< Previous고준위 방사성폐기물 심층처분장 건설: 현황과 시공기술 발전 방향 18 자연,터널 그리고 지하공간 하는 처분장 시공기술이 개발되면 장기적 격리 안전성을 높일 수 있고 수직 처분 방식 외에 다른 방식의 처분장 개발 가능 성을 기대해 볼 수도 있을 것이다. 넷째, 지하 환경 관리 및 지속가능성을 확보하는 기술이 중요해지고 있다. 특히 처분장 내 미생물학적 영향 제어 기술 이 연구되고 있으며, 미생물이 방사성 물질의 이동에 미치는 영향을 최소화하는 기술 개발이 진행 중이다[17]. 국제적으 로 미생물학적 안정성을 확보하기 위한 기술적 접근이 활발히 이루어지고 있으며, 이러한 연구 성과는 국내 기술 개발에 도 중요한 참고자료가 된다. 마지막으로, 기술적 ․ 사회적 합의와 국제협력 강화가 필요하다. 기술 개발뿐 아니라, 사회적 수용성을 확보하기 위한 투명한 정보공개 및 소통기술의 발전도 병행되어야 한다. 또한, 선진국과의 지속적인 기술 교류 및 공동 연구를 통해 국 내 기술력을 높이고, 최신 기술과 표준을 국내 심층처분장 건설에 효과적으로 적용해야 한다. 향후 기술 개발은 국제적 기준을 준수하고 지속 가능한 기술 개발을 목표로 하는 것이 중요하다. 다양한 국가에서 진행 중인 연구를 통해 얻어진 경험과 기술적 노하우를 면밀히 분석하고 국내 상황에 맞게 적용하는 것이 필요하다. 5. 결론 및 제언 고준위 방사성폐기물 심층처분장 건설은 단순한 기술적 과제를 넘어 국가적, 사회적, 환경적 과제로 확장되고 있다. 본 연구에서는 국내외 심층처분장 건설 현황과 시공기술의 발전 방향을 면밀히 분석하였다. 이를 통해 도출된 결론과 정책적 제언은 다음과 같다. 첫째, 고준위 방사성폐기물의 안전한 처리를 위해서는 심층처분장 건설이 필수적이며, 이를 위한 기술적 준비가 체계 적으로 이루어져야 한다. 현재 국내에서는 한국원자력연구원(KAERI)을 중심으로 처분장 성능기준을 충족하는 공학적 방벽 설계와 처분장 설계 요소 개발이 진행되고 있으며, 한국건설기술연구원(KICT) 등에서는 처분장 건설을 위한 다양한 시공기술이 연구되고 있다. 그러나 이러한 기술들의 실효성을 확인하기 위해서는 실제 현장 조건에서의 다각적인 검증이 필수적이다. 향후 국내 심층처분장 건설을 위해서는 국제적 기술 표준을 적극적으로 도입하고, 이를 기반으로 한 맞춤형 기술 개발이 필요하다. 둘째, 안전성 강화를 위한 첨단 기술의 도입이 필수적이다. 특히, AI 기반 모니터링 시스템, 스마트 센서 및 원격 제어 기술은 시공 단계뿐만 아니라 장기적인 관리 단계에서도 유효한 기술적 해법이 될 수 있다. 이러한 기술은 처분장 내부의 미세한 변화까지도 실시간으로 감지할 수 있도록 하여 잠재적 위험 요소를 조기에 식별하고 대응할 수 있게 한다. 셋째, 벤토나이트와 같은 완충재의 장기적 안정성 확보를 위해 고온 및 자하수 유입 조건등 여러 조건에서의 열-수리 -역학-화학적 거동 분석이 지속적으로 이루어져야 한다. 이를 통해 처분장부지 면적을 저감할 수 있는 고기능 완충재 개 발이 가능하고 국내의 지리적 조건에 적합한 처분장 설계가 가능할 것으로 판단된다. 넷째, 사회적 수용성 확보는 기술 개발과 동등한 비중을 가지고 추진되어야 한다. 국제적으로 핀란드, 스웨덴 등은 지 역사회와의 투명한 소통과 신뢰 구축을 통해 처분장 건설을 성공적으로 추진할 수 있었다. 따라서 한국도 처분장 후보지 주민들과의 상호 소통을 강화하고, 기술적 안전성에 대한 신뢰를 구축하는 것이 중요하다. 다섯째, 국제적 협력과 정보 교류를 통해 기술적 시너지를 창출해야 한다. 각국의 선진 기술을 도입하고, 이를 국내 실 정에 맞게 개량하는 것이 필요하다. 또한, 공동 연구와 인력 교류를 통해 기술력 향상과 국제적 신뢰도 제고를 동시에 추Vol. 27, No. 2 19 구할 수 있다. 