[공학저널 전찬민 기자] 국내 대부분의 터널 굴착공법은 Drill and Blast를 이용한 굴착공법으로 발파에 의한 소음·진동이 발생할 수밖에 없다. 이러한 단점을 보완하고자 터널 기계화 시공, 즉 TBM 공법으로 경제성과 공기 확보에 나서고 있으며 최근 Gripper TBM이 주목을 받고 있다.
터널 기계화 시공법인 TBM은 발파에 의한 진동과 소음이 발생하지 않기 때문에 지상과 주변 구조물에 구조적 악 영향을 미치지 않는 것이 장점이다. 이에 따라 최근 지하공간을 활용하기 위한 TBM 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
TBM은 Gripper 또는 Cylinder Jack을 이용해 추력을 발생시킴과 동시에 회전하는 원형의 커터헤드를 이용해 지반을 굴착하는 장비로써 터널 막장과 굴착면(주면)의 안정성 확보 방법에 따라 Gripper TBM과 Shield TBM으로 분류할 수 있다.
먼저 Shield TBM은 토사지반과 같이 막장면과 주면의 자립이 불가능한 지반에 적용되는 것이 일반적이기 때문에 막장면이 붕괴되지 않도록 밀폐구조를 갖추고 있다. 주면은 굴착과 동시에 PC 세그먼트를 설치해 지반의 토사는 물론 지하수도 터널 내부로 침투할 수 없도록 밀폐구조를 갖추고 있다.
반면 Gripper TBM은 풍화암 이상의 암반에 적용하는 장비로써 굴착 이후에도 일정시간 자립할 수 있기 때문에 터널 주면은 지보재를 설치해 안정성을 확보하고, 막장면은 밀폐구조 없이 개방형 구조를 갖추고 있다.
현재 TBM 공법의 장점을 반영해 대도시에서는 도로, 철도 등의 기반시설을 지하에 건설하려는 계획이 다수 진행되고 있다. 대표적인 사례가 수도권 외곽에서 서울 도심의 주요 거점을 연결하는 수도권광역급행철도 GTX이며, 그 중 GTX-A 5공구 구간을 주목할 만하다.
GTX-A 5공구 구간 중 서울역, 광화문 등을 통과하는 핵심 도심구간에는 Gripper TBM 공법이 반영됐다. 국내 터널 공사에 적용된 TBM 공법은 대부분 Shield TBM으로 알려져 있지만 이 구간에 Gripper TBM이 적용된 가장 큰 이유는 안전성과 환경성 때문이다. 발파를 하지 않기 때문에 소음, 진동이 없어 도심지 민원을 원천적으로 차단 할 수 있고, 굴진속도가 빠르기 때문에 공사기간을 단축시킬 수 있다.
GTX-A 5공구 구간을 수주한 호반그룹은 1989년에 Gripper TBM을 도입해 울산 공업용수 터널에 적용을 시작으로 32년간 Gripper TBM를 이용한 다수의 터널을 시공했으며, 총 약 130km의 시공 실적을 갖추고 있다. 이는 단일 기업으로서는 세계 최다 실적을 보유하고 있어 명실상부 Gripper TBM의 선두에 있다고 볼 수 있다.
또한 TBM 정비와 기계, 전기 분야 기술지원을 전담하는 ‘TBM사업소’를 운영해 TBM 장비의 정비와 현장 기술지원 뿐만 아니라, 장비의 성능 개선과 기술 개발을 통해 Gripper TBM 관련 특허기술도 확보하고 있다. 특히 다양한 조건에서의 Gripper TBM 시공 자료를 축적해 설계 단계에서부터 다양한 지원을 하고 있으며, 시공 중 발생할 수 있는 문제를 방지하며, 최적의 대응방안을 도출할 수 있는 기술력을 갖추고 있다.
호반그룹 건설계열 호반티비엠(호반TBM) 김원길 대표이사(사진)은 “Gripper TBM의 적용으로 고속굴진에 따른 공사비 절감과 공기 단축을 경제성 확보와 터널의 시공 시 안정성 확보, 소음·진동 최소화에 따른 민원의 사전 차단이라 할 수 있다”며 “철도의 경우 고속화를 추진함에 따라 터널의 연장이 증가하는 추세로 사업별로 4km 이상의 터널이 다수 계획되고 있다”고 말했다.
그는 이어 “Gripper TBM은 NATM 대비 일반적으로 2~3배 빠른 고속굴진을 통해 추가 작업공간 확보 없이 공기 확보가 가능하다”며 “터널 연장이 증가할수록 경제성이 개선돼 4km 이상에서는 NATM 대비 우위에 있고, NATM과 같이 공기 확보를 위한 경사터널의 추가 시공이 필요 없으므로 추가적인 이점이 있다”고 덧붙였다.
현재 호반TBM은 2.6m~12.0m까지 굴착이 가능한 Gripper TBM을 10대 보유하고 있으며, 발주와 수주단계에 따라 추가 도입을 계획하고 있다. Shield TBM도 이와 마찬가지로 발주 물량이 증가하고 있는 전력구 터널을 대상으로 활용 가능한 Shield TBM을 우선 도입해 수주 기반을 조성할 예정이며, 발주 상황을 고려해 추가 도입을 진행할 계획이다.
뿐만 아니라 Roadheader, R.B.M 등을 도입 기계화터널 시공과 관련된 토탈 서비스를 제공할 계획이며, 수직구, 가시설 등의 지하굴착과 NATM에 투자를 지속해 기술력을 확보하고, 향후에는 지하공간 건설에 있어서는 독보적인 위치를 확립하는 것이 최종 목표다.
김 대표는 “이러한 계획은 단순히 수주 물량을 확보해 매출을 확대하는 것만으로는 이루기 힘든 목표이며, 그에 따른 기술력이 뒷받침돼야 한다”며 “이에 호반그룹은 세계 최대 TBM 제작사인 독일 헤렌크네히트와 국내 TBM 기술개발과 상호 협력을 위한 업무 협약을 체결했다”고 말했다.
헤렌크네히트와 협력을 통해 고도의 시공 능력을 갖춘 TBM 전문 인력을 지속 양성하고, 이와 더불어 시공법에 대한 연구·개발을 진행해 자체 기술력을 확보에 주력할 계획이다. 이를 바탕으로 호반TBM은 설계와 시공, 그리고 이를 가능하게 하는 원천 기술 확보 등 지하공간 건설 Total Solution 기업으로서의 성장이 기대되고 있다.
