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문제 정의
- 유지 관리 현황을 조사하고 관련 공법들의 문제점들을 분석하였다. 또한 해당 유도배수공법 설계의 적정성, 경제성, 유지관리 등 현장 적용성을 검토하여 지하차도 유도배수공법의 최적 설계 방안 및 유지 관리 가이드라인 등을 제시하고자 한다.
- 본 연구 목적은 국내외 지하차도 구조물 설계유지관리 현황을 조사하고, 인천경제자유구역 영종하늘도시 내에 설계 시공 중인 지하차도 구조물에서의 지하수 유도배수공법의 현장 적용성을 검토하여 지하차도 유도배수공법의 최적 설계방안 및 유지관리 가이드라인을 제시하는 것에 있다.
- 본 연구에서는 연구유역의 대체수자원 활용 방안을 검토 하기 위하여 우선 지하차도 유도배수공법이 적용중인 지점의 지하수 수질을 평가하였다. 각 지점의 수질 시험 결과는 표 13과 같다.
- 본 연구에서는 영종하늘도시 사업지구에 적용된 유도배수 공법에 대한 국내외 지하차도 관련 설계 ․ 유지 관리 현황을 조사하고 관련 공법들의 문제점들을 분석하였다. 또한 해당 유도배수공법 설계의 적정성, 경제성, 유지관리 등 현장 적용성을 검토하여 지하차도 유도배수공법의 최적 설계 방안 및 유지 관리 가이드라인 등을 제시하고자 한다.
- SEEP2D 프로그램을 이용하여 유도배수공법에 의해 배수 되는 지하수량을 분석하여 설치예정인 유도배수공법 배수관 및 집수정 펌프 규모의 적절성을 평가하였으며, 평가 결과 지하수 유입량은 유공관 통수용량의 30%이하, 집수정 펌프용량의 11%이하로 분석되었다. 본 연구에서는 유도배수공법이 제 기능을 상실할 경우에 대한 대책공법으로 강제배수 방안을 제안하였으며, 대책공법 적용시 효과를 분석하였다. 분석 결과 지하차도별 U-Type 종점부 구간에 펌프용량 175.
- 본 연구에서는 이러한 대책 중 하나로 배수층 유역에 우물을 설치하여 강제 배수하는 방법을 제안하였으며, 이러한 강제배수 시설을 설치하기 위하여 필요한 설치경비 및 유지관리 경비를 개략적으로 산출해 보았다.
- 본 연구에서는 지하차도 유도배수공법 시공 및 관리방안 내용 중 유지, 관리방안 부분에 대하여 다음과 같은 내용을 추가로 제시하고자 한다(한국토지주택공사, 2008).
- 연구대상 유역의 수문학적 분석은 지하차도 구간의 지하 수위 거동을 분석하기 위한 입력 자료를 산정하는 것에 그 목적이 있다. SWMM 프로그램(Huber and Dickinson, 1988)을 이용하여 대상유역의 지표유출 특성을 분석하고, 대상유역의 지하수 함양량 추정을 위한 수문 성분 추적을 위하여 장기유출모의를 수행하였다.
- 원지반 특성이 유도배수공법 적용에 미치는 영향에 대해서도 검토하였다. 지하차도 구조물이 위치한 지반을 점토와 사질토로 구성하고 각각에 대해 해석하여 본 결과 원지반의 특성에 따라 어느 정도 영향을 받는 것으로 나타났다.
가설 설정
- ① 유도배수공법에 의하여 배출되는 유출 지하수양은 배수층, 유공관등의 이상 징후를 발견하는 것에 도움을 줄 수 있으며, 배출되는 지하수의 수량 및 수질에 따라 유출지하수의 이용방안이 달라질 수 있다.
제안 방법
- 3차원 지하수 MODFLOW 프로그램을 이용하여 대상유역의 지하차도 구조물 건설에 따른 지하수 흐름 변화 특성을 분석하였다.
- SEEP2D 프로그램을 이용해서 유도배수공법에 의하여 발생하는 유입량을 계산하고, 유공관의 통수유량을 검토하였다. 검토 결과 지하차도 최대 예상 유입량(1.
