1 김춘수 * 강경식 ** * 건축사무소다다그룹대표 ** 명지대학교산업경영공학과교수 Causes and suggestions on administrative measures of Subsidence (sink holes) in Urban areas Chun-Soo Kim * Kyung-Sik Kang ** * Dada Group CEO ** Department of Industrial Management Engineering, MYONGJI University Abstract In recent years, urban areas occurred several times a sinkhole. In Korea, this limestone area where the sink hole sink holes occur based on not much was seen as a very rare phenomenon. However, the occurrence of accidents in recent Subsidence and urban areas is occurring in the limestone sinkhole may yet see another one called artificial Subsidence phenomenon. Subsidence in urban areas can have various causes, such as depression groundwater level changes due to the influence of soil, underground, etc. underground utilities by anthropogenic actions. But a lot of research on natural sinkhole by geological experts continued steadily since the past Subsidence that occurred in recent years the city has become an urgent problem to formulate a countermeasure to be very concerned about the human and material damage. In this study, the city by analyzing existing research on the causes and countermeasures of Subsidence recently released look at the announced sinkhole, published statistics and cases of Subsidence data, and overseas corresponding practices in each relevant agencies and to suggest measures for local Subsidence. Keywords : Sink holes, Subsidence, Disaster, Safety management 1. 서론 최근몇년간도심지역에서이른바싱크홀이라불리는지반침하현상이자주발생하고있다. 국내에서는싱크홀의기반이되는석회암층지역이많지않아싱크홀의발생은매우드문현상으로간주되었으나최근도심지역의사고발생은석회암지대에서발생하는싱크홀과는또다른인위적인지반침하현상으로볼수있다. 도심지역의지반침하는인위적인행동에의한지하 수위의변화, 지하매설물등에영향에의한토사의함몰등다양한원인들이있다. 많은지질전문가에의해자연적싱크홀에대한연구는과거부터꾸준히지속되고있었으나최근도심에서발생하는지반침하는인적, 물적피해가매우우려되는것으로시급히대책을세워야하는문제가되고있다. 도심지반침하에대해많은기관들이원인규명과대처방법을지속적으로연구중에있으며최근까지밝혀진주요원인은굴착공사등으로인한지하수교란, 상하수도의노후및손상으로인한누수등으로나타났다. Corresponding Author : Kyung-Sik Kang, Industrial and Engineering, Myongji University, Yongin 449-728, Korea, E-mail : kangks@mju.ac.kr Received October 20, 2016; Revision Received November 25, 2016; Accepted December 16, 2016.
2 김춘수 강경식 인위적인지반침하의예방을위해서는현재도심지역의노후화된상하수도관의관리를위한세부적인조사가선행되어야하며지질정보, 지하수관측망등의 DB에대한확보를통해올바른재해예방매뉴얼을만들어야할것이다. 그외에도다양한시각적접근을통해관리적대책을마련해야한다. 본연구에서는각유관기관에서발표한싱크홀, 지반침하의사례와발표된통계자료, 그리고해외의대응사례를살펴보고최근에발표된지반침하의원인과대책에대한기존의연구자료들을분석하여도심지역지반침하에대한대책을제언하고자한다. 2. 연구의배경 2.2 이론적배경 도심지역의싱크홀과지반침하에대한구분을명확히하기위해먼저일반적인용어에대한정의가필요하다. 일반적으로침하 ( 沈下, settlement) 는지반의하향변위를말하는광의적표현이다. 싱크홀 (sinkhole) 은지반내의동공 (hole) 이붕괴된것으로지하수또는인위적인영향으로동공이발생하고그지반의성분이물에녹거나침식되어큰동공으로확대되면서, 지반붕괴가되는현상이다. 싱크홀은주로석회암이나화산재층에서균열부등에물이집중침투되면서생기는동공에의한것들이많다. [Figure 1] 는일반적인침하와싱크홀의발생시에형태를보여주는그림이다. 2.1 연구의목적 지질전문가들은싱크홀과지반침하의용어를구분해서부르고있다. 지하수위의이동등에의해석회암층이변동되고이에의해지반이붕괴되는형태는자연적현상에가까운것으로싱크홀로통칭하며, 인위적인상황에의해지반이붕괴되어도로가파괴되는형태는지반침하, 함몰등으로정의한다. 특히도심지역의지반침하는재해가발생되면그피해가커질수밖에없다. 2014 년경기개발연구원의설문조사결과를보면수도권에거주하는조사응답자의 95% 가지반침하에대해서불안감을느끼고있는것으로나타났다. 시민들의불안을해소하고재해발생을최소화하기위해서대책수립과재해예방매뉴얼이재난관리체계에적극적으로반영되어야한다. 본연구에서는도심지역에서발생하는인위적인형태의지반침하를중심으로그원인을분석하고대책을찾기위한목적이있다. 특히, 주된원인인지하수위의이동에대해집중하고그관리적대책을찾기위해관련통계자료, 기관별원인분석을기준으로발표된연구들를분석하여구체적인재해예방대책에관해제언하고자한다. Settlement Sinkhole [Figure 1] Settlement & Sinkhole 싱크홀의발생과정을보면지하수로인해암반에빈공간이생기게되고상부의토양과지하수가그빈공간을채우게된다. 이렇게되면토양에아치 (arch) 형태의동공 ( 洞空 ) 이만들어지게되는데시간의경과와함께상부에하중이가해지게되면붕괴로이어진다. [Figure 2] 는미국지질조사국 (USGS, http:// water.usgs.gov/) 에서소개한싱크홀의진행단계를나타낸그림이다.
