준설 매립선

왜 배우는가: 준설 매립선은 항만 건설과 해안 매립에서 준설토를 채취하고 운반해 매립지를 만드는 장비다. 종류에 따라 공사비, 공기, 환경 영향이 달라지므로 실무에서 선정의 기준이 된다. 종류별 특징과 장단점은 1교시 용어 문제와 4교시 논술 문제에 반복해서 나온다.

출제 이력: 제138회 4교시 4번, 제113회 1교시 13번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: 준설 매립선은 해저 토사를 준설선으로 파내 운반하여 매립지를 조성하는 선박 설비의 총칭이다.

핵심 키워드

• 준설(Dredging): 수중 토사를 굴착하여 제거하는 작업
• 매립(Reclamation): 굴착토를 지정한 장소에 쌓아 육지나 부지를 만드는 작업
• 펌프준설선(Cutter Suction Dredger): 절삭 헤드로 지반을 풀고 물과 함께 토사를 빨아 올리는 준설선
• 자항식 흡입준설선(Trailing Suction Hopper Dredger): 자체 항행하며 흡입관을 끌고 가 선창에 토사를 적재하는 준설선
• 그래브선: 그래브 버킷으로 수저 토사를 집어 토운선에 싣는 준설선
• 버킷선: 다수의 버킷을 연결한 버킷라인으로 토사를 퍼 올리는 준설선
• 오니준설선: 퇴적 오니를 진공 흡입 방식으로 채취하는 준설선

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 바다나 강 밑의 흙을 배로 파내서 옮기고, 그 흙으로 땅을 넓히거나 수심을 깊게 만드는 장비다. 정식으로는 준설과 매립을 결합해 수행하는 선박 설비를 가리킨다. 준설은 바닥 토사를 굴착해 제거하는 행위이고, 매립은 굴착토를 지정 장소에 채워 육지를 만드는 행위다. 두 작업은 같은 선단에서 이어서 이루어지는 경우가 많다.

준설선은 토사를 얻는 방법에 따라 흡입식과 기계식으로 나뉜다. 흡입식은 흡입관과 펌프로 물과 토사를 함께 빨아 올린다. 펌프준설선은 회전하는 절삭 헤드로 지반을 풀고, 흡입구에서 원심 펌프로 보내 배사관을 통해 매립장까지 토출한다. 단단한 자갈층이나 암반 표층에서 표준형 흡입준설선보다 효과적이라는 점이 특징이다. 자항식 흡입준설선은 흡입관을 선체 뒤에 끌면서 항행하고, 토사를 선창(호퍼)에 적재한 뒤 선저문을 열어 투기하거나 펌프로 배출한다.

기계식은 굴착 장치를 이용해 토사를 들어 올린다. 그래브선은 그래브 버킷으로 수저 토사를 퍼 올려 토운선에 싣고 투기장으로 운반한다. 버킷선은 버킷을 연결한 체인을 회전시켜 토사를 올린 뒤 슈터나 벨트 컨베이어로 보낸다. 디퍼선은 육상용 파워셔블을 대선에 올려 디퍼 버킷으로 판 토사를 토운선에 싣는다. 오니준설선은 퇴적된 오니를 주변 물을 흐트리지 않도록 진공 방식으로 채취해 배사관이나 토운선으로 처리장에 보낸다.

준설 방법은 준설선의 종류에 따라 달라진다. 준설 대상 지반의 토질, 준설 심도, 양, 준설 구역의 넓이, 기상과 해상 조건, 운반 처리 조건을 함께 검토한다. 특수한 경우를 제외하면 준설 작업에는 준설선을 사용한다. 따라서 준설선의 특성을 이해하는 것이 준설 매립 계획의 출발점이다.

3. 등장 배경과 필요성

항만과 항로는 선박이 대형화되면서 수심을 깊게 하고 폭을 넓혀야 한다. 이때 바닥을 파내는 준설이 필수적으로 따른다. 준설토를 바다에 그대로 버리면 해양 환경에 부담이 되고 부지도 얻지 못한다. 그래서 준설토를 항만 배후 부지나 해안 매립에 활용하는 방식이 일반화되었다. 토지가 부족한 도시일수록 이 방식의 가치가 크다.

준설 공사의 목적은 크게 세 가지로 정리된다. 첫째는 박지와 항로의 신설, 확폭, 증심과 수심 유지다. 둘째는 항만이나 만 안의 수질을 개선하기 위한 퇴적토 준설이다. 셋째는 방파제, 안벽 등 수중 구조물의 기초를 파는 터파기다. 이 목적에 따라 필요한 준설 능력, 굴착 깊이, 토사 처리 방식이 달라지므로 준설선의 종류를 목적에 맞게 고르는 것이 중요하다.

