하수관거의 보수․보강법

기존 하수관거의 보수․보강은 구조적인 기능과 수리적 기능을 향상시키는 것이다. 구조적인 보수․보강방법(structural rehabilitation)에는 보수법(repair)과 갱생(renovation) 또는 재생법(renewal) 등이 있으며, 수리적인 보수․보강법(hydraulic rehabilitation)으로는 교체법(replacement), 보강법(reinforcement), 유량의 감축 등이 있는데, 경우에 따라서는 갱생법이 수리적인 보수․보강법에 포함되기도 한다. 본 장에서는 하수관의 기능을 개선할 수 있는 시스템(보수․보강방법)에 초점을 두었으며, 저류조를 설치하거나 관망에 유입되는 하수를 직접 감소시키는 것과 같은 하수관거의 외적인 요소들은 제외하였다.

과거 30여년 동안 하수관거를 보수하는 여러 방법들이 개발되었다. 이러한 방법들 중에는 하수관거가 구조적으로 별 문제가 없거나, 통수용량이 적절하거나 여유 있는 경우에만 사용되기 때문에 적용범위가 제한적인 것도 있다. 그리고 하수관거의 구조적 내하력을 원래의 상태로 회복시키거나, 혹은 하수관으로의 침투/침입(infiltration and inflow : I/I)을 감소시킴으로써 수리적인 능력을 증가시키는 방법도 있으며, 또한 부식방지에 대비한 공법들도 개발되었다.

보수공법은 일반적으로 재래식 교체공법보다 비용이 적게 들며, 개착식 굴착공사를 줄어들게 함으로써 결과적으로 교통문제와 주민불편을 감소시킨다. 이 장에서는 개발되는 신기술과 현재 사용되고 있는 공법들을 소개하고자 하였다. 본 지침서에 특정 기술이 게재되었다고 하여 그 공법에 대한 품질이 보증되거나, 그 공법에 대한 설계 및 사양에 관한 엔지니어의 책임이 면제되는 것은 아니다.

미국에서 신소재 또는 신기술에 대한 적용 경험이 부족한 공법에 대해서는 외국의 적용실적에 대한 기록과 배경설명 및 사례연구 등을 조사해야 한다. 그러나 이들 신소재 또는 신기술에 대한 정부로부터의 인증 또는 자격 소지 여부를 확인하는 것이 매우 중요하다.

하수관거 보수․보강법은 재래식 굴착공법과 함께 하수관과 맨홀의 갱생, 최소굴착, 비굴착 교체공법 및 세정, 나무뿌리 제거, 국부보수, 하수관과 맨홀의 내/외부의 그라우팅, 기계적 방수, 부분보수 등과 같은 유지관리 방법들과의 조합에 의하여 성공적으로 수행되어 왔다.

보수․보강법의 선정은 하수관거의 구성요소(하수관거의 재료, 맨홀, 연결관 접합부)의 물리적 조건과 불량관거가 갖는 문제의 심각한 정도 등에 따라 결정된다. 이 지침서는 침투/침입 문제를 해결할 목적으로 저술되었지만, 이 장에서 제시하는 보수․보강법은 다른 유지관리 문제, 구조적인 열화(劣樗), 나무뿌리의 침입 등에 따른 수리적인 문제, 황화수소나 다른 화학물질로 인한 내부 부식, 통수능력 부족 등의 문제해결을 위해서도 적용할 수 있다.

1. 일반적인 고려사항

하수관거 보수․보강법을 선정할 때는 기능의 중복 여부, 내구성 또는 사용연한, 구조적 고려사항, 통수능력, 비용, 시스템 전반에 걸친 범용성, 시공시 고려사항, 계약서의 내용에 관한 사항 등을 고려해야 한다.

1.1 기능의 중복

하수관거 시스템의 적정성은 수리적인 면과 구조적인 면에서 평가할 수 있다. 이 중 수리적인 측면은 수송하는 하수의 종류(오수관, 우수관 또는 합류식 하수관거)에 따라 공중보건 또는 홍수에 의한 범람과 환경영향 등으로 구분할 수 있다. 따라서 하수도 시스템에 따라 수송 목적과 환경에 미치는 영향이 상이하므로 관망의 보수․보강은 전체배수구역 또는 배수분구에 걸쳐 종합적으로 검증되어야 한다.

여러 보수․보강법이 하수관거의 특정한 기능상의 문제점을 해결하기 위해 적용될 때 생각지도 않은 다른 문제점을 야기할 수도 있다. 따라서 하수관거 보수․보강법의 주요 장단점과 응용분야를 <표 6-1>부터 <표 6-3>에 걸쳐 나타내었다. 또한 맨홀의 보수․보강법을 <표 6-4>에 나타내었으며, 연결관 보수․보강법에 관한 사항을 <표 6-5>에 나타내었다.

보수․보강법과 그 때 사용하는 재료를 적절히 선택하기 위해 시공에 따른 문제점들과 다른 영향요소를 완벽하게 이해해야 한다. 그리고 보수․보강법의 결정방법은 육안조사 자료에 기초하여 하수관거의 내부상태와 하수관거 주변상태를 조사한 후 신중하게 결정해야 한다.

1.2 내구성과 사용연한

기술자들은 신기술보다는 전통적인 공법을 채택하는 경향이 있는데, 이는 신기술의 사용연한과 내구성에 대한 불확실성 때문이다. 이러한 불확실성은 다른 건설현장으로부터의 실패사례를 통해 보완되곤 한다. 대부분의 실패사례는 잘못된 설계 및 잘못된 시공방법과 신소재의 적용한계에 대한 불충분한 이해 때문에 발생하고 있다.

보수․보강에 관한 모든 신기술이 신소재나 사용실적이 없는 재료만을 이용하는 것은 아니다. 전통적으로 사용해오던 재료들을 새로운 보수․보강공법에 사용한다거나 혹은 시제품을 기존 공법으로 설치하되 다른 방법으로 변형해서 사용할 수도 있다. 예를 들어 마이크로터널링(microtunneling)은 재래식 콘크리트관을 설치하는 새로운 설치법인데 관 표면의 손상이 거의 없는 방법이다.

신소재와 신기술의 사용을 기피하는 또 다른 요인은 전통적으로 사용해온 자재의 내구성이 역사적으로 입증되었기 때문이다. 특별한 악조건 하에 설치하지만 않는다면 재래식 자재를 사용하여 건설한 하수관의 사용연한은 100년 이상이 될 수도 있다. 벽돌 하수관거 또는 도관과 같은 재래식 자재는 1800년대에 건설하여 현재 그 기능이 거의 저하되지 않은 상태라는 것이 잘 알려져 있다.

이와는 대조적으로 신소재는 장기적인 특성이 확인되지 않아 일반적인 상황과 특정한 상황 하에서 하수관거 내에서 그 성능을 저하시킬 수 있는 조건을 확인하여 평가해야 한다. 따라서 부식성이 강한 화학물질의 농도를 높여 신소재에 접촉시킨다든지, 신소재를 고온환경에 노출시키는 등의 내구연한 가속화 시험(accelerated aging test)이 개발되었다. 재래식 자재와 신소재 모두 이 시험방법을 동등하게 적용함으로써 목표치와 비교가 가능한 자료를 얻고 있다.

이미 잘 알려진 자재들은 미국 및 외국에 충분한 자료가 축적되어 있어, 관련 자재가 적절한 사양에 의거하여 제작되어 시험되고 있으며, 설계시 관련규정을 준수한다. 따라서 반대상황에 접할 수 있다는 주의사항을 충분히 고려하는 경우에는 50～100년의 설계수명이 유지될 것으로 예상된다. 한편 국외의 자료는 운전조건, 사양, 시험방법, 제조표준과 사용재료, 초기특성과 장기적인 특성 등이 다를 수 있으므로 주의하여 사용하여야 한다. 또한 자재의 내구성에 영향을 미치는 요소로써 자재의 장기 특성뿐만 아니라 내화학적 특성 및 내마모성 등을 동시에 고려하여야 한다.

<표 6-1> 하수관거 보수․보강법의 특성-갱생공법(renovation)

보수․보강법의 종류			주요장점	주요단점	적용범위 (inb)
		연속관 (융해용접) (PE/PB)	빠른 삽입 곡선형 접합 가능	원형 단면에만 적용 삽입을 위한 터파기 작업 필요 관경이 작을 경우 단면 손실이 큼 심도가 깊을 경우 비용효과가 낮음	4～63
	슬립 라이닝	단관 (PE,PB,PVC,RPM,FRP,DI,ST)	강도.중량비가 높음 다양한 횡단면 형상 제조 가능 최소의 파손	일부 재료는 설치시 손상 가능 대구경관 그라우팅시 임시 지지가 필요 접합부 보수작업에 소요인력 과다	4～144
파이프 라이닝		현장경화관 (CIPP)	신속한 설치/무굴착 곡관부 적용 및 적은 변형 통수용량의 최대화 보통은 그라우팅이 불필요	완전한 물 돌리기가 필요함 일부 공법은 물 저장탱크가 필요함 소규모 사업의 경우 많은 설치비용이 필요	4～108
		U-라이너/ Nu-파이프	신속한 설치/연속된 파이프 통수용량의 최대화/무굴착 그라우팅이 불필요	연결관 접합이 난이함 기존관의 지지력에 의존	2.5～24
	변형관	스웨이지 라이닝/ 롤다운	신속한 설치/통수용량의 최대화 최소굴착/그라우팅 불필요	지선부 재배치가 난이함 기존관의 지지력에 의존	3～24
		제관공법 (Spiral-wound Pipe)	관거 내부에 맞게 제작/무굴착 통수용량의 최대화/신속한 설치 비원형관에 적용 가능	다수의 접합부 발생 기존관의 지지력에 의존 정교한 내부 그라우팅 작업 필요	3～120
세그맨탈 라이닝		FRC,FRP,구나이트	강도-중량비가 높음 다양한 단면형상 제조가능 최소 파손	일부 재료는 설치시 손상 가능 그라우팅 작업시 임시 지지가 필요함 소요인력 과다/작업자의 출입이 요구됨	36이상
코팅		구나이트/ 숏크리트	연결부의 접합이 용이 무굴착/최소 굴착 다양한 단면 제작 가능	감독이 어려움 소요인력 과다 침입수 차단이 요구됨	4ftc이상

a : PE = 폴리에칠렌, PB = 폴리부칠렌, PVC = 폴리염화비닐, RPM = 강화플라스틱 매트릭스, FRP = 섬유강화 플라스틱, DI = 닥타일주철관, ST = 강관, FRC = 섬유강화시멘트   /  b : in × 25.40 = mm  /  c : ft × 0.3048 = m

<표 6-2> 파이프라인 보수․보강법의 특성-최소 굴착공법과 비굴착 교체공법

보수․보강법의 종류		주요장점	주요단점	적용범위 (in)a
최소 굴착	협폭굴착	지표 굴착의 최소화 굴착 폭의 조정이 양호함	기존 시설물의 파손 가능성 사용폐쇄 상태에서만 가능
	관파쇄공법	다양한 재료로 대체 가능 동일 관경 또는 관경 확대 가능 기존 관거의 노후상태와 무관	인접 시설물에 대한 잠재적 손상 가능성 연결관 접합부의 분리작업이 필요함 완전한 물 돌리기가 필요함 부서지기 쉬운 관에만 적용	4～20
	마이크로터널링 (파이프잭킹 포함)	높은 지하수 수두에 유리 물을 함유한 슬러리가 발생 자갈 지반도 작업 가능 소구경의 맨홀에서 작업 가능 평면굴착 및 약한 콘크리트의 굴착 가능	연결관 접합부 벤토나이트 슬러리의 고화처리 필요 사용폐쇄 상태만 가능	6～36
	천공법 (directional drilling)	신속한 설치 장거리 시공 조수간만이 있거나 파도가 치는 지역 및 수중 환경에서도 사용 가능 관의 재료가 다양함	기존 시설물 손상 중력관에 적절하지 않음 모래/입자상 토질의 경우 운전이 난이함 사용폐쇄 상태만 가능	4～36
	제트류 절삭	400 ftb까지의 범위 정확한 절삭 장애물을 우회하는 절삭 기능 지표 굴착 최소화 자급식(self-contained) 소규모 장치	기존 시설물의 파손 가능성 모래나 입자상 토양에서 적용이 어려움 중력관에 적절하지 않음 사용폐쇄 상태만 가능	2～14

a : in × 25.40 = mm

b : ft × 0.3048 = m

<표 6-3> 파이프라인 보수․보강법의 특성 - 재래식 교체공법과 유지․보수․보강법의 선택

보수․보강법의 종류		주요장점	주요단점	적용범위
재래식 교체방법	굴착공법 (open cut)	길이와 무관함 전통적인 설계	심도가 깊을 경우 고가 파괴 불가피	광범위
	터널링	길이와 무관함 전통적인 설계 파손의 감소 선형 및 구배의 유연성	주로 굴착보다 고비용 고가의 부대비용이 필요할 수 있다	3fta 이상
	세 정	통수용량의 증가 국소적인 문제의 해결	고비용이며 손상 가능 한시적인 조치	광범위
	나무뿌리 제거	통수용량의 증가 국소적인 문제의 해결	고비용 문제의 재발 가능성	광범위
유지관리 와 보수	국부 보수 (pointing)	저가에 의한 원래상태로 복구 최소 파손 / 통수용량의 증가	작업인부의 출입이 가능한 하수관에 제한 하수관이 구조적으로 견고하여야 함	3ft 이상
	내부 그라우팅 (internal grouting)	누수지점 및 크랙 부위의 차수 공동현상의 방지 비용절감 및 파손의 최소화 침투수의 저감 나무뿌리 침입 방지	다른 유입경로로의 침투수 발생 가능 기존 하수관이 구조적으로 견고해야 함 재발가능/재보수가 필요	광범위
	외부 그라우팅 (external grouting)	관거 뒷채움토의 상태를 개선 침투수와 토사유입의 방지	효과를 평가하기 어려움 / 고비용 재발가능/재보수가 필요함	광범위
	기계적 차수 (mechanical sealing)	누수지점 및 크랙 부위의 차수 토양유실에 의한 공동현상 비용절감 및 파손의 최소화 침투수의 저감 나무뿌리 침입 방지	다른 유입경로로의 침투수 발생 가능 기존 하수관이 구조적으로 견고해야 함 작업인부의 출입이 가능한 하수관거에 제한	사람이 출입 가능한 관거
	점 보수 (spot repair)	국지적인 문제 해결	소구경 관거는 굴착을 해야 함 벽돌 하수관에서 추가작업이 필요할 수 있음	광범위

a : ft × 0.3048 = m

<표 6-4> 맨홀 보수․보강법의 특성

보수․보강법의 종류	주요장점	주요단점
맨홀구조물의 보수․보강 공법 플러그 삽입, 덧대기, 몰탈 코팅, 시멘트질과 비시멘트질 방수제	구조적 기능의 개선, 누수 방지, 내식성 향상, 파괴 최소화	심하게 파손되거나 구조적으로 견고하지 못한 맨홀은 적용 곤란
굴착보수공법 인입부와 벽체부의 보수와 재설치	심하게 파손되거나 구조적으로 견고하지못한 맨홀 전체를 보수․보강	굴착으로 인한 다양한 문제 발생
단계적 제거 혹은 교체	접근성과 안전성 개선, 누수 방지	설치가 어려움, 비용
맨홀 틀과 뚜껑의 교체	수명 연장, 높이 조절, 누수 방지	굴착으로 인한 다양한 문제 발생
구조적인 재라이닝(라이닝과 구나이트)	구조적 강도 보강	직경의 감소, 비용 증가
맨홀 틀-인입부 접합지점 및 벽체부와 인입부 접합 지점의 지수	침입수 저감	인입부 감소로 진.출입 지장, 비용 증가
뚜껑 교체 혹은 지수	침입수 저감, 충격진동 방지	뚜껑이 약간 상승
화학적 그라우팅	뒷채움토의 유실에 의한 공동현상 방지	맨홀 내부를 보수․보강 하거나 개선하지못함
전체 교체	새로운 맨홀	비용 증대

<표 6-5> 연결관 접합부 보수․보강법의 선택

보수․보강법의 종류	주요장점	주요단점	적용범위 (in)a
화학적 그라우팅 (chemical grouting)	연결부 누수를 차단하고 균열을 방지 토사유입 방지 저렴한 비용과 파손 최소화 침투수를 감소 나무뿌리 침입 방지	다른 유입경로로의 침투수 유입 가능 기존관이 구조적으로 견고해야 함 재발가능/재보수가 필요	4 이상
반전 라이닝 (inversion lining)	신속한 설치 무굴착 곡관부 적용이 가능하며 변형의 최소화 통수용량의 최대화 그라우팅이 불필요	완전한 물돌리기가 필요함 사업의 규모가 작을 경우 설치비용이 과다	6～42
U-라이너/Nu-파이프 (U-liner/Nu-Pipe)	신속한 설치 연속관 통수용량의 최대화 무굴착 그라우팅이 불필요	연결관 재설치가 난이함 기존관의 지지력에 의존	2.5～24

보수․보강법의 종류	주요장점	주요단점	적용범위 (in)a
스웨이지 라이닝/롤다운 (swage lining/roll down)	신속한 설치 통수용량의 최대화 최소 굴착 그라우팅이 불필요	연결관 재설치가 난이함 기존관의 지지력에 의존	3～24
제관공법 (spiral-wound pipe)	관거 내부에 맞게 제작함 무굴착 통수용량의 최대화 신속한 설치 비원형관(non-circular)에 적용	연결부위가 많음 기존관의 지지력에 의존 정밀한 내부(annulus) 그라우팅 작업	3～120

a : in × 25.40 = mm

1.2.1 자재의 장기 특성

하수관은 특정한 환경에 의해 혹은 환경요소와는 무관하게 장기적으로 그 재료의 성질이 변화하면서 하수관거의 기능이 저하될 수 있다. 예를 들어 플라스틱 자재의 강도와 강성도는 응력과 시간에 따라 변화한다. 그 결과 자재에 가해진 하중에 따라 점진적으로 변형하는 크리프 현상(creep, 크리프 소성 거동, 漸動)이 발생한다. 크리프의 발생속도는 플라스틱의 종류에 따라 상이하며, 경우에 따라서는 강도와 강성도를 감소시키는 원인이 된다. 따라서 설계 과정에서 이를 고려하여 계산하여야 한다.

플라스틱관은 화학적 또는 미생물학적 요인에 의하여 장기 특성이 영향을 받을 수 있다. 이러한 재료에 따른 잠재적인 문제들은 제조업자가 숙지하고 있어야 하며, 대부분의 시제품들은 이러한 특성을 고려하여 하수관거의 환경에 적합하도록 제조되고 있다.

1.2.2 내화학적 특성

하수관의 재료가 다양한 화학약품에 대해 얼마나 저항성을 갖는지에 대한 자료가 일반화되어 있지 않다. 그러나 재료를 선택하기 위한 연구를 수행하는 여러 기관들에 의한 연구자료가 수행되어 문서화되어 있다. 다양한 재료에 대한 일반적인 비교자료는 <표 6-6>과 같다. 제조업자는 대량의 부식물질이 사고에 의해 누출된 경우에까지 적절한 품질을 보증할 수는 없다 하더라도, 특정 화학물질 또는 특정 화학물질의 조합에 대한 자재의 내화학적 특성에 관한 상세한 자료를 제공할 수 있어야 한다.

<표 6-6> 하수관의 내구성에 대한 일반적 비교

재 료		내구성
		내마모성	내화확 및 내부식성	연결부의 보존성
도관		중간	높음	중간
닥타일주철관/강관		높음	낮음*	중간
석면시멘트		낮음	낮음*	중간
콘크리트		낮음	낮음*	중간
유리섬유강화 콘크리트		낮음	낮음*	중간
구나이트/숏크리트		낮음	낮음*	중간
강화플라스틱 몰탈/섬유강화플라스틱		중간	중간*	중간*
현장경화관		중간*	중간*	평가불가
폴리에칠렌	응접부	높음	높음	중간～높음

※ : 높고 낮음을 구분하기 위한 자료가 불충분한 상태임

1.2.3 내마모성

플라스틱관은 일반적으로 시멘트관보다 내마모성이 더 우수하며, 특히 방류수의 pH가 낮은 경우에는 플라스틱관을 사용하는 것이 좋다. 폴리에칠렌(PE)과 폴리우레탄(PU)은 내마모성이 매우 우수하지만, 섬유강화 플라스틱(FRP)은 라이너 층이 얇아 장기적인 구조 특성에 의하여 보존성에 큰 영향을 줄 수 있으므로 문제가 될 수 있다.

1.3 구조적 고려사항

모든 보수․보강법은 장/단기 시공하중조건을 모두 만족할 수 있도록 설계해야 한다.

1.3.1 하 중

라이닝의 경우 단기하중에는 종 방향으로 작용하는 인장력과 압축력이 있으며, 상재토압 및 수압에 의해 부가되는 부양력과 좌굴력이 있다. 부양력과 좌굴력으로 인해 작지만 지속적인 변형이 일어나므로 장기적인 구조적 성능을 결정할 때 이를 고려해야 한다. 장기하중에는 관로를 부설한 이후에 작용하는 내부하중과 토양, 교통, 외수압에 의해 발생하는 외부하중으로 구분된다.

1.3.2 설계방식

라이닝의 장기 설계방식은 다음의 세 가지로 구분할 수 있다.

1) 복합설계(composite design)는 라이닝, 내부 그라우트, 하수관거의 세 가지 구조체가 서로 연계되어 하나의 복합구조로 거동하도록 설계하는 방식이다.

2) 연성설계(flexible design)는 라이너와 기존 하수관의 연결 상태가 불안정한 곳과 라이닝으로 구조적인 보강이 필요한 하수관거에 대해 실시하는 설계 방식이다. 그라우트와 기존의 하수관은 하수관 내부의 연성관에 본질적으로 필요한 지지력을 제공한다.

3) 강성설계(rigid design)는 시공한 라이닝 관이 독립적인 구조물로 작용할 수 있을 만큼 충분한 강성을 갖도록 설계하는 방식이다. 그러므로 그라우트와 기존관에 의하여 제공된 지지력은 하수관의 허용하중을 증가시킨다.

다음에 논의되는 모든 라이닝은 위 세 가지 범주 중 하나에 속한다. 비굴착 교체공법은 재래식 강성관, 연성관, 또는 터널설계이론 등을 이용하여 설계할 수 있다.

1.4 통수능력

하수관거의 보수․보강법 선정시 고려해야 할 사항 중의 하나가 하수관거의 통수능력에 미치는 효과이다. 관로의 통수능력을 결정할 때는 통수단면적, 관의 형상(예를 들어 원형관, 타원형관, 아치형관), 경사도와 내부조도, 관의 흐름 특성, 하류부의 제한조건 등을 고려해야 한다. 대부분의 하수관거 보수․보강법들은 통수단면적과 관의 내부조도, 경우에 따라 관의 형상을 변화시키는 방법도 이용된다.

일반적으로 하수관거의 보수․보강법들은 관경이 감소되어 통수면적과 하수관의 유수계산에 필요한 경심을 감소시킨다. 그러나 기존 하수관 벽에 밀착하여 설치된 보수․보강 제품의 경우는 이러한 단면감소 현상이 크지 않다. 반면 기존관 내부에 두꺼운 환형(annulus)구조물을 성형시킨 경우에는 단면감소가 더 커지게 된다.

