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도로굴착 없이 통신관로 구축
도로굴착 없이 통신관로 구축
  • 한국정보통신
  • 승인 2005.11.14 10:04
  • 호수 11322
  • 댓글 0
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KT, 소구경 비개착 관로 건설 관심
경제적 비용으로 지하시설물 시공 가능
도심지 등 협소한 곳 공사에 '안성맞춤'

도심 한가운데서 지하 통신관로를 만드는 것은 그리 만만한 작업이 아니다.
협소한 시공장소, 높은 시공비용 등 많은 어려움이 따른다. 특히 소음, 교통장애 등으로 인한 민원유발은 최대 걸림돌이다.
KT는 최근 도심지에서 지하통신관로를 효율적으로 건설할 수 있게 하는 소구경 비개착 장비 'XS-300'을 내놓았다. 이 장비는 개착식 시공이 불가한 구간에 대한 인입관로 구성과 지하장애물 하월시공, 도로횡단 시공 등에 적합하다.
특히 'XS-300'은 이달 초 정보통신부 주최로 열린 '2005 IT 인프라 엑스포'에서 소개돼 관람객의 이목을 집중시키기도 했다.

비개착 공법
도시의 기능이 커가면서 땅속 지하매설물은 포화상태에 이르렀다. 이 때문에 추가신설이나 증설작업이 어려운 경우도 발생하게 됐다.
특히 도심지에서 지하관로를 건설하는 것은 많은 민원유발과 도시경관 저해요소 등으로 인해서 시민들로부터 좋은 소리를 듣지 못한다.
이 때문에 종래에 많이 적용되던 개착식(open-cut)공법 대신 비개착식 공법(trenchless method)이 널리 보급되고 있는 추세다.
개착식 공법이란 땅을 판 후 각종 콘크리트관 등을 매설하는 방법.
이에 반해 비개착식 공법은 도로를 굴착하지 않고 기계를 사용하거나 폭파시켜 지하에 터널 등을 만드는 방법을 말한다. 통신구, 전력구, 가스관로, 하수구 등의 건설에는 비개착식 공법인 쉴드(shield) 및 세미쉴드(semi-shield)공법이 주로 적용되고 있다.
세미쉴드 공법은 장비가 간단하고 시공비가 저렴해 굴진(掘進)거리가 짧은 중소형 터널공사에 많이 쓰이고 있다.
최근에는 세미쉴드라는 말 대신 마이크로터널링(Microtunneling)이라는 용어가 국제적으로 더 많이 쓰이고 있다. 마이크로터널링은 직경 2m 이하의 작은 터널을 건설하는 것으로 굴진장비를 원격 제어하면서 추진관을 밀어서 터널을 만드는 방식으로 이뤄진다.
마이크로터널링 장비는 주로 암반, 토사 등을 원통형 몸체 앞에 달린 회전하는 면판으로 절삭하고 이 때 생기는 토사를 물 또는 진공상태를 이용해 외부로 배출함으로써 터널을 형성하는 방법으로 작동된다. 장비의 면판에는 단단한 암편 또는 토사를 절삭할 수 있는 롤러 커트, 비트 등이 장착된다.
마이크로터널링 장비를 이용해 지하터널을 건설할 경우, 터널의 양쪽 끝에 한 개씩의 수직구를 파고 굴착공사 자체는 지하에서 수행할 수 있게 된다.
그러나 이러한 마이크로 터널링 공법과 같은 소형터널을 건설하는 공법도 시내에서 적용하기에는 상당한 애로사항이 많다. 마이크로 터널링 공법을 적용하려면 많은 시공점용면적을 필요로 한다. 또 작업구의 크기와 후방설비에 대해서 점용면적 최소화가 요구되고 있다.

장비개발 다양화
KT는 비개착 시공기술의 일환으로 XS-2000, XS-1000, XS-500 등 통신구를 건설할 수 있는 마이크로터널링 장비를 개발한 바 있다.
이 중 눈에 띄는 것은 직경 500mm급 마이크로터널링 장비 'XS-500'다.
지난 2003년 8월 개발된 'XS-500'는 유압모터를 효율적으로 배치해 좁은 내부공간에서도 암반 굴착이 가능한 출력을 얻을 수 있도록 했다.
XS-500는 여타 외산 장비에도 적용하지 못한 방향제어 기술을 적용, 직선 뿐 아니라 곡선 굴진이 가능하도록 했다.
아울러 KT는 지난 2002년 8월 직경 1000mm급의 마이크로터널링 장비 'XS-1000'를 개발한 바 있다. 'XS-1000'은 중소형 굴진기 부분에서 국내 최초로 개발된 것으로 장비 가격이 기존의 외국산 장비에 비해 약 30% 정도 저렴한 것이 특징이다.
이에 앞서 KT는 지난 2000년 5월 직경 2000mm급의 마이크로터널링 장비 'XS-2000'를 개발해 굴착장비 국산화의 토대를 마련한 바 있다.
이러한 장비는 통신구 건설을 위한 대표적인 비개착 장비라 할 수 있다. 그러나 도심지에서의 소구경 관로를 건설하기에는 적합하지가 않다.
특히 지하매설물 중 하수흄관이나 하수박스 등 타시설물을 관통해 시공한 지하관로 등은 우기에 유수의 흐름을 방해하는 유수장애 시설로 분류된다. 이러한 유수장애 시설은 통신품질 저하의 요인이 되고 있다.


