하수관거 보수보강법(하수관거 갱생법)

2. 하수관거 갱생법

 

하수관거 갱생법은 기존 구조물을 이용하여 관로의 일부를 형성하거나 새로운 라이닝을 한다. 하수관거 갱생법은 파이프 라이닝, 쎄그멘탈 라이닝(segmental lining), 구조적/비구조적 코팅(structural and nonstructural coatings)의 세 가지 범주로 구분할 수 있다.

 

2.1. 파이프 라이닝

 

파이프 라이닝이란 하수관거 내부에 연속적으로 또는 짧은 구간에 라이닝을 설치하는 것으로 슬립라이닝(연속관과 단관), 현장경화관, 변형관, 제관공법 등을 이용하여 다양한 크기와 단면의 하수관거에 적용할 수 있다.

 

2.1.1 슬립라이닝(sliplining)

 

슬립라이닝은 기존의 하수관에 연속관 또는 단관을 잡아당기거나 밀어 넣어서 삽입하는 방법으로 여러 종류의 관거 형태에 적용될 수 있다. 기존 하수관과 라이너 관 사이의 환형 공간은 그라우팅을 해야 한다.

 

1) 연속관(continuous pipe)

하수관거는 연속된 길이의 강성벽폴리에칠렌(solid-wall PE)이나 폴리부칠렌(polybutylene) 파이프로 슬립라이닝이 되는데, 이 파이프들은 주로 하수관거에 삽입되기 전에 서로 맞대기 접합(butt fusion-welded)이 되어 12m(40ft) 길이로 공급된다. 파이프는 필요한 길이만큼 밀어 넣어서 삽입한다. 라이닝과 기존관 사이의 공간이 25mm(1in) 혹은 그 이상인 곳은 연성관(flexible lining)을 지지하기 위해 그라우팅을 해야 한다. 그 공간이 그라우팅 되지 않으면 라이너는 구조적 라이닝으로 간주되지 않는다. 소구경의 연속적으로 압출 성형된 파이프가 사용될 수도 있다. 앞쪽의 원뿔 부분을 관의 전면에 부착하여 밀거나 당길 때 걸리지 않게 하며, 윈치 케이블을 부착하는 지점으로 사용할 수도 있다.

직경이 약 600mm(24in) 미만인 하수관에 대해서는 설치하기 전에 지상에서 관을 미리 접합하여 삽입시간을 줄일 수 있다. 그리고 나서 작업구를 통해 삽입하게 되는데<그림 6-1>, 그 크기는 라이닝 관의 크기와 하수관거의 매설심도에 따라 달라진다. 대형 관이나 벽이 두꺼운 관 또는 깊이 매설된 관은 삽입 작업구의 저부에서 접합하기 때문에 굴착 규모를 줄일 수 있으며 관을 지상에서 일렬로 배열할 필요가 없다<그림 6-2>.

<그림 6-1> 일반적인 슬립라이닝

 

<그림 6-2> 작업구 내부에서의 접합

 

높은 연성을 갖는 연성관의 경우에는 한 번의 작업으로 수 백 피트를 슬립 라이닝할 수 있다. 관 내부의 어느 부분이라도 고형물이 존재하게 되면 슬립라이닝이나 그라우팅의 신뢰도에 악영향을 미치게 되므로 고형물이 유입되지 않도록 하수를 제어하여야 한다.

라이닝의 삽입을 용이하게 하기 위해 제트류나 기계적인 방법으로 관로 내부의 나무뿌리, 피각, 퇴적물 등을 세정해야 한다. 통수능을 증가시키려면 침입한 나무뿌리 부분을 제거해야 하고, 어떤 부분에서는 슬립라이닝 작업 전에 부분보수(point or spot repair)를 해야 할 필요가 있다.

폴리에칠렌 연성관은 장기적인 안정성을 유지하기 위해 주변 토양으로부터의 지지력을 필요로 하는 연성관이며, 그라우트와 결합하지 않으므로 강성벽 폴리에칠렌으로 슬립라이닝하는 경우 연성관 설계이론을 이용하여 설계해야 한다. 지선 하수관거(side sewers), 가정에서의 배수관(service connections), 연결관(laterals)은 노면을 굴착하여 다시 연결한다.

