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ISSN : 1225-7672(Print)
ISSN : 2287-822X(Online)
Journal of the Korean Society of Water and Wastewater Vol.30 No.6 pp.623-634
DOI : https://doi.org/10.11001/jksww.2016.30.6.623

Suggestion of the Domestic CCTV Inspection Sewer Pipe Defect Codeby Sewer Defect Frequency Analysis

Jooyoung Son1, Jaehyun Lee1, Jungryul Kim1, Jeill Oh1*, Sungsoo Yoon2
1School of Civil & Environmental Engineering, Urban Design and Studies, Chung-Ang University
2Bluefox Systems Inc.
Corresponding author : Jeill Oh (ohjeill@cau.ac.kr)
October 12, 2016 October 28, 2016 October 30, 2016

Abstract

Sewer condition assessment involves the determination of defective points and status of aged sewers by a CCTV inspection according to the standard manual. Therefore, it is important to establish a reliable and effective standard manual for identifying the sewer defect. In this study, analytic reviews of the CCTV inspection manuals of the UK, New Zealand, Canada and South Korea were performed in order to compare the defect codes and the protocols of condition assessment. Through this, we also established the standardized method for defect code and revised the calculation method of assigning the condition grade. Analyses of the types and frequencies of sewer defects that obtained by CCTV inspection of 7000 case results, showed that the joint defect and lateral defect were the most frequent defects that occurred in Korea. Some defect codes are found to be modified because those did not occur at all. This study includes a proposed new sewer defect codes based on sewer characteristics.


국내 하수관로 결함빈도 분석을 통한 CCTV 조사 결함항목 코드 제안

손 주영1, 이 재현1, 김 정률1, 오 재일1*, 윤 성수2
1중앙대학교 사회기반시스템공학부
2(주)블루폭스시스템즈

초록


    Ministry of Environment
    2014000700006

    1.서 론

    하수관로 상태평가는 대상 하수관로의 서비스 제공 유무를 판단하고, 지속적인 서비스 품질 유지를 위한 O&M 계획 및 자본투자 계획을 수립하기 위해 사용 된다. 하수관로 상태평가의 구체적인 방법에는 CCTV 조사, 육안조사, 레이저 검사, GPR(ground penetrating radar) 등 다양한 방법이 존재한다(EPA, 2015). 그 중 가장 보편적으로 이용되고 있는 상태평가 방법은 CCTV 자주차를 이용하여 하수관로 내 영상을 촬영하 여 육안으로 결함항목을 판단하는 방법이다.

    국내의 경우, 한국상하수도협회의 조사 판독요원 교육이수자가 CCTV 조사영상을 판독하고 조사 보고 서 작성 업무를 수행할 수 있도록 자격을 제한하고 있다. 이러한 자격의 제한은 하수관로 내부 영상의 결 함항목 판독의 객관성을 확보하고 조사보고서의 품질 을 유지하기 위해 반드시 필요하다(MOE, 2015). 미국 에서도 하수관로 CCTV 조사판독의 품질확보를 위해 NASSCO(National Association of Sewer Service Companies) 사의 PACP(Pipeline Assessment & Certification Program) 교육이수 인증제를 시행하고 있다(NASSCO, 2013).

    판독요원의 판단에 따라 결함항목과 상태등급이 결 정되는 하수관로 CCTV 조사는, 판독대상과 판독요원 을 고려한 CCTV 조사 판독 기준의 확립이 무엇보다 중요하다. 그러나 국내의 경우 CCTV 조사 및 판독 기준의 매뉴얼 작성의 역사가 길지 않다. 현재 국내에 서 보편적으로 사용되고 있는 하수관로 CCTV 조사 매뉴얼은 2010년 관련 연구를 통해 결함항목 결함점 수에 의한 5등급의 상태등급 체계를 갖추었다(MOE, 2010 & 2011). 그러나 국내 CCTV 조사 매뉴얼은 충 분한 CCTV 조사자료를 바탕으로 결함항목에 대한 검 토가 이루어지지 못하였고, 뉴질랜드 매뉴얼 (NZWWA, 2006)의 결함항목과 상태등급 산정방법을 대부분 차용하여 활용하고 있기 때문에 이에 대한 면 밀한 검토가 필요한 실정이다.

