1. 화산쇄설성 응회암지반 터널 인버트보강 연구 사례

이 승 헌

조 재 성

천 병 희

김 민 철
1. 서론
2024년 12월 28일 개통된 창녕-밀양간 고속도로는 전국 간선 도로망 계획(7×9)의 동서 1축과 2축의 간격(70km)이 동서간선도로망 평균간격(30∼40km)보다 넓어 이를 보완하는 고속도로를 구축하는 건설사업으로서 상대적으로 낙후된 경남 북부지역 개발촉진과 함께 익산∼장수 고속도로와 연계하여 영호남을 연결하는 산업·관광 동맥 역할을 담당하기 위한 함양∼울산 고속도로중 일부 구간에 해당된다. 본 고속도로의 공사기간은 2016.10∼2025.03(총 100개월)이며, 과업규모로는 설계속도 100km/hr의 4차선으로 총 연장은 28.54km(설계 6개 공구, 시공 6개 공구), 교량 32개소, 터널 6개소, 분기점 1개소, 나들목 2개소, 휴게소 1개소로 구성되어 있다(2020. 09 부터 추가 과업으로 중부내륙고속도로 대합휴게소 부지조성공사 포함).
과업노선에서 6공구에 있는 부북2터널은 함양방향 2,132m, 울산방향 2,121m의 중심간 거리가 20∼41m내외인 병렬터널로서 터널 시공은 NATM공법으로 설계되었다. 부북2터널 시점 갱구부와 인근 비탈면의 구성암반은 안산암이며, 탄성파 탐사 및 시추조사 결과 토사(붕적층, 풍화토) 및 리핑암의 두께가 12m정도로 비교적 두껍게 분포하고 있다. 원설계에서 양방향 깎기비탈면 보강공법으로는 가압식 네일(C.T.C 1.5m×1.5m)과 억지말뚝(C.T.C 2.5m×1.5m)으로 계획되어 있으며, 갱구부는 L=28m구간에 대구경 강관다단 그라우팅 1열과 측벽보강그라우팅(Ø60.5mm 강관)으로 설계하였다.

부북2터널 갱구부는 지반조건이 안산암질 응회암으로서 화산쇄설토와 풍화암이 갱구부 하부까지 폭넓게 존재하며, 지중수 유출량이 과다하여 원설계 갱구 지보패턴을 변경(P-2 Type에서 P-3 Type) 적용하였다. 본 고에서는 현장 지반조건을 고려하여 갱구 안정성을 확보하고자 터널 하부폐합 인버트를 적용한 사례에 대해 소개하고자 한다.

2. 부북2터널 시점갱구부 설계내용
2.1 지질 조건
창녕-밀양 고속도로 건설공사 과업구간의 시점부의 기반암은 중생대 백악기의 퇴적암류가 넓게 분포하고 있으며, 일부 이를 관입한 화성암류로 구성되어 있다. 본 구간내 퇴적암류는 경상분지 진동층에 대비되는 지층으로 암종은 주로 흑색, 녹회색의 셰일과 회색의 장석질 사암이며, 일부 화산암류는 안산암, 석영반암, 산성암맥등이 분포한다. 종점부로 갈수록 유천층군의 주사산안산암질암, 안산반암, 밀양안산암, 안산암질 응회암이 주를 이루고 있다.
부북2터널 시점에서의 기반암은 대부분 주사산안산암질암류로 구성되어 있으며, 과업노선을 따라 안산암질응회암, 밀양안산암, 주사산안산암질암로 형성되어 있다.

2.2 시공전 지표지질조사 결과
부북2터널 시점부에 분포하는 암종은 응회암이 우세한 안산암질암으로서 열수변질대로 추정되며, 약한 풍화상태에서 보통풍화상태의 풍화도를 보이고 주변에 전석의 붕적 양상을 보이고 있다.