- 연구대상 유역의 수문학적 분석은 지하차도 구간의 지하 수위 거동을 분석하기 위한 입력 자료를 산정하는 것에 그 목적이 있다. SWMM 프로그램(Huber and Dickinson, 1988)을 이용하여 대상유역의 지표유출 특성을 분석하고, 대상유역의 지하수 함양량 추정을 위한 수문 성분 추적을 위하여 장기유출모의를 수행하였다. 인천기상대 40년(1970～2010 년)강우 자료에 대한 수문성분을 분석하였으며, 시나리오별 유역 유출 특성 평가를 위하여 계절별, 강우량이 많은 해, 10일 최대 강우의 기간에 대하여 수문성분을 분석하였다.
- 0m를 기준으로 하였으며, 이 경우 대부분의 U-Type 구간은 부력에 대해 안정성 확보가 어려워 부력에 대한별도 대책 수립이 요구되는 것으로 나타났다. U-Type 구간의 부력에 대한 안정성 확보를 위하여 적정 대책공법으로 지하수 유도배수 공법을 선정, 설계 하였으며 현재 시공 중에 있다. 보고서에서는 지하수 대책공법을 선정하기에 앞서 지하차도의 위치, 주변 수위, 지형조건, 하천 현황, 해안도로 현황, 인천항 조위현황 등을 조사 분석하고, 부지조성 이후 지하수위 형성에 영향을 주는 인자로 지표수 유입, 복류수 유입, 인접소하천 홍수위 ‧ 해수면 간 ‧ 만조위, 모세관 현상 영향 등을 검토하였다.
- ② 유도배수공법에 의하여 배출되는 유출 지하수량을 측정하기 위한 소규모 탱크를 별도로 설치하고, 유출량을 지속적으로 관측한다.
- 지하수 대책공법으로 적용된 유도배수공법의 배수층, 유공관 등의 재평가 결과 유도배수공법의 배수층, 유공관등의 Clogging 및 관내 침전물로 인하여 유도배수가 더 이상 불가능하다고 판단될 경우 구조물의 안전성 확보를 위하여 유도 배수 배수층 구간에 우물을 설치하여 강제 배수하는 방안에 대하여 MODFLOW 프로그램을 이용하여 강제배수 펌프의 위치 및 효과를 분석하였다. 강제배수 우물의 위치 및 펌프 용량에 따른 평가를 위하여 표 10과 같이 총 3가지 경우에 대하여 프로그램을 수행하였으며 펌프 설치 위치도는 그림 4와 같다.
- 보고서에서는 지하수 대책공법을 선정하기에 앞서 지하차도의 위치, 주변 수위, 지형조건, 하천 현황, 해안도로 현황, 인천항 조위현황 등을 조사 분석하고, 부지조성 이후 지하수위 형성에 영향을 주는 인자로 지표수 유입, 복류수 유입, 인접소하천 홍수위 ‧ 해수면 간 ‧ 만조위, 모세관 현상 영향 등을 검토하였다. 검토 결과를 바탕으로 지하수 대책공법으로 유역에 적합한 유도배수공법을 선정하여 상세 계획을 수립하고 지하차도 배수용량 등을 검토 하였으며, 시공관리 방안 및 지하차도 유지관리 기준 수위를 제시하고 있다.
- 대상지구의 유도배수공법 현장 적용성 검토 결과를 바탕으로 지하차도 유도배수공법 사용에 대한 평가 가이드라인, 유도배수공법에 대한 최적 유지관리 가이드라인 등을 제시하였다. 이러한 자료는 향후 지하차도 부력방지공법의 가이드라인으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 대상지구의 유도배수공법 현장 적용성 검토를 위하여 연구대상유역의 유출특성, 지하수 흐름특성을 분석하고, 지하 차도 구조물의 변위 및 안전성을 평가하였다. 또한 평가된 자료를 바탕으로 유도배수공법의 지하수 배제용량을 분석하고, 유도배수공법 유지 관리 방안 중 하나인 강제배수에 대한 적용성을 평가하였으며, 지하차도에서 발생하는 유출량에 대한 대체수자원 활용방안을 검토하였다
- 대상지구의 유도배수공법 현장 적용성 검토를 위하여 연구대상유역의 유출특성, 지하수 흐름특성을 분석하고, 지하 차도 구조물의 변위 및 안전성을 평가하였다. 또한 평가된 자료를 바탕으로 유도배수공법의 지하수 배제용량을 분석하고, 유도배수공법 유지 관리 방안 중 하나인 강제배수에 대한 적용성을 평가하였으며, 지하차도에서 발생하는 유출량에 대한 대체수자원 활용방안을 검토하였다
- U-Type 구간의 부력에 대한 안정성 확보를 위하여 적정 대책공법으로 지하수 유도배수 공법을 선정, 설계 하였으며 현재 시공 중에 있다. 보고서에서는 지하수 대책공법을 선정하기에 앞서 지하차도의 위치, 주변 수위, 지형조건, 하천 현황, 해안도로 현황, 인천항 조위현황 등을 조사 분석하고, 부지조성 이후 지하수위 형성에 영향을 주는 인자로 지표수 유입, 복류수 유입, 인접소하천 홍수위 ‧ 해수면 간 ‧ 만조위, 모세관 현상 영향 등을 검토하였다. 검토 결과를 바탕으로 지하수 대책공법으로 유역에 적합한 유도배수공법을 선정하여 상세 계획을 수립하고 지하차도 배수용량 등을 검토 하였으며, 시공관리 방안 및 지하차도 유지관리 기준 수위를 제시하고 있다.