    결함항목과 상태등급 산정방법의 중요성으로 인해 해외에서도 다양한 방법으로 하수관로의 CCTV 조사 매뉴얼을 검토하는 연구들이 진행되었다. 우선 캐나 다 국립연구위원회(NRCC)에서는 5개국의 매뉴얼과 자국의 매뉴얼의 결함항목 및 상태등급 산정방법에 대해 비교 검토하였다(Rahman, S., & Vanier, D. J., 2004). 캐나다 Edmonton시의 CCTV 조사 매뉴얼(SPCCM, Sewer Physical Condition Classification Manual)의 타당 성을 평가하는 연구에서는 미국의 PACP 매뉴얼과 영 국의 MSCC-4(Manual of Sewer Condition Classification, 4th edition) 매뉴얼을 실제 CCTV 조사 데이터를 통해 상태등급을 도출하여 상호 비교하기도 하였다 (Khazraeializadeh et al., 2014). 또한, 네덜란드, 오스트 리아, 독일의 세 가지 매뉴얼에 대해 동일한 조사영상 을 판독하여 결함 판독기준의 불확실성과 한계성을 분석한 연구도 있었다(Dirksen, J., Clemens, et al., 2013).

    Opila et al.(2011)의 연구에서는 기존의 결함항목 산 정 방법의 단점을 개선하기 위한 새로운 방법으로, 기 존의 확률적인 노후도 평가방법에 고장평균시간(MTF, mean tiem failure)을 적용하여 상태등급을 결정하는 방법을 제시하였다. 또한, 하수관로의 상태등급을 구 분하는 방법을 우선순위 기반, 물리기반 방법으로 크 게 2가지로 구분하기도 하였다. 우선순위 기반의 방법 은 일반적으로 사용되고 있는 CCTV 기반의 상태등급 산정방법이고, 물리기반의 방법은 기존방법을 보완하 기 위해 결함자체와 관로 개선을 위한 시공방법을 직 접적으로 연계하는 방법이다(G. Kley et al., 2013).

    국내의 경우에도 CCTV 매뉴얼 내의 결함항목과 실 제 현상을 분석하고 개선방안을 제시한 연구 사례가 있다. Han et al.(2013)의 연구에서는 원심력철근콘크 리트관(흄관)의 이음부와 균열 결함의 사례를 중심으 로 심각도(대, 중, 소)를 평가하고, 결함발생 매커니즘 에 기반하여 결함항목의 개선방안을 제시하고 있다. 그러나 해당논문에서는 검토 대상 CCTV 조사결과가 충분하지 않고 이론적인 메커니즘을 바탕으로 연구가 이루어졌다. 현재까지 다수의 CCTV 조사결과를 기반 으로 국내 매뉴얼의 타당성을 검토하고 다수의 해외 매뉴얼을 직접적으로 비교 분석한 사례는 보고되지 않았다.

    따라서 본 논문에서는, 우선 해외 CCTV 조사 매뉴 얼과 국내 매뉴얼과의 비교분석을 통해 결함항목과 상태등급 산정방법을 검토하였다. 또한, 국내 다수의 CCTV 조사분석 결과를 활용하여 결함항목의 발현 빈 도 특성을 검토하고, 해외의 결함발생 메커니즘과 차 별되는 국내의 하수관로의 결함 발현 특성을 도출하 였다. 이러한 정량적, 정성적 분석 결과를 토대로 국 내 CCTV 조사 분석 매뉴얼의 실효적인 하수관로 결 함항목을 제시하였다.

    2.접근방법

    2.1.하수관로 상태평가 절차

    하수관로 상태평가는 CCTV 조사뿐만 아니라, 유량 조사, 비파괴 조사 등 다양한 조사 방법을 통해 하수 관로의 상태 정보들을 수집한다. 상태평가는 기본적 으로 하수관로의 구조적, 수리적 관점에서의 현 상태 를 파악하기 위해 활용되며, 고장과 원인을 분석하고 미래의 파손을 예측하여 운영·유지관리에 합리적인 의사결정을 내리기 위해 활용된다.

    미국 환경청에 의하면, 상태평가는 Fig. 1과 같이 크게 5단계로 구분할 수 있다(EPA, 2009). 1) 사업계 획단계에서는 사업의 목표를 설정하고 성과를 판단하 기 위해 핵심성과지표 KPIs(key performance indicators) 를 결정한다. 2) 기존 데이터 검토 단계에서는 관로 자산관련 데이터 및 기존 조사결과 데이터를 정리하 고 조사우선순위를 설정한다. 3) 조사단계는 하수관로 의 구조적, 운영적 상태와 노후도를 평가하기 위해 일 반적으로 하수관로 CCTV 조사를 수행한다. 4) 데이터 관리 및 분석 단계에서는 확보된 CCTV 조사 영상을 하수관로 상태평가 매뉴얼에 기반하여 결항항목을 구 분하고 상태등급을 산정한다. 이때, 상태평가 매뉴얼은 영국 WRc(Water Research centre)의 MSCC, 미국 NASSCO의 PACP, 뉴질랜드 및 북유럽, 캐나다 등 개별 국가의 하수관로 환경에 적합한 매뉴얼을 개발하여 사 용하고 있다. 국내는 하수관로 CCTV 조사 및 개보수 판단기준 표준매뉴얼을 개발하여 활용하고 있다(MOE, 2011). 5) 의사결정단계에서는 잔존내용연수 및 위험도 를 산정하고 보수·유지관리의 의사결정을 수행한다.

