철도 건설, 터널 뚫는 기계 (천공기 tunnel boring machine TBM) ) – 지름이 8.98m 짜리 터널 천공기라고 소개.
1.무게는 1250톤. 강원도 강릉 철도 건설에 사용될 예정.
터널 천공기 (TBM)의 가격은 72억원부터 1400억원까지 다양.
한국은 현재 자체 생산할 수 없어 다 수입중.
서울지하철 공사 때는, 일본제 천공기를 수입했다고 들었는데,
이제 중국제품이 한국에 들어온다.
현재 독일과 중국이 터널천공기 기술 1,2위를 다투는 중.
공대와 자연과학을 기피하고, 의대로만 학생들이 몰리는 한국의 미래가 밝지 않아 보인다.
R&D 예산 삭각하는 윤석열과 이에 항의하는 카이스트 대학원생을 '입틀막' 하며 끌어내는 현실이 비참할 뿐이다.
The China-developed largest-diameter slurry tunnel boring machine (#TBM) exported to #SouthKorea rolled off its assembly line on Tue in Zhengzhou, central China's Henan. Weighing 1,250 tonnes with an excavation diameter of 8.98m, it will be deployed at a railway construction site in Gangneung.
2. 일본 제조. TBM
일본 히타치 조센 사카이 제조 " Bertha베싸" - 세계에서 가장 큰 터널 천공기. 절삭 머리 지름이 17.5m, 길이는 99 m, 6100톤.
(1) 시애틀 교통국이 알라스칸 웨이 구름다리 교체 공사 할 때 사용
(2) 2013년 6월 공사 시작 , 중간에 고장나서 수리도 하고, 2017년에 완공
(3) Bertha 는 사람 이름. 베싸. 시애틀 최초 여자 시장, 베싸 랜더스 ( Bertha Knight Landes)에서 따옴.
(4) 베싸 제조사. 일본 히타치 조센 사카이 워크 ( Hitachi Zosen Sakai Works ).
터널 천공기를 분리해서 시애틀까지 실어나르는 배.
미국 시애틀 시. TBM 을 31개 조각으로 분리시켜서 시애틀까지 운반한 다음에, 거기에 도착해서 다시 조립을 했다. 무게는 7천톤 짜리.
Freighter Fairpartner carrying the disassembled tunnel boring machine into the Port of Seattle in April 2013
(2013년 12월 6일. 터널 천공기로 공사하다가, 잭슨과 메인 사이에 '베싸' TBM 이 끼여 버리기도.
Route map of the Alaskan Way Viaduct replacement tunnel showing location where the tunnel boring machine
became stuck on December 6, 2013
2017년 1월 터널 벽 건설. 2019년 오프닝.
Walls of tunnel in place in January 2017, about two years before the 2019 opening date
2017년 완공
(터널 천공기 TBM의 뒷 부분: 2017년) Rear of tunnel boring machine with completed tunnel walls behind it in 2017
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TBM 공법, 터널 시공의 세계적인 트렌드
오원섭 기계산업전략연구원장 승인 2024.10.04 18:08 댓글 0
저진동·저소음, 분진·오염물질 발생 걱정 없어 각광받는 중
관련 산업 기반 육성 위한 정부·지자체 차원의 노력 필요
오원섭 기계산업전략연구원장.
■ 최선 터널공법의 트렌드
지하공간을 안전하고 효율적으로 굴진할 수 있는 안전하고 친환경적이며 경제적인 굴착장비인 TBM 공법이 해외에서뿐만 아니라 국내에서도 많은 관심을 받고 있다.
TBM 공법은 굴착기 전면의 커터헤드(Cutterhead)를 회전시켜 터널을 굴착하고 미리 제작한 터널벽면(Segment)을 조립하며 굴진하는 첨단 터널공법으로, 저진동·저소음으로 민원 발생 소지가 적고 가압을 통한 방수로 지하수의 수위저하를 막는 등의 장점이 있다.
또 분진, 오염물질 발생이 거의 없으며 기존에 널리 사용하고 있는 발파공법인 NATM(New Austrian Tunnel Method) 공법에 비해 3~5배 정도의 높은 굴진율을 보여 공사기간의 단축이 가능해 기존 공법보다 훨씬 경제적이다.
