< Previous28 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 고유동 속경형 채움재를 이용한 지중관로 폐관 시공사례 소개 (a) 경화 전 (b) 경화 후 <그림 1> 속경형 고유동 채움재의 경화 전/후 SEM 사진 2.2 시험항목 및 품질 기준 동공 채움재로 사용하기 위해서는 고유동성, 재료분리 저항성, 압축강도를 확보하여야 한다. 고유동 속경형 채움재의 성능을 평가하기 위하여 채움재와 물과의 혼합비를 1:1.6~1:2.0로 변화시키며 유동성, 블리딩, 흐름정지 시간 및 압축 강도를 측정하였다. 유동성은 원활한 주입을 위해 유하시간 20초 이내를 목표로 하였으며, 압축강도는 재굴착이 필요없 을 것으로 판단되어 1.0MPa 이상, 8.3 MPa 이하를 목표로 하였다. 재료분리 저항성 확보를 위해 블리딩은 5% 이내를 목표로 하였고, 흐름정지 시간은 작업시간 확보를 위해 50분 이상을 목표로 하였다. 유동성은 KS F 4044의 유하시간 시험 방법에 따라 측정하였으며, 블리딩은 KS F 2433의 방법을 따랐다. 흐름정지는 컵도립법을 이용하여 측정하였으며, 압축강도는 혼합 후 20°C, 상대습도 90% 조건에서 양생 후 28일 재령의 공시체를 측정하였다.Vol. 24, No. 4 29 <그림 2> 블리딩 측정<그림 3> 유동성 측정 2.3 시험 결과 유동성은 물의 비율이 증가함에 따라 증가하였으며, 1:1.6으로 혼합된 경우에도 10초 이내의 유하시간을 확보하여 우 수한 유동성을 나타내었다. 블리딩의 경우 재료:물의 혼합비가 1:2.0인 경우 약 3%의 블리딩율을 보였으며, 이보다 낮 은 물 비에서는 블리딩이 발생하지 않았다. 최종적으로 흐름정지 시간이 70분을 나타낸 1:1.8의 배합이 가장 적합할 것 으로 판단되었다. <표 3> 속경형 고유동 채움재 실내시험 방법 및 결과 구분시험방법관리기준W/M 160%W/M 180%W/M 200% 유동성KSF404420초 이내9.12 초8.75 초8.32 초 블리딩KSF24335% 이내--3.0 % 흐름정지-2시간 이내40 분70분110분 압축강도 (28일, MPa) KSL5105 1.0 MPa 이상 8.3 MPa 이하 2.1 MPa1.8 MPa1.2 MPa 1m3 배합 고유동 채움재 --508 kg/m3461 kg/m3422 kg/m3 혼합수--813 L/m3830 L/m3844 L/m3 3. 현장 적용 사례 3.1 현장 개요 울산광역시는 관내의 노후된 하수관로를 정비하기 위해 남구 산업단지 내 신규 하수 압송관로를 설치하였다. 이 과정 에서 기존의 노후된 콘크리트 하수 압송관로(D=800mm, L=1,532m))에 대한 폐관이 이루어졌다. 노후 하수관로 상부에30 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 고유동 속경형 채움재를 이용한 지중관로 폐관 시공사례 소개 는 가스관로 및 광역상수관로와 같은 수많은 관로들이 교차하고 있어서 굴착제거가 불가능한 상황이었으며(그림 4), 장 거리 압송관로인 관계로 약 1.5km에 이르는 구간 중간에 맨홀이 존재하지 않았다. 가장 높은 곳과 낮은 곳의 표고 차는 약 17m로 평균 약 1.1%의 경사를 보였으며, 가장 낮은 곳은 압송관로의 시점인 압송펌프장이었으며, 가장 높은 곳은 압 송관로의 종점인 분기 맨홀이었다. 