하이테크 시대에 우리의 투자 포커스는 어디로? 다음편

안녕하세요 나비곰 입니다.

​어제 무인화 스마트 팩토리가 부동산에 미치는 영향에 대한 내용에 이어

터널착공 공법의 발전과 그것이 부동산시장에 미치는 영향에 대한 내용을 집어보려 합니다.

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나비곰은 방산계열 회사에 있을때 폭발물 관련 생산품을 다뤘습니다.

직무가 화공 베이스의 폭발물 제조는 아니였으나 화약류관리에 대한 자격증을 공부했던 적이 있습니다.

그런데 이분야는 말이 화약류 관리지 실상은 거의 건설/토목관련쪽이였고

우리나라에 존재하는 왠간한 모든 터널은 화약발파를 통해 만들어진 것이나 다름없다는 것을 알게 되었습니다.

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터널뿐아니라 도로건설을 위한 산을 깍거나, 평지지형이 아닌 고르지 않은 지형을 평지지형으로 만들어 버리는데

가장 손쉬운 방법이 다이너마이트를 이용하는 것입니다. 현재도 많이 다이너마이트로 공사를 많이 합니다.

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암반에 공학적으로 계산된 구멍을 여러개 뚫어놔서 다이너마이트를 심어놓고 폭발시키면 터널모양으로 파지고

파괴된 암석들을 밖으로 빼내면서 터널이 조금씩 파지는 원리입니다.

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그런데 다이너마이트는 아무리 폭발력을 줄여도 폭발에너지덕에 지하에서 작업할때 진동과 붕괴에 대한 상당한 리스크를 지고 공사를 합니다.

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따라서 다이너마이트라는 폭발물을 쓰기에

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1. 사람들이 잠자는 야간에 작업은 불가능함

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2. 일정량 이상의 화약을 초과하여 더 큰 폭발력으로 터널을 파내는것 또한 불가능함

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3. 다이너 마이트용 구멍을 뚫고 -> 다이너마이트 장전 및 폭파 -> 파괴된 바위와 암석들 치우기 방식으로 진행되어

하루 작업 가능량의 한계가 명확함

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4. 큰 진동이 가해지기때문에 주변의 다른터널이나 다른 지하지설에 영향을 줄 수 있어 화약식의 공법은

싼값에 할 수 있지만 대규모 지하도시 건설에는 아무래도 한계가 있음

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그래서 TBM(터널 보링 머신)이라 불리는 아주 거대한 드릴로 암만에 구멍을 뚫습니다. 왕복 4차선 만한 거대한 직경을 가진 드릴로 한방에 터널을 뚫는 기법이 있지요 비용이 비싸지만 위의 화약류를 이용한 지하파기의 단점을 모두 상쇄시킵니다.

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몇달된 기사입니다만 일단 김포-파주간 한강 지하터널 굴착기사와 ICT를 적용한 TBM 공법관련 기사를

참고자료로 활용하였습니다.

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http://www.kyeongin.com/main/view.php?key=20220625010004580

수도권 제2순환고속도로 `김포~파주구간` 한강 하저터널 10월 굴진

수도권 제2순환고속도로 김포~파주구간의 한강 하저터널 공사가 오는 10월 중순 시작될 전망이다. 수도권 제2순환고속도로(이하 제2순환도로) 2공구인 김포∼파주구간은 김포시 하성면과..

www.kyeongin.com

수도권 제2순환고속도로 '김포~파주구간' 한강 하저터널 10월 굴진

2025년말 준공 목표

입력 2022-06-25 22:17:52

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수도권 제2순환고속도로 김포~파주구간의 한강 하저터널 공사가 오는 10월 중순 시작될 전망이다.

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수도권 제2순환고속도로(이하 제2순환도로) 2공구인 김포∼파주구간은 김포시 하성면과 파주시 연다산동을 잇는 6.76㎞ 왕복 4차선으로, 한강을 수면 20∼35ｍ 아래로 2.9㎞를 통과하는 최대 난코스 공사구간이 포함돼 있다.

