< Previous58 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 3 ４차 산업혁명시대 지능형 토공사를 위한 스마트 토공플랫폼 개발 <그림 4> MBC DMB 시스템<그림 5> KICT 지능형 다짐분석시스템 일반적으로 장연장인 도로 토공사에서 다짐 공정의 현실 적 관리는 많은 한계가 존재한다. 따라서 이들의 효율적 관리를 위해서 위성항법시스템 기반 지능형 다짐분석시스 템을 활용한 다짐공정관리가 상당히 보편적으로 활용되고 있다. 특히, GPS(Global Positioning System) 생산업체 중심으로 이들 지능형 다짐분석 시스템 기술의 기술개발 과 상용화가 빠르게 진행되고 있다. 국내에서도 다수의 기 업과 연구원에서 관련된 다양한 시도가 진행 중에 있다. 본 연구 역시 다짐 패턴, 다짐도, 다짐횟수를 관리하는 지능형 다짐시스템을 구축하였으며 이들은 궁극적으로 도 로 토공사의 층관리 데이터 베이스 구축에 활용될 것이다. 앞서 소제목에서 표현한바와 같이 지능형 다짐시스템의 가장 중요한 정보는 위성항법시스템으로 취득(Collected) 되어 조정(Computed)되는 위치정보의 품질이다. 대한민 국은 지리학적 위치(높은 위도)와 국토구성의 높은 산악 지형 비율 등으로 인하여 안정적이고 신뢰적인 위성항법 위치정보를 지속적으로 제공하는데 현실적 한계가 있다. 이를 위해서 본 기술에서는 MBC DMB 위치보정신호를 통하여 지능형 다짐시스템의 위치정보 품질을 안정화시 키고자 하였다. 아래 그림 4는 전국단위의 MBC 기준국으 로 송신되는 DMB 신호의 커버리지와 활용사례를 설명하 고 있다. 전국에 분포되어 있는 MBC 지역 방송국으로 송신되는 위치보정신호를 GPS 신호와 결합하여 위치정보의 정확 도 향상을 추구할 수 있었을 뿐만 아니라 기존 위치보정 신호 시스템과 비교하여 간편한 절차를 통해서 시스템의 접근과 활용이 가능하여 향후 이들 수요가 크게 증가 할 것으로 예상된다. 스마트 토공 플랫폼에서도 이들 위성항 법신호와 MBC DMB보정신호를 통해 지능형 다짐분석 시 스템을 아래 그림 5와 같이 구성하였다. GPS의 위성신호 를 기반으로 하여 토공현장의 다짐 횟수와 패턴을 색깔별 로 구분하여 다짐기기의 작업자의 업무 효율과 안전성을 확보할 수 있다. 4. 맺음말 ４차 산업혁명의 도래는 전 인류가 거스를 수 없는 시 대적 흐름이다. 인간이 존재하는 모든 공간의 정보를 데 이터화 하여 이를 공유하고 융복함으로서 보다 나은 삶의 질과 업무의 효율성을 극대화하고자 하는 것이 4차 산업 혁명 기술의 활용목적이다. 대한민국에서 발생하는 건설 분야의 생산성 저하와 건설 분야의 저조한 ICT기술융합 은 이들 시대적 흐름에 역행하는 것이 분명한 사실이다. 현재 대한민국 건설 분야의 산학연에서는 이를 타계하기 위한 많은 노력이 진행 중에 있다. 특히 건설장비, 자재, 인력관리를 포함하는 건설 자동화 연구 그리고 이들에 대 한 Digitalization 구현을 위한 다양한 플랫폼이 소개되 고 있다. Vol. 21, No. 3 59 건설공사 전주기의 디지털화를 위하여 스마트 플랫폼 개발을 통해 주요 건설 공사에 대한 자동화 수준 향상시 키고자 한다. 한국건설기술연구원 건설자동화연구센터에 서 진행되는 스마트 토공 플랫폼도 이러한 노력의 일환이 다. 