해저지반과 해저케이블 매설
(Geotechnical Aspects of Submarine Cables)
1. 해저케이블 매설
해저케이블이란 육지와 섬 또는 대륙간 바다를 사이 에 두고 격리된 두 지점 사이의 전력, 또는 통신을 전 송하기 위해 해저에 부설되는 것이다. 최근 들어 전 세 계적으로 수천 km의 해저 케이블이 새로 매설되고 있 다. 국내에서는 1990년 후반부터 해저케이블 포설을 시작으로 매년 부설 규모가 증가하고 있는 추세이다.
그림 1은 해남-제주간(제1연계선)과 진도-제주간 (제2연계선) DC 250KV 해저케이블 건설 노선을 나타 낸다. 제2연계선은 현재 건설 중으로 해저 101.3km 와 육상 11.6km 케이블이 설치될 예정이다. 이 사업 은 정부의 제3차 전력수급기본계획에 포함돼 추진되 는 것으로 설치공사 완료 후 송전용량 200MW 씩 2회 선 총 400MW의 전력을 제주에 공급할 예정이다(LS Cable, 2010).
해상풍력에서도 해저케이블이 매설되고 있다. 현재 서 영 교
한국해양대학교 해양공학과 부교수
이 광 열 LS전선 해저시공사업팀 팀장
하 광 수 LS전선 해저시공사업팀 차장
김 태 형 한국해양대학교 건설공학과 부교수 ([email protected])
그림 1. 진도~제주간 해저케이블 건설사업 위치도 (LS Cable, 2010)
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풍력발전의 효율을 고려해서 대형화 추세가 지배적이 다. 하지만 대형화에 따라 설치장소의 한계, 소음, 설 치/운반, 시각적인 위압감 등의 문제가 발생되고 있어 육상풍력보다는 해상풍력을 선호하고 있는 추세이다.
해상풍력의 경우 위에 언급된 문제들을 해결할 수 있 을 뿐만 아니라 방대한 설치장소를 활용할 수 있고 육 상보다 해상의 경우 바람이 주기적이고 강하기 때문이 다. 이와 같은 이유로 대규모 해상풍력발전 단지가 전 세계적으로 계획 및 건설되고 있다(산업자원부, 2007;
지식경제부, 2010; 한국에너지기술평가원, 2011).
해상에 해상풍력발전 설비가 완공된 후 필수적으로 요구되는 중요한 부분 중 하나가 해저케이블의 매설이 다. 해상에 건설된 해상풍력발전 설비들과 해상변전 소간, 해상변전소와 육지변전소간 연결을 통해 해상 풍력으로 발전된 전기의 수송에 꼭 필요하기 때문이다 (그림 2).
해저케이블 매설은 여러 가지 요소들을 고려해야 한 다. 먼저 케이블 매설지역의 해양환경조건과 해저지 반조건이다. 해양환경 조건에는 바람, 강수, 기온, 해 면기압과 같은 기상조건과 조위, 조류, 파랑에 대한 해 상조건이 포함된다. 이중 해상조건이 매설에 더 큰 영 향을 주는 요소로 볼 수 있다. 해저지반조건은 매설의 성능에 직접 관련되는 부분이다. 왜냐하면 해저지반 의 종류에 따라 굴착의 가능성이 크게 좌우되기 때문 이다. 우리나라의 해저지반의 경우 매우 연약한 점토 질 지반으로부터 암반까지 다양한 형태로 존재하고 있
고, 물리적 역학적 특성 값의 변화폭이 매우 큰 특징을 가지고 있다. 그림 3은 우리나라 인근의 해저지반 분 포도로 R(바위), S(모래), M(펄), C(점토), G(자갈) 등 지반이 다양하게 분포되어 있음을 알 수 있다. 이와 같 은 지반의 변동성때문에 우리나라 근해에서 케이블 매 설시 해저지반에 대한 세밀한 검토와 분석이 이루어져 야하는 이유이다(이중우 등, 2010).
