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댐 유수전환 시설 설계 기준
1. 일반사항
1.1 목적
- 댐 공사 기간 중 하천 유수 전환으로 인한 공사 지장 최소화를 위한 유수전환 시설 설계 기준 제시
1.2 적용 범위
- 댐 공사를 위한 기존 하천 또는 유수 전환 시설 설계에 적용
1.3 참고 기준
- 관련 법규: 없음
- 관련 기준:
- KDS 54 10 15 댐 설계 계획
- KDS 54 30 00 필댐
- KDS 54 40 00 콘크리트 표면차수벽형 석괴댐
- KDS 54 50 00 콘크리트 중력댐
- KDS 54 60 00 롤러다짐콘크리트댐
- KDS 54 65 00 하드필(Hardfill)댐
- KDS 54 70 00 아치댐
1.4 용어의 정의
- 가물막이: 공사 구역 주변을 일시적으로 둘러싸 외수 침입을 방지하는 가설 구조물 (댐, 수로, 터널 등 설치 시)
- 가배수로: 댐 기초 굴착 및 본체 축조를 위한 육상 시공을 가능하게 하는 상·하류 가물막이 내 하천 유량 배제 수로
- 폐쇄공: 댐 및 하천 기능 유지를 위해 임시 설치된 가배수로를 폐쇄하는 공사
1.5 기호의 정의
- 없음
1.6 설계 고려사항
1.6.1 설계 고려사항 일반
- 유수 전환은 댐 건설 공사 기간 중 하천 유수를 분류하여 공사 지장을 최소화하는 것을 의미
- 유수 전환 시설 규모는 소요 경비와 예상 피해 규모를 고려하여 결정
- 댐 지점의 홍수 특성
- 유수 전환 대상 홍수량
- 상류 기존 댐 존재 여부
- 수질 오염 통제 필요성
1.6.2 유수 전환 유량 규모 결정
- 유수 전환 대상 홍수량은 유수 전환 시설 공사비와 시설 부재 시 예상 피해 규모 비교를 통해 가장 경제적인 규모를 선택
- 유수 전환 시설 설계 홍수량 결정 시 고려 사항:
- 댐 건설 기간
- 홍수 시 공사 중 또는 부분 완공된 공사 파괴로 인한 예상 피해액
- 건설 공사 지연으로 인한 총 피해액
- 홍수로 인한 유수 전환 시설 파괴가 작업자와 하류 주민 안전에 미치는 영향
2. 조사 및 계획
- 없음
3. 재료
- 없음
4. 설계
4.1 설계 일반
4.1.1 유수 전환 방식 선정
- 유수 전환 시설은 공사 기간 중 홍수를 적절히 처리하면서 공사비와 시설 파괴 위험 사이의 적정점을 찾아야 함
- 유수 전환 방식 선정 시 고려 사항:
- 하천 유량
- 댐 지점 지형 (하폭, 하천 만곡도), 기초 지질, 하상 퇴적물 두께
- 댐 형식 및 높이
- 사업 긴급성과 하류 안전성
- 방류 설비, 취수 설비 등 타 구조물과의 관계
- 가물막이와 가배수로와의 관계
- 댐 건설 기간과 가배수로 통수 시기
- 가물막이 월류 시 피해 규모
- 가물막이는 전면 가물막이와 부분 가물막이 방식으로 나뉘며, 지형, 지질, 하상 형태, 홍수량, 공사 규모 등을 고려하여 경제적이고 안전한 방식 선택
- 전면 가물막이: 하폭이 좁은 곳에 적합
- 부분 가물막이: 하폭이 넓고 하천 유량이 많은 곳에 적합
4.1.2 유수 전환 대상 홍수량
- 유수 전환 대상 홍수량은 댐 지점 예상 홍수 특성, 공사 기간, 댐 형식, 홍수로 인한 예상 피해액 등을 고려하여 결정
- 필댐에서 가물막이 월류로 인한 시공 중 제체 또는 하류 피해가 예상될 경우, 20~25년 빈도의 홍수량 채택
