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과제기본정보

도심지 지반함몰 예방을 위한 지중폐관 및 공동 충진 공법 개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C152164-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 토목시공기술 적용분야 건설업
2순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 친환경 재생건설재료 실용화대상여부 비실용화
3순위 건설 교통 | 건설 환경설비 기술 | 상 하수도 시스템 설계 시공 관리기술 과제유형 개발
과제명 도심지 지반함몰 예방을 위한 지중폐관 및 공동 충진 공법 개발
주관연구기관 (주)케미우스코리아
총괄연구 책임자 성명 한진규
소속 (주)케미우스코리아 직위 이사
기관 대표번호 031-752-1157 FAX 031-752-1158
총 연구기간 2019-04-19 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2021-01-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
3차년도 311,000,000 10,400,000 93,600,000 104,000,000 415,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 최근 서울 등 대도시의 도심지에서 싱크홀(sinkhole)을 비롯한 지반침하 및 함몰 발생이 증가하고 있어 이로 인한 사회경제적인 손실 증가와 국민의 불안감이 확산되고 있음. 공동 굴착조사를 통해 도로하부의 공동 발생은 하수관로 토사유입, 불량매립재 공간 발생, 매설관 하부 공간 발생, 공사장 내부로의 토사유실 등으로 인해 발생하는 것으로 나타남(서울시, 2016).
○ 발견된 공동은 그 규모 등에 따라 등급을 분류하여 지반침하 우려가 큰 곳에 대해서는 고유동 충진재를 적용하여 우선적으로 충진 복구를 수행하고 있음. 그러나 기존 고유동 충진재의 경우 높은 유동성 때문에 발견 공동 인근에 맨홀, 우수관, 관거 등이 존재할 경우 재료 유실을 우려하여 충진을 시도조차 하지 못하는 상황임.
○ 또한, 지하매설도 판별 시 인근에 아무런 지하구조물이 없음에도 실제 고유동 충진재 시공 시 공동을 채우지 못하고 재료 유실이 계속 발생하는 경우도 많아 기존 고유동 충진재 적용에 많은 제한을 받고 있는 상황임.
○ 지중폐관 내부를 채움재로 충진하는 것이 현재로서 가장 효과적인 방법이나 관로에 발생된 균열 및 파손부, 소구경 연결지관 등으로 채움재가 유실될 확률이 높고, 충진밀도가 확보되지 않으면 폐관 내부에 공동이 발생하게 되어 결국 제2의 침하 위험성을 내재하게 됨. 이러한 문제들을 해결하기 위해서 토목섬유튜브(Geosynthetics-tube) 및 압력커튼(Pressure ？curtain)을 활용한 지중폐관 충진 시공기술의 개발을 추진하고자 함.
○ 폐관 내부에 지오튜브를 삽입하고 토목섬유튜브 내부에 채움재를 충진함으로써 균열 및 파손부, 소구경 연결지관 등으로 재료가 유실되는 것을 방지할 수 있음.
○ 충진 채움재는 최적의 충진밀도를 확보할 수 있는 저유동 특성의 재료로서 충진 압력에 의해 지오튜브 내부를 밀실하게 충진시키게 됨. 또한, 친환경적인 채움재는 지중에 매몰되어도 토양 오염을 방지할 수 있음.
○ 특히, 주입노즐에 부착되어 있는 관경 크기의 압력커튼은 충진되는 채움재가 누출 및 역류되는 것을 막고, 충진 압력과 충진되는 채움재에 의해 주입노즐 및 압력커튼이 후방으로 이동되면서 폐관 내 지오튜브 내부를 밀실하게 충진하게 됨.
○ 맨홀 연결부까지 충진이 완료되면 주입노즐 및 압력커튼은 회수되지 않고 주입관과 분리되어 그 자체가 폐관입구 실링재 역할을 하며, 충진된 채움재가 양생되는 동안 재료 유실을 막을 수 있음
최종목표 최종 목표
토목섬유튜브, 압력커튼 및 저유동 충진재를 활용하여 최적 충진밀도 확보와 재료 유실방지가 가능한 도심지 지중폐관 및 공동 충진 시공기술 개발