그러나 하수관거 보수․보강에 의한 내부 구조물에 의해 통수면적이 감소한다 하더라도 하수관거 내부로 진입하는 침투/침입수를 감소시키고 기존관의 내부조도가 향상되기 때문에 기존의 유효 통수능력을 유지하거나 더욱 향상시킬 수 있다. 그러나 각각의 하수관거에 대해서 침투/침입량의 감소 정도가 상이하여 그 양을 정량화하기 곤란하지만 외부 유입수를 감소시킴으로써 오수관의 통수능력을 향상시킬 수 있다.

일반적으로 관의 내부조도를 작게 함으로써 하수관거의 통수능력을 증가시킬 수 있는데, 이는 영국의 수도연구소( Water Research Centre : WRC)에서 수행한 연구(하수관거 보수․보강 지침서, Sewerage Rehabilitation Manual, 1986)결과에 명백히 기술되었다. 연구과정은 관의 조도에 영향을 주는 요소인 관 표면의 조도, 관 이음부의 편심 또는 불규칙성, 관 재료의 노후 정도, 슬라임의 형성 정도, 관 표면의 요철과 고형물질의 퇴적에 의한 조도 및 침전물 연화 등을 평가하였다.

이들 내부조도의 영향요인들 중 대부분은 하수관거의 보수․보강공법에 의해 향상되었다. 영국 수도연구소의 실험보고서에는 플라스틱관이 공극이 많은 콘크리트관이나 도관보다 더 쉽게 슬라임을 탈리시킴으로 시간에 따라 축적되는 슬라임의 양이 적어 관 내부의 조도계수가 감소하는 것이 보고된 바 있다. 또한 표면이 거친 새로운 관이 슬라임으로 완전히 뒤덮여졌을 경우에도 당초의 높은 조도가 그대로 유지되는 것이 알려졌다(Manual on Buried, 1982).

대부분의 하수관거 보수․보강법들은 플라스틱 재질을 사용하는 경우가 많으며, 시공 후 완성된 새로운 플라스틱 표면은 기존관보다 훨씬 더 매끄럽다. 플라스틱의 경우 벽돌 하수관이나 콘크리트관 혹은 시멘트몰탈관과 달리 시간이 지남에 따라 조도가 변화하지 않는다.

대부분의 하수관거 보수․보강법은 이음부와 표면의 요철을 감소시키거나 제거해 준다. 뿐만 아니라 주형 제작된 제품이기 때문에 기설관의 불규칙한, 또는 잠재해 있는 요철부와 단차와 같은 변형을 매끄럽게 변화시켜 통수를 원활히 한다. 작은 관경의 하수관거에 슬립라이닝을 하는 경우에도 어느 정도의 요철은 제거할 수 있다. 또한 기존 하수관거는 이음부와 균열부를 통해 내부로 나무뿌리와 퇴적물이 침입하여 통수용량이 감소할 수 있는데, 보수․보강 후에는 이음부가 없기 때문에 이러한 나무뿌리와 퇴적물이 침입할 수 없으므로 장기간에 걸쳐 관의 조도와 통수능력을 상당히 개선할 수 있을 것이다.

이러한 요인들이 복합되어 하수관을 보수․보강하는 공법들은 하수관 조도계수를 향상시킬 수 있는 것으로 알려졌다. 미국에서 현재 사용중인 오수관의 경우 당초의 부설관 재질과 신규로 보강된 관 재질을 비교한 실험이 이를 입증하였다.

준설되지 않은 상태로 사용중인 InsitupipeTM와 재래식 재질을 사용하는 오수관의 조도를 비교 평가하는 연구가 수행되었으며, 여기서는 염료희석법을 이용하여 직경 375～1,350mm(15～54in)의 하수관거 유량을 측정하였다(Sewer Segment, 1990). 사용중인 InsitupipeTM관의 Manning 조도계수 n은 사용중인 재래식 도관이나 콘크리트관보다 33% 작게 나타났다.

라이닝 된 하수관거가 기능이 저하된 기존관보다 더 작은 Manning 조도계수 n를 적용할 수 있는 것은 어느 정도 합당한 이유가 있지만, 이러한 비교결과를 플라스틱이 아닌 재질에 대해서까지 확장하여 적용하기에는 더 많은 연구가 필요하다. 그러므로 증명되지 않는 재질에 대해서는 기존관과 동일한 장기 조도계수 n값을 사용하여 설계해야 한다.

1.5 비 용

보수․보강법들은 장기적인 효과와 사용연한이 서로 비슷하며, 초기비용이 서로 유사하다. 한편 기존 하수관거 또한 사용연한이 매우 길다는 가정 하에 설계하기 때문에 정비에 의하여 사용이 가능한 경우에는 이를 재생시켜야 한다. 이때 비용산정 절차를 통해 이에 대한 경제성을 계산해야 하는데 특히 사용연한이 다양한 여러 방법을 고려할 때는 이러한 절차가 더욱 필요하다. 아울러 하수관거의 사용연한이 비교적 길기 때문에 이러한 비용산정은 학술적인 검토가 필요할 수도 있다.

단기간의 사용연한이 예상될 수 있는 곳이나 시공경험이 부족한 새로운 보수․보강법을 사용할 경우에는 비용산정이 필수적이다. 예를 들어 어떤 공법이 다른 공법들이 보장하는 사용연한의 50%밖에 사용할 수 없다면, 그 공법이 수명을 다했을 때 발생되는 비용부담을 더 빨리 부담하게 됨으로써, 초기의 비용을 절감하려고 하다가 결국 더 많은 비용을 지출하게 될 수 있다.

보수․보강을 하는 중요한 이유 중 하나는 기존의 하수관거를 적은 비용으로 활용하려는 것이다. 보수․보강법을 선정할 경우 시공시 발생하는 제반의 손실비용(예를 들어 차량소통의 지연과 우회, 인근 사업장의 매출감소 및 진입제한, 소음, 먼지, 주민건강의 위해 등에 따라 발생하는 비용)과 다른 사용에 미치는 비용 등을 포함하여야 할 것이다.

1.6 보수보강의 하수도시스템 전반에 미치는 영향검토

어떤 보수․보강법이든 이를 하수관거의 어떠한 한 부분에 적용하면 다른 부분에도 영향을 주게 된다. 예를 들면 갱생법 또는 교체법은 유량을 증가시키거나 감소시켜 과부하 현상이나 홍수를 유발함으로써 하수관거의 수리적 성능에 영향을 줄 수 있다. 또한 우수 혹은 오수의 더욱 잦은 월류수의 방류로 인해 하천의 오염을 증가시킬 수 있다. 이러한 문제는 적용 대상이 되고 있는 관에 대해서만 국한되는 것이 아니라 하수관거 시스템에 영향을 미친다.

이와 유사하게 수리적인 문제에 대한 해법이 오히려 구조적 결함이 있는 하수관에 더욱 잦은 과부하를 초래함으로써 관의 파손을 일으킬 가능성이 있다. 그러므로 제안된 보수․보강법이 전체 시스템에 미치는 영향을 고려하여 예기치 않은 문제가 발생하지 않도록 해야 한다. 따라서 대규모 시스템에서는 수리모델을 이용하여 제안된 해법을 분석함으로써 이러한 현상의 발생 여부를 확인하는 절차가 필요하다.

1.7 시공시 고려사항

모든 건설사업이 유사하나 하수관거의 보수․보강법의 선정은 외적인 요인에 더욱 많은 영향을 받는다. 따라서 모든 제조업자와 전문 도급자가 공사를 계획할 때 이러한 외적인 요인을 고려하여야 하며, 기술자 또한 보수․보강법을 선정할 때는 공사의 안전, 준비작업, 작업방법, 시공과 관련된 사항들을 면밀하게 검토하여야 한다.

1.7.1 안 전

시공에서 가장 중요한 사항은 안전이다. 시공관리자, 하도급업자, 하도급업체의 피고용인은 시공을 안전하게 수행하여야 한다. 이는 하도급업체의 피고용인에게만 관련되는 것이 아니라 제3자들과 인접구조물, 공공시설물에도 관련이 된다.

1) 제한된 공간

대부분의 보수․보강법은 기존 관로와 밀접한 연관성이 있기 때문에 시공은 제한된 공간에서 진행된다. 따라서 한정된 공간에 들어가기 전이나 또는 진입하여 공사를 할 때에는 해당지역의 제한여건을 확인해야 하고, 안전한 진입로를 확보하고, 적절한 시공순서를 따라야 한다. 감독관은 계약자에게 이러한 조건의 존재 여부와 계약비용에 대한 내용이 포함되었는지를 확인하여야 한다.

2) 작업구

많은 보수․보강법들이 비굴착 방식을 사용했더라도 추가로 관을 설치하거나 연결부를 다시 재시공하기 위한 굴착작업이 필요한 때가 종종 있다. 이러한 경우 하도급계약자는 굴착공 지지물에 대한 기준과 안전성을 확실히 검토하도록 한다.

3) 인접구조물과 공공설비

비굴착 작업의 주된 장점은 복잡한 도로, 건물 사이의 좁은 골목, 상업 및 공단지역 등과 같은 혼잡한 지역의 노면 손상을 최소화하는 것이다. 혼잡한 지역에서의 굴착작업은 인접구조물과 공공설비에 큰 피해를 주고 비굴착 공법 역시 노면을 다소 손상시킬 수 있다. 관 파쇄공법의 경우 파쇄가 지면 가까운 곳에서 일어나며 노면의 파쇄정도가 대단히 크게 되고, 토양조건으로 인해 진동이 증폭될 때에는 주변관이 손상될 수 있다. 따라서 설계자, 시공관리자, 하도급업자는 이러한 문제의 발생가능성을 인식하여 적절한 설계와 시공을 통해 문제발생을 최소화시켜야 한다.

1.7.2 준비작업

기존 관거를 보수․보강할 때 혹은 비굴착 공법으로 작업을 할 때 약간의 파손은 불가피하므로, 계약 입찰시 이러한 사항에 대한 적절한 협의가 이루어져야 한다. 기존의 진입로를 사용하다 보면 경우에 따라 맨홀 뚜껑과 틀을 제거하거나 기존의 구조물을 고쳐야 할 경우가 있다. 맨홀이 현행 기준을 만족시키지 못하는 경우에는 기준에 맞도록 개선해야 하는데, 이는 하수관을 보수․보강한 후에도 맨홀을 통해 침투/침입수가 들어올 수 있기 때문에 특히 중요하다. 공사구의 간격은 설치비용에 영향을 주므로 추가 맨홀의 설치비용과 함께 예산에 반영해야 한다.

라이닝의 단일공사 구간은 기존 하수관거의 최소 규격에 따라 다르다. 그리고 관거 내에 퇴적물이 쌓여있거나, 유량이 너무 많은 경우, 진입로가 없는 등 사전에 현장조사를 충분히 하지 못하여 계약 이전에 라이닝의 길이 및 규격을 검토하는 것이 불가능한 경우가 종종 있다. 그러므로 라이닝 관을 주문하기 전에 실물크기의 모델이나 혹은 관의 일부를 확인하여 주요한 요소를 점검하도록 해야 한다.

슬립라이닝과 연결부 시공을 위한 작업구를 설치하기 위해서는 어느 정도의 굴착이 필요하며, 이때에는 지하의 다른 매설물과 구조물에 대한 현장파악이 매우 중요하다.

1) 유 수

일반적으로 공사시에는 하수관거 내의 모든 유수를 우회시키도록 한다. 이는 보수․보강 비용의 주요한 부분을 차지할 수도 있지만, 일부 시공법에서 약간의 유수가 있는 것이 도움이 되기도 한다. 우기, 조수간만, 하수 방류 등에 의한 갑작스러운 유량변화와 이에 따른 우회유량을 추산하기 위해 하수관거 시스템의 운영에 대한 이해와 사전조사가 필요하다.

침투유량이 많은 경우에는 라이너가 완벽하게 시공될 수 있도록 연결부 이음방법, 내부 그라우팅, 국부 보수, 코팅 등의 작업에 특별한 주의를 기울여야 한다.

2) 하수관거의 세정

기존 하수관거를 미리 세정함으로써 라이닝의 삽입을 용이하게 하고 라이닝 재료와 하수관거 사이의 결합력을 증진시킬 수 있다. 하수관거 저부의 퇴적물과 협잡물은 라이닝 자재에 치명적인 영향을 주어 초기에 실패하는 결과를 낳을 수 있다. 제트류를 사용하여 작은 입자들을 제거하고, 큰 입자는 기계적인 방법으로 제거해야 한다.

하수관거 벽에 심한 이물질과 부착물이 있는 경우에 보수․보강법은 성공적으로 수행되지 않을 수도 있다. 부착물 때문에 이음부 방수장비가 효과적으로 방수처리를 하지 못해 슬립라이닝을 적용하여야 할 경우가 발생할 수도 있다.

세정 후 하수관거를 관찰하여 라이닝을 방해할 장애물의 여부를 확인해야 한다. 그리고 하수관거를 조사하는 동안에는 하수의 흐름을 차단하거나 현저히 감소시켜야 한다.

3) 공극 또는 이완된 토양

하수관거의 주변 토양에 공극이 많을 경우에는 그라우팅을 통해 적절한 관 지지력을 확보해야 한다. 그러나 그라우팅만으로 침투수량을 감소시키기는 어렵다.

1.7.3 작업방법

1) 자 재

자재는 손상되지 않도록 취급하고 저장해야 한다. 폴리에틸렌 자재는 크리프 현상을 일으키기 쉬우므로 올바르게 저장하고 이동해야 한다. 관을 적재할 때의 높이는 제조업자의 관리지침을 따라야 한다. 라이너 관은 다양한 길이로 제작되어 있으므로 현장 상황 혹은 취급상의 편의에 따라 해당 사업의 특성에 맞도록 특정 길이를 결정하도록 한다.

2) 파이프 라이닝

재래식 관로의 설치기법과는 반대로 라이닝을 하류방향으로 설치하면 시공이 편리해지고, 기존 관거와 라이닝 사이의 공간이 하수로 인해 오염될 가능성이 줄어들게 된다. 그리고 오염이 될만한 원형공간은 그라우팅을 하여야 한다.

3) 내부 그라우팅(annular grouting)

원형공간에 그라우팅을 하는 방법은 갱생해야 할 하수관거의 크기에 따라 여러 가지가 있다. 내부 그라우팅은 라이닝이 시행되는 동안 부상력과 좌굴력을 받는데, 압력수를 라이너에 충진함으로써 좌굴 위험을 감소시킬 수 있을 것이다. 만일 그라우팅과 라이닝이 동시에 진행되지 않고 그라우팅 작업만이 진행될 경우 그라우트가 손상을 입을 수 있다. 따라서 대구경 하수관에 주로 사용되는 단계별 그라우팅 공법을 이용하여 그라우트에서 발생하는 힘을 감소시켜 손상이 전혀 일어나지 않거나 손상을 감소시킬 수 있다.

그라우팅은 라이너 내부에 그라우트를 주입하는 방법에 따라 두 가지 형태로 나뉘어진다. 그라우팅 기법은 매우 다양하지만 그라우팅시 몇 가지 일반적인 규칙이 있다(Lee, 1991). 그라우트 사용요구량이 계산되어야 하며, 기존 하수관의 침투수에 의해 희석되지 않도록 해야 한다. 그라우트는 하류 종단에서부터, 그리고 관저부에서 관정부 방향으로 상부에서 공기가 배출될 수 있도록 주입되어야 한다. 노즐에서의 그라우트 압력은 보통 34.5kPa(5psi) 또는 파이프 강도의 약 1/3이며, 진행과정 동안 그라우트의 실제 사용량이 계획량에 부합하는지를 조사해야 한다. 때때로 그라우트 사용량이 계산된 것과 차이가 많을 경우가 있다.

1.7.4 감 독

하수관거의 보수․보강이 실패하는 주원인으로 작업자의 기술 부족을 들 수 있다. 따라서 작업자의 기술능력을 향상시키고 철저한 현장감독을 하는 것이 경제적일 것이다. 여러 지하 작업들은 적절한 조사방법과 제어방법을 개발하여 사용할 필요가 있는데 특히 현장경화공법일수록 더욱 중요하다. 접근이 불가능하거나 어려운 소구경 하수관거에서는 폐쇄회로TV장비(CCTV)를 사용하도록 한다.

내부 그라우팅은 주입량을 정확히 측정함으로써 누수, 공극의 존재여부, 그라우팅 방법의 문제발생 여부를 알 수 있으므로 면밀한 감독을 필요로 한다. 또한 라이닝 후 하수관거의 선형, 매설심도, 변형상태 등도 감시되어야 한다. 전형적인 그라우트 시험에는 실행가능성, 밀도, 누출, 경화시간 및 압축강도 등의 항목들이 포함되어 있다. 그러나 그라우트의 침투와 그라우트가 채워진 상태를 조사하는데 필요한 신뢰성 높고 저렴한 방법이 현재까지는 개발되지 않은 상태이다.

대형 하수관거에서는 그라우트가 주입되지 않은 지역을 탐지하기 위해 라이닝을 해머로 가볍게 두드려서 속이 비어 있는 곳을 찾기도 하지만, 지하 공간에서 결합상태가 불량한 라이닝과 공극을 구분하기란 쉽지 않다. 8mm(0.25in)의 작은 구멍을 천공하여 그라우트가 존재하는 것을 확인하고, 접근이 용이한 경우에는 50mm(2in)의 코아를 취한다. 그러나 이때 천공된 구멍을 철저히 보수하지 않을 경우 새로 보강된 관로에 결함이 될 수 있으므로 주의하여야 한다.

1.8 계약 시방서

대부분의 보수․보강법은 새로운 공법이거나 또는 재래식 기술을 새롭게 사용한 것이므로 기준이 되는 표준사양이 없는 경우가 많다. 또한 기존 자재에 대한 사양이 문서화되어 있다 하더라도 자재의 새로운 사용법에 대해서는 다루지 않는 경우가 있다. 예를 들어 고밀도 폴리에칠렌(HDPE, high-density polyethylene)을 사용하는 슬립라이닝 공법에 대한 사양과 시방서가 오랫동안 사용되어 왔으나, 최근에 개발된 변형관의 라이닝에 대한 부분은 여전히 다루어지지 않고 있다. 따라서 기술자는 새로운 기술을 사용하여 라이닝을 할 경우 자재의 내구성에 미치게 될 잠재적인 영향을 주의 깊게 고려해야 하며, 자재의 규격을 적절하게 명시해야 한다. 이때 자격을 갖춘 재료 전문가의 도움을 얻어 요구되는 연관성과 사양에 대한 이해를 도모할 수 있을 것이다.

신기술이 끊임없이 개발되고 있으므로 새로운 신소재가 기존의 사양 요구 조건과 맞지 않을 수도 있다. 그러므로 제시된 상황에 부합하는 단기/장기적 적합성을 평가하기 위해서는 자재의 시험이 필수적이다. 기준사양이 없는 경우 유사 분야에 대한 다른 기준을 찾아보아야 하는데, 영국에서는 새로운 보수․보강법에 대한 임시사양을 만들어 운영하고 있으며, 이 문서는 다음과 같은 내용을 다루고 있다.

1) 특정 자재의 성분이 사용하기에 적합한지 여부와 설계에서 요구되는 자재의 특성을 만족시키는가를 입증하는 자재의 적합성 시험(material-type tests)

2) 자재가 요구되는 크기와 형태로 제조될 수 있는지를 입증하는 생산품의 적합성 시험(product-type tests)

3) 적합성 시험에서 승인된 것과 동일한 품질로 모든 단위제품이 제조되고 있는지를 확인하는 품질관리 시험(quality control tests)

4) 기존에 없던 새로운 것 혹은 구분이 모호하게 사용되는 것들에 대한 용어의 정의

5) 하도급계약자, 제조업자, 시공관리자에게 자재의 품질 척도로써 제공하는 정량적인 값과 오차한계

6) 관로가 사양에 맞게 설치, 제조된 것을 확인하는 기술자의 기술수준, 확인, 인증절차

7) 접합방법의 구조적 완전성과 여러 가지 형태의 접합방법에 대한 호환성

8) 관의 시공과 제조(시공방법에 따라 여러 자재를 사용할 수 있고, 특정 보수․보강법에 적합 또는 부적합한 자재가 있으며, 특정한 자재를 이용한 특정 시공 방법을 명시할 수 있기 때문)

제조업자와 하도급계약자는 이러한 사항들에 대해 조언을 할 수 있으며, 기술자는 그 사양이 올바른지 확인해야 한다.

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.

3. 하수관거의 교체공법 혹은 갱신공법

기존의 하수관거를 보수․보강하는 것이 항상 바람직하거나 가능할 수만은 없으며 흔히 통수능력의 부족이 문제가 되고 있다. 일반적으로 기존관을 갱생하면 마찰계수가 작아지므로 통수능이 다소 증가하나, 기존관의 통수능이 현저히 부족한 경우에는 대형관으로 교체가 불가피하다. 즉 기존 하수관망이 현재 혹은 향후의 기반시설로써 적절하지 못하다면, 기존관을 교체하거나 새로운 관을 신설해야 할 필요가 있다.

이러한 경우 일반적으로 굴착 공법과 터널링 공법이 적용되어 왔으나 이러한 기술은 많은 한계점을 갖고 있으며, 굴착 기술은 특히 도시지역에서 혼잡을 야기하는 반면에 터널공법은 비교적 심도가 깊거나 대형관거의 경우에만 경제성을 갖는다.

3.1 비굴착 교체공법

최근 몇 년간 관 파쇄공법(pipe bursting), 마이크로터널링(microtunneling), 천공법(directional drilling), 제트류 절삭법(fluid jet cutting), 충격식 몰링(impact moling), 충격식 래밍(impact ramming), 오거보링(auger boring)과 같은 비굴착 교체공법이 매우 빈번하게 사용되어 왔다. 비교적 덜 혼잡한 곳에서는 굴착을 최소한으로 하는 협폭굴착(narrow trenching)이 사용되기도 한다.

이러한 공법 중 어떠한 것도 모든 상황에 적합하다고 할 수는 없으며 다른 지하 매설물이 인접하여 있거나, 바위나 암반이 존재하는 지역에서는 여러 한계점들이 나타난다. 따라서 새로운 기술이 점차 일반화되어 이러한 문제점들이 극복되어야 할 것이다.

3.1.1 관 파쇄공법(pipe bursting)

관 파쇄공법은 기존관을 부수고 부서진 파편을 주변토양으로 밀어낸 후 기존 관로와 관경이 같거나 더 큰 크기의 새로운 관을 확장된 공간으로 삽입하기 위해 밀어 넣는 것이다. 원래의 개념은 주철 가스관을 교체하기 위한 것으로 영국에서 처음 고안되어 점차 널리 사용되게 되었다(Reed, 1987, 1988 ; Decker and Larson, 1988). 파쇄기는 공기압방식과 유압방식(pneumatic or hydraulic bursters)이 있으며, 파쇄 방식은 직접 파쇄식과 윈치 견인식이 있다. 새로운 관은 파쇄기 전면에서 당기고 뒤에서 신속하게 밀어 넣는다. <그림 6-9>에 관 파쇄공법이 예시되어 있다.

