하수관거 보수보강법(일반적인 고려사항)

1. 일반적인 고려사항

 

하수관거 보수․보강법을 선정할 때는 기능의 중복 여부, 내구성 또는 사용연한, 구조적 고려사항, 통수능력, 비용, 시스템 전반에 걸친 범용성, 시공시 고려사항, 계약서의 내용에 관한 사항 등을 고려해야 한다.

 

1.1 기능의 중복

 

하수관거 시스템의 적정성은 수리적인 면과 구조적인 면에서 평가할 수 있다. 이 중 수리적인 측면은 수송하는 하수의 종류(오수관, 우수관 또는 합류식 하수관거)에 따라 공중보건 또는 홍수에 의한 범람과 환경영향 등으로 구분할 수 있다. 따라서 하수도 시스템에 따라 수송 목적과 환경에 미치는 영향이 상이하므로 관망의 보수․보강은 전체배수구역 또는 배수분구에 걸쳐 종합적으로 검증되어야 한다.

여러 보수․보강법이 하수관거의 특정한 기능상의 문제점을 해결하기 위해 적용될 때 생각지도 않은 다른 문제점을 야기할 수도 있다. 따라서 하수관거 보수․보강법의 주요 장단점과 응용분야를 <표 6-1>부터 <표 6-3>에 걸쳐 나타내었다. 또한 맨홀의 보수․보강법을 <표 6-4>에 나타내었으며, 연결관 보수․보강법에 관한 사항을 <표 6-5>에 나타내었다.

보수․보강법과 그 때 사용하는 재료를 적절히 선택하기 위해 시공에 따른 문제점들과 다른 영향요소를 완벽하게 이해해야 한다. 그리고 보수․보강법의 결정방법은 육안조사 자료에 기초하여 하수관거의 내부상태와 하수관거 주변상태를 조사한 후 신중하게 결정해야 한다.

 

1.2 내구성과 사용연한

 

기술자들은 신기술보다는 전통적인 공법을 채택하는 경향이 있는데, 이는 신기술의 사용연한과 내구성에 대한 불확실성 때문이다. 이러한 불확실성은 다른 건설현장으로부터의 실패사례를 통해 보완되곤 한다. 대부분의 실패사례는 잘못된 설계 및 잘못된 시공방법과 신소재의 적용한계에 대한 불충분한 이해 때문에 발생하고 있다.

보수․보강에 관한 모든 신기술이 신소재나 사용실적이 없는 재료만을 이용하는 것은 아니다. 전통적으로 사용해오던 재료들을 새로운 보수․보강공법에 사용한다거나 혹은 시제품을 기존 공법으로 설치하되 다른 방법으로 변형해서 사용할 수도 있다. 예를 들어 마이크로터널링(microtunneling)은 재래식 콘크리트관을 설치하는 새로운 설치법인데 관 표면의 손상이 거의 없는 방법이다.

신소재와 신기술의 사용을 기피하는 또 다른 요인은 전통적으로 사용해온 자재의 내구성이 역사적으로 입증되었기 때문이다. 특별한 악조건 하에 설치하지만 않는다면 재래식 자재를 사용하여 건설한 하수관의 사용연한은 100년 이상이 될 수도 있다. 벽돌 하수관거 또는 도관과 같은 재래식 자재는 1800년대에 건설하여 현재 그 기능이 거의 저하되지 않은 상태라는 것이 잘 알려져 있다.

이와는 대조적으로 신소재는 장기적인 특성이 확인되지 않아 일반적인 상황과 특정한 상황 하에서 하수관거 내에서 그 성능을 저하시킬 수 있는 조건을 확인하여 평가해야 한다. 따라서 부식성이 강한 화학물질의 농도를 높여 신소재에 접촉시킨다든지, 신소재를 고온환경에 노출시키는 등의 내구연한 가속화 시험(accelerated aging test)이 개발되었다. 재래식 자재와 신소재 모두 이 시험방법을 동등하게 적용함으로써 목표치와 비교가 가능한 자료를 얻고 있다.

이미 잘 알려진 자재들은 미국 및 외국에 충분한 자료가 축적되어 있어, 관련 자재가 적절한 사양에 의거하여 제작되어 시험되고 있으며, 설계시 관련규정을 준수한다. 따라서 반대상황에 접할 수 있다는 주의사항을 충분히 고려하는 경우에는 50～100년의 설계수명이 유지될 것으로 예상된다. 한편 국외의 자료는 운전조건, 사양, 시험방법, 제조표준과 사용재료, 초기특성과 장기적인 특성 등이 다를 수 있으므로 주의하여 사용하여야 한다. 또한 자재의 내구성에 영향을 미치는 요소로써 자재의 장기 특성뿐만 아니라 내화학적 특성 및 내마모성 등을 동시에 고려하여야 한다.

