특수건설, ‘상하수도관로 비굴착 개량 기술’로 체계적인 상하수도 관리시스템 구축

국내 대표 기초토목시공 전문기업
김한결 기자
eco@ecomedia.co.kr | 2018-07-10 17:04:26
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기업탐방 / (주)특수건설

국내 대표 기초토목시공 전문기업

‘상하수도관로 비굴착 개량 기술’로 체계적인 상하수도 관리시스템 구축


차별화된 공법과 선진기술력으로 우리나라의 대표적인 기초토목시공 전문기업으로 성장해온 (주)특수건설(회장 김중헌)은 철도 및 도로 지하횡단 구조물, 대구경 교량 기초, 쉴드터널, 지중연속벽 등 독보적인 건설 공법으로 고난도 국가 기간 시설을 건설해왔다. 뿐만아니라 싱가포르, 말레이시아 등 해외까지 사업을 확장해나가면서 세계시장에서도 입지를 단단히 굳히는 중이다.
하지만 이에 그치지 않고 글로벌 인프라 건설의 초일류 기업으로 도약하기 위해 국가 기반시설인 상하수도 분야에 도전장을 내밀었다. 과감하고 지속적인 투자로 상수관로 조사 진단에서부터 비굴착 개량에 첨단 선진기술 및 공법을 도입·개발했다. 그 결과 과학적이고 체계적인 상수관로 관리 시스템을 구축해냈다. 이번호에서는 특수건설이 상하수도 분야로 진출하계 된 계기와 핵심기술 등을 소개한다.

국내 노후 상하수도관로 개량의 한계
상하수도관은 매설 년수가 경과될수록 부식, 파손 등에 의해 노후화되기 마련이다. 노후된 관은 누수 발생 등의 기능 저하와 에너지 소비 증가 등의 비효율적인 결과를 가져오기에 지속적으로 관리를 해야한다.


하지만 지방상수도 소구경 관로의 경우 매설환경의 특성으로 인해 교체공사 자체가 불가하거나 지장물 이설에 과도한 비용 소요가 예상되어 교체를 포기하는 경우가 다수 발생하고 있다.
과거에 자생적으로 형성된 오래된 도시의 경우 건물, 도로, 구조물 등이 도시내에 무질서하게 구성된 경우가 많다. 배수관에서부터 가정의 수도계량기까지 수돗물을 공급하는 소구경 급수관(D80mm 이하)이 굴착장비의 진입이 어려운 좁은 골목길에 매설된 경우와 하수관로, 우수관로, 가스관 등 지하 지장물에 인접한 경우, 담장이나 계단 하단에 매설되어 있는 경우 등이 문제가 되고 있다.


이는 지방상수도 소구경 관로 교체를 위해서는 지반을 터파기하여 신관을 매설하고 기존관을 제거하는 방식의 굴착공사(open-cut) 외에 적용가능한 공법이 없다는 것에서 발생되는 문제다.


비굴착 개량 기술 도입 및 기술최적화 실현
이러한 문제점들에 대해 많은 고민을 한 특수건설은 비굴착 개량 공법이 문제에 대한 해답이라 보고, 2016년 12월 미국의 대표 비굴착 기술 회사인 MPC社의 ‘Pipe Bursting’ 비굴착 개량 기술과 구조적 보강이 가능한 ‘Swagelining’ 비굴착 갱생 기술을 도입했다. 국내 여건에 적합하도록 개량 및 개발을 통해 상하수도관로 개량공법의 기술최적화를 실현하고, 특허 등록 및 출원을 통해 기술의 우수성을 인정받았다. 특히 2017년 8월, K-water와 비굴착 관로 교체 기술의 공동 개발을 위한 기술 공유 협약을 체결해 기술의 완성도를 높이는데 주력했다.


현재, 비굴착 관로 교체 기술은 건설신기술 인증을 추진 중이며, 합리적인 공사 금액 산정을 위해 한국상하수도협회를 통한 전문가 검토 및 수도사업자 의견 조회, 기술위원회 심의 등을 거쳐 적정한 대가 제정을 추진하고 있다.

기존관 파쇄하며 신관으로 교체하는 ‘Pipe Bursting’ 공법
Pipe Bursting 공법의 기본 원리는 굴착 없이 원뿔의 파열·파쇄헤드와 날을 견인하여 기존 노후관을 땅속에서 파쇄하고, 후미에 연결된 신관으로 관을 교체하는 공법이다.


