[논문]싱가포르 DTL2 C918A TBM 복구 사례

손승모; 정성우; 김택곤; 윤정욱

싱가포르 DTL2 C918A TBM 복구 사례 원문보기

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문제 정의

싱가포르 DTL 2단계 C918A공구는 당초 2009년 9월 Alpine Bau Gmbh가 시공적격자로 선정된 후 2013년 6월까지 시공하였으나, 재정적인 파산으로 인하여 2달여의 재입찰과정을 거쳐 당사가 시공 중인 현장에 적격자로 선정된 특이한 사례이다. 본 기술보고에서는 C918A공구의 재입찰에 관련된 사항과 4달여 기간 동안 