해저케이블 매설에 있어 또한 고려해할 것은 매설기 문제이다. 현재 해저케이블 매설에 사용할 수 있는 매 설기는 전 세계적으로 약 5 종류에 20여기가 사용되고 있다. 대부분 Oil & Gas 분야의 해저 파이프라인 매설 용으로 제작되어 수심의 낮고 탁도가 불량하고 해저지 반 분포가 다양한 지역에서 케이블을 매설하기에는 효 율과 안전성에 측면에서 위험요소를 가지고 있다. 예 를 들어, Water jet형식을 취하고 있는 매설기의 경우 점성토의 경우에는 토질의 비배수전단강도에 따라 굴 착속도가 결정되며, 비점성토의 경우에는 점성토에 비하여 낮은 분사압력이 요구되지만 굴착면의 붕괴를 방지하기 위한 기술이 요구되는 단점을 가지고 있다.
이 형식은 암반에는 적용할 수 없으므로 암반에는 기 계식커터형태의 매설기가 필요하다.
마지막으로 해저케이블 매설에 있어 고려해야 할 것 은 선박의 앵커이다. 앵커중에서 매설 해저케이블에 최대 위해 앵커는 안강망용 앵커로 끌려 묻히면서 앵 커 역할을 하는 drag-embedment형이다. 그림 4는 안강망용 앵커가 끌리면서 해저지반에 묻히는 형태
그림 2. 해상풍력에서 해저케이블 매설 그림 3. 우리나라 주변 해저지반 분포도
의 한 예를 보여주는 것으로 해저케이블의 손상을 방 지하기 위해서는 이에 대한 대책이 필요함을 알 수 있 다. 보통 우리나라 해역에서 조업하는 안강만 어선의 크기를 고려해 볼 때 1.5톤 정도 앵커가 사용되는 앵커 중 가장 큰 종류이다. 다만 특정 도면이나 규격품으로 제작되는 것이 아니고 수요자의 요구에 의하여 제작되 기 때문에 앵커의 제원이나 중량은 약간씩 다를 수 있 다. 그림 4는 그 중 대표적인 안강망용 앵커이다. 해저 케이블이 이들 앵커의 침투로부터 안전을 확보하기 위 해서는 일정 깊이이상으로 해저지반에 매설되어야 하 며, 매설이 불가능한 경우에서 rock berm과 같은 보 호구조물이 설치되어야 한다.
이와 같이 해저케이블 매설에서 고려해야 할 사항은 해양환경조건, 해저지반조건, 매설기, 앵커 등이다. 해 저케이블의 정확한 설계, 시공, 유지관리를 위해서는 위 모든 요소에 대한 상호 관련된 분석이 이루어져야 할 것이다. 하지만 본 기사에서는 지반공학적 측면에 서 검토 대상을 해저지반과 앵커로 한정하고자 한다.
2. 해저지반의 특성 및 조사방법
2.1 우리나라 해저지반의 특성
우리나라 주변해역은 서해와 남해의 대륙붕과 동해 분지로 이루어져 있으며, 생성시기, 지형 및 수심은 복
잡 다양한 분포형태를 보여주고 있다. 또한, 해저 퇴적 물의 분포도 공급원과 조류 등의 영향을 매우 복잡한 형태를 나타내고 있다(박용안과 공우석, 2001).
서해안의 경우 중국대륙의 황하, 양자강을 통해서 연간 16억 톤의 쇄설물이, 그리고 한반도의 압록강, 한 강, 대동강, 금강, 영산강을 통해서도 상당량의 퇴적물 (주로 조립질)이 연안류, 해류 및 파랑에 의하여 운반, 침적되어 서해 중앙부, 중국대륙연안부에서 동지나해 에 이르는 해역과 한반도 서·남해연안에 세립질 퇴 적물이 넓게 발달되어 분포하고 있다. 표층 1㎝의 퇴 적물의 경우 한반도의 서·남해연안과 외해쪽에는 각 각 실트, 점토와 모래가 쉽게 분포되어 있으며, 북부 의 사질토와 남부 및 중국대륙에 가까운 서부의 세립 질 퇴적물이 뚜렷이 구분되어 이에 따라 함수비, 간극 비, 유기물 함유량 등의 성질들도 뚜렷이 달라진다. 깊 이 150㎝ 내외의 퇴적물의 경우 남쪽으로 갈수록 실트 보다 점토함유량이 증가(50% 이상)하며, 점토질 실트 에서 실트질 점토로 변하고 전반적으로 실트의 입경 이 크며, 비교적 토질역학적으로 안정된 상태를 보이 고 있다. 서해안 연안의 지층구조는 조수간만의 차에 따라 다른데 서해안 중 조수간만의 차가 심한 김포, 반 월, 아산 등에서는 실트질 모래 또는 모래질 실트가 풍 화암 바로 위에 퇴적되어 있는 곳이 많고, 그 위에 실트 질 점토층이 놓인다. 이 두층을 합한 두께는 30m까지 이르는 곳이 대부분이며, 그 경계는 분명하지 않은 곳 이 많고, 실트질 점토는 다른 연안의 점토에 비해 입자 그림 4. 앵커 침투 상태 및 변화 예 (앵커 고정 후/끌어 당긴 후)
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가 크다. 군산, 목포 등 서해안 남쪽은 조수간만의 차 가 훨씬 작은 탓으로 실트질 점토층은 더욱 연약하며, 그 두께는 약 20m에 이른다. 이 점토층 아래에는 얇은 두께의 자갈층과 풍화암층이 계속된다.