Pipe Bursting 공법은 1970년 후반 영국에서 소구경의 가스 메인 배관의 교체를 위해 영국의 가스 회사인 D.J. Ryan&Sons에 의해 처음으로 개발된 후 북미 지역의 상하수도 및 가스 시장에서 지속적으로 발전되어 온 기술이다.


특수건설은 기존의 Pipe Bursting 공법을 도입 후 장비 운영 및 시공의 효율성을 높이기 위해 관경 D15mm~D80mm의 소구경용과 D100mm~D700mm까지의 중구경용으로 구분해 도입·개발했다.


소구경용 Pipe Bursting은 수용가의 수도계량기까지 기존 노후관을 파쇄하며 신관으로 관을 교체하는 공법이다. 관경이 작아 비교적 적은 견인력으로 시공이 가능하고 곡관부에 적용이 가능하도록 개발됐다. 관을 파쇄하는 파열헤드와 확관헤드의 연결사용으로 HDPE의 허용곡률반경인 12D이상의 곡률로 기존곡관을 파쇄하게 되어 곡관부에서 꺽임 및 신관이 받게 되는 응력을 방지할 수가 있다.


작업 전 배관 교체작업은 양 작업구 터파기한 후, 견인을 위한 와이어를 관내에 관통시켜 파열/확관 헤드에 신관을 연결하고 유압 견인장비에 의해 견인을 하며 관을 교체하는 방식으로 이뤄진다. 다만 작업 전 배관이 분기되는 지점의 정확한 위치 확인을 위해 관 내부로 통신 케이블을 삽입, 주파수를 흘려보내 관내부 케이블에서 방출되는 주파수를 외부에서 탐지하는 관로 위치 탐사와 병행해 이뤄진다.


반면, 중구경용 Pipe Bursting은 배수지관 및 배수관의 교체에 사용되며, 관경이 크기 때문에 큰 견인력이 필요하고 직선관에 적용이 된다. 파열헤드의 크기는 마찰을 줄이고 신관을 설치하는데 필요한 공간확보를 위해 기존관의 내경보다 크게 제작된다. 교체 작업시 기존관과 일직선이 되는 인접한 토양의 변위를 야기시켜, 근접한 지하매설물에 영향을 줄 수 있으나, 영향 범위가 보통 기존관 관경의 2배 거리 이상부터는 영향이 없는 것으로 나타났다.

비굴착 관로 교체 기술 우수성 입증
K-water와 공동으로 개발한 ‘비굴착 관로 교체 기술’은 우수한 창의혁신 활동사례를 공유하기 위해 매년 개최되는 ‘2017 K-water 창의혁신 콘서트’에서 대상을 수상했다. 또한 업무개선, 예산절감 등에 대한 우수사례 발굴을 위한 ‘2018 상하수도업무개선사례’에서도 상하수도협회장상을 수상하며 우수성을 입증했다.


비굴착 관로 교체 기술은 한국수자원공사 봉화수도사업소에서 시행하는 노후 상수도관로 교체 공사 중 굴착장비의 진입이 불가능하거나 사유지 내 관로가 매설되어 있어 교체 공사 수행이 어려운 지역을 대상으로 시범사업이 진행됐다. 봉화군 물야, 석포 지역 D20~40mm 관로 1050m에 노후관 교체를 시행했으며, 터파기 공법으로 교체한 관로와 동일한 기능을 유지하고 있다.


관 상태의 정확한 판단 위한 조사진단 기술
상수관로 교체가 원활하게 이뤄지기 위해선 정확한 관로 탐사 및 분석이 뒷받침 되어야 한다. 특수건설은 화상분석, 누수탐사, 매설관 위치탐사 등 종합적인 배관 상태 진단이 가능한 종합진단 기술을 통해 관 관리의 최적의 솔루션을 제공하고 있다.


100m까지 이동이 가능한 케이블(카메라)을 부단수 상태인 관 내부에 투입해 실시간으로 내부 상태를 확인이 가능하며, 하이드로폰을 사용하는 가압 음향 녹음 캡슐에 의해 누수음을 기록, 누수 위치를 파악 할 수가 있다. 누수탐사 기술은 그 동안 봉화군, 제주도, 고성군 등에 적용하여 누수의 유무와 위치를 정확하게 분석했으며, 기술의 우수성 입증과 탐사 결과의 신뢰도를 크게 향상시켰다.

