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문제 정의
- 지하안전영향평가는 지하안전에 영향을 미치는 사업을 시행하기에 앞서 해당 사업계획이 지하안전에 미치는 영향을 사전에 조사 ‧ 예측 ‧ 평가한다. 본 검토에서는 지하안전영향평가의 평가항목과 평가방법을 ｢지하안전관리 특별법 시행령｣에서 명시한 내용을 중심으로 살펴보았다.
- 본 리스크관리 체계는 터널사고사례로부터 리스크 발생 원인을 분석하고 이를 평가하는 방법으로 NATM 터널에서의 적용성을 검증하였다. 다만 본 체계는 시공중 리스크 관리에 중점을 준 것으로서 설계 단계에서의 리스크 분석 및 평가방법과 ITA 등의 국제기준과 연결방안에 대한 추가적인 검토가 요구된다.
- 본 제도는 건설단계의 위험요소를 설계단계에서 사전에 발굴하여 위험성 평가와 저감대책을 수립하고 설계에 반영함으로써 설계단계에서 위험요소를 제거‧ 저감하는 활동으로, 시공전의 설계 단계부터 건설공사의 안전을 선제적으로 관리하기 위하여 실시설계의 안전성을 건설 전 과정(기획-설계-시공-유지관리)을 아우르는 안전관리체계 구축을 목표로 한다.
- 2016년 1월 7일 지하안전관리에 관한 특별법이 제정되었다. 지하안전관리특별법은 지반침하로 인한 위해를 방지하고 공공의 안전을 확보하기 위해 지하를 안전하게 개발, 이용하기 위한 안전관리체계를 확립하는 것을 목적으로 한다.
제안 방법
- 구축한 리스크 등록부에 작성되는 내용들은 설계안전 검토보고서에도 포함되는 내용이며, 터널 프로젝트 수행 시 효과적으로 리스크 관리가 가능하도록 리스크 등록부를 구축하였다.
- 그 결과 국토교통부 정책자료“설계 안전성 검토 업무 매뉴얼”에서 제시하는 기준을 활용하여 4등급의 발생 확률 및 인적피해와 물적 피해(공사시간 손실)에 대한 심각도 기준을 수립하였고, ITA에서 제시하는 경제적 손실 기준을 활용하여 물적 피해(경제적 손실)에 대한 심각도 기준을 보완하였다.
- 리스크 식별, 분석 및 평가, 대응, 통제의 과정을 통하여 터널 리스크 관리가 수행되어짐에 따라 이를 통해 획득된 모든 정보와 데이터는 리스크 등록부에 기록하고 터널공사가 진행됨에 따라 새롭게 얻어지는 정보와 평가결과를 지속적으로 갱신함으로써 터널공사의 리스크를 통제할 수 있다. 따라서 리스크 등록부에 대한 국내외 문헌과 국외 터널현장 적용사례 등을 조사하여 터널공사에 최적화된 터널 리스크 등록부를 표 13과 같이 구축하였다.
- 인과 관계도에서 확인할 수 있듯이 지하수/고수압 조건의 경우 불연속면, 연약지반, 낮은 토피고, 카르스트 지형, 인공 구조물의 지질 리스크 요인과 함께 작용하여 리스크 사건이 발생된다. 따라서 리스크 요인으로 유발되는 리스크 사건을 상세하게 서술하여 리스크 시나리오를 13가지 리스크 요인에 대하여 정리하였다. 이후 리스크 평가 단계에서는 해당 리스크 시나리오에 대한 평가가 수행되어진다.
- 리스크 통제단계에서는 리스크 관리 체계를 구축하기 위한 리스크 등록부, 대책공법 관리대장을 작성하였다. 또한 설계 안전성 검토(DFS)내용을 반영하여 터널 리스크 관리체계를 구축하였다.
- 터널 사고사례 데이터베이스를 바탕으로 국내외 여러 NATM 터널현장에 대한 터널 붕괴 사례(총 183개소)에 대한 붕괴 발생 원인 및 결과 그리고 현장에서 적용한 대책공법 등 분석하였다. 또한 해당 분석 결과를 바탕으로 터널 리스크 요인과 사건에 대한 분석을 수행하였다.
- 리스크 대응 계획에는 대응이 필요한 각각의 리스크에 대한 리스크 저감 대책공법을 선정하여 기입한다. 리스크 통제 단계에서는 리스크 대응계획을 수행하고 그 내용을 대응 현황에 기입하여 관리함으로써 리스크 대응을 통제할 수 있다.
- 리스크 분석 및 평가단계에서는 국내외 문헌 및 사례조사 결과를 바탕으로 4×4 매트릭스 기반의 리스크 평가모델을 개발하였다.