남해안의 경우 해수면 하강시 퇴적된 잔류 사질 퇴 적물로 덮여 있고, 퇴적물이 조류가 강한 섬 주변의 암 반 노출지역에서 떨어진 곳에 두껍게 퇴적되어 있다 (30∼60m). 세립질 퇴적물은 중국대륙의 황하가 주공 급원이며, 연안해류에 의해서 제주도 남서쪽까지 운 반되어 잔류 사질 퇴적물로 덮혀져 있다. 표층 1㎝의 퇴적물은 섬들 주변과 수로내의 일부지역을 제외하고 는 거의가 점성토 및 사질토로 구성되어 있고, 상부 퇴 적층은 서해안에서 남해안을 따라 흐르는 연안류에 의 한 세립 퇴적물 유입, 조류에 의한 공급, 중국 양자강 에서 흘러온 부유 퇴적물 및 섬진강 등의 하천에서 유 출된 퇴적물의 유입 층에 의해 퇴적된 것으로 알려져 있다. 남해안 연안의 지층구조는 중력 작용에 의해 퇴 적되었다고 추정되는 자갈 및 전석층이 풍화암층 위 에 놓이고, 여수에 이르기까지 거의 공통적이다. 실트 질 점토층의 두께는 부산항에서는 15m, 마산, 여수 등 지에서 대략 10m로 조사되었으며, 자갈 및 전석층의 두께는 최대치가 2∼3m에 지나지 않는다. 낙동강 하 구와 광양만(섬진강 하구)의 지층 구조는 제철소 입지 선정을 위해 광범위하게 조사되었다. 이 두 하구의 지 층구조의 특징은 약 10m 두께의 실트질 점토층 위에 10∼20m 두께의 느슨한 모래층(세사)이 퇴적되어 있 다. 특히, 낙동강 하구는 실트질 점토층이 퇴적되기 이 전에 상당히 깊은 모래층(최대 60m)이 존재하고 있다.
이와 같이 점토층이 모래층 사이에 샌드위치처럼 끼워 서 형성된 것은 우리나라 하구 지층 구조의 특징이다.
동해안 연안의 지층구조는 대단히 연약한 실트질 점 토층이 상층에 놓이며, 이층 아래에는 모래층 또는 모 래 섞인 자갈층이 함께 존재한다. 특히, 강릉 및 속초 지방의 실트질 점토층은 유기질을 많이 함유하고 있으 며 액성한계와 함수비가 대단히 높다. 모래층 또는 모 래 섞인 자갈층은 해수면의 상승이 동해안의 급격한
하천의 수류작용으로 운반되어 형성된 것으로 추정된 다. 이층 아래는 모암이 풍화되어 이루어진 풍화암층 이 있다.
2.2 해양지반 조사방법
해저지반의 경우 그 성질과 특성을 파악하는데 있어 육상지반에 비해 훨씬 많은 제약을 받는다. 그래서 조 사 범위, 획득 시료 수가 절대적으로 부족하다. 해저케 이블 매설을 위한 해양지반조사방법으로는 콘관입시 험(CPT), 토우베인 및 포켓관입시험, 실내시험을 위 한 고성능코아시추(HPC)와 피스톤코아시추(PC)가 주 로 사용된다. 이들 시험을 통해 해저지반에 대한 지층 및 조성, 물리적 역학적 특성이 규명된다 (LS Cable, 2010).