본 현장의 평면 개요도는 그림 5와 같다. <그림 4> 붉은색 가스관로 하부에 위치한 노후 압송관로 <그림 5> 현장 개요 평면도 3.2 시공계획 노후 하수관로의 양쪽 끝부분을 철판으로 막고 고정한 뒤, 표고가 가장 높은 분기구 맨홀부위에서 주입하여 자연유하 방식으로 채움시공을 실시하고자 하였다. 양 쪽 막음판에는 오버플로우를 확인할 수 있는 밸브를 설치하고, 주입부 쪽에 는 오버플로우 밸브와 별도로 주입밸브를 설치하도록 하였다(그림 6). Vol. 24, No. 4 31 <그림 6> 오버플로우 밸브와 주입밸브의 설치 3.3 주입 시공 노후 하수관로 내부 부피는 약 770m3로 예상되었으나 오래된 관로 특성 상 이음부 누수 등의 이유로 예상주입량은 이 보다 많을 것으로 예상되었다. 자동계량장치를 갖춘 혼합장치를 이용하여 정량혼합이 가능하도록 하였으며, 주입 종점 부 오버플로우 밸브로 채움재가 유출되면 밸브를 잠그고 주입시점부의 오버플로우 밸브로 채움재가 유출될 때 가지 지 속적으로 주입을 실시하였다. 주입 시점부의 경우, 맨홀 입구의 크기가 작아 막음판을 분할하여 앵커로 고정한 후, 용접으로 일체화하였으며, 밀림 방지를 위해 버팀목을 설치하였다(그림 8). 주입 종점부는 미리 준비한 막음판을 설치한 후 버팀목을 설치하였으며, 관 로 상부와 하부에 채움재의 충진을 확인할 수 있는 밸브를 설치하였다(그림 9). 현장에서 생산된 주입재의 현장 실험 결과, 모두 실내 실험결과와 유사한 값을 나타내었다(그림 11). 총 주입된 수량은 약 860m3로 노후 하수관로 내부 부피보다 약 90m3 정도 추가로 주입되었으며, 이는 이음부 누수 등 에 따른 관로 인근 지중 공동으로 유출되었을 것으로 생각된다.32 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 고유동 속경형 채움재를 이용한 지중관로 폐관 시공사례 소개 <그림 7> 혼합 및 주입장비 설치 <그림 8> 막음판 설치(주입 시점부)Vol. 24, No. 4 33 <그림 9> 막음판 설치 (주입 종점부) <그림 10> 채움재 생산 <그림 11> 품질 확인 시험34 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 고유동 속경형 채움재를 이용한 지중관로 폐관 시공사례 소개 <그림 12> 주입종점부 오버플로우 확인<그림 13> 주입시점부 충진상태 확인 4. 맺음말 다수의 연구진에 의해 연구가 이루어져 왔던 유동성 채움재(CLSM)는 관로 및 구조물 뒤채움 등 다짐이 필요하면서도 장기강도 억제가 필요한 특수분야에 활용성이 매우 높다. 최근 국내에서는 도로하부 공동채움재, 터널충진재 등으로 활 용되기 시작하여 기존의 기포콘크리트 사용 시 제기되는 품질문제를 해결하고, 공기를 단축할 수 있는 것으로 알려졌다. 본 기사에서는 기존의 방법으로는 불가능 하였던 약 1.5km의 지중관로 폐관을 고유동 채움재를 이용하여 성공적으로 마무리한 사례를 소개하였다. 유동성 채움재는 필요에 따라 유동성과 압축강도 등을 다양하게 제어할 수 있는 재료이므로 앞으로 지중공동의 복구, 터널 등 지하공간의 채움, 필요 시 가시설 배면 채움 등 다양한 용도로 개발이 기대된다. 참고문헌 1. 강석화, 유용선, 한진규, ‘속경성 고유동 CLSM을 이용한 터널충전공법’, 한국콘크리트학회, 2019. 9. 2. 