■ 친환경 변형관 삽입공법 개발
공장에서 라이너 제작 품질 안정성 확보
현장경화 단계 필요 없어 적응성 뛰어나
화학약품 사용안해 유해 물질 배출 없어
국내의 하수관거 사용 수명은 설계 수명(흄관의 경우 약 20~30년)에 훨씬 미치지 못하는 것으로 알려져 있다.
원인으로는 토양 산성화에 따른 하수관 재료의 빠른 노화 진행과 매설 심도·상재하중의 역학관계를 고려한 하수관거의 크기, 모양, 두께, 재료 등에 대한 설계·제작 기술의 낙후 등이 있다. 또한 부진한 유지관리 수준과 업체의 부실시공 관행 등도 한 원인으로 지적되고 있다.
서울시의 경우 88년 서울올림픽을 계기로 한강종합개발사업이 진행됐고 그 일환으로 4개 하수처리장을 건설했다.
그러나 10여 년이 지난 당시 처리장 운영 결과 계획 하수량이 일 468만 톤인데 비해 실제 유입하수량은 일 592만 톤으로 하루에 124만 톤의 하수가 초과 유입되고 있는 것으로 보고됐다.
그 원인을 다각도로 조사·분석한 결과 지하에 매설된 하수관거가 설계수명 이전에 노후돼 파손된 부분을 통해 오수가 주변 토양으로 누출되고, 동시에 더 많은 양의 지하수가 유입되는 것으로 나타났다.
얼마 전까지만 해도 이런 문제가 발생했을 경우 불량 하수관거가 매설된 도로를 굴착해 노후관 해체와 동종의 새로운 관을 매설한 후 굴착된 도로를 재포장 하는 방식의 재래식 굴착 교체 방법이 수행됐다.
그러나 이 방법은 온전한 도로 파손과 굴착 작업 시 근처에 매설된 지하시설물 등에 손상을 입힐 가능성이 높다. 또한 다량의 건설 잔토를 발생시키고, 장시간 도로 통제에 따른 사회간접비용 손실을 증가(약 400~500 % 증가)시키는 부작용이 뒤따른다.
더불어 상당한 수준의 소음·진동·분진 등의 유해 환경요소가 발생돼 민원을 야기 시키며 많은 장비·인력·불필요한 도로 재포장 비용을 소비하게 되며 부실시공에 따른 신설관의 손상 가능성 등 많은 문제를 내포하고 있다.
이러한 문제점들을 보완하기 위해 미국, 일본, 유럽 등 선진 외국의 경우 비굴착 기술을 사용하고 있다. 외국의 관거 정비 방법을 조사한 결과 비굴착 기술 개발을 약 30년 전부터 시작해 현재는 하수관뿐만 아니라 상수도관, 가스관의 보수까지 폭넓게 사용되고 있다.
비굴착 기술이란 최첨단 장비와 특수한 라이닝 재료(튜브) 등으로 도로의 굴착 없이 단시간 내에 다양한 불량 요인들을 보수해 새로운 관 이상의 강도 유지와 조도계수 유지, 약 50년 정도의 내구연한 특징을 유지할 수 있는 하수관거로 재탄생 시킬 수 있는 신개념의 하수관거 정비 기술을 말한다.
즉 지하에 매설된 하수관거가 부실시공 혹은 오랜 시간 동안 부하된 응력하중에 의해 불량요소(균열, 단락, 단차, 누수, 벽체 유실, 함몰, 이음부 이완, 연결부 파손, 연결관 돌출·이완, 맨홀부 파손 등)가 발생해 구조적인 강도를 유지하지 못하고, 파손된 부분을 통한 침투·유입수의 증가로 하수 이송 역할을 제대로 수행하지 못할 경우 재래식 굴착 교체 방법에 의존하던 하수관로 정비 공법을 대체하는 기술이다.
현재 국내에서도 비굴착 기술이 많이 보급돼 있다. 국내에 적용되고 있는 비굴착 보수 공법은 보강튜브경화공법(CIPP-Cured In Place Pipe, 이하 CIPP) 위주이다. 그렇지만 CIPP공법은 여러 가지 문제점을 안고 있다.
우선 보강 튜브의 현장 경화에서 발생되는 문제점이다. 비굴착 전체 보수 공법에 소요되는 시간은 라이너와 펠트, 수지 등을 생산하는 공장에서 소요되는 시간과 현장에서 소요되는 시간으로 구분할 수 있다.
현재 국내에 적용중인 CIPP 공법은 공장에서 소요되는 시간에 비해 현장에서 소요되는 시간이 매우 오래 걸리는 단점이 있다. 실제로 CIPP 공법의 경우 맨홀과 맨홀의 한 구간(약 50m)을 시공하는데 하루가 걸리는 경우도 있다. 이로 인해 교통 장애 등 사회적 간접 손실이 크게 발생한다.
튜브의 현장 경화에 따른 품질 안정성 확보의 어려움도 제기된다. CIPP 공법에 적용하고 있는 라이너는 현장에서 직접 경화시키기 때문에, 관 내부에 갱생된 라이너의 품질관리는 현실적으로 매우 어렵다. 즉, 공장에서 생산하는 라이너와 수지는 엄격하게 품질관리를 해도 현장 여건과 수지 함침 등에 따라 경화 상태가 달라질 수 있어 품질 안정성 확보가 어렵다.
또한 CIPP 공법은 현장 경화 시에 경화제와 희석제로써 화학약품인 Perkadox, Trigonox, Stylene monomer 등을 사용해 인체에 유해한 물질이 배출될 가능성을 내포하고 있어 친환경성에 부적합하다는 지적이 일고 있다.
