리에 활용하고 있는 선재보다 고강도인 고강도 강연선, 강선, 와이어로프 등을 활용하는 방안 연구 - 고강도 선재를 활용하여 기존 강선 링형네트 대비 경량화, 고사양화 실현방안 연구 - 링형네트에 전달된 충격에너지를 변형과 마찰에 의해 감쇄시키는 주요부재인 감쇄장치는 쉽게 교환이 가능한 구조로 개발하여 유지관리 성능을 향상시키도록 구상 - 연구기관에서 보유한 네일링 관련 기술을 활용 지지부를 개발하고, 탈착식 연결을 통해 유지관리가 용이하도록 구성 ？ 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 개발 ■ 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구 ？ 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구 - 해외 선진국 사례 연구를 통한 각 부재별 성능평가 방법 연구 - 해외 선진국 사례 연구를 통한 고성능 낙석방지울타리 성능평가 방법 연구 ？ 500kJ급 포켓식 낙석방지울타리 성능평가 및 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 시뮬레이션 검증 - 500kJ급 포켓식 낙석방지울타리 실물시험장 개선 및 실물실험에 의한 성능평가 - 500kJ급 포켓식 낙석방지울타리 성능실험 결과를 활용한 5,000kJ급 포켓식 낙석방지울타리 시뮬레이션(수치해석) 검증 ■ 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 시스템 개발 ？ 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 키트 개발 - 로드셀 변위계 등의 계측기가 있으며, 사면용 진동 및 각도 센서를 개발하여 추가적인 구성 ？ 낙석ㆍ토석 대책시설 유지관리 및 경보 시스템 개발 - 저전력으로 장거리 송신이 가능한 LoRa통신 방식과 LTE망을 병용하여, 한 개의 장비로 한 개소의 센서부에 대한 데이터를 수집/전송이 가능 할 수 있도록 구성 - 통신 및 데이터 수집을 위한 D/B서버와 데이터 분석 서버로 구성되며, 서버에 수집/분석된 데이터를 바탕으로 예경보 시스템 및 모바일 웹 서비스로 구성 ■ 국내 낙석방지울타리 기술과의 차별성 ？ 국내 낙석방지울타리 기술과의 차별성 - 국내에서는 48~61kJ급 이상의 낙석을 방호할 수 있는 낙석방지울타리에 대한 설계기준 및 기술에 대한 연구가 부족한 실정이며, 국내에서 개발된 최대성능의 낙석방지울타리의 방호성능은 200kJ급임. 이로 인하여 표준 사양이상의 낙석방지울타리는 고성능의 외산시장과 200kJ 미만의 저사양의 국산시장으로 이원화되어 있는 상황임. ？ 국내 적용 해외 고성능 낙석방지울타리 기술과의 차별성 - 링형네트부의 차별성 ‥국내에 적용된 해외 고강도 낙석방지울타리용 링형 네트의 경우 1,770MPa 규격의 강선을 사용하여 제작됨. ‥본 연구에서는 고성능 낙석방지울타리용 링형네트 개발을 위해 자재시험 및 셈플 제작 후 시험을 통해 최적 소재 선정하여 개발하고자 함. - 지지부의 차별성 ‥국외 고성능 낙석방지울타리의 지지부는 락볼트, 네일, 와이어로프 등을 활용하여 제작되고 있음. 주관연구기관인 (주)대한지오이엔씨의 특허 제10-0785258호 및 특허 제10-0908085호 등을 활용하여 지지부를 개발할 계획임. ‥한편, 표층의 심도가 깊거나 전석층으로 이루어진 경우 지지부 해드부에 공동이 형성 될 수 있으므로 지지부 해드부까지 지지력 확보를 위해 해드부에 대한 연구 개발 및 제품화를 수행할 계획임. ？ 국내 고성능 낙석방지울타리와의 경제적 차별성 - 개발기술의 요소자재는 국내 철강제조ㆍ가공 인프라를 활용하여 해외 기술대비 30~50% 수준으로 제작 가능 가능할 것으로 분석되며, 전체 시스템은 해외 기술대비 60% 수준으로 예측됨. ？ 유지관리ㆍ보수성 - 낙석방지울타리 관련 최상의 기준인 ‘건설공사 비탈면 설계기준(2016, 국토해양부)’과 관련시방서에는 낙석방지울타리의 유지관리에 대한 내용이 명기되어 있지 않으며, ‘도로안전시설 설치 및 관리 지침(2008, 국토해양부)에 점검의 종류만 서술되어 있고 점검표와 같은 점검 기준이나 방법이 서술되어 있지 않음. 본 연구 과제에서는 해외 선진국 사례 분석을 통한 고성능 낙석방지울타리에 대한 점검기준을 마련할 계획임. - 고성능 낙석방지울타리 시스템 특성에 의한 유지관리ㆍ보수성 ‥개발기술의 경우 방호성능이 링형네트에 의해 좌우되며, 링형네트는 3m x 5m 또는 2m x 5m 규격의 페널로 제작되기 때문에 링형네트 일부분이 변형되거나 파손되더라도 모듈형으로 교환 교체가 가능함. 또한 모든 부제가 와이어클립이나 샤클로 연결되기 때문에 각 요소별 교환이 가능하여 기존 낙석방지울타리 대비 유지관리ㆍ보수성이 뛰어남. ‥본 연구개발 기술은 유지관리 시스템과 유기적으로 연동되기 때문에 개발기술 제품의 요소 |
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| 색인어 | 한글 | 낙석방지울타리 | 고성능 낙석방지울타리 | 링네트 | 유지관리시스템 | 낙석 |
| 영문 | Rockfall Barrier | High-Class Rockfall Barrier | Ring-Net | Management System | Rockfall | |
| 최종보고서 | 최종보고서_대한지오이엔씨(최민형).pdf | |||||