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제출문
환경기술개발사업 최종보고서·초록
요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 26
제1절 연구개발의 배경 및 필요성 27
1. 연구 개발 배경 27
가. 국내 하수관의 현황 27
나. 하수관의 노후화로 인한 문제점 27
다. 굴착에 의한 하수관 교체 수행 27
라. 기존 굴착에 의한 교체 방법의 문제점 인식 27
마. 굴착 공법을 대체할 새로운 공법의 필요성 대두 28
바. 선진 외국의 비굴착 기술 개발 28
사. 신개념의 하수관거 정비 기술인 비굴착 공법 28
아. 국내 비굴착 공사의 대규모 시장성 28
2. 연구 개발 필요성 29
가. 국내 현황 및 비굴착 보수 공법의 필요성 29
나. 국내의 비굴착 보수 공법의 현황 및 문제점 29
다. 변형관 삽입공법의 장점 및 도입의 필요성 30
3. 기술개발 시 중점 사항 및 해결방안 32
가. 재료의 물성 취약 및 해결방안 32
나. 온도 변화에 의한 수축/팽창 발생 및 해결방안 33
다. 보수 후 이음부단차 부분에 주름 발생 및 해결방안 33
4. 변형관 삽입공법의 공정별 기능 34
가. 공장 작업 단계 34
나. 현장 사전 단계 35
다. 현장 시공 단계 37
라. 현장 정리 단계 43
제2절 연구개발의 목적 및 최종목표 44
1. 연구개발의 목적 44
2. 연구개발의 최종목표 44
제2장 국내외 기술개발 현황 45
제1절 국내 관련 기술의 현황 46
1. 하수관 비굴착 공법의 개발역사 46
가. 배경 46
나. 비굴착공법의 국제 조직 및 동향 47
다. 하수관 비굴착 공법의 개발 동향 47
2. 하수관 비굴착 전체보수공법의 종류 49
가. 신관삽입공법(Slip Lining) 52
나. 폴리에틸렌 변형관 라이너(Deformed Polyethylene Liner) 57
다. 제관공법(Spirally Wound Pipes Lining) 58
라. 보강튜브경화공법(Cured in place Pipes Lining) 60
3. 국내 비굴착공법의 개발 현황 62
가. 건설신기술 지정현황 62
나. 국내 신기술 인정 비굴착공법 64
다. 기술력 현황 68
제2절 국외 관련 기술의 현황 71
1. 국외 수준 71
2. 국외의 비굴착 보수 공법의 종류 71
제3절 국·내외 기술과의 차별성 72
1. 국·내외 기술의 차별성 72
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 73
제1절 재료특성 및 시공공법개발 75
1. 개요 75
가. 적용 가능한 라이너 재료 검토 75
나. 라이너 재료 특성 시험 75
다. 시공 공법 개발 75
라. 구조적 안정성 검토 75
2. 적용 가능한 라이너 재료 검토 76
가. 재료 선정시 고려 사항 76
나. 재료의 선정 76
3. 라이너 재료 특성 시험 78
가. 기본물성 시험 78
나. 장기물성 시험 96
4. 시공 공법 개발 110
가. 수축/팽창 억제 및 말단부 처리 기술 개발 110
나. 주름 제거 시험 117
다. 외압에 의한 들뜸 시험 120
제2절 현장시공 및 적용성 평가 127
1. 개요 127
가. 라이너의 구조적 안정성 평가 127
나. 현장 적용성 평가 127
2. 라이너의 구조적 안정성 평가 128
가. 두께산정 공식 검토 128
나. 말단부 처리된 라이너 거동 분석 135
다. 들뜸 시험 139
3. 현장 적용성 평가 146
가. 말단부 처리공법 평가 152
나. 주름제거 시험 163
다. 압축하중 시험 165
제3절 경제성 평가 및 개선사항 168
1. 경제성 평가 168
가. 공법별 라이너 원가 비교 168
나. 공법별 순공사비 비교 168
2. 개선 사항 172
제4절 결론 178
1. 재료특성 및 시공공법 개발 178
2. 현장시공 및 적용성 평가 180
3. 경제성 평가 및 개선사항 181
제4장 목표 달성도 및 대외 기여도 183
1. 연구개발 목표 달성도 184