    위 절차 중, 조사평가 단계와 데이터 관리 분석 단 계는 하수관로의 상태 데이터를 직접적으로 취득하고 결함을 판별하는 단계이기 때문에 가장 중요하다. 이 단계에서 취득된 영상자료는 ‘CCTV 조사 및 분석 매 뉴얼’에 따라 분석되고 상이한 상태평가 결과를 도출 하기 때문에 면밀한 검토가 필요하다(Khazraeializadeh et al., 2014).

    2.2.하수관로 CCTV 조사 및 분석 매뉴얼

    Fig. 2는 국가별 CCTV 조사 매뉴얼 종류와 시대적 발전과정에 대해 나타내고 있다. CCTV 조사 자료는 일정한 기준에 의해 결함을 육안으로 판독하고, 판독 된 결함의 크기나 종류에 따라 점수화하여 상태등급 을 산정한다. 아래 Fig. 2는 하수관로 상태평가 매뉴얼 의 발전과정을 나타내고 있으며, 모든 하수관로 상태 평가 매뉴얼은 WRc의 매뉴얼을 기반으로 개발되어 활용되고 있는 것을 알 수 있다(Thornhill and Wildbore., 2005, Chughtai, F., 2011).

    우선 영국 WRc의 MSCC 매뉴얼은 1997년을 시작 으로 2013년까지 총 다섯 번의 개정판을 발간하였다. 영국의 등급판정 기준은, 국내 매뉴얼과 마찬가지로 결함항목별 점수를 통해 상태등급을 판정하고 있으 며, 해당 등급판정 기준은 유럽 표준인 EN 13508-2를 활용하고 있다. 미국 NASSCO의 PACP와 캐나다의 NAPPI(The North American Association of Pipeline Inspectors)는 WRc의 개정 3판(MSCC-3)을 토대로 작 성되었고, 캐나다의 Edmonton시는 도시 내의 하수관 의 특징을 반영하여 기존 캐나다 매뉴얼을 보완하였 다(SPCCM). 뉴질랜드는 2006년 MSCC-4를 기반으로 작성되었으며 결함항목과 결함크기에 따라 점수를 배 정하고 점수를 합산하여 상태등급을 산정하였다. 마 지막으로, 국내 하수관로 상태평가 매뉴얼은 뉴질랜 드 매뉴얼(NZWWA, 2006)을 토대로 작성되었으며, 2010년 관련 연구에서 전문가 간담회, 국내외 판단기 준 검토, 조사시범운영을 통해 최종 발간되었다(MOE, 2010 & 2011).

    이와 같이 다양한 국가에서 하수관로의 상태를 평가 하기 위한 CCTV조사 매뉴얼을 개발하여 사용하고 있 으며, 각국의 매뉴얼은 결함항목의 표기법이 상이하고 상태등급을 산정하는 방법에 차이가 있다. 이러한 점수 화 체계는 각 나라마다의 관로 특성과 노후도 특성에 따라 서로 다른 결함항목과 상태등급 판정 기준을 활용 하고 있다. 특히, 국내 매뉴얼은 뉴질랜드의 매뉴얼을 기반으로 개발되었고 그 기원에는 영국의 매뉴얼과 타 국의 매뉴얼들이 존재한다. 따라서 국내외 매뉴얼의 결 함항목과 상태등급 산정방법을 비교 검토하여, 국내 매 뉴얼의 보편타당성과 표준성을 확보해야 할 것이다.

    2.3.하수관로 결함항목 및 상태등급 산정방법 분석

    2.3.1.결함항목 비교분석

    앞서 언급한 바와 같이, 해외의 상태평가 매뉴얼은 영국 WRc의 매뉴얼을 기반으로 작성되어 공통되는 결함항목을 포함하고 있다. 그러나 개별 국가의 하수 관로의 특성에 적합하도록 결함항목이나 점수에 차별 을 두어 개선하여 활용하고 있기 때문에 각국의 결항 항목과 점수 배점을 검토하였다(Khazraeializadeh, 2012, NZWWA, 2006, WRc, 2001, MOE, 2011).

    Table 1에서는 각 국의 매뉴얼에서 대표적인 구조적 결함항목을 구분하여 나타내고, 각각의 결함항목의 최 고 점수를 통해 산정될 수 있는 상태등급을 1등급에서 5등급까지 나타내었다. Table 2는 결함의 최대값 점수 를 활용하여 1에서 5등급까지의 상태등급을 산정하기 위한 점수의 범위 기준을 나타내고 있다. Table 1에서 구조적 결함항목은 총 18가지 항목으로. 대부분의 결함 항목의 점수와 점수의 의한 상태등급 산정값이 비슷한 결과를 보이고 있는 것을 알 수 있다.

