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(나레이션) 하루평균 1,200만여명이 이용하는 수도권의 핵심 교통망 지하철. 대한민국 지하철 건설역사의 또하나의 빛나는 이정표가 세워집니다. 오직 최고의 기술력과 노하우로만 해낼수 있는 새로운 하저터널이 건설되는 것입니다. 한국철도시설공단의 기술로 이륙될 대한민국 지하철 건설의 새로운 세계. 분당선 제3공구 한강 하저 터널이 지금 새역사를 열어가고있습니다.
수도권의 균형적인 개발과 지역주민의 보다 편리한 교통을 위해 개통된 분당선. 이 분당선은 지역 여건과 수송 수요에 적합하고 이용승객에게 보다 편리한 서비스를 제공할 수 있는 합리적이고 현대화된 복선전철로써 도시 전철망과 연계한 수송 체계를 구축하는 수도권에 핵심 교통망으로 건설됩니다.
분당선에 총연장 49.9㎞ 가운데에 1단계 구간인 오리에서 수서, 2단계 구간인 수서에서 선릉까지는 공사가 완료되어 지하철이 운행중에 있으며, 3단계인 오리에서 죽전, 죽전에서 수원까지와 6.8㎞의 왕십리에서 선릉까지가 현재 시공중에 있으며 한강을 통과하는 이부분이(강남구청~청담~성수) 바로 분당선 제3공구입니다. 이분당선 제3공구는 최대 수심 20m의 한강 하절을 쉴드TBM 공법으로 통과하며 강남과 강북을 논스톱(Non Stop)으로 연결함으로써 수도권 전체의 지하철망을 긴밀하게 연계하는 분당선의 핵심구간입니다. 분당선 제3공구는 서울시 성동구 성수동에서 강남구 청담동 ○○○ 를 연결하는 1,660m 구간으로 공사기간은 2003년 10월 10일부터 2009년 9월 7일로 총 2,160일 소요될 예정입니다. 발주자는 한국철도시설공단이며 감리자는 유신코퍼레이션, 선구엔지니어링, 시공자는 대우건설과 두산산업개발, 쌍용건설입니다.
그럼 지금부터 분당선 제3공구 공사현황을 알아보겠습니다. 제3공구는 성동구 뚝섬 정수장 인근에서 강남구 청담동 한양타운빌딩까지 연결하며 정거장 및 본선 환기구를 제외하고는 모두 지하터널로 이루어져 있습니다. 공사규모는 본선구간에 나튬(NATM)터널 551m, 한강 하저터널 구간에 쉴드터널 846m, 2개소에 피난연락갱과 환기구 4개소, 이외에 개착 95m와 나튬(NATM) 110m로 구성된 청담정거장 205m 규모입니다.
분당선 제3공구 한강 한저터널은 쉴드TBM 공법으로 건설됩니다. 이것이 바로 쉴드의 모형인데요, 쉴드 TBM 공법이란 터널 외경보다 조금 큰 반면에 쉴드○○○ 을 강제 ○○○ 추진시켜 터널을 시공하는 공법으로써 1,818년 영국인 마크브루넬 의해 고안돼 런던 템즈강 하저터널에 처음 적용된 이후 세계에서 가장 안전하고 경제적인 공법으로 평가 받으며 세계 건설역사를 새롭게 써온 터널공법입니다.
열악한 환경과 지반 조건하에서 시공성과 안전성을 높이 평가 받아온 쉴드TBM 공법은 막장 안전 및 버력처리 시스템에 따라 이수식과 고압식으로 대별되는데 이수식은 막장의 수압과 고압에 대앙하여 쳄버내에 이수를 충만하고 소유압력을 주어 막장 안전 및 지반 이완을 억제하는 방식으로 굴착토사를 이수와 함께 베니파이프로 반출해야하며 대규모 지상 슬러리 플랜트가 필요합니다. 토압식은 커터후방에 설치된 격벽과 막장면 사이에 굴착한 토사를 채워 막장 안정 및 지반 이완을 어제 하는 방식으로 굴착토사는 스크류 컨베어로 배토하고 별도의 지상 플랜트가 필요치 않습니다. 특히 토압식은 시공 속도가 빠르고 파쇄대 및 경암 굴착시에도 안정성이 높고 최근 3년간 해외의 하저 및 해저 횡단실적을 분석한 결과 고수압식에서도 토압식을 적용한 사례가 많아 그 안정성이 검증됨으로써 토압식으로 선정하게 되었습니다.