가. 목표의 달성도 184
2. 대외 기여도 184
제5장 연구개발결과의 활용계획 187
1. 기술의 향상 188
2. 시장확보 방안 188
제6장 참고문헌 189
표 2.1.1. 하수관 비굴착 전체보수공법의 특성 52
표 2.1.2. 국내 도입공법의 실사 결과 63
표 2.1.3. 건설교통부지정 신기술 - 하수관 비굴착 전체보수공법 64
표 2.1.4. D-INS 공법의 시공공정 65
표 2.1.5. H.A.T 공법의 시공공정 66
표 2.1.6. A-HLS 공법의 시공공정 67
표 2.1.7. SGT Breath 공법의 시공공정 68
표 2.1.8. 국내 신기술의 특징 69
표 2.3.1. 미국 및 일본에서 주로 사용하는 변형관 삽입 공법 72
표 3.1.1. 선정된 재료의 특징 77
표 3.1.2. 라이너 재료 특성 시험 개요 78
표 3.1.3. 재료별 시편 제작(KS M ISO 178) 79
표 3.1.4. 단기 굴곡 강도 측정 시험 80
표 3.1.5. 단기 굴곡 강도 및 굴곡 탄성계수 결과 80
표 3.1.6. 단기 굴곡 강도 측정 시험 81
표 3.1.7. 인장강도 시험 결과 81
표 3.1.8. 열원별 온도 상승(80℃)에 소요되는 시간 82
표 3.1.9. 할로겐 히터와 시편 거리에 따른 연화 시간 측정 84
표 3.1.10. 시험 결과 정리 86
표 3.1.11. 재료에 따른 두께별 온도 예측식 87
표 3.1.12. 열전달 시험 전경 90
표 3.1.13. 라이너 재료별 수축팽창 시험 전경 92
표 3.1.14. PE liner의 온도에 따른 수축량 결과 값 94
표 3.1.15. PE 복합재질의 온도에 따른 수축량 결과 값 94
표 3.1.16. VG2의 온도에 따른 수축량 결과 값 95
표 3.1.17. PVC복합재질의 온도에 따른 수축량 결과 값 95
표 3.1.18. 재료 종류별 온도 변화와 단위 길이별 선팽창계수 제시 96
표 3.1.19. 내마모성 시험 시편 및 장치 설치 후 시험전경 97
표 3.1.20. 내마모성 시험 결과(무게변화, g) 97
표 3.1.21. 50년 후 단위 면적당 무게 변화 예측 98
표 3.1.22. 재질별 적용하중 계산 99
표 3.1.23. 장기 휨 탄성계수 시험 전경 100
표 3.1.24. 탄성계수 변화율 101
표 3.1.25. 내약품성 시험의 약품 종류 및 농도 102
표 3.1.26. PE라이너의 내화학성 시험 결과 103
표 3.1.27. EVP의 내화학성 시험 결과 103
표 3.1.28. VG2의 내화학성 시험 결과 104
표 3.1.29. Hi-3P의 내화학성 시험 결과 104
표 3.1.30. 내화학성 시험을 위한 시약별 침지 모습 105
표 3.1.31. 조도 계수 시험 결과(10회 평균값임) 107
표 3.1.32. 조도계수 시험 전경 108
표 3.1.33. 라이너 재료 특성 시험 결과 109
표 3.1.34. 수축/팽창 억제 및 말단부 처리 공법 시공 과정 111
표 3.1.35. 수축/팽창 억제 및 말단부 처리 공법 시험 과정 114
표 3.1.36. 수축/팽창 시험 결과 116
표 3.1.37. 말단부 처리 방법에 따른 누수량 측정 결과 116
표 3.1.38. 말단부 처리공 후 누수시험 과정 및 전경 117
표 3.1.39. 주름 발생 과정 118
표 3.1.40. 주름 제거 시험 120
표 3.1.41. 들뜸 시험 과정 및 전경 122
표 3.1.42. 수두별 라이너의 변형량 조사 124
표 3.1.43. 탄성계수와 수압에 따른 관경별 라이너 두께 계산법에 의한 결과 값 126
표 3.2.1. CIPP 형상 및 부부파손 128
표 3.2.2. CIPP의 재원 및 장기탄성계수 곡선 130
표 3.2.3. 원형 아치의 좌굴 하중 계수 (Haftka and Mallett, 1971) 131
표 3.2.4. 이론식과 해석결과 비교 134
표 3.2.5. 재료 특성 및 작용하중 137
표 3.2.6. 들뜸 시험과정 141
표 3.2.7. Strain gauge1에서의 변위 142