 

2) 단 관(short pipes)

연속관으로 슬립라이닝을 하는 대신 단관을 개스킷으로 연결하거나 기계적으로 접합하여 사용할 수 있다. 각각의 단관을 하수관거 안으로 운반(삽입)하여 현장에서 연결하거나, 관을 들어올려 위치를 잡고 삽입구에서 관을 연결하여 삽입한다<그림 6-3>. 현장 연결법은 대형 하수관거(직경 1,050mm(42in)이상)에만 적합하지만, 특수하게 제조하여 설치할 수 있기 때문에 유연성이 높아 어느 정도 굴곡된 부분에도 적용할 수 있다. 단관은 수많은 재질로 다양한 크기와 형상으로 제조될 수 있다.

<그림 6-3> 단관을 이용한 슬립라이닝 삽입법

 

가) 강성벽 폴리에칠렌(solid-wall polyethylene)

강성벽 폴리에칠렌 단관은 이음부 설계에 따라 일정한 내경과 외경을 갖게 할 수 있으며, 직경이 작은 하수관거에 삽입할 때에는 기계식 추진기(machined screw)나 걸쇠식 이음부(snap-fit joint)를 사용할 수 있다. 이음부는 방수가 되도록 정확히 연결해야 하며 설치시 분리되지 않도록 해야 한다. 외경 1,575mm(63in)의 관까지 사용이 가능하며, 비교적 작은 작업구(pits)에서도 삽입이 가능하고, 관의 길이도 하나로 통일될 수 있다. 그리고 때로는 기존의 작업구를 통해 라이닝을 설치하기도 한다.

 

나) 프로파일벽 폴리에칠렌(profile wall polyethylene)

프로파일벽 폴리에칠렌은 6m(20ft) 길이로 제작되며, 탄성이 있는 방수 개스킷(elastomeric sealing gasket)을 이용해 삽구-수구(bell-and-spigot) 이음부의 형태로 연결되며, 내부 프로파일벽의 설계에 따라 일정한 내경과 외경을 갖게 할 수 있다. 잭킹 작업구는 보통 재킹 장비의 크기에 따라 다르나 내부 프로파일벽 관 쎄그먼트의 길이보다 대략 1.5m(5ft) 길게, 그리고 기존 하수관거의 외경보다 0.6m(2ft) 더 넓게 굴착해야 한다. 작업구에서 낡은 관의 상부 절반을 제거하여 라이너 관의 진입을 용이하게 하고, 기존 하수관 안으로 라이닝 관을 밀거나 끌어당긴다.

관을 삽입한 후 환형 공간에 압력식 그라우팅을 한다. 그라우팅을 할 때는 라이너 관의 붕괴를 막기 위해 약 34.5kPa(5psi)의 압력, 또는 관이 갖고 있는 강도의 약 1/3의 압력을 유지해야 한다. 하수관거 내에 약간의 하수가 있다 하더라도 라이너를 들어올릴 수 있으며 라이너를 상류 또는 하류로 삽입한다. 연결관 접합부나 가지관은 폴리에칠렌 연속관과 유사한 방법으로 재 작업한다.

적용 관경은 450～3,600mm(18～144in)까지 가능하며, 하나의 삽입구로부터 300m(1,000ft) 이상 삽입할 수 있다. 짧은 부분은 정상적으로 하수를 흘려 보내면서 곡관부에 삽입할 수 있다. 내부 프로파일은 장기적인 안정성을 확보하는데 주변 토양에 의한 지지력을 필요로 하는 연성관이다. 이것은 그라우트와 결합하지 않으므로 프로파일 폴리에칠렌으로 슬립라이닝을 하는 경우 연성관 설계이론을 이용하여 설계해야 한다.

 

다) 나선형 뼈대 폴리에칠렌(spiral rib polyethylene)

이 폴리에칠렌관은 6m(20ft)길이로 제작되며, 탄성이 있는 방수 개스킷을 이용해 삽구-수구 이음부의 형태로 연결된다. 기존관과 라이닝 사이의 공간과 라이너 파이프 설계요인에 따라 다양한 외부 프로파일을 나타내지만, 나선형 뼈대 설계를 이용하여 일정한 내경을 갖게 할 수 있다. 삽입구와 기타 삽입방법은 프로파일벽 폴리에칠렌관과 유사하다. 적용 관경은 455～3,660mm(18～144in)까지 가능하다. 나선형 뼈대 폴리에칠렌은 장기적인 안정성을 확보하는데 있어 주변 토양에 의한 지지력을 필요로 하는 연성관이고, 그라우트와 결합되지 않으므로 나선형 뼈대 폴리에칠렌으로 슬립라이닝 하는 경우 연성관 설계이론을 이용하여 설계해야 한다.

