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도심지 지반침하 증가 추세…대책수립 시급
시설물 과밀화·지중시설물 노후화·시공품질 저하 등이 발생 원인
지하 노후시설물 통합 안전관리·R&D 통한 핵심기술 고도화 시급
Part 04. 도심지 지반침하 발생원인 및 대응방안
보통 자연적으로 발생하는 싱크홀은 기반암이 석회암일 때 물에 지반이 용해되어 발생하며, 이런 경우 일부 국가에서는 관광자원으로 싱크홀을 활용하기도 한다. 하지만 우리나라에서 자연적인 싱크홀은 거의 발생하지 않는다. 국내에서 문제가 되는 것은 지반침하로, 크게 네 가지 경향이 있다.
가장 많이 발생하는 것은 건설 시공에 의한 지반침하로, 시공·굴착하는 건설행위로 인해 지반이 이완되어 발생하는 유형이다. 두 번째로 많은 유형은 광산 채굴로 인해 지반이 붕괴되는 경우이다. 세 번째는 지반이 용해되는 경우로, 우수 또는 지하수가 원인이 된다. 마지막은 얼마 전 석촌동에서 발생해 이슈가 됐던 지반침하의 원인인 지하수위 저하 유형이다. 지하수위 저하는 자연적인 경향과 굴착으로 인한 인공적인 경향으로 나타난다.
서울시의 발표에 따르면 최근 발생한 지반침하의 원인 중 하나인 매설관의 파손은 주로 상하수도관이 노후된 도심지에서 발생하며, 피해 규모가 상대적으로 크지 않아 일반적인 지반침하 유형에 포함되지 않는다.
도심지 지반 굴착공사, 발생원인 1위
국내에서는 최근 들어 도심지 지반침하 현상이 기하급수적으로 증가하고 있다. 도심지 지반 공사가 점점 증가하고, 난공사로 인해 지반침하 발생원인이 다각화되고 있기 때문이다. 국내에서 발생한 도심지 지반침하 발생현황과 원인에 대해 한국건설기술연구원의 지반연구실에서 조사를 실시한 결과, 침하 유형을 네 가지로 분류했다.
가장 큰 원인은 지반 굴착공사로 인한 것으로, 땅을 10m 이상 깊게 팠을 때나 지하 터널 공사를 할 때 등이 포함된다. 도심지에서 지반이 침하했을 때 더 큰 문제는 2차 피해가 발생할 수 있다는 것이다.
인천 지하철공사 현장 지하 동공 발생 케이스에서 공사현장에 물이 고인 것을 예로 들 수 있는데, 이는 매설물이 파손된 것이 아니라 2차 피해로 인해 상하수도관이 파손되었기 때문이다. 이 경우 역시 굴착공사로 인한 대규모 붕괴로 분류되며, 도심지에서 공사로 인한 피해는 큰 문제를 야기한다.
두 번째로 많은 원인은 연약지반의 침하이다. 상부 지반의 작은 침하로 인해 하부에서 더 큰 침하가 발생하는 경우가 이에 해당된다. 우리나라는 상하수도 매설심도가 1.2m 정도인데, 상부에서 공사 또는 중차량 등 상부하중이 가해지면 지반이 연약해져 하부에 매설된 관이 파손되는 경우가 종종 발생한다.
한편, 지중 매설물의 파손은 도심지에서 가장 많이 나타나는 지반침하 발생원인이다. 도심지에서 주로 발생해 생활에 불편을 주지만, 실제로 발생규모는 크지 않다. 하수관거 파손이나 관 주변 토사유실이 원인이 된다.
이 외에도 기타 발생원인으로 지반의 동상, 굴착공사 시 지반 진동, 발파 작업, 포트홀 등이 있다. 포트홀은 아스팔트 포장 표면에 생기는 국부적인 작은 구멍을 말하는데, 도로의 다짐 문제나 골재의 품질 부족으로 발생한다. 또한 공사장에서의 발파나 집중호우도 문제가 된다.
정확한 원인조사가 2차 피해 예방
한국시설안전공단에서 굴착공사로 인한 지반침하 붕괴원인을 25개로 분류한 결과, 가장 큰 원인은 지반조사 불충분으로 나타났다. 이어 가시설 구조체 결함 및 불안정, 차수·배수 등 지하수 처리 미흡, 공사 중 상하수도관 오수관로 파손 등이 붕괴원인으로 꼽혔다.
조사 결과 여러 가지 원인이 혼재되어 지반이 붕괴된다는 사실이 밝혀졌다. 따라서 지반침하는 정확한 원인이 규명되지 않으면 2차, 3차 피해를 유발할 수 있고, 그만큼 시간과 돈을 낭비하는 셈이 된다.
석촌동 지반함몰에서 주목할 점은 지난 8월 5일 현상이 발생해 다음 날인 6일 곧바로 응급복구 됐지만, 원인을 재조사하는 과정에서 광역 상수도관 아래 동공을 발견했다는 사실이다. 3주간의 조사를 통해 80m의 동공을 발견하고, 이어 추가로 6개의 동공을 발견했다.