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25일 현대건설과 운정신도시연합회(이하 운정연)에 따르면 현대건설은 한강 하저를 터널로 통과하는 공사를 위해 직경 14m 규모의 실드 TBM 장비를 현재 설치 조립 중에 있다.

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실드 TBM(Shield Tunnel Boring Machine)은 터널 굴착공법 중 하나로 지상에 위치한 구조물 등에 영향을 주지 않고 땅을 파는 동시에 콘크리트 터널구조물을 조립해 나가는 방식이다.

최첨단 터널 굴착공법 '실드 TBM' 이용 지상 구조물 영향주지 않고 구조물 조립 직경 14m 커터헤드 발진기지서 조립중

특히 실드 TBM 공법은 지반 침하나 터널 붕괴 위험성이 낮고 지상에 있는 구조물이나 매설물에 영향을 주지 않지만, 500t 규모의 커터헤드를 조립 및 해제하는데만 6개월 가량이 소요되는 등 공사비는 일반공법의 2배 이상으로 알려져 있다.

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현대건설은 현재 직경 14m 커터헤드를 파주시 송촌동 하저 터널공사 발진기지에서 조립 중에 있으며, 오는 10월 중순 1차 편도(김포방향) 2차선 굴진을 시작할 계획이다.

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현대건설은 1차 굴진공사가 완료되면 장비를 해체한 후 다시 송촌동 발진기지로 가져와 조립해 바로 옆에 2차선 터널을 1개 더 뚫는다. 이같이 1차 굴착 -> 해체 -> 조립 ->2차 굴착까지는 총 40개월(한강 하저터널 공사기간)이 소요될 예정이다.

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수도권 제2순환고속도로는 인천광역시와 경기도를 포함한 수도권 지역을 아우르는 2번째 순환 고속도로로, 기존의 수도권 제1순환고속도로보다 지름이 더 큰 순환선이다. 고속도로 노선번호는 400번이며, 전체의 75% 가량이 민자사업 구간으로, 민간기업들이 구간을 나누어 운영한다.

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한편 김포~파주구간은 당초 한강을 교량으로 통과할 계획이었으나 관계기관 협의 과정에서 환경부는 습지보호구역 피해 예상을 이유로, 문화재청은 재두루미 도래지 보존 필요성으로, 국방부는 군사 작전상 이유를 들어 교량통과를 동의하지 않으면서 하저터널로 변경됐다.

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한강 통과가 하저터널로 바뀌면서 제2순환도로와 자유로의 연결이 안되자 파주시민들이 "제2순환도로 직접적 이용이 어렵다"며 강하게 반발했고, 한국도로공사는 결국 제2순환도로와 시도 41호선이 접속하는 송촌나들목을 설치하기로 확정했다. 김포~파주구간은 오는 2025년 말 완공 예정이다

 

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https://it.chosun.com/site/data/html_dir/2021/07/30/2021073001801.html

터널공사도 ICT로…현대건설, TBM 공법으로 패러다임 혁신

국내 터널공사는 보편적으로 화약을 이용한 발파굴착공법을 사용한다. 발파공사는 저렴한 화약을 사용해 경제성이 높지만 소음, 진동 발생으로 공사 중..

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터널공사도 ICT로…현대건설, TBM 공법으로 패러다임 혁신

입력 2021.08.02

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국내 터널공사는 보편적으로 화약을 이용한 발파굴착공법을 사용한다. 발파공사는 저렴한 화약을 사용해 경제성이 높지만 소음, 진동 발생으로 공사 중 각종 분진이 나와 도심지 공사 시 주민들의 민원이 빗발친다. 자칫하면 대형사고로 이어질 수 있는 크고 작은 지반함몰 사고도 유발해 최근 도심지 공사에서 기피하는 분위기다.

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대안으로 떠오른 것이 TBM(Tunnel Boring Machine) 장비를 이용한 기계화 터널공법이다. 터널단면 크기의 대형 장비가 직접 흙을 굴착하면서 장비 뒤편에서는 터널벽체를 조립하는 방식이다. 발파굴착공법보다 소음·진동, 분진이 적고, 굴착속도가 빠르지만 작업안정성은 오히려 높다.