표 3.2.8. Strain gauge2에서의 변위 143
표 3.2.9. Dial gauge에서의 변위 145
표 3.2.10. 연결관 통관 과정 148
표 3.2.11. 현장시험 시공 과정 149
표 3.2.12. 주름발생 시공 과정 151
표 3.2.13. 링 체결 과정 153
표 3.2.14. 링 미처리시 온도에 따른 수축팽창 변위 154
표 3.2.15. 말단부 링처리(2ea 장착)시 변위 155
표 3.2.16. 말단부 링처리(3ea 장착)시 변위 156
표 3.2.17. 1차년도 수축팽창시험 결과 157
표 3.2.18. 2차년도 수축팽창시험 결과 158
표 3.2.19. 수밀시험 준비과정 및 현장 사진 160
표 3.2.20. 수밀시험 조건별 수두변화 161
표 3.2.21. 수밀시험 결과 162
표 3.2.22. 주름제거 장치 및 시공과정 164
표 3.2.23/3.2.25. 열풍기 재원(LEISTER 열풍기10000s) 165
표 3.2.24/3.2.26. 하중시험 과정 166
표 3.2.25/3.2.27. 조건별 하중분포 167
표 3.3.1. 하수관 비굴착 라이너 원가 비교표(m당) 168
표 3.3.2. 공법별 순공사비 비교표(대표관경 600mm, 관연장 100m) 169
표 3.3.3. 변형관삽입공법과 CIPP 공법의 주름제거 여부 비교 172
표 3.3.4. 변형관 삽입 공법과 CIPP 공법의 수축/팽창 저감 여부 비교 173
표 3.3.5. 변형관 삽입 공법과 CIPP 공법의 시공 단계 및 소요 시간(hr) 비교 173
표 3.3.6. 변형관 삽입 공법과 CIPP 공법의 품질 안정성 비교 175
표 3.3.7. 변형관 삽입 공법과 기존기술의 통수능 비교 177
표 4.1.1. 연구개발 목표 및 달성도 184
그림 1.1.1. 변형관삽입공법(Close-Fit Pipes Lining) 30
그림 1.1.2. 변형관 31
그림 1.1.3. 릴에 감긴 라이너 31
그림 1.1.4. 공장에서 생산된 PE 라이너(한 본(本)당 9m) 34
그림 1.1.5. PE 라이너 융착 34
그림 1.1.6. PE 라이너 변형 34
그림 1.1.7. PE 라이너 릴에 감기 35
그림 1.1.8. 릴(Spool)에 묶기 35
그림 1.1.9. 맨홀 상판 제거 35
그림 1.1.10. 물돌리기 36
그림 1.1.11. CCTV 차량 36
그림 1.1.12. CCTV 조사 전경 36
그림 1.1.13. 연결관 돌출(CCTV) 37
그림 1.1.14. 나무뿌리침입(CCTV) 37
그림 1.1.15. 고압 세정차 37
그림 1.1.16. 관내 세정 37
그림 1.1.17. PE 라이너의 관내 삽입 단계 38
그림 1.1.18. PE 라이너의 관내 삽입 38
그림 1.1.19. 스팀 슈스 장착 38
그림 1.1.20. PE 라이너의 증기 가열 단계 39
그림 1.1.21. PE 라이너의 가압 압착 단계 39
그림 1.1.22. 증기 가열 및 가압 압착 39
그림 1.1.23. PE 라이너 형성 후 말단부 절단 40
그림 1.1.24. 말단부 처리 모식도 40
그림 1.1.25. 수팽창 고무 삽입 41
그림 1.1.26. 링 체결 상황 41
그림 1.1.27. 가지관 지점 확인 41
그림 1.1.28. 가지관 천공 41
그림 1.1.29. 주름제거 모식도 42
그림 1.1.30. 주름제거장치 42
그림 1.1.31. 가열 전경 42
그림 1.1.32. 주름제거 시행 42
그림 1.1.33. 주름제거 완료 42
그림 1.1.34. 관 내부 링 체결 43
그림 1.1.35. 맨홀 상판 설치 43
그림 1.1.36. 현장 복구 43
그림 2.1.1. 마이크로터널공법(Microtunnelling) 46
그림 2.1.2. 하수관 정비기술 중 플라스틱 파이프를 이용한 갱생공법 50
그림 2.1.3. 연속관의 슬립라이닝 53
그림 2.1.4. 단관의 슬립라이닝 54
그림 2.1.5. 변형관 57
그림 2.1.6. 변형관삽입공법(Close-Fit Pipes Lining) 58