본 연구를 통해서 그간 해외시장에 잠식되어왔던 측 위기술과 위치보정신호에 대한 국산화 노력, 그리고 분명 한 목적과 공정을 대상으로 하는 건설 드론 ROC는 그간 적용성 판단 수준의 연구를 넘어서는 대한민국 건설현장 에 현시대 가장 Cutting-edge technology를 적용하기 위한 노력임이 분명하다. 참고문헌 1. 스마트 토공시스템을 위한 요소기술 개발 방향에 관한 연구, 김성근, 대한토목학회, 2018, 38(6), pp. 967-977. 2. 스마트 토공 자동화를 통한 건설생산성 향상 핵심기술 기획연 구, 2018, KICT2018-088. [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]ICTUS 19 60 자연,터널 그리고 지하공간 ICTUS 19를 통해 본 미래의 터널과 지하공간 터널 및 지하 공간 관련 국제 컨퍼런스(The 2019 International Conference on Tunnels and Underground Spaces, 이하 ICTUS 19)가 “Tunnels connecting to another world”라는 주제로 2019년 9월 17일부터 9월 21일까지 제주 국제 컨벤션 센터에서 개최되었다. ICTUS 19는 ASEM 19(The 2019 World Congress on Advances in Structural Engineering and Mechanics)의 7개 분과 중 터널과 지하공간에 대한 연구를 발표하고 서로의 생각을 나누는 자리로 2017년에 시 작하여 올해로 2회를 맞이하였다. 터널 및 지하공간은 주요 교통로이자 수로터널, 전력구 등 주요 자원의 이동 또는 비축기지와 같은 저장 공간으로 우리 생활에 밀접하게 이용되고 있으며, 도시개발과 국토의 효율화 및 친환경적인 측 면으로 끊임없는 연구와 개발이 이루어짐을 보여주듯 이번 ICTUS 19에도 많은 사람이 참석하였다. 본 학회는 미국 Colorado School of mines의 Prof. Jamal Rostami와 오스트리아 TU Graz의 Prof. Thomas Marcher이 초청되어 강 연이 진행되었다. Prof. Jamal Rostami는 “Underground construction on the moon”라는 주제로, 달이 지구 주위를 공전함으로 인해 달의 한 쪽이 항상 영하가 됨에 착안하여 달에 터널을 굴착하는데 가장 큰 문제점인 흙에 점착력이 없다는 점을 해결하였으며, 앞으로 해결되어야할 문제를 제시하는 등 흥미로운 강연을 하여 많은 사람들의 주목을 받 았다. 본 강연은 미국의 NASA와 일본의 JAXA를 비롯한 세계 각국이 달 궤도에 우주정거장을 만들고 달 기지를 건설 하기 위한 연구를 지속적으로 하는지 확인하는 자리였으며, 지구를 넘어 우주에 진출하는 것이 상상이나 꿈이 아닌 현실로 다가왔음을 느끼는 계기가 되었다. Prof. Thomas Marcher는 “Long infrastructure tunnels – future trends and challenges”라는 주제로 유럽 알프스를 관통한 터널 프로젝트를 통해 데이터의 디지털화가 터널 설계 시 시간과 비용을 얼마나 단축할 수 있었는가에 대해 강연하였다. 현재 국내에는 시공 데이터(raw data)를 개별적으로 소유하고 있으며, 새롭게 시공 시 다시 현장조사를 통해 데이터를 얻는 것으로 알고 있다. Thomas Marcher 교수의 강연과 같이 공석민 서울과학기술대학교 건설시스템공학과 재학Vol. 