1. 서 론
2. 심층처분시설 진입구역의 규제요건 및 품질관리 체계
2.1 진입구역 설계 및 시공 관련 국내외 규제요건
2.2 진입구역 설계적합성 검증을 위한 품질관리 체계
3. 국외 심층처분시설의 진입구역 설계사례 분석
3.1 진입동선 체계
3.2 경사진입로 설계사례
3.3 수직구 설계사례
3.4 국외 사례 기반 진입구역 설계요소 도출
4. 진입구역 설계적합성 검증체계
5. 결 론
1. 서 론
고준위방사성폐기물은 장기간 높은 방사능과 붕괴열을 방출하므로, 이를 인간 생활권으로부터 장기적으로 격리할 수 있는 관리방안이 요구된다. 국제적으로 심층처분은 고준위방사성폐기물의 최종 관리 방안으로 검토되어 왔으며, 처분시설의 안전성은 지질환경이 제공하는 천연방벽과 처분용기, 완충재, 뒤채움재 등 공학적 방벽이 결합된 다중방벽 시스템을 통해 확보하는 것을 기본 개념으로 한다(IAEA, 2011a, 2011b).
심층처분시설은 일반적으로 지상시설, 지하 처분구역, 그리고 이 둘을 연결하는 진입구역으로 구성된다. 이 중 진입구역은 지상시설과 지하 처분구역을 연결하는 경사로(rampway) 및 수직구(shaft)를 포함하며, 인력·장비·자재 및 폐기물 운송, 환기, 배수, 비상대피 및 유지관리 기능을 수행한다. 국외 사례에서 진입구역은 처분개념과 부지조건에 따라 상이하게 계획되고 있으며, 핀란드 ONKALO와 스웨덴 Forsmark는 경사진입로와 복수의 수직구를 병행하는 접근체계를 채택하고(Palomäki and Ristimäki, 2013; SKB, 2009b), 프랑스 Cigéo는 폐기물 이송용 경사갱(inclined transfer drift)과 복수의 수직구를 조합한 체계를 계획하고 있다(Andra, 2013). 반면 스위스 Nagra의 Nördlich Lägern 예시 설계에서는 복수의 수직구를 중심으로 지상시설과 지하 처분시설을 연결하는 진입구역이 제시되어 있다(Nagra, 2024).
그러나 진입구역은 단순한 접근 통로가 아니라, 굴착 과정에서 모암 손상, 지하수 유입, 굴착손상영역 및 수리·역학적 교란을 유발하여 폐쇄 후 지표와 처분구역을 연결하는 잠재적 핵종 유동경로가 될 수 있다. 특히, 핀란드 ONKALO와 같이 처분부지 내 지하연구시설(Site-specific URL)이 향후 실제 처분시설의 일부로 전환되는 경우 설계 단계부터 철저한 규제 요건과 품질보증 및 품질관리(Quality Assurance/Quality Control, QA/QC)가 적용되어야 한다(Posiva Oy, 2012a).
이에 본 연구에서는 핀란드 ONKALO와 스웨덴 Forsmark 사례를 중심으로 심층처분시설 진입구역의 설계 특성, 규제요건 및 품질관리 체계를 분석하고, 수직구 및 경사로의 설계적합성 검증체계를 제안하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 국내외 규제요건과 품질관리 항목을 검토하고, 국외 진입구역 설계사례를 비교·분석한 후, 설계입력 관리, 설계검토, 시공 중 검증, 기록 및 피드백으로 이어지는 진입구역 설계적합성 검증 절차와 체크리스트를 제시하였다. 본 연구의 결과는 향후 국내 심층처분시설 및 부지 내 지하연구시설의 진입구역 설계검토, 품질보증 절차 수립을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
2. 심층처분시설 진입구역의 규제요건 및 품질관리 체계
고준위방사성폐기물 심층처분시설의 진입구역은 건설, 운영, 환기, 배수, 비상대응 및 폐쇄 과정 전반에 관여하는 핵심 지하시설이다. 특히 진입구역의 굴착은 모암 손상, 굴착손상영역, 지하수 유입 및 수두 변화 등을 유발할 수 있으며, 이는 처분구역의 수리·역학적 조건과 폐쇄 후 장기 안전성 평가에 영향을 미칠 수 있다.