3 다가갑자기붕괴되어큰피해유발된다. 인간활동에의한원인으로과다한지하수의사용이주원인으로알려져있다. [Figure 3] 는여러나라의싱크홀의피해형태를보여주는사진이다. Guatemala (2010) Florida, USA (2012) [Figure 2] Sink holes proceed step 싱크홀은지반의지질구성상태, 붕괴시간, 붕괴의형태등에따라몇가지로분류할수있다. 용해형싱크홀 (dissolution sinkhole) 은지표수나빗물이지표에노출된석회암을녹이는과정에서생성되는것으로석회암지반에서는오랜시간지하수에용해되어동공 ( 동굴 ) 이생겼다가동공내에채워져있던지하수가빠지는경우발생한다. 화산재지반의경우는홍수시균열부나틈새로빗물이침투하면서일시에지반이세굴되는경우에도발생한다. 우리나라는강원도삼척, 영월지역이석회암지반으로구성되어있어이런지반에서의자연적인싱크홀도발생가능한것으로알려져있다. 침하형싱크홀 (cover-subsidence sinkhole) 은암반층의빈공간으로모래가많이포함된토양이오랜기간서서히침하되면서생성된다. 붕괴형싱크홀 (cover-collapse sinkhole) 은최근국내에서이슈로부각되고있는싱크홀의형태로점토층이두꺼운곳에서발생하는데점토의점착력으로인해일정기간버티 Schmalkalden, Germany (2010) [Figure 3] Sinkhole in other countries 3. 국내도심지반침하의사례와원인 3.1 인천지하철공사장도로붕괴 이내용은국토교통부의지반침하 ( 함몰 ) 안전관리매뉴얼에서발생사례중일부를발췌한것으로조사단의원인분석결과를포함하고있다. 2012 년 2월 18일인천시서구왕길동검단사거리부근인천지하철 2호선공사현장주변왕복 6차선도로한가운데서붕괴가발생하여이곳을지나던시민
4 김춘수 강경식 1명이사망하고수도관이파열되어서구왕길동과오류동일대수천가구에수돗물공급이중단되는사고가발생되었다. [Figure 4] 에서보여지는침하부분은폭약12m, 길이약 14m, 깊이는 27m 의크기로사고원인은지하철굴진공사로인한하부의지반침하와이침하로인한상부의대형상수도관파열, 그리고주변의토사지지력약화가복합적으로연결된재해로조사단은분석하였다. 이사고의원인을순차적으로본다면첫번째로하부지반의지하철터널굴진작업이이루어지고있는동안서서히상부지반이침하가진행되고있었으며두번째로는상부지반의침하를통해상수도관의누수가중첩되면서토사의유실이이루어졌다. 마지막으로토사유실에의해지하동공이형성되면서도로의하중이그대로붕괴되는순서로연결된사고이다. Road depression Underground caves [Figure 5] The accident site in Seokchon [Figure 4] The accident site in wanggildong Seo-gu Incheon 3.2 서울송파구일대의지반침하 송파구일대에서는여러건의싱크홀이비슷한시기에발생하였다. 2014 년 8월 5일석촌동석촌지하차도종점부에서는폭 2.5m, 길 7~15m, 깊이 10m의크기의도로함몰과지반침하가발생하였는데이곳은 9호선터널공사장주변이다. 또한석촌지하차도싱크홀원인조사중인근지역에폭 5~8m, 깊이 4~5m, 연장 80m 의동공 ( 洞空 ) 을비롯한다수의동공이추가로발견되었다. [Figure 5] 는도로함몰현장과지하동공의사진이다. 도로함몰원인분석 ( 석촌지하차도동공발생원인과도로함몰특별관리대책, 서울특별시, 2014 년 8월 ) 을보면이사고역시복합적인원인들로발생하였음을알수있다. 첫번째는하수관의노후와손상으로인한내용이다. 노후와손상의형태를보면노후화로인한부식, 균열, 접합불량, 관주변굴착공사, 되메우기도중의과도한하중으로인한배관의어긋남등이다. 두번째는도로시공불량및지하공사관리소홀인데이경우는굴착공사로인한지하수의저하로침하가급격히진행된것으로의심되었다. 지하굴착에의한함몰규모는상대적으로크게나타나는양상이될수있다. 따라서사전지반조사및철저한공사관리필요하며석촌지하차도에서발생한대형동공역시공사중관리소홀로추정했다. 4. 지반침하사고로인한시민불안 지반침하에대한원인과대책을마련하기위해서는시민의불안감에대한인식여부도중요한내용이다. 여기서는경기개발연구원주관으로실시된주민조사의결과중에몇가지를인용하여지반침하사고가주민들에게어떻게인식되는지를살펴보았다. 2014 년 8월14일수도권성인 1,000 명을대상으로실시된 싱크홀발생에대한주민들의인식조사 결