이렇듯, 시공의 고속화, 안전성 향상, 환경성과 경제성 향상을 고루 갖춘 TBM 공법은 세계 건설업계의 각광을 받으며 나날이 발전하고 있다. 특히 4차 산업혁명의 신기술들이 접목되면서 최첨단 건설기계로 발전해가고 있다.
전세계적으로 도심지터널, 하저·해저터널, 장대산악터널, 대심도터널 등으로 적용이 점점 확대되고 있으며 해외 터널 프로젝트의 상당수가 TBM공법으로 발주되고 있는 실정이다.
우리나라에서도 지난 1985년 TBM공법이 처음 도입된 이후 도심지 위주로 적용이 점점 증가되고 있으며, 특히 김포-파주 고속국도 2공구에 국내 최대 단면 실드TBM이 투입되며 국민들의 많은 관심 속에 굴진공사를 진행하고 있다.
이 장비는 직경이 14m, 길이 125m, 무게 3,200톤에 달하는 초대형 TBM로, 이를 통해 TBM공법에 대한 국민들의 관심이 역대 최고로 고조되어 다양한 터널공사에 활용될 것으로 기대되고 있다.
■ 국내외 TBM 사용 현황
중대구경 TBM이 주로 사용되는 철도나 광역급행철도, 대심도 광역지하철도, 고속도로나 대심도 지하고속도로 등의 공사 외에도 유틸리티(Utility) 공사인 가스관로, 전선 지중화, 통신관로, 상하수도관로, 열배관 등 다양한 공사에 사용되면서 이외에도 소구경TBM의 수요도 더욱 늘어나게 될 것이다.
그런데 현재 터널공사의 TBM공법 적용 비율은 유럽은 80%, 일본은 60%, 미국, 중국 등은 50%, 기타 대부분의 국가들도 40% 내외이나 우리나라의 경우는 NATM공법의 발달 등으로 공종별로 1~2% 수준으로 세계에서 TBM공법 활용율이 가장 낮아 정부 차원의 대응책이 필요한 시점이다.
■ 세계 TBM 시장 규모의 변화
TBM 공법을 활용한 터널 건설이 급격하게 증가함에 따라 그 세계시장 또한 최근 10년간 연평균 20%씩 급성장하고 있다.
세계 TBM 시장 규모는 2010년 102억 달러, 2012년 160억 달러, 2015년 310억 달러, 2017년 410억 달러, 2020년 500억 달러를 기록하고 있다.
또한 4차 산업혁명과 디지털 경제 시대를 맞이해 AI와 BIM, AR, ICT, Robot 등 다양한 4차 산업혁명과 디지털 기술을 활용해 첨단기술이 집약된 고부가가치산업으로 변하고 있다.
여기에 향후 도심지터널들의 TBM 공법 적용 필요성이 증대되는 것에 반해 자국의 장비기술력 및 시공기술력을 기반으로 글로벌 터널시장을 주도중이다.
독일은 세계 TBM 시장의 40% 정도를 차지하는 규모와 기술 등 모든 면에서 독보적인 1위를 유지해 왔으나, 최근 중국의 다양한 시공경험 및 기술력 확보, 외국기업의 M&A, 자국 TBM 기업의 설립이 활발히 진행되고 있다.
또 자국내 도시간 고속도로 사업으로 하저·해저터널 및 산악터널 공사와 대규모의 대도시 지하철공사로 TBM 공법을 사용하는 공사가 대량 발주됐다.
이로 인해 계속 세계 1위를 달리던 독일의 헤렌크네히트(Herrenknecht)도 중국 업체들에게 밀려 3위로 떨어졌으며, 전세계 TBM 판매량의 70%가 중국에서 생산되고 있으며, 판매량 중 50%가 중국에서 사용된다는 게 중국 언론들의 보도다.
■ 중대구경 TBM 시장과 수요
도로 지하화는 세계적인 추세로, 국내에서도 지하공간을 통해 교통 정체 해소와 함께 대기오염과 소음저감 등 지상 환경개선과 지상공간의 새로운 가치창출 등이 가능하기 때문에 지하고속도로 사업은 불가피한 선택이면서 최적의 대안이라고 볼 수 있다.
또한 도시 단절 등 주변 지역사회 발전의 주요 저해요인으로 작용하고 하고 있는 요인을 고속도로의 지하화를 통해 도시의 재구조화로 도시재생과 환경개선에 기여할 수 있는 장점도 있다.