국내에서도 고준위방사성폐기물 처분사업의 본격적인 추진에 따라, 한국원자력안전기술원을 중심으로 심층처분시설 및 지하연구시설의 설계·시공·운영·폐쇄 단계에 적용 가능한 규제요건과 기술기준 개발이 추진되고 있다(KINS, 2019, 2022a, 2022b, 2024). 진입구역은 일반적으로 심층처분시설을 구성하는 지하시설의 일부로 취급되며, 이에 대한 규제요건은 부지특성화, 설계·건설관리, 운영안전, 폐쇄 후 장기안전성 및 품질보증 요건 등으로 구성된다. 본 장에서는 심층처분시설 전체에 적용되는 법령 및 규제지침 중 진입구역의 설계·건설과 연계될 수 있는 규제요건을 검토하고, 이를 바탕으로 진입구역 설계적합성 검증을 위한 품질관리 항목을 정리하였다.
2.1 진입구역 설계 및 시공 관련 국내외 규제요건
심층처분시설에 관한 국가별 규제체계는 법적 위계와 처분사업 추진 단계에 따라 차이를 보인다. 상위 법령은 처분사업의 인허가 체계, 사업자의 안전성 입증 책임, 규제기관의 심사·감독 권한을 규정하며, 규제 및 지침은 부지특성화, 설계·시공관리, 운영안전, 폐쇄 후 장기안전성 및 품질보증 등 인허가 심사에서 확인해야 할 기술적 요구사항을 제시한다.
국가별 규제체계에서 진입구역을 독립적인 규제대상으로 명시하는 경우는 제한적이다. 그러나 진입구역은 지표와 처분구역을 연결하는 시설로서, 처분시스템의 부지 무결성, 운영안전성 및 폐쇄 후 장기 격리성능에 직·간접적인 영향을 미친다. 따라서 진입구역 관련 규제요건은 개별 시설 기준보다는 부지특성화, 설계·시공관리, 운영 안전성 및 폐쇄 후 안전성 요건으로부터 도출될 필요가 있다.
이러한 관점에서 진입구역 설계 검증은 모암의 수리·역학적 교란 최소화, 폐쇄 후 잠재적 유동경로 관리, 운영기간 중 접근성 및 비상대응성 확보를 중심으로 수행되어야 한다. 특히 경사로와 수직구는 건설·운영 단계에서는 폐기물 운반, 환기, 배수 및 유지관리 기능을 담당하지만, 폐쇄 후에는 지표와 처분구역을 연결하는 잠재적 핵종 이동 경로가 될 수 있다. 따라서 진입구역의 설계적합성은 구조 안정성과 지하수 유입, 굴착손상영역, 뒤채움·밀봉 성능, 시공 중 계측 및 기록관리가 종합적으로 검토되어야 한다. 이와 관련하여 주요 국가의 심층처분시설 관련 법령 및 규제요건 중, 진입구역 설계 및 시공에 해당하는 핵심 규제사항을 도출하여 정리하였다(Table 1).
Table 1.
Regulatory requirements for the design and construction of access areas in deep geological repositories
이와 같이 진입구역의 규제요건은 처분시스템의 안전기능을 유지하기 위한 설계·시공관리 요건으로 해석될 수 있으며, 실제 설계 및 시공 단계에서는 선형계획, 굴착공법, 지보·그라우팅, 지하수 유입 관리, 폐쇄 후 밀봉계획, 계측 및 기록관리 등 구체적인 품질관리 항목으로 구체화될 수 있다.
2.2 진입구역 설계적합성 검증을 위한 품질관리 체계
진입구역 관련 규제요건은 심층처분시설 전체의 안전기능, 부지 무결성, 운영안전성, 폐쇄 후 장기 격리성능 및 품질보증 요건과 연계되어 제시된다. 따라서 진입구역의 품질관리는 일반적인 토목 시설물의 시공 품질관리의 중요성뿐만 아니라, 설계입력자료의 신뢰성, 설계요건의 이행 여부, 시공 중 확인 자료의 즉각적인 반영, 설계변경의 적정성 및 기록의 추적성을 보다 면밀하게 강조할 필요가 있다.
진입구역은 지표와 처분심도를 연결하는 장대 구조물로서, 핀란드 ONKALO의 경사진입로는 약 5.5 km, 스웨덴 Forsmark의 경사진입로는 약 4.7 km의 굴착연장으로 계획되었다는 점에서 설계 불확실성이 상대적으로 크다(Posiva Oy, 2003; SKB, 2009b). 설계 단계에서 예측한 지질구조, 암반등급, 초기응력, 투수특성 및 지하수 유입 조건은 시공 중 지질매핑, 수리시험, 계측자료 및 굴착기록을 통해 지속적으로 확인되어야 하며, 특히 단층·파쇄대, 고투수성 구간, 굴착손상영역(Excavation Damaged Zone, EDZ) 등은 처분부지의 지하수 유동 변화와 폐쇄 후 격리성능에도 영향을 미칠 수 있다. 따라서 진입구역의 설계적합성은 설계도서와 시공 결과의 일치 여부만으로 평가되기 어렵고, 조사–설계–시공–관측–보정–기록으로 이어지는 단계별 품질관리 과정 속에서 판단될 필요가 있다.