만약 응급복구로 사건을 마무리했다면 추가 동공을 발견하지 못했을 것이고, 2차 피해가 발생할 여지가 남았을 것이다. 이렇듯 지반침하가 발생했을 때 중요한 것은 긴급복구가 아니라 정확한 원인조사를 통해 추후의 2차 피해를 예방해야 한다는 점이다.
상하수도 관거 매설심도 1m 이내
서울시 도로함몰 원인의 85%를 차지하는 하수관 손상을 조사한 결과, 노후화된 하수관 자체의 부식이나 균열도 문제였지만 다짐 구조, 되메움재 불량, 동결융해로 인한 지반 이완, 지반 동상 등의 문제가 더 컸다.
동공의 원인을 구체적이고 세부적으로 조사해야 하는 이유는 실제로 하수관거가 파손되어 하수관을 새로 묻더라도 그 지반이 동결융해 등으로 인해 손상됐다면 언제든지 다시 피해가 발생할 수 있기 때문이다. 이런 경우는 매설 깊이를 동결심도 이하로 파거나 동상에 민감한 흙을 치워내는 처리도 함께 필요하다.
국내에서 대부분 상하수도 관거 매설심도는 1m 이내이다. 도심지 지하공간 사용이 늘어나고 있기 때문인데, 대부분의 생활시설물 매설 깊이가 3m 이내이므로 이 부분에 대한 집중적인 관리가 필요하다.
한편, 연도별 도심지 지반침하 발생경향을 보면 대부분이 2012년 이후 발생하고 있다. 이런 현상은 매설물의 노후화와 지반공사 증가로 보아 매우 당연한 결과이다. 해마다 도심지 지반침하가 늘어나는 이유로는 △도심지 시설물의 과밀화 △지중 시설물의 노후화 및 손상 △도심지 난공사 증가 및 시공 품질 저하 △SOC 시설의 지하화 증가 등이 있다. 이런 추세라면 앞으로 도심지 지반침하는 점점 늘어날 것으로 보여 조속한 대책 수립이 필요하다.
외국도 지반침하로 2차 피해 잦아
해외 지반침하 현황은 선진국의 경우 대개 도시 과밀화·노후화로 발생하고, 개도국의 경우는 급속한 국토개발과 안전 부주의 등으로 발생한다. 미국은 우리나라와 같이 최근 도심지에서 많은 지반침하가 발생하고 있다. 또한 지표침하로 인해 지하 매설물이 2차적으로 파손되어 가스관 폭발 등의 피해도 많이 발생한다. 하지만 우리나라와의 차이점은 미국은 석회암지대가 많아 자연적인 싱크홀도 많이 생겨난다는 것이다.
유럽은 오랜 발전으로 도시 과밀화와 노후화 현상이 심하게 일어나 주로 도로 하부 지하 시설물 노후화에 의해 도로함몰이 발생한다. 중국은 싱크홀의 규모와 피해가 큰 편으로, 2010년 이후 지반침하·함몰 사고가 대폭 증가했다. 급속한 국토개발로 인한 부작용으로 보이며, 건설 안전에 대한 관심 부족과 부실시공 등도 발생 원인으로 꼽힌다.
해외 지반침하에서 가장 주목할 부분은 2차 피해이다. 과테말라에서는 3년 사이에 불과 2㎞ 거리에서 거의 같은 규모의 지반함몰이 발생했다. 미국이나 호주 등 선진국의 경우는 가스노출로 인해 도심지에서 화재가 발생하는 경우가 많다. 이런 사고들은 모두 지반침하로 인한 2차 피해로, 가스관 붕괴 등 SOC 기능 상실이 큰 문제로 대두되고 있다.
NASA, 원격탐사로 피해 최소화
미국이나 일본, 유럽 등 선진국의 대응체계는 조사, 예측 시스템 위주이다. 미국은 싱크홀 예방을 위한 국가지원 시스템이 마련되어 있고, 싱크홀이 발생했을 때의 대응 매뉴얼을 주민에게 제공해 안전대책을 마련하고 있다. 미국뿐만 아니라 호주도 지반침하에 대한 기준, 매뉴얼, 조례 등을 규정함으로써 국가적 차원에서 싱크홀에 대처하고 있다.
기술적인 측면에서 미국 NASA도 싱크홀에 대처하고 있다. 인공위성과 항공사진을 통해 지반침하를 예측하고 있는데, 이 원격탐사를 이용해 성공적으로 거대한 지반침하 발생을 예측하고 주민을 대피시켜 인명피해를 막은 사례가 있다. 이 외에도 지반침하 대응 매뉴얼과 저감 대책 방안을 제시하고 있다.
한편, 일본은 지반침하 조사와 진단에 중점을 둔다. 인구 밀집도가 높아 인프라 시설 위주로 점검 및 예방을 시행하고 있고, 일본 정부에서는 지침을 마련해 도로, 상하수도 등을 전수 조사 및 관리하고 있다. 특히 건설 후 50년 이상 경과한 시설은 지반침하 위험도가 높기 때문에 이러한 시설을 대상으로 집중관리하고 있다.