콘관입시험(CPT) 결과를 이용하여 퇴적층 구분, 토 질상태, 점성질(펄질) 퇴적물의 비배수 전단강도, 조립 질 퇴적물의 상대밀도 및 내부마찰각 등이 산출된다.
표 1은 진도-제주간(제2연계선) 일부에서 진행된 콘 관입시험 결과로 상부에는 주로 느슨한 모래층이 존재 하고 하부로 갈수록 지층이 점점 단단해지는 것을 알 수 있다.
토오베인시험과 포켓관입시험은 고성능시추코어에 대해 현장에서 이루어지는 시험이다. 고성능시추코어 는 실내에서 흙에 대한 입도분석을 비롯하여 밀도, 공 극율, 함수비, 에터버그리밋, 비배수전단강도 등이 측 정된다. 피스톤코아시추는 고성능시추코아를 보완하 는 목적으로 실시된다. 피스톤코아는 현장 상황을 고 려하여 배럴길이 4m 이상으로 시료를 채취한다. 모 든 현장시험과 실내시험 결과를 종합해 위치 및 깊이 에 따른 지반의 특성을 파악한다.
일반적으로 해저지반은 하부로 내려갈수록 상부 하 중에 의해 굳은 지층이 발견된다. 그리고 동일한 지층 으로 분류되는 층이라고 하더라도 서로 다른 입경과 강도 특성을 보이고, 동일 깊이에 위치한 지층이라 하 더라도 퇴적이력에 따라 서로 다른 강도 특성을 보이
표 1. 진도-제주간 제2연계선 일부 노선 콘관입시험(CPT) 결과 (LS Cable, 2010)
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고 특징을 갖고 있다.
또한 해저지반의 물리적 특성을 나타내는 데는 육 상의 흙과 같이 입도 조성, 흙입자의 비중, 컨시스턴 시 한계, 유기물 함유량, 함수비, 밀도, 간극비 등을 이 용한다. 이중 입도분포, 비중, 컨시스턴시 한계, 유기 물 함유량은 교란된 시료를 이용하여 비교적 간단하게 구할 수 있다. 단, 이것을 구할 때 간극 속의 염분의 영 향에 대해서 다음의 두 가지를 고려해야 한다. 첫 번째 로 흙입자의 비중이나 함수비 시험에 있어서 염분량의 영향이다. 즉, 건조한 시료 속의 염분을 무시할 것인가 아닌가로 그 값이 약간 다르게 된다. 두 번째로 점성토 의 경우에 해수 속의 이온이 흙입자 상호 작용력에 영 향을 주기 때문에 염분의 처리의 방법으로 컨시스턴시 특성이나 입도시험 결과가 달라진다. 염분의 처리에 대해서는 시험법에 규정되어 있지 않기 때문에 시험자 의 판단에 맡긴다.
3. 앵커의 해저지반 침투
3.1 실내실험
본 실내실험은 실제 5톤, 10톤, 15톤의 무게를 가 지고 있는 앵커를 대상으로 하여 수심 10, 20, 30, 40, 50m 깊이에 투하되었을 때 앵커의 침투깊이를 산정 하기 위한 것이다. 조건상 원형(prototype) 크기의 실 험이 실제적으로 불가능하여 Froude상사법칙을 적용 한 1/50 모델을 이용한 실내실험이 이루어졌다. 표 2, 3은 시험결과이다(박한일 등, 2010). 상대밀도 35%를 갖는 모래지반의 경우 최대 앵커 침투 깊이가 60cm로 산정되었고, 전단강도 2kPa를 갖는 점토지반의 경우 침투깊이가 125cm로 산정되었다. 본 실험결과는 투 묘에 의한 앵커 침투깊이만 산정된 것으로 끌림을 고 려할 경우 약간 침투깊이가 증가될 것으로 판단된다.