(주)특수건설은 선진화된 비굴착 교체 및 갱생 공법 이외에 상수도관로의 정확한 관 상태 평가와 누수 탐사를 위한 조사·진단 장비를 갖추고 있어, 앞으로 국내 상하수도관망 관리의 체계적이고 효율적인 시장 창출과 함께 업계를 선도 할 수 있는 비약적인 성장까지 기대되는 기업이다.


구조적 보강 가능한 비굴착 갱생 공법
(주)특수건설에서 보유하고 있는 구조적 보강이 가능한 비굴착 갱생 공법으로는 Swagelining공법과 Sliplining공법이 있다.

 

Swagelining공법은 노후관 속에 관경이 기존관과 같은 HDPE관을 견인력을 유지한 채 구경 축소용 Swage Die를 통과시켜 도달구까지 연속적으로 견인, 삽입하고 일정시간 경과 후 견인력을 제거하게 되면 긴장된 HDPE관이 줄어들면서 축소되었던 구경이 자연회복력에 의해 처음 공장에서 생산된 형태인 원형으로 복귀되면서 기존관 내벽에 밀착(Close-fit)하여 노후관의 수명을 연장하는 공법으로 갱생기간이 매우 짧고 갱생과정이 간단하여 품질관리가 용이한 공법이다.

 

Swagelining공법은 30여년간 세계적으로 약 1만km에 이르는 수많은 적용 실적을 보유하고 있는 기술력이 인정되고 검증된 공법으로 상하수도관을 비록하여 가스관, 송유관, 산업용수, 화학물질관 등 다양한 분야에서 활용되고 있는 기술이다.


Sliplining공법은 기존관의 내경보다 작은 외경의 새 관을 삽입하는 공법으로 신관의 외경은 최소한 기존 관의 내경보다 50 mm 이상 작아야 한다. 이는 더 작은 관경, 직선방향으로의 삽입 흐름, 그리고 관 내부에서의 새로운 관의 이동에 영향 등 충분한 여유 공간을 주어야 하기 때문이다.  Sliplining공법에는 주로 PE관이 사용되며, 견인을 하거나 밀어 넣는 방식으로 관을 삽입하게 되고 이때, 관 사이 빈 공간은 내력 보강을 위해 그라우팅으로 충진하여 채우게 된다. 

국내 상하수도관의 갱생을 위한 비굴착 공법으로는 CIPP공법, 변형관 삽입공법 등 준구조 보강 기술이 주로 사용되고 있다.


장비 진입이 어려운 협소한 구간에서의 비굴착 개량 공법 필요
배수지관 및 급수관과 같은 소구경관, 특히 수용가의 수도계량기까지의 급수관은 대부분 굴착장비의 진입이 어려운 좁은 골목에 매설되어 있고 우수박스와 오수관 등과 같은 지장물이 좁은 골목내에 같이 매설되어 있는 경우가 많다. 이로 인해 소구경관의 교체 시 인력 굴착 방법에 의한 교체로 설계되고 있어 시공성, 경제성, 안전성 측면의 많은 문제를 안고 있으며, 실제로 시공을 하지 못하고 방치되는 경우가 빈번히 발생하고 있다.


이처럼 소구경 관로 교체 시 굴착을 하기 위한 장비의 진입이 어려운 협소한 구간에서는 대부분 인력으로 굴착을 수행하기 때문에 담이나 벽의 붕괴 등과 같은 안전사고의 우려가 높으며, 공사 기간의 증가로 경제성 및 시공성이 떨어지고 있는 실정이다. 따라서 지반굴착을 하지 않고 신설 및 교체 관로공사를 수행 할 경우 공사기간 단축과 함께 예산을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 지반굴착으로 인한 불편사항 및 민원발생을 감소시킬 수 있을 것으로 예상된다.

향후, (주)특수건설에서 보유하고 있는 비굴착 개량 기술들의 적용으로 협소 지역에서의 굴착 교체공사에 따른 한계를 극복하며 굴착을 하지 않고 신속하고 안전하며 경제적인 노후관로 교체 및 갱생이 이루어질 것으로 기대하고 있다.

 

[환경미디어= 김한결 기자]

 

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