[공학저널 전찬민 기자] 도심지 지하공간개발이 활발해지면서 민원과 안전을 고려해 TBM 공법이 도입되는 사례가 증가하고 있다. 하지만, 우리나라의 복잡한 지질조건에서는 발파공법이 효과적인 경우도 발생하고 있으며, 최근에는 도심지 지하공사에서도 안전한 발파공법에 대한 관심이 높아지고 있다.
지하터널공사에서 TBM의 원활한 적용을 위해서는 발진부, 도달부의 작업부지 확보, 사업비 조건(경제성), 지질조건(변화없는 일정한 지층일수록 유리함) 등이 적합해야 한다.
하지만, 국내의 지질조건은 변화가 많아 복합지층을 통과해야 하는 조건이 많고, 도심지는 TBM 장비의 조립, 해체 등을 위해 적정규모의 작업부지가 필요하다. 또한, 경제성을 위해서는 터널의 연장이 일정규모 이상 확보돼야 하지만, 이를 충족하지 못한 경우가 많아 기존의 발파굴착에 의한 터널 시공이 이뤄지는 경우가 많다.
이렇듯 우리나라 조건에 많은 TBM 기술이 발전하기까지는 오랜시간이 필요하기 때문에 현재 TBM을 적용하기에는 한계가 있는 상황이 앞으로도 계속 발생될 것으로 예상되고 있다. 이에 따라 발파굴착 시공의 필요성이 재차 강조되고 있는 상황이다.
그럼에도 불구하고 도심지 터널공사에서의 발파공법은 두 가지 큰 문제점이 있다. 첫 번째는 발파에 의한 진동, 소음 등의 환경적 문제이고, 두 번째는 이로 인해 터널시공 굴진속도 저하로 공기(공사기간)의 지연이 발생되는 문제다.
환경적 문제 해결을 위해 여러 가지 제어발파 공법이 활용되고 있는데, 현재 발파시간 오차가 거의 없는 전자뇌관에 의한 다단식 발파를 적용하는 추세다. 하지만 전자뇌관의 가격이 일반뇌관에 비해 매우 비싸서 경제성 저하의 원인이 되기도 한다.
또한, 공기지연 문제 해결을 위해서는 공사용 수직구(혹은 경사갱)를 설치해야 되는 반면, 수직구 공사비의 증가로 경제성이 저하되는 결과를 초래할 수 있다.
이에 따라 최근 전자뇌관의 장점을 살리고 각 전자뇌관의 기능을 최소화시켜 생산원가를 줄일 수 있는 기술이 개발돼 기대를 모으고 있다. 이 기술이 바로 ‘스마트 전자뇌관’을 활용한 진공발파공법이다.
스마트 전자뇌관은 1개의 천공홀에 여러 개의 전자뇌관을 분산장약(2~4단)해 진동소음을 줄임과 동시에 장공발파가 가능하도록 배치하게 된다. 또한, 각각의 뇌관을 연결해 터널막장면의 구역별로 결합·연결하는 제어장치와 통합제어 발파기에 의해 원하는 시차를 무한대로 조절할 수 있는 기술이다.
이러한 스마트 전자뇌관을 개발한 ㈜지윤이앤씨는 터널, 지반분야 설계 엔지니어링, 지하안전평가, 지반조사, 공동탐사 등을 수행하는 전문 엔지니어링 기업으로, 그동안 TBM(쉴드TBM, Open TBM) 터널 설계를 비롯한 많은 터널분야 설계 실적을 쌓아가고 있다.
이처럼 지윤이앤씨는 TBM 터널 분야에 특화돼 있지만, 터널굴착 공법으로 발파공법이 아직도 90% 이상을 차지하고 있어 향후 TBM 공법이 활성화되더라도 국내의 지질, 도심지 조건 등을 고려할 때 필수불가결한 공법임에 틀림없다고 판단돼 스마트 전자뇌관 기술을 개발하게 됐다.
지윤이앤씨 이호성 대표이사(사진)는 “터널공사에서 스마트 전자뇌관을 활용한 발파시스템에 의해 장공발파에 의한 고속굴진이 가능하다는 것이 가장 큰 장점”이라며 “또한, 진동과 소음에 대해 환경기준을 만족하도록 제어할 수 있으며, 기존 전자뇌관 공법 대비 경제성까지도 향상 시킬 수 있다”고 말했다.
현재 지윤이앤씨는 스마트 전자뇌관을 활용한 장공발파 시스템으로 현재 특허를 출원해 기술적 권리를 확보하고 있다. 또한, 향후 추가적인 연구개발을 통해 본격적인 사업화를 목표로 노력을 기울이고 있으며, 이러한 기술력을 통해 터널 전문가들이 자긍심을 가질 수 있도록 기여할 계획이다.
이 대표는 “터널설계 엔지니어링 분야에 30년이 넘게 한 우물을 파오며 그동안 축적한 기술적 노하우를 토대로 많은 아이디어를 실현하고자 노력하고 있지만, 이를 전수받아 터널분야의 전문성을 이어갈 젊은 기술자가 부족한 실정”이라며 “젊은 기술자들이 대기업만 선호해 중소기업을 돌아보지 않는 분위기에 안타까움이 크지만, 이러한 전문 기술을 익히면 어디서든 당당한 기술자로 설 수 있음을 알리기 위해 노력하겠다”고 말했다.
