[TBM-9]TBM장비 경쟁력, 경제적 시공기술 중요

터널 초장대화·대단면화·대도심화 됨에 따라
TBM공법의 적용이 대폭 확대되어 가고 있는 추세

Ⅷ 도시터널 현황과 기술 개발 동향

1. 도시화의 현황
유엔의 DESA .Population Division의 도시화 예측 2009년 개정판에 따르면 2009년 중반에 세계 도시인구는 34억2000만명 도시 이외에 사는 인구가 50%를 넘어섰다.
2050년까지 도시인구는 84%가 될 것으로 예측 되고 있다. 또 2012년에 70억인 전세계인구는 2050년에 93억명 2100년에는 100억을 넘어선다고 한다.
금세기 중엽에는 현재의 70억 전인구가 도시에서 생활하게 된다고 예측되고 있다. 도시에는 대단히 큰 부담이 걸리는 것으로 ‘명약관화’하다. 도시화는 산업 혁명 이후19세기, 20세기를 지나 현재도 계속 되고 있다. 과거의 도시화 과정에서는 도시 기반 시설 정비가 인구증가를 따르지 못하여 환경 훼손과 도시 기능의 저하를 초래하면서 큰 문제를 제기해 왔다.
도시에는 안전한 물, 적절한 에너지 공급 주택공급 하수도의 정비 등에 의한 위생적인 생활환경 원활한 교통시설, 쾌적하고 편안한 아름다운 경관이 필요하고 재해 시에는 지진, 홍수 등의 위험으로부터 안전하게 보호되어야 한다. 이런 조건들은 많은 도시에서 아직도 충족되지 못하고 있는 것이 현실이다. 성숙도가 높고 생활환경이 우수한 것으로 생각되는 유럽이나 미국의 여러 도시에서도 기반 정비는 중점적으로 진행하고 있다.
예를 들면 런던에서는 Cross Rail이라고 불리는 계획이 진행 중이고 프랑스 파리에서는 A86의 정비CDG공항 고속철도계획, 뉴욕에서는 수도터널NO3계획이 추진되는 등 세계 여러 도시 속 에서 대형프로젝트(Project)들이 진행되고 있다.
앞으로 세계 인구의 움직임은 개발 도상국에서의 도시화가 현저히 진행 될 것으로 예측된다. <주요국 인구 및 연도별 도시화율>에서 보는 바와 같이 주요국들의 도시화가 급속도로 진행되면서 글로벌화 속에서 우리나라와 우리건설 업체들이 지금까지의 경험을 최대한 살려 계획적이고 보다 쾌적하고 살기 좋은 도시가 형성되도록 세계에 공헌할 수 있는 많은 기회가 주어질 것이다.
이를 위해서 한국이 가진 높은 기술 잠재력을 유지 발전시켜나갈 필요성이 있다. 특히 신흥국 들의 도시화가 급속히 추진되어 2011년 47%인 도시화율이 2030년에는 56% 2050년에는 64%까지 올라가므로 이 지역에 관심을 가지고 도시문제해결방안을 연구하여 해결방안을 찾는 것이 중요할 것으로 보인다.

2. 도시 개발의 필요성
1)21세기 인구의 폭발적 증가와 산업의 지속적인 발전으로 인해 이를 해결하기 위해서는 지하공간을 개발하여 활용하는 것이 매우 중요하므로 이를 이용하려는 노력이 더욱 증대될 것으로 예상된다.
이를 위한 건설수요의 증대에 따라서 공사기간과 공사 비용을 절감 할 수 있고 더욱 안전하고 친환경적인 기술개발에 많은 업체들이 노력하고 있으므로 새로운 기술들이 속속 개발될 것으로 예상된다.
2)우리나라의 경우 기존의 국내 지하공간 건설기술의 대표적인 터널건설기술의 경우 해외터널기술을 도입하여 국내정착화,구간화 되어왔으나 최근의 초장대화, 대단면화, 대심도화 건설 추세에서 이를 위한 국내 건설기반 기술은 미미한 수준이므로 이를 위한 초장대, 대단면, 대심도 터널 및 지하 공간 건설을 위한 관·산·학·연의 자구 노력이 필요한 시점에 이르렀다고 볼 수 있다.
3)최근 대형 프로젝트의 발주 방법이 턴키나 대안 방식으로 바뀌면서 대형 건설사와 설계 회사들이 창의적이고 고도화된 설계기술을 활성화하고 있지만 아직도 개선의 여지가 많은 형편이다.
4)굴착기술의 경우 초장대화 되어감에 따라 공사공정이 가장 큰 문제가 될 수 있으므로 경제성이 확보되는 기계화 시공의 적용과 발파와 기계화 시공을 동시에 수행하는 병행공법이나 신개념의 발파 굴착 공법 등의 체계적 구축이 국가적 차원에서 연구 개발 되어야 할 시급한 문제이다.
특히 TBM 등 기계화 시공장비 제작업체들과 연구 개발 기관과의 공동연구 및 연구 개발된 기술의 장비제작에 적용이 매우 필요하다.
5)현재 지하철 건설에서도 문제가 되고 있는 주지보재의 유지관리문제가 모든 지하구조물에서 그대로 적용될 것이며 따라서 이러한 문제들을 해결할 수 있는 무라이닝공법 PCL공법 등과 함께 새로운 지보 시스템의개발이 유지 관리비용의 절감 면에서도 시급히 해결 해야 할 문제이다. 특히 터널의 초장대화, 대단면화, 대도심화 되어 감에 따라 TBM공법의 적용이 대폭 확대되어 가고 있는 추세에서 우리나라 터널산업이 더욱 경쟁력을 갖기 위해서는 TBM장비의 경쟁력도 매우 중요하지만 더욱 중요한 것은 터널 공사비에서 가장 많은 비중을 차지하고 있는 세그먼트(Segment)의 경제성 및 안정성을 갖는 것은 물론 경제적 시공기술 개발도 매우 필요하다.
6)지하공간 활용에 있어서는 대도시 지하화가 가능한 지상의 시설물을 지하화하여 지상토지의 이용도를 확대하고 안락하고 편안한 지상공간의 확보가 필요하다. 즉, 지하공간의 국제적 추세에 발맞추고 첨단시공기술력 확보를 통한 공사기간과 공사비용을 절감하는 경제적인 신공간 창출이 매우 중요하다.

