인천도시철도 1호선 검단연장선 현장 연구개발 수행에 사용된 로드헤더.

[대한건설신문 유경열 대기자] 현대건설이 국내 최초로 한국형 ‘로드헤더 굴착속도 예측모델’을 개발, 관련 특허를 등록하는 등 터널 기계화 시공에 앞장서고 있다.

최근 수도권 및 대도시 집중화 현상이 심화되면서 교통난 등 생활환경이 악화되고 있다. 이에 따라 교통망 확충을 위한 지하 40m 이하 공간인 대심도 터널의 필요성이 강조되고 있는가 하면 안전한 터널공사를 위해 굴착의 중요성이 증가하고 있다. 일반적으로 굴착의 경우 폭약을 이용한 재래식 발파공법이 사용된다. 이는 열악한 작업환경으로 사고의 위험성이 크며 소음 및 먼지 발생 등의 단점이 있다. 특히 고층 아파트가 밀집한 도심지는 발파로 인한 진동으로 잦은 민원이 생기며, 이에 따른 공사의 어려움도 뒤따른다.

현대건설은 이러한 문제점을 해결하기 위해 터널 기계화 시공을 연구, 한국형 ‘로드헤더 기계 굴착속도’에 대한 예측모델을 개발하고 관련된 특허를 등록했다. 로드헤더(Roadheader)는 터널 굴착을 위해 사용하는 기계로, 주로 해외에서의 탄광 및 터널공사에 사용됐다. 대형 터널 굴착 기계에 비해 상대적으로 저렴하고 활용범위가 높아 최근 국내에서도 사용이 증가하고 있다.

국내에서는 아직 적용사례가 많지 않아 해외에서 개발된 굴착속도 예측모델에 의존했으나, 암반이 단단하고 복합지층이 많은 국내 지반 특성상 한계가 있었다. 이를 위해 현대건설은 ‘인천도시철도 1호선 검단 연장선 현장’을 대상으로 연구개발을 수행, 해외 예측모델을 검증하는 한편 국내 지반 특성을 고려한 한국형 ‘로드헤더 기계 굴착속도’ 예측모델을 개발했다.

현대건설이 개발한 ‘로드헤더 기계 굴착속도’ 예측모델은 ▲입지조건검토 ▲암석 강도 분석 ▲ 로드헤더 장비사양 ▲굴착시간 예측 ▲커터(Cutter) 소모량 및 교체시간 예측 ▲로드헤더 굴착공기 및 공사비 산출 등으로 이뤄진다. 제일 먼저 ▲입지조건을 검토해 장비 적용가능 여부를 확인하고 ▲암석 강도 분석을 통해 장비사양을 검토한다. 장비 사양 검토 후에는 ▲장비에 따른 굴착속도 및 커터 소모량을 예측하고 ▲소요작업 시간을 반영한 로드헤더 공기와 공사비를 산출 ▲최종적으로 로드헤더 적용 여부를 판단한다.

이에 따라 한국의 지질조건을 반영, 기존 예측모델보다 정확하게 굴착속도를 예측할 수 있게 됐다. 이를 통해 공기 단축 및 경제성 향상도 기대된다. 현대건설은 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법에서도 다양한 연구개발을 수행하는 등 기계식굴착 장비를 통한 터널기계화 시공에 앞장서고 있다. 최근에는 TBM 운영에 필요한 각종 데이터와 지반 정보를 실시간으로 취합 및 분석해 TBM 운전자에게 최적의 운영 방법을 제시하는 ‘TBM 통합운전관리시스템(TADAS, TBM Advanced Driving Assistance System)’을 개발했다.

현대건설이 개발한 이 기술은 2021년 한국건설경영협회 주관 ‘건설기술연구’에서 우수사례에 선정됐다. 올해 9월 덴마크에서 개최된 세계 최대 터널 학술대회 ‘WORLD TUNNEL CONGRESS 2022’에 소개, 그 우수성을 인정받았다. 현대건설은 ‘TBM 통합운전관리시스템’의 실증을 마쳤으며, ‘대곡-소사 복선전철 현장’에 실제 적용해 공기 단축과 공사비 절감의 성과를 이뤘다. 현대건설은 향후에도 ‘고속국도 제400호선 김포-파주현장’에 기술을 적용하는 등 범위를 확대시켜 나갈 계획이다. 또 다양한 연구개발을 통해 터널기계화 시공 핵심기술을 확보, 시장에서의 우위를 이어나갈 계획이다.

현대건설 관계자는 “최근 도심 내 진행되는 도시철도사업 증가와 함께 GTX 노선 등의 수요 증가로 터널공사에 대한 수요가 높아지고 있다”며 “향후 다양한 기술을 적극 개발하고 도입해 지하공간에서의 작업환경을 개선시키며 건설현장의 선진화에 앞장 서겠다”고 밝혔다.