 

 

<표 6-1> 하수관거 보수․보강법의 특성-갱생공법(renovation)

보수․보강법의 종류			주요장점	주요단점	적용범위 (inb)
		연속관 (융해용접) (PE/PB)	빠른 삽입 곡선형 접합 가능	원형 단면에만 적용 삽입을 위한 터파기 작업 필요 관경이 작을 경우 단면 손실이 큼 심도가 깊을 경우 비용효과가 낮음	4～63
	슬립 라이닝	단관 (PE,PB,PVC,RPM,FRP,DI,ST)	강도.중량비가 높음 다양한 횡단면 형상 제조 가능 최소의 파손	일부 재료는 설치시 손상 가능 대구경관 그라우팅시 임시 지지가 필요 접합부 보수작업에 소요인력 과다	4～144
파이프 라이닝		현장경화관 (CIPP)	신속한 설치/무굴착 곡관부 적용 및 적은 변형 통수용량의 최대화 보통은 그라우팅이 불필요	완전한 물 돌리기가 필요함 일부 공법은 물 저장탱크가 필요함 소규모 사업의 경우 많은 설치비용이 필요	4～108
		U-라이너/ Nu-파이프	신속한 설치/연속된 파이프 통수용량의 최대화/무굴착 그라우팅이 불필요	연결관 접합이 난이함 기존관의 지지력에 의존	2.5～24
	변형관	스웨이지라이닝/ 롤다운	신속한 설치/통수용량의 최대화 최소굴착/그라우팅 불필요	지선부 재배치가 난이함 기존관의 지지력에 의존	3～24
		제관공법 (Spiral-wound Pipe)	관거 내부에 맞게 제작/무굴착 통수용량의 최대화/신속한 설치 비원형관에 적용 가능	다수의 접합부 발생 기존관의 지지력에 의존 정교한 내부 그라우팅 작업 필요	3～120
세그맨탈 라이닝		FRC,FRP,구나이트	강도-중량비가 높음 다양한 단면형상 제조가능 최소 파손	일부 재료는 설치시 손상 가능 그라우팅 작업시 임시 지지가 필요함 소요인력 과다/작업자의 출입이 요구됨	36이상
코팅		구나이트/ 숏크리트	연결부의 접합이 용이 무굴착/최소 굴착 다양한 단면 제작 가능	감독이 어려움 소요인력 과다 침입수 차단이 요구됨	4ftc이상

a : PE = 폴리에칠렌, PB = 폴리부칠렌, PVC = 폴리염화비닐, RPM = 강화플라스틱 매트릭스, FRP = 섬유강화 플라스틱, DI = 닥타일주철관, ST = 강관, FRC = 섬유강화시멘트 / b : in × 25.40 = mm / c : ft × 0.3048 = m

<표 6-2> 파이프라인 보수․보강법의 특성-최소 굴착공법과 비굴착 교체공법

보수․보강법의 종류		주요장점	주요단점	적용범위 (in)a
최소 굴착	협폭굴착	지표 굴착의 최소화 굴착 폭의 조정이 양호함	기존 시설물의 파손 가능성 사용폐쇄 상태에서만 가능
	관파쇄공법	다양한 재료로 대체 가능 동일 관경 또는 관경 확대 가능 기존 관거의 노후상태와 무관	인접 시설물에 대한 잠재적 손상 가능성 연결관 접합부의 분리작업이 필요함 완전한 물 돌리기가 필요함 부서지기 쉬운 관에만 적용	4～20
	마이크로터널링 (파이프잭킹 포함)	높은 지하수 수두에 유리 물을 함유한 슬러리가 발생 자갈 지반도 작업 가능 소구경의 맨홀에서 작업 가능 평면굴착 및 약한 콘크리트의 굴착 가능	연결관 접합부 벤토나이트 슬러리의 고화처리 필요 사용폐쇄 상태만 가능	6～36
	천공법 (directional drilling)	신속한 설치 장거리 시공 조수간만이 있거나 파도가 치는 지역 및 수중 환경에서도 사용 가능 관의 재료가 다양함	기존 시설물 손상 중력관에 적절하지 않음 모래/입자상 토질의 경우 운전이 난이함 사용폐쇄 상태만 가능	4～36
	제트류 절삭	400 ftb까지의 범위 정확한 절삭 장애물을 우회하는 절삭 기능 지표 굴착 최소화 자급식(self-contained) 소규모 장치	기존 시설물의 파손 가능성 모래나 입자상 토양에서 적용이 어려움 중력관에 적절하지 않음 사용폐쇄 상태만 가능	2～14

a : in × 25.40 = mm

b : ft × 0.3048 = m

 

 

 

 

 

