1. 서 론
운영 중인 터널구조물에서 시간의 경과와 함께 가장 많이 발생하는 열화 손상은 균열과 누수이다. 시간의 경과와 함께 터널구조물의 콘크리트 라이닝에서 균열이 발생 할 수 있으며 이러한 균열을 통하여 터널 내부로 누수가 발생할 수 있다. 특히, 한랭지역에 위치한 터널구조물의 콘크리트 라이닝에서 누수가 발생하고 장기간에 걸친 동결융해 작용을 받는다면 콘크리트 라이닝에서 열화가 촉진되고 내구성이 저하될 수 있다(Koh, 2001). 국내 지역별 콘크리트 구조물의 동결융해 손상 위험도를 검토한 결과, 강원산간지역은 연중 기온이 영하로 내려가는 날이 타 지역에 비해 많아 동해손상 위험이 가장 높은 1단계 지역으로 선정되었다(Cheong, 2013). 그래서 해당 지역에서 건설되는 구조물은 시공뿐 만 아니라 장기 내구성에 있어서도 많은 문제점을 가지고 있고 보수/보강 공법을 적용할 때 동결융해에 대한 검토가 필수적이다(Hwang, 2013).
터널구조물의 누수 방지를 위하여 차수공법을 적용할 경우, 주변의 다른 미세 균열들에서 누수가 발생할 가능성이 높다. 그러므로 터널구조물에서 발생하는 부분적인 누수는 유도배수하여 터널구조물의 기존 배수시설로 이동시키는 것이 매우 효과적이다(Federal Highway Administration & Federal Transit Administration, 2004; Federal Highway Administration, 2015).
한랭지역에서 운영 중인 터널구조물 내부로 누수가 발생할 경우, 콘크리트 라이닝 벽면에 고드름이 형성되거나 도로 표면이 결빙될 수 있다. 이러한 현상들은 터널구조물을 이용하는 차량에 피해를 주어 사고를 발생시킬 수 있다. 이러한 피해들을 방지를 위하여 누수된 지하수가 결빙되지 않고 터널의 기존 배수시설로 이동시킬 필요가 있다.
Fig. 1에서 보여주듯이, 일정크기(가로 500 mm × 세로 500 mm × 두께 3 mm)의 유도배수판, 방수 및 유도배수를 위한 폴리머계열 재료인 Hotty-gel, 시공 속도 및 시공 편의 향상을 위한 공압타카와 타카핀, 유도배수판 내부로 누수된 지하수를 집수하여 외부로 내보내기 위한 집수관, 유도배수판 내부에서 집수된 지하수를 터널구조물의 기존 배수시설로 이동시키 위한 유도배수관, 철망(와이어 메쉬) 및 뿜어붙임 모르타르로 구성된 유도배수시스템이 제시되었다(Kim and Yim, 2017a; Kim and Yim, 2017b). 제시된 유도배수시스템은 재래식 콘크리트 라이닝 옹벽에서 시공성 평가를 위하여 시험 시공되었다. 또한 유도배수시스템의 재령별 현장 성능(내구성, 방수 및 유도배수)을 평가하기 위하여 계절별 장기 성능 평가를 수행하였다. 동절기를 거친 후, 유도배수시스템의 측면, 하부면 및 모서리에서 누수가 발생하였으며 유도배수시스템 내부로 누수된 지하수를 집수하여 터널구조물의 기존 배수시설로 이동시키는 유도배수관에서 누수가 발생하였다.
기존 연구에서 제기된 누수 문제를 해결하기 위하여 유도배수시스템의 측면, 하부면 및 모서리에서 누수를 방지하기 위한 2가지 종류의 덮개, 즉 유도배수판 테두리에 부착된 방수 재료인 Hotty-gel이 돌출되는 것을 방지하기 위한 돌출방지판을 제시하였다(Kim and Yim, 2017c). 돌출방지판을 적용한 유도배시스템의 방수 성능을 평가하기 위하여 온도조절이 가능한 극저온 동토 실험실에서 반복적인 동결융해 실험을 수행하였다. 동결융해 실험 결과, 돌출방지판을 적용한 유도배수시스템은 방수 성능을 확보하였다.
