하지만 지하 통신시설은 지상 시설물에 비해 소홀히 취급되거나 설비투자의 우선순위에서 밀리는 경우가 많다. 그러나 지하 통신시설에 문제가 생긴다면 이를 해결하는데 많은 시간과 비용이 소요되므로 시설의 관리 및 활용, 업그레이드 등에
꾸준한 노력이 뒤따라야 한다.
아울러 지하 통신시설을 구축하는데 필요한 터널 공사와 관련 장비에 대한 연구개발도 동시에 이뤄져야 한다.
비개착식 공법 확산 추세
최근에는 기계식 장비의 발달로 터널공사를 하는데 있어서 종래에 많이 적용되던 개착식(open-cut)공법이 비개착식 공법(trenchless method)으로 대체돼 가고 있는 추세다.
개착식 공법이란 땅을 판 후 각종 콘크리트관 등을 매설하는 방법이며 비개착식 공법은 도로를 굴착하지 않고 기계를 사용하거나 폭파시켜 지하에 터널 등을 만드는 방법을 말한다.
특히 통신구, 전력구, 가스관로, 하수구 등의 건설에는 비개착식 공법인 쉴드(shield) 및 세미쉴드(semi-shield)공법이 주로 적용되고 있다.
쉴드공법은 세그먼트(segment)를 조립하면서 복공 및 추진을 하며 세미쉴드 공법은 콘크리드관 또는 강관을 후방에서 잭(jack)으로 밀어서 추진하는 방식이다.
이에 따라 쉴드공법은 주로 장거리 터널공사에 적용되고 세미쉴드 공법은 굴진거리가 짦은 중소형 터널공사에 많이 채택되고 있다.
특히 세미쉴드 공법은 장비가 간단하고 시공비가 저렴해 일본, 유럽, 미국, 동남아시아 등지에서 활발하게 적용되고 있으며 국내에서도 이를 이용한 터널 시공사례가 급증하고 있다. 최근에는 세미쉴드라는 용어대신 마이크로터널링(Microtunneling) 이라는 용어가 국제적으로 더 많이 쓰이고 있다.
마이크로터널링 공법은 구체적으로 굴진장비를 원격제어하면서 추진관을 밀어서 터널을 굴착하는 기계식 터널링 공법으로 정의된다.
마이크로터널링 장비를 이용해 지하터널을 건설할 경우, 터널의 양쪽 끝에 한 개씩의 수직구를 파고 굴착공사 자체는 지하에서 수행할 수 있게 된다.
지금까지는 서울, 부산, 마산, 군산 등 일부 지역에서 제한적으로 마이크로 터널링 공법을 이용한 하수관로 전력구 통신구 건설이 많이 이뤄졌지만 앞으로는 다른 지역에서도 마이크로터널링 공법을 이용한 시공이 활발해질 것으로 보인다.
KT의 통신구 건설사업
통신구는 대량의 통신케이블을 안정적으로 수용할 수 있는 지하구조물로서 유인통신구와 무인통신구로 나눌 수 있다. 현재 대량의 동케이블을 수용하기 위한 유인통신구의 건설수요는 감소하고 있는 추세이다. 반면 낮은 비용으로 가입자망을 구축하기 위한 무인통신구의 필요성이 점차 커지고 있는데 이는 플라스틱 통신관로의 노후화와 수량부족에 기인한다.
안정적인 통신망 구축을 위해 다조의 동케이블 및 광케이블을 수용하기 위한 통신구가 건설돼 왔다. 지금까지 건설된 통신구는 내경 2,000mm∼3,500mm이며 총연장은 약 350km에 이른다.
건설공법으로는 몇 년전까지만 해도 개착식 터널공법이 많았으나 이제는 지하철이나 도시철도에 위탁해 공사하고 있는 공동구를 제외하고는 개착식 공법이 적용되고 있는 현장은 거의 없다.
즉 KT에서 자체적으로 시행하고 있는 통신구 건설시에는 시공거리가 매우 짧은 경우를 제외하고는 전량 마이크로터널링을 비롯한 비개착공법을 적용하고 있다.
2001년에 시행된 통신구 공사건을 살펴보면 총길이 약 25km에 계약금액은 1,800억원에 이른다. (이 수치는 당해 년도에만 국한되는 통신구 공사건을 의미하는 것이 아니고 2001년 중에 진행되고 있는 시공건을 합산한 것이다. 그리고 자체시공 및 위탁시공의 비율은 65:35인데 위탁시공은 전량 개착시공으로 시행되고 있다.