<표 6-3> 파이프라인 보수․보강법의 특성 - 재래식 교체공법과 유지․보수․보강법의 선택

보수․보강법의 종류		주요장점	주요단점	적용범위
재래식 교체방법	굴착공법 (open cut)	길이와 무관함 전통적인 설계	심도가 깊을 경우 고가 파괴 불가피	광범위
	터널링	길이와 무관함 전통적인 설계 파손의 감소 선형 및 구배의 유연성	주로 굴착보다 고비용 고가의 부대비용이 필요할 수 있다	3fta 이상
	세 정	통수용량의 증가 국소적인 문제의 해결	고비용이며 손상 가능 한시적인 조치	광범위
	나무뿌리 제거	통수용량의 증가 국소적인 문제의 해결	고비용 문제의 재발 가능성	광범위
유지관리 와 보수	국부 보수 (pointing)	저가에 의한 원래상태로 복구 최소 파손 / 통수용량의 증가	작업인부의 출입이 가능한 하수관에 제한 하수관이 구조적으로 견고하여야 함	3ft 이상
	내부 그라우팅 (internal grouting)	누수지점 및 크랙 부위의 차수 공동현상의 방지 비용절감 및 파손의 최소화 침투수의 저감 나무뿌리 침입 방지	다른 유입경로로의 침투수 발생 가능 기존 하수관이 구조적으로 견고해야 함 재발가능/재보수가 필요	광범위
	외부 그라우팅 (external grouting)	관거 뒷채움토의 상태를 개선 침투수와 토사유입의 방지	효과를 평가하기 어려움 / 고비용 재발가능/재보수가 필요함	광범위
	기계적 차수 (mechanical sealing)	누수지점 및 크랙 부위의 차수 토양유실에 의한 공동현상 비용절감 및 파손의 최소화 침투수의 저감 나무뿌리 침입 방지	다른 유입경로로의 침투수 발생 가능 기존 하수관이 구조적으로 견고해야 함 작업인부의 출입이 가능한 하수관거에 제한	사람이 출입 가능한 관거
	점 보수 (spot repair)	국지적인 문제 해결	소구경 관거는 굴착을 해야 함 벽돌 하수관에서 추가작업이 필요할 수 있음	광범위

a : ft × 0.3048 = m

 

 

 

 

<표 6-4> 맨홀 보수․보강법의 특성

보수․보강법의 종류	주요장점	주요단점
맨홀구조물의 보수․보강 공법 플러그 삽입, 덧대기, 몰탈 코팅, 시멘트질과 비시멘트질 방수제	구조적 기능의 개선, 누수 방지, 내식성 향상, 파괴 최소화	심하게 파손되거나 구조적으로 견고하지 못한 맨홀은 적용 곤란
굴착보수공법 인입부와 벽체부의 보수와 재설치	심하게 파손되거나 구조적으로 견고하지못한 맨홀 전체를 보수․보강	굴착으로 인한 다양한 문제 발생
단계적 제거 혹은 교체	접근성과 안전성 개선, 누수 방지	설치가 어려움, 비용
맨홀 틀과 뚜껑의 교체	수명 연장, 높이 조절, 누수 방지	굴착으로 인한 다양한 문제 발생
구조적인 재라이닝(라이닝과 구나이트)	구조적 강도 보강	직경의 감소, 비용 증가
맨홀 틀-인입부 접합지점 및 벽체부와 인입부 접합 지점의 지수	침입수 저감	인입부 감소로 진.출입 지장, 비용 증가
뚜껑 교체 혹은 지수	침입수 저감, 충격진동 방지	뚜껑이 약간 상승
화학적 그라우팅	뒷채움토의 유실에 의한 공동현상 방지	맨홀 내부를 보수․보강 하거나 개선하지못함
전체 교체	새로운 맨홀	비용 증대

 

<표 6-5> 연결관 접합부 보수․보강법의 선택

보수․보강법의 종류	주요장점	주요단점	적용범위 (in)a
화학적 그라우팅 (chemical grouting)	연결부 누수를 차단하고 균열을 방지 토사유입 방지 저렴한 비용과 파손 최소화 침투수를 감소 나무뿌리 침입 방지	다른 유입경로로의 침투수 유입 가능 기존관이 구조적으로 견고해야 함 재발가능/재보수가 필요	4 이상
반전 라이닝 (inversion lining)	신속한 설치 무굴착 곡관부 적용이 가능하며 변형의 최소화 통수용량의 최대화 그라우팅이 불필요	완전한 물돌리기가 필요함 사업의 규모가 작을 경우 설치비용이 과다	6～42
U-라이너/Nu-파이프 (U-liner/Nu-Pipe)	신속한 설치 연속관 통수용량의 최대화 무굴착 그라우팅이 불필요	연결관 재설치가 난이함 기존관의 지지력에 의존	2.5～24

보수․보강법의 종류	주요장점	주요단점	적용범위 (in)a
스웨이지 라이닝/롤다운 (swage lining/roll down)	신속한 설치 통수용량의 최대화 최소 굴착 그라우팅이 불필요	연결관 재설치가 난이함 기존관의 지지력에 의존	3～24
제관공법 (spiral-wound pipe)	관거 내부에 맞게 제작함 무굴착 통수용량의 최대화 신속한 설치 비원형관(non-circular)에 적용	연결부위가 많음 기존관의 지지력에 의존 정밀한 내부(annulus) 그라우팅 작업	3～120

a : in × 25.40 = mm

 

1.2.1 자재의 장기 특성

 

하수관은 특정한 환경에 의해 혹은 환경요소와는 무관하게 장기적으로 그 재료의 성질이 변화하면서 하수관거의 기능이 저하될 수 있다. 예를 들어 플라스틱 자재의 강도와 강성도는 응력과 시간에 따라 변화한다. 그 결과 자재에 가해진 하중에 따라 점진적으로 변형하는 크리프 현상(creep, 크리프 소성 거동, 漸動)이 발생한다. 크리프의 발생속도는 플라스틱의 종류에 따라 상이하며, 경우에 따라서는 강도와 강성도를 감소시키는 원인이 된다. 따라서 설계 과정에서 이를 고려하여 계산하여야 한다.