마지막으로, 정책적 지원이 기술 개발과 사회적 합의 형성에 필수적인 역할을 한다. 정부는 장기적인 기술 개발 로드맵 을 수립하고, 재정적 ․ 제도적 지원을 통해 기술 개발을 촉진시켜야 한다. 또한, 처분장 건설과 운영에 대한 명확한 법적 ․ 제도적 기준을 마련하여 기술적 안정성과 사회적 신뢰를 동시에 확보해야 한다. 본 연구에서 제시한 제언은 한국의 고준위 방사성폐기물 처분장 건설을 위한 구체적인 기술적 ․ 정책적 로드맵을 마련 하는 데 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 향후 연구는 구체적인 기술 개발 사례와 현장 실증 연구를 중심으 로 보다 구체적인 실행 방안을 제시하는 방향으로 확대되어야 한다. 참고문헌 1. 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NMT (Norwegian Method of Tunneling) 터널 공법 역시 굴착 주변 지반의 지지력을 최대한 활용한다는 점에서 NATM의 개념과 유사하다고 할 수 있다. NMT와 NATM과의 가장 큰 차이는 NMT가 수많은 경험과 사례를 통해 보완되 고 발전한 Q-system에 의해 지보패턴이 결정된다는 데 있다. Q-system에서 암반 특성, 크기, 용도 등에 따라 숏크리트 의 요구 성능과 두께가 달라지고, 부식방지 록볼트의 길이와 설치간격이 결정된다. 숏크리트와 록볼트는 시공뿐 아니라 운영 중에도 지보재 역할을 수행하는 것으로 간주된다. 암반이 불량할 경우에는 RRS (Reinforced Ribs of Shotcrete) 를 적용하여 터널을 안정화한다. RRS는 숏크리트와 록볼트의 1차 지보 완료 후 다수의 철근과 숏크리트로 추가 보강하는 방법으로 지반 하중에 대한 지보재의 저항력을 향상시키는 역할을 한다. 국내의 일반적인 NATM 터널 공법에서는 숏크리트와 록볼트를 기본 지보재로 하고, 암반이 불량할 경우 H-형강 또는 격자지보재의 강지보재를 추가 설치하여 터널 굴착 후 낙반이나 붕락을 방지하고 초기 지반 변형을 억제하여 안정성을 확 보한다. 그렇지만 불규칙한 터널 벽면과 강지보재 사이의 공간을 채우기 위해 숏크리트 물량이 과다해지고(박연준 등, 2010), 강지보재 배면 공극으로 지하수 유로가 형성되는 등 여러가지 문제점을 가지고 있다. RRS (Reinforced Ribs of Shotcrete) 터널 지보방법의 국내 적용을 위한 기술 개선: RCS (Rebar Coupled Shotcrete) 개발 김동현 GS건설 미래기술원 지반터널팀 책임연구원 이상필 GS건설 미래기술원 지반터널팀 수석 나상민 GS건설 미래기술원 지반터널팀 책임연구원 정진우 GS건설 미래기술원 지반터널팀 전임연구원 서원석 GS건설 미래기술원 기반기술연구센터장Vol. 27, No. 2 21 본 기고에서는 NMT 공법의 RRS를 개선하여 국내 NATM 공법에 적용할 수 있도록 개발한 RCS (Rebar Coupled Shotcrete) 기술에 대해 소개하고, 강지보재와의 강성 비교를 통해 RCS의 강지보재 대체 및 보완 가능성을 검토해보고 자 한다. 2. 강지보재의 역할과 문제점 강지보재는 지반이 불량한 조건에서 터널 굴착 후 설치되어 터널의 낙반이나 붕락을 방지하는 목적의 강재 지지 구조 물이다. 터널 벽면과 강지보재 사이를 채우는 숏크리트가 경화된 후에는 숏크리트와 같이 지반 하중을 지지하고 지보 능 력을 향상시키는 역할을 한다. 그렇지만, 강지보재는 다음과 같은 문제점들을 내포하고 있다. ∙ 실제 시공에서는 그림 1과 같이 look-out (천공에 의한 여굴), 절리 등에 따른 여굴로 인해 굴착 단면이 설계 단면보다 커진다. 