- 비홍수 기간 중 시공 가능한 경우, 5~10년 빈도의 홍수량 채택
- 표면차수벽형 댐은 필댐과 동일한 유수 전환 대상 홍수량을 채택 가능하며, 공사 중 월류로 인한 제체 피해가 적을 경우 2~5년 빈도의 홍수량 채택
- 콘크리트 댐은 특수한 경우를 제외하고 공사 중 월류로 인한 치명적인 피해가 발생하지 않으므로 1~2년 빈도의 홍수량 채택
4.2 가물막이
4.2.1 가물막이와 가배수로
- 가물막이는 가배수로와 연계하여 유수 전환 기능을 수행하므로, 가장 합리적이고 경제적인 조합이 되도록 계획
- 가물막이 위치는 댐 지점 지형 및 지질에 제약을 받지만, 댐 본체 굴착 계획에 약간의 변경이 발생하더라도 가물막이 기초까지 영향을 주지 않으면서 댐 본체 공사를 위한 작업장 확보가 가능한 곳 선택
- 대규모 필댐에서 가물막이 형식을 필댐으로 채택할 경우, 가물막이를 본댐의 일부로 활용 가능
4.2.2 가물막이 설치 시기
- 가물막이 설치 시기는 과거 수문 자료를 통해 갈수가 예상되는 시기를 선택하며, 공사는 단기간에 실시
- 홍수기 말기 기후와 하천 수량에 따라 비홍수기 전부터 시공 가능
- 가물막이 공사는 다음 홍수기 이전에 완료하는 것을 전제로 축제 재료 사전 비축 및 충분한 시공 장비 확보
4.2.3 가물막이 높이
- 상류 가물막이 높이는 가배수로 입구 측 설계 수위에 파랑 등을 감안하여 0.5m 여유고를 더하여 결정
- 가배수로 입구 측 설계 수위는 대상 홍수량, 가배수로 단면 및 경사, 저수지 홍수 조절 능력 등과 함께 수리적으로 수로 입·출구 손실 수두, 마찰 손실, 만곡 손실 등을 고려하여 결정
- 하류 가물막이 높이는 일반적으로 출구 측 하천 수위 이상으로 함
4.2.4 가물막이 형식
- 가물막이 형식은 설계 홍수량, 지형, 하천 경사, 하상 퇴적물 깊이와 종류, 시공 기간, 가물막이 재료 등을 고려하여 결정
- 콘크리트 가물막이는 중력식 무근 콘크리트, 옹벽식 철근 콘크리트, 프리캐스트 콘크리트 블록으로 구분
- 가설 구조물이므로 지진, 온도 응력 등을 고려하지 않고 영구 구조물보다 낮은 안전율로 설계
- 하류 측 콘크리트 가물막이는 월류로 인해 수압이 상·하류면에 교대로 작용할 가능성이 있으므로 중력식 형식으로 함
- 프리캐스트 콘크리트 블록은 블록 간 수밀성 확보와 구조적 안정성 증대를 위해 포스트텐션을 도입 가능
- 흙 댐이나 사력 댐 형식의 가물막이는 공사 중 홍수 월류 시 파괴될 우려가 높으므로 사면을 콘크리트 또는 아스팔트 피복 공으로 보호하거나 사력층 표면을 철사 망으로 피복 처리하여 단시간 월류수에 견딜 수 있도록 함
- 지수 형식에는 중앙 콘크리트 지수벽, 점토 코어형 지수벽, 아스팔트 콘크리트 코어형 지수벽, 강판 지수벽, 화학 그라우팅 등이 있음
4.3 가배수로
4.3.1 가배수로 일반
- 입구부 수리 설계
- 홍수 시 가배수로 입구부 접근 유속 분포는 입구부 부근 지형에 따라 복잡하게 나타나므로 접근 유속을 고려하여 입구부 수위 결정
- 가배수로 입구는 홍수에 의하여 가물막이가 침식되지 않는 위치에 설치
- 도수부 수리 설계
- 홍수를 하류로 유도하는 도수부는 설계 유량을 충분히 송수하는 것이 중요하므로 수로 단면 및 종단 경사는 가능한 균일하도록 함
- 지형 조건에 따라 만곡부를 설치해야 할 경우, 만곡부에서의 횡단 방향 수면형 고려