<그림 6-9> 관 파쇄공법 - 전형적인 현장 상황도

파쇄기의 앞부분에 대한 여러 설계방식이 개발되었는데, 현존하는 가장 단순한 모양은 파쇄기의 앞부분에서 뒤로 갈수록 점차 크기가 증가하는 형태이다. 원뿔형으로 변화하는 부분에 노후관의 벽이 닿으면서 관경이 확장되며, 파쇄기에 장착된 특수 팽창 돌쩌귀(special expanding knuckles)에 의해 이음부가 파열된다. 유압식 팽창 파쇄기도 개발되었다.

투관(套管, sleeve pipe)이 파쇄기 바로 뒷부분에서 당겨져 설치되므로 최종적으로 설치된 관이 파쇄된 관의 파편에 의해 긁히지 않도록 한다. 파쇄공정이 완료된 후 투관은 HDPE로 라이닝되며 이것이 최종 관로를 형성하게 된다. 다른 재질 즉 도관, FRP, 콘크리트관을 최종관으로 사용하여 성공한 사례가 있다.

관 파쇄공법은 유리점토, 무근 콘크리트, 석면 시멘트, 일부 PVC, 주철관과 같은 부서지기 쉬운 재질의 관을 교체하는 데에 적합하다. 강관, 닥타일 주철관, 철근콘크리트관, 폴리에칠렌관, 복합관을 관 파쇄공법으로 교체하는 것은 적합하지 않다. 관 파쇄공법을 적용하는 데에 필요한 관의 크기를 <표 6-8>에 나타내었다. 설계자는 파쇄방식을 선정하기에 앞서 관의 크기를 확인해야 한다.

<표 6-8> 관 파쇄 교체 공법

기존관의 내경 (in)*	교체관의 내경 : 정치수(size-for-size) (in)	교체관의 내경 : 과치수(oversize) (in)
9	9	11 12.4 13.8
12	12	12.4 13.8 15.7
15	-	15.7 15.7
18	17.7	-

※ : in Ⅹ 25.40 = mm

작업구 사이의 최대길이는 기존 관거의 재질, 이음부의 설계, 관 표면, 토양조건 등과 같은 요인들에 따라 다르지만 보통 삽입되는 길이는 60～90m(200～300ft)이다. 관 표면의 특성은 삽입에 상당히 중요한 영향을 미친다. 콘크리트 재질인 경우 콘크리트 타설 범위, 콘크리트 강도, 파쇄장비의 파쇄능력 등에 따라 영향의 정도가 다르다. 관 표면의 재질은 관의 파쇄와 신관 삽입시 마찰로 인하여 신관 삽입에 지장을 초래하지 않을 정도로 확장될 수 있어야 한다.

기존 관거 주변의 토양조건은 관 파쇄공법의 성공여부에 매우 큰 영향을 미친다. 대개 모래와 자갈보다는 점토질 토양의 경우 관 파쇄에 의한 교체가 용이하다. 모래 또는 점착력이 없는 토양(특히 젖은 모래)에서 관 파쇄를 할 때는 점토질 토양에서보다 추진거리가 더 짧은 경향이 있는데, 이는 토양이 바로 이완되면서 교체관을 진입시킬 때 큰 마찰효과를 내기 때문이다.

1) 장 점

관 파쇄공법의 주요 장점은 다음과 같다.

가) 관 파쇄공법의 설치속도는 현장 준비와 관 접합공정을 포함하여 주당 37m(120ft) 정도이다. 삽입속도는 mm/s(ft/min) 단위로 나타내며, 현장준비시간, 관 접합시간(연속 접합관이 사용되었을 경우), 작업구의 굴착시간, 재연결 작업과 부수적인 작업을 해야 하는 시간 등이 포함되지 않은 속도이다. 지반이 단단한 경우 삽입속도가 늦어지는 경우가 있지만 대부분 2.5～20mm/s(0.5～4 ft/min) 사이에서 완공된다.

나) 특히 도시지역에서 복구비용이 많이 절감된다.

다) 환경과 교통문제의 유발을 저감시키나, 경험에 따르면 이 측면은 과대 평가되어 왔다. 또한 작업구의 위치, 지선 하수관거의 재 연결에 필요한 개구부의 개수, 관을 설치하는데 필요한 공간 등을(이러한 경우 부분적인 굴착을 많이 해야 하므로)반드시 고려하여야 한다.

라) 공공시설 사용에 불편을 주지 않으므로 발생되는 비용절감 효과가 있으나 이 공법의 적용에 따른 진동효과 때문에 효과는 어느 정도 상쇄된다(단점 참조).

마) 단위 교체 비용은 재래식 굴착 공법보다 20～30%가 저렴하다.

2) 단 점

관 파쇄공법이 개발됨에 따라 파쇄 장비가 널리 사용되고 있지만, 크기와 성능이 제한되어 있어 있다. 이 공법은 부서지기 쉬운 재료에만 적용할 수 있어, 콘크리트로 감싸진 모든 관에 사용할 수 있는 것이 아니다. 또한 관로의 시공 상태를 알 수 없거나 일부분을 콘크리트로 타설한 경우에는 이 공법을 적용하기가 어렵다.

암반 부근 혹은 파일 위에 축조된 하수관거에서 파쇄기가 내는 힘은 일정하지 않으며 파쇄기가 어긋나는 경향이 있다. 또한 기존 관로 근처에 있는 큰 바위도 유사한 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 파쇄 추진속도는 관의 재질과 토양조건에 따라 다르기 때문에 시공일정을 예측하기 어렵다.

이러한 피해를 줄이기 위해 파쇄하기 전에 모든 연결관 부분을 굴착하여 연결된 부분을 찾아서 끊어주어야 한다. 이 때문에 새로운 관이 완전히 설치된 후에야 비로소 다시 연결할 수 있는 번거로움이 있다. 연결관이 많은 곳에서는 이 문제가 심각하여, 만일 시공을 하는 중에 또 다른 문제가 발생할 경우에는 가지관 연결부를 장기간 통제해야 하므로 주민이 그 동안 하수도를 사용할 수 없게 된다.

가장 큰 단점 중 하나는 인접 지하매설물, 구조물, 지표면, 특히 포장된 도로 면에 악영향을 미치는 것이다. 파쇄기의 팽창작용에 의해 관로 주변의 토양이 이동하게 되며, 이 때에 이동되는 양은 토양의 종류, 팽창되는 정도, 관을 둘러싼 재료에 따라 다르다. 이러한 관로 주변 물질의 이동은 주변 토양을 통해 전달되며, 파쇄가 진행되는 방향의 횡 방향으로 지나가는 구조물과 인접한 지하시설물에 변형과 휨 현상을 발생시킨다. 이러한 힘이 관로의 이동을 초래하고, 그 힘의 크기와 관의 상태에 따라 구조적인 손상이나 이음부의 누수 원인이 되기도 한다.

이 분야에 대한 많은 연구가 수행되어 「관로 주변도(pipe proximity chart)」가 만들어지게 되었다(Leech and Reed, 1989, Briassoulis et al., 1989). 매설심도가 작은 경우의 파쇄는 지표면 부근에서 이루어지므로, 팽창이 되는 동안 일반적으로 상부 방향으로의 토양이 이동하여 국부적이고 강렬한 교란이 발생한다. 그러나 하수관거의 매설심도가 깊은 경우에는 파쇄공정에 따른 교란이 주변토양의 무게에 의한 압축에 의해 억제된다. 균질한 토양에서 팽창은 방사형으로 발생하지만, 팽창되는 부분 아래에 단단한 지층(암반), 파일, 연약한 되메움층이 있는 공동구 바닥 등이 있으면 팽창은 윗 방향으로 발생할 것이다. 토양의 이동은 국부적이며, 되메움층의 강도와 압축정도에 따라 정해진 체적변화에 의해 억제된다.

지표면의 교란은 거의 보이지 않을 정도로 지표면이 살짝 상승하는 경우부터 지표면에 균열이 생기고 기존의 이음부와 결점부위에 구멍을 낼 정도로 심하게 상승하는 경우까지 다양하다. 관 파쇄 중에 일어나는 이러한 교란은 대부분 일시적이며 후에 다시 어느 정도 내려앉게 된다. 이러한 지표면 상승을 미리 예측하는 가장 적절한 방법은 이미 완료된 유사한 과업에 대해 내용을 비교 검토하는 것이다. 시공자는 기술자로 하여금 이와 같이 계속 변화하는 현장 상황에 대처할 수 있도록 기술자를 지도, 감독해야 한다.

3.1.2 마이크로터널링(microtunneling)

인구밀도가 높은 도심지역에 개착식 건설공법을 사용하여 하수관을 설치하는데는 많은 제한이 따른다. 따라서 이러한 제한요인을 해결하기 위하여 인구밀도가 높은 일본에서 마이크로터널링공법이 처음 개발되었다(Water Research Centre, 1988, and Thomson, 1991). 대형 하수본관에 터널공법을 사용하는 데에는 선택의 여지가 없으나 직경이 150～900mm인 작은 관에 적용할 유사공법이 그때까지는 없었다. 이를 해결하기 위해 토양의 연성과 입자성을 이용하여 작은 관경의 하수관에 대한 비굴착 시공이 용이하도록 원격조정과 조타가 가능한 기계를 개발하게 되었다.

1980년대 초에 독일에서도 이러한 장비를 개발하여 도시지역의 신관부설 문제를 해결하기 위해 사용하였다. 지하수위가 높은 지역에서 하수관거를 보수․보강하는 동안 인근 구조물에 대한 피해를 최소화해야 한다는 것과 강력한 환경운동권의 압력으로 이러한 문제 해결의 필요성이 대두되었다.

마이크로터널링은 전통적인 굴착 공법에 비해 단위공사비용이 큰 편이어서 주변 시설물에 대한 피해보상의 범위가 큰 경우가 아니라면 경쟁력이 없다. 그러나 미국에서는 작업량이 많아짐에 따라 마이크로터널링의 장점을 이용한 산업에 관심이 증가하게 되었고, 다양한 토양조건을 다룰 수 있도록 기술이 개발됨에 따라 이 공법이 더욱 경쟁력을 갖게 되었다.

마이크로터널링은 침투수와 침입수의 문제를 해결하기 위하여 기존 관로를 폐기해야 하는 곳이거나, 또는 도심지역에서 규모의 확장이 필요하지만 재래식 터널 공법으로 해결하기에는 규모가 너무 작은 하수관거에 적용할 수 있는 대안이 되었다. 본 지침서에서 마이크로터널링은 침투수와 침입수 제거전략(I/I remove strategy)에 포함될 수 있는 기술로 설명될 것이다.

마이크로터널링은 파이프 재킹에 의해 관입 굴착을 하는 방법으로 원격조정과 150～900mm(6～36in)구경에서 조타 가능한 보정기계가 필요하다. 시공장비는 터널표면에서 토사를 제거하는 방식에 따라 두 가지 형식이 있다.

1) 오거 방식(auger system)

오거 시스템은 여러 개의 나선형 오거가 터널 내에서 구멍을 뚫는 절삭기 헤드에서 작업구로 토사를 이송한 후 제거한다<그림 6-10>. 절삭기 헤드는 오거 플라이트(flight)에 직접 연결되어 잭킹샤프트(jacking shaft)에 놓인 전기모터에 의해 작동된다. 또한 분쇄기 전면부는 자갈도 처리할 수 있으며, 최근에 개발된 장비는 기존 관거도 제거할 수 있다.

<그림 6-10> 마이크로터널링(오거 방식)

재킹 작업구에 설치한 레이저 빔 방출기와 터널링 장비 후방에 있는 과녁(반사경)을 이용하여 기계 앞부분 근처에 있는 여러 개의 소형 유압식 조타잭을 활성화시킴으로써 방향의 조절이 가능하다.

터널링 장비의 설치위치에 지하수위가 있으면 굴착이 과도하게 일어날 수 있으나 이는 절삭기의 전면부에 슬러리, 물, 압축공기를 주입함으로써 조절할 수 있다.

2) 슬러리 방식(slurry system)

터널의 라이닝 안에 설치된 소구경의 방출관은 슬러리 쉴드 기계로 제거한 토사를 직접 지상에 있는 처리시설로 운송한다<그림 6-11>. 슬러리액은 보통 벤토나이트와 물의 혼합물이지만 어떤 토양이나 기계에서는 물만을 이용하도록 되어 있다. 자갈이나 돌이 섞여 있는 토양은 직경이 작은 방출관을 통과하기에 적합한 크기로 분쇄하기 위해 절삭기 헤드가 필요하다.

<그림 6-11> 마이크로터널링(슬러리 방식)

절삭기는 터널링 쉴드 전방에 있는 모터와 기어상자를 이용하여 직접 추진력을 얻는다. 조타와 제어방식은 오거 방식과 유사하다.

3) 관의 설치

마이크로터널링 장비 뒤에서 관을 재킹하여 기계가 전진하도록 한다. 작업구에서 관을 추가로 설치하여 길이를 연장하고 관 전체를 밀거나 재킹하는 작업을 계속 반복한다. 추진되는 방향은 위에 언급한 마이크로터널링 장비로 제어한다. 관은 콘크리트, 유리점토, 섬유강화 플라스틱, 섬유강화 시멘트, 석면시멘트, 닥타일주철관, 강관 등의 다양한 재질로 제작한다.

대부분의 경우 특수 이음부가 개발되어 내부와 외부에 부드러운 표면을 갖게 되며, 관벽 내에 이음부를 두게 된다. 또한 이음부는 재킹이 되는 힘에 버틸 수 있어야 하며, 작은 변형이 생기더라도 누수가 일어나지 않도록 설계해야 한다. 또한 삽입관은 중심 혹은 편향적인 재킹(힘)을 버틸 수 있어야 하고, 토압과 교통하중을 안전하게 지지할 수 있는 충분한 내구성을 갖춘 재질로 제조된 것이어야 한다.

4) 장 점

마이크로터널링의 장점은 하수관거의 수평 및 수직의 미세한 조절이 가능하며, 맨홀과 맨홀 사이에서 표준 길이로 연속적인 라이닝이 가능하다. 또한 토양조건이 열악하거나, 노면을 최소로 파손해야 하는 밀집지역, 또는 매설심도가 4.5～6m(15～20ft)이상인 지역에서 효과적인 방법이다.

5) 단 점

마이크로터널링의 단점은 부대시설이 많이 필요하기 때문에 초기비용이 많이 든다는 점이며 거대한 암석과 같은 대형 장애물이 큰 문제가 될 수도 있다. 이 공법은 단지 심도가 깊은 관을 대형관으로 교체할 때, 혹은 침투수와 침입수를 조절할 때 사용하는 방법이다. 반면 상류 쪽 하수관거의 침투수와 침입수를 충분히 저감시키지 못하는 지역에서는 하류부에 추가로 차집관거를 만들어야 한다.

3.2 기타 비굴착 공법

기타 비굴착 공법들은 공법개발에는 중요한 의미가 있지만, 침투수와 침입수 조절에 직접 적용할 수는 없다. 이러한 기술로는 직접천공법(directional drilling), 제트 절삭공법(fluid jet cutting)과 같은 조타 가능한 공법과 미개척지에서의 충격식 몰링(impact moling), 충격식 래밍(impact ramming), 오거 보링(auger boring)과 같은 조타 불가능한 공법들이 있다.

3.2.1 직접천공법

이 공법은 하천, 하구, 운하 등의 수면 아래에 수직방향으로 휘어진 긴 곡관을 설치하는데 주로 사용된다(Reynolds and Szczupak, 1987). 1,000m이상 추진할 수 있고, 지상장비 등 값비싼 중장비를 많이 필요로 하므로 대규모 정부사업에 가장 적합한 공법이다<그림 6-12>.

<그림 6-12> 직접천공법

이 공법은 먼저 소구경의 파일롯트공(pilot-hole, 유도굴)을 원호 형태로 천공한다. 유도튜브보다 약간 큰 세척관이 천공열을 따라가게 되는데 임시 지지대의 역할과 확공을 하기 전에 천공열에 가해지는 마찰을 감소시키는 역할을 한다. 완성된 파일롯트공은 역확공기술(back-reaming techniques, 逆擴空技術)을 사용하여 최종 신관을 삽입할 수 있을 정도까지 크기를 확대시킨다. 이 때 주로 사용하는 관은 강관이며 폴리에칠렌관과 관다발을 한꺼번에 사용하기도 한다.

3.2.2 제트 절삭공법(fluid jet cutting)

이 공법은 파일롯트공을 만들기 위해 토양을 절삭하는 고압(6,900～27,600kPa(1,000～4000psi))의 슬러리 제트노즐(slurry jet nozzles)이 장착되고 원격조정이 가능한 도구를 사용한다(Kirby, 1991). 최종터널은 직경이 50～350mm(2～14in)의 범위, 길이는 120m(400ft)까지, 깊이는 10m(34 ft)까지로 한다<그림 6-13>. 이 공법은 지표상에서 감시되며 천공 방향조절은 수직과 수평면으로 이루어진다. 압력식 하수관거와 중력식 하수관거에 모두 적합하며, 정확도는 ±150mm(6in)로 하수관거의 수평 및 수직 오차의 허용범위는 그리 중요하지 않다.

<그림 6-13> 제트류 절삭법의 개략 배치도

3.2.3 충격식 몰링(impact moling)

몰링은 압축공기를 이용한 원형 충격식 해머로 토양에 충격을 가하여 구멍을 내는 방법이다. 관로가 생성됨에 따라 토양에 압밀이 발생하나 따로 토양을 제거하지는 않는다. 이 공법은 조타가 불가능하며 중력식 하수관거에 적합하다.

3.2.4 충격식 래밍(impact ramming)

이것은 충격식 몰링을 발전시킨 것으로 추진구에서 대형 충격식 몰을 사용하여 토양에 강철 케이싱을 박는 것이다. 토양이 케이싱의 끝 부분으로 들어오면 제트류나 기계식 절삭, 또는 단순히 밀어냄으로써 토양을 제거한다. 이 공법은 약 30m의 길이까지만 추진할 수 있으며, 적당한 길이에 적용하는 중규모 또는 대규모의 횡단시공에만 적합하다.

3.2.5 오거 보링(auger boring)

이 공법은 회전식 절삭기 전면부와 그 뒤에 토양을 제거하기 위한 오거 플라이트로 구성된다. 이 장비는 횡단시공에 널리 사용되나 침투와 침입 문제를 해결하기에는 적합하지 않다.

3.3 재래식 교체공법

침투수와 침입수 문제에 대한 궁극적인 해법은 관로를 완전히 교체하는 것이다. 라이닝 공법과 비굴착식 교체공법으로 새로운 관을 제공하여 이를 어느 정도 달성할 수 있으나, 침입수 문제가 완전히 해결되지 않는다. 그러나 완전한 교체공법을 적용하기 위해서는 외부의 흐름을 완전히 우회시키거나 제거해야 한다.

전통적인 굴착 공법은 표면 파열이 쉬운 교외지역이나 시골에서 오히려 경제적이다. 그러나 매우 혼잡한 도심지역이나 하수관거의 매설심도가 깊은 지역에서는 라이닝 공법이나 비굴착 공법이 더 경쟁력을 갖게 된다. 또한 터널공법은 심각한 침투수 문제가 있는 대형 하수관거를 보수․보강할 때에만 사용할 수 있는 공법이다.

4. 유지관리와 보수

유지관리와 보수는 관로 보수․보강의 한 영역으로 고려될 수 있으며, 여러 종류의 기술들이 있다.

4.1 세 정

하수관거를 세정하는 목적은 하수관 표면으로부터 이물질을 제거하기 위함이며 일반적으로 다음과 같은 문제를 해결하기 위해서 수행한다(Knott, 1989 and 1990).

1) 하수의 흐름 장애나 정체를 유발하는 반고형 장애물) : 이러한 장애물들은 우선적으로 제거될 수 있음에도 불구하고 일반적으로 위급한 상황이 되었을 때 관심을 갖고 제거된다.

2) 통수능 : 간혹 퇴적물, 뿌리, 침입관(연결관 또는 타관 통과), 그리스, 피각, 이물질 등이 통수능을 감소시킬 수 있는 요소가 되며, 이로 인하여 과부하나 범람이 유발될 수 있다. 하수관거의 세정은 이러한 문제들을 영구히 혹은 적어도 일시적으로 완화하기 위해 시행한다.

3) 통수능을 조절하기 위해 하류부를 제한하여 합류식 관의 범람이나 폭우로 인한 범람으로 유실되거나 배출되는 잔해로 인한 오염.

4) 하수관거 내에서 오랜 기간 동안 고형물이 체류함으로 인하여 악취를 유발하고 결국에는 부패하여 황화수소가 생성된다.

5) 하수관거 조사를 위해 청소를 깨끗이 해야 할 경우로 특히 하수관거 내부 CCTV 검사를 할 때 가장 자주 요구되는 사항이다.

6) 하수관거를 복구하기 앞서 신속하게 세정해야 할 필요가 있을 때.

세정을 하는 정도는 세정을 하는 목적과 보수․보강 계획의 범위에 따라 결정되며 CCTV 조사가 세정작업보다 우선하여 이루어져야 할 경우도 종종 있다. 내부 그라우팅을 수행할 경우 팩커 장비가 연결부까지 쉽게 접근할 수 있고, 정착위치를 확보할 수 있도록 각각의 관 연결부위는 세정되어야 한다. 따라서 다양한 형태의 보수․보강법들의 성공적인 과업완수 여부는 관거의 깨끗한 정도에 달려있다고 해도 과언이 아니다.

관거가 완전히 파손되어 있거나 단락 상태가 심하여 세정을 할 수 없을 경우,  그리고 관거가 심하게 부식되어 있거나 구조적으로 문제가 있을 경우에는 세정작업을 완화시키거나 중지해야 한다.

일반적인 세정방법으로는 제트 로딩, 수동식 로딩, 감아 올리기나 끌기, 절삭, 그리고 인력 혹은 기계식 채굴 등이 있다. 이러한 방법들은 보통 관의 종류와 크기, 그리고 세정으로 인해 관에 발생 가능한 상태 등을 고려하여 미리 결정되어야 한다.

4.1.1 제트 로딩(jet rodding)

이 방법은 관거 내부의 이물질을 떼어내고 하류 쪽으로 흘려보내기 위한 것으로 세정수의 고속제트 성능에 의존한다. 고압(약14,000kPa(2,000psi))의 세정수는 호스를 통해 제트 로젯(rosette)이 달려있는 노즐을 통해 공급되며, 대부분의 방출수는 호스 내부의 흐름방향과 반대로 분출된다. 이러한 제트류는 하수관 내에서 호스를 이동시키며 하수관 벽에 부착된 이물질을 제거한다. 노즐은 관의 직경과 재료에 따라 적정한 것을 사용한다. 호스, 노즐, 물탱크 그리고 필요한 펌프들은 다양한 목적에 맞게 만들어진 차량에 일체로 통합되어 있다. 제거된 이물질 등을 수거하고 저장하는 장비 또한 경우에 따라 세정장비에 포함된다.

4.1.2 로 딩(rodding)

이 방법은 일반적으로 관경이 작은 하수관 내부의 장애물들을 제거하기 위해 인력으로 밀고 당기는 방법을 사용하며, 일반적으로 직경 250 mm(10in) 혹은 심도 1.8m(6ft)를 넘지 않는 범위 내의 얕게 매설된 하수관거에 적용된다.

