< Previous108 자연,터널그리고 지하공간특별기고제조업이 GDP에서 차지하는 비중은 2000년 30%에서 2015년 20%로 감소했으며, 수출품 중 제조업이 차지하는 비중은 중국이 90%, 베트남이 70%인 반면 인도네시아는 41%에 불과하다. 더욱 암담한 것은 제조업 중 하이테크 분야가 차지하는 비중은 말레이시아가 44%, 베트남이 27%인데 반해 인도네시아는 7%에 불과하다는 사실이다.<사진 1> 인도네시아 미래들이 도심 분수에서 수영을 즐기고 있다 핀테크, IT 그리고 인프라 분야의 눈부신 성장취약한 제조업 환경 때문인지 인도네시아는 핀테크, IT 그리고 인프라 부분에서 눈부신 성장을 보여주고 있다. 우리나라는 운수업 종사자들의 반발로 우버와 같은 차량공유 어플이 기도 못 피는데 반해 인도네시아는 생활형 4차혁명에 해당하는 공유경제가 활성화되어 있다. 차와 모터사이클을 불러 타는 고젝(Gojek), 그랩(Grab)은 물론 우버(Uber)가 성업 중이다. 고젝은 하버드대학교 출신 인도네시아 청년이 만든 어플로 영업용 차나 모터사이클을 탈 때마다 가격 흥정을 해야 하는 문화를 정찰제로 바꿔 놓았을 뿐 아니라, 음식주문 및 배달, 출장 마사지, 청소 등등 다양한 분야로 사업을 확장하고 있다. 맥도날드에 가면 손님이 아닌, 고젝기사들이 온라인 고객으로부터 햄버거를 주문받고 줄을 서있는 것을 심심치 않게 볼 수 있다.Vol. 20, No. 4 109젊은 나라 인도네시아, 그 밝은 면과 어두운 면특히 인프라 분야의 성장은 눈부시다. 경제발전을 위해 인프라투자를 강조화는 조코위 대통령 덕이다. 조코위 역시 지방에서 가구를 파는 비지니스맨으로 성공을 거두고 정치에 투신, 대통령이 된 인물로 특히 전력, 발전 및 교통 인프라에 집중하고 있다. 아시안게임을 목표로 지하철과 경전철 건설을 추진했는데 아쉽게도 아시안게임 전에 완공을 못했다. 2016년 인도네시아 정부 인프라 개발 예산은 2015년 대비 8% 증가한 315조5,000억 루피아(약 US 243억 달러)로 전체 예산의 15%에 이른다. 인터넷 브로드밴드 설비를 전국 시·군의 86%까지 커버하도록 확장 계획하는 등 통신 인프라에도 집중하고 있으며 이는 IT분야의 성장과도 무관하지 않다 약속은 잘 안지키지만 그들만의 삶을 사는 친절한 사람들다른 동남아 국가와 마찬가지로 인도네시아도 우기와 건기가 있다. 우기에는 거의 매일 한 번씩 엄청난 양의 비가 쏟아진다. 하루 종일 열대 햇볕이 내리 쬐다 하늘이 검어지고 비가 쏟아진다. 우산 파는 곳도 별로 없지만 우산을 들고 다니는 사람도 없다. 비가 쏟아지면 쇼핑센터나 회사 앞에 어린 남자아이들이 커다란 우산을 들고 서 있다. 나는 처음에 우산을 파는 줄로 알고 싼값에 우산을 샀다. 그런데 쏟아지는 폭우를 맞으며 내 뒤를 쫓아온다. 얼른 집에 가라고 동전을 조금 더 쥐어 줬다. 그래도 계속 쫓아온다. 우산을 판 게 아니고 동전 몇닢에 빌려주는 것이다. 내가 목적지에 도착하면 우산은 돌려줘야 한다. 이 아이들의 이름은 오젝 파융(Ojek Payung). 오젝은 승용차 공유경제 앱인 고젝(Gojek), 빠융은 우산을 뜻한다. 택시나 승용차를 타고 자카르타 이면도로를 가다보면 수신호로 교통정리를 하는 사람들이 있다. 이들의 신호에 따라 소통되는 차량은 차창너머로 약간의 돈을 지불한다. 