- 종단 경사가 급할수록 큰 유량을 도수할 수 있지만, 유속이 빨라져 홍수 시 토석류로 인한 수로 바닥 및 암반 침식 발생 가능성을 감안
- 출구부 수리 설계
- 출구부는 하류 수위 등에 상관없이 항상 유수 전환 유량 배수가 가능하도록 설계
- 출구부와 하류 하상의 표고차가 크지 않을 경우, 출구를 완만하게 하도와 연결
- 출구부 법선과 하류 하도 법선의 각도가 클 경우, 대안 침식 우려가 있으므로 대책 수립
- 가배수로를 통과한 유속은 빠르므로 하도 연결부가 침식되지 않도록 함
4.3.2 가배수터널
- 배치 및 위치
- 하천 선형, 본체 굴착면에서의 거리, 터널 길이 등을 고려하여 좌안 또는 우안에 배치
- 공사용 도로로 사용할 경우, 도로 배치 등 경제성 비교하여 결정
- 입구 위치는 홍수 시 붕괴로 인한 입구 폐쇄를 방지하기 위해 주변 산지가 안정된 곳을 택하고, 산사태 발생 위험이 있다면 대응책 수립
- 출구를 게이트 등으로 막아 폐쇄할 경우, 침수에 따른 사태를 방지하기 위한 조치 취함
- 가배수터널 단면형
- 원형, 표준 마제형, 3r 정마제형, 포장형 등이 있음
- 원형은 수리상 및 외압에 대한 라이닝 안정성에서 가장 유리하며, 마제형은 시공 면에서 유리
- 터널은 운영 시 통상 압력 터널이 되며, 설계 수두가 10m 이상인 경우 원형, 10m 이하는 표준 마제형이 적합
- 굴착 암반이 양호한 소단면의 경우, 포장형이 구조적으로 적합
- 터널 상류단에는 나팔형 유입부를 설치하여 유입 손실을 작게 할 필요가 있으며, 여타 구간은 동일 단면형으로 함
- 터널 단면적 크기는 설계 홍수량, 가물막이와 본댐과의 높이 관계, 암석 종류, 시공법 등을 고려하여 결정
- 가배수터널 수로 경사
- 가배수터널 유입구와 유출구의 표고는 해당 지점 지형에 따라 정해지므로 수로 경사는 이에 맞추어 가능한 한 터널 전 길이에 걸쳐 단일 경사로 계획
- 유입부와 유출부의 표고차가 클 경우, 상류단 유입부에 급경사 부분을 두어 터널 유입부에서의 흐름을 안정시키거나, 하류단 유출부에 급경사 부분을 두어 하류 하천과 연결
- 가배수터널 평면 곡선
- 가배수터널 평면 선형은 직선이 가장 바람직하지만 지형, 지질 등으로 인해 곡선부가 들어갈 수 있으며, 곡률 반경은 터널 직경의 10배 이상으로 함
- 가배수터널 콘크리트 라이닝
- 굴착부가 콘크리트 라이닝 없이도 충분히 견딜 수 있는 암반으로 판단될 경우, 터널 유입부 및 유출부의 일부 구간은 콘크리트 라이닝을 하고 나머지 구간은 전체 둘레 또는 상반부분을 숏크리트로 처리
- 라이닝 시행 여부는 구조적 안전 측면 뿐 아니라 터널의 홍수 소통 능력과 관련된 조도 계수와 소요 통수 단면적 크기에 따라 결정
- 라이닝은 구조적, 수리적으로 유리하지만 터널의 폐쇄 문제도 함께 고려하여 결정
- 콘크리트 라이닝 두께는 일반적으로 경암 부분에서는 30cm 이상, 보통암 부분에서는 40cm 이상으로 하지만 암질의 물리적, 역학적 구조 등을 충분히 조사하여 결정
- 가배수터널 소요 개수
- 설계 홍수량의 원활한 소통, 터널 단면의 구조적 한계, 터널 전용 계획, 최종 폐쇄 등을 고려하여 결정하며, 설계 홍수량이 클 경우 복수 터널 설치 가능
- 가배수터널 유입부
- 터널 유입부 위치는 가물막이의 세굴, 침식 및 손상, 터널 입구 측 산지부 붕괴로 인한 가배수로 폐쇄 위험, 취수 시설 및 댐 부대 시설 배치 등을 종합적으로 고려하여 결정
