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[주목받는 기업] ㈜특수건설, 국내 ‘상하수도관로 비굴착 갱생·교체’ 업계 선도
이름 관리자 waterindustry@hanmail.net 작성일 2017.08.03 조회수 506
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주목받는  기업 ㈜특수건설


㈜특수건설, 선진 기술력 바탕으로
국내 ‘상하수도관로 비굴착 갱생·교체’ 업계 선도

비굴착 교체 가능한 개량 공법 도입…협소공간 굴착시 시설물 파손 없어 

 

   
▲ 김 중 헌 ㈜특수건설 회장.

서울시 서초동에 위치한 ㈜특수건설(회장 김중헌·www.tuksu.co.kr)은 1971년 창사 이래 차별화된 공법과 선진 기술력으로 고난도 국가기간시설 건설에 있어 자타가 공인하는 우리나라의 대표적인 기초토목시공 전문기업으로, 그간 철도 및 도로 지하횡단 구조물, 대구경 교량 기초, 쉴드터널, 지중연속벽 등 기술집약적 첨단 인프라 건설의 정상을 향해 걸어왔다. 

㈜특수건설은 지난 반세기 동안 이룩한 노하우와 기술력을 바탕으로 글로벌 인프라 건설의 초일류 기업으로 도약하기 위해 국가기반시설인 상하수도 분야에 진출하여 지속적인 투자를 하고 있다. 특히 상수관로 조사 진단에서부터 비굴착 개량에 이르기까지 첨단 선진기술 및 공법을 도입·개발하여 과학적이고 체계적인 상수관로 관리 시스템을 구축했다.

   
 

굴착공사 방법, 타 시설물 파손 우려 높아

 

   
▲ ㈜특수건설은 상수관로 조사 진단에서부터 비굴착 개량에 이르기까지 첨단 선진기술 및 공법을 도입·개발하여 과학적이고 체계적인 상수관로 관리 시스템을 구축했다. 사진은 서울시 서초동에 위치한 ㈜특수건설 본사 전경.

상하수도관은 매설 연수가 경과할수록 부식, 파손 등에 의해 노후화되는데, 이로 인해 에너지 소비가 증가하는 것은 물론 배관의 기능 유지에 지장이 생긴다. 이에 따라 본연의 기능이 상실되고 있는 관은 갱생 및 교체와 같은 관로 개량작업을 지속적으로 실시하고 있다. 

국내 상하수도관의 갱생을 위한 비굴착 공법으로는 CIPP공법, 변형관 삽입공법 등 준구조 보강 기술이 주로 사용된다. 구조결함 시에는 대부분 도로 전체를 굴착하여 새로운 관을 매설한 후 굴착된 도로를 재포장하는 방식의 굴착공사(open-cut)를 통한 관로 교체에 의존하고 있다.  

그러나 상하수도관로는 그 특성상 교통이 빈번한 도심 지하에 매설되어 있고 가스관, 통신관 등과 같은 타 시설물들이 근접하여 매설되어 있다. 따라서 굴착공사 방법으로 노후관로 교체 시 타 시설물이 파손될 우려가 높고 공사 확대로 인해 많은 예산 소요, 교통 혼잡, 민원 등의 문제가 발생한다.

 

비굴착 개량 공법 이용으로 안전 우려 해소

 

배수지관 및 급수관과 같은 소구경관, 특히 수용가의 수도계량기와 연결된 급수관은 대부분 굴착장비의 진입이 어려운 좁은 골목에 매설되어 있고, 우수박스와 오수관 등과 같은 지장물도 좁은 골목 내에 같이 매설되어 있는 경우가 많다. 

이로 인해 소구경관의 교체 시 인력 굴착 방법에 의한 교체로 설계되고 있어 시공성·경제성·안전성 측면에서 많은 문제를 안고 있으며, 실제로 시공을 하지 못하고 방치되는 경우도 빈번하게 발생하고 있다.