'XS-300' 특성 및 기능 방향제어 기술 적용…

□ 개요 = 소구경 비개착 장비인 XS-300은 길이 1.45m, 폭 0.8m, 높이 0.97m이며 중량은 700Kg에 불과하다.
XS-300은 도심지에서 통신맨홀 터파기 부분을 압입구로 활용할 수 있다. 경제적인 비용으로 개착식 시공이 불가한 구간에 대한 인입관로 구성과 지하장애물 하월시공, 도로횡단 시공 등에 적합하다.
더욱이 타시설물을 관통한 불량통신 시설과 재해에 취약한 통신시설에 대해 안전하고 경제적인 비용으로 이설시공을 할 수 있다.
XS-300 소구경 비개착 장비는 장비본체 유압유니트, 전원공급 장치로 이뤄져 있으며 장비 본체는 리더파이프, 컨베어스크류, 헤드커터 등 주변기기와의 결합을 통해 비개착 시공이 가능하다.
시제품의 크기는 광맨홀내에 설치가 가능한 크기로 제작됐다. 도심지와 같은 협소한 장소에서도 시공이 가능하다. 또한 직경 300mm의 터널링 장비로써 적은 점용면적으로도 시공이 가능해 민원유발을 최소화 할 수 있다.
특히 다른 소구경 외산장비도 적용하지 못한 방향제어 기술을 적용, 직선 뿐 아니라 굴선굴진 등 방향을 수정할 수 있다. 장비의 전진은 물론 후진도 가능해 수정시공이 용이하다.
XS-300 통신관로 굴착기의 개발로 도심지의 부족한 통신관로 확충사업이 용이해 졌다.
그리고 통신구, 전력구, 상하수도, 가스관로 등 구경이 작아 기존 터널링 방법으로 건설하기 힘들었던 도시 기반시설들의 경제적인 구축이 가능해졌다.
장비의 특장점은 다음과 같다.
o 소형 발진구 속에 설치돼 1공정 또는 2공정식으로 소구경 관로를 건설
o 추진 시스템 중 추력을 발생시키는 추진부는 발진구 속에, 그외 설비는 지상에 설치돼 관로 건설을 수행
o 소구경 관로를 건설시 지하장애물을 피하기 위해 반복적인 추진작업 및 방향 전환이 가능함
o 직선 굴착작업이 가능하도록 루트를 계속적으로 확인 가능
o 중량은 700kg으로 5톤 카고 크레인으로 다루기 용이함
o N치 40 이하의 복합토질에도 적용이 가능함
o 최대 70m 추진시 ±3mm의 오차범위로 고정밀 시공가능

□ 방향제어 및 추진관
첫번째의 리더관 추진에 있어서의 방향수정은 선도체 최전방부에 장착된 고휘도 발광다이오드를 발진 입갱내 추진기 후방에 설치한 측량기로 계측하면서 읽어내는 방식이다.
추진도중에 측량기의 십자선으로부터 중심램프가 벗어난 경우 리더관을 정회전시켜 중심램프가 십자선보다 멀리 떨어진 위치에서 더욱 더 십자선과 중심램프, 바깥주위 램프가 일직선 상이 되는 곳에서 멈춘다.
그대로 추진하면 중심램프는 십자선에 들어온다. 이것을 반복해 목표지점까지 곧바로 도달시킨다.
추진관은 PVC 직관으로서 1본의 길이는 80cm이고 연결부는 나선형 구조로 이뤄져 있다. 소형발진구 속에서도 효율적으로 결합이 가능하다.
추진관에 가해지는 힘은 연직방향에서 가해지는 토압과 활하중 그리고 축방향에서 가해지는 선단저항력과 관의 외주면에 발생되는 저항력이 영향을 미치는데 이러한 하중에 대해 충분히 고려돼야 한다. 허용응력을 고려한 안전율 F는 1.2 이상이 요구된다.

□ 시험시공 = 시험시공은 KT 2연구센터 내 야외시험장에서 실시됐다. Ø50mm, Ø150mm, Ø300mm에 대해 각각 30m 비개착 시공을 실시했다.
시험시공 공정은 일반적인 터널굴진 공정이 장비추진과 동시에 추진관이 설치되는 1공정식으로 이뤄졌다. 반면 이 공법은 리드관이 설치되는 1공정과 추진관이 설치되는 2공정의 방식으로 이뤄진다.
시공시에 가장 중요한 공정은 장비설치 과정과 측량작업이다. 목표하는 지점에 정확히 관을 추진하기 위해서는 초기작업이 그 승패를 좌우한다.
장비의 기계적 성능은 30m 추진거리에 대해서는 추진력이나 RPM 등을 체크해 볼 때 초기굴진시나 도달시 큰 차이점이 없는 것으로 보아 양호했다. 최대 자갈입경 17cm 이하는 스크류컨베어를 통해 배토하는 데 무리가 없는 것을 측정값을 통해 알 수 있다.
그리고 초기 장비셋팅이 정확히 이뤄지면 경로오차 없이 정확하게 목표지점에 도달이 됐다. 그러나 가종 제작된 추진관의 경우 가공 제작시 연결부 불량으로 인해 추진관 연결시 수월하지 못한 부분 등은 앞으로 개선할 점으로 나타났다.

자료 : KT 차세대통신망연구소(2005 한국정보통신설비학회 하계학술대회 논문)

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