교통지옥인 자카르타는 신호등도 많지 않고 있어도 잘 지켜지지 않는다. 지키기 불가능하다고 말하는 편이 정확하다. 이들이 없이는 차량소통이 불가능하다. 한 때 자카르타 경찰청이 이들을 합법화하자 해서 “그럼 경찰들이 하는 일이 뭐냐?”는 비판에 시달린 적도 있다. 이들의 이름은 빡 오가(Pak Oga). 교통지옥 자카르타에서 없어서는 안 될 사람들이다. 내가 살았던 원룸은 자카르타 사람들 기준으로는 다소 비싼 곳이었다. 아침이나 저녁이면 빵(로띠, roti), 닭고기국(부부르아얌, bubur ayam), 볶음밥이나 볶음국수(나시고랭, 미고랭, nasi goreng, mie goreng), 어묵탕(박소, bakso)을 파는 노점상(쁘다강 까끼 리마, pedagang kaki lima)들이 몰려든다. 볶음밥을 쇼핑몰에서 사먹으면 8,000원 정도인데 노점상에서 사먹으면 1,200원 정도 한다. 절대 길거리 음식은 사먹으면 안된다는 충고를 들었는데, 나도 식중독(띠뿌스, tifus)에 걸려 크게 고생한 적이 있다. 이 나라의 식중독은 워낙 심각해서 제 때 치료받지 않으면 사망에 이를 수 있다. 장파열로 대소변 대신 피가 나오기 시작하면 그 증세가 심해지는 것이다. 희한한 것은 이 곳 서민들인 원룸 청소부, 경비, 주차요원, 관리인 등은 아무리 먹어도 탈이 없는데 나 같은 외국인은 적응이 안돼서인지 탈이 나기 쉽다. 해외유학까지 다녀온 옆 방 상류층 청년(투자은행직원)은 “우리도 저거 비위생적이라 안 먹는다. 먹으면 큰일 난다”고 충고한다. 서민음식은 서민만이 먹어야 하는 거 같다. 그래서 자카르타에는 세 가지 물가가 있다고 한다. 서민용 물가, 상류사회물가 그리고 외국인 물가.110 자연,터널그리고 지하공간특별기고<사진 2> 집 앞 노점상에서 사다먹은 1,200원짜리 어묵탕<사진 3> 대책 없는 자카르타의 교통체증인도네시아에서 살아남기우리가 흔히 아는 것과 달리 인도네시아는 회교가 80%를 차지하지만, 불교, 유교, 기독교, 천주교, 힌두교 등 6개 종교를 공식적으로 인정하며 주민등록증에도 자신의 종교를 기재토록 되어 있다. 종교와 민족의 공존을 강조하는 건국이념(Pancasila, 빤자실라, Bhinneka Tunggal Ika, 비네까 뚱갈 이까: unity in diversity)에서 보여지듯, 사회통합을 강조하며 이러한 영향으로 회의시간에도 상대방을 공격하는 토의가 잘 이루어지지 않아 각자의 상황과 주장만 얘기하고 결론 없이 끝나는 경우가 많다. 그만큼 일이 늦어진다는 얘기이다. 물론 엄청나게 불필요한 행정처리단계도 이에 한몫을 한다. 인도네시아에서 사업을 하려면 끈기와 이를 버틸 수 있는 자금력이 필요할 수밖에 없다. 따라서 대규모 토목사업 등은 국가가 지원하는 ODA, EDCF 자금을 활용해 진행할 수밖에 없다.인도네시아에서도 온갖 뼈를 깎는 노력 끝에 사업을 정착시킨 분들도 많다. 광통신망 장비를 다루는 전 직장 선배를 만나 많은 조언을 얻었다. 그 분 하시는 말씀이 계약에 따른 잔금 지급 등 아직 우리 기준으로 당연한 것들이 진행되지 않는 것이 많다며, 사업관행을 모르면 공공기관과 사업을 하는 게 그래도 안전하다고 한다. 인도네시아는 건설, 토목분야에 공기업이 다수를 차지하고 있어 민간 기업은 영향력도 적고 실력도 떨어진다. 여기에 열거한 몇 가지 경험들은 그저 나의 좁은 견해에 불과하다. 