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정보통신기술(ICT)을 접목한 TBM 공법 연구도 활발하다. 현대건설은 4차산업혁명시대에 발맞춰 TBM 최적운전시스템인 타다스(TADAS·TBM Advanced Driving Assistance System)를 세계 최초로 개발했다. 지반 환경에 따라 커터헤드 회전속도, 굴진추력 등을 최적으로 제안해준다. 오퍼레이터(운전자) 숙련도에 따른 장비 손상 우려도 덜어준다.

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김대영 현대건설 기술연구원 토목연구팀장은 "TBM 최적운전시스템은 굴착 중 생성되는 TBM 데이터로부터 지반 및 장비의 운영상태를 실시간으로 파악하고 운전에 반영한다 "며 "최근 모 복선전철 공사에서 실증을 성공적으로 마쳤으며, TADAS는 TBM 굴착 중 암반강도와 굴착속도 등을 94%의 정확도로 예측했고, TADAS를 적용한 경우 굴진율이 17% 까지 향상했다"고 밝혔다.

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토목연구팀은 지반, 지하공간, 터널 지반 분야를 포함한 교량, 항만 등 주요 토목 분야에 대한 기술을 개발하고 현장에 기술적 솔루션을 제공하는 역할을 한다. 2013년부터 TBM 공법에 대한 연구를 지속적으로 펼쳐왔다.

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TBM 공법은 국내에서 새로운 터널기술로 조명받지만, 해외에서는 이미 오래된 기술로 평가받아 신기술 개발 속도가 둔화하는 추세다. TBM 굴진 속도도 과거 대비 개선이 더디다.

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일론 머스크 테슬라 CEO는 2016년 TBM 전문회사인 터널보링컴퍼니를 설립하고 기존 터널굴착속도 대비 10배, 공사비용을 10분의 1로 낮춘다는 청사진을 발표했다. 하지만 최근 관통된 2.7㎞의 라스베가스 지하터널공사에서도 기존 대비 큰 차이 없는 수준의 굴착속도를 기록한 것으로 알려져 건설업계에 실망감을 안겼다.

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TBM 최적운전시스템을 적용한 한 복선전철 현장 모습 / 현대건설

기존 TBM 공사는 전방에서 굴착을 하며 전진한 다음 장비가 멈춘 상태에서 후방에서 세그먼트 설치작업이 이뤄진다. 세그먼트 설치작업이 종료되면 다시 전방에서 굴착을 재개하는 방식이다. 같은 방식이지만 우리 TBM 공법 수준은 유럽 대비 큰 격차가 있다.

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현대건설 관계자는 "똑같은 TBM 공법을 적용해도 우리나라는 기술 수준은 유럽 대비 70%에 미치지 못한다"며 "이론이나 실경험 숙련도가 부족해 공기(工期)·비용 단축에 어려움을 겪는 것은 물론 해외 TBM공사 입찰경쟁에서도 고전을 면치 못하고 있다"고 설명했다.

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현대건설은 이런 현실을 극복하기 위해 기존 TBM공법의 패러다임을 바꾸는 기술을 개발 중이다. 전방 굴착작업과 후방 세그먼트 설치작업이 동시에 이뤄지는 연속굴착방식이다. 현대건설이 자사 현장에 실증한 결과 굴진률은 50% 향상되고, 전체 공기는 30% 단축 효과가 있는 것으로 나왔다. TADAS를 적용할 경우 더욱 시너지를 낼 수 있다.

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이같은 연속굴착기술을 완성하고 실제 현장에 적용하려면 TBM 장비, 세그먼트 설치 장비인 이렉터, 연속굴착형 세그먼트 등 TBM공법의 핵심분야에서 새로운 기술개발과 검증이 필요하다. 현대건설은 연속굴착이 가능한 나선형 세그먼트 개발을 진행하고 관련 특허도 출원해 연속굴착기술의 기반을 확보했다.

