[공학저널 전찬민 기자] 터널 갱구부는 터널 내·외측의 차이가 큰 교통환경 변화조건에 대해 주행 중인 차량이 원활하게 터널 내 진·출입이 되도록 하는 역할을 하고 있다. 터널 갱구부는 지반조건이 불량하고 불규칙적이며 다양한 지형조건을 나타내기 때문에 터널 갱구부의 안정성 확보를 위한 갱구부 위치선정, 굴착과 보강계획 등의 수립에 보다 세심한 검토가 요구되고 있다.
이에 따라 터널 갱구부 공법을 활용한 안정성 확보를 위해 암반(연암, 경암) 또는 최소 풍화암 피복이 확보되는 위치까지 갱구부 비탈면을 절취하고 갱구부 터널 외측에 강관보강 그라우팅으로 보강하게 된다. 이러한 계획에 따라, 터널 갱구부 지반조건이 불량하거나, 급경사와 편경사 지형에서는 대절취 갱구부 비탈면이 형성되거나 대규모 비탈면 보강공법이 적용된다.
하지만 시공성, 경제성, 유지관리 편의성, 경관, 장기적인 안정성 확보 측면에서 문제점을 발생시키며, 기존 주거지와 간섭돼 공사 중 민원이 발생되는 경우가 다수 존재하고 있다. 또한, 터널 갱구부 비탈면 굴착중 변경되는 지반조건에 대해 비탈면 경사조정, 보강공법 증대 등의 변경이 어려워 터널 갱구부 공사가 중지되거나 공사기간이 증대되는 등의 문제가 발생되고 있다.
이에 따라 터널 갱구부의 과도한 비탈면 절취와 비탈면 보강공법 적용을 최소화할 수 있는 새로운 개념의 터널 갱구부 위치계획과 터널 보강공법의 개발이 요구되고 있는 가운데, 최근 이러한 요구를 만족시킨 친환경 터널 갱구부 공법이 개발돼 주목을 받고 있다. 그 기술이 바로 ‘ETPM’이다.
ETPM은 고강성의 초대구경 강관보강 그라우팅(미니 파이프루프)을 이용해 기존 터널 갱구부 기술과 비교해 터널 갱구부 원지반 절취를 배제 또는 최소화, 갱구부 환경훼손, 지반이완 최소화, 시공공정의 단순화에 의한 시공성을 개선하고, 공사비와 공사기간 단축이 가능하다. 특히, 갱구부 유지관리비가 절감되고 내진성능을 향상시킬 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다.
또한 고강성의 초대구경 강관보강 그라우팅(Ø165.2, Ø216.3mm, Ø318.5mm)을 장심도 수평방향(L=40~ 60m)으로 보강하고 충분한 그라우팅 양생시간을 확보해 갱구부 안정성 확보가 유리하다. 초대구경 강관보강 그라우팅 설치구간에는 연속적으로 터널 굴착과 보강이 가능하고, 단순한 시공공정과 기존 터널 시공장비의 운용으로 시공성과 경제성이 향상돼 공사기간을 단축시킬 수 있다.
뿐만 아니라 소규모 매입형 갱문 적용으로 공사기간과 공사비가 절감되고, 콘크리트 돌출면적이 매우 작아 자연친화적인 갱구형성이 가능해 차량 주행안전성 또한 개선될 수 있다는 것이 또 다른 장점으로 손꼽힌다.
이러한 터널 갱구부 공법을 개발한 ㈜하경엔지니어링은 지난 1997년에 창립 이래 ‘기술중시와 변화’를 기업 경영의 최우선 가치로 삼아 도로, 철도, 지하철 등 토목관련 분야의 전 부분에 걸쳐 기술력을 바탕으로 터널과 구조분야에서 특화된 기술력을 보유하고 있다. 또한 지속적인 직원 기술교육, 우수인력보강과 양질의 특화기술 개발 등 차별화된 기술력으로 발전을 거듭하고 있다.