21, No. 3 61 ICTUS 19를 통해 본 미래의 터널과 지하공간 데이터를 수집하여 빅데이터화 하고 알고리즘을 만들어 머신러닝을 통해 컴퓨터가 학습하게 한다면, 현장데이터의 불 확실성을 낮추고, 시간과 비용을 단축할 수 있을 것으로 기대된다. 초청강연 이외에도 국내를 비롯한 대만, 미국, 스페 인, 싱가포르, 오스트리아, 이란, 인도, 일본, 중국 등 다양한 국가에서 총 46편(Oral 32편, Poster 14편)의 논문이 접 수되었으며, 특히 일본과 중국 등 아시아 주변국의 참여율이 높았다. ICTUS 19를 학생 도우미로 참여하면서 어려운 점도 있었지만, 서로의 연구를 공유하고, 서로간의 교류를 통해 문제점을 해결하는 뜻깊은 자리라고 생각된다. <사진 1> Jamal Rostami 교수<사진 2> Thomas Marcher 교수 <사진 3> 유한규 학회장님<사진 4> ICTUS 19 준비위원과 초청강연 교수ICTUS 19 62 자연,터널 그리고 지하공간 <사진 5> ICTUS 19 학회 현장Vol. 21, No. 3 63 지하철 건설 관련 민원에 대한 고충 1. 들어가는 말 필자가 서울시를 거쳐 공기업에서 정년퇴직을 하고 업계에 종사한 지 어언 12년차에 들어서고 있다. 1977년 10월 15일 서울지하철건설본부에 발령을 받은 이후 지금까지 지하철 관련 부서에서만 한결같이 근무하고 있다. 과거의 동료들과 모임을 갖게 되면 이구동성 내뱉는 말 한마디가 있다.” 옷을 벗고 나니, 민원이 없어 살 것 같다.” 는 것이다. 공무원 세계가 얼마나 억지스러운 민원에 시달리는지 서로 공감을 하며 술 한 잔씩 나누고는 한다. 40여 년에 걸쳐 지하철 건설과 유지관리 업무에 종사한 입장에서 그간 경험했던 몇 가지를 골라 기술하면서 우리나라의 민 원이 대부분 비합리적이고 합리적인 설명을 듣기 거부하고 떼 법을 앞세우는 행태에 마음이 무거워진다. 2. 자주 만나는 민원 2.1 노선 선형에 대한 분쟁 지하철 노선은 계획을 할 때 우선적으로 공공도로 하부를 선정하고 불가피할 경우 사유지 통과를 검토하게 된다. 이는 가급적 시민의 사유재산권 침해를 최소화하기 위함이다. 설계자들은 민원이 발생하면 상당히 오랜 기간 동안 주 민들한테 시달리게 된다는 것을 알기 때문에, 특히 아파트단지를 통과하게 되면 각별히 신경을 쓴다. 대규모 아파트 단지를 통과하게 될 경우 직선으로 도로 밑으로만 갈 수 없고 적정한 곡선을 설정하게 된다. 어느 누가 설계를 하더 라도 건물하부는 가능한 한 피하고 아파트 단지 모서리의 녹지 등을 통과하는 등 사유지 저촉을 최소화 한다. 지하철 건설 관련 민원에 대한 고충 서강천 (주)도화엔지니어링 철도2부 기술고문특별기고 64 자연,터널 그리고 지하공간 여기서 우리는 지하 사용권에 대해서 살펴볼 필요가 있다. 마포구 상암동 DMC단지 내에 계획되었던 100층이 넘는 고층빌딩 건설 조감도를 본 적이 있다. 그 고층건물은 지하 24m를 굴착하여 지하시설물과 지하주차장 등을 설치토록 되어 있었다. 이러한 사정을 감안하여 구미 선진국들은 개인들이 지하의 일정 깊이 이하는 이용하지 않으니 지하 40m 이하는 공공을 위해 사용할 수 있다고 개인의 재산권을 인정하지 않는다. 그러나 우리나라는 그러한 제한 규정 이 없다고 주민들은 깊이에 관계없이 무작정 못하게 하고 반대를 하는 경향이 비일비재하다. 1992년 서울2기지하철 건설 당시 5호선 여의나루역을 잇는 본선은 여의도 MBC 방송국 앞 도로 하부에 터널로 건 설하게 되어 있었다. 