[공학저널 전찬민 기자] 지하에 건설되는 터널은 주변의 지반 조건에 따라 구조물의 안정성을 확보하기 위해 강지보재, 숏크리트, 록볼트 등의 주지보재와 다양한 종류의 보조공법들이 시공되고 있다. 특히, 부분적으로 파쇄된 암반의 보강과 암블록의 낙반을 방지하기 위한 록볼트 시공은 안전과 직결되기 때문에, 터널 굴진이 완료되는 시점까지 짧은 주기로 계속해서 품질을 테스트하며 시공을 진행하는 것이 매우 중요하다.
이처럼 록볼트는 터널 내의 원지반에 볼트를 정착해 지반의 변형과 이완의 발생을 저항하고 억제하는 기능으로 주요 지보재 역할을 수행하게 된다.
하지만, 기존 록볼트는 레진, 시멘트몰탈 등 정착재료를 사용하며 이 정착재료는 완전히 양생돼 록볼트가 성능을 발휘하기까지 7시간에서 24시간 이상이 소요된다. 만약 양생이 완전히 되기 전에 시공일정을 맞추기 위해 굴진(발파작업)을 진행한다면 안전사고 발생의 우려가 있다.
또한, 현장 시공 편의성 즉, Jumbo Drill 운영 효율을 위해 설계와 시공 시 천공직경의 차이가 발생할 수 있다는 한계가 있다.
발파작업을 하기 위해 폭약을 넣는 구멍은 45mm로 천공을 하게 되며, 그 후 록볼트 시공을 하기 위해서는 38mm의 비트(구멍을 뚫는 드릴의 앞부분)로 교체를 한 후 작업을 해야 한다. 비트의 교체가 짧은 시간에 이뤄지는 것이 아니기 때문에 작업속도를 위해서 비트 교체없이 그대로 45mm로 천공을 하는 경우가 많다.
이 경우 정착재료가 주입될 공간이 늘어나게 되어 정해진 양의 정착재를 주입하게 되면 빈 공간이 남게 되고, 공간을 가득 채우게 되면 설계상 재료보다 더 많은 양의 정착재를 주입할 수밖에 없는 실정이다. 하지만, 설계수량만 주입할 시에는 빈 공간이 발생하게 되고 이는 전면접착 성능이 저하되고 균일한 품질을 확보하기 어려우며, 천공홀에 정착재를 가득 채우게 되면, 정착재료 사용량 1.5배 증가로 실제 시공원가가 상승하게 되는 것이 문제다.
뿐만 아니라 하천변이나 지하수가 존재하는 지역의 터널 공사 시 다량의 물이 흐르게 되는 용수구간에 시공할 시에는 흐르는 물로 인해 정착재료의 손실로 성능이 저하되고, 이러한 정착재료에 의한 인체 피해와 환경오염이 발생할 수 있다는 것 또한 문제로 지적되고 있다.
이에 따라 기존 록볼트의 단점을 극복하고자 다양한 연구와 기술개발이 진행되고 있는 가운데, 최근 강관 내부에 유체(물)을 주입해 강관을 팽창시켜 설치 즉시 지보효과를 발휘하는 조기 지반 보강 기술이 개발돼 기대를 모으고 있다. 그 기술이 바로 ‘튜브형 강관 록볼트’다.
튜브형 강관 록볼트는 록볼트 내부에 고압으로 유체를 주입해 튜브형 강관을 팽창, 암반에 강하게 밀착해 정착시킴으로써 암반과 록볼트 사이의 마찰과 기계적 맞물림 효과로 설치 즉시 록볼트 전장에 걸쳐 설치시간 2분 이내 마찰력을 발휘해 암반 조기지보 효과가 탁월하다. 이는 지반 굴착과정에서 발생할 수 있는 낙반사고 등의 사전예방이 가능해 시공 안전성 향상에 매우 유리하다는 것이 장점이다.
또한, 기존 록볼트 시공에서 활용되고 있는 정착재료를 사용하지 않아 인체와 환경에 무해한 환경친화적 시공기술로써 용수유출 구간에도 완벽한 성능을 발휘할 수 있다. 특히, 터널시공 효율 측면에서는 강관을 완벽히 팽창시키는데 소요되는 시간이 10∼15초로 기존 이형봉강 록볼트에 비해서 신속한 시공이 가능하며, 손쉽게 작동할 수 있는 장비를 이용해 작업자의 숙련도와 상관없이 균일한 품질까지도 확보할 수 있다는 것 또한 장점으로 손꼽힌다.
이러한 튜브형 강관 록볼트를 개발한 ㈜티에스테크노는 이형봉강 록볼트를 사용하는 다수의 현장에서 터널 붕락사고로 장비 파손과 인명사고가 발생하는 등 큰 피해가 발생하고 있다는 점을 주목했다.
이에 티에스테크노는 기존 록볼트의 단점을 개선하고자 해외에서 우수한 품질과 시공성이 입증된 튜브형의 강관을 이용한 록볼트 기술을 국내에 도입해 국내실정에 맞게 시공성을 한층 더 업그레이드해 독자적 기술개발로 현재의 튜브형 강관 록볼트가 탄생하게 됐다. 이러한 기술력을 인정받아 지식경제부 신기술 인증기업 선정과 함께 2012년 건설환경기술대상 수상, 2014년 장영실 상을 수상했으며, 관련 특허 16개를 취득했다.
티에스테크노 김문국 대표이사(사진)는 “튜브형 강관 록볼트는 현재 국내 터널공사와 사면보강 등 많은 현장에서 사용 중에 있으며, 지속적인 기술개발을 통해 몰탈 충진형 록볼트인 ‘HB록볼트’도 포스코이앤씨와 공동 개발했다”며 “기존 몰탈 충진형 록볼트가 천공홀 내부에 몰탈이 제대로 채워지지 않는 단점을 개선하기 위해서 천공홀의 선단부부터 몰탈이 가득 채워지도록 개발했다”고 말했다.
이러한 기술개발의 성과는 실제 터널현장과 비슷한 조건을 만들어 실험을 진행했으며, 그 결과 매우 우수한 결과값을 만들어 낼 수 있었다. 이를 바탕으로 현재 실제 터널 공사에 적용하기 위한 절차를 밟고 있으며, 2024년 착공을 목표로 추진될 GTX B 노선의 재정구간 4공구에도 적용될 예정으로 점차 적용현장을 넓혀나갈 계획이다.
현재 티에스테크노는 고품질의 균일한 제품을 대량생산함으로써 가격경쟁력을 확보하고, 자동화시스템을 도입해 생산 중에 있으며, 튜브형 강관 록볼트와 HB 록볼트의 우수성을 활발한 영업활동을 통해 더욱 많은 현장에 적용할 수 있도록 노력을 기울이고 있다. 또한, 품질관리에 인력과 시간을 집중 투자해 현장에서 만족할 수 있는 제품을 생산하고, 현장에서 직접 시공을 하는 많은 관계자들의 의견을 수렴해 지속적인 연구개발을 이어나갈 예정이다.
