< Previous28 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 3 최근 기계 공학 및 전자 기술의 급격한 발전과 스마트 건설로의 전환과 함께 TBM 터널 기술도 혁신적인 변화를 가 져오고 있다. 이와 같은 TBM 터널의 기술 발전과 트랜드를 표 1에 정리하였다. 표에서 보는 바와 같이 초단면화, 초장대 화, 초굴진화, 대심도화 및 초근접화의 5-Hyper(超)와 복합화, 기계화, 스마트화, 안전화, 아트화의 5-High(高)로 요약 된다. <표 1> TBM 터널의 기술 발전과 트랜드 Key wordAs-isTo-Be 5-Hyper 超(초) 초단면화더 크게직경 10m급 내외직경 15m급 이상 초장대화더 길게연장 수km 내외연장 수십km 이상 초굴진화더 빠르게굴진율 수m/일 굴진율 수십m/일 대심도화더 깊게지하심도 30m 내외 지하심도 50m 이상 초근접화더 가깝게 이격거리 1.0D 이상이격거리 수m 이내 5-High 高(고) 복합화복합 다기능Single-Function Multi-Function 기계화 고성능 기술기계 장비 위주첨단 기술 적용 스마트화디지털 기술Monitoring dataBIM 기술 응용 안전화시스템 관리정성적 안전 관리정량적 리스크 관리 아트화미적 디자인단순한 굴착기계상징화된 의미 숫자와 그림으로 보는 TBM 터널 Trends and Changes of TBM Tunnelling 김영근 한국터널지하공간학회 부회장 (주)건화 지반터널부 부사장 공학박사/기술사Vol. 24, No. 3 29 <표 2> 5-Hyper TBM tunnel ▪ Hyper(超) 대단면화The Larger ∙ 직경 14~15m급 Mega TBM 적용 확대 ∙ 세계 최대 TBM 단면 17.6m - 홍콩 TMCLK 터널(도로) ∙ 국내 최대 TBM 단면 13.98m - 김포파주 고속도로 한강터널(도로) ▪ Hyper(超) 초장대화The Longer ∙ 연장 50km이상의 초장대 터널 건설 증가 ∙ 세계 최장대 TBM 터널 57.5km (직경 11m) - 스위스 Gotthard Base 터널 (철도) ∙ 국내 최장대 TBM 터널 22.3km (직경 3.3m) - 영천 도수로 터널 (수로) ▪ Hyper(超) 굴진화The Faster ∙ 직경 14~15m급 Mega TBM 적용 확대 ∙ 세계 최대 월굴진율 1,482m (직경 10.8m) - 미국 시카고 TARP 터널 (수로) ∙ 세계 최대 일굴진율 106m (직경 9.6m) - 스페인 La Cabrera 터널 (철도) ▪ Hyper(超) 대심도화The Deeper ∙ 도심지 터널의 대심도화 (지하 50m이하) ∙ 세계 최대 심도 터널 /지하 2300m - 스위스 Gotthard Base 터널 (철도) ∙ 도심지 대심도 터널 / 지하 80m - 싱가포르 케이블 터널 (유틸리티) ▪ Hyper(超) 초근접화The Closer ∙ 도심지 구간에서 초근접 시공 증가(수m 이내) ∙ 도심지 터널 초근접 이격거리 1m - 미국 맨하탄 East Side Access터널 (지하철) ∙ 도심지 터널 이격거리 2.7m - 중국 베이징 Metro Line 10 (지하철)30 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 3 숫자와 그림으로 보는 TBM 터널 <표 3> 5-High TBM technology and trend ▪ High(高) 복합화More Complex ∙ 도로와 철도 기능의 복합화 (Combined) ∙ 도심지 복합터널 / 복층구조 - 호주 브리스번 (도로+메트로) ∙ 대단면 복합터널 / 복층구조 직경 15.2m - 중국 Sanyang 하저터널(고속도로+철도) ▪ High(高) 기계화More Mechanized ∙ TBM 장비의 첨단 자동화 ∙ TBM Robot 기술 - 프랑스 Chiltern 터널 (철도) ∙ 고수압 대응 기술 - TBM Hyperbaric Chamber/Intervention ▪ High(高) 스마트화The Smarter ∙ 대형 터널프로젝트에 BIM 기술 적용 ∙ 통합 4D-BIM 운영 - 공정관리 및 설계에서부터 유지관리까지 ∙ 싱가포르 지하공사 - Integrated Digital Delivery(IDD) 적용 ▪ High(高) 안전화The Safer ∙ 지하공사에서의 안전 리스크 관리 강화 ∙ 싱가포르 LTA - Total Safety Management System ∙ 국제터널협회(ITA) 및 영국 CDM - 정량적 Risk Management System(RMS) ▪ High(高) 아트화Art Design ∙ TBM 장비의 예술적 디자인 (상징성 부여) ∙ 국가적 상징 - 국기를 형상화 - 인도, 스페인, 터키, 이태리, 캐나다 등 ∙ 발주기관 및 SPC 상징 - 프로젝트 형상화 - 호주 West Gate Tunnel 프로젝트Vol. 24, No. 3 31 2. 초대단면화 - The Larger TBM 장비 제작기술이 발전함에 따라 TBM 터널 직경은 점점 커지고 있다. 지하철 터널이 직경 7m~8m급, 철도 터널 이 직경 12m~14m급, 도로터널이 직경 14m~15m급이며, 그림 1에는 TBM 직경크기 비교가 나타나 있다. <그림 1> TBM 직경 크기 비교 1985년 이후부터 최근까지의 적용된 TBM 터널 직경이 그림 2에 나타나 있다. 