국내 TBM 건설 현장 ‘동아지질 기술력의 현주소'
쉴드TBM의 경우 동아지질은 국내 총 발주물량 대비 공사수행 건수로 49.1%, 연장 43.6%를 차지할 만큼 독보적인 위치를 차지하고 있다.
이번 회에는 서울 지하철 909공구(쉴드TBM 공법), 강남 전력구 공사(DSR 공법), 덕이~호수 전력구 공사(복합 세미쉴드 공법), 군산 복합 화력발전소 취수로 터널공사(해저터널) 등 동아지질이 국내에서 수행한 대표적인 TBM 공사현장을 소개한다.
아울러 TBM 장비 국산화를 위한 기틀을 마련하고 있는 동아지질 이천공장으로 안내한다.
<편집자 주>
■서울 지하철 909공구 건설공사(쉴드TBM 공법)
서울 지하철은 9호선 909공구, 여의도역에서 당산역 구간을 최초로 쉴드TBM공법으로 시공했다. 쉴드TBM의 시공연장은 3천634m(1천817m×2열)이며 터널 직경은 6.75m이다.
현장여건은 국회의사당, 올림픽대로 및 여의도 지하차도 하부를 통과해야 하고, 고수압 조건의 한강 횡단과 기존 구조물에 약 2m까지 근접해 시공해야 하는 등 난공사로 인해 시공 전 많은 우려를 했다.
하지만 2004년 9월에 착공해 무사히 계획 공정 안에 완료해 2007년 10월 쉴드TBM 터널을 관통, 2009년 6월 지하철을 개통하고 골드라인이라 불리 우는 9호선이 강남권에서 김포공항까지 30분대로 달릴 수 있는 데 기여했다.
기존에 시공한 대부분의 쉴드TBM 공법이 하수관로, 가스관로, 전력구 및 통신구 등의 공사에 적용된 직경 3∼4m 정도의 비교적 중소형 터널이었지만, 서울지하철 909공구 현장은 동아지질 뿐 만 아니라 우리나라의 대단면 쉴드TBM 공법의 새로운 장을 연 계기가 됐다.
현장이 국회의사당 바로 앞에 위치한 지리적 특성을 고려해 이수가압식 쉴드TBM 공법에 필수적인 장치인 이수처리 플랜트 설비로부터 발생되는 소음 및 진동을 방지하고, 미관효과를 높이기 위해 방음하우스(가로75m×세로16m)를 계획해 플랜트 설비 전체를 내부에 설치했다.
또한, 장비의 조립 및 해체의 회수 감소로 공사기간을 줄이기 위해 914 역사구간(현 국회의사당 역) 내부로 장비 해체 없이 이동작업을 실시하는 계획도 수립했다.
■강남 전력구 공사(DSR 공법)
도심지에서는 지하철, 상하수도, 통신, 가스, 전력 등 지하시설물이 대부분 주요도로, 공공부지 등의 지중에 설치되므로 신규 확장하는 지하시설물 설치의 공간 확보에 많은 제약이 따른다.
또한 기 축조한 공공시설물이나 상업시설에 접근성의 편리를 위해 연결통로를 새로 구축할 경우 쉴드TBM 장비 인양을 위한 수직구 축조가 불가능한 사례가 종종 발생한다.
쉴드TBM 공법의 적용에 장애가 되는 이러한 문제들을 해결하기 위해 자주식 일괄 반출 방식(DSR; Draw a Shield Recycling)이 개발 됐다.
이전에도 쉴드TBM 장비의 인양을 위한 수직구 축조가 불가능할 경우, 터널 내부에서 장비를 분리하는 경우가 있었지만, 종래의 방법은 단순히 일정 부분의 부품을 회수하는 정도에 불가했다.
동아지질이 강남 전력구 현장에 첫 도입한 쉴드TBM의 DSR공법은 장비에 내장된 부품의 전량 회수는 물론 Cutter Head, Front, Middle Body까지 내부에서 분리 가능할 뿐만 아니라, 세그먼트와 맞물린 Rear Body만 신규 제작하면 기존의 장비를 최대한 재활용할 수 있도록 해 시간적, 경제적으로 효율을 크게 증진시킬 수 있는 시스템이다.
강남 전력구 현장은 서울시 강남지역의 전력망 확충을 위해 가동 중인 기존의 논일 및 논현 변전소에 신규의 지하 케이블 포설 라인을 구성하는 공사로, 앞서 언급한 것처럼 기존 변전소 벽체 전방까지 쉴드TBM 장비로 굴진한 후, DSR방식으로 반출하는 공법으로 계획했다.
현재 논현 변전소까지 1구간의 1천240m중 약 810m정도를 굴진했으며, 2011년 11월 경 굴진이 종료되면 국내 최초로 DSR방식으로 쉴드TBM 장비를 터널 내부에서 해체해 반출할 계획이다.
■덕이~호수 전력구 공사(복합 세미쉴드 공법)
복합 세미쉴드 공법은 장거리 굴진과 곡선굴진에 유리한 쉴드 공법의 특징과 3m 이하 중구경을 경제적으로 굴진 가능한 세미쉴드 공법의 특징을 융합해 개발한 공법이다.
세미쉴드 공법은 단거리, 소구경을 목적으로 후방반력을 이용한 재킹(Jacking) 공법으로, 공법의 특성상 거리의 제한 및 곡선시공에 제약이 발생한다.
