A Study on the development and environmental characteristics of high flowable filling material by ground subsidence characteristics

Abstract

최근 서울, 부산 등 국내 주요 도시에서 일어나는 지반함몰로 인하여 교통사고, 인명피해 등 많은 문제가 발생하고 있다. 도심지에서 발생되는 지반함몰의 주요 원인은 지하 하수관거 손상에 따른 유출수 발생, 지하철 공사 과정에서의 터널 천단부 지반유실, 지반굴착 흙막이 배면 토사유실 등이 있다. 이 중 지하 하수관거와 같은 매설관 손상에 의한 지반함몰이 가장 큰 원인으로 알려져 있다. 손상된 상하수도관에서 발생하는 유출수는 매설관 주변의 되메움재 침식을 야기 시켜 지반함몰로 진행된다. 도심지에서의 지반함몰 및 지하매설관 손상은 시민의 안전에 직접적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 단전, 단수, 교통마비 등 피해 규모를 예측하기 어려운 2차 피해가 발생하게 된다. 대도시 지하에 매설되어 있는 상하수도관은 노후화가 많이 진행되어 앞으로도 매설관 손상에 의한 지반함몰은 지속적으로 발생될 가능성이 매우 높다. 지반함몰의 가장 큰 원인인 하수관거 손상을 줄이기 위해서는 도심지 지하매설관 공사 중 되메움 공정의 품질을 높여야 한다. 되메움 공정의 품질을 높이기 위한 방법으로 모래 되메움 대신 유동성채움재를 활용하는 방안이 제안되고 있다. 유동성채움재는 공사 장소의 제약이 적으며 긴급 공사에 유용하게 활용할 수 있다. 또한 지하수 및 관거 유출수 등에 의한 매설관 주변의 지반 유실 가능성을 낮출 수 있어 지반함몰을 최소화 하는 역할을 할 수 있다. 그러나 유동성채움재를 되메움 재료로 활용하기에는 시공비용이 비교적 많이 소요되며 교통재개를 위한 지반함몰 복구용 재료로 사용하기에는 초기강도 발현 시간을 만족하는데 미흡하다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 신설 지하매설관 시공 과정에서 발생할 수 있는 지반함몰을 저감시키기에 적합한 유동성채움재와 하수관거와 같은 지하매설관 손상에 의해서 발생된 지반함몰을 효과적으로 복구할 수 있는 재료 개발을 목표로 하였다. 전자의 경우에 해당하는 재료를 신설 매설관용 고유동성채움재로 명명하였으며 후자의 경우, 보수보강용 고유동성채움재로 명명하였다. 신설 매설관용 고유동성채움재는 시공 장소의 현장토를 이용하여 경제성을 확보하고 장기 강도, 유동성 및 작업성 확보에 초점을 맞추었다. 보수보강용 고유동성채움재는 지반함몰에 의한 교통마미를 신속하게 회복할 수 있도록 초기 강도 발현에 중점을 두어 개발하였다. 개발된 재료에 대해서는 현장 적용을 통한 시공성 테스트 및 성능 검증을 하였으며 공학적, 환경적 특성을 평가하였다. 또한 도심지 특성에 적합한 시공 프로세스를 수립하였다. 개발된 고유동성채움재는 목적에 맞는 성능을 나타낸 것으로 확인하였으며 환경적으로도 문제가 없는 것으로 나타나 도심지 지반함몰 특징에 따른 대응 재료로 활용되기에 적합한 것으로 판단된다.; Recently, there have been many problems in South Korea such as traffic accidents and life damage due to ground subsidence in major urban areas such as Seoul and Busan. The main causes of ground subsidence in urban areas are subway construction, ground excavation, and so on. Among these, it is known to be caused by the connection with the underground facilities. The water and sewage pipes buried in urban areas have undergone a lot of aging. The effluent from the damaged water and sewage pipes causes soil erosion and proceeds to ground subsidence. Ground subsidence and damage of buried underground pipes not only directly affect the safety of the citizens but also causes secondary damage which is difficult to predict the damage scale such as power failure, suspension of water supply, and traffic interruption. In this study, a high flowable filling material(HFFM) was developed to reduce the ground subsidence associated with underground buried facilities in urban areas. It has been developed as two types to be used as a backfill for installing new underground buried pipes and repairing and reinforcing existing underground buried pipes. The HFFM for new buried pipes is focused on securing economic efficiency by using the field soil of construction site and focusing on long term strength, fluidity and workability rather than initial strength. The HFFM for repair and reinforcement was developed with an emphasis on initial strength for rapid operation of urban traffic. Field application was conducted on the developed materials. Constructability tests and performance tests were carried out and the geo-environmental engineering properties were evaluated. In addition, a construction process suitable for urban characteristics was established.