지오메카이엔지, 지하레이다(GPR)탐사 분야의 선두

정부는 최근 잇달아 발생하고 있는 지반침하(일명 싱크 홀)의 사고로 국민 불안감이 고조됨에 따라 이를 해소하기 위해 싱크홀 대응대책에 집중하고 있다. 이에 따라 지하공간 통합 지도 기반의 지하공간의 통합 안전관리체계를 구축하는‘지반 침하 예방대책’을 내놨다. 우선 지하공간 통합지도를 구축하고 지하굴착공사 현장 주변의 안전관리를 강화하는 한편, 지 반 침하가 잦은 취약지역은 별도 안전관리를 수립하며, 지하 정보 지원센터 설립 등의 방안이 제시됐다. 싱크홀에 대해 그간 범정부 민관합동 특별팀이 분석한 결 과, 국내 지반침하는 지하매설물 파손이나 굴착공사 등의 인위적 요인으로 주로 발생하는 것으로 조사됐다. 문제는 지하 에 매립된 시설을 정확히 알 수 없기 때문이라고 한다. 현재 의 2D 장비로는 분석 능력의 차이와 낮은 자료 취득 기술에 주요 한계가 있기 때문이다. 하지만 이를 극복할 수 있는 기술이 있다. 2014년 8월 석촌 호수 수위변화에 따른 원인규명을 위해 방이동, 석촌동, 잠실 동 주변을 대상으로 지반침하와 관련하여 지하레이더(GPR) 탐사를 실시한 이 분야의 전문가 (주)지오메카이엔지의 채휘영 대표이사를 만나 지하시설물 3차원 정보구축 및 싱크홀 탐지기술에 대해 들어 봤다.

Q.싱크홀의 원인은 무엇이라 생각하나
A.도시의 노후화, 부적절한 지반굴착공사가 싱크홀의 원인이 될 수 있다.

지하 시설물인 전기, 상·하수관 등은 생산 및 관리 주체에 서 보유하고 있는 기록 정보를 기반으로 하지만 때로는 부정확하고 불완전하거나 오래되어 정보자체가 없는 경우도 있다. 이러한 상황에서 기존의 지하시설물에 대한 신뢰할 수 있는 위치정보도 없이 위험한 도로 굴착공사가 시행되기도 한 다. 최근 도심지 지반침하(싱크홀)현상이 전국적으로 발생하고 있으며, 증가 추세에 있다. 이에 따라 국민의 불안감은 커 져만 가고 큰 사회문제로 대두되었다. 싱크홀과 같이 눈에 보이지 않는 지하공간속에서의 위험요인들은 발생하더라도 사전 예측이 어렵다. 이러한 함몰사고 의 원인으로는 지질학적인 지반함몰(Sink hole), 하수관 손상으로 인한 지반함몰, 부적절한 지반 굴착공사로 인한 지반함몰, 지하수위 저하로 인한 지반침하 현상 등이 있다. 특히, 도 로 노면 밑에 매설된 구조물 등 도시 인프라의 노후화로 인해 도로 함몰의 발생 가능성이 높은 상황에서 도로 주행 환경의 안전과 도로 기능의 유지 및 확보를 위해 노면 지하시설물의 철저한 관리가 요구되고 있다.

Q.지하시설물을 탐지할 수 있는 방법이 있다면?
A.지하시설물 3차원 정보구축과 싱크홀을 탐지 할 수 있는 지하레이다(GPR) 탐사기술이 있다.

지하시설물의 정확한 매설위치와 설치심도를 사전에 알 수 없는 경우 금속 및 비금속 지하매설물의 위치를 파악할 수 있는 유일한 방법은 지하레이더(GPR) 탐사가 가장 신뢰할 수 있는 기술이다. 도로함몰을 대비하기 위해서는 도로 하부에 동공의 존재여부와 지지력 감소 원인을 조사하는 것이 필요 하다. 도로하부의 구조적인 상태 평가를 위해서는 코어 채취 또는 굴착과 같이 파괴시험(Destructive Test)과 포장체에 손상을 주지 않는 비파괴시험(Non-destructive Test, NDT)이 사용되고 있다.

비파괴시험에 해당하는 지하레이다(GPR) 탐사는 송신기 에서 지면으로 발사된 전자기파가 도로 포장체를 통과하면 서 유전상수가 다른 재료인 포장구조물 층에서 굴절, 회절, 반사, 산란된 뒤 수신기에 돌아온 파의 특성을 분석하여 내부 상태를 평가하게 된다. 특히 공용 중인 도로의 경우 비파괴시험이 포장체에 파손을 주지 않고 빠른 조사시간으로 교통체증을 최소화할 수 있기 때문에 지하레이다(GPR) 탐사를 선호하고 있다.