진입구역 품질보증 체계 구축 및 검증항목 도출을 목적으로 국내외 관련 자료를 검토한 결과, 한국원자력안전기술원(KINS, Korea Institute of Nuclear Safety)은 조사·시험계획, 시험장비 검·교정, 컴퓨터 코드 검증 및 조사·시험자료의 문서화를 요구하고 있으며(KINS, 2014), 핀란드 STUK는 안전성 평가에 사용되는 입력자료, 계산모델 및 전산코드의 검증과 Safety Case와의 연계를 강조하고 있다(STUK, 2013, 2018). 또한 IAEA는 처분시설의 부지조사-설계-시공-운영-폐쇄 전주기에 적용 가능한 문서화된 품질보증 프로그램의 구축을 권고하고 있으며(IAEA, 1996), 스웨덴 SKB 사례는 부지조사 자료의 품질관리, 데이터 추적성 및 독립검토의 중요성을 강조하고 있다(SKB, 2000, 2011).
따라서 본 연구에서는 진입구역 설계적합성 검증에 적용 가능한 품질관리 항목을 설계입력 관리, 설계 인터페이스 관리, 시공 품질 및 현장검증, 계측·보정 및 설계변경 관리, 기록·추적성 등 품질관리 절차로 재분류하여 제시하였다(Table 2).
Table 2.
Quality management items for design suitability verification of access areas
Table 2에 제시된 바와 같이, 진입구역의 품질관리는 일반적인 지하 토목시설물의 시공 품질관리보다 광범위하고 장기적인 관점에서 수행될 필요가 있다. 일반 터널공사에서는 시공성, 구조안정성 및 유지관리성이 주요 관리 대상이 되는 반면, 심층처분시설의 진입구역에서는 굴착이 모암에 미치는 영향, 장기 지하수 유동 변화, 폐쇄 후 핵종 이동경로 형성 가능성까지 함께 관리되어야 한다. 따라서 진입구역의 품질관리는 단순히 사전에 설정된 시방 기준의 이행 여부를 확인하는 절차를 넘어 시공 중 확보된 지질·수리·역학적 자료를 분석하여 설계의 적정성을 검증하고 장기 안전성 평가의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 기능해야 한다.
3. 국외 심층처분시설의 진입구역 설계사례 분석
핀란드 ONKALO와 스웨덴 Forsmark 사례를 대상으로 진입구역 설계사례를 분석하였다. 두 사례는 모두 결정질 암반 내 KBS-3 처분개념을 기반으로 하며, 지상시설과 지하 처분구역을 연결하기 위해 경사진입로와 복수의 수직구를 병행하는 진입동선 체계를 채택하였다(Saanio et al., 2013; SKB, 2009b). 그러나 처분용기 운송 방식, 경사진입로와 수직구의 기능 분담 등의 전략에는 차이가 있다. 따라서 본 장에서는 2장에서 도출한 규제요건 및 품질관리 항목과 연계하여, 진입구역의 진입동선 체계, 경사진입로 및 수직구에 대한 설계적합성 검토요소를 도출하고, 시공 중 조사·계측 및 품질관리와 연계한 검증 방향을 제시하였다.
3.1 진입동선 체계
심층처분시설의 진입동선 체계는 지상시설과 지하 처분구역을 연결하는 접근 구조로서, 경사진입로와 수직구의 기능 분담을 결정하는 설계요소이다. 일반 지하 토목시설의 접근로가 주로 시공성, 효율성 및 유지관리성을 확보하기 위한 통로로 계획되는 것과 달리, 심층처분시설의 진입동선 체계는 운영 단계의 기능성을 확보하는 동시에 폐쇄 후 장기 격리성능 및 처분시스템 안전성을 저해하지 않도록 설계되어야 한다.
ONKALO와 Forsmark는 모두 경사진입로와 수직구를 병행하는 복수 진입체계를 채택하였다(Fig. 1). 이러한 체계는 단일 접근로에 의존할 경우 발생할 수 있는 운송 효율 저하, 환기 성능 저하, 비상대피 경로 부족 및 운영 중 동선 간섭 문제를 보완하기 위한 설계개념으로 볼 수 있다.
Fig. 1.
