< Previous88 자연,터널 그리고 지하공간 건설사업입니다. 도심지를 통과하는 만큼 착공단계에서부터 많은 문제점이 발생하였는데, 점용허가 및 점용료, 시설물 보상 요구, 공사 로 유발되는 지정체 해소를 위한 과다한 시설개선 요구, 인근지역 상인의 운영손실 보상 요구가 대표적이었으며, 그 외 개착구간의 각종 지하지장물(가스, 송유, 상하수도, 전기, 열배관 등) 이설 및 사고위험, 인천 구도심 주거밀집지역 발 파 진동, 소음 및 가옥균열 등에 따른 피해보상요구, 전면토지수용 등 빈번한 집단민원, 사업대상지가 과거 뱃길 간척 지임에 따라 불량한 지반조건과 갑작스러운 열수변성대, 차별풍화 및 단층파쇄대 등의 출현 등으로 터널굴착 중 수차 례의 중소규모 터널 내 공동 및 붕락 발생과 두 차례의 땅꺼짐(2015.04.21./2016.03.28.)이 발생하는 등 역대 최대급 난공사였던 것으로 기억하고 있습니다. 터널내 공동터널 붕락으로 인한 땅꺼짐 ○ 지금까지 공사를 해오면서 현장에서 가장 어려운 점은 어떤 것 들이 있었나요? 답변 : 매번 느끼는 점이지만 민원인과의 대화는 언제나 새롭고 어렵습니다. 현장에서는 다양한 민원들이 발생하기 마련이므로 발생 가능한 각종 민원을 사전에 예방하고 민원발생 시 해당민원의 증폭 또는 집단민원으로의 발전을 억제, 초기진화하기 위해 노력하고 있습니다. 그 일환으로 직원들의 자발적 지역사회 재능기부, 시설봉사, 환경개선사업 등에 적극적 동참을 통해 지역사회에 기여하 고 지역주민과 소통하며, 현장설명, 주민간담회 등을 통해 지역주민의 권리를 보장하고 있음에도 불구하고 이와는 별개 로 민원의 대부분은 좀처럼 해결이 쉽지 않은 것이 현실입니다. 특히 관계기관을 통해 접수되는 민원은 공사에 지장을 초래하는 경우가 많습니다. 그 외 금어기(모래), 파업(레미콘), 국제정세(철근, 강재 등 원자재) 등 자재수급 문제와 근로조건(화물연대 등)의 일방 적 변경요구 등은 공기지연의 원인이 되며, 원가손실로 이어지므로 현장운영상 어려운 점 중의 하나라고 하겠습니다. ○ 터널 현장에서 안전사고 예방을 위해 가장 강조하는 부분은 무엇인가요? 답변 : 매너리즘의 근절입니다. 하인리히(Herbert William Heinrich)는 ‘산업재해의 예방 : 과학적 접근’이라는 저서에서 1:29:300의 통계법칙을 소개했 습니다. 이는 산업재해가 발생하여 사망자가 1명 나오면 그 전에 같은 원인으로 발생한 경상자가 29명, 같은 원인으로 부상을 당할 뻔한 잠재적 부상자가 300명 있었다는 사실에 근거한 법칙으로서 큰 사고는 우연히 또는 어느 순간 갑작Vol. 23, No. 4 89 스럽게 발생하는 것이 아니라 그 이전에 반드시 경미한 사고들이 반복되는 과정 속에서 발생한다는 것을 실증적으로 밝힌 것이며, 큰 재해는 항상 사소한 것들을 방치할 때 발생한다는 것입니다. 따라서 현장의 모든 관리자, 작업자는 TBM(Tool Box Meeting)과 333(매일오후 3시, 3가지 점검, 3가지 행복), 444(4, 14, 24일 주기 점검)을 통해 주의를 환기시키고 매너리즘을 탈피하도록 독려함으로써 예상 가능한 사고를 미연에 방지 하도록 노력하고 있습니다. ○ 우리나라 터널 공사가 NATM공법으로 시공이 되고 있는데 그 외 공법 시공(TBM, Shield 등) 경험이 있으신지, 있으시면 장단점에 대해 간단하게 설명 부탁드립니다. 답변 : 기계화시공(로드헤더, TBM 등)에 직접 참여한 적은 없으나 서울지하철 9호선 3단계 921공구(실드 TBM, 이수가압식), 별내선(8호선 연장) 2공구(실드 TBM, 이수가압식) 등 간접경험을 기반으로 시공적 측면 위주로 설명드리겠습니다. 