강지보재의 형상이 고정되어 있기 때문에 실제 터널 벽면과 강지보재 사이를 채우기 위해 숏크리트 물량이 과 다해지고, 강지보재 구간이 돌출되는 현상이 발생한다. ∙ 굴착면과 밀착되어 설치되지 않기 때문에 굴착 초기, 즉 숏크리트가 경화되기 전까지는 굴착에 의해 발생하는 지반하 중이 강지보재에 거의 전달되지 않는다(Qi et al., 2024). ∙ 강지보재의 배면에 숏크리트가 밀실하게 타설되지 않으면 공극이 발생하고 그림 2와 같이 지하수 유로가 형성되어 강 재의 부식을 유발할 수 있다(김영근 & 마상준, 2023). ∙ 강지보재 바닥부 침하 시 변형이 발생할 수 있다(김기현 등, 2020, Barton et al., 2024). ∙ 터널의 크기, 형상이 달라지면(확폭부 등의 변단면 구간) 별도의 강지보재 설계와 제작이 이루어져야 한다. ∙ 강지보재는 이형철근과 달리 표면이 매끈한 형상이므로 숏크리트와 일체화 거동을 위해 스터드(Stud) 등과 같은 별도 의 결합재가 추가될 필요가 있다. ∙ 대단면 터널 상부가 분할 굴착으로 되어 있고 강지보재 보강이 포함되는 경우, 상부 전체 굴착이 완료되기 전까지는 강 지보재가 지보재로서의 역할보다는 매달려 있는 하중으로 작용하게 된다. <그림 1> 여굴로 인한 실제 굴착선 사례22 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 RRS (Reinforced Ribs of Shotcrete) 터널 지보방법의 국내 적용을 위한 기술 개선: RCS (Rebar Coupled Shotcrete) 개발 <그림 2> 강지보재 구간 지하수 누수 사례 3. RRS 기술의 개요 및 국내 적용 문제점 RRS는 NMT에서 불량한 지반에 적용하는 핵심적인 지보 방법이다. 1993년 Q-system에서 Q값이 1 이하인 암반에서 CCA (Cast Concrete Arches)를 일부 대체할 수 있는 기술로 RRS가 처음 소개되었고(그림 3), 2012년에는 RRS가 CCA를 완전히 대체하게 되었다(그림 4). <그림 3> Q-system (1993)Vol. 27, No. 2 23 <그림 4> Q-system (2012) RRS가 CCA를 대체할 수 있게 된 주요 이유는 숏크리트의 성능이 향상되고 Double RRS 기술이 개발되었기 때문이다 (그림 5). Double RRS는 복철근과 바닥 인버트 설치를 통해 터널의 구조적 안정성을 더욱 증가시킨 방법이다(그림 6). RRS는 철근과 숏크리트가 일체화된 구조체를 형성하여 터널 종단면을 따라 일정한 간격으로 설치되어 터널의 안정성 을 향상시킨다. 숏크리트 단면에 맞춰 설치되므로 과굴 시에도 숏크리트 타설량이 크게 증가하지 않고, 배면 공극이 발생 하지 않는다. 특히 록볼트와 결합되어 설치되므로 굴착 초기 낙반이나 붕락 방지에 효과적이다. RRS를 기존 강지보재와 비교한 국내외 연구로는 한국도로공사(2007), 박연준 등(2010), Chuande Qi 등(2024)이 있 고, 결론을 종합하면 다음과 같다. ∙ 철근보강 숏크리트가 초기 변위의 억제에 매우 효과적이고, 복합부재로서의 휨강도도 아주 우수한 것으로 확인되었다. 다만, 변형이 크게 발생할 경우에는 휨내력이 다른 강지보재에 비해 떨어지는 것으로 나타났다(한국도로공사, 2007). ∙ H-형강이나 격자지보재에 비해 휨강도가 높거나 비슷하며, 잔류강도비나 등가휨강도비도 큰 차이를 보이지 않아 더욱 효율적인 지보재로 평가된다(박연준 등, 2010). ∙ 숏크리트가 경화되기 전까지 주변 암반 하중이 격자지보재로 전달되는 것은 제한적이며, 7일 후 숏크리트와 격자지보 재가 시너지 효과를 형성한다. 