    결함항목을 하나씩 살펴보면, 균열 항목의 경우 MSCC-4, SPCCM, PACP 매뉴얼에서는 균열의 크기에 따라 Crack과 Fracture으로 두 개 항목으로 구분하였으 며, 나선형 균열에 대한 구분이 추가되어 있다. 국내 와 NZWWA(New Zealand Water and Waste Water Association) 매뉴얼에서는 균열 항목을 Crack 하나의 항목으로 제시하였다. SPCCM은 균열의 모양에 따라 구분하지 않고 단순히 크기에 따라 구분하고 있었다. 모든 매뉴얼에서 복합결함을 최대 4등급으로 산정하 여 하고 있었다. 표면손상은 MSCC-4, SPCCM에서 최 대 4등급을 제시하였으며, 다른 매뉴얼에서 5등급으 로 제시하는 것에 비해 상대적으로 적었다. 라이닝 결 함은 NZWWA와 국내 매뉴얼에서 최대 5등급으로 제 시하고 있어, 미국이나 캐나다, 영국에서 3, 4등급으로 제시하는 것에 비해 상대적으로 높았다. 이는 뉴질랜드 에서 라이닝 결함에 대해 보수적으로 책정하기 때문인 것으로 판단된다. 좌굴은 연성관에서 발생하는 결함으 로 압축력으로 인해 관 내 표면이 울퉁불퉁해지는 현 상을 의미한다. 해당결함은 PACP에서만 3등급으로 제 시하고 있다. 파손항목은 다른 매뉴얼에서는 최대 5등 급을 할당한 것에 비해 MSCC-4에서는 최대 4등급을 배정하여 상대적으로 작은 배점을 할당하였다. 변형과 붕괴항목은 모든 매뉴얼에서 최대 5등급으로 산정되어 해당 결함이 하수관로에 구조적으로 심각한 영향을 미 치는 것으로 판단할 수 있다. 영구 장애물은 모르타르 등과 같이 시공 시 만들어져 고정되어 있는 장애물로, 일반적인 관 세정 장비를 사용하여 제거되지 않는 지 장물이다. 이를 NZWWA와 국내 매뉴얼에서만 4등급 으로 설정하고 있었다. 천공 결함은 뉴질랜드와 한국 의 매뉴얼에서 최대 4등급으로 설정하고 타 매뉴얼에 서는 5등급으로 설정하였다.

    연결관 결함항목은 NZWWA와 국내 매뉴얼에서 연 결관 침입(lateral protruding)와 접합부(lateral sealing faulty) 문제로 구분되고 있었으며, SPCCM와 PACP에 서는 라이닝 관련 항목에, MSCC-4에서는 운영적 결 함으로 구분되어있다. 다른 매뉴얼에서는 최대 3등급 으로 배정한 반면, MSCC-4에서는 연결관 침입을 최대 5등급으로 산정하여, 등급 배정에서 큰 차이를 보였다. 이는 돌출된 연결관이 실제 하수의 흐름을 방해하는 요 인으로 작용하는 것을 고려한 결과로 보인다. 이음부 관련 항목은 단차, 결함, 이탈, 3가지 항목으로 구분된 다. MSCC-4에서는 이탈에 더 높은 등급을 배정했고, NZWWA와 국내에서는 단차에 더 높은 등급을 배정했 다. 특히 PACP에서는 이음부 결함을 최대 2등급까지로 낮게 정의하였는데. 이는 이음부의 결함 자체가 관로 구조에 직접적으로 영향을 미치지 않는 걸로 판단한 결 과로 사료된다.

    그 외 결함항목으로 침하, 침입수, 단절, 보수결함 이 있다. 우선, 침하는 관이 물에 잠겨있는 정도로, SPCCM과 NZWWA, 국내 매뉴얼에서 최대 4등급을 부여했다. 침입수는 NZWWA에서만 3등급을 부여하 고 있었는데 지속적인 침입수 유입에 따른 구조적 결 함의 확대를 고려한 것으로 판단된다. 단절은 관의 일 부가 사라진 것으로 NZWWA와 국내에서 4, 5등급을 각각 부여하고 있었다. 보수결함은 MSCC-4와 PACP 에서 각각 최대 5, 4등급으로 정의하고 있다.