- 지반의 변형과 간극수압에 의해 구조물에 작용하는 응력은 구조물의 안정성에 영향을 주며 따라서 이에 대한 평가가 필요하다. 본 연구에서 지하수위를 지표면 하 1m로 하여 수치해석을 수행하였고 이 때 구조물에 발생하는 모멘트와 변형률 등을 유도배수 유무에 따라 평가하였다. 분석 결과 유도 배수공법 적용에 의해 구조물에 작용하는 모멘트가 감소하는 것을 확인하였으며 특히 하부 중앙부에 유도배수공법 미적용 시에 비하여 50%이상 모멘트가 감소하였다.
- 본 연구에서는 기 보고서에서 제시하고 있는 지하수 대책 공법 선정 및 적용 등에 관한 상세과정을 분석 정리하고, 본 연구결과를 추가하여 그림 5와 같이 유도배수공법 적용 유무에 대한 평가 가이드라인을 제시하였다.
- 0m를 기준으로 하였으며, 이 경우 대부분의 U-Type 구간은 부력에 대해 안정성 확보가 어려워 부력에 대한별도 대책 수립이 요구되는 것으로 나타났다. 여기서는 U-Type 구간의 부력에 대한 안정성 확보를 위하여 적정 대책공법으로 지하수 유도배수 공법을 선정, 설계하였다(표 5).
- 연구대상 유역의 대체수자원 활용방안을 검토하기 위하여 유출지하수 활용방안에 관하여 활용목록 및 활용사례, 수질 기준 등에 대하여 조사하였다. 연구유역의 경우 중수도 수질 기준과 하천수질기준등급을 만족하는 수질을 가지고 있으며, 일정규모의 수량도 확보될 것으로 평가되었다.
- 하지만, 연구 유역 주변부가 아직 개발 지구로서 구체적인 활용방안을 제시하는 것에는 무리가 있다고 판단되며 향후 주변부 변화양상에 맞추어 주기적인 수위 및 수질 분석을 통하여 대체수자원 활용방안을 재검토 하는 것이 필요할 것으로 판단된다. 연구대상 유역의 지하수대책공법 중 대표적인 공법인 부력앵커공법과 유도배수공법의 경제성 비교를 실시하였다. 연구유역의 초기비용은 부력앵커공법 약 70억원, 유도배수공법 30억 원이며, 유도배수공법의 추가 유지관리비용은 10년 기준으로 초기는 약 3억 6천, 중장기에는 약 3억 2천만원이 소요될 것으로 분석되었다
- 이를 위해 SWMM 프로그램을 이용하여 연구대상유역의 수문학적 특성을 분석하고, 분석된 자료는 지하수 흐름특성 분석을 위한 기초자료로 활용하였다. 3차원 지하수 MODFLOW 프로그램을 이용하여 연구대상유역의 지하차도 구조물 건설에 따른 지하수 흐름 변화 특성을 평가하였으며, 분석 결과 대상유역에 유도배수공법을 적용하였을 경우U-Type 종점부는 지표하 최소 6.
- 하지만 앞서 말한바와 같이 유도배수공법은 부력앵커 공법과는 달리 추가 유지관리 비용이 발생한다. 이에 유도배수공법 적용시 추가적으로 발생될 유지관리 비용을 표 14와 같이 개략적으로 산정하여, 부력앵커공법과 경제성 부분을 그림 7과 같이 비교해 보았다.