세부 목표
○ 최적 충진밀도 확보 및 체적변화·장기강도 억제가 가능한 저유동 충진재 개발
○ 토목섬유튜브 및 압력커튼으로 구성된 폐관 내 충진재 유실방지 시스템 개발
○ 현장 긴급 이동, 저유동 충진재 자동생산, 공동 및 폐관 충진 시 주입압 및 주입량에 대한 시공품질 관리가 가능한 이동식 일체형 압력충진 시공장비 개발
○ 저유동 충진재를 활용한 공동 및 폐관 충진시공 매뉴얼(안) 도출
연구내용 및 범위 1) 1차 연도
① 개발 목표
○ 주관연구기관(케미우스코리아)
(1) 지중폐관 충진용 저유동 충진재 개발
○ 공동연구기관(한국건설기술연구원):
(1) 지중폐관 특성을 고려한 토목섬유튜브 및 압력커튼 최적설계

② 개발 내용 및 범위
○ 주관연구기관(케미우스코리아)
(1) 지중폐관 특성 고려 최적 충진재 개발 방향 설정
-지중폐관 특성 파악, 국내 실태 파악
-채움재 요구 특성 결정
(2) 지중폐관 충진용 최적 채움재 개발
-채움재 요구 특성 확보 방안 도출
-실내시험을 통한 채움재 개발

○ 공동연구기관(한국건설기술연구원):
(1) 국내외 지하공간 충진 기술 조사
-국내외 충진재 및 충진공법 조사
-국내외 충진공법 시공지침 및 규정 조사
(2) 지중폐관 충진용 압력커튼 개념설계
-지중폐관 특성, 경제성, 환경성 고려 압력커튼 재료 선정
-주입관 연계 압력커튼 개념설계
(3) 지중폐관 특성 고려 토목섬유튜브 최적재료 선정
-국내 토목섬유 종류 조사 및 적용성 검토
-지중폐관 특성 및 경제성 고려 토목섬유튜브 개념설계

2) 2차 연도
① 개발 목표
○ 주관연구기관(케미우스코리아)
(1) 개발 폐관 채움재 적용성 평가 및 최적설계법 제시
(2) 개발 폐관 채움재 경제성 및 시공성 평가
○ 공동연구기관(한국건설기술연구원):
(1) 재료 유실방지 시스템 성능 평가

② 개발 내용 및 범위
○ 주관연구기관(케미우스코리아)
(1) 실물 테스트를 통한 개발 채움재 적용성 평가
-적용성 평가를 통한 채움재 특성 향상
-토양오염 안정성 검토(공인인증시험)
-개발 채움재 특성 평가(공인인증시험)
-채움재 최적설계법 제시
(2) 시험시공 결과를 통한 개발 충진공법 경제성 및 시공성 평가
-기존 그라우트재 대비 개발 채움재 재료비 평가
-기존 충진공법 대비 개발 충진공법 경제성 및 시공 평가
-도심지 지중폐관 시공단계별 프로세스 도출(설계 및 시공)

○ 공동연구기관(한국건설기술연구원):
(1) 토목섬유 튜브 및 압력커튼 재료 성능 평가
-토목섬유 튜브 및 압력커튼 시제품 제작
-토목섬유 튜브 사용으로 인한 관내 재료유실 방지 효과 평가
-압력커튼 재료 및 시공성능 평가
(2) 실물 테스트를 통한 재료 유실방지 시스템 성능 평가
-실물 관로를 활용한 모의 TEST-BED 구축
-관경(2종류)에 따른 공정별 충진시공 수행
-재료 유실방지 시스템 적용성 평가

3) 3차 연도
① 개발 목표
○ 주관연구기관(케미우스코리아)
(1) 폐관 충진용 채움재 생산 및 품질관리기준(안) 제시
(2) 이동식 일체형 압력충진 시공장비 관리 매뉴얼(안) 제시
○ 공동연구기관(한국건설기술연구원):
(1) 도심지 지중폐관 충진시공을 통한 재료 유실방지 기술 검증
(2) 저유동 충진재 활용 공동 및 지중페관 충진시공 매뉴얼(안) 제안

② 개발 내용 및 범위
○ 주관연구기관(케미우스코리아)
(1) 폐관 충진용 충진재 생산 및 품질관리기준(안) 제안
- 충진재 재료 품질관리 요소 도출
- 폐관 및 공동 충진재 품질관리기준(안) 제안
(2) 이동식 일체형 압력충진 시공장비 관리 매뉴얼(안) 제시
- 현장 시험시공을 통한 시공장비 적용성 평가
- 이동식 일체형 압력충진 시공장비 관리 매뉴얼(안) 제시