플라스틱관은 화학적 또는 미생물학적 요인에 의하여 장기 특성이 영향을 받을 수 있다. 이러한 재료에 따른 잠재적인 문제들은 제조업자가 숙지하고 있어야 하며, 대부분의 시제품들은 이러한 특성을 고려하여 하수관거의 환경에 적합하도록 제조되고 있다.

 

1.2.2 내화학적 특성

 

하수관의 재료가 다양한 화학약품에 대해 얼마나 저항성을 갖는지에 대한 자료가 일반화되어 있지 않다. 그러나 재료를 선택하기 위한 연구를 수행하는 여러 기관들에 의한 연구자료가 수행되어 문서화되어 있다. 다양한 재료에 대한 일반적인 비교자료는 <표 6-6>과 같다. 제조업자는 대량의 부식물질이 사고에 의해 누출된 경우에까지 적절한 품질을 보증할 수는 없다 하더라도, 특정 화학물질 또는 특정 화학물질의 조합에 대한 자재의 내화학적 특성에 관한 상세한 자료를 제공할 수 있어야 한다.

 

<표 6-6> 하수관의 내구성에 대한 일반적 비교

재 료		내구성
		내마모성	내화확 및 내부식성	연결부의 보존성
도관		중간	높음	중간
닥타일주철관/강관		높음	낮음*	중간
석면시멘트		낮음	낮음*	중간
콘크리트		낮음	낮음*	중간
유리섬유강화 콘크리트		낮음	낮음*	중간
구나이트/숏크리트		낮음	낮음*	중간
강화플라스틱 몰탈/섬유강화플라스틱		중간	중간*	중간*
현장경화관		중간*	중간*	평가불가
폴리에칠렌	응접부	높음	높음	중간～높음

※ : 높고 낮음을 구분하기 위한 자료가 불충분한 상태임

 

1.2.3 내마모성

 

플라스틱관은 일반적으로 시멘트관보다 내마모성이 더 우수하며, 특히 방류수의 pH가 낮은 경우에는 플라스틱관을 사용하는 것이 좋다. 폴리에칠렌(PE)과 폴리우레탄(PU)은 내마모성이 매우 우수하지만, 섬유강화 플라스틱(FRP)은 라이너 층이 얇아 장기적인 구조 특성에 의하여 보존성에 큰 영향을 줄 수 있으므로 문제가 될 수 있다.

 

1.3 구조적 고려사항

 

모든 보수․보강법은 장/단기 시공하중조건을 모두 만족할 수 있도록 설계해야 한다.

 

1.3.1 하 중

 

라이닝의 경우 단기하중에는 종 방향으로 작용하는 인장력과 압축력이 있으며, 상재토압 및 수압에 의해 부가되는 부양력과 좌굴력이 있다. 부양력과 좌굴력으로 인해 작지만 지속적인 변형이 일어나므로 장기적인 구조적 성능을 결정할 때 이를 고려해야 한다. 장기하중에는 관로를 부설한 이후에 작용하는 내부하중과 토양, 교통, 외수압에 의해 발생하는 외부하중으로 구분된다.

 

1.3.2 설계방식

 

라이닝의 장기 설계방식은 다음의 세 가지로 구분할 수 있다.

1) 복합설계(composite design)는 라이닝, 내부 그라우트, 하수관거의 세 가지 구조체가 서로 연계되어 하나의 복합구조로 거동하도록 설계하는 방식이다.

2) 연성설계(flexible design)는 라이너와 기존 하수관의 연결 상태가 불안정한 곳과 라이닝으로 구조적인 보강이 필요한 하수관거에 대해 실시하는 설계 방식이다. 그라우트와 기존의 하수관은 하수관 내부의 연성관에 본질적으로 필요한 지지력을 제공한다.

3) 강성설계(rigid design)는 시공한 라이닝 관이 독립적인 구조물로 작용할 수 있을 만큼 충분한 강성을 갖도록 설계하는 방식이다. 그러므로 그라우트와 기존관에 의하여 제공된 지지력은 하수관의 허용하중을 증가시킨다.

다음에 논의되는 모든 라이닝은 위 세 가지 범주 중 하나에 속한다. 비굴착 교체공법은 재래식 강성관, 연성관, 또는 터널설계이론 등을 이용하여 설계할 수 있다.

 

1.4 통수능력

 

하수관거의 보수․보강법 선정시 고려해야 할 사항 중의 하나가 하수관거의 통수능력에 미치는 효과이다. 관로의 통수능력을 결정할 때는 통수단면적, 관의 형상(예를 들어 원형관, 타원형관, 아치형관), 경사도와 내부조도, 관의 흐름 특성, 하류부의 제한조건 등을 고려해야 한다. 대부분의 하수관거 보수․보강법들은 통수단면적과 관의 내부조도, 경우에 따라 관의 형상을 변화시키는 방법도 이용된다.

일반적으로 하수관거의 보수․보강법들은 관경이 감소되어 통수면적과 하수관의 유수계산에 필요한 경심을 감소시킨다. 그러나 기존 하수관 벽에 밀착하여 설치된 보수․보강 제품의 경우는 이러한 단면감소 현상이 크지 않다. 반면 기존관 내부에 두꺼운 환형(annulus)구조물을 성형시킨 경우에는 단면감소가 더 커지게 된다.