하지만 무한한 잠재력이 있고, 그 잠재력이 언제 발휘될지 모르지만 거대한 국토와 세계 4위 인구 대국 인도네시아는 중국, 일본, 유럽을 비롯한 각국의 경제 각축장임이 분명하다. 내가 아는 젊은 친구 중 열심히 인도네시아어를 배우는 이가 있다. 그 이유를 물어봤다. 젊은 나이에 인도네시아주재 한국회사에 취직해 승부를 보고 싶기 때문이란다. 조만간 그 친구가 한국 취업박람회에서 인터뷰를 한단다. 그 친구의 꿈이 이루어지길 기대해 본다.특별기고Vol. 20, No. 4 1111. 터널과의 인연개인적인 이야기로 글을 시작하려고 한다. 필자와 터널과의 인연은 약 14년 정도 된 것 같다. 필자의 박사학위 논문의 주제는 원심모형시험과 유한요소해석을 통한 부마찰(negative skin friction)이 작용하는 말뚝의 거동이었다. 박사과정 당시 원심모형실험을 수행하던 몇 명의 친한 친구들이 쉴드 TBM 근접 시공과 관련된 compensation grouting 이나 터널굴착에 의한 기존재하는 인접말뚝의 거동 등을 연구했으며, 터널의 대가인 R. J. Mair 교수님과의 인연에도 불구하고 학위논문에 쫓기느라 터널에는 별로 큰 관심을 기울이진 않았다. 또한 박사 후 연구과정시엔 현 국제지반공학회 회장인 C. W. W. Ng 교수님의 대학원 학생들이 기 존재하는 터널과 인접한 신설터널을 굴착하는 상황을 원심모형실험으로 모사하는 것을 옆에서 좀 도와주고 그랬으나 역시 터널에는 큰 관심을 가지진 않았었다. 그러다가 한국으로 귀국 후 모 건설회사를 다닐 때 운이 좋아서 NATM 시공현장에서 약 4개월 정도 근무하면서 터널과의 인연이 시작되었다. 회사에선 터널을 잘 모르는 필자가 현장실무를 통해 터널시공을 배운 후에 터널분야의 기술개발을 진행하게 하려는 의도였다. 하지만 회사에겐 참으로 미안하게도 그 경험이 회사의 기술개발엔 그다지 도움이 되진 못했지만, 필자에겐 터널시공 현장 실무경험이란 엄청나게 소중한 자산이 되어 지금까지 이어져 오고 있다. 짧은 시간이었지만 참 다양한 체험을 했었던 것 같다. 비슷한 시기에 박사학위의 주제가 아닌 새로운 연구테마를 생각해 보다가 현재 고국인 남아프리카공화국의 한 대학에서 근무하는 친구의 연구주제였던 터널굴착으로 인한 기존재하는 인접말뚝의 거동에 관심을 가지게 되었다. 주로 수치해석을 통해 연구를 진행했지만, 필자가 근무하는 강원대의 원심모형실험기를 이용하여 간단한 원심모형실험을 실시해 보기도 했지만 안타깝게도 장비의 한계로 인해 논문으로 이어지지는 못했다. 본 글에서는 원심모형실험에서 널리 활용되지 못하고 있는 터널실험에 대한 필자의 생각을 간단히 정리해 보고자 한다.터널과 원심모형실험이철주강원대학교 토목공학과112 자연,터널그리고 지하공간특별기고2. 원심모형실험원심모형실험은 축소된 모형을 고속으로 회전시켜 현장조건과 유사한 응력조건하에서 지반공학 각 분야의 실험을 수행하는 실험기법이다. 그런데 대부분의 원심모형실험은 점토 혹은 모래로 조성된 지반에 대해 수행되며, 암반에 대해 수행된 실험은 매우 제한적이며 특히 매우 복잡한 터널시공 단계를 원심모형실험에서 적절히 구현하는 것은 더욱 어려운 도전이기 때문에 터널분야에 대해 수행된 원심모형실험은 찾아보기 매우 어렵다(물론 점토 및 모래지반에 대해 수행된 터널 원심모형실험은 일부 존재한다). 