이런 이유로 도심의 도로와 고속도로의 일정구간을 지하도로 및 대심도 지하 고속도로를 건설하고 있거나 추가로 건설할 계획을 가지고 있으며, 이에 직경 12~15m 규모의 초대구경 TBM들이 사용되고 있다.
국내의 도심지 지하도로공사로는 경부고속도로 한남-양재구간, 서부간선지하도로 성산대교-금천 구간, 강변북로 가양대교-영동대교 구간, 경인 고속도로 청라-신월 구간 등이 추진 중이며, 여기에도 초대구경 TBM들이 사용될 것이다.
이들의 직접적인 효과는 시설 이용자들에게는 차량 운행비용 및 통행시간 절감, 교통사고 감소, 환경비용 절감 효과 등이 있고 간접효과로는 주차비용 절감, 유휴부지 활용, 지역산업 활성화 효과 등이 발생한다.
현재 공사 중인 광역급행철도공사로는 2028년 완전 개통 예정으로 현재 수서-서울역 구간에서 진행중인 GTX-A 노선에 이어 2030년 개통예정인 인천대입구-남양주 마석 구간의 GTX-B 노선과 양주덕정-수원 구간의 GTX-C 노선이 있다.
여기에 덕정-동두천 구간과 수원-아산 구간도 2030년까지 개통 예정이며, 추가로 GTX-D(김포/인천-팔당/원주 구간), GTX-E(하남 교산-남양주 왕숙 구간) 노선도 계획 중이다.
그 외에도 4대 대도시권 광역급행철도도 계획중으로, 민자로 추진중인 대전-세종-충북 구간의 CTX 프로젝트와 예타 신청중인 대구-경북권 광역급행철도 프로젝트들도 추진 중으로, 이들은 대부분 구경 8m급 TBM으로 추진될 것으로 전망된다.
이와 더불어 지금까지 공사 추진이 중단됐던 대심도 빗물터널 계획도 다시 추진될 것으로 보여 강남역, 도림천, 광화문 빗물 터널도 구경 10m 이상의 TBM 공법으로 추진될 것으로 보인다.
■ TBM의 국산화 추진
현대건설이 국내 최초로 한강을 횡단하는 도로터널공사에 최첨단 TBM 장비를 도입해 경기도 파주시 소재 고속국도 제400호선 김포-파주 간 한강터널 구간 건설공사에 투입했다.
현대건설은 본 터널공사가 한강 밑을 통과하는 고난도 공사인 만큼 '확정가격 최상설계' 방식을 적용했으며, 경험이 풍부한 독일 터널 전문가를 영입해 사전에 면밀한 사전 준비과정을 거쳐 TBM 제작사인 헤렌크네히트와 협업, 대기압 커터교체시스템, 디스크커터 모니터링시스템, 커팅휠 마모감지센서, 전방탐사시스템, 막장관측카메라 등 최첨단기술 등을 적용했다고 밝혔다.
또 현대건설은 공정 전과정의 안전관리를 IoT 센서 기반의 안전관리시스템, AI 재해예측시스템 등 자사의 독자적인 기술 노하우가 집약된 시스템을 통해 안전관리가 철저히 이루어지는 환경을 구현하고 있다고 밝혔다. 이외에도 터널시공기계화 기술구현으로 글로벌 터널건설산업의 선진화에 최선을 다하고 있다는 게 현대건설의 설명이다.
그러나 아쉽게도 우리나라의 중대형 TBM시장은 독일, 일본, 미국, 중국 등 외국업체들에게 100% 의존, 대당 300~500억원에 이르는 TBM 시장을 완전히 외국 기업들에게 내주고 있는 실정이다.
독일의 헤렌크네히트(Herrrenkncht), 미국의 로빈스(Robbins), 일본의 미쓰비시(Mitsubishi), 중국의 CREG, CRCHI 등이 대표적인 글로벌 강자였으나, 최근에는 국내 지하공간 시장이 단기간에 폭발적으로 성장하면서 그 동안 기술과 가격 경쟁력을 다져온 중국산 터널굴착기계(TBM)의 공습이 본격화되고 있다.
최근에는 수도권 광역급행철도(GTX) 등 철도·도로의 지하화 프로젝트가 쏟아지면서 대구경 TBM 시장은 물론 전력구·가스관, 수도관 등 중소구경 TBM까지 중국제품의 공세가 거세다.