반면에 쉴드 공법은 거리 및 곡선에 대한 제한은 없으나, 단거리의 경우 타 공법에 비해 경제성이 떨어지는 단점이 있으므로, 1km 전후의 중거리 구간에 중간 수직구 축조가 어렵거나 급곡선 시공(R=200미만)인 경우를 해결하기 위해 복합 세미쉴드 공법이 개발됐다.
복합 세미쉴드 공법은 전반부 굴진은 세미쉴드 공법으로 추진(연장 500~600m)하고 어댑터링(Adapter Ring)을 설치한 후, 후반부 굴진은 쉴드 방식으로 굴진해 중거리, 곡선시공을 해결함으로써 굴진 효율성 증대는 물론이고 경제적 단점도 극복하는 공법이다.
덕이~호수 전력구 공사는 경기도 일산시 덕이에서 호수를 연결하는 전력구로서 전반부 연장 500m 는 세미쉴드 공법으로 굴진하고, 후반부 연장 402m는 쉴드방식으로 굴진하는 공사다.
현재 세미쉴드 구간은 굴진 완료됐고, 쉴드 구간은 402m 중 약 350m를 굴진해, 9월 말경 굴진이 완료될 예정으로 공사가 진행되고 있다.
■군산 복합 화력발전소 취수로 터널공사(해저 터널)
최근 들어 원자력 및 화력발전소, 담수화 설비 등 플랜트 분야에서 소요되는 취ㆍ배수로 터널 부분의 기계화 시공이 국내뿐 아니라 해외에서도 점차 증가 추세에 있다.
통상 설비 플랜트 운영에 소요되는 바닷물의 공급을 위해 해상공급 라인의 부설이 필연적이지만, 해상에서의 개착(Open Trench) 시공법은 작업의 난이성(가물막이), 생태계의 환경적 영향 문제, 조파에 의한 해상공사의 작업일수 저감 등의 제약이 따른다.
따라서 육상 플랜트에서 해상으로 해저터널을 축조하고 도달지점에 취수탑(장비도달 수직구로 병행 사용)을 설치해 물의 공급용 라인을 부설하는 취ㆍ배수 터널의 적용성이 크게 확대되고 있다.
군산 복합 화력발전소 취수로 터널공사는 군산복합발전소에 필요한 냉각수를 공급하기 위해 발전소에서 전북 군산과 충남 서천의 경제 해상까지 해저터널을 구축하는 것으로, 연장은 1.27km이고 굴착직경은 4.34m의 이토압식 쉴드TBM 장비를 사용했다.
취수터널은 육상 발진 작업구에서 쉴드TBM으로 굴진해, 금강 하류에 위치한 도달 작업구에서 인양하는 것으로 계획했다.
발진구는 원형의 지하 연속벽으로 계획했고, 도달 작업구는 심층혼합처리공법(DCM, Φ1000mm×4축, 간격 900mm)으로 주변지반을 보강한 후에 육상에서 강제 케이슨을 제작해 보강지반 내부에 거치했다.
거치된 해상 강재케이슨 내에서 미리 중공벽으로 제작된 철판을 제거하고 케이슨 내 도달구 외곽을 보강한 후 쉴드TBM을 작업구로 통과시킨 후 취수구 강제케이슨과 취수관을 연결했다.
2010년 완공되어 현재까지 성공적으로 발전설비에 소요되는 냉각수를 공급하고 있다.
■TBM 국산화를 위한 전초기지, 이천공장
현재 국내에서 사용되는 쉴드TBM 및 Open TBM 장비는 유럽, 미국, 일본 등에서 100% 수입에 의존하고 있는 실정이다.
물론, 국내의 중공업 회사의 기술력으로 판단하면 국내생산이 불가할 이유가 없음에 불구하고 아직은 시장에 뛰어들지 않고 있다.
하지만, 터널시장이 점차 NATM에서 기계화시공에 의한 TBM 방식으로 급변하는 세계적인 추세를 보면 국내의 중공업 업체도 TBM 장비의 국산화에 깊은 관심을 갖고 대응해야 한다고 본다.
동아지질은 쉴드 및 세미쉴드 사업에 발을 들여놓은 과거 20년 동안 끊임없이 소모자재와 부재 장비의 국산화뿐만 아니라, 장비의 국산화를 위해 자체적으로 노력하고 있다.
국책 연구과제로 쉴드TBM 헤드부의 설계 및 장비 재활용 방안에 동아지질과 여러 연구기관들이 함께 참여하고 있고, TBM 국제시장의 지속적 확대 추세를 볼 때, 멀지 않은 시점에 국산 TBM 장비의 생산에 관련 생산업체의 참가가 이루어지기를 기대해 본다.
그런 측면에서 동아지질의 이천공장도 TBM 국산화의 전초기지로서의 역할이 기대된다.
이천공장은 동아지질이 소유한 경기도 이천시 모가면에 위치하며 대지 8천158평, 건축물 1천832평에 설비를 갖추고 있다.
TBM 장비를 조립하고 정비하기 위한 공장으로 현재 서울 지하철 9호선 3단계 920공구에 투입될 TBM 장비를 조립해 시운전을 마친 상태이다.
아직은 부품을 수입해 조립 및 시운전 하는 초보적인 단계에 있지만, 이미 세미-쉴드 장비를 국산화한 기술력을 보유하고 있으므로, 동아지질 이천조립공장 역시 국내 TBM 장비생산의 초석의 역할을 하리라고 기대된다.
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