- SWMM 프로그램(Huber and Dickinson, 1988)을 이용하여 대상유역의 지표유출 특성을 분석하고, 대상유역의 지하수 함양량 추정을 위한 수문 성분 추적을 위하여 장기유출모의를 수행하였다. 인천기상대 40년(1970～2010 년)강우 자료에 대한 수문성분을 분석하였으며, 시나리오별 유역 유출 특성 평가를 위하여 계절별, 강우량이 많은 해, 10일 최대 강우의 기간에 대하여 수문성분을 분석하였다. 유출 분석을 위한 연구유역의 소유역도는 그림 3과 같으며, 유역별 분석된 유출 특성은 표 6과 같다.
- 지하수 대책공법으로 적용된 유도배수공법의 배수층, 유공관 등의 재평가 결과 유도배수공법의 배수층, 유공관등의 Clogging 및 관내 침전물로 인하여 유도배수가 더 이상 불가능하다고 판단될 경우 구조물의 안전성 확보를 위하여 유도 배수 배수층 구간에 우물을 설치하여 강제 배수하는 방안에 대하여 MODFLOW 프로그램을 이용하여 강제배수 펌프의 위치 및 효과를 분석하였다. 강제배수 우물의 위치 및 펌프 용량에 따른 평가를 위하여 표 10과 같이 총 3가지 경우에 대하여 프로그램을 수행하였으며 펌프 설치 위치도는 그림 4와 같다.
- 지하차도 건설에 의한 흐름변화 분석을 위하여 지하차도 건설전, 후에 대하여 프로그램을 수행하였다. 수행 결과 지하차도 건설 전 유역의 평균 지하수위는 지표하 1～2m 이상으로 비교적 높은 지하수를 형성하고 있는 것으로 평가되었다.
- 지하차도 유도배수공법 적용성 평가에 앞서 국내외 지하 차도 설계 및 유지관리 현황을 조사하였다. 조사 결과 지하차도 설계에 대한 명확한 기준과 그에 따른 유지관리 지침 등이 마련되어 있지 않아, 지하차도 설계시 지하수의 영향을 많이 받는 지하철 또는 공동구의 기존 설계 사례를 준용하고 있는 것으로 조사되었다.
- 지하수에 의한 지하차도 구조물의 안정성을 평가하기 위하여 FLAC2D 프로그램을 이용하여 수치해석 수행하였다. 해석은 다양한 조건에서 CASE별로 조건을 달리하여 수행되었으며 표 8은 크게 유도배수적용유무, 종방향 지하차도 높이, 지반 조건 등 3가지 조건으로 하였다
대상 데이터
- 연구대상 유역과 관련된 모니터링 자료로는 인천지역 지하수 기초조사(국토해양부, 2005), 인천경제자유구역 영종하늘도시 개발사업(1・2・3 공구) 연약지반 침하안정관리용역(한국토지주택공사, 2011)과 영종하늘도시 개발사업 특수구 조물 건설공사 중 지하수위 계측관리용역(2011년 10월 기준 진행 중) 등이 있다. 각 모니터링 자료는 4장 대상유역 지하 차도 구간 지하수 유도배수계획의 현장 적용성 검토에서 대상유역의 유출특성, 지하수 흐름특성을 분석하기 위한 프로 그램의 검정 및 보정 자료로 활용하였다.
- 본 연구의 대상 유역은 영종하늘도시의 개발사업 특수구 조물 2공구, 3공구 내 지하차도 No.1～No.4와 주변 지역이며, 관련 사업의 개요 및 위치는 그림 1과 같다. 연구대상 유역에 설치된 지하차도는 총 4개소로 현황은 표 4와 같다.
- 유출 분석을 위한 연구유역의 소유역도는 그림 3과 같으며, 유역별 분석된 유출 특성은 표 6과 같다. 분석 결과는 MODFLOW의 입력 자료로 활용하였다.
- 분석대상은 유도배수공법 적용시 가장 지하수위가 높게 평가된 지하차도 NO.4 이며, 분석지점은 지하차도 U-Type 시작지점, 종점지점, Box 구간 중앙부 등 총 5개 지점이다(표 11). 분석 결과 유도배수공법 적용 시와 비슷한 지하수위를 나타내거나 그 이상 더 낮은 지하수위를 나타내었다.