기존연구에서 제시된 2가지 종류의 돌출방지판들과 본 연구에서 제시되는 새로운 형태의 유도배수관을 적용하여 유도배수시스템을 개선하자고 한다. 또한 재래식 콘크리트 라이닝 터널인 철도 폐터널에서 개선된 유도배수시스템을 시험 시공하여 현장 적용성 및 작업성을 평가하고, 재령별 현장 성능(내구성, 방수 및 유도배수) 평가 실험을 수행하여 개선된 유도배수시스템의 성능을 검증하고자 한다.
2. 유도배수시스템의 현장 시험 시공
2.1 유도배수시스템의 구성
기존 유도배수시스템에서 수행된 현장 시험 시공 및 장기 현장 성능 평가 실험 결과를 바탕으로 유도배수시스템을 개선하였다. Fig. 2는 개선된 유도배수시스템의 뒷면을 보여주고 있다.
Fig. 2에서 (1)은 가로 500 mm × 세로 500 mm × 두께 3 mm인 유도배수판이다. (2)는 유도배수판 측면 및 하부면 테두리에 부착되는 Hotty-gel이 돌출되는 것을 방지하기 위한 돌출방지판이다. (3)은 유도배수판 모서리에 부착되는 Hotty-gel이 돌출되는 것을 방지하기 위한 돌출방지판이다. (4)는 유도배수시스템 내부의 지하수를 유도배수시스템 외부로 내보내기 위한 집수관이다. (5)는 집수관으로 모인 지하수를 터널구조물의 기존 배수시설로 이동시키기 위한 유도배수관이다. (6)는 가로 2.5 cm × 세로 1 cm 직사각형 단면을 가진 폴리머계열인 Hotty-gel이다. 누수된 지하수를 집수관으로 유도배수하기 위한 방수 역할을 한다. (7)은 집수관의 누수를 방지하기 위한 Hotty-gel이다. 이것은 가로 1 cm × 세로 1 cm 정사각형 단면 상부에 지름 1 cm의 반원 단면이 추가된 단면 형태를 가지고 있다. (8)은 유도배수관 누수방지를 위한 지름 1 cm인 반원 단면을 가진 Hotty-gel 2개를 서로 엇갈리게 겹쳐놓은 형태를 보여주고 있다. (9)도 유도배수관 누수방지를 위한 가로 1 cm × 세로 0.2 cm 직사각형 단면을 가진 Hotty-gel이다. (10)은 유도배수판 모서리 부분에서 서로 직교하는 Hotty-gel을 연결하기 위하여 계단식 연결형태를 보여 주고 있다.
Fig. 2에서 (1), (2), (3), (6), 및 (10)은 기존 연구에서 수행된 유도배수시스템의 실내 실험 또는 현장 실험에서 성능이 검증되었다(Kim and Yim, 2017a; Kim and Yim, 2017b; Kim and Yim, 2017c). Fig. 2에서 (4), (5), (7), (8), (9)는 기존 유도배수시스템에서 발견된 문제점들을 개선하기 위하여 본 연구를 통해 제시된 구성요소이다. Fig. 2의 (5)에서 보여주듯이 유도배수관 누수방지를 위하여 Fig. 2의 (8)과 (9)와 같이 2가지 형태의 Hotty-gel를 채택하였다. 2가지 형태의 Hotty-gel은 주문제작해야 하는 Fig. 2의 (6)과 달리 기성 공장제품이라 수급이 용이하다는 장점이 있다. 2가지 형태의 Hotty-gel에 대하여 현장 시험 시공 및 재령별 성능평가를 수행하여 방수 성능이 우수한 Hotty-gel을 유도배수시스템의 구성요소로 채택할 예정이다.
본 연구에서는 개선된 유도배수시스템의 현장 시공성과 장기 성능(내구성, 방수 및 유도배수)을 평가하기 위하여 Fig. 2에서 보여주는 2가지 형태의 유도배수시스템을 철도 폐터널에 시험 시공 할 계획이다. Fig. 2의 좌측은 유도배수시스템 Type-1이고 유도배수판 3개를 가로로 이어붙인 형태이다. Fig. 2의 우측은 유도배수시스템 Type-2이고 유도배수판 3개를 세로로 이어붙인 형태이다.