    이처럼, 각각의 매뉴얼은 결함항목의 표현방식이나 항목 구분에서 일부 차이가 있었으며, 이는 모든 매뉴 얼이 WRc의 MSCC를 기반으로 하고 있으나 개별 국 가에서 추가적인 연구를 통해 결함항목과 상태등급을 산정하기 위한 점수 배점을 수정·보완한 결과이다. 즉, 해당 국가의 하수관로 시공특성이나 환경적 요인으로 발생되는 주요결함의 발생 빈도 및 특성이 다르기 때 문에 결함항목과 상태등급 체계를 개선하여 사용하는 것으로 판단된다. 그러나 국내 매뉴얼은 뉴질랜드의 매뉴얼과 대부분의 결함항목과 점수 배점에서 동일하 였으며, 국내 하수관로 특성에 적합한 점수 배점을 고 려하지 않은 것으로 판단된다. 따라서 국내의 하수관로 상태평가 매뉴얼 또한 결함항목과 상태등급 산정방식 에 대한 국내 CCTV 조사 자료를 바탕으로 점수에 대 한 재검토가 이루어져야 한다. 다음은 등급을 산정하 기 위한 산정 방법에 대해 검토해 보았다.

    2.3.2.상태등급 산정방법 비교분석

    상태등급을 산정하기 위한 방법은 Table 3에서와 같이 매뉴얼마다 차이를 보인다. 우선 PACP를 제외한 다른 매뉴얼에서는 결함에 따른 차등적인 점수를 부 여하여 상태등급을 산정한다. 즉, 결함항목과 결함정 도에 해당하는 점수를 배정하고 일정구간 내의 다양 한 결함에 따른 점수들의 최대값 또는 평균값을 활용 하여 점수 범위에 해당하는 상태등급을 판정한다. 반 면, 미국의 PACP는 다른 상태등급 판정기준들과는 달 리 점수에 따른 별도의 등급판정 범위를 사용하지 않 으며, RI(Ratings Index)를 사용하여 등급을 산정한다. 이 방법은 개별 결함항목과 결함정도에 따라 직접적 으로 1~5등급을 할당한 다음, 해당 관에서 발생한 모 든 결함에 대하여 가중평균하여 상태등급으로 바로 사용하는 방법이다. 표면손상 결함을 예로 들면, 타 매뉴얼은 결함에 따라 대·중·소로 구별하여 점수를 부 여하고 점수범위에 따라 등급을 부여하지만 PACP는 화학적 표면손상-철근부식과 같이 구체적인 형상을 구분하고 등급을 직접 부여한다.

    또한, 각각의 매뉴얼은 등급을 산정하기 위해 전체 조사구간(맨홀부터 맨홀까지의 구간)을 단위구간으로 나누는 기준이 다르며, 결함항목의 평균값과 최대값 을 활용하는데 차이가 있다. MSCC-4와 SPCCM는 단 위구간을 본(segment, 관로의 이음부 사이의 구간) 단 위로 설정하고, 단위구간 내에서 관측된 결함들의 최 대값을 종합하여 전체 조사구간의 등급을 산정한다. 또한 PACP는 본 단위로 결함등급을 평균하여 전체 조사구간의 등급을 평가하는 방식을 사용한다. 반면 에, 뉴질랜드(NZWWA)와 국내 매뉴얼은 단위구간을 1m 단위로 설정하고, 최대값 및 평균값을 사용하여 전체 조사구간의 등급을 판정한다.

    타국의 매뉴얼에서는 미터 단위가 아닌, 본 단위를 단위구간으로 적용하여 상태등급을 산정하고 있었다. 이는 관로의 유지보수를 수행하기 위한 단위가 하나 의 본씩 이루어지기 때문에, 상태등급을 결정하는 단 위도 마찬가지로 한 본을 최소 단위로 결정한 것이다. 또한, 최대값을 이용하여 등급을 산정하는 이유는 단 위구간 내에서 단 하나의 심각한 결함이라도 존재하면 유지보수가 필요하기 때문이다. 따라서 유지보수를 고 려한 상태평가결과를 얻기 위해서는 본 단위의 단위구 간 설정이 필요하고, 구간 내의 상태등급의 최대값을 사용하여 전체 상태등급을 설정해야 할 것이다.

    2.4.국내 하수관로 결함 빈도분석

    2.4.1.CCTV 조사결과 자료대상

    결함항목의 적절성 검토를 위해, 환경부 기준에 따라 구조적, 운영적 결함 24개 항목을 판독한 하수관로 CCTV 조사판독 결과 데이터 활용하였다. 활용 자료는 Table 4와 같이, 국내 8개 시 지역(동두천시, 제주시, 의정부시, 수원시, 서울시(마포구, 서대문구), 평택시, 김해시, 양산 시), 전체 29개 CCTV 조사 보고서를 참고하였으며, 전체 7164건의 상태등급 판정결과가 존재하였다. 조사보고서 의 모든 판정결과 자료를 대상으로 하기에는 개별 항목구 분별 충분한 자료가 확보되지 않아, 충분한 개수가 확보 된 항목별 자료만을 활용하였다. 그 결과, 최종적인 CCTV 조사 결과자료 대상은 콘크리트 원형 흄관(원심력 철근콘크리트관)을 대상으로, 전체연장 274km, 평균연 장 38.13m, 관경 범위 300, 450, 600mm이며, 배제방식은 오수, 우수, 합류식관을 포함하고 있다.

