< Previous28 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 굴착공사 시, 계측기 배치 실무 제안(위험구간 선별) <그림 8> 고하도 분석 결과 이처럼 지하공간 개발을 위해서는 ‘물’. 특히 지하수에 대한 이해가 선행되어야 한다. 사고사례 등을 통해 지질학적 위 험구간의 공통점을 살펴보면 모두 지하수 유동이 활발한 지역이라는 것이며, 상기 구간에서는 일반적인 방법으로 공사를 진행할 경우 흙막이 벽체 품질 저하 및 차수그라우팅 보강 효과의 감소로 인해 지반침하 발생 가능성은 커질 수밖에 없다. 만약 그림 7에 안내한 현장처럼, 현황조사 시 특이사항이 없는 것으로 판단하여 계측기 간격을 50m로 배치할 경우 계 측기 배치가 취약구간과 상당한 이격 거리를 두게 되어 중요한 위험 구간의 계측을 놓칠 수도 있다. 그러므로, 현황조사 및 설계 단계에서 사전에 면밀한 고지형도 조사가 필요함을 거듭 강조한다. 3.2 공학적 위험구간 이번에 살펴볼 공학적 위험 구간은 동일한 지층 조건임을 감안할 시, 위험도가 가장 높은 구간을 선별한 것이다. 역시 사고사례를 중심으로 살펴보고 이를 통해 실질적인 계측기 배치와 관리가 이뤄져야 한다. 아래에 제시된 사고 현장 4곳의 경우 공통점은 지보재 방향이 변하는 구간이다. 다시 말해, 이곳이 공학적으로 가장 위 험한 구간임을 시사한다. 물론 지반침하 사고는 다양한 조건에 의해 나타난 결과이며 하나의 원인이 아닌 주(Main), 부 (Sub), 촉진(Trigger) 요인이 복합적으로 작용하여 발생되기 때문에 간단히 정의하기는 어렵지만, 향후 계측기 배치의 고도화를 위해 공학적으로 불리한 구간을 단순화하여 정의한 것임을 안내한다. Vol. 27, No. 3 29 <표 4> 흙막이 굴착공사 지반침하 사고 발생 지점 시흥 MTV현장 사고발생 지점안산 사동 사고발생 지점 여수 웅천동 사고발생 지점양양 낙산 사고발생 지점 먼저 시흥 현장의 경우 동시 굴착 현장을 사이에 두고 있는 도로에 지반침하 사고가 발생하였으며, 이중에서 사고발생 위치는 첨부된 그림과 같이 strut가 경사로 지지하는 곳에서 나타났다. 안산 사동에서는 사보강재가 모이는 곳에서 지반 침하가 발생하였으며, 여수 웅천동에서는 해수의 간조차의 영향을 가장 심하게 받은 공학적으로 불리한 위치(사보강재) 에서 흙막이 붕괴가 발생하였다. 또한 양양 낙산현장은 사고 전부터 크고 작은 지반침하가 총 33차례 발생하였고, strut 가 경사로 보강된 곳에서 지반 침하가 집중된 것을(그림 9 참조) 확인할 수 있었다.30 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 굴착공사 시, 계측기 배치 실무 제안(위험구간 선별) <그림 9> 양양 땅꺼짐 사고 발생 위치 사상-하단 지반침하 사고 현장을 살펴보면, 사거리에 지하매설물이 모여 있는 곳에 관 매달기 등으로 인해 차수벽 시공 난이도가 높은 곳을 중심으로 땅꺼짐 사고가 대부분 발생하였다. 참고로 사고지점은 CIP 겹침주열공법에서 H-PILE+흙 막이판으로 공법이 변경된 구간이다. Vol. 27, No. 3 31 <그림 10> 사상-하단 지반침하 사고(부산일보 인터넷 뉴스 갈무리) 지금까지 살펴본 공학적으로 불리한 곳을 정리하면, 지지공법 방향이 바뀌거나(strut 지지방향이 직선에서 경사로) 공 법이 변화하는 구간, 동시굴착 현장, 근접시공 구간, 관 매달기 구간 및 흙막이판(토류판) 등으로 차수벽체 품질 확보가 어려운 곳으로 정리된다. 3.3 기타 위험구간 기타 사례는 지질학적 또는 공학적으로 고위험 구간이 아닌, 이와는 다른 요인에 의해 발생한 비 기술적인 사고 사례를 중심으로 기술한다. 