3.2 앵커의 해저지반 침투깊이: 실증실험
두 번에 걸쳐 안강망용 앵커에 대한 실증실험도 실 시되었다. 1차는 1994년 제1연계선 해남-제주간 노
주문진 표준사 모델앵커무게
(kg)
모델수심 (cm)
모델침투깊이(cm) 앵커무게*
(ton)
수심 (m)
침투깊이(m)
최소 최대 최소 최대
0.055
20 0.30 0.50
5.250
10 0.15 0.25
40 0.30 0.60 20 0.15 0.30
60 0.20 0.70 30 0.10 0.35
80 0.30 0.80 40 0.15 0.40
100 0.30 0.80 50 0.15 0.40
0.104
20 0.40 0.70
10.500
10 0.20 0.35
40 0.60 0.90 20 0.30 0.45
60 0.50 0.90 30 0.25 0.45
80 0.60 0.90 40 0.30 0.45
100 0.50 0.90 50 0.25 0.45
0.149
20 0.60 0.90
15.400
10 0.30 0.45
40 0.70 1.20 20 0.35 0.60
60 0.90 1.10 30 0.45 0.55
80 0.90 1.20 40 0.45 0.60
100 0.90 1.20 50 0.45 0.60
표 2. 모래지반(상대밀도 35%)에서 앵커의 지반 침투깊이
표 3. 점토지반(전단강도 2kPa)에서 앵커의 지반 침투깊이
표 4. 제1연계선 실증실험 결과((주)한국해양기술, 1994)
카올린점토 모델앵커무게
(kg)
모델수심 (cm)
모델침투깊이(cm) 앵커무게*
(ton)
수심 (m)
침투깊이(m)
최소 최대 최소 최대
0.055
20 0.60 1.60
5.250
10 0.30 0.80
40 0.60 2.30 20 0.30 1.15
60 0.60 1.70 30 0.30 0.85
80 0.50 1.10 40 0.25 0.55
100 0.50 1.20 50 0.25 0.60
0.104
20 1.00 1.90
10.500
10 0.50 0.95
40 0.80 1.90 20 0.40 0.95
60 0.50 2.00 30 0.25 1.00
80 0.80 1.90 40 0.40 0.95
100 1.00 1.90 50 0.50 0.95
0.149
20 1.40 2.20
15.400
10 0.70 1.10
40 1.40 2.20 20 0.70 1.10
60 1.70 2.20 30 0.85 1.10
80 1.20 2.50 40 0.60 1.25
100 1.30 2.00 50 0.65 1.00
위치 퇴적물 상태 상태 침투깊이 (cm)
1 고운모래가 섞인 침니(굳은 상태)
(silt with fine sand(hardened))
투묘직후 stock: 30 fluke: 15
닻고정후 stock: 32 fluke: 17
끌어당긴후 stock: 20 fluke: 85
2 자갈과 조개껍질이 섞인 보통 모래
(medium sand with pebble and shell debris)
투묘직후 stock: 18 fluke: 20
닻고정후 stock: 18 fluke: 21
끌어당긴후 stock: 19 fluke: 78
3 고운모래가 섞인 뻘
(silty clay mud with fine sand)
투묘직후 fluke: 120
닻고정후 fluke: 122
끌어당긴후 fluke: 125
4 고운모래가 섞인 침니
(silt with fine sand)
투묘직후 fluke: 210
닻고정후 fluke: 212
끌어당긴후 fluke: 215
5 고운모래가 섞인 침니
(silt with fine sand)
투묘직후 fluke: 180
닻고정후 fluke: 182
끌어당긴후 fluke: 185
6 고운모래와 보통모래가 섞여 있음
(fine and medium sand)
투묘직후 stock: 20 fluke: 40
닻고정후 stock: 21 fluke: 42
끌어당긴후 stock: 5 fluke: 100
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선에서 실시되었고((주)한국해양기술, 1994), 2차는 현재 공사중인 제2연계선 진도-제주노선에서 실시되 었다((주)한국해양과학기술, 2007).
1차 실증실험(제1연계선)은 실제 조업중인 안강망 어선을 이용하여 부드러운 토질과 기타 모래의 토질에 서 여섯 번 투묘하여 실측조사와 수중사진과 폐쇄식 비디오 촬영으로 침투 깊이가 산정되었다. 실측 조사 는 앵커 투하직후, 고정직후 및 끌어당긴 뒤의 결과가 기록되었다.