원심모형실험과 관련된 몇 권의 대표적인 도서에서 인용된 터널 분야의 실험들은 점토, 모래지반에서 수행된 경우로 국한되어 있다.3. 터널에 대한 원심모형실험실제 터널시공 과정을 원심모형실험에서 모사하는 것은 매우 어렵다. 이에 대한 근사적인 기법들을 소개하면 대략 다음과 같다. 즉 시료가 포함된 용기(container)가 고속으로 회전 중인 원심모형실험 도중에 터널굴착 즉 지반손실(volume loss)을 모사하려고 물이 들어있는 얇은 고무튜브로 터널라이닝을 감싼 후 이 물을 천천히 제거하는 방법, 공기가 채워진 주머니의 공기압을 적절히 감소시키는 방법, 열을 가하면 연약해지는 플라스틱 같은 것을 라이닝으로 이용하는 방법, 내부에 얇게 설치된 라이닝을 지지하던 두꺼운 외부라이닝을 밖으로 천천히 밀어서 흙의 자중이 모두 내부 라이닝으로 전해지게 하는 방법 등 다양한 간접적인 방법들이 있다. 일본 및 네덜란드에서 원심모형실험 도중 축소된 굴착기계가 실제로 지반을 굴착하는 경우가 있긴 하지만 굳이 이렇게 까지 할 필요가 있을까 하는 생각이 든다. 발파를 통한 터널굴착은 시도된 사례가 있기나 한지 모르겠다. 숏크리트 타설이나 록볼트 설치 역시 마찬가지다. 따라서 실제 터널시공단계를 실험에서 모두 구현하는 것은 현실적으로 불가능에 가깝다고 할 수 있다. 최근에는 각종 센서들이 소형화 및 무선화되고 있는 추세이긴 하지만 여전히 많은 기술적 어려움이 존재하고 있는 것도 사실이다. 원심모형실험에서 변위 및 간극수압 측정은 상대적으로 어렵지 않지만 라이닝 같은 지중구조물에 작용하는 응력 및 토압을 측정하기 위해서는 보통 실험자가 직접 장비를 제작해야 하는 어려움이 존재한다. 즉 기성제품을 구입하는 것이 아니라 실험자가 각종계측기와 장비를 직접 제작해야 하는 엄청난 도전이 기다리는 것이다. Mair(1979)는 점토지반에 시공된 터널굴착시 막장면의 붕괴를 방지하기 위해 필요한 막장압의 크기를 안정수(stability number)를 이용하여 간단한 설계도표로 제시한 바 있다(그림 1). 이 실험에서는 터널라이닝을 설치하고 터널굴착 이전에는 고무주머니를 이용하여 막장면에 공기압을 작용했으나 이를 천천히 0으로 감소시켜 막장의 붕괴를 유발시켰다(그림 2). 아래의 그림은 막장면이 붕괴된 전경을 보여주며, 작은 점들은 지반의 변위를 알아보기 위해 설치한 장난감 총알이다. 이를 통해 궁극적으로는 터널 붕괴시 지반의 전단변형율을 그림 3과 같이 산정하였다.Vol. 20, No. 4 113터널과 원심모형실험<그림 1> 점토지반에 시공되는 터널의 막장면의 붕괴를 방지하기 위해 필요한 막장압의 크기에 대한 설계도표(Mair, 1979) (Tc=, q=상재하중, γ=점토의 단위중량, σTC=막장압, C=지표면에서 터널크라운 까지의 거리, D=터널직경, P=라이닝으로 지지되지 않은 길이, Su=점토의 비배수전단강도)<그림 2> 막장압을 0으로 감소시켜 발생한 막장의 붕괴(Mair, 1979) <그림 3> 터널막장 붕괴시 지반의 전단변형율(Mair, 1979)4. 터널분야 원심모형실험 계획원심모형실험과 터널을 조금만 안다면 누구나 머릿속으로는 터널에 대한 실험계획을 구상해 볼 수 있겠으나, 이를 실제 실험으로 구현하는 것은 대단히 어려운 도전이다. 하지만 아래와 같은 실험을 한번 해보면 어떨까 하는 생각해 본다. 