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문서번호 교량안전과-15225 결재일자 2019.9.3. 공개여부 부분공개(5) 방침번호 시 민 기술점검팀장 교량안전과장 안전총괄관 위성환 김종호 09/03 김홍길 협 조 주무관 서성만 주무관 임승민 주무관 윤기관 주무관 유형철 사람 중심의 안전하고 튼튼한 안심도시 서울 공무원 직접수행 학술용역 (수중 우물통 자동 청소 장비개발 연구 최종 보고서) 2019 안전총괄실 (교량안전과) 공무원 직접수행 학술용역 보고서 수중 우물통 자동 청소 장비개발 연구 위성환？서성만 임승민？윤기관？유형철 2019. 9 서울특별시 안전총괄실 (교량안전과) 제출문 본 보고서를 공무원직접수행 학술용역인 “수중 우물통 자동 청소 장비개발 연구” 최종보고서로 제출합니다. 2019년 9월 연 구 진 : 위 성 환 서 성 만 임 승 민 윤 기 관 유 형 철 (교량안전과 시설 5급) (교량안전과 시설 6급) (교량안전과 시설 7급) (교량안전과 운영 7급) (교량안전과 운영 7급) 검 토 자 : 김 종 호 (교량안전과장) 서울특별시 안전총괄실 서 문 수중 우물통 자동청소 장비개발은 수중 구조물, 특히 교량 수중 우물통의 안전점검을 위한 수중 구조물 청소에 이용되는 것으로, 수중에 잠겨 있는 수중 우물통 표면에 안착되어 서식 생장하는 각종 이물질 또는 수중 생장물 제거와 청소가 정확하고 안전하게 이루어지면서 제거 작업의 효율성이 대폭 향상되는 수중교각 청소장치에 관한 것이다 통상적으로 수중 우물통 청소는 교량의 안전진단을 위해서 필요한 선행 작업으로서, 교량들은 그 안전성을 보증받기 위해 완공 후 일정기간이 경과하게 되면 반드시 안전진단을 받도록 되어 있다. 교량의 안전진단 방법은 여러 가지가 있으나, 그 대표적인 안전진단 방법은 전문가에 의해 육안으로 균열 등 외부 이상 유무를 확인하는 것이며, 교량 교각의 육안 안전진단은 수중 우물통 표면에 끼어 있는 각종 이끼와 이물질 및 수중 생장물을 먼저 제거한 청소상태가 선행된 다음 수행하게 되어 있다. 수중 우물통 청소는 우물통의 표면에 서식하는 패각, 이끼류 등과 같은 수중 생물과 펄, 이물질 등을 제거하여 보다 확실한 교량 안전진단을 위해서 필요한 선행 작업이다. 통상적으로 교각 건설 후 또는 교각의 수중 청소 이후 일정 시간이 경과하면 교각 중 수중에 있는 부분에는 펄, 패각, 이끼류 등이 성장하게 되는데, 이런 이물질들은 수중 우물통의 육안 진단을 방해하기 때문에 반드시 안전진단 전에 제거하야 한다, 이러한 수중 우물통 청소작업은 국내에 소재한 대부분의 교량을 중심으로 십수년간 실시되어져 왔다. 종래의 수중 우물통 청소작업은 다음과 같이 절차에 의해 수행되어 왔다. 우선 동력선이 작업장치가 장착되어 있는 부선을 작업 장소에 이동시킨 후 부선을 와이어로 우물통에 몪어서 고정시킨다, 그리고 나서 잠수사가 세정수 분사기를 들고 잠수하여 교각에 강한 물줄기를 분사시켜 교각의 표면에 고착되어 있는 수중 생물이나 이물질들을 제거하였다. 이러한 방법으로 실시되어 운 종래 수중우물통 청소작업은 잠수사의 안전사고 문제와 과다한 인건비, 느린 작업 진척도 등의 문제점들을 지니고 있었다. 2019년 9월 안전총괄실 교량안전과 과 장 김 종 호 요 약 ○ 제목 : 수중 우물통 자동청소 장비개발 연구 본 연구는 수중 구조물, 특히 교량 수중교각의 안전점검을 위한 수중 구조물 청소에 이용되는 것으로, 수중에 잠겨 있는 수중교각 구조물 표면에 안착되어 서식 생장하는 각종 이물질 또는 수중 생장물 제거와 청소가 정확하고 안전하게 이루어지면서 제거 작업의 효율성이 대폭 향상되는 수중교각 청소장치에 관한 것이다. 