[공학저널 전찬민 기자] 안전과 민원의 최소화를 위해 터널의 기계화시공 적용은 꾸준히 증가할 것으로 예상되며, 효율적인 기계화시공을 위해서 TBM 기술이 끊임없는 발전을 하고 있다.
산업의 발전과 디지털화로 국민의 소득과 생활수준이 향상되면서 안전과 편의에 대한 인식변화가 빠르게 진행된다. 이로 인해 예전에는 인식하지 못했던 안전과 편의에 대한 의문은 반대로 다양한 산업의 변화를 가져왔다.
이것은 지하공간 개발, 즉 터널의 공법 적용에도 해당된다. 내가 살고 있는 집 아래로 화약으로 발파해 터널을 뚫는 것보다는 기계로 터널을 뚫는 것이 안전할 것이라는 생각은 누구도 부정할 수 없는 것이다.
특히 경제 활력을 높이기 위한 정부의 SOC 사업으로 GTX를 비롯한 대심도 지하터널 등 지하공간의 개발이 활발해 짐에 따라 안전 확보에 중점을 둔 기계화시공이 필요하다. 이에 국내 터널 공사에서 TBM(Tunnel Boring machine)굴착이 지속적으로 진행되고 있으며 TBM 굴착 기술 또한 발전을 거듭하고 있다.
유럽의 TBM 굴착 기술만 보더라도 터널 안정성, 지반침하 최소화, 예기치 못한 지반에 대한 전방지반 탐사, 굴진율 향상 부분에서 많은 기술적 진화가 이뤄지고 있다.
한국터널지하공간학회의 터널기계화 시공법의 분류기준안에 따르면 쉴드의 유무, 지보시스템, 반력을 얻는 방법에 따라 TBM의 명칭과 종류를 10가지로 상세하게 분류했다. 하지만 국내에 적용되고 있는 TBM은 크게 3가지로 분류된다. 양호한 암질에서 적용되고 있는 그리퍼 TBM(Gripper TBM), 커터헤드에 작용하는 막장압력이 3Bar 이하의 복합지반에서 사용되는 토압식 쉴드TBM(EPB TBM), 해·하저처럼 3Bar 이상의 막장압력이 작용하는 복합지반에서 사용되는 이수가압식 쉴드 TBM(Slurry TBM)으로 나눌 수 있다.
특히 ‘그리퍼 TBM(Gripper TBM)’은 천공-발파를 사용하는 재래식 터널공법인 NATM을 사용해 터널을 굴착 할 때도 굴착속도가 훨씬 빨라 탐사터널로 적용해 굴착 중 전방지질 예측과 완공 후 피난터널로 사용하는 좋은 예로 알려져 있다.
호반그룹은 건설계열인 호반산업과 호반TBM을 통해 그리퍼 TBM을 비롯한 터널 기계화시공에 특화돼 있으며, 다수의 실적을 보유하고 있다. 호반산업은 김포-파주 2공구 한강터널을 비롯해 지난해에 관통한 반포천 유역분리터널, 주암댐 도수터널, 인덕원~동탄 9공구에 참여하고 있고, 호반TBM은 GTX-A 서울도심구간, 도봉산~옥정 2공구, 운문댐 도수터널 등에서 시공을 맡고 있다.
호반그룹은 2.6m의 소구경 TBM장비부터 11.6m의 대구경 TBM장비까지 다양하게 보유하고 있어 유틸리티 터널(도수로, 전력구)부터 교통터널(철도, 도로)까지 시공이 가능하다. 120km이상 호반의 터널 굴착실적은 아시아뿐만 아니라 전 세계적으로도 드문 실적으로 알려져 해외기술자들까지도 관심을 기울이고 있을 정도다.
또한 호반은 토목과 지질기술자를 보유하고 있어 현장의 문제점 파악과 기술지원이 원활하다는 장점을 가지고 있다. 특히 TBM장비를 관리하는 진천사업소는 30년 이상의 경력을 가진 전기, 기계 전문가로 구성돼 있고, 공사가 완료된 장비와 공사 준비 중인 장비에 대한 유지보수가 철저하기 때문에 현장 투입 시 호반만의 시공노하우를 발휘할 수 있다.
호반산업 박진수 수석(사진)은 “호반을 생각하면 아파트를 떠올리게 되지만 실제적으로 토목분야 특히 터널 분야에서는 특화된 기술력을 보유한 국내 최고의 터널 전문가 집단으로 지하공간 인프라 창출에 많은 역할을 해내고 있다”며 “또한 지난해에는 중·고등학생들에게 접근하기 쉬운 유튜브를 통해 기계화 터널의 굴착원리를 쉽게 설명하고자 10분정도의 동영상을 만들어 미래 토목에 대한 인식변화에도 앞장서고 있다”고 말했다.
한편, 나날이 발전하고 국내 TBM 시공이 보다 활성화되기 위해서는 발주문화의 개선이 필요하다고 전문가들은 지적하고 있다. TBM이 NATM보다 공사비가 높은 부분은 역설적으로 우리나라의 NATM 기술이 우수하고 공사비가 낮기 때문이다. TBM과 NATM을 혼용해 발주하면 특수조건을 제외하고 NATM을 적용할 가능성이 매우 커지므로 TBM단독의 발주문화가 필요하다는 것이다.
박 수석은 “TBM은 고가의 주문제작 장비로 TBM 터널공사비의 많은 부분을 차지하므로 TBM을 재활용 할 수 있도록 단면표준화 연구가 필요하다”며 “TBM 터널이 갖는 원형의 단면 특성 때문에 하부의 무효공간이 발생하므로 이에 대한 활용방안 연구도 필요한 시점이다”고 말했다.
그는 이어 “해외의 경우 이 무효공간을 긴급시설이나 환기, 전기시설의 용도로 활용하고 있다”며 “이러한 연구와 함께 터널연장의 장대화와 사회적, 경제적 편익 부분에 대한 비교 검토가 이뤄진다면 국내 터널 공사에 TBM 시공은 더욱 늘어날 것”이라고 덧붙였다.
호반은 그간 암반용 그리퍼 TBM 시장에 매진해 왔지만 현재는 쉴드TBM 시장 진입을 목전에 두고 있다. 기계화 시공의 미래를 감안하면 쉴드TBM 시장의 진입은 당연한 것으로 판단해 호반은 이에 대한 준비를 꾸준히 해왔다. 이에 호반은 TBM의 발주가 지속적으로 이어지고 있는 전력구 시장 외 지하철, 철도와 도로터널에 진출을 계획하고 있다.
