철도연 급행화 R&D서 터널 물리탐사기법 개발 GPR 등 탐사장비로 지하시설물측량 사업 확대
한국철도기술연구원은 2018년부터 올해까지 3년 일정으로 ‘기존인프라를 활용한 도시‧광역철도 급행화 기술개발’ 국가R&D(연구개발)를 진행하고 있다. 이번 사업에서 (주)지오메카이엔지는 기존 구조물(터널)의 파손 및 피해를 최소화할 수 있는 조사 및 물리탐사기법을 개발하고 있다.
채휘영 지오메카이엔지 대표는 “도시‧광역철도 시설개량을 위한 터널 확폭(폭 확장) 시 기존 터널 라이닝 배면에 대한 지반지질 조사는 필수적으로 검토돼야 한다”며 “이번 연구는 터널측벽 탄성파 탐사와 터널 굴착공사 시 디지털 막장 관찰결과에서 취득된 암반의 불연속면의 상관관계를 분석해 탐사의 효용성을 검증하는 것”이라고 설명했다.
지오메카이엔지는 건설·환경 분야에서 필요로 하는 지반·지질공학, 물리탐사 및 현장 원위치 시험 등의 기초자료 제공을 비롯해 지하안전영향평가 등 지질·지반 분야의 특화된 기술용역을 제공하는 토목엔지니어링 전문기업이다. 다양한 최신형 물리탐사장비를 보유하고 있으며, 지구물리탐사를 전공하고 공동(空洞·cavity) 탐사 경험과 노하우를 갖고 있는 기술진들과 자체적으로 개발한 공동 자동분석 기술력을 갖추고 있다.
지오메카이엔지는 2014년 국내에서는 유일하게 터널 탐사 장비인 ‘TSP 303 Plus 3D 시스템(3D 터널전방 탄성파 탐사)’을 도입했다. 현재까지 보령~태안 해저터널 시공 현장을 비롯한 국내현장에서 100회 이상의 터널 막장 전방 지질예측탐사 실적을 보유하고 있다.
또한 지난해 ‘Side TSP processing tool(TSP Ease)’을 도입해 터널 측벽의 탐사에도 적극적으로 활용하고 있으며, 디지털 사진측량 기술과 컴퓨터 시각인식기술이 결합된 시스템으로 2개 이상의 겹치는 2차원 이미지로부터 3차원 정보를 획득하는 입체사진기법을 이용한 디지털 페이스 매핑(Face mapping‧막장 지질조사) 기술을 보유하고 있다. ‘디지털 페이스 매핑’은 막장 표면을 디지털 사진을 찍어서 입체적으로 남기는 것이다.
채휘영 대표는 막장 지질조사와 관련해 “기존에는 기술자가 현장에 가서 수작업으로 막장(갱도 끝 굴진 작업장) 스케치를 해서 암반평가를 하고 암반 절리면의 방향성 등을 측정했었던 것”이라며 “그러다 보니 기존터널의 이런 자료들이 남아있지 않고 남아있더라고 그림이 정확하지 않은 것”이라고 설명했다.
지오메카이엔지가 도입한 ‘TSP 303 Plus 3D 시스템’은 2013년 스위스에서 개발된 장비로, 시공 중인 터널의 막장 전방의 지질을 100~200m까지 예측할 수 있다. 또한 ‘Side TSP processing tool(TSP Ease)’은 측면의 지반특성 분석을 위해 스위스에서 개발됐다. ‘TSP 303’ 장비시스템은 현재 국내에서 지오메카이엔지와 GS건설만 각각 보유하고 있는 것으로 알려졌다.
‘TSP탐사’는 역 수직 탐사법을 터널 내에 적용한 것으로 터널 내 한 지점에 수신기를 설치하고 터널 진행방향의 여러 위치에서 탄성파를 발생시켜 터널 전방 혹은 주위의 지층 경계면에서 반사된 반사파를 분석해 터널과 만나게 될 불연속면을 예측하는 방법이다.
채휘영 대표는 “통상 지하철이나 도로 터널 설계를 할 때 지반조사를 한다”면서 “50~100미터 간격으로 시추해서 터널 설계를 하고 이 과정을 통해 보강공법을 어떻게 써야하는지를 결정하는 것”이라고 말했다.
지구물리를 전공한 채휘영 대표는 지하 공간 및 지하시설물측량 등은 지구물리탐사 개념으로 접근해야 한다고 강조했다.
채휘영 대표는 “터널과 같은 지하 공간 개발 시 지하 암반에 존재하는 불연속면, 절리, 파쇄대 등은 공사의 안전에 영향을 미치는 매우 중요한 요소”라며 “터널 굴착 시 표준화된 굴진면 관찰과 지반상태의 3차원적 표현, 미 굴착 구간의 지반상태 예측을 위해 영상기법을 이용한 디지털 영상 분석기술이 최근 개발돼 적용되고 있는 추세”라고 설명했다.
지오메카이엔지는 이외에도 도로 함몰(싱크홀) 탐사를 위한 ‘차량형 대규모 3D(3차원) GPR(Ground Penetrating Radar·지표투과레이더) 탐사장비’와 ‘다중채널 핸디형 GPR 탐사장비’ ‘전자유도 관로탐사장비’ 등 다양한 종류의 GPR 지반탐사장비를 보유하고 있다.
이 같은 장비를 통해 서울시, 부산시, 울산시 등 전국 지자체의 도로함몰 예방 탐사 사업을 수행해오고 있다.
채휘영 대표는 “이번 연구를 통해 터널 조사 및 물리탐사기법을 고도화하는 한편, GPR 장비를 이용한 지하시설물측량 및 공동 탐사 사업을 확대할 것”이라고 말했다.
/조영관 기자
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