▲지하레이다(GPR) 탐사기술 장비의 성능을 체크하고 있는 이탈리아 기술진과 지오메카이엔지의 채휘영 대표

Q.우리나라도 지하레이다(GPR) 탐사기술 장비가 있나
A.국내의 지하공간 탐지 기술의 한계성을 느껴 이탈리아 IDS사로부터 올해 5월 도입했다

2015년 2월 국토교통부가 주관하고 한국건설기술연구원에 서 연구를 수행하는 『지하공간 통합지도 구축 기본계획수립 연구』와 관련 3차원 지하구조물정보 구축 방안 검토 자문회 의의 GPR 전문가로 자문위원에 위촉되었다. 자문 활동을 하 던 중 국내의 지하공간 탐지 기술의 한계성을 절실히 느껴 대 규모의 지하레이다 탐지기술과 장비를 이탈리아 IDS사로부 터 2015년 5월 도입하게 되었다.

Q.기능은 어떠한가
A. 3차원 탐사가 가능한 차량 견인형 접촉식으로 3차원 표 시 및 도로함몰지도와 3차원 지하 현황을 알 수 있다.

본 사에서 도입한 차량형 대규모 지표투과 레이다 탐사 장치는 IDS(Ingegneria dei Sistemi S.p.A, 이탈리아)의 『STREAM EM』시스템이다. 안테나의 배열구조는 탐사진행 방향(VV)으로 200㎒ 안테나 15채널이 2열 배열된 30채널과 탐사진행방향의 직교방향(HH)으로 200㎒ 안테나 4채널, 600 ㎒ 4채널의 분극배열의 8채널 총 38채널의 안테나를 이용하여 3차원 탐사가 가능한 차량 견인형 접촉식으로서 안테나의 간격은 6㎝, 폭 255㎝, 길이 283㎝, 무게는 228㎏, 한 번에 탐사하는 폭은 1.84m이고, 최적의 탐사속도는 15km/h이다. 탐사시스템의 기록 및 제어장치(Digital Antenna Driver) 는 인터넷상의 구글 위성지도(Goole Staellite, Goole Street, Terriain, Hybrid, Open Street Map 등)기반에서 탐사를 시행하기 때문에 탐사된 경로가 지도상에 기록되며, 별도의 RTK GPS 장치와 차량 바퀴에 이동거리의 측정시스템이 설치되 어 절대좌표계에 의한 정확한 위치확인시스템이 장착되어 있다. 취득된 데이터와 GPS 위치의 절대 좌표 자료를 오토캐드 환경에서 3차원 표시 및 도로함몰지도와 3차원 지하 현황도를 작성한다.

▲기존의 탐사장치와의 규모차이

Q.GPR를 통한 지하구조물 탐사의 적용성은
A.GPR 탐사는 금속 또는 비금속의 개체에 관계없이 유전체 의 위치를 특정하기 위한 효과적인 탐사기기이다.

공동 또는 수직갱도, 도로노면 또는 철도노면 하부의 구성 상태, 지하 매설된 구조물, 파이프의 위치를 탐지한다. 지하매설물 현황도는 지하에 매설된 시설의 현상을 정확히 파악하여 제작되는 것으로 지하시설물 관리체계 개발에 기반 이 되는 도형정보 데이터베이스를 구축하기 위한 작업이다. 지하매설물 현황도는 각종 지하매설물 및 지상노출물이 표기 된 평면도에 지하매설물 관련 시설들을 배관도, 설계도, 준공 도 등을 참고로 하나 지하매설물 탐사자료들을 활용하여 작성한다.

▲탐사장비의 운용 예

국토교통부는 지하공간 통합지도를 기반으로 지하공간의 통합안전관리체계를 구축하는 “지반침하 예방대책”을 국가정책조정회의를 통해 발표했다. 하지만 지하공간의 통합안전관리체계 구축을 위해서는 지반조사 장비와 함께 이를 뒷받침할 전문가가 필요하다. 이러한 상황에서 (주)지오메카이엔지의 전문가 인력풀과 기술장비가 빛을 발할 것으로 기대된다.

Q.과거 지하레이다 탐사방식의 한계는
A.기존의 소규모 GPR 탐사방법에서는 데이터의 분석 능력의 차이와 낮은 자료 취득 기술에 주요 한계가 있었다.