2.3 갱구부 설계 지보패턴
부북2터널 갱구부 조성시 원지반에서 1:1.5 경사로 깎기 완료후 비탈면 보강공법으로 가압식 네일과 억지말뚝을 적용하고 갱구부 연장 28m에 대해 P-2 Type에 해당되는 지보패턴을 적용하여 대구경 강관다단 그라우팅 1단과 측벽보강그라우팅으로 보강하였다.


2.4 갱구부 유한요소해석 결과
1) 해석 개요
부북2터널 갱구부 함양방향 STA.0+873 구간의 지보패턴은 P-2 Type으로서 대구경 강관다단그라우팅과 측벽보강그라우팅 보강시 이에 따른 2D 터널 안정성해석을 통해 안정성을 확인하였다. 대상 구간의 지반조건은 스프링라인 상부는 풍화암, 하부는 암반 5등급에 해당되고 터널 최대 토피고는 15.0m 정도이다. 해석단면내 함양 및 울산방향은 굴진장 1.0m, 숏크리트 두께 200mm, 대구경 강관다단그라우팅(L=12m, C.T.C 0.5m, θ=180°)과 측벽보강그라우팅(L=6m, C.T.C 2m) 보강되는 것으로 모델링을 수행하였다.

2) 터널 보강단면 및 시공해석단계
터널 단면에서 대구경 강관다단그라우팅을 180°범위로 보강(강관 직경 114mm, 41공, L=12m, C.T.C 0.5m)하고 좌·우측 측면 하부방향으로 측벽보강 그라우팅(강관 직경 60.5mm, L=6m) 보강시 굴착에 따른 시공단계별 해석을 수행하였다.

3) 유한요소 해석결과
터널 유한요소 해석프로그램 MIDAS GTS로 안정성 해석결과 시공단계별로 변위 및 숏크리트 응력에 대해 허용치를 만족하는 것으로 확인되었다.





3. 터널 지보패턴 변경내용
3.1 부북2터널 시점 갱구부 지반조건
부북2터널 시점부(양방향) 갱구부, 본선 일부구간의 지반 상태를 볼때 암종이 대부분 안산암질 응회암으로 풍화토(세립질 실트)와 풍화암이 터널 하부까지 폭넓게 존재하며, 지중수 유출량이 많아 전면적인 보강 없이는 터널 단면의 과다변위 및 붕괴의 위험성이 크다. 해당 구간에 나타나는 응회암은 지름 2mm이하의 화산방출물을 의미하며, 화산재나 먼지가 고결 및 압축작용을 받아 형성된 상대적으로 연약한 다공질 암석으로서 몬모릴로나이트 광물 영향으로 팽윤(Swelling)이 잘 일어나고 수분 흡수시 급격히 풍화되어 토사화(Slaking) 되는 특성이 있다.
이러한 팽창성 암은 우수와 결합하여 풍화가 진행되고 갱구조성에 따른 지층상태를 볼 때 터널 하부까지 풍화토가 분포하므로 상·하반 보강 및 인버트 보강 없이는 스퀴징(Squeezing) 및 스웰링(Swelling) 현상으로 인해 터널 단면 과다변위 및 붕괴가 발생할 수 있다.

이러한 스퀴징 및 스웰링현상은 굴착으로 발생되는 주변 응력으로 인해 터널내 주변암반이 한계강도를 초과하므로서 내공변위가 크게 발생하여 터널 붕괴 및 지보재 파괴를 유발한다. 이때 변위는 매우 크게 발생될 수 있으며, 터널 측벽뿐만 아니라 바닥에서도 변위가 진행되고 시간에 따라 발생되는 변형(전단크리프)과 관련이 있다. 즉, 이러한 현상은 터널변위가 내측으로 진행되는 부피팽창을 의미한다.
팽창성지반에서 터널 굴착시 응력해방으로 과다한 내측 부피팽창과 함께 터널바닥 융기가 발생되므로 이 경우 보강방법으로 하부폐합 인버트를 고려해 볼 수 있다.