 

라) 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC)

폴리염화비닐은 3～6m(10～20ft) 길이로 제작된다. 또한 1m(3ft) 길이로 맨홀 내부에 삽입되기도 한다. 탄성이 있는 방수 개스킷을 이용해 삽구-수구 이음부의 형태로 연결된다. 하수를 우회시키기 위해 유제 시멘트(solvent cement)를 사용한다. 잭킹 작업구와 기타 삽입방법은 프로파일벽 폴리에칠렌관과 유사하다. 적용 관경은 100～900mm(4～36in)까지 가능하다.

폴리염화비닐은 장기적인 안정성을 확보하는데 있어 주변 토양에 의한 지지력을 필요로 하는 연성관이고, 그라우트와 결합되지 않으므로 PVC로 슬립라이닝 하는 경우 연성관 설계이론을 이용하여 설계해야 한다.

 

마) 유리섬유 강화 플라스틱(fiber-glass-reinforced plastic, FRP)

유리섬유 강화 플라스틱관은 보통 12m(40ft) 길이로 제작되지만 6m(20ft)와 18m(60ft) 규격도 있다. 유리섬유, 겉싸기(overwrap), 방수 마감(sealing closure)등을 통해 삽구-수구 이음부의 형태로 연결한다. 또한 개스킷 연결과 시멘트 이음도 가능하다. 홑섬유 감기(filament-winding) 제조공정을 통해 일정한 내부직경을 얻을 수 있다. 외경은 보통 원통 크기보다 큰 삽구(bell)의 크기로 조절되며, 잭킹 작업구와 다른 삽입방법은 프로파일벽 폴리에칠렌관과 유사하다.

적용 관경은 100～4,225mm(4～169ft)까지 가능하고, 잘 휘어지며, 여러 단면에 적용할 수 있다. FRP관은 연성관이며 장기적인 안정성을 확보하는데 있어 주변 토양에 의한 지지력을 필요로 하며, 그라우트와 결합하지 않으므로 FRP로 슬립라이닝 하는 경우 연성관 설계이론을 이용하여 설계해야 한다.

바) 보강 플라스틱 몰탈(reinforced plastic mortar : RPM)

보강플라스틱몰탈관(또는 보강열경화성수지, reinforced thermo- setting resin : RTRP)은 탄성이 있는 지수 개스킷을 이용해 삽구-수구 이음부의 형태로 연결된다. 제조 공정이 원심력을 이용하므로 외경이 일정하고 이음부가 약간 큰 관을 제조할 수 있다. 벽이 두꺼운 관을 사용할 때에는 외경을 일정하게 해야 하므로 이음부는 오목하게 들어가야 한다. 잭킹 작업구와 다른 삽입방법은 프로파일벽 폴리에칠렌관과 유사하다. 적용 관경은 450～2,400mm (18～96in)까지 가능하며 이 관은 좀처럼 휘어지지 않고, 원형 단면에만 사용할 수 있다.

RPM관은 연성관이며 장기적인 안정성을 확보하기 위해 주변 토양에 의한 지지력을 필요로 한다. 이것은 그라우트와 결합하지 않으므로 RPM관으로 슬립라이닝 하는 경우 연성관 설계이론을 이용하여 설계해야 한다.

 

사) 시멘트 라이닝 혹은 폴리에칠렌 라이닝 닥타일 주철관

닥타일 주철관은 6m(20ft) 길이로 제작되며 탄성이 있는 지수 개스킷을 이용해 삽구-수구 이음부의 형태로 연결한다. 제조 공정이 원심력을 이용하므로 제조된 관의 외경은 일정하다. 그러나 삽구는 몇 인치 정도 더 크게 하여 삽입크기를 조절해야 한다. 잭킹 작업구와 다른 삽입방법은 프로파일벽 폴리에칠렌관과 유사하다. 이 관은 잘 휘어지지 않으며, 적용 관경은 100～1,500mm(4～60in)까지 가능하다. 닥타일 주철관은 반강성(semirigid) 물질이므로 반강성관으로 설계해야 한다.