- 연구대상 유역과 관련된 모니터링 자료로는 인천지역 지하수 기초조사(국토해양부, 2005), 인천경제자유구역 영종하늘도시 개발사업(1・2・3 공구) 연약지반 침하안정관리용역(한국토지주택공사, 2011)과 영종하늘도시 개발사업 특수구 조물 건설공사 중 지하수위 계측관리용역(2011년 10월 기준 진행 중) 등이 있다. 각 모니터링 자료는 4장 대상유역 지하 차도 구간 지하수 유도배수계획의 현장 적용성 검토에서 대상유역의 유출특성, 지하수 흐름특성을 분석하기 위한 프로 그램의 검정 및 보정 자료로 활용하였다.
- 이에 본 연구에서 연약지반 침하안정관리용역 및 영종하늘도시 개발사업 특수구조물 건설 공사 중 지하수위 계측관리용역 보고서에서 관측된 지하수위 자료는 유역 유출특성을 평가하는 자료로만 활용하였다.
데이터처리
- 지하수에 의한 지하차도 구조물의 안정성을 평가하기 위하여 FLAC2D 프로그램을 이용하여 수치해석 수행하였다. 해석은 다양한 조건에서 CASE별로 조건을 달리하여 수행되었으며 표 8은 크게 유도배수적용유무, 종방향 지하차도 높이, 지반 조건 등 3가지 조건으로 하였다
성능/효과
- 이를 위해 SWMM 프로그램을 이용하여 연구대상유역의 수문학적 특성을 분석하고, 분석된 자료는 지하수 흐름특성 분석을 위한 기초자료로 활용하였다. 3차원 지하수 MODFLOW 프로그램을 이용하여 연구대상유역의 지하차도 구조물 건설에 따른 지하수 흐름 변화 특성을 평가하였으며, 분석 결과 대상유역에 유도배수공법을 적용하였을 경우U-Type 종점부는 지표하 최소 6.2m 이상, 시작부는 지표하 최소 3.4m 이상 아래에 지하수위가 형성되는 것으로 평가되었다. 지하차도 구조물의 변위 및 안전성을 평가하기 위하여 FLAC2D 프로 그램을 이용하였으며, 구조물의 부력에 대한 안전율 검토 결과 U-Type 종점부는 지표하 5.
- SEEP2D 프로그램을 이용하여 유도배수공법에 의해 배수 되는 지하수량을 분석하여 설치예정인 유도배수공법 배수관 및 집수정 펌프 규모의 적절성을 평가하였으며, 평가 결과 지하수 유입량은 유공관 통수용량의 30%이하, 집수정 펌프용량의 11%이하로 분석되었다. 본 연구에서는 유도배수공법이 제 기능을 상실할 경우에 대한 대책공법으로 강제배수 방안을 제안하였으며, 대책공법 적용시 효과를 분석하였다.
- SEEP2D 프로그램을 이용해서 유도배수공법에 의하여 발생하는 유입량을 계산하고, 유공관의 통수유량을 검토하였다. 검토 결과 지하차도 최대 예상 유입량(1.52m3 /min)에 대해 유공관이 통수용량(4.92m3 /min)을 충분히 확보하는 것으로 평가되었다. 지하차도 집수정 펌프 용량은 지하차도 No.
- 유도배수공법 적용에 따른 지하차도부력 안정성을 평가하기 위하여 양압력을 분석하였으며, 지하차도에서 횡방향으로 멀어질수록 양압력 감소 효과가 작아지는 것으로 나타났다. 그러나 분석 결과 지하차도 주변 하부에서는 안전율이 3.0 이상으로 나타났으며 따라서 지하차도 구조물은 양압력에 대해 안전할 것으로 판단된다.
- 본 연구구간의 지하차도 설계 지하수위는 철도, 지하철 및 공동구의 설계기준과 기존사례를 준용하여 지표면 하 1.0m를 기준으로 하였으며, 이 경우 대부분의 U-Type 구간은 부력에 대해 안정성 확보가 어려워 부력에 대한별도 대책 수립이 요구되는 것으로 나타났다.
- 부력방지공법(유도배수공법) 미적용시 자중에 의해 안전율을 확보할 수 있는 최저 지하수위선을 분석하였으며, 분석 결과 연구대상 유역의 지하차도의 지하수위가 지표면으로부터 5m 이상 낮춰졌을 때 안전율 1.2 이상을 보이며 기존의 안전기준을 만족하는 것으로 평가되었다. 유도배수공법 적용에 따른 지하차도부력 안정성을 평가하기 위하여 양압력을 분석하였으며, 지하차도에서 횡방향으로 멀어질수록 양압력 감소 효과가 작아지는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 지하수위를 지표면 하 1m로 하여 수치해석을 수행하였고 이 때 구조물에 발생하는 모멘트와 변형률 등을 유도배수 유무에 따라 평가하였다. 분석 결과 유도 배수공법 적용에 의해 구조물에 작용하는 모멘트가 감소하는 것을 확인하였으며 특히 하부 중앙부에 유도배수공법 미적용 시에 비하여 50%이상 모멘트가 감소하였다. 지면관계상 자세한 해석 결과 및 그래프는 참고문헌에 나타내었다.
