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김 영 근

(주)건화 지반터널부 부사장/

한국지반공학회 부회장

공학박사/기술사

(babokyg@hanmail.net)

                      


■ 제3강을 시작하며

2004년 4월 20일 오후 3시 30분경 [그림 1]에서 보는 바와 같이 싱가포르 MRT 공사중 니콜 하이웨이(Nicoll Highway)가 붕괴되는 사고가 발생했다. 본 사고는 싱가포르의 건설 산업에 깊은 영향을 미쳤다. 이 사고를 통해 깊은 굴착공사를 할 수 있는 자격을 갖춘 지반 기술자를 임명하고 임시공사에 대한 승인권한 제출을 요구하는 등 많은 규제가 강화되었다. 본 붕괴로 4명이 사망하고 3명이 부상당했다. 프로젝트 몇몇 당사자들이 법정에서 기소되었고, 프로젝트 완료가 지연되었다. 여러 레벨의 스트럿이 있는 지하연속벽(diaphragm wall)는 종종 견고한 흙막이 지보 시스템으로 생각되었다. 어떻게 이러한 시스템이 붕괴했을까?


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본 고에서는 싱가포르 MRT 공사의 개착터널 공사중 발생한 흙막이 가시설 붕괴사고 사례로부터, 지반 해석방법의 오류, 연약지반에서의 흙막이 가시설 설계의 잘못, 계측 모니터링을 포함한 시공관리상의 제반 문제점 그리고 지하굴착공사에 대한 공사관리시스템 상의 문제점을 종합적으로 분석하고 검토하였다. 이를 통하여 본 붕괴사고로부터 얻은 중요한 교훈을 검토하고 공유함으로서 지반 및 터널기술자들에게 기술적으로 실제적인 도움이 되고자 하였다.



1. 싱가포르 MRT - C824 프로젝트 공사개요
  
1.1 Circle Line(CCL)과 C824 프로젝트 개요

싱가포르의 육상교통국(LTA)은 싱가포르의 교외지역과 도심지역의 중심 업무지역을 연결하는 CCL(Circle Line) MRT 노선을 건설하고자 했다. 이중 붕괴가 발생한 공사구간은 CCL 1단계 구간중 C824 프로젝트이다. [그림 2]에서 보는 바와 같이 C824 프로젝트는 두 개의 정거장(Nicoll Highway역과 BLV역)과 개착터널(cut & cuver tunnel) 및 TBM 터널(bored tunnel)로 구성되어 있다. 이중 붕괴사고가 발생한 구간은 [그림 3]에 나타난 바와 같이 TBM 장비가 도달하는 수직구(TSA Shaft- Temporary Staging Area, 직경 34m)에서 개착터널공사를 위한 흙막이 가시설 공사 구간이다.


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1.2 붕괴구간 공사 개요

붕괴구간의 공사현황은 [그림 4]에 나타난 바와 같이 개착터널을 위한 지반 굴착작업이 진행 중이었고, 붕괴가 일어났을 때 굴착 바닥까지 거의 도달한 상태였다. 폭 20m 개착터널은 지하 33미터까지 굴착하여 건설중이었다. 지반은 매우 낮은 전단 강도(20kPa ~ 40kPa)를 가진 연약한 해성 점토의 깊은 층으로 구성되었으며, 일반적으로 깊이에 따라 선형적으로 증가했다. 두께 800mm의 철근 콘크리트 지하연속벽(D-wall)을 흙막이 구조물로 사용했으며, 10단계의 강재 스트럿으로 지지하고 있으며, 수직 방향으로 약 3-3.5m 간격을 두고 설치되었다. 굴착 바닥 부근의 2열의  제트그라우트 파일(JGP, Jet Grout Pile))은 굴착 과정에서 연약지반에 강도와 안정성을 제공하기 위해 시공되었다. 불리한 지반조건에서 이러한 깊은 굴착은 일반적으로 약 1500mm의 벽 두께를 필요로 한다는 점에 주목할 필요가 있으며, 그 두께는 C824에 사용된 벽의 두 배 크기이다.


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2. Nicoll Highway 붕괴사고


2004년 4월 20일 오후 3시 30분쯤 싱가포르에서 니콜 하이웨이 MRT 굴착 작업이 진행과정에 붕괴되었다. 굴착폭은 20.1m 였고 11단계로 건설될 예정이었다. 최종 굴착 깊이는 33.3m였으나, [그림 5]와 같이 지표면(10단계)에서 -30.6m에 이르자 지보시스템이 붕괴되었다. 부서진 벽이 굴착존 안쪽으로 떨어지면서 강재 스트럿인 지보시스템이 붕괴되었다. 무너진 길이는 약 30.5m였다. 사고조사위원회 보고서에 따르면, 이 사건으로 인해 4명의 사상자와 3명의 부상자가 발생했다. 이러한 굴착 붕괴는 그 지역의 약 15,000명의 주민들에게 수도, 전기, 그리고 가스라인의 문제로 야기되었다. 더욱이 지반 붕괴로 인해 근처의 교량으 두 구간이 철거되고 재설치 되어야만 했다.


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굴착은 두께 0.8m, 길이 44.3m의 지하연속벽(D-wall)으로 둘러싸여 있다. 또한, 지보 시스템을 위해 수평 간격이 4m인 9개의 강재 스트럿과 2개의 제트 그라우트 파일층이 계획되었다. 제트 그라우트 파일의 첫 번째 층은 1.5m 두께로 임시적이었고 제트기둥 말뚝의 두 번째 층은 2.5m 두께로 터널의 기초를 형성했다. 제트 그라우트 말뚝층의 목적은 터널이 굴착되는 동안 지하연속벽의 거동을 최소화하기 위한 것이었다. 굴착이 진행됨에 따라 스트럿을 시공하고 스크럿 10단 시공에 앞서 제트 그라우트 말뚝의 임시층을 제거하였다. 다행스럽게도, 이 프로젝트는 지반과 벽체 거동을 모니터링하기 위한 침하판, 경사계, 피에조미터, 변형율 게이지 및 로드셀 등을 포함한 지반공학적 계측이 충분히 설치되었다. 붕괴가 발생한 부분에 설치된 계측기는 붕괴 원인을 파악하여 데이터를 제공했다. 더욱이 지바반 조건은 주로 해성 점토층으로 구성된 점토질 및 사질토질 지반으로 이루어져 있다.


