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지하철 공사 방법은 어떻게 땅굴을 파나? - 지하철 공법들 본문

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지하철 공사 방법은 어떻게 땅굴을 파나? - 지하철 공법들

키스 키스세븐 2018.02.03 01:38

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[지하철 공사 방법은 어떻게 땅굴을 파나? - 지하철 공법들]

지하철 공사는 여러 가지 방법으로 진행됩니다. 어떤 것은 도로를 막고 공사를 하고, 어떤 것은 언제 지하철 공사를 했는지 모를 정도로 주변 피해 없이 진행되기도 합니다. 건축과 달리 토목은 거대한 자연을 대상으로 하기 때문에 그 안전성도 더 많이 요구되는 작업니다. 




[글의 순서]

지하철 공사 방법의 종류들

개착공법, NATM공법, C.A.M공법, 쉴드TBM공법, T.R.c.M공법

첨단기술, 토목 건축



지하철 공사 방법의 종류들


지하철은 도시 내부의 땅 속에 구멍을 뚫어 땅굴을 만드는 공사입니다. 토목건설이 잘못되면 땅이 꺼져서 싱크홀을 만드는 등의 큰 피해를 줄 수도 있습니다. 그러므로 지하철 공사는 안전성이 가장 우선이지만, 공사 중에 인근 주민들이 불편을 호소하기 때문에 그로인한 압박도 만만치 않습니다. 더구나 대규모 자금이 필요하므로 경제성까지 필요합니다. 


사진: 지하철 터널 공사는 여러 가지 방법이 있지만, 최근에는 주민 불편 때문에 공해를 줄이려고 노력하고 있다.(사진: 지하철 터널 공사는 여러 가지 방법이 있지만, 최근에는 주민 불편 때문에 공해를 줄이려고 노력하고 있다. [지하철 공사방법] / ⓒ Metropolitan Transportation Authority)


이러한 갖가지 문제점을 동시에 충족하면서 지하철 공사를 해야 하기 때문에 지하철 공사를 하는 토목건설 공법도 여러 가지로 발전하게 되었습니다. 크게 분류하자면 땅 자체를 파헤쳐서 복구하는 방법과 땅 속에서 조금씩 전진하는 방법으로 나눌 수 있겠습니다. 직접적으로 파헤치면 경제적이지만 불편이 늘어나고, 땅 속에서 전진하면 편리성은 주지만 공사기간이 늘어나는 특징이 있습니다. 


사진: 개착공법, NATM공법, 쉴드TBM공법, C.A.M공법, T.R.c.M공법(사진: 개착공법, NATM공법, 쉴드TBM공법, C.A.M공법, T.R.c.M공법 [지하철 공사방법] / ⓒ March 2011)


지하철 공사를 하는 방법들을 일반인이 전문적으로 모두 이해하기는 힘들 것이므로 간단히 특징만으로 분류를 하려고 합니다. 위에서 언급한 큰 분류로는 '개착공법'과 '터널공법'이 있습니다. 터널공법은 'NATM공법', '쉴드TBM공법', 'C.A.M공법', 'T.R.c.M공법' 등이 있습니다. 이런 공법들은 땅 자체를 파느냐, 구조물을 이용해 파느냐의 차이들이 있느냐로 구분되는 방법입니다. 최대한 어려운 말은 피하면서 예를 들어 설명을 해보겠습니다. 




개착공법


지하철 공사 중 가장 흔하게 했던 것이 개착공법입니다. 쉽게 말해서 개착공법은 땅을 판 뒤에 도로를 다시 만드는 방법입니다. 그래서 지하철 공사를 하면 길을 막고 교통도 혼잡해집니다. 주변 주민과 도로 통행에는 큰 지장을 주지만 공사기간이 짧아서 가장 돈이 적게 들어가는 방법이 개착공법입니다. 


