이 글의 목적은 지하굴착 공사에서 근접건축물에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고, 설계·시공·계측을 통합한 위험성평가 체계를 현장에서 바로 적용할 수 있도록 체계화하는 것이다.
1. 근접건축물 위험성평가의 범위와 용어 정리
지하굴착 근접건축물 위험성평가란 굴착으로 인해 주변 구조물, 지중 매설물, 도로시설, 인접 공정 등에 발생할 수 있는 변형·거동·안전성 저하 가능성을 식별하고 허용기준 대비 위험도를 산정하여 저감대책을 확정하는 절차를 말한다.
- 근접건축물: 굴착영향범위 내에 위치한 기존 건축물·구조물·문화재 등을 말한다.
- 영향범위(Influence Zone): 굴착으로 인한 지반변형이 유의미하게 발생하는 수평·수직 구간을 말한다.
- 허용기준: 변위, 침하, 기울기, 균열폭 등에 대한 구조적·기능적 허용한계를 말한다.
- 계측관리기준: 계측자료의 경보한계(작업, 주의, 경계, 정지)를 말한다.
2. 영향범위 산정 절차
영향범위 산정은 사전조사→개략 산정→정밀 해석→현장 보정의 단계로 진행한다.
- 사전조사를 실시한다. 지질·지반, 지하수, 기반암 심도, 과거 굴착 사례, 인접기초 형식, 구조 시스템, 주요 열원·진동원, 매설물 위치를 조사한다.
- 개략 산정을 수행한다. 굴착심도 H, 지반조건, 흙막이 형식에 따라 수평영향폭 B를 우선 산정한다.
- 정밀 해석을 수행한다. 2D 평면변형률 해석 또는 3D 해석으로 변위구배와 최대 침하 위치를 확인한다.
- 현장 보정을 수행한다. 초기계측 결과를 반영하여 영향범위를 재조정한다.
2.1 개략 영향폭 산정식
경험식과 한계평형 개념을 혼합하여 다음과 같이 적용한다.
기본폭 B0 = k1 · H 보정폭 ΔB = k2 · (N_corr 기준) + k3 · (지하수 영향지수 Gw) + k4 · (상재하중 q/γH)
최종 영향폭 B = B0 + ΔB
권장 k1 = 0.5~1.0 (흙막이 지보공 양호 시 0.5, 불리 시 0.8~1.0)
권장 k2 = f(N값 저하, 연약층 연속성)
권장 k3 = 지하수위가 굴착저면 상단부 이상일 때 0.2H~0.4H 가산
권장 k4 = 대형 상재하중(≥50kPa) 존재 시 0.1H~0.3H 가산
수직 영향범위는 굴착저면 하부로 1.0H~1.5H를 개략 설정하고, 저면 파괴 검토와 함께 수정한다.
2.2 인접기초 형식별 영향 해석 포인트
- 말뚝기초: 말뚝두부 인접부 수평변위와 말뚝 머리부 모멘트가 지배한다.
- 직접기초(줄기초, 독립기초): 균일침하와 차등침하 허용한계가 지배한다.
- 매트기초·라프트: 넓은 기초판의 차등침하와 판 내 응력집중을 검토한다.
3. 초기 위험 식별(HAZID) 체크리스트
아래 표는 현장 착수 전 회의에서 사용 가능한 식별 체크리스트이다.
| 항목 | 확인 내용 | 문서화 | 상태 |
|---|---|---|---|
| 지반조사 | 표준관입 N값, 전단강도, 압축지수, 투수계수 확보 여부 | 원보고·로그 | 완료/보완 |
| 지하수 | 계절별 변동폭, 피압수 존재, 배수경로 | 관측정 데이터 | 완료/보완 |
| 인접기초 | 형식·심도·지지층, 내진상세 | 도면·구조계산서 | 완료/보완 |
| 흙막이 | 종류, 버팀계획, 굴착단계, 해석모형 | 시공도·해석결과 | 완료/보완 |
| 계측계획 | 계측기 종류·밀도·경보한계·통보체계 | 계측계획서 | 완료/보완 |
| 재난대응 | 지반유실·관로파손·침하 급증 대응 시나리오 | 비상대응계획 | 완료/보완 |
4. 정량 위험성평가(리스크 매트릭스) 방법
발생가능도(L)와 결과심각도(S)를 곱하여 위험도(R)를 산정한다. 각 등급은 프로젝트 특성에 맞게 교정한다.
