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따끈따끈 과학

따끈따끈한 뉴스들을 과학으로 풀어봅니다.

서울 도심 속 도로의 구멍은? - 침하, 함몰, 싱크홀 그리고 동공

지난 8월 5일 12시 10분경, 서울 송파구 방이동 백제고분로 석촌호수 지하차도 종점부에서 도로가 푹 꺼지는 ‘싱크홀’이 생겼습니다. 폭 2.5m, 길이 8m, 깊이 약 5m나 되는 크고 깊은 구멍이 도로 한 가운데 갑자기 생긴 거예요. 서울시는 즉시 통행차량의 안전 및 상수도관 파손 등 2차사고 방지를 위해 되메우기 등의 응급복구 조치를 취했습니다.

이외에도 송파구와 강남구 일대에는 여러 차례 싱크홀이 발생했고, 그 원인을 조사하던 중 땅 위에서는 보이지 않던 거대한 땅 속 동공(구멍)이 석촌지하차도 부근에서 발견되기도 했습니다.

 

석촌 싱크홀

[관련 동영상 보기 : http://tv.seoul.go.kr/ls/index.asp?no=92117]

 

이뿐만이 아니라 8월 19일에는 울산에서 폭 1m, 깊이 1m 구멍이 생겼고, 22일에는 서울 교대역에서 폭 1.5m, 깊이 1m의 구멍이 생기기도 했습니다. 또 그 다음날인 23일에는 광주에서 폭 0.5m, 깊이 1m짜리 지반 침하 현상이 일어났고요.

원인 조사 결과 일부는 지하철 공사가 원인이고, 일부는 상하수도시설에 의한 지반 침하 현상인 것으로 밝혀지기도 했습니다.

문제는 예상하기 어려운 도로가 갑자기 푹 꺼지면서 생기는 구멍들이 계속해서 발생하고 있고, 인명과 재산피해를 초래하고 있다는 거예요.

 

< 연도별 지반 침하 발생 현황>

구 분

'12년

'13년

'14.8월현재

건 수

70

18

16

36

* 자료 출처 : 환경부 보도자료

 

서울은 물론 지방에서도 지반 침하 현상이 발생하고 있어 서울시는 물론 환경부 등을 주축으로 긴급점검을 실시하고 대책을 마련하고 있습니다. TV에서도 전문가들의 특별토론이 이어지기도 했고요. 전문가들은 ‘싱크홀’은 자연적으로 발생하는 현상인 만큼 도심에서 생기는 이런 현상은 ‘싱크홀’이 아닌 ‘지반 침하’나 ‘도로 함몰’ 등으로 불러야 한다는 의견을 내놓았답니다. 이에 서울시는 지난 8월 28일 보도자료를 통해 서울은 싱크홀 발생이 어려운 화강․편마암 지질이라며 싱크홀 대신 도로 함몰이라는 표현이 적절하다고 밝혔답니다.

그래서 이번 따끈따끈 과학에서는 ‘싱크홀’은 무엇인지, ‘지반 침하’와 ‘도로 함몰’과는 어떻게 다른지 그리고 석촌지하차도 밑에서 발견된 ‘동공’은 무엇인지 그리고 그 원인과 대책 등에 대해 살펴볼까 합니다.

 

* 알아보기

- 싱크홀이란?

- 침하, 함몰, 동공 그리고 싱크홀

- 석촌지하차도의 도로 함몰과 동공은 왜 생긴 것일까?

- 점점 커지는 도로 함몰에 대한 공포, 이를 잠재울 대책은?

 

* 생각 키우기

도시 개발의 중요성과 주의할 점 등에 대해 생각해 보세요.

 

 

 

- 싱크홀이란?

싱크홀(sinkhole)이란 말은 ‘가라앉아 생긴 구멍’을 뜻하는데, 대체로 석회암지대의 지반에서 물과의 화학작용으로 인해 자연적으로 오랜 시간 동안 지하수에 지반이 녹거나 침식되어 대규모 동굴(동공)이 생겼다가 동공 내에 채워져 있던 지하수가 빠지는 경우 그리고 화산재 지반에서 홍수 시 균열부나 틈새로 빗물이 침투하면서 일시에 지반이 파여 구멍이 생기는 현상으로 대규모 인명․재산상의 피해가 발생할 수 있습니다.

플로리다 싱크홀이 석회암층 싱크홀의 대표적인 사례이며, 과테말라 싱크홀은 화산재층 싱크홀의 대표적인 사례랍니다.

 

[과테말라 싱크홀, 지하 난개발을 경고하는 상징적인 사례]

2007년 2월 과테말라 주택가에 100m 깊이의 싱크홀이 생겨나면서 5명이 목숨을 잃었습니다. 원인은 허리케인이 몰고 온 홍수와 하수관 부실 관리가 원인이었다고 합니다. 2010년에도 과테말라시티 공장지대 일부가 땅 밑으로 꺼지면서 지름 20m, 깊이 30m의 싱크홀이 생겼고 3층 높이의 공장이 그대로 붕괴돼 15명이 숨지기도 했습니다. 과테말라 싱크홀은 지하 난개발을 경고하는 상징적인 사례로 회자되고 있답니다. 또 일반적인 싱크홀이 석회암지대에 생기는 반면 과테말라 싱크홀은 화산재 지대에 생겨난 싱크홀의 대표적인 사례인데요, 허리케인이 쏟아 부은 빗물이 화산재층을 함몰시켜 만든 것이라네요.