준설 작업은 탁수와 부유사를 발생시키므로 환경 측면의 요구도 크다. 오탁 방지막을 설치해 탁수 확산을 막아야 하고, 어업 피해가 예상되면 보상 관계도 검토해야 한다. 준설선단의 필요 시기와 확보 수도 공사 계획에 함께 반영한다. 이 요구는 흡입식 준설선과 오니준설선처럼 주변 물을 덜 흐트리는 장비를 선택하는 근거가 된다.

자항식 흡입준설선은 토사를 흡입하는 과정에서 나오는 가스를 빼내는 탈기 장치를 갖춘다. 가스가 남으면 펌프와 배관에 손상이 생기고 토사 흐름이 나빠지기 때문이다. 이처럼 준설선의 세부 설비는 토사의 성질과 작업 조건에 맞춰 발전해 왔다. 이 절에서는 종류별 특징을 개괄했으며, 장단점과 기준값은 이후 절에서 다룬다.

1~3절 요약 확인

준설 매립선은 흡입식과 기계식으로 나뉘며, 목적과 지반 조건에 따라 선택한다. 답안 첫머리에는 정의와 준설, 매립의 관계를 쓰고, 종류 구분은 토사 채취 방식을 기준으로 적는다.

4. 구성요소·원리·절차

준설 매립선은 해저의 토사를 파내어 물과 함께 흡입·운반하고 매립지에 토출하는 작업선이다. 준설방법은 준설선의 종류에 따라 달라지므로, 먼저 준설선의 구성요소와 작업 원리를 알아야 한다.

준설선의 주요 구성요소는 다음과 같다.

준설 작업의 기본 원리는 흡입이다. 펌프가 흡입관 입구에 부압을 만들고, 토사가 물과 섞여 관을 따라 이동한다. 토사는 흡입부(Suction Mouth) 에서 빨려 들어가므로 지반이 느슨할수록 효율이 높다. 경질 지반은 절삭 장치로 먼저 깨뜨린 뒤 흡입한다.

준설 매립선은 흡입 방식과 운반 방식의 조합으로 구분하며, 지반 조건에 따라 선종을 고른다.

준설 매립 작업의 절차는 다음과 같다.

• 준설 대상 지반의 토질·심도·양을 조사하고 준설선 종류를 정한다.
• 준설선을 작업 위치에 고정하거나 항행시켜 준설 위치를 잡는다.
• 절삭 장치나 흡입관으로 토사를 흡입하고 물과 혼합한다.
• 배사관 또는 호퍼를 통해 토사를 운반한다.
• 매립지 또는 투기장에 토출하고, 오탁 방지 대책을 병행한다.
• 호퍼가 찬 자항식은 투기장으로 이동해 선저 문을 열거나 펌프로 배출한다.

준설 방법은 다음 조건을 종합해 정한다. 준설 대상 지반의 토질, 준설 심도, 준설량, 준설 구역 면적, 기상·해상 조건, 운반·처리 방법, 환경 영향 요인이다. 특수한 경우를 빼면 준설선을 쓰므로, 방법의 선택은 곧 선종의 선택이다.

핵심 공식은 준설 토량 산정이다. 준설량은 준설 면적에 준설 깊이를 곱해 구한다.

$V = A \times D$

V: 준설량(㎥), A: 준설 면적(㎡), D: 준설 깊이(m). 준설 깊이는 설계 수심과 현황 수심의 차이로 정하며, 여유 깊이를 더해 계산한다.

5. 관련 법령·기준·표준

준설 매립 작업은 해양환경과 항로 안전에 직접 영향을 주므로 관련 법령과 공사 기준을 함께 따른다. 주요 기준은 다음과 같다.

기준 수치는 다음과 같이 정리한다. 수치는 설계 조건과 관할 기준에 따라 달라진다.

최근 동향은 9절에서 다룬다.

준설 매립 작업은 해양환경 기준을 함께 만족해야 한다.

6. 유형과 비교

준설 매립선은 준설 방식과 토사 운송 방식에 따라 나뉜다. 가장 많이 쓰는 종류는 진공식 흡입 준설선(펌프 준설선·카터 석션 준설선)과 자항식 흡입 준설선(트레일링 석션 호퍼 준설선)이다. 그 밖에 그래브 준설선, 버킷 준설선, 디퍼 준설선, 오니 준설선이 쓰인다.