표 5를 보면, 원인의 공통점은 민원 문제(예: 소음, 진동 이슈 및 공기 단축 등) 대응 차원에서 설계 변 경이 이뤄졌고, 그 과정에 지지(흙막이) 벽체의 강성이 원 설계 대비 전반적으로 저하된 것으로 판단되는 현장 사례이다.32 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 굴착공사 시, 계측기 배치 실무 제안(위험구간 선별) <표 5> 민원으로 인한 설계변경으로 발생한 지반침하 현장 구분원 설계변경변경 사유 안산 사동 Slurry WallSCW 공법지하연속벽 시공에 대한 민원 문제 예상되어 변경 여수 웅천동Sheet-pile 공법CIP공법(차수그라우팅 미적용)Sheet-pile 근입 시 발생한 진동으로 민원 발생 사상-하단C.I.P.겹침주열말뚝H-PILE+흙막이판시민 교통 불편과 주민 피해 최소화 및 공기단축 <표 6> 대구도시철도 1호선 안심역 지반침하 사고 ∙ 위치 : 대구도시철도 1호선 안심역 연장선 신설터널 시점 ∙ 주요쟁점 : 기시공 구간 지반정보 오류 ∙ 사고전개 - 발생 일시 : ’21.08. - 사고 규모 : 터널 막장 전방, 상부에 지반함몰 발생(10m × 10m × 5m) - 피해 현황 : 도로부 지반침하 및 지중 매설관 파손 등 지반함몰 구간 사장된 H-Pile 현황 안산 사동 현장은 당초 Slurry Wall 공법이 계획되었으나, 민원 대응 등을 이유로 SCW(Soil Cement Wall) 공법으로 변경되었으며, 이로 인해 벽체 강성이 상대적으로 낮아진 것으로 확인되었다. 여수 웅천동 현장은 해안 매립지임에도 불구 하고, 설계 당시 계획된 Sheet Pile 공법이 CIP(주열식 말뚝) 공법으로 변경되었으며, 배면 차수 그라우팅이 실시되지 않 아 지하수 유입 및 차수 성능 저하가 발생하였다. 이로 인해 벽체 품질 확보에 어려움이 있었고, 사고의 주요인으로 작용한 것으로 판단된다. 사상-하단 현장은 CIP 겹침 주열말뚝 공법에서 H형강(H-Pile)과 흙막이 판을 조합한 연성 구조로 변경 되었고, 그 결과 벽체의 강성 저하 및 구조적 연속성 미확보로 안정성 확보에 취약한 구조로 전환된 것으로 분석되었다. 대구도시철도 1호선 안심역 지반침하 사고는 표 5의 사례들과는 다른 유형에 해당한다. 이 현장은 막장 전방의 지층 조 건을 시추조사 자료를 바탕으로 예측하고 이를 근거로 시공을 진행하였으나 실제 지반 조건이 예측과 상이하여 지반침하 가 발생하였다. 사고조사 보고서에 따르면 개착구조물과 흙막이가시설 이격거리를 통상적인 1.0m(되메움 구간 연장, Sta 26km360)로 고려하여 터널 보강 보강계획이 수립되었다. 그러나, 지반함몰 발생 시 기존 개착 BOX 시공을 위한 가 시설인 H-Pile이 사장된 것으로 확인되었고 사장된 PILE은 26km364까지 위치까지 나타나, 노출된 H-Pile 현황을 고 려할 때 되메움 토사 구간이 26km364 부근으로 추정된다. 실제로 대상 지반 시추조사 결과를 보면, 설계 시 N치 50타 Vol. 27, No. 3 33 이상의 퇴적층 및 암반층이 막장 전방에 분포하는 것으로 예상하였지만 실제 굴착 시 나타난 지층은 N치 1/30~ 12/30 수준의 느슨한 점토질 모래가 25.0m 이상 두께로 분포하는 것으로 나타났으며 이 토사가 굴착 시 막장 전방으로부터 지 하수 등과 함께 터널 내부로 급격히 유입되며 지반침하가 발생한 것으로 나타났다. <그림 11> 지반침하 사고발생 지점의 되메우기 추정선(上-당초 예상, 下-되메움 추정)34 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 굴착공사 시, 계측기 배치 실무 제안(위험구간 선별) 따라서 두 가지 사례에서 다음 두 가지 시사점을 도출할 수 있다. 