[도심 침하 대책] 하수관 열화 파손 ‘예측’ 기술 선보여
하수관 열화 파손 ‘예측’ ... 안전성 내구수명 향상 기술 속속 선봬
탐방 - 노후 하수관로 개량 기술개발 연구단
관받침 일체형 뒷채움재 · 고내산성 장수명 콘크리트 등 핵심기술 개발
하수관로 조사매뉴얼 ‘하수관로공사 표준시방서’ 개선 연구도 병행 추진
최근 하수관로의 노후화로 인해 도심지 곳곳에 지반침하와 도로함몰 등의 현상이 빈번히 나타나며, 보행자가 추락하는 등 안전사고가 지속적으로 발생하고 있다.
도심지에서 발생하는 대부분의 지반침하와 같은 문제는 노후 하수관 손상이나 굴착 공사가 원인인 경우가 대부분인 것으로 알려지고 있다.
따라서 노후 하수관로로 인한 다양한 문제들을 경감시키기 위한 노후 하수관로의 안전성과 내구수명 향상 기술들이 전 세계적으로 조명 받고 있는 가운데 노후 하수관의 열화나 파손 등을 예측하고, 예방할 수 있는 기술들이 개발되고 있어 이목을 집중시키고 있다.
이 같은 기술들은 환경부의 지원 아래 한국생활환경시험연구원을 중심으로 진행 중인 ‘안전하고 지속가능한 노후 하수관로 개량기술 개발 연구단’을 통해 선보이고 있다.
지반침하 예방기술개발·현장평가
KCL 주관으로 진행되고 있는 이 과제에서는 사회적 문제로 대두되고 있는 노후된 하수관로로 인해 발생하는 지반침하를 예방하기 위한 ‘관받침 일체형 뒷채움재와 충진재’ 기술과 ‘고내산성 장수명 콘크리트 하수관로시스템’ 등의 핵심기술들을 개발하고 있다.
또한, 테스트베드를 통해 개발기술들의 성능을 검증하는 한편, 개발기술들을 기반으로 하수관로 조사매뉴얼과 하수관로공사 표준시방서를 개선하는 연구도 병행되고 있다.
‘뒷채움재와 고기능성 충진재’ 개발 부문에서는 노후 하수관으로 인한 공동발생을 예방할 수 있는 최적의 관받침 일체형 뒷채움재와 하수관 주변에 발생한 지반공동을 해결하기 위한 응급복구용 고기능성 충진재기술을 개발하고 있다.
대형 하수관로의 경우 대부분 흄관을 사용하고 있어 하수관로의 기초는 지지력 증진과 침하량 저감에 대응할 수 있어야 한다.
하지만, 현재 기초 시공 시 뒷채움재의 다짐 불량과 부적절한 관받침 사용 등으로 인해 품질확보가 쉽지 않은 실정이다.
이에 이 연구에서는 건설현장에서 발생하는 굴착토와 슬래그, 플라이애시 등의 산업부산물로 구성된 비소성 저탄소 결합재를 사용, 100% 순환자원을 활용한 하수관 뒷채움·받침용 CLSM(Controlled Low Strength Material)과 지반공동 응급복구용 팽창충진제·팽창성 외피를 개발하고 있다.
또한, 국내 하수관로의 파손 원인 분석을 통한 하수관로 받침의 핵심 요구 성능 도출과 제조기술 확보를 위한 연구도 병행되고 있다.
‘고내산성 장수명 콘크리트 하수관로시스템’ 개발 부분에서는 고로슬래그 미분말과 플라이애시 등 산업부산물의 알칼리 활성화 기술을 통한 고내산성 장수명 콘크리트 하수관 제조기술과 하수관로시스템을 개발하고 있다.
이를 위해 국내 콘크리트 하수관의 열화 현황 조사를 통한 고내산성 장수명 콘크리트 하수관의 핵심 요구 성능 도출과 최적의 배합 기술을 개발하는 한편, 장기적으로 내화학성을 갖는 장수명 콘크리트 하수관 개발과 콘크리트 원심 성형 적용을 위한 최적의 생산 공정시스템 개발 연구가 이뤄지고 있다.