이를 위해 개발한 장비는 선미에 선외기를 장착하고 갑판에 발전기를 구비한 모선의 선수쪽에 설치되어 지지 프레임에 고정시키는 스톱퍼,상기 리프트 붐과, 사이 리프트 붑을 지지 프레임에 고정키는 스톱퍼,상기 리프트 붐의 하단부에 등간격으로 설치되는 다수 개의 세척수 분사기, 이 세척수 분사기 각각에 호스를 통하여 세척수를 공급하는 고압 세정기,교각둘레에 감겨지는 금속 와이어를 감고 푸는 좌우측 원치 및 상기 모선의 선수 좌우측에 수직으로 설치된 선수 전면 보호봉과 리프트 붐에 설치되어 교각과 모선의 접촉마찰을 감소키는 교각 보호용 휠 들로 이루어져 있다 고정스토퍼 리프트붐 세척수분사기 및 카메라 고정윈치 각각의 호수 유압장치 유압모터 청소장비 조종컨트럴 박스 < 목 차 > Ⅰ. 서 론 1 1.1 연구 배경 및 목적 1 1.2 연구범위 1 Ⅱ. 전국 시·도,도로공사 우물통 조사현황 2 2.1. 우물통 제원 2 Ⅲ. 서울시 수중 우물통 현황 3 3.1 우물통 형태 3 3.2 우물통 개요 4 3.3 우물통 작업순서 5 3.4 우물통 점검일수 6 3.5 한강 조수 간만차에 따라 작업시간 7 3.6 인력 및 기계 작업 비교표 8 Ⅳ. 우물통 자동 청소장비 개발 내용 9 4.1 목적 9 4.2 청소진행사항 9 4.3 효과 9 4.4 자동 청소 장비개발 진행사항 12 Ⅵ. 결 론 14 Ⅰ 서 론 수중 우물통 자동 청소 장비개발 연구 1.1 연구 배경 및 목적 한강 및 지천교량 수중 우물통 청소를 잠수부가 직접 우물통 표면에 안착되어 있는 때와 각종 수중 생장물 제거 청소시 정확하고 신속하게 이루어질 뿐만 아니라, 2000년도 한강교량(24개)만 수중 우물통 점검을 시행하였으나, 2010년도부터 지천교량(8개)가 포함되어 총 우물통 1.388개소로 점검주기가 5년에서 6년으로 늦어지고 있어 시특법에서 정한 정밀안전진단주기와 병행 할 수 없어 자동 청소장비와 점검·분석 프로그램 개발하여 점검주기 단축. 작업시간 제한(한강의 조수간만, 탁도 등) 및 협소한 공간과 수중작업 위험요소를 사전에 제거하여 안전사고가 없는 청소 및 점검·분석 관리에 만전을 기하고자 함. ○ 한강에 수중 우물통이 많은 이유 - 1980년대에 한강종합개발계획 당시 준설로 낮아진 한강 수위를 유지하기 위해 만든 것으로 그 밖에 바닷물 유입방지 및 농업용수의 안정적 공급 등 여러 부가적 이유로 설치된 보(잠실수중보, 신곡수중보)됨 1.2 연구범위 본 학술용역에서 다양한(원형 및 트랙형)수중 우물통 청소장비와 점검촬영 병행 실시할 수 있는 프로그램 개발 연구. ○ 자동 청소 장비 이용시 좋은 점 - 교각 청소 소요 시간 단축 - 잠수부의 안전사고 감소 - 세척수 분사기 수심 및 유속에 지장이 없이 청소 가능(와이어 → 고정파이프) - 잠수부 투입인원 감소로 경비 절감 효과(잠수부 4 → 2명) - 자동 청소로 작업효율 향상으로 점검주기 단축(5~6년 → 4년) - 청소(1일) 및 점검(1일)을 병행하여 당일 청소 및 점검 단축(2일 → 1일) Ⅱ 전국 시·도,도로공사 우물통 조사현황 시도 구분 서울시 도로공사 경기도 충남 충북 전남 경남 경북 교 량 251 147 693 575 524 573 678 1,073 우 물 통 1,188 728 우물통 현황이 없음 ○ 자치단체의 국도 및 지방도 총 교량개수이며, 수중구조물 개수도 따로 나누어 관리하고 있지 않고 대부분이 도로관리사업소에서 1명이 담당하고 있는 실정임 ○ 도로공사의 경우 최근에 수중구조물 TF팀이 만들어져 수중구조물 업무를 담당 2.1. 