직경이 250mm이상인 하수관에서는 로드가 쉽게 구부러져 그다지 효과적이지 못하며 진입지점으로부터의 거리는 약 18m로 제한되어 있다.

4.1.3 감아 올리기나 끌기(winching or dragging)

이 방법은 통상의 버켓으로 하수관 내부의 이물질을 채굴하여 화물차에 옮기는 방식을 말한다. 버켓을 감아올리는 방법은 전동식이나 인력식으로 조작이 가능하며, 하수관에서 사용되는 장비는 직경 915mm까지, 그리고 50% 실트질 혼합물까지 사용될 수 있다.

4.1.4 절 삭

이 방법은 일반적으로 하수관으로 침입한 뿌리를 제거하기 위한 방법이다. 본관으로 튀어나온 연결관과 같은 고형 관입물을 제거하기 위해 유럽 등지에서 고압제트절삭기가 개발되었다. 이중 몇몇은 대단히 성공적인 결과를 보였으나 기존의 하수도 구조물에 해를 입히지 않도록 주의해야 한다. 이 장비는 보급이 많이 되어 일반적으로 사용되고 있다.

4.1.5 인력식 혹은 기계식 채굴(digging)

전통적으로 대구경 하수관거에 사용되어온 이 방법은 이물질을 인력으로 채굴하고 이를 제거하기 위해 버켓에 담는 것을 말한다. 이 방법은 하수관거 내부가 유해한 환경이라 위험하기 때문에 현재는 잘 사용되지 않고 있다. 고압 제트 장비는 대구경 관에서 수동식으로 사용할 수 있다.

4.2 나무뿌리 제거

하수관으로 침입한 나무뿌리는 기존관거의 크랙이나 이음새를 더욱 확장시켜 침투율을 증가시킨다. 이로 인해 하수관의 접합부를 통해 더 많은 양의 주위 토사가 유입되어 구조적인 불안정을 야기하고 궁극적으로 하수관거 구조물을 파손시키거나 붕괴시킬 수 있다. 나무뿌리 자체로도 국부적인 유수의 흐름을 제한하여 하수관의 통수 조건에 나쁜 영향을 끼칠 수 있다. 나무뿌리는 고형물을 은폐시켜 유수를 제한하고 유속을 감소시킴으로써 과부하 상태가 되기 쉽다. 과부하의 발생빈도 또한 구조물의 파괴속도에 영향을 미칠 수 있다.

나무뿌리의 제거는 매우 중요한 사항으로 적절히 제거하지 않을 경우 불필요한 유지관리를 계속 해야 하고, 나무뿌리의 제어 프로그램을 효과적으로 운영하기 위해서는 나무뿌리의 성장특성을 이해해야 한다.

나무뿌리는 수분과 영양분을 찾아 뿌리 끝에서 세포를 분열시킴으로써 성장하게 된다. 이러한 세포분열을 통한 성장방식으로 인해 뿌리는 하수관의 매우 작은 틈을 관통할 수 있다. 뿌리는 수분과 영양분을 찾기 때문에 뿌리의 침입문제는 수분공급이 제한되어 있는 토양에 매설된 하수관거, 그리고 하수관거가 지속적으로 혹은 계절에 따라 지하수위보다 위에 있게 되는 경우를 포함하여 지하수위가 계절적으로 변동이 있는 곳에 설치한 하수관거에서 발생한다. 나무뿌리의 침입은 하수본관만큼 시공성이 완전하지 않고, 얕게 매설되는 지선 하수관거에서 더 흔히 일어난다.

가장 효과적으로 뿌리를 제어할 수 있는 방법은 최전방에서 뿌리가 하수관거로 침입하는 것을 방지하는 것이다. 이론적인 해법이긴 하지만 크랙, 깨짐, 붕괴 등의 결함이 전혀 없는 수밀성 관로를 설치하는 것이 최상의 방법이다. 이 방법은 사용자재나 시방을 현행 표준에 맞게 혹은 그 이상으로 충족시키는 것이며, 하수본관 혹은 지선 하수관거가 설치되는 동안 현장조사를 강화하는 것이다. 물론 나무뿌리의 침입은 하수관거 주변의 식수사업을 제한함으로써 감소시킬 수도 있다.

나무뿌리가 하수관거를 관통하였을 때 일반적으로 적용할 수 있는 방법으로는 기계적으로 제거하는 방법과 화학적 처리를 하는 방법이 있다. 일반적인 유지관리방법으로는 하수관용 로드나 오거 도구를 이용하여 뿌리를 잘라내는 것이다. 그러나 이는 임시방책에 불과하며, 장기적으로 보았을 때 잘려진 뿌리는 그 뒤에 더욱 무성하게 자라므로, 뿌리를 잘라낸 다음에는 화학적 처리를 하거나 끓는 물을 하수관에 흘려보내어 뿌리의 재성장을 지연시키도록 해야 한다.

화학적 처리의 일반적인 방법으로는 제초제를 스며들게 하는 방법, 살포법, 또는 거품을 형성시키는 방법 등이 있다. 제초제를 스며들게 하는 방법은 제초제가 뿌리에 스며들 수 있도록 제초제의 농도, 접촉시간 등을 조절해야 하며, 스며든 제초제는 하수관거 바깥의 다른 뿌리까지도 고사시킨다. 이 방법의 단점은 약 한시간 정도 하수관을 사용할 수 없다는 것이다. 기초 세정장비를 이용하여 제초제를 살포하는 방법을 사용하는 경우에는 접촉시간이 짧아 만족할 만한 뿌리성장 제어효과를 얻지 못한다. 거품 제초제는 비교적 사용하기 편리하고, 제초제를 스며들게 하는 방법과 같이 단수문제와 무관하면서도 효과적으로 뿌리의 침입을 제어할 수 있기 때문에 날로 이용이 증가하고 있다.

연결부의 방수를 위한 화학적 그라우트에 제초제를 혼합하여 사용함으로써 뿌리의 침입을 제어할 수 있다. 그라우트 재료와 제초제를 혼합하면 침투수와 뿌리의 침입이라는 두 가지 문제를 하나의 보수․보강법으로 제어할 수 있는 장점이 있다. 그러나 뿌리가 이미 관로의 중간 정도 혹은 심각한 정도로 침입이 되어 있는 경우라면 그라우팅을 하기 이전에 뿌리부터 제거해야 할 것이다.

하수관거가 구조적으로 불안정하게 된 경우와 같은 극단적인 상황에서는 뿌리를 제거하는 것뿐만 아니라 더 이상의 재 성장을 예방하기 위해서 관로를 다시 라이닝하거나 교체하는 방법을 병행해야 할 것이다.

4.3 부분 보수법

일반적으로 부분보수공법은 벽돌이나 석조관거에서 침투수를 저감시키거나 기능이 저하된 몰탈을 교체하기 위해 사용한다. 이 보수공법은 구조물의 횡방향 지지력을 복원할 목적으로 내부 또는 외부 그라우팅과 함께 사용되기도 한다. 이 방법을 적용하기 위해 기존 하수관거는 물리적으로 손상이 없고, 변형되지 않았어야 하며, 작업에 방해되는 부분이 없어야 하고, 연결부가 막혀있지 않아야 한다. 몰탈은 수작업이나 압송식 부분보수 장비(pressure pointing equipment)를 이용하여 흙손을 사용한 수작업이나 보수위치로 운반된 기계를 이용하여 몰탈을 보충하게 된다. 압송식 부분보수장치는 지상이나 하수관거 내에서 미리 혼합해 둔 몰탈을 보수부위에 전달한다. "압송식"이란 용어는 몰탈을 전달하는 방법을 말하는 것으로 몰탈을 보수부위에 직접 보충하는 것을 의미하지는 않는다.

압송식 부분보수 방식은 수작업방식보다 빠르며, 보수가 필요한 하수관거의 길이가 긴 경우에 자주 이용되고 있다. 침투수는 몰탈과 벽돌 사이의 결합에 악영향을 미치기 때문에 이를 조절할 필요가 있는 보통 하수관거에서 작업을 할 때는 완전한 물돌리기를 하거나 하수를 우회시킬 필요가 있다. 관로의 벽면에 붙어 있는 피각, 침전물, 슬라임 등은 제트류 혹은 수작업으로 제거하고, 몰탈은 연결부 폭의 1.5 배의 깊이로 제거하여야 한다.

몰탈은 분명히 하수관거와 유사한 강도를 갖고 있지만, 만약 강도가 더 강한 몰탈이 사용되었다면 그 몰탈을 제거하기 위해 무리한 세정 작업을 하다가 하수관 벽을 손상시키는 일이 발생할 수 있으므로 보통 모래 시멘트 몰탈과 특수 압송식 몰탈 혼합물 두 가지를 사용한다.

4.4 내부 그라우팅

내부 또는 화학적 그라우팅은 구조적으로 문제가 없는 하수관거에서 연결부의 누출을 막기 위해 사용되는 가장 일반적인 방법이다. 화학적 그라우트는 특별한 기법과 도구를 사용하여 하수관거의 연결부, 맨홀 벽, 펌프장의 흡수정 벽면 및 다른 누수 구조물에 적용할 수 있다. 화학적 그라우팅으로 하수관거의 벽에 있는 작은 구멍과 방사형 균열 역시 봉인할 수 있다.

4.4.1 중․소구경 관

속이 비어있고 양쪽 끝이 부풀어오르는 칼라가 달린 실린더형의 팩커를 관로 안으로 밀어 넣어 팩커의 중앙부가 하수관 연결부에 걸치도록 장착시킨다<그림 6-14>. 양쪽의 고무칼라를 팽창시켜 이음부에 압력을 가해 시험한다. 만일 이음부의 압력이 유지되지 못하면 화학적 그라우트를 이음부에 주입하여 주변토양으로 주입된 그라우트가 응고되어 만족할만한 역압이 형성되도록 한다. 이 기법은 하수관거 내에서 연결부위를 통한 지하수 침투를 감소시킬 수 있다.

<그림 6-14> 내부 그라우팅 장비

응고되지 않은 상태에서 점도가 낮은 그라우트를 연결부위나 균열부위로 주입하면 탄력성이 있는 겔의 형태로 응고되면서 누수가 방지된다. 그라우트가 응고되는 시간은 수 초 정도이고, 그라우트 종류에 따라 변화하며, 결함을 보수하기 위한 주입요구량은 누수부위의 크기와 토양의 수용성(receptivity, 그라우트가 투과되기 위한 토양의 조건)에 따라 다르다.

각 공정은 CCTV에 의해 조절되고 확인될 수 있다. 텔레비젼 모니터, 펌프, 공기 압축기, 그라우트 주입장치 등은 조작 및 제어기능을 담당하는 차량에 적재되어 있는 것이 일반적이다. 응고시간이 거의 경과될 무렵에 누수방지가 성공적으로 수행되었는지를 저압 공기시험으로 평가할 수 있다. 이때의 압력은 응고된 그라우트가 찢어지지 않도록 조절되어야 한다.

4.4.2 대구경관의 그라우팅

대구경관을 그라우팅 할 때는 압력식 그라우팅이나 인력으로 주입시키는 방법이 사용될 수 있다. 압력식 그라우팅은 관 그라우팅 링을 사용하거나 혹은 미리 뚫어 놓은 주입 구멍을 통해 수행된다. 지수용 링(sealing ring)을 이용한 그라우팅<그림 6-15>은 사용되는 방수 그라우트의 종류에 따라 작은 조작판, 그라우트 이송용 펌프, 물 펌프 및 기타 다양한 부속품들이 필요하다.

<그림 6-15>  대구경 하수관 연결부의 내부 그라우팅

이음부를 방수하기 위해서 그라우트 지수링을 이용하는데, 작업자는 지수링을 관로 안으로 직접 가지고 들어가 지수가 필요한 연결부위에 수작업으로 설치하고, 이음부를 이격시키기 위해 링을 팽창시킨다. 지수링 작업은 하수관 벽면과 링 사이의 작은 구멍으로 방수 그라우트를 주입한다는 점에서 소구경 관에 팩커를 이용해 그라우팅 하는 방법과 같다고 할 수 있다.

이 공법에서 그라우트는 휴대용 탐침(hand-held probe)을 통해 분사되며 압력이 증가함에 따라 그라우트는 연결부위와 주변 토양으로 스며 들어간다. 촉진제가 주입된 후 그라우트가 응고되면서 연결부위의 방수가 이루어진다.

탐침 주입법(probe injection method)은 방수 링을 사용하지 않는다는 것을 제외하면 지수링 공법(sealing ring method)에서 사용하는 장비와 매우 비슷하다. 앞서와 같이 사용되는 장비들은 그라우트의 종류에 따라 달라질 수 있다. 작업자가 하수관으로 들어가서 이음부 또는 그 옆에 구멍을 뚫는다. 천공되는 구멍의 개수는 관의 크기와 균열부의 길이에 따라 결정된다. 천공을 한 후 그라우트를 주입하는 방법에는 매우 다양한 방식들이 있는데, 지수 그라우트는 특별한 주입기 혹은 지수링 공법에서 사용되는 것과 유사한 장비를 이용하여 주입된다. 주입기는 벽을 통해 파이프 단면에 연결되어 있고 지수제는 연결부위로 압송된다.

기타 다른 방안으로는 주입기의 끝이 뾰족한 탐침(tapered probe)을 이용하는 방법이 있다. 작업자가 이 탐침을 천공된 구멍에 집어넣으면 방수제를 운반하는 양정작업이 이루어지는 동안 그 위치에 고정되어 있다. 그라우트와 촉매제는 서로 다른 호스를 통하여 탐침으로 운반된다. 연결부위 혹은 그 근처에 뚫어 놓은 주입구멍을 통해 그라우트가 주입되면서 연결부위 주변의 모든 공극들을 메우게 된다.

4.4.3 재 료

현재 사용되고 있는 그라우트의 주재료는 아크릴아미드겔(acrylamide gel), 아크릴레이트겔(acrylate gel), 우레탄겔(urethane gel), 그리고 폴리우레탄폼(polyurethane foam) 등이 있다. 이 외에도 경우에 따라서 다른 종류의 약액들이 사용될 수 있으나 특별한 재료는 사용하기에 앞서 제조업체로부터 사용제품의 자료를 확인하는 것이 필요하다.

아크릴아미드겔 또는 아크릴레이트겔을 생성하는데 필요한 화학약품들은 보통 두 개의 독립된 탱크 내에서 혼합되고 각각의 분리된 관을 따라 지수작업을 해야 할 하수관 이음부에 주입된다. 하나의 탱크에서는 물과 아크릴아미드 또는 아크릴레이트계 그라우팅 재료의 수용액을 혼합하여 배출한다. 다른 탱크에서는 아크릴아미드 수용액과 혼합되었을 때 화학적 반응을 일으키기 위한 물과 촉매제 수용액을 혼합하여 배출한다. 수축현상과 반응시간 혹은 겔 형성시간 및 다양한 변화들을 조절하기 위하여 첨가물을 사용하기도 한다.

두 가지 수용액은 혼합조에서 배출되어 분리된 각각의 호스를 통해 보수가 필요한 지점으로 운반된다. 두 가지 수용액이 압송되어 누수가 일어나는 곳에서 혼합되면 화학반응이 시작된다. 혼합된 두 가지 수용액은 화학반응에 의해 미리 결정된 반응시간이 경과되면 그 즉시 겔이 된다. 겔 형성시간은 몇 초에서 수 분 정도로 조절할 수 있다. 아크릴아미드와 아크릴레이트겔은 결함이 있는 연결부위 혹은 균열부위 주변의 토양의 공극을 메움으로써 안정화시킨다.

우레탄계 그라우트 재료는 아크릴아미드와 아크릴레이트겔과 같이 탄력성 겔(elastomeric gel, 고무계열) 혹은 고무와 유사한 폼(rubberlike foam)을 형성할 수 있다. 우레탄겔은 아크릴아미드나 아크릴레이트겔과 다르게 고형물을 생성하기 위한 촉매제로 물이 사용되며, 겔의 특성이 아크릴계 재료와 다르다. 우레탄겔은 하수관 이음부 내에서 탄력성 있는 칼라를 형성하거나, 토양을 강화시키며, 이음부 외부의 공극을 메움으로써 하수관 연결부의 누수를 방지하게 된다.

우레탄겔은 물에 의해 활성화되는 폴리우레탄 폼그라우트(polyurethane foam grout)를 생성하기 위해 사용되는 장비를 제외한다면, 아크릴아미드나 아크릴레이트겔과 본질적으로 같은 방식이 적용된다. 작업이 끝난 후 다음 작업을 할 때 혼합조와 주입관에 남아있는 수용액 잔존물을 완전히 제거하기는 어려우므로(두 가지 재료가 한 혼합조에 섞여있으면 혼합조 안에서 응고되며, 개별 혼합조를 완전히 세척하지 않을 경우 농도와 반응속도를 조절하기 어렵다) 반드시 따로 격리되어 있는 장비를 사용해야 한다. 만약 혼합조나 공급관에 물이 남아있다면 화학반응이 시작되어 주입장비나 공급관을 차단하게 될 것이다.

4.4.4 장 점

화학적 그라우팅은 다른 하수관거 보수․보강법들에 비해 초기비용이 저렴하다. 일반적으로 하수관거의 일부분을 방수작업 할 때에는 단지 몇 시간 정도 밖에 소요되지 않기 때문에 적절한 시간관리가 가능하며, 화학적 그라우팅은 교통장애를 최소한으로 줄일 수 있다. 화학 지수제의 대부분이 관 내부에서 주입되기 때문에 굴착 공정이나 이에 따른 노면복구 공정이 필요 없다. 뿐만 아니라 가스관, 급수관, 전화선 등의 다른 지하매설물에 대한 손상이나 장애를 최소한으로 줄일 수 있다.

4.4.5 적용한계

화학적 그라우팅은 구조적으로 관로의 강도를 개선하기 위한 것이 아니므로 관에 심각한 균열이 있을 때, 압착되었을 때, 부식되었을 때, 심하게 파손되었을 때에는 적용할 수 없다. 만약 이 공법이 적용되었을 때 지하수위가 관로 아래로 내려가거나 주변토양의 함수비가 심각할 정도로 낮아진다면, 몇몇 약액은 탈수되거나 수축될 것이다. 수축량이나 수축기간은 관거 아래로 지하수위가 지속되는 기간, 지하수위가 낮아졌을 때 토양의 함수비, 토양의 종류, 그라우트의 종류, 그리고 그라우트의 수축을 방지하기 위해 혼합된 첨가제에 따라 달라질 것이다. 그라우트의 탈수 가능성이 고려되어야 하며, 이는 그라우트의 수명에 중대한 영향을 끼치게 될 것이다.

관 연결부 외부에 커다란 공극이 존재하는 이음부와 균열부에는 겔 그라우트에 의해 지수하는 것이 어려워질 수 있다. 그와 같은 연결부에서는 비록 지수가 가능하다고 할지라도 너무 많은 양의 그라우트가 소모된다. 급격한 만곡(단락, 단차)이 있거나 정렬이 안 된 연결부에는 겔이나 폼그라우트로 지수가 불가능하다. 하수관 벽면과 정면으로 마주보게 위치한 지수 장비가 급격한 만곡으로 인해 고무 슬리브(sleeves)를 팽창시킬 수 없다면, 연결부를 이격시키고 지수하는 것이 불가능해진다. 하수관거 내부에서 종방향 균열부의 그라우팅은 일반적으로 적절하지 못한데, 이는 그라우트가 균열부를 따라 씻겨져 나가거나 하수관 안으로 다시 흘러나올 수 있기 때문이다.

또한 관 외부에 심각할 정도의 지하수 이동이 있다면 주입된 그라우트가 씻겨져 나가기 때문에 이 공법의 효과를 반감시키게 되며, 이는 그라우트 사용량을 증가시켜 비용의 증가를 가져오게 된다. 그라우팅은 라이닝 공법에 비해 영구적인 방법이라 할 수 없으며 종종 정기적인 재시공이 요구된다.

4.4.6 경제성과 타당성조사

그라우팅의 경제성 분석에 영향을 줄 수 있는 많은 요소들이 있다. 그라우팅 공법을 계획할 때는 우선적으로 관로의 세정이 필요한지를 시각적 방법(육안 또는 CCTV조사)으로 조사하여 뿌리의 침입 정도를 확인하고, 관로의 구조적 안정성을 조사해야 한다. 그라우팅이 효과적으로 수행되려면 관거 내부의 모래, 침전물 및 다른 퇴적물들이 비교적 적어야 한다.

하수관거 내부의 뿌리는 심각한 구조적 손상을 가져올 수 있기 때문에 그 대안으로 관로를 모두 교체하는 경우도 있다. 만약 연결부를 완벽하게 지수하더라도 뿌리가 효과적으로 제거되거나 억제되지 못했다면, 뿌리에 의한 구조적 손상 문제는 다시 발생하게 될 것이다.

하수관의 안쪽 벽은 팩커가 적절한 위치에 장착될 수 있을 정도로 완만해야 하며, 만약 관로에 심각한 균열이 있다거나 파손된 부분이 있다면 부분적인 교체방법(partial replacement)이 우선적으로 고려되어야 한다.

그라우팅 공법을 평가할 때는 잠재적인 지하수의 이동 가능성을 반드시 고려해야 한다. 수밀시험-방수 기술은 맨홀과 맨홀 사이의 하수관거 구간에서 관로를 따라 이동하는 지하수가 지수되어 있지 않은 이음부를 통해 유입되는 것을 막아준다. 그러나 하수본관만을 지수할 경우 지하수의 침투가 지선관거로 이동할 수 있다. 대부분의 하수관거는 쉽게 물이 통할 수 있는 입자상 물질로 되 메워져 있기 때문에 특정 하수관거 구간만을 지수하는 것은 지수가 되지 않은 다른 하수관거 구간으로의 지하수의 이동을 가져올 것이다.

그라우트의 수명 또한 중요한 고려대상 중 하나이다. 아크릴아미드 그라우트는 토양의 안정화와 터널, 댐, 제방, 구덩이, 그리고 다른 지하구조물에서 지하수의 이동을 조절하기 위하여 1950년대부터 효과적으로 사용되어 왔다. 폴리우레탄폼은 1970년대 초기부터 사용되어 왔으며 우레탄겔은 1980년부터 사용되고 있다. 그라우팅은 라이닝 공법과 비교할 때 비영구적인 보수방법이라 할 수 있다. 라이닝 공법에 의한 설계수명이 50년인데 비해 그라우팅은 처음 시공되었을 때를 기준으로 가능한 한 5년을 주기로 재 보수해야 한다.

관의 크기, 연결부의 간격, 지수가 필요한 연결부의 수 등이 그라우트 주입에 의한 관의 지수비용을 결정하는데 있어 중요한 요소들이다. 관경이 클수록 인건비, 장비비, 재료비 등의 비용이 증가하여 전체 비용이 증가한다. 일반적으로 지수가 되어야 할 이음부의 수는 지수가 되어야 할 이음부위가 차지하는 비율, 즉 맨홀과 맨홀 간격을 단일 관로 연장으로 나누어 계산된다. 하루 작업량은 대구경 관일수록 작아지며, 오수는 지수처리가 되어 있는 주위의 다른 구간으로 우회할 필요가 종종 발생하게 된다. 보통 대구경 관은 지수처리를 하기 위한 예비과정인 세정작업을 수행하기가 어렵다.