로드헤더는 일반적으로 연암이상 양호한 암반을 대상으로 굴진율이 불량하여 국내에는 풍화암 굴착위주로 제한적으로 적용되어 왔으나 기술의 진보로 연암까지 굴착가능한 장비가 개발되어 최근 인덕원-동탄 복선전철 1공구 건설공사에 설계적용, 올해 7월 착공하였다고 하니 그 결과가 과연 어떠할지 눈여겨볼만 합니다. 또한 과거 TBM 적용현장의 문제점은 지반변화에 대한 대응성이 불량하여 급격한 지반조건 변화 시 굴진이 불가능하 고, 최악의 경우 매몰하는 사례도 종종 보고되었으나, 이 역시 기술개발을 통해 전방막장 예측, 다중비트, 전방보강 등 다양한 대처매뉴얼을 통한 대응이 가능하며, 무엇보다 접속부, 합류부 등 터널형상 변화구간에도 대응할 수 있는 장비 또한 개발되어 현장대응성 측면에서 NATM＋발파굴착과의 격차를 좁혀가고 있습니다. 더불어 현장관리측면에서는 기계화시공이 NATM＋발파굴착 대비 진동, 소음이 적을 뿐만 아니라 쾌적한 막장환경을 유지할 수 있어 도심지 굴착 시 민원과 작업자 안전 등 현장관리에 유리하다 판단되며, 국내 오퍼레이터 교육 및 배출, 비트 국산화, 국내 암반에 최적화된 굴진평가모델 개발 등으로 국내현장 적용확대를 위한 토대가 마련되었습니다. 다만 기계화시공 장비제작은 대부분 유럽, 일본에 의존하고 있어 국산화되지 못하고 있다는 점이 아쉬우며, 조속한 국 산화를 통해 국내현장에서 국내기술로 제작된 기계화시공 장비를 보게 되는 날이 오기를 바라 마지않습니다. ○ 학교에서 배운 것과 실무와의 가장 큰 차이는 무엇인가요? 답변 : 교과과정이 Standard(표준)이라면 실무는 Special(특수)입니다. Office Work도 Field Work도 돌발적으로 변화하는 현장여건에 대처할 능력과 준비가 되어 있어야 합니다. 조사단계에 서는 길이 없으면 길내기를 하고, 지반조건을 평가하여 필요 시 적합한 조사방법을 채택, 상황에 대처하는 유연성이 필 요하며, 설계단계에서는 시공 시 발생할 수 있는 모든 여건변화를 예측, 반영한 설계를 수행해야 할 것이며, 시공단계 에서는 자연적, 인적, 물적 각종 장애요소에 즉각 대처할 수 있도록 철저한 준비를 갖추어야 합니다. 특히 시공단계에서는 한순간의 잘못된 판단, 안일한 대처가 인적, 물적 손실로 직결되기 때문에 시나리오에 따른 철저 한 대비가 필수입니다. 자기만족과 안일한 사고(思考)는 토목기술자에게 있어 최대의 적입니다.90 자연,터널 그리고 지하공간 ○ 현장에 있으면서 지하공간터널학회에 바라는 점이 있다면? 답변 : 사업입안과 설계, 시공, 건설사업관리 전 분야의 징검다리 역할을 부탁드립니다. 토목기술자가 주체적으로 관련정책과 사업계획 입안에 참여할 수 있는 기회, 설계, 시공, 건설사업관리간 괴리감을 해 소하여 최상의 결과를 도출할 수 있는 소통의 기회를 제공함으로써 토목기술자와 학회의 위상을 제고하고, 최고의 인 프라 공급을 통해 이용자의 편익과 안전을 도모하는데 앞장서 주시기 바랍니다. ○ 마지막으로 터널분야의 미래전망과 후배 터널 기술자들에게 당부하고 싶은 말씀 부탁드립니다. 답변 : 디지털과 첨단기계, AI 기술의 발전으로 과거 공상과학만화를 통해서만 꿈꿔 왔던 세상이 도래하고 있습니다. 토목분야 또한 계획조사, 설계, 시공, 유지관리 등 건설산업 전 분야에 디지털 정보, BIM, 건설자동화 및 제어기술, 모 니터링 관리기술의 접목이 가속화됨에 따라, 정밀시공 및 제어 기술이 필수불가결한 하이퍼루프, 부유식 수중터널, 소 형 다빈도 입체교통 등 첨단 인프라의 구축도 멀지 않은 미래에 가능할 것이라 믿어 의심치 않습니다. 