- 지질 리스크 요인은 불연속면, 연약지반, 낮은 토피고, 카르스트 지형, 인공 구조물, 지하수/고수압 조건, 이방성 지반, 팽창성 지반, 큰 압력을 받는 지반이며, 설계 리스크 요인은 수치해석적 문제, 지반조건에 부적합한 굴착 및 지보설계, 지질 및 지반조사 미흡 그리고 시공 리스크 요인은 시공 미흡 및 결함, 과도한 굴착 및 설계대로 미시공이다. 리스크 사건은 사건 발생구간, 사건 발생시기, 사건 발생 상세위치로 세분화시켜 분석하였다.
- 리스크 요인과 리스크 사건간의 인과관계 분석 결과를 바탕으로 리스크 요인들로부터 발생할 수 있는 리스크 사건(리스크 시나리오)을 정리하였다. 리스크 요인은 사례조사에서 나오지 않은 터널 시공 중 리스크 요인으로 작용할 수 있는 일반적인 내용도 포함하였다.
- 리스크 평가 단계의 경우 앞서 수립한 터널 리스크 발생확률 및 심각도 기준과 리스크 평가매트릭스 및 리스크 허용기준을 활용하여 각각의 리스크 시나리오(리스크 요인으로부터 발생되는 리스크 사건)별 리스크 평가를 수행하여 리스크 대응 여부를 결정한다.
- 리스크 허용기준은“설계 안전성 검토 업무 매뉴얼”에서 제시하는 3단계 기준을 활용하여 허용, 조건부 허용, 허용불가로 구분하였다.
- 발생확률 및 심각도 기준은 건설공사의 특성상 정성적인 방법으로 설정하였으며, 중간 등급 위주의 등급 추정을 피하기 위해 3등급이 아닌 4등급의 발생확률 및 심각도 기준을 수립하였다. 여기서 심각도의 경우, 공사기간 손실(물적 피해), 경제적 손실(물적 피해), 인적피해 총 3개로 구성되어 있다.
- 위험성 추정은 발생빈도(가능성)와 사고심각성(손실크기)을 추정하는 것으로 사고 통계, 건설안전 전문가(필요시 시공 전문가 포함) 등을 포함한 관련자들과의 토론(브레인스토밍 등)을 활용하거나, 위험성 추정 방법으로 인정받아 널리 활용되는 의사결정 방법을 발생빈도와 사고심각성의 등급은 다양한 방법으로 정할 수 있으며, 설계안전성 검토에서는 설계자가 중간 등급 위주로 위험성을 추정하는 것을 피하기 위해 3단계 등급 설정이 아닌 발생빈도와 사고심각성을 표 5와 같이 각각 4등급으로 설정하는 방법을 적용하였다.
- 터널공사 중 발생할 수 있는 리스크 및 리스크별 대책공법을 도출하기 위해 국내외 여러 NATM 터널 시공 현장의 사고사례(총 183개소)를 수집 및 정리하였다. 이 자료를 바탕으로 각각의 사례에 대해서 붕괴 발생 원인과 결과, 현장에서 적용한 대책공법 등을 정리하여 터널 사고사례 데이터베이스를 구축하였다. 붕괴 사례를 정리한 자료를 활용하여 터널 굴착 중 각종 리스크에 직면하였을 때 유사 사례를 참고함으로써 리스크에 대해서 손쉽게 대처할 수 있을 것으로 판단된다.
- 이상으로 지하터널공사와 관련하여 설계안전성 검토제도와 지하안전영향 평가 그리고 터널 리스크 관리체계를 살펴보았다. 이러한 제도나 방안 최근에 만들어진 것으로 지하공사에서의 안전이라는 주제가 중요한 국민적 이슈로 부각되었으며, 이에 대한 적극적 대응을 국토교통부 및 공공기관 중심으로 준비하고 있음을 확인할 수 있다.
- 지금까지의 리스크 식별, 평가, 대응, 통제에 이르는 일련의 리스크 관리 과정의 결과를 설계단계 이후에도 지속적이고 효과적으로 활용할 수 있도록 터널 리스크 등록부와 터널 리스크 대책공법 관리대장을 개발하였으며, 이를 통해 터널 프로젝트의 리스크를 통제/관리할 수 있는 터널 리스크 관리체계를 구축하였다.
