TBM

Tunnel Boring Machine

터널을 뚫을때 쓰는 대형 굴착기의 일종으로, 줄여서 TBM으로 부르며 정식 명칭으로는 터널 보링 머신이라고 한다. 특징으로는 크기가 매우 크고 가격도 굉장히 비싼데다 공사가 끝나면 기계를 폐기처분 하기가 까다롭지만, 터널 공사를 매우 쉽게 그리고 매우 단기간 내에 끝낼 수 있다는 장점이 압도적이라 현대 터널 공사에 있어선 거의 필수요소급인 장비라고 할 수 있다. TBM은 일회용이라 재활용 가능한 부품만 빼고 나머지는 전부 땅에 그대로 묻어버리거나 폐기처분하지만 정 불가피한 경우에 꺼내기는 꺼낸다. 당장에 TBM이 사용된 토목건축물 중 가장 유명한 사례 중 하나인, 분당선 한강 하저터널에 쓰인 TBM도 그 비싼 비용 때문에 단 1대만 사놓고 그 1대로 상행선을 먼저 뚫고 이후 TBM 방향을 돌려 하행선을 뚫는 식으로 터널 1쌍을 건설했다.

터널 공사용 실드 TBM[1]으로 만들어진 국내 최초의 터널은 광주 도시철도 1호선 노선의 지하구간 남광주역 ~ 도청역(현 문화전당역) 구간이다.

가격은 어마 무시하지만, 터널 뚫는걸 정말 쉽고 간편하게 만들어주기 때문에 요즘 터널 공사에서 안 쓰이는 데가 없다. 우리나라에선 불과 2000년대 초에 도입되어 보급이 다른 나라보다 많이 늦었음에도 지금은 안 쓰이는 데가 없는 걸 보면 굉장히 파급력이 큰 기술이라고 할 수 있다.

위 사진에서 보이는 샤워기 꼭지같이 생긴 부분이 실제 굴착이 이루어지는 부분인데 저 부분이 빙글빙글 회전하면서 앞에 달린 커터헤드가 전면부의 암석과 흙을 깎아낸다. 굴착부 뒤에는 지지부(실드 스킨)가 위치해있어 TBM이 파낸 굴의 천장과 측면이 무너지지 않도록 잡아준다. 또 여기에는 기중기와 같은 부속 장비가 같이 달려있어 터널 벽체를 TBM 뒤의 건설인부들이 손쉽게 조립할 수 있도록 도와준다. 굴착 속도도 빠른 편인데 뒤에선 기계가 터널 모양을 계속 붙들어 주기 때문에 터널 벽 시공도 매우 쉽고 빠르게 만들어준다.
그리고 TBM 뒤쪽을 따라 컨베이어 벨트가 늘어서 있어 굴착부가 파낸 흙이나 돌조각들을 자동으로 컨베이어 벨트를 통해 지하 공사장 맨 뒤편으로 수송해 잔해 처리를 매우 용이하게 해 준다.

TBM을 벌레에 빗대는 사람이 많은데 정말로 사과를 파먹는 벌레랑 작동원리가 똑같다고 보면 된다. 앞으로는 흙을 먹고, 몸통으로는 구멍을 받들어주고, 뒤로는 흙을 싸고. TBM은 실제로 배좀벌레조개가 배를 파고들어가는 습성에서 영감을 얻어 만든 건설장비다.

아래의 문단에 언급된 설명 출처는 네이버 지식백과이다.

다수의 디스크커터를 장착한 커터헤드를 회전시켜 암반을 압쇄하여 굴진하는 고부가가치와 최첨단 융복합 장비의 성격을 갖고 있는 원형의 회전식 터널 굴진기이다. TBM공법은 TBM을 사용하여 굴진하고 버력을 반출, 지보작업(Segment조립 등)을 연속적으로 수행하여 터널을 시공하는 것으로 과거의 발파-굴착에 의존해온 기존 공법에 비해 시공의 고속화 및 안전성향상, 환경성 및 경제성이 향상된 장점을 고루 갖춘 공법이다.

