3년전에 작성한 글 여기다 재업함



안녕하세요 막장탄 입니다.

 

이번에는 지하철 건설공사에 대해 말씀드리려 합니다.

 

부디 유익한 정보를 얻으셨으면 좋겠습니다.

 

 

Q.지하철은 어떻게 공사 하나요?

 

A.지하철 건설 공법으로는 보통 3가지 공법이 있습니다, 보통 개착식,NATM,쉴드 TBM 공법이 있는데 가장 표준적인 공법이 개착식(開鑿式) 공법입니다.

 

먼저 개착식(開鑿式) 공법은 지상 도로에서 지하까지 그대로 굴착을 하면서 땅을 들어내고, 지하 내에 지하철 구조물을 설치하고 다시 땅을 덮고 지상 도로를 포장하고 원상복구하는 공법입니다.

 

주로 넓고 평평한 도로에서 시공하는 공법이며, 수도권 전철 1호선 종로선 구간 건설공사부터 지금까지 널리 사용되왔던 공법입니다.

 

 

(출처-다음 로드뷰(사진 클릭 후 원본보기로 보시기를 권장합니다.))

 

2008년 당시 수도권 전철 3호선 오금 연장구간(수서-오금) 中 가락시장 정거장 건설현장 입니다.

 

도로에 아스팔트 포장 대신 판 같은게 덮여있는게 보이는데, '복공판(覆工板)'이라 불리는 철판입니다. 땅을 그대로 들어내서 내부 구조물을 시공하는 공법이라 심각한 교통체증을 동반하기 때문에, 들어낸 부분에 복공판(覆工板)을 설치하여 그나마 도로 통행을 원활하게 하였습니다.

 

그리고 NATM 공법은 'New Australian Tunneling Method'의 약자로 1956년, 오스트리아에서 개발하였으며, 1962년, 국제암반협회에서 'NATM (New Australian Tunneling Method) 공법'으로 명명하였습니다. 시공 방법은 먼저 굴착한 뒤, 지보공(가축 지보공 또는 H형 지보공)을 세워넣고, 벽면에 철망을 바르고, 콘크리트를 타설합니다. 그 후, 로크 볼트를 실시해서 굴착면을 안정시키면 완공됩니다. 또한, 개착식(開鑿式) 공법같이 지상 도로에서 땅을 들어내는 공법이 아니라서, 복공판을 따로 설치할 필요가 없습니다.

(출처-네이버 지식백과)

 

주로 연약,암반 지반에 사용되는 공법이며, 국내에서는 1982년, 수도권 전철 4호선 퇴계로 구간에 최초로 시공된 이래, 지금까지 사용되고 있는 공법입니다.

 

그리고 쉴드 TBM 공법이 있는데, 이 중에서 'TBM'은 (Tunnel Boring Machine)의 약자이며, TBM 터널굴착기가 터널을 수평으로 굴착하며 전진하는 공법입니다. 국내에서는 부산도시철도 1호선 서대신 정거장~대티 정거장 구간 시공에 최초로 사용되었으며, 소음과 진동이 없어 지금도 인기리에 사용되는 공법입니다. 이 공법 역시 개착식(開鑿式) 공법같이 지상 도로에서 땅을 들어내는 공법이 아니라서, 복공판을 따로 설치할 필요가 없습니다.

 

(출처-위키백과(사진 클릭 후 원본보기로 보시기를 권장합니다.))

 

TBM 터널굴착기 내부 구조도 입니다.

 

그리고 특수공법이 있는데, 재래식 터널 공법과 3Arch(쓰리아치) 공법입니다.

 

재래식(在來式) 터널 공법은, 미국에서 개발된 공법이며, 다이너마이트로 암반을 파쇄하며 발파공법과, 절삭기라 불리는 기계를 이용하는 기계 굴착공법, 2개 공법을 병용한 병용공법이 있습니다. 국내에서는 수도권 전철 2호선 잠실구간에 최초로 적용되었으며, 지금은 사용되지 않는 공법입니다. 이 공법 역시, 개착식(開鑿式) 공법같이 지상 도로에서 땅을 들어내는 공법이 아니라서, 복공판을 따로 설치할 필요가 없습니다.

 

3Arch(쓰리아치) 공법은, 중간 벽체 시공을 위한 파일럿 터널(10)을 발파 시공하는 단계와, 상기 파일럿 터널(10)에 숏크리트 및 락볼트(11)를 시공하는 단계로 이루어진 쓰리아치 굴착터널의 굴착 시공 방법에 있어서, 상기 파일럿 터널(10)의 좌우측의 메인 터널(20, 30)을 향해 방사상으로 장약공(20a, 30a)을 선천공하는 단계와, 상기 파일럿 터널(10)의 내부에 중간 벽체(50)를 시공하는 단계와, 상기 우측 메인 터널(30)의 굴착 경계선에 터널의 종단 방향으로 장약공(30b)을 천공하고, 발파 굴착하는 단계와, 상기 좌측 메인 터널(20)의 굴착 경계선에 터널의 종단 방향으로 장약공(20b)을 천공하고, 발파 굴착하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 쓰리아치 굴착 터널의 굴착 시공 방법 입니다. 이 공법 역시, 개착식(開鑿式) 공법같이 지상 도로에서 땅을 들어내는 공법이 아니라서, 복공판을 따로 설치할 필요가 없습니다.

 

국내에서는 유일하게 수도권 전철 3호선에 독립문 정거장에 적용 되었으며, 지금은 사용되지 않는 공법입니다.

 

 

Q.환승역은 어떻게 공사하죠?