터널 좌우에는 적은 평수의 ○○아파트와 큰 평수의 ○○아파트가 있었다. 큰 평수의 주민들은 조용한데 적은 평수의 주민들이 한동안 현장사무실로 몰려왔었다. 터널이 아파트 부지에 저촉은 안 되었지만 왜 큰 평수 아파트 쪽보다 우리 아파트 쪽으로 가까이 휘어 있느냐. 큰 평수이기 때문에 압력을 받고 봐주는 것 인가. 당장 노선을 수정하라고 거세게 주장들을 했다. 모인 주민들 하나하나 살펴보면 선량해 보이고 악의는 없어 보이는데 쉽게 이해를 해주지 않아 곤욕을 치룬 적이 있었다. 7호선 남성역에서 숭실대입구역 사이에는 지대가 높은 언덕 위에 ○○아파트 단지가 있다. 터널은 그곳 지하 80m 를 지나간다. 건설 당시 그곳 주민들의 민원은 역시 대단했었다. 공사기간 내내 주민들을 설득하며 미진동 발파 및 기 계 굴착을 병행해가면서 더디게 공사가 추진되었지만 터널 관통이 되자 주민들의 항의 방문도 슬그머니 소멸되었다. 근래 추진되고 있는 GTX-A 노선의 경우 일산지구 아파트 단지를 통과하면서 대부분 도로 밑에서 공사를 하도록 설계되었지만, 일부분은 ○○아파트 단지의 모서리 녹지 일부를 대심도로 지나게 되었다. 이 또한 항의와 민원이 끈 질기다. 국회의원과 시의원까지 동원되었다. 민원의 요지는 노선을 일부 조정하여 저촉되는 녹지에서 벗어나라는 것 이다. 그런데 이것을 설계자 입장에서 보면 답답한 노릇이다. 기술적으로는 선형 조정이 가능하지만 그렇게 되면 이 웃 단지의 더 강력한 민원이 유발될 것이 뻔하기 때문이다. 또한 민원인들은 살고 있는 지역에 정거장이 들어설 경우 땅값과 집값이 상승하여 속으로는 미소를 지으면서도 속 내를 감추고 협조하기보다는 항의할 것을 찾느라 바쁜 경우를 많이 보아왔다. 2.2 지하수 저하에 따른 지하 공동화 발생 우려 지반을 토질역학적으로만 접근하면 지하수 탈수에 따른 압밀로 인해 침하가 발생되는 것은 부인할 수 없는 사실 이다. 지하 공동 발생에 대해서는 잠실 롯데 빌딩(123층 건축 중) 주변과 백제고분로 지하차도 하부의 지하 공동(9호 선 건설 구간) 발생 등이 매스컴에 보도 되어 시민들의 관심을 크게 받은 적이 있다. 이해를 돕기 위하여 <한국터널지하공간학회지> 2018년 12월호에서 소개했던 서울지하철3호선320공구의 터널을 다 시 예를 든다. 그 터널은 경복궁 앞 율곡로 하부에 건설되었다. 지반은 자립력이 약한 화강풍화토(일명 마사토)로서 토피 11m, 막장 N치 15정도였다. 1982년 공사 당시에는 특별한 보조공법 없이 오로지 훠폴링에만 의존하여 링카트 굴 착을 하였으며 인력으로 굴착한 버력은 리어커를 이용하여 운반하는 열악한 공사 방법이었다. 터널을 굴착하며 흐르는 Vol. 21, No. 3 65 지하철 건설 관련 민원에 대한 고충 지하수는 펌핑할 수밖에 없다. 터널 굴착으로 인한 변위는 지표침하에 대한 계측 결과를 보면 135~154mm까지 침하 현상이 있었다. 여기서, 오해를 하면 안된다. 요즈음의 터널 설계와 보조공법을 적용했다면 15~20mm 이하로 충분히 억제할 수 있다고 본다. 다시 말하면 3.2mm/일의 속도로 매일 지표가 침하하다가 인버트를 폐합하면 침하가 바로 멈 추는 싸이클을 보면서 침하 한계치까지 경험을 해보았다는 생각도 든다. 터널 굴착이 끝나고 콘크리트라이닝 작업을 하면서 터널 바닥 하부의 유공관을 3호선 경복궁역 집수정에 직결시켰다. 