5 과 ( 경기개발연구원, 모바일설문조사, 신뢰도 95%, 오 차범위 ±3.10%) 를보면시민들의불안이매우높음 을알수있다. <Table 1> 은싱크홀에대한불안감에 대한것으로서울, 경기, 인천등수도권주민의 95% 이상은불안함을느끼고있는것으로나타났다. <Table 1> Anxiety about sinkhole (unit : %) Division Seoul Gyeonggi Incheon Number of respondents 524 387 89 Very anxious 52.86 56.07 46.07 Unstable 41.98 39.79 48.31 Not anxiety. 4.01 3.10 3.37 Not at all anxious. 1.15 1.03 2.25 <Table 2> 에서는싱크홀발생시가장위험할것같 은상황및장소에관한것으로서울시민들은 43.13% 가번화가에서싱크홀발생시가장위험할것 이라응답한반면, 경기 (38.50%) 와인천 (41.57%) 거 주주민들은출 퇴근시에가장위험할것이라응답하 였다. 이것은많은시민들이밀집된상황을위험하게 생각하고있음을보여준다. <Table 2> Sinkhole occurred and where such situations would be most at risk (unit : %) Division Seoul Gyeonggi Incheon Number of respondents 524 387 89 When commute 35.69 38.50 41.57 rectal 2.10 2.33 2.25 home 19.08 20.93 29.21 downtown 43.13 38.24 26.97 <Table 3> 은본인도싱크홀의피해자가될수있을 것이라는인식에대한것을조사한결과로 그렇다 가 55.1%, 매우그렇다 가 24.5% 차지하여수도 권에거주하는주민 80% 가싱크홀의피해자가될수 있을것이라고응답하였다. <Table 3> It also recognizes that there can be a sink-hole victims (unit : %) Division Seoul Gyeonggi Incheon Number of respondents 524 387 89 I agree very much. 24.81 25.06 20.22 To agree. 54.96 54.52 58.43 I do not agree 3.24 3.36 1.12 I do not agree at all. 1.91 2.07 1.12 I do not know. 15.08 14.99 19.10 <Table 4> 는최근우리사회에서가장위협이될수 있는재난에대해조사한결과, 홍수및태풍 이 39.6% 로가장높게나타났으며, 다음으로는 싱크 홀 이 29.9%, 폭염및가뭄 15.5%, 황사 12.8%, 산사태 2.2% 순으로나타났으며이것은 국내에서가장많은피해를입힌홍수, 태풍에이어싱 크홀의위험성을크게보고있음을알수있다. <Table 4> Recent disasters that could be the biggest threat in our society (unit : %) Division Seoul Gyeonggi Incheon Number of respondents 524 387 89 dust storm 11.64 13.95 14.61 landslide 3.63 0.52 1.12 sink-hole 29.58 29.20 34.83 Heatwaves and drought 16.22 14.47 15.73 Floods and typhoons 38.93 41.86 33.71 이설문조사의결과에서보면지반침하로인한직접 적인피해이외에도시민불안으로인한사회적인손실 도고려해야한다는것을알수있다. 이것은차후연 구할가치가있는내용으로보여진다.