그러나 하수관거 보수․보강에 의한 내부 구조물에 의해 통수면적이 감소한다 하더라도 하수관거 내부로 진입하는 침투/침입수를 감소시키고 기존관의 내부조도가 향상되기 때문에 기존의 유효 통수능력을 유지하거나 더욱 향상시킬 수 있다. 그러나 각각의 하수관거에 대해서 침투/침입량의 감소 정도가 상이하여 그 양을 정량화하기 곤란하지만 외부 유입수를 감소시킴으로써 오수관의 통수능력을 향상시킬 수 있다.

일반적으로 관의 내부조도를 작게 함으로써 하수관거의 통수능력을 증가시킬 수 있는데, 이는 영국의 수도연구소( Water Research Centre : WRC)에서 수행한 연구(하수관거 보수․보강 지침서, Sewerage Rehabilitation Manual, 1986)결과에 명백히 기술되었다. 연구과정은 관의 조도에 영향을 주는 요소인 관 표면의 조도, 관 이음부의 편심 또는 불규칙성, 관 재료의 노후 정도, 슬라임의 형성 정도, 관 표면의 요철과 고형물질의 퇴적에 의한 조도 및 침전물 연화 등을 평가하였다.

이들 내부조도의 영향요인들 중 대부분은 하수관거의 보수․보강공법에 의해 향상되었다. 영국 수도연구소의 실험보고서에는 플라스틱관이 공극이 많은 콘크리트관이나 도관보다 더 쉽게 슬라임을 탈리시킴으로 시간에 따라 축적되는 슬라임의 양이 적어 관 내부의 조도계수가 감소하는 것이 보고된 바 있다. 또한 표면이 거친 새로운 관이 슬라임으로 완전히 뒤덮여졌을 경우에도 당초의 높은 조도가 그대로 유지되는 것이 알려졌다(Manual on Buried, 1982).

대부분의 하수관거 보수․보강법들은 플라스틱 재질을 사용하는 경우가 많으며, 시공 후 완성된 새로운 플라스틱 표면은 기존관보다 훨씬 더 매끄럽다. 플라스틱의 경우 벽돌 하수관이나 콘크리트관 혹은 시멘트몰탈관과 달리 시간이 지남에 따라 조도가 변화하지 않는다.

대부분의 하수관거 보수․보강법은 이음부와 표면의 요철을 감소시키거나 제거해 준다. 뿐만 아니라 주형 제작된 제품이기 때문에 기설관의 불규칙한, 또는 잠재해 있는 요철부와 단차와 같은 변형을 매끄럽게 변화시켜 통수를 원활히 한다. 작은 관경의 하수관거에 슬립라이닝을 하는 경우에도 어느 정도의 요철은 제거할 수 있다. 또한 기존 하수관거는 이음부와 균열부를 통해 내부로 나무뿌리와 퇴적물이 침입하여 통수용량이 감소할 수 있는데, 보수․보강 후에는 이음부가 없기 때문에 이러한 나무뿌리와 퇴적물이 침입할 수 없으므로 장기간에 걸쳐 관의 조도와 통수능력을 상당히 개선할 수 있을 것이다.

이러한 요인들이 복합되어 하수관을 보수․보강하는 공법들은 하수관 조도계수를 향상시킬 수 있는 것으로 알려졌다. 미국에서 현재 사용중인 오수관의 경우 당초의 부설관 재질과 신규로 보강된 관 재질을 비교한 실험이 이를 입증하였다.

준설되지 않은 상태로 사용중인 InsitupipeTM와 재래식 재질을 사용하는 오수관의 조도를 비교 평가하는 연구가 수행되었으며, 여기서는 염료희석법을 이용하여 직경 375～1,350mm(15～54in)의 하수관거 유량을 측정하였다(Sewer Segment, 1990). 사용중인 InsitupipeTM관의 Manning 조도계수 n은 사용중인 재래식 도관이나 콘크리트관보다 33% 작게 나타났다.

라이닝 된 하수관거가 기능이 저하된 기존관보다 더 작은 Manning 조도계수 n를 적용할 수 있는 것은 어느 정도 합당한 이유가 있지만, 이러한 비교결과를 플라스틱이 아닌 재질에 대해서까지 확장하여 적용하기에는 더 많은 연구가 필요하다. 그러므로 증명되지 않는 재질에 대해서는 기존관과 동일한 장기 조도계수 n값을 사용하여 설계해야 한다.

 

1.5 비 용

 

보수․보강법들은 장기적인 효과와 사용연한이 서로 비슷하며, 초기비용이 서로 유사하다. 한편 기존 하수관거 또한 사용연한이 매우 길다는 가정 하에 설계하기 때문에 정비에 의하여 사용이 가능한 경우에는 이를 재생시켜야 한다. 이때 비용산정 절차를 통해 이에 대한 경제성을 계산해야 하는데 특히 사용연한이 다양한 여러 방법을 고려할 때는 이러한 절차가 더욱 필요하다. 아울러 하수관거의 사용연한이 비교적 길기 때문에 이러한 비용산정은 학술적인 검토가 필요할 수도 있다.

단기간의 사용연한이 예상될 수 있는 곳이나 시공경험이 부족한 새로운 보수․보강법을 사용할 경우에는 비용산정이 필수적이다. 예를 들어 어떤 공법이 다른 공법들이 보장하는 사용연한의 50%밖에 사용할 수 없다면, 그 공법이 수명을 다했을 때 발생되는 비용부담을 더 빨리 부담하게 됨으로써, 초기의 비용을 절감하려고 하다가 결국 더 많은 비용을 지출하게 될 수 있다.