 

아) 강 관(steel pipe)

강관은 보통 12m(40ft) 길이로 제작되지만 6m(20ft) 규격도 있으며, 관 길이는 편평한 끝을 용접하여 길게 연결할 수 있다. 용접 이음부를 마감처리하기 위해서 시공하는 동안 반드시 하수우회시설을 설치해야 하며, 이음부의 용접은 삽입구에서 수행할 수 있다. 잭킹 작업구와 다른 삽입방법은 프로파일벽 폴리에칠렌관의 경우와 유사하다. 강관은 잘 휘어지지 않으며, 적용 관경은 100～3,600mm(4～144in)까지 다양하다. 강관은 연성 물질이므로 연성관으로 설계해야 한다.

 

3) 현장경화관(cured-in-place pipes, CIPP)

현장경화관 라이닝법은 반전방식(inversion process) 또는 미국에서 현재 많이 사용하고 있는 윈치방식(winching process)을 이용하여 연성 라이너를 하수관거에 삽입하는 것이다<그림 6-4>. 기존의 맨홀을 통해 라이너를 삽입하여 수압반전법, 윈치(견인)반전법, 공기압반전법 등의 방식을 선정한 후 설치한다. 수압반전법은 라이닝에 수압을 가하여 반전시키고 뜨거운 물을 순환시켜 경화시킨다. 윈치반전은 라이닝을 윈치로 집어넣고 수압을 이용해 라이닝에 반전된 유도호스(calibration hose)를 사용하여 라이닝을 하수관거 벽으로 팽창시킨다. 수압반전법과 마찬가지로 라이닝은 뜨거운 물을 순환시켜 경화한다. 공기압반전법은 공기압력으로 라이닝을 반전시켜 뜨거운 증기를 주입하여 경화시킨다.

<그림 6-4> 현장경화관 시공

 

현장경화관은 하수관거의 다양한 형상에 맞도록 제작할 수 있으며 약간의 변형이 가능하고 굴곡관에도 적용할 수 있다. 또한 현장경화관은 직경과 무관하다. 대형관의 경우 특별한 설치방법을 적용해야 하지만 대체로 CIPP를 사용하여 100～2,400mm(4～96in) 범위를 갖는 광범위한 관경의 하수관거를 성공적으로 라이닝할 수 있다. 그러나 대형관의 경우 벽의 두께가 두껍고 많은 양의 물을 사용해야 하기 때문에 대형관 전체를 고르게 경화시키기는 것은 쉽지 않다.

CIPP의 직경에 따라 다르지만 단 한번만의 삽입으로 수 천 피트까지 설치할 수 있다. 보통 24시간 이내에 CIPP를 삽입할 수 있으며, 유수는 다른 곳으로 또는 완전히 우회시켜야 한다.

라이닝은 기존 관거에 꼭 맞게 설계하여 별도의 그라우팅을 할 필요가 없어야 한다. 몰탈이 벗겨진 벽돌 하수관거에 충분한 양의 수지를 이용하면 벽돌작업에서의 국부적인 재 보수가 이뤄져야 한다. 이 경우 라이닝과 기존의 관거 사이의 결합력이 어느 정도 보완되는 장점도 있으나 이것으로 구조적인 성능이 강화되는 것은 아니다.

다중링 구조(multi-ring structures)로 된 벽돌 관거와 하수관거 주변의 토양 공극 혹은 느슨하게 결합한 그라우팅 부위를 강화시키기 위해 부가적인 그라우팅 작업을 해야 하는 경우가 있다. 그라우팅은 정해진 압력 하에서 실시되어야 하며 라이닝도 이에 맞게 설계해야 한다. 준비작업은 나무뿌리와 퇴적물을 제거하고 하수관거 내 물때를 없애며 잘못 연결된 침입관을 잘라내는 것이다.

라이닝의 일차적인 기능(구조적인 보강 또는 침투수의 저감)에 따라 라이닝을 사용하는 데는 한계가 있다. 기존 관거의 변형은 10 %이하로 제한되어야 한다. 라이닝은 편평한 부분이나 구석진 곳이 없고 전체가 오목한 벽을 갖는 하수관거에만 적용할 수 있다. 인접 맨홀까지의 구간에 관거 단면이 심하게 바뀌어 있지 않아야 한다(일부는 좁고 일부는 넓거나, 일부는 각지고 일부는 완만한 상태가 아니어야 한다). 이때 라이닝을 하지 않은 지선 하수관거로 지하수가 침입할 수 있다. 또한 시공계약서의 경쟁 입찰 때 보안을 유지하는 것도 중요하다.

