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김포·파주 한강터널, 발파 없이 TBM으로 안전하게 굴착

- 13일‘두더지’굴진 기념식… 안전성·효율성 높은 TBM 활성화·국산화 -

□ 국토교통부(장관 원희룡)는 수도권 제2순환선의 김포-파주 구간 중 한강횡단 부분을 지름 14m의 대단면 TBM 공법을 활용하여 공사한다고 밝혔다.

 

ㅇ 이를 위해 12월 13일(화) 오후 2시“한강터널*” TBM(Tunnel Boring Machine) 굴진 기념식을 실시하였으며, 기념식에는 원희룡 국토부 장관을 비롯하여 국토교통과학기술진흥원 관계자 등이 참석하였다.

* (한강터널 연장) 2,980m, (TBM 지름) 14.01m (내경 12.6m, 외경 13.5m), (굴진방법) 이수식(Slurry) 쉴드 TBM공법, (무게/길이) 3,184ton / 125m

 

□ 2019년 2월 착공한 수도권 제2순환선 김포∼파주 구간은 첫 번째 한강 횡단 도로터널(한강터널)로 건설하게 된다.

 

ㅇ 도로터널에는 TBM(Tunnel Boring Machine)공법*을 적용하는데 지름이 14m인 국내 최대 규모의 TBM이다.

 

* (TBM 공법) 다수의 디스크커터를 장착한 커터헤드를 회전시켜 암반을 압력에 의해 파쇄하는 공법으로, 기존 NATM(화약발파식) 공법 대비 소음, 진동이 거의 없음

 

 

 

 

 

 

 

 

□ 우리나라 터널은 대부분 발파공법으로 건설하여 도시지역에서는 저소음, 저진동 공법을 적용함에도 소음, 진동에 대한 우려가 있는 것이 사실이다.

 

ㅇ 이번에 한강터널에 적용하는 TBM 공법은 기존의 발파공법이 아닌 첨단장비를 활용한 기계식 굴착공법으로 진동과 소음이 거의 없어 도시지역 등에서도 안전하고 환경 영향을 최소화할 수 있는 공법이다.

 

- 아울러, 기존 공법 대비 굴착 속도도 높아 공사기간 단축도 기대된다.

＊ 공사기간 단축효과 : NATM발파굴착시 24개월 → TBM기계굴착17개월
(7개월 단축 일방향 기준)

 

□ 이날 행사에서는 TBM 기계에 대한 명명식도 함께 진행하였으며, 땅 밑으로 다니기에 가장 친한 동물로 인식되어 친숙한 이름인 ‘두더지’로 이름을 붙였다.

 

ㅇ 이는‘두’배 ‘더’안전한 ‘지’하터널이라는 의미와 함께 해외 대규모 터널사업의 TBM장비에 이름을 붙인 사례*를 참고한 것이다.

 

* 사례) 프로젝트에 행운을 가져다 주는 신호라고 생각함이 유래
CHESAPEAKE BAY BRIDGE-TUNNEL(미국) : CHESSIE(전설 속 바다에 존재하는 뱀장어)

 

□ 국토교통부는 앞으로 안전하고 친환경적인 TBM사용이 확대되도록 유도해나갈 계획이며,

 

ㅇ 특히, GTX-A 도심 구간에 TBM을 활용한 사례와 같이 도심과 연약지반을 통과하는 지하터널을 중심으로 TBM을 활성화해 나갈 것이다.

 

□ 아울러, 우리나라의 TBM 기술 수준은 선진국 대비 30%에 불과하여 설계ㆍ제작은 전적으로 해외(독일, 일본, 중국 등)에 100% 의존하고 있으며, 발주물량이 적어 타 국가에 비해 비용이 높아 경제성도 낮은 편으로

 

ㅇ R&D연구를 통해 장래 한국형 중·대단면 터널굴착장비(K-TBM)도 개발하여 기술을 한층 발전시켜 나갈 계획이라고 밝혔다.

□ 원희룡 국토교통부 장관은 “TBM 활성화를 통해 터널 공사과정에서 주민들이 소음과 진동 걱정을 덜 수 있도록 추진하겠다”고 강조하면서,

 

ㅇ“설계기준 및 국가기준을 개선하여 TBM 경쟁력을 높이기 위한 자체 부품생산·제작 등 산업생태계를 조성하여 세계적인 TBM 기술을 보유한 국가로 거듭날 것”이라고 밝혔다.

 

출처 : 국토교통부

Ⅰ. 방법의 종류

1. 기계적인 방법

1) TBM

2) Breaker에 의한 방법

3) 유압 잭에 의한 방법

2. 발파에 의한 방법

1) 팽창성 파쇄공법

2) 선균열 발파

3) 미진동 발파

Ⅱ. 각 공법의 특징

1. TBM(Tunnel Boring Machine)

1) 공법개요 : Cutter를 다수 붙임 1개의 Cutter Head를 회전하여 압쇄 혹은 절삭에 의해 굴착하므로 원지반 이완을 최소화 하는 공법

2) 장점 : 기계화 시공으로 굴착속도가 빠르고, 버력처리량이 적다.

