< Previous8 자연,터널 그리고 지하공간 존경하는 한국터널지하공간학회 회원 여러분! 저는 역대 회장님들이 잘 만들어 놓으신 우리 학회를 잘 계승 발전시켜야 한다는 소명감으로 이상으로 언급한 핵심사항들에 대해 임기기간 동안 성심을 다해 추진하겠습니다. 회원여러분의 많은 참여와 독려를 부탁드리고, 저의 작은 노력이 회원님들의 권익과 발전에 적게나마 이바지되기를 바랍니다. 감사합니다. 제14대 한국터널지하공간학회 회장 이 석 원제2강. 터널공사 리스크 관리 가이드라인 Vol. 22, No. 2 9 지금까지 지하터널공사에서의 리스크 관리에 대하여 살펴본 바와 같이, 리스크 평가 및 관리에 대한 체계적인 방법과 시스템 그리 고 프로젝트의 적용은 영국, 싱가포르와 같은 해외 선진국을 중심으로 수행되고 있음을 볼 수 있다. 특히 대형 프로젝트에서의 공기 및 공사비에 대한 공학적인 분석이 리스크 평가를 기반으로 수행되고 있으며, 설계/시공 단계에서의 터널공사 안전관리에 리스크 제8강 해외 터널공사에서의 리스크 평가 및 관리 적용 사례 Case Review on Risk Management System in Overseas Tunnel Projects 김영근 (주)건화 기술연구소/지반터널부 연구소장/전무/공학박사/기술사 싱가포르 케이블 터널 프로젝트에서의 안전 리스크 관리 캐나다 나이아가라 터널 프로젝트에서의 정량적 리스크 평가 호주 멜버른 철도 프로젝트에서의 환경 리스크 평가10 자연,터널 그리고 지하공간 특집 기술강좌: 지하터널공사 리스크 안전 관리 제8강. 해외 터널공사에서의 리스크 평가 및 관리 적용 사례 분석결과를 적극적으로 활용하고 있다. 또한 안전뿐만 아니라 대규모 터널 프로젝트에서의 환경 리스크 평가에도 의무적으로 적용되 고 있다. 이는 리스트 분석 및 평가방법이 지하터널공사의 모든 단계 및 모든 분야에서 적용됨으로서 보다 공학적인 절차와 정량적인 결과로부터 프로젝트를 안전하고 효율적으로 수행하고자 하는 것이다. 본 고에서는 해외에서 수행되고 있는 터널 프로젝트를 중심으로 리스크 평가기반의 안전관리시스템, 공사/공사비에 대한 프로젝트 리스크 분석 그리고 도심지 터널공사에서의 환경 리스크 평가사례 분석을 통하여 리스크 평가의 실제 적용성을 기술하고자 하였다. 1. 싱가포르 케이블 터널 프로젝트에서의 리스크 안전관리 싱가포르에서의 프로젝트 안전성 검토(Project Safety Review, PSR)는 터널 사업의 시공 설계 및 사업관리에 리스크 확인 및 완화 원칙을 적용하고 설계단계부터 인계단계까지 체계적인 리스크 관리 접근방법을 수립하는 것을 목적으로 한다. 모든 단계에서 위험요 소를 식별하고 가능한 경우 이를 제거해야 한다(그림 1). • 설계 안전 승인 보고서(CDSS) : 영구 및 임시 공사의 상세 설계와 특정 계약에 따른 제안된 공법 방법론 및 조치가 관련 식별된 위험요소와 새로 식별된 시공 및 유지관리 위험요소를 다루었음을 입증한다. • 시공 안전 승인 보고서(CNSS) : CDSS에서 전달된 잔류 위험요소가 시공 단계에서 완화되었고 시공자가 안전 리스크 관리를 위해 필요한 준비를 하고 있다는 것을 입증한다. 싱가포르에서의 모든 건설공사에서의 안전관리를 철저히 수행하도록 하고 있으며, 이를 체계화 한 것이 그림 2에서 보는 바와 같이 LTA의 종합안전관리시스템(Total Safety Management System)이다. 이 시스템은 주요 리스크를 식별하고 나타내어 원천적으로 리스 크를 감소하도록 하며, 모든 공사와 관련된 사람과 일반주민을 보호하고 각 주체로 부터의 리스크를 검토하는 과정을 확인하도록 하고 있다. <그림 1> PSR and safety submissionVol. 22, No. 2 11 제8강. 해외 터널공사에서의 리스크 평가 및 관리 적용 사례 <그림 2> Total safety management system (LTA) 1.1 싱가포르 케이블 터널 프로젝트에서 리스크 안전관리 싱가포르 Transmission Cable Tunnel 공사는 안정적인 전력공급을 위해 싱가포르 동서(EW) 16.5km 및 남북(NS) 18.5km을 가로 지르는 지하 전력구 터널을 건설하는 프로젝트이다. 발주처는 싱가포르에서 전력 및 가스 공급 및 배송 사업을 수행하는 Singapore Power 산하 기관인 SP Power Assets(SPPA)이다. 