| 발생가능도 L | 정의 | 예시 |
|---|---|---|
| 1 매우 낮음 | 10년에 1회 미만 | 암반 지반, 저심도 |
| 2 낮음 | 수년에 1회 | 중간 N값, 양호 배수 |
| 3 보통 | 연 1회 수준 | 연약층 부분 분포 |
| 4 높음 | 분기 1회 이상 | 지하수 높음 |
| 5 매우 높음 | 월 1회 이상 | 연약층 연속 |
| 결과심각도 S | 정의 | 예시 |
|---|---|---|
| 1 미미 | 미세 균열 | 기능 영향 없음 |
| 2 경미 | 보수로 해결 | 부분적 마감보수 |
| 3 중간 | 서비스 제한 | 균열 보강 필요 |
| 4 중대 | 구조 성능 저하 | 보강·운영중지 |
| 5 치명 | 부분 붕괴 | 안전사고 |
위험도는 R = L × S로 계산한다. R의 해석과 조치수준은 다음 표를 따른다.
| R 범위 | 등급 | 조치 원칙 |
|---|---|---|
| 1~4 | 허용 | 표준 관리로 진행 |
| 5~9 | 보통 | 계측 강화·소규모 대책 |
| 10~16 | 중대 | 설계·시공 변경, 단계축소 |
| 17~25 | 불허 | 공법 전환 또는 중지 |
5. 허용기준 설정(구조·기능 기준)
허용기준은 인접건축물의 구조형식과 사용성 요구에 따라 설정한다. 아래 값은 현장 보수적 적용 권장치이다.
| 항목 | 권장 허용한계 | 비고 |
|---|---|---|
| 수평변위(흙막이 상단) | H/500~H/1000 또는 10~20mm | 작은 값 우선 |
| 지표침하 최대값 | 10~30mm | 구조·마감 민감도 반영 |
| 차등침하 | L/1000~L/1500 | L은 기초간 거리 |
| 건물 기울기 | 1/500~1/1000 | 기능성 고려 |
| 균열폭 증가 | 0.2~0.3mm | 비내력 마감부 |
주의 : 허용기준은 인접건축물의 내력·사용성·문화재 여부에 따라 더 엄격하게 조정해야 한다.
6. 계측계획과 경보기준 설정
계측은 위험성평가의 핵심 피드백 수단이다. 위치·밀도·주기·통보체계가 일관되게 설계되어야 한다.
| 계측기 | 설치 위치 | 관리값 | 경보 단계 | 조치 |
|---|---|---|---|---|
| 지중경사계(INC) | 흙막이 배면 1~2m, 심도 H | 최대 수평변위 | 작업 40%, 주의 60%, 경계 80%, 정지 90% | 버팀 보강·단계축소 |
| 변형률계 | 스트럿·띠장 | 축력·변형률 | 상동 | 프리로드 조정 |
| 지표침하판 | 영향범위 내 5~10m 간격 | 침하량 | 10/20/30/정지 mm | 배면주입·양생대기 |
| 건물균열게이지 | 균열 예상부 | 균열폭 | 0.1/0.2/0.3/정지 mm | 보강·공법변경 |
| 수위계 | 관측정 | 수위저하 | 0.5/1.0/1.5/정지 m | 우회배수·차수보강 |
주의 : 경보단계는 절대값과 증가율(예: 주당 5mm 초과)을 동시 적용해야 한다.
7. 설계·시공 단계별 위험 저감 대책
7.1 설계 단계
- 흙막이 강성 증대: 벽체 두께 증대, 강재 등급 상향, 버팀 간격 축소를 검토한다.
- 저면안정 확보: 굴착저면 지반개량(JGP, CJM, DSM), 차수벽 연장, 웰포인트/집수정 병행을 검토한다.
- 단계 굴착 최적화: 소단길이 축소, 단계 높이 감소, 공정분할로 단기 변형을 저감한다.
- 지하수 대책: 차수막 연속성 확보, 그라우팅으로 누수 경로를 차단한다.