우물통 제원 (도로공사 소관 경부고속도로상 교량) 구 분 낙 동 강 금 강 전 경 길 이 800m 320m 우물통 10교각(500m) 5교각(250m) 형 태 원형 트랙형 수 심 10.5m (하류5.8㎞지점 칠곡보) 1.0m (상류7.7㎞지점 대청댐) 직 경 5m 5m 둘 레 16m 25m 특 징 왜관낙동강교는 서울 방면과 부산 방면이 나뉘어져 두 개의 다리로 구성됨 - 서울 방면 : 1970년 7월 7일 왕복 4차로, 편도 2차로로 개통되어 쌍방향으로 운용 - 부산 방면 : 2003년 12월 13일 왕복 8차로로의 확장 개통 ※ 서울방면 우물통은 수면 위에 노출되지 않고 잠겨 있음(1m) 부산방면 우물통은 수면위에 50㎝ 노출됨 금강1교는 상류에 대청댐 및 금강휴게소근처에 수중보가 있어 본교가 하부에 있어 우물통 수심이 1m이내임 Ⅲ 서울시 수중 우물통 현황 3.1. 우물통 형태(한강상) 원 형 트랙형 다각형 사각형 ○ 한강교량 및 지천교량(32개 교량) - 독립 우물통(15개교량) · 원형(11개), 사각형(2개), 트랙형(2개) - 복합 우물통(17개) · 원형·트랙형(10개),원형·사각형(4개),원형·트랙형·사각형(2개),원형·트랙형·다각형(1개) 3.2. 우물통 개요 구분 연번 교량명 계 본 교 　램 프 둘레 길이 (m) 평균 깊이 (m) 우물통 형 태 점검 연도 합 계 1,388 1,238 150 　 　 　 　 한 강 교 량 소계 1,332 1,192 140 　 　 　 　 횡 단 계 855 742 113 　 　 　 　 1 광진교 19 13 6 28.5 5.9 원형,트랙형 08,12,15 2 천호대교 46 34 12 22.1 4.9 원형,사각형 08,11,17 3 올림픽대교 41 34 7 20.8 3.0 원형,트랙형 사각형 07,11,14 4 잠실대교 56 56 - 22.1 4.9 원형 08,10,14,18 5 청담대교 15 14 1 40.4 3.0 원형,트랙형 08,11,15 6 영동대교 38 26 12 21.3 3.5 원형 08,11,17 7 성수대교 28 8 20 33.8 2.2 원형,트랙형 사각형 09,11,15 8 동호대교 58 58 - 29.1 5.2 원형,트랙형 09,10,12,16 9 (상)한남대교 48 35 13 30.2 4.8 원형,트랙형 08,09,12 (하)한남대교 35 24 11 19.4 4.2 원형 08,10,15 10 반포대교 52 52 18.5 2.8 트랙형 11,16 잠수교 44 44 - 13.0 2.9 원형 11,16 11 동작대교 36 36 - 28.8 5.4 원형 10,13,18 12 (신)한강대교 32 32 - 17.2 7.6 원형,트랙형 07,10,15 (구)한강대교 32 32 - 13.2 6.8 원형,트랙형 07,10,15 13 원효대교 23 23 - 30.2 5.7 원형 09,10,14 14 (상)마포대교 37 37 - 22.7 4.6 원형 10,16 (하)마포대교 37 37 - 23.5 5.2 원형 09,14 15 서강대교 41 28 13 16.2 3.5 원형,트랙형 07,09,11,14 16 (상)양화대교 27 27 - 32.4 7.4 원형,트랙형 다각형 09,12,16 (하)양화대교 21 21 - 44.1 8.3 트랙형, 다각형 09,12,14 17 성산대교 18 18 - 39.3 9.6 원형 08,12,15 18 가양대교 45 27 18 20.1 6.6 원형,트랙형 08,11,16 19 (상)행주대교 13 13 - 57.7 6.0 사각형 09,11,15 (하)행주대교 13 13 - 50.8 6.1 사각형 09,12,16 종 단 계 477 450 27 　 　 　 　 20 아차산 107 107 　 20.8 5.0 원형 09,13,18 21 두모교 58 58 　 20.1 0.5 원형,트랙형 09,13,17 22 서호교 159 132 27 21.0 0.2 원형,트랙형 09,13,17 23 노량교 149 149 　 25.7 0.8 원형, 사각형 08,12,17 24 청담2교 4 4 　 30.5 1.2 트랙형 09,13,17 안 양 천 25 양화교 10 7 3 15.1 1.1 원형 11,15 26 양평교 1 1 　 19.2 1.5 원형 11,15 27 신정교 4 4 　 13.7 0.8 원형 12,18 중 랑 천 28 성동교(2종) 10 10 　 27.4 0.6 원형, 사각형 11,16 29 군자교(2종) 12 12 　 10.6 1.1 원형 11,16 30 용비교 13 6 7 10.1 1.1 원형, 사각형 12,17 31 장평교(2종) 4 4 　 15.6 1.6　 　원형 12　 탄천 32 봉은교 2 2 　 7.8 0.7 원형 12 3.3. 우물통 작업순서 잠수부 우물통 점검전 점검 1일전 우물통표면 이끼 제거 및 부유물 청소 수중점검선 교각 기초에 와이어로 고정 우물통에 60㎝ 간격으로 마킹 카메라 위치 고정 작업 수중촬영 시작 기초 포인트에서 수중하향 방향으로 이동 촬영 수평방향으로 다음촬영 방향으로 이동 컴퓨터에서 수중 촬영 확인 및 저장 중 수중촬영 화면 (단위 : 일) 월 연도 1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월 합 계 2008년 0 0 0 16 15 16 9 0 5 18 17 20 116 2009년 0 0 9 19 16 15 2 0 10 12 6 0 89 2010년 0 0 0 13 16 21 11 6 0 19 16 7 109 2011년 0 0 0 11 8 10 0 0 15 18 15 10 87 2012년 0 0 0 15 21 18 7 0 8 16 21 16 122 2013년 0 0 0 0 0 10 1 9 13 21 13 9 76 2014년 0 0 0 10 19 18 16 13 12 18 15 8 129 2015년 0 0 0 0 11 22 6 7 14 12 12 10 94 2016년 0 0 0 13 16 16 3 17 14 12 22 0 113 2017년 0 0 0 8 13 18 0 2 18 12 14 11 96 2018년 0 0 0 0 4 10 8 5 5 17 11 0 60 평 균 0 0 0.8 9.5 12.6 15.8 5.7 5.4 10.4 15.9 14.7 8.3 99.2 3.4. 우물통 점검일수 3.5. 한강 조수 간만차에 따라 작업시간 날 짜 (7월) 만조 시간 (한강대교) 인천항 만조 작업 중단 시간 (원효대교) 시간 수위 1 8:20 3:29 8.31 8:00~10:00 (2시간중단) 2 9:00 4:17 8.78 09:10~11:00 (1시간50분중단) 3 9:40 5:04 9.12 09:50~11:40(1시간50분중단) 4 10:20 5:50 9.32 08:00~10:00 10:30~12:30 (3시간중단, 점심1시간) 5 11:10 6:35 9.39 9:00~10:40 11:10~13:00 (2시간30분중단. 