하수관거 배면 공동 탐지를 위한 충격반향법의 적용성 평가

Abstract

싱크홀 발생의 주요 원인인 하수관거 배면의 공동 탐지를 위해 비파괴검사 방법 중 하나인 충격반향법을 적용한실내 모형 실험을 수행하였다. 콘크리트 하수관의 모의를 위해 얇은 두께의 콘크리트 평판 시험체를 제작하였고 주변지반은 모래로 조성하였으며 공동의 모사를 위해 스티로폼 박스를 모래에 매립하였다. 콘크리트 판 배면이 공동인경우와 완전히 모래에 밀착된 경우로 나누어 실험이 진행되었으며 일정한 타격 강도의 유지를 위해 새롭게 제작된타격 장치를 사용하여 획득 자료의 신뢰성을 높였다. 측정된 반사파는 고속 푸리에 변환과 국소 푸리에 변환을 사용하여 주파수 특성 및 시간 특성을 분석하였다. 그 결과, 푸리에 스펙트럼의 형상으로는 공동의 유무를 판별할 수 없는것으로 나타났다. 본 연구에서는 공진 시간이라고 명한 새로운 지표를 제안하였다. 이는 공진 주파수가 일정 강도를 초과하는 지속 시간으로 정의하였다. 공진 시간은 공동의 유무를 효과적으로 예측하는 것으로 나타났다. 나아가 공동유무를 구분할 수 있는 공진 시간을 제시하였다. 실제 현장 조건에서의 검증과 보다 광범위한 적용성의 확보를 위해다양한 지반 조건에 대한 추가 실험과 실제 하수관에 대한 현장 실험 등을 진행할 예정이다. The leakage of water under sewer pipelines is one of main sources of sinkholes in urban areas. We performed laboratory model tests to investigate the presence of cavities using impact-echo method, which is a nondestructive test method. To simulate a concrete sewer pipe, a thin concrete plate was built and placed over container filled with sand. The cavity was modeled as an extruded polystyrene foam box. Two sets of tests were performed, one over sand and the other on cavity. A new impact device was developed to apply a consistent high frequency impact load on the concrete plate, thereby increasing the reliability of the test procedure. The frequency and transient characteristics of the measured reflected waveforms were analyzed via fast Fourier transform and short time Fourier spectrum. It was shown that the shapes of Fourier spectra are very similar to one another, and therefore cannot be used to predict the presence of cavity. A new index, termed resonance duration, is defined to record the time of vibration exceeding a prescribed intensity. The results showed that the resonance duration is a more effective parameter for predicting the presence of a cavity. A value of the resonance period was proposed to estimate the presence of cavity. Further studies using various soil types and field tests are warranted to validate the proposed approach.