사고조사위원회 보고서에 따르면, 붕괴는 갑자기 진행된 것이 아니었다. 붕괴가 임박했다는 경고가 많았지만, 대부분의 경고는 심각하게 받아들여지지 않거나 무시되었다. 붕괴 전에 발생한 사건 중 일부는 임시 가시설 시스템의 지하연속벽 설계를 위해 유효 응력 접근법(비배수 A)을 사용하는 설계 방법론의 중요한 오류를 밝혀냈다. 주 붕괴가 발생하기 전에 400mm 정도의 과도한 지표침하 현상이 감지되었으며, 다이어 프램 벽체 패널의 수직 균열도 분명하게 관찰되었다. 이 균열은 지하연속벽(D-wall)이 최대 용량에 도달했음을 나타내는 지표 중 하나였다. 이러한 이유로, 제트 그라우트 말뚝은 벽의 변형을 제한하기 위해 시공되었다. 본 사고가 발생한 날, 현장에 있던 근로자들은 오전 8시쯤 다단계 스트럿 시스템으로부터 소리를 들었으며, 시공사의 시니어 엔지니어들에 의해 조사되었고, 불행하게도 그들은 많은 월러-스트럿 연결부들이 항복했다는 것을 발견했다. 그 후, 즉각적인 조치가 실행되어 모든 시공 근로자들을 대피시켰다. 오후에는 발주자측 기술자들이 현장에 와서 시공사 기술자들과 함께 굴착 안정화를 위해 스트럿 9단에 콘크리트를 타설하기로 결정했다. 하지만, 오후 3시 30분에 가시설 시스템이 붕괴되었고 4명의 사상자와 3명의 부상자가 발생했다. 본 붕괴에 대한 공식적인 원인은 싱가포르 노동부 사고조사위원회가 보고하고 있다. 첫째는 지하연속벽(D-wall) 설계를 위한 방법 A(유효 응력 방법)의 적용은 비배수 전단 강도를 과대평가하는 결과를 가져왔으며, 그 결과 지하연속벽의 벤딩 모멘트 및 변형은 약 50%로 과소평가되었다. 둘째는 월러-스트럿 연결부의 과소 설계였다.



3. Nicoll Highway 붕괴 원인 및 메카니즘


3.1 연약점토의 비배수 거동에 대한 모델링 오류

다단계 지반굴착 설계시 해석을 통하여 지반의 거동을 평가하게 된다. 많은 경우에 지반의 배수 거동은 unloading으로 인해 굴착 작업에 매우 중요하지만, 비배수 거동은 여전히 투과성이 매우 낮은 해성 점토와 같은 토질에 적절하다.
Nicoll Highway의 개착터널 설계시 사용된 소프트웨어는 Plaxis였다. 지반의 비배수 거동을 고려할 때 관련 강도 파라미터는 지반의 총응력 파라미터이다. 강도 설계의 경우 비배수되지 않은 전단강도(cu)이다. 설계자는 때때로 특정 지반의 비배수 전단강도 값을 소프트웨어에 직접 입력하도록 선택할 수 있다. 그러나 Plaxis에서 소프트웨어를 사용하면 설계자가 효과적인 응력 파라미터(즉, 점착력 c' 및 마찰각 θ')를 사용하여 비배수 거동을 모델링할 수 있다. 이것의 장점은 압밀로 인한 전단강도 증가를 설계에 사용할 수 있고 결과적으로 경제적인 설계를 얻을 수 있다. 설계자는 이를 활용하여 Plaxis의 유효응력 파라미터를 사용하여 비배수 조건을 모델링했다(그림 6).


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그러나 C824 프로젝트 설계자는 특히 연약점토의 경우 전단강도 증가가 정량적으로 잘못될 수 있다는 사실을 인식하지 못했다. p-q 그림에서는 Mohr-Coulomb(MC) 모델을 사용한 비배수 재하에서 응력경로가 수직 위로 이동하는 것을 시각화할 수 있다. 즉, 모어 원의 중심(p-좌표)은 동일하게 유지되지만 원의 반지름(q-좌표)은 증가한다. 또한 p와 q는 각각 평균 응력과 편차응력이다. 비배수 제하의 경우, 하중은 토질에 있는 물에 의해 완전히 흡수되므로 토질의 유효응력에는 변화가 없다. 하중이 증가할수록 Mohr 원이 커짐에 따라 편차 응력(q-좌표)만 증가하게 된다. 실제로 비배수 제하시(즉, 물에 가해지는 압력) 동안 양의 과잉 간극수압이 증가하면, 응력경로가 왼쪽으로 변하며, 총응력=유효응력+간극수압으로 인해 평균 유효응력(p-좌표)이 감소하게 된다. 물이 모든 방향으로 압력을 가하기 때문에, 물에서의 수직 응력이 증가하면 수평으로 작용하는 응력과 같은 결과가 된다는 것을 이해하는 것이 중요하다.


유효응력 파라미터를 사용한 토질의 전단강도의 과대 예측은 심각한 과소설계 결과를  초래했다. 흙막이 가시설 벽체의 힘과 모멘트는 심각하게 과소평가되었고, 예측된 변형은 너무 낙관적이었다. 이로 인해 흙막이 가시설의 지보 시스템의 크기가 부적절하게 조정되었다. C824 다이아프렘 벽체에 대한 역해석 결과, 휨 모멘트 및 굴절은 50% 정도 과소평가된 것으로 나타났다.



3.2 곡선형 지하연속벽과 지장물 횡단

지하철 노선의 곡선 선형은 흙막이 가시설이 이 곡률을 따라야 한다는 것을 의미한다. 곡선형 지하연속벽(D-wall)는 설계 및 시공에 많은 난제를 제기한다는 점에 유의해야 한다.  첫째, 단면 설계에 채택된 일반적인 2차원 평면 변형율 해석은 평면 비깥방향으로 실행되는 곡률의 효과를 반영하지 못한다. 흙막이 가시설 벽체의 힘과 모멘트. 스트럿 힘 및 벽체 굴절은 곡률로 인해 증가하거나 감소할 수 있다. 시공시 벽체의 곡률로 인해 연속적으로 월러를 시공하기가 쉽지 않았다. C824에서 일부 위치의 불연속적인 월러로 인해 인접한 지하연속벽(D-wall) 패널 간의 약화가 발생했다. D-벽체가 개별 패널로 구성됨에 따라 측압으로 인해 벽체 접합부가 약한 위치에서 노출되었다. 설계자들이 간과했던 벽체 접합부의 오픈방지를 위한 타잉 효과(tying effect)를 제공하기 위해 견고하고 지속적인 타잉 월러를 제작해야 했다.


기존 지하 유틸리티는 굴착시 손상으로부터 보호해야 한다. 때로는 공사가 시작되기 전에 유틸리티가 굴착구역에서 다른 곳으로 옮겨질 수도 있지만, 항상 가능한 것은 아니다. 프로젝트 당사자가 굴착공사의 일환으로 기존 유틸리티를 관리해야만 한다. C824에서는 중요한 전기케이블(66kV)이 지하연속벽을 가로막고 있었다(그림 7). 4m의 유틸리티 갭이 지하연속벽(D-wall)의 연속성을 방해해 지하연속벽에 연약구간을 만들었으며, 연약지반에서 적절히 연결되지 않는 유틸리티 갭을 통해 누출되는 토사로 인해 지반 손실이 발생했다. 또한 시공자도 지속적인 스트러팅을 설치하는 데 어려움을 겪었다. C824의 경우 제트그라우트 말뚝(JGP)이 지장물의 손상 우려 때문에 유틸리티 구역 근처에서 제대로 수행되지 않은 것으로 파악했고, 이는 굴착 기초에 안정성을 제공하는 JGP의 효과를 심각하게 손상시킬 수 있었다.


