한국건설기술연구원(원장 조용주)은 국토해양R&D사업인 “TBM(Tunnel Boring Machine) 핵심 설계, 부품기술 개발 및 TBM터널의 최적 건설기술” 연구단 사업(이하 TBM연구단)의 주관연구기관으로서 기계식 터널굴착장비인 TBM의 재활용과 TBM터널의 경제성 향상을 위한 핵심 기술개발을 수행하고 있다고 4월21일 밝혔다. 오는 2015년 6월까지 총 4년 6개월간 약 165억원 규모(정부출연금 약 120억원)로 연구사업이 수행된다.
한국건설교통기술평가원(원장 신혜경)은 TBM의 핵심 설계, 부품기술 확보와 TBM터널의 공사비 절감이라는 목표 하에 한국건설기술연구원이 주관연구기관으로 참여한 연구단 컨소시엄을 최종 선정해 작년 12월29일 협약을 체결했다.
TBM연구단 컨소시엄에는 한국건설기술연구원의 주관 하에(연구단장 한국건설기술연구원 배규진 선임본부장), 고려대학교, 동아지질, 삼표건설, 서울대학교, 호서대학교, 성균관대학교, 카이스트, 평화엔지니어링 등 총 23개 산학연 기관들이 참여하고 있다.
전 세계적으로 도심지 터널, 장대 산악터널 및 장대 하․해저터널에서 TBM의 적용이 일반화되고 있음에도 불구하고 우리나라의 TBM 활용실적과 기술수준은 매우 미미한 상황이다. 예를 들어 도심지 교통터널에서 TBM의 적용비율은 유럽의 경우 약 80%에 달하고 있으나 우리나라는 1% 미만에 불과하다.
우리나라의 TBM 관련 기술수준은 선진국 대비 60~70% 이하 수준인 것으로 평가되고 있다. 특히 독자적으로 TBM을 설계, 제작할 수 있는 국가는 전 세계적으로 6~7개국에 불과하며 수십 년간의 경험을 통해 축적한 관련 핵심기술들을 대외적으로 전혀 공개하지 않고 각 제작사별로만 보유, 활용하고 있다.
이에 이번 연구 프로젝트에서는 TBM의 가장 핵심부분인 커터헤드(cutterhead)의 설계, 제작기술을 확보하고 이를 통해 고가(예 직경 7~8급 쉴드TBM의 경우 약 100~200억원/대)인 TBM의 재활용/재사용 기반을 마련하는데 첫 번째 목적이 있다.
주 연구대상 TBM의 직경은 단선 병렬 철도/지하철 단면크기인 직경 8m급으로 설정했으며 연구 중간단계에서 전력구 등의 소구경 쉴드터널 공사에 적용되는 직경 3.5m급 쉴드TBM의 재활용도 이뤄질 예정이다.
또 현재 발파굴착 방식으로 주로 이뤄지는 나틈(NATM)터널 공사방식 대비 불리한 쉴드TBM터널 공사방식의 경제성과 적용성 향상을 위해 쉴드TBM터널 공사시 직접공사비에서 큰 비중을 차지하는 시공재료들(예 세그먼트 라이닝)의 성능을 향상시키고 이를 통해 공사비 절감을 도모할 예정이다.
TBM의 시공성과 적용성 향상 측면에서는 공사 중 문제 발생을 사전에 예측하고 최소화하기 위한 리스크 관리 기술 개발과 더불어 TBM 재활용 비율의 향상을 위한 표준단면 제시, 공사로 인한 주변 피해, 공사기간 단축 효과 등 “복합요소를 고려하는 최적 발주체계” 등에 대한 연구를 진행하고 있다.
이상의 연구를 통해 쉴드터널 공사 시 직접공사비의 10% 이상을 절감함과 동시에 외국에 100% 의존하고 있는 TBM 핵심기술을 확보하고 고속시공을 위한 리스크 최소화 기술을 통해 친환경적이고 경제적인 터널 건설과 전 세계적으로 활발히 설계/검토되고 있는 대규모 TBM터널 사업의 국내 기업 수주에 크게 기여할 것으로 예상된다.
한국건설기술연구원 지반연구실 장수호 연구위원은 "TBM의 활용을 활성화 시킬 수 있는 토대를 조성하고 향후 TBM 국산화 설계, 제작을 위한 선행 핵심기술을 확보한다는 의미도 있다"며 "최근 들어 우리나라에서도 수도권 광역 급행철도(GTX), 서울시 대심도 지하도로(U-SMARTWAY) 등 대도시권의 지하공간을 활용하는 대규모 터널 프로젝트들이 심도 있게 계획, 검토되고 있는 상황으로 향후 관련 프로젝트의 성공적인 완수에 크게 기여할 것으로 기대된다"고 설명했다.
* TBM : 암반을 압쇄 굴착하는 터널 굴착기. 다수의 디스크 커터를 전면에 장착한 커터헤드를 회전시켜 굴진, 버럭(탄광에서 나오는 쓸모없는 잡돌 등) 반출, 지보(굴 따위를 팔 때에, 무너져 내리지 아니하도록 받들어 버팀) 작업을 연속으로 행한다. 이 공법은 발파굴착에 비해 장대터널에 유리하다.
* 쉴드TBM터널 공사방식 : 굴착장비가 안전판(방패)으로 TBM 장비를 감싸면서 내부를 보호하고 터널을 뚫는 작업을 진행하는 공법으로 굴착면이 안정적이고 지상 도로교통의 영향이나 건설공해가 가장 적은 친환경적 공법이다.
* 나틈(NATM)공법 : 1956년 오스트리아에서 개발된 터널 굴착공법의 하나로 터널을 굴진하면서 기존암반에 콘크리트를 뿜어 붙이고 암벽 군데군데에 구멍을 뚫고 죔쇠를 박아서 파 들어가는 공법인데 토질과 지반의 영향에 관계없이 공사를 할 수 있다.