Fig. 3은 기존 유도배수시스템 연구에서 성능이 검증된 2가지 형태의 Hotty-gel 돌출방지판들을 보여주고 있다(Kim and Yim, 2017c). Fig. 3(a)는 유도배수판 테두리, 즉 측면과 하부면에 부착되는 Hotty-gel이 돌출되는 것을 방지하기 위한 돌출방지판의 형상과 제원을 보여주고 있다. 유도배수판과 같은 재료인 연성 플라스틱으로 두께 2 mm로 제작되었다. Fig. 3(b)는 유도배수판 모서리에 부착되는 Hotty-gel이 돌출되는 것을 방지하기 위한 돌출방지판의 형상과 제원을 보여주고 있다. 두께 1 mm의 철판으로 제작되었다.
Fig. 4는 기존 유도배수시스템 연구에서 제기된 집수관과 유도배수관의 누수를 방지하기 위하여 개선된 집수관과 유도배수관을 보여주고 있다. Fig. 4(a)는 두께 1 mm 철판으로 제작된 개선된 집수관의 제원 및 형상을 보여주고 있다. 터널 콘크리트 라이닝 표면으로 누수된 지하수는 유도배수시스템 내부에서 집수관이 설치된 곳으로 유도된 후 집수관을 통해 외부로 유출된다. Fig. 4(b)는 연성 플라스틱으로 제작된 개선된 유도배수관의 제원과 형상을 보여주고 있다. 유도배수관은 두께 2 mm, 폭 14.4 cm, 길이 30 cm이다. 집수관으로부터 유출되는 지하수는 유도배수관을 통해 터널의 기존 배수시설로 보내진다. Fig. 2에서 보여주듯이 유도배수관의 하부에 또 다른 유도배수관의 상부를 이어붙일 수 있다.
2.2 현장 시험 시공
2 가지 형태의 개선된 유도배수시스템은 현장 시공성, 장기 내구성, 방수 성능 및 유도배수 성능을 평가하기 위하여 철도 폐터널에 시험 시공되었다. 철도 폐터널은 연장 108 m인 말굽형 재래식 콘크리트 라이닝 터널이다. 본 터널은 준공년도가 1958년인 60년 된 터널이며, 1980년에 사용이 중지되어 거의 40년 동안 관리가 되지 않은 상태이다. 본 터널의 콘크리트 라이닝 상태는 매우 열화가 되어 있으며 상당한 누수가 발생하고 있다.
Fig. 5는 철도 폐터널인 재래식 콘크리트 라이닝 터널에 시험 시공된 유도배수시스템의 시공 절차를 보여주고 있다.
Fig. 5(1)에서 보여주듯이 첫 번째 작업은 유도배수시스템이 시공되는 콘크리트 라이닝 표면을 정리하는 것이다. 특히, 유도배수판의 테두리에 부착되는 Hotty-gel이 접촉할 콘크리트 라이닝 표면을 그라인더를 사용하여 이물질 제거 및 표면 정리를 수행하였다.
Fig. 5(2)에서 보여주듯이 두 번째 작업은 유도배수시스템이 시공되는 콘크리트 라이닝에 전기 드릴을 사용하여 구멍을 천공하는 작업이다. 천공된 구멍은 강우에 의한 콘크리트 라이닝 배면의 지하수가 콘크리트 라이닝 표면으로 인위적으로 유출되도록 하여 유도배수시스템의 장기 방수와 유도배수 성능을 검증하기 위한 것이다. 지하수 유출을 위한 구멍은 콘크리트 라이닝 표면에 부착되는 개별 유도배수판의 정 중앙에 위치하도록 하였다. 유도배수시스템 Type-1에서는 가로 방향으로 3개의 구멍이 천공되었고 유도배수시스템 Type-2에서는 세로 방향으로 3개의 구멍이 천공되었다. Fig. 5(2)(a)에서 보여주듯이 천공된 구명의 직경은 1.5 cm이고 길이는 평균 약 20 cm이다. 유도배수시스템이 설치되는 콘크리트 라이닝 두께는 약 30 cm로 추정되었으나 천공 작업 결과, 실제 콘크리트 라이닝 두께는 약 20 cm 내외였다. 콘크리트 라이닝에 구멍을 천공한 후 구멍내부를 노란색 물감과 녹색 물감으로 채웠다. 이것은 강우로 인하여 콘크리트 라이닝 배면의 지하수가 물감으로 채워진 구멍으로 유출될 경우, 물감색의 지하수 흐름을 관찰하여 유도배수시스템의 상시 방수 및 유도배수 성능을 검증하기 위한 것이다.