○ 공동연구기관(한국건설기술연구원):
(1) 도심지 지중폐관 현장 시험시공을 통한 개발기술 검증
-국내 도심지 대상 지중폐관 조사 수행
-토목섬유튜브 및 압력커튼 국내 생산시스템 개념설계
-관경별, 내부 상태별 조사 지중폐관의 충진 시공 수행
-현장 시험시공을 통한 개발기술 시공성 평가
(2) 저유동 충진재 활용 공동 및 지중페관 충진시공 매뉴얼(안) 도출
-저유동 충진재 품질규격 및 충진시공 가이드라인 도출
-사업화 기업 및 지자체 대상 충진 시공기술의 기술이전 추진
-지중폐관 충진 확인방법 도출
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 ○ 주관연구기관(케미우스코리아)
(1) 지중폐관 충진용 저유동 충진재 개발
○ 공동연구기관(한국건설기술연구원):
(1) 지중폐관 특성을 고려한 토목섬유튜브 및 압력커튼 최적설계 		○ 주관연구기관(케미우스코리아)
(1) 지중폐관 특성 고려 최적 충진재 개발 방향 설정
-지중폐관 특성 파악, 국내 실태 파악
-채움재 요구 특성 결정
(2) 지중폐관 충진용 최적 채움재 개발
-채움재 요구 특성 확보 방안 도출
-실내시험을 통한 채움재 개발

○ 공동연구기관(한국건설기술연구원):
(1) 국내외 지하공간 충진 기술 조사
-국내외 충진재 및 충진공법 조사
-국내외 충진공법 시공지침 및 규정 조사
(2) 지중폐관 충진용 압력커튼 개념설계
-지중폐관 특성, 경제성, 환경성 고려 압력커튼 재료 선정
-주입관 연계 압력커튼 개념설계
(3) 지중폐관 특성 고려 토목섬유튜브 최적재료 선정
-국내 토목섬유 종류 조사 및 적용성 검토
-지중폐관 특성 및 경제성 고려 토목섬유튜브 개념설계
연구성과 기술적 기대성과 ○ 장기적인 지중폐관 충진 사업을 추진함으로서 도심지 지반침하 및 함몰 발생을 예방할 수 있고, 국민 불안을 해소하여 중앙정부에 대한 신뢰를 높일 수 있음
○ 서울시에만 3천 km 이상의 지중폐관이 매설되어 있고, 지방 대도시를 고려할 경우 전국에 1만 km 이상의 지중폐관이 매설되어 있는 상황으로 장기적인 지중폐관 충진 사업이 진행될 경우 관련 건설재료 및 시공 시장의 활성화 효과를 얻을 수 있음.
사회 경제적 파급효과 ○ 폐관충진뿐만 아니라 폐관 및 매설관로 주변지반내 공동을 신속히 채움에 따라 지반함몰 및 매설관 손상예방.
○ 폐관 및 공동충진 시공시스템 개발을 통해 충진시 발생하는 비산먼지를 줄여줌으로써 친환경적인 시공법 제공
○ 개발기술이 민간기업으로 기술이전 됨으로서 침체된 건설시장에 노후 폐매설관 분야 관련 신규시장을 창출함과 동시에 정부에서 정책적으로 지원하고 있는 안전한 사회 구축에 기여.
○ 지반침하로 인해 전국적으로 매년 수백억원의 복구비용 및 피해비용의 지출이 발생되며, 본 과제를 통해 폐관으로 인해 발생하는 피해복구 비용을 절감할 수 있음.
활용방안 ○ 서울시 및 지방 대도시 지중폐관을 대상으로 개발 충진재료 및 시공기술의 적용 가능
○ 도심지에 매설되어 있는 폐상하수도관 뿐만 아니라 전국 온천 개발지역에 대규모 매설되어 있는 폐온천수 공급관의 충진에도 적용 가능
○ 토목섬유튜브와 저유동 충진재 활용을 통해 토목섬유 등 지반재료 중소기업의 신 산업 창출과 매출증대 예상
○ 최종성과물의 주요수요처는 지자체 상？하수도 관리부서, 한국환경공단, 공사 등 정부기관으로 해당기관을 대상으로 현장적용
○ 사업화 계획
- 본 연구의 대표적인 성과물을 사업화하여 도심지 지반함몰로 인한 국민의 불안 감 해소와 동시에 투자된 연구비를 회수하고, 관련 분야 건설시장 활성화에 기여
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 지중폐관 지반침하 토목섬유 튜브 압력커튼 충진공법
영문 Underground disuse-pipe ground subsidence geotextile tube pressure curtain filling method
최종보고서
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최종보고서 최종보고서(사회이슈해결)_케미우스코리아(보완완료).pdf   다운로드

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