2차 실증실험은 제2연계선에서 총 8지점에 대해 실험이 실시되었다. 시험에 사용된 안강망 앵커의 제 원과 선박은 표 5와 같다. 실험 결과 지반 특성에 따
라 차이가 있으나 stock 보다는 fluke가 더 깊게 침투 하는 것으로 나타났는데 이것은 fluke의 형태에서 기 인된 것으로 판단된다. 앵커 투하 직후 fluke는 63~
145cm 정도까지 침투가 발생되고 앵커를 끌어 당기 면 100~212cm 까지 침투 깊이가 증가하는 것으로 나 타났다. 시험 결과 침투깊이는 시험 지점의 지반특성 에 따라 많은 차이가 있는 것으로 나타났다(표 6)
3.3 토질 vs. 선박무게
제8th International Conference on Insulated Power Cables에서 발표된 논문인 “On the Optimum
구분 앵커 안강만 선박
장비
중량 : 1.5톤 stock : 3.2m(한쪽 1.6m)
fluke : 2.4m(한쪽 1.2m) shank : 5.0m
톤수 : 69톤 추진기 : 500HP
길이 : 23.86m 선폭 : 6.8m 표 5. 실험에 사용된 안강망 선박 및 앵커 제원
표 6. 제2연계선 실증실험 결과 ((주)한국해양과학기술, 2007)
지점 토질특성 구분 침투깊이(cm)
낙하 후 끌어당김 후
A-1 SM stock
fluke
82 63
145 100
A-2 GM stock
fluke
22 145
30 184
A-3 GM stock
fluke
39 82
104 158
A-4 CL stock
fluke
11 107
23 212
A-5 SM stock
fluke
121 142
180 198
A-6 SW stock
fluke
82 143
8 187
A-7 SP stock
fluke
63 122
41 166
A-8 SM stock
fluke
42 125
63 101
Burial Depth of Submarine Power Cables(Worzyk et al.(2011))” 에서 선박의 중량과 흙의 종류에 따른 침 투깊이를 제시되었다(그림 5). 이 그림에서 볼 수 있듯 이 흙의 종류에 따라 서로 다른 침투깊이를 보여주는 것을 볼 수 있다. 예를 들어, 점토(mud)의 경우 선박 크기 10,000ton 정도에서는 약 2~3m 정도의 침투깊 이를 보이고, 모래의 경우 그 상태에 따라 약 1.5~2m 정도의 침투깊이가 발생됨을 알 수 있다. 또 한가지 본 그림에서 중요한 것은 선박의 크기가 커짐에 따라 앵 커의 침투깊이가 계속 증가하는 것은 아니라는 것이
다. 모래의 경우(그림 5에서 2번) 선박크기 10,000ton 에서 100,000ton 증가함에 따라 침투깊이가 2m에서 3m로 증가가 이루어져 큰 변화는 없는 것을 알 수 있 다.
3.4 지반강도 vs. 어선종류
Hoshina and Featherstone(2001)는 1999년에 만들어진 ETA Joint Industry Program의 “Design Criteria for Cable Protection by Burial" 및 1997년 San Fransico에서 개최된 SubOptic'97에서 발표된
“Threats to Submarine Cable(Shapiro et al.)” 에 근 거하여 어선의 종류 및 지반조건에 따른 매설 깊이를 아래의 표 7 및 그림 6에 제시하였다. 이 표와 그림에 서 알 수 있듯이 지반조건과 어선의 종류에 따라 서로 다른 매설깊이를 제시하고 있음을 알 수 있다. 또한, 일반 어선의 경우 지반의 강도에 상관없이 약 2.5m 이 하의 매설깊이를 제시하고 있어 이 깊이 이상의 매설 은 시공성과 경제성 측면에서 이점이 없다는 것을 알 수 있다.
3.5 지반강도 vs. 앵커무게
2006년 10월 BWEA28에서 Georg Balog(Nexans, 표 7. 흙의 전단강도와 위해요소에 따른 해저케이블 추천 매설 깊이
그림 5. 토질 vs. 앵커 침투깊이 vs. 배 종류
Threat Hard ground
(clay>72kPa, rock)
Soft-firm soils (sand, gravel clay 18-72kPa)
Very soft-soft soils (mud, silt, clay 2-18kPa) Trawl boards, beam trawls,
scallop dredges <0.4m 0.5m >0.5m
Hydraulic dredges <0.4m 0.6m N/A
Stow net fishing anchors N/A 2.0m >2.0m
Ships' anchors up to 10,000 DWT
(50% of world fleet) <1.5m 2.1m 7.3m
Ships' anchors up to 100,000 DWT
(95% of world fleet) <2.2m 2.9m 9.2m
범례 1: Mud, 2: Sand, 3: Sand, 4: Hard ground,
5: Sand, Danforth/Moorfast anchor, 6: Sand, Stockless anchor
20 •地盤 2012. 3 Vol.28, No.3 •21
Norway)에 의해 발표된 “Potential cost savings on submarine cables”에 제시된 지반강도에 따른 앵커 침투깊이는 다음 그림 7, 8과 같다. 1ton 앵커의 경우 매우 연약한 지반에서 약 1.25m 이내의 침투깊이를 보여주고 있다. 앵커의 무게가 15ton인 경우 연약한 지반에서 침투깊이는 약 4m 정도 발생함을 알 수 있 다. 이 두 그림은 분명하게 지반의 강도에 따라 앵커 침 투깊이가 서로 다르다는 것을 보여준다.