4.5 외부 그라우팅

외부 그라우팅 보수․보강법은 하수관거가 매설된 주변의 땅을 굴착하여 지상에서 수행하거나, 관경에 따라 관 내부에서 수행하기도 한다. 다양한 화학적 또는 시멘트 그라우팅은 심각한 지하수 이동, 토실 유출, 흙의 퇴적문제, 그리고 흙의 공극 문제 등에 대한 해결책으로 적절히 이용된다.

4.5.1 화학 그라우트(chemical grouts)

그라우트는 적절하게 촉진된 수용액으로부터 견고한 겔을 형성할 수 있도록 세 가지 또는 그 이상의 수용성 화학물질을 혼합하여 사용한다. 시멘트 또는 시멘트/점토 그라우트와는 달리 화학적 그라우트는 고형 침전물을 생성한다. 용액의 반응은 화학적이거나 물리화학적일 수 있으며, 단독으로 또는 다른 물질과 섞여 반응하게 된다. 후자의 경우 반응은 유동성을 감소시키고, 수용액을 고형화시키는 경향이 있으며, 흐름에 폐색물(occlusions)을 형성하거나 그라우트가 주입된 재료의 공극을 채우게 된다.

아크릴아미드계 겔은 특히 세립토 지반과 같은 특정 토양에 널리 사용되고 있다. 아크릴아미드 그라우트는 희석된 수용액에서 적절한 반응을 하여 단단한 겔을 형성할 수 있도록 적정한 비율로 혼합한다. 아크릴아미드 그라우트를 사용하기 전에 보수의 목적, 그라우트 할 부분의 특성, 사용 장비, 대체방안 및 주입방법 등의 기초적인 사항들을 고려해야 한다.

그라우트 주입을 계획할 때는 겔 타임, 아크릴아미드의 사용량, 그라우팅을 할 장소에서의 적절한 장비 배치 등을 고려해야 하며 그라우팅 작업 중에 현장상황에 따라서 작업계획은 수정될 수 있다.

겔이 잘 형성되지 않은 천연 토양이나 암반에 대해서는 별로 알려진 바가 없다. 그러나 주입된 수용액이 겔화가 이루어질 때까지 그라우팅이 될 부분에 잔존하도록 해야 한다. 건조한 토양이나 지하수가 흐르는 지역에서는 그라우트가 분산되는 경향이 있다. 이러한 현상은 그라우팅을 하기 전에 토양을 포화시키거나 겔 타임이 짧은 그라우트를 사용함으로써 피할 수 있다. 그러나 토양의 공극을 메우는 과정에서 건조한 토양은 지하수위 아래의 토양처럼 효과적으로 안정화되지 못할 것이다.

젖은 토양에서는 겔화 시간이 길어질 때 그라우트 벌브(grout bulb)의 외측 모서리 주변이 희석될 수도 있다. 흐르는 지하수는 정상적으로 안정화된 형상을 뒤틀어 놓아 그라우트의 위치를 지하수가 흐르는 방향으로 변화시킬 수 있다.

난류 흐름에서는 겔 타임이 짧은 그라우트를 사용하면 희석현상을 감소시킬 수 있다. 개구부나 갈라진 틈으로 흐르는 물을 완전히 차단하기 위해서 그라우트 수용액에 벤토나이트나 시멘트 같은 고형물을 혼합할 수 있다. 아크릴아미드 그라우트는 완전히 또는 부분적으로 포화 된 토양에서 가장 효과적이다.

대부분의 그라우팅은 강도를 높이기보다는 누수를 감소시키는 목적으로 사용된다. 하수관의 보수․보강에 대해 그라우팅은 침투를 줄이거나 없애는데 효과적이지만 구조적 문제를 근본적으로 개선하지는 못한다. 그러나 주변의 토양을 안정화시킴으로써 간접적인 구조적 안정성을 향상시킨다.

4.5.2 시멘트 그라우트법(cement grout)

시멘트 그라우트는 시멘트와 물을 기본으로 하며 필요에 따라 모래, 벤토나이트, 촉진제 등을 첨가한 슬러리(현탁액)형태이다. 시멘트 그라우트는 보통 미립성이기 때문에 침투나 투수성을 촉진시키기에 충분할 정도로 공극이 큰 부서진 암석이나 조립토 지반에서는 사용이 제한되어 있다.

4.5.3 포틀랜드 시멘트 그라우트법(Portland cement grout)

포틀랜드 시멘트 그라우트법은 불투수성 벽체를 형성하기 위하여 사용되는데, 시멘트 입자가 크기 때문에 중간 크기의 모래나 조립토에는 사용이 제한된다. 하수관거 주변토양의 공극과 유실부를 채우기 위해 다양한 종류의 포틀랜드 시멘트 그라우트가 많이 사용되어 왔으며 때때로 입자가 작아야 할 경우에는 III형 시멘트를 사용한다.

지중토양의 상태에 따라서 물-시멘트의 혼합비를 다양하게 조절할 수 있다. 그라우팅은 주로 매설된 하수관거 주변토양의 공극을 메우기 위한 것이기 때문에 강도 특성은 중요하게 고려되지 않는다. 그라우트 혼합물의 물-시멘트 혼합비를 적절히 선정함으로써 혼합과 주입을 용이하게 하거나, 강도를 3,450～6,900kPa(500～1000psi) 범위로 조절할 수 있다. 겔이 형성되는 것을 촉진하고 시멘트 현탁액의 부유물이 침강하는 것을 방지하기 위하여 점토를 첨가하기도 한다. 그러나 점토를 첨가함으로 해서 정착시간 계산에 오류가 생기거나 강도 개선 효과를 지연시킬 수 있다. 따라서 일반적으로 지하수가 존재하는 경우 공극을 그라우팅 하는 방법은 하수관거의 보수․보강법으로 적절하지 못하다. 포틀랜드 시멘트 그라우트는 규산계 그라우트 형태로, 혹은 지수성능 및 주입 특성을 개선하기 위해 규산계 그라우트와 아크릴아미드 그라우트를 혼합한 형태로, 채움재 및 가속제로 사용되기도 한다. 매우 큰 공극을 채우는 작업에서는 포졸란이나 비산회(fly ash) 혼합물과 같은 특수시멘트를 첨가하여 사용하기도 하는데, 단순히 포틀랜드 시멘트를 사용하거나 흙과 시멘트 혼합물을 사용하는 것보다 훨씬 경제적이다.

4.5.4 초미립 시멘트 그라우트법(microfine cement grout)

초미립 시멘트 그라우트법은 미세하게 갈아진 시멘트가 이용되며, 일반적으로 포틀랜드 시멘트로는 침투할 수 없는 미립토에 침투시킬 목적으로 사용된다. 투과성이 우수하다는 것 외에도 4～5시간 정도의 경화시간으로 원하는 강도와 내구성을 가지게 할 수 있다는 장점이 있다. 규산염과 함께 사용할 경우 지하수가 차단된 상태에서 다른 유기물을 첨가하지 않더라도 1～3분만에 경화가 이루어진다.

4.5.5 다짐 그라우팅법(compaction grouting)

다짐 그라우팅은 딱딱하고, 슬럼프 값이 낮은 몰탈 형태의 그라우트를 상대적으로 높은 압력으로 주입하여, 원하는 위치의 흙을 치환하고 주변을 다져주는 것이다. 다짐 그라우팅은 방사형 수압 잭의 역할을 하여 물리적으로 토립자를 치환시키고 이동시켜 서로 뭉치게 한다. 다짐 그라우팅은 주로 큰 하수관거에 적용되며, 관거의 벽을 통해 주변 토양에 영향을 미친다. 하수관 부근 다른 지하매설물과 하수관거 구조물에 해를 입히지 않도록 주의해야 한다.

4.6 기계적 지수공법(mechanical sealing)

기계적 지수공법(물리적 도구를 사용하는 방수법)은 결함이 있는 연결부에 고무형태의 씰을 장착한 뒤 스테인리스 스틸 밴드로 지지시키는 방법이다. 씰은 연결부 간격의 폭에 맞게 규격이 다양하다. 전형적인 기계적 지수씰은 <그림 6-16>과 같다.

<그림 6-16> 기계적 방수법

씰은 관로 내부로 사람이 들어가서 수작업으로 설치하는 것이므로 안전한 내부 진입로가 있는 하수관에서만 시공이 가능하다. 씰을 장착하기 전에 연결부에 있는 모든 그리스나 물때를 제거해야 한다. 씰의 형태는 하수의 흐름에 지장을 주지 않는 모양으로 설계되어야 한다.

4.7 국부보수(point repairs / spot repairs)

국부보수는 하수관거의 어느 한 부분에 국한된 심각한 문제를 해결하는 방법이다. 국부보수는 하수관거의 특정 부분의 결함을 완전히 바로잡기 위해 사용되는 것이 일반적이지만, 다른 보수․보강법을 적용하기 위한 전처리 과정으로 사용될 수도 있다. 대부분의 국부보수는 굴착과정이 동반되며 부분적인 교체를 해야 한다. 국부보수는 일반적으로 하수관거 혹은 가지관 연결부의 상단 일부 구간에만 제한되어 사용된다. 벽돌관거에서의 국부적인 보수는 결함부위까지 충분한 구간을 보수해야 할 필요성 때문에 다른 하수관거보다 더 긴 구간을 교체하거나 보수해야 하는 경우가 흔히 발생한다.

국부보수를 할 때는 기존 관거에 교체관을 연결하는 공법과 자재에 대해 고려해야 한다. 두 관을 접합할 때는 유연성 커플링(flexible couplings)이 사용되곤 한다. 때때로 콘크리트 칼라와 콘크리트 포장법이 사용된다. 맨홀과 하수관의 연결부를 보수하는 것은 또 다른 형태의 국부보수로 다음 단원에서 다루는 맨홀 보수․보강법에서 설명된다.

5. 맨홀 보수․보강법

맨홀을 보수․보강하는 목적은 맨홀의 구조적 결함을 수정하고, 유지관리와 관련된 문제를 처리하며, I/I를 제거하는 것이다. 또한 오수로부터 발생하여 관정 부분으로 방출된 황화수소 가스에서 형성된 황산에 의한 내벽의 부식현상을 줄이거나 방지하기 위해 사용된다.

맨홀을 보수․보강하기 위한 많은 방법들이 현재 사용되고 있으며(Wade, 1990, Nelson, 1991), 새로운 시공기법과 상품(라이닝이나 코팅제와 같은 제품들)이 끊임없이 개발되고 있다. 각각의 보수․보강법을 평가할 때는 문제의 성격, 구조물의 물리적 특성, 설치조건과 사용연수, 교통장애 및 접근용이성과 관련된 맨홀의 위치, 구조물이 현재 상태에서 손상을 입을 가능성, 보수․보강을 수행하는데 있어서의 비용가치 분석 등을 고려해야 한다.

5.1 맨홀의 상태

이 단원에서는 보수․보강되어야 하는 맨홀의 상태에 대하여 설명한다.

5.1.1 구조적 기능저하

구조적 기능저하란 용어의 정의는 맨홀 제조에 사용된 재료성분 및 모양과 크기에 따라 다르며 구조적 기능저하가 구조적 파괴만으로 한정하는 것은 아니다. 맨홀을 조사하는 경우에 있어서 구조적 기능저하란 맨홀의 어떠한 구조적 요소에 피해를 주는 것을 말한다. 구조적 기능저하는 이동이나 변형 혹은 부식성 환경에 의해 발생한다.

1) 이동과 변형(movement & displacement)

맨홀의 구조적 기능저하는 3차원적인 변형과 이동에 의해 발생한다. 일반적으로 동결-해빙 주기가 반복되는 지역에서 프레임 씰, 인입부, 원통의 상부에서 구조적 기능저하가 발생한다. 특히 맨홀 프레임 캐스팅들이 강하면서도 유연성 있는 포장재에 둘러 싸여 단일체로 형성된 곳에서는 극적인 수직 이완 현상이 발생할 수 있다. 프레임의 수평 이동 현상은 감싸진 프레임이 온도 변화에 의한 포장재 주변을 열팽창 또는 수축시켜 이들과 상호 작용함으로써 발생한다.

맨홀 주변의 토양이 침하 혹은 이동하면서 맨홀 전체 구조의 3차원적 이동이 발생할 수 있다. 이러한 부등침하 또는 이동현상은 점토질 혹은 불안정한 토양에서 더욱 발생할 수 있다. 이러한 현상은 불균형한 집중하중을 부과하게 되고, 인장응력을 증가시켜 맨홀의 파손을 일으키게 된다. 특히 불안정한 토양 위에 만들어진 벽돌 또는 석조 맨홀에서는 변형과 연결부 이완이 발생할 여지가 다분하다. 교통하중 또한 맨홀 뚜껑, 맨홀틀 및 맨홀직벽의 3차원적 이동을 일으킬 수 있으며, 이로 인해 균열 및 파열이 발생하게 된다.

2) 부식성 환경(corrosive environment)

오수의 자연적인 생분해로 황화물이 발생한다면, 모든 콘크리트의 표면에 구조적인 결함이 발생할 가능성이 있다. 황화물의 생성을 제어할 수 있는 요소로는 오수의 흐름유속, 지하수의 수소이온농도(pH), 하수관거 내의 공기온도, 용존산소량 등이 있다.

극단적인 상황 하에 방치된 프리캐스트(precast, 前築造) 맨홀의 전체적인 구조적 기능저하는 5년 이내에 일어날 수 있다고 한다. 황화수소에 의한 맨홀의 구조적 기능저하는 광범위한 조사과정이 수반되어야 하지만, 효과적인 맨홀의 보수․보강법을 통해 해결될 수 있다.

5.1.2 과도한 침투수와 침입수(excessive infiltration and inflow)

I/I의 상당부분이 결함이 있는 맨홀에서 발생되고 있음을 알 수 있었다. 맨홀에서의 잠재적인 I/I를 평가 및 정량화하기 위해서 토양의 포화도, 지하수 수위의 변화, 맨홀의 종류와 상태에 관한 조사자료들을 검토해야 한다. 여러 종류의 일반 맨홀에서 초과 우수량의 원인이 되는 I/I 원인에 대한 비교순위를 <표 6-9>에 나타내었다.

<표 6-9> 맨홀 침투 원인 순위

결함 원인	침투/침입의 구분	전형적인 범위 (gpm)
통풍구(vented cover)a	침입	1.0～3.0
부실한 뚜껑과 테두리 고정물 (poor cover and rim fit)	침입	0.1～5.0
맨홀틀의 씰링(frame seal)	침입	0.5～5.0
원추부(cone)b	침투c	0.1～5.0
벽체(wall)b	침투	0.1～5.0
계단과 트라프(bench and trough)	침투	0.1～5.0

a : 물이 고이기 쉬운 피크 홀 배출구 칩(pickhole vent hole chips)포함

b : 우선순위: 벽돌, 블록, 프리캐스트, 현장 가설 파이프

c : 우수로 인한 침투

5.1.3 유지관리

맨홀을 보수․보강하기에 앞서 배수체계의 일반적인 유지관리와 운영에 저해할 수 있는 현장 상황들을 고려해야 한다. 이러한 현장상황으로는 부서진 맨홀 발디딤부(사다리), 단차 프레임, 묻혀버렸거나 접근이 불가능한 맨홀, 다른 지하시설물이 통과하는 맨홀 및 배수체계의 유지관리와 운영에 영향을 줄 수 있는 비 구조적인 문제점 등이 있다.

5.2 맨홀의 보수․보강법

맨홀의 보수․보강법은 그라우팅, 코팅, 구조적 라이닝, 부식 방지, 맨홀틀․뚜껑․맨홀직벽의 갱생 등으로 나눌 수 있다.

5.2.1 화학적 그라우팅(chemical grouting)

그라우팅은 구조적 안정성을 증가시킬 수는 없지만, 경제성 분석측면에서 맨홀 구조물의 I/I를 해결하는데 효과적인 방법으로 평가되어왔다. 지하수의 상태, 주입 방법, 겔화 시간, 그라우트 혼합물의 종류, 초과 그라우트의 이동 억제, 적절한 그라우트 종류의 선택 등의 변수에 따라서 맨홀 I/I 제어의 성공여부가 달려있다.

압력식그라우팅에는 아크릴아미드(acrylamide), 아크릴레이트(acrylate), 우레탄폼(urethane foam) 및 우레탄겔(urethane gel) 등의 다양한 그라우트가 사용된다. 일반적인 압력식 그라우팅은 석조 맨홀의 다소 압밀된 연결부, 침투/침입, 구조적으로 안정된 맨홀, 최적의 수분함량을 가지는 점착성 토양 등에 사용되어, 공극을 채움으로써 주변 토양의 안정성을 향상시키게 된다.

구조물 외부의 코팅이 적절히 이루어져 있는지를 확인하기 위해 그라우팅 작업이 진행되는 동안에 철저한 검사를 해야 한다. 또한 적절한 맨홀 방수가 이루어졌는지를 입증하기 위하여 그라우팅이 완료된 후에 시험을 하여야 하며, 고압 그라우팅에서 고려해야 할 사항은 다음과 같다.

1) 여러 장소와 맨홀 구조물의 깊이에 따라 적용할 수 있는 다양한 형태의 겔이 고려되어야 한다. 깊이에 상관없이 한 가지 그라우트로 여러 공사에서 효과적인 결과를 얻은 경우도 있지만, 다양한 종류의 약액을 몇몇 공사에 적용함으로써 효과적인 결과를 이끌어낸 사례도 있다. 다양한 종류의 그라우트를 사용한 공사의 경우 우레탄과 우레탄폼은 맨홀 상부 1.5m(5ft)에 주입하였으며, 우레탄겔이나 아크릴아미드겔은 그 하단부에 사용되었다.

2) 하단부에서 우레탄겔 또는 아크릴아미드겔을 사용

3) 대기 온도 4.5 ℃ 이상

4) 산, 염기, 유기물에 대한 화학적 안정성과 저항성

5) 조절 가능한 반응시간

6) 15 % 정도의 수축제어

7) 약 2Ⅹ10-3 Pa(2 cP) 정도의 점도(viscosity)

8) 주입과정 내내 일정한 점도 유지

5.2.2 코팅법(coating systems)

수 년 동안 맨홀 구조물을 복구하기 위해 코팅법이 사용되어 왔다. 포틀랜드 시멘트를 포함하고 있는 시멘트계 재료와 미립 광물질 채움재(finely graded mineral fillers), 그리고 화학적 첨가물들이 개별적으로 또는 혼합된 형태로 세정 등의 적절한 준비단계를 거친 맨홀의 내부에 몇 차례에 걸쳐 코팅된다. 대부분의 코팅법은 기계적, 화학적 결합에 의해 진행된다. 이 방법은 계단이나 인버트의 재시공을 포함하여 맨홀 전체를 코팅한다. 코팅은 작게나마 전단이나 인장과 같은 본질적인 구조적 특성을 가지고 있기 때문에, 이동이나 침하가 적거나 보이지 않는 벽돌 구조물에 이상적이다.

코팅법은 벽돌 구조물, I/I 관측지점, 손실되거나 파손된 몰탈 연결부, 그리고 굴착이나 재시공이 불가능한 현장조건에서 가장 일반적이고 효과적인 방법이다.

코팅은 기계를 이용하거나 수작업으로 수행한다. 표면은 반드시 최소압력 34,500kPa(5,000psi) 이상의 고압수로 세정하여 벽돌의 윤곽을 선명하게 하고 파손된 몰탈을 제거해야 한다. 맨홀을 코팅을 하기 전에 침입과 침투가 발생되는 문제부위가 제거되어야 한다. 공극이 있어 수작업으로 틈 메우기를 해야 할 필요가 있다면 적절한 덧씌우기 혼합물을 사용한다. 만약 황화수소의 생성 가능성이 있다면, 코팅 마감재는 가스가 스며드는 것을 방지하고 겉 표면을 보호하기 위해 무기 액체 고분자 화합물로 보호되어야 한다. 대안으로 내부식성 첨가물을 혼합설계에 추가하는 방법도 있다. 만일 독립된 단일시공사가 공사를 수행한다면 전 공정(全工程 : 세정, 준비, 코팅, 정리)에 걸쳐 주의 깊은 모니터링을 해야 한다. 맨홀 전체에 대해 무작위 시편을 추출하여 보수․보강 후 염료시험(postrehabilitation dye-water test)을 수행해야 한다.

다양한 상표명으로 여러 가지 코팅법이 널리 사용되고 있는데, 일반적으로 이 기술들은 기본 요소들과 혼합 설계공정에서 차이가 있다. 맨홀 보수를 효과적으로 수행하기 위한 기본 코팅법과 코팅법의 각 구성요소의 특성은 다음과 같다.

1) 씌우기 혼합물은 빨리 굳고(20분), 자착력(自着力, self-bonding)이 있으며, 고강도 콘크리트 덧씌우기 몰탈의 형태이고, 결빙과 해빙 환경에 강해야 하고, 30일이 지났을 때 최소 압축강도가 27,600 kPa(4,000psi) 이상이어야 하며, 최대 체적변화가 0.02%이어야 하고, 염화칼슘․석고․석회 또는 알루미나 시멘트 등을 포함해서는 안 된다.

2) 지수재는 침투발생을 막기 위하여 사용되고, 고착시간이 30～60초이어야 한다. 또한 혼합 설계가 ASTM C150과 ASTM C144 규정을 따르고, 포화된 지층표면에서 기계적이며 화학적인 접합(mechanical and active chemical bonding)이 잘 이루어져야 한다.

3) 코팅제로는 혼합 설계에 사용되는 포틀랜드 시멘트의 시멘트계 포졸란 혼합(cementitious pozzolanic mix of Portland cement), 화학적 활성 골재(chemically active aggregates), 코팅 성능을 향상시키기 위한 독점적 첨가물(proprietary additives) 등이 포함된다. 이 혼합물은 30일 경과 후 최소 압축강도가 20,700kPa(3,000 psi)이상이어야 하고, 인장강도는 압축강도의 10%미만이어야 하며, 코팅법은 ASTM C495, C496, C293, C596, C666(Method A), C267 및 C321등과 비슷한 수준을 만족하거나 그 이상이어야 한다.

시공 상태가 적절하거나 부식 가능성이 희박한 상황이라면, 기계적 또는 화학적 결합으로 대부분의 코팅법이 제시하는 표준수명인 10년을 만족하거나 초과할 것이다. 시방서에서는 시공자가 황화물 저항성 첨가물(sulfide-resistant additives)을 혼합설계에 추가할 것과 독성이 강한 부식성 공기에 대비하여 플라스틱, 고분자 화합물 혹은 에폭시 코팅 등의 자재를 사용할 것을 요구할 수 있다. 코팅 된 구조물의 수명에 치명적인 영향을 주는 잔재 요인으로는 맨홀 구조물의 크리프 현상이나 장기적인 부등침하 및 이동(long-term differential movement) 등이 있다. 대부분의 코팅법은 전단 혹은 인장 강도가 작기 때문에 크랙이 발생할 수 있다.