분당선 제3공구에 설계현황을 살펴보면 본 현장에 한강 하저 쉴드터널 구간은 전단면 암반구간에 지질특성을 가지며 일부 파쇄대와 연약대가 존재합니다. 쉴드터널은 단선병렬 터널로써 외경 7.8m, 내경 7.0m, 두께 0.4m, 길이 1.5m의 세그먼트를 장비내에서 연속적으로 조립하여 터널을 완성하도록 되어있습니다. 한강하저에서 작용하는 수압을 충분히 지지하고 고압 도발 용수에 대응가능하게 2단 스크류 컨베어로 설계하여 비치에 의한 수압 감속이 1,2단 스크류의 속도차이로 인하여 플러그존이 생성되어 수압 감소 효과가 가능하게 개선했습니다. 쉴드 TBM(SHIELD TBM)공법의 공정은 4번 환기구에서 공사 작업구를 완성하면 약 60m길이의 후속 설비를 배치하기위해 ○○○ 구간에 NATM을 먼저 시공하고 쉴드머신 받침대를 설치한후 쉴드머신을 투입해 조립합니다. 기계조립이 완료되면 반력대를 설치하고 초기 굴진을 시작 본 굴진으로 나아가 세그먼트를 조립하고 굴착면과 세그먼트 ○○○ 공간에 뒤채움 ○○○ 반복하면서 5번 환기구에 도달합니다. 5번 환기구는 회전구로써 단선병렬 한 터널을 완료하면 이곳에서 장비를 180° 회전하여 나머지 터널을 굴진, 4번 환기구에 도달합니다. 도달한 쉴드 장비는 환기구 밖으로 해체 인양함으로써 쉴드 터널 공사가 완료되는 것입니다.
지금까지 분당선 제3공구의 쉴드TBM 공법을 비롯한 공사 내용에 대해 알아봤습니다. 이번엔 보다 구체적으로 쉴드TBM공법의 공정 내용에 대해 알아보겠습니다.
쉴드TBM의 내부 구조를 자세히 살펴보면 전면에서 굴착을 담당하는 커트헤드로 구성된 후두부, 커트 쉴드 잭, 구동 잭, 중절 잭으로 구성되어 쉴드를 구동시키는 공간인 거더부, 스크류 컨베어로 통해 굴착된 흙을 배출하며 세그먼트를 조립 지지하고 터널을 완성하는 테일부로 크게 나눌수 있습니다. 구체적인 굴착방법은 쉴더기 전면에 커터기가 회전하면서 디스크커터나 비트로 암반을 굴착합니다. 이때 추진 잭이 이미 완성된 세그먼트를 조립, 지지대를 밀면서 앞으로 전진시키게 되며 이렇게 굴착된 토공은 시크류 컨베어 및 벨트 컨베어를 걸쳐 ..로 운반되어 지상으로 반출하게 됩니다. 또한 세그먼트 폭만큼 굴진되면 추진잭으로 밀고, 미리 반입된 세그먼트를 삽입하게 되는데 조립은 바닥부터 좌우로 조립해나가며 마지막에 티세그먼트를 밀어넣어 한 개의 링을 완성합니다. 한 개의 링이 완성되면 다시 추진잭을 밀면서 커터헤드 굴착이 시작되고 이때 굴착된 터널 외벽과 세그먼트가 조립된 빈공간에 시멘트 그라우트게를 주입하여 터널을 완성해 나갑니다. 이때 사용하는 세그먼트는 터널의 안정성과 구조를 고려 원형단면에 콘크리트 세크먼트를 사용하며 복합 가스켓을 부착하여 터널 누수방지를 완벽하게 처리합니다. 이외에도 다양한 첨단 응용기술을 적용한 유압식 검지공, 한강 하저 고수압에 대응하기 위한 2단 screw conveyor 및 커터 챔버의 dual mode 등을 통해 까다로운 조건에서도 안정적이고 경제적인 최적의 터널을 시공하고 있습니다. 쉴드TBM 공법은 세계 최고의 해저 하저터널 공사에서 그 안정성을 검증받아온 공법으로 바야흐로 21c를 이끌어나갈 혁신 공법이라고 말할 수가 있는것입니다. 이 쉴드TBM 공법의 발주처인 한국철도시설공단에 처음 도입돼 한강하저를 굴착함으로써 분당선 제3공구에 새로운 신화를 창조하고 있는것입니다.
분당선 제3공구 한강하저터널 본 공사가 완료되면 지역주민의 교통 편익 및 환승역의 극심한 교통난 해소는 물론 장래에는 의정부와 수원간 직통 운행이 가능해 짐으로써 서울 중심의 교통난 완화와 수도권 교통망 확충에 획기적으로 기여하게 될것이며, 서울의 강남과 강북을 안전하고 편리하게 잊는 또하나의 핵심축으로 그 파급효과는 수도권 전체로 이어질것입니다. 뿐만 아니라 쉴드TBM 공법은 첨단공법을 통한 시공능력을 확보함으로써 대한민국 지하철 역사에 자랑스러운 이름을 남기게 될것입니다. 대한민국 철도 100년의 역사를 이끌어오며 국내의 모든 철도 건설과 해외 철도사업 진출 및 동북아 철도망 구성으로 국책사업을 지속적으로 추진하고 있는 한국철도시설공단은 국내 최대 규모의 쉴드TBM 공법을 적용한 분당선 복선전철 제3공구 노반신설공사 보다 빠르게 보다 안전하게 보다 편안하게 대한민국을 넘어 세계 하저 터널의 길이 남을 자랑스러운 이름이 되겠습니다.