계측

1. 목적

계측관리는 시공이 진행되고 있는 동안 주변구조물이나 기초지반의 응력, 변형특성을 점검하면서 설계, 시공을 적절히 변경, 조정하여 각종 토류구조물과 지하공동구 및 배면지반의 거동을 주의 깊게 관찰하여 안정을 저해하는 요소를 조기에 발견하여 지하굴착에 따른 토류구조물의 안정은 물론 인접구조물 및 지하매설물의 피해를 최소화하는데 있다.

계측

관리

굴착으로 인한 인접건물 및 구조물에 변위를 계측하여 안전시공을 위한 계측자료 제공. 계측된 자료는 정리․분석하고 축적하여 차후 구조물 설계 및 시공에 적용

2. 계측관리 순서도

3. 계측관리 체재

계측관리 시스템

계측관리 흐름도

1) 계측관리 시스템은 측정한 Data를 수집 분석하여 안전성을 판단, 예측하고 이에 따라 설계 및 시공법을 수정/변경하여 시공관리 함으로서 안전하고 경제적인 시공을 기능케 한다.

2) 계측시스템은 계측의 목적, 계측방식, 관리방법 등을 고려하여 계획되어야 하며 기본 흐름은 다음과 같다.

4. 계측관리 기법

절대치 관리

관리방법은 안전율의 개념을 도입한 것으로 사전에 각 항목별 안전율을 정하고 설계치와 계측치의 비와 안전율을 비교하여 공사의 안전성을 확보하는 것이다.

계측수행시 측정결과치가 관리 기준치에 도달하면 계측빈도를 높이는 등의 감시체제를 강화하고 측정치가 계속적인 증가양상을 보일 경우에는 공사를 중단하고 그 발생 원인을 파악하고 이에 따른 대책을 강구해야 한다.

예측치 관리

이 기법은 선행굴착에 대한 측정결과로부터 토질정수, 벽체 및 지보공의 특성치를 구해 그 값을 이용하여 다음단계 굴착이후의 벽체와 지보공의 거동을 수치해석기법으로 예측하고, 안전하다고 판단되면 굴착공사를 진행하는 방법이다.

계측자료와 예측자료를 비교해서 계측자료가 허용범위 내에 유지되어야 하지만 그렇지 못한 경우에는 설계된 단면을 재 가정하여 안전측에 도달되도록 반복설계를 실시해야 한다.

이 기법은 현장의 이상조건을 조기에 발견할 수 있다는 장점이 있으나 숙련된 기술자가 필수적이고 비용이 절대치 관리기법보다 많이 드는 단점이 있다.

통상의 해석이 하중이나 토질정수를 Input Data로 하여 경계조건하에서 응력, 변형, 변위 등을 Output으로 얻게 되는 반면 본 기법에서는 역으로 실측변위를 Input Data로 해서 토질정수를 Output으로 얻게되는 역해석(Back-Analysis) 수법이 이용된다.

역해석(Back-Analysis)

목적

- 설계시 사용된 입력물성치의 검증하고 수치해석시의 오차를 최소화

- 계측관리기준치의 재 설정 하여 경제적이고 안전한 설계 유도

방법

- 직접법 : 입력자료(탄성계수 E, 측압계수 Ko)를 변경해가며 해석결과와 계측결과와의 차이를 최소화 하는 방법으로 시간이 많이 걸리나 대부분의 문제에 적용 가능

- 역순법 : 변위 및 응력을 입력자료로 하고 지반특성치를 미지수로하여 구성방정식을 역으로 만들어 해석하는 방법으로 프로그램 작성에 시간이 소요되나 완성후는 신속한 해석이 가능

- Baysian, kalmam Filter 기법 : 확률기법을 사용하여 계측시의 측정오차를 수정하는 방법

5. 계측관리 빈도

계측빈도의 설정

계측빈도는 계측의 목적, 계측지점의 중요성, 계측대상 구조물의 상태, 공사의 진척정도, 계측방법 등에 따라 조정될 수 있으며, 일일평균치 또는 대표 기준값 등을 선정하여 기록으로 남기는 것이 필요하다. 즉, 변위값의 추이에 따라 빈도를 정하는 것이 원칙이며 계측치의 추이가 급속한 변화(가속도) 및 이상징 후 발생시는 감리원과 협의 후 수시계측이 요구되며, 일반적으로는 설계상의 계측빈도에 의한 계측 Data를 수집하여 계측관리용 Software를 이용하여 결과를 기록하고 설계치와의 비교 검토 후 계측관리 기준에 따라 판단되어야 한다.