관련 업계에 따르면 최근 대형 TBM 프로젝트 수주는 독일과 중국 TBM 장비업체 양강구도로 재편됐다고 한다.
현재 국내에서 TBM을 제작하는 업체는 2013년부터 소구경 TBM을 생산하는 이엠코리아와 전문시공업체로서 4.0m 미만의 소구경 TBM을 생산하는 강릉건설과 올해부터 3.6m 소구경 TBM을 생산하기 시작한 동아지질 뿐이다.
여기에 중소 구경 실드 TBM 과 대구경 TBM산업의 통합적인 발전전략을 오랫동안 연구해온 기계산업전략연구원이 중국의 첨단 TBM 전문기업 GSI(Guangzhou Sunward Intelligent Equipment Conpany:광저우 산하지능)와 손잡고 구경 2~18M의 소형에서 초대형에 이르는 TBM과 다양한 터널장비로 새로 시장에 뛰어들고 있다.
이를 통해 한국 시장과 한국 건설업체들의 해외건설시장에서 첨단기술과 신제품으로 건설회사와 발주처들에게 새로운 첨단 TBM 제품과 고객가치 창출에 최선을 다할 계획이라는 게 업계의 설명이다.
■ 한국 TBM 산업의 전략은?
이제까지의 많은 TBM 관련 프로젝트는 국내 제작사가 없어 장비의 개발·제작보다는 장비의 운영과 효율화 등에 집중된 면이 있다.
이제는 TBM 장비 개발과 장비운영의 효율화,신공법 개발의 연계가 중요하며, 4차산업혁명의 신기술들의 도입과 디지털화를 통해 프로젝트의 연계를 통한 프로젝트의 최적화, 경제적 운영이 필요하다.
터널공사의 TBM시공율이 1~2%인 상황에서 선진국수준으로 높이기 위해서는 발주처의 획기적인 발주방식의 전환뿐만 아니라 TBM 공법 지정, 적절한 공사구간 나누기, 터널과 장비의 표준화 등이 필요하다.
그럼에도 국내는 TBM 본체 개발을 위한 설계 및 제작에 대한 원천기술이 부족해 기술개발의 효과가 반감되고 있다.
중국이 빠른 기간내에 세계적인 수준으로 올라선 것은 외국 선진업체들의 M&A도 큰 역할을 했다는 것을 감안해야 한다.
TBM 산업은 기술개발도 중요하지만 다양한 시공경험의 활용도 매우 중요하다. 그런데 우리나라는 TBM 시공률이 낮아 협소한 영역만의 시공으로 기존의 TBM 연구개발에 대한 시공사들의 신뢰도가 낮은 실정이다.
따라서 국산 TBM을 개발해도 현장적용에 어려움이 많기에 신개발 장비에 대한 정부나 지자체 차원의 적극적인 지원이 필요하다.
여기에는 계속적으로 다양한 업체에 경제성 있는 장비를 공급해 줄 수 있는 TBM 전문렌탈(Rental) 업체를 육성하거나 TBM관리단 등 공적 기관을 설립, 장비의 효율적인 관리와 공급으로 필요시 언제나 이용할 수 있어야 시공사에서도 원가 절감을 할 수 있을 것이다.
중대형 TBM은 가격이 200억~500억원대의 고가이므로 건설사나 전문시공사에서 직접 구매해 사용하기는 쉽지 않다.
TBM은 한 공사에 투입되어 시공이 끝난 후에는 차기공사에 적합한 장비로 수리하거나 재제조해야 차기 공사에 더 효율적으로 활용 가능하므로 이를 위한 재제조 산업의 육성도 긴급히 필요하다.
이제 TBM 산업이 도약을 위한 출발선에서 정부, 제작사, 시공사들이 힘을 모아 우리나라의 TBM 산업의 생태계가 긍정적인 방향으로 활성화돼 선진화하기를 기대해 본다.
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TBM 공법, 터널 시공의 세계적인 트렌드 - 한국건설신문
■ 최선 터널공법의 트렌드지하공간을 안전하고 효율적으로 굴진할 수 있는 안전하고 친환경적이며 경제적인 굴착장비인 TBM 공법이 해외에서뿐만 아니라 국내에서도 많은 관심을 받고 있다. TB
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