터널 공사? 굴착공법

한국은 산이 많고 부지가 좁다보니까 이를 연결하기 위해서 일반적인 도로가 아닌 터널을 뚫어서 연결하는 경우가 많습니다. 터널을 보면 다 똑같이 생긴것 같지만 그 형태와 역할에 따라서 종류가 많습니다. 1단면 터널 양뱡향 터널 , 해저 터널, 산악터널 등 이 있습니다. 거제도로 가는길에 대우건설에서 시공한 해저 터널의 경우에는 그 기술력이 거의 세계적이라고 할만큼 국내 기술이 정말 뛰어난데요 그렇기 때문에 해외 중동, 싱가폴, 홍콩 등에 그 기술력으로 세계의 많은 공사를 책임지고 있습니다. 

해외에서 나가는 많은 터널들이 지하철을 만드는일인데요, 특히나 싱가폴같은경우 국가의 부지가 너무 좁기 때문에 지하로 지하로 지하철을 많이 만들고 있고 국내 삼성물산, SK건설, GS건설, 쌍용건설 등이 나가서 시공하고 있으며, 중국 그리고 해외 유수의 업체들과 경쟁을 하고 있습니다.

터널을 만드는 방법에는 그 기능과 목적에 따라서 그리고 목표물에 환경적, 지형적, 지질적, 외부영향요소 등 많은 부분을 고려하게 됩니다. 터널시공에 대해서 간략 하게 포스팅 해보겠습니다.

1.  터널 공법이란?

-터널굴착은 지반, 지질에 따라 선정을 하며,  발파와 기계공법이 있습니다. 발파공은 NATM, NTM등이 있고 기계공법에는 TBM을 이용한 터널이 있습니다. '

- 이 외에도 굴착방법으로 인력굴착, 기계굴착, 파쇄굴착, 발파 굴착이 있고, 굴진방법에 따라서 전단면 굴착공법과 분할 굴착공법이 있습니다. 분할 굴착공법에는 수평분할국착과 연직분할공법, 선진도갱굴착 방법등이 있습니다.

2. 터널 굴착공법 선정시 고려사항

- 지질 : 터널 굴착을 위해서 고려할 사항이 굉장히 많습니다. 제일 중요한건 지질이 아닐까 합니다. 지질이 약한 곳을 터널 굴착시 내려않는(붕괴) 사고가 발생할수 있기에 그라우팅을 하던지 아니면 기계식 굴착을 통해서 벽을 만들면서 나가는 조치를 취해야 할것입니다. 지질이 암반인 곳같은 경우는 터널을 뚫었을때 붕괴가 나지 않기 때문에 터널시공에 큰 어려움이 없겠지만 그 강도가 너무 강한 암반의 경우에는 공기와 사용 공법을 잘 고려해야합니다. 국내의 많은경우 암에서는 NATM을 이용하는 경우가 많습니다. 폭약식이 위험하지 않냐 주변 진동이나 민원이 많은것 아니냐라는 애기를 할수 있겠지만, 우리가 건설할때 가장 중요한것은 그 목적성과 목적성 달성을 위해서 투입하는 자원입니다. 즉, 터널의 경우는 많은 경우 인프라 사업이고 국가 발전을 위해서 이용하는것이기에 그 예산이 한정적입니다. 한정적 예산에서 그에 맞는 공법을 선정하는것이고, NATM이라는 공법이 기계식 공법, 즉 TBM공법 보다는 훨씬 경제성이 좋기에 선정되는것입니다. 

- 지하수 : 지하수는 지반아래 물을 이야기하는건데요, 지하수가 중요한 이유는 터널을 굴착시에 그 굴착면으로 지하수가 들어와서 붕괴를 일으킬수 있기 때문입니다. 또한 지하수가 꼭 들어오지 않더라도 강우에 의해서 그 수위가 올라가고 그 압력에 의해서 터널단면에 영향을 줄수도 있습니다. 토목은 물과의 싸움이라고 할수 있습니다. 물을 잘 관리하고 통제해야만 안전한 공사가 가능합니다. 

