OBJECTIVES: The objective of this study is to detect road cavities using multi-channel 3D ground penetrating radar (GPR) tests owned by the Seoul Metropolitan Government. METHODS: Ground-penetrating radar tests were conducted on 204 road-cavity test sections, and the GPR signal patterns were analyzed to classify signal shape, amplitude, and phase change. RESULTS : The shapes of the GPR signals of road-cavity sections were circular or ellipsoidal in the plane image of the 3D GPR results. However, in the longitudinal or transverse direction, the signals showed mostly unsymmetrical (or symmetrical in some cases) parabolic shapes. The amplitude of the GPR signals reflected from road cavities was stronger than that from other media. No particular pattern of the amplitude was found because of nonuniform medium and utilities nearby. In many cases where road cavities extended to the bottom of the asphalt concrete layer, the signal phase was reversed. However, no reversed signal was found in subbase, subgrade, or deeper locations. CONCLUSIONS: For detecting road cavities, the results of the GPR signal-pattern analysis can be applied. In general, GPR signals on road cavity-sections had unsymmetrical hyperbolic shape, relatively stronger amplitude, and reversed phase. Owing to the uncertainties of underground materials, utilities, and road cavities, GPR signal interpretation was difficult. To perform quantitative analysis for road cavity detection, additional GPR tests and signal pattern analysis need to be conducted.

최근 도로하부에 생성된 동공으로 인한 도로함몰이 빈번하게 발생되고 있다. 동공의 주요 발생 요인으 로는 굴착복구 시 다짐불량, 노후 하수관 파손, 대형공사장 지하수처리 미비 등으로 알려져 있다. 서울시 에서는 도로함몰을 사전에 예방하기 위하여 지표투과레이더(GPR, Ground Penetrating Radar)를 이용 한 동공탐사를 2015년부터 본격적으로 실시하였다. GPR 시험에서는 전자기파가 유전율이 상이한 재료 경계부에서 반사되는 특성을 이용하여 포장층 두께, 지하매설물의 위치 등을 탐지할 수 있다. GPR 안테 나는 주파수 대역, 채널 수, 설치방법 등에 따라 다양한 형식을 가진다. 서울시의 경우 도로함몰로 발전할 확률이 높은 1.5m 내외의 얕은 심도의 동공을 탐지하기 위하여 250MHz 또는 500MHz 접촉식 안테나를 사용하고 있다. 조사연장이 긴 차도에는 조사 효율성이 높은 16채널 안테나를 사용하고, 좁은 폭의 차도 및 보도에는 단채널 안테나를 사용하고 있다. 본 연구에서는 서울시에서 실시한 GPR 시험으로부터 획득 한 GPR 신호로부터 동공 및 지하매설물, 자갈 등을 구분하기 위한 정성적 패턴 분석을 실시하였다. 일반 적으로 원형, 연속적인 형태를 가지는 하수관에서 반사된 GPR 신호는 위로 볼록한 포물선 형상으로 되어 있고 반사강도가 크게 나타난다. 반면 동공 대부분은 비정형, 불연속 형태이므로 신호패턴이 찌그러진 비 대칭형 포물선으로 나타내고, 반사파의 강도가 약하거나 (+)신호와 (–)신호가 뒤바뀌는 경향으로 나타났 다. 또한 지하매설물은 1.0~1.5m 사이에 위치하므로 약 30cm 두께의 아스팔트 포장층에서 1.0m 이상 깊은 곳에서 신호가 나타난다. 반면 동공의 경우 포장층 직하부에 주로 존재하므로 포물선의 상부가 포장 층에 가까이 나타났다. 그러나 포장하부에 존재하는 건설폐기물, 자갈 등도 동공신호와 유사하게 나타나 므로 탐지율을 향상시키기 위해서는 더 많은 GPR 신호 패턴이 필요하다.