- 4 이며, 분석지점은 지하차도 U-Type 시작지점, 종점지점, Box 구간 중앙부 등 총 5개 지점이다(표 11). 분석 결과 유도배수공법 적용 시와 비슷한 지하수위를 나타내거나 그 이상 더 낮은 지하수위를 나타내었다. 한편 표 10의 분석 결과에 의하면 CASE 1의 경우처럼 지하차도 U-Type 종점지점에만 집중적으로 강제배수를 수행하여도 구조물의 안전을 충분히 확보할 수 있을 것으로 평가되며, 강제 배수시설의 설치비용 및 관리 비용 면을 제외하고 고려할 경우는 CASE 2와 같이 U-Type 종점지점과 중앙부 지점으로 나누어 배수시설을 설치하는 것이 구조물 안전에 더 유리할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 유도배수공법이 제 기능을 상실할 경우에 대한 대책공법으로 강제배수 방안을 제안하였으며, 대책공법 적용시 효과를 분석하였다. 분석 결과 지하차도별 U-Type 종점부 구간에 펌프용량 175.7 m3 /day 이상 4개소 지점에서 강제배수를 수행할 경우 지하차도 구조물의 안전성이 확보되는 것으로 평가되었다.
- 지하차도 건설에 의한 흐름변화 분석을 위하여 지하차도 건설전, 후에 대하여 프로그램을 수행하였다. 수행 결과 지하차도 건설 전 유역의 평균 지하수위는 지표하 1～2m 이상으로 비교적 높은 지하수를 형성하고 있는 것으로 평가되었다. 유도배수공법을 적용한 지하차도 건설후 지하차도 주변부 지하수위는 표 7과 같다.
- 여러 가지 요소들에 대하여 대상지구의 유도배수공법 현장 적용성을 검토한 결과 영종하늘도시 내에 설계 시공 중인 지하차도 구조물은 안전성을 충분히 확보하고 있으며, 경제성 또한 높은 공법으로 평가된다.
- 연구대상 유역의 대체수자원 활용방안을 검토하기 위하여 유출지하수 활용방안에 관하여 활용목록 및 활용사례, 수질 기준 등에 대하여 조사하였다. 연구유역의 경우 중수도 수질 기준과 하천수질기준등급을 만족하는 수질을 가지고 있으며, 일정규모의 수량도 확보될 것으로 평가되었다. 하지만, 연구 유역 주변부가 아직 개발 지구로서 구체적인 활용방안을 제시하는 것에는 무리가 있다고 판단되며 향후 주변부 변화양상에 맞추어 주기적인 수위 및 수질 분석을 통하여 대체수자원 활용방안을 재검토 하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
- 연구대상 유역의 지하수대책공법 중 대표적인 공법인 부력앵커공법과 유도배수공법의 경제성 비교를 실시하였다. 연구유역의 초기비용은 부력앵커공법 약 70억원, 유도배수공법 30억 원이며, 유도배수공법의 추가 유지관리비용은 10년 기준으로 초기는 약 3억 6천, 중장기에는 약 3억 2천만원이 소요될 것으로 분석되었다
- 2 이상을 보이며 기존의 안전기준을 만족하는 것으로 평가되었다. 유도배수공법 적용에 따른 지하차도부력 안정성을 평가하기 위하여 양압력을 분석하였으며, 지하차도에서 횡방향으로 멀어질수록 양압력 감소 효과가 작아지는 것으로 나타났다. 그러나 분석 결과 지하차도 주변 하부에서는 안전율이 3.
- 지하차도 유도배수공법 적용성 평가에 앞서 국내외 지하 차도 설계 및 유지관리 현황을 조사하였다. 조사 결과 지하차도 설계에 대한 명확한 기준과 그에 따른 유지관리 지침 등이 마련되어 있지 않아, 지하차도 설계시 지하수의 영향을 많이 받는 지하철 또는 공동구의 기존 설계 사례를 준용하고 있는 것으로 조사되었다. 최근 지형 및 지반조건 등 현장여건에 맞는 합리적인 설계방안과 이에 대한 대책 등 관련 기준마련을 위한 연구가 일부 진행되고 있으나 지하수 유입/유출량 해석 및 침수해석 등에 국한되어 있는 것으로 분석되었다.
