| 연구개발개요 |
○ 대한민국에서 「안전」은 모든 분야에서 가장 최우선시 되고 있으나, 대한민국의 「지반」은 여전히 안전하지 않음- 2018년 서울 상도동과 가산동에서 두 건의 심각한 흙막이 붕괴 사고로 주변시설물 및 주민 피해 발생- 2017년 11월 7일 국내 최초로 포항지역에서 지진에 의해 지반 액상화 현상이 확인됨○ 굴착 중 붕괴 사고의 경우 계획-시공-사고대응 단계에서 각종 제도 및 계측 관리 운영에서의 문제점이 국토교통부 국정현안점검조정회의(2018년 10월)에서 논의되고 대책문건에서 적시한 바와 같이 공론화됨- 위험징후를 조기에 감지하기 위해 지반의 움직임을 측정하여 위험여부를 판단토록 계측계획을 수립하고 있으나, 세부규정이 미흡하고 관련설계기준도 산재됨.- 현장 감리를 보완하기 위해 공사 중 굴착공사에 대한 사후지하안전영향조사를 시행하고 있으나, 민간공사는 공사비 절감에만 주안점을 두어 안전을 경시한 설계변경이 지속적으로 발생하는 실정임○ 2017년 11월 7일 발생한 규모 5.4 포항지진으로 인해 국내에서 최초로 17건의 액상화 현상이 공식적으로 보고되었고 지진에 대한 국민들의 경각심이 고조되었음- 국내의 액상화 평가기법은 최근까지도 1970년대 발표된 연구결과를 바탕으로 한 고전적인 액상화 기법이 통용되고 있으며, 이는 현재 선진국에서 사용하는 액상화 평가 기법과는 상당한 괴리가 있음○ 정부에서는 제도 개선 노력 및 국가 R&D를 통해 「안전한 대한민국 지반」을 추구하고 있음.- 제도적인 개선 노력: 지하안전관리에 관한 특별법(이하 지특법)을 시행 중이나, 현재 이를 전담하는 인력 및 담당 공무원의 기술역량 부족이 문제점으로 대두됨- 지반함몰과 굴착공사 안전관련으로 2015년경부터 국토교통부 소관의 ①지반함몰 발생 및 피해 저감을 위한 지반 안정성 평가 및 굴착·복구 기술개발 ②도심지 지반함몰 저감을 위한 지하매설물 설치기술 개발 ③도로함몰 위험도 평가 및 분석기술 개발 등이 추진되었고, 미래창조과학부 소관으로 사물인터넷(IoT) 기반 도시 지하매설물 모니터링 및 관리시스템 기술개발이 수행되었음. 본 연구에서는 전술된 연구과제에서 다루지 않은 문제에 대하여 해결방안을 제안하고자 함- 향후 포항지진 사례와 유사한 지반 액상화 발생 시 각종 SOC 시설물들에 대한 큰 피해가 예상됨. 현재 국내에는 최신기술이 반영된 액상화 평가기준이 없고 적절한 시설물별 액상 대책 매뉴얼이 부재한 상태임○ 본 연구에서는 현재까지 정부의 제도 개선 노력 및 국가R&D 연구개발 성과를 바탕으로 국민들이 생활 속에서 체감할 수 있는 「안전한 대한민국 지반」을 이루기 위해 각종 관련 기술의 고도화 연구 주제를 다음과 같이 제안함？ 제안 주제 1 [CT-A,B]: 도심지 흙막이 굴착 시공 중 굴착 배면 및 인접 지반 변위 예측의 고도화- 굴착 시공 중 인접 지역에서 나타나는 각종 문제패턴을 신속하게 인지할 수 있는 기술- 기존 지점계측의 한계를 극복하는 3차원 영상정보기반 굴착면 및 주변변위 측정기술？ 제안 주제 2 [CT-C]: 지반 보강체의 품질 확인 기술의 고도화- 문제가 발생된 지반 내부에 주입한 보강체의 위치, 형상, 물성 등을 정확하게 추적할 수 있는 기술？ 제안 주제 3 [CT-D]: 액상화 기준 개정 및 보수보강 매뉴얼 개발- 선진국 수준의 국내 액상화 설계 기준 개정안 작성- 주요 시설물 별 액상화 피해 평가법 및 대책 매뉴얼 작성
