2020년 07월 9일, 목요일


국토와교통

2020년 7월호
(통권 432호)


저심도 지하구조물 탑다운 공법, 프리캐스트 벽체·슬래브를 개착 동시 조립방식 축조


  김정현 기자     입력 2019-09-04 (수) 15:43



지하 10m 이내 지하구조물 건설비용 저감, 공사기간 단축 가능

지하 10m 이내 저심도에서 프리캐스트 벽체 상단에 탈부착이 가능한 흙막이용 강관이 부착된 벽체 시공으로 상단 흙막이 역할을 하는 저심도 지하구조물 탑다운 공법이 나왔다. 즉, 기존공법에서 적용되던 흙막이 가시설 공사를 제외하고 급속으로 지하구조물을 시공할 수 있다는 것이다.

이 공법은 연속벽체를 형성하고 프리캐스트 벽체에 프리캐스트 상부 슬래브를 현장에서 조립·시공할 수 있으며 이러한 프리캐스트 벽체와 슬래브가 흙막이 가시설 역할을 하면서 개착된다. 이렇게 조립된 구조물은 영구 지하구조물로 축조되어 탑다운 방식의 지하구조물을 시공할 수 있다. 이 기술을 활용하면 지하구조물 건설비용을 저감할 수 있으며 공사기간을 단축할 수 있다. 한국철도기술연구원 등이 개발한 프리캐스트 벽체 및 슬래브를 개착과 동시에 조립 방식으로 축조하는 저심도 지하구조물 탑다운 공법은 이러한 기술력은 인정받아 건설신기술 제859호로 지정됐다.
 
■ 기술개발자
 · 한국철도기술연구원 (대표이사 나희승)
   www.krri.re.kr
 · 지에스건설㈜ (대표이사 임병용)
   www.gsenc.com
 · ㈜포스코건설 (대표이사 이영훈)
   www.poscoenc.com
 · 현대건설㈜ (대표이사 박동욱)
   www.hdec.kr
 · ㈜대산시빌테크날리지 (대표이사 이형훈)
   www.daesantech.net
 · 동아이엔지㈜ (대표이사 강덕만)
   www.dongaeng.com
 · ㈜선구엔지니어링 (대표이사 강윤식)
   www.sunkoo.co.kr
■ 건설신기술 제859호
   보호기간 : 2019. 02. 01 ~ 2027. 01. 31 (8년)
 
  
 
도로, 철도, 터널 등 지하건설 활성화
기존의 국내 도시철도 터널은 심도 10m를 초과하는 중심도에서 주로 건설된다. 심도 10m 이내 저심도에서는 주로 도로, 지하차도, 터널 등이 건설된다. 그러나 최근 저심도의 심도를 갖는 지하건설에 관심이 증가하면서 광주광역시에서는 저심도 지하건설 방식으로 도시철도 사업이 추진되고 있다.

이처럼 도시경관과 교통혼잡, 소음과 진동, 사생활 침해 등의 단점을 해결하기 위해 지하구조물에 대한 관심이 점차 높아지고 있다. 그러나 지하구조물을 건설하기 위해 도심지 저심도를 개착할 경우 상당기간 도로를 점유해야 하며 이에 따른 상부의 교통 혼잡이 불가피하다.

기존의 일반적인 흙막이 가시설 개착공법을 적용할 경우 도로 개착과 흙막이 가시설 시공, 현장 타설, 가시설 제거, 도로복구 등의 단계를 거치며 공사기간과 시공성, 경제성에서 많은 비용이 소요된다. 가시설 및 지반보강 등으로 실제 지하구조물 구축 비용과 대등한 비용이 소요되는 것이다.

좀 더 구체적으로 살펴보면 기존 기술에서 사용되는 개착공법은 크게 흙막이 가시설공법과 영구벽체공법, 자립식공법 등이 있다.

여기서 지하연속벽체공법은 벽체폭 만큼 트렌치를 굴착한 후 현장에서 철근망을 조립하고 콘크리트를 타설하여 벽체를 축조하는 현장 타설형 공법으로 여기서 기본적인 양생과정이 소요되기 때문에 공사기간이 증가하고 시공성이 저하되는 단점이 지적되어 왔다. 또한 현장타설방식으로 지하구조물의 품질이 균질하지 못하게 되면 품질저하의 문제가 발생할 수도 있다.
 
저심도 지하구조물 탑다운 공법 개발
이에 따라 한국철도기술연구원 등은 저심도에서 도로, 철도, 터널 등을 시공할 수 있는 프리캐스트 벽체 및 슬래브를 개착과 동시에 조립 방식으로 축조하는 저심도 지하구조물 탑다운 공법을 개발했다.
이 기술은 도시철도 등 기존 지하 15~25m 깊이로 건설되는 지하철 시공과는 전혀 다른 방법으로 지하 10m 이내의 깊이에서 건설할 수 있는 저심도 지하구조물 시공 기술이다.

이 공법의 연구개발을 위하여 한국철도기술연구원은 2013년부터 저심도 모듈식 개착 시공 기술을 연구하였으며, 설계 및 시공법 개발, 내진안전성 검증, 현장 시험시공 총괄 및 성능검증을 수행했다.