계측항목

측정시기

측정빈도

비고

지중경사계

설치 즉시

공사 진행중

공사 완료후

1회/일 (3일간)

2회/주

1회/주(1개월까지)

초기치 선정

1∼6개월 (월1회)

지하수위계

설치 즉시

공사 진행중

공사 완료후(관리기간)

1회/일 (1일간)

2회/주

1회/주(1개월까지)

초기치 선정

우천 1일후 3일간 연속 측정

1∼12개월 (월1회)

하중계

설치 즉시

공사 진행중

공사 완료후

1회/일(3일간)

2회/주

1회/주(1개월까지)

초기치 선정

다음 단 설치시 추가 측정

1~6개월(월1회)

변형률계

설치 즉시

공사 진행중

공사 완료후

3회/일(1일간)

3회/주

1회/주(1개월까지)

초기치 선정

다음 단 설치시 추가 측정

1~6개월(월1회)

건물경사계

설치 후 1일 경과

공사 진행중

공사 완료후

3회/일(1일간)

2회/주

1회/주(1개월까지)

초기치 선정

1∼6개월 (월1회)

균열측정계

설치 후 1일 경과

공사 진행중

공사 완료후

3회/일(1일간)

2회/주

1회/주(1개월까지)

초기치 선정

1∼6개월 (월1회)

지표침하계

설치 즉시

공사 진행중

공사 완료후

1회/일 (3일간)

2회/주

1회/주(1개월까지)

초기치 선정

1∼6개월 (월1회)

6. 계측관리 방법

계측관리 방법

시공관리나 안전관리를 위한 계측자료 관리방법에는 절대치 관리와 예측관리가 있다. 절대치 관리란 시공 전에 설정된 관리 기준치와 실측치를 비교 검토하여 공사의 안전성을 확인하는 방법이다. 예측관리는 다음 단계이후의 예측치와 관리 기준치를 비교 검토하여 사전에 공사의 안전성 및 시공방법을 검토하는 것이다. 여기서 예측치란 현 단계까지의 굴착 상태를 실험실 물성시험자료에 기초하여 모델링한 결과 얻어진 토질정수에 의해 다음 굴착단계이후 토류구조물의 거동을 추정한 값을 말한다.

절대치 관리 방법과 예측치 관리방법

계측관리 기준의 설정

계측의 관리기준은 계획 및 설계 단계에서 부터 고려하는 것이 바람직하며, 일단 계획 단계에서 설정된 관리기준은 시공 초기단계의 판단기준으로 활용하도록 하고 시공 중에는 각 단면에 있어서의 지반조건 및 계측치의 시간 경과에 따른 변위의 변화상태와 계측항목간의 상호관계를 고려하여 종합적으로 판단하여야 한다.

계측의 관리기준치 설정에 사용되는 방법은 다양하나 대체적으로 변위를 기준으로 하는 방법과 응력을 기준으로 하는 방법으로 구분되며, 터널계측의 관리기준치는 일반적으로 수치해석에 의한 변위를 기준으로 하는 경우가 대부분이다. 그러나 실제 효과적으로 계측관리 기준치를 설정하기 위해서는 여러가지 방법을 보완적으로 이용한 종합적인 검토가 요구되며, 당 현장의 경우 다음과 같은 계측항목별 관리기준을 설정하여 계측관리가 이루어 질 수 있도록 계획하였다.