3.2 부북2터널 시점 지반조사 결과
부북2터널 시점부를 대상으로 수직(2개소) 및 선진수평시추조사(함양방향 3개소, 울산방향 3개소)를 시행하였으며, 실트질 점토로 구성된 응회암질 풍화토가 광범위하게 분포하고 있음을 확인하였다.
함양방향 시점부(STA.0+872.2)에서 선진수평보링 3개소를 평가한 결과, 상반에는 풍화암 하반에는 응회암질 파쇄대(유백색 화산토)가 분포하다 본선으로 갈수록 점차 막장 전반으로 파쇄대가 확장하는 경향을 보이고 있다. 울산방향의 경우 파쇄대 분포 비율이 낮아 함양에 비해 지반조건은 양호한 것으로 확인되었다.



3.3 부북2터널 시점 지보패턴 변경 해석결과
1) 해석 개요
부북2터널 시점갱구부의 지보패턴은 P-2, 본선부는 W-3로 계획되어 있으며, 보강방법으로는 상반은 대구경 강관다단그라우팅, 하반은 측벽보강그라우팅(φ60.5mm, L=6m, C.T.C 2m), 강지보재(H-125×125×6.5×9)로 구성되어 있다. 터널 굴착시공전 선진수평시추 및 연직시추조사를 통해 안산암질 응회암 풍화토가 터널 하부까지 연속적으로 분포하는 것을 확인한 후 신규 지보패턴 P-3를 적용하도록 결정하였다. 여기서 P-3는 굴착중 링컷, 굴진장 축소(0.8m/0.8m), 전단면 대구경 강관다단그라우팅 및 하부폐합 인버트를 시행하는 방안이다.

터널 굴착시 안정성은 P-3로 보강을 강화하고 지보패턴에 부합되게 모델링(링컷, 전단면 θ=240˚대구경 강관다단그라우팅 효과 구현)하여 MIDAS GTS 프로그램으로 2차원 연속체 모델 해석을 수행하였다.

2) 터널 보강단면 및 시공해석단계
터널 단면에서 강관을 240°범위로 보강(53공,L=12m, C.T.C 0.5m)할 경우 굴착시 시공단계별해석을 수행하였다.

3) 유한요소 해석결과
터널 유한요소 해석프로그램 MIDAS GTS로 안정성 해석결과 시공단계별로 변위 및 숏크리트 응력에 대해 허용치를 만족하는 것으로 확인되었다.




4. 터널 인버트 시공
4.1 인버트 정의 및 시공시 고려사항
터널 인버트는 역 Arch 기능을 하는 것으로 터널단면의 바닥부분이 연약하여 지반의 융기나 내공변위가 우려되는 지반의 터널저부 바닥면을 역 Arch로 시공하므로서 미고결 퇴적암(이암, 셰일, 응회암등)이나 지반의 내공변위나 지반융기가 우려되는 지반에 대응할 수 있다.
팽창성지반, 압축성지반 및 함수미고결층 지반 등 인버트 부분에 콘크리트라이닝의 설치가 요구되는 지반에서는 인버트 콘크리트라이닝의 설치시기를 추가로 검토하여야 하며, 특히 불량한 지반조건을 고려하여 숏크리트에 의한 인버트 부분의 보강도 고려하여야 한다. 또한 지형조건상 편압으로 인하여 터널의 안정성에 문제가 발생될 것으로 예상될 경우 인버트 부분의 형상을 곡선형으로 적용하는 것을 원칙으로 한다. 터널 인버트는 바닥부에 역 Arch형상으로 굴착후 숏크리트로 보강하는 형태뿐만 아니라 숏크리트와 일체를 이루는 강지보재의 보강, 채움콘크리트의 타설, 콘크리트 라이닝 타설등의 보강공법이 함께 적용되어야 한다. 인버트의 깊이는 1,200mm 이상이 가장 일반적으로 적용되고 있다.
4.2 부북2터널 시점부 변경 지보패턴도
부북2터널 시점부 지보패턴은 갱구부와 본선을 포함하여 당초 P-2, W-2, W-3에서 P-3, W-3-1, W-4, W-5로 변경되었으며, 신규지보패턴에서 하부 인버트가 추가되었다. 라이닝 단면에서 인버트가 추가된 구간은 함양방향 136m, 울산방향 163m이며, 해당 구간에 대해서는 라이닝 단면의 구조 안정성을 확보하였다.