점심1시간) 6 11:50 7:20 9.33 휴일 7 12:40 8:03 9.13 휴일 8 13:40 8:48 8.79 11:30~13:30 14:00~16:00 (3시간중단, 점심1시간) 9 14:30 9:36 8.34 12:30~14:20 14:50~16:40 (2시간40분중단, 점심1시간) 10 15:10 10:30 7.82 13:30~15:00(1시간30분중단) 11 15:50 11:36 7.36 작업중단 없음 12 5:30 0:30 7.34 작업중단 없음 13 6:30 1:46 7.59 휴일 14 7:50 2:50 7.97 휴일 15 8:30 3:44 8.33 08:40~10:30 (1시간50분중단) - 1일(8시간)작업시간에서 조수 간만차로 2시간 14분 작업중단으로 작업효율이 많이 저하되고 있는 실정임 ○ 조수 간만차 차이 사진 (1.7m) 80㎝ 90㎝ 3.6. 인력 및 기계 작업 비교표 구 분 인 력 기 계 전 경 설 명 잠수부 2인1조로 운영하고 있으며 특히 잠수장비 착용후 수중에서 장시간(2시간)청소하고 있는 실정임 발전기외 부속장비를 탐재할 수 있는 바지선 별도 운영 상·하 두 번 청소로 우물통 청소가 깨끗함 기상조건에 구애받지 않고 청소가 가능함 필요한 잠수장비만 현장에 비치 장 점 우물통에 부착된 따개비 등 청소 가능 상·하 두 번 청소로 우물통 청소가 깨끗함 기상조건에 구애받지 않고 청소가 가능함 필요한 잠수장비만 현장에 비치 단 점 - 발전기외 부속장비 등 소요경비 많음 잠수부 건강관리가 요망 장비고장시 운영에 차질 따개비 청소가 완벽하게 되지 않음(이끼 가능) 작업시간 150분 125분 작업인원 4 ～ 8명 2명 Ⅳ 우물통 자동 청소장비 개발 내용 4.1. 목 적 ○ 수중 우물통 청소는 수중 우물통 표면에 안착되어 있는 때와 각종 수중 생장물 제거 청소시 정확하고 신속하게 이루어질 뿐만 아나라, 작업의 효율성 향상과 작업자의 안전 확보도 이루어지는 수중 우물통 청소장비를 제공함 4.2. 청소진행사항 ○ 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 자동 청소장비는 선미에 선외기를 장착하고 갑판에 발전기를 구비한 모선의 선수쪽에 설치되어지지 프레임을 승하기 이루어지는 리프트 붐과, 상기 리프트 붐을 지지 프레임에 고정시키는 스톱퍼, 상기 리프트 붐의 하단부에 등간격으로 설치되는 다수 개의 세척수 분사기, 이 세척수 분사기 각각에 호스를 통하여 세척수를 공급하는 고압 세정기, 교각 둘레에 감겨지는 금속 와이어를 감고 푸는 좌우측 읜치 및 모선의 선수 좌우측에 수직으로 설치된 선수 전면 보호봉과 리프트 붐에 설치되어 교각과 모선의 접촉 마찰을 감소시키는 교각보호용 휠로 이루어져 있음 4.3. 효 과 ○ 종래 수중 청소법(잠수사가 세정수 분사기를 들고 직접 잠수하여 우물통을 청소하던 기법)으로 교각 둘레 30m, 수심 6m인 우물통을 청소하기 위해서는 4명의 잠수사가 동시에 3시간 이상(이는 다년간 수중 우물통 청소한 결과)을 잠수하여야 했다 그런데 본 청소장치로 수중 우물통을 청소하면 그 시간이 절반 이하로 줄어듦은 물론 잠수사도 2명 정도만 작업하면 된다, 즉 수중 청소장치에 문제가 발생한 경우 잠수하여 그 문제를 파악하거나 해결하는 필요가 있을 때와 본 청소장비가 닫지 않은 부분을 수동으로 청소할 때에 한하여 잠수가 잠수하면 된다. 