6 김춘수 강경식 5. 지반침하로인한재해예방을위한제언 현재지반침하에대한대책을보면굴착공사시침하방지대책, 상하수도관리, 지반침하의예측분석, 재해발생시의관리메뉴얼작성등으로구분될수있는데굴착공사공법등의기술적대책은현재각전문분야에서지속적으로연구되고있다. 여기서는상하수도의관리등과같은일반적인관리대책에대해말하고자한다. 재해발생시피해를줄이기위한방법으로싱크홀발생징후를인지할수있도록제시한싱크홀발생징후지침역시일반시민들이쉽게이해할수있는현상을중심으로작성되어있다. <Table 6> 는싱크홀발생징후에관한내용이다. <Table 6> Sinkhole caused symptoms No symptom 5.1 싱크홀방지대책의해외사례 1 Symptoms caused cracks in foundation walls of the building 미국플로리다주는석회암지대가많은곳으로지하수에의해석회암이녹아싱크홀의발생이높은지역이다. 미국지질연구소에서는인구증가에따른지하수사용증가가싱크홀발생의주원인으로보고있다. 플로리다의경우싱크홀방지를위한관련조례를 2010 년부터시행하고있다. 이대책의일부를보면싱크홀발생에영향을미칠수있는건축기준과건축시공방법들에대한등급기준을마련하고그에따라건축물보험료를산정하도록규정하였다. 주택소유자는싱크홀보험가입을의무화하고싱크홀발생사고징후발생시보험사는해당주택의싱크홀여부를확인하도록규정하는등재산손실에대한대책을마련하였다. 기술적측면에서는플로리다의특성상지하수량보전이싱크홀방지에있어필수적임을고려하여도시물순환체계조성및식수 생활용수공급방안을중심으로한시공방법을제시하였다. <Table 5> 는플로리다의싱크홀예방을위한 6가지방법이다. <Table 5> 6 ways for the prevention sinkhole Step Contents 1 Redirect or block water 2 Treating underground limestone 3 Construction measures 4 Avoid construction on wetlands 5 Seawater treatment facilities Symptoms caused cracks in the corners 2 of windows and window frames Building floor or building a ramp to the ground and breathed into gold or 3 symptoms of the floor shifted horizontally This phenomenon occurs where the 4 bottom is dented If space is dew on the base structure 5 of the building or part maethi blistering occurs 6 If the ceiling or house that is leaking If a nail or the like of the wall surface 7 protrudes If the closing takes creaking open 8 windows or poorly visit 미국은일부지역자체관리매뉴얼이외에도미국항공우주국 (Nasa) 의인공위성과항공기에서촬영한레이더자료를용한싱크홀예측기술연구개발및범용화하는과정에있다. 실제로 2012 년에는기존레이더자료와달리높은해상도를가진 SAR(synthetic aperture radar) 을사용하여미국로스엔젤레스에발생한거대싱크홀을최소한달전에예측하여인근주민을대피시킨것으로알려졌다. [Figure 6] 는미항공국에서예측한미국로스엔젤레스의싱크홀과레이더분석자료이다. 6 Recycling gray water runoff
7 서울시는노후된하수관로가계속적으로늘어나고있는데 30년이넘은노후관로는 2013 년을기준으로전체의 48.4%(2013. 12.31. 하수도통계기준 ) 를초과하는것으로나타났다. 이에따라노후하수관로의정비가시급한데 <Table 8> 은서울시노후하수관로정비를위한연차별투자계획이다. Sinkhole in Los Angeles Analysis [Figure 6] Sinkhole and Analysis 5.2 서울시의상하수도관리 도심지반침하발생시가장큰피해가우려되는서울시는노후및손상된상하수도관로의관리가시급한상황이다. 2014 년서울시의도로함몰발생현황에서보면하수관로의손상이원인인경우가전체의 85% 을차지한다. <Table 7> 은 2014 년에발표한서울시의원인별도로함몰발생현황이다. <Table 8> Investment plans for the sewer pipe maintenance Busines s name division Aging sewer Aging water pipe pipes reinforced investigation Expenses Expenses Length (One (One Length hundred hundred (km) (km) million million won) won) statistics 2,900 303 964 10,583 2014 180 31 104 1,183 2015 680 68 200 2,200 2015 680 68 210 2,300 2017 680 68 220 2,400 2018 680 68 230 2,500 <Table 7> Subsidence caused by generation status Cause statistics Sewer pipe damage Water pipe damage Exca vation 이투자계획은노후관의전체길이에대해계략적으로평가한자료를바탕으로사업비가책정되어실제원할한집행을위해서는노후관로에대한세부조사가선행되어야할것으로사료된다. 