4.3 부북2터널 시점부 인버트 시공순서
부북2터널 양방향 시점부의 토질은 응회암질 화산쇄설토로서 측벽 내공변위의 과다 발생과 하부 융기우려로 전단면 대구경 강관다단그라우팅과 하부폐합인버트를 적용하였으며, 이 경우 인버트 시공순서는 링컷공법을 고려하여 다음과 같이 계획하였다.

4.4 부북2터널 시점부 인버트 시공 경위 및 전경
부북2터널 시점 갱구부 및 본선 일부구간에 대해 인버트 보강으로 변경하여 시공 완료하였다(지보패턴 P-3, W-5 : 굴진장 0.8m/0.8m, H-125×125×6.5×9, 하부폐합인버트, 링컷굴착, W-4는 링컷 제외).
부북2터널 인버트 보강 추진 경위는 다음과 같다.
① ’17.06.28. : 공사계약(금호건설 외 6개사)
② ’18.12.04. : 부북2터널(함양, 울산) 시점부 갱구 비탈면 기술자문 요청(사업단→도로교통연구원)
③ ’18.12.06. : 도로교통연구원 및 기술검토반 현장확인
④ ’18.12.24. : 부북2터널 시점부(함양, 울산) 굴착 시작
⑤ ’19.01.28. : 부북2터널 시점부 지보패턴 P-3(함양, 울산) 안정성 검토 제출(시공사→사업단)
⑥ ’19.02.13. : 기술자문 및 기술검토 결과 알림[공사관리팀-256(2019.02.13.)] (사업단→시공사)
지보패턴을 P-3(인버트보강)로 변경 필요(도로교통연구원, 기술검토반)
⑦ ’19.03.06. : 선진수평 시추조사 보고서 제출[창녕밀양6금호-2019-0067(2019.03.06.)] (시공사→사업단)
⑧ ’19.03.13. : 기술검토 결과 알림(6공구 부북2터널 시점 본선 지보패턴 검토)[공사관리팀-440(2019.03.13.)] (사업단→시공사)
지보패턴을 W-4, W-5(인버트보강)로 보강을 시행하는 것이 적정(기술검토반)
⑨ ’19.07.22. : 부북2터널 시점부 지보패턴 검토 제출[창녕밀양6금호-2019-0227(2019.07.22.)] (시공사→사업단)
⑩ ’19.07.25. : 기술검토 결과 알림(부북2터널 시점부 지보패턴 변경)[공사관리팀-1410(2019.07.25.)] (사업단→시공사)
지반조건에 따라 W-2-1(대구경강관다단 120˚, 록볼트), W-3-1(인버트보강)을 신규 지보패턴으로 결정(기술검토반)
⑪ ’19.08.20. : 부북2터널 시점부 인버트 보강구간 굴착 완료
- 함양방향(L=136m)(~?’19.08.19), 울산방향(L=164m)(~’19.10.16)
⑫ ’21.01.17 : 부북2터널 굴착공사 완료