Fig. 5(3)에서 보여주듯이 세번째 작업은 콘크리트 라이닝 표면에 유도배수시스템을 시공하는 것이다. Hotty-gel이 부착된 유도배수판을 콘크리트 표면에 부착시키는 것이다. 시공속도 및 시공성 향상을 위하여 기존 연구에서 사용된 공압타카와 고정핀을 사용하여 유도배수판을 콘크리트 라이닝 표면에 부착시켰다(Kim and Yim, 2017a; Kim and Yim, 2017b; Kim and Yim, 2017c). 유도배수판 중앙부위 2곳에 정사각형 단면을 가진 hotty-gel과 고정핀을 사용하여 공압타카로 부착하였다. 기 부착된 유도배수판 가장자리에 실리콘 접착제를 바르고 추후 부착될 유도배수판을 겹쳐서 연속적으로 연결하여 부착하였다. Fig. 5(3)의 하부 사진은 콘크리트 라이닝 단면에 연속하여 연결 부착된 유도배수판들을 보여주고 있다.
Fig. 5(4)에서 보여주듯이 2가지 종류의 돌출방지판들은 유도배수판 측면, 하부면과 모서리의 일정 부분과 겹치게 덮은 후, 공압타카와 고정핀을 사용하여 유도배수판과 함께 콘크리트 라이닝 표면에 부착되었다. 누수된 지하수를 집수하기 위한 집수관도 유도배수판 테두리의 일정 부분과 겹치게 덮은 후 공압타카와 고정핀을 사용하여 콘크리트 라이닝에 부착하였다. 유도배수시스템 내부의 누수된 지하수를 터널의 기존 배수시설로 이동시키기 위한 유도배수관은 집수관 하부의 일정부분과 겹치게 덮은 후, 공압타카와 고정핀을 사용하여 콘크리트 라이닝에 부착하였다. 또한 유도배수관을 연장하기 위하여 기 부착된 유도배수관 하부에 새로 부착될 유도배수관 상부를 일정 부분 겹쳐 덮은 후 공압타카와 고정핀을 사용하여 콘크리트 라이닝에 부착하였다.
Fig. 5(5)는 유도배수시스템을 콘크리트 라이닝 표면에 시공한 직 후, 유도배수시스템의 방수 및 유도배수 성능을 검증하기 위한 작업을 보여주고 있다. 유도배수시스템의 상부의 좌측과 우측에서 유도배수시스템 배면과 콘크리트 라이닝 표면사이의 틈에 붉은색 물을 주입하여 유도배수시스템의 방수 및 유도배수 성능을 검증하였다. 유도배수시스템에서 누수가 발생하는 부분은 공압타카로 고정핀을 추가로 시공하여 방수 성능을 확보하였다.
Fig. 5(6)은 콘크리트 라이닝 표면에 시험 시공된 2가지 종류의 유도배수시스템을 보여주고 있다. Fig. 5(6)의 좌측은 유도배수시스템 Type-2를 보여주고 있으며 우측은 유도배수시스템 Type-1을 보여주고 있다. 시험 시공된 유도배수시스템의 방수와 유도배수 성능이 확보된 후 Fig. 5(6)(b)에서 보여주는 철망을 공압타카와 고정핀을 사용하여 유도배수시스템 표면에 부착하였다. 기존 연구에서 사용한 철망보다 다루기 쉽고 시공성이 향상된 철망을 사용하였다. 철망은 단면 복구 및 미관 확보를 위해 유도배수시스템 표면에 시공되는 뿜어 붙임 모르타르가 탈락하는 것을 방지하기 위한 것이다. 뿜어 붙임 모르타르 시공은 본 연구에서 수행되지 않았으며, 유도배수시스템에 대한 재령별 장기 현장 성능 평가 실험을 수행한 후 유도배수시스템의 성능에 이상이 없을 경우 추후 수행할 예정이다.
3. 유도배수시스템의 현장 장기 성능 평가
철도 폐터널의 콘크리트 라이닝 표면에 시험 시공된 2가지 종류의 유도배수시스템에 대하여 약 8개월간 장기 성능 평가 실험을 수행하였다.