3) 단점 : 장비가 대규모이고 장비가격이 고가이며 초기투자비가 크고, 굴착도중 단면변화 곤란

4) 적용

① 500～2,000 kg/cm2의 연암 및 경암에 적용

② 팽창성지반, 풍화암, 단층대, 파쇄대의 지반에서는 적용불가

③ R = 150m이상의 곡률을 가진 선형에만 적용가능

2. Breaker에 의한 방법

1) 공법개요 : 백호에 브레커를 정착하여 암석굴착

2) 장점

① 비석이 적고, 공기가 충분하면 모든 암반에 적용 가능

② 암석조건에 따라 시공속도가 빠르다.

3) 단점 : 소음, 진동 발생

3. 유압 잭에 의한 방법

1) 공법개요 : 피스톤압을 이용하여 암석을 파쇄하는 공법

2) 특징

4. 팽창성 파쇄공법

1) 공법개요 : 팽창시멘트와 같은 팽창성 물질을 이용하여 발생되는 인장응력을 이용하여 암을 파쇄

2) 특징

5. 선균열 발파

1) 공법개요 - 화약을 이용한 제어발파

2) 특징

6. 미진동 발파

1) 공법개요 - 화약을 이용한 제어발파

2) 특징

Ⅲ. 암발파시 소음ㆍ진동 대책

1. 허용관리 기준치

1) 진동관리 기준치(cm/sec, kine)

2) 소음관리

주간 : 70dB, 조석 : 65dB, 심야 : 55dB

2. 암발파시 진동저감대책

Ⅰ. 개 요

1. 도로터널은 대절토에의한 환경영향 저감, 주행거리 단축등 긍정적인 효과와 추기공사비 고가, 유지관리비 고가, 운전주행 사고발생등의 가능성등 불리한 점도 있으므로 터널 계획시 터널설치와 회피방법을 충분히 검토후 결정하여야 한다.

2. 터널계획은 터널건설의 목적 및 기능의 적합성, 공사의 안전성 및 시공성, 공법의 적용성을 우선하여 수립하되 건설비 및 유지관리비를 포함하여 경제성이 있도록 하여야 한다.

Ⅱ. 터널 계획시 고려사항

1. 노선 선정시 고려사항

: 터널계획시 경제적, 기술적, 환경적 측면에서 다음 사항을 비교검토하여 결정.

가. 평면선형상 우회와 터널 설치시 비교

나. 급한 종단구배 및 오르막 차로 설치시와 터널설치시 비교

다. 높은 교각의 교량설치와 터널 설치시의 비교 : 종단상향 조정시

라. 상기의 비교시 토공균형과 토공처리 문제 고려

마. 특히 문제시 되는 환경적 요인 비교 검토

2. 실시설계시 고려사항

가. 경제적 사항 : 터널시공의 타당성 검토, 터널시공과 대절토 open cat 비교

나. 기술적 사항 : 현장조사, 설계, 구조해석, 계측

다. 환경적 사항 : 환경파괴측면 검토, 자연과의 미적조화 및 안전성 검토

Ⅲ. 터널의 계획과정

1) 각종 설계 기준의 작성1. 기본계획

2) 터널의 위치 선정(지형, 지질, 갱구부, 터널 연장, 기준계획)

3) 선형요소의 검토

4) 단면 계획

2. 타당성 검토

1) 경제적 사항 : 비용/편익분석, 대절토 구간에 터널시공 및 개착식공법 검토

2) 기술적 사항 : 현장조사, 구조해석, 설계, 계측등 검토

3) 자연ㆍ환경적 사항 : 환경파괴, 자연과의 조화, 안전성 유지 등 검토

3. 조사 및 시험

1) 입지환경조사 : 터널건설로 영향을 받는 사항에 대한 조사

2) 예비 조사 : 터널건설의 기본계획 및 노선선정

3) 지반조사 및 시험 : 설계 및 시공을 위한 본조사

4. 단면형상 및 굴착공법의 선정

터널의 단면형상 및 굴착공법은 지반조건에 따른 굴착방법 및 경제성 등을 비교 검토하여 선정한다.

5. 터널 굴착공법의 종류

1) 발파굴착공법

① N.A.T.M공법

② 재래식(ASSM)공법

2) 기계굴착공법

① T.B.M공법

② Shield공법

Ⅳ. 결론

1. 터널의 계획시 환경영향 저감과 주행거리가 단축되는 등 긍정적인 효과와 교통사고 위험 등 부정적인 영향을 비교 검토하여야 한다.

2. 그러므로 터널의 계획시에는 터널을 계획하는 대안과 터널을 건설하지 않고 우회도로를 개설하는 대안을 충분히 검토해야 한다.

3. 장대터널이 늘어남에 따라 연직환기 터널(수직갱) 설치 필요 : 이에 대한 기준과 터널굴착방법의 개발이 필요하며 피난갱, 연락갱, 터널내 대피차선, 비상연락시설 등이 필요