본 프로젝트는 NS 3구간 EW 3구간의 총 6공구로, 그 중 NS2 공구는 North-South line의 중간인 Mandai에서 Ang Mo Kio 까지를 잇는 총 연장 5.38km의 터널 구간이다(그림 3). 본 공사는 그림에서 보는 바와 같이 기존의 Sembawang road와 Upper Thomson road 하부를 따라 굴착되는 6m 내경의 TBM Tunnel 및 M&E설비가 주된 공종이며, Ang Mo Kio, Mandai 2개소의 환기동 및 수직구, Tagore의 장비동 및 수직구를 각각 포함하고 있다. 각각의 수직구는 TBM 운용 및 반출을 위한 횡갱(Adit tunnel)과 접속갱 (Enlargement tunnel)을 포함한다. NS1 공구와 연결되는 Mandai shaft에서 3.15km 굴착 연장을 가지는 TBM 1호기, NS3 공구와 연결되는 Ang Mo Kio shaft에서 2.23km 굴착 연장을 가지는 TBM 2호기를 각 각 발진하여 Tagore shaft에서 회수할 계획이다. <그림 3> 싱가포르 Transmission cable tunnel 프로젝트 노선도12 자연,터널 그리고 지하공간 특집 기술강좌: 지하터널공사 리스크 안전 관리 제8강. 해외 터널공사에서의 리스크 평가 및 관리 적용 사례 본 프로젝트에서는 과거 시공사례 및 과업구간의 지반조건 등을 고려하여 TBM 장비를 선정하였으며, 토압식(EPB)에 비해 상대적 으로 디스크 커터의 마모가 적으며 복합지반에 효과적으로 적용할 수 있고, 굴진시 고수압에 효과적으로 대응할 수 있는 이수식 (Slurry) 쉴드 TBM을 선정하였다(그림 4). 0.5~4.5RPM의 Cutter Head 회전속도를 가지는 직경 6.88m의 TBM이 굴착에 운용되며, 32개의 Jack을 통해 세그먼트로부터 얻는 TBM 최대 추력(Thrust Force)은 51,200kN이다. 그림 4에서는 본 과업에 적용되는 TBM의 면판설계 상세를 보여주고 있다. Mandai~Tagore 구간에서 출현하는 복합지반 및 단층대 탐사를 위해 Probe-dilling을 실시한 뒤, 필요에 따라서는 효과적인 Intervention 작업을 위해 갱내 그라우팅 장비에 의한 약액주입 공법을 적용하여 굴진면의 안정성을 확보함 은 물론, Double Air Lock System으로 장비 주행 정지 없이 Intervention 작업을 진행하여 굴진율 향상을 도모하였다(그림 5). <그림 4> 싱가포르 Transmission cable tunnel NS2 - TBM 터널 <그림 5> 싱가포르 Transmission cable tunnel NS2 - 공사 개요 1.2 리스크 관리 시스템 본 프로젝트에 채택된 리스크 관리 시스템은 발주처인 싱가포르 전력(SPPA)의 일반 시방서 - 부록에 명시된 SPPA의 위험요소 및 리스크 평가 프로세스에 따른다. 리스크 관리시스템은 다음의 방법론과 과정을 포함한다. 개별 리스크의 평가는 확률, 영향, 원인 및 가능한 완화 조치에 대한 설명에 기초하며, 이러한 정보는 설계자(QPD)에 의해 작성된 설계안전 승인보고서(Civil Design Safety Submission, CDSS)부록에 수록된 리스크 등록부에 기록된다. 확률 및 영향 평가에 표준 Vol. 22, No. 2 13 제8강. 해외 터널공사에서의 리스크 평가 및 관리 적용 사례 리스크 지수 시스템을 사용한다. 리스크가 식별되고 표 1에 제시된 사고 빈도와 표 2에서 제시한 사고 심각성에 각 위험요소에 관련된 리스크 지수를 할당하여 등급을 결정하고 어떤 리스크를 통제하고 주의를 필요로 하는지 결정한다. 각각의 리스크는 표 3의 리스크 매트릭스 시스템과 표 4의 리스크 허용기준에 따라 평가된다. 리스크 등록부 구조와 위험요소 로그의 용어 정의는 계약 일반 시방서 부록 M에 표시되었다. <표 1> Accident frequency LikelihoodRatingDescription FrequentILikely to occur 12 times or more per year ProbableIILikely to occur 4 times per year OccasionalIIILikely to occur once a year RemoteIVLikely to occur once in 5 year <표 2> Accident severity NoConsequenceRatingDescription (*) 1CatastrophicI ∙ Fatality, fatal diseases or multiple major injuries; or ∙ Loss of whole production for greater than 10 calendar days; or ∙ Total loss in excess of S$3 million. 