Table 1에서 보여주듯이 유도배수시스템을 시공한 후 재령 7일, 14일, 21일, 28일, 2개월, 3개월, 4개월, 5개월, 6개월, 7개월 및 8개월에 현장 성능 평가 실험을 수행하였다. 또한 Table 1은 재령별 현장 성능 평가 실험 당일, 유도배수시스템에 대한 계절적인 영향을 평가하기 위하여 대상 터널 내부에서 측정된 온도와 기상청에서 발표한 대상 터널 지역의 일일 최저 온도, 일일 최고 온도 및 일일 평균 온도를 보여주고 있다. 재령별 현장 성능 평가 실험시, 대상 터널 내부에서 측정된 온도는 -11.5~21.5°C의 범위를 보여주고 있다. 대상 터널 내부 온도는 재령별 현장 성능 평가 실험 당일 오후에 측정하여 기상청에서 발표한 해당일 평균온도와 최고온도사이에 분포하는 것으로 나타났다. Fig. 6은 유도배수시스템에 대한 현장 성능 평가 실험이 수행된 약 8개월 동안 기상청에서 발표한 대상 터널이 위치한 지역의 일일 최저 온도, 일일 최고 온도 및 일일 평균 온도 분포를 보여주고 있다.
Table 1. Temperatures in field test area
Fig. 6 내부의 세로 줄은 현장 성능 평가 실험이 수행된 재령별 날짜를 나타내고 있다. 대상 터널이 위치한 지역에서 측정된 일일 최저 온도는 -21.3~22.1°C의 범위를 보여주고 있으며 일일 최고 온도는 -9.8~30.8°C의 범위를 보여주고 있다. 또한 일일 평균 온도는 -16.0~25.6°C의 범위를 보여주고 있다. 대상 터널의 연장이 108 m로 짧은 터널에 해당하고 터널 입구로부터 약 20 m정도 내부에 설치된 유도배수시스템은 약 8개월 동안 기상청에 발표한 일일 최저 온도 -21.3°C에서 일일 최고 온고 30.8°C사이에 노출되었다고 할 수 있다. 이것은 본 연구의 목적인 한랭지역에서 운영 중인 터널에서 발생하는 누수를 처리하기 위한 유도배수시스템의 장기 성능 평가를 수행하기에는 충분한 조건으로 판단된다.
철도 폐터널에 시험 시공된 2가지 종류의 유도배수시스템에 대한 방수 및 유도배수 성능을 평가하기 위하여 2가지 방법을 적용하였다.
첫 번째 방법은 콘크리트 라이닝에 천공된 구멍(노란색 물감과 녹색 물감으로 채워짐)으로부터 유출된 지하수의 흐름을 관찰하는 것이다. 이것은 강우로 운영 중인 터널 내부로 누수되는 지하수 흐름과 유사한 상황으로 유도배수시스템의 상시 방수 및 유도배수 성능을 평가하기 위한 것이다.
두 번째 방법은 유도배수시스템 상부의 좌측 및 우측에서 콘크리트 라이닝 표면과 유도배수시스템 배면사이의 틈으로 1,000 ml 이상의 붉은색 물을 주입하여 유도배수시스템의 방수와 유도배수 성능을 평가하는 것이다. 이것은 많은 양의 물을 빠른 시간에 주입하여 시간의 경과에 따른 유도배수시스템의 방수와 유도배수 성능을 평가하기 위한 것이다. 현장 성능 평가 실험은 첫 번째 방법을 수행한 후 유도배수시스템 전체 테두리에 하얀색 락카 스프레이 페인트를 뿌린 후 두 번째 방법을 수행하였다. 하얀색 락카 스프레이 페인트를 뿌리는 것은 붉은색 물을 사용하는 두 번째 방법에서 유도배수시스템의 누수 현상을 확실하게 관찰하기 위한 것이다.
유도배수시스템 Type-1을 대상으로 첫 번째 방법과 두 번째 방법을 적용하여 재령별 현장 성능 평가 실험을 수행하였다.
첫 번째 방법에서 재령별 현장 성능 평가 실험이 진행되는 약 8개월 동안 건조기에 해당하는 동절기 기간을 제외하고는 콘크리트 라이닝 표면으로 누수된 지하수 흐름이 발견되었다. 천공된 구멍을 채우고 있는 물감색으로 변한 지하수 흐름으로 유도배수시스템의 방수 및 유도배수 성능을 평가하였다. 유도배수시스템의 유도배수판에서는 누수가 발생하기 않았고 유도배수관으로 배수가 이루어졌다. 그러나 재령 14일부터 유도배수관에서 누수 현상이 발견되었다.