미국재료시험학회(American Society for Testing and Materials) 는 CIPP 라이닝에 대한 표준사양을 제시하고 있다(ASTM F1216). 이 표준의 첫 번째 항은 Insituform공정에 기초하고 있으며, 다른 제조업체의 공정을 이용할 경우에는 약간의 수정을 가할 필요가 있다. 미국에는 이러한 라이닝에 대한 표준자재사양이 없으므로 오로지 제조업자와 엔지니어의 경험에 따른 지침서에 의존할 수밖에 없다.

CIPP는 연성관이며 장기적인 안정성을 확보하기 위해 주변 토양에 의한 지지가 필요하므로 연성관 설계이론에 따라 설계한다.

 

4) Nu관과 U형 라이닝 변형관(Nu-pipe & U-liner deformed Pipe)

변형관 시스템(deformed pipe system)을 기존 하수관거에 꼭 맞도록 하기 위해 하수관거 안으로 HDPE 또는 PVC 열경화 U형관(HDPE or PVC thermoplastic U-shaped pipe)을 삽입해야 한다(Steketee, 1988 ; Ledoux and Catha, 1988). 설치방법은 <그림 6-5>에 예시된 것과 같다.

<그림 6-5> 변형관

 

이 관은 접혀진 형태이거나 재래식 원통형을 열 기계 도구를 이용하여 접혀진 상태이다. 따라서 그 단면이 최종단면보다 훨씬 작기 때문에 삽입하기가 쉽고, 하수관거 내에 꼭 맞는 관이 될 수 있다. 라이닝을 다시 둥글게 만들어 주기 위해 열과 증기압으로 처리하여 관을 팽창시킨다.

라이닝은 HDPE의 경우 관경 범위가 50～450mm(2～18in)까지 가능하고, PVC의 경우 100～300mm(4～12in)까지 가능하다. 직경에 따라 다르지만 라이닝을 최고 1,500m(5,000ft)까지 연속하여 설치할 수 있다.

라이닝은 기존 관거와 측면 지지력을 제공하는 주변토양과 함께 연성관으로 구조를 설계해야 한다. 비뚤어진 이음부에서 라이닝 재료가 어떤 편심하중을 받을지 알 수 없기 때문에 라이닝의 효율에 대해 특별한 주의를 기울여야 한다.

 

5) 롤다운 변형관과 스웨이지다운 변형관

(rolldown and swagedown deformed pipe)

변형관을 이용하는 라이닝 시스템은 기존 관거 내에 설치가 가능하도록 직경을 감소시킨 재래식 원형 폴리에칠렌관을 이용한다. 롤다운 변형관과 스웨이지 라이닝을 <그림 6-6>과 <그림 6-7>에 각각 나타내었다. 직경이 원래의 크기로 복원될 때 기존 관거에 꼭 맞게 형성되므로 관거의 통수용량이 증가하게 된다. 이 시스템은 원래 가스 본관의 보강을 위해 고안되었고 재래식 연속 슬립라이닝 공법을 변형한 것이다.

<그림 6-6> 롤다운과 삽입의 일반적인 배치

<그림 6-7> 스웨이지 라이닝

 

롤다운 시스템은 현장에서 관을 차가운 상태로 감아서 재래식 슬립라이닝 방식으로 삽입이 가능할 정도로 충분히 관경을 줄인다(Horne, et. al., 1987). 삽입 후 라이닝에 압력을 가하여 관을 원래의 크기로 환원시키면 결과적으로 관 내부에 꼭 맞게 된다. 롤다운 기계는 5대의 롤러로 되어 있어 관을 밀거나 당기면서 관경을 점진적으로 감소시키도록 되어 있다.