예를 들어 같은 규모의 우물통을 본 장치로 청소하는데 소요되는 시간은 다음과 같이 산출할 수 있다. 1 3 4 2 수중 자동 청소장비의 리프트 붑(1)에는 2개의의 세척수 분사기(2)를 장착할 수 있으며 각각의 세척수 분사기는 갑판 위에 윈치에 의해 6m/분의 속도로 교량 주위를 회전하게 된다, 한편 세척수 분사기(2)1개가 순간적으로 청소 할 수 있는 면적은 150~200㎠정도이다. 이는 다음과 같이 계산된다, 세척수 분사기는 갑판 위의 윈치와 금속 와이어( 3), 교량 보호용 휠(4)에 의해 우물통의 표면으로부터 약 10㎝의 거리가 유지되는데 이때 분사기로 분사되어 우물통의 표면과 닿는 면적은 180~200㎠이며, 그 지금은 약 15~16㎝이다, 그런데 세척수 분사기는 2대가 수직으로 설치되어 있으므로 한번에 높이로 약 60㎝정도인 폭의 교량 표면의 청소를 하게 된다 그리고 청소는 6m/분의 속도로 회전하면서 청소하므로 우물통 둘레가 30m라면 계산상으로 5분이면 청소 할 수 있다, 우물통을 완전히 한 바퀴 돌아온 청소기는 세척수 분사기의 높이 조절을 위해 5분간 작동을 멈춘다, 이때 리프트 분의 높이를 조절하여 자동으로 세척수 분사기의 수심은 조절된다, 이렇게 하여 다시 청소작업을 마침 바로 윗부분을 세척수 분사기가 청소할 수 있도록 우물통 한 바퀴를 다시 청소 장치를 회전시킨다 이런 방식으로 수중 우물통 장비를 50회만 교량주위를 회전하면 우물통의 청소를 마치게 된다, 이때 소요된 시간을 대략 계산해 보면 다음과 같다 - 수중 청소가 우물통의 수중 부분(높이) = 6m - 수중 우물통 둘레 = 30m - 수중 청소장치가 1회에 청소하는 부분(넓이) = 60㎝ - 수중 청소 장치 회전 회수 = 50회 (30m/0.6m) - 세척수 분사기 수심 조절 소요시간 = 1분/1회 그러므로 둘레 30m, 수심 6m에 잠긴 수중 우물통을 본 자동장비를 활용하여 완전히 청소하는 데에는 총 125분(교각 회전시간 75분 + 세척수 분사기 수심 조절시간 50분) 잠수사 4명이 투입되어 150분 이상이 소요되었던 우물통의 수중 청소가 잠수사 일부 투입하였도 2시간 이내에 종료될 수 있음 4.4. 자동 청소 장비개발 진행사항 내 용 자동 청소 장비제작 과정 내 용 자동 청소 장비 점검 및 분사 작동여부 확인 내 용 실제 우물통 자동 청소 작동 실험 내 용 자동 청소 및 영상촬영장비 작동여부 및 청소상태 확인 Ⅴ. 결 론 ○ 현재 수중우물통 청소작업은 잠수사가 장시간 수중에서 작업으로 안전사고 우려 및 여름철 집중호우와 조수 간만차로 작업중단이 많았져서 작업효율이 저하되고 있는 실정으로 수중 우물통 자동 청소장비로 80% 청소 후 잠수사가 마지막으로 20%을 우물통 청소 및 표면 확인 종래에는 우물통 청소(1)후 점검(1)을 시행하였으나 자동 청소 장비 운영시에는 당일 청소 및 점검을 병행 실시하여 점검주기를 단축할 수 있는 실정임. 수중 우물통 자동 청소 장비개발 연구 ⓒ서울특별시 안전총괄실 교량안전과 2019 서기 2019년 9월 일 인쇄 서기 2019년 9월 일 발행 발행 : 서울특별시 안전총괄실 교량안전과 편집 : 서울특별시 안전총괄실 교량안전과 인쇄 : 서울특별시 안전총괄실 교량안전과 주소 : 서울특별시 중구 덕수궁길 15 서소문별관 1동 2층

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