재난·재해 국가 R&D 예산 확보 필요
우리나라는 GPR에 대해 많이 조사하고 있지만, 현재 기술로는 도심지처럼 지장물이 많은 곳에서 민감도가 떨어진다는 한계를 갖고 있다. 따라서 우리나라는 더 민감도가 높은 첨단의 장비를 마련해 기술을 보완해야 한다.
일본에서 1998년도 함몰됐던 곳이 이듬해인 1999년 다시 무너진 경우가 있다. 이는 정확한 원인 조사가 되지 않아 동공을 발견하지 못한 채 응급복구로 끝났기 때문이다. 서울 역시 이런 사례가 많다. 시설물이 인접해 있는 경우 사고가 발생했을 때 다짐이 힘들고 간극이 생길 수 있으므로, 밀집시설은 시공 시 품질 관리와 사고 발생 시 다양한 원인조사를 해야 한다.
재난·재해에 대한 국가 R&D 현황은 꾸준히 증가하고 있으나 2014년 전체 국가 R&D 예산 대비 1.57%에 그쳤다. 재난·재해에 대응하기 위해서는 국가 R&D 예산도 많이 확보되어야 한다.
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난 8월 일반 시민을 대상으로 ‘우리 사회에서 가장 위협이 될 수 있는 재난’을 설문조사한 결과, 홍수 및 태풍(39.6%) 다음으로 싱크홀(29.9%)이 2위를 차지해 지반침하에 대한 국민의 불안을 여실히 보여줬다. 국민의 불안을 잠재우기 위해서라도 자연재해와 인적재난에 대한 연구가 활발히 수행되어야 하며, 이를 위해 예산 확보가 필요하다.
제도·시공에서 적절한 대응 필요
우리나라의 지반침하 대응방안은 크게 정책·제도적인 측면과 설계·시공기준의 측면으로 나눠 볼 수 있다. 먼저 정책·제도적으로 도심지 지하공간 및 지하수 활용기준을 확립하는 방안을 마련해야 한다. 지하 정보나 지하수 통합관리 체계 및 시스템을 구축하고, 지하공간이나 대규모 굴착공사를 활용·관리하는 컨트롤 타워를 구축해야 한다.
두 번째로 지하 노후시설 통합관리방안 확립 및 제도개선이 필요하다. 노후 상하수관에 대한 정밀진단, 실태조사가 활성화되어야 하고, 노후관망 보수 및 교체 지원이 확대돼야 하며, 관련법, 규정, 지침 등의 제도개선도 따라야 한다.
또, 도심지 지반침하 응급대처방안 및 안전관리가 필요하다. 지반침하의 상시적 징후를 감시하고, 신속히 대응하는 체계를 확립해야 하며, 투명하고 합리적인 조사, 자료 축적 및 기술자 전파교육, 안전관리 강화도 함께 이루어져야 한다.
마지막으로 도심지 지반침하 예방을 위한 건설안전 R&D를 강화해야 한다. R&D를 통한 도심지 지반침하 핵심기술 고도화, 국산화를 추진해 국내 재난·재해 기술을 발전시킬 필요가 있으며, 예방·조사·복구 등 균형 잡힌 R&D 추진 및 이에 대한 예산 확보가 필요한 상황이다.
제도·기술 등 균형 잡힌 발전 필요
제도적인 측면 외에도 설계·시공기준을 개정할 필요가 있다. 홍수, 폭설, 혹한 등 기후변화에 의한 환경변화를 고려해 기준도 합리적이고 안전하게 변화해야 한다. 기술적인 대응으로는 △도시지역 안정성 조사 분석 및 예측 기술 △건설재해 최소화를 위한 도심지 안심공사 기술 △시설물 긴급 복구기술이 필요하다.
국내 도심지 지반침하의 발생 현황과 원인을 정확히 분석해 도로함몰 지도를 구축하거나 지반 지하 시설물 정보 연계를 통한 지하수-지반 관리 시스템을 구축해 활용해야 한다. GRP, 물리탐사기법 등을 이용해 지반 내 공동 및 지반침하를 예측하는 기법도 개발돼야 한다.
건설재해 최소화를 위해서는 도로침수 대비 다기능 도로포장 구조체를 개발하고, 도로하부 동공 보강 및 포장하부 지지력 복원기술을 마련해야 한다. 지하시설물과 도시 라이프라인 유지관리 시스템의 개발도 필요하다. 또, 시설물 긴급 복구를 위해 지반침하, 도로함몰, 상하수도 등의 시설물 긴급 복구 및 복원 기술뿐만 아니라 주민 대피 및 지원 체계 개선 기술과 대응 매뉴얼을 제시할 수 있어야 한다.
지반침하와 도로함몰을 해결할 수 있는 방안은 국토를 개발할 때 땅을 어떻게 활용할 것인지에 대해 정확하게 이해하고, 안전한 국토를 위한 기술력을 확보하며, 선진화된 제도와 정책을 통한 국가적인 지원이 뒷받침될 때 나온다. 결국 제도와 과학기술, 산업의 균형 잡힌 발전을 통해서만 지반침하 현상을 해결할 수 있다.
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