최첨단 기술로 안전과 효율 높인 TBM 장비 본격 가동
현대건설이 13일 경기도 파주시 소재 '고속국도 제400호선 김포~파주간 건설공사 제2공구' 현장에서 국내 최대 단면 쉴드 TBM의 굴진 기념식을 개최했다. 이로써 현대건설은 국내 최초로 한강을 횡단하는 도로터널 공사에 최첨단 TBM 장비를 도입하게 됐다.
행사에는 원희룡 국토교통부 장관을 비롯해 김일환 한국도로공사 사장 직무대행, 박승기 국토교통과학기술진흥원장, 윤영준 현대건설 사장 등 정부 부처를 비롯한 공공기관 및 시공사 관계자가 참석했다.
TBM(Tunnel Boring Machine)은 다수의 디스크 커터(cutter)가 장착된 커터 헤드를 회전시켜 암반을 뚫는 원통형 회전식 터널 굴진기로, 발파 공법에 비해 소음, 진동, 분진 등의 발생이 적고 시공성 및 안전성이 높아 전 세계적으로 각광받고 있다.
특히 현대건설이 한강터널 굴진에 도입하는 '이수식 쉴드 TBM'은 터널 굴착부터 벽면 조립, 토사 배출까지 터널 공사의 모든 공정을 모두 처리할 수 있다.
고속국도 제400호선 김포~파주간 건설공사 제2공구는 수도권 제2순환고속도로 건설 구간 중 경기 김포시 하성면 마곡리부터 파주시 연다산동을 잇는 총 연장 6.734㎞의 도로로, 한강 밑을 통과하는 2.98㎞ 터널과 나들목, 2개의 교량을 포함한다.
특히 한강터널 구간은 터널 상부의 흙 두께가 비교적 얕고 수압이 높으며 복합지반으로 이뤄진 고난이도 현장으로, 그 굴진에 활용되는 TBM은 직경 14.01m, 총 길이 125m, 무게 3천184t의 초대형 장비으로 국내 최대 규모이다.
현대건설 및 한국도로공사는 국내 최초 한강 하저를 횡단하는 도로터널 건설이라는 의의를 살리고자 지난 7월부터 2개월간 TBM의 네이밍 공모전을 실시, 1,600건 이상의 응모작 중에서 땅 밑으로 기어다니는 동물 중 가장 친숙한 이미지인 '두더지'를 정식 명칭으로 선정했다.
■ 이수식 쉴드 TBM 통해 안전한 터널 건설 목표
현대건설이 채택한 쉴드 TBM 공법은 전면부의 커터 헤드가 천천히 회전하며 암반을 깎아내면 굴착된 구간을 두꺼운 콘크리트 구조체로 둘러쌓아 터널 형태를 완성하는 방식이다.
한강터널의 굴착 구간은 굴진과 동시에 사전 제작된 450㎜ 두께의 원형 콘크리트 구조체를 설치하여 토사의 붕괴나 유동에 안전하다는 장점이 있다.
특히 도심지나 바다, 강 아래 터널을 뚫는 등 상부의 압력이 강하거나 침하를 철저히 방지할 때 적용하는 이수식을 도입, TBM 내 챔버에 이수를 가압·순환시켜 굴진하며, 굴착된 토사는 이수의 흐름을 이용해 지상으로 빼낸다.
대형펌프와 배관설비, 지상의 넓은 부지에 이수처리설비를 구축해야 하는 고가의 공법이지만, 굴진면이 안정되고 강한 수압에 안전하며 공정 효율이 높다는 것이 특징이다.
이를 위해 현대건설은 독일의 터널 전문가를 영입하고 지반조사를 추가 실시하는 등 준비에 만전을 기했으며, 이번 TBM을 개발한 독일 헤렌크네히트社와 협업해 장비에 ▷대기압 커터 교체시스템 ▷디스크 커터 모니터링 시스템 ▷커팅휠 마모감지 센서 ▷전방탐사 시스템 ▷막장 관측 카메라 등을 적용했다.
특히 대기업 커터 교체 시스템은 챔버 형태로 제작된 커터 헤드 안에서 유압 개폐장치를 통해 디스크 커터를 교체할 수 있는 장치로, 이를 통해 작업자가 대기압 상태에서도 작업할 수 있다는 장점이 있다.
그 밖에도 안전하고 효과적인 현장 운영을 위해 자체 개발한 TADAS를 적용, 각종 굴착 데이터와 지반 정보 등을 실시간으로 취합·분석하는 한편 BIM 기반의 디지털 관리 시스템 HIBoard, 중앙 통합 운영 시스템 HOC 등을 활용해 현장을 원격 지원·관리한다. 더불어 ICT 기반의 무선 통신 환경을 구축해 터널 전 구간의 원활한 데이터 통신은 물론 다양한 스마트 건설장비를 활용할 수 있는 토대도 마련했다.
전 과정의 안전관리는 IoT 센서 기반의 안전관리시스템, AI 재해예측시스템 등 현대건설의 독자적인 기술 노하우가 집약된 시스템을 통해 이뤄지며, 원격드론, 무인지상차량 등을 활용해 무인 현장 관리를 실현하며 이동식 CCTV, AI 영상인식 장비협착방지시스템 등을 설치해 안전관리 사각지대를 최소화한다는 것이 현대건설 측의 설명이다.
■ 터널 시공의 기계화·기술의 첨단화 꾀한다
현대건설은 싱가포르 남북 전력구 터널 NS3 공사, 대곡~소사 복선전철 등 국내외 26개 현장에서 TBM 터널을 건설한 경력을 보유하고 있으며, 세계 최초로 개발한 시험 장비 및 특허들을 활용해 TBM 관련 분야 연구를 진행하고 있다.
특히 국내 최초로 한국형 로드헤더 기계 굴착속도 예측모델을 개발, 관련 특허를 등록하는 등 터널 기계화 시공에 앞장서고 있으며, 이를 인천도시철도 1호선 검단연장선 현장 등에 적용하는 등 그 성과를 입증하고 있다.
현대건설 관게자는 "현대건설은 국내 최장 해저터널인 보령해저터널, 국내 최대 깊이 지하터널인 서부간선지하도로 등 수많은 터널 공사를 통해 축적한 기술 노하우를 바탕으로 터널 시공의 기계화, 기술의 첨단화를 선도하고 있다"며 "최근 도심 내 GTX 노선 등 도시철도 사업이 증가함에 따라 터널 공사에 대한 수요가 늘고 있는 만큼, 다양한 기술을 적극 도입해 터널 건설의 선진화에 앞장서겠다"고 말했다.
한국건설신문 황순호 기자