이처럼 소구경 관로 교체 시 굴착을 하기 위한 장비의 진입이 어려운 협소한 구간에서는 대부분 인력으로 굴착을 수행하기 때문에 담이나 벽의 붕괴 등과 같은 안전사고의 우려가 높으며, 공사 기간의 증가로 경제성 및 시공성이 떨어지고 있는 실정이다. 

따라서 지반 굴착을 하지 않고 신설 및 교체 관로 공사를 수행할 경우, 공사기간 단축과 함께 예산을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 지반 굴착으로 인한 불편사항 및 민원 발생을 감소시킬 수 있을 것으로 예상된다.

 

   
▲ 굴착 장비의 진입이 어려운 협소 구간.


미국 MPC사 비굴착 기술 도입해 최적화 실현

 

㈜특수건설은 지난 2016년 12월 PATC(Pan Asia Tren-chless Co.)와 기술실시 협약을 체결하여 미국의 대표 비굴착 기술 회사인 MPC(Murphy Pipeline Contractors, Inc.)사의 ‘파이프 버스팅(Pipe Bursting)’ 비굴착 교체 기술과 구조적 보강이 가능한 ‘스웨이지라이닝(Swagelining)’ 비굴착 갱생 기술을 도입했다. 그 후 국내 여건에 적합하도록 개량·개발 작업을 수행하여 상하수도관로 개량 공법의 기술 최적화를 실현하는데 성공했다.

향후 ㈜특수건설에서 보유하고 있는 비굴착 개량 기술들을 적용함으로써 협소한 지역에서 굴착 교체공사로 인한 한계를 극복하고, 나아가 굴착을 하지 않고도 신속하고 안전하며 경제적인 노후관로 교체 및 갱생이 이루어질 것으로 기대된다.

 

   
 

파이프 버스팅 공법, 기존관 파쇄해 신관으로 교체

 

파이프 버스팅 공법의 기본 원리는 굴착 없이 원뿔의 파열·파쇄헤드와 날을 견인하여 기존 노후관을 땅속에서 파쇄하고 후미에 연결된 신(新)관으로 관을 교체하는 것이다. 

파이프 버스팅 공법은 1970년 후반 영국에서 소구경의 가스 메인 배관의 교체를 위해 영국의 가스회사인 디 제이 라이언 앤 선즈(D.J.Ryan&Sons)에 의해 처음으로 개발된 이후 국제적으로 시장이 성장하면서 북미 지역의 상하수도 및 가스 시장에서 지속적으로 발전되어 왔다.  

㈜특수건설에서 보유한 파이프 버스팅 공법은 상하수도관로의 비굴착 교체를 위해 국내 최초로 도입·개발된 기술로, 장비 운영 및 시공의 효율성을 높이기 위해 관경 D15㎜에서 D80㎜까지의 소구경용과 D100㎜에서 D400㎜까지의 중구경용으로 구분하여 도입·개발되었다.

 

   
 

소구경용 파이프 버스팅, 곡관부에 적용 가능

 

소구경용 파이프 버스팅은 수용가의 수도계량기까지 기존 노후관을 파쇄하고 신관으로 관을 교체하는 공법으로 관경이 작아 비교적 적은 견인력으로 시공이 가능하다. 다만 대부분 90。이하의 곡관을 사용하고 있어 곡관부에 적용이 가능하도록 개발되었다. 

관을 파쇄하는 파열헤드와 확관헤드의 연결 사용으로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 허용곡률 반경인 12D 이상의 곡률로 기존 곡관을 파쇄하게 되어 곡관부에서 꺾임 및 신관이 받게 되는 응력을 방지할 수 있다. 소구경 파이프 버스팅은 양쪽 작업구를 터파기한 후, 견인을 위한 와이어를 관내에 관통시켜 파열·확관헤드에 신관을 연결하고 유압 견인장비에 의해 견인을 하면서 관을 교체하는 방식이다. 

이때 배관이 분기되는 지점의 위치 확인이 어려워 파이프 버스팅 작업 전, 관 내부로 통신 케이블을 삽입하여 주파수를 흘려보내 관내부 케이블에서 방출되는 주파수를 외부에서 탐지하는 관로 위치 탐사와 병행하여 작업하게 된다. 현재 국내 특허 2건을 출원 중이며, 올해 하반기 지방상수도에 적용하기 위해 추진 중이다.