7.2 시공 단계
- 프리로드 도입: 스트럿 프리스트레스 적용으로 초기 처짐을 상쇄한다.
- 굴착 속도 관리: 계측값이 안정화될 때까지 단계 이행을 보류한다.
- 배면재하 관리: 흙막이 배면 성토·적치 제한, 중차량 우회 계획을 시행한다.
- 균열·누수 관리: 누수 발생 시 즉시 주입·방수층 보강을 실시한다.
8. 사례형 위험도 산정 예시
다음은 H=12m 흙막이, 모래혼합 점성토, 지하수위 GL-1m, 인접건물 줄기초 D=2.0m, 거리 x=6m 조건의 예시이다.
# 1) 영향폭 B 산정 H = 12.0 k1 = 0.8 # 조건 불리 Gw = 0.3*H # 지하수 영향 가산 ΔB = 0.2*H + Gw # 연약층+지하수 가산 가정 B = k1*H + ΔB # = 0.8H + (0.2H + 0.3H) = 1.3H = 15.6m
2) 인접건물 포함 여부
x = 6.0 # 흙막이 외측 거리
influence = (x <= B) # True → 영향권 내
3) 허용기준 대비 경보 한계
허용 지표침하 = 20 mm
경보 단계 = [8, 12, 16, 20] # 작업/주의/경계/정지
4) 리스크 매트릭스(가정)
L = 4 # 높음
S = 3 # 중간
R = L*S # = 12 → "중대" → 설계·시공 변경 필요
주의 : 상기 계산은 개략 판단용이다. 실제 적용 시 정밀 수치해석과 계측 피드백으로 값을 보정해야 한다.
9. 인접건축물 유형별 관리전략
| 유형 | 취약성 | 관리 포인트 | 주요 대책 |
|---|---|---|---|
| 조적조 저층 | 전단 취약, 균열 민감 | 차등침하 최소화 | 기초보강, 마이크로파일, 강재버팀 |
| 철근콘크리트 중저층 | 마감균열·기능저하 | 수평변위 억제 | 버팀밀도 증대, 배면주입 |
| 말뚝기초 신축건물 | 말뚝 머리 모멘트 | 인접수평변위 관리 | 지보공 강성 증대, 단계 최적화 |
| 문화재·특수시설 | 허용한계 매우 엄격 | 변위 50% 이하 목표 | 이중차수·선행지반개량·실시간 경보 |
10. 공정 통합 관리체계(변형-공정 연동)
공정은 계측 트렌드와 연동되어야 한다. 변형 증가율이 기준을 초과하면 공정 속도를 자동 조정한다.
의사결정 규칙: - d(수평변위)/dt > 2 mm/day → 다음 단계 굴착 지연, 프리로드 증대 - d(침하)/dt > 3 mm/day → 배면주입 즉시 시행, 상재하중 제거 - 경계 단계 도달 → 설계검토회의 소집, 소단길이 30% 축소 - 정지 단계 도달 → 굴착 중지, 비상대응 시나리오 실행 11. 보고서 구성과 승인 절차
- 개요: 사업개요, 주변현황, 대상범위, 기준 및 방법을 명기한다.
- 기초자료: 지반·지하수·기초형식·시설물 목록을 정리한다.
- 영향범위: 개략 및 정밀 산정 결과를 도면으로 제시한다.
- 정량평가: 리스크 매트릭스, 취약성 평가, 허용기준을 제시한다.
- 대책안: 설계·시공·계측·비상대응을 통합 제시한다.
- 계측·모니터링: 경보체계, 데이터 흐름, 보고 빈도를 명시한다.
- 검토·승인: 내부검토, 외부전문가 검토, 이해관계자 협의를 기록한다.
12. 현장 폼: 근접건축물 위험성평가 체크리스트(발췌)
| 번호 | 점검 항목 | 기준 | 결과 | 조치 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 영향범위 산정서 | H, 지하수, 상재하중 반영 | 적합/부적합 | 보완 |
| 2 | 허용기준 설정 | 구조·기능 기준 명시 | 적합/부적합 | 보완 |
| 3 | 계측 설계 | 밀도·경보단계 명확 | 적합/부적합 | 보완 |
| 4 | 지하수 관리 | 차수·배수 계획 구체 | 적합/부적합 | 보완 |
| 5 | 비상대응 | 역할·연락체계 확정 | 적합/부적합 | 보완 |
13. 자주 발생하는 실패 모드와 예방
- 지하수 과소평가: 계절 변동과 피압수 영향이 누락되는 경우가 많다. 관측정 장기 관측을 반영해야 한다.