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3.3 스트러팅 시스템의 시공불량

C824의 스트럿팅 시스템 설계에는 많은 미흡한 점이 있었다. 설계-시공 일괄입찰의 계약 특성상 시공자는 경제적인 설계를 원했지만 곡선형 지하연속벽(D-wall)과 스트럿의 좁은 수직간격은 시공성을 저해하는 주요 요소였다. C824에서 일부 월러는 불연속적인 것으로 확인되었고, 일부 스트럿은 스플레이(splay) 없이 설치되었다(그림 8). 또한 월러없이 스트럿이 D-wall 패널에 직접 부착되는 경우도 있었다. Waler의 기본 목적은 하중을 재분배할 수 있도록 벽체에 지속적인 라인 지지를 제공하는 것이며 편심의 영향을 완화할 수 있어, 이를 생략했을 때 스트러팅 지보시스템의 효과가 다소 저하되었다.


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시공중에 스트럿 및 월러 연결부용 플레이트 보강재 일부에서의 좌굴이 확인되었다. 이러한 현상이 스트럿의 플랜지를 통해 더 많은 하중이 전달되어 플레이트 보강재가 부적절하게 되었기 때문이다. 강철 보강판의 부적합은 월러의 강성 지지 길이를 과대평가한 보강재의 과소 설계 때문으로 확인되었다. 시공자는 더 큰 C-채널 단면이 보강재로서 더 나은 성능을 발휘할 것이라고 생각하면서 강철판을 C-채널로 교체했다(그림 9).


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이것은 스트러팅 시스템의 부적합을 초래하는 주요 요인 중 하나였기 때문에 비용이 많이 드는 실수임이 입증되었다. 시공자는 보강재 역할을 하는 C-채널이 오픈 보강시스템을 가져왔다는 것을 깨닫지 못했다. 이것은 오픈 보강시스템이 측방 붕괴의 내재적인 약점을 가지고 있었다는 것을 의미한다. [그림 10]에서 보는 바와 같이 측방 파괴모드는 피크이후의 취성반응으로 인해 위험하다. 시스템이 용량을 초과하여 과부하되면 갑자기 파괴가 발생하고 하중전이용량이 급격히 감소한다.


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3.4 위험 신호의 무시

C824와 같은 대규모 인프라 프로젝트는 필연적으로 설계 및 공사중 현장 작업을 위해 대규모 프로젝트 인력팀이 필요했다. PM엔지니어, 감리자, 발주처 담당자 및 시공자로 구성된 대규모 팀이 현장에 참석했음에도 불구하고, 프로젝트 관계자 중 누구도 붕괴가 임박했다는 비정상적인 위험 신호를 인지하지 못했다. 붕괴 전에, 벽체의 변형은 400mm 이상이었는데, 이것은 프로젝트 관계자들에게는 경각심을 주지 않는 것처럼 보였다. 또한, 보강판의 좌굴과 킹 포스트의 변형과 같은 스트럿 시스템의 이상이 있다는 징후가 있었다. 프로젝트 관계자들이 변형되고 좌굴된 구조 부재와 벽체의 변형 그리고 지반 거동으로부터 위험성을 인지했다면 니콜 하이웨이 붕괴사고의 비극은 피할 수 있었을 것이다. C824에서 공사비와 공기에 대한 엄청난 압박은 시공자가 불필요한 위험을 감수하도록 했고, 심지어 위험 신호 앞에서도 공사를 멈추지 않을 정도로 상황이 반전되고 안정되기를 희망했다. 공사를 서둘러 굴착과 백필공사를 완료하려는 이러한 마음가짐은 위험한 것이다. 더 안전한 방법은 공사를 중단하고 안전 및 안정성을 보장하기 위해 취약한 영역을 강화하는 것이다.


3.5 붕괴 메커니즘

본 사고의 붕괴메카니즘은 다양한 상세 조사와 검토를 거쳐 규명되었다. [그림 11]에서 보는 바와 같이 9단 스트럿의 파단으로부터 시작하여 지하연속벽의 벽형과 항복(yielding)이 발생하고, 이후 [그림 12]에 나타난 바와 같이 흙막이 가시설 시스템 전체가 붕괴에 이르게 된 것으로 조사되었다. 또한 흙막이 가시설의 붕괴로 인하여 주변 도로, 지장물 등이 동시에 붕괴되어 재산상 및 인명상의 막대한 피해를 가져오게 되었다.


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4. 사고조사보고서 검토


싱가포르의 새로운 Circle Line(1단계 C824공구)을 위한 개착 터널을 굴착하는 동안 Nicoll Highway의 붕괴는 사고조사위원회 보고서(COI, 2005)에 광범위하게 기록되었다. 많은 국내 및 국제 전문가들이 사고조사보고서에 참여했으며 이후 붕괴에 대한 상세한 분석결과를 발표했다(예: Yong 외, 2006; Endicott, 2006; Davies 외, 2006).


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4.1 붕괴원인 분석
C824 프로젝트에서 Nicoll Highway 붕괴는 두 가지 중요한 설계 오류에서 비롯되었다.
(1) Method A를 사용한 지하연속벽(D-wall)의 과소설계(under design)
(2) 스트럿 시스템의 월러 연결부의 과소설계(under design)


이러한 설계 오류로 인해 9단 스트럿 월러 연결부가 파괴되었고, 9단 스트럿이 파괴되면서 전체 흙막이 가시설 벽체 시스템이 재분배 하중을 견딜 수 없게 되었다. 그리고 나서 재앙적인 붕괴가 점차적으로 이어진 것으로 붕괴가 갑자기 진행된 것은 아니다. 다음과 같은 몇 가지 기술적 및 관리적 요인이 붕괴의 원인이 되었습니다.


■ 초기 단계부터 최종 붕괴까지 요구되는 관리수준을 입증하지 못함
■ 심각한 인적 오류
■ 초기 단계부터 다가올 붕괴에 대한 경고는 심각하게 받아들여지지 않음
■ 시공자는 초기의 경고 사인을 제대로 다루지 못함
■ 다양한 사고로 인해 시공자와 전문업체에 의해 사용하는 설계, 시공, 계측, 관리 및 조직 시스템의 마비로 이어짐
■ 방어 시스템의 파괴
■ 적절하고 적정한 설계 검토의 부족
■ 불충분한 비상시의 대책
■ 붕괴가 일어난 M3타입에서의 역해석의 남용
■ 규칙적인 면밀하면서 효과적인 계측 모니터링 체제를 구축하지 못함
■ 지반공학적으로 문제를 가지는 M3 타입에서의 두 개의 중요한 역해석 오류
■ M3 타입에서 2차 역해석에 기초하여, 계측 검토 수준의 반복적인 위반



4.2 붕괴의 징후와 원인
재앙적인 붕괴에 앞서 다음과 같은 여러 징후들이 나타났다. 