현장 평가를 통한 검증과 매뉴얼·시설기준 개선 부문에서는 개발된 기술과 공법, 제품에 대한 현장평가를 통해 적용성을 검증하고, 이를 반영한 매뉴얼과 하수관로 표준시방서 개선 연구가 이뤄지고 있다.
세부적으로는 서울시 등 지자체에서 제공하는 기존 노후하수관로를 활용한 테스트베드를 구축하고, 대구지역에 마련된 KCL의 자체 테스트베드를 활용, 개발된 기술과 공법, 제품을 적용하고, 지속적인 모니터링을 통해 공용성을 평가하고 있다.
또한, 연구를 통해 개발된 기술과 공법, 제품을 활용한 개선된 관종별 하수관로 조사·평가·대응 매뉴얼은 지난 2017년 환경부에서 발간한 ‘지반침하 대응 하수관로 정밀조사 매뉴얼’에 반영될 수 있도록 제안할 예정이다.
이외에도 연구를 통해 새롭게 개발되는 하수관로 유지관리과 긴급복구 관련 신기술과 장수명 하수관로, 지반침하 예방 자재에 대한 현장 적용과 기술 검증 결과를 바탕으로 ‘하수관로공사 표준시방서’ 개선에도 나설 계획이다.
한편, 고내산성 장수명 하수관은 기존 기술 대비 내구성 100% 향상은 물론 50년의 내구수명 확보가 가능해 사회적 비용 절감에 기여할 것으로 전망된다.
또한, 예방적 유지관리체계 구축을 통해 연간 유지관리비용 중 약 3,000억 원 절감 효과도 거둘 것으로 예상된다.
지반 침하 탐사·조사장치 개발
이 과제에서는 하수관로의 건전도를 정확하게 평가해 지반침하와 같은 문제 발생에 즉시 대응하기 위한 기술들을 개발하고 있다. 이를 위해 관로의 개량이나 교체 등의 시기 결정에 필요한 신뢰성 있는 조사·탐사장치와 탐상기법을 개발하고 있다.
하수관내 진입 PPR 장치 개발 부문에서는 RADAR 탐사기법을 통해 하수관 상부에 발생하는 공동을 정밀하게 계측할 수 있는 탐사장치 개발 연구가 진행되고 있다.
초음파 등 멀티센서를 이용한 하수관로의 결함조사 장치 개발 부문에서는 하수관로의 정밀 건전도 평가를 위한 계측장비와 멀티센터를 활용해 하수관로의 열화, 손상 등을 정밀계측 할 수 있는 탐사장치와 기법을 개발하고 있다.
한편, 관내 PPR 장비는 하수관로 배면(0.6m 이내) 공동(직경 50cm) 탐사로 하수관로의 노후화로 인한 지반침하 시 조기 대응이 가능할 것으로 기대를 모으고 있다.
하수관로 상태조사시스템·접합부 수밀개선
이 과제는 하수관로 조사자의 안전 확보와 하수관로 상태에 대한 정밀한 평가를 위해 하수관로 정밀 조사·평가시스템과 함께 가지관 접합부의 수밀 성능 개선을 위한 공법을 개발하고 있다.
자주차 활용 하수관 내부 돌출관 절삭 시스템과 접합부 수밀성능 개선 공법 개발 부문에서는 자주차를 활용해 지하수 유입 원인인 돌출 연결관 제거와 접합부의 누수 등을 방지할 수 있는 돌출 연결관 커팅 장비, 접합부 수밀개선 공법 개발 연구를 진행하고 있다.
육안조사용 장비와 맨홀부 3D 조사 장비를 활용한 하수관로 상태 정밀조사 시스템 개발 부문에서는 육안 조사용 장비와 맨홀 3D 조사 장비, 영상처리 시스템을 활용해 맨홀과 하수관로의 상태를 안전하고 신속, 정밀하게 조사할 수 있는 장비 개발 연구가 이뤄지고 있다.
한편, 실시간 가스 모니터링 기술은 하수관로 조사와 유지보수 작업 시 발생하는 밀폐 공간에서의 가스 질식사고 방지에 기여할 전망이다.
