기계/재료

위안안호 실드굴진기로 위안장 터널 굴착 완료

발행일 : 2019 / 07 / 09

2019년 7월 4일, 중국 첫 상압 커터교환 거대 직경 “위안안호(沅安號)” 실드굴진기로 창장(長江) 중상류의 “현하(The suspended, 하상 해발고가 해당 구간 하류 경과 지역의 양안 지표면 해발고보다 높은 하천으로서 “지상하”라고도 부른다)”인 위안장(沅江)에서 위안장 터널 굴착을 완료했다. 이는 중국의 수중 실드 터널(Shield tunnel) 굴착 기계 제조, 복잡한 지질 조건에서의 실드 터널 구축 기술이 세계 선진 수준에 도달했음을 의미한다.

위안장 터널 상부의 물길이 구불구불하고 수면이 넓으며 장마철 수위가 도시 지표면 보다 약 6m 높기에 지질학적으로 전형적인 “현하”에 속한다. “위안안호”는 국가중점연구개발계획 “거대 직경 이수(Mud) 평형 실드굴진기 연구개발 및 응용” 성과이다. 해당 실드굴진기의 굴착 지름은 11.75m이고 전체 길이는 132m, 총 무계는 약 3,000t, 설비용량은 6,100KW이다. 상압 커터교환은 압력 커터교환에 비하여 효율이 4~5배 향상되었고 커터헤드(Cutter head)는 마치 활짝핀 복숭아꽃과도 같다. “가장 아름다운 실드굴진기”로 불리는 해당 실드굴진기는 중국철도건설중공업그룹과 중국철로 14국그룹이 공동으로 위안장 터널 설계에 맞춤형으로 개발한 완전한 자체 지식재산권을 보유한 실드굴진기이다.

위안장 터널의 전체 길이는 2.24Km, 내경은 10.3m이고 이중관 단일층, 양방향 4개 차로로 설계됐으며 차량 주행 시속 60 Km이다. 위안장 터널 굴착 지질 조건은 아주 복잡하다. 이중 터널 단면 자갈 지층의 길이는 3Km에 달하며 자갈 최대 강도는 73MPa이기에 마멸성이 강하고 절삭공구에 대한 마모도 심각할 뿐만 아니라 지층에 피압수가 대량으로 함유됐기에 삼투계수가 크며 최대 수압이 대기압의 4.8배이다. 또한 굴착 개시 구간 터널의 토양피복 두께는6m, 리시빙 구간(Receiving section) 터널의 토양피복 두께는 4.6m로 모두 실드 직경(Shield diameter) 보다 작기에 실드굴진기 굴착 개시 및 리시빙(Receiving) 과정의 안전 위험성이 높다.

위안장 터널 구축 과정에서 여러 자체 핵심 기술을 확보했다. 1) 굴착 과정에서 50m 굴착한 후 4개의 변두리 선단부 커터를 교체해야 하기에 내마모성이 향상된 합금 절삭공구 300여 개를 개발하여 안전하고 고효율적으로 278개의 커터를 교체했다. 2) 커터헤드에서의 흙케이크(Mud cake) 형성을 방지하기 위해 새 재료로 점토를 분해시키고 원심분리 설비로 슬러리를 처리함으로써 친환경 무오염을 달성했다. 3) 4차로 안전하고 평온하게 양안 제방을 가로지름과 아울러 많은 건축물을 가로지르는 과정에서 침하를 2mm이내로 통제했다.

위안장 터널 구축 총 개산액은 25.44억 위안(한화 약 4,358.53억)이고 건설기간은 3년이며 사용기한은 25년이다.