5. 결 론
1) 창녕-밀양 고속도로 건설사업 구간내 부북2터널은 함양방향 2,132m, 울산방향 2,121m의 중심간 거리가 20∼41m인 병렬터널로서 시점 갱구부 인근 암종은 안산암질 응회암이며 화산쇄설토와 풍화암이 갱구부 하부까지 폭넓게 분포하고 있다.
2) 부북2터널 갱구부 조성시 원설계에서는 원지반에서 1:1.5 경사로 깎기 완료후 비탈면 보강공법으로 가압식 네일과 억지말뚝을 적용하고 갱구부 연장 28m에 대해 P-2 Type에 해당되는 지보패턴을 적용하여 대구경 강관다단 그라우팅 1단과 측벽보강그라우팅으로 계획하였다.
3) 함양 및 울산방향 시점부에서 선진수평보링 6개소를 시행후 평가한 결과, 상반에는 풍화암 하반에는 응회암질 파쇄대(유백색 화산토)가 분포하다 본선으로 갈수록 점차 막장 전반으로 팽창성 화산쇄설대가 확장하는 경향을 보이고 있다.
4) 이러한 팽창성 암은 우수와 결합하여 풍화가 진행되어 토사화되고 유입 우수 및 지하수와 접촉할 경우 상·하반 보강과 인버트 보강 없이는 스퀴징(Squeezing) 및 스웰링(Swelling) 현상으로 인해 터널 단면 과다변위와 붕괴가 발생할 수 있다.
5) 따라서 원설계 지보패턴(갱구부 P-2, 본선부는 W-3)인 상반 대구경 강관다단그라우팅, 하반 측벽보강그라우팅(φ60.5mm, L=6m, C.T.C 2m), 강지보재(H-125×125×6.5×9)에서 지보패턴 P-3, W-4, W-5로 변경하는 것으로 결정하였다. 여기서 P-3, W-5는 굴착중 링컷, 굴진장 축소(0.8m/0.8m), 전단면 대구경 강관다단그라우팅 및 하부폐합 인버트를 시행하는 방안이다(W-4는 링컷 제외).
6) 갱구부 시점 터널 굴착시 안정성은 P-3로 보강을 강화하고 STA.0+845에서 지보패턴에 부합되게 모델링(링컷, 전단면 θ=240˚대구경 강관다단그라우팅 효과 구현)하여 MIDAS GTS 프로그램으로 2차원 연속체 모델 해석을 수행한 결과, 천단 및 내공변위, 숏크리트응력 모두 시공단계별 안정성이 확보되는 것으로 해석되었다.
7) 갱구부를 통과후 갱구부(STA.0+845∼0+860)를 포함한 팽창성암이 분포하는 본선부까지 일상계측(내공, 천단변위), 정밀계측(록볼트 축력, 숏크리트 응력, 지중변위, 지표침하)을 수행한 결과 관리기준치 이내로 유지됨을 확인하였다.
8) 대심도 도심지 철도터널의 경우 콘크리트 도상으로 시공되어 바닥 융기가능성이 있는 경우 재시공이 어려우므로 하부폐합인버트 시공사례가 있으나 부북2터널과 같이 고속도로 산악터널의 경우 양호한 암반에 주로 위치하므로 인버트 적용 사례를 찾아보기 어렵다. 이에 창녕~밀양 고속도로 부북2터널 하부폐합인버트 적용은 무결점 완공 사례로 기록될 것이며, 향후 유사 지반조건 및 현장여건에서 적용성 검토시 참고자료로 활용될 필요성이 있다.
참고문헌
1. 박춘식, 하정철(2018), 경상남도에서 발생한 암반사면의 파괴유형 연구, 터널지하공간학회 학회지, Vol.28, pp. 569-583
2. Barton, N.R.; Lien, R.; Lunde, J. (1974). "Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support". Rock Mechanics and Rock Engineering, 189-236
3. 이성기, 조국환(2018), 고속철도 하부 비개착공법 시공사례 연구, 한국철도학회, 추계학술대회 논문집
4. 김영근(2021), [제6강] 미고결 암반과 지오리스크, 지반(한국지반공학회지), 한국지반공학회, 제37권 3호
5. 이일화, 유민택(2018), 미고결 파쇄대 구간에서 발생하는 터널바닥 지반융기의 원인과 대책, 터널지하공간학회, Vol.20, No.4
6. 고속도로 터널공법(Ex-TM) 가이드라인, 2016, 한국도로공사
7. 한국도로공사, 고속국도 제14호선 창녕-밀양간 건설공사 지반조사보고서(제6공구 용지-남기), 2017.
8. 한국도로공사, 고속국도 제14호선 창녕-밀양간 건설공사 일반보고서(제6공구 용지-남기), 2017.
9. 한국도로공사, 고속국도 제14호선 창녕-밀양간 건설공사 터널해석보고서(제6공구 용지-남기), 2017.
2. 건설사 지반기술자의 AI 활용에 대한 여정