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타다스(TADAS·TBM Advanced Driving Assistance System) 개념도 / 현대건설

TBM 공법을 적용한 국내 터널공사 비중은 5%쯤에 불과하지만 최근 몇년 간 도심지 터널공사에서는 TBM 공법을 절반쯤 적용하고 있다. 서울지하철 9호선 국회의사당 하부 통과구간, 분당선 한강하저 통과구간 등 일부 지하철 공사에서 적용을 시작했다. GTX-A 및 GTX-C, 김포-파주 고속국도 프로젝트 등 한강하저 구간 또는 도심지 주거지역 관통구간에 TBM 공법이 적용되고 있다.

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현대건설은 국내 터널공사에 연속굴착 공법이 적용되면 기술 수준도 획기적으로 올라갈 것으로 본다. 이를 통해 글로벌 TBM 시장의 수주증대에도 기여할 것으로 전망한다.

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현대건설 관계자는 "건설업계는 새로운 공법 적용에 보수적인데, 실제 정부나 지자체 공사에서도 실적이 쌓이지 않은 공법을 잘 쓰지 않는 경향이 있다"면서도 "빠른 시일내에 연속굴착 실증이 완료되면 기존 대비 공사기간도 20~30% 단축될 것으로 기대한다"고 강조했다.

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TBM 장비를 해체하여 다시 설치를 해야하는 번거로움이 있지만, 이제 이런 문제가 개선된다면, 공사시간이 줄어들것입니다.

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위에 공사기간이 20~30% 줄어든다 하였는데, 공구의 수(터널 파내는 시작점)를 늘릴 수록 더욱 빠르게 작업이 되어 지하 터널 및 지하철 공사가 기존 공사대비 절반정도의 공기로 빠르게 끝난다는 뜻으로 이해됩니다.

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이는 도로와 지하철 같은 기반시설 인프라가 빠르게 세팅된다는 뜻으로, 현재 진행중인 서울-수도권의 GTX ABC, 경부선 지하화, 경부고속도로 지하화, 평택-오송 SRT 전용선 등의 초대형 터널 건설사업 진행에 상당히 도움될 것 같습니다.

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과거 서울 지하철 4호선, 7호선이 뚫린다는 지역에 있어보면서 공사완료까지 정말 세월아 네월아~ 오래오래~ 걸렸다고 느꼈으나

이제 앞으로 갈수록 공기가 줄어들어 국가주도의 교통인프라 건설은 생각보다 빠르게 깔리지 않을까 싶습니다.

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더 나아가서 삼성 역세권, 용산 역세권의 지하 던전화가 생각보다 빠르게 갈 수도 있겠다는 생각이 듭니다.

특히 용산은 얼마전 개발이 발표된 용산 역세권 및 국제업무지구 뿐아니라

용산공원 지하와 용산역-서울역간 지하를 포함한 용산구 전역 지하에

대규모 지하교통망이 깔릴것으로 예상되고 있어 관심이 큽니다.

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더 미래로 본다면, 하이퍼루프가 지상에 깔리느냐 지하로 깔리느냐가 개인적 궁금사 인데,

진공에 가까운 압력을 생성해야 하고, 고속철 이상의 초고압의 전기가 필요하기에

아무래도 안전과 전자파 영향을 생각하면 지하화가 맞지 않을까 생각하고 있습니다.

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아무튼 미래의 서울 도심은 용산과 삼성동을 시작으로 지하도시화가 진행될 것이며,

갈수록 저출산 구조에선 결국 서울도심을 중심으로 인구가 폭증할 것이기에

지하화로 대응한다는 전략에 상당부분 도움이 될것입니다.

그리고 이는 더욱 서울-수도권 집중화를 부추길 것 같습니다.

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서울의 경우 무슨 00선, 00고속도로 하나 지하화 시키는데

어디 지방 신도시 새로 건설하는 예산보다 더 많이 필요할테니 무슨 말이 필요하겠습니까