스웨이지 라이닝은 융해 접착한 폴리에칠렌(fusion-welded PE)을 스웨이지 라이닝 기계(swagelining machine)에 열을 가하면서 통과시키고 난 다음 스웨이징 거푸집에 통과시킨다. 이 작업을 통해 관경이 7～15% 감소한다. 그 다음 재래식 슬립라이닝 방식을 이용해 구관 안에 신관을 잡아당겨 삽입한 후 관을 팽창시켜 구관에 꼭 맞게 한다. 이때 작업을 신속히 수행하기 위해 관에 압력을 가할 수도 있다. 적용 관경은 50～600mm(2～24in)의 범위까지 가능하다. 라이닝은 기존 관거와 측면 지지력을 제공하는 주변 토양과 함께 연성관으로 구조설계를 한다.

 

6) 제관공법(spiral-wound pipe)

제관공법은 맨홀 바닥 또는 유도 샤프트(access shaft)에서 조립하여 파이프를 삽입한다(Menzel, 1988). PVC띠가 와인딩 머신(winding machine)으로 들어가 여러 롤러를 통과하면서 원하는 크기로 관이 성형된다. 나선형 이음부는 연동 PVC 클립(interlocking PVC clip)과 한 쌍의 고무 개스킷 또는 물을 묻혀 사용하는 폴리우레탄 접착제로 만들어진다. 이 공법은 문자 그대로 기존 관거 내부로 관을 감아 넣으며(와권형) 시멘트 재질의 그라우트를 주입한다. 이 공법은 세 가지의 기본형태가 있는데 사람이 들어갈 수 없는 관거에는 원격제관, 대형관거에는 인력식 제관과 수동식 패널설치형(manually installed panels) 등이 있다.

제관공법은 표면처리가 아주 깔끔하며 매우 다양한 관경에 적용될 수 있다. 그러나 연속적인 관 이음부를 통해 침투수와 나무뿌리가 침입할 수 있는 잠재적인 통로가 형성될 수 있다. 큰 직경의 관에 침투수가 많다면 설치하기 전 혹은 설치할 때 이에 대한 제어법이 고려되어야 할 것이다.

라이닝은 기존관과 측면 지지력을 제공하는 외부 토양과 함께 연성관으로 구조 설계되어야 한다.

 

2.1.2 쎄그먼트 라이닝(segment lining)

 

쎄그먼트 라이닝은 직경이 1,050mm(42in)보다 더 큰 하수관거에 적합하며 매우 다양한 형태에 적용할 수 있다. 구조적인 이유로 인해 이음부가 관정 근처에 위치해서는 안 된다. 쎄그먼트는 뚜껑이 제거된 맨홀을 통하거나 또는 접근이 용이하지 않을 경우 특별히 제작된 작업구를 통해 설치된다.

쎄그먼트는 건조한 상태 혹은 물이 거의 없는 상태에서 설치해야 하므로 유수방향을 분산시키거나 하수를 우회시켜야 한다. 라이닝과 기존 관거 사이의 환형 공간에는 비교적 낮은 압력(34.5kPa(5psi))에서 고강도 그라우트를 주입한다. 쎄그먼트 라이너는 부식에 대한 저항성을 높이기 위해 다양한 여러 가지 재질로 만들어진다. 얇은 라이닝은 부식방지를 위해 현장타설 콘크리트(cast-in-place concrete)와 조합하여 사용할 수 있으며, 설치 후 주변지반에 그라우트를 주입할 수도 있다. 쎄그멘탈 라이닝은 기존 관거와 그라우트가 함께 작용하는 복합 라이닝으로 설계한다.

 

1) 유리섬유 강화 시멘트(fiber-glass-reinforced cement, FRC)

유리섬유 강화 시멘트 라이닝은 직경 1,050mm(42in) 이상의 하수관거에 적용하기 위해 얇은 판으로 제작된다. 이 판은 기존 관거를 세정하고 탈수시킨 후, 원주방향 이음부와 종방향 이음부를 중첩하여 길이 1.2～2.4m(4～8ft)로 만들어진다. 쎄그먼트의 끝은 관로에 꼭 맞도록 스크류나 충격식 못총으로 미리 구멍을 뚫는다. 쎄그먼트 링을 간격띄움 장치에 고정시키고 최종 조립 후 시멘트 그라우팅을 한다. 그라우팅 작업을 하는 동안 내부를 지지할 필요가 있다.