■ 과도한 벽체 굴절 발생 증가
■ 경사계 수치 증가
■ 월러 빔 좌굴
■ 보강판 좌굴
■ 지반 침하
■ 다이아프렘 벽체의 틈을 통해 물과 토사 유입
■ 콘크리트 코벨 파괴
■ 월터 빔의 소리
■ 보강 브래킷의 파괴
■ 스트레인 게이지 계측치의 급락
■ 2004년 4월 20일 스트럿 시스템의 중심부에서 6시간 동안 '쿵'하는 소리


본 붕괴의 책임은 이러한 징후들에 대하여 적절히 대처하지 못한 시공사에 있다고 할 수 있다.
이러한 붕괴 사고로부터 필수적으로 다음과 같은 필요성을 찾게 되었다.


■ 확실한 설계
■ 리스크 기반 설계 및 관리
■ 목적이 있는 역해석
■ 효과적인 계측 모니터링 및 계측결과 분석 체계
■ 시공 중의 품질관리
■ 시공사의 역량과 안전관리
■ 입찰 절차의 검토


(1) 지하연속벽(D-wall)의 주요 위치의 경사계는 중요한 기간 동안 매일 모니터링되지 않았으며, 이상징후를 파악할 기회를 놓쳤다.
(2) 계측 데이터의 해석은 형식적이었다.
(3) 과거 경험에 대한 의존도가 사고에 적절하게 적응하지 못했다. ‘표준’이지만 차별화되지 않은 대책들은 효과적이지 않았다.
(4) 지반 불확실성에 대한 관리가 부족했다.
(5) 안전하지 않은 많은 작업이 있었고, 안전 리스크는 관리되지 않았으며, 안전 문화는 불충분했다.
(6) 현장 사고대처하는 데 필요한 긴급 계획 및 비상조치 절차가 부적절했다.
(7) 시공자의 전반적인 기업 역량이 부족했다.



4.3 안전 관리 

프로젝트의 안전 및 안전 문화는 미흡했다. 이번 사고조사에서는 공공기관, 발주자, 시공자의 깊은 굴착작업에 대한 안전의 필요성이 대두되었다. 진정한 문제는 안전이 우리에게 어떤 댓가를 치르게 하느냐가 아니라, 안전이 무엇을 절감 하느냐하는 것이다.
2003년 3월부터 2004년 4월 20일 붕괴 당일까지 많은 안전상의 실수와 오류가 있었다. 안전 오류와 조직상의 실패의 역사가 있었다. 이러한 조직상의 실패는 프로젝트 수행에 있어 안전 문화의 결여를 보여주었다. 의심할 여지없이 인간의 실수는 있었지만 이것들은 단지 예견할 수 있는 조직상의 실패의 결과일 뿐이다.


니콜 하이웨이 붕괴 사고의 주요 원인은 다음과 같다.
■ 리스크 식별, 리스크 회피 및 감소를 적절하게 처리하지 않은 방어 시스템의 잔류 리스크 관리의 실패
■ 시공자와 전문업체들의 안전 민감성 부족과 안전문화 부재
■ 중대한 안전 실패는 불안전 공사, 불안전 조건 및 태도에 직면하여 공사 중지명령이 내려지지 않았다는 것으로 공사 중지명령은 실행 가능하고 현실적인 옵션이어야 하며, 지휘 계통과 비효율적인 의사소통에서 명확성의 결여


기본 원칙은 위험 요소를 피하고 리스크를 최소화하며 건설 현장에서 일하는 사람들뿐만 아니라 건설 활동에 의해 영향을 받을 수 있는 다른 사람들의 건강과 안전을 보호하는 것이다. 비규범적인 권장 사항은 다음과 같다.



(1) 효과적인 리스크 관리
니콜 하이웨이 붕괴와 같은 주요 사고는 확률이 낮은 사건들에서 발생할 수 있다. 이러한 사고는 효과적인 리스크 관리를 통해 예방되어야 한다. 이는 상당한 운영자가 리스크 평가의 가정을 매일 준수하도록 모든 리스크를 모니터링하는 기능을 수행하는 데 관리상에 상당한 정도로 영향을 주어야 한다.
“리스크를 만드는 사람은 이를 줄일 책임이 있다”라고 했다. 시공 프로세스 또는 설계상의 결함(본 사고와 같이)으로 인한 대형 사고의 가능성을 인식하고 신속하게 통제해야 한다. 발주자는 현장에서 건강, 안전 및 복지를 보장해야 한다.
리스크 통제를 전적으로 시공자에게 맡기는 것은 부적절하다. 리스크는 합리적으로 실행 가능한 한 낮은 수준(ALARP, As low as reasonably practical)으로 감소되어야 하며, 이것은 본질적으로 기술적인 문제로 프로젝트의 계약 금액으로 결정할 수 없다.
리스크 평가는 또한 공공에 대한 위험요소를 고려해야 하며 단순히 작업 중인 개인에 대한 위해성을 고려해야 하는 것은 아니다. 확인된 리스크는 리스크 등록부를 통해 다른 사람에게 전달해야 한다.
인적 오류는 운영자에게만 국한되지 않고 조직 전체에서 발생할 수 있다는 점을 인식해야 한다. 본 프로젝트와 같이 설계, 역해석, C-채널 사용 및 모니터링 데이터 해석에서 높은 수준의 오류는 다른 부분에 오류를 만들 수 있는 상황을 만들기 때문에 중요한 역할을 할 수 있다.
기업 역량의 최소 기준을 수립하고 유지해야 한다. 이와 유사한 굴착 프로젝트에서는 적절한 역량이 만들어져야 한다. 새로운 기술이나 익숙하지 않은 기술은 특별한 검토가 필요하며, 작업자나 대중에게 상당한 피해를 줄 가능성이 있는 주요 프로젝트도 마찬가지이다.


(2) 불확실성과 품질 관리
불확실성의 존재를 인식하고 책임을 분담하고, 실수를 빨리 배우고, 갈등을 잘 관리하는 생산적인 문화를 육성할 필요가 있으며, 역할과 책임을 명확히 정립해야 한다. 발주자와 시공자는 공기 및 공사비 압력과 품질 및 안전 목표 사이의 균형이 이루어져야 한다. 효과적인 관리는 고위 관리자로부터의 효과적인 책무를 보여주어야 하며, 안전관리 담당자를 포함한 모든 직원이 참여해야 한다.
중요한 결정은 적절한 시기에 적절한 수준에서 이루어져야 한다. 발주자와 시공자, QP(전문기술자)와 PE(책임기술자), 그리고 발주자와 시공사의 설계자 간의 솔직하고 정기적인 협의가 있어야 하며, 사고를 예방하기 위해 방어 체계에서 당사자들의 각각의 역할과 책임을 상호 확인하고 이해할 수 있는 기회를 제공해야 한다.


(3) 지반공학적 계측관리 및 모니터링
계측 모니터링은 깊은 굴착 작업에 필수적이며, 적절한 기기를 배치해야 한다. 또한 수집된 계측자료는 적절하게 사용 및 관리되어야 한다. 모니터링 시스템은 모든 설계 및 시공 요구사항을 충족하기에 충분한 질적 및 양적 데이터를 수집해야 한다. 특히, 시공중 모니터링은 안전을 고려하여 신중하게 수행되어야 한다.