 

   
 
   
▲ 소구경용 파이프 버스팅. 왼쪽부터 견인장치, 파쇄헤드, 기존관 파쇄 모습.


중구경용 파이프 버스팅, 기존관 내경보다 크게 제작

 

중구경용 파이프 버스팅은 배수지관 및 배수관의 교체에 사용되며, 관경이 크기 때문에 큰 견인력이 필요하고 주로 직선관에 적용된다. 

파열헤드의 크기는 마찰을 줄이고 신관을 설치하는데 필요한 공간 확보를 위해 기존관의 내경보다 크게 제작된다. 이는 기존관과 일직선이 되는 인접한 토양의 상승 및 하강과 같은 변위를 야기함으로써 근접한 지하매설물에 영향을 줄 수 있으나 보통 기존관 관경의 2배 거리 이상부터는 영향이 없는 것으로 확인됐다.

중구경 파이프 버스팅은 양 작업구를 터파기 한 후 설치된 견인장치에 의해 철골(Steel rod)을 반대편까지 밀어 넣어 철골 끝 부분에 파열헤드와 신관을 연결하고, 다시 견인장치로 철골을 견인하며 관을 교체하는 방식으로 이루어진다.

 

   
 
   
▲ 중구경용 파이프 버스팅. 왼쪽부터 견인장치, 파쇄헤드, 기존관 파쇄 모습.

 

구조적 보강이 가능한 비굴착 갱생 공법

 

㈜특수건설에서 보유하고 있는 구조적 보강이 가능한 비굴착 갱생 공법으로는 ‘스웨이지라이닝 공법’과 ‘슬립라이닝(Sliplining) 공법’이 있다. 스웨이지라이닝 공법은 노후관 속에 관경이 기존관과 같은 HDPE관을 견인력을 유지한 채 구경 축소용 스웨이지 다이(Swage Die)를 통과시켜 도달구까지 연속적으로 견인하여 삽입한다.

일정시간이 경과한 후 견인력을 제거하면 긴장된 HDPE관이 줄어들면서 축소되었던 구경이 자연회복력에 의해 처음 공장에서 생산된 형태인 원형으로 복귀된다. 그러면서 기존관 내벽에 밀착(Close-fit)하여 노후관의 수명을 연장하는 공법으로, 갱생기간이 매우 짧고 갱생과정이 간단하여 품질관리가 용이하다.

기술력을 인증 받은 스웨이지라이닝 공법은 지난 30여 년간 전 세계적으로 약 1만㎞에 이르는 수많은 적용 실적에서 알 수 있듯이 이미 검증된 공법으로, 현재 상하수도관을 비롯하여 가스관, 송유관, 산업용수, 화학물질관 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

 

   
 
   
▲ 스웨이지라이닝 공법은 지난 30여 년간 전 세계적으로 약 1만㎞에 이르는 수많은 적용 실적에서 알 수 있듯이 이미 검증된 공법으로, 현재 상하수도관을 비롯하여 가스관, 송유관, 산업용수, 화학물질관 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.


슬립라이닝 공법은 기존관의 내경보다 작은 외경의 새 관을 삽입하는 공법으로 신관의 외경은 최소한 기존관의 내경보다 50㎜ 이상 작아야 한다. 이는 직선방향의 삽입 흐름 및 관 내부에서 새로운 관의 이동 등에 있어 충분한 여유 공간을 주어야 하기 때문이다.

 

   
 
   
▲ 슬립라이닝 공법은 기존관의 내경보다 신관의 내경이 축소되어 유량용량이 감소하게 되지만 신관으로 사용되는 PE관의 ‘C’값이 높기 때문에 어느 정도 유량 특성을 개선시켜 줄 수 있다.