5.3 지반침하 ( 싱크홀 ) 에대한통합관리대책 statistics 3,119 2,636 52 431 2010 435 409 5 21 2011 573 413 11 149 2012 689 611 13 65 2013 854 754 8 92 최근의지반침하와관련하여국토교통부에서는지반침하의예방과사고발생시의대처를위해안전관리매뉴얼을발표했다. 국토교통부지반침하 ( 함몰 ) 안전관리매뉴얼 의내용을보면지반침하 ( 함몰 ) 에대한유형별원인을제시하고, 예방, 대비, 대응, 복구등의절차를규정하였다. 여기서는대응을크게 3가지로분류하고있는데내용은 <Table 9> 과같다. 2014. l~7 568 449 15 104
8 김춘수 강경식 <Table 9> Ground subsidence (cave-in) safety management manual. Chapter Contents The purpose of the manual, coverage, term explanation, the 1 structure of the manual and features Subsidence causes of the accident 2 cases caused by type (domestic) Prevention, compared to Subsidence for the safe management practices 3 through case analysis, practical step-by-step response, recovery 이내용은예방, 대비, 대응, 복구의단계별로구분되어있으나싱크홀의원인인지질정보, 지하수위, 상하수도관에대한지반정보를정확히파악하여세부적인 DB를구축하는과정이추가되어야할것으로보인다. 지질정보는사업추진과정에서시추하여작성한지질주상도를토대로지질 DB 구축하는과정이필요하며지하수관측망을확충하여세분화된지하수위정보를축적하고상하수도관의위치도작성하는단계에대한연구조사도필요하다. 이러한데이터가축적되면싱크홀발생위험지도를작성하여사업승인및사업추진시기반공사기준제시에활용할수있게된다. 싱크홀발생위험이큰지역에대해서는사업제한및사업추진방식개선요구에활용할수있고지하철노선이나공법선정등에도적용할수있게된다. 현시점에서는우리나라의특성에맞는위험지도작성, 사업제한기준, 적정공법제안등을위해시범사업을추진하는대책이필요하다. 싱크홀의대책에서는수자원의관리가반드시필요한데수자원의이용및관리와홍수, 가뭄, 물부족, 싱크홀등의재난방지를위해중장기적인빅데이터활용관리체계마련하여싱크홀뿐만아니라다양한국가재난에대한연계관리도중요한부분이다. 이를위해서는관련업무가국토교통부, 환경부, 농림부, 소방방재청등으로분산 관리되고있는데, 이를개선하여빅데이터의관리체계를통합시스템으로관리하는것이보다효율적이라할수있다. 6. 결론 미국의싱크홀로인한재해예방사례에서도볼수있듯이싱크홀과지반침하를예방하는방법은철저한원인분석이우선되어야한다. 원인분석의첫번째단계는각지역별지반상태에대한데이터와지하수, 매설물등에대한데이터가충분히확보되는것이다. 현재매우노후화되어있는도심지역의상하수도는그교체시기가매우시급한상태이므로상태조사와동시에교체작업이이루어질필요가있다. 도시지역의확장으로인해하수관로는계속해서연장되고있기때문에노후하수관로에대한교체, 보강사업은장기적인사업이될수밖에없는데이때확보된데이터와함께지반침하에대한예측도고려되어야한다. 노후되거나손상된상하수도의관리는단순히싱크홀에대한대책만이아니라수자원관리의측면에서도중요한관점이다. 수자원의이용과재난방지를위한통합적인관리를통해도심지역의지반침하의많은부분들이예방될수있다. 결국데이터의수집과활용, 그리고국가재난관리에대한다양한시각적접근을통해여러가지시스템을점검하고새로운관리시스템에대한많은연구가필요하다. 7. References [1] Sung O. Choi, Yang-Soo Jeon, Eu-Sup Park, Yong-Bok Jung, Dae-Sung Chun, (2005), "Analysis of Subsidence Mechanism and Development of Evaluatiion Program", Tunnel & Underground Space Journal of Korea Society for Rock Mechanics, 15(3):195-212. [2] Lee Ki Young, (2014), Sinkhole, swallowing causes and countermeasures for cities, Gyonggi Research Institute, Issue & Analysis, (156). [3] Ministry of Land, Infrastructure and Transport, (2015) Subsidence Safety Management Manual, 8. [4] Choi, Byoung Il Park, Won Joo Park, Kyung Han Kwon, Eun Keum Shin, Cheol Shik, (2016), Deduction of Ground Subsidence Occurrence Condition by Technic Materials, Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection,
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