2CriticalII ∙ Serious injuries of life-threatening occupational disease (includes amputations, major fractures, multiple injuries, occupational cancer, acutue poisoning); or ∙ Damaged to works or plants causing delays greater than 3 but up to 10 calendar days; or ∙ Total loss in excess of S$1 million but up to S$3 million. 3MarginalIII ∙ Injury requiring medical treatment or ill-health leading to disability (including lacerations, burns, sprains, minor fractures, dermatitis, deafness, work-related upper limb disorders); or ∙ Damage to works or plants causing delays greater than 1 but up to 3 canlendar days; or, ∙ Total loss in excess of S$0.3 million but up to S$1 million. 4NegligibleIV ∙ Not likely to cause injury or ill-health, or requiring first-aid only (including minor cuts and bruises, irritation, ill-health with temporary discomfort); or ∙ Damage to works or plants causing delays up to 1 calendar day; or ∙ Total loss of up to S$0.3 million. Note: (*) If more than one of the descriptions occurs, the severity rating would be increased to the next higher level. Applicable to item numbers 2 and 3 only. <표 3> Risk index matrix Accident severity category IIIIIIIV CatastrophicCriticalMarginalNegligible Accident frequency category IFrequentAAAB IIProbableAABC IIIOccasionalABCC IVRemoteBBCD <표 4> Risk acceptance criteria AIntolerable Risk shall be reduced by whatever means possible BUndesirable Risk shall only be accepted if further reduction is not practicable CTolerable Risk shall be accepted subject to demonstration that the level of risk is as low as reasonably practicable DAcceptable Risk is acceptable14 자연,터널 그리고 지하공간 특집 기술강좌: 지하터널공사 리스크 안전 관리 제8강. 해외 터널공사에서의 리스크 평가 및 관리 적용 사례 싱가포르 SPPA의 리스크 평가방법의 특징은 국제터널협회(ITA)에서 제시한 가이드인 5×5 리스크 매트릭스를 사용하지 않고, 본 프로젝트의 특성과 발주자의 경험 등을 고려하여 4×4 리스크 메트릭스를 사용한다는 점으로, 싱가포르의 경우 발주자 마다 고유한 리스크 평가방법을 제시하고 있다. 