결합된 초음파-충격 반향 기법 기반의 일반 지하구 구조체의 건전도 평가에 관한 실험적 연구

Experimental study on structural integrity assessment of utility tunnels using coupled pulse-impact echo method

터널과 공동구와 같은 지하구조물의 공용연수가 증가하고 노후화로 인한 사고로 인하여 안전 관리의 필요성이 대두되고 있다. 다만, 민간이 관리 주체인 일반 지하구의 경우 시설물 안전 및 유지관리 세부지침이 미흡하여 안전 관리가 부실한 상황이다. 또한 일반 지하구는 기본 설계 정보가 부족하고 안전 관리자가 안전 진단을 수행하기 위한 공간이 협소하여 기존 비파괴 검사법들의 적용에 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 박스형 일반 지하구의 안전 진단을 위한 기초 자료로 사용될 수 있는 구조물의 두께·철근 유무와 철근 깊이·내부 결함의 유무 및 깊이 등을 판단할 수 있는 품질 평가를 위한 초음파법과 충격 반향 기법 바탕의 비파괴 검사 방법을 제안하였다. 일반 지하구의 실제 현장 조건에서의 제안한 방법의 유효성을 검토하기 위해 콘크리트 벽체 모형 실험체들을 제작하여, 본 연구를 통해 제안한 방법론을 검증하였다. 초음파 신호와 충격 신호를 활용하여 신호를 인가하여, 다채널로 구성된 가속도계를 통해 신호를 수집하고, 최종적으로 모사된 시편의 두께 및 내부에 삽인 된 철근과 구현된 결함의 깊이를 도출하였으며, 실측치와의 비교를 통해 예측한 깊이가 설계한 깊이와 효과적으로 부합하는 것을 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 일반 지하구 현장에서 활용할 수 있는 안전 진단 방법의 도출에 기여할 것으로 기대된다.

The need for safety management has arisen due to the increasing number of years of operated underground structures, such as tunnels and utility tunnels, and accidents caused by those aging infrastructures. However, in the case of privately managed underground utility ducts, there is a lack of detailed guidelines for facility safety and maintenance, resulting in inadequate safety management. Furthermore, the absence of basic design information and the limited space for safety assessments make applying currently used non-destructive testing methods challenging. Therefore, this study suggests non-destructive inspection methods using ultrasonic and impact-echo techniques to assess the quality of underground structures. Thickness, presence of rebars, depth of rebars, and the presence and depth of internal defects are assessed to provide fundamental data for the safety assessment of box-type general underground structures. To validate the proposed methodology, different conditions of concrete specimens are designed and cured to simulate actual field conditions. Applying ultrasonic and impact signals and collecting data through multi-channel accelerometers determine the thickness of the simulated specimens, the depth of embedded rebar, and the extent of defects. The predicted results are well agreed upon compared with actual measurements. The proposed methodology is expected to contribute to developing safety diagnostic methods applicable to general underground structures in practical field conditions.