7. 계측기별 계측관리기준

7-1. 전기식 경사계

지중경사계 관리기준
일반적으로 지반이 동일한 지층으로 구성되어 있을 때 굴착에 따른 지중변위양상은 Earth Anchor 또는 Strut과 같은 지지방식에 따라 다른 양상을 보이며 또한 굴착시와 지보 설치시, 방치시에 따라 변형량의 크기 및 진행 속도를 달리한다. 따라서 현장의 안정성 판단을 수치적인 안전율로 표기하기 이전에 현 공정 상태에 따른 지중변위양상(시간 경과에 따른 전체적인 변위의 흐름 상태)을 파악해 현 상태가 안정적인지 불 안정적인지를 판단하는 것이 제일 중요하다. 본 현장에서는 아래와 같이 관리기준을 설정하여 관리 하겠으며 지질조건, 변위의 증가속도, 일일 변위량 등 현장여건에 따라 세심한 주의를 기울여 판정을 내릴 것이다.
기 준	판 단
1차관리기준치 : 1/500 × H 2차관리기준치 : 1/200 × H (H = 굴착깊이)	1차관리기준치 ≧ 실측치 : 안전 1차관리기준치 < 실측치 ≦ 2차관리기준치 : 주의 2차관리기준치 < 실측치 : 위험

7-2. 지하수위계

지하수위계 관리기준
지하 굴토작업 시 지하수위의 하강은 지반 내 유효응력 증가를 야기하며 이는 지반 변위를 동반한다. 따라서 지하수위 변동은 지중수평변위 계측관리에 있어 지중변화를 파악하는데 서로 보안 적으로 고려되어야 한다. 당 현장의 경우 상기의 의미에 부합하기 위해 지중경사계 측방으로 근접하게 지하수위계를 설치 운용함으로써 측정된 지하수위가 단계별 굴착작업 진행에 따라 일정하게 수위저하가 이루어지는가? 지하구조물 축조공사 완료시(되메우기 작업 후)기존 수위로 회복 또는 상승하는가를 파악하고, 또한 그에 따른 급격한 수위상승이 과잉간극수압을 유발할 수 있으므로 지속적인 관찰을 통해 위험요소 발생 여부를 수시로 점검할 예정이다.
기준	판단
1차관리기준치 : 측정치 ≦ 0.5m/day 2차관리기준치 : 0.5m/day < 측정치 ≦ 1.0m/day 3차관리기준치 : 1.0m/day < 측정치	1차관리기준치 : 안전 2차관리기준치 : 주의 3차관리기준치 : 위험

7-3. 하중계

하중계의 관리기준
일반적인 지보 System 중 Earth Anchor에 설치되어지는 하중계는 Earth Anchor 인장시 하중의 Check 및 굴착 진전과 시간경과에 따른 하중의 증감을 측정함으로써 공사 진행 또는 구조물의 변형을 예측하여 안정관리 자료로 활용 한다. 일반적으로 다음과 같은 판단기준을 설정하여 관리한다.
기준 및 판단
위 치	1차 관리기준치	2차 관리기준치
강관 1	39.3 ton	49.1 ton
강관 2	54.5 ton	68.1 ton
사보강 3	115.9 ton	144.8 ton
사보강 4	148.4 ton	185.5 ton

7-4. 변형률계

변형률계 관리기준
당 현장의 지보 System으로 채택한 Strut 에 작용하는 응력 변화를 검토하기 위해 변형률계를 설치하여 운용할 계획이며 본 현장에서는 당초 구조계산시에 설정된 강재의 허용 휨 응력을 관리기준으로 설정하여 안전검토를 실시할 계획이다.
기준 및 판단
위 치	1차 관리기준치	2차 관리기준치
강관 1	3,562kg/cm²	4,452kg/cm²
강관 2	3,559kg/cm²	4,448kg/cm²
사보강 3	1,410kg/cm²	1,762kg/cm²
사보강 4	1,410kg/cm²	1,762kg/cm²