3.6 Burial Protection Index (BPI) vs. 매설심도
San Fransisco에서 Mole et al. (1997)은 그들의 논문 “Cable Protection Solutions Through New
Installation and Burial Approaches”에서 처음으로 지반의 전단강도, 앵커와 같은 위해요소 등을 고려하 여 매설심도와 관련된 BPI (Burial Protection Index) 를 제시하였다. BPI 값은 다음의 3개의 지수로 분류된 다.
BPI 1: 일반적인 어구(fishing gear)와 같은 요소에 대한 케이블 매설깊이
BPI 2: 약 2톤 앵커와 같은 위해요소에 대한 케이블 매설깊이
BPI 3: 큰 선박에서 발생하는 위해요소에 대한 케이 블 매설깊이
그림 9에서 볼 수 있듯이 지반의 종류에 따라 그리 그림 6. 흙의 전단강도 vs. 매설깊이
그림 8. 지반의 연경도 vs. 침투깊이(1ton 이상 앵커)
그림 7. 지반의 연경도 vs. 침투깊이(1ton 이하 앵커)
그림 9. BPI vs. 침투깊이
고 앵커와 같은 위해 요소의 무게에 따라 매설깊이가 서로 다름을 알 수 있다.
4. 결론
해저케이블 매설에서 고려해야할 사항은 여러 가지 가 있으나 본 기사에서는 해저지반조건, 앵커와 관련 된 내용이 주로 검토되었다. 먼저 우리나라의 해저지 반의 특성을 간략하게 정리하였으며, 해저지반의 특 성을 파악할 수 있는 시험법을 현재 공사가 진행중인 진도-제주간(제2연계선) 공사에서 적용된 방법을 중 심으로 소개하였다. 지반조건과 여러 위해요소에 따 른 매설 깊이 산정에 대해서는 진도-제주간(제2연계 선) 공사에서 실시된 실내모형실험과 실증실험 결과 가 소개되었다. 그 외 기존 외국문헌에 소개된 자료를 근거로 지반조건 및 선박의 중량에 따른 침투깊이, 어 선의 종류 및 지반조건에 따른 매설깊이, 지반강도 및 앵커무게에 따른 침투깊이, Burial Protection Index (BPI)에 따른 매설심도에 대한 내용도 함께 소개되었 다.
이들 결과를 종합해 보면 우리나라의 주변의 해저지 반은 생성시기, 지형 및 수심은 복잡 다양한 분포형태 를 보여주고, 해저 퇴적물의 분포도 공급원과 조류 등 의 영향을 매우 복잡한 형태를 나타내고 있음을 알 수 있었다. 동일한 지층으로 분류되는 층이라고 하더라 도 서로 다른 입경과 강도 특성을 보이고, 동일 깊이에 위치한 지층이라 하더라도 퇴적이력에 따라 서로 다른 강도 특성을 갖고 있어 각 지반별 적정 매설심도가 서 로 다를 수 있을 가능성이 매우 높은 특성을 가지고 있 다. 실내실험, 실증실험, 외국문헌 결과를 보면, 지반 의 종류 및 강도와 앵커와 같은 위해요소에 따라 매설 심도와 앵커의 침투깊이가 서로 다르다는 것을 알 수 있다. 해저케이블 매설공사는 해상에서 이루어지는 많은 위험을 안고서 이루어지는 작업 중 하나로 위해 요소를 고려한 지반조건별 적합한 매설심도 선택은 공
사의 안정성, 경제성 측면에서 있어 매우 중요한 요소이 므로 이 부분에 대한 지반공학자들의 관심이 요구된다.
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