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문제 정의
- 종방향 배수관을 삭제할 경우 측벽유입수 및 하부 침투수 등은 모두 통합 유공관에서 집수하게 된다. 따라서, 통합 유공관의 처리 용수량을 검토하여 터널 배수시스템에서 종방향 배수관 삭제 가능 여부를 판단하였다.
- 본 연구에서는 터널 내에서 발생하는 지하수 및 타일세척수, 노면수 등을 배수할 목적으로 설치된 배수관, 유공관, 집수정 등 터널내 배수시스템에 대한 관련기준 및 지침을 검토하고 해외 배수체계 사례 및 국내 시공 현장을 조사를 통해 다원화된 현행 배수체계의 문제점을 분석 및 배수체계 간소화를 통해 경제적이고 효율적인 배수시스템을 선정하는 것이 본 연구의 목적이다.
제안 방법
- 하지만 해외사례 분석 결과 국내 터널과는 달리 배수체계가 간소화 되어 있으며, 특히 국내 터널의 종방향 배수관(스파이럴씸덕트관)이 적용된 사례는 거의 찾아 볼 수 없었다. 국내 배수체계 개선안 도출 시 위의 해외사례분석을 통해 배수시스템의 간소화 방안을 검토하였다.
- 따라서, 완전한 오폐수의 분리배수와 겨울철 배수관 동결현상 방지를 위해 현재 적용중인 스틸그레이팅 집수정 뚜껑을 밀폐식으로 변경하여 적용하였다.
- 따라서, 횡배수관이 158m 이내에 설치될시 측방배수관을 통한 배수 처리가 가능한 것으로 검토되었으나, 터널유지관리부서의 자문의견 수렴결과 횡배수관 막힘현상 등의 유지관리를 감안하여 기존 10m 간격을 유지하는 것으로 결정하였다. 또한, 측방배수관의 유지관리 편의성과 집수정에서 관 청소장비의 투입을 쉽게 하기위해 50m간격의 집수정에 설치되는 횡배수관은 그림 16과 같이 Y자형 횡배수관을 적용하였다.
- 배수 콘크리트 타설 시 스파이럴씸덕트관 및 횡배수관으로 인하여 콘크리트 타설을 4~6회로 분할하여 시공하였고, 이로 인해 배수콘크리트 공기가 과다하게 소요되는 문제점이 검토되었다.
- 배수시스템 개선안의 시공을 위해 그림 13과 같이 총 5단계의 시공절차(라이닝 및 포장 콘크리트 타설 포함)가 필요하며, 배수콘크리트는 배수관 및 집수정 설치 후 전체 기계타설로 적용하였다.
- 배수체계 개선안 선정을 위해 국내 시공중인 터널현장 중 배수공 작업이 진행중인 현장 방문을 통해 배수공 시공실태, 시공성 불량 요인 및 배수공 개선 사항을 파악하고 현장 시공자의 의견을 수집하였다.
- 스파이럴씸덕트관 배치 후 콘크리트 타설시 스파이럴씸덕트관 밀림 현상을 방지하기 위해 설계시 반영되지 않은 고정 철근 배치 및 철사를 이용하여 스파이럴씸덕트관을 고정하였다.
- 배수체계 개선안의 경우 유공관 설치 위치가 라이닝 콘크리트의 기초 역할을 하는 Abut 하부에 놓이게 되므로 부등침하에 대해 검토하였다. 이때, 배수 콘크리트에 작용하는 하중은 공용중에는 본선 라이닝 철근보강 구간의 구조해석 결과 중 배수콘크리트에 전달되는 축력값을 적용하였고, 시공중에는 라이닝콘크리트 자중에 배수 콘크리트 자중을 더하여 적용하였다.
- 자연환기 및 기계환기 터널 단면별 배수콘크리트에 작용하는 하중 위치가 상이하므로 각각 검토를 수행하였고, 터널 단면별로 암반구간 및 잡석구간을 분리하여 지반반력값을 산정하고 연직방향 탄성변위량을 검토 후 허용 각 변위를 판단하였다.
- 터널 배수시스템 개선안에 대해 현재 시공중인 현장(12개소)의 감리 및 시공 기술자에 대해 서면조사를 실시하여 질문항목에 대하여 시공성 및 유지관리성이 우수하거나 불량한 개선안을 선택하도록 하였다. 설문조사에 참여한 인원은 감리 26명, 시공 51명으로 총 77명이 참여하였다.
- 해외 선진국의 터널 배수시스템 사례 조사를 통해 현재 국내 적용중인 다원화된 배수체계의 간소화 필요성을 확인하였고, 터널 배수시설 시공 현장 문제점 분석을 통해 다음과 같은 배수시스템 개선 방향을 선정하였다.
대상 데이터
- 국내 배수체계 개선안 검토 시 상기와 같은 관련기준 및 지침을 분석하여 경제적이고 효율적인 배수시스템을 선정하기 위한 기초 자료로 활용하였다.
- 터널 배수시스템 개선안에 대해 현재 시공중인 현장(12개소)의 감리 및 시공 기술자에 대해 서면조사를 실시하여 질문항목에 대하여 시공성 및 유지관리성이 우수하거나 불량한 개선안을 선택하도록 하였다. 설문조사에 참여한 인원은 감리 26명, 시공 51명으로 총 77명이 참여하였다.
- 표 7과 같이 상･하수도관 관리를 위해 설치되고 있는 맨홀 뚜껑 검토를 통해 터널 집수정 뚜껑을 선정하였다.