- 터널 리스크 분석을 위한 발생확률 및 심각도의 등급 기준을 수립하기 위하여 국내외 여러 기준과 적용사례 등을 조사하여 분석을 수행하였다. 그 결과 국토교통부 정책자료“설계 안전성 검토 업무 매뉴얼”에서 제시하는 기준을 활용하여 4등급의 발생 확률 및 인적피해와 물적 피해(공사시간 손실)에 대한 심각도 기준을 수립하였고, ITA에서 제시하는 경제적 손실 기준을 활용하여 물적 피해(경제적 손실)에 대한 심각도 기준을 보완하였다.
- 터널 붕괴 발생원인/결과 분석 결과를 바탕으로 리스크 발생원인인 리스크 요인을 표 12와 같이 지질 리스크 요인, 설계 리스크 요인, 시공 리스크 요인 세 가지 카테고리로 구분하여 분석하였으며, 발생결과인 리스크 사건을 과대변형, 과대변형 및 지표침하, 터널내부 붕락, 붕락 및 지표침하/함몰 네 가지 유형으로 분석하였다. 과대변형은 터널 내부에 과도한 변형이 발생되는 경우이며, 과대변형 및 지표침하는 터널 내부에 과도한 변형이 발생될 뿐만 아니라 지표침하까지 동반되는 경우이다.
- 터널 사고사례 데이터베이스를 바탕으로 국내외 여러 NATM 터널현장에 대한 터널 붕괴 사례(총 183개소)에 대한 붕괴 발생 원인 및 결과 그리고 현장에서 적용한 대책공법 등 분석하였다. 또한 해당 분석 결과를 바탕으로 터널 리스크 요인과 사건에 대한 분석을 수행하였다.
대상 데이터
- 지하안전법은 현실적 여건을 반영하여 개정되고 있으며 주요 내용으로는 굴착 깊이를 산정할 때 집수정 등 지반안전성에 미치는 영향이 적은 굴착부분을 굴착 깊이의 산정대상에서 제외하였으며, 굴착지역의 경계에서 굴착 깊이의 4배 이내의 거리에 시설물이 없는 개발사업의 경우 지하안전영향평가대상에서 제외하도록 하였다. 지하시설물중 상ㆍ하수도관의경우직경이 500mm 이상인 경우에만 지하안전점점을 해야 할 대상으로 규정하였다.
- 터널공사 중 발생할 수 있는 리스크 및 리스크별 대책공법을 도출하기 위해 국내외 여러 NATM 터널 시공 현장의 사고사례(총 183개소)를 수집 및 정리하였다. 이 자료를 바탕으로 각각의 사례에 대해서 붕괴 발생 원인과 결과, 현장에서 적용한 대책공법 등을 정리하여 터널 사고사례 데이터베이스를 구축하였다.
이론/모형
- 본 터널 리스크 관리체계에서는 리스크 평가를 위한 의사결정 방법으로 4등급 기준의 4×4 매트릭스 평가 방법을 적용하였다.
성능/효과
- 규모별로는 굴착심도 20m 미만의 소규모지하안전영향평가가 20m 이상의 지하안전영향평가에 비해 약 4배 이상 수행실적이 많은 것으로 분석됐다. 이중에서 서울지방국토관리청이 전체 협의처리 건수의 약 74%를 차지한다.
- 리스크 통제 단계에서는 리스크 대응계획을 수행하고 그 내용을 대응 현황에 기입하여 관리함으로써 리스크 대응을 통제할 수 있다. 리스크 통제 단계에서 대응한 각각의 리스크에 대하여 잔류 리스크 평가를 수행하고, 잔류 리스크 평가 결과에 따른 리스크 상태를 기입하여 현재 리스크의 관리 상태를 확인할 수 있다. 표 13에는 터널 리스크 등록부의 예가 나타나 있다.
후속연구
- 그리고 지하안전영향평가에 대한 대가 산정의 적정화, 과업 수행 내과 범위의 규정, 수행 방법 및 절차에 대한 문제점을 검토 분석하여 개선하도록 할 것이다.
- 본 리스크관리 체계는 터널사고사례로부터 리스크 발생 원인을 분석하고 이를 평가하는 방법으로 NATM 터널에서의 적용성을 검증하였다. 다만 본 체계는 시공중 리스크 관리에 중점을 준 것으로서 설계 단계에서의 리스크 분석 및 평가방법과 ITA 등의 국제기준과 연결방안에 대한 추가적인 검토가 요구된다.