이는 입찰안내서 및 계약 일반시방서안에 분명하게 명기되어 있음으로 입찰단계에서부터 프로젝트에 대한 제반 리스크 요인을 분 석하게 하고, 이를 명확하게 평가하는 기준을 제시하여 설계단계 및 시공단계에 이르기까지 관리하도록 하고 있다. 1.3 TBM 터널링에 대한 리스크 평가 결과 여기에 기술한 리스크 분석 및 평가사례는 TBM 굴진에 대한 사례이다, 참고로 싱가포르의 경우 공사 특성(가시설, TBM, SCL 터널 등)에 따라, 그리고 공정(TBM의 경우 초기 굴진, 메인 굴진, 도달 및 관통 등)에 따라 리스크를 세분하여 분석하여 평가하도록 하는 것이 특징이다. 다시 말하면 프로젝트에 관련된 모든 공사와 공정에 따라 리스크 평가를 기반으로 하는 안전관리가 철저하게 이루어지 며 이것이 바로 PSR이다. 1.3.1 위험요소 식별과 리스크 등록부 표 5는 전형적인 리스크 등록부를 보여준다. 이는 설계자 또는 시공자가 프로젝트 특성과 지질/지반 특성을 고려하여 위험요소를 작성하며, 각각의 위험요소에 대한 발생빈도와 결과 심각도를 고려하여 리스크를 평가한후 이에 대한 구체적인 리스크 저감대책을 기술하도록 되어 있다. 표 6은 이를 정리한 것으로 TBM 굴진에 따른 주요 위험요소를 보여준다. <표 5> Risk resister for TBM drive (CDSS)Vol. 22, No. 2 15 제8강. 해외 터널공사에서의 리스크 평가 및 관리 적용 사례 <표 6> Hazard identification for TBM drive (CDSS) IDRisk registers B38.1Tunnel face instability in tunnelling B38.2Excessive water ingress and high water pressureGeo-Risk B38.3TBM trouble due to blocky rockGeo-Risk B38.4TBM trouble due to high strength rockGeo-Risk B38.5TBM trouble due to mixed faceGeo-Risk B38.6TBM trouble in weak zone associated with faultGeo-Risk B38.7Groundwater drawdown induced tunnelling B38.8 Ground settlement induced tunnelling B38.9 Building and utility damage induced ground settlement B38.10Cutter-head intervention in unplanned zone B38.11Segment lining crack and damage 1.3.2 리스크 저감대책과 조치 표 7은 TBM 터널굴진에 대한 주요 리스크와 이에 대한 저감대책과 조치를 정리한 것이다. 표에서 보는 바와 같이 총 11개의 리스크 로 구분하고 각각의 리스크에 대한 저감대책과 이후 조치가 정리되어 있음을 볼 수 있다. 그림 6에는 각각의 리스크에 대한 상세 대책을 보여주고 있다. <표 7> Risk mitigation and action for TBM drive (CDSS) RiskMitigationFuture action B38.1 Tunnel face instability Specify face pressure Monitoring and coordination Probing drilling Additional SI Ground grouting (ground improvement) Quality control B38.2Excessive water ingress and high water pressure Review for actual rock condition Specify parameter B38.3TBM trouble due to blocky rock Review for actual rock condition Specify parameters and committee B38.4TBM trouble due to high strength rock Review for actual rock condition Specify parameters and committee B38.5TBM trouble due to mixed face Specify parameters Monitoring review and committee B38.6TBM trouble in weak zone Specify actual ground condition Expert TBM engineer B38.7Groundwater drawdown Monitoring review Specify parameter and