FRC 라이닝은 경사, 단면, 기능저하 등의 변화에 대응할 수 있는 유연성이 있다. 라이닝은 토양과 교통하중을 지지할 수 있도록 설계되어야 하며, 이 때 접착력이 중요한 변수로 작용한다. 부드러운 내부 표면은 벽돌 하수관거의 통수능을 늘릴 수 있으나 다른 재질의 하수관거처럼 오랜 기간이 지나면 부착물로 덮이게 될 것이다. 쎄그먼트 부분은 가볍고 다루기 쉽지만 노동집약적이고 설치시간이 오래 걸린다.

 

2) 유리섬유 플라스틱(fiber-glass-reinforced plastic, FRP )

유리섬유 플라스틱은 FRC 라이너와 유사하지만 부식에 강하고 하수와 가스의 침투를 막는데 좋은 효과를 나타낸다. 쎄그먼트는 비교적 가볍고 설치하기 쉽다.

 

3) 강화 플라스틱 몰탈(reinforced plastic mortar, RPM/RTRP)

플라스틱 몰탈은 FRP 라이너와 유사하며 FRP 라이닝과 동일한 수지와 유리섬유를 사용하지만, 혼합물에 미세모래와 수지 몰탈을 사용하며 지속적으로 혼합하여야 한다.

 

4) 폴리에칠렌(PE)

폴리에칠렌 시트는 관로 상부 안쪽 원주의 270°혹은 300°정도 덮여질 수 있도록 설치된다. 이 시트는 보통 길이가 6m(20ft)이고 원주형으로 하나 또는 두 개의 세그먼트로 구성된다. 시트를 완전히 세정한 관은 스테인리스 스틸의 볼트 혹은 관거 벽의 남은 부분에 연결된 핀으로 부착시킨다. 시트 사이의 원주 이음부와 세로 이음부는 특수융해용접으로 접착된다. 끝 부분의 방수를 위해 압출성형 또는 맞대기 용접을 하는데, 이 방법은 맨홀과 다른 구조물을 보호하는 데에 사용되기도 한다. 이 기술은 구조적인 보강을 위한 것이 아니며 일차적으로 부식을 방지하기 위해 사용되지만 침투수의 제어에는 적합하지 못하다.

 

5) 폴리염화비닐(PVC)

폴리염화비닐 시트는 폴리에틸렌과 유사한 방법으로 시공한다. 이 방법은 구조적인 보강을 고려한 것이 아니며 일차적으로 부식을 방지하기 위해 사용된다.

 

6) 강 관

끝이 편평하고 길이가 6m(20ft)되는 용접 강관을 세로로 잘라 유도 삽입구에 내린 후 세로로 자른 강관을 접어 총 직경을 축소시켜 들어가기 쉽게 만든다. 바퀴에 장착한 이동식 운반기로 라이닝 쎄그먼트를 라이닝될 지점까지 옮기고, 여기서 라이닝을 팽창시킨 후 라이닝 바깥 면에서 용접하거나 기존 관로의 바닥에서 비스듬히 용접된 막대를 이용하여 기존 관거와 중심을 일치시켜 고정시킨다. 세로방향의 이음매는 맞대기 용접으로 접합하고, 인접해 있는 쎄그먼트의 끝은 갈아내거나 맞대기 용접을 한다. 라이닝 쎄그먼트의 위치를 설정한 후, 신관과 구관 사이의 공간을 그라우팅하는데, 일반적으로 라이닝에 있는 그라우팅 구멍을 통해 그라우트를 주입한다.

 

2.1.3 구조적 코팅과 비구조적 코팅(structural and nonstructural coatings)

 

현장 코팅은 기존 관거의 강도를 증가시키거나, 부식 또는 마모로부터 기존 관거의 구조물을 보호함으로써 관거의 사용연한을 늘리기 위해 사용된다. 또한 이 방법은 통수용량을 개선하기도 한다.

코팅작업을 할 때는 직경이 1,200mm(48in)보다 큰 하수관거에 대해서만 숏크리트와 현장타설 콘크리트를 사용한다. 침투수량이 많은 경우 작업이 어렵기 때문에 작업전과 작업중 각각에 대한 제어법이 필요하다.

 

1) 강화 숏크리트(reinforced shotcrete)

숏크리트 코팅은 콘크리트나 몰탈을 호스를 통해 이동시켜 대상 표면에 고속으로 압축분사 하는 것이다. 숏크리트는 습식혼화공정과 건식혼화공정 두 가지가 있으며, 숏크리트라는 용어는 보통 습식공정을 말하고, 건식공정에 대해서는 구나이트라는 용어를 사용한다. 숏크리트 라이닝과 구나이트 라이닝은 구조적 강도와 내부식성 및 수리적 기능을 향상시킨다.

