오늘은 TBM 공법과 NATM 공법 비교를 해보도록 하겠습니다.
TBM과 NATM 공법의 공통점
둘 다 터널을 굴착하는 공법입니다.
터널을 건설하는 공법에는 크게 3가지로 나눌 수 있습니다.
1) 개착식 터널공법 (Cut & Cover Method)
2) 굴착식 터널공법 (Bored Tunneling Method)
3) 특수터널공법
그중에 흔히 conventional Tunneling으로 불리는 관용터널공법과 Mechanized Tunneling이라고 불리는 기계화 시공법인 TBM 공법으로 나누게 되는데,
이 관용터널공법에서 한 종류가 NATM이 되겠습니다.
굴착식 터널 공법은 보링, 즉, 터널을 수평방향으로 구멍을 뚫는 일련의 과정을 의미합니다.
개착식 터널공법은 지표면에서 땅을 파서 구조물을 설치하고 다시 흙으로 메꾸어버리는 공법입니다.
특수 터널공법은 이 외의 특수 목적에 맞는 다른 여러 가지 공법들을 의미합니다.
TBM과 NATM 공법의 차이점
전통적인 터널 공법인 NATM 공법!
NATM 공법은 New Austrian Tunneling Method라고 해서 오래전부터 나온 발파공법입니다.
옛날에는 공법들을 국가 단위로 경쟁했기 때문에, 새로 나온 공법에 자기 나라 이름을 붙이는 경우가 많습니다.
오스트리아는 산이 정말 많습니다. 그래서 이 산에 터널을 뚫기 위해 방법을 고민하다가 나온 것이 NATM 공법입니다.
비슷한 예시로 NTM 공법이 있습니다. Norwegian Method of Tunneling입니다. 어느 나라에서 만든 건지 감이 오시죠? 노르웨이입니다. NATM과 NTM 공법의 차이는 다른 포스팅에서 이야기해 보도록 하겠습니다.
일단은 TBM과 NATM 공법의 차이를 집중해 보기로 하죠.
cf) 발파공법이란?
A. 말 그대로 발파를 해서 터널을 굴착하는 공법입니다.
폭약을 이용해서 발파를 하는 공법이에요.
한국에서 NATM 공법은 1982년에 등장한 이후로 지금까지 주로 쓰는 공법이 되었습니다.
NATM의 장점
발파를 이용한 공법이기 때문에 공사 진행 속도가 조금 느리지만, 인건비가 싸던 시절에는 NATM 공법 역시 공사비용이 싸고, 시공성도 좋으며, 조금씩 조금씩 파내기 때문에 곡선 구간이나 지반이 급격히 변화하는 것에 대해 대응성이 좋습니다. 조금씩 파내면 지층과 지층의 경계를 파악하고 공사를 잠시 멈추고 대응방법을 논의하는 것에 대해 쉽기 때문이지요.
또, 경제성이 좋은 이유 중 하나는, 사공간, 즉 , dead space가 거의 없습니다. 왜냐하면, 조금씩 발파를 하기 때문에 활용하고 싶은 공간만큼만 발파할 수 있도록 화약량을 조절할 수 있기 때문이에요.
(사공간: 죽은 공간이라는 뜻으로 터널을 만들었을 때 아무 의미 없이 버려지는 공간을 의미합니다.)
NATM의 단점
다만, NATM 공법은 화약을 쓰기 때문에 진동 및 환경적인 문제가 발생할 수밖에 없습니다. 또한, NATM 공법의 과정을 보면 알겠지만, 아주 많은 종류의 건설장비들이 동원되기 때문에, 공법도 복잡하고, 건설장비를 다루는 전문적인 인력이 필요하며, 그럼에도 폭약으로 인한 분진(먼지 등등), 그리고 버력이 위에서 떨어지는 것에 대한 사고 등등 위험한 부분이 많이 있습니다. 또, 대도시에서 NATM 공법을 썼다가는.... 여러분 집에서 자고 있는데 갑자기 폭탄이 펑펑 터지면서 땅이 진동한다고 생각해 보세요. 잠을 잘 수 있을까요???
그래서 민원 및 보상문제 등등으로 인해 현재 대도시에서는 거의 쓰기 힘든 공법이 되었습니다.
그리고 사실, 선진국에서는 이미 NATM 공법의 활용을 거의 하지 않습니다. 인건비가 많이 들어가는데, 선진국의 경우 NATM 공법보다 TBM 공법이 더 싸기 때문입니다. 한국도 점점 바꾸고 있지만, 아직도 NATM공법으로 진행하는 곳도 많습니다.
새롭게 떠오르는 기술로 등장한 TBM 공법!!