Layouts of access areas in (a) ONKALO (modified from Palomäki and Ristimäki, 2013) and (b) Forsmark (SKB, 2009b)
그러나 두 사례는 처분용기 운송 방식에서 뚜렷한 차이를 보인다. ONKALO는 처분용기 운송을 전용 Canister Shaft에 부여하고, 경사진입로는 장비, 자재, 굴착 버럭, 뒤채움재 및 운영 차량의 이동 경로로 활용한다. 또한 Personnel Shaft와 Ventilation Shaft를 별도로 구성하여 인력 이동과 환기 기능을 분리함으로써 처분용기 운송 동선과 일반 물류 동선의 간섭을 최소화하는 체계를 형성하였다(Saanio et al., 2013). 반면 Forsmark는 처분용기 운송을 포함한 주요 운송 기능을 경사진입로에 집중시키고, 수직구는 인력 수송, 환기, 피난 및 보조 운송 기능을 담당하도록 계획하였다(SKB, 2009b).
이러한 차이는 진입동선 체계가 국가별 처분개념, 부지조건, 지상·지하 배치, 운송 장비, 환기계획 및 장기 안전성 평가 결과에 따라 달라질 수 있음을 보여준다. 따라서 진입동선 체계의 설계적합성 검토에서는 경사진입로와 수직구의 구조적 안정성 및 시공성만을 검토하는 데 그쳐서는 안되며, 처분용기 운송, 일반 물류, 인력 이동, 환기 및 비상대피 기능이 전체 처분시설 차원에서 적절히 분담되었는지를 우선적으로 확인해야 한다.
3.2 경사진입로 설계사례
경사진입로는 지상시설과 지하 처분구역을 연결하는 주요 접근시설로서, 건설 장비와 자재의 반입, 굴착 버력의 반출, 운영 중 물류 이동, 환기 보조 및 비상대피 기능을 수행한다. 심층처분시설의 경사진입로는 폐쇄 후 지표와 처분심도를 연결하는 잠재적 핵종 유동경로가 되지 않도록 계획되어야 한다. 따라서 경사진입로의 설계적합성은 경사도, 단면, 곡선반경 등의 기하학적 조건과 함께 단층대 및 고투수성 구간 회피, EDZ 관리, 지하수 유입 제어, 그라우팅, 지보 설계 및 시공 중 설계보정 가능성을 함께 고려하여 검토해야 한다.
ONKALO의 경사진입로는 Olkiluoto 부지의 지상시설과 약 400–450 m 심도의 지하 처분구역을 연결하기 위해 장거리 나선형 터널로 계획되었다. 평균 경사도는 약 1:10 수준으로 설정되어 대형 장비와 운영 차량의 주행성을 확보하였으며, 차량 통행, 환기, 배수, 전력·통신 설비 및 비상대피 기능을 고려한 단면이 적용되었다(Fig. 2).
Fig. 2.
Cross sections of the access tunnel in ONKALO: (a) straight section (modified from Kirkkomäki, 2004) and (b) curved section (modified from Posiva Oy, 2003)
ONKALO 사례의 핵심은 경사진입로가 부지특성화와 처분시설 설계검증을 위한 조사·검증 통로로 활용되었다는 점이다. 굴착 중 지질매핑, 파일럿 홀 조사, 지하수 유입 관찰, 수리시험, 지보 및 그라우팅 기록이 지속적으로 축적되었고(Fig. 3), 이 자료는 처분시설 설계와 장기 안전성 평가의 입력자료로 관리되었다(Saanio et al., 2013).
Fig. 3.
Hydrogeological characterization and grouting records along the ONKALO access tunnel: (a) hydraulically conductive fractures and their transmissivity measured in pilot holes, (b) groundwater inflow and moisture distribution along the tunnel surfaces, and (c) grouting sections and cement-take recorded along the tunnel alignment (modified from Ahokas et al., 2006)
또한 ONKALO에서는 굴착손상영역(Excavation Damaged Zone, EDZ)을 진입구역 설계·시공 과정에서 관리해야 할 주요 품질관리 인자로 설정하였다. Posiva는 진입구역 굴착면으로부터 연속적인 손상대가 발달하는 최대 폭을 EDZ 관리기준으로 설정하고, 측벽부는 400 mm 이하, 바닥부는 800 mm 이하가 되도록 천공·발파 패턴, 천공 정밀도 및 장약 조건을 관리하였다. 굴착 후에는 GPR 탐사를 활용하여 EDZ 분포를 현장에서 검증하고, 허용기준을 초과하는 경우 굴착기록 검토, 지질조사 보완, 천공·발파 방식 보정 또는 굴착공법 변경을 검토하도록 하였다(Follin et al., 2021). 이는 진입구역의 설계적합성 검증이 시공 중 계측 및 관측 결과를 반영하여 설계를 보정하고 검증하는 절차를 포함해야 함을 보여준다(Fig. 4).