- 설계 : 기획단계의 설계를 컨셉설계라고 하는데요, 이런경우는 터널의 위치와 그 경로가 중요한 요소입니다. 왜냐하면 터널이 지나가는 자리같은 경우는 그 부분이 지주와의 보상이 되어야하기 때문이며 국가 중요시설 및 주변 환경에 따라서 Route가 정해지는 것입니다. 

3. 터널 굴착공법 선정절차

- 굴착공법 선정을 하기 위해서는 조사 설계를 하고 단면과 굴착공법을 선정합니다. 여기서 단면이라는것은 터널마다 상태가 조금씩다른데요, 원형, 마제형, 박스형 등이 있습니다. 

- 단면과 굴착공법은 선정후에는 경제성 시공성 ㅓㅏ안정성을 고려해서 최종 결정을 하고 굴착을 시행하게 됩니다. 

- 터널을 조사하는 방법에는 Face Mapping, RQD, RMR, Q-system등이 있는데 이는 터널을 조사한다기 보다는 암반, 지질을 조사하는것입니다. 앞에서도 언급했듯이 지질 조사는 터널에서 가장 중요한 부분중 하나이고 안전과 경제성 시공성 등 모든것과 연결된 것이기 때문입니다. 그렇기 때문에 국가마다 그 지질이 다르기 때문에 많이 사용되는 굴착공법이 다 다른데요 스위스하면 융프라후가 생각날겁니다. 그만큼 산악지연인 스위스에서는 산악터널이 많이 있고 그에 따른 굴착공법이 많이 이용되고, 싱가폴과 베트남의 경우는 연약지반이 많기에 그에 맞는 기계식 공법을 많이 사용되는 편입니다. 하지만 터널 굴착공법은 단지 한가지 두가지 Factor에 의한 요인이라기 보다는 전체적인부분은 고려해서 결정하는게 맞습니다.

4. 터널 굴착공법의 종류 및 특징

- NATM공법 : NATM공법은 New Austrian Tunneling Method로써 1957년에서 1965년까지 오스트리아에서 연구를 시작으로 1960년에 처음으로 주목을 받았습니다. NATM이라는 이름은 구 오스트리아 터널링 접근 방식과 구별되도록 지어졋고 이 새로운 터널링 방법과 이전의 방법의 차이점은 터널을 안정화 시키기 위해 주변 암석에서 이용할 수 잇는 고유의 지질학적 강도를 이용한다는 것입니다. 즉, 이 부분이 매우 중요한데요. 이전에 터널의 개념은 터널의 공간을 유지하고 붕괴를 막는 힘이 구멍을 뚫고 이를 지지하는 라이닝이나 동바리에 의해서 버틴다고 했지만, 이 개념으로 인해서 터널 굴착구간의 암반이 Arching현상에 의해서 지지한다고 밝힌거죠. 이로 인해서 많은 경제적 이득과 시공성이 높아졌습니다.

- TBM공법 : Tunnel Boring Machine공법은 암석의 드릴링 및 블라스팅 방법과 토양의 기존 "인력 채굴"에 대한 대안으로 사용됩니다. TBM은 주변에 대한 방해를 제한하고 매끄러운 터널 벽을 생성할수 있다는 장점이 있습니다. TBM공법의 경우 가장 큰 비용으로는 장비비용이고, 장비가 투입되어야 공사를 시작할수 있기 때문에 선결제 비용이 크다는 단점이 있습니다. 이는 또한 장비가 고장시 공사비에 큰 타격을 입기도 하기 때문에 검증되고 실적있는 업체를 통해서 장비를 구매 또는 렌탈을 해야합니다. 장비는 국내에서 제작은 하지 않으며 독일에서 제작하고 중국도 제작을 합니다.