그림에서 보는 바와 같이 TBM 직경이 점차적으로 점점 커지고 있음을 확인할 수 있으며, 국내 최대 TBM 터널인 한강터널의 TBM 직경을 표시하였다. <그림 2> Increasing TBM diameters during 1985-201232 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 3 숫자와 그림으로 보는 TBM 터널 독일 TBM 장비제작사인 Herrenknecht에서 제시한 TBM 직경에 대한 크기 비교는 그림 3, 그림 4, 그림 5에 나타난 바와 같다. EPB 쉴드는 15.20m(마드리드, 2006), Mix 쉴드는 17.6m(홍콩, 2013)으로 나타났다. <그림 3> EPB shields and mix shield 직경 크기 비교 <그림 4> Development of TBM diameter / EPB shields (from Herrenknecht) <그림 5> Development of TBM diameter / Mix shields (from Herrenknecht)Vol. 24, No. 3 33 <표 4> TBMs of more than 14m in diameter used and currently operating or on order for projects around the world DateCountryProject TBM manufacturerDiameter 2020ChinaZhenzho undersea highway crossing, Shenzhen 2 TBMs 15.03m 2020ChinaMawan undersea highway crossing, Shenzhen 2 slurry TBMs one a STEC machine 14.90m 2020China Genshan East highway crossing under Qiantang River, Hanzhou 1 CRCHI slurry TBM15.01m 2020AustraliaMelbourne West Gate Highway2 Herrenknecht EPBMs 15.60m 2018ChinaNanjing MeiZiZhou Tunnel 1 Herrenknecht Mixshield Ex-Nanjing Machine 15.43m 2018China Shanghai Zhou Jia Zui Road River Crossing Motorway 1 Herrenknecht Mixshield14.90m 2017ChinaSuai highway tunnel, Shantou1 CREG slurry TBM15.30m 2017ChinaShantou Su'Ai Sub-sea Tunnel East1 Herrenknecht Mixshield14.96m 2017ChinaShenzhen highway tunnel1 CREG slurry TBM15.80m 2017JapanTokyo Outer Ring Road Kan-etsu to Tomei 4 machines 1 Kawaski, 3 JIM 16.10m 2017ChinaShanghai Zhuguang Road Tunnel 1 Herrenknecht EPBM Ex Auckland Waterview TBM 14.41m 2016ChinaShanghai Yanjiang A30 Motorway 2 Herrenknecht Mixshields Ex Shanghai Changjiang under river project 15.43m 2016ChinaShanghai Bei Heng Motorway 1 Herrenknecht Mixshield15.53m 2016ChinaZhuhai Hengqin Tunnel 1 Herrenknecht Mixshield Ex Shanghai Hongmei Road Tunnel TBM 14.90m 2016ItalySanta Lucia Highway Tunnel, A1 near Firenze1 Herrenknecht EPBM15.87m 2015Hong KongLung Shan Tunnel on Liantang Highway Project 1 NFM TBM14.10m 2015Hong KongTuen Mun-Chek Lap Kok subsea highway link 2 Herrenknecht Mixshields 1 Herrenknecht Mixshields 17.60m 14.00m 2015China Wuhan Metro Line 7 Sanyang Road river crossing (Metro + 3 Lane road) 2 Herrenknecht Mixshields15.76m 2013ChinaShouxhiou Lake Highway Tunnel 1 Herrenknecht Mixshield Ex-Nanjing Machine 14.93m 2013ItalyCaltanissetta highway tunnel, Sicily1 NFM Technologies EPBM15.08m 2011China Shanghai West Changjiang Yangtze River Road Tunnel 1 Herrenknecht Mixshield Ex-Shanghai Changjiang highway 15.43m 2013New Zealand Waterview highway connection, Auckland1 Herrenknecht EPBM14.41m34 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 3 숫자와 그림으로 보는 TBM 터널 <표 4> TBMs of more than 14m in diameter used and currently operating or on order for projects around the world (계속) DateCountryProject TBM manufacturerDiameter 2011USAAlaskan Way highway replacement tunnel 1 Hitachi Zosen EPBM17.48m 2011ChinaWeisan Road