    2.4.2.결함항목별 발생 빈도분석

    국내의 경우, 과거 급격한 경제성장으로 인해, 하수 관로의 도입 초기 하수관로의 시공품질을 확보하기 위한 관련 제도 및 지침이 정립되어 있지 않았고, 품 질관리를 위한 기술력 또한 확보되지 않은 채로 다수 의 관로공사가 이루어졌다. 2009년에 와서야 하수관 로 공사 표준시방서를 발간하여 하수관로의 시공품질 개선을 도모하고 있다(KWWA, 2015).

    이러한 이유로 국내의 하수관로에서 발생되고 있는 결함의 원인과 결함항목의 발현 양상은 Fig. 3에서와 같이 이음부와 연결부 결함이 전체의 68%를 차지하 고 있었다. 이는 하수관로 자체의 구조적인 노후화로 인한 결함(관 파손, 균열, 표면손상 등)보다는, 외부교 란(시공품질, 고의적 파손 등)에 의한 결함발생 요인 이 주요 요인으로 작용하였기 때문으로 판단된다. 실 제로 최근 노후하수관로 정밀조사 용역에서 20년 이 상된 합류식 하수관로, 우수관로를 대상으로 CCTV 조사결과를 분석해 보면, 이음부 불량 항목이 42.9% 로 가장 많은 수를 차지하였고, 연결관 불량항목 13.6%로 다음을 차지하고 있다. 여기서 관로 매설시 되메움 다짐 불량(시공불량)과 과적차량(외부교란)을 이음부 결함의 원인으로 판단하고 있었다(Lee, 2015).

    이음부 관련 결함은 전체의 38%로 가장 많은 비율 을 차지하고 있었다. 이음부 결함의 원인은 과거 관련 기준이 미흡했을 때 발생한 시공관리 문제에 기인한 다. 과거 국내 하수관로의 시공법으로 주로 맞대기 이 음방식이 활용되었으며, 이는 이음부의 틈새 간격으 로 수밀성이 떨어지고 칼라 없이 접합 후 모르타르 처리하여 불량 시공한 경우도 있다(Han et al., 2013). 앞에서 설명한 두 가지 예시의 경우, 시공 상의 문제 로 인해 하수관로에서 특정 결함항목인 이음부 관련 결함항목이 주로 발생될 수 있음을 시사한다. 또한 연 결관 관련 결함은 전체의 30%를 차지하고 있었는데, 이 또한 이음부 결함과 마찬가지로 연결관을 매설하 면서 본관에 연결할 시에 시공관리에 문제가 있었던 것으로 사료된다. 이러한 연결관 접합문제는 침입수 를 발생시키고 시공 장소가 많고 복잡하기 때문에 시 공에 철저한 주의가 필요함에도 불구하고 시공품질관 리가 제대로 이루어지지 않는 것으로 판단된다 (KWWA, 2015).

    Fig. 4를 살펴보면 결함점수와 빈도의 관계를 파악할 수 있다. 이음부 이탈(Joint, Open), 이음부 결함(Joint, Faulty), 연결관 침입(Lateral, Protruding), 연결관 접합부 결함(Lateral, Sealing faulty)에서 중, 소규모의 결함이 대 부분을 차지하고 있으며 대규모의 결함은 거의 발생하지 않았다. 또한, 이음부 결함과 연결관 침입의 발생빈도에 서 중규모 결함이 소규모 결함보다 더 많이 발생하고 있었다. 게다가 중, 소규모의 결함 점수가 실제 발생빈도 를 고려하고 있지 않아 유지보수를 위한 결함점수 산정에 기여하지 않을 우려가 있다. 따라서 이러한 분포의 적절 성을 확보하기 위해 결함판단 기준을 국내 하수관로 특성 에 적합하도록 수정해야 할 것이다.

    Fig. 5는 표본의 관경구분과 배제방식에 따라 개별 결함의 발생 분포를 검토한 결과이다. 우선, 이음부 이탈은 소형관(300 mm)과 오수관로에서 많이 발생하 고 있었다. 이음부 이탈이 관경이 작은 관로에서 더 많이 발생하는 이유는, 소형관이 상대적으로 비교적 얕은 깊이에 매설되고, 대형관 대비 작은 관경으로 인해 작은 관성 모멘트를 가지고 수직하중에 의한 굽 힘 모멘트에 대한 저항이 작기 때문이다(Young & O'Reilly, 1983). 또한, 소형관로 특성상 주택단지 골목 에 매설되는 경우가 많아, 시공 시에 하수관로를 직선 으로 매설하지 못하고 곡관으로 휘어지게 연결하였기 때문으로 판단된다. 반대로 연결관 결함은 대형관 (600 mm)과 특히 합류식관에서 발생빈도가 높은 것을 확인할 수 있다. 이러한 이유는 합류식관로의 경우 과 거에 본관을 매설한 이후, 주변 주택개발에 따라 연결 관을 시공할 때 시공의 품질 관리가 제대로 이루어지 지 않았기 때문이다. 연결관의 적절한 길이 조정이나 실링을 완벽하게 하지 않았기 때문에, 연결관 침입과 연결관 접합부 결함이 발생하게 되는 것이다.