Fig. 4.
EDZ control process for the excavation of the final disposal facility in ONKALO (modified from Follin et al., 2021)
Forsmark의 경사진입로는 약 470–500 m 심도의 지하 중앙구역 및 처분구역을 연결하는 주요 진입구역으로 계획되었다. Forsmark에서는 경사진입로가 처분용기 운송을 포함한 주요 물류 기능을 담당하도록 설정되었다는 점에서 ONKALO와 차이를 보인다. 경사진입로는 약 10% 경사의 나선형 루프 형태로 계획되었으며, 운송 차량, 설비 배치, 환기 및 비상대피를 고려한 D자형 단면이 적용되었다(Fig. 5).
Forsmark 사례에서 중요한 설계검토 항목은 상부 수리전도성 균열대와 지하수위 저하 가능성이다. 특히 천부 구간의 수리전도성 균열 및 고투수성 구조와의 교차 가능성이 주요 설계 리스크로 평가되었으며, 이에 따라 경사진입로의 선형, 교차각, 구간별 그라우팅 및 필요 시 재주입 대책이 검토되었다(SKB, 2009b). 또한 암반거동과 지보유형을 연계하여 암반유형별 지보를 설정하고, 시공 과정에서 확인되는 지반조건을 후속 설계에 반영하는 관찰법(Observation Method)을 전제로 하였다(SKB, 2010). 이러한 접근은 Forsmark 진입 경사로에서 예상 조건과 불리한 조건에 따라 암반거동 유형 분포를 구분하고(Table 3), 이를 지보 및 시공 중 설계보정의 근거로 활용하였다.
Table 3.
Ground behaviour (GB) distribution of the access ramp in Forsmark (modified from SKB, 2009a)
| Facility part | Expected distribution | Most unfavourable distribution | ||
| GB1 [m] | GB3B [m] | GB1 [m] | GB2A [m] | |
| Tunnel (5.5 m wide) | 4,026 | 34 | 3,512 | 497 |
| Tunnel (6.0 m wide) | 119 | - | 40 | 79 |
따라서 경사진입로 설계검토에서는 경사도, 단면 제원 및 주요 지질구조와의 교차 가능성, 심도별 지하수 유입량, 그라우팅 기준, 지보형식, EDZ 관리, 시공 중 계측 및 설계보정 절차가 함께 검토되어야 한다. 특히 경사진입로가 처분용기 운송을 담당하는지 여부에 따라 단면, 경사, 곡선반경, 운송장비, 환기 및 비상대응 기준이 달라지므로, 경사진입로 설계는 반드시 전체 진입동선 체계와 연계하여 평가되어야 한다.
3.3 수직구 설계사례
수직구는 지상시설과 지하 처분구역을 수직으로 연결하는 진입구역으로서, 인력 수송, 환기, 설비 설치, 자재 이송 및 비상대응 측면에서 중요한 기능을 수행한다. 경사진입로에 비해 연장이 짧고 처분심도에 직접 도달할 수 있다는 장점이 있으나, 지표와 처분심도를 최단거리로 연결하므로 폐쇄 후에는 잠재적인 지하수 유동경로가 될 수 있다. 따라서 수직구 설계는 운영 단계의 기능성과 폐쇄 후 장기 격리성능을 동시에 고려하여 검토되어야 한다.
ONKALO의 수직구는 Personnel Shaft, Canister Shaft, Ventilation Shaft 등 기능별로 구분하여 계획되었으며(Table 4) 처분용기 운송 동선과 일반 물류 동선을 분리하여 운송 중 충돌, 지연 및 비상상황 대응 문제를 줄이는 장점을 가진다.
Table 4.
Specification of the vertical shafts in ONKALO
| Shaft | Diameter (m) | Main function |
| Personnel shaft | 4.5 | Personnel transport |
| Canister shaft | 5.5 | Canister transport |
| Ventilation inlet shaft | 3.5 | Air intake |
| Ventilation outlet shafts (2) | 3.5 | Exhaust air |
ONKALO 수직구에서는 Raise Boring 방식이 주요 굴착공법으로 검토·적용되었다(Fig. 6). Raise Boring은 발파굴착에 비해 굴착면 손상을 줄이고 원형 단면의 품질을 확보할 수 있어, 수직구 주변 암반의 EDZ를 제한하는 데 유리하다(Saari and Lakio, 2007; Saanio et al., 2013).
또한 수직구 시공 과정에서는 파일럿 홀 조사와 수리시험을 통해 고투수성 구간을 확인하고, 사전 그라우팅을 통해 지하수 유입을 제어하였다. Personnel Shaft에서는 그라우팅 전후의 유입량과 Lugeon 값 변화를 통해 차수 효과를 검증하였으며(Fig. 7), 이는 수직구 설계가 폐쇄 후 수리적 연결성 관리와도 연계되어야 함을 보여준다(Sievänen, 2003; Heikkinen et al., 2010; Hatakka et al., 2018).