이 석 진
롯데건설 기술연구원

박 스 칸
롯데건설 기술연구원

김 학 성

이 태 희

유 재 욱
1. 들어가는 말
건설사 지반기술자의 AI 활용은 다양한 지반공학 분야에서 적용 시도되고 있으며 기존의 판별형 AI의 활용 뿐만 아니라 생성형 AI 활용까지 다양한 분야에 활용되는 단계까지 현재 진행되고 있다.
이제 AI 활용은 선택이 아닌 필수가 되고 있으며 AI와 인간의 Cowork을 통한 효율 증대 및 성과 달성이 많은 분야에서 요구되고 있다. 이에 따라 건설사마다 업무에서 AI를 사용하기 위한 시도를 지속하고 있고 일부는 실제 현장에 적용하여 소정의 성과를 보이고 있다.
AI 적용이 주된 업무가 아닌 건설사에서 AI를 능숙하게 활용하여 업무에 성과를 내는 것은 말처럼 쉬운 일은 아니다. AI 적용 초기에는 여러 적용 가능한 기술을 보유하고 있는 것으로 판단되는 업체를 접촉하여 건설현장에 즉시 적용할 수 있는 방안을 찾았으나 그 어떤 것도 바로 적용하기에는 한계가 있었다.
차선책으로 우선 사항을 설정하고 이를 해결할 수 있는 방안을 강구하였으나 적용 미숙련과 현장적용에 따른 일시적인 업무증가로 현장 적용은 한계에 부딪치곤 한다.
본 글은 2021년부터 많은 비용 들이지 않고 건설현장에 큰 부담도 없으면서 AI 적용에 따라 효율은 볼 수 있는 과제들에 대해 고민하고 적용했던 사례에 대해 하나씩 그간의 여정과 적용사항에 대해 같이 생각해 볼 수 있는 시간을 가지고자 하는 것이다. 건설현장에서 적용 가능한 AI 활용에 대해 연구단계로 시도하고 있는 다양한 부분에 대해 내용을 소개하고 중간 적용 성과를 공유함으로써 지반공학 전반에 대한 AI 적용 확대에 도움이 되도록 하고자 하는데 목적이 있다.
2. 사진, 영상을 이용한 AI 지반공학 분야에서의 활용
가장 쉽게 접근할 수 있는 방안으로 사진이나 영상을 분석하여 현장의 RISK를 관리할 수 있는 방안을 고민하였다. 도로분야에서 포트홀이나 도로 균열 등을 찾아내는 기술이 이미 활성화 되어 있어 조금만 개선하면 지반쪽 균열이나 RISK 사항 등을 쉽게 찾을 수 있지 않을까 생각했지만 세상에 쉬운일은 없어서 기대치만큼 성과는 아직 달성하지 못하였다. 다만, 현장 시험 적용이나 기술의 개발을 통해 다양한 시도는 계속되고 있으며 여러 가지 사례들의 조합, 발전으로 조금씩 성과는 증진되고 있다.
2.1 판별형(Discriminative) AI를 활용한 균열 관리 사례
2.1.1 가시설 배면 균열 관리
현장에서 발생되는 문제 중에서 균열은 다양한 부분에서 발생되고 있으며, 이런 균열 관리는 현장에서는 귀찮은 업무 중 하나로 인식되고 있어 현장 초급 직급의 직원이 주로 균열 대장을 관리하고 추가 균열 진행 여부를 확인한다. 따라서 정확도 및 위험성 연계 판단에 오류가 생길 가능성이 있어 AI를 활용하여 쉽게 Risk 요인을 파악하고 문제 사항 발생이 우려될 경우 즉시 현장 확인 및 조치가 가능한 방안을 강구하고자 하였다.

