준설선 선정

왜 배우는가: 준설선 선정은 항만 준설공사의 공사비와 공기를 직접 좌우하므로 실무에서 가장 먼저 검토하는 결정이다. 준설토 성질, 수심, 운반거리에 따라 선종이 달라지기 때문에 시험에서도 고려사항과 종류를 연결해 묻는 문제가 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제127회 3교시 6번, 제111회 2교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

준설선 선정은 준설 대상 지반의 토질·심도·양과 현장 조건에 맞춰 준설선의 종류와 규격을 정하는 일이다.

핵심 키워드

• 준설선: 수저의 흙·모래를 파내어 운반하거나 투기하는 작업용 선박
• 펌프준설선: 샌드펌프로 물과 토사를 흡입해 배사관으로 보내는 준설선
• 그래브준설선: 그래브버킷으로 수저토사를 퍼 올려 토운선에 싣는 준설선
• 호퍼준설선: 선체에 저개식선창(호퍼)을 갖춰 준설토를 담아 운반하는 준설선
• 자항식 준설선: 기관을 가져 자력으로 항해하며 준설하는 준설선
• 토질 조건: 준설 대상 지반의 점성·입도·경도
• 준설 심도와 운반거리: 준설 깊이와 토사 처리장까지의 거리
• 경제성·능률: 단위 준설량당 공사비와 시간당 준설 능력

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 바닷속 흙을 파내 다른 곳으로 옮기는 배를 고르는 일이다. 배마다 잘하는 흙과 깊이가 다르므로 현장 조건에 맞는 배를 골라야 공사가 빨라지고 싸진다.

정식 정의는 다음과 같다. 준설선 선정은 준설 대상 수역의 수심, 지반의 토질, 준설량, 준설토의 운반거리와 처리 방법, 기상·해상 조건을 종합해 준설방식과 준설선의 종류·규격·척수를 결정하는 공사 계획 단계의 의사결정이다.

준설은 물 밑의 흙, 모래, 광물을 채취하거나 항로·박지의 수심을 깊게 만드는 작업이다. 준설토는 준설로 생긴 흙·모래로, 매립 재료나 폐기물로 처리된다. 준설방식은 준설선이 흙을 파내고 운반하는 방법을 말하며, 펌프식·그래브식·버킷식·디퍼식·오니준설식으로 나뉜다. 준설방식은 곧 준설선의 종류를 정하므로 두 개념은 함께 검토한다.

호퍼 설비 는 준설토를 선체에 담아 운반하는 설비이며, 이를 갖춘 선박을 호퍼준설선이라 한다. 기관을 갖춘 준설선은 자력으로 항해하고, 기관이 없는 준설선은 예인선으로 이동한다.

3. 등장 배경과 필요성

항만과 항로는 선박이 커지면서 더 깊게 파야 했다. 수심이 얕으면 대형 선박이 입항하지 못하므로 준설이 항만 개발의 기본 공정이 되었다. 또 매립지와 방파제 기초를 만드는 데도 준설이 필요해 준설 물량이 크게 늘었다.

준설 물량이 많아지면서 준설선 한 척의 능력이 공사 기간을 좌우하게 되었다. 같은 토질이라도 선종이 맞지 않으면 생산성이 크게 떨어지고, 준설토 운반비가 공사비의 큰 부분을 차지한다. 그래서 준설선을 체계적으로 고르는 기준이 필요해졌다.

준설은 환경에도 영향을 준다. 탁수 발생, 어장 피해, 준설토 투기장 문제가 제기되면서 선정 과정에 오탁방지와 환경 대책이 함께 들어가게 되었다. 이 때문에 준설선 선정은 공사비와 공기뿐 아니라 환경 조건까지 함께 따지는 문제가 되었다.

준설선은 토질과 깊이가 맞지 않으면 작업이 멈추거나 공기가 늘어난다. 따라서 선정 단계에서 현장 조건을 정확히 파악하는 일이 중요하다.