TBM은 본체, 후속설비, 부대시설로 구성되고 본체는 커터, 커터헤드, 추진시스템, 클램핑 시스템, 이렉터 등이 있고 후속설비에는 벨트컨베이어, 광차가 있고 부대시설은 버력처리장, 오탁수정화시설, 환기시설, 수전설비, 급수설비, 배수설비 등으로 구성된다. TBM본체는 크게 후드부, 거더부, 테일부의 3부분으로 구성되며 후드부에는 회전하면서 지반과 맞닿아 원형의 굴착을 하는 커터헤드가 있고 커터헤드 내에는 토사용 굴착시 사용되는 소모품인 커터비트 다수 또는 암반 절삭 도구인 디스크커터 다수가 배치되어 있다.

커터헤드 뒤에는 굴진면 지지 압력을 제어하고 유지시키는 공간인 커터헤드 챔버가 있다. 거더부는 커터헤드를전진시키는 유압추진책과 그리퍼(Gripper), 굴착을 위해 커터헤드를 회전시카는 구동장치(모터)로 구성되어 있다. 테일부는 세그먼트 조립장치인 이렉터와 외부의 토사 및 지하수유입을 방지하는 테일실, 뒤채움 그라우팅 주입장치 배토 및 버력반출 장비가 위치해 있다. TBM은 쉴드의 유무, 지보방법, 개방형, 밀폐형, 전단면, 부분단면 굴착으로 구분할 수 있다.

(1) 쉴드의 유 · 무 : 기계화 시공법의 대표적인 분류항목으로 현재는 사각형이나 2중 원형 등도 제작되고 있으나 통상적으로 원통형으로 제작되어 사용된다. 쉴드가 없는 경우는 Open TBM, Main-bean TBM으로 구분하고 쉴드가 있는 경우는 쉴드 TBM으로 분류한다.

(2) 지보방법 : 터널굴착 중 굴착장비에 의한 터널의 주변, 막장면을 대상으로 하는 지보방법을 말한다. 터널 주면에 대한 지보방법은 무지보 또는 쉴드에 의한 지보로 구분한다.

(3) 반력을 얻는 방법 : 터널굴착기계를 추진하기 위한 반력을 어떻게 얻는가에 대한 것으로서 로드헤더 등의 부분단면 굴착기는 대부분 자중에 의한 반력을 이용하여 쉴드가 없는 TBM은 통상 Gripper를 이용 터널 주면 벽면을 지지하는 힘에 의해 반력을 얻는다. 쉴드TBM의 경우는 세그먼트를 미는 유압잭(Jack)에 의해서 반력을 얻으며 일부는 더블쉴드 TBM과 같이 그리퍼와 세그먼트 모두에서 반력을 얻는 방법도 있다.

(4) 전단면 굴착과 부분단면 굴착 : 로드헤더(Road Header), 유압헤머(Hydraulic Hammer) 등의 붐형(Boom-Type)의 경우는 터널막장면을 부분적으로 분할하여 굴착하므로 부분단면 출착기에 속하고 대부분의 TBM의 경우는 전단면굴착기로 분류할 수 있다. 다만 TBM의 경우에도 커터헤드가 없는 경우는 부분단면 굴착기로 분류할 수 있다. 이 분류 항목은 TBM 앞부분의 개폐여부 및 커터헤드의 유 · 무의 분류항목과 밀접하게 연관되어 있다.

TBM에 사용되는 디스크 커터는 금속의 가공, 열처리에서 최첨단 기술이 듬뿍 들어간 부품이다. 다른 부품도 마찬가지이지만 특히 디스크 커터는 그러하다. 국내에서도 아직 국산화가 연구되고 있는 수준이다. 2012년 국산화에 성공했다하지만 아직 신뢰성 평가기간이 10년도 안되어서 아직 갈길이 멀다. 하지만 차근차근 연구되고 있고 일부 분야는 타국보다 우월한 기술력을 축적하는 등 성과도 나오고 있다.
선진 6개국에서도 TBM관련기술을 비공개하여 기술이전도 금하고 있는 상태이다. 한국은 이들에 비하면 기술수준이 60%수준으로 평가된다.