Fig. 7.
Changes in maximum inflow and Lugeon values during the grouting process in the ONKALO personnel shaft: (a) maximum leakage and Lugeon values for all grouting phases and (b) enlarged comparison of phases 6 to 8 (modified from Hatakka et al., 2018)
Forsmark의 수직구는 Skip Shaft, Elevator Shaft 및 Ventilation Shaft로 구분된다(Fig. 8). Forsmark는 방사성폐기물의 이동을 경사진입로에 집중시키고, 수직구는 인력 이동, 환기, 피난 및 보조 기능을 담당하도록 계획되었다(SKB, 2009b).
이에 따라 수직구의 위치와 기능은 지하 중앙구역, 운반터널, 처분터널, 환기계통 및 피난동선과의 연결성을 고려하여 설정되었다. 특히 지표부와 천부 암반에 존재할 수 있는 수리전도성 균열과 지하수위 저하 가능성이 수직구 설계의 주요 검토사항으로 제시되었으며, 필요 시 그라우팅과 재주입 대책이 검토되었다(Fig. 9).
Fig. 9.
Arrangement of grout holes for shafts intersecting the FFM02 hydraulic zone in Forsmark: (a) skip shaft and (b) lift and ventilation shafts (modified from SKB, 2009b)
ONKALO와 Forsmark의 수직구 설계는 기능 분담 방식에서 차이를 보이지만, 공통적으로 수직구가 환기, 운송, 피난, 수리적 차단 및 폐쇄 후 밀봉성과 연결되는 복합 설계요소임을 보여준다. 따라서 수직구 설계검토에서는 수직구의 개수와 직경뿐만 아니라, 기능별 분리의 적정성, 굴착공법, 지하수 유입 제어, EDZ 관리, 중앙구역과의 접속부 안정성, 환기 및 피난 체계, 폐쇄 후 밀봉 가능성을 함께 검토해야 한다.
3.4 국외 사례 기반 진입구역 설계요소 도출
ONKALO와 Forsmark 사례는 심층처분시설 진입구역의 설계가 처분시설의 건설·운영·환기·비상대응·폐쇄 전략을 통합적으로 반영하는 과정임을 보여준다. 두 사례는 모두 Ramp–Shaft 병행체계를 채택하였으나, ONKALO는 처분용기 운송을 전용 수직구에 부여하고, Forsmark는 경사진입로에 집중시켰다(Saanio et al., 2013; SKB, 2009b). 이는 진입구역 설계요소가 부지조건과 운영전략에 따라 검증되어야 함을 의미한다. 이러한 국외 사례 분석을 바탕으로 진입구역의 주요 설계요소를 도출하여 정리하였다(Table 5).
Table 5.
Design factors for access areas identified from the case studies
진입구역 설계요소는 제2장에서 도출한 품질관리 항목과도 직접적으로 연결된다. 진입동선 체계, 경사진입로 선형, 수직구 기능 분담, 단층대 및 고투수성 구간의 분포는 설계입력자료 관리의 대상이 된다. 또한 지하수 유입, EDZ, 지보, 그라우팅 및 굴착 중 지질조건 변화는 시공 중 검증 및 설계보정의 대상이다. 지질매핑, 수리시험, 유입수량, 그라우팅, 지보 시공기록 및 계측자료는 문서화와 추적성 확보의 핵심 자료가 된다.
ONKALO와 Forsmark 사례는 처분시설 진입구역 설계적합성 검증체계 수립과 관련하여 세 가지 시사점을 제공한다. 첫째, 진입구역은 경사진입로와 수직구를 전체 진입동선 체계 내에서 기능 분담과 상호 연계를 우선적으로 검토해야 한다. 둘째, 진입구역 설계는 지질·수리지질 조건, 암반역학적 안정성, 지하수 유입 및 EDZ 관리와 같은 부지특성 자료에 근거하여 수립되어야 하며, 시공 중 확인되는 자료를 통해 지속적으로 보정될 수 있어야 한다. 셋째, 진입구역 설계검토 결과와 시공 중 검증자료는 장기 안전성 평가 및 폐쇄 후 격리성능 검토와 연결될 수 있도록 문서화·추적성 체계 내에서 관리되어야 한다. 이러한 관점은 다음 장에서 제시하는 심층처분시설 진입구역 설계적합성 검증 절차와 체크리스트로 활용될 수 있다.