- 버팀 설치 불균일: 스트럿 좌굴·좌단 슬립이 발생한다. 프리로드·용접 상세를 표준화한다.
- 배면 지반유실: 벽체 이음부 누수와 동반된다. 조인트 집중 주입과 배면채움 재료 품질관리가 필요하다.
- 계측만 있고 의사결정 부재: 경보기준-조치 연동표가 없으면 대응이 지연된다. 공정연동 규칙을 사전에 확정해야 한다.
14. 실무 팁: 영향범위 도면 작성 요령
- 평면도에 흙막이 라인에서 외측으로 B만큼 완충띠를 그리고, 그 내부 시설물을 리스트업한다.
- 단면도에 지표 침하 분포 가우시안 곡선을 겹쳐 최대침하 위치를 시각화한다.
- 계측점 번호, 기준점 좌표, 경보연락망을 도면 여백에 명시한다.
15. 비용·공정에 미치는 영향
지보공 강성 증가와 계측 확충은 초기비용을 상승시키나, 변형 리스크 감소로 전체 공정 지연과 하자 보수를 크게 줄인다. 라이프사이클 관점에서 총비용을 최소화한다.
16. 품질기록과 데이터 관리
- 계측 RAW 데이터, 필터링·보정 로직, 경보 이력, 조치 결과를 버전관리한다.
- 일일 리포트에 증분 그래프와 누적 그래프를 모두 수록한다.
- 중요 이벤트(버팀 설치, 지하수 처리, 주입 작업) 타임스탬프를 데이터와 동기화한다.
17. 단계별 점검 프로토콜(요약)
| 단계 | 핵심점검 | 통과기준 | 미달 시 조치 |
|---|---|---|---|
| 착공 전 | HAZID, 영향범위, 허용기준 | 승인 | 보완·재검토 |
| 1단계 굴착 | 프리로드, 초기변위 | < 경보 40% | 속도 저감 |
| 중간 단계 | 누수·침하 추세 | 증가율 관리 | 주입·배수 강화 |
| 최종 단계 | 저면안정, 잔류변형 | 허용 내 | 공법전환 |
| 해체·복구 | 역변형, 상부 복구 | 균형 | 보강 |
18. 결론
지하굴착 근접건축물 위험성평가는 영향범위 산정, 허용기준 설정, 계측·경보, 설계·시공 대책, 데이터 기반 의사결정이 유기적으로 연결될 때 효과를 발휘한다. 개략 평가와 정밀 해석, 현장계측을 반복 순환하여 리스크를 실시간으로 낮추는 체계가 핵심이다.
FAQ
영향범위는 보수적으로 얼마나 잡아야 하나?
초기에는 1.0H~1.5H 범위의 수평폭을 가정하고, 지하수·연약층이 불리하면 0.2H~0.4H를 추가한다. 이후 정밀해석과 초기계측으로 보정한다.
허용기준은 어디 값을 따라야 하나?
구조안전과 사용성 요구를 동시에 고려하여 더 엄격한 값을 적용한다. 문화재·특수시설은 일반 허용치를 50% 수준으로 보수화한다.
경보를 자주 넘지만 절대값은 작으면 어떻게 하나?
증가율 기준을 병행한다. 단기간 급증이 반복되면 단계 축소·프리로드 조정·배면주입을 즉시 시행한다.
정밀 해석이 필요한 기준은 무엇인가?
H≥10m, 지하수 높음, 연약층 연속, 인접거리 x≤0.5H, 문화재·특수시설 인접 중 한 가지 이상이면 정밀 해석을 수행한다.
인접 도로함몰 위험은 어떻게 반영하나?
영향범위 내 차로는 침하 허용기준을 엄격 적용하고, 지반유실 가능 구간은 사전·동시 주입으로 공극을 차단한다. 도로관리청과 경보연동 체계를 사전에 협의한다.