보수․보강을 하는 중요한 이유 중 하나는 기존의 하수관거를 적은 비용으로 활용하려는 것이다. 보수․보강법을 선정할 경우 시공시 발생하는 제반의 손실비용(예를 들어 차량소통의 지연과 우회, 인근 사업장의 매출감소 및 진입제한, 소음, 먼지, 주민건강의 위해 등에 따라 발생하는 비용)과 다른 사용에 미치는 비용 등을 포함하여야 할 것이다.

 

1.6 보수보강의 하수도시스템 전반에 미치는 영향검토

 

어떤 보수․보강법이든 이를 하수관거의 어떠한 한 부분에 적용하면 다른 부분에도 영향을 주게 된다. 예를 들면 갱생법 또는 교체법은 유량을 증가시키거나 감소시켜 과부하 현상이나 홍수를 유발함으로써 하수관거의 수리적 성능에 영향을 줄 수 있다. 또한 우수 혹은 오수의 더욱 잦은 월류수의 방류로 인해 하천의 오염을 증가시킬 수 있다. 이러한 문제는 적용 대상이 되고 있는 관에 대해서만 국한되는 것이 아니라 하수관거 시스템에 영향을 미친다.

이와 유사하게 수리적인 문제에 대한 해법이 오히려 구조적 결함이 있는 하수관에 더욱 잦은 과부하를 초래함으로써 관의 파손을 일으킬 가능성이 있다. 그러므로 제안된 보수․보강법이 전체 시스템에 미치는 영향을 고려하여 예기치 않은 문제가 발생하지 않도록 해야 한다. 따라서 대규모 시스템에서는 수리모델을 이용하여 제안된 해법을 분석함으로써 이러한 현상의 발생 여부를 확인하는 절차가 필요하다.

 

1.7 시공시 고려사항

 

모든 건설사업이 유사하나 하수관거의 보수․보강법의 선정은 외적인 요인에 더욱 많은 영향을 받는다. 따라서 모든 제조업자와 전문 도급자가 공사를 계획할 때 이러한 외적인 요인을 고려하여야 하며, 기술자 또한 보수․보강법을 선정할 때는 공사의 안전, 준비작업, 작업방법, 시공과 관련된 사항들을 면밀하게 검토하여야 한다.

 

1.7.1 안 전

 

시공에서 가장 중요한 사항은 안전이다. 시공관리자, 하도급업자, 하도급업체의 피고용인은 시공을 안전하게 수행하여야 한다. 이는 하도급업체의 피고용인에게만 관련되는 것이 아니라 제3자들과 인접구조물, 공공시설물에도 관련이 된다.

 

1) 제한된 공간

대부분의 보수․보강법은 기존 관로와 밀접한 연관성이 있기 때문에 시공은 제한된 공간에서 진행된다. 따라서 한정된 공간에 들어가기 전이나 또는 진입하여 공사를 할 때에는 해당지역의 제한여건을 확인해야 하고, 안전한 진입로를 확보하고, 적절한 시공순서를 따라야 한다. 감독관은 계약자에게 이러한 조건의 존재 여부와 계약비용에 대한 내용이 포함되었는지를 확인하여야 한다.

 

2) 작업구

많은 보수․보강법들이 비굴착 방식을 사용했더라도 추가로 관을 설치하거나 연결부를 다시 재시공하기 위한 굴착작업이 필요한 때가 종종 있다. 이러한 경우 하도급계약자는 굴착공 지지물에 대한 기준과 안전성을 확실히 검토하도록 한다.

 

3) 인접구조물과 공공설비

비굴착 작업의 주된 장점은 복잡한 도로, 건물 사이의 좁은 골목, 상업 및 공단지역 등과 같은 혼잡한 지역의 노면 손상을 최소화하는 것이다. 혼잡한 지역에서의 굴착작업은 인접구조물과 공공설비에 큰 피해를 주고 비굴착 공법 역시 노면을 다소 손상시킬 수 있다. 관 파쇄공법의 경우 파쇄가 지면 가까운 곳에서 일어나며 노면의 파쇄정도가 대단히 크게 되고, 토양조건으로 인해 진동이 증폭될 때에는 주변관이 손상될 수 있다. 따라서 설계자, 시공관리자, 하도급업자는 이러한 문제의 발생가능성을 인식하여 적절한 설계와 시공을 통해 문제발생을 최소화시켜야 한다.

 

1.7.2 준비작업

 

기존 관거를 보수․보강할 때 혹은 비굴착 공법으로 작업을 할 때 약간의 파손은 불가피하므로, 계약 입찰시 이러한 사항에 대한 적절한 협의가 이루어져야 한다. 기존의 진입로를 사용하다 보면 경우에 따라 맨홀 뚜껑과 틀을 제거하거나 기존의 구조물을 고쳐야 할 경우가 있다. 맨홀이 현행 기준을 만족시키지 못하는 경우에는 기준에 맞도록 개선해야 하는데, 이는 하수관을 보수․보강한 후에도 맨홀을 통해 침투/침입수가 들어올 수 있기 때문에 특히 중요하다. 공사구의 간격은 설치비용에 영향을 주므로 추가 맨홀의 설치비용과 함께 예산에 반영해야 한다.