과테말라 싱크홀

2007년 과테말라 과테말라시티에 발생한 싱크홀. / 이미지 출처 : by ericheatherh-CC-BY-2.0(Flickr)

 

[바다에 생긴 싱크홀, 그레이트 블루홀]

그레이트 블루홀은 자연적으로 발생한 싱크홀이 바다에 존재하는 경우로, 벨리즈 해안 근처에서 볼 수 있는 바다 속 커다란 구멍입니다. 블루홀은 과거 석회암 동굴과 같은 지형이 어떤 이유로 인해 바닷물이 차면서 얕은 여울에 구멍이 뚫린 듯한 지형이 형성되는 것을 뜻합니다.

그레이트 블루홀의 종유석을 분석해보면 153,000년 전부터 15,000년 전까지 서서히 형성된 것으로 보입니다. 해수면이 상승하며 이 동굴은 침수되었고 현재는 수많은 다이버들이 찾는 세계적인 스쿠버 다이빙의 장소랍니다. 유네스코 세계유산으로 보호받는 곳이기도 합니다.

 그레이트 블루홀

벨리즈 해안의 그레이트 블루홀/ 이미지 출처 : 퍼블릭도메인(usgs)

 

 

 

- 침몰, 함몰, 동공 그리고 싱크홀

인천싱크홀

2012년 2월 인천 도심지에서 인천 도시철도 2호선 공사 중 발생된 지름 16m 규모의 도로 함몰. / 이미지 출처 : 서울특별시 도시안전실 도로관리과

 

서울 등 도시지역에서 나타나는 ‘싱크홀’은 자연발생적인 것이 아니어서 싱크홀보다는 ‘지반 함몰’로 불러야 한다는 전문가들의 의견이 많았고, 서울시도 용어를 ‘도로 함몰’, ‘지반 함몰’ 등 ‘함몰’로 통일하기로(2014년 8월 28일자 서울시 보도자료) 했습니다.

‘함몰’은 지반이 움푹 패인 형태로 침하된 것을 말합니다.

지하수가 높은 토사지반에서 터널 등을 굴착할 때, 전방의 지반이 붕락되어 터널 단면상부에 동공을 형성하게 되는 경우 발생합니다. 2012년 인천 도시철도 2호선 공사 중 지름 16m 규모의 원형 지반 함몰이 발생했는데, 지하철 터널 굴진으로 서서히 상부 지반이 침하가 되고 지중에 있던 상수관 누수가 겹치면서 대규모 토사 유실과 지하 동공이 형성되어 발생한 것으로 알려져 있습니다.발생형태가 자연적으로 생겨나는 싱크홀과 유사해 (인위적) 싱크홀로 불리기도 했답니다.

함몰은 이 외에도 상하수도 등 지하 매설물 손상에 의해 발생하기도 하고 또 굴착을 위해 임시로 세운 흙막이 시설 배면에 토사유실로도 발생하기도 합니다.

 

[지반 침하와 함몰의 차이는?]

침하나 함몰의 경우, 지지력 부족으로 인한 변형, 흙의 압밀, 다짐부족, 지하수의 영향, 지장물의 영향 등 다양한 원인으로 발생합니다.

 

*싱크홀

싱크홀

싱크홀은 지반 내의 동공이 붕괴된 것으로 지하수 또는 인위적인 영향으로 발생한 동공이 원인입니다. 지반 침하가 보다 광의적인 표현이며 함몰, 싱크홀 순으로 협의적인 표현입니다. 그러니까 지반 함몰이나 싱크홀은 모두 지반 침하에 해당하는 사례인 것이지요.

 

*지반 침하

지반침하

지반 침하는 지반의 하향 변위를 말하는 광의적 표현입니다. 그러니까 땅이 아래로 꺼지는 모든 현상은 지반 침하라고 부를 수 있습니다. 함몰 역시 침하에 포함되는 것이지요.

 

*지반 함몰

지반 함몰

지반이 침하되는 현상 중 지반이 움푹 패인 형태로 침하된 것을 말합니다.

 

* 동공(洞空, cavity)

석촌지하차도 긴급점검 중 발견된 것처럼, ‘동공’은 ‘지반 내의 빈 공간’즉 땅 속의 동굴이라고 생각하면 쉽겠습니다. 싱크홀의 발생 조건 중의 하나로 주로 지하수의 작용에 의해 발생하며, 암반층인 경우 용식작용으로, 토사층인 경우 지하수 흐름에 따른 세립분의 이동(토사유출)으로 발생합니다.

 

 

 

- 석촌지하차도의 도로 함몰과 동공은 왜 생긴 것일까?