5.2.3 구조적 라이닝

맨홀의 구조적 보수․보강법은 현장에서 맨홀의 구조적 안정성을 완전히 회복시키기 위한 방법으로 비파괴 공법이다. 현장 보수․보강법에는 현장 타설 콘크리트법을 비롯하여 다양한 응용기술이 적용되고 있다. 맨홀의 재 공사는 벽 내경이 1,200～1,800mm(48～72in)인 표준 맨홀, 진정한 의미의 구조적 파손, 접근하기 쉬운 장소, 실질적 과업규모, 내구수명 비용의 정당성 등과 같은 조건에서만 수행할 수 있도록 제안되었다.

맨홀의 재시공이 초기 공사비를 기초로 할 때 코팅법이나 압력식 그라우팅에 비해 비용 면에서 경쟁력이 없기 때문에, 대부분의 맨홀 구조물은 침투/침입을 감소시키거나 조절한다는 이유만으로 재시공에 대한 품질보증을 받을 수는 없다. 재시공에 대한 내구수명 비용 분석(life-cycle cost analysis)을 수행하여야 한다. 구조적 재 시공법에는 현장타설 콘크리트, 조립식 보강 플라스틱 몰탈 혹은 매트릭스(prefabricated RPM), 조립식 섬유강화 플라스틱, 제관형 라이너, 현장경화관공법 등이 있다. 보수․보강이 된 맨홀의 전형적인 단면은 <그림 6-17>과 같다.

<그림 6-17> 보수․보강한 맨홀의 전형적인 단면(in=25.40xmm)

구조적 라이닝법의 일반적인 권고사항은 다음과 같다.

1) 완성 후 내경이 최소 900mm일 것.

2) 6포(I 혹은 II형)의 포틀랜드 시멘트 혼합설계를 한다.

3) 30일 경과 후 최소압축강도 24,000kPa(3,500psi)이상 확보 가능해야 한다.

4) 맨홀깊이가 3m(10ft)까지는 최소벽두께가 80mm(3in), 깊이가 3m (10ft) 이상인 경우에는 별도로 정한다.

5) 내부식성을 위한 특수 시멘트 혼합물을 사용한다.

어떠한 라이닝이라 하더라도 외부의 지하수 압력을 지탱할 수 있도록 설계되어야 한다. 또한 수직 교통하중 혹은 토압은 기존의 맨홀 구조물에 의해 지지되어야 한다. 이는 적절한 기초 위에 라이닝을 설치해야 한다. 크기를 제한하지 않고 하중을 지탱하기 위해 충분한 두께를 갖추기 어렵기 때문이다. 만약 수직파괴가 문제된다면 맨홀 전체를 교체하는 것이 가장 효과적이라 할 수 있다.

이러한 보수․보강법의 경제성은 화학적 침해 혹은 부식, 맨홀의 위치, 맨홀의 깊이와 지하수위, 보수․보강하거나 교체하여야 할 맨홀의 수, 오수 유량 조절 방법의 필요성 등의 엄격한 요소들에 의해 평가된다. 일반적으로 프리캐스트 맨홀의 경우 굴착공법이나 교체법에서 소요되는 비용보다 만족할 만큼 저렴한 수준까지 절감시킬 수 있다.

구조적인 보수․보강은 가끔 실용적이지 못하며, 영구동토층(永久凍土層 : permafrost) 혹은 결빙과 해빙 주기가 특별한 문제를 야기하는 경우라면 교체하는 것이 오히려 바람직하다.

또한 보수․보강을 수행함으로 해서 맨홀의 안정성과 효율적인 통수능을 확보할 수 있어야 한다. 진입 사다리의 단과 계단의 미끄럼 방지턱은 안전상 중요하지만 많은 지자체와 하수과 당국에서는 새로운 맨홀에 계단을 설치하지 않도록 하고 있다. 약한 사다리 단은 내부식성을 지닌 새로운 단으로 교체하거나 아니면 완전히 철거해야 한다.

한편 기존 수로의 효율 역시 평가되어야 한다. 만약 비정상적인 수두 손실이 발생하는 경우라면, 보수작업을 통해 수리적인 특성을 향상시킬 수 있다. 결합구조 혹은 표면 마감을 위해 기존의 표면을 부분적으로 제거하거나 재시공하여야 한다. 하수는 반드시 임시적으로 지수시켜야 하고, 고화가 빠른 제품을 사용하거나, 구조물이 보수되는 동안 임시적으로 다른 곳으로 우회시켜야 한다. 보수 작업을 하는 동안 연성 슬리브 관을 사용하여 하수를 배제할 수 있다.

세척 도구, 텔레비젼 카메라, 그리고 그라우팅 팩커와 같은 유선 보수․보강 도구들과 약 600mm(24in) 정도의 곧은 파이프가 들어갈 수 있는 진입로 등 유지보수 장비의 진․출입이 가능해야 한다. 따라서 수로는 그에 알맞게 만들어져야 하며 자가세척 작업대가 설치되어야 한다.

5.2.4 부식 방지(corrosion protection)

부식성 대기에 노출되는 맨홀 구조물은 비 시멘트계 코팅으로 보호되어야 한다. 현재 맨홀 벽을 황산에 의한 부식에 저항하기 위해 플라스틱, 고분자 화합물, 에폭시 코팅 등의 다양한 종류의 코팅재가 시중에 나와 있다. 역청질재 코팅은 맨홀의 부식 제어에 효과적이지 못하다고 알려져 있다. 부식 방지작업의 유효성은 적절한 준비작업과 맨홀 벽면의 세정작업, 그리고 적절한 코팅작업 등의 병행에 따라 변할 수 있다.

5.2.5 맨홀의 틀, 뚜껑, 벽체의 보수․보강

맨홀 틀과 뚜껑의 누수문제는 일반적으로 뚜껑 구멍을 통한 지표수의 유입, 뚜껑과 맨홀 틀 사이의 틈을 통한 유입, 그리고 맨홀 틀 하부에서의 지하수 유입 등이다. 이러한 원인들이 맨홀 누수의 상당한 부분을 차지한다는 것이 여러 시험 결과 일관되게 증명되었다.

지표의 이동, 주변 포장도로의 열팽창과 축소, 동결 전위(凍結傳位, 凍上, frost heave, 지중에 여러 겹의 얼음층이 공합하여 지표면이 융기되는 현상) 그리고 교통량 부하 등이 틀과 뚜껑 사이의 씰을 파괴하거나 악화시켜 지표수 또는 지하수가 맨홀로 유입된다. 유입된 물은 포장도로의 노반(路盤)을 따라 이동하면서 노반의 자재들을 세굴시켜 맨홀 주위의 포장도로 침하를 유발한다.

맨홀 뚜껑은 기존 뚜껑에 고무 커버 개스킷, 고무로 된 배출공, 뚜껑을 들어내기 위한 들어올리기 구멍 마개 등으로 씰링하거나, 기존 뚜껑 밑에 방수 삽입물을 설치하는 등 새로운 방수 뚜껑으로 교체함으로써 방수가 가능하다<그림 6-18>. 방수 삽입물(플라스틱, 유리섬유, 스테인리스 스틸)은 요구되는 삽입물의 강도와 내구성 등 설치 조건(교통량의 많고 적음)에 따라 선택되어야 한다.

<그림 6-18>  폴리에칠렌 맨홀 삽입물

맨홀 틀과 벽체의 연결부위는 틀의 정렬 상태와 벽체의 상태가 양호할 때는 굴착을 하지 않고 내부적으로 방수가 가능하다. 또한 틀을 재 정렬하거나 교체해야 할 때, 또는 벽체나 원추를 재시공해야 할 때는 굴착을 해야 하므로 내부와 외부의 방수가 가능하다. 이러한 씰링은 벽체와 틀의 표면 혹은 조절 링과 틀 밑 부분 사이에 유연성 있는 씰을 설치하거나 연성 재료를 주입하여 수행한다. 씰링 공법은 맨홀의 설계 수명 동안 내내 틀의 반복된 이동과 움직임을 흡수할 수 있도록 방수성과 유연성의 두 가지 특성을 유지해야 한다.

6. 가지관의 보수․보강

가지관(service connection)이란 하수본관에서 분기되어 건물의 하수관을 공공 하수관거에 연결시키는 관로를 말한다. 일반적으로 직경이 100 mm이하로 작으며 길이는 4.5～30m(15～100ft) 혹은 그 이상이다.

가지관은 다양한 기성제품을 이용하여 만들어지고, 건물에서부터 하수본관 근처까지 최소한 침전이 일어나지 않을 정도의 기울기를 갖도록 관이 하수본관으로 기울기가 갑자기 변하게 연결되어 있다. 가지관은 축 방향 흐름각도의 30～90°범위를, 수직 각도 0～90°범위를 유지하며 본관에 연결된다. 음용수 가지관과 하수 가지관을 설치하기 위해 같은 공동구를 사용하는 방법도 개발되었다. 따라서 하수 가지관의 방수가 완전하지 않다면 급수관에서 일어나는 모든 누수는 하수관으로 유입될 것이다.

가지관을 시공하고 유지 관리하는 것은 정부기관이 하수관거의 각 구역에 대한 관할권을 나누어 갖고 있기 때문에 복잡하다. 건물 내에서 수도관을 부설하는 것과, 배수시설과 사재관(私財管, property line) 사이의 연결부위 설계는 내부구조물 설비의 확장 개념으로 인식되고 있으므로, 대개 빌딩과 관로 시설 기준에 따라 시공되며, 공무원과 건물 감리자의 검사와 승인을 받아야 한다. 하수본관 연결부를 포함하여 사재관과 도로 하수관거 사이의 구간은 대개 하수관 사용 규칙에 따라 설치된다. 사업소 혹은 하수과 공무원은 검열과 승인에 대한 책임이 있다.

산업 폐수 연결부는 예외이다. 산업폐수는 하수관거의 구조적 안정성과 처리시설에 영향을 줄 수 있으므로 대부분의 산업용 가지관 공사는 차집관거 담당 공무원의 감독을 받아야 한다.

오랜 세월동안 차집관거와 처리시설물에서의 가지관 누수에 의한 영향이 그다지 중요하게 인식되지 못하였다. 대부분의 가지관이 지하수면 위에 매설되어 있다고 가정되기 때문에, 단순히 폭우기 또는 지하수면의 상승이 일어나는 시기만 누수가 발생한다고 생각하기 때문이다.

그러나 지금은 가지관 연결부의 보수에 관한 인식이 새롭게 바뀌었으며, 침투와 침입에 관한 연구를 통해 지금까지 무시되어 왔던 차집관거와 처리시설로 연결되는 건물 하수관에 대한 영향들이 모형실험으로 설명되었다. 미국환경청(U.S.EPA)의 지원을 받은 연구(Grace and Burkhard, 1991, and Reed, 1987 and 1988)에 의해, 폭풍우로 야기된 침입이 일어나는 관의 크랙, 깨짐, 연결부의 이완과 같은 가지관의 파손으로 인하여 심각한 양의 침투와 침입이 이루어지고 있다는 것이 지적되었다. 가지관은 또한 지붕의 우수 배출구, 지하저장소와 기초 배수, 지하실 배수펌프, 영업용 및 산업용 방출관 등을 통해 나오는 깨끗한 물을 하수관거로 이송시킨다. 또한 가지관에서 하수본관이 보수 된 후에도 이동된 물의 침투가 일어나기도 한다.

가지관의 지하수 침투현상은 가지관 연결부위의 개수와 가지관 총 연장에 따라 달라진다. 도시 지역의 차집관거들은 복합적인 병렬식 형태로 가지관이 형성되어 있다. 게다가 가지관의 총 연장은 하수본관의 총 연장과 같거나 더 긴 경우가 많다. 예를 들어 도로를 15m단위로 나누어 살펴보면 한쪽 안에 보통 4개, 혹은 60m안에 8개의 가지관이 매설되어 있다. 만약 도로로 통하는 가지관 연결부의 평균 길이가 8m라고 한다면, 이러한 가지관의 총 연장은 하수본관의 길이와 거의 같아지게 될 것이다. 고밀도 주거지역의 경우 침투수의 75%는 가지관을 통해 유입된다.

6.1 보수․보강 방법

하수본관의 보수에 사용되었던 대부분의 보수․보강법을 가정 하수관에 적용시킬 수 있는데 그 방법으로는 그라우팅, 현장경화 라이닝, 변형관 라이닝, 관 파쇄법 등이 있다. 슬립라이닝법은 부득이하게 통수용량을 감소시키므로 관경이 작은 곳에는 적용할 수 없다.

현장에서는 가지관의 접근이 제한적인 경우가 많다. 이러한 제한요소(침입한 나무뿌리, 그리고 교외 지역에서 하수관을 따라 조경사업이 행해진 경우와 같이 부수적인 문제)가 보수․보강 작업을 어렵게 만든다. 따라서 이러한 문제들이 재래식 교체방식 공사에 더 치명적인 영향을 주곤 한다.

6.1.1 화학적 그라우팅(chemical grouting)

양수법, 하수계류법(특허), 카메라-팩커법(특허) 등의 세 가지 화학적 그라우팅 공법이 건물 하수관의 씰링에 사용되고 있다.

양수법은 재래식 씰링 팩커를 사용하여 설치된 플러그를 향해 하수본관에서 가지관 쪽으로 그라우트를 주입시키는 방법이다. 그라우트가 압력에 의해 주입되므로 하수관 유실부위를 통과해 주변 토양에까지 침투해 겔이 형성된 다음 씰링이 이루어진다.

하수계류법은 양수방법과 비슷한 방법으로 건물 하수관으로 접근해서 카메라-팩커 기기로 하수본관을 조사하며, 하수본관으로부터 가지관으로 그라우트를 주입하는 방법이다. 이 방법의 특이한 점은 씰링을 하기 전에 그라우트의 사용량을 줄이면서 동시에 씰링작업 후의 세척공정을 줄이기 위하여 가지관에 튜브를 삽입한다는 것이다. 그라우트는 주입압력에 의해 튜브의 둘레, 가지관의 상부, 그리고 하수관의 유실부위를 통해 주변 토양으로 주입된다.

카메라-팩커법은 다른 방법과 달리 하수본관에 장착되는 장비가 없다. 개념적으로 다른 방법들과 달리 텔레비젼 카메라를 통하여 확인된 결점만을 보수한다. 가지관으로 진입시킨 소형 카메라와 전용 씰링팩커가 가지관으로 진입한다. 이때 견인줄에 의해 가지관 진입부에서 하수본관의 하류 맨홀 쪽으로 미리 이동한 후, 카메라-팩커 장비가 가지관 연결부로 견인되었다가 천천히 뒤로 당겨 이동하면서 텔레비젼 카메라에 나타나는 결점들을 보수한다.

6.1.2 현장경화관 라이닝

일반적으로 관경 100mm 정도의 작은 관을 보수․보강하기 위해 현장경화관 라이닝법을 사용한다. 현장경화관 라이닝은 하수본관과 지선부에서 침투를 감소시키고 기존관의 구조적 완전성을 향상시킨다.

현장경화관 공법을 이용하여 가지관 연결부를 라이닝하는 과정은 하수본관을 라이닝할 때와 유사하긴 하지만, 일반적으로 진입지점을 확보하기 위해 가지관의 상류 쪽을 굴착해야 한다. 하수본관 설치법과 다른 점은 가지관에 라이닝재료를 반전시킬 때 필요한 압력을 제공하기 위해 특별한 압력 용기를 사용하는 것이다. 라이닝재의 설치는 하류부 맨홀이 아닌 하수본관 입구에서 끝나게 된다.

경화가 끝난 후 라이너의 하류 쪽 끝을 굴착하거나 혹은 하수본관에 설치된 원격 조정 천공기를 이용하여 개통시킨다. 상류부 끝을 다듬고 새로 가설된 파이프를 기존 가지관의 받침대에 연결하여 하수관을 다시 사용한다. 굴착된 토사는 제자리에 되 메우고 모든 장비를 철수함으로써 공사가 완료된다.

6.2 기타 공법

가지관 연결부의 보수를 위하여 논의된 모든 방법들은 지하수면이 높은 경우나 폭우시에도 침투율을 줄일 수 있어야 한다. 또한 가지 관과 관련된 모든 침입 가능한 경로를 원천적으로 제거하려는 노력이 필요할 것이다. 가지관의 침입원들은 일반적으로 사유지 안에 있기 때문에 가지관의 침투에 대한 공동 인식이나 공동 관계를 향상시킬 수 있는 프로그램들이 필요하다. 이러한 프로그램들은 개인 소유자들의 민원을 해결하는데 협조하도록 법적인 영향력을 위시한 협박이 아닌 설득하기 위한 목적으로 쓰인다. 개인 소유물 내에서 발견되는 유입원과 적용 가능한 보수․보강법의 전형적인 형태는 <표 6-10>에 나타나 있다.

<표 6-10> 각종 개인 소유물의 보수․보강 대책

유입원	가능한 보수․보강 대책
연결된 수직 낙수 홈통	가지관 연결부 입구를 지수하고 수직 낙수 홈통으로 돌림
연결된 폭우 웅덩이	경사지게 파이프를 재설치함
전환 밸브가 달린 폭우 웅덩이	전환 밸브를 제거함
파손되거나 깨진 청소구	필요에 따라 보수 혹은 교체함
연결된 지역 배수관	배수관을 이탈시키고 새로운 웅덩이 펌프를 설치함
연결된 협소공간 배수관	배수관을 씰링하고 새로운 웅덩이 펌프를 설치함
연결된 기초 배수관	배수관을 이탈시키고 새로운 웅덩이 펌프를 설치함

7. 품질보증

하수관거의 보수․보강 목적은 하수 이송 시스템의 총괄적 수행능력을 유지하기 위한 것이다. 하수관거의 보수․보강 방법에는 3가지가 있으며,

1) 하수관거의 구조적인 안전성 확보

2) 침투수와 침입수의 저감을 통한 하수의 누수와 하수처리용량 감소

3) 하수관거로부터의 누출방지를 통한 지하수 오염가능성의 배제

등이 이에 해당된다.

하수관거 보수․보강 공법의 선택은 갱생 목적에 따라 달라진다. 구조적인 보수․보강법에 의해 대부분의 침투율을 감소시킬 수 있으나 침투제어 방법들이 하수관거의 구조적인 안전성에 많은 기여를 하지 못하고 있다.

그러나 지난 20년간, 막대한 경제적 손실을 일으킨 침투수와 침입수의 영향을 저감시키려는 노력에 의해 하수관거 보수․보강의 중요성이 부각되었다. 하수관거를 구조적으로 보수․보강하려는 노력은 사회 기반시설의 악화에 대한 공공의 인식과 일치되어 더욱 강조되고 있다. 하수관거 보수․보강의 품질을 보증하기 위해서는 각 지역 특성에 맞는 보수․보강 공법뿐 만 아니라 각 지역이 혼합되어 이루어지는 하수도 시스템에 적합한 보수․보강에 초점을 맞춰 이루어져야 한다. 침투수와 침입수 감소를 위한 하수관거의 갱생 노력이 실패하는 원인은 개별적인 보수․보강의 실패에 의한 것보다는 전체적인 통합시스템의 목적을 달성하지 못했기 때문이다. 그러므로, 하수관의 보수․보강을 위한 조사는 치밀해야 한다. 또한 전체 시스템의 일부분의 누수를 차단하였다 해서, 침입․침투수원과 전반적인 제어노력을 완전히 수행할 수 있다고 말하는 것은 어렵다.

하수관거의 보수․보강 방법 중 구조적인 보수․보강공법이 침투수와 침입수를 저감시키는데 있어서는 더욱 효과적이었다.

또한 지역사회의 운영차원에서 구조적 보수․보강 효과는 무계획적인 보수․보강 공법 적용을 지양함으로써 시스템 전반에 걸쳐서 평가되도록 해야 한다.

여기에서는 아래의 항목들에 대해서 설명할 것이다.

4) 침투수와 침입수 제어 및 하수관의 구조적인 안전성에 관련하여 개별적 하수관거의 보수․보강 공법의 효과를 확인하기 위한 품질 관리 절차

5) 시스템 전반에 걸쳐 기대되는 침투수와 침입수 제어 효과

6) 전체 시스템의 구조적인 안전성의 효과를 측정하는 절차

7.1 하수관거의 보수․보강 목적의 설정

하수관거의 보수․보강이 성공하기 위해서는 시스템에 대한 기술적 평가 결과가 정확하여야 한다. 하수관의 전체적인 문제에 보수․보강된 부분이 주는 효과와 전체적인 문제 해결에 보수․보강이 미치는 효과를 미리 결정하는 것은 가장 어려운 일일뿐만 아니라 효율적인 프로그램을 만드는데 있어서 가장 중요한 요소이다.

7.2 침투수와 침입수의 제어 목적

침투수와 침입수의 분석 목적은 보수․보강으로 가장 큰 효과를 얻을 수 있는 하수관거의 이송 체계 부분을 알아내는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해서는 다음에 열거한 3가지 기본적인 침투수와 침입수 분석절차가 반영되어야 한다.

1) 부가적인 배수지역내의 침투수량과 침입수량 산정

2) 산정된 침투수량과 침입수량을 지하 배수지 내 구성요소에 배분

3) 총 침투수량과 침입수량을 저감하는데 있어 특정요인의 보수․보강 효과 평가

가) 설계조건 선택

침투수와 침입수는 과거의 강우와 폭우특성에 영향을 받으므로, 강우 또는 폭우의 출현빈도에 대한 자료는 정확한 것을 사용하여야 한다. 예를 들면, 분석 자료에 선정된 특정 강우강도나 과거의 강우조건에 따라 보수․보강 후의 침투수와 침입수 감소결과는 다양해 질 것이다. 특히 이러한 결과 중 관심의 대상이 되는 것은 순간 또는 첨두시간대의 침투수량과 침입수량이다.

요구되는 설계조건과 관로의 하수 이송 능력 및 수리학적인 처리장의 용량에 따라 산정되는 건설비등은 첨두유량에 의해 결정된다. 평균유량값은 단지 증가된 유량이 운전 및 유지관리비에 영향을 미치는 경우에만 관심의 대상이 된다. 예를 들어, 과거에 지하수위를 상당히 상승시킨 10년 빈도의 폭우에 대비하여 관의 보수․보강을 실시하였다면, 얼어있는 지면에 쌓인 눈이 갑자기 녹거나, 낮은 지하수 상승을 유발시키는 5년 빈도의 폭우에 대해서는 보수․보강효과가 더 좋을 것이다.

나) 정량화된 침투수와 침입수에 대한 시스템 구성요소의 배분

침투수와 침입수량을 계절적으로 정량화 하는 것은 시스템 구성요인에 침투수와 침입수량를 정확하게 분배할 수 있도록 추가 정보를 제공한다. 실례로, 이상적인 침투수와 침입수량은 유량에 영향을 미치는 건기의 최소유량, 최대 유량이 나타나는 우기와 첨두유량을 포함한다. 계절적인 유량 값과 지하수위, 연기시험 및 CCTV 자료 등을 이용하여 지속적으로 현장자료를 보완하여 만든 수문특성곡선에 영향을 주는 강우는 하수관거 시스템의 구성요인들에 침투수와 침입수를 적절히 배분하기 위한 자료로써 이용된다. 오래 전부터 침투수와 침입수 영역에 영향을 주는 첨두유량 특성은 강우가 직접적인 유입원임을 입증하였다. 일반적으로 이것은 지관에서의 실제 누출량이 되는데, 얕게 매설된 지관의 특성상, 바로 인접한 불투수 지역의 특성과 유사한 우수 반응 특성을 나타낸다. 침투수의 분배과정을 보여주는 한 예를 <표 6-11>에 나타내었다.