그 결과로 터널부에서 친환경 터널 갱구부 공법(ETPM), 근접병설 터널공법(SNT), 급속 반개착 터널공법(RCM)을 사업화했으며, 구조부에서 내부충전 합성PHC말뚝 공법(ICP)도 개발했다.
하경엔지니어링 문경선 전무(사진)는 “선진국으로 도약한 국가의 위상을 고려할 때, 터널 구조물에 요구되는 기대효과는 신속한 교통처리와 더불어 안전하고 친환경적인 교통시설을 구축하는데 있다”며 “하지만 기존의 터널 갱구부 공법은 갱구부 비탈면 절취로 인해 다양한 문제점을 발생시키고 있어 ETPM을 활용해 터널 갱구부 토공작업 배제 또는 최소화로, 환경 친화적인 터널 갱구부 형성과 시공성 개선을 기대할 수 있다”고 말했다.
그는 이어 “터널 갱구부 원지반 강도와 수목의 표토 지지력 활용으로 터널 안정성 증대 특히, 운용 중 집중강우에 의한 비탈면 붕락 방지와 내진성능이 증대된다”며 “터널 갱구부에 대한 추가적인 보호공이 필요하지 않아 유지관리 측면에서도 편의성이 증대될 것으로 예상된다”고 덧붙였다.
ETPM은 고강성 초대구경 강관보강 그라우팅 설치구간에 대한 추가적인 보조공법 적용이 필요하지 않아 연속적인 터널 굴착이 가능해 공사기간 단축과 시공성을 개선할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 터널 갱구부 주변 보안물에 대한 굴착 영향이 최소화돼 보상, 이설·복구비용 등을 절감할 수도 있고, ETPM 매입형 갱문 적용에 의한 기존 개착구조물 대비 공사비 절감과 자연친화적인 경관 조성은 물론 터널 진입 시 운전자의 주행안전성까지도 증대시킬 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
한편, ETPM은 터널 갱구부의 안정성 확보와 환경훼손을 최소화하기 위한 한국도로공사의 요구사항과 친환경 터널 갱구부 공법(ETPM)의 개선사항이 잘 부합됨에 따라 도공 기술마켓에 등록됐다. 이를 바탕으로 지난 2020년 건설신기술(제896호)로 지정됐다. 이는 중소기업의 기술 경쟁력 강화를 위한 발주기관과 중소기업이 이익을 공유하는 대표적인 상생협력 사례다.
하지만 새로운 중소기업의 기술을 발주기관에 반영시키기 위해서는 기존 기술 시장에서 치열한 경쟁을 해야 하고, 발주기관에서는 시공을 위한 소요 공사비 관점의 경제성을 평가하므로 중소기업 신기술의 적용과 활용도가 높지 않은 것이 현실적인 문제다.
문 전무는 “도공 기술마켓처럼 중소기업 기술에 대한 엄격한 평가를 통한 등록기술에 대해서는 보다 많은 적용기회를 주는 것이 필요하고, 기술의 경제성을 평가함에 있어 소요 공사비에 장래 유지관리비용을 포함한 평가가 요구된다”며 “새로운 중소기업 기술을 적극적으로 발굴해 적용하는 발주기관 인력에 대해서는 포상제도를 크게 증대시켜 발주기관도 적극적으로 참여하는 중소기업 상생협력이 자연스럽게 정착되길 기대한다”고 말했다.
이를 위해서 기업은 현장 적용성이 우수한 특화된 기술을 확보하는 것이 중요하다. 하경엔지니어링은 이러한 기술을 개발하며, 이를 발전시켜 보다 기술의 범용성을 넓힐 계획이다. 또한 기술의 공학적인 설계, 시공·시공 피드백을 통해 시공, 운용 중 안정성과 영구적인 사용성을 제공할 계획이다.
나아가 자연환경을 훼손하는 토목기술의 제한사항에 대한 지속적인 연구개발을 통해 자연환경과 상생하는 토목기술을 개발할 수 있도록 최선을 다할 예정이다.