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| 최종목표 |
1) [CT-A] 도심지 흙막이 굴착 시공 중 문제패턴 조기 인식을 위한 실시간 영상 및 이동체 수집 정보의 멀티소스 센서패키지 및 동적 데이터 전송 플랫폼 기술 개발① 문제패턴 인식 멀티소스 센서패키지(흙막이 굴착면 기준 3H(H=최대굴착심도)의 굴착 배면부 영역에서 발생한 굴착 유발 문제패턴신호를 90% 이상 인식② 멀티소스 데이터의 엣지 데이터처리 및 다이나믹 오프로딩 기술2) [CT-B] 3D 영상정보 기반 비접촉식 실시간 Full-field measurement 측정 시스템 개발 기술① 측정거리 30m까지 정확도 ±1mm, 정밀도 ±0.5mm 이하② 비접촉식 실시간 full-field measurement 현장적용기술개발 ③ 3D 실시간 full-field measurement 시스템 구축 및 영상처리 기술개발 3) [CT-C] 시공 후 품질관리가 가능한 전도성 그라우팅 재료 및 품질평가기술 개발 ① 시공 후 보강 범위 기준의 품질평가가 가능한 전도성 그라우팅 재료 - 전도성 그라우팅 보강 후 4Ωm 이하의 전기비저항을 가지는 보강체 ② 전도성 그라우팅 보강체의 보강 범위 기준 품질평가를 위한 소형 현장탐사 시험장비 - 30kg 이내 휴대용 장비로 구성된 시험장비 - 지표에서 운영되는 비파괴 시험법 대비 품질평가 정밀도 30% 향상 - 현장 특성에 따라 가속도, 전기비저항 센서 등을 활용한 10m 내외의 고심도 탐사 기능 포함4) [CT-D] 국내 액상화 설계기준 개정 및 주요 시설물별 액상화 대책 매뉴얼 개발① 국내 액상화 설계 기준 개정 - 예비평가 및 본평가 개선 기준(안) · 국토교통부 설계기준 ‘KDS 17 10 00 내진설계 일반’ 內 액상화 기준 개정안 - 포항지역 액상화 상세 분석 기술서 - 액상화 실내실험(진동삼축시험, 반복직접전단시험 등) 표준화 - 지반 액상화 평가 전문가 검증 절차(Peer review process) 지침(안) ② 주요 시설물(철도, 교량, 제방, 건축물)별 액상화 대책 매뉴얼 - 주요시설물(철도, 교량, 제방, 건축물)별 액상화 피해 평가기술 - 주요시설물(철도, 교량, 제방, 건축물)별 액상화 보수·보강 지침(안)
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| 연구내용 및 범위 |
1) 1차 연도① 개발 목표[CT-A]○ 굴착 현장 주변 Macro 규모의 모니터링을 위한 라이다 솔루션 설계○ 굴착 배면부의 Meso 규모의 모니터링을 위한 영상 취득 하드웨어 요구사항 분석○ 굴착 배면부의 Micro 규모의 모니터링이 가능한 선레이저 기반 센서 패키지 설계 및 가용성 분석○ 오프로딩 비용 모델 및 동적 오프로딩 처리 기술 개발[CT-B]○ 카메라 자체의 자세 및 위치변이 검출 시스템 개발 ○ 렌즈의 왜곡, 초점거리, 광축 등 카메라 매트릭스 추출 및 보정 최적화 알고리즘 개발[CT-C]○ 전도성 그라우팅 개발을 위한 전도성 재료 검토 및 재료별 전기전도도 정량화○ 소형 현장탐사 시험장비 설계 및 기존 지반조사기법의 타당성 검증[CT-D]○ 시설물별 액상화 피해 평가법 조사 분석 및 시험 관련 규격 및 문헌조사 연구○ 기존 액상화 평가 자료수집 및 액상화 평가를 통한 액상화 상세평가 지역 선정○ 포항 액상화 지역(흥해읍 등) 3개소 지반조사 및 시료채취를 통한 포항지역 지반조사 데이터 수집 및 분석 2) 2차 연도① 