(4) 설계의 안전성
설계의 안전성은 리스크를 식별하고 제안된 설계가 리스크를 적절하게 해결할 수 있는지 확인함으로써 제공된다. 또한 설계에는 특정 요소의 파괴시 치명적인 붕괴를 방지할 수 있는 충분한 안전성이 확보되어야 한다. 설계에는 자재 부족 및 시공 결함을 해결하기 위한 안전장치가 포함되어 있어야 한다.


(5) 설계 검토 및 독립적 체크
구조적 문제가 확인되거나 계측기 측정값이 편차 또는 이상을 나타내는 경우 설계 검토를 수행해야 한다. 이를 위해서는 프로젝트 시작시 계획된 프로그램이 필요하다. 영구 공사에서 수행되는 것과 마찬가지로 지하굴착을 위한 모든 임시 공사에는 독립적인 체크가 수행되어야 한다. 임시 공사의 구조 안전은 영구 공사의 구조 안전만큼이나 중요하며 확립된 법규에 따라 설계되고 유자격자에 의해 점검되어야 한다.


(6) 지반공학적 설계에서의 수치해석
일반적으로 수치 해석 또는 모델링은 건전한 엔지니어링 관행과 판단에 대한 대체수단이 아닌 보완하는 용도로만 사용해야 한다. 또한 지반공학적 원리에 대한 기초 지식을 갖추고 수치 모델링과 그 한계를 명확하게 이해하고 있는 유능한 기술자가 지반공학적 수치 해석을 잘 수행해야 한다.
니콜하이웨이 붕괴사고 이후 싱가포르 정부는 향후 공공 조달 과정에서 안전에 프리미엄을 붙일 것이며, 공공 기관은 또한 성공적인 입찰자의 우수한 안전 수행에 대한 인센티브를 제공할 것임을 발표했다.



4.4 법적 책임 

사고조사위원회는 직무 수행에 실패한 자에 의한 과실 범위 또는 책임 범위가 있을 수 있음을 확인하였다. 이것은 의도적인 행동, 무모한 무관심, 의식하지 못한 부주의, 그리고 안전에 대한 불량한 태도까지 다양할 수 있다. 정의와 공공 이익의 목적은 결코 법의 모든 위반에 대한 무분별한 처벌만으로써 달성되는 것이 아니라, 항상 모든 관련 요소에 대한 공정하고 공평한 고려에 의해 완화된다. 각 사건의 정황은 형사소추가 적절한지, 약한 제재로 충분할지를 따져봐야 한다.


법의 완전한 제재에 따라 책임 상위권에 있는 사람들은 단호하고 엄중하게 다뤄져야 한다는 것에는 의심의 여지가 없지만, 형사기소가 보장되지 않을 수 있는 하위권에 있는 사람들이 있을 것이다. 조사보고서에서는 형사기소에서 경고와 상담에 이르기까지 단계적인 책임 범위를 권고하고 있으며, 증거에 따라, 관련 회사는 공장법 제104장 제33(1)조 및 제33(3)조를 위반한 것으로서, 공사 현장은 건전하고 적절하게 유지되어야 하는데 C824 프로젝트를 실행하는 데 있어 이를 제대로 제공하지 않았다. 즉 공사현장을 안전하게 만들고 유지하기 위해 합리적으로 실행 가능한 모든 조치를 취하지 못했다.


또한 회사의 두 임원은 공장법 제88(13)조 또는 형법 제224장 제304A조에 따라 책임을 지게 되었고, QP(ST-전문기술사)는 건설공사 수행 허가조건 8을 위반하여 건설관리법 제29장 제19(1)조에 따라 책임을 지게 되었다. 또한 회사 직원 3명, 이사회의 선임엔지니어 1명, 두 명의 전문업체 직원 2명, 그리고 두 명의 하도업체 직원 2명은 공장법 제81조, 공장법 제88조 13항 또는 형법 336조의 위반으로 경고처분을 받았다.
이사회 직원 두 명과 회사의 등록된 현장 안전담당자는 본 사고와 관련하여 안전에 대한 태도가 좋지 않아 노동부로부터 상담을 받아야 했다. 이들에 대한 형사범죄에 대한 구체적인 증거는 없었지만, 이사회 팀과 엔지니어는 중요한 시점에 공사를 중지하지 못한 것에 대해 일차적으로 책임을 져야하고, 프로젝트 수행시 안전에 대한 이사회의 태도는 문제가 많았으며, 안전에 대한 현장 안전 담당자의 접근은 사전 예방적이지 않았다.



5. 복구공사 및 노선변경


5.1 긴급 복구 공사

붕괴된 구간에 대한 복구공사는 먼저 붕괴된 구간을 재굴착하는 방안과 선형을 변경하는 신설하는 방안이 검토되었다. 복구방안의 중점사항은 니콜 하이웨이구간을 우선적으로 개통하여 도심 교통을 원활하게 하는 것으로 [그림 14]에서 보는 바와 같이 붕괴된 사고구간에 대한 복구계획을 수립하였다. 복구공사는 붕괴구간을 폼콘크리트와 메스콘크리트 그리고 되메움토로 채운후 니콜 하이웨이를 재시공하도록 계획하였다.
단계별 복구공사에 대한 개요도는 [그림 15]에서 보는 바와 같다.


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복구공사의 1단계는 붕괴지점에 저강도 저점도의 폼콘크리트를 채우는 것이었다. 이런 종류의 콘크리트는 파편(debris)사이에 작은 공극속으로 흘러들어가고 굴착내부의 지하수를 대체하기 위한 것으로서, 이는 공극을 안정시키고 더 이상의 지반 거동과 주변 지반의 침하를 막기 위한 것이다. 콘크리트 믹스의 강도가 낮기 때문에 나중에 복구 과정에 따라 굴착이 재개될 때 제거할 수 있다.


2단계에서는 더 높은 매스 콘크리트의 층으로 덮어 대략적으로 편평한 면을 형성했다. 이런 종류의 콘크리트는 파편 사이의 작은 틈으로 흘러들어와 굴착으로 흘러드는 물을 대체할 수 있다. 3단계에서는 붕괴된 경사면의 외부 영역을 안정화시키기 위해 매스 콘크리트의 국부적인 충전 또는 토사층의 백필을 수행하였다. 4단계에서는 상부(매스 콘크리트 플랫폼)으로 부터 제거 가능한 모든 파편(강재 빔)을 제거하는 것이다.
5단계와 6단계에서는 니콜 하이웨이 하부와 사고 현장 위로 원지반 높이까지 토사로 채우는 것이다. 7단계에서는 니콜 고속도로를 복구하는 것이다. 8단계와 마지막 단계에서는 다른 모든 함몰 부분을 원지반까지 다시 채우는 것이다. 위의 복구 프로세스가 완료된 후, 새로운 옹벽이 설치되어 굴착공사를 재개할 것이다.



