비굴착 관로 보수와 통수능

비굴착 보수란

비굴착 보수는 땅을 파지 않고 기존 관 안에서 고치는 공법이다.

누수 차단, 구조 보강, 부식 방지 기능을 되살리는 보수·갱생 기술의 총칭이다.

도로를 막지 않으므로 공사비와 교통 피해가 적다.

통수능과 Manning 식

통수능의 원리는 Manning 공식으로 설명한다.

여기서 Q는 유량, n은 조도계수, A는 통수 단면적, R은 경심, I는 동수경사다.

가득 찬 원형관은 A = πD²/4, R = D/4라서 Q는 관경의 8/3승에 비례한다.

관경이 작아지면 통수능이 크게 줄어 관경 축소를 가볍게 볼 수 없다.

단면 축소와 조도 변화

각 공법은 관내 단면적을 줄이는 대신 조도를 낮추는 효과를 함께 가진다.

단면 축소형은 관벽이나 몰탈 충전으로 면적이 줄고, 조도 변화형은 n이 줄어든다.

단면 축소형은 면적 감소가 지배적이고, 조도 변화형은 n 값 변화가 지배적이다.

두 요인을 동시에 계산해 통수능을 비교한다.

계산 예제

원래 내경 1.80m 관이 보수 후 1.75m가 되는 가상의 경우를 계산한다.

만관 단면적은 A = πD²/4 이며, 면적 비는 0.945로 약 5.5% 줄어든다.

경심은 R = D/4이므로 R1은 0.450m, R2는 0.438m다.

R 비 0.973의 2/3승은 0.982이고, 여기에 면적 비 0.945를 곱하면 0.928이다.

결과적으로 통수능은 약 7% 감소하며, 설계 유량 여유를 확인하는 기준값이다.

헷갈리는 점

첫째, 관경 감소량을 지름과 반지름으로 혼동하면 안 된다.

관경이 5cm 줄면 반지름은 2.5cm 줄고, 단면적은 비율로 줄어든다.

둘째, 하수관은 대부분 부분 충만으로 흐르므로 만관 유량만으로 판단하면 안 된다.

셋째, 조도 계수는 재료와 노후도 범위를 확인해 고른다.

넷째, 폴리에틸렌 수지관 삽입 후 유격 몰탈 충전으로 생기는 단면 손실을 무시하면 안 된다.

결론은 유량 감소율과 여유율을 함께 제시해야 한다.

정리와 직접 풀기

핵심을 정리하면 통수능은 단면적과 조도 계수로 결정된다.

관경이 줄면 단면적은 제곱에 비례해 줄고, 통수능은 그보다 크게 줄어든다.

비굴착 갱생 후에는 단면 축소와 조도 변화를 함께 계산한다.

마지막으로 설계 유량 대비 여유율로 하수소통 가능 여부를 판단한다.

직접 풀어 보자. 면적 비가 0.945이면 면적은 약 몇 % 줄어드는가?