토목사업은 종합인프라를 구축해야 하는 복합공종 사업이므로 토목기술자는 한 분야에 국한되지 아니하고 다방면에서 만능이어야 한다고 생각합니다. 최선을 다할 수 있지만, 누구나 충분한 결과를 얻지는 못하며, 각자의 분야와 위치에서 피나는 노력과 다양한 경험, 잠 재능력을 최대한 발휘하여 최적의 결과를 창출하여야 합니다. 특히 토목에서는 축적된 노하우와 다양한 경험, 참신한 사고가 경제적이고 안전한 고품질 구조물을 완성하기 위한 제1 조건이므로, 입안자는 중립적 입장에서 대상사업의 목 적과 미래가치에 대한 충분한 이해와 분석을 바탕으로 사업계획을 수립하여야 하며, 설계자는 공식화된 기존 설계의 틀에서 벗어나 안전성, 경제성, 합리성에 기반한 IE(Industrial Engineering)를 추구함으로써 특별하고 실리적이며, 기 술융합적인 설계를 도출하여야 할 것입니다. 또한, 시공자와 건설사업관리자는 설계내용을 철저히 분석하고 원가를 산 출하여 안전하고 경제적이며, 성공적인 사업수행을 도모하여야 할 것입니다. 어느 분야, 어떤 위치에 있더라도 항상 배우는 자세로, 그리고 열린 마음, 열린 생각으로 다양한 경험을 몸에 익혀 풍 부한 기술력과 노하우를 갖춤으로써 인재(人災)를 막아내는 인재(人材)가 되어 토목기술의 미래를 이끌어 가실 것을 부 탁말씀 올립니다. [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]Vol. 23, No. 4 91 터널 신기술 소개 1. 기술개발 배경 기존 터널 갱구부 형성기술은 갱구부 안정성 확보를 위하여 풍화암~기반암 피복이 확보되는 갱구 위치(NATM 시· 종 점)를 선정하고 갱구부 비탈면을 절취한 후, 터널 외측에 강관보강 그라우팅(소구경 및 대구경)으로 보강하여 안정성을 확보하고 있다. 터널 갱구부의 지반조건이 불량하거나, 급경사 및 편경사 지형에서 기존 터널 갱구부 형성기술은 대절취 비탈면을 형 성시키고, 이를 해결할 목적으로 대규모 비탈면 보강공법(Soil Nailing, Earth Anchor 및 절토옹벽 등)을 적용하여 급 경사 비탈면을 형성시킴으로써 시공성, 경제성, 유지관리 편의성, 경관 및 장기적인 안정성 확보측면에서 불리하고 터널 갱구부 비탈면 대절취에 의한 지반이완으로 시공중 변상 또는 붕락사례가 다수 발생되고 있는 상황이다. (a) 터널 갱구부 대절취 비탈면 및 대규모 비탈면 보강 사례 (b) 터널 갱구부 변상 및 붕낙사례 <그림 1> 기존 터널 갱구부 형성기술의 문제점 미니 파이프루프 수평보강 구조와 매입형 갱구구조물을 이용한 터널 갱구부 시공방법(ETPM공법) Eco-friendly Tunnel Portal Method [건설신기술 제 896호] (주)하경엔지니어링 편집위원 : 이강현(한국도로공사 도로교통연구원 수석연구원)터널 신기술 소개 92 자연,터널 그리고 지하공간 2. 개발기술의 내용 본 친환경 터널 갱구부 공법(ETPM)은 고강성의 초대구경 강관보강 그라우팅(미니 파이프루프)를 갱구부 원지반 사면 에 보강하여 비탈면 절취를 배제 또는 최소화시키는 신개념 공법으로 다음과 같은 장점이 존재한다. ∙ 터널 갱구부 비탈면 절취 최소화로 친환경 터널 갱구부 형성 ∙ 터널 갱구부 지반이완이 최소화되고 고강성의 초대구경 강관보강 그라우팅(Ø165.2, Ø216.3mm, 일반 대구경 강관 (Ø114.3mm) 대비 4~10배 강성)을 수평방향 