사진: 개착공법은 땅을 파헤친 뒤 공사를 하고 다시 덮는 방법이다.(사진: 개착공법은 땅을 파헤친 뒤 공사를 하고 다시 덮는 방법이다. [지하철 공법] / ⓒ www.kiss7.kr 제작)


먼저 설계계획에 따라 땅을 파기 시작합니다. 필요한 깊이까지 땅을 파 내려 간 뒤에 벽을 만들고 지지대를 설치합니다. 그 후 지붕처럼 덮개를 설치한 후, 다시 콘크리트와 아스팔트를 깔아서 도로를 만드는 방법이 개착공법입니다. 이렇게 땅 속에 공간이 마련되면 땅속에서 건설작업을 진행하여 지하철을 역과 터널을 만들어 갑니다. 



NATM공법


직접 도로를 파헤치는 지하철 공사가 개착공법이고, 터널공법은 도로를 건드리지 않고 땅 속에서 공간을 만들어가는 방법입니다. 최대한 땅의 단단함을 건드리지 않기 때문에 연약한 땅에서도 공사가 가능하지만, 공사기간이 늘어납니다. 그러나 땅 속에 여러 시설을 다시 해야 하는 다른 터널공법에 비하면 NATM공법은 경제성이 우수한 편입니다. 


사진: NATM공법은 지붕이 될 곳에 미치 봉을 박아서 압력을 견디는 방법이다.(사진: NATM공법은 지붕이 될 곳에 미치 봉을 박아서 압력을 견디는 방법이다. [지하철 공법] / ⓒ www.kiss7.kr 제작)


NATM공법의 핵심은 일부만 판 후 다시 땅을 파는 것입니다. 지하철의 지붕이 되는 부분만 먼저 파들어 가기 시작하며 락볼트와 숏크리트를 지붕에 꽂아서 상부가 서로 힘을 견디게 합니다. 이렇게 해서 중력을 견디게 하며 공간을 마련한 후 다시 아래로 땅을 파내려 가는 것이 NATM공법입니다. 쉽게 말해서 NATM공법은 지하철 공사의 윗부분만 한 후 다시 아랫부분을 진행한다고 보면 됩니다. 



C.A.M공법


지하철 공사의 터널공법인 NATM공법과 비슷한 것이 C.A.M공법인데, 터널의 일부를 먼저 판 후에 확장해서 터널을 만드는 부분이 그렇습니다. 도로 아래거나 건축물 아래에서도 토목건설이 가능하다는 장점이 있지만, 지하수의 영향을 받기 때문에 지하수를 잘 관리해야만 합니다. 지하수는 땅굴을 만들 때 가장 큰 적입니다. 


사진: C.A.M공법은 관을 미리 박아서 위쪽의 압력을 견디는 방식이다.(사진: C.A.M공법은 관을 미리 박아서 위쪽의 압력을 견디는 방식이다. [지하철 공법] / ⓒ www.kiss7.kr 제작)


C.A.M공법은 지붕이 될 곳에 대형 관을 박는 것부터 시작합니다. 위쪽에서는 강관을 아치 형태로 박아서 땅 위의 압력을 분산시키고, 아래쪽에서는 지하철 공사의 벽면을 파냅니다. 그 후 강관을 메워서 튼튼하게 한 후 본격적으로 터널을 파내면서 내부 공사를 진행합니다. 지붕과 벽이 튼튼해진 후 하는 공사이기 때문에 대규모 지하터널을 만드는데 적합합니다. 



쉴드TBM공법


쉴드의 뜻이 방패인 것처럼 마치 방패를 치듯이 땅을 파며 전진하는 방법입니다. 땅 속에서 안전공간을 뚫은 뒤에 다시 공사를 하므로 땅 위에 피해를 주지 않고 친환경적입니다. 일단 공사 자체가 안전하다는 것이 쉴드TBM공법의 장점이지만, 지하철 공사 구간이 길어야 경제성이 생깁니다. 


