건설기술硏, 터널붕괴 징후 알려주는 '터널 지반 변위 관리' 기술 개발

터널 막장 부근에서 장거리 데이터 무선 송수신을 테스트하는 모습 [사진=한국건설기술연구원 제공]

아주경제 최서윤 기자 = 한국건설기술연구원(KICT)은 터널이나 절개 비탈면 등에 적용해 감시 대상 시설물의 이상 징후를 발생 즉시 찾아내는 기술인 ‘터널 지반 변위 관리 기술’을 개발했다고 28일 밝혔다. 이 기술은 붕괴위험이 가장 큰 터널 발파지점 근접 위치에 계측 센서를 설치할 수 있어 발파 직후 미세한 변화를 실시간으로 검지한다. 시설물 이상 징후와 지반 붕괴 예측이 가능하다.

터널의 시공이나 이용중에서 압력이나 하중, 응력 등 다양한 영향으로 인해 터널 형상에 변형이 초래될 수 있으며 이로 인해 다양한 사고가 발생했다. 2009년 화성 남양택지개발 공사 중 발생한 터널 절개지 붕괴를 비롯해 2011년 옥천군 경부고속철도 식장터널 구조물 붕괴, 호남고속철도 현장에서 터널 붕괴, 2013년 4월 신분당선 낙석 사고 등 매년 터널 관련 붕괴 사고가 꾸준히 발생하고 있다.

터널의 시공 과정과 공용 중 시설물의 상태를 측정, 형상 변형을 계측하고 있지만 대부분은 실시간 계측보다는 간헐적으로 계측을 하고 있다. 지속적·돌발적으로 발생되는 변화에 대응하지 못하고 있는 실정이다.

또 현재의 수동 계측·점검은 며칠 또는 몇 달마다 시행돼 있어 데이터 수집의 비효율성, 경비와 인력의 과대 투입, 위험 시설물의 진단에 따른 안전 등의 문제를 안고 있다. 이로 인해 터널 등에서 발생하는 사고를 사전에 알아내는 데에는 한계가 있다.

이에 KICT는 한국전자통신연구원, 흥인이엔씨와 공동으로 이 같은 단점을 보완하고 시설물의 상태를 실시간으로 정확히 분석할 수 있는 지반 변위 시스템(실시간 터널용 케이블 센싱 시스템·Real-time Cable Sensing for Tunnel)를 개발했다. 이 기술은 터널 등의 지반 시설물의 변위를 측정하고, 형상 정보로 변경해 시설물의 상태를 실시간으로 분석할 수 있는 기술이다.
 

터널용 케이블 센싱 시스템(CST)과 기존 계측 방식 비교 기존 계측은 미미한 변위밖에 측정하지 못하는데 CST 계측은 비교적 초기에 발생하는 변위를 측정할 수 있다. [사진=한국건설기술연구원 제공]

터널 발파 지점 근접 거리에 계측 센서를 설치할 수 있어 발파 후 초기치와 막장 변이를 측정할 수 있다. 특히 유지관리 단계에서도 공사 중에 설치한 시스템을 그대로 사용할 수 있어 구조물의 상태 모니터링과 예측을 비롯해 공사에 의한 영향 분석, 유지보수 업무 절차 지원 등의 시설물 관리 업무에 지속적으로 활용이 가능하다.

윤여환 KICT 선임연구위원은 "이 기술을 통해 터널의 실시간 위험 상태를 알고 붕괴에 대비할 수 있으며 교량 등 국가 주요 시설물 관리에도 접목할 수 있다"고 설명했다. 그는 "철도 구간에서 실시간 검지와 무선 전송 실험을 시행하면서 제품의 완성도를 높이고 있다"며 "현재 마무리 작업 중에 있다"고 밝혔다.