장심도(L=40.0~60.0m)로 보강 및 충분한 그라우팅 양생시간을 확보로 터널 갱구부 안정성 증대 특히, 내진성능이 크게 향상됨 ∙ 초대구경 강관보강 구간에 대한 연속적으로 터널 굴착 및 보강이 가능하고, 단순한 시공공정과 기존 터널 시공장비의 운용으로 시공성 및 경제성이 향상되고 공사기간이 단축됨 ∙ 터널 비탈면 절취 최소화와 소규모의 매입형 갱문 적용으로 공사기간 및 공사비 절감 ∙ 터널 갱구부 절취면적 및 갱문 돌출면적 최소화로 유지관리비용 감소 및 차량 주행안전성 증대 (a) A-A단면(매입형 갱문)(b) B-B단면(본선 터널) <그림 2> ETPM공법 메커니즘Vol. 23, No. 4 93 미니 파이프루프 수평보강 구조와 매입형 갱구구조물을 이용한 터널 갱구부 시공방법(ETPM공법) (a) 초대구경 강관보강 그라우팅 시공(b) 터널 갱구부 굴착 및 지보 (c) 본선 콘크리트 라이닝 타설(d) 갱구부 매입형 갱문 시공 <그림 3> ETPM공법의 단순한 시공순서 3. 기존 터널 갱구부 형성기술과 신기술(ETPM공법) 비교 3.1 기존 터널 갱구부 형성기술과 신기술(ETPM공법)의 기술적 차이 본 ETPM공법은 기존 터널 갱구부 형성기술 대비 다음과 같은 기술적인 차이로 안정성, 시공성 및 경제성이 개선되는 친환경적인 터널 갱구부 형성이 가능하다. <표 1> 기존 갱구부 형성기술과 ETPM공법 비교 구분기존 터널 갱구부 형성기술신기술 : ETPM공법 터널 갱구 위치 풍화암~기반암에 갱구위치자연지형에 갱구위치 ∙ 터널 갱구부 비탈면 절취 및 주변환경 변화 최소화 ∙ 터널 갱구부 지반이완 최소화 ∙ 터널 갱구부 토공 최소화 ⇒ 친환경 터널 갱구부 형성 터널 갱구부 안정성 증대 시공성 개선 및 공사기간 단축터널 신기술 소개 94 자연,터널 그리고 지하공간 <표 1> 기존 갱구부 형성기술과 ETPM공법 비교(계속) 구분기존 터널 갱구부 형성기술신기술 : ETPM공법 터널 갱구부 보강 일반 강관보강 그라우팅 2열 중첩 경사보강고강성 초대구경 강관보강 그라우팅 장심도 수평보강 ∙ 고강성 초대구경 강관보강 그라우팅 장심도 수평보강 ∙ 그라우팅 격간시공과 주입압 및 주입량 제어시스템 ∙ 초대구경 강관보강구간 연속적인 터널 굴착 및 보강 ⇒ 터널 갱구부 안정성 증대 양질의 그라우트 품질 확보 시공성 개선 및 공사기간 단축 터널 갱구 구조물 터널 외부 갱구구조물 설치 + 되메움터널 매입형 갱구구조물 설치(규모축소) ∙ 갱구구조물 규모축소 ∙ 갱구 토공(성토) 배제 및 거푸집 설치 최소화 ⇒ 공사기간 단축 및 공사비 감소 시공성 개선 및 유지관리비 감소 3.2 신기술(ETPM공법)의 공사기간 기존 터널 갱구부 공법과 ETPM공법의 공사기간을 분석한 결과, ①갱구부 비탈면 절취 배제 또는 최소화, ④연속적인 갱구부 터널 굴착 및 보강, ⑥단순한 개착 구조물 공정의 공사기간 단축으로 기존 터널 갱구부 공법 대비 ETPM 공법이 <그림 4> 기존 터널 갱구부 형성공법 및 ETPM공법 공사기간 분석Vol. 23, No. 4 95 미니 파이프루프 수평보강 구조와 매입형 갱구구조물을 이용한 터널 갱구부 시공방법(ETPM공법) 약 2.0배 이상의 공사기간이 단축되는 것으로 검토되었다. 