Study on the Applicability of High Frequency Seismic Reflection Method to the Inspection of Tunnel Lining Structures - Physical Modeling Approach -

터널 지보구조 진단을 위한 고주파수 탄성파 반사법의 응용성 연구 - 모형 실험을 중심으로 -

In recent years two reflection methods, i.e. GPR and seismic Impact-Echo, are usually performed to obtain the information about tunnel lining structures composed of concrete lining, shotcrete, water barrier, and voids at the back of lining. However, they do not lead to a desirable resolution sufficient for the inspection of tunnel safety, due to many problems of interest including primarily (1) inner thin layers of lining structure itself in comparison with the wavelength of source wavelets, (2) dominant unwanted surface wave arrivals, (3) inadequate measuring strategy. In this sense, seismic physical modeling is a useful tool, with the use of the full information about the known physical model, to handle such problems, especially to study problems of wave propagation in such fine structures that are not amenable to theory and field works as well. Thus, this paper deals with various results of seismic physical modeling to enable to show a possibility of detecting the inner layer boundaries of tunnel lining structures. To this end, a physical model analogous to a lining structure was built up, measured and processed in the same way as performed in regular reflection surveys. The evaluated seismic section gives a clear picture of the lining structure, that will open up more consistent direction of research into the development of an efficient measuring and processing technology.

콘크리트 라이닝, 방수막, 숏크리트 및 공동 등으로 구성된 터널 지보구조는 탄성파 반사법 응용면에서 일종의 박층구조로 간주될 수 있다. 그런데, 각 구성 매질의 경계면 및 물성은 무엇보다 터널 안정성평가를 위한 주요 정보가 되기 때문에 이에 대한 정밀 조사기법의 개발이 크게 요구되고 있는 실정이다. 최근, 국내 외에서 시도된 바 있는 GPR이나 Impact-Echo는 우선 박층에 대한 발생원 파형 길이(파장)면에서도 타당성을 잃게 되어 내부구조 분해능에 대한 상당한 불확실성을 나타내고 있다. 더구나, 현장응용에서 얻게되는 탄성파기록에는 여러 가지 불필요한 탄성파 도달 즉, 큰 진폭의 표면파, S파 반사파 및 변환파는 서로 중첩되어 지배적으로 발달될 것이 기대되기 때문에 이에 대처한 효율적인 측정 및 분석기법 개발이 불가피하다. 탄성파 모형 실험은 바로 상기 복합적인 문제를 구체화하고 또한 그에 따른 기술 개발을 촉진할 수 있는 유용한 기능을 갖고 있다. 따라서, 본 논문에는 터널 지보구조에 대등한 모형을 대상으로 탄성파 반사법 본연의 측정기법(roll-along법) 및 전산처리 과정에 의해 데이터를 취득하고 또한 전산처리 함으로써 주어진 내부구조를 어느 정도까지 재현할 수 있는가를 보여주고 있다. 비록, 측정 데이터에는 유용한 반사파보다는 이미 예상한 바 상기 불필요한 탄성파의 도달이 지배적으로 발달되고 있음이 관찰되었으나 적절한 측정 및 전산처리 과정은 주어진 내부구조에 대한 바람직한 결과를 초래하였다. 이러한 연구결실은 우선 선진국에서도 난제로 되어온 터널 지보구조 규명을 위한 하나의 계기를 마련함은 물론 나아가서 그의 현실화를 위한 기술개발을 가속화할 것으로 사료된다.