- 특히 최근 활발히 진행 중인 GTX 등과 대규모 지하터널프로젝트가 활발히 진행되고 있으며 이에 대한 지하안전 영향평가가 반드시 필요하지만, 아직까지 터널공사에 대한 지하 안전영향평가 세부기준 정립이 미흡하다는 점이다. 따라서 도심지 장대터널 굴착이 지반 및 인접시설물에 미치는 영향을 고려한 최적의 평가기준에 대한 구체적인 방안이 마련되어야 할 것이다. 여기에는 터널 굴착에 의한 피해 영향인자 분석과 굴착 영향범위 산정방안 제시와 터널에 적합한 위험도평가 및 건물 및 매설물 손상도 평가방법 제시 그리고 계측기준, 관리기준치 사례조사를 통한 합리적인 계측관리 방안 및 현장 대응방안 제시함으로써 도심지 터널 지하안전영향평가 작성 표준안을 마련하여야 할 것이다.
- 또한 대가기준으로 설계 안전성 검토업무를 설계자의 업무로 부가하여 설계용역 대가기준을 반영하고, 기술자 투입과 공사의 난이도 등을 고려하여야 할 것이다.
- 또한 실제 터널 현장의 안전관리에서의 이와 같은 리스크 관리시스템을 어떻게 반영하고, 이에 대한 수행주체 등을 명시한 리스크 관리 절차 및 매뉴얼 작성을 통하여 한국도로공사에서 관리하는 터널현장에 적극적으로 반영할 수 있도록 하고, 설계 및 시공관련 실무자들의 사용이 가능하도록 해야 한다.
- 또한 다양한 터널 현장 적용사례를 데이터 베이스화 하고, 이를 통하여 지질 및 지반 특성에 따른 리스크 관리 방안을 수립하도록 해야 한다. 또한 장기적으로는 TBM 터널공법에 대한 리스크 평가 및 관리방안에 대한 추가적인 연구가 수행하여 종합적이고 체계적인 터널공사 리스트 안전관리시스템이 필요할 것이다.
- 이 자료를 바탕으로 각각의 사례에 대해서 붕괴 발생 원인과 결과, 현장에서 적용한 대책공법 등을 정리하여 터널 사고사례 데이터베이스를 구축하였다. 붕괴 사례를 정리한 자료를 활용하여 터널 굴착 중 각종 리스크에 직면하였을 때 유사 사례를 참고함으로써 리스크에 대해서 손쉽게 대처할 수 있을 것으로 판단된다.
- 설계안전성 검토업무 매뉴얼을 통해, 발주자, 설계자, 시공자, 건설사업관리기술자 등 관계자들은 설계안전성 검토절차에 따른 업무를 구체적으로 파악하도록 하고, 설계안전 검토보고서의 작성 방법에 대하여 기존 사례분석을 통하여 지속적인 보완이 시행되어야 하며, 건설안전 전문가와 시공전문가 등을 검토팀에 포함시키는 방안도 검토되어야 할 것이다.
- 따라서 도심지 장대터널 굴착이 지반 및 인접시설물에 미치는 영향을 고려한 최적의 평가기준에 대한 구체적인 방안이 마련되어야 할 것이다. 여기에는 터널 굴착에 의한 피해 영향인자 분석과 굴착 영향범위 산정방안 제시와 터널에 적합한 위험도평가 및 건물 및 매설물 손상도 평가방법 제시 그리고 계측기준, 관리기준치 사례조사를 통한 합리적인 계측관리 방안 및 현장 대응방안 제시함으로써 도심지 터널 지하안전영향평가 작성 표준안을 마련하여야 할 것이다.
- 프로젝트 전 과정에서 리스크 관리(Risk Management)는 이제 우리 엔지니어들의 반드시 수행해야 할 것으로, 특히 불확실성이 많은 지하터널공사에서는 보다 체계적인 관리방안이 무엇보다 만들어져야 할 것이다. 이를 위해서 관과 학회 등이 협력하여 우리의 터널공사 특성을 반영한 터널 리스크 평가기준과 관리시스템이 제정되어야 하며, 이는 설계 및 시공 그리고 유지관리단계에서 기존의 설계안전성 검토제도와 지하안전영향평가 제도와의 연계하여 수행하도록 하는 방안을 수립해야 할 것이다.
- 한국도로공사의 터널 리스크 관리체계는 많은 터널 사고사례로 리스크 발생요인을 분석하고 이에 대한 리스크 평가방법을 체계화된 국내 최초의 리스크 관리시스템으로서 NATM 터널에서 시공 중 리스크 안전관리에 유용할 것으로 보이며, 향후 TBM 터널 등에 대한 자료를 보완함으로서 종합적인 터널 리스크 관리시스템으로 발전하길 기대해 본다. 가장 우려가 되는 점은 단순한 연구과제로 남아, 실제 터널현장에서의 적용이 이루어지지 않는 다는 것으로, 현장에서의 적용시 수행 주체 및 수행 프로세스에 대한 제도적 뒷받침이 요구된다.
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