유용선, 한진규, ‘플라이애시를 활용한 도로함몰 채움재로의 CLSM의 개발 및 적용’, 한국건설순환자원학회, 2018. 3. 3. ‘굴착공사 없는 친환경 공동복구 공법’, 서울시 홍보자료, 2018. 12. 4. ACI committee 229, Controlled low strength materialsm ACI229R-99, 2005. [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]Vol. 24, No. 4 35 ∎ 제2강을 시작하면서 도심지 지하공간(UUS, Urban Underground Space)은 물과 에너지 공급, 통신 시스템, 상하수도의 중요한 기능을 통합하는 “도시 의 엔진룸”인 기술공간인 교통물류의 핵심공간으로 자리하고 있다. 특히 오래전의 도심개발로 인하여 지상공간이 부족한 선진국 도시 에서는 어떻게 지하공간(UGS, Underground Space)을 개발하고 활용할 것인지에 대한 기술적 고민을 지속적으로 수행하여 왔으며, 도심지 지하공간 개발에 따른 영향과 장단점 및 한계에 대하여 다양한 연구결과를 발표하고 있다. 제2강에서는 [해외 도심지 지하공간의 계획과 개발에 관한 고찰]이라는 주제하에 홍콩, 싱가포르, 헬싱키에서 검토되고 있는 도심 제2강 해외 도심지 지하공간 (UUS)의 계획과 개발에 관한 고찰 Review of Planning and Development of Urban Underground Space (UUS) 김영근 한국터널지하공간학회 부회장 (주)건화 지반터널부 부사장 공학박사/기술사 홍콩싱가포르헬싱키 <그림 1> 선진국에서의 도심지 지하공간 개발 계획기술강좌 시리즈: 도심지 지하공간 개발과 대심도 지하인프라 구축 제2강. 해외 도심지 지하공간(UUS)의 계획과 개발에 관한 고찰 36 자연,터널 그리고 지하공간 지 지하공간 개발과 마스터플랜 등을 고찰하고 도심지 지하공간에서의 주요 문제점 및 대책 등을 살펴봄으로서 도심지 지하공간개발 에 관심이 많은 터널기술자들에게 실무적으로 도움이 될 수 있도록 하였다. 1. 서 론 토지 공급의 추가적인 원천으로서 지하공간(Underground Space, UGS)은 적절한 용도를 위해 지하에 새로운 공간을 만들고 보다 적절한 개발을 위해 지상 토지를 개방함으로써 과밀 도시의 토지 부족에 대한 해결책의 일부로 활용되고 있다. 이는 지하공간을 이용하는 방법을 찾고 있는 토지가 부족한 대부분의 국가에서도 예외가 아니다. 지난 수십 년 동안 많은 UGS 개발 연구가 시작되었고, 이는 또한 1990년대에 지하 하수 처리장과 지하 폐기물 운송시설과 같은 일부 UGS 프로젝트의 실현으로 이어졌다. 그러나 일부 해외지역과 비교했을 때 UGS 사용 유형은 지하 유틸리티 및 지하 교통 인프라가 대부분이다. 또한 UGS 계획 및 개발을 위한 규제 프레임워크는 UGS 개발을 용이하게 하기 위해 필요하지만 아직까지 업데이트되지 않고 있다. 본 고에서는 도심지에서의 UGS의 사용을 검토하기 위해 싱가포르와 핀란드의 헬싱키, 그리고 홍콩 등에서의 UGS의 계획과 개발에 대한 장벽과 추진 내용을 검토 대상으로 선정하였다. 홍콩과 유사한 개발 제약에 직면한 싱가포르는 최근 UGS를 계획하고 개발하려는 노력을 가속화하고 있으며, 이를 촉진하기 위해 새로운 입법 개정안을 도입했다. 