관 파열 교체공법(Pipe Bursting)
< 그림 2. 65 > 관 파열 교체공법 모식도
관 파열 교체공법은 파열헤드 후미에 새로운 관을 설치하여, 파열헤드가 노후 된 관을 파쇄하고, 진척하면서 새로운 관을 비굴착으로 매설하는 방법이다. 새로운 관으로는 일반적으로 HDPE, PVC 또는 DI 등이 사용된다.
관 파열 교체공법은 토양에 따라 공극이 팽창되는 토양환경에서는 기존 관보다 더 큰 관경을 가진 관을 설치하여 관경을 확대설치 하기도 한다. 다만 이때에는 반드시 토양에 대한 공극 팽창성을 조사해야한다. 그렇지 않은 경우에는 지표면 상부가 올라오는 피해가 발생할 수 있다.
관 파열 교체공법의 현재 적용 가능 관경은 100~1,500 mm까지이며, 적용 가능한 관종은 잘 부서지는 파이프에 가장 잘 작용하는데 CI, 시멘트석면관, 비 철근 콘크리트, PVC, 그리고 Clay 관이다.
현재 관을 파쇄하는 방법은 크게 세 가지 방식이 적용되고 있다. 관을 파쇄하는 방법은 세 가지로 나뉘는데 정적(static), 유압식(hydraulic), 공압식(pneumatic)이다. 암석이나 콘크리트로 둘러싸인 관에서는 불가능하며, 또한 얕게 묻힌 관도 교체할 때 표면영향을 주므로 적용에 한계가 있다. 또한 주변 매설물과의 이격거리도 최소 450 mm 이상은 되어야 하며, 관경에 따라서는 이격거리는 더 커져야 한다.
관 파열과정에서 기존 관은 파손되기 때문에 내부압력, 외부토압, 그리고 운송하중을 포함한 운영 하중을 지탱할 수 있도록 새로운 관에 대한 설계 시 이러한 사항이 반영되어야 한다. 파열헤드 뒤로 신관을 삽입한 후에, 관을 지지하기 위하여 토양은 관에 최대한 밀착되도록 해야한다. 관은 토양과 관의 상호작용을 바탕으로 직접적으로 관을 묻도록 설계되어야 한다. 실제로 가장 큰 하중은 신관을 설치하는 중에 신관에 발생한다. 신관은 구멍을 파기 시작할 때 휨 하중을 마찰, 관 무게로 인해 축 인장응력, 토양과 지하수로 인한 외부 좌굴압력, 기존 관의 파편과의 접촉으로 인해 표면 손상을 입을 수 있기 때문이다.
정적인 관 파열
정적인 관 파열 교체공법은 원래 영국 가스회사가 CI 가스관을 교체하기 위해 개발되었다. 이 방법은 CI와 시멘트석면관에 적절하며 50~1,500 mm까지 관을 파열할 수 있다. 시공구간 길이 120 m정도이며, 지하상태와 파열기기에 따라 더 긴 구간도 파열시킬 수 있다. 이러한 공법으로는 TT Technologies Grundoburst®, Hammerhead Hydroburst® 등이 있다.
< 그림 2. 66 > Static 관 파열 헤드
수압식 관 파열
수압식 관 파열에서 수압은 기존 관을 팽창시켜 파열하는데 사용되며, 이때 파열 조각들을 주변의 토양으로 밀어낸다. 팽창 Cone으로 크기를 늘릴 수도 있다. 수압식 관 파열 방식으로 적용 가능한 관경은 150~500 mm 이다. Xpandit™ 는 수압식 관 파열에 사용되는 장비이다
< 그림 2. 67 > Pneumatic 관 파열 헤드
기타 방식(Thenbusch 삽입 방법)
Tenbusch Insertion Method (TIM™) 은 정적+수압식 파열 방법에서 파생된 방법이다. 파열 헤드를 사용하여 신관을 파열에 의해 생긴 빈 공간으로 잡아당기는 대신, 신관을 기존 관의 자리에 들어올린다. 무거운 강철 유도관으로 기존 관과의 중심을 유지하며, 기존 관이 부서진 후에 원추 팽창기로 부서진 관을 토양속으로 밀어버린다. 주로 적용되는 관종은 Clay 또는 DI로 알려져 있다.
관 절단 교체공법(Pipe Slitting)
관 절단 교체공법은 파열 헤드 앞에 절단 휠을 사용하는 정적인 방법의 변형이다. 절단 휠이 DI 또는 강철 같은 관을 절단하고, 이후 파열 헤드가 절단된 관을 양쪽으로 벌리는 역할을 한다. 본 방법은 150~600 mm까지 가능하다.
< 그림 2. 68 > Tenbusch Insertion Method (TIM™)
