▲ 출처=chatgpt  © 특허뉴스

최근 서울과 부산을 비롯한 대도시에서 도로가 갑작스럽게 꺼지는 싱크홀 현상이 급증하고 있다. 이러한 싱크홀은 도심의 안전을 심각하게 위협하는 요소로 작용하고 있다. 싱크홀은 지반이 내려앉으면서 생기는 현상으로, 지하 구조물의 손상이나 지하수의 유출로 인해 발생한다. 이 현상은 특히 도로에서 발생할 경우 인명 피해와 재산 피해로 이어질 가능성이 크기 때문에, 이를 예방하는 기술의 개발이 절실하다. 최근 들어 폭우와 같은 자연재해가 빈번해지면서 이러한 싱크홀 발생률은 더욱 높아지고 있다.

싱크홀은 어떻게 발생하는가?

싱크홀은 ‘땅거짐’이라고도 불리며, 지하에서 지표면을 지탱하던 토양이나 암석이 서서히 침식되거나 유출되면서 지반이 약해져 발생한다. 도심에서 발생하는 싱크홀의 주요 원인은 노후화된 상·하수도관에서 발생한 누수, 지하 건물 공사 중 발생하는 충격, 그리고 지하수의 흐름 변화 등이다. 특히 지하 터널이나 건축물 공사 중 발생하는 진동이 지반을 약화시켜 싱크홀을 발생시키는 경우가 늘고 있다.

가장 큰 문제는 싱크홀이 언제, 어디서 발생할지 예측하기 어렵다는 것이다. 도로 한가운데서 갑작스럽게 발생한 싱크홀로 인해 차량이 빠지거나 사람이 다칠 위험이 있다. 이러한 불확실성 때문에 싱크홀을 예측하고 방지하는 기술이 필요하다.

최근 발생한 싱크홀로 인한 피해는 매우 심각하다. 서울에서 발생한 싱크홀로 인해 도로가 봉쇄되고, 부산에서는 건물이 기울어지거나 붕괴 위험에 처한 사례도 보고된 바 있다. 이와 같은 사고는 도심 내 인프라를 위협하는 중대한 문제로 떠오르고 있다. 특히, 싱크홀 발생 후 복구 작업은 시간이 많이 소요되고 막대한 비용이 발생한다. 복구 과정에서 지하수 흐름을 조절하고, 추가적인 지반 약화를 방지하는 것이 중요하지만, 현재의 기술로는 완벽한 예방이 어려운 상황이다.

싱크홀 발생을 방지하는 기술은

현재 국내외에서 다양한 싱크홀 예방 기술들이 개발되고 있다. 한국과학기술원(KAIST)과 한국터널환경학회가 공동으로 개발한 ‘지반침하 예측 및 검증용 원심모형 실험장치 및 그 방법’은 지하수와 지표침하를 실시간으로 측정할 수 있는 기술이다. 이 기술은 터널이나 건물 공사 중 발생할 수 있는 지반의 변화를 미리 예측함으로써 싱크홀 발생 가능성을 줄여준다.

▲ 지반침하 예측 및 검증용 원심모형 실험장치 및 그 방법(출처=윈텔립스, 10-2022-0170850)  © 특허뉴스

또한, 음파 및 영상을 이용한 싱크홀 예방 시스템도 주목받고 있다. 이 시스템은 음파 감지 센서를 이용해 지하의 누수 상황을 실시간으로 감지하고, 이를 분석해 누수로 인해 발생할 수 있는 싱크홀을 미리 방지한다. 특히, 지하에 설치된 상·하수도관에서 발생하는 음향 신호를 감지하여 싱크홀 발생을 예측하는 기술이 적용된다.

▲ 음파 및 영상을 이용한 싱크홀 예방시스템 및 방법(출처=윈텔립스, 10-2023-0012273)  © 특허뉴스

싱크홀을 실시간으로 탐지하는 장치도 개발되고 있다. 이 장치는 도로에 설치된 후방카메라와 노면 센서를 통해 지자체 관제센터에 도로 상태를 실시간으로 전송하는 방식이다. 만약 노면 상태가 불안정하거나 싱크홀 발생 징후가 포착되면, 관제센터에서 빠르게 대응할 수 있다. 이와 같은 실시간 감지 시스템은 사고 예방에 중요한 역할을 하고 있다.

▲ 싱크홀 실시간 탐지 장치(출처=윈텔립스, 분할 10-2022-0110614)  © 특허뉴스

또한, 지반침하 탐지 장치도 상용화되고 있다. 이 장치는 별도의 동력 없이 설치된 탐지추와 장치를 이용해 지반 내 균열을 감지한다. 균열의 크기와 깊이에 따라 단계적으로 경고등이 작동하며, 이를 통해 지반 침하 여부를 정확하게 파악할 수 있다.

▲ 지반침하 탐지장치(출처=윈텔립스, 10-2020-0178513)  © 특허뉴스

싱크홀 측정 장치도 주목받는다. 이 장치는 싱크홀이 예상되는 지중에 설치하여 싱크홀 발생 여부를 신속하고 용이하게 측정하는 장치로, 간극수압계와 초음파센서의 구성을 통하여 지반의 하부에서 물이 빠져나가 발생되는 공극을 신속하고 정확하게 확연하여 지반에 발생하는 싱크홀을 신속하게 확인할 수 있다. 

▲ 싱크홀 측정장치(출처=윈텔립스, 10-2020-0149201)  © 특허뉴스

싱크홀 문제를 근본적으로 해결하기 위해서는 지반 침하를 예방하고 탐지할 수 있는 기술이 필수적이다. 정부와 지자체는 싱크홀 발생을 줄이기 위해 지반 상태를 정기적으로 점검하고, 누수 문제를 해결하기 위한 인프라 정비를 강화해야 한다.

또한, 기존의 상하수도관 및 지하 인프라를 재정비하고, 최신 탐지 기술을 적극 도입해야 한다. 특히, 상시적인 지반 상태 모니터링 시스템을 구축하여 싱크홀 발생 가능성을 줄이는 것이 중요하다.

기술적 해결 방안과 더불어 시민들도 싱크홀 발생 가능성이 있는 지역에서 주의를 기울여야 한다. 도로에 이상 징후가 나타날 경우 즉시 신고하고, 지자체와 협력하여 빠른 조치를 취할 수 있도록 해야 한다.