4. 진입구역 설계적합성 검증체계
심층처분시설 진입구역에 적용 가능한 규제요건과 품질관리 항목의 검토(2장) 및 ONKALO와 Forsmark 사례를 바탕으로 진입동선 체계, 경사진입로 및 수직구의 설계 특성 분석 결과(3장), 진입구역의 설계적합성은 설계입력자료의 신뢰성, 부지 지질·수리지질 조건, 굴착 및 지보·그라우팅 계획, 시공 중 계측자료, 설계변경 이력 및 장기 안전성 평가와의 연계성을 종합적으로 검토해야 함을 확인하였다.
이에 본 장에서는 심층처분시설 진입구역의 설계적합성을 검토하기 위한 단계적 검증 절차와 설계검토 체크리스트를 제안하였다. 검증 절차는 진입동선 체계, 경사진입로 및 수직구에 종합적으로 적용 가능한 절차를 제시한 것이며, 체크리스트는 각 설계요소별 검토항목, 확인사항 및 주요 근거자료를 대응시켜 규제기관 또는 독립 검토자가 설계적합성 판단 근거를 체계적으로 확인할 수 있도록 구성한 것이다.
진입구역 설계적합성 검증을 위한 단계적 수행 절차는 설계기반 검토, 설계계획 수립, 예비 설계안 작성, 설계적합성 평가, 결정 및 승인의 5단계로 구성된다(Fig. 10).
먼저 설계기반 검토 단계에서는 규제요건, 국내외 설계기준, 처분시설 배치개념, 부지특성자료 및 운영 요구조건을 검토하여 설계입력자료를 정리한다. 이 단계에서는 처분심도, 경사진입로와 수직구의 기능 분담, 운송·환기·배수·비상대피 요구조건, 주요 단층 및 파쇄대, 수리지질 조건, 초기응력, 지하수 유입 가능성 등이 핵심 입력조건으로 설정된다.
설계계획 수립 단계에서는 설계입력자료를 바탕으로 경사진입로의 배치, 경사도, 단면, 곡선반경과 수직구의 위치, 직경, 기능 및 굴착공법 등 주요 설계항목을 정의한다. 또한 지보, 그라우팅, 배수, 환기, 계측 및 시공 중 조사계획의 기본 방향을 설정하여 후속 설계안 작성의 기준으로 활용한다. 예비 설계안 작성 단계에서는 진입구역의 평면 및 종단 배치, 단면 형상, 동선계획, 수직구 배치, 굴착·지보·차수·배수계획을 구체화한다.
이후 설계적합성 평가 단계에서는 예비 설계안이 설계기준, 부지조건, 운영 요구조건 및 장기 안전성 요구조건을 충족하는지 검토한다. 주요 검토항목은 경사진입로의 구조적 안정성, 지상–지하 연결성, 비상대피성, 수직구의 기능 분담, 지하수 유입량, 그라우팅 필요성, EDZ 발생 가능성, 지보 안정성 및 주요 지질구조와의 교차 여부이다. 필요한 경우 민감도 분석과 불확실성 검토를 병행하여 다양한 지질·수리지질 조건에서 설계안의 적용 가능성을 확인한다.
마지막으로 결정 및 승인 단계에서는 설계적합성 평가 결과와 체크리스트 검토 결과를 종합하여 설계안의 승인 여부를 판단한다. 승인된 설계안은 후속 상세설계 및 시공단계의 기준으로 활용되며, 부적합 또는 보완 필요사항이 확인될 경우에는 설계수정·보완 절차를 통해 변경 사유, 영향 범위 및 관련 설계입력의 변경 여부를 재검토한다. 따라서 본 절차는 일방향 승인 절차가 아니라, 설계입력 검토, 예비 설계, 적합성 평가, 시공 중 검증 및 설계 보정이 상호연계되어 반복적으로 연결되는 순환형 검증체계로 이해할 수 있다.
설계검토 체크리스트는 진입구역 설계적합성 검증 과정에서 확인해야 할 세부 검토항목과 판단 근거를 구조화하기 위한 도구에 해당한다. 본 연구에서는 진입구역 설계검토 대상을 진입동선 체계, 경사진입로, 수직구로 구분하고, 각 대상별로 설계적합성 판단에 필요한 검토항목, 주요 검토내용 및 판단근거자료를 정리하였다(Table 6).
Table 6.
