[20년01월] 17. 운문댐 안전성강화사업 일괄입찰 건설공사 소개

In response to the increasing threat of dam safety, such as earthquakes and deterioration, this project has been implemented to construct the low-level outlet works that meet the criteria, “A Study on Emergency Outlet Works Scale Determination Benchmark for The Dam (2013, Korea Water Resources Association)”, without affecting the water supply function of the Unmun dam. Furthermore, it was promoted to improve the seismic reinforcement and facilities of the existing intake tower. The new emergency outlet works has been expanded to twice the size of the basic plan (D1.7m→D3.4m) by comprehensively reviewing domestic and international standards, dam type and recent earthquake conditions. Therefore, it was possible to release to low water level within 10 days even in the worst case, like dam collapse. Considering that Unmun Dam is currently operating to provide potable water to districts of the Daegu, Gyeongsan, and Cheongdo, the circular steel pile method for coffer dam and the FRP panel method for intake tower were introduced to minimize water pollution during construction and supply stable water. Through this project, we can secure the safety of downstream river residents as well as the Unmun dam in the long term and improve the utilization efficiency such as stable water supply.

 

김용득 이사대우, 수력부(ydkim@samaneng.com)

박창열 부사장, 수력부(cypark@samaneng.com)

박근홍 부장, 수력부(khpark@samaneng.com)

문미애 대리, 수력부(mamoon@samaneng.com)

 

 

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1. 사업배경

 

 

 

(1) 사업목적

 

본 사업은 최근 빈번하게 발생하는 지진 및 이상기후 등의 댐 안전 위협요인 증가에 대응하기 위해 비상방류시설을 신설하고, 기존 취수탑의 내진 안전성을 확보하는 데 목적이 있다. 사업위치는 경상북도 청도군 운문면 대천리 일원이며, 사업기간은 착공일로부터 1,460일이다.

 

 

(2) 발주 및 낙찰

 

2018년 4월 턴키(설계･시공 일괄입찰) 방식으로 발주되었으며, 총 사업비는 1164억원 규모이다. 이는 당해년도 Kwater가 집행한 첫 번째 수자원 분야 기술형입찰로서 2015년 6월에 발주한 주암댐 도수터널 시설안정화 건설공사 턴키 이후 3년만에 발주한 댐 분야 대형턴키사업으로 관련업계의 주목을 받았다. 설계점수 70%, 가격점수 30%의 가중치 기준방식으로 설계점수에 총점차등제 10%가 적용되었다.

입찰참가자격 사전심사(PQ)에 “현대건설+유신”과 “대우건설+삼안” 컨소시엄이 참여하였으며, 최종 입찰결과 종합점수 90.48점(설계점수 60.9점, 가격점수 29.58점)을 얻은 대우건설+삼안 컨소시엄이 우선협상대상자로 선정되었다. 설계점수 비중이 70%를 차지하는 데다, 설계점수 총점차등제 10%가 적용돼 사실상 설계심의가 낙찰 여부를 결정지었다.

 

 

(3) 추진경위

 

2014. 02. 용수댐 비상방류능력 확보방안 수립 (한국수자원공사)

2014. 12. 용수댐 안전성 강화 마스터플랜 (한국수자원공사)

2015. 03. 댐 안전성강화(Ⅰ단계) 추진계획 수립

2015. 08. 수도정비기본계획(2025) 반영·고시 (국토교통부고시 제2015-568호)

2017. 11. 운문댐 안전성강화사업 기본계획

2018. 04. 운문댐 안전성강화사업 건설공사 입찰공고

2018. 5. ~ 8. 기본설계 및 F/T 실시설계

2018. 9. 실시설계적격자 선정 (대우건설 컨소시엄)

2018. 10. ~ 2019. 6. 실시설계 (2018. 12. 공사계약 및 착공)

 

 

 

(4) 시설제원

 

Fig 1. 운문댐 안전성강화사업 조감도

 

 

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2. 주요 쟁점사항

 

1) 신설 취수탑 위치

 

신설 취수탑 위치는 사용자인 발주처 관점에서 가장 중요한 사항으로 공사비의 대부분을 차지하는 가물막이 공법을 선정하는데 직접적으로 연관되어 있다.

취수탑의 위치는 기능성, 안전성, 유지관리성 등을 종합적으로 고려하여 선정해야 하며, 댐 설계기준(2016)에서 제시하는 취수탑 입지조건은 아래와 같다.