이는 터널에 주변의 지하수가 정수압으로 작용하여, 그 결과 터널 내부로 누수가 발생하지 않도록 하기 위하여 자연스럽게 흐르도록 조치를 한 것이다. 서울지하철3호선은 1985년 10월 개통하여 경복궁역은 지금까지 34년간 계속 지하수를 펌핑하고 있지만 율곡로 일 대에 지하공동화에 대한 매스컴 보도는 일체 없다. 5호선 양평역은 하루에 6,800톤의 지하수를, 6호선 고대앞역은 하 루 5,000톤 이상의 지하수를 24년간 쉬지 않고 펌핑하고 있지만 그 일대에 대한 지반침하 또는 지하공동화에 대해 아무 말이 없다. 도심지에서 지하 공동 발생은 통상적으로 지하 3~5m 구간에서 발견 되고 있으며 이는 노후 상수도관 또는 하수 관 이음부의 누수로 인한 것으로 볼 수 있다. 누수된 물이 고여 있지를 않고 지반 속으로 오랜 시간 흐르면서 토립자 를 이동시키기 때문에 공동이 발생된다. 지하 깊이 건설되는 터널의 경우에는 자연계의 흐름의 메커니즘의 개념을 갖 고 접근 해야지 토질역학적으로 접근하면 민원인을 당해낼 수가 없다. 터널을 굴착하게 되면 대부분 터널 내로 들어오는 지하수를 펌핑하게 된다. 공사 초기에는 지하수가 저하하기 때문 에 불가피하게 지반 침하가 일어날 수밖에 없지만 공사가 끝나려면 3~5년이 걸리게 된다. 공사 초기에 지하수가 저 하된 것이 공사 기간 동안 계속 저하되는 것이 아니고 어느 정도 지하수가 저하된 다음부터는 일정 깊이의 지하수위 가 유지되는 현상을 보인다. 자연계의 여러가지 메커니즘에 의하여 지하수는 지속적으로 공급이 되기 때문이다. 독자들도 알다시피 2004년 8월 지율 스님이 천성산의 고산 늪지대 도룡뇽을 살리자고 4차 단식으로 경부선 KTX 터널공사를 중단시킨 바가 있었다. 그러나 실상은 천성산 주변에 살고 있는 거주민에 의하면 이미 대형화된 사찰이 실버타운과 납골당을 운영하고 있으며, 각종 온천 개발을 하고 있음은 물론 대형 음식점들이 여기저기 들어서서 지하 수를 뽑아내어 마음대로 쓰고 있고 아파트까지 들어서고 있다고 한탄한다. 이러한 것은 처다 보지도 않고 관심 밖이 며 오로지 가장 친환경적인 터널 공사만 가지고 난리법석을 떠는 것을 내 머리로는 도무지 이해 불가이다. 추후에 ‘환 경영향 공동 조사단’의 조사결과를 법원이 받아들여 고산 늪지는 터널 공사로 인하여 전혀 피해를 받지 않았다는 것 으로 공식 발표된 것은 참고할 만하다. 2.3 지진으로 인한 피해 발생 우려 우선 지진 피해에 대하여 알아보려면 지하와 지상을 나누어 접근해야 한다. 건물의 경우 기초는 지반 속에 하고 건 축물은 지상에 나와 있으므로 내진설계가 안되어 있거나 미흡할 경우 지진이 오면 건물의 진동을 잡아주는 감쇠 효과 가 없어 쉽게 파손될 수 있다. 지하의 경우에는 초등학교 과학 시간의 실험을 한 예로 들어 볼 수 있다.특별기고 66 자연,터널 그리고 지하공간 투명한 플라스틱 상자 밑에 길이 30~40cm, 굵기 5mm 정도의 철사 4개를 고정시킨 후 책상 위에 올려 놓는다. 초 시계를 작동시키 놓고 이 플라스틱 통을 손가락으로 툭 치면 부르르 떨다가 30초 정도 되면 멈춘다. 그러나 이 플 라스틱 통의 1/4~1/3 정도가 차게 물을 부은 다음 툭 치면 5~6초만에 떨림이 멈춘다. 이러한 원리를 고층빌딩에 적 용한 것이 『대만 ‘타이페이101’ 건물의 거대한 추다. 