안전성-시공성-경제성 등 '세 마리 토끼 잡기'...부실 터널시공도 예방

지난해 경주 지진에 이어 올해에도 지난 11월 15일 포항에서 규모 5.4의 지진이 발생한 가운데 내진이 대폭 강화된

터널시공기법이 개발돼 주목을 받고 있다.

한국건설기술연구원은 향후 발생할 수 있는 지진 등에 의한 터널의 붕괴를 예방하기 위해 터널의 내구성을 높이기 위해 터널 시공 시 터널이 무너져 내리지 않도록 이를 받들어 버티는 구조물인 새로운 터널 강관 지보재를 개발했다.

지난 2016년 9월 12일 경상북도 경주시에서 발생한 규모 5.8의 지진으로 1978년 기상청이 계기지진 관측을 시작한 이후에 한반도에서 발생한 역대 최대 규모의 지진이 발생했다. 당일 오후 7시 44분 경북 경주시 남서쪽 9km 지역에서 규모 5.1의 전진(前震)이 발생했고, 48분 후인 오후 8시 32분 경주시 남남서쪽 8Km 지역에서 규모 5.8의 본진(本震)이 발생한 것.

본진의 최대 진도는 경주, 대구 지역에서 측정된 진도 6이며, 부산과 울산, 창원에서는 진도 5가 감지됐다. 진도 6은 지역 모든 사람들이 느낄 수 있고 가옥이 심하게 흔들리며 무거운 가구가 움직일 정도의 중진이다. 

이후 지난해 12월 25일까지 모두 556회의 여진이 발생했다. 규모 1.5~3.0 사이의 지진이 535회, 규모 3.0~4.0 수준이 19회, 규모 4.0~5.0의 지진이 2회 있었다. 이로 인해 부산·울산·경남 등 한반도 동남권 지역의 주민들은 큰 지진이 엄습해 올지도 모른다는 불안에 떨고 있다. 

특히 평지가 부족하고 산지가 많아 도로에 터널이 많은 부산·울산·경남 등 한반도 동남권 지역의 도로 운전자들은 지진으로 인해 영화 '터널'에서 발생했던 상황이 발생할 것에 대해 두려워하고 있다. 

도로의 운전자들이 터널붕괴에 대한 불안감 없이 안전한 터널을 이용할 수 있도록 기존 터널에 대한 내진 보강과 함께 새로 건설되는 터널에 대해서는 시공 시 견고한 터널 구조물을 활용해 터널이 내진(지진을 견디어 냄)능력을 갖도록 해야 한다. 

이러한 차원에서 한국건설기술연구원 마상준 선임연구위원의 연구팀은 터널 기초 공사용 지반 보강자재인 기존의 격자지보(아래 그림 참조)가 가지고 있는 생산시의 비용 증가와 품질관리 애로, 철근부식으로 인한 내구성 약화와 같은 문제를 해결하기 위해 콘크리트 합성 강관(콘크리트를 강관내부에 채운 채움) 터널지보재를 개발했다. 격자란 대칭성의 규칙에 따라 반복적으로 배열된 구조를 말한다.

기존 격자지보재는 3개의 강봉(철근봉)과 이들 강봉과 연결용 부재가 용접을 통해 연결돼 있어 하나의 구조체처럼 역할을 한다. 이러한 구조체를 만들기 위해 이들 3개의 강봉을 연결용 부재와 연결하는 용접작업이 많이 수행돼야 한다. 수작업을 통해 이뤄지는 용접작업의 특성상 용접부위들의 품질이 고르지 않을 수 있다. 또한 용접작업으로 인한 인건비가 급격히 증가할 수 있다. 

이와 함께 숏크리트는 타설시 급결재로 첨가로 급격하게 굳어버리는 성질로 인해 강봉 주위의 숏크리트가 급격하게 굳어 각각의 강봉 사이에 숏크리트가 타설되지 못해 공극(구멍)이 발생할 가능성이 크다. 따라서 시공 후에 공극 쪽으로 지하수가 유입돼 강봉이 부식됨에 따라 강봉이 인장부재로써의 역할을 못해 터널의 내구성이 떨어질 수 있다. 

또 다른 문제점으로 격자 지보재의 상단연결부에 작용하는 하중에 대해 구조적으로 취약해 질 수 있다(격자지보 상단 연결방식이 가지고 있는 본래의 약점). 숏크리트란 모르타르 또는 콘크리트를 압축공기로 시공 면에 뿜는 콘크리트를 말한다.

따라서 이러한 격자지보재가 가지는 문제의 해결을 위해 용접부위가 적고 연결부위가 구조적으로 안정된 콘크리트합성강관을 터널지보재로 활용하는 터널시공법을 개발했다.

개발된 강관지보 터널시공법은 콘크리트를 강관의 내부에 채운 원형의 간단한 구조로 인해 숏크리트 타설시 공극 발생이 없어 지하수 유입에 의한 강관 부식을 걱정할 필요가 없다. 또한 강관과 콘크리트 간의 상호구속효과로 터널의 내진성능이 향상된다. 

이 시공법은 지보재 구조가 단순하고 시공시 숏크리트의 타설량을 절감할 수 있어 숏크리트의 타설 시간을 어느 정도 줄일 수 있다. 또한 격자지보재에 비해 생산 시 용접부위가 적어 제작 인건비를 절감할 수 있다. 즉 안전성, 시공성, 경제성 등 세 마리의 토끼를 잡을 수 있는 터널시공법이다.

마상준 선임연구위원은 "터널 공사 시 제작이 간편하면서 비용이 저렴하고 품질관리가 용이한 터널강관지보가 건설업체에 보급됨으로써 향후 터널의 내진성능이 높아질 것"이라면서 "또한 부실 터널공사의 발생도 줄일 것으로 기대된다"고 말했다. 

[환경미디어 박원정 기자]

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