도심지의 도로 교차점에서와 같은 지역의 지하매설물은 높은 밀도를 가지고 여러 방향으로 분포하고 있다. 이러한 경우 기존의 단일 안테나의 GPR 시스템으로 탐사를 시행할 경우 서로 다른 직각 두 방향을 0.5미터 간격으로 조밀하게 탐사를 해야 하는 어려움이 있었다. 또한 지하매설물 현황도를 작성할 경우 충분한 자료를 수집하기 위해서는 첫째, 낮은 주파수와 높은 주파수의 안테나를 동시에 사용하여야 하며, 둘째, 조밀한 격자를 설정하고 많은 단면을 탐사하여야 하는 문제점이 있었다. 도심지 도로 교차점과 같이 지하시설물이 매우 복잡하게 설치된 넓은 지역의 탐사를 위해서는 매우 많은 시 간이 필요하며, 거대한 자료를 처리 및 해석하여 2D, 3D CAD 환경의 완전한 분석을 위해서는 더 많은 시간과 노력이 필요 하였고 교통통제가 필수적인 문제점이 있었다.

Q.대규모 도심지 도로교차점 지하레이다 탐사의 적용도 가능한가
A. 교통흐름을 방해하지 않고, 15km/h의 속도로 넓은 지역 의 지하시설물 3차원 현황도를 단시간에 작성할 수 있다.

도심지 도로 교차점에서 지하시설물이 매우 복잡하게 설치 된 넓은 지역에서 지하의 매설물을 탐사하거나 동공 등의 위 험요소를 확인하기 위해서는 매우 많은 시간과 비용이 필요 하다. 또한 거대한 자료를 처리, 해석하여 2D, 3D CAD 환경 의 완전한 분석을 위해서는 더 많은 시간과 노력이 필요하고 교통통제가 필수적이라는 문제점이 있었다. 그러나 본사에서 도입한 차량 탑재형식의 대규모 지하레이다 탐사기술의 적용으로 교통의 흐름을 방해하지 않는 시 속 15km/h의 속도로 넓은 지역의 지하시설물에 대해 3차원 현황도 작성을 단시간에 작성하는 기술력을 확보하여 정확한 서비스를 보다 경제적으로 제공할 수 있게 되었다.

▲실제 운영중인 지하레이다(GPR) 탐사기술 장비

Q.(주)지오메카이엔지는 어떤 회사인가?
A.지하레이다(GPR)탐사 분야의 전문가업체로 토질·지질 분야 탐사업 등의 엔지니어링 사업자로써 토질·지질분야 의 전문가들이 함께 하고 있다.

캐나다 Sensors & Soft사의 pulseEKKO PRO 50, 100, 250, 500, 1000㎒의 GPR 장비와 해석프로그램을 보유하고 있는 물리탐사의 선도업체로 지반침하, 지하 매설관 탐사, 터널
라이닝 배면 공동 탐사 등의 기술 서비스도 제공하고 있다. 실적으로는 삼성동 현대자동차부지 주변도로면하부 차량형 GPR탐사, 소사-원시 복선전철(제1공구) 도로면하부 차량형 GPR 탐사, 14년도 순천시 하수관로정비 임대사업 기본설계 중 GPR 탐사, 수도권고속철도(수서-평택간)건설공사 싱크 홀 안전점검 연구용역 물리탐사, 서울 복합화력발전소 지하 하부 공동탐사 GPR탐사 등 여러 사업을 수행했다. 국토교통부는 지하공간 통합지도를 기반으로 지하공간의 통합안전관리체계를 구축하는 “지반침하 예방대책”을 국가 정책조정회의를 통해 발표했다. 하지만 지하공간의 통합안전관리체계 구축을 위해서는 지반조사 장비와 함께 이를 뒷받침할 전문가가 필요하다. 이러 한 상황에서 (주)지오메카이엔지의 전문가 인력풀과 기술장 비가 빛을 발할 것으로 기대된다. 한편 지난 10월 13일 서울 플라자 호텔에서는 씨앤에치아이앤씨(주) 주최로 통합 3D탐사 맵핑 장비 세미나를 통해 지 하 및 지상을 통합 3D탐사 맵핑 할 수 있는 장비를 선보였다. 이탈리아 IDS GeoRadar를 초청하여, 지반침하 예방 및 지 상-지하 공간통합지도를 구축 할 수 있는 통합 3D탐사 맵핑 장비에 대한 소개와 기능을 설명했다.

더리더 박영복 기자 pyoungbok@hanmail.net

▶본 기사는 입법국정전문지 더리더(the Leader) 11월호에 실린 기사입니다.