개발 목표 [CT-A]○ Macro 규모의 모니터링을 위한 라이다 사용 시 측위를 위한 랜드 마크 선정 및 추출 기술 개발○ Meso 규모의 모니터링을 위한 굴착 배면부 최적 영상 취득을 위한 촬영 기법 정립○ Meso 규모의 모니터링을 위한 지면에 표시한 격자의 기하학적 왜곡 분석 알고리즘의 개발○ Micro 규모의 모니터링을 선레이저 사용 시 곡률에 따른 깊이 측정 모델 개발○ 엣지 데이터 처리가 가능한 모듈형 멀티소스 센서 패키지 플랫폼 HW 설계[CT-B]○ 카메라 자세 검출장치개발 및 하드웨어 변위계측 현장 적용성 평가○ 2D, 3D 변위 검출 SW개발[CT-C]○ 기존 그라우팅 재료와 전도성 재료 간의 전기적/화학적 결합 기법 개발 및 개발된 전도성 그라우팅 재료의 성능 검증○소형 현장탐사 시험장비 제작 및 모형실험을 통한 개발된 장비의 적용성 검증[CT-D]○ 포항 액상화 지역 진동삼축압축시험 및 반복전단시험수행○ 액상화 평가를 위한 반복전단응력비 및 진동저항응력비 산정기술 개발○ 포항 액상화 지역(시내지역 등) 3개소 지반조사 수행○ 시설물별 액상화 피해 평가 관련 기본계획 수립○ 시설물별 액상화 피해 평가 및 보수보강 관련 기존문헌 조사 및 설계기법 검토3) 3차 연도① 개발 목표 [CT-A]○ Macro 규모의 모니터링을 위한 라이다 솔루션 사용 시 문제패턴 인식을 위한 대상 선정 및 변위 측정 모델 개발○ Meso 규모의 모니터링을 위한 영상기반의 배면 지반 침하 분석 기법 개발○ Micro 규모 모니터링의 정밀도 향상을 위한 필터링 및 변위 측정 기법 개발○ 동적 오프로딩 기반 멀티소스 센서 패키지 플랫폼 개발[CT-B]○ 3D 영상정보 기반 변위계측 시스템 현장 시험 적용 및 계측 데이터 사용자 환경 개발○ 변위계측 통합 SW 개발 및 검증[CT-C]○ 전도성 그라우팅 재료를 이용하여 공동부를 포함한 느슨한 지반 내 보강체를 확인하기 위한 배합 조건별 정량화 기술 개발 ○ 현장적용이 가능한 프로토 타입의 시험용 탐사장비를 제작 및 현장 적용성 분석[CT-D]○ 포항 액상화 상세분석 보고서 작성 및 국내 액상화 설계기준 및 해설 개선(안) 개발○ 액상화 평가를 위한 시험 관련 규격(안) 제출 및 건축물 액상화 발생시 안정성 평가 및 보수보강 방법 작성○ 시설물(철도, 교량, 제방)별 액상화 피해 평가를 위한 지표확립 및 평가법 제시○ 시설물별 액상화 피해 평가에 대한 해석적 검토 및 피해 평가 매뉴얼 작성4) 4차 연도① 개발 목표[CT-A]○ Macro, Meso, Micro 레벨의 센서들과 동적 데이터 전송 플랫폼의 연동을 통한 멀티소스 센서 패키지 플랫폼 제작○ 멀티소스 센서 패키지 플랫폼 고도화 및 최적화[CT-B]○ 실규모 현장 조건에 최적화된 변위계측 통합 시스템 개발○ 변위계측 통합 SW 성능 고도화[CT-C]○ 개발된 재료를 이용한 보강체 형상 구현 / 위치별 보강 품질 평가 현장실증 수행○ 개발된 소형 현장탐사 시험장비의 Test bed 적용을 통한 현장실증 수행[CT-D]○ KDS 액상화 기준 개정안 중심위 대응 및 해설안 작성○ 포항 액상화 현상 및 국내 액상화 기준 개정안 관련 국제 워크샵 개최○ 시설물별(철도, 교량, 제방, 건축물) 액상화 보수보강 대책 방안 수립○ 시설물별(철도, 교량, 제방, 건축물) 액상화 보수보강 대책 매뉴얼 작성
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