'꽝' 폭발에 지반 ‘흔들’…아수라장 같던 터널굴착 모습 사라진다

터널공사 현장에서 이뤄지는 천공·발파는 경제적이면서 다양한 지질조건에 유연하게 대처할 수 있고, 대형 터널 시공이 쉽다는 장점 때문에 국내에서 널리 사용되는 공법이다. 그러나 발파 진동으로 인한 민원 때문에 도심 밀집지역, 산간지방, 축사가 있는 지역에서는 공사에 어려움이 있다. 공사 민원이 발생할 경우, 현장에서 대응할 수 있는 방법은 발파를 제한해 화약 사용량을 줄이거나, 화약 사용을 금지하는 것이다. 이는 굴진량을 감소시켜 공사 기간을 늘리고 값비싼 재료를 쓸 수 밖에 없어 공사비 증가로 이어진다. 이 같은 발파 진동·소음을 획기적으로 줄인 굴착 신기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.


한국철도기술연구원(이하 철도연)과 한국철도시설공단은 화약을 사용하는 터널 공사 현장에서 빈번히 발생하고 있는 발파진동 및 소음 대한 민원을 해결하고, 터널공사비를 줄이기 위해 공동 개발 중인 ‘터널 굴착용 와이어쏘 기술’과 ‘발열 팽창을 이용한 무진동 암반파쇄 기술’을 최근 오송 철도종합시험선로 제5터널에서 성공적으로 시연했다고 25일 밝혔다

‘터널 굴착용 와이어쏘 기술’은 암벽 군데군데에 구멍을 뚫어 화약을 장전하고 발파해 굴진하는 공법에 추가적으로 와이어쏘를 이용해 절삭함으로써 암반에 틈새를 만들어 발파 진동과 소음을 줄인 기술이다. 와이어쏘는 석산에서 석재를 채취하거나 오래된 콘크리트 구조물을 철거하는 용도로 주로 사용되고 있는 줄 모양의 다이아몬드 공구이다. 터널현장에서 발파진동 저감을 위해 적용된 것은 이번이 처음이다.

철도연에 따르면 터널굴착용 와이어쏘 기술은 9월 초 진행한 현장적용 시험시공(시험선로 제3터널)에서 최대치 기준 약 50% 진동 저감 효과를 보였다.
터널굴착용 와이어쏘 기술은 일반 천공·발파 공법에 비해서는 비용이 높지만, 기존의 대안 공법들에 비해서는 20~80% 공사비 저감 효과가 있다고 철도연은 설명했다.

‘발열 팽창 무진동 암반파쇄 기술’은 터널공사시 화약을 사용하지 않고 암반을 파쇄하는 무발파·무진동 공법이다. 이 기술은 최근 암반 파쇄시 소음·진동에 대한 법적 기준이 강화되고 있어 기존의 암반 파쇄 공법으로는 시공 현장의 다양한 상황에 대응하기 어렵다는 점에서 개발됐다.


‘발열팽창 무진동 암반파쇄 기술’은 암반에 작은 구멍을 뚫고 긴 홈을 만들어 그 안에 발열 팽창재료와 초고온 발열기기를 삽입해 화학반응 없이 팽창재의 팽창압으로 암반을 파쇄한다. 발열 팽창재료는 800도 이상의 고온에서 부피가 약 20~30배 급격히 팽창하는 특수 물질로 이뤄졌다. 이 발열 팽창 재료에 초고온 발열기기로 급속히 열을 전달해 팽창시켜 암반을 쪼개는 원리다.

특히 이 기술은 암반 종류에 따라 천공의 길이를 자유롭게 조절할 수 있고, 저가의 발열 팽창재료와 급속 발열 기기 사용으로 기존 무발파 공법에 비해 약 30~50% 이상 공사비 절감 효과가 있다.

김기환 철도연 원장은 “발파 소음과 진동을 줄이거나 없애는 와이어쏘 기술과 발열팽창 암반파쇄 기술은 최근 급격히 진행되고 있는 도시화 및 지하공간 건설에 유용한 기술”이라며 “개발된 기술의 현장 적용성을 높이기 위해 작업시간 단축을 위한 작업 과정 자동화, 부품 내구성 향상 등 기술 보완을 통해 신기술 적용을 확대해 나갈 계획”이라고 말했다.