    발생빈도가 거의 없는(전체 결함항목 중 빈도 1%이 하)에 대한 결함 항목을 검토한 결과는 Table 5와 같 으며, 발생빈도가 적은 이유를 차례로 살펴보면 다음 과 같다. 우선, 라이닝을 시행한 하수관로를 대상으로 CCTV조사를 수행하는 경우는 드물기 때문에 발생빈 도가 적은 것으로 추정된다. 또한, 강성관에서의 파손 이 발생하지 않고 변형 결함이 발생하는 것은 원천적 으로 불가능한 것으로 판단된다. 관붕괴는 심각한 영 향을 초래하기 때문에 실제 발생빈도가 낮은 것이 타 당한 것으로 판단된다. 관 단절은 다른 대체할 결함 항목이 존재하거나 해당 결함에 대한 판독의 어려움 때문에 빈도가 적은 것으로 판단된다. 마지막으로 운 영적 결함항목의 내피생성, 기타장애물, 폐유부착은 사업장 내에서 일반적인 유지관리 활동에 의해 하수 관로 내부가 관리되고 있어 발생빈도가 그리 크지 않 은 것으로 판단된다.

    3.결과 및 고찰

    앞에서 검토한 관로 해외 CCTV 조사 판독 매뉴얼 과 하수관로 결함항목 빈도분석을 통해 국내 하수관 로 CCTV 조사 매뉴얼의 결함항목을 도출하였다. 구 조적 결함항목과 운영적 결함항목의 국문 표기와 영 문 표기, 그리고 코드네임을 Table 6과 Table 7에 각각 정리하였다. 기본적으로 기존 결함항목의 영문표기를 결함의 발생 형태를 고려하여 수정하고, 국제 표준 매 뉴얼과 동일한 명칭을 사용하여 매뉴얼 활용의 혼동 을 제거하였다. 국문 표기는 기존 매뉴얼의 표기를 사 용하되 영문표기의 의미를 가장 잘 표현할 수 있도록 일부 수정하였다.

    우선, Table 6에서 구조적 결함항목의 나선형 균열 은 영국, 미국, 캐나다 매뉴얼에 모두 존재했지만 국 내 매뉴얼에서는 추가하지 않았다. 왜냐하면 복합균 열의 발생 빈도가 적어 결함항목을 구별하는 의미가 크지 않고, 기존 복합 균열만으로도 충분히 해당 결함 을 표현하는데 무리가 없었으며 오히려 둘을 구분하 여 판독하는 것이 불가능할 것으로 판단하였기 때문 이다. 보수 결함 또한 보수 이후에 발생되는 결함으로 영국과 미국에서는 사용하고 있었지만 국내 매뉴얼에 는 추가하지 않았다. 그 이유는, 국내의 경우 상대적 으로 하수관로의 매설년도가 오래되지 않았고 보수공 사 이후 오랜 시간이 지나지 않아 보수결함이 발생되 지 않을 것으로 판단되었기 때문이다.

    본 연구에서 제시하는 결함항목은 강성관 뿐만 아 니라 연성관 결함에 대해서도 고려하여 작성되었다. 이 는 연성관(PE관 등)의 내구성과 시공의 용이함으로 인 해 매 년 사용 빈도가 증가하고 있기 때문이다(MOE, 2014). 우선, 좌굴 항목은 PACP 매뉴얼에만 존재하는 결함항목으로 국내 하수관로에서 발생 가능성이 충분 하므로 추가되었다. 또한, 발생 빈도분석 결과에서 강 성관 변형이 발생되고 있지 않은 것을 참고하여, 연성 관에서 변형만을 고려하기 위해 기존의 강성관 결함을 통합하여 하나의 변형 항목으로 수정하였다.

    그 외, 관단절(Tomo)은 관의 일부가 사라진 것으로, 결함항목의 판독의 모호성으로 인해 발생빈도가 0에 가까웠으며, 타 매뉴얼 검토 결과에서도 결함으로서 사용되고 있지 않았기 때문에 삭제되었다. 영구 장애물 은 과거 시공품질의 불량으로 인해 발생된, 관 세정장비 로는 제거되지 않는 모르타르 및 외부 지장물이다. 해외 매뉴얼에는 존재하지 않았지만 국내 하수관로에서는 발 생빈도가 2% 정도로 높았기 때문에 하수관로 결함항목 으로서 적합하다고 판단되었다. 또한, 역경사는 하수의 흐름을 방해하여 퇴적을 발생하게 하고 악취와 부식을 유발할 가능성이 높기 때문에, 결함판독이 필요한 중요 한 인자로 판단되었다.