3. 도시지반정비의 주요 기술 ·터널기술
1)도시지반정비 및 지하공간 개발에는 많은 분야에 영향을 끼치는 기술들이 필요하다. 도시의 규모나 발전단계에 따라서도 필요로 하는 기술은 다르다. 소규모 도시나 발전단계가 초기인 도시에서는 평면적으로 전개할 여지가 있으며, 라이프라인의 규모도 작고 지하를 이용할 경우도 고도의 기술은 필요로 하지 않는다. 문제는 대규모 도시에서의 정비이다.
거대도시에서는 발전과정에서 우선 면적으로 확대되고 발전에 따라 토지이용 밀도가 높아진다.
또 고도의 사회경제 활동이 이루어져 관계자의 이해관계가 복잡하게 서로 얽혀 합의형성에 많은 시간을 필요로 할 수 있다. 용지 취득에는 물리적, 사회적 제약이 많아지는 것이 보통이다. 그 결과 거대도시에서 도시기반을 정비하는 용지 취득이 어렵게 된다. 또 환경문제에 관한 의식이 높아져 기존 환경을 보전하고자 하는 의식이 강하게 이루어져 도시전체로는 꼭 필요한 사업이라도 지역의 합의를 얻는데 어려움이 증가한다.
역사적인 거리의 보전, 도시의 정체성 등 문화적인 자산의 계승의 문제 등도 도시정비에서 중요한 요소가 되고 있다. 이런 상황에서는 지표면에 큰 변화를 주는 계획실시는 대단히 어렵다.
도시에서는 그 발전과 변화에 맞춰 도시기반 정비를 소홀히 할 수 없어 도시가 원래 가져야 할 기능을 확보해가는 것이 필요하다. 거대도시에서는 도시를 평면적인 것으로부터 입체적인 도시공간으로 재검토하여 도시가 가져야 할 모습을 그리고 거기에 따른 도시정비를 진행 하는 게 필요하다. 지상에 있어야 할 것, 고층으로 가능한 것, 지하에 있어야 할 것, 지하에 있어도 지장이 없는 것 등 각각의 특성에 맞추어 보다 좋은 도시공간을 창조해가는 것이 필요하다.
지하공간이용이 어려웠던 이유는 지하공간을 건설하는 기술이 한정되어 있었으며 난공사가 되는 경우도 적지 않고 매우 큰 공사비가 필요하기도 했다. 그러나 공사비용의 문제를 넘어 지하에 설치하는 것이 보통이 된 도시구조물이 있다. 지하철도 이다.
2)1890년에 최초로 개통한 지하철도는 런던 중심지와 템즈강, 런던 남쪽을 잇는 ‘City&South London Railway’ 이다.
길이는 5.1km로 6개역이 설치되어 있다. 런던은 현저하게 인구가 증가하여 중심부를 향하는 교통수단이 필요했던 것이다. 당연히 철도를 설치하려면 지표에 설치하는 것이 기술적으로 용이하다. 지하철도가 선택된 것은 시가지가 이미 형성된 런던에서 지상에 철도건설이 곤란했기때문이다.
지하철로 건설이 가능했던 것은 당시 터널기술의 발전으로 가능했다. 1825년에 Brunel에 의해 건설이 시작되어 1841년에 완성된 템즈터널(깊이 460m) 1870년에 개통한 타워서브웨이(Tower Subway)의 경험을 거쳐 터널기술이 현저하게 발전했다.
여기에서 서브웨이의 단어가 사용되고 있지만 현재의 지하철을 의미하는 것이 아닌 지하 회랑의 의미이다.
템즈터널은 Brunel에 의해 발명된 세계최초의 실드공법(Shield Method)에 의해 건설되었다.
Brunel의 실드는 반드시 공법으로서 성공한 것이 아니지만 그 발상은 멋진 것이었다. 이를 기초로 하여 개발된 것이 타워서브웨이 건설에 사용된 Greathead 실드라고 불리는 실드기이다.
이 실드기는 원형으로 복공에는 주철제 세그먼트가 사용되어 현재 실드기의 원조로 불리고 있다.
City South Lond on Railway의 성공에 의해 많은 지하철 계획이 제안되어 1910년 경까지 6개 노선이 개통했다.