현장 숏크리트와 구나이트 라이닝은 직경이 큰(1,200mm(48in)이상) 관로와 맨홀, 또는 다른 구조물에 사용한다. 내부식성을 향상시키기 위해 여러 가지 쎄그먼트 라이닝을 마감 시멘트와 조합하여 사용할 수도 있다. 구나이트 또는 숏크리트 라이닝의 전형적인 단면은 <그림 6-8>에 나타나 있다.

<그림 6-8> 구나이트 혹은 숏크리트 벽 구조

 

숏크리트와 구나이트 공정은 유사한 재료를 사용하며, 철강이나 그물 모양의 망을 사용하여 균열 발생을 제한하고 구조적인 강도를 향상시킨다. 여러 가지 액상 중합체는 결합강도와 내부식성을 향상시키고 흡수성과 투수성을 저감시킬 수 있다. 전형적인 혼합비는 <표 6-7>에 나타나있다.

 

<표 6-7> 숏크리트와 구나이트의 전형적인 혼합비

습식혼합(숏크리트)설계
재료	혼합량/(cu yd)
시멘트 (I, II 혹은 V형) 3/8 inb 직경 자갈 콘크리트 모래 수퍼 가소제(선택사양) A.E.A. 액체 가속제(선택사양) 물	750 lba 800 lb 2,040 lb 표준량 4～7 % 공기에 해당되는 요구량 시멘트의 3-5 % 무게 286 lb
건식혼합 (구나이트) 설계
시멘트(I, II 혹은 V형) : 콘크리트 모래 = 1 : 3～4.5 가속제/혼합물(선택사양) 최대 4 갤런c의 물

a : lb × 0.4536 = kg

b : in × 25.40 = mm

c : gal × 3.785 = L

시멘트 한 포대 당 11～13L(3～3.5gal) 이하의 물이 필요한 숏크리트는 수축이 적고, 또 원래 밀도의 두 배까지 밀도를 증가시킬 수 있으며, 현장타설 콘크리트나 인력으로 타설 한 콘크리트와 동일한 강도를 갖는다. 고밀도와 저투수성으로 인해 물이 통과되는 양은 5%미만이다. 숏크리트는 보통 콘크리트보다 내산성이 있으며 공극률을 현장타설 콘크리트의 50%미만으로 할 수 있는 장점이 있다.

 

2) 현장타설 콘크리트(cast-in-place concrete)

철근콘크리트 혹은 무근콘크리트 라이닝은 다양한 수로 형태에 효과적으로 적용할 수 있는 보강법이라 할 수 있다. 콘크리트를 타설할 때는 슬립형 또는 고정형 거푸집 시공법을 사용한다. 이 공법은 효과적으로 재료를 다루기 위한 적절한 진입로가 있는 대형관거(직경 1,200mm(48in)이상)에 적용할 수 있으며, 보수․보강을 하기 전에 하수관거는 완벽하게 세정, 탈수되어야 한다.

설계된 철근 보강물은 시공할 때는 기존 관거에 부착할 수 있다. 콘크리트를 타설 하기 전, 벽의 마감부분에 거푸집을 설치한다. 철근 또는 무근콘크리트는 기존 관거에 구조적인 보강 목적에 따라 설계될 수 있으며, 그 구조적인 상태에 따라 철근 보강의 필요성이 결정된다. 보강 철근으로는 용접으로 미리 조립된 단층 혹은 여러 층의 와이어 망이거나 기존관 벽에 부착된 손으로 조립한 철근골조 등이 이용된다. 새로운 콘크리트 벽은 설계방식에 따라 두께가 변할 수 있다. 콘크리트 혼합비도 변할 수 있으며 내부식성 첨가제와 시멘트가 사용될 수도 있다. 또한 쎄그먼트 라이닝을 거푸집으로 사용하여 내부식성을 향상시킬 수 있으며, 미리 제작한 인버트 판을 사용할 경우도 있다.

폴리염화비닐이나 다른 플라스틱 라이너는 고농도의 황화수소가 존재하는 악조건인 환경에서 내부식성 효과를 높일 수도 있다.