하수관 손상 지반함몰

개념 정의

하수관 손상 지반함몰은 매설 하수관의 파손으로 지하에 공동이 생기고 지표가 꺼지는 현상이다.

핵심은 지반 자체가 아니라 지하 배관의 결함이 출발점이라는 점이다.

이때 흙이 물과 함께 움직이는 과정을 내부침식이라고 한다.

함몰 진행 과정

먼저 관에 균열이나 이음부 이탈 같은 파손이 생긴다.

파손부로 지하수와 토사가 들어가거나 관 안의 물이 새어 나간다.

흐름이 세립토를 떼어 내 운반하면 관 주변에 공동이 생긴다.

공동 천장이 상부 하중을 견디지 못해 무너지면 붕괴한 흙이 운반되어 공동이 커진다.

결국 지표에 함몰공, 즉 싱크홀이 나타난다.

지하수위와 파손관 위치

지하수위와 파손관의 상대 위치에 따라 흙 이동 방향과 공동 위치가 달라진다.

지하수위가 파손관 상부에 있으면 흙이 관 밖으로 누출되어 관 밖에 공동이 생긴다.

지하수위가 파손관 하부에 있으면 흙이 관 안으로 유입되고 관 하부 지반이 먼저 빈다.

지하수위가 파손관과 같은 높이면 누출과 유입이 번갈아 일어나 공동이 서서히 커진다.

파손관 중간부는 누수 위치와 수위가 겹쳐 세립토 유실이 가장 활발해진다.

압밀침하와 구분

지하수 저하에 따른 압밀침하는 함몰과 별개다. 두 현상을 표로 구분한다.

내부침식은 입자가 이동해 공동이 생기고, 압밀침하는 공동 없이 간극이 줄어든다.

압밀침하는 수위가 회복되어도 세립토층의 영구 압축이 남는다.

토사 유출형은 관 보수와 그라우팅이, 압밀형은 양수량 제한이 우선이다.

계산 예제

앞 문제의 정답은 내부침식이다. 토사가 빠져나가 공동이 생기기 때문이다.

포화 점토층에서 지하수위가 2m 내려가는 경우를 계산해 보자.

간극수압 감소량은 물의 단위중량에 수위 저하량을 곱한 값이다.

9.81에 2를 곱하면 19.62 kPa이다. 약 20kPa 의 유효응력 증가가 생긴다.

전응력이 변하지 않으므로 유효응력 증가량도 같다.

대책과 정리

노후 하수관은 교체 우선순위를 정하고 공동을 정기적으로 탐사해야 한다.

조사는 CCTV 관로 조사와 지표투과레이더 탐사를 함께 쓴다.

CCTV는 관 내부 균열만 보여 주므로 관 밖 공동은 GPR로 함께 찾는다.

보수는 굴착 교체가 확실하지만 공사비와 교통 통제 부담이 크다.

지반함몰 대책은 관 보수보다 누수 원인의 조기 발견과 공동 탐사에 무게를 둔다.