다양한 연구개발 통해 터널 기계화 핵심기술 확보한다
현대건설이 국내 최초의 한국형 '로드헤더 굴착속도 예측모델'을 개발, 관련 특허를 등록하는 등 터널 기계화 시공에 앞장서고 있다.
최근 수도권 및 대도시 집중화 현상이 심화되면서 교통망 확충을 위해 지하 40m 이하 공간인 대심도 터널의 필요성이 강조됨에 따라 안전한 터널 공사를 위해 굴착의 중요성이 증가하고 있다.
보통 굴착은 폭약을 이용한 재래식 발파 공법을 이용하나, 열악한 작업환경으로 인한 사고의 위험성 및 소음, 먼지 등이 발생한다는 단점을 안고 있으며, 특히 고층 아파트가 밀집한 도심지는 발파로 인한 진동으로 잦은 민원이 생긴다는 문제점을 안고 있다.
이에 현대건설은 터널 기계화 시공을 연구, 한국형 '로드헤더 기계 굴착속도'에 대한 예측모델을 개발하고 관련된 특허를 등록했다.
로드헤더(Roadheader)는 터널 굴착을 위해 사용하는 기계로, 주로 해외에서의 탄광 및 터널 공사에 사용됐다. 대형 터널 굴착 기계에 비해 상대적으로 저렴하고 활용범위가 높아 최근 국내에서도 사용이 증가하고 있다.
지금까지는 국내에서의 적용사례가 많지 않아 해외에서 개발된 굴착속도 예측모델에 의존했으나, 암반이 단단하고 복합지층이 많은 국내 지반 특성상 한계가 있었다.
현대건설은 이를 해결하고자 인천도시철도 1호선 검단 연장선 현장을 대상으로 연구개발을 수행, 해외 예측모델을 검증하는 한편 국내 지반 특성을 고려한 한국형 '로드헤더 기계 굴착속도' 예측모델을 개발했다.
현대건설의 예측모델은 ▷입지조건검토 ▷암석 강도 분석 ▷로드헤더 장비사양 ▷굴착시간 예측 ▷커터(Cutter) 소모량 및 교체시간 예측 ▷로드헤더 굴착공기 및 공사비 산출 등으로 구성돼 있다.
먼저 입지조건을 검토해 장비 적용가능 여부를 확인하고 암석 강도 분석을 통해 장비사양을 검토한다. 이후 장비에 따른 굴착속도 및 커터 소모량을 예측하고 소요작업 시간을 반영한 로드헤더 공기와 공사비를 산출, 최종적으로 로드헤더 적용 여부를 판단한다.
이를 통해 한국의 지질조건을 반영, 기존 예측모델보다 정확하게 굴착속도를 예측할 수 있게 됐다. 이를 통해 공기 단축 및 경제성 향상도 기대된다는 것이 현대건설 측의 설명이다.
또한 현대건설은 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법에서도 다양한 연구개발을 수행하는 등 기계식 굴착 장비를 통한 터널 기계화 시공에도 주력하고 있다.
최근에는 TBM 운영에 필요한 각종 데이터와 지반 정보를 실시간으로 취합 및 분석해 TBM 운전자에게 최적의 운영 방법을 제시하는 'TBM 통합운전관리시스템(TADAS, TBM Advanced Driving Assistance System)'을 개발했다.
이를 통해 지난해 한국건설경영협회가 주관한 '건설기술연구' 우수사례로 선정됨과 더불어 지난 9월 덴마크에서 개최된 세계 최대 터널 학술대회 'WORLD TUNNEL CONGRESS 2022'에도 소개됐으며, 이를 대곡-소사 복선전철 현장에 적용해 공기 단축 및 공사비 절감 등의 성과를 내기도 했다.
현대건설 측은 앞으로 고속국도 제400호선 김포-파주 현장에 해당 기술을 적용, 다양한 연구개발을 통해 터널 기계호 시공 핵심기술을 확보하고 시장에서의 우위를 이어가겠다고 밝혔다.
한국건설신문 황순호 기자