4. 구성요소·원리·절차

준설선은 크게 자항 여부, 준설 방식, 토사 운반 방식으로 나누어 구성요소를 파악한다. 준설 방식은 흡입식(펌프식)과 기계식(그래브·버킷·디퍼)으로 나뉘고, 운반은 호퍼·토운선·배사관이 담당한다. 준설선의 구성은 선체, 준설장치, 토사 운반·처리장치, 추진·위치 제어장치로 이루어진다.

준설선의 원리는 흡입 원리와 기계 굴착 원리로 요약된다. 흡입식은 펌프가 물과 토사를 함께 빨아올려 배사관으로 보낸다. 물의 유속과 펌프 양정으로 토사를 이송하므로 토사가 물과 혼합된 상태(토수 혼합물)로 운반된다. 기계식은 굴착기구가 토사를 직접 떠올려 토운선에 싣는다.

흡입식 준설선의 작업 절차는 다음과 같다.

• 준설구역과 준설심도를 측량하고 토질 조건을 확인한다.
• 준설선을 작업 위치에 고정하고 앵커와 스파드로 위치를 잡는다.
• 커터헤드를 회전시키거나 흡입구를 해저에 접근시켜 토사를 풀어 흡입한다.
• 샌드펌프로 토수 혼합물을 배사관을 따라 매립지 또는 투기장까지 배송한다.
• 토출 후 준설심도와 수심을 재측량하여 준설 완료 여부를 확인한다.

기계식 준설선의 절차는 굴착, 적재, 운반, 투기 순서다. 그래브선은 그래브버킷으로 토사를 떠올려 토운선에 적재한 뒤 투기장으로 운반한다. 준설 능률은 한 사이클에 떠올리는 양과 사이클 시간으로 결정된다. 준설량 산정식은 다음과 같다.

$Q = \frac{V \cdot n \cdot E}{t}$

여기서 Q는 시간당 준설량(㎥/h), V는 1회 굴착량(㎥), n은 시간당 사이클 수(회/h, 1/h), E는 작업효율(0~1)이다. 준설이 빠른 선박이라도 토사 운반 거리가 길어지면 운반선이 대기하므로 실제 능률은 떨어진다.

준설선 선정은 토질·준설심도·토사 운반거리로 준설방식을 정한 뒤 선형을 고르는 순서로 한다

커터헤드는 경질 지반을 파쇄하여 흡입구로 보내는 장치다. 커터식 준설선은 자갈층이나 암반처럼 단단한 지반에 쓰인다. 샌드펌프는 토사와 물을 함께 흡입하여 이송하는 원심펌프다.

5. 관련 법령·기준·표준

항만 준설에 직접 적용되는 법령과 기준은 항만법, 항만공사 설계기준(항만 및 어항 설계기준), 해양환경관리법, 폐기물관리법, 수산업법 등이다. 준설토 투기는 해양환경관리법과 해양 투기 관련 고시의 적용을 받는다. 오탁방지막과 어업 보상은 준설 공사의 환경·민원 기준으로 함께 검토한다.

준설 공사에서 확인하는 기준 수치는 다음 표로 정리한다. 수치는 설계 조건에 따라 달라지므로 적용 전에 해당 기준서를 기준으로 삼는다.

준설선의 능력 비교 기준은 다음과 같다.

• 흡입식 준설선은 토사를 물과 함께 이송하므로 토사가 물에 많이 섞인다.
• 기계식 준설선은 토사를 고체 상태로 떠올리므로 운반 손실이 적다.
• 펌프식 준설에서는 토사 농도와 배관 길이에 따라 펌프 효율이 달라진다.

준설 공사의 환경 기준은 탁도 관리 기준과 어업 보상 기준이 핵심이다. 탁도 기준은 공사 해역의 수질 관리 방안에 따라 정하고, 오탁방지막은 준설 구역 주변에 설치하여 탁수 확산을 막는다.

6. 유형과 비교

준설선은 굴착 방식과 이송 방식에 따라 크게 흡입식(펌프식)과 기계식으로 나뉜다. 두 계열은 토질, 준설 심도, 토사 운반거리에 따라 선택이 달라진다.

흡입식은 연속 작업이 가능하고 배송거리를 늘리기 쉬우나, 단단한 지반에는 효율이 떨어진다. 기계식은 굴착력이 크지만 적재·운반 공정이 추가된다.