5.2 새로운 선형 변경

붕괴된 구간의 긴급복구공사와 함께 복구방안이 논의되었다. 복구방안으로는 붕괴구간에서 지반을 보강한 후 재굴착하는 방안과 선형을 변경하여 새로운 역과 터널을 신설하는 방안이 검토되었으며, 최종적으로는 [그림 16]에서 보는 바와 같이 선형을 변경하여 Nicoll Highway 역을 신설하고 기 시공된 Bollevard 역을 새로운 터널 노선으로 연결하는 방안이 선정되어 복구공사가 진행되었다. [그림 17]에는 복구공사이후에 신설된 Nicoll Highway역을 보여주고 있다.


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6. 교훈 (Lesson Learned)


니콜 하이웨이 붕락사고는 사고는 싱가포르에서 발생한 최악의 토목 재해 중 하나였다. 그것은 붕괴사고의 규모와 설계 및 시공의 중요성뿐만 아니라 프로젝트가 관리되는 방식에서도 마찬가지였다. 또한 글로벌 수준을 지향하는 싱가포르 토목건설분야에서 이번 붕괴사고는 여러 가지 면에서 변환점을 가져왔으며, 특히 지하건설공사(Underground Building Works)에 대한 보다 적극적이고 능동적인 공사관리가 재정비된 중요한 계기가 되었다. 이번 사고를 통하여 얻은 교훈은 다음 표1에 정리한 바와 같다.


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임시 공사의 안전은 때때로 뒷전으로 밀릴 수 있다. 왜냐하면 임시공사는 영구 공사의 편의를 위해 상대적으로 짧은 기간 동안만 건설되기 때문이다. 공사당사자들은 때때로 임시 공사에 더 낮은 안전 기준을 채택하고 싶어한다. 그러나 이는 C824 붕괴사고에서 볼 수 있듯이, 특히 복잡한 현장 조건을 수반하는 대규모 프로젝트의 경우 많은 비용이 요구되는 중대한 잘못이 될 수 있다.


싱가포르에서는 C824 붕괴사고의 결과로, 임시 공사는 영구 공사와 동일한 안전 요소를 요구하며, 현장에서 공사를 시작하기 전에 설계 승인을 안전 보고서를 당국에 제출해야 한다. 복잡한 지반공학적 공사에 참여하는 설계자는 적절한 소프트웨어 사용을 위해 지반 거동을 이해하고 소프트웨어의 가정과 모델 및 분석 결과의 한계를 포함하여 해석 구조를 올바르게 유지할 수 있는 능력을 갖추도록 해야 한다. 또한 현장기반의 공학적 문제를 식별하고 잠재적인 위험을 방지하기 위해서는 이론적 지식 외에도 경험이 매우 중요하다.


사고조사위원회의 노력으로 Nicoll Highway 붕괴사고의 발생 경위에 대해 많은 것이 파악되었다. 여기에는 88일간의 청문회 동난 173명의 증인과 20명의 전문가가 포함되었다(LTA Academy, 2013). 사고위원회의 조사로부터 이번 붕괴를 야기한 원인을 주로 지반굴착에 사용된 흙막이 가시설 지보시스템의 설계와 시공에 관련된 일련의 잘못으로 볼 수 있다.


과소 설계를 이끈 지반 분석의 오류
이 모든 것은 가시설 시스템 설계 초기의 지반 분석에서 시작되었다. 설계 프로세스의 일부로 지반거동에 대한 탄성-완전 소성 모델을 사용한 지반-구조 상호작용의 유한요소해석분석을 채택했다. 이 방법은 매우 잘못되었고, 결과적으로 흙막이 가시설에서 과소 설계로 이어졌다. 설계자는 해석방법의 단점을 알고 있었지만 사용을 고집하고 변경을 거부했다. 지반 거동의 Mohr-Columb(MC) 모델로도 알려진 이 방법은 해당 지역에 대한 지반 전단 강도를 비배수 전단강도로 나타낸다. MC 모델은 천층 지반의 거동을 평가하는 데 적합하지만, 실제로 굴착 깊이를 고려할 때, 모델은 여전히 잘못된 분석의 잘못된 선택이었다. 이로 인해 흙막이 지보시스템에 작용하는 힘이 과소평가되었고, 이는 결국 부적절한 변형의 지하연속벽(D-wall)와 잘못된 두께의 JGP 슬래브로 이어졌다.


나쁜 엔지니어링 결정을 만든 공사비 절감
지하연속벽(D-wall)를 지지하기 위해 브레이싱 시스템에 연결된 수평 강재 스트럿과 띠장  빔을 포함했다. 스트럿과 띠장사이의 연결부는 벽체를 둘러싸고 있는 연약 점토가 가하는 하중을 어느 정도 견딜 수 있도록 되어 있었고, 부적절한 지반분석으로 인해 이미 설계가 미흡한 상태였다. 그러나 이 문제는 하중 분산형 스플레이라고 하는 중요한 구성 요소를 생략함으로써 악화되었다. 이러한 스플레이가 없을 경우 벽체에서 띠장 빔에 가해지는 하중은 생각했던 것보다 훨씬 크게 된다. 이후 변형으로 인해 좌굴된 스트럿-월러 연결부를 보강하기 위해 C-채널 강재부를 C-채널 보강재로 대체했다. 보강재에서 확인된 좌굴에 비추어 설계에서 이를 재평가해야 할 필요성을 보여주는 리스크 분석결과를 무시하고, 적절한 강철단면 대신 부족한 보강재를 사용하여 공사비를 낮추기로 선택했다.
시공사는 공기에 대한 발주처(LTA)의 압력뿐만 아니라 예정보다 늦은 공기에 대한 클레임으로 인해 2,500만 싱가포르 달러의 비용을 절감하려는 동기가 있었을 것으로 생각되었다. 다른 현장에서도 비슷한 스트럿이 문제되었지만, 설계가 여전히 유효하다고 주장했다. 또한 시공자는 대체재의 설계에서 빌딩 코드 BS5950에 개략적으로 설명된 요구사항을 잘못 해석했으며, LTA가 공사중단을 위해 계약상의 권한을 행사하는 것을 방지하기 위해 중요한 정보제공을 보류했다. 붕괴 후 수행된 실험실 테스트에 따르면, 4000kN 이상의 힘이 2551kN만 견딜 수 있는 연결부를 통해 전달되고 있었다. 붕괴는 결국 전체 브레이싱 시스템의 10개 레벨 중 9번째 레벨에 가해지는 하중이 스트럿-월러 연결부의 용량을 초과하여 강제된 이동 파괴(foreced sway failure, 붕괴를 가속시킨 연결부의 급격하고 빠른 변형) 이라고 불리는 현상을 일으켰을 때 발생했다. 나머지 브레이싱 레벨은 증가된 하중을 견디지 못했고, 그 다음으로 붕괴되었다.


