삼중수밀 공동구 접합 공법의 성능 평가

국문 초록 (Abstract)

최근 도시의 지중 인프라 시설의 설치가 증가되면서, 전력, 통신, 상·하수관로 등과 같은 주요 인프라 시설의 지중 매설에 필요한 공동구의 구조적 안전성과 누수 방지, 그리고 유지관리의 효율성이 주목받고 있다. 이 연구는 조립식 콘크리트 공동구의 접합부에서 반복적으로 발생되어 온 누수와 구조 취약성의 문제를 해결하기 위해 도입한 삼중수밀 공법을 분석 대상으로 삼았다. 접합부의 구조적 안정성과 수밀성능을 검토하기 위해 실험실 시험을 시행하였으며, 현장 적용성을 평가하기 위해 현장 실증을 병행하였다.
양·단방향 강선 정착이 가능한 앵커콘을 이용하여 접합부에 프리스트레스력을 도입하고 변위에 쉽게 대응할 수 있는 주름형 폐합 지수판과 차수 및 공극 최소화를 위한 무수축 모르타르 충진이 이 연구의 기술적 핵심이다.
검증 방법으로는 KS 기준에 따른 재료 물성(PC 압축강도, 모르타르 성능)과 접합부 수밀시험(정수압 단계 가력, 수평이격·부등침하 모사), 기계적 성능(전단·휨) 시험을 실시하고, 실규모 현장 시공을 통해 시공성·품질 재현성·하자 발생 여부를 확인하였다. 실험 결과, 28일 재령 콘크리트 압축강도 47.4–48.4 MPa 수준의 기초 물성 확보가 확인되었다. 또한, 0.03→0.10 MPa 단계 수밀시험과 수평이격 5 mm·40 mm의 부등침하 조건의 수밀시험에서도 누수가 발생하지 않았으며 접합부 전단 파괴하중 1 645 kN, 휨 파괴하중 824.6 kN으로 기준 요구치를 상회하는 것으로 확인되었다. 현장 적용에서는 표준화된 공정(거치→조립→이음부 시공)으로 준공 후 하자가 발생되지 않았음을 확인하였다.
본 연구는 조립식 공동구 접합부의 주요 하자(개구·누수·균열)에 대해 정착–차수–충진의 일체 공법이 실효적 대안이 될 수 있음을 실험·현장 자료로 입증하며, 설계·시공·품질관리 단계에서 적용 가능한 성능 기반 체크리스트를 제안한다. 경제성은 총원가 기준 약 10% 내외 절감 가능성을 시사하나, 프로젝트 조건 의존성이 있으므로 다현장 검증을 향후 과제로 제시한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Frequent underground water intrusion, joint opening due to differential settlement, and maintenance burdens remain key challenges for precast utility tunnels. This study evaluates a modular precast concrete (PC) tunnel system (“Triple-Seal Joint System for utility tunnels”) that integrates bidirectional anchorage cones and an embedded corrugated closed water‑stop with non‑shrink mortar to secure joint integrity without external post‑tension ducts or additional waterproofing layers.
A comprehensive test program was conducted. Joint stability was verified by pressure‑step watertightness tests up to 0.10 MPa with no leakage, lateral‑gap watertightness at 5 mm and 40 mm offsets up to 0.18 MPa, and structural capacity tests yielding shear 1,645 kN and flexural 824.6 kN at failure. Concrete compressive strength at 28 days averaged 48.4 MPa. Seismic robustness was examined through AC156‑based shake‑table procedures. Environmental compliance (potable water and waste‑leachate protocols) showed non‑detectable levels for regulated items. Field deployments (e.g., a 536 m section in an industrial district) demonstrated constructability and serviceability under real constraints. Economic analyses indicated 7.3% savings in direct costs and ≈10.9% reduction in total project cost versus conventional jointing plus separate waterproofing processes, primarily by eliminating post‑waterproofing steps and simplifying assembly.
The results confirm that the proposed KC System achieves reliable joint sealing and enhanced structural safety while improving constructability and life‑cycle economy. The study concludes with implementation guidelines based on the system’s specification and maintenance manual, supporting broader adoption in urban and utility corridors requiring durable, watertight PC tunnels.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 1
• 1.2 연구의 목적 2
• 1.3 연구의 내용 및 범위 3
• 제 2 장 동종 관련기술 동향 5
• 2.1 기존 공법 개요 5
• 2.1.1 아이볼트 공법 5
• 2.1.2 PS강선 공법 6
• 2.2 기존 공법의 현황 및 문제점 7
• 제 3 장 공동구 공법의 개발 배경 및 기술적 당위성 10
• 3.1 개발 배경과 문제 인식 10
• 3.2 삼중수밀 공법의 기본 개념 10
• 제 4 장 분석방법 및 실험설계 개요 12
• 4.1 개요 12
• 4.2 수밀성 평가 12
• 4.2.1 정수압 단계 수밀성 12
• 4.2.2 수평이격/부등침하 상태 수밀성 13
• 4.2.3 접합부 투수 성능시험 14
• 4.3 전단·휨 구조시험 14
• 4.4 내진/진동대 비교시험 16
• 4.5 수질/유해물질 시험 17
• 4.6 무수축 모르타르 시험 18
• 4.7 현장 적용성·품질/투수 보완검증 19
• 제 5 장 성능 검증 및 분석 결과 20
• 5.1 수밀성 평가결과 20
• 5.1.1 정수압 단계 20
• 5.1.2 수평이격/부등침하 21
• 5.1.3 접합부 투수 성능시험 결과 22
• 5.2 전단·휨 구조시험 결과 23
• 5.3 내진/진동대 비교시험 결과 25
• 5.4 환경 적합성 평가 27
• 5.5 무수축 모르타르 시험 결과 28
• 5.6 현장 적용성·품질/투수 보완검증 결과 29
• 5.7 통합 해석 및 시사점 32
• 제 6 장 결론 33
• 참고문헌 35
• Abstract 37