 

금회 설계에서는 부유물 유입 및 토사퇴적이 적은 능선부에 취수탑을 계획하여 양질의 용수를 공급하고 유지지관리가 용이하도록 하였다. 또한, 수중 및 육상 굴착을 최소화함으로써 환경훼손이 적고 공사 중에도 탁수오염이 없는 원수공급이 가능하도록 계획하였다.

 

 

 

2) 가물막이 공법

 

운문댐이 현재 운영 중에 있는 용수전용댐인 점을 감안하여 국내에서 담수에 적용한 사례가 없는 원형벽강관 가물막이 공법을 도입함으로써 공사 중에도 양질의 용수를 공급할 수 있도록 하였다. 토목공사에 흔히 적용하는 토공 가물막이를 적용할 경우 탁수에 의한 오염으로 수질등급이 5등급으로 하락한 반면, 원형벽강관 가물막이 설치 시 수질등급 1등급을 유지하는 것으로 분석되었다.

 

 

3) 비상방류터널 규모

 

설계기준 검토결과 “비상방류시설 규모산정기준(2013)”에서는 저수위까지 40~50일 이내 방류, “댐설계기준(2016)”에서는 25% 높이까지 60~80일 이내 방류하도록 규정하고 있으며, 최대한 크게 계획하여, 가능한 한 단기간에 배제하는 것이 바람직하다고 권장하고 있다.

금회 설계에서는 최근 발생한 지진 및 운문댐 현황(보수이력, 필댐) 등을 고려하여 비상방류관 규모를 기본설계 대비 2배로 확대함으로써(1.7m→3.4m) 비상방류가 필요할 경우 30일 이내, 댐 붕괴위협 등 위급한 상황에서 10일 이내 완전 방류가 가능하도록 하였다.

 

<비상방류시설 규모검토 시 고려사항>

 또한, 비상상황의 심각한 정도에 따라 3단계(관심단계, 주의단계, 경계/심각단계)로 운영계획을 수립하고 상황에 맞게 비상방류시설을 운영할 수 있는 가이드라인을 제시하였으며, 댐 붕괴위험 수준의 심각단계인 10일 이내 방류 시 댐 제체와 저수지 비탈면의 안정성, 그리고 하류 하천에 미치는 영향을 분석함으로써 운영단계에 따른 안전성을 검증하였다.

특히, 심각단계 시에도 무피해 방류량(1,965㎥/s) 이하로 방류하고, 3단계 감세계획을 통해 동창천의 유속을 2m/s 이하로 유지함으로써 하류 하천의 안전성을 확보하였다.

 

 

 

4) 기존 취수탑 보강공법 (FRP 패널공법)

 

기존 제1,2 취수탑 보강을 위해 기본계획에서 제시한 시공방법은 “2열 시트파일 + 현장타설 콘크리트”로서 취수관로가 지나는 곳에서 누수가 발생하여 공기지연 및 안전사고가 우려되었다. 금회 설계에서는 가물막이 없이 기존 취수탑의 내진보강이 가능한 FRP 공법을 도입하여, 누수에 의한 작업자 위험을 배제하고 공기를 단축할 수 있도록 계획하였다.

 

5) 기타 설계핵심사항

 

가. TBM 공법 적용

운문댐은 누수로 인해 댐 전체를 보강한 사례가 있으며, 25년 이상 노후한 필댐으로 공사 중 진동에 의한 영향을 최소화하는 것이 바람직하다. 본 설계에서는 운문댐과 비상방류터널의 이격거리를 188m(기본계획 38m)로 확대하였고, TBM 공법(기본설계 NATM)을 적용하여 운문댐에 미치는 진동영향을 원천배제토록 계획하였다.

또한, 단층대와 터널 구간의 교차를 최소화하여 공사 및 운영 중 비상방류터널의 안정성을 최대한 확보하였으며, TBM 굴착공법 적용으로 지반이완을 최소화하였고 기계화 시스템 구축을 통해 굴착과 버력 처리 효율성을 증진토록 설계하였다.

 

 

나. 선택취수설비 적용 및 취수시설 이원화

운문댐은 대구, 경산, 청도 지역에 생공용수를, 하류 지역에 농업용수를 공급하고 있으며, 하류 동창천의 수원으로 활용되고 있다.

