철도연, 대심도 터널 수직구 1/3 이상 공기단축 신기술 개발

프리캐스트 콘크리트의 수평 방향 결합 기술 개발 

 

한국철도기술연구원은 대심도 터널 수직구 프리캐스트 콘크리트 시공기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

 

수직구는 지하터널을 뚫기 위한 진입로로 굴착 장비와 자재 운반, 공사 과정에서 발생한 토사 배출, 비상 상황에는 지상으로 대피하는 공간으로 사용되고, 준공 후에는 보수작업을 위한 통로와 공기유통을 위한 환기구 역할을 한다.

 

기존에는 콘크리트 타설 방식으로 공사 기간이 길었지만, 프리캐스트 콘크리트(PC, Precast Concrete, 사전제작형 콘크리트) 시공기술로 공사 기간을 크게 줄여 경제성을 높였다.

 

최근 GTX 건설과 함께 대심도 터널 건설 수요가 증가하고 있고, 지하터널로의 접근성을 높이기 위한 신속하고 안정적인 수직구 제작이 필요하다.

 

수직구의 곡면을 만드는 활모양 구조물인 세그먼트를 공장에서 사전 제작하여 현장에서 조립하는데, 세그먼트를 수직 및 수평으로 결합하는 철근 연결이 핵심 기술로 안전성을 강화했다.

 

기존의 수직구 세그먼트는 수직 방향으로 연결하는 공법 위주만로 개발됐는데, 2019년 KDS(Korean Design Standard)로 설계기준이 통합되면서 지하구조물 내진설계 규정이 강화됨에 따라 수평 방향 세그먼트의 내진 안전성이 강조되고 있다.

 

나비넥타이(Bow-Tie) 형태의 수평회전연결재(Bow-Tie)를 사용할 경우, 세그먼트의 내진 성능이 향상될 뿐만 아니라, 세그먼트 간 수평 방향 연결을 시공 중에 빠르고 편리하게 수행할 수 있다.

 

4개의 세그먼트가 결합되면 하나의 수직구 링이 완성되고, 2개의 수직구 링이 완성되면 내벽 외벽으로 서로 연결하는데, 여기도 수평회전연결재로 결합한다. 만들어진 격벽 위로는 슬래브를 얹어 다음 작업 공간을 만드는 방식이다.

 

외벽, 내벽, 슬래브 등 수직구 전체를 프리캐스트 콘크리트로 시공하여 기존의 외벽은 철근 콘크리트, 내벽, 계단, 슬래브 등 일부는 프리캐스트 콘크리트로 혼용하는 슬립폼 공법 대비 공기, 노무비, 안전 등의 문제점을 개선한 스마트 건설시공법이다.

 

대심도 터널 50m 깊이의 수직구 공사 기준 기존 슬림폼 공법은 66일이 걸리지만, 개발된 기술을 적용하면 42일로 약 36%, 1/3 이상 기간이 단축된다.

 

철도연 중소기업지원 및 육성사업으로 철도연과 엔케이이앤씨(주)가 함께 연구를 수행했다.

 

한편, 철도연은 사전제작 콘크리트로 진행하는 대심도 터널 수직구 시공기술 시연회를 국내 시공 및 설계사를 대상으로 진행했고, 공기 단축과 시공성에 많은 관심을 받고 있다. 

 

한석윤 철도연 원장은 “수평회전연결재(Bow-Tie)를 이용한 철도 구조물 공법은 철도 대심도 터널 시공 시 반드시 필요한 수직구의 경제성 및 안전성을 향상시킨 기술”이라며, “계속해서 경제성과 안전성을 동시에 확보하는 명품 K-철도기술 개발에 더욱 힘쓰겠다”고 밝혔다.

 

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