인공신경망을 이용한 터널 건전도 평가시스템 개발

A study on the development of tunnel soundness evaluation system using artificial neural network

터널에서 콘크리트 라이닝은 미관상의 개선과 지하수 침투방지 목적 이외에 하중지지를 분담하는 보조적 역할을 수행하는 것으로 볼 수 있다. 따라서 터널 라이닝에 발생한 균열이나 변형이 단순하게 사용재료나 시공상의 결함에 기인하는 것인지, 혹은 구조적으로 외력 등이 작용하여 생겨난 현상인지 규명하는 작업은 터널 안전성 확보 측면에서 매우 중요하다. 또한 원이 규명결과와 그 외 관찰 가능한 현상을 기초로 하여 터널의 건전도를 평가하고, 최종적으로 보수보강이 요구되는 경우 적절한 대책을 제시할 필요가 있다. 본 연구에서는 이와 같은 필요성에 따라 라이닝과 노반의 주요 변상현상 및 주변환경조건에 근거한 변상원인의 추론, 터널 건전도 평가, 보수보강대책 제시 등의 기능을 갖춘 터널 건전도 평가시스템을 개발하였다. 이 시스템은 라이닝의 변상을 크게 외력에 의한 변상, 재질 열화, 및 누수는 균열의 혀태와 특닝을 이용해 원인을 규명하였다. 그리고 실제 적용되고 있는 기준들을 조사하여 시스템에 반영함으로써 사용자가 입력한 내용과 추론결과에 따라 터널에 대한 건전도를 평가하고 적절한 보수보강대책을 제시하는 과정을 추가하였다. 개발된 시스템에 터널 변상 사례를 입력하여 얻은 결과와 동일 사례에 대한 전문가의 판정을 비교함으로써 외력에 의한 변상의 경우 인공신경망을 이용한 원인추론이 가능함을 확인할 수 있었다. 또한 라이닝 및 노반의 변상현상 뿐만 아니라 터널 시공조건 및 주변환경조건이 함께 주어졌을 때 더욱 정확한 결론을 얻을 수 있었으며, 원인 추론 및 건전도 평가결과를 기초로 구체적이고 효율적인 보수보강 대책을 제시할 수 있었다.

One of the major roles of concrete lining is the supplementary support of ground load. Therefore, if there are cracks or deformation found in the lining, the causes should be carefully examined. Tunnel Soundness Evaluation System (DW-TSES) was developed to meet such requirements. Main facility of the system was intended to find the probable causes on the basis of the apparent changes in lining and the environmental conditions. It also includes facilities for evaluating the soundness of a tunnel and indicating the method for repair or reinforcement. The characteristic feature of damages is used for reasoning in case of deterioration and leakage, and artificial neural network is used in external pressure. This process depends on the results of the case analyses and FDM, which have a collection of the typical features of different types of damages as well as the unusual changes caused by the external pressure. The comparison of the outputs of this system with those of expert's diagnoses draws the following conclusions. 1) Artificial neural network was a suitable tool to find to causes of damages by external pressure. 2) The environmental conditions improved the accuracy in reasoning. 3) The result of finding causes and evaluating soundness was helpful to suggest effective methods concerning tunnel maintenance.