그림 1에 제시된 바와 같이 흙막이 가시서 배면 도로부에 대해 드론 사진 영상 촬영 후 영역을 한정하고 개별 이미지를 분할한 후 사전에 학습된 Model를 사용하여 균열을 탐지하는 방식으로 현장 적용을 진행하였다.
탐지된 균열의 누적을 통해 파악할 수 있는 Heat Map 분석을 더해 균열 하나하나가 아닌 군집으로 서의 역할을 파악할 수 있도록 하였으며 이를 통해 균열 발생이 많은 구간을 찾아내고 흙막이 가시설 영향이 큰 구간을 집중 관리할 수 있도록 하였다.

2.1.2 드론을 활용한 E/A 손상 부분에 대한 시공관리
가시설 손상부에 대한 확인 목적으로 드론을 활용하는 방안은 여러 방안으로 시도되었으나 사용성에 있어 가시설의 복잡성 및 영상, 사진 분석의 대상물에 대한 모호함으로 인하여 현재까지는 주로 현장 현황을 파악하는 목적으로 사용되었다. 이를 AI를 활용한 이미지 분석읕 통해 통상적이지 않은 가시설의 위험 징후를 판단할 수 있는 방안을 찾도록 시도하였으며 E/A의 특성상 위험 요인이 되는 부분에 집중하여 AI 활용방안을 강구하였다.
가시설의 위험 징후중 Earth Anchor Risk 요인은 강선의 긴장력을 확보하는 Cone 쐐기의 변형 및 탈락이 주 관점이지만, 현장에 시공된 Earth Anchor가 설치 위치가 높아 육안확인이 불가능하여 드론을 사용하여 쵤영하고 이미지 분석은 AI를 활용하는 방안을 적용하였다.
쐐기 상태 분석을 통해 양호/이상 상태를 구분하였으며 이상 상태 Earth Anchor에 대해서는 현장 확인을 통해 기술자가 추가적으로 확인하도록 하였다.

또한 이를 GIS(Geographic Information System) 연계를 통해 이상 징후가 발생된 위치(그림 5 별표시 부분)를 확인할 수 있도록 하여 문제발생 위치 관리도 할 수 있도록 하였다.

2.2 사진을 활용한 현장 RISK 요인 파악 사례
사진 분석으로 수행중인 과제들은 시간대별 사진의 중첩을 통해 공사의 진행 공정을 예측하는 시도와 3차원 입체 영상 분석을 통한 토공량 산출 자동화, 입체 영상 분석 방법을 고민하고 있다.
또한 사진, 영상을 모아서 DB로 구축할 수 있는 방안을 강구하고 있으며 현재는 DB 구축에 따른 즉발적인 효과는 미미하지만 시간이 지나면 이를 활용한 다른 시도도 가능할 것으로 기대하고 있다.


3. 시방서 분석을 위한 생성형 AI 활용 사례
건설 현장 보유 문서 중에서 두꺼운 책자를 뽑으면 공사시방서가 빠지지 않고 들어간다. 설계사에서 작성되며 내용도 방대하고 유사한 현장의 내용이 포함되어 있으며, 모든 현장마다 출력하여 가지고 있으나 이에 대해 상세히 분석하여 오류사항 등을 다 검토하지는 못한다. 그러다 현장점검이나 이슈가 발생하여 발주처와 공사이견이 생기게 되면 그제서 현장 시방서 규정을 찾고 오류사항 등을 검토하곤 한다.
또한 설계초기 시방서 작성은 국가기준에 근거한 시방기준 마련에 시간과 노력이 소요되므로 기존의 DB로부터 빠른 시간 내에 시방서 초안을 만들어 줄 수 있는 기술이 필요하다. 이에 생성형 AI를 활용하여 기존의 시방서 및 관련 국가규정을 학습시키고 이를 근간으로 Chat Bot 형태의 시방서 분석 System을 구축하였다.
생성형 AI를 활용한 시방서 분석 System 구성에 이어 생성형 AI를 이용한 RFP 분석 등 다양한 문제분석 기술로 활용할 수 있는 방안을 모색 중이다.