헬싱키는 레크리에이션 및 커뮤니티 목적을 포함하여 다양한 UGS 사용을 가지고 있으며, 도시 전체의 UGS 마스터플랜을 작성한 것은 세계 최초이다. 본 고에서는 홍콩의 UGS 개발에 대한 검토를 바탕으로, UGS 사용의 세계적 추세에 대한 간략한 고찰과 싱가포르와 헬싱키의 개발에 대한 상세한 사항이 검토되었다. 2. 홍콩에서의 지하공간 계획과 개발 홍콩은 국토 면적이 1,100 km2로 국토의 4분의 1밖에 개발되지 않았고, 나머지는 보호되거나 개발에 덜 적합하다. 토지 제약은 고층 및 고밀도 개발 모드를 형성한 반면, 바다로부터의 토지 매립은 모든 개발된 토지의 25%를 제공하는 중요한 토지 공급원이 되었 다. 2017년 정부는 장기적으로 토지 자원을 확충하기 위해 토지 공급 태스크포스를 구성하였다. 2018년 보고서에서 태스크 포스는 동부 란타우 근해의 인공섬 계획을 권고하면서도 다각적인 토지 공급 접근법에서 UGS의 보충적 역할을 인정했다. UGS에 대한 정부의 추구는 1980년대 초 지하석유저장의 아이디어를 검토하면서 시작되었다. 1991년에 홍콩의 계획 표준과 지침은 이미 암반 동굴 개발(Rock Cavern Development, RCD)에 대해 다루었고, 지난 수십 년 동안 수행된 다양한 UGS 연구는 대부분 RCD와 관련이 있었다. 이러한 적극적인 연구와 계획에도 불구하고, 완성된 RCD는 4개에 불과했다. 정부는 2012년에 토지 공급 부족 이 증가함에 따라 RCD에 대한 타당성 조사를 실시하고 2016년에 CMP(Cavern Master Plan)를 수립하였다. CMP는 4500헥타르에 달하는 48개의 전략적 동굴 구역을 계획하는 광범위한 전략 계획 프레임워크를 제공하는 것으로, 정부와 민간 부문이 개발에 적합한 부지를 식별하고 지표면 토지 사용 및 개발에 영향을 미치지 않으면서 지하동굴내 UGS 사용을 최적화할 수 있도록 지원할 계획이다. CMP의 출판에 이어, 정부는 다음을 공표했다 2017년 정부시설에 대한 계획 및 개발 연구를 수행할 때 지하동굴 옵션을 “통합적으 로 고려(holistically considered)”해야 하며, 특히 폐기물 중계소, 서비스 저수지, 하수 처리 등 세 가지 특정 용도에 대한 평가를 수행해야 한다. 실제로 2012년부터 2017년까지 하수처리장과 저수지를 지하동굴로 이전하는 방안에 대한 타당성 조사가 진행되었다. 이 가운데 Sha Tin 하수처리장을 지하동굴로 이전한 사업은 2018년 10월 금융위원회로부터 초기 건설자금 지원 승인을 받은 바 있다. 이 프로젝트는 10년 이상의 건설 기간 동안 28 핵타르(ha)의 공간을 창출할 가능성이 있는 홍콩에서 지금까지 건설된 가장 큰 UGS 제2강. 해외 도심지 지하공간(UUS)의 계획과 개발에 관한 고찰 Vol. 24, No. 4 37 공간이 될 것이다. 다른 프로젝트로는 현재 현장 조사 및 설계 단계에 있는 Diamond Hill 프로젝트가 있다. 최근 몇 년 동안, 정부는 RCD보다 도전적이지 않은 도시 지역의 UGS 개발에 대한 관심을 새롭게 했다. 2013년에 도시 지역의 UGS 잠재력에 대한 전 지역적 연구가 시작되었고, 10년 후인 2015년에 Tsim Sha Tsui 서부, Causeway Bay 및 Happy Valley 그리 고 Admiralty/Wan Chai에 대한 “시범 전략 도시 지역” 연구가 이어졌다. 