assessment B38.8Ground settlement Monitoring careful review Specify parameter and assessment B38.9Building and utility damage Monitoring careful review Specify parameter and assessment B3810Cutter-head intervention Monitoring careful review Impact assessment B38.11Segment lining crack and damage Review the design condition Specify parameters and committee16 자연,터널 그리고 지하공간 특집 기술강좌: 지하터널공사 리스크 안전 관리 제8강. 해외 터널공사에서의 리스크 평가 및 관리 적용 사례 <그림 6> Identified risks and mitigation measures (CDSS) 이는 설계자 및 시공자 관점에서 설계 및 시공 중에 예상되는 주요 리스크와 이에 대한 대책방안을 평가하는 절차로서, 일반적인 리스크에서부터 특정한 리스크에 까지 다양한 리스크를 구분하고 식별하여, 이에 대한 기술적인 대책을 설계자와 시공자가 공유하고 각각의 주체가 리스크를 분담하도록 하는 체계적인 의사결정과정으로 CDSS와 CNSS과 독립적인 아닌 유기적인 상호 컴뮤니케이션 형태로 운영된다. 1.3.3 리스크 지수 메트릭스 그림 7은 TBM 터널굴진의 리스크 평가결과를 보여주는 리스크 지수 매트릭스다. 그림에서 보는 바와 같이 처음 식별되고 구분된 각각의 위험요소에 대하여 대책이전의 리스크를 평가결과와 대책이후의 리스크 평가 결과를 나타냄으로서 구체적인 기술적인 대책을 통하여 당초 리스크(initial risk)과 잔류 리스크(residual risk)로 저감되거나 제거되거나 관리되는 리스크로 전환되었음을 보여준다. 여기서 중요한 것은 리스크 저감을 위한 대책을 적용함에 있어 설계자, 시공자 및 발주자의 상호 협의과정이 필수적이라는 것이다. 대부분의 리스크 저감대책은 공사비의 증가를 가져오는 경우가 많기 때문에, 얼마나 합리적인 리스크 허용 수준(As Low As Reasonably Practical, ALARP)으로 낮추느냐가 관건으로 설계자 및 시공자 그리고 발주자의 실제적인 협의와 이해가 가장 중요한 것이다. 이러한 리스크 지수 매트릭스를 사용하는 리스크 평가 관리방법은 현장에서 실무적으로 적용할 수 있는 방법으로 발주자에 대한 이해뿐만 아니라 제3자인 일반주민들에게도 이해의 툴로서 상당한 유용하게 사용됨을 볼 수 있다.Vol. 22, No. 2 17 제8강. 해외 터널공사에서의 리스크 평가 및 관리 적용 사례 <그림 7> Risk index matrix (CDSS) 1.3.4 싱가포르에서의 리스크 평가와 안전관리 지금까지 기술한 내용으로부터 싱가포르에서의 안전관리의 핵심은 리스크 평가임을 알 수 있다. 다시 말하면 프로젝트의 모든 공정 의 각 단계에서의 요구되는 CDSS와 CNSS 보고서에는 반드시 리스크 평가내용을 기술하도록 하게 함으로서, 모든 공사과정에 대한 위험요소를 구분 식별하게 하고, 이를 공학적인 기준하에 기술자가 주체적으로 평가하도록 하여 프로젝트 리스크를 지속적으로 관리 하도록 하는 안전관리시스템이 모든 공사현장에 적용되고 있다. 또한 이러한 프로젝트의 안전관리는 단순히 시공자의 몫이 아니라 프로젝트 기획단계에서부터 유지관리단계에 이르기까지 설계자, 시공자 및 발주자 등의 모든 관련 기술자들이 직접 참여하고 협업하 도록 하고 있다. 2. 캐나다 나이아가라 터널 프로젝트에서의 정량적 리스크 평가 본 사례는 나이아가라 터널 프로젝트(Niagara Tunnel Project, NTP)의 공기와 공사비에 대한 리스크 분석을 제공하기 위해 캐나다 온타리오 발전(Ontario Power Generation, OPG)에 의해 작성된 것으로, 여기서는 정량적 리스크 평가를 중심으로 기술하고자 한다. 본 리스크 평가는 설계-시공 제안서 작성 단계에서 작성되었으며, 프로젝트가 진행됨에 따라 일부 리스크는 없어질 수 있으며, 추가 리스크가 발생할 수 있으므로 리스크 등록부에 이를 반영하도록 한다. 본 리스크 평가의 세부적인 결과는 또한 시공 중에 발주처인 OPG에 리스크 완화하고 모니터링을 위한 도구를 제공할 것이다.Next >