라이닝의 단일공사 구간은 기존 하수관거의 최소 규격에 따라 다르다. 그리고 관거 내에 퇴적물이 쌓여있거나, 유량이 너무 많은 경우, 진입로가 없는 등 사전에 현장조사를 충분히 하지 못하여 계약 이전에 라이닝의 길이 및 규격을 검토하는 것이 불가능한 경우가 종종 있다. 그러므로 라이닝 관을 주문하기 전에 실물크기의 모델이나 혹은 관의 일부를 확인하여 주요한 요소를 점검하도록 해야 한다.

슬립라이닝과 연결부 시공을 위한 작업구를 설치하기 위해서는 어느 정도의 굴착이 필요하며, 이때에는 지하의 다른 매설물과 구조물에 대한 현장파악이 매우 중요하다.

 

1) 유 수

일반적으로 공사시에는 하수관거 내의 모든 유수를 우회시키도록 한다. 이는 보수․보강 비용의 주요한 부분을 차지할 수도 있지만, 일부 시공법에서 약간의 유수가 있는 것이 도움이 되기도 한다. 우기, 조수간만, 하수 방류 등에 의한 갑작스러운 유량변화와 이에 따른 우회유량을 추산하기 위해 하수관거 시스템의 운영에 대한 이해와 사전조사가 필요하다.

침투유량이 많은 경우에는 라이너가 완벽하게 시공될 수 있도록 연결부 이음방법, 내부 그라우팅, 국부 보수, 코팅 등의 작업에 특별한 주의를 기울여야 한다.

 

2) 하수관거의 세정

기존 하수관거를 미리 세정함으로써 라이닝의 삽입을 용이하게 하고 라이닝 재료와 하수관거 사이의 결합력을 증진시킬 수 있다. 하수관거 저부의 퇴적물과 협잡물은 라이닝 자재에 치명적인 영향을 주어 초기에 실패하는 결과를 낳을 수 있다. 제트류를 사용하여 작은 입자들을 제거하고, 큰 입자는 기계적인 방법으로 제거해야 한다.

하수관거 벽에 심한 이물질과 부착물이 있는 경우에 보수․보강법은 성공적으로 수행되지 않을 수도 있다. 부착물 때문에 이음부 방수장비가 효과적으로 방수처리를 하지 못해 슬립라이닝을 적용하여야 할 경우가 발생할 수도 있다.

세정 후 하수관거를 관찰하여 라이닝을 방해할 장애물의 여부를 확인해야 한다. 그리고 하수관거를 조사하는 동안에는 하수의 흐름을 차단하거나 현저히 감소시켜야 한다.

 

3) 공극 또는 이완된 토양

하수관거의 주변 토양에 공극이 많을 경우에는 그라우팅을 통해 적절한 관 지지력을 확보해야 한다. 그러나 그라우팅만으로 침투수량을 감소시키기는 어렵다.

1.7.3 작업방법

 

1) 자 재

자재는 손상되지 않도록 취급하고 저장해야 한다. 폴리에틸렌 자재는 크리프 현상을 일으키기 쉬우므로 올바르게 저장하고 이동해야 한다. 관을 적재할 때의 높이는 제조업자의 관리지침을 따라야 한다. 라이너 관은 다양한 길이로 제작되어 있으므로 현장 상황 혹은 취급상의 편의에 따라 해당 사업의 특성에 맞도록 특정 길이를 결정하도록 한다.

 

2) 파이프 라이닝

재래식 관로의 설치기법과는 반대로 라이닝을 하류방향으로 설치하면 시공이 편리해지고, 기존 관거와 라이닝 사이의 공간이 하수로 인해 오염될 가능성이 줄어들게 된다. 그리고 오염이 될만한 원형공간은 그라우팅을 하여야 한다.

 

3) 내부 그라우팅(annular grouting)

원형공간에 그라우팅을 하는 방법은 갱생해야 할 하수관거의 크기에 따라 여러 가지가 있다. 내부 그라우팅은 라이닝이 시행되는 동안 부상력과 좌굴력을 받는데, 압력수를 라이너에 충진함으로써 좌굴 위험을 감소시킬 수 있을 것이다. 만일 그라우팅과 라이닝이 동시에 진행되지 않고 그라우팅 작업만이 진행될 경우 그라우트가 손상을 입을 수 있다. 따라서 대구경 하수관에 주로 사용되는 단계별 그라우팅 공법을 이용하여 그라우트에서 발생하는 힘을 감소시켜 손상이 전혀 일어나지 않거나 손상을 감소시킬 수 있다.

그라우팅은 라이너 내부에 그라우트를 주입하는 방법에 따라 두 가지 형태로 나뉘어진다. 그라우팅 기법은 매우 다양하지만 그라우팅시 몇 가지 일반적인 규칙이 있다(Lee, 1991). 그라우트 사용요구량이 계산되어야 하며, 기존 하수관의 침투수에 의해 희석되지 않도록 해야 한다. 그라우트는 하류 종단에서부터, 그리고 관저부에서 관정부 방향으로 상부에서 공기가 배출될 수 있도록 주입되어야 한다. 노즐에서의 그라우트 압력은 보통 34.5kPa(5psi) 또는 파이프 강도의 약 1/3이며, 진행과정 동안 그라우트의 실제 사용량이 계획량에 부합하는지를 조사해야 한다. 때때로 그라우트 사용량이 계산된 것과 차이가 많을 경우가 있다.