Fig. 7은 유도배수시스템 Type-1에 두 번째 방법을 적용하여 재령 7일, 14일, 21일, 28일, 2개월, 4개월, 6개월, 및 8개월에 수행된 현장 성능 평가 실험 결과를 보여주고 있다. Fig. 7에서 보여주듯이 유도배수시스템 상부의 좌측 및 우측에 설치된 깔대기를 통해 약 1,000 ml의 붉은색 물을 주입하여 현장 성능 평가 실험을 수행하였다. 현장 성능 평가 실험이 수행된 약 8개월 동안 유도배수시스템의 유도배수판에서는 누수가 발생하지 않았다. 그러나 Fig. 7(b)와 Fig. 8에서 보여주듯이 재령 14일에 수행된 현장 성능 평가 실험에서 유도배수시스템 하부에 설치된 유도배수관 좌측 및 우측에서 누수가 발생하였다. 유도배수관 양측면의 누수는 재령 4개월 및 5개월을 제외하고는 계속해서 발생하였다. 재령 4개월과 5개월은 동절기 기간으로 터널 내부의 온도는 0°C 이하로 측정되었다. 또한 Fig. 6에서 보여주듯이 그 기간 동안 대상 터널이 위치한 지역의 평균온도는 0°C 이하를 유지하고 있었다. 이것은 기존에 발생한 누수로 유도배수관의 좌측 및 우측에 고여 있던 물이 동결되어 누수가 발생하지 않은 것으로 판단된다.
Fig. 8은 유도배수시스템 Type-1의 유도배수관에서 발생한 누수의 상세한 모습을 보여주고 있다. Fig. 8(a)는 유도배수관 누수방지를 위하여 가로 1 cm × 세로 0.2 cm인 직사각형 단면을 가진 Hotty-gel이 부착된 유도배수관 좌측에서 발생된 누수를 보여주고 있다. Fig. 8(b)는 유도배수시스템의 유도배수관 좌측 및 우측에서 발생한 누수를 보여주고 있다. Fig. 8(c)는 유도배수관 누수방지를 위하여 지름 1 cm인 반원 단면을 가진 Hotty-gel 2개를 서로 엇갈리게 겹쳐 부착한 유도배수관 우측에서 발생된 누수를 보여주고 있다. 유도배수관 누수는 Fig. 8에서 보여주듯이 유도배수관 변형에 의해 발생된 것으로 판단된다. 유도배수관을 콘크리트 라이닝에 부착하기 위하여 고압의 공압타카와 고정핀을 사용하고 연성 플라스틱 재질인 유도배수관의 두께가 0.2 cm로 얇게 제작되어 시공 시 유도배수관 변형이 발생하였다. 이러한 유도배수관 변형으로 유도배수관을 콘크리트 라이닝 표면에 완전 밀착하여 부착하는데 어려움이 발생하였다.
유도배수관의 누수 방지를 위하여 본 연구에서 채택된 2가지 종류의 Hotty-gel은 장기적인 측면에서 누수 방지에 문제점을 나타냈다. Fig. 8(a)에서 보여주는 두께 0.2 cm의 Hotty-gel은 고압의 공압타카와 고정핀으로 유도배수관을 콘크리트 라이닝에 밀착하게 부착하여도 방수를 위한 압착효과가 떨어지는 것으로 판단되었다. 또한. Fig. 8(c)에서 보여주는 2개의 Hotty-gel을 엇갈려서 겹친 형태는 고압의 공압타카와 고정핀으로 유도배수관을 콘크리트 라이닝에 부착할 때 공압타카의 고압에 의해 2개의 Hotty-gel 연결 접촉이 분리되어 유도배수관 밖으로 돌출되는 경우가 발생하였다.
유도배수시스템 Type-2에서도 첫 번째 방법과 두 번째 방법을 적용하여 재령별 현장 성능 평가 실험을 수행하였다.