터널 갱구부의 대절취 비탈면 또는 대규모 비탈면 보강공법 의 적용이 계획된 경우, 기존 터널 갱구부 공법의 ①갱구부 비탈면 절취 공사기간이 크게 증가됨에 따라, 본 ETPM 공법 의 공사기간 단축효과는 보다 커질 것으로 기대된다. 3.3 신기술(ETPM공법)의 경제성 터널 갱구부 형성은 다양한 지형, 지층, 지반조건, 터널 개소수 및 규모 등으로 모든 터널 갱구부 조건에 부합되는 ETPM공법의 정확한 경제성을 평가하기 곤란하나, 기존 터널 갱구부 형성공법의 비탈면 규모(절취고), 굴착조건 및 비 탈면 보강공법 적용조건을 고려한 공사비를 검토하여 ETPM공법의 경제성을 검토한 결과, 일반적인 병설터널 기준, 절 취고(h) 20.0m이상의 제어발파조건과 비탈면 보강공법(Soil Nail, Earth Anchor, 절토부 옹벽 등)이 적용되는 조건에 서는 기존 터널 갱구부 형성공법 대비 ETPM공법의 경제성이 큰 것으로 검토되었다. 터널 갱구부의 용지보상비, 민원처 리비 및 유지관리비 등을 고려할 경우, ETPM공법의 경제성이 보다 클 것으로 판단된다. <표 2> 기존 갱구부 형성공법과 ETPM공법 경제성 분석 구분비탈면 절취고(h) 터널형식 병설터널단선터널 터널 갱구부 비탈면 절취 일반발파조건 h < 20.0m×× h > 20.0m○× 제어발파조건 h < 20.0m○× h > 20.0m◎○ 터널 갱구부 비탈면 보강 Soil Nail-◎○ Earth Anchor-◎◎ 절토부 옹벽-◎◎ ※ 기존 갱구부 형성공법 대비, × : ETPM공법 고가, ○ : ETPM공법 검토필요, ◎ ETPM공법 : 경제성 우수 4. 기술적, 경제적 파급효과 근래 친환경 터널 갱구부 형성에 대한 관심과 이해가 커짐에 따라, 본 ETPM공법은 국내 터널 갱구부 설계기준에 부 합하는 조건에서 안정성, 시공성, 경제성, 공사기간 단축 및 안정적인 시공능력 제공 등을 모두 제공할 수 있다. e-나라지표(2020)자료에 의하면, 2020년 12월 현재 국내 철도 및 도로터널 시공은 총 2,742개소, 2,157km이며, 매 년 약 10.0%의 터널 시장이 증가되고 있으며, 근래 친환경, 저탄소 소비시공환경 및 유지관리 비용 감소 등에 대한 관심 과 기대치가 급속히 높아지는 현황을 고려할 때, 본 ETPM공법의 수요는 크게 증가될 것으로 판단된다.터널 신기술 소개 96 자연,터널 그리고 지하공간 <그림 5> 국내 터널 터널현황 5. 향후 활용가능분야 및 활용전망 최근 교통시설이 고속화 및 직선화됨에 따라, 대절취, 편경사 대절취 및 대규모 보강 비탈면 터널 갱구부가 형성되는 상황이 다수 발생되는데, 본 ETPM공법을 적용할 경우, 터널 갱구부의 안정성을 확보하는 전제조건에서 친환경적인 선 진국형 터널 갱구부를 다음 사례와 같이 형성시킬 수 있을 것으로 판단된다. ▣ 새만금~전주간 고속도로 제8공구 상관터널 갱구부 적용사례 구분터널 시점 갱구부터널 종점 갱구부 ETPM공법 적용계획 ∙ 운용중 고속도로 성토제체 하부통과조건 → 운용중 고속도로 안정성 및 터널 갱구부 안정성 확보 ∙ 과도한 편경사 대절취 비탈면 형성 → 편경사 지형에 순응하는 친환경 터널 갱구부 형성Vol. 23, No. 4 97 미니 파이프루프 수평보강 구조와 매입형 갱구구조물을 이용한 터널 갱구부 시공방법(ETPM공법) ▣ 중앙선 도담~영천 제3공구 영주터널 갱구부 적용사례 구분당초 실시설계ETPM공법 변경계획(완공) 시점부 절토옹벽 8단 → 급경사 시공 불가, 민원발생안정성, 시공성, 환경성, 경제성 증대, 민원해결 종점부 절토옹벽 9단 → 안정성 미확보, 민원으로 시공불가안정성, 시공성, 환경성, 경제성 증대, 민원해결 ▣ 함양~창녕간 고속도로 제6공구 대병2터널 종점 갱구부 적용사례 구분당초 실시설계ETPM공법 변경계획(본선터널 굴착중) 종점부 과도한 비탈면 절취 및 보강공법 적용갱구부 절취면적 최소화 및 안정성 확보Next >