[공학저널 전찬민 기자] 대표적인 장대교량인 사장교는 주탑을 중심으로 한 세그먼트씩 케이블을 이용해 거더를 가설하기 때문에 거더형상과 케이블 장 력을 관리하는 형상관리가 핵심 시공기술이다. 특히 시공단계별 로 구조계가 변동됨에 따라 구조부재의 특성치가 반영된 구조해 석을 통해 단계별 발생 변위와 케이블 장력에 대한 엄격한 관리 가 요구되고 있다.
사장교의 형상관리는 가설이 완료되는 시점에서 케이블의 부재 력이 설계자가 의도해 제시한 설계값의 허용범위를 초과하지 않 도록 하고, 주탑과 보강거더의 형상이 시공 목표 한계를 초과하 지 않도록 하는 것에 목적을 두고 있다. 특히 시공 중 케이블의 장력오차에 대한 보정방안 수립, 주탑과 보강거더의 시공 중 캠 버관리 등을 수행하는 것이 형상관리의 핵심이다.
이에 따라 사장교의 재시공으로 인한 공사비와 공기증가 방지를 위해서는 정확한 시공 중 측량을 비롯한 형상관리가 필수적이다.
하지만 형상관리 기술난이도가 높아서 소수의 전문가와 전문기 업에 의존하고 있다는 점이 현재 사장교 시공관리의 문제점이 다. 이로 인해 현장 엔지니어들의 형상관리 수행이해도가 낮아 시공 중 발생오차에 대한 즉각적인 대응이 어려운 실정이다.
또한 광파기를 이용한 케이블 정착구 시공 시에는 측량오차로 인해 목표값으로 시공이 애로점이 발생하고 있다. 특히 케이블 정착구가 매립된 이후에는 정착구가 보이지 않아서 광파기 점 (point) 측량으로는 정확한 정착구 측량이 불가능하다는 것이 또 다른 문제로 손꼽히고 있다.
이러한 기존 형상관리의 문제를 해결하기 위해 ㈜포스코건설은 현장 엔지니어의 형상관리 즉각적 대응을 통한 시공품질을 향상 시킬 수 있는 BIM을 활용한 사장교 형상관리 기술을 개발해 주목을 받고 있다.
BIM 활용 사장교 형상관리 기술은 기술난이도가 높은 형상관리를 PDF SW로 구현해 누구나 쉽게 사용할 수 있도록 하기 위해 개발된 BIM 3D 모델과 사장교 형상관리 툴(Tool)을 통합한 세계 최초 스마트 시공관리기술이다.
현재 시공단계를 선택하게 되면 BIM모델이 활성화돼 표출되고, 현장 측량값을 입력하면 이에 대한 오차산정과 온도를 고려한 오차조정 값이 SW 내에서 자동으로 계산·출력돼 형상관리에 즉시 활용할 수 있다는 것이 특징이다.
또한 포스코건설은 이와 더불어 3D스캐너를 활용한 정착구 3D 정밀계측과 디지털 시공관리 SW도 개발했다.
광파기를 이용한 점측량 계측으로는 계측 오차 발생이 높고, 비가시영역 계측이 불가능한 반면 3차원 Body 측량을 활용하게 되면 매립돼 눈으로 볼 수 없는 정착구 하단까지 상세측량이 가능하다. 뿐만 아니라 시공 중과 공용 중 케이블 정착구의 설치 정합성을 직관적으로 확인할 수 있는 엑셀 형태의 디지털 시공관리 SW를 개발해 현장에서 즉시 활용이 가능하다는 것이 장점으로 손꼽힌다.
포스코건설 고영곤 부장(사진)은 “사장교의 형상관리는 높은 기술 장벽으로 인해 소수의 인원만 수행해 왔지만 BIM모델을 이용한 시각화 형상관리 툴을 제공해 현장 엔지니어가 변경사항과 향후 예측을 사전 검증할 수 있어 시공 품질을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다”며 “이 기술은 지난 1월부터 연장 770m의 장대 콘크리트 사장교인 새만금대교에 적용 중에 있다”고 말했다.
그는 이어 “사용자 매뉴얼을 이용해 현장엔지니들이 쉽게 주요 단계별로 형상관리를 수행 적용하고 있으며, 사장교 핵심 부재인 케이블에 대해 정착구 시공에 이 기술을 활용해 시공 품질을 향상시키고 있다”며 “향후 강사장교 등 다른 프로젝트에 확대 적용해 품질향상뿐만 아니라 원가절감에 기여할 것으로 예상된다”고 덧붙였다.
포스코건설은 다양한 시공 경험과 뛰어난 기술력을 바탕으로 그간 장대교량에 관련된 연구과제를 수행하며 끊임없는 기술개발을 통해 BIM 활용 사장교 형상관리 기술 외에도 초장대교량 사업단 국책과제를 통해 사장교 케이블 균등긴장 시스템, 비부착식 장력계측 시스템도 개발했다.
사장교 케이블 균등긴장 시스템은 초고강도 케이블(인장강도 2160MPa) 긴장 가능한 국내의 고유기술로, 기존에는 해외 100% 의존한 기술을 2015년 최초로 국산화 개발해 광양 태금교, 노화-구도 연도교의 케이블 공사에 적용했다.
비부착식 장력계측 시스템의 경우 비접촉식 레이저진동계를 통해 케이블 장력을 산정하는 기술이다. 기존에는 계측장비를 케이블에 직접 접촉하고 계측된 데이터를 이용해 케이블 장력을 산정했는데, 교량 개통이후에는 케이블에 가속도계를 붙이기가 어렵고 위험한 작업이다. 이에 따라 이 기술 적용으로 공간적 접근 제약없이 계측을 용이하게 할 수 있으며, 계측 중 안전성까지도 확보할 수 있게 됐다.
또한 지난 2021년에는 현수교 가설장비 개발과 시방기준을 수립하며, 화태-백야 도로건설공사의 현수교에는 인장강도 2060MPa의 세계 최고강도 케이블을 적용했다. 이 기술은 초고강도 현수교 케이블의 제작/가설과 품질기준을 제시하고, 현수교 주요 가설장비와 공법 최적화를 위한 다양한 솔루션을 제시했다.
고 부장은 “국내의 장대교량 설계, 시공기술은 세계 최고 수준이지만 향후 건설기술은 스마트건설기술을 발굴·적용하는 것이 경쟁력 확보에 중요한 요소라고 판단된다”며 “현재 건설에 활용되는 스마트기술은 BIM설계, 안전관리 등의 일부 분야에 한정돼 있어 스마트계측 기술을 장대교량의 형상관리에 적용하는 기술을 고도화해 국내의 장대교량 기술력 확보에 이바지할 계획”이라고 말했다.