4. 흙막이 가시설 설계 AI 자동화 기술 개발
흙막이 가시설 설계는 현장에 대한 지반조사 성과 분석을 시작으로 엔지니어가 기존의 경험(지반 조건, 굴착 깊이, 공사기간 등)을 고려하여 3~4개 대안을 검토한 후 안정성 및 공사비가 적정한 공법을 선정한다. 그러다 보니 지보간격이나 물성치 적용 등은 안전측 설계가 대부분으로 응력 해석결과를 보면 가시설의 허용력이 50% 가까이 남는 경우도 많이 볼 수 있다.
이에 유전자 알고리즘을 적용하여 다양한 흙막이 가시설 단면 및 부재를 생성하고 이에 대해 빠르게 설계 검토 하여 적정한 가시설 단면을 찾고 이를 바탕으로 상세설계를 진행할 수 있는 방안을 강구하였다.
또한 적용된 가시설의 부재 산출 및 개략공사비, CAD 도면화가 가능하도록 추가 진행할 예정으로 해당 기술 적용에 따른 굴착 안정성과 비용 최적화를 동시에 만족할 수 있는 흙막이 가시설 설계가 기대된다.

5. 보고서 작성 자동화 방안
Eng 업무를 하는 분들이면 누구나 느끼겠지만 원하는 대로 보고서를 작성해주는 꿈의 Program이 개발되지 않는 한 검토하고 정리된 바를 보고서로 정리하여 발주처나 현장에 보내는 것은 시간과 노력이 많이 필요하다.
또한 현장 기술 점검 결과를 바로 현장에 설명하기 위해서는 빠른 정리가 필요하기에 현재는 보고서 표준화 작업을 진행하여 업무 효율 높이고자 한다.
그림에 제시된 바와 같이 현장에서 촬영한 사진을 바탕으로 검토의견을 사진과 함께 바로 ppt로 내보낼 수 있는 웹앱을 개발하여 사용하고 있으며 향후 AI를 활용하여 저장된 사진 DB를 활용할 수 있는 방안을 모색하고 있다.

6. 결론 및 향후 계획
AI 지반분야 적용에 대해 현재까지의 성과는 ‘시도는 많이 되고 있으나 아직 갈 길이 멀다’ 고 할 수 있다. 개발자와 실제 사용자가 동일인이 아닌 이상 생각의 차이와 실적용의 한계로 매번 벽에 부딪치고 새로운 길을 모색해야 한다. 하나 다행인건 나만의 어려움이 아니라는 것 정도, 지치지 않고 하나씩 시행하다보면 언젠간 불쑥 성과가 날 것으로 기대하며 오늘도 뭔가 시도해 볼 만한게 없을까 고민하고 있다.
현장적용에 있어 간과하지 말아야 할 것은 아무리 좋은 기술이라도 실제 현장에서 적용이 불편하면 금방 도태되고 만다. 개발 목표를 현장과 실무에서 불편해 하는 부분을 해결해주는 방안으로 하여야 그나마 서로간의 접점을 찾을 수 있는 것 같다.
AI가 모든 것을 해결해줄 수는 없지만 시간을 줄이고 효율을 높이는 수단으로 사용하다보면 여러 가지 기술 융합으로 인해 폭발적으로 AI 활용이 증가할 것으로 기대하며 글을 마친다.
참고문헌
1. 김영태, 이석진, 김봉찬, 이은미, 김동진 (2023. 10) LLM-Based AI Assistant for Codes and Standards in Civil Engineering, KSCE 2023 Convention
2. 이태희, 이석진, 이준호, 김봉찬, 도남영 (2023. 03) 인공지능 심층 신경망을 활용한 흙막이 배면 균열 추적 기초 연구, 2023 한국지반공학회 봄학술발표회
3. 박현일, 황준하, 도남영, 박스칸, 이석진 (2025.03) GA와 LSTM을 활용한 가설 흙막이 벽체 시스템의 지능형 자동설계, 2025 한국지반공학회 봄학술발표회
[본 기사는 저자 개인의 의견이며 학회의 공식 입장과는 관련이 없습니다]