물론 실험이 성공적으로 수행되기 위해선 무엇보다 실험 중 지반 및 구조물의 각종 거동을 정확히 측정할 수 있는 각종 계측기를 구비하고, 터널시공 단계를 적절히 모사하는 것이 가장 중요하다고 하겠다.114 자연,터널그리고 지하공간특별기고a. 필요한(혹은 조속히 개발되어야 하는) 장비 및 기법1. 3차원 위치정보를 알려주는 흙속에 매립된 센서 2. 지중 응력성분(수직, 수평) 및 수압을 측정하는 센서3. 각종 구조물에(ex. 터널 라이닝) 작용하는 변위 및 응력성분 측정4. 초소형 무선 센서(응력, 수압, 변위)5. 막장압을 작용시킬 수 있는 고무주머니(공기 혹은 물) 혹은 소형 터널굴착 기계6. 지반의 변위를 시각화하는 PIV(Particle image velocimetry)로 대표되는 visualisation(image analysis) 기법b. 실험주제1. 쉴드 TBM에서 막장압의 크기 변화에 따른 지반의 거동2. 터널근접시공으로 인한 기존재하는 인접건물 혹은 말뚝의 거동 3. 기존 터널의 인근에 신설 터널, 깊은굴착 혹은 현장타설 말뚝시공시 터널의 거동4. 암반시료를 이용한 터널실험5. 터널 및 터파기 과정에서 발생한 지하수 유출로 의한 땅꺼짐(싱크홀)6. 발파7. 수직구 시공에 의한 주변지반 및 수직구 벽체의 거동 어쩌면 실현 가능성이 높지 못한 부질없는 이야기를 한 건 아닌지 모르겠으나 최소한 학술적으로는 매우 흥미 있는 주제가 아닐까 생각해 본다. 원심모형실험이 가지는 태생적 한계로 인해 이를 실제 터널시공 프로젝트에 제대로 활용하는 것은 요원해 보이지만, 이제는 다양한 터널시공과 관련된 문제를 원심모형실험을 통해 분석하는 것을 적극적으로 고려해 볼 때가 되었다고 생각한다. 참고문헌1. Mair, R.J. (1979). Centrifugal modelling of tunnel construction in soft clay. Ph.D dissertation, University of Cambridge.Vol. 20, No. 4 115터널로 달려가는 나흘러가는 시간 속에서 나는 어디쯤 달려가고 있을까? 무더운 여름이 지나고 어느덧 하늘에서는 비 대신 눈이 내리는 계절이 다가와 내 몸은 따스한 봄날이 왔으면 하는 생각을 무의식중에 하게 된다. 계절의 변화 속에서 시간의 흐름을 읽고 그 흐름이 빠르다는 것을 느낀다.석사를 입학하여 박사과정에 오기까지 터널은 나와 아주 밀접한 관계가 있다. 석사입학과 동시에 지도교수인 이철주 교수께서는 “터널굴착으로 인한 구조물(말뚝)의 거동에 관한 연구자료를 수집하고 공부하라”라고 했고 이때가 처음으로 터널-구조물 상호거동 연구에 입문한 시점이였다. 터널과 관련된 지식은 학부시절 강의 시간에 배운 터널의 굴착방법, 지보방법 등 기초적인 지식이 전부였다. 부족한 지식을 채우기 위하여 ‘터널의 지반공학적 원리(이인모 저)’서적을 시작으로 터널의 공학적인 거동을 차근차근 배워나가기 시작했다. 어떠한 학문이든 쉬운 것이 없듯이 배움의 길은 쉽지 않았지만, 지도교수님의 도움으로 눈밭에 발자국을 남기듯이 앞으로 나아갔다.학문의 길은 여러 갈래이며 그 깊이 또한 가늠하기가 쉽지 않듯이 터널-구조물이라는 학문도 그러했다. 연구의 시작에 앞서 가장 중요하다고 생각되는 부분은 기존에 수행되어온 연구들을 수집 및 분석하는 것이라 할 수 있다. 