Checklist for design suitability verification of access areas
체크리스트의 검토항목은 규제요건 및 품질관리 항목 검토(2장)와 ONKALO 및 Forsmark 사례(3장)를 바탕으로 도출한 것으로, 진입동선 체계에서는 진입구역의 기능 분담, 운반·이송 동선, 환기·배수 및 비상대응 체계와의 연계성을 검토하도록 하였다. 경사진입로와 수직구에 대해서는 주요 지질구조와의 교차 가능성, 지하수 유입 제한, EDZ 관리, 굴착공법, 지보 및 그라우팅 계획을 주요 검토항목으로 설정하였다. 또한 시공 중 조사·계측자료의 설계 피드백, 부적합 사항에 대한 보완조치, 설계변경 및 품질기록의 추적성은 공통 검토항목으로 포함하였다.
따라서 제안된 체크리스트는 사업자가 제출하는 설계도서, 부지조사자료, 시공계획 및 계측자료를 바탕으로 진입구역 설계가 운영성, 시공성, 장기 안전성 및 폐쇄 후 격리성능과 정합하는지를 검토하기 위한 검증도구로 활용될 수 있다.
5. 결 론
본 연구에서는 고준위방사성폐기물 심층처분시설의 진입구역 중 경사진입로와 수직구를 대상으로, 설계적합성 검증체계 개발을 위한 규제요건, 품질관리 항목 및 국외 설계사례를 분석하고, 이를 기반으로 설계적합성 검증절차 및 체크리스트를 제안하였다.
국내외 규제요건 검토 결과, 진입구역을 독립적인 규제대상으로 명시하는 사례는 제한적이었으나, 부지특성화, 설계·건설관리, 운영안전, 폐쇄 후 장기안전성 및 품질보증 요건으로부터 진입구역 설계검토에 필요한 핵심 항목을 도출할 수 있었다. 주요 검토항목으로는 단층·파쇄대와의 교차 가능성, 지하수 유입 제어, EDZ 관리, 지보 및 그라우팅 계획, 폐쇄 후 밀봉 가능성, 시공 중 계측 및 기록관리가 포함된다.
ONKALO와 Forsmark 사례 분석 결과, 두 사례는 모두 경사진입로와 수직구를 병행하는 진입체계를 채택하였으나, 진입구역의 형식과 기능은 처분개념, 처분용기 운송방식 및 부지조건에 따라 달라질 수 있음을 보였다. 장기 안전성 확보를 위해 지질 및 수리지질 조건을 고려한 선형 결정, 지하수 유입관리, EDZ 최소화, 시공 중 확보한 자료의 설계 반영 및 품질기록의 추적성 확보는 공통적으로 중요하게 적용되고 있음을 확인하였다. 특히 관찰법(Observation Method)에 기반한 단계적 설계검증과 보완은 진입구역 설계의 신뢰성을 확보하기 위한 핵심 요소로 판단된다.
이를 바탕으로 제안된 설계적합성 검증체계는 설계기반 검토, 설계계획 수립, 예비 설계안 작성, 설계적합성 평가, 결정 및 승인 단계로 구성하였으며, 진입동선 체계, 경사진입로, 수직구 및 공통 검토항목에 대한 설계검토 체크리스트를 포함하도록 하였다. 이를 통해 기능 분담의 적정성, 지질구조 회피성, 지하수 유입 제한, EDZ 관리, 지보·그라우팅 계획, 시공 중 조사·계측자료의 설계 피드백 및 품질기록의 추적성을 체계적으로 검토할 수 있도록 하였다.
본 연구에서 제안된 검증절차와 체크리스트는 향후 국내 심층처분시설 및 지하연구시설의 진입구역 설계검토와 품질보증 및 규제 대응체계 구축을 위한 실무적 기반으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 다만 ONKALO와 Forsmark 사례를 국내에 적용할 때에는 국내 부지조건과 규제체계의 차이를 함께 고려할 필요가 있다. 국내 후보 모암은 화강암·편마암 계열 결정질 암반이 중심이 될 가능성이 높으나, 초기응력장, 절리 및 단층·파쇄대의 분포, 풍화심도와 지하수 유동 특성은 스칸디나비아 결정질 암반과 상이할 수 있다. 또한 국내 처분심도 범위, 확보 가능한 부지 면적, 운영 인프라, 처분용기 운송방식 및 비상대응 동선은 진입구역 형식과 배치에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구에서 도출한 지질구조 회피, 지하수 유입관리, EDZ 제한, 시공 중 계측 및 설계 보정, 품질기록 관리 항목은 국내 적용이 가능한 공통 검토항목으로 활용하되, 향후 국내 부지조건과 처분개념이 구체화될 경우 원자력안전법, 원자력안전위원회 고시 및 KINS 규제체계와의 정합성을 고려하여 진입구역 설계요소별 정량적 허용기준과 설계변경 판단기준 등을 검증체계에 반영하기 위한 후속 연구가 필요할 것으로 판단된다.