<표 6-11> 하수관거 시스템의 구성요소에 따른 침투량의 배분

(brown and caldwell, 1989)

침투량 구성항목	하수관거 시스템의 구성요소
	차집관거	국부적 하수관거	지선 하수관거
건기시 최소량	a	a
우기시 최대량	b	b	b
첨두유량			c

a. 지하수 수위(water table)이하에서 깊이(mile)․직경(inch)에 비례하도록 할당함.

b. 지하수 수위 이하의 깊이(mile)․직경(inch)에 비례하여 점진적으로 증가시켜 할당함.

c. 침입원이 일시적으로 지하수로 침투하고 우수가 땅으로 침투된다고 가정하고, 얕은 지관으로 침입원이 100% 유입됨을 확인하는 연기/ 염료 시험 결과보다 낮게 증가하도록 할당함.

다) 침투수와 침입수 저감을 위한 보수․보강 효과의 평가

하수관거의 보수․보강효과를 평가할 때 일반적으로 다음과 같은 오류를 범하기 쉽다. 즉 시스템 전반에 걸친 I/I감소량이 보수․보강된 구간에 배정된 I/I량의 총합과 같다고 가정하는 것이 그것이다. 그러므로 특히 관로의 보수․보강이 총 시스템 중에서 일부에만 국한될 경우에는 침투수와 침입수의 발생원이 되는 “유체”의 특성을 고려해야 한다. 한 지역의 하수관거 보수․보강은 지하수 수위의 상승, 얕게 매설된 하수관거의 누수량 증가와 수리적 수두증가를 유발하기 때문에 기존의 잘 매설된 하수관에서도 새로운 누수가 발생할 수 있다. 이는 사유지의 가정배수관을 무시한 채 공공하수관거에 국한하여 보수․보강을 할 때에 일어나는 현상이다. 전례를 볼 때, 첨두유량은 과부하상태를 의미하여, 하수관거의 보수․보강노력은 첨두유량이 하수관거의 과부하된 부분의 구간 한계 이송량 이하로 떨어져야하지만 비로소 전체적인 유량의 감소를 가져오는 결과를 얻을 수 있다.

침투수와 침입수 제어를 위한 하수관거 보수․보강 프로그램의 효과를 파악하는 것은 하수 이송량과 처리장용량의 증가에 대한 적절한 보수․보강범위를 결정하는데 필요하다. 최근 침투수와 침입수의 효과적인 저감 노력은 배수분구별로 침투수와 침입수 저감법을 적용함으로써 상호 관련된 원인들을 극복할 수 있었다.

7.3 구조적인 보수․보강 목적

구조적 진단의 목적은 구조적으로 취약한 부분을 찾아서 구조적인 결함을 일으키는 원인들을 알아내는 데에 있다. 특정한 구간에서 적당한 보수․보강 공법을 선택하기 위해서는 부식, 불균형적인 외부하중, 간극의 크리프현상, 지하수 수압, 관의 누수, 수리학적 과잉부하 등과 같은 요인들에 대해서 우선적으로 완전히 이해해야 한다. 구조적으로 쉽게 손상되는 부분과 그 부분의 파손속도를 알아내는 것이 구조적 보수․보강의 성공여부를 결정하다. 이와 같은 사실은 황화수소에 의한 관정부식이 구조적 파손의 가장 주요한 원인이 되는 곳에서 특히 중요하다. 구조적인 보수․보강은 긴급하게 보수하는 것보다는 계획된 유지관리 차원에서 시작되어야 한다.

7.4 시공단계의 품질보증

하수관거의 보수․보강 공정의 품질을 보증하기 위해서는 다른 공사작업에서와 같은 조치가 취해질 수 있겠지만 이러한 조치들은 하수관거 보수․보강작업의 특성을 반영하도록 수정되어야 한다. 보수․보강작업의 전문성과 독점적인 방법들은 많은 노력들을 요구하지만, 사용된 자재와 자재들의 특성, 단계별 시공 절차, 현장의 특수 시공조건을 세부적으로 이해하는 과정을 통하여 해결할 수 있다. 이러한 과정을 통하여 공사 설계 및 시공, 감리 및 시험절차를 수립함으로써 공사수준과 공사비용을 조절할 수 있게 된다.

따라서 성공적인 시공을 위한 프로그램의 가장 중요한 요소로는 자재의 품질관리, 기존 하수관거의 상태, 안전성, 하수관거의 준비, 시공, 내부 그라우팅(annular grouting), 공사대금 및 시공 등으로 요약할 수  있다.

7.4.1 자재의 품질 제어

최근 몇 년 동안 일반 라이닝 재질에 대한 기준이 만들어져 사용되고 있으나, 신소재의 경우 이 기준이 일반적으로 적용될 수는 없다. 기준에 없는 자재를 이용할 때는 그 자재 제조업체의 표준 시방서를 사용하고 적당한 기준을 참조할 수 있도록 동등한 품질보증을 제공할 수 있는 조항을 첨부해야 한다. 또한 시료 조항에는 그 재료의 적합성이 확인되고 재료의 특성에 관한 재료의 특성시험과 생산품의 품질시험이 포함되어야 한다. 따라서 재료는 사용될 라이닝의 크기와 형태가 재료의 특성시험에서 얻어진 결과에 따라 제조될 수 있다는 것을 의미한다.

7.4.2 기존 하수관거의 상태

기술자는 보수․보강될 각 구간의 특성에 관련된 모든 정보를 계약서에 나타내어야 한다. 또한 여기에는 현 하수관거의 구조 및 표면 상태, 물질의 퇴적, 규격의 편차, 하수관거의 유량이 포함되어야 한다. 그리고 하수의 우회를 위한 펌프가 필요한 장소에는 보수․보강 작업이 일시적으로 중단될 수도 있는 상황, 제약조건 그리고 선택사항과 같은 것들도 명확히 규정되어야 한다.

7.4.3 안전성

승인된 안전 기준들은 시공단계에서 품질 보증에 필수적이다. 작업시에는 특수적이거나 돌발적인 위험사항과 계약자에 의해 작성될 안전계획에 포함될 항목들에 확실하게 규정되어야 한다. 비록, 위생적이고 안전한 작업환경을 마련하고 유지하는 것이 계약자의 법적 책임이지만 이것이 사고발생시 기술자나 발주처를 완전히 보호해주지는 못하기 때문이다.

7.4.4 하수관거의 준비

작업 준비는 개별적 보수․보강 공법에서 요구되는 것에 따라 결정된다. 보수․보강 전 세정작업은 라이닝의 주입을 용이하게 하고 하수관거의 표면에 있는 슬라임(slime), 방해물 및 잔존물의 제거함으로써 기존 하수관거와 라이닝 재료와의 결합력을 좋게 한다. 이것은 특히 작업을 위한 접근이나 접촉 단면이 좁은 제한된 구간에서 보수․보강 공법의 시공을 용이하게 해준다.

7.4.5 설 치

설치시방서는 주요지점들을 나타내야 할 뿐만 아니라 사용될 각각의 개량방법에 대해서도 구체적으로 서술해야 한다. 이렇게 구체적으로 서술되어야 할 항목들은 자외선 분해를 방지할 수 있는 물질의 취급 및 저장방법, 편중되게 짐을 적재함으로 생기는 하중부하와 표면손상을 피하는 방법, 구조적 완전성을 보장할 수 있는 이음부의 위치선정(특히 이음부분의 수직방향), 품질을 보장할 수 있는 기술과 환경조건의 연관성, 허용 가능한 절단방법 및 경사, 라이닝 두께, 최종 단면부를 포함한 설치허용능력 등이 포함되어야 한다.

7.4.6 내부 그라우팅(annular grouting)

많은 개량기술은 구조적 안전성을 확보하기 위해 내부 그라우팅 공법을 이용한다. 즉 믿을 수 있고, 경제적인 방법이 없는 관계로 그라우트가 모든 환형 공극에 침투되고 충전되는지를 확인함으로써 마감공사에서 신뢰도를 높일 수 있다. 그라우트의 성능시험은 시공성과 밀봉성, 부품율, 착수시간, 압축강도를 포함한다. 따라서 그라우트 설치 시방서는 그라우트의 준비, 펌프장비의 유형, 압력 범위와 용량, 그리고 허용 가능한 주입방법을 포함해야 한다. 일반적으로 주입과정에는 그라우트의 용량측정, 침투량과 그라우트 충격강도평가, 직선형 또는 원주형의 그라우트 작업순서, 공기 배출구의 전환, 그라우트 압력 모니터링과 기록검사, 비틀림 검사 그리고 그라우트 용량 모니터링과 기록항목 등이 포함된다.

7.4.7 계약자의 공사대금 지불

개량작업은 불가능한 상황이 돌발했을 때 대처할 수 있도록 입찰서류에 공사가격의 유동성이 고려되어야 한다. 입찰원가를 채택할 때는 기술자의 판단에 따라 특별한 수량과 각 작업의 항목단위를 바탕으로 하는 것이 합리적인 계약방법 이겠으나 개량공법의 불확실성 때문에 개량공법을 변경하기 위한 대안 공법의 평가 및 결정은 대안 개량기술의 불확실성을 반영하여야 한다. 특별한 계약이 체결되었을 때 우발사고에 대비하여 초기 입찰가의 50%로 책정된 임시예산이 최종 계산된 금액에서 발생한 편차를 보상할 수 있도록 해야 한다.

7.4.8 시공 진단

발주처를 대신하여 유능한 검사자들이 시공진단을 하는 것은 건설단계의 품질보증 프로그램에 필수적이다. 대다수 중요한 하수관거 보수․보강 과정은 접근할 수 없는 먼 장소에서 수행되고 심지어 접근 가능한 곳이라 해도 종종 직접 관찰할 수 없기 때문에, 대부분의 하수관거 보수․보강공법은 시공 검사자에게 어려움을 준다. 이런 상황에서 간접적 진단법인 CCTV, 공기와 수리적 검사 그리고 그라우팅이 진행되는 곳에서 그라우팅 재료, 그라우트 량과 압력에 관한 면밀한 조사와 검사가 고려되어야 한다.

따라서 미국 국립 하수도시설협회 산하의 회사들은 효과적인 검사 프로그램의 중요 인자들을 요약한 검사지침서를 개발하였다.

7.5 침투수와 침입수 관리의 효율 측정

침입수와 침투수 관리를 위한 하수관 보수․보강 사업의 효과를 결정하기 위해서는 보수․보강 전과 후의 하수관거 시스템의 유량을 측정해야 한다. 이때 하수관거 시스템에서 지속적으로 변화하는 유량을 정확히 측정하기는 어렵기 때문에, 침입수와 침투수 측정의 정확도가 떨어지게 되므로 세심한 주의가 필요하다.

보수․보강 효과를 계산하는 가장 일반적인 방법은 건조한 날씨의 보수․보강 전후 유량의 차이를 나누는 방법이다. 보수․보강 효과 계산은 정확한 유량 측정 뿐 만 아니라, 보수․보강 전후의 유량 측정에서와 비슷한 지하수 조건, 강우기간, 강우강도, 일관된 조건에 대한 신뢰할만한 유량 표준화 방법 등도 포함되어야 한다.

하수 처리장이나 주요 펌프장의 장기 모니터링을 통해, 침입수와 침투수량의 장기적인 경향을 평가할 수 있으며, 보수․보강전후의 비교를 통해 전체적인 하수관거 시스템에 대한 자료를 얻을 수 있다. 그러나 일반적으로 이러한 자료는 소규모 지역으로 시행된 침입수와 침투수를 감소시키기 위한 보수․보강사업의 효과를 평가하는 경우에는 적당하지 않다.

7.5.1 유량자료의 표준화를 위한 방법

전혀 다른 기후 조건 하에서 일어난 강우량을 동등하게 비교하기 위해 강우의 영향을 표준화하는 몇 가지 방법이 있다. 여기에는 아래에서 언급할 시뮬레이션 기술이 포함되는데, 이 기술은 특정한 과거의 강우 특징을 고려하고 있으며, 강수량과 녹은 눈의 유출형태 가 다른 연도를  정규화 하는 도구로 이용될 수 있다(Brown과 Caldwell, 1988).

1) 침투수 시뮬레이션

하수관거 시스템의 침투수는 하수관거 위의 지하수 수위(장기 연속 과정) 또는 하수관거를 둘러싼 포화지역의 물(단기 과정)의 영향을 받으며, 침투율은 하수관거의 물리적인 상태에도 영향을 받는다.

경험적으로 볼 때, 하수관거가 지표와 가깝고, 조건이 나빠 상대적으로 즉시 반응하는 지역과 장기적으로 반응하는 지역, 지하수 수위가 침투과정에 영향을 미치는 지역에서는 과거 강우지속시간이 침투에 영향을 미치게 된다.

이 시뮬레이션의 침투 과정은 과거 24시간, 7일간, 30일간, 6개월 간의 강우에 의해서 발생되는 성분들의 합으로 표시할 수 있다. 또한 보다 긴 장기적인 성분은 지하수 수위 변화의 영향을 반영하게 된다.

이 기술은 미국 EPA에서 사용되는 SWMM(Storm Water Management Model)과 같으며, 방정식은 다음과 같다.

침투수=Cd*R1+Cw*R7+Cm*R30+Cs*R180+Basinf        (9.1)

여기서  Cd   = 과거 24시간 동안의 강우에 대한 반응계수

Cw   = 과거 7일 동안의 강우에 대한 반응계수

Cm   = 과거 30일 동안의 강우에 대한 반응계수

Cs   = 과거 180일 동안의 강우에 대한 반응계수

R1, R7, R30, R180  = 각각의 기간동안 내린 강우 깊이

Basinf   = 예상 최소 침투율

위의 방정식은 일정한 시뮬레이션 기간동안의 침투율 산정에 사용되며, 실험에 의해 다양한 계수들이 보정된다. 이런 실험의 관찰기록에는 직접적인 침입수를 배제한 후 다중회귀분석법에 의해 과거 강우침투반응을 관찰하는 방법도 포함된다.

따라서, 다양한 성분들은 오랜 기간 동안 실측 유량과 시뮬레이션 값을 비교하여 세밀하게 보정되어야 한다.

2) 침입수 시뮬레이션

침입수원은 하수관거에 불법적으로, 또는 고의적으로 연결된 급수지역내 지선하수관으로부터 발생한다. 이러한 유입 지역은 침입수와 침투수 분석에서 불투수성 지표면을 갖는 지역으로 간주된다. 또한 어떤 투수성 지표면 지역은 합류식 하수관거 시스템이나 우수관로 시스템이 교차 연결된 것처럼 간주되기도 한다.

따라서 시뮬레이션을 단순화하기 위해, 침입수량은 합리식으로 계산할 수 있다. 시뮬레이션 기간 동안 불투수성 표면으로부터의 침입수는 단순히 불투수성 표면 지역에서 그 시간에 발생된 강우량의 결과이다. 투수성 지표면 지역에서, 이러한 발생원으로부터의 침입수는 표면 침투수에 의한 우수 손실을 배제한 후 동일한 방법에 의해 산출된다. 투수성 지역의 유출량은 연결된 불투수성 표면 추정값과 침투율 추정값의 곱으로 표현되기보다는 시간당 강우량으로 나타낼 수 있다. 만일 강우량이 표면 침투 용량 추정값을 넘지 않는다면 투수성 표면의 유출은 없게 된다. 침투 용량은 이전 강우량을 반영하기 위하여 변화될 것이며, 분석의 정확도에 영향을 받는다.

이 시뮬레이션은 직접 연결된 투수성 및 불투수성 표면지역에 대한 추정을 필요로 한다. 따라서 선택적으로, 이 값들은 실측 수문곡선과 시뮬레이션 값을 일치시키기 위한 보정을 통해 결정되며, 이 분석 방법을 이용한 접근법이 일반적으로 이용된다.

3) 오수의 유량 시뮬레이션

하수량의 가정오수 성분은 평균 가정오수량 추정 값에 표준화된 주간 평균 수문곡선을 적용하여 시뮬레이션된다. 그 결과, 수문곡선은 평균값으로 나눈 값에 의해 표준화되어 하루의 시간당 평균유량 퍼센트의 수문곡선을 제공한다.

4) 폭우에 의한 침입수 비교

강우강도에 로그를 취한 값과 첨두 유량에 로그를 취한 값이 좋은 상관관계를 나타내는 것으로 보아, 지하수는 침입수에 영향을 주는 주요변수가 아니라고 가정할 수 있다(Nogaj와 Hollenbeck, 1981).

이 방법을 이용하여 비슷한 강우강도 또는 우수의 재현 간격에 대해 보수․보강 전후의 침입수량을 추정할 수 있다. 또한 이 방법은 서로 다른 폭우의 자료를 표준화하며, 한 우기의 자료를 필요로 한다. 다른 연구자들은 이 방법을 두 지역에 사용하였다(Nelson과 Bodner, 1981). 비록 이 데이터가 분산되어 있는 것처럼 보이지만, 결과는 침입수 제어 효과를 산정 하는데 사용될 수 있다.

7.5.2 유량 모니터링

하수관거 보수․보강효과를 입증하기 위한 유량 모니터링은 한 지역에서 제거된 발생원이 배관 주위의 하수관 기초재(bedding material)를 통해 미보수․보강지역으로 이동하여 다른 곳에서 유입되지 않는다는 것을 입증할 수 있도록 충분히 넓은 지역의 관거 시스템에서 이루어져야 한다. 따라서 소규모 시스템의 경우, 처리장의 총 유량을 측정함으로써 의미 있는 결과를 얻을 수 있다. 대규모 시스템에서는 전체 시스템의 일부구간만을 선택해야 한다.

7.5.3 보수․보강이 침투수와 침입수 제어에 미치는 효과

침투수와 침입수를 감소시키기 위한 하수도 보수․보강 프로그램의 효과를 규명하기 위해서 광범위한 조사가 미국 EPA의 지원 하에 이루어졌다 (Conkline and Lewis, 1980). 기존의 침입수와 침투수 제거 프로그램들이 예상만큼 효과적이지 않았고, 또한 처음 기대했던 것보다 시간이 더 소모되며 비경제적이었다는 이유로 인해 이 연구가 착수되었다. 대부분의 이러한 초기 노력들은 침입수와 침투수의 특성과 침투수와 침입수의 첨두유량에 대한 지선 하수관거의 기여도, 보수․보강부분에서 미보수․보강부분으로의 침투원(infiltration source) 이동 같은 주요인자에 대한 전체적인 이해가 부족했음을 반영한 사례이다(Steketee, 1981). 그러나 어떤 지역에서는 이러한 보수․보강 노력에 체계적으로 방법을 도입하여 침입수와 침투수 감소목표를 성공적으로 달성했고, 그럼으로써 문제를 미보수․보강지역으로 전가시킨다는 논쟁을 잠식시켰다.

현재 이용 가능한 자료로부터 하수관내에서 침입수와 침투수를 감소시키기 위한 효과적인 방법들이 있음을 알 수 있지만, 침입수와 침투수 제어에 영향을 미치는 문제들과 조건들은 하수도 시스템에 존재한다는 것을 알 수 있다. 최근에 보수된 지선 하수관거들에 이런 문제들이 나타난다. 지선 하수관거들은 그 자신이 침입수와 침투수를 유발시키는 발생원이 될 뿐만 아니라, 주 하수관거와의 연결지점에서 빈번하게 누수를 유발하는데, 대부분의 보수․보강 후 원격 재 연결 방법으로는 이러한 누수를 완벽하게 보수할 수 없다. 게다가, 지선 하수관으로 근처의 어떤 접합부위도 일반적으로 이용되는 팽창식 팩커를 기초로 한 방법에 의해 내부 그라우팅 공사를 수행할 수 없다.

부분 보수․보강에서 전체적 효율이 떨어지는 또 다른 주요원인은 입상 하수관 기초재를 따라 지하수 침투원이 이동한다는 것이다. 이런 문제점이 발생하면, 어떠한 부분적인 보수․보강도 효과적 일 수 없을 것이다. 따라서 점차적으로, 이와 같은 지하수 이동은 계속해서 누수를 유발하며 미보수․보강 개구부로 이동할 수 있고(Steketee, 1981), 시스템 내 과부하된 부분에서 침입수와 침투수에 의한 순 제어 효율이 과대 평가될 수 있다. 침입수와 침투수량이 과부하를 받는 부분의 용량으로 감소할 때까지 침입수와 침투수의 순 감소는 관찰되지 않을 것이다. 또한 이러한 현상에 대해 신뢰할 만한 예측 방법이 없기 때문에, 그러나 이동 문제는 정량화하기 어렵다. 그러나 어떤 복구 프로그램에서도 이들의 이동 가능성에 대한 고려가 있어야 한다. 따라서 수역 전체에 대한 접근법이 침입수와 침투수의 이동영향을 보수․보강 수역의 외곽 지역으로 제한하는 효과적인 방법이라는 것이 증명되었다.

7.6 보수․보강이 구조적 완전성에 미치는 효율성 측정

침입수와 침투수를 제어하기 위한 방법들에 따라, 구조적 안전성에 초점을 둔 보수․보강 방법의 성공여부 평가에는 일반적으로 특정한 보수의 효과, 하수시스템 전반적인 차원에서의 긴급 복구작업의 감소나 배제를 포함한다.

7.6.1 특정 보수의 효율성

구조적인 보수․보강에 대한 첫 번째 효과는 하수도관의 원상회복이다. 따라서 장기적인 효과의 평가에 부식 재발, 복구된 부분의 변형, 라인 또는 표면상부의 침하, 또는 누수에 대해 모니터링을 통해서 평가할 수 있다.

7.6.2 총괄적인 시스템의 완전성

하수도이송 시스템에 대한 자료가 구조적 보수계획에 이용될 때, 구조상에 초점을 둔 보수․보강은 성공적이라고 평가된다. 이러한 결과는 이 장의 마지막에 기술한 바와 같이, 하수도의 구조 조건을 나타내는 지표들에 대한 평가가 하수도 시설의 유지활동과 병행될 때 가장 잘 수행되기 때문이다.

7.7 특정 하수관거 보수․보강방법의 기대효과

역사적으로 하수도 보수․보강에 의한 효과의 전반적인 평가는 적용 방법의 실패에 의한 것보다는 보수․보강노력이 불완전하였기 때문에 그리 높지 않았다. 특정 보수․보강방법의 효과에 대한 평가에서는, 주요 하수 관거의 복구를 처리하는 것과 함께 연결 지점, 지선 하수관거, 지하수 이동 가능성을 처리하는 능력 등이 고려되어야 한다.

따라서 다음은 몇몇 주요 보수․보강방법들을 요약한 내용입니다.

7.7.1 하수관거의 교체

하수도 보수․보강방법 가운데 가장 비용이 많이 드는 것은 교체법이다. 심각한 구조상의 손상이 발생하였거나 심각한 침하가 하수관거 등급에 영향을 미칠 경우에는 교체법이 유일한 합리적 수단이다. 교체에 의한 침투 제어 효과는 다른 신관에서와 같은 효과를 나타낸다. 교체된 하수관거의 길이에 따라 효과는 차이 나겠지만 교체된 부분에 인접한 하수도의 일부분이 심각한 누수에 의해 침투 제거되는 경우에는 효과가 감소될 것이다.