잘못 수행된 불량한 계측 모니터링 시스템
C824의 조건에 따라, 굴착구역 내의 이상 활동에 대한 조기 경고를 제공하는 계측 모니터링 시스템이 필요했다. 이것은 특히 개착터널 건설을 어렵게 만드는 특성을 가진 연약지반인 Marine Clay 안에 위치해 있었기 때문에 더욱 그렇다. 현장에서 사용된 계측기에는 지반의 움직임을 나타내는 침하계, 다양한 지층의 간극수압을 측정하는 간극수압계, 벽체과 바로 인접한 지반에서의 움직임을 측정하는 다이아프렘 벽체의 경사계, 지보 하중을 자동으로 측정하는 로드 셀 등이 포함되었다. 시공자는 사고발생 몇 달 전에 전문계측업체에 계측관리업무를 위임했다. 불행하게도, 대부분의 계측 담당자들은 계측기 사용에 익숙하지 않았고, 자격도 없었다. 계측기에 대한 잘못된 이해는 잘못된 데이터로 이어졌고, 많은 로드 셀에 결함이 있다는 것을 인식하지 못했다.
사고 발생 몇 달 전에 일부 계측기는 이미 과도하고 위험한 데이터, 지반 및 벽체로부터의 과도한 거동 징후 및 스트럿 하중 용량의 큰 변화를 나타냈다. 계측자료를 모니터링하는 인력의 무능으로 인해 비정상적인 경향을 알지 못했다. 적절한 기술인력이 계측 모니터링했다면 이러한 재앙을 피할 수 있었을 것이다.


근본 원인 - 공사비와 공기 압박
사고조사를 통해 수집된 모든 증거를 검토한 결과, 아마도 가장 우선적인 잘못은 공사비를 절감하려는 시공자의 노력이었을 것이다. 여기서는 붕괴와 직접적으로 명확한 관련이 없는 몇 가지 사고 요소를 나타내었다. 
당시 LTA는 "품질 및 공사비 측면에서 최고의 제안"으로 계약을 체결했으며, 입찰단계 에서 입찰자의 안전기록을 중요하게 고려하지는 않았으며, 이는 공식화되지 않았기 때문이다. 또한 안전 및 기타 요소에 대한 시공자의 가치를 판단하는 방법이 인정되지 않았다.
C824는 2억 7,570만 달러의 입찰을 제출한 시공자에 낙찰되었다. 이들의 입찰은 다음 입찰자보다 6,770만 달러, 최고 입찰자보다 1억 7,210만 달러 낮았다. 이와같이 공사비 차이가 큰 것으로 보아 공사비가 비현실적일 수 있다. 이들이 계약을 따낸 것은 LTA가 평가한 그들의 이전 경험과 능력 때문이다. 실패한 굴착을 괴롭히는 문제로서 공사비 절감에 대한 두 가지 주요 이유는 다음과 같다.


첫째, 시공자가 강재를 사용하여 스트럿-월러 연결부를 보강하기 위한 보강재를 제조하기로 한 것(결과적으로는 실패한)은 공사비 문제를 분명히 보여주는 지표이지만, 이 경우 공기내로 진행되어야 한다는 압력이 그러한 잘못된 선택을 하게 된 동기가 될 수 있다. 브레이싱 시스템의 설계 프로세스 중에 공사비 절감을 염두에 두었으므로 리스크 분석을 무시하는 심각한 잘못된 결정이 초래될 수 있었다.
두 번째 이유는 시공자가 프로젝트에 대해 가지고 있는 관리상의 문제에서 볼 수 있으며, 이는 시공자가 그들 자신이 제출한 7,000만 달러의 제한내에서 운영할 수 없다는 신호로 받아들여질 수 있다. 첫째, 입찰과정의 일부는 흙막이 지보시스템을 분석하고 모니터링하기 위해 Plaxis(2차원 해석소프트웨어) 사용에 대한 LTA와 시공자 사이의 합의를 포함했다. 이것은 아마도 입찰을 LTA에게 더 매력적으로 만들기 위한 전략이었을 것이다. 그러나, 양 당사자 사이에 그 사용법을 아는 사람은 아무도 없었고, 시공자는 Plaxis에서 자신을 전문가가 아닌 사용자로만 본 토목엔지니어의 서비스를 이용했다. 프로그램 사용에 능숙한 제한된 기술인력으로 인해 발생할 수 있는 잠재적 문제가 있으며, 시공자가 다른 곳에서 전문가를 고용할 수 있다는 점을 감안할 때, 이는 시공자가 프로젝트의 중요한 측면에 대해 얼마나 심각한 책임을 지고 있었는지를 보여주는 것으로 간주될 수 있다. 둘째로, 사고 전에 예정보다 공기가 늦어지고, 준공기일이 늦어질 경우 2,500만 달러의 추가비용이 발생하는 것은 즉 본질적으로 비용적인 문제일 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 이러한 우려되는 상황에서 계약서에서 제안한 예산 범위 내에서 운영하는데 문제가 있음을 인식하여 표준 미달 협력업체와 계측 모니터링하는 것과 같은 C824의 운영을 지속하기 위해 만족스럽지 못한 결정을 내려야 할 수 있다. 비록 잘못된 지반분석이 나쁜 엔지니어링 설계로 이어지는 붕괴의 직접적이고 중요한 원인으로 볼 수 있지만, 만약 지반 분석의 더 나은 방법을 사용하여 지반을 재분석하고 현장을 감시하는 적절하고 기능적인 시스템을 구현했다면 붕괴는 예방될 수 있었이다. 그러나 시공자가 재정적으로 비현실적인 계약 입찰에 입찰하기로 한 것은 돌이키기가 쉽지 않은 결정이며, 궁극적으로 프로젝트에서 저지른 많은 문제의 근본 원인이었다.


건설시스템의 총체적 변화 요구
Nicoll Highway 붕괴사고 이후 건설당국의 동향에 몇 가지 변화가 일어났으며, 주로 사고조사위원회의 조사와 권고 사항을 따랐다. 이는 흙막이 가시설 지보 시스템의 설계에 직접적인 영향을 미쳤을 뿐만아니라 건설산업 전반을 지배하는 정책과 법률에 몇 가지 변화를 가져오게 되었다. 가시설 공사는 영구 공사와 동일한 빌딩 법규 및 점검을 적용받아, 해당 조건을 견딜 수 있는 신뢰할 수 있는 설계를 수행할 필요가 있었다. 이번 사고사례에서 볼 수 있듯이 흙막이 가시설 지보시스템은 C824 계약 조건의 일부로 요약된 제한 사항을 준수하지 않았으며 설계를 위해 수치 모델링에 지나치게 의존했다. 수치모델링 및 분석은 건전한 엔지니어링 관행과 판단을 보완하고 대체하지 않으며 반드시 자격이 있는 전문가가 수행해야 한다. 향후 유사한 복잡성을 가진 프로젝트의 설계 및 시공에 있어, 프로젝트에 관련된 당사자 간의 책임은 잘 정의되어야 할 뿐만 아니라, 문제 해결을 위한 문제의 소유권(ownership), 건전하고 시기적절한 엔지니어링 판단(judgement)가 있어야 한다. 계측기를 운영하는 전문업체는 ‘계측기반 수행 모니터링 시스템이 효과적이고, 적절히 리소스화되고, 유지되어야 한다’는 권고사항의 일환으로 보다 엄격한 정밀 조사와 품질 관리를 받았다. 가장 크고 광범위한 변화는 공사장 및 건설 현장내 안전이 수년 동안 대대적인 혁신을 거쳤는지에 대한 것입니다. 안전문화를 개선하기 위한 보다 명확하고 공식화된 법률인 공사장 안전보건법(Workplace Safety and Health Act)가 도입되었다.


