실측데이터와 수치해석모형을 이용한 급경사지 하수도 맨홀 안정성 분석

Stability Analysis of Steep-Sloped Sewer Manhole Using Observation Data and Numerical Analysis Model

하수도 설계기준은 37년 전에 발간되어 하수관로 및 맨홀부 등의 설계 기술 및 건설 재료의 비약적인 발전을 반영하지 못하고 있음에도 급경사지에서 최대유속 3.0 m/s 기준을 강제하고 있어 맨홀 추가 설치에 따른 공사비 과다로 인한 사업성 저하와 유지관리비용 증가 등 많은 문제점이 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 급경사지 하수관로에 대해 유출모니터링과 도시유출모형을 통한 급경사지 하수관로의 실유속의 산정을 통해 하수관로 및 맨홀부의 안정성 분석을 수행하고 급경사지에 과다하게 설치되는 맨홀을 합리적으로 최소화하는 근거를 제시하였다. 국외의 대부분의 기준에서는 우수관의 종류(재질, 공법, 크기 등)와 우수관의 보호 조치(앵커 설치, 변형 및 부식 방지 조치)의 반영에 따라 다양한 기준을 적용하고 있으며 우수관의 최대 유속 기준이 대부분 4.5 m/s ~ 6.0 m/s이다. 특히 모니터링 결과와 SWMM 모형의 모의 유속을 비교를 통해 급경사지 지역에서는 강우량의 30% 정도가 우수관으로 유입되는 것으로 분석되었다. 현장모의실험 결과를 이용한 수치해석모형 의 구축 및 급경사지 하수관로 유출에 따른 맨홀부 영향 분석 결과 충격압의 크기는 유량과 경사가 증가함에 따라 점차 증가하였다.

Sewage design standards published 37 years ago impose a maximum sewage flow rate of 3.0 m/s for steep slopes. As such, this does not reflect the rapid development of design techniques and construction materials used in sewage pipes and manholes; however, this results in problems such as reduced business value, due to excessive construction costs and increased maintenance costs. Therefore, this study aims to rationally minimize the excessive installation of manholes on steep slope sites, by performing a stability analysis on both sewers and manholes through a calculation of the real flow rate using the leakage monitoring and urban leakage model. According to most international standards, various criteria are applied based on the type of storm water pipeline (material, construction method, size, etc.) and the implemented protection measures of the storm water pipeline (anchoring, deformation, and corrosion prevention measures). Additionally, the maximum flow rate for storm water pipeline is found to lie between 4.5 and 6.0 m/s. In particular, a comparison of the monitoring results with the simulated flow rate of the storm water management model (SWMM) shows that approximately 30% of rainfall flows into the storm water pipelines in areas with steep slopes. Based on the results of the field model experiment as well as the analysis of the effects of the manhole section on the leakage to the steep slope sewer, it has been determined that the magnitude of the impact pressure gradually increases with both the flow rate and slope.