교체는 또한 지선 하수관거의 보수․보강에도 적용될 수 있다. 그러나 지선의 교체가 전혀 고려되지 않았다면, 지관의 재 연결로 전체적인 보수․보강효과는 상당히 감소될 것이다. 주요 하수도관과 지관 사이의 누수를 방지하기 위해서 재 연결 및 되메우기 작업을 할 때는 매우 주의하여야 한다. 새롭게 건설된 하수도가 운영중인 지관에 제대로 연결되지 않으면 침투감소효과를 전혀 얻지 못할 수도 있다. 주요 관로의 교체에 상응하는 전반적인 효율을 얻기 위해서는, 지관시험(lateral testing)과 보수․보강 프로그램이 수행되어야 한다. 연결 전 모든 지관에 대해 연기 및 염료시험(Smoke and dye testing)을 함으로써 기존의 유입원이 보수․보강된 부분에 재 연결되지 않았고, 더 이상 유입되지 않는다는 것을 확인할 수 있을 것이다.

7.7.2 하수관거의 재 라이닝

1) 라이닝과 슬립라이닝

하수도 재 라이닝(relining)은, 기존의 관 내부에 약간 더 작은 관을 삽입함으로써 기존관 내부에 배관재 층을 형성시키는 것을 말한다. 재 라이닝은 교체법이나 라이닝을 삽입하기 위하거나 무인관내 연결을 위한 굴착법보다 더 경제적인 것이다. 슬립라이닝(sliplining)의 경우에는, 재 연결될 지관의 수에 따라 비용에 차이가 나는데 지관이 많아질수록 비용 차는 적어진다. 또한 기존 관의 내부에 직접 적용되는 시멘트에서부터 현대식 플라스틱 재료에 이르기까지, 라이닝재료는 다양하다.

슬립라이닝의 침입수와 침투수 제어효과는 라이닝재의 외부와 기존관 내부 사이의 공간의 완전 밀봉성에 의해 좌우되지만, 연속 플라스틱관 라이닝은 침투를 완전히 막을 수 있다. 라이닝재와 관 사이의 공간을 연속적으로 그라우팅 하는 것은 맨홀 돌출 부위의 공간만을 충진하는 밀봉 작업보다 더 우수할 수 있다. 고밀도 폴리에틸렌이 라이닝재로써 장기적 완전성을 보이고 있지만, 장기적인 순 효율성은 밀봉재의 수명에 더 많은 영향을 받을 것이다.

삽입되어 배관 접합방법으로 이용되는 배관 재료는 누수될 가능성이 더 높기는 하지만, 효율적인 밀봉 및 접합 기술로 인해 침투에 대한 저항성이 매우 크다. 주요 배관과 접합된 기존 지선하수관거의 상태가 양호한 경우, 지관의 연결은 지관을 덮고 있는 라이닝의 일부분을 잘라 내거나 관과 라이닝재 사이의 공간을 밀봉하는 것으로 제한된다. 이러한 봉합 단계의 완전성은 전반적인 침투 감소 효율을 나타내는 주요 인자로 평가된다. 주관에 연결된 기존 지관의 상태가 양호하지 않다면, 파이프 연결부 새들(pipe saddle) 배열로 라이너에 곧바로 새로운 지관을 연결하는 것이 가장 좋은 결과를 얻을 수 있다. 그러나 일반적으로 이 방법은 지관을 외부로 노출시켜야 하며, 되 메우기 작업시에 매우 주의를 요한다. 관과 라이닝재 사이의 공간을 라이닝, 밀봉하는 것과 신중한 지관의 재 연결은 침입수와 침투수 제어에 있어서 교체법 만큼 효과적일 수 있다.

얇은 몰탈 코팅을 제외하고는, 하수도 라이닝 방법들은 하수도 시스템의 구조적인 안정성을 유지 또는 개선할 수 있는 능력을 가지고 있으며, 종종 부분적으로는 그러한 목적으로 적용된다. 한편 슬립라이닝시 구조적 요구사항들에 대응할 수 있는 유용한 많은 재료들이 있다. 따라서 구조적 안전성을 달성하기 위한 효율적 방법은 신관과 기존관 사이의 공간을 완벽하게 그라우팅 함으로써 향상시킬 수 있다.

2) 반전 라이닝

반전 라이닝은 기존관의 내부에 밀착되어 있기 때문에 관과 라이닝재 사이의 공간에서 발생되는 누수를 줄인다. 라이닝으로 덮여 있는 지관의 일부를 적절히 잘라낸다면, 지관 주변의 누수가 최소화될 수 있다. 그러나 이 단계에서 작업시 주의가 부족하면 침입수와 침투수 제어성능을 떨어뜨릴 수 있다. 다른 라이닝 방법들과 마찬가지로, 교체법의 비용은 교체관을 주입하기 위해 굴착시에 소모되는 비용과 난이도에 크게 영향을 받는다. 반전 라이닝은 교체법 만큼 침입수와 침투수를 제어하는데 효과적일 수 있으며, 주관 접합부위에 연결된 기존 지선 하수관거의 상태가 양호하다면 관거의 재 연결을 위한 굴착이 필요하지 않다.

반전 라이닝은 맨홀을 라이닝하기 위해서 이용될 수 있으며, 하수관과 같은 높은 정도의 침투 감소율을 보여준다.

반전 라이닝재의 강도는 두께, 또는 수지형태를 변화시킴으로써 달라질 수 있으며, 따라서 일부 구조적인 불안정성을 극복할 수 있다. 따라서 반전 라이닝은 몰탈이 심각하게 부식되었거나, 벽돌이 느슨해졌거나, 유실된 벽돌 하수관을 안정화시키는데 이용되어 왔다.

7.7.3 하수관거의 씰링(Sealing)

소규모에서 중규모의 하수관거에 이르기까지 내부 그라우팅을 하기 위한 화학적 그라우트 씰링재들은, 하수도 관리에 폭넓게 이용되고 있고, 심지어 비교적 규모가 작은 지방 상하수도 단체는 자체적으로 그라우트 팩커와 씰링장비를 소유하고 널리 이용하고 있다. 누수부위를 씰링하기 위한 그라우팅의 화학적 효과는 관과 주변 역충진(backfill)재의 조건과 구조적 안정성, 그리고 기술수준에 영향을 받는다. 따라서 재래식 충진장비를 이용한 화학적 그라우팅은 배관재료보다는 접합부분에서 문제가 발생할 경우 매우 높은 효과를 얻을 수 있다. 그라우팅이 적절하게 적용된 곳에서는 침투수의 방지를 효과적으로 수행할 수 있고, 특정접합부분에서는 거의 100%의 효과를 얻을 수 있다.

배수관으로부터 누수, 배수관에 근접한 접합부위, 인접한 배관부분, 그리고 씰링에 의해 교정할 수 없는 문제점들은 침투제거의 효과를 저하시킬 수 있다. 특정 접합부분이 air test에 합격했다고 해도, 인접 접합부의 봉합이 다른 인접 접합부분의 누수를 유발할 수 있다. 이러한 누수원인들에 대한 부적절한 평가가 침투 제어의 과 추정의 한 원인이 되어 왔다. 그라우팅의 화학적 효과에 대한 평가는, 단지 주 배관의 연결부에만 관심을 갖는 다른 복구방법들과 같은 분석상의 고려사항들과 관련이 있다. 그라우팅공사가 이음부와 이음부사이의 단위로 이루어지는 특성 때문에 1회로 마무리하는 그라우팅 공사의 총괄적인 효과는 교체법이나 라이닝 방법보다도 효율이 낮다. 그러나 그라우팅이 정규적인 유지관리 프로그램과 조합될 때, 신관처럼 주관 연결부에서의 누수를 제어할 수 있다.

특정 씰링부분의 장기적인 효과는 지하수의 변화, 배관의 과부하 상태, 배관부의 특이한 침체현상 및 초기 그라우팅 공법의 수준에 영향을 받는다.

따라서, 하수관거의 씰링은 시스템의 구조적 안정을 향상시킬 수 없고, 구조적으로 불량한 상태에 있는 하수관거에서 배관이 구조적으로 안정하지 못한다면 효율적인 봉합을 수행할 수 없을 뿐만 아니라 새로운 누수현상이 빠르게 진행될 것이다.

봉합부분에서의 누수를 그라우팅할 때, 외부 그라우팅 공법이 직접적인 내부 그라우팅 공법에 비해 침투수 제어에 효과적이지 못하다.

7.7.4 지선하수관거의 보수․보강

운영중인 지선하수관거는 침투수와 침입수 모두를 발생시키는 심각한 원인이 될 수 있으며, 이것은 첨두 침투수량의 75%이상을 차지할 수 있다. 슬립라이닝, 반전라이닝 및 그라우팅을 포함하여 주하수관거에 적용되는 보수․보강공법은 굴착에 의한 교체법과 함께 지선하수관거를 보수․보강하는데 적용되어 왔다. 비록 이러한 방법들이 배관 자체 내에서 침투수를 효과적으로 제어할 지라도 다양하고 복잡한 유입원을 통제할 수 없고, 또 운영중인 지선하수관거에 연결되기 전 건물 내에서 발생한 침투수의 경우도 그 발생원을 통제할 수 있다고 보장할 수 없다. 따라서 침입수를 근절시키기 위해서는 효과적인 차단 및 강화된 법규시행이 필요하다.

지관으로부터 발생되는 침입수와 침투수 외에도 침투는 종종 주관과 지관의 연결부분에서의 누수와 지관에 근접한 주관의 접합부분의 누수로 인해 발생된다. 침입수와 침투수를 효율적으로 제어하기 위해서는 이러한 침투원인을 시험하고 보수할 필요가 있다. 이에 대한 새로운 해결방안은 전통적인 팩커공법이나 그라우팅 장비로도 봉합할 수 없었던 간선하수관거와 주하수관거에 접합할 때 발생하는 누수를 씰링할 수 있도록 개발되었다. 그러한 봉합 기술은 몇몇 전통적인 배관봉합법과 같이 한계점에 부딪히게 될 것이고 이것은 장기간 효율을 보장할 수 있도록 정기적인 시험과 재그라우팅 공사의 수행을 요하게 된다.

7.7.5 침입수의 제어

침입수는 우수로 발생된 표면수가 하수관거에 유입되는 통로를 차단함으로써 근절될 수 있다. 전형적인 우수통로로는 맨홀뚜껑, 수사지(受砂池), 유역배수지 및 지붕배수구가 있다. 감소된 첨두 유량의 관점에서 특정 유입원 제어에 따른 첨두유량 감소효과는 특정 우수특성의 함수가 되고, 과거의 강우나 토지의 동결조건과도 어느 정도 상관성을 지닐 것이다.

1) 맨 홀

맨홀의 뚜껑에는 환기구와 손잡이 구멍이 있어 이것이 표면 유출수의 유입 통로에 있을 때 우수의 주요한 유입원이 될 수 있다. 방수 처리되거나 가스켓(gascket)으로 처리된 뚜껑으로 교체되면 우수 유입을 90%까지 효과적으로 감소시킬 수 있다.

맨홀은 종종 틀과 벽에 붙은 받침부위의 사이에서 누수현상이 일어나고 특히 포장도로가 동결되어 들어올려질 때 더욱 누수현상이 일어나게 된다. 맨홀의 외부나 탄성 있는 슬리브 위에 신축성이 있는 씰링제를 양생하거나 바르면 우수를 약 90%까지 효과적으로 감소시킬 수 있다고 한다. 그러나 고착씰링제를 맨홀 틀의 플랜지 밑의 손잡이 구멍과 연결부분의 안쪽에 적용하면 물은 여전히 맨홀 틀과 손잡이의 구멍사이의 공간으로 유입되기 때문에 약 75%까지만 제거할 수 있고 결빙의 영향으로 씰링이 실패할 가능성은 높아진다.

2) 수사지(受砂池)

하수도 시스템으로 구성된 배수구역과 배수분구에서는 상당량의 침입수가 발생한다. 침입수가 오수관거로 연결되는 것을 막고 우수관거로 연결하면 침입수량을 약 90%까지 효과적으로 감소시킬 수 있다. 그러나 일부의 물이 오수관거의 다른 부분으로 이동하게 되면 그 효과는 100%미만이 될 것으로 추측된다.

3) 지붕배수구

지붕배수구나 배출구는 침입수의 주요 발생원인이 된다. 우수관거에 재 연결된 하수시스템으로부터 이러한 배수구를 분리시키면 침입수량의 90%를 효과적으로 감소시킬 수 있고 나머지 10%는 다른 경로를 통해 하수 시스템으로 이동하게 된다. 분리된 배출구가 우수관로에 연결되지 않고 지표면에 배출된다면 침입원 감소는 거의 없을 것이다.(만약 운영중인 지관이 불량상태라면 침입원 감소는 거의 없다)

4) 기 타

오수관거와 연결된 하수구 펌프(sump pump)와 기초시설은 또 다른 심각한 유입원이 된다. 이러한 발생원의 차단과 우수관로의 재 연결은 약 75%의 유입유량을 감소시키는 효과를 나타냈다. 이러한 분리된 발생원을 지표면에 배출하면 순수 유입원 감소율은 영향을 받는다. 그러나 장기간의 우수제어효과를 유지하기 위해서는 재 연결을 배제할 수 있는 효과적이고 강화된 프로그램이 요구된다.

7.7.6 침투수와 침입수제어가 전반적인 하수관거시스템에 미치는 효과

침투수와 침입수 제어의 효율성에 영향을 주는 요인에 대한 이해가 부족하면  전체  또는 일부 하수관거 시스템에서의 침투수 및 침입수 배제에 대한 평가시, 과대평가를 하게 된다. 또한 지하수 문제가 많이 관여되기 때문에, 특히 폭우에 영향을 받는 지하수 때문에 이러한 문제들이 침입수보다도 침투수 제어 효과를 과대 평가하게 된다.

제시된 침투수 제어 시스템의 총괄적인 효율성을 정확히 예측하기 위한 가장 확실한 방법은 주요한 보수․보강방법의 효과에 대하여 파일럿 연구를 수행하는 것이다. 이로 인해 그 결과들을 이용하여 하수관거 시스템의 나머지 부분에 대해 추정할 수 있다. 이것은 특히 큰 규모의 도시에서 자주 사용하고 있는 방법이다. 파일럿 연구를 통한 자료가 없으면 기술자들은 과거 정확히 계산되지 못한 지관과 같은 누수원의 자료를 고려해야 한다.

씰링그라우팅에 실시한 파일럿 연구의 두 가지 사례에서 (한가지는 워싱턴지역에서, 다른 한 경우는 웨스트체스터에서 이루어짐), 침투수의 유입범위는 지관과 맨홀에 관련되었다. 이러한 차이는 광범위한 현장에서 다양한 문제에 부딪힐 수 있고 가능한 모든 침입수원을 고려할 필요가 있으며, 모든 발생원의 누수율에 실제 자료가 이용될 수 없을 때 침입수 제어효과를 유추해서 평가해야 한다는 것을 의미한다.

하수관이 보수․보강되고 있는 곳에서는 모든 침입원을 알아야만 한다. 침입수나 침투수가 장거리를 이동할 수 있다는데 대한 의견차이가 있지만, 이동이 단거리에서 이루어진다면 심각한 문제를 일으킬 수 있다는 사실에는 의견차이가 없다. 따라서 침투의 완전제어가 필요하다고 인식한 후 하수관거의 씰링이 실시되었으나, 현재는 지관, 맨홀 및 기타 심각한 누수원이 될 수 있는 곳까지 확장되어야 한다. 따라서 침투수와 침입수가 장거리에 걸쳐 이동되는 곳에서는 시스템의 일부분만을 보수하지 말고 시스템의 전 범위에 걸쳐 보수해야 할 부분을 선정하여 철저하게 관리해야 할 것이다. 또한 국부적인 보수․보강공법은 같은비용으로도 낮은 효율을 얻게 된다.

하수 시스템에서 침입수 제어의 효율성을 정확히 평가하는 것은 침투수 제어의 효율성을 정확히 평가하는 것보다는 어렵지 않다. 따라서 하수관거로부터 어떤 침입원을 제거시키면 100%의 효율을 나타낼 수 있으나 대부분 배제된 물 중 일부가 하수관거에 재 유입되는 경우가 발생하기도 한다. 보수․보강공법의 효율성을 평가할 때는 재 유입수를 반드시 고려해야 한다.

7.8 하수관거의 지속적인 유지관리

하수도 시스템은 지속적으로 유지관리 해야한다. 즉 시간이 지나면 모든 구조물은 노후되고 하수도 역시 예외는 아니다. 이러한 하수관들은 지하에 매설되기 때문에 문제가 발생할 때까지 마모상태를 알 수 없다. 하수관거에서 발생되는 문제는 흔히 크랙킹(cracking), 지관의 휨, 접합부위의 급격한 만곡, 접합재의 손상 및 배관이 대기 중에 노출되어 부식 상태에 있을 경우에는 콘크리트의 스폴링(spalling)과 강관의 부식 등이 시작된다.

일반적으로 지역사회의 주민은 단지 범람된 하수관거, 홍수, 갈라진 포장도로 및 심한 경우는 붕괴된 도로와 같이 오랫동안 방치해 일어난 결과만을 보게 된다. 일상적으로 적절하게 유지관리 하거나 감시하지 않으면 침입수와 침투수의 문제는 계속 증가할 것이고 구조적인 문제도 더욱 빈번히 발생하게 될 것이다. 따라서 운영중인 지선하수관거로부터의 누수가 침입수와 침투수 첨두량의 75%이상을 차지한다는 것을 인식하여 초기 공사를 실시할 때 엄격한 질적 통제와 시험이 이루어지도록 해야 할 것이다. 하수관거 운영규칙은 정기적인 시험을 용이하게 할 수 있도록 건물주변과 재산 소유 영역에서 청소를 수행할 수 있도록 하고 재산소유자가 특별한 air test기준을 만족시키는데 필요한 운영중인 지관보수에 책임을 질 수 있도록 책임한계를 분명히 해야 한다. 또한 하수관거는 CCTV로 감시하고 air test를 실시하며, 지역 하수관거 관련기관에 의해 인계되기 전까지는 지선하수관거도 air test를 수행해야 한다.

시스템이 새로운 것이거나 최근 보수되었다면 구조적 완전성을 유지하고 침투수와 침입수가 점차적으로 유입되어 증가되는 것을 방지할 수 있도록 지속적인 유지관리가 필요하다. 많은 문제들이 한계 수준까지 악화되는 대신 계획된 유지관리의 한 부분으로서 알려졌다면 틀림없이 경제적인 방법으로 해결될 수 있다. 하수관거 시스템의 유지를 위한 예산안은 폐수처리장이나 다른 지역 사회 현안 문제들에 대한 자본 투자에 비해 우선권이 낮다. 또한 폐수처리장의 보수․보강과 시공사업을 지원하기 위한 미국연방과 주의 자금 지원이 감소함에 따라서 시 행정기관과 하수관 관련 기관들이 예방차원의 유지관리 프로그램을 위해 투자하는 것이 지금 더욱 중요시되고 있다.

현장 운영자들과 정부기관 관련자들간의 대화 부족과 지자체의 기관장과 포럼, 공청회 등의 기회가 없어서 적절한 자금을 마련하는데 어려움을 주고 있다. 다음에는 예방차원의 유지관리를 위해 예산을 수립할 수 있는 적절한 상황을 확인하는 방법, 관로상태의 평가와 하수관거의 청소 및 유지활동에 대한 반응, 공무원들에게 보내는 연간보고서 사용 등에 관한 몇 가지의 방법들이 제시되어 있다.

7.8.1 예방차원의 유지관리를 위한 예산 수립시 자료의 필요성

시설의 유지관리를 위해 적절한 예산을 집행하기 위해서는 장기적인 하수관거 시스템의 보수를 예측하고, 시스템의 구조 및 수리적 완전성을 유지하기 위해 자금을 마련하는 효율적인 방법이 수립되어야 한다. 따라서 각각 예측방법에 기여한 인자들에는 조건 평가, 부식성 평가, 중요한 부분과 중요하지 않은 부분의 결정이 포함되고 또한 개별 시스템의 구성요소의 유용한 수명 기록과 시스템 구성요소의 목록이 포함된다.

시애틀에서 수행된 연구는 보수․보강 예산과 프로그램을 예측하기 위한 많은 방법들을 평가했다. 이 도시는 중요한 구성요소와 중요하지 않은 구성요소의 수명 기대치에 대한 물리적 평가 기록을 위해 통계적 분석법을 사용했다. 실질적인 기술을 이용하여 수명곡선들은 개별적 하수관거 시스템의 요소들에 대해 전개되었다. 이러한 곡선들은 연간비율(annual rate)과 개별단위(individual unit)를 이용해 형성되었다. 두 가지 방법은 요소 또는 단위에 의해 기존시스템의 목록을 필요로 하고 매년 노후로 교체되거나 보수된 부분의 수와 운영중인 부분의 수와 이들 각각의 수명을 필요로 한다.

대상 도시의 분석을 바탕으로 하여 하수관거 시스템의 평균 수명은 약 200년으로 평가되었는데 이것은 하수 보수․보강을 위한 교체비의 약 0.5%로 연간 예산비용을 나타낸다. 상대적으로 높은 평균수명은 최소의 부식, 초기의 시공 상태 및 양호한 유지관리에 대해 국부적인 인자들을 반영하고 있다. 사용된 기술의 평가에 관계없이 이들 모두는 완전하고 쉽게 접근할 수 있는 하수관거 시스템의 구성요소 목록이 수립되어야 하며, 이것과 관련하여 관로 시스템의 정보관리를 위한 소프트웨어 팩키지들이 많이 보급되고 있다.

7.8.2 하수 관로의 유지관리활동

하수도 유지관리 요원이 전례적으로 수행해온 것은 세척(flushing)과 세정작업(cleaning)이다. CCTV의 좀더 광범위한 이용으로 현재 많은 장비들은 하수 관로의 시스템을 검사하고, 상황기록을 관리하며, 부식 제어 방법의 효율성을 평가하고 air testing, 그라우팅, 기타 누수 제어 보수를 수행할 수 있다.

하수관거를 유지하는 현장요원들의 축적된 경험은 외부관리인에 의해 수행되는 간헐적인 평가보다는 하수관거 시스템을 더 잘 이해하는데 도움을 줄 수 있다.

7.8.3 연간보고

오래된 배수체계일수록 정기적 관리사항에 대한 예방대책을 포함시키지 않으면 침투와 침입이 점차 증가할 것이다. 따라서 시설의 연간보고를 통해서 침입과 침투의 경향을 효과적으로 관리할 수 있어야 한다. 어떤 폐수처리시설의 경우에는 연간 침입수와 침투수 보고를 통해 폐수처리시설을 운전하기 위한 전국오염배출배제체계(National Pollutant Discharge Elimination System)의 허가를 요구하고 있다. 최대유량, 하수관거가 있는 지역의 계절적 침투수와 침입수 및 연간 침투수와 침입수, 하수관거의 길이, 처리수량의 비율(%) 및 수요 등을 정리함으로써 시설의 의사결정 자는 보수․보강공법의 노력에 따른 장기 경향과 그 효과 및 지속적인 노후결과를 더 잘 이해할 수 있을 것이다.