실드터널공사

석촌지하차도 부근 지하철 9호선 실드터널 공사 현장 / 이미지 출처 : 서울특별시 도시안전실 도로관리과

 

그렇다면 서울은 석회암 지대가 아닌 화강․편마암 지대인데 왜 도로 함몰이 생긴 걸까요?일부에서는 석촌지하차도 인근에서 새롭게 지어지고 있는 고층빌딩인 제2롯데월드가 범인이라며 걱정을 하기도 했어요. 하지만 서울시가 전문가들과의 공동 조사를 통해 석촌지하차도에서 발견된 총 7개의 크고 작은 도로 함몰(도로상의 구멍)과 동공(겉에선 안 보이는 도로 밑의 구멍)은 지하철 9호선 실드터널 공사(919공구)가 원인이었다고 밝혔습니다. 이 지역은 과거 한강과 근접해 있어 무너져 내리기 쉬운 모래와 자갈의 연약지층이 형성되어 있고 타 구간에 비해 상층 지층의 두께가 약 5m~12m가량이나 낮아 무너질 위험성이 높았다고 해요. 지질 특성 등 충적층 구간 관리가 미흡해 이런 사고가 발생했던 것으로 파악된답니다. 실드 공법으로 공사를 진행하면서 지상에서 구멍을 뚫고 채움재를 주입해 충분한 지반 보강을 했어야 하지만, 그렇지 못해 동공이 발생했던 것으로 분석했고요.

다만 919공구 이외에 실드 공법이 적용된 다른 공사 구간에 대해 시추조사(26개 장소)를 실시했으나 이상 징후 없이 안전한 것으로 조사됐다고 하니 모든 곳이 위험하지 않을까 불안감만 키울 필요는 없을 것 같습니다.

 

 

 

- 점점 커지는 도로 함몰에 대한 공포, 이를 잠재울 대책은?

서울시는 일단 조사위원회에서 수집한 자료를 바탕으로 정밀조사 기술용역을 시행해 동공 발생 원인에 대해 좀 더 심층적으로 분석해 볼 계획이랍니다. 또 실드 터널 공사가 진행 중인 9호선 현장에 계측기 703개를 설치해 모니터링 하는 한편, 현재까지 조사 결과 전혀 이상이 없었던 주변의 건물과 지하차도 구조물에도 53개의 계측기를 설치해 특별관리 할 방침이라고 합니다. 이 계측기들은 실드 터널 현장의 건물과 지반의 이상 징후를 감지하기 위해 경사, 침하변화, 균열변화 등의 이상을 측정하게 됩니다.

도로 함몰과 관련된 주요 발생 원인인 하수관 등 지하매설물 손상, 도로 시공 불량 및 지하공사 관리 소홀, 굴착 공사로 인한 지하수위 저하이므로 주요 발생 원인에 대한 분석을 바탕으로 특별대책을 마련해 집중 관리에 들어간다고 해요. 이에 마련된 특별대책은 노후 하수관 관리 강화, 굴착공사장 관리 강화, 지하수의 체계적 관리 강화랍니다. 노후된 하수관은 교체하거나 보수하고, 충적층을 통과하는 터널공사 구간에 대한 조사를 실시해 착공전과 준공 시 동공 발생 여부에 대한 조사결과를 제출하게 할 계획이고요. 대형공사장에는 도로 함몰 전담 감리원을 신규로 배치에 관리하게 된답니다. 또 지하 전축물이 증가함에 따라 지하수의 유출량이 점차 증가하고 있어 도로 함몰 발생 가능성이 높아지고 있으므로 대형 굴착공사장이 ‘지하수 영향조사’를 의무적으로 하도록 ‘지하수법’ 개정을 국토교통부에 건의하는 등 지하수 관리도 강화하게 된답니다.

도로 함몰이 외에도 도로 함몰을 사전 탐지해 예방하고자 하나 혹시나 있을지 모를 도로 함몰을 위해서 ‘도로 함몰 긴급출동반’을 24시간 상시 운영해 현장 안전조치등을 취하게 할 거라고 합니다.

자, 이외에도 서울시는 정부와 함께 도로 함몰 예방을 위해 여러 가지 조사와 대책을 더 내놓을 계획이라고 합니다. 무조건 공포심을 키우기 보다는 서울시와 정부가 이를 위한 대책을 제대로 세우고 있는지 관심을 기울이면서, 주변을 살펴 도로 함몰 등의 이상 징후는 없는지 등 우리가 할 수 있는 일들을 해 보는 것이 좋을 것 같습니다.

 

 

 

* 생각 키우기

도시 개발의 중요성과 주의할 점 등에 대해 생각해 보세요.거대한 도시를 개발함에 있어서 조그만 실수나 관리의 미흡은 거대한 인명과 재산피해를 불러오기도 합니다. 가깝게는 석촌지하차도 부근의 도로 함몰과 동공, 인천지하철 현장 도로 함몰 그리고 멀게는 과테말라 시티의 싱크홀 현장을 떠올리며 도시 개발의 중요성과 주의점 등에 대해 다시 한 번 생각해 봅시다.

 

 

 

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