현존하는 세계 최고(508미터, 101층) 건물인 타이페이101에는 직 경 6미터에 660톤짜리 강철공이 92층에서 늘어진 4개의 로프에 매달려 87~88층에 자리 잡고 있는데, 실제로 시계 추처럼 흔들리는 것은 아니고 8개의 유압 범퍼로 고정돼 있다. 이 장치는 건물의 최대 진동치를 1/3정도 줄여주는 효 과가 있으며, 그 자체로서 하나의 관광 상품이 되어 일반인들에게 전시되고 있을 정도다.』(과학 향기 참조) 이와 같이 100층이 넘는 각각의 고층빌딩은 고유의 진동 감쇠 장치를 갖추고 있다. 만일 A4 용지에 한반도와 일본을 그려 놓고 서울을 표시해 본다면 지름 1cm 원의 크기도 안될 것이다. 그 안에 서 울지하철, 경전철, 수도권 전철 등 380km의 노선을 그려 넣었다고 하고 나서 지진을 생각해 보자. 진앙지에서 서울을 향해 호수의 동그라미 물결 모양으로 퍼지는 전파 상태를 그리고 가만히 A4 용지를 들여다 보면 머리가 좀 정리될 것 으로 생각한다. 즉 각각의 지하철 노선은 지반의 움직임과 별도로 움직이는 것이 아니고 1분 내외의 진동 지속 시간 동안 지반과 함께 움직인다. 따라서 지하철 박스 구조물이나 터널구조물은 지반으로 둘러싸여 있어 감쇠 효과가 커서 피해가 발생되지 않는 것이다. 그래서 한국터널지하공간학회에서는 연약한 토사 지반에 건설된 터널을 제외하고는 지 진으로 인하여 피해가 발생하지 않는다고 발표한 바기 있다. 2.4 터널 발파 작업의 어려움 지하철 건설은 대부분의 노선이 주민 밀집 지역을 통과하게 되는 경우가 많을 수밖에 없다. 주민들로부터 터널 발 파에 대한 민원은 수없이 많지만 우이~신설 경전철의 경우를 예로 든다. 보국문로의 삼양동 일대는 RQD 90% 이상 의 화강암 지대이다. 본선 터널은 지하 60m에 건설을 해야 했다. 막장의 암반은 지질 해머로 타격했을 때 나는 깡깡 소리의 타격음과 튀는 불꽃을 보면 극경암에 가깝다고 볼 수 있다. 주민설명회 때 미진동 발파 기법, 소(小) 발파와 기계 굴착의 병행 작업 등에 대해서 현장소장과 감리단장이 진정 성을 갖고 아무리 설명해도 주민들은 요지부동이었다. 무조건 발파는 안된다는 것이다. 터널이 관통되어 굴착이 끝날 때까지 오로지 부레이커 굴착에 의하는 것을 보고 가슴이 먹먹해지고 눈물이 핑 돌 정도이었다. 공사기간이 늘어나고 공사비가 추가로 들어가는 것은 차치하고라도, 하루에 두 번의 발파(진동최소화 기법, 소음 차 폐 시설 구비)보다는 밤낮없이 두드려대는 부레이커의 굉음 소리가 낫다고 고집하는 주민들의 주장이 이해가 안 간다.Vol. 21, No. 3 67 지하철 건설 관련 민원에 대한 고충 3. 나가는 말 공공사업을 추진하려면 공공의 이익과 주민의 피해 최소화가 적절히 조합되어 밸런스를 가져야 한다. 그러나 우리 의 사회 현상은 어떠한가? 비록 토목공사뿐만 아니라 국방, 의료, 교육 등 어느 분야를 막론하고 합리적인 사고는 버 리고 비합리적인 주장으로 일관하는 것은 남녀노소, 가방 끈이 길거나 짧거나 모두 똑 같다. 여기에 관련 노동조합, 시민단체, 진보정당 등이 가세하면 겉잡을 수없이 복잡해지고 악화된다. 오죽하면 공무원들이 퇴직하고 나서 내뱉는 일성이 “민원이 없어 살 것 같다.”는 말이겠는가. 국가와 정부도 성숙 하고, 노동조합도 성숙하고, 시민단체도 성숙해지면 주민들도 합리적인 사고로 전환될 수 있을 것으로 생각한다. 끝. (kcsuh500@hanmail.net). [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]Next >