이 네 가지 영역 중에서, Tsim Sha Tsui 서부의 UGS 개발 계획은 추가적인 공공 참여와 세부 계획을 위해 우선순위가 매겨졌다. 이 계획에 대한 일반 국민의 견해는 특히 지역 사회의 이익을 위해 공간을 어떻게 사용해야 하는지에 대해 엇갈린다. 일부는 또한 공사 중 공원에 대한 잠재적인 환경 영향, 환풍구와 차량 입구의 위치, 운영 중에 지상에 대한 교통 영향, 그리고 지상거리 소매에 대한 사업 영향에 대해 우려했다. Kowllon 공원 UGS 외에도 북부 Kai Tak 지역에 지하상가가 계획되어 있다. 2.1 홍콩에서의 지하공간 이용 홍콩의 UGS 개발 역사는 오래되었지만, UGS 사용에 대한 데이터는 여전히 제한적이고 단편적이다. 개별적으로 공개된 정보에 따르면 사용 범위가 다소 좁다. 토목공사개발부가 발간한 터널목록에 따르면 홍콩에는 상수도, 배수 등 공공시설과 철도, 도로 등 교통시설을 위한 570km가 넘는 지하터널이 있다. 보행자용 지하철의 경우, 고속도로부가 보고한 총 길이는 약 32.9km이다. 또한 도시 지역에는 홍수 방지 UGS가 있다. 그러나 정부 및 민간 부동산에서 상업용 UGS의 총 바닥 면적에 대한 통계는 제공되지 않았다. 개별 개발 프로젝트 정보를 바탕으로 주차장, 플랜트룸, 소매 시설을 지하에 건설하는 것은 드물지 않다고 생각되지만, 해외에서 찾을 수 있는 커뮤니티 및 레크리에이션 용도의 다른 UGS는 홍콩에 없다. UGS 부지의 위치를 보면 기존의 대규모 UGS는 대부분 도심 외곽에 위치한 지하 동굴인 반면, 주차장을 제외한 도심지역의 UGS 시설은 상대적으로 드물다. 이것은 도시 지역이 이미 집중적으로 개발되었으며, 많은 복잡한 유틸리티 네트워크가 지하에 놓여져 있 고, 잠재적으로 적합한 암반 동굴의 대부분이 접근성이 낮고 개발되지 않은 지역에 있다는 사실에 의해 설명될 수 있다. 실제로 CMP 에서 UGS 개발에 적합한 것으로 확인된 48개 지하암반 동굴의 잠재적 위치 중 약 40%가 교외 공원이나 특별 구역 내에 자리 잡고 있다. UGS 개발을 위한 토지의 유형과 관련하여, 기존 용도의 대부분이 기반 시설이기 때문에, 개발은 정부가 주도하고 자금을 지원하 는 경향이 있으며, 일반적으로 국유지에 위치한다. 가까운 미래에 정부는 장기적인 지하 캐번 토지 은행(cavern land bank)을 개발하 기 위해 지하 채석에 대한 연구를 시작했기 때문에 RCD에 더 집중할 것 같다. 도시지역에서 UGS를 보다 효과적으로 활용해야 한다는 요구도 나온다. 예를 들어, 일부에서는 연결을 강화하고 비즈니스 기회를 창출하기 위해 복잡한 지역의 건물과 시설을 연결하는 UGS 를 개발할 것을 제안했다. 2.2 지하공간의 계획과 개발에 대한 장벽 홍콩은 작은 규모에도 불구하고 일반적으로 UGS 개발에 적합한 곳으로 여겨진다. 지질학적으로 영토의 약 3분의 2가 RCD에 적합 한 것으로 확인되었다. 경제적으로, 높은 땅값은 비록 건설비가 더 비싸지만 UGS 투자를 상업적으로 더 합리적으로 만들 수 있다. 기술적으로, 성숙한 터널링 기술은 건설을 더욱 효율적으로 만들었고, 홍콩은 또한 오랜 UGS 개발의 역사로부터 풍부한 경험과 전문 지식을 축적했다. 이러한 다소 유리한 조건에도 불구하고, UGS 개발에 대한 일부 장벽과 장애물이 여전히 존재할 수 있다. 다음은 USG 개발에 영향을 미치는 주요 요인을 요약한 것이다.Next >