3)지하철을 도로의 지하를 이용할 수 있다는 점에서 도시의 교통형식으로서 확립되어 파리, 뉴욕 등의 대도시에서 받아들여져 현재도 도시의 중요한 사회기반으로 건설이 계속되고 있다. 지하철이라고 하는 구조형식이 기존 시가지에 철도에 의한 교통수단을 정비 하는 데에 적합한 구조였다라는 것이 받아들여 졌으며 이것을 실현 가능케 한 것이 철도(전기기관차)와 터널기술이다.
4)지하철은 그 건설이 차량과 터널기술을 포함하여 기술적으로 가능하게 됨과 동시에 그 형태가 확립되어 갔지만 도로의 경우는 하천을 횡단할 경우 등 특수한 상황하에서만 지하도로가 검토 되었다.
지하철 건설이 성황을 이루었던 1908년에는 본격적인 도로터널인 Rotherhithe 터널이 완성되어 지하도로를 건설하는 기술이 존재했다고 생각할 수 있다.
전후 본격적인 자동차교통시대를 맞이하여 도시에서의 교통문제가 심각해지고, 도시 내에 자동차 전용도로가 건설되어도 도로에서는 지하철과 같은 움직임은 없었다. 고가도로를 지하화한 것으로 유명해진 보스턴의 Big Dig 고가도로, 현재 지하화가 진행되어 있는 시애틀의 Alasken Way viaduct라고 불리는 고속도로도 전후에 계획 건설된 것이지만 지하도로로 건설한다고 하는 발상을 찾을 수 없다.
그러나 1970년대부터 도로교통을 둘러싼 환경문제가 엄격해져 도로를 계획, 관리할 경우에 환경문제는 중요한 요소로서 배려하게 되었다. 환경에는 자연환경, 생활환경, 경관 등 여러 갈래로 나뉘어져 복잡한 요소를 포함하여 계획에 큰 제약요건으로 대두되었다.
그러나 도로의 지하화에 도로 관계자들은 매우 신중했다. 터널과의 중간적인 구조를 채용함으로서 문제해결이 시도되었다. 그러나 양호한 환경을 지키고 싶어하는 희망은 지표면의 변화를 수반하지 않는 것을 요구하는 경향을 강하게 했다. 이런 점에서 최근 고가도로를 대신하여 터널구조에 의한 대규모 지하도로 건설이 진행되고 있다.
예로 보스턴의 Central Artery(Big Dig)파리의 A86, 마드리드의 M30, 시애틀의 Alasken Way Viaduct의 지하화 계획 등을 들 수 있다. 일본에서도 중앙환상신쥬쿠선, 시나가와선, 요코하마 환상북선, 야마토가와선 등이 있다.
지하도로의 계획이 가능하게 된 것은 터널기술의 진보, 특히 대단면 실드 기술의 발전에 힘입은 바가 크다. 또 자동차 배출가스 규제의 강화 등도 이 지하화를 촉진했다고 볼 수 있다.
이미 살펴본 바와 같이 높은 밀도로 토지가 이용되고 있는 도시에서는 기반 정비를 위한 용지 취득이 용이하지 않아 관계자와의 합의 형성에 많은 시간을 필요로 한다.
지상에 반드시 있을 필요가 없는 시설을 지하에 설치하는 것으로 사업전개를 빨리 진행시키는 동시에 도시공간의 유효한 이용 면에서 지하이용을 활성화 하기 위해 일본에서는 ‘대심도 지하의 공공적 사용에 관한 특별 조치법’ (2001년 4월 1일 시행) 소위 대심도법이 제정되어 공공적인 시설의 지하이용을 촉진시키는 제도가 마련되었다.
종래에는 용지적인 제약으로 도시의 지하이용은 도로 아래의 공간을 사용하여 이루어지는 것이 보통이었지만 대심도 라면 용지에 구애 받지 않고 합리적인 노선 선정이 가능하다.
대심도법 제정을 가능하게 한 것도 그 배경에는 터널기술의 발전으로 가능했다. 터널기술은 도시기반 시설정비, 지하공간 이용에 매우 큰 영향을 주고 있다.
<다음호에 계속>

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