슬립라이닝 공법에는 주로 폴리에틸렌(PE)관이 사용되며, 견인을 하거나 밀어 넣는 방식으로 관을 삽입하게 된다. 이때 관 사이 빈 공간은 내력 보강을 위해 그라우팅(grouting)으로 충전하여 채우게 된다. 이 공법은 기존관의 내경보다 신관의 내경이 축소되어 유량용량이 감소하게 되지만 신관으로 사용되는 PE관의 ‘C’값이 높기 때문에 어느 정도 유량 특성을 개선시켜 줄 수 있다.

정확한 관 상태 판단·누수탐사 위한 조사진단 기술

 

상수관로 종합진단 기술은 화상분석, 누수탐사, 매설관 위치탐사 등 종합적인 배관 상태 진단이 가능한 기술이다. 부단수 상태로 관 내부에 카메라를 투입하여 100m까지 이동이 가능한 케이블에 의해 실시간으로 내부 상태를 촬영하면서 진단하고, 하이드로폰을 사용하는 가압 음향 녹음 캡슐에 의해 누수음을 기록하여 누수 위치를 파악할 수 있다.  

또한 관 내부로 투입되는 전력·통신 케이블에 주파수를 흘려보내 방출되는 주파수를 외부에서 탐지하면서 매설관로의 정확한 위치를 찾을 수 있다. 이 기술은 소구경 파이프 버스팅 공법 적용 시, 분기 위치를 탐사하는 경우에도 활용되고 있다.

누수탐사(Leak Finder) 기술은 누수가 의심되는 구간의 양 지점에 음파를 감지하는 하이드로폰 또는 마이크로폰 센서를 부착하여 음향 신호를 측정한 후, 상관 분석을 통해 정확한 누수 위치를 추정하는 기술이다.

 

   
▲ 상수관로 종합 진단 기술 장비 중 부단수 내시 카메라(왼쪽)와 누수탐사 음향 캡슐 및 매설관 위치 탐지장비.

 

   
▲ 누수탐사 기술은 누수가 의심되는 구간의 양 지점에 음파를 감지하는 하이드로폰 또는 마이크로폰 센서를 부착하여 음향 신호를 측정한 후, 상관 분석을 통해 정확한 누수 위치를 추정하는 기술이다.


외부에서 관체를 통해 흐르는 누수음을 측정하는 마이크로폰과 달리 하이드로폰의 경우 용수에 직접 접촉하여 용수를 통해 흐르는 누수음을 측정하기 때문에 저주파 영역의 누수음이 발생하는 비금속관에 적용이 가능하다. 누수탐사 기술은 그 동안 봉화군, 제주도, 고성군 등에서 적용하여 누수의 유무와 위치를 정확하게 분석함으로써 기술의 우수성을 입증하고 탐사 결과의 신뢰도를 크게 향상시켰다.

이처럼 ㈜특수건설은 선진화된 비굴착 교체 및 갱생 공법 외에도 상수도관로의 정확한 관 상태 평가와 누수탐사를 위한 조사·진단 장비를 갖춤으로써 가장 기본적인 관로의 조사 진단부터 노후관 개량까지 최적의 관리 시스템을 구축하였다.

 

   
▲ ㈜특수건설은 선진화된 비굴착 교체 및 갱생 공법 외에도 상수도관로의 정확한 관 상태 평가와 누수 탐사를 위한 조사·진단 장비를 갖춤으로써 가장 기본적인 관로의 조사 진단부터 노후관 개량까지 최적의 관리 시스템을 구축했다. 사진은 충남 아산시 선장면에 위치한 ㈜특수건설 아산공장 전경.


이에 따라 앞으로 ㈜특수건설은 국내 상하수도관망 관리 분야에 있어 체계적이고 효율적인 시장 창출은 물론, 진보적인 기술력을 바탕으로 업계를 선도할 수 있는 비약적인 성장을 이룰 것으로 기대된다.  

 

   
▲ ㈜특수건설은 지난 3월 21∼24일 광주시 김대중컨벤션센터에서 열린 ‘2017 Water Korea’에 참가해 선진화된 상하수도관로 비굴착 교체 및 갱생 공법을 선보였다.

 

 [최해진 기자]

 

[『워터저널』 2017년 8월호에 게재]

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