- 추가 유지관리비용은 10년 기준 약 6억으로 유도배수 공법 설치 후 60년 뒤 부력앵커 공법 초기 공사비와 비슷한 비용이 발생할 것으로 분석되며(유도배수공법 2), 만약 10년 단위로 강제배수 펌프를 수리하거나 재설치 할 경우(유도배수공법 1) 는 50년 뒤 부력앵커공법 비용과 유사한 비용이 발생할 것으로 평가된다. 즉, 장기적인 유지관리 비용을 고려하더라도 연구대상 유역의 경우 부력앵커에 비하여 유도배수 공법의 적용이 경제적으로 더 유리할 것으로 판단된다.
- 지하차도 구조물이 위치한 지반을 점토와 사질토로 구성하고 각각에 대해 해석하여 본 결과 원지반의 특성에 따라 어느 정도 영향을 받는 것으로 나타났다. 즉, 투수계수가 큰 지반이 위치할 경우 유도배수에 의한 배수효율이 더 양호하게 나타나 지하차도 주변에 발생하는 수압을 더 낮추는 것으로 평가되었다. 따라서 유도배수공법 설계시 원지반 특성도 고려하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
- 4m 이상 아래에 지하수위가 형성되는 것으로 평가되었다. 지하차도 구조물의 변위 및 안전성을 평가하기 위하여 FLAC2D 프로 그램을 이용하였으며, 구조물의 부력에 대한 안전율 검토 결과 U-Type 종점부는 지표하 5.0m 이상, 시작부는 지표하 최소 1.2m 이상 낮춰졌을 때 안전율을 1.2 이상 보이는 것으로 분석되었다.
- 원지반 특성이 유도배수공법 적용에 미치는 영향에 대해서도 검토하였다. 지하차도 구조물이 위치한 지반을 점토와 사질토로 구성하고 각각에 대해 해석하여 본 결과 원지반의 특성에 따라 어느 정도 영향을 받는 것으로 나타났다. 즉, 투수계수가 큰 지반이 위치할 경우 유도배수에 의한 배수효율이 더 양호하게 나타나 지하차도 주변에 발생하는 수압을 더 낮추는 것으로 평가되었다.
- 지하차도 지하수 안정화를 위한 부력앵커 공법과 유도배수 공법의 경제성을 평가하였을 경우, 설치 후 약 20년 기준으로 부력앵커는 약 70억원, 유도배수공법은 약 45억원의 비용이 발생할 것으로 분석되었다. 유지관리 기간의 증가에 따라 유도배수공법의 비용이 더 증가할 것으로 판단된다.
- 추가 유지관리비용은 10년 기준 약 6억으로 유도배수 공법 설치 후 60년 뒤 부력앵커 공법 초기 공사비와 비슷한 비용이 발생할 것으로 분석되며(유도배수공법 2), 만약 10년 단위로 강제배수 펌프를 수리하거나 재설치 할 경우(유도배수공법 1) 는 50년 뒤 부력앵커공법 비용과 유사한 비용이 발생할 것으로 평가된다.
- 각 지점의 수질 시험 결과는 표 13과 같다. 표에서 알 수 있듯이 연구유역의 수질은 pH 7.2~7.6, BOD 1.2mg/L, T-N 10.63mg/L이하, T-P 0.42mg/L 이하 등으로 분석되었으며, T-N, T-P를 제외한 항목은 중수도 수질기준과 하천수질기준 Ib등급을 만족하는 것으로 평가된다. 하·폐수처리수 재처리수의 용도별 수질기준에 의하면 친수용수, 하천유지용수, 습지용수 등의 T-N 기준은 10mg/L 이하, T-P 0.
- 한편 표 10의 분석 결과에 의하면 CASE 1의 경우처럼 지하차도 U-Type 종점지점에만 집중적으로 강제배수를 수행하여도 구조물의 안전을 충분히 확보할 수 있을 것으로 평가되며, 강제 배수시설의 설치비용 및 관리 비용 면을 제외하고 고려할 경우는 CASE 2와 같이 U-Type 종점지점과 중앙부 지점으로 나누어 배수시설을 설치하는 것이 구조물 안전에 더 유리할 것으로 판단된다.