자체 시공하는 경우에 채택되고 있는 공법을 보면 개착식은 3%에 불과하고 나머지는 모두 개착식 공법을 적용하고 있다. 특히 최근에는 통신구의 내경이 점점 줄어들어 2,000mm가 주종을 차지하고 있으며 이에 따라 마이크로터널링 공법의 적용이 급증하고 있다.
향후 작업자의 별도 출입이 필요없는 소형 무인통신구의 건설은 더욱 활발해질 것으로 보인다. 여기에는 건설비용이 저렴한 마이크로터널링 공법이 많이 활용될 것으로 예상된다.
KT의 비개착 건설기술 연구 개발
세계 여러 나라에서 비개착공법이 활성화돼 있는 것에 비해 우리나라의 기술수준은 다소 뒤떨어져 있다. 이는 높은 장비가격, 발주기관의 인식부족 등으로 인해 아직까지 국내의 비개착 건설시장이 충분히 활성화돼 있지 않기 때문이다.
최근 행정기관의 도로굴착 규제로 인해 국내의 비개착 건설시장의 규모가 커지고 있으나 IMF 이후 높은 환율로 외국산 장비를 도입하는데 부담이 되고 있다. 이로 인해 공사비용이 동반 상승하고 있어 비개착 건설기술 및 시장의 발전에 큰 장애가 되고 있다.
이러한 이유로 마이크로터널링 장비의 국산화 필요성은 더욱 커지고 있다.
이에 따라 KT에서는 유인통신구 및 무인통신구 등 정보통신망의 인프라 건설비용 및 타 국가기간시설 건설비용의 절감을 위해 마이크로 터널링 장비의 국산화를 정통부의 선도기반기술 개발과제로 수행하고 있다.
지난 99년∼2000년의 1차 연구개발기간 중 직경 2,000mm급의 마이크로터널링 장비(XS-2000)를 개발했고 2001∼2003년의 2차 연구개발기간에는 직경 1,000mm 및 500mm급의 터널링 장비를 개발하고 있다.
□ 1차 연구개발(2,000mm급)
o 개발목표 = XS-2000의 연구개발 목표는 기존의 외국산 장비를 국산화하는데 있었다. 아울러 국내의 토질조건에 효과적으로 대응하도록 몇 가지 부가기능을 추가함으로써 경쟁력을 갖추는데도 초점을 맞췄다.
이는 기존의 외국산 장비가 높은 가격에도 불구하고 변화가 심한 국내 토질조건에 적절히 대응하지 못하는 단점을 안고 있었기 때문이다.
먼저 개발장비는 △내경 2,000mm의 터널을 중단없이 200m이상 굴착할 수 있으며 △곡선형 터널인 경우 곡률반경이 150m까지 굴착할 수 있는 기능을 갖추는데 목표를 두었다.
o 시작품 제작 = 99년 초부터 약 1년 동안의 개발기간을 거쳐 시작품이 제작됐다. 시작품 설계는 KT와 한국에스이씨가 함께 맡았고 제작은 △커터 및 비트 △바디 및 감속기 △크러셔 △유압 △제어시스템 등으로 나눠져 협력업체를 통해 이뤄졌다.
XS-2000 시작품은 일부 부품을 제외하고는 최대한 국산품을 채택해 국산화율이 약 93%에 이른다.
o 시험시공 및 현장적용 = 2000년 6월말부터 KT 가입자망 연구소에서 시작품에 대한 시험시공이 이뤄졌다. 이후 몇 가지의 미비점을 보완한 다음 통신구 시공현장에 투입됐다.
첫 번째 투입은 2000년 11월 속초 전화국 인입통신구 공사현장에서 이뤄졌다. 이어 지난해 6월 대구전화국의 통신구공사에 개발장비가 투입됐다.
□ 2차 연구개발 (1,000mm 및 500mm급)
o 연구개발 개요 = 2001년부터 시작된 XS-1000 및 XS-500의 개발은 KT에서 추진하고 있는 무인통신구 사업과 관계가 있다. 케이블을 수용하기 위해 KT가 보유한 관로설비는 총 12만km에 달하는데 추가로 케이블을 포설하기 위한 여유관로가 부족하고 관로의 상태가 열악한 것이 문제점으로 지적돼 왔다.