또한 선구엔지니어링은 저심도 지하구조물에 대한 시공단계별 구조적 안전성 검증, 시험시공 설계 등을 수행했으며, 지에스건설은 흙막이용 강관을 이용한 프리캐스트 벽체 제작장치 설계·제작 등을, 포스코건설은 프리캐스트 슬래브 제작장치 설계·제작 등을, 현대건설은 프리캐스트 벽체-벽체간 벽체-슬래브간 연결부 설계·제작 등을 수행했다. 아울러 대산시빌테크날리지는 곡선부 벽체 및 슬래브 제작장치 설계·제작을, 동아이엔지는 직선부 벽체 및 슬래브 제작장치 설계·제작을 수행했다.
 
 
 
개착폭 축소, 도로잠식 최소화
이 기술의 특징을 살펴보면 먼저 기존의 흙막이 가시설 공법에서는 지하 터널 구조물 시공을 위해 양측면의 흙막이를 위한 가시설을 지하구조물 폭원보다 더 넓게 설치해야 했으나, 이에 반해 신기술은 프리캐스트 벽체를 흙막이 벽체겸 영구벽체로, 프리캐스트 슬래브를 버팀보로 활용하기 때문에 기존공법보다 공사 소요 폭을 최소 1~2m 이상 축소할 수 있으며 상부 도로잠식을 최소화 할 수 있다. 즉, 개착 폭을 최소화하여 도로잠식과 교통혼잡을 최소화 할 수 있다는 것이다.
 
흙막이 무가시설로 공기 단축, 일체성 확보
또한 이 기술의 가장 큰 특징은 흙막이 가시설 공사가 불필요 하다는 것이다. 공사기간이 소요되는 현장타설 방식이 아닌 현장에서 조립 시공에 의해 지하구조물을 급속으로 시공할 수 있어 공사기간을 단축할 수 있는 것이다. 신기술을 활용하면 심도 8m, 토피고 3m, 폭 7m, 총연장 200m 기준 기존기술 대비 공사기간을 51% 단축할 수 있다. 아울러 모듈식 개착공법으로 사전에 공장 제작된 콘크리트 벽체와 슬래브 패널을 활용하여 균일한 품질을 확보할 수 있다.

아울러 기존 흙막이 공법의 단점은 불완전한 흙막이벽으로 인하여 지하수나 토사가 유출될 가능성이 있다는 것이다. 이로 인해 인접도로의 균열이나 침하 현상이 발생하기도 한다. 이에 신기술은 일체성을 확보한 흙막이 무가시설 공법으로 도로 침하 등 안전문제를 해결하고 굴착 지반에 따른 문제점을 해결했다.
 

 
물량·비용 절감, 시공성 확보
또한 신기술은 흙막이 역할을 하는 프리캐스트 벽체 시공과 함께 벽체 상단의 흙막이용 강관을 탈부착 할 수 있는 구조로 되어 있다. 이에 따라 재활용이 가능한 강관을 부착하고 강관과 강관 사이에 강패널을 시공하여 상단 흙막이 역할을 하게하여 기존기술 대비 벽체 길이를 절감할 수 있으며 이에 따른 물량과 비용을 절감할 수 있다.

또한 프리캐스트 콘크리트 벽체를 흙막이용 벽체로, 상부 프리캐스트 콘크리트 슬래브를 버팀보로 활용할 수 있어 전체 개착 공사비의 약 34%에 해당하는 흙막이 가시설 공사비를 절감할 수 있다. 아울러 현장제작장치를 이용한 프리캐스트 콘크리트 구조체 모듈의 현장 생산으로 운송비를 절감할 수 있다.
 
개착과 동시에 조립 방식으로 축조…세계 기술 선도
이처럼 신기술은 굴착폭을 현저히 줄여 공사 중 상부 도로 잠식을 최소화할 수 있으며, 탑다운 방식을 적용하여 공정 단계별로 반복 전진 시공하고 프리캐스트 벽체 및 슬래브를 개착과 동시에 조립 방식으로 축조하여 상부 도로를 조기에 복구할 수 있어 도로 잠식 기간을 최소화할 수 있다.

또한 거푸집이나 가시설을 사용하지 않고 사전 공장 제작된 프리캐스트 콘크리트 벽체 및 슬래브 패널을 활용하기 때문에 품질이 균일하고 운송비를 절감할 수 있으며, 탈착이 가능한 벽체를 이용하는 기술로 물량을 최소화하여 경제성을 확보할 수 있다.

이러한 기술력을 바탕으로 기존의 복잡한 현장타설공정 등을 제외하고 현장 조립과 시공 등 공정을 단순화하여 시공성을 확보하고 공사기간을 단축할 수 있다.

세계적으로 도시 집중화 추세에 따라 지속적인 도시철도와 지하구조물 확충이 추진되고 있다. 국내에서도 강남권 광역복합환승센터 영동대로 지하도시, 수도권광역급행철도(GTX) A, B, C노선 본격 추진, 동부간선도로 지하화 등 교통지도의 변화가 지속되고 있다.

이에 따라 한국철도기술연구원 등이 개발한 프리캐스트 벽체 및 슬래브를 개착과 동시에 조립 방식으로 축조하는 저심도 지하구조물 탑다운 공법은 저비용의 급속 개착 저심도 터널 시공기술력을 바탕으로 앞으로 도로, 철도, 터널 등 국내외 저심도 지하구조물 건설시장에서 활발히 적용될 것으로 기대된다.
 
김정현 기자 (ltmkjh@ltm.or.kr)
 
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