PPR 탐사 기법 멀티센터 활용
열화 손상 정밀계측 장치 개발
정상화 단장
한국건설생활환경시험연구원 정상화 단장은 “하수관로 노후화로 인해 발생하는 하수관로 손상은 누수를 유발시키는 직접적인 원인”이라며, “이 같은 누수는 토사 유입과 공동 형성 등 지반침하를 초래하는 원인으로 작용하고 있으며, 점차 증대되고 있는 추세다”고 말했다.
실제로 지난 2014년 9월 환경부에서 하수관로 1,637km에 대한 긴급점검을 실시한 결과 관 파손과 토사 유입 등으로 지반침하를 유발할 수 있는 결함이 1,582곳으로 나타났다. 이는 하수관 1km당 0.8곳에 달하는 수치다.
정 단장은 “2014년 서울시의 도로함몰에 대한 자체조사 결과에서도 2010년부터 발생한 도로함몰 총 3,127건 중 85%가 하수관로 손상에 의한 것으로 밝혀졌다”며, “이처럼 현안으로 떠오른 하수관로 노후화로 인한 다양한 문제점들을 저감시키기 위해 이 연구에서는 지반 침하 탐사·조사 장치를 비롯한 하수관로 상태조사시스템, 지반침하 예방 기술을 개발하고 있다”고 소개했다.
이어 “특히, 이 기술들은 보다 안전하고 지속가능한 노후 하수관로 개량 기술을 확보한다는 점에서 갖는 의미가 매우 크다”고 밝혔다.
그의 말대로 연구단에서는 하수관거의 열화와 손상 등을 정밀하게 계측할 수 있는 탐사장치 등 노후 하수관거의 안전성 향상과 수명연장을 실현할 수 있는 기술들을 선보이고 있다.
정 단장은 “연구단에서는 PPR 탐사 기법과 멀티센터를 활용해 하수관거의 열화와 손상 등을 정밀하게 계측할 수 있는 탐사장치를 개발했다”며, “또한, 3D 기반 맨홀 조사 장비를 이용해 맨홀 내부의 결함 상태를 파악하는 한편, GPS와의 연계를 통해 향후 유지보수를 위한 DB도 구축하고 있다”고 밝혔다.
이어 “육안 조사용 장비의 경우 하수관 내 위험요인에 대한 정보를 사전에 제공함으로써 작업자의 안전을 확보할 수 있으며, 자동화된 결함검출 프로그램을 이용해 하수관 상태를 객관적으로 조사, 평가할 수 있다”고 강조했다.
GPS 연계 유지보수 DB도 구축 ‘실용화’ 눈앞
또한, 연구단에서 개발한 100% 순환자원을 활용한 관받침 일체형 뒷채움재를 비롯해 동공의 응급복구를 위한 팽창 충진제·팽창성 외피기술, 내산성 콘크리트 하수관 제조기술은 하수관의 내구성 향상과 내구수명 확보를 통해 사회적 비용 절감에도 크게 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.
특히, 현재 연구단에서 개발된 기술과 공법, 제품들의 필요성에 대해 많은 전문가들이 공감대를 형성하고 있는 가운데 관련 기업과 정부부처, 지차체의 관심 속에서 일부 기술들이 실용화를 앞두고 있어 눈길을 끌고 있다.
한편, 정 단장은 하수관로 분야의 발전을 위해 “하수관로 분야의 타 연구 R&D 과제와의 관련 정보와 기술적인 성과를 공유하는 한편, 기존 시험과 실증 시설의 공동 활용과 상호 기술지원과 자문, 기술과 성과 활용 방안 등에 대한 연계가 보다 적극적으로 추진돼야 한다”며, “기술 실용화의 극대화를 위해 하수관로 분야 국내 산·학·연, 정부부처·지자체, 학·협회와의 전방위 협력·지원체계를 구축하고, 연구성과의 국내외 활용과 확산을 위한 기반 마련이 필요하다”고 조언했다.
오성덕 기자 건설기술신문
http://www.ctman.kr/news/18540