이러한 문제점을 극복하고 통신품질의 고도화를 위해 반영구적이고 신뢰성있는 무인통신구를 건설, 관로를 대체하는 것이 필요하다는 인식이 생겨났다. 이에 따라 KT는 무인통신구 건설용 터널링 장비 개발을 국책과제로 수행하게 됐다. 향후에는 관경 400mm∼1,000mm의 무인통신구 건설이 활발해질 것으로 보인다.
o 연구개발 과정 = 굴진기의 연구개발에는 KT외에 (주)나온테크가 함께 참여했다. KT는 2001년 초에 기본설계를 시작해 10월 세부 설계를 완료했으며 이듬해 6월 제작에 착수했다. 이어 8월 중순에 굴진기의 제작을 마치고 별도로 제작해 온 TMS(Tunneling Management System)와의 통합시험을 수행했다.
o 연구개발품의 특징 = 터널링 시스템은 크게 굴진기와 TMS로 이뤄져 있다. 굴진기의 가장 큰 특징은 소형장비인데도 불구하고 작업자가 챔버까지 접근할 수 있도록 굴진기 중심에 통로를 마련했다는 것이다. 또한 면판의 경우 토질에 따라 롤러커터와 비트를 상호 교체할 수 있는 구조로 제작돼 암반층에서 장거리 굴진이 충분히 가능해졌다.
이 밖에 원압잭의 압력을 이용하던 기존의 장비와는 달리 추력 측정장치를 구비하고 있는 점도 터널링 시스템의 특징이다.
TMS는 굴진기를 제어하는 기능을 담당하는데 XS-2000에 탑재됐던 시스템보다 많은 부분에서 진화가 이뤄졌다. 가장 큰 특징으로는 제어 단계를 단순화시킴으로써 더욱 안정된 터널링 작업이 가능해졌다는 점이다. 아울러 크고 작은 시스템 장애 발생시에도 현장에서 손쉽게 대처할 수 있도록 제작됐다.
향후 전망
KT는 개발이 완료된 터널링 장비(XS-2000)를 통신구 건설공사에 우선적으로 활용하고 필요시 하수 및 가스관로 공사에도 투입할 예정이다.
특히 KT는 기술자립을 꾀하고 국내의 장비수요를 충족시키는 한편 외국장비시장으로의 진출을 꾀하기 위해 설계 및 제작기술을 우수 중소기업에 전수했다. 양산시 장비가격은 기존 외국산 장비에 비해 약 30% 정도 낮추는 것을 목표로 하고 있다.
또한 2001년부터 개발에 착수한 소형 터널링 장비의 경우 철저한 품질보증 과정을 거쳐 설계 및 제작을 하고 면밀한 성능검증을 거쳐 보완을 한 후 실제 현장에 투입할 예정이다.
이와 같이 우리나라 자체의 마이크로터널링 장비의 제작기술이 확보되면 비개착 방식의 건설비용을 절감하는 것이 가능해질 전망이다. 이를 통해 개착식 공법과의 경쟁이 촉진되고 비개착시장이 활성화됨으로써 장비의 염가공급이 가능해지는 등 선순환이 기대된다.
아울러 국가적으로는 수입대체로 인한 이득과 함께 해외시장 개척을 통한 경제적 효과가 매우 클 것으로 보인다.
관경별 마이크로 터널링 시공비중
{{{{ 관경(mm)
}}{{ 300∼500
}}{{ 600∼900
}}{{ 1000∼1500
}}{{ 1650∼2000
}}{{ 2200∼3000
}}{{ 비율
}}{{ 11%
}}{{ 23%
}}{{ 31%
}}{{ 17%
}}{{ 18%
}}
}}
용도별 마이크로터널링 공법 적용 비중
{{{{ 구 분
}}{{ 하수
}}{{ 전력
}}{{ 통신
}}{{ 가스
}}{{ 용수
}}{{ 기타
}}{{ 비 율
}}{{ 68%
}}{{ 11%
}}{{ 9%
}}{{ 7%
}}{{ 4%
}}{{ 1%
}}
}}
KT 통신구 건설에 적용되고 있는 공법 (2001년)
{{{{ 구 분
}}{{ NATM
}}{{ 마이크로
터널링
}}{{ 쉴 드
}}{{ 메사쉴드
}}{{ 개 착
}}{{ 비 율
}}{{ 39%
}}{{ 32%
}}{{ 19%
}}{{ 2%
}}{{ 3%
}}
}}
※ NATM(나틈)공법 = 터널을 굴진하면서 기존암반에 콘크리트를 뿜어 붙이고 암벽 군데군데에 구멍을 뚫고 죔쇠를 박아서 파들어가는 공법.
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