Tunnel, Nanjing2 IHI/Mitsubishi / CCCC slurry TBMs14.93m 2012ChinaShanghai Hongmei Road1 Herrenknecht Mixshield14.93m 2011ItalyA1 Sparvo highway tunnel1 Herrenknecht EPBM15.55m 2010SpainSeville SE-40 Highway Tunnels2 NFM Technologies EPBMs14.00m 2010ChinaHangzhou Qianjiang Under River Tunnel 1 Herrenknecht Mixshield Ex-Shanghai Changjiang highway 15.43m 2009ChinaYingbinsan Road Tunnel, Shanghai1 Mitsubishi EPBM Ex-Bund Tunnel machine14.27m 2008ChinaNanjing Yangtze River Tunnel2 Herrenknecht Mixshields14.93m 2007ChinaBund Tunnel, Shanghai1 Mitsubishi EPBM14.27m 2006ChinaJungong Road Subaqueous Tunnel, Shanghai1 NFM slurry shield Ex-Groenehart machine14.87m 2006China Shanghai Changjiang under river highway tunnel 2 Herrenknecht Mixshields15.43m 2006CanadaNiagara Water Diversion Tunnel 1 Robbins Gripper TBM Rebuilt Manapouri machine 14.40m 2005SpainMadrid Calle 30 Highway Tunnels2 machines / 1 Herrenknecht, 1 Mitsubishi15.20m 2004RussiaMoscow Silberwald Highway Tunnel 1 Herrenknecht Mixshield Ex-Elbe project machine 14.20m 2004China Shangzhong Road Subacqueous Tunnel, Shanghai 1 NFM Technologies Ex-Groenehart machine 14.87m 2004JapanTokyo Metro1 IHI EPBM14.18m 2001RussiaMoscow Lefortovo Highway Tunnel 1 Herrenknecht Mixshield Ex-Elbe project machine 14.20m 2000NetherlandsGroenehart double-track rail tunnel1 NFM Technologies14.87m 1997GermanyHamburg 4th Elbe River Highway Tunnel1 Herrenknecht Mixshield14.20m 1994JapanTrans Tokyo Bay Highway Tunnel 8 machines 3 Kawasaki, 3 Mitsubishi, 1 Hitachi, 1 IHI 14.14mVol. 24, No. 3 35 그림 6에는 세계적으로 운영중이거나 준공된 TBM 터널에서의 최대 TBM 직경을 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 TBM 직경 최대 17m급이 미국과 홍콩에서 적용된 바 있음을 확인할 수 있다. <그림 6> Mega TBMs in the world 그림 7에는 국내 최대 TBM 직경과 세계 최대 TBM 직경을 비교하여 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 현재 계 획중인 최대 TBM 직경은 러시아에서 구상중인 19.2m, 준공된 최대 TBM 직경 홍콩에서의 17.6m, 국내 최대 TBM 직경 은 13.98m로 조사되었다. <그림 7> TBM 직경 비교36 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 3 숫자와 그림으로 보는 TBM 터널 3. 초장대화 - The Longer TBM 장비 제작 기술과 굴진 기술이 발전함에 따라 TBM 터널의 연장은 점점 길어지고 있다. 그림 8에는 세계적인 초 장대 터널을 나타낸 것으로 산악을 통과하거나, 해저를 통과하는 철도터널은 초장대화 되고 있으며, 세계 최장대 터널은 57.5km의 스위스 고타드 베이스 터널이다. <그림 8> 7 Longest tunnels in the world (NATM and TBM) 그림 9에서 보는 바ㅘ 같이 국내 최장대 터널은 NATM 공법으로 굴착된 연장 50.3km의 율현 터널이며, TBM 공법으 로 굴진된 경우는 연장 33km의 영천댐 도수로 터널이다. 현재 시공중인 국내 최대 TBM 터널은 한강하저를 통과하는 한 강터널로 연장 2.86km이다. <그림 9> Longest TBM tunnels in the world and KoreaVol. 24, No. 3 37 그림 10에는 세계적으로 운영중이거나 준공된 TBM 터널에서의 초장대 TBM 터널을 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바 와 같이 세계최대 장대터널은 연장 137km의 미국의 Delaware Aqueduct로 조사되었다. <그림 10> Longest tunnels in the world 국내의 경우 해저를 통과하는 해저터널이 초장대 터널로 계획중에 있다. 그림 11에서 보는 바와 같이 목포제주 해저터 널, 한일 해저터널 및 한중 해저터널 등이 TBM 공법으로 구상중에 있다. <그림 11> 국내에서 구상중인 초장대 해저터널Next >