첫 번째 방법을 적용한 유도배수시스템 Type-2의 현장 성능 평가 실험 결과는 유도배수시스템 Type-1의 현장 성능 평가 실험 결과와 동일하였다. 동절기기간에는 지하수의 흐름이 발견되지 않았고, 유도배수시스템의 유도배수판에서는 누수가 발생하지 않고 유도배수관으로 배수가 이루어졌다. 유도배수시스템 Type-1의 실험 결과와 마찬가지로 재령 14일에 수행된 현장 성능 평가 실험에서 유도배수관의 누수 현상이 발견되었다.
Fig. 9는 유도배수시스템 Type-2에서 두 번째 방법을 적용하여 재령 7일, 14일, 21일, 28일, 2개월, 4개월, 5개월, 6개월, 및 8개월에 수행된 현장 성능 평가 실험 결과들을 보여주고 있다. Fig. 9에서 보여주듯이 유도배수시스템 Type-2의 상부 좌측 및 우측에 깔대기를 설치한 후 약 1,000 ml 붉은색 물 주입하여 현장 성능 평가 실험을 수행하였다. 현장 성능 평가 실험이 수행된 약 8개월 동안 유도배수시스템 Type-2의 유도배수판에서는 누수가 발생하지 않았다. 유도배수시스템 Type-1과 마찬가지로 재령 14일부터 유도배수관 좌측 및 우측에서 누수가 발생하였으며(Fig. 9(b)와 Fig. 10) 동절기기간인 재령 4개월 및 5개월을 제외하고는 계속해서 누수가 발생하였다. 동절기동안 대상 터널의 내외부 온도가 0°C 이하로 유지되었고, 누수가 발생한 유도배수관의 좌측 및 우측에 고여 있던 물이 동결되어 누수가 발생하지 않은 것으로 판단된다.
Fig. 10은 유도배수시스템 Type-2에서 누수가 발생한 유도배수관의 상세 모습을 보여주고 있다. Fig. 10(a)는 유도배수관 좌측에 누수 방지를 위하여 가로 1 cm × 세로 0.2 cm인 직사각형 단면을 가진 Hotty-gel이 부착된 유도배수관의 누수를 보여주고 있다. Fig. 8(b)는 유도배수시스템의 유도배수관 좌측 및 우측에서 발생한 누수를 보여주고 있다. Fig. 8(c)는 유도배수관 우측에 누수 방지를 위하여 지름 1 cm인 반원 단면을 가진 Hotty-gel 2개를 서로 엇갈리게 겹쳐 부착한 유도배수관의 누수를 보여주고 있다. 유도배수시스템 Type-1과 마찬가지로 두께 0.2 cm의 연성 플라스틱 재질로 제작된 유도배수관은 콘크리트 라이닝 표면에 부착 시공 시 유도배수관의 형태가 심하게 변형되는 문제점이 발생하였다. 또한 유도배수관의 누수 방지를 위하여 채택된 2가지 종류의 Hotty-gel 모두에서 누수가 발생하였다. 이것은 유도배수시스템 Type-1의 유도배수관 누수 원인과 동일한 것으로 판단된다. 유도배수시스템 Type-2에서는 2개의 유도배수관을 겹쳐 연결하였으며 유도배수관 변형이 유도배수시스템 Type-1보다 심하게 발생하였다. 또한 유도배수관 누수 방지를 위한 채택된 2가지 종류의 Hotty-gel에서 발생된 문제점도 유도배수시스템 Type-1보다 심하게 발생하였다.
유도배수시스템 Type-1 및 Type-2의 시험 시공 및 재령별 현장 성능 평가 실험 결과로부터, 유도배수관의 누수를 방지하x기 위하여 유도배수관 시공 시 변형을 방지할 수 있는 충분한 두께를 확보하여야 한다. 그리고 누수 방지를 위한 Hotty-gel도 방수를 위한 압착 효과를 충분히 발휘할 수 있는 충분한 두께를 가지면서 하나의 단면을 가진 일체형으로 제작되어야 할 것으로 판단된다.
4. 결 론
운영 중인 터널구조물 내부로 누수된 지하수를 유도배수하기 위한 시스템을 한랭지역에 위치한 터널구조물에 적용하기 위한 연구를 수행하였다. 기존 유도배수시스템의 현장 시험 시공, 장기 현장 성능 평가 실험, 및 동결융해 실내 실험 결과로부터 제기된 문제점들을 해결하기 위하여 기존 유도배수시스템을 수정/보완하였다. 개선된 유도배수시스템에 대한 현장 시험 시공성과 동결융해를 고려한 장기 성능, 즉 내구성, 방수 및 유도배수 성능에 대한 현장 실험을 수행하였다. 본 연구에서 다음과 같은 결론들을 도출하였다.
