진동 잡은 '두더지 공법'…도심 터널 해결사
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현대건설 '기계식 공법' 선도
남산1호터널·지하철5호선 '첫선'
발파방식 NATM보다 효율적
환경피해·민원발생 최소화 '장점'
수도권광역급행철도(GTX), 신안산선 등 도심을 관통하는 지하 40m 깊이의 대심도(大深度) 교통 인프라 건설이 잇따르면서 기계식 굴착공법의 활용도가 높아지고 있다. 민원이 많이 제기되는 도심지역이나 안전성이 중요한 하저 구간 등에선 화약을 터뜨리는 재래식 발파(NATM) 방식보다 훨씬 효율적인 까닭이다.
터널을 뚫는 기계식 굴착공법에는 주로 TBM이 활용된다. 최소 100억원에서 수백억원에 이르는 TBM은 원통(캔) 형태의 거대한 강철 굴착 장비다. TBM 전면에 부착된 ‘커터 헤드’라는 원반 형태의 장치가 회전해 암반을 부수고 나가면서 터널을 뚫는다. 굴진(掘進) 과정에서 나오는 암반과 토사는 컨베이어벨트를 통해 TBM 뒤쪽으로 옮겨지고, 다시 수직구를 통해 지상으로 배출된다. TBM이 전진하면서 만들어진 터널 벽면에는 곧바로 ‘세그먼트’라고 불리는 콘크리트 블록 조각들이 레고처럼 조립된다. 세그먼트는 ㎠당 700㎏의 무게를 견딜 수 있다.해외에서도 재래식 발파 공법을 줄이고 TBM을 활용한 기계화 굴착공법을 늘리는 추세다. 싱가포르에선 지하터널의 모든 구간을 TBM 공법으로 시공하도록 정하고 있다. 유럽연합(EU)에서도 도심지의 70~80%를 TBM 공법으로 시공했다. 49.9㎞에 이르는 영불해저터널이 TBM 공법이 적용된 대표적 사례다. 한국건설기술연구원에 따르면 2015년 기준 세계 TBM 터널 시장 규모는 118조9382억원에 달했다.
부분단면 굴착기인 로드헤더(roadheader)도 기계식 굴착공법의 하나다. 톱니바퀴처럼 생긴 ‘커팅헤드’는 TBM이 미치지 못하는 구석구석까지 굴착이 가능하다. 두 방식을 혼용하는 ‘하이브리드’ 공법도 확산되는 추세다.
국내 기계화 굴착공법의 선구자는 현대건설이다. 1989년 ‘남산 제1호 터널’(1.53㎞)을 시공할 때 TBM 장비를 활용했다. 로드헤더 역시 현대건설이 2000년 준공한 서울지하철 5-16공구, 5-17공구가 첫 시공 사례다. 이후 2004년 쌍용건설도 부전~사항 복선화 철도 공사(주령 제2터널)에 도입했다. 분당선 왕십리~선릉 간 복선전철 3공구(0.84㎞), 서울지하철 7호선 연장 703공구(1.59㎞), 강릉터널 11-3공구(1.16㎞), 별내선 2공구(1.3㎞) 등도 기계식 굴착공법이 적용된 현장들이다.
현대건설은 김포~파주 2공구 구간의 한강 하저 터널 공사에 투입하기 위해 직경 13.8m짜리 장비 두 대를 들여올 예정이다. 현대건설·금호산업·호반건설·삼보종합건설 컨소시엄이 수행 중인 주암댐 도수터널 시설 안정화 사업에도 기계식 굴착공법이 활용되고 있다.기계식 굴착공법의 적용 사례는 계속 늘어날 전망이다. GTX-A·B·C 노선 등 수도권 주요 거점을 광역급행철도로 잇는 시도가 잇따르고 있어서다. 국토교통부 대도시권광역교통위원회가 지난 10월 발표한 ‘광역교통 2030’에 따르면 주요 간선도로의 상습 정체 구간 해소를 위해 수도권 동서 횡단 간선도로, 부산·울산권 사상~해운대 구간 등에 대심도 지하도로도 신설된다. 서울 삼성동 복합환승센터와 연계되는 영동대로 지하화 공사를 비롯해 서울지하철 7호선 연장공사, 동부간선도로 지하화 공사, GTX-B·C 공사 등은 내년에 발주될 예정이다. 대부분 도심지를 관통하는 구간이어서 기계화 굴착공법이 적용될 것이란 관측이 나온다.
이정선 기자 leeway@hankyung.com