후속연구
- ② 변위측정결과 이상 징후가 발견되는 즉시 그림 6의 흐름도에 따라 배수층, 유공관 연결관에 대해 Manhole을 통해 Flushing을 실시하여 Clogging 및 관내 침전물의 제거하거나, 배수층에 우물을 설치하여 강제배수를 실시하는 등 정상화 대책을 수립 이행하여야 한다.
- 향후, 지하차도 주변부의 변화 양상에 맞추어 대체수자원 활용방안을 재검토 하는 것이 필요할 것으로 판단된다. 또한 유출 지하수의 수질은 계절적으로도 변동하고 또한 도시화와 더불어 악화될 수 있으므로 앞으로 안정적인 수량과 수질 확보를 위하여 유출 지하수에 관한 지속적인 모니터링이 필요할 것이다.
- 지하차도 지하수 안정화를 위한 부력앵커 공법과 유도배수 공법의 경제성을 평가하였을 경우, 설치 후 약 20년 기준으로 부력앵커는 약 70억원, 유도배수공법은 약 45억원의 비용이 발생할 것으로 분석되었다. 유지관리 기간의 증가에 따라 유도배수공법의 비용이 더 증가할 것으로 판단된다. 추가 유지관리비용은 10년 기준 약 6억으로 유도배수 공법 설치 후 60년 뒤 부력앵커 공법 초기 공사비와 비슷한 비용이 발생할 것으로 분석되며(유도배수공법 2), 만약 10년 단위로 강제배수 펌프를 수리하거나 재설치 할 경우(유도배수공법 1) 는 50년 뒤 부력앵커공법 비용과 유사한 비용이 발생할 것으로 평가된다.
- 대상지구의 유도배수공법 현장 적용성 검토 결과를 바탕으로 지하차도 유도배수공법 사용에 대한 평가 가이드라인, 유도배수공법에 대한 최적 유지관리 가이드라인 등을 제시하였다. 이러한 자료는 향후 지하차도 부력방지공법의 가이드라인으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 연구유역의 경우 중수도 수질 기준과 하천수질기준등급을 만족하는 수질을 가지고 있으며, 일정규모의 수량도 확보될 것으로 평가되었다. 하지만, 연구 유역 주변부가 아직 개발 지구로서 구체적인 활용방안을 제시하는 것에는 무리가 있다고 판단되며 향후 주변부 변화양상에 맞추어 주기적인 수위 및 수질 분석을 통하여 대체수자원 활용방안을 재검토 하는 것이 필요할 것으로 판단된다. 연구대상 유역의 지하수대책공법 중 대표적인 공법인 부력앵커공법과 유도배수공법의 경제성 비교를 실시하였다.
- 현재 영종하늘도시 사업지구 등에서 시도되고 있는 부력 방지 공법(유도배수공법)은 부력앵커공법과 같은 안전측 설계에서 탈피한 경제성이 매우 우수한 시공 방법으로 판단된다. 하지만, 현장에 적용한 사례가 없어 해당 공법에 대한 장기 안정성 및 연구대상 지구 지하수위 변동과 경제성 등에 대한 합리적인 검증이 시급히 필요하다 판단된다.
- 5mg/L 이하로 해당유역의 수질의 경우 친수용수, 하천유지용수, 습지용수 등의 재이용에 큰 무리가 없을 것으로 판단된다. 하지만, 호소수질기준의 경우 T-N 기준은 0.6mg/L이하, T-P 0.05mg/L 이하일 때 생활환경의 보통등급을 만족하므로 해당유역의 유출수를 인공호수 등에 오랜 기간 동안 저류시킬 경우에는 부영양화에 따른 수질악화가 우려되므로 이에 대한 저감 방안이 필요할 것으로 판단된다.
- 하지만 현재 건설 중인 지하차도 주변부는 개발 지구로서 앞서 언급한 유출지하수 내 ․ 외부 활용에 대한 구체적인 대상을 선정하는 것에 어려움이 있다. 향후, 지하차도 주변부의 변화 양상에 맞추어 대체수자원 활용방안을 재검토 하는 것이 필요할 것으로 판단된다. 또한 유출 지하수의 수질은 계절적으로도 변동하고 또한 도시화와 더불어 악화될 수 있으므로 앞으로 안정적인 수량과 수질 확보를 위하여 유출 지하수에 관한 지속적인 모니터링이 필요할 것이다.
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