현대건설, 터널 기계화 시공 앞장…굴착속도 예측모델 개발

국내 최초 한국형 '로드헤더 굴착속도 예측모델' 개발
'TBM 통합운전관리시스템', 한국건설경영협회 '우수사례'

인천도시철도 1호선 검단연장선 현장에 사용된 로드헤더. 사진=현대건설

최근 수도권 교통망 확충을 위해 지하 40m 이하 공간인 대심도 터널의 필요성이 높아졌다. 일반적인 굴착에는 폭약을 이용한 재래식 발파공법이 사용되나, 열악한 작업환경으로 인한 사고 위험성과 진동·소음·먼지 발생 등의 단점이 있다.

현대건설은 이러한 문제점을 해결하기 위해 터널 기계화 시공을 연구, 한국형 '로드헤더 기계 굴착 속도 예측 모델'을 개발하고 관련된 특허를 등록했다고 8일 밝혔다.

로드헤더는 터널 굴착에 사용하는 기계로, 최근 국내에서도 사용이 증가하고 있다. 국내 적용사례가 많지 않은 탓에 해외에서 개발된 굴착 속도 예측 모델에 의존했지만, 암반이 단단하고 복합지층이 많은 국내 지반 특성상 한계가 있었다.

현대건설은 '인천도시철도 1호선 검단 연장선 현장'을 대상으로 연구개발을 수행, 국내 지반 특성을 고려한 한국형 로드헤더 기계 굴착 속도 예측 모델을 개발했다. 현대건설이 개발한 로드헤더 기계 굴착 속도 예측 모델은 △입지조건검토 △암석 강도 분석 △로드헤더 장비 사양 △굴착 시간 예측 △커터 소모량 및 교체시간 예측 △로드헤더 굴착 공기 및 공사비 산출 등으로 이뤄진다.

장비 사양 검토 후에는 △장비에 따른 굴착 속도 및 커터 소모량을 예측하고 △소요 작업 시간을 반영한 로드헤더 공기와 공사비를 산출 △최종적으로 로드헤더 적용 여부를 판단한다. 이에 따라 한국의 지질 조건을 반영, 기존 예측 모델보다 정확하게 굴착 속도를 예측할 수 있게 됐고 공기 단축과 경제성 향상도 기대된다.

고속국도 제400호선 김포-파주 현장에 적용 중인 TBM. 사진=현대건설

현대건설은 터널 보링 머신(TBM) 공법에서도 다양한 연구개발을 수행하는 등 기계식 굴착 장비를 통한 터널 기계화 시공에 앞장서고 있다. 최근에는 TBM 운영에 필요한 각종 데이터와 지반 정보를 실시간으로 취합 및 분석해 최적의 운영 방법을 제시하는 'TBM 통합운전관리시스템'도 개발했다.

현대건설이 개발한 이 기술은 2021년 한국건설경영협회 주관 ‘건설기술연구’에서 우수사례에 선정됐으며, 올해 9월 덴마크에서 개최된 세계 최대 터널 학술대회 '월드 터널 콩그레스 2022'에 소개되어 우수성을 인정받았다. 현대건설은 'TBM 통합운전관리시스템'을 '대곡-소사 복선전철 현장'에 적용해 공기 단축과 공사비 절감의 성과를 이뤘다.

현대건설 관계자는 "최근 도심 내 진행되는 도시철도 사업 증가와 함께 수도권광역급행철도(GTX) 등으로 터널 공사 수요가 높아지고 있다"며 "향후 다양한 기술을 적극적인 개발하고 도입해 지하공간에서의 작업환경을 개선하며 건설 현장의 선진화에 앞장서겠다"고 말했다.

오세성 한경닷컴 기자 sesung@hankyung.com