철근보강 숏크리트의 지보효과가 격자지보재보다 우수하다(Qi et al., 2024).24 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 RRS (Reinforced Ribs of Shotcrete) 터널 지보방법의 국내 적용을 위한 기술 개선: RCS (Rebar Coupled Shotcrete) 개발 (a) Single RRS(b) Double RRS <그림 5> Single RRS & Double RRS <그림 6> Double RRS 설치 사례(복철근 & 인버트 설치) RRS는 숏크리트와 록볼트의 1차 지보 이후 추가적으로 실시하는 보강 방법이다. 지반상태에 따라 매 막장마다 설치하 거나 2~3개의 RRS를 한 번에 설치하기도 한다. 그림 7에서 실제 현장의 터널 막장면 후방으로 3개의 RRS를 한 번에 시 공하는 것을 볼 수 있다.Vol. 27, No. 2 25 <그림 7> RRS 시공 사례(노르웨이) NMT는 숏크리트와 록볼트, 그리고 RRS가 터널 운영 중에도 지보 역할을 수행하는 싱글쉘(Single-Shell) 터널 공법 이다. 기본적으로 현장타설 라이닝이 필요하지 않기 때문에 국내와 유사한 터널단면에서도 30cm 이상의 두께를 형성하 는 RRS 시공이 이루어질 수 있다(그림 8). 하지만, 현장타설 라이닝이 필수적으로 설치되어야 하는 국내에서는 RRS 공법 도입을 위해서는 굴착단면이 확대되어 야 하는 문제가 있다. 국내에 RRS 기술의 원리를 활용하기 위해서는 현장타설 라이닝의 두께를 감안한 기술의 개선이 필 요하다. <그림 8> RRS 설계 사례(노르웨이) 4. RCS 시스템 개발 4.1 RCS 개요 및 RRS와의 차이점 RRS의 국내 적용을 위해 터널 굴착 직후 시공되는 숏크리트와 록볼트 공정 안에 RRS 방법을 포함시키는 것을 고안하 였고, 이 방법을 RCS (Rebar Coupled Shotcrete)라고 명명하였다.26 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 RRS (Reinforced Ribs of Shotcrete) 터널 지보방법의 국내 적용을 위한 기술 개선: RCS (Rebar Coupled Shotcrete) 개발 그림 9와 같이 록볼트와 결합된 연결재(크로스바)를 이용하여 약 10cm 내외로 타설된 1차 숏크리트면 위에 다수의 철 근을 거치시키고, 2차 숏크리트를 타설하면 철근과 숏크리트, 그리고 록볼트가 결합된 합성 구조체가 형성된다. 이 구조 체는 터널의 횡단면으로 하중을 지지하면서 터널 아칭효과를 높이고, 종단면으로도 하중 분담을 통한 아칭효과를 발생시 킨다(그림 10). <그림 9> RCS 시스템 개요 <그림 10> RCS 시스템 역할 그림 11에서 4-1 type 암반에서 숏크리트 내에 다수의 철근이 연결재를 통해 록볼트와 결합된 모습을 볼 수 있다. 록 볼트의 plate와 ring nut의 길이로 인해 RCS구간은 일반 구간에 비해 숏크리트 두께가 40mm 증가하게 된다. 이 구간Vol. 27, No. 2 27 에서 현장타설 라이닝 두께가 350mm이면 일반 구간은 390mm 두께가 된다(그림 12). 앞서 그림 1에서 터널의 실제 굴착면은 여굴로 인해 설계 굴착선보다 100~300 mm 정도 안쪽에 형성되기 때문에 최 종 숏크리트면 역시 설계 숏크리트면보다 안쪽에 위치하게 된다. 현장타설 라이닝 공정에서 소요되는 콘크리트 물량은 이 공간을 채우기 위해 20~30% 증가하기도 한다. 설계에서 증가되는 40mm 두께는 여굴로 인해 추가로 채워야 하는 콘크 리트 두께에 비해 매우 작아 시공에 문제가 없을 것으로 판단된다. <그림 11> RCS 연결 상세(4-1 type) <그림 12> RCS 지보 도면(4-1 type)Next >