사진: 쉴드TBM공법은 거대한 캡슐형 기계가 터널을 파며 전진하는 방식이다.(사진: 쉴드TBM공법은 거대한 캡슐형 기계가 터널을 파며 전진하는 방식이다. [지하철 공법] / ⓒ www.kiss7.kr 제작)


땅을 파면서 쉴드라고 불리는 캡슐 같은 기구를 전진시킵니다. 쉴드TBM공법에는 전원장치가 있는 커터헤드가 앞면에서 동작합니다. 커터헤드는 굴착을 하며 막장공간을 만들어 줍니다. 그동안 터널 뒤쪽에서는 지하철공사에서 설치될 구조물을 조립해서 안으로 넣습니다. 이렇게 해서 조금씩 전진하며 땅을 파는데, NATM공법과의 차이라면 쉴드라는 기구의 사용이라고 할 수 있겠습니다. 



T.R.c.M공법


NATM공법과 C.A.M공법이 땅속의 일부를 먼저 판 후 전체 파기를 하는 것인데 비해 쉴드TBM공법과 T.R.c.M공법은 지하에 작업공간을 마련하면서 전진한다는 차이가 있습니다. 땅속에서 작업이 이루어지기 때문에 교통량에 피해가 적고, 주변 환경에 관계없이 시공하므로 안전성과 경계성이 좋습니다. 


사진: T.R.c.M공법은 사방에 관을 박아서 압력을 지탱하며 터널공사 공간을 확보하는 방식이다.(사진: T.R.c.M공법은 사방에 관을 박아서 압력을 지탱하며 터널공사 공간을 확보하는 방식이다. [지하철 공법] / ⓒ www.kiss7.kr 제작)


T.Rc.M공법을 이용한 지하철 공사는 거대한 관을 밀어 넣는 것에서 시작됩니다. 차가 지나갈 수 있을 정도로 거대한 강관이 도로의 압력을 지탱해 주는 동안에, 관 안에서 흙을 퍼내고 가설공사를 합니다. 철근을 넣고 콘크리트로 지붕을 만든 후 수직 벽을 만들며 터널 내부를 파나가는 방법입니다. 별도의 가설공사가 필요 없다는 것은 T.Rc.M공법의 가장 큰 장점입니다. 




첨단기술, 토목 건축


지하철 공사 건설공법은 이 외에도 종류가 많지만 대표적인 것들에 대해 설명하였습니다. 그런 공법들의 실제 예를 보자면, 서울의 여의마루역과 마포역 사이의 하저터널에 NATM공법이 사용되었고, 서울숲역과 압구정로데오역 사이의 한강 하부에 쉴드TBM공법이 사용되었습니다. 


사진: 엠비씨와 유신의 자료사진. 여의마루역으로 향하는 지하철은 한강 밑을 지난다.(사진: 엠비씨와 유신의 자료사진. 여의마루역으로 향하는 지하철은 한강 밑을 지난다. [터널 공사방법] / ⓒ MBC, yooshin.co.kr)


알아둘 것은, 지하철 공사를 할 때 무조건 한 가지 공법만으로 공사를 하지 않는다는 것입니다. 그 지역의 땅의 굳기와 지하수 상황, 교통과 주민 불편 등을 종합적으로 판단하여 결정하는 것이 지하철 공사 공법들입니다. 조사와 검토를 통해 가장 경제적이면서도 가장 안전한 방법이 무엇일까를 생각하는 것이 토목건설의 핵심입니다. 

[저작권법 표시] 이 글의 원본: 키스세븐(www.kiss7.kr)


사진: 지하철 공사는 첨단 공법이 동원되고 대규모 자금이 투입되는 공사다.(사진: 지하철 공사는 첨단 공법이 동원되고 대규모 자금이 투입되는 공사다. [터널 공사방법] / ⓒ Metropolitan Transportation Authority)


일반인에게는 그저 땅을 파서 선로를 놓는 것처럼 보이지만, 지하철 공사에는 노련한 기획과 첨단기술이 들어가야 합니다. 그래야만 수백만 명의 안전과 도시환경이 보존된 수 있습니다. 도시 한 가운데에서 발생하는 '싱크홀' 중에는 지하철 공사를 잘 못해서 생기는 것들도 있다고 하니, 공사의 기획이 얼마나 중요한지 생각해 볼 일입니다. 

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