첫째, 민원 대응 등의 비 기술적 사유로 인한 공법 변경은 구조물의 안정성에 직접적인 영향을 미칠 수 있으므로, 단순 시공 편의나 민원 해소 목적에만 치중할 것이 아니라, 지반 및 구조적 안전성을 종합적으로 고려한 엄격한 기술적 검토 절 차를 거쳐야 한다. 둘째, 지층 조건 예측 실패로 인한 사고 사례는 인접 구간의 굴착 공사 시, 단순한 시추자료에 의존하기보다 이전 공사 의 시공 이력 및 매설 구조물 정보 등을 충분히 검토하고 반영해야 하며, 특히 되메움 여부, 토류판 및 엄지말뚝 사장 여 부 등과 같은 인위적인 지층 교란 이력과 시공 정보에 대한 확인은 필수적이라는 것이다. <표 7> 지층현황 공번 지층상태 분포심도 (m) N치 (TCR/RQD) 지층명구성 성분색상 NTB-21 (STA26+361) 매립층자갈섞인 점토질 모래담갈색 ~ 암갈색0 ~ 25.51/30 ~ 12/30 경암층셰일담회색 ~ 암회색25.5 ~ 27.294 / 78 NTB-22 (STA26+378) 매립층자갈섞인 점토질 모래암갈색0 ~ 1.94/30 퇴적층자갈섞인 모래질 점토암갈색1.9 ~ 4.55/30 풍화암층셰일의 풍화암담갈색4.5 ~ 5.950/7 경암층셰일담회색 ~ 암회색5.9 ~ 8.196 / 88 NTB-21 NTB-22 <그림 12> 지반조사 위치도Vol. 27, No. 3 35 4. 실무사례 적용 앞서 살펴본 위험구간을 정리하면 총 6가지로 나눌 수 있으며, 위험구간 확인을 위해 주요 검토사항은 아래와 같다. 그 리고 이를 바탕으로 실무에 적용하기 위해 그림 13의 현장 사례를 제시한다(참고로 예시 현장은 지하안전평가 협의 시 계 측기 배치에서부터 시공관리까지 충분한 보완 절차를 거친 곳이다). <표 8> 흙막이 굴착공사 주요 위험구간 No.위험 구간주요 검토사항 ①지하수 흐름이 활발한 곳고지형도, 고하도 및 시료상자 등을 종합 분석 ②흙막이 벽체 공법이 변화하는 곳우각부 및 급곡부 위치와 규모 확인 ③지지체 공법과 방향이 변화하는 곳방향이 바뀌는 경계부 ④굴착 영향범위 내 위치한 동시굴착 구간지층조건, 시공현황 확인 필수 ⑤관매달기 및 지하매설물 근접 시공구간관로 노후상태, 관매달기 하부 차수 문제 ⑥기타(비 기술적 원인)예상민원, 인접현장 시공 자료 등 그림 13에 제시된 현장의 전반적인 지형을 살펴보면, 사업부지 북서측에 산지가 위치하고 남동측으로 지대가 낮아지는 형상을 보이고 있다. 따라서, 지하수의 전반적인 흐름은 고지대에서 저지대로 향하기 때문에, 산과 인접한 A~C 구간은 굴착 시 유출수 관련 이슈가 발생할 가능성이 클 것으로 예상된다. 그러므로 ①에서 언급한 바와 같이 고지형도, 항공사 진 및 주상도 등을 활용하여 골짜기(지하수 유로가 집중되는 구간)의 위치를 사전에 파악하는 것이 중요하다. 반면, E~G 구간은 굴착으로 인해 기존 유로가 단절되기 때문에 상대적으로 유출수 문제는 적을 것으로 판단된다. 또한, 사고사례 분석 결과(②, ③ 참조)와 같이 흙막이지지 방향이 변화된 구간에서는 사고가 발생할 가능성이 높기 때 문에, 본 현장에서는 A~G 구간을(D 제외) 위험 구간으로 명기하였다. 다만, D 구간도 배면 건축물의 근접도, 지하수 유 로 여부, 우각부 규모 등 구조적으로 불리한 조건이 확인된다면, 해당 구간에도 계측기를 추가 설치하는 것이 바람직하다. 