7-5. 지표침하계

지표침하계의 관리기준
지하구조물 시공시 굴착의 영향으로 인한 벽체의 변형은 주변지반의 침하를 유발시킨다. 굴착으로 인한 지반의 침하유발 요소는 다음과 같으며, 지표침하계 관리기준은 아래와 같다. ① 지하굴착 깊이와 크기가 클수록 침하량과 영향거리는 밀접한 관계가 있다. ② 벽체나 벽체저부로 통과하는 지하수 및 굴착내부로 유출되는 토사량의 이동 ③ 연약점토질에서 진동에 의한 MUD WAVE 영향 ④ 시공방법과 시간적 지연에서 오는 벽체의 변형 ⑤ 흙막이벽 버팀대의 강성이 충분치 않거나 주변하중 조건이 설계하중을 초과할 때 (시공중 굴착면 주변의 시공장비 및 자재 야적상태)
기 준	판 단
1차관리기준치 : 32.0mm 2차관리기준치 : 40.0mm	1차관리기준치 ≧ 실측치 : 안전 1차관리기준치 < 실측치 ≦ 2차관리기준치 : 주의 2차관리기준치 < 실측치 : 위험

8. 시공단계별 계측치 활용방안

8-1 계측에 의한 시공 평가 흐름도

계측에 의한 시공 평가 흐름도

시

공

단

계

평

가

단

계

8-2 계측결과에 따른 합리적인 시공방안

계측결과	합리적인 시공방법
예상 변위에 해당하는 변위가 발생하고, 종합적인 계측결과치가 안정화 추세	◦설계 및 시공이 적합 ◦향후 시공시 특별한 변화가 없는 한 시공법 유지
예측한 변형보다도 적은 변형으로 종합적인 계측결과치가 안정화 추세	◦지반자체가 설계시의 예상보다 양호하여 설계된 경우, 시공법은 과다 시공시 얻어진 각종 계측결과에 의거하여 벽체 및 가시설의 안정상태를 역해석하고 다른 사례와의 비교평가를 통하여 경제적인 시공방법 정립
예측한 변위량 이내로 변위를 제어하기 위해 보강, 시공방법 등의 변경이 요구되는 경우	◦설계대로 굴착이 실시되고 있는가, 또한 설계된 정해진 시기에 시공이 되고 있는가에 대한 검토 실시 ◦시공실태 검토결과 시공자체에 문제가 없다고 판단된 경우 보조공법의 채택, 보조부 재의 추가나 시공방법 조정
예측한 변위보다 큰 변위가 발생하여 시공방법 변경이 필요한 경우	◦설계․시공법 전반에 걸쳐 근본적인 재검토 및 수정작업 실시 ◦굴착에서 변위 수렴에 이르는 안정화 과정을 계측결과에 의한 역해석 과정으로 모델링 실시 ◦실시되고 있는 시공법 및 시공순서등 전반에 각각의 영향을 정밀 조사함

8-3 계측관리 체제

관리체제	절대치 관리기준	계 측 관 리 체 제	시공관리 및 대책
평 상 시	계측치≤제1관리치	- 정상계측 및 보고	- 주변침하정도, 토류벽체 균열여부 - 인접건물의 균열정도
제1단계	제1관리치< 계측치 ≤ 제2관리치	- 보 고 - 계측기기의 점검 및 재측정 - 요인 분석	- 주변침하, 토류벽체 균열정도 - 인접건물의 균열정도 - 대책공의 검토준비
제2단계	제2관리치<계측치 ≤ 제3관리치	- 계측체제의 강화 → 측정빈도의 증가 - 요인 분석 - 관리기준치 검토 - 해당구간의 계측기 및 측점추가	- 현장상황의 점검 및 강화 - 대책공의 실시 →토류벽 배면의 그라우팅 →버팀보, 띠장의 보강 →건물주변의 지반보강, 차수공법
제3단계	계측치>제3관리치	- 계측체제의 강화 - 요인 분석 - 관리기준치 검토 - 예측관리기법 채택 - 재설계, 대책공 실시, 확인	- 공사중지, 현장점검 - 대책공의 실시결과 검토 - 예측관리기법에 의한 대책 → 버팀재 설치간격의 변경 → 시공법의 변경 → 굴착깊이의 감소

9. 사진관련

지표침하핀 측정

하중계 설치

변형률계 설치

지하수위계 측정

지중경사계 측정