개선된 유도배수시스템의 현장 시공성 및 장기 성능 평가를 위하여 기존 연구에서 성능이 검증된 유도배수판, 방수재료인 Hotty-gel, 2가지 형태의 Hotty-gel 돌출 방지판과 부착을 위한 공압타카와 고정핀을 사용하였다. 또한 기존 유도배수시스템의 문제점들을 개선하기 위한 집수관, 유도배수관, 집수관과 유도배수관 누수 방지를 위한 3가지 단면 형태의 Hotty-gel 및 단면 복구 및 미관확보를 위한 뿜어 붙임 모르타르 탈락 방지를 위한 새로운 형태의 철망을 사용하였다. 개선된 유도배수시스템의 현장 시험 시공은 재래식 콘크리트 라이닝 터널인 마제형 철도 폐터널에서 수행되었다. 본 연구에서는 3개의 유도배수판을 가로로 연결한 Type-1과 세로로 연결한 Type-2인 2가지 형태의 유도배수시스템을 시험 시공하였다.
현장 성능 평가 실험은 재령 7일, 14일, 21일, 28일, 2개월, 3개월, 4개월, 5개월, 6개월, 7개월 및 8개월에 수행되었다. 8개월(여름철부터 봄철까지) 정도 수행된 현장 성능 평가 실험동안 대상 터널 내부의 온도를 측정하였다. 대상 터널 내부 온도는 -11.5~21.5°C의 범위로 측정되었다. 8개월 동안 기상청에서 발표한 대상 터널이 위치한 지역의 일일 평균 온도는 -16.0~25.6°C이며 일일 최저 온도는 -21.3°C이고 일일 최고 온도는 30.8°C였다. 이것은 본 연구의 목적인 한랭지역에서 운영 중인 터널구조물의 누수 처리를 위하여 개선된 유도배수시스템의 장기 성능 평가를 수행하기에는 충분히 조건으로 판단되었다.
현장에서 수행된 장기 성능 평가 실험은 2가지 방법을 사용하였다. 첫 번째 방법은 유도배수시스템의 상시 방수 및 유도배수 성능을 검증하기 위하여 콘크리트 라이닝 배면으로부터 누수된 지하수의 흐름을 관찰하는 것이다. 유도배수시스템 시험 시공 시 콘크리트 라이닝에 직경 1.5 cm, 길이 약 20 cm인 구멍을 천공(각각의 유도배수시스템에 3개의 구멍 천공)한 후 노란색 물감과 녹색 물감으로 채웠다. 물감으로 채워진 구멍을 통해 유출되는 지하수의 흐름을 관찰하였다. 두 번째 방법은 재령별 실험 날짜에 유도배수시스템 상부 좌측 및 우측에서 콘크리트 라이닝 표면과 유도배수시스템 배면사이의 틈으로 약1,000 ml의 붉은 색 물을 주입하여 유도배수시스템의 방수와 유도배수 성능을 평가하는 것이다. 2가지 방법을 적용한 결과, 유도배수시스템의 유도배수판에서는 누수가 발생하지 않았지만 재령 14일부터는 유도배수관 좌측 및 우측에서 누수가 발생하였다.
고압의 공압타카와 고정핀을 사용하여 두께가 0.2 cm인 연성플라스틱으로 제작된 유도배수관을 콘크리트 라이닝에 시공할 때 유도배수판 변형이 발생하였다. 또한 누수 방지를 위해 채택된 2가지 종류의 Hotty-gel도 두께가 너무 얇거나 2개의 Hotty-gel이 접촉한 부분이 분리되었다. 이러한 문제점들로 유도배수관이 콘크리트 라이닝 표면에 완전하게 밀착 부착되지 않아 누수가 발생한 것으로 판단된다. 유도배수관 누수 방지를 위하여 유도배수관은 충분한 두께를 가져야 하고, Hotty-gel도 방수를 위한 압착 효과가 충분히 발휘될 수 있도록 충분한 두께 및 폭을 가진 일체형으로 제작되어야 할 것으로 판단된다.