 

1.7.4 감 독

 

하수관거의 보수․보강이 실패하는 주원인으로 작업자의 기술 부족을 들 수 있다. 따라서 작업자의 기술능력을 향상시키고 철저한 현장감독을 하는 것이 경제적일 것이다. 여러 지하 작업들은 적절한 조사방법과 제어방법을 개발하여 사용할 필요가 있는데 특히 현장경화공법일수록 더욱 중요하다. 접근이 불가능하거나 어려운 소구경 하수관거에서는 폐쇄회로TV장비(CCTV)를 사용하도록 한다.

내부 그라우팅은 주입량을 정확히 측정함으로써 누수, 공극의 존재여부, 그라우팅 방법의 문제발생 여부를 알 수 있으므로 면밀한 감독을 필요로 한다. 또한 라이닝 후 하수관거의 선형, 매설심도, 변형상태 등도 감시되어야 한다. 전형적인 그라우트 시험에는 실행가능성, 밀도, 누출, 경화시간 및 압축강도 등의 항목들이 포함되어 있다. 그러나 그라우트의 침투와 그라우트가 채워진 상태를 조사하는데 필요한 신뢰성 높고 저렴한 방법이 현재까지는 개발되지 않은 상태이다.

대형 하수관거에서는 그라우트가 주입되지 않은 지역을 탐지하기 위해 라이닝을 해머로 가볍게 두드려서 속이 비어 있는 곳을 찾기도 하지만, 지하 공간에서 결합상태가 불량한 라이닝과 공극을 구분하기란 쉽지 않다. 8mm(0.25in)의 작은 구멍을 천공하여 그라우트가 존재하는 것을 확인하고, 접근이 용이한 경우에는 50mm(2in)의 코아를 취한다. 그러나 이때 천공된 구멍을 철저히 보수하지 않을 경우 새로 보강된 관로에 결함이 될 수 있으므로 주의하여야 한다.

 

1.8 계약 시방서

 

대부분의 보수․보강법은 새로운 공법이거나 또는 재래식 기술을 새롭게 사용한 것이므로 기준이 되는 표준사양이 없는 경우가 많다. 또한 기존 자재에 대한 사양이 문서화되어 있다 하더라도 자재의 새로운 사용법에 대해서는 다루지 않는 경우가 있다. 예를 들어 고밀도 폴리에칠렌(HDPE, high-density polyethylene)을 사용하는 슬립라이닝 공법에 대한 사양과 시방서가 오랫동안 사용되어 왔으나, 최근에 개발된 변형관의 라이닝에 대한 부분은 여전히 다루어지지 않고 있다. 따라서 기술자는 새로운 기술을 사용하여 라이닝을 할 경우 자재의 내구성에 미치게 될 잠재적인 영향을 주의 깊게 고려해야 하며, 자재의 규격을 적절하게 명시해야 한다. 이때 자격을 갖춘 재료 전문가의 도움을 얻어 요구되는 연관성과 사양에 대한 이해를 도모할 수 있을 것이다.

신기술이 끊임없이 개발되고 있으므로 새로운 신소재가 기존의 사양 요구 조건과 맞지 않을 수도 있다. 그러므로 제시된 상황에 부합하는 단기/장기적 적합성을 평가하기 위해서는 자재의 시험이 필수적이다. 기준사양이 없는 경우 유사 분야에 대한 다른 기준을 찾아보아야 하는데, 영국에서는 새로운 보수․보강법에 대한 임시사양을 만들어 운영하고 있으며, 이 문서는 다음과 같은 내용을 다루고 있다.

 

1) 특정 자재의 성분이 사용하기에 적합한지 여부와 설계에서 요구되는 자재의 특성을 만족시키는가를 입증하는 자재의 적합성 시험(material-type tests)

2) 자재가 요구되는 크기와 형태로 제조될 수 있는지를 입증하는 생산품의 적합성 시험(product-type tests)

3) 적합성 시험에서 승인된 것과 동일한 품질로 모든 단위제품이 제조되고 있는지를 확인하는 품질관리 시험(quality control tests)

4) 기존에 없던 새로운 것 혹은 구분이 모호하게 사용되는 것들에 대한 용어의 정의

5) 하도급계약자, 제조업자, 시공관리자에게 자재의 품질 척도로써 제공하는 정량적인 값과 오차한계

6) 관로가 사양에 맞게 설치, 제조된 것을 확인하는 기술자의 기술수준, 확인, 인증절차

7) 접합방법의 구조적 완전성과 여러 가지 형태의 접합방법에 대한 호환성

8) 관의 시공과 제조(시공방법에 따라 여러 자재를 사용할 수 있고, 특정 보수․보강법에 적합 또는 부적합한 자재가 있으며, 특정한 자재를 이용한 특정 시공 방법을 명시할 수 있기 때문)

 

제조업자와 하도급계약자는 이러한 사항들에 대해 조언을 할 수 있으며, 기술자는 그 사양이 올바른지 확인해야 한다.