끝으로 보수 후 이음부단차 부분에 주름이 발생하는 문제도 제기된다. 국내에 현재 시공돼 있는 하수관의 대부분인 기존 흄관은 이음부단차 등의 불량이 매우 심하다. CIPP 공법에 의해 형성된 라이너는 현장에서 경화가 완료되면 재형성이 어렵기 때문에 이러한 주름 발생에 대한 대책이 어려우며 하수의 흐름에 방해를 주게 된다.
이에 이와 같은 CIPP의 문제점을 해결할 수 있는 변형관 삽입공법이 국내 실정에 적합하게 개발돼 관련 업계의 새로운 지평을 열 것으로 기대된다.
연구내용
변형관 삽입공법은 하수관거 내에 PE 변형관을 삽입시켜 가열 후 고온고압으로 팽창시켜 노후화된 하수관을 비굴착 보수하는 기술이다.
이 공법은 라이너를 공장에서 제작해 품질의 안정성 확보가 가능하고 현장경화 단계가 필요 없어 현장 적응성이 뛰어나다.
또한, 수지를 사용하지 않아 유해물질의 배출이 없고, 수분이 많은 곳에서도 수지 미경화로 인한 시공불량의 문제점이 없는 장점을 지닌다.
보수 후 하수도의 이음부단차와 굴곡부분에 발생하는 주름 제거, 말단부 처리를 통한 수밀 향상, PE 라이너의 수축과 팽창을 억제 할 수 있는 기술이다.
시공 단계는 시공현장에서 변형된 라이너를 증기로 가열, 유연하게 한 다음 윈치로 끌어 하수관에 삽입한다. 그 후 증기압을 이용해 라이너를 가열한 후 압축 공기를 이용, 라이너를 기존관에 밀착시킨다.
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| 시공순서도 |
새로 개발된 삽입공법은 CIPP공법에서 제기된 문제들을 제거했다는 큰 장점이 눈에 띈다. 즉, 현장 경화 과정 생략으로 상당한 공사 기간 단축이 일어날 것으로 전망된다. CIPP 공법의 경우 경화에 필요한 시간이 약 6시간 정도 소요되지만, 변형관 삽입공법은 현장 작업 시간이 2시간 이내이다.
또한 CIPP 공법과는 다르게 변형관 삽입공법에 사용하는 라이너는 공장에서 생산된 제품을 그대로 적용하기 때문에 공장에서 품질 관리가 가능해 안정적인 품질을 확보할 수 있다.
끝으로 관경 축소에 따른 통수능력 저하가 없는 특징도 눈여겨 볼만 하다. 변형관 삽입에 의해 관경 축소가 5% 정도 발생해도 관의 조도계수가 증가하므로 통수능력의 저하는 없는 것으로 판단된다.
따라서 변형관 삽입공법은 현재 국내에서 적용 중인 CIPP 공법에 비해 여러 가지 장점을 지니며, 비굴착 보수공법의 새로운 대안이 될 것으로 기대된다.
기대효과
변형관 삽입공법은 하수관거 보수 공법이므로 하수관거의 불량으로 인해 나타나는 토양과 지하수오염 등을 미연에 방지할 수 있다.
또한 불명수의 하수관거 내 유입을 차단하므로 하수처리장의 안정적이고 효율적인 운영을 도모할 수 있을 것으로 기대되며 철저한 품질관리 시공이 가능해 시공 후에 발생할 수 있는 부실 공사를 미연에 방지할 수 있을 것으로 평가된다.
또한 이 공법 적용 시 현장에서 화학약품의 사용이 없어 인체에 유해한 물질의 배출 가능성이 전혀 없는 친환경 공법으로 각광 받을 것으로 예상된다.
인/터/뷰
“통수능력 20% 향상 기대”
시공오차 줄여 완벽품질 자신
환경신기술 인증 획득 ‘눈 앞’
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| 송호면 책임연구원(한국건설기술연구원) |
“신속·정확·안전·경제성 등의 품질확보가 연구의 핵심입니다”
하수관거 연구 분야의 독보적인 인물로 평가 받고 있는 한국건설기술연구원 송호면 책임연구원은 “비굴착 보수공법의 대안이 될 것”이라고 자신 있게 말하며 “현재 이 공법은 환경신기술 인증 획득을 눈 앞에 두고 있다”고 밝혔다.
송 책임연구원은 현재 사용되고 있는 CIPP의 문제점과 관련, “현장 경화 파이프 생성으로 인한 시공 오차가 발생해 실패의 우려가 있다”고 지적하며 “개발된 공법은 공장에서 파이프를 생산, 현장 설치를 진행해 시공 오차를 줄여 완벽한 시공을 할 수 있다”고 설명했다.
그는 또 “관 삽입으로 인한 통수력 저하 우려가 제기되지만 오히려 삽입된 관에 의해 조도계수가 30%로 줄어 통수 능력을 20% 향상 시킬 수 있다”고 밝혔다.
송 책임연구원은 이 연구와 관련, “국내 현장에 적합하도록 수정하는 것이 연구의 핵심”이라고 설명하며 “개발된 공법의 의해 철저한 품질관리가 이루어져 부실공사 미연에 방지할 수 있으며 약 30% 정도의 예산 절감 효과를 가져 올 것”이라고 전망했다.
또한 “하수관거 불량으로 인한 주변 토양·지하수 오염을 미연에 방지할 수 있으며 현장경화의 불필요로 인해 유해 물질이 발생되지 않아 사람과 자연을 생각하는 친환경 기술이 될 것”이라고 기대치를 드러냈다.
현재 송 책임연구원은 ‘하수관거 오접 탐지 시스템 개발 연구 개발’ 등 호수·하수와 관련된 15개의 연구과제를 추진하고 있다.