Tunnel Boring Machine의 약자인 TBM 공법입니다.
여기에서는 Tool Box Meeting이 아닌 Tunnel Boring Machine에 대해서 다루어 보겠습니다.
기계식 굴착법이라는 말 그대로, TBM이라는 기계로 터널을 굴착하는 방식입니다.
TBM이 엄청 크죠?
실제로도 엄청 큰 크기입니다.
TBM 장점
TBM은 기계가 굴착하는 방식이기 때문에 안정성 면에서 매우 뛰어납니다.
다쳐도 기계가 다치지 사람이 다치는게 아니니깐요!
그리고 터널을 뚫는데 걸리는 시간이 NATM에 비해서 압도적으로 빨라요.
무엇보다 터널 뚫을 때 화약을 쓰는 것이 아닙니다. 그 커터칼이라고 해야하나..?
저 빨강 부분이 빙글빙글 돌면서 터널을 굴착하는 겁니다. 뭔가 영화처럼 TBM 기계 전체가 빙글빙글 돌면서 지렁이마냥 파바바박 할 것 같지만 그렇지는 않아요!
먼저 굴착을 하고, 버력이나 흙 등을 뒤로 배출해 내고나면, 굴착된 부분의 지반이 매우 약해진 상태임이 분명할 거니깐, 그 부분을 굴착부 뒤에 있는 지지부에서 그라우팅을 해주면서 지반을 보강해 주는데요, 그 보강이 끝나면 다시 앞으로 전진하면서 굴착하고, 그런 공정의 반복입니다. 간단하죠?
라고 하겠지만 사실 그리 간단한 공법은 아닙니다. 왜냐하면, 연약지반, 호박돌, 지반의 급작스러운 변화에 따라 어떤 그라우팅 공법을 쓰고, 어떤 그라우트액을 쓸지가 달라지기 때문이에요. 이것을 결정하는게 터널 엔지니어의 역할이라고 볼 수 있습니다. 그리고 최근 토목 터널 쪽의 연구는 이런 쪽을 연구하는 분야가 많습니다.
TBM 단점
TBM은 장점이 정말 많습니다. 하지만, 역시 TBM도 단점이 있습니다.
먼저, NATM이 너무 비싸져서 묻혀진 단점이기는 하지만, TBM 역시 기계를 보면 알 수 있는 것처럼 매우 비쌉니다. 한국은 TBM을 만들 역량은 충분하지만, 경제적으로 기술개발을 해도 경쟁력이 떨어지기 때문에 유럽 등에서 기계를 사오고 있습니다. 무엇보다, TBM 기계는 한 공사 지역마다 하나씩 맞춤제작을 하는 것입니다. 저거 재활용 못해요.
그럼, 공사가 끝나면 TBM 기계는 어떻게 처리할까요? 분해해서 버리거나, 뭐 그런 식입니다.
그렇기 때문에 한 공사당 하나의 TBM이라는 것은 공사비용 면에서 비싸다고 말할 수 밖에 없습니다.
또한, TBM을 쓰면, 사공간이 많이 발생합니다. TBM 사진 두번째를 보면 단번에 이해할 수 있는데요, 여러분 터널을 지나다니다 보시면 알겠지만 터널이 원통으로 생긴 경우는 한 번도 못봤을 겁니다. 근데 2024년 기준 한국에서도 TBM으로 만든 터널이 꽤 있는데요, 그거 다 슬래브로 도로를 만든 겁니다.
이런 식은 아니지만,... 이런 식으로요.
슬래브는 저기 터널 중간에 있는 판때기 있죠? 저게 판때기는 아닌데..슬래브라고 생각하시면 되겠습니다.
아니면, 밑을 그냥 다른 건설재료로 메꿔주는 방식으로 도로가 지나갈 수 있게 하는 겁니다.
그래서, TBM에 대해 따라오는 비판은 항상 사공간에 대한 문제입니다.
이에 대한 해결방안으로 복층터널에 대한 이야기가 많이 나오는데, 아직 한국에서는 실용화된 적이 없습니다.
해외에는 몇몇 복층터널 예시가 있긴 하는데, 대표적인 것이 말레이시아의 SMART 터널입니다.
나중에 한국에서는 복층터널이 거의 없는 이유를 한번 포스팅해 보도록 하겠습니다.
오늘은 TBM과 NATM의 공통점과 차이점에 대해 비교해 보았습니다.
처음 토목을 접하는 사람들이 이해할 수 있게끔 이야기할려고 했는데, 이해가 되셨는지 모르겠네요.
저도 오랜만에 개념 정리를 할 수 있어서 좋았던 것 같습니다.
긴 글 읽어주셔서 감사합니다 :)
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