그림 2.1.7. 제관공법(Spirally Wound Pipes Lining) 59
그림 2.1.8. 강튜브공법(CIPP Lining) 61
그림 3.1.1. 단기굴곡강도 및 굴곡탄성계수 시편 79
그림 3.1.2. 시편 열전달 시험 모식도 83
그림 3.1.3. 할로겐 히터와 시편거리에 따른 온도 변화 85
그림 3.1.4. 두께별 온도 전달 계산식 87
그림 3.1.5. 열전달 시험실 시험 장치 개요도 88
그림 3.1.6. 관 재료별 온도변화 89
그림 3.1.7. 수축/팽창 시험 개요도 91
그림 3.1.8. 관 재료별 온도에 따른 수축량 변화 93
그림 3.1.9. 시편의 내마모 시험을 통한 50년 후 무게변화 예측 98
그림 3.1.10. 재료종류별 굴곡 탄성계수 변화 101
그림 3.1.11. 관 조도계수측정 장치 모형도 106
그림 3.1.12. 수축팽창시험 기본 도안 110
그림 3.1.13. 수축팽창 및 누수측정 장치(말단부 미처리) 112
그림 3.1.14. 수축팽창 및 누수측정 장치(스테인레스 링) 112
그림 3.1.15. 수축팽창 및 누수측정 장치(스테인레스 링 + 수팽창고무) 113
그림 3.1.16. 말단부 처리 방법에 따른 수축팽창 변화량 115
그림 3.1.17. 주름 발생을 위한 흄관 배열 117
그림 3.1.18. 롤링에 의한 주름 제거 시험 장비 119
그림 3.1.19. 압착 패커에 의한 주름 제거 시험 장비 119
그림 3.1.20. 들뜸 시험 장치 121
그림 3.1.21. 수압에 따른 들뜸 발생량(1, 2, 3은 게이지 번호임, 2번이 천공부의 중앙) 123
그림 3.1.22. 수압에 의한 들뜸 발생 모식도 124
그림 3.2.1. CIPP에 작용수압 129
그림 3.2.2. 이방향 변형(bilateral) 및 일방향 변형(unilateral) 경계 조건 시의 판의 좌굴 형상 (Smith and Bradford, 1999) 132
그림 3.2.3. 원주방향 변위구속 및 등분포하중 133
그림 3.2.4. 관의 양끝단 변위구속 133
그림 3.2.5. 길이방향 및 원주방향 수렴도 134
그림 3.2.6. 이론식과 해석결과 비교 135
그림 3.2.7. 수축팽창시험 기본 도안 135
그림 3.2.8. 해석 모델 136
그림 3.2.9. 작용하중과 경계조건 137
그림 3.2.10. 수직 처짐(압력 0.1 kgf/㎠ 작용) 137
그림 3.2.11. 수직 처짐(압력 0.5 kgf/㎠ 작용) 138
그림 3.2.12. 수직 처짐 (압력 1.0 kgf/㎠ 작용) 138
그림 3.2.13. 최대 주응력(압력 1.0 kgf/㎠ 작용) 139
그림 3.2.14. 들뜸시험 장치 단면도 140
그림 3.2.15. Strain gauge1에서의 변위 143
그림 3.2.16. Strain gauge2에서의 변위 144
그림 3.2.17. Strain gauge에 외압작용 모식도 144
그림 3.2.18. Dial gauge에서의 변위 145
그림 3.2.19. 라이너 중앙부의 변형 단면 146
그림 3.2.20. 시험시공 위치도 147
그림 3.2.21. 현장 시험 1set 대략도 148
그림 3.2.22. 주름발생을 위한 시공 대략도 150
그림 3.2.23. 수축팽창 측정 단면도 152
그림 3.2.24. 링 미처리시 온도에 따른 수축팽창 변위 154
그림 3.2.25. 링처리(2ea 장착)시 온도에 따른 수축팽창 변위 155
그림 3.2.26. 링처리(3ea 장착)시 온도에 따른 수축팽창 변위 156
그림 3.2.27. 링 체결 조건에 따른 라이너의 변위 158
그림 3.2.28. 수밀성 평가 모형 159
그림 3.2.29. 조건별 누수량 162
그림 3.2.30. 주름제거 장치 개략도 163
그림 3.2.31. 조건별 하중결과 167
그림 3.3.1. 각 공법별 순공사비 비교 169
이용현황보기
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