 

A.환승 정거장 건설 공법에도 여러 건설 공법이 있습니다.

 

일반적으로 기존 지하철 구조물 밑을 철근으로 지지하고 굴착 후, 밑에 신규 지하철 구조물을 시공하는 방법이 있고, 기존 지하철 구조물 바로 밑에 신규 지하철 구조물을 지지대 겸으로 시공하는 공법이 있습니다.

 

가장 난공사 였던 환승 정거장이 수도권 전철 9호선 고속터미널 정거장 이었는데, 건설계획 당시, 지하 1층에는 지하상가, 지하 2층에는 수도권 전철 3호선 고속터미널역 승강장이 있어서 개착식(開鑿式) 공법 사용은 불가하였고, 암반도 연약 암반이고 근처에 한강이 있었는지라 터널식 공법 마저 사용할 수 없었다고 합니다.

 

그래서 시공사인 쌍용 건설에서 계속 공법을 고안해 내던 중, T.R.c.M(Tubular Roof construction Method) 공법과 CAM 공법을 병행하여 시공하는 공법을 착안합니다.

 

T.R.c.M 공법은 작업기지용도의 수평 갤러리 관(Φ2,000mm 이상)을 추진한 후, 횡방향으로 슬래브용 강관을 설치하고, 갤러리 관 하부를 절단하여 양측 벽체를 트렌치 굴착하여 벽체 구조물을 타설하고 내부 굴착한 후 바닥 구조물을 설치하는 공법입니다.

 

(출처-KRCT)

 

그리고 CAM 공법은 토피가 작은 토사층에서 대단면 터널 구조물을 축조할때 적용하는 공법으로, 지중에서 다량의 대구경 강관을 유압 잭으로 압입 및 내부를 굴착하여 아치 형태로 배열하여 설치한후, 루프를 형성하는 강관을 지지하는 횡방향 거더를 설치하여 아치형 횡방향 콘크리트 빔을 형성합니다. 아치형 빔은 강관 추진시 병행 시공한 파일럿 터널의 내부 벽체와 일체화 시킴으로서 목적하는 대단면 터널의 내부 단면을 굴착하기 전에 터널 구조물을 축조하고 내부 굴착을 시행하므로 지반 변위를 최소화 하고 안정된 대단면 지하 구조물을 축조하는 터널 공법입니다.

 

(출처-다음로드뷰(사진 클릭 후 원본보기로 보시기를 권장합니다.))

 

CAM 공법이 적용된 수도권 전철 9호선 고속터미널역 지하 4층 대합실입니다.(참고로 아치형 천장 바로 15cm 상부에는 3호선 구조물이 있습니다.)
 
 
(출처-쌍용건설(사진 클릭 후 원본보기로 보시기를 권장합니다.))
 
건설 당시 CAM 공법을 적용하려면 시공할 공간이 필요했기에 T.R.c.M 공법을 사용하여 공간을 확보하고, 그 공간 내에서 CAM 공법을 적용 했다고 합니다.
 
그리고 수도권 전철 2호선 종합운동장역 구조물 밑에 수도권 전철 9호선 종합운동장 정거장의 구조물과 수도권 전철 8호선 석촌역 구조물 밑에 수도권 전철 9호선 석촌 정거장의 구조물을 '가교형 강재받침 공법'이라는 신 공법을 적용하여 시공하였는데, 이 공법은 한 번에 강재 자재 파일(H-Pile)을 여러 개 박아 위에 있는 지하철 구조물을 떠받친 후 굴착해나가는 공법입니다.
 
 
(출처-NEWS is)
 
가교형 강재받침 공법입니다.
 
 
Q.마지막으로 강(하천포함)을 지나는 구간은 어떻게 공사하죠?
 
A.강(하천포함)을 지나는 구간은 보통 2가지 방법으로 시공합니다. 첫째는 강 위에 철교를 시공하는 방법이고, 둘째는 강 밑에 하저 터널을 시공하는 방법이 있습니다.
 
기존 경부선,수도권 전철 1호선~4호선 까지는 한강 위에 철교를 시공하였던 반면, 수도권 전철 5호선 부터는 한강 밑에 하저 터널을 시공하였다고 합니다. 철교는 주로 트러스교 형식으로 시공되었었는데, 트러스교는 삼각형으로 연결된 트러스의 강성을 이용한 교량입니다. 대표적으로 수도권 전철 1호선 한강철교,수도권 전철 3호선 동호대교,수도권 전철 4호선 동작대교가 트러스교 형식으로 시공된 철교 입니다.
 
(출처-두산백과)
 
트러스교 입니다.
 
그리고 수도권 전철 5호선 한강 하저 터널은 NATM 공법으로 시공되었으며, 그 후 수도권 전철 7호선은 강 위에 철교를 시공하였습니다. 수도권 전철 5호선 한강 하저 터널 시공 당시에는 기술이 좋지 못해서 쌍굴 방식으로 하저 터널을 시공했다고 합니다. 그 이후 분당선 한강 하저 터널을 시공했을 때는 쉴드 TBM으로 하저 터널을 시공했다고 합니다.
 
 
터널 건설공법의 역사는 지하철의 역사와 함께 발전해 왔습니다.
 
수도권 전철 1호선부터 지금까지 이어온 개착식 공법,80년대 중반에 국내 최초 도입된 NATM 공법,최첨단 쉴드 TBM 공법까지.. 앞으로 터널 건설공법이 더 발전되어 철도,도로 건설에 더욱 효율적인 공사과 되기를 바라며 이만 마치겠습니다.
 
긴 글 읽어주셔서 감사합니다.