쉴드국산화 (주)경도, 강구조물 (주)태평양기술산업 바톤

[국토일보=선병규 기자] 철도기술연구원과 한국철도시설공단에서 공동 개발한 터널굴착 신기술들이 민간기업에게 기술 이전돼 상용화에 박차를 가하고 있다.

철도연과 철도시설공단은 지난해 터널공사 현장에서 발파 진동과 소음이 줄어들거나 사라지는 터널굴착 신기술 2종 개발을 완료했다.

양 기관에 따르면 화약을 사용하는 터널공사 현장에서 빈번히 발생하고 있는 발파진동 및 소음에 대한 민원을 해결하고 터널공사비를 줄이기 위해 공동개발 중인 ‘터널굴착용 와이어쏘 기술’과 ‘발열팽창을 이용한 무진동 암반파쇄 기술’을 선보였다.

두 개의 기술들은 충북 오송 철도종합시험선 제5터널 현장에서 성공적인 시연회를 갖은 뒤 (주)경도와 (주)태평양기술산업에게 바톤을 터치했다.

◆발파진동 저감 터널굴착용 와이어쏘 기술

 ‘터널굴착용 와이어쏘 기술’은 국내에서 널리 사용되고 있는 천공·발파 공법(NATM)에 추가 적용하는 기술로 와이어쏘를 이용해 터널 막장을 미리 절삭, 암반에 틈새를 만들어 발파 진동을 줄이는 기술이다.

 천공·발파 공법은 터널 굴착공법의 하나로 암벽 군데군데에 구멍을 뚫어 화약을 장전하고 발파해 굴진하는 공법중 하나다.

 와이어쏘는 석산에서 석재를 채취하거나 오래된 콘크리트 구조물을 철거하는 용도로 주로 사용되고 있는 줄 모양의 다이아몬드 공구인데, 터널현장에서 발파진동 저감을 위해 적용된 것은 이번이 처음이다.  

 천공·발파 공법은 경제적이면서 다양한 지질조건에 유연하게 대처할 수 있고, 대형 터널시공이 용이하다는 장점으로 국내에서 널리 사용되고 있다. 하지만, 발파진동으로 인한 민원 때문에 도심 밀집지역이나 산간지방이라도 인가나 축사가 있는 지역에서는 공사에 어려움이 많은 단점이 있다.

 개발된 터널굴착용 와이어쏘 기술은 지난해 9월 초에 진행한 현장적용 시험시공(시험선로 제3터널)에서 최대치 기준 약 50% 진동저감 효과를 보여 기술의 우수성을 입증했다.

철도연 안성권 박사는 “터널굴착용 와이어쏘 기술을 적용할 경우, 추가적으로 수행되는 와이어쏘 공정으로 일반 천공·발파 공법에 비해서는 비용이 추가되지만, 발파진동에 따른 공사민원 발생 시 현재 적용되고 있는 기존의 대안 공법에 비해 20~80% 공사비 저감 효과가 있다”고 설명했다.

 철도연은 터널굴착용 와이어쏘 기술을 (주)경도에 이전했다.

(주)경도는 ‘쉴드-1,2,3호기’ 국산화에 성공한 터널굴착 선도기업으로 현재 와이어쏘 기술 상용화를 위한 국토교통부 연구개발과제를 수행중에 있다.

◆발열팽창 무진동 암반파쇄 기술

 ‘발열팽창 무진동 암반파쇄 기술’은 터널공사시 화약을 사용하지 않고 암반을 파쇄하는 무발파, 무진동 공법이다.

 암반에 작은 구멍을 뚫고 그 안에 발열 팽창재료와 초고온 발열기기를 삽입하여 화학반응 없이 팽창재의 팽창압만으로 암반을 파쇄하는 신기술이다.   

 발열 팽창재료는 800도 이상의 고온에서 부피가 약 20~30배 급격히 팽창하는 특수 물질로 이뤄졌다.

이 발열 팽창재료에 초고온 발열기기로 발생시킨 열이 전달되면 팽창재료의 부피가 급속히 팽창해 암반을 파쇄하는 원리다.

 최근 도심 밀집지역 및 산악지역에서도 암반 파쇄시 소음, 진동에 대한 법적 기준이 강화되고 있어 기존의 무발파, 무진동 암반파쇄 공법으로는 시공 현장의 다양한 상황에 맞춰 대응하기 어려운 실정이다.

 또한, 국내 소음진동관리법이 정한 가옥, 상가, 축사, 아파트 등 시설물에 대한 소음·진동 허용 기준(주간:소음65dB(A)·진동 65dB(V) 이하/ 야간:소음50dB(A)·진동 60dB(V) 이하)에 의하면 시설물에서 약 10~40m 떨어진 곳에서는 무발파 암반파쇄 공법을 적용해야 한다.

 기존의 대표적인 무진동 암반파쇄 공법인 유압식 할암기나 팽창 시멘트는 대규모의 특수 장비를 사용하거나 공간활용에 제약이 따르고, 암반 파쇄에 오랜 시간이 필요해 공사비용이 증가된다.

 특히, 파이프 루프(pipe roof: 굴착 단면에 강관을 압입하는 터널의 보조공법) 공법 등 협소한 굴착 지역의 무발파, 무진동 암반파쇄 시공은 기존의 무진동 기기를 이용할 경우 공사기간의 급격한 연장으로 시공업체에 심각한 영향을 주는 원인이 되기도 한다.

철도연의 안치형 박사는 “개발된 발열팽창 무진동 암반파쇄 기술은 암반 종류에 따라 천공의 길이를 자유롭게 조절할 수 있고, 저가의 발열 팽창재료와 급속 발열기기 사용으로 기존 무발파 공법에 비해 약 30~50% 이상 공사비 절감 효과가 있다”며 “앞으로 다양한 무진동 암반파쇄 지역에서 활용될 것으로 보인다”고 말했다.

철도연은 강구조물 전문건설업체인 (주)태평양기술산업에 1억원을 받고 기술 이전했다.

업체 이정우 기술연구소장은 “기술을 업그레이드 하는 연구개발이 추가로 진행돼야 안전하게 현장적용을 할 수 있을 것”이라며 “올해안에 국토교통부 연구과제에 참여할 계획이다”고 전했다.