아울러, 본 현장에서는 동시 굴착 구간이 없으며(④), 관 매달기나 지하 매설물이 근접한 구간(⑤)도 존재하지 않는 것 으로 확인되었다. 이 외에도 ⑥에서 언급한 비 기술적 원인에 대비하여, 착공 전 민원 발생 가능성을 충분히 검토하고 이 에 따른 사전 대응계획을 수립하는 것이 안전 시공을 위한 핵심 사항이다. 사고사례 등을 통하여 계측기 설치가 필요한 위험 구간을 표 8에 기재하였으나, 상기 언급한 사항 외에도 아래에 해당 하면 계측기 배치 시 적극 검토해야 한다. ∙ 토공 계획에 의거, Zoning 굴착 시 Zone 경계부 ∙ 설계 불확실성에 의해 계측기 배치가 필요한 곳 ∙ 가설 구조물 전체를 대표할 수 있는 곳 ∙ 최대굴착심도 및 해석 시 허용치 대비 발생치 비율이 높은 곳 ∙ 중요 구조물 인접 구간 및 사고로 인해 피해가 클 것으로 예상되는 곳36 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 굴착공사 시, 계측기 배치 실무 제안(위험구간 선별) C F G E B D A <그림 13> 예시현장(上-주요 위험구간, 下-현장 전경)Vol. 27, No. 3 37 5. 결 언 계측기 설치는 단순히 일정 간격으로 배치하는 정량적 접근을 넘어, 지형적 ․ 지질학적 특성과 공학적 위험 요소를 반영 한 정성적 판단이 선행되어야 함을 본 기술기사를 통해 강조하고자 한다. 특히 그동안 반복되어 온 지반침하 사고들을 되 짚어 보면, 계측기 설치 위치의 부적정성으로 인해 사고를 사전에 예방하지 못한 사례가 왕왕 보고되어 진다. 이는 단순 한 기술적 오류가 아니라 설계 ․ 시공 ․ 관리 전반에 걸친 구조적 문제라 사료된다. 게다가 지금까지는 사고 발생 시마다 매 뉴얼은 두꺼워 지고, 계측기 간격과 측정 빈도를 조정하는 등의 형식적 대응이 반복되어 있다. 이러한 접근 방식은 현장 의 실질적인 RISK 관리에 한계가 있음을 본 기술기사를 통해 지적한다. 이제는 계측기 배치의 접근 방식 자체를 위험기반 중심으로 전환하여, 보다 정밀하고 실효성 있는 설치 기준과 운영체 계로 고도화해 나가야 한다. 즉, 발주처 기준을 누가 더 많이 알고 있느냐(Know How) 보다 어디에, 왜 설치해야 하는 가?(Know Why) 라는 근본적인 질문에서 출발하여, 실무와 정책이 함께 연계되어야 한다는 것이다. 참고문헌 1. 지하안전평가서 검토 사례집, 2021.12. 국토안전관리원. 2. 지반사고 조사론, 조성하. 3. 건설계측의 이론과 실무(지하 건설 시설물 편), 우종태, 이래철 공저. 4. 구리시 땅꺼짐 사고조사 보고서.국토교통부 중앙지하사고조사 위원회 2020.12. 5. 경기도 안산시 사동 1639-24 자이센터프라자 공사 흙막이 붕괴 사고조사 보고서. 경기도 지하사고조사 위원회 2021. 03. 6. 대구도시철도1호선 안심~하양 복선전철 건설공사(1공구) 지반함몰 사고조사 보고서, 대구광역시 도시철도건설본부 2021.11. 7. 여수 웅천지구 관광휴양 상업 C3-1블럭 숙박복합시설 신축공사 흙막이 붕괴사고조사보고서, 여수시 지하사고조사위원회 2023.01. 8. 시흥시 정왕동 2697번지 인접 도로침하 사고조사 보고서, 경기도 지하사고조사위원회 2022. 03. 9. 양양군 땅꺼짐 사고조사 보고서, 국토교통부 중앙지하사고조사 위원회 2022.10. 10. 포항○○○○ 업무복합시설 지하안전평가서. 11. 안산○○○ 공동주택 지하안전평가서. 12. 해운대 ○○ ○○○복합시설 지하안전평가서. [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]Next >