선행연구에 대한 분석이 제대로 이루어지지 않는다면 어느 연구든 그 연구는 바람에 흔들리는 갈대가 아닐 수 없다. 이와 같이 터널과 관련된 여러 갈래 중 필자는 터널굴착으로 유발된 지반의 변위로 인한 인접 구조물(말뚝)의 공학적 거동을 분석하는 연구를 수행하였다. 선행연구 조사에 의하면 터널-구조물(말뚝) 거동에 대한 연구의 경우 대부분 모형실험 및 수치해석 연구가 주를 이루고 있었다. 현장실측실험의 경우 실험의 계획과 절차가 복잡할 뿐만 아니라 막대한 예산이 소요되는 어려움이 있다. 한편 수치해석의 경우 저예산으로 시공현장의 상황과 지반공학적인 거동을 대략적으로 분석할 수 있다는 장점이 있으므로 수치해석 방법을 채택하여 연구를 수행하였다(그림 1).터널로 달려가는 나전영진강원대학교 토목공학과 대학원학생기고116 자연,터널그리고 지하공간터널의 여러 굴착방법 중 두 가지를 선정하여 연구에 반영하였으며, 첫 번째로 NATM 시공 방법을 모사한 터널의 굴착, 두 번째로는 TBM 공법을 적용한 터널의 굴착을 통하여 상부구조물의 거동을 분석하는 연구를 하였다. 수치해석의 장점을 살려 각각의 공법을 시공현장과 최대한 비슷하게 구현하여 각각의 조건에 따라 유발되는 구조물의 거동을 파악하는 연구를 진행하였다.하지만 여기에는 한 가지 맹점이 있다. 수치해석에 대한 신뢰도는 바라보는 사람의 시선에 따라 제각각으로 나타날 수 있는 것이다. 만약 “과연 토목분야에는 100%의 정확도가 존재할까?”라고 나 자신에게 묻는다면 “아니오”라고 대답할 것이다. 토목분야에서 수행하는 실험 및 수치해석의 경우 미래를 예측하기 위해 수행하는 것이 대부분이기 때문이다. 따라서 수치해석은 시공현장에서 벌어질 일들을 대략 파악하고 분석하는 수단인 것이므로, 여러 기존연구 자료를 비교 분석하여 경제성과 안정성을 충족시키는 건설공사가 될 수 있도록 하는 것이라고 볼 수 있다.최근 도심지(국내‧ 외)나 산간지역의 경우 터널의 시공이 빈번하게 나타나고 있으며(그림 2), 이는 나라의 경제발전과 국민의 편의에 충분한 버팀목이 되고 있다. 앞으로 터널과 관련된 연구를 시작한 것에 대하여 자부심을 가지고 달려갈 것이며 누군가에게 도움이 될 수 있는 지반기술자가 될 수 있도록 최선을 다할 것이다.<그림 1> MIDAS GTS를 이용한 터널굴착에 의한 인접 군말뚝에 대한 모델링<그림 2> TBM을 이용한 싱가포르 전력구터널 시공현장 방문Vol. 20, No. 4 1172018년 일본 토목학회 터널 분야 주요 발표내용 소개머리말2018년 8월29일(수) ~ 8월31일(금) 일본 북해도 대학에서 제73회 일본 토목학회 전국대회가 진행되었으며 학회 참가 중 확인된 터널 관련 발표내용을 회원여러분과 공유하고자 합니다. 일본 토목학회는 매년 전국 학술대회를 개최하고 있으며 토목 각 분야에 대해 발표 및 토론을 진행하고 있습니다. 금년에는 터널 분야에서 총 263편의 논문발표가 진행되었으며 그중 NATM 터널 막장면의 안정성 확보를 위한 연구를 수행한 6편의 논문에 대해 간략한 소개를 드리고자 합니다 <그림 1> 일본 토목학회 학술발표회 북해도 대학 공학관 및 세션 학술발표 장면2018년 일본 토목학회 터널 분야 주요 발표내용 소개이석진롯데건설(주) 기술연구원 인프라 연구팀김봉찬롯데건설(주) 기술연구원 인프라 연구팀전성용롯데건설(주) 기술연구원 인프라 연구팀장박순전롯데건설(주) 기술연구원장Next >