- 유입부 선형은 등고선에 직각 방향으로 하고, 터널 입구와 접속되는 유입 수로(개수로)는 현 하천 특성을 고려하여 원활한 접속이 이루어지도록 함
- 터널 입구는 일반적으로 터널 상부가 암반일 때는 터널 직경의 1~2배, 토사일 때는 터널 직경의 2~3배 되는 피복토가 있는 지점에 설치
- 터널과 댐 본체 기초 굴착 지점 간 거리는 발파로 인한 기초 지반 이완 등을 고려하여 통상 터널 직경의 3배 이상 또는 20m 이상 되도록 함
4.3.3 제체 내 가배수로
- 전면 또는 부분 가물막이 방식 모두에 설치 가능
- 가배수터널로는 처리할 수 없는 큰 홍수를 제체를 월류시키지 않고 소통시키기 위해 설치하는 경우도 있음
- 위치는 타설 블록의 중앙부에 설치하는 것이 일반적이지만, 홍수 방류 시설이나 댐내 갤러리 등을 고려하여 블록 경계부에 설치 가능
- 단면 형상은 일반적으로 원형 또는 상부 반원 하부 사각형으로 2m~4m 정도의 단면 폭으로 계획
- 종단 경사는 일반적으로 시공이 용이하도록 수평으로 함
4.3.4 가배수거
- 유수 전환 대상 홍수량이 너무 커서 가배수터널이나 제체 내 가배수로로 처리하는 것이 비경제적일 때, 댐 제체의 한쪽 끝 부분에 개수로 형태로 설치하는 방식
- 타 유수 전환 방식에 비해 공사비가 싸고 공기가 짧은 이점이 있음
- 댐 기초 굴착 공사를 하천 전 단면에 걸쳐 한꺼번에 할 수 없기 때문에 댐 본체 콘크리트 타설 또는 축조 공정에 제약을 받음
4.4 유수 전환 시설 폐쇄공
4.4.1 유수 전환 시설 폐쇄공 일반
- 가배수터널 및 제체 내 가배수로 폐쇄 시기는 폐쇄 공사 자체의 안전성을 위해 가능한 갈수기에 행하도록 함
- 폐쇄공으로 유수를 차단함으로써 하류 수리권자에게 큰 피해를 미칠 것으로 판단될 경우, 피해를 방지하기 위해 댐 지점 하류의 잔유량이 많은 시기 또는 비관개기에 행하도록 함
4.4.2 가배수터널 폐쇄공
- 폐쇄 플러그의 소요 길이는 타설면의 전단 응력, 활동, 폐쇄 주변의 고정 등을 고려하여 결정
- 폐쇄 콘크리트와 암반을 밀착시키기 위한 콘크리트 그라우팅은 필수적이며, 갈수기를 이용하여 짧은 시간 내에 완료해야 하므로 그라우팅한 콘크리트가 빨리 냉각, 응고되게 함
- 그라우팅 콘크리트의 급속 응고를 위해 그라우팅 파이프 간격은 조밀해야 하며, 가능한 한 온도가 낮은 물을 사용하여 최종 목표 온도를 암반 온도와 비슷하게 함
4.4.3 제체 내 가배수로 폐쇄공
- 제체 내 가배수로를 폐쇄하려면 가배수로 유입구에 설치된 스루스 게이트, 로울러 게이트 또는 스톱로그에 의해 유수를 차단하고 콘크리트를 충전
- 스루스 게이트나 로울러 게이트의 경우, 유수 차단 시 수압이나 문받이 부분에 미치는 마찰 저항, 부력 등의 외력에 대해 충분한 여유를 가지고 수문의 자중만으로 가배수로가 차단되도록 설계
- 수문의 자중이 부족할 경우, 콘크리트 등으로 차단을 보강하는 경우도 있음
- 최근에는 차단 작동이 가장 확실한 로울러 게이트가 가장 많이 사용되고 있음
- 스톱로그에 의한 물막이는 시간이 많이 걸리므로 하천 유량이 작은 경우를 제외하고는 잘 사용되지 않음
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