이론/모형
- 개선안에 대하여 식 (1)~(3)을 이용하여 부등침하를 검토한 결과 표 6과 같이 모든 케이스에 대해서 구조물 손상이 없는 것으로 검토되었다. 구조물 균열 미발생 한계는 구조물기초설계기준(2009)에서 제시한 1/500을 적용하였다.
성능/효과
- (1) 현재 국내 고속도로 터널은 측방 배수관, 종방향 배수관(스파이럴씸덕트관), 하부 유공관의 다원화된 배수 시스템이 적용되고 있으나, 해외에서는 배수체계가 간소화되어 있으며, 특히 종방향 배수관(스파이럴씸덕트관)이 적용된 사례는 거의 찾아볼 수 없었다.
- (2) 국내 현장을 조사한 결과 배수콘크리트의 5~6회 분할 타설로 배수공 소요 공기 과다의 문제점을 보였고, 스파이럴씸덕트관의 이동을 방지하기 위하여 설계 물량에 반영되지 않은 별도의 고정장치를 설치하는 문제점이 조사되었다.
- (3) 기존 배수체계 설치기준 분석, 해외사례조사, 국내현장조사, 개선안을 위한 관경 검토 등을 기초로 개선안을 도출하여 시공성에 대해 검토한 결과 개선안의 공사기간이 기존안보다 전체 소요공기가 약 7일 감소되므로 시공성이 우수한 것으로 판단되었으며, 경제성검토에서는 기존안 대비 개선안 공사비가 5.5%감소되는 것으로 검토되었다.
- ○○터널 현장조사 결과 배수콘크리트 타설 세분화로 인한 소요공기 과다 및 시공성 불량 등의 문제점과, 스파이럴씸덕트관 고정을 위한 추가 자재가 소요되는 것으로 조사되었다.
- ○○터널을 현장조사한 결과 00터널과 같이 배수 콘크리트 타설 세분화로 인한 소요공기 과다 및 시공성 불량 등의 문제가 있었고 스파이럴씸덕트관 설치를 위하여 배수콘크리트 분할 타설 및 콘크리트 타설시 스파이럴씸덕트관 밀림 방지를 위한 철사 고정등 스파이럴씸덕트관 설치 시공성 불량의 문제를 보였다.
- 배수체계 시공을 위한 공사기간 검토 결과 표 4와 같이 배수체계 기존안 공사기간은 콘크리트 분할타설 4단계 포함 총 14일이 소요되었고, 개선안 공사기간은 콘크리트 전체 기계타설 적용으로 총 7일이 소요되었다. 따라서, 배수체계 개선안의 경우 스파이럴씸닥트관 시공을 위한 배수콘크리트 하부 1차 인력타설 공종 삭제등으로 인해 전체 소요공기가 약 7일 감소되므로 기존안에 비해 시공성이 우수할 것으로 판단 되었다.
- 3%, 측방배수관 Φ100관경시 터널연장 158m 배수 처리가 가능하였다. 따라서, 횡배수관이 158m 이내에 설치될시 측방배수관을 통한 배수 처리가 가능한 것으로 검토되었으나, 터널유지관리부서의 자문의견 수렴결과 횡배수관 막힘현상 등의 유지관리를 감안하여 기존 10m 간격을 유지하는 것으로 결정하였다. 또한, 측방배수관의 유지관리 편의성과 집수정에서 관 청소장비의 투입을 쉽게 하기위해 50m간격의 집수정에 설치되는 횡배수관은 그림 16과 같이 Y자형 횡배수관을 적용하였다.
- 배수시스템 개선안 중 가장 합리적이고 시공성 및 유지 관리 측면에서 우수한 개선안은 48%정도의 현장 기술자들이 선정한 비교 1안으로 나타났다. 바닥배수판을 적용한 비교 4안의 경우 시공성 측면에서 우수하다고 답변하였으나 배수판의 성능 검토가 선행되어야 한다는 전제가 주를 이루고 있었다.
- 배수체계 시공을 위한 공사기간 검토 결과 표 4와 같이 배수체계 기존안 공사기간은 콘크리트 분할타설 4단계 포함 총 14일이 소요되었고, 개선안 공사기간은 콘크리트 전체 기계타설 적용으로 총 7일이 소요되었다. 따라서, 배수체계 개선안의 경우 스파이럴씸닥트관 시공을 위한 배수콘크리트 하부 1차 인력타설 공종 삭제등으로 인해 전체 소요공기가 약 7일 감소되므로 기존안에 비해 시공성이 우수할 것으로 판단 되었다.
- 측방배수관 및 횡배수관 검토를 수행한 결과 터널 종단 경사 0.3%, 측방배수관 Φ100관경시 터널연장 158m 배수 처리가 가능하였다.
- 통합 유공관 규격 검토 결과 그림 13 및 표 2와 같이 터널연장이 1km 미만이고 종단경사 1% 미만일 경우 Φ250mm, 1% 이상일 경우 Φ200mm 인 것으로 검토되었으나, 안전율을 고려하여 Φ300mm를 적용하였다.
- 현행 및 개선안의 배수관 규격을 비교한 결과 현행 배수체계 배수관경의 경우 주배수관(스파이럴씸닥트관) 및 유공관 모두 처리가능 용수량에 여유가 있으므로 스파이럴씸닥트관을 삭제하여도 충분한 통수능 확보가 가능한 것으로 검토되었다.
후속연구
- (4) 선정된 배수체계 개선안은 시험시공을 통해 배수체계의 합리성을 확인하고 있으며 점차 확대 적용할 예정이다.
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