    운영적 결함은 Table 7에서와 같이 기존의 내피 생 성, 토사퇴적, 폐유부착을 퇴적으로 묶어 구분을 용이 하게 하였으며, 침입수로 인해 유발되는 운영효율 저 감 부문을 반영하기 위해 모든 국외 매뉴얼의 운영적 결함에 포함되어 있던 침입수 항목을 별도로 추가하 였다.

    4.결 론

    하수관로의 상태평가를 위해서는 반드시 국내 하수 관로 결함 현황에 적합한 하수관로의 CCTV 조사 및 분석 매뉴얼을 활용해야 한다.

    따라서, 본 연구에서는 영국, 미국, 뉴질랜드, 캐나다 4가지 해외 CCTV 조사 매뉴얼을 국내 매뉴얼과 비교 검토하여 국내 CCTV 조사 매뉴얼과의 차이점을 검토 하였다. 이를 통해 해외에서 사용되는 결함항목과 국 내의 결함항목을 비교하여 항목의 보완 가능성을 검토 할 수 있었고, 결함항목을 해외에서 통용되는 명칭으 로 표준화하였다. 또한 결함항목의 점수를 활용하여 상태등급을 산정하는 방법은 미터 단위가 아닌 본 단 위를 단위구간으로하여 유지관리까지 고려하여 등급 산정이 가능하였다. 따라서, 국내 매뉴얼의 상태등급 산정방법의 보완이 필요한 것으로 판단되었다.

    또한, 하수관로 결함 빈도분석을 통해 실제 현장에 서 발생되고 있는 국내 하수관로의 결함 특성을 파악 하였다. 국내에서는 특히 과거의 시공품질 저하로 인해 이음부 결함과 연결관 결함이 다수 발생하고 있었다. 또한, 빈도분석을 통해 이음부 결함과 연결관 결함의 크기의 구분이 적절하지 않음을 알 수 있었다. 국내 CCTV 조사 매뉴얼에 존재하는 결함항목이지만 실제로 발현 빈도가 낮은 항목(관단절 등)을 파악하여 결함항 목의 실효성을 판단할 수 있었다. 관경과 배제방식에 따른 결함항목의 분포 특성을 통해 소형 오수관로에서 이음부 결함이 주로 발생하며, 대형 합류식관로에서 연 결관 결함이 주로 발생하는 것을 확인하였다.

    결론적으로, 해외 CCTV 조사 매뉴얼을 비교분석하 여 국내 하수관로 CCTV 조사 매뉴얼의 구조적, 운영 적 결함항목의 국문 및 영문 표기방안과 코드체계를 제안하고, 국내 하수관로 결함항목 빈도분석을 통해 실효적인 결함항목을 제안하였다.

    사 사

    본 연구는 환경부 “환경정책기반공공기술개발사업 (과제번호 2014000700006)”으로 지원받은 과제입니다. 이에 감사드립니다.

    Figure

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    Sewer condition assessment protocol (adapted from McDonald and Zhao, 2001)

    JKSWW-30-623_F2.gif

    Historical background of sewer condition assessment protocols bases on the WRc protocol (adapted from Thornhill and Wildbore, 2005)

    JKSWW-30-623_F3.gif

    Occurrence frequency analysis of sewer defect code - principal defect code with high frequency

    JKSWW-30-623_F4.gif

    Occurrence frequency analysis of sewer defect code - distribution of defect size (large, medium, small) and defect score

    JKSWW-30-623_F5.gif

    Occurrence frequency analysis of sewer defect code - distribution of diameter(300mm, 450mm, 600mm) and sewer type(sanitary, stormwater and combined sewer)

    Table

    Structural defect codes; maximum score and grade of peak scores of MSCC-4, SPCCM, PACP, NZWWA, and Korean manual

    ※ 1)MSCC-4 : Manual of Sewer Condition Classification, 4th edition,
    2)SPCCM : Sewer Physical Condition Classification Manual,
    3)PACP : Pipeline Assessment & Certification Program,
    4)NZWWA : New Zealand Water and Waste Water Association

    Structural condition grade thresholds of peak score, MSCC-4, SPCCM, NZWWA, and Korean manual

    ※PACP does not calculate the grade by scoring. The grade is calculated directly based on defect code

    Structural condition grade scoring method; MSCC-4, SPCCM, PACP, NZWWA, and Korean manual

    Characteristics of CCTV inspection data

    Sewer defect code occurrence frequency - non- principal defect code with low frequency

    Revised sewer structural defect code in Korean CCTV inspection manual

    *Proposed new structural defect code

    Revised sewer operational defect code in Korean CCTV inspection manual

    *Proposed new operational defect code

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