기본계획에서는 심층방식에 의한 비상방류만 가능하도록 계획되었으나, 금회 설계에서는 원형다단식 게이트 형식의 선택취수시설을 추가하여 취수목적에 따라 적합한 원수공급이 가능하도록 개선하였다. 신설 취수탑에서 표층 및 선택취수가 가능해짐에 따라 기존 제2취수탑 및 도수터널의 유지보수 시에도 필요한 용수의 공급이 가능해졌다.

 

 

다. 소수력설비 추가

기존 제2취수탑(청도계통)에는 현재 프란시스 수차(385kW)가 설치되어 있으며, 하천유지용수를 이용하여 발전한 후 동창천으로 방류하고 있다. 프란시스 수차는 발전효율이 우수하지만 수차특성상 최대발전유량의 약 40% 이상에서만 발전이 가능하다. 수자원이용률 제고를 위해 신설 취수탑 설계 시 발전유량의 범위가 넗은 크로스플로우 수차(185kW)를 반영하였으며, 그 결과 연간발전량이 약 30%(491MWh→634MWh) 증가할 것으로 예상된다.

 

 

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3. 원형벽강관 가물막이 공법 도입

 

 

운문댐 안전성강화사업 건설공사 입찰에서 수주를 위해 가장 공을 들인 부분은 본 시설물인 비상방류시설이 아니라 신설 취수탑 설치를 위한 가물막이 공법의 선정이었다. 기본계획 당시 가물막이 공사비는 892억원으로 총 공사비 1107억원의 약 81%에 해당하였으며, 가물막이 공사비를 절감하는 것이 곧 턴키수주의 성패를 좌우한다고 해도 과언이 아니었다.

운문댐은 용수전용댐으로서 대구, 경산, 청도지역의 88만명에게 하루 45만톤의 용수를 공급하고 있으며, 비상방류시설 신설 및 기존 취수탑 보강공사를 진행하는 동안에도 용수의 공급을 중단할 수 없는 실정이다. 기본계획에서 선정한 토공 가물막이 공법으로는 공사비도 감당하기 어려울뿐만 아니라 탁수발생에 따른 대책을 제시하기 어려운 상황이었다.

본사에서는 턴키사업으로 입찰방식이 결정된다는 정보를 입수한 후 다양한 가물막이 공법을 검토하였고, 그 결과 운영 중인 댐 취수탑 증설공사 시에 탁수오염 저감을 위해 원형벽강관 가물막이를 적용한 사례를 찾아내었다. 사전검토를 통해 운문댐 현장에 충분히 적용할 수 있다는 확신을 가지고 대우건설에 턴키참여를 제안하였으며, 결국 수주하는 쾌거를 거뒀다.

 

 

가. 가물막이 공사개요

❏ 원형벽강관 가물막이: D=1300mm(16t), H=45.9m, 총 50본

❏ 가설작업대: 64m×72m, 브레이싱 H-150×150×7×10(H=12.8m)

 

나. 국내･외 시공사례 조사, 검토 및 분석

 

다. 탁수발생 검토

수치해석결과, 토공 가물막이의 경우 3중 오탁방지막을 설치하더라도 수질등급이 5등급으로 하락한 반면, 원경벽강관 가물막이 설치 시 1등급을 유지하는 것으로 분석되었다.

 

라. 다중차수계획

384개 국내･외 사례조사 분석을 통해 원형벽강관 이음부 차수공법을 개선하였다.

 

 

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4. 맺음말

 

본 운문댐 안전성강화사업 건설공사는 수력부가 2010년 보현산 다목적댐 건설공사 이후 약 8년만에 턴키설계에서 설계평가의 우위를 통해 수주에 성공함으로써 삼안의 기술력을 과시하고 대외적으로 삼안 수력부의 부활을 알렸다는 점에서 큰 의미가 있다.

현재 본사에서는 Kwater에서 관리하고 있는 10개 다목적댐에 대해 시설안정화방안 수립용역을 수행하고 있으며, 검토결과에 따라 시설물 보강이 필요한 다목적댐에 대해 순차적으로 턴키사업이 발주될 예정이다.

금회 설계에 도입된 벽강관 가물막이 공법은 운문댐 설계시공 일괄입찰 이후 시행된 영천댐 안전성강화사업 건설공사 턴키에서도 동일하게 적용된바, 환경오염에 대한 관심이 커진 시점에서 향후 비슷한 사업에 활용될 가능성이 클 것으로 예상된다.