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참고문헌

1. Advisory note 1/05 on Deep Excavation. Commissioner for Building Control, Government of Singapore, 5 May 2005.

2. A. J. Whittle, R. V. Davies, Nicoll Highway Collapse: Evaluation of Geotechnical Factors Affecting Design of Excavation Support System. International Conference on Deep Excavations, Singapore, 28-30 June 2006.

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4. Singapore. Building and Construction Authority. Joint Press Statement. N.p.: 2004.

5. Corral, Gonzalo, and Whittle, Andrew J. "Re-analysis of Deep Excavation Collapse Using A Generalized Effective Stress Soil Model." Massachusetts Institute of Technology(2010): 2-3. MIT Open Access Articles. 2014.

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7. Committee of Inquiry. "Interim Report of The Committee of Inquiry(COI) Into The Cause of The Incident At The MRT Circle Line Worksite That Led To The Collapse of The Nicoll Highway on 20 April 2004." 2004. 

8. Committee of Inquiry. "Report of The The Committee of Inquiry(COI) Into The Cause of The Incident At The MRT Circle Line Worksite That Led To The Collapse of Nicoll Highway On 20 April 2004, Volume 1." 2005.

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13. Mylius, Andrew. "Design and Construction Failures Caused Singapore Tunnel Collapse." New Civil Engineer. 2005.




제3강 - 요점정리 


제3강에서는 싱가포르 MRT C824프로젝트 개착터널공사에서의 발생한 Nicoll Highway 붕락사고 사례를 중심으로 사고의 발생원인과 그 교훈에 대하여 고찰하였다. 본 사고는 싱가포르 토목역사상 가장 재난스러운 사고로서, 사고 이후 지하공사에 대한 사고를 방지하기 위한 다양한 개선노력이 진행되어 토목기술이 발전하는 계기가 되었다. 본 붕괴사고를 통하여 얻은 주요 요점을 정리하면 다음과 같다. 


지반공학에서 해석오류와 설계  
연약지반중에 구축되는 흙막이 가시설 설계에서 연약 점토에 대한 합리적인 지반물성 산정과 평가는 매우 중요한 것으로, 해석상에 잘못된 평가나 오류는 과소설계를 가져오게 되어 결과적으로 붕괴사고에 대한 기본적인 원인을 제공한 사례이다. 특히 지반기술자는 지반설계시 해석결과에 대한 지나친 과신을 가져서는 안되고, 지반물성적용 및 해석프로세스 및 해석결과 분석에 상당한 주의를 가져야 한다.    

 
계측 모니터링과 시공관리의 중요성
본 붕괴사고의 경우 시공중 다양한 계측데이타로부터 과도한 지반거동, 심각한 벽체변형 등을 감지할 수 있었으며, 이에 대한 합리적인 역해석 등을 통하여 설계 및 시공상의 문제점을 확인하여 붕괴사고에 방지할 수 있었을 것이다. 하지만 시공자의 공사비 및 공기를 우선시 하는 관행과 지반관련 전문가가 현장에 없어 지반공학적 문제에 대한 부실평가 그리고 자격이 없는 계측담당자에 의해 수행된 계측결과의 무시 등으로부터 붕괴사고까지 이르게 되었다. 따라서 지하공사에서의 계측 모니터링 및 시공관리가 얼마나 중요한지를 보여주는 사고사례이다.


사고방지에 대한 해결책
본 붕괴사고가 발생한 직후 발주처에서는 사고조사위원회를 구성하여 입찰, 설계 및 시공에 대한 전 과정에 대한 철저한 조사로 주요 사고 원인을 규명하고, 제발 방지 대책을 제시하였다. 기술적으로 붕괴구간을 되메워 완전 복구하여 고속도로가 가능한 빨리 운행토록하고, MRT 선형을 변경하여 신설하는 방안을 수립하였다. 또한 건설시스템으로는 공사비/공기 위주에서 품질과 안전을 중심으로 공사목표로 조정하고, 관련 제도와 정책을 정비하여 모든 지하공사에서의 안전 리스크 관리를 의무화하고, 설계변경 절차를 엄격히 제하하도록 하였으며, 시공중 전문가가 현장에 상주하여 공사를 관리하도록 하는 등 싱가포르 건설공사관리시스템을 총체적으로 개선하였다.   

  

붕괴 사고와 교훈 
본 붕괴고는 그 당시 싱가포르에서 진행되어 왔던 발주자 및 시공자와의 계약관계, 프로젝트 관리방식 및 발주시스템에 대한 제반 문제점을 확인할 수 있는 확실한 계기가 되었다. 특히 싱가포르 사고조사위원회(COE) 및 육상교통부(LTA) 및 노동부(MOM) 등을 중심으로 심도 깊은 논의와 연구를 진행하여 [건설공사에서의 통합안전관리시스템 TSMS, Total Safety Management System] 및 [PSR 프로세스, Project Safety Review], [DfS 제도 , Design for Safety] 등을 제정하여 지하공사에서의 공사관리시스템을 혁신적으로 개선시키고 발전시키게 되었다. 

이제 제3강이 마무리되었다. 보다 자세한 내용은 참고문헌을 읽어주기 바란다. 싱가포르 Nicoll Highway 붕괴사고는 싱가포르 건설역사에 있어 획기적인 전환점 또는 변곡점이 되었던 사고였다. 당시 싱가포르 정부는 이 사고를 있을 수 없는 사고로 규정하고, 총체적인 건설공사의 제도 개혁을 추진하여 현재는 세계에서 가장 안전한 건설시스템을 구현하는 계기가 되었던 사고 사례라 할 수 있다.
개인적으로는 붕괴사고가 일어났던 2004년 그 당시에 ITA-WTC 참가차 싱가포르를 방문했었고, 이후 2013년에 싱가포르 PB(Parsons Brinckerhoff)에 근무하게 되었는데 바로 PB건물이 Nicoll Highway MRT역에 근처에 있는 Concourse 빌딩이라서 감회가 새롭기도 하였다. 특히 이러한 쓰라린 건설역사가 있었던 사실을 보다 깊이 인식하게 되었고, 이러한 사고로부터 지반공학의 중요성을 더욱 더 실감하게 되었다. 
다음 강의에서는 대만 지하철 터널공사에서 발생한 LU009 터널 사고사례로부터 사고의 원인과 메커니즘 분석, 사고 임시대책 및 보강·복구 방안 그리고 터널 사고로부터 얻을 수 있었던 교훈에 대하여 설명하고자 한다. 이것은 도심지 TBM 터널공사중에 발생한 실제 사례를 기초로 한 것으로 TBM 터널 및 횡갱(Cross passage)사고 문제에 관심이 많은 지반 및 터널 기술자들에게 실제적으로 도움이 될 것이다. 

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