PURPOSES : This study primarily aims to develop and evaluate a Smart Station - a novel underground pipeline measure system - to overcome the challenges of conventional surveying methods. METHODS : This study built two prototypes of the Smart Station. By reflecting issues revealed through the field tests of the first prototype, this study produced the second Smart Station prototype. The organization of the hardware units in the second prototype was reconfigured to maximize its usability for operators in the field. Furthermore, by developing the ‘Digital Twin X’, an integrated Smart Station management software suite, the second prototype was capable of 1) producing a digital workbook for field operators, 2) managing underground pipeline information, and 3) displaying 3-dimensional maps in and around an underground pipeline. The applicability of the second prototype was examined through three field tests conducted in one open space location, where no urban valley effects were expected, and two locations in a downtown area, with urban valley effects. Given the actual field installation of underground pipelines, this study collected data via both conventional surveying methods and the Smart Station to evaluate the performance of the Smart Station. Analyzing the field data, this study examined the data collection time and position accuracy of an underground pipeline measured by the Smart Station. RESULTS : The field test results revealed that both the conventional surveying method and the Smart Station produced similar performances in data collection time and measurement accuracy in the open space test location. However, in the case of downtown locations affected by urban valley effects, the Smart Station achieved 100 % measurement accuracy while the conventional surveying method achieved 93 % accuracy. It was also observed during the field test that no data were collected due to the constraints of the work schedule and various field conditions (e.g., weather and/or traffic congestion). The data collection times at the open space locations were 10 s for both the conventional surveying method and the Smart Station. However, the data collection times at the downtown locations appeared to be 10 s and 360 s by the Smart Station and the conventional surveying methods, respectively, thereby proving that the Smart Station outperforms the conventional method in its measurement efficiency. CONCLUSIONS : It is envisioned that the Smart Station produces higher work efficiency for field operators as it enables them to collect high accuracy data in a timely and quick manner and not only build a database for the collected data but also vividly visualize it in the field. In the future, it is necessary to conduct additional field tests under various conditions for the in-depth investigation of a Smart Station. In addition, it is expected that the Smart Station will be enhanced by coupling augmented reality (AR) technologies.

기존의 강관이나 주철관 그리고 시멘트 관은 시간의 경과에 따르는 노화현상을 피할 수 없으며, 특히 금속관은 부식으로 인한 수질 악화문제가 크고 누수에 따른 부족한 수자원 보존과 활용에 있어 예기치 않은 문제를 발생시켜 왔다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 방안으로 지하매설용 유리섬유복합관을 사용하는 것이다. 유리섬유복합관은 충격에 대한 저항성이 우수하고 수명이 50년~100년 정도로 반영구적이다. 특히 뛰어난 내구성과 시공성이 탁월하여 신소재로 각광받고 있다. 그리고 중량이 가벼워서(강관의 1/4, 시멘트 관의 1/10) 운반 및 설치가 용이하고 공기단축 및 인력절감을 기대할 수 있다. 또한 잦은 관로 보수 및 교체공사에 따른 사회적 경제적 손실을 최소화 할 수 있을 것이다. 이에 본 연구에서는 유리섬유복합관을 이용하여 실내모형실험을 수행하여 관의 응력-변형특성을 평가하였다. 실내모형실험의 경우 관경 200mm와 관경 300mm를 사용하여 하중재하 전과 후의 수직 수평변위 수직 수평토압을 6가지 사례에 대해서 측정하였다. 측정결과 실험값과 이론값 모두 비슷하게 측정되었다. 하지만 현장발생토사를 이용한 유동성 뒤채움재를 사용한 경우, 수직 수평변위는 매우 작게 측정되었고, 토압은 거의 0에 가까운 값으로 계측되었다.

원형지하매설관의 경우 관의 하단부의 다짐이 매우 어렵고, 또한 다짐효율이 떨어져서 지하매설물의 안정성을 저감시키고, 이로 인해 각종 파손이 발생하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 하나의 대안으로 저강도 콘크리트 개념을 지반공학에 적용하여 만들어진 CLSM을 이용하는 것이다. 본 연구에서는 지금까지의 CLSM 실내실험결과를 이용하여 현장적용성 시험을 하기 위한 중간단계로서 베딩재, 뒤채움재, 관의 종류를 변화시킨 20가지 사례에 대한 PENTAGON 유한요소 프로그램을 이용하여 수치해석을 실시하였다. 수치해석을 실시한 결과 뒤채움재로 CLSM을 사용하는 경우에 토사나 일반모래를 사용한 경우보다 지표면 및 관의 침하를 현저히 감소시키는 것으로 해석되었다. 관의 연직변위를 놓고 볼 때 토사 뒤채움을 사용한 경우에 연성관의 변위량이 강성관의 2배 정도에 달했으나 CLSM으로 대체한 경우에는 오히려 토사 뒤채움에 강성관을 사용한 경우보다 변위가 줄어들었다. CLSM 뒤채움에 강성관을 사용한 경우도 유사하게 나타났고, CLSM이 구조적인 지지 역할을 확실히 함을 보여준다.

원형지하매설관의 경우 관의 하단부의 다짐이 매우 어렵고, 또한 다짐효율이 떨어져서 지하매설물의 안정성을 저감시키고, 이로 인해 각종 파손이 발생하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 하나의 대안으로 저강도 콘크리트 개념을 지반공학에 적용하여 만들어진 CLSM을 이용하는 것이다. 본 연구에서는 지금까지의 CLSM 실내실험결과를 이용하여 현장적용성 시험을 하기 위한 중간단계로서 베딩재, 뒤채움재, 관의 종류를 변화시킨 20가지 사례에 대한 PENTAGON 유한요소 프로그램을 이용하여 수치해석을 실시하였다. 수치해석을 실시한 결과 뒤채움재로 CLSM을 사용하는 경우에 토사나 일반모래를 사용한 경우보다 지표면 및 관의 침하를 현저히 감소시키는 것으로 해석되었다. 관의 연직변위를 놓고 볼 때 토사 뒤채움을 사용한 경우에 연성관의 변위량이 강성관의 2배 정도에 달했으나 CLSM으로 대체한 경우에는 오히려 토사 뒤채움에 강성관을 사용한 경우보다 변위가 줄어들었다. CLSM 뒤채움에 강성관을 사용한 경우도 유사하게 나타났고, CLSM이 구조적인 지지 역할을 확실히 함을 보여준다.

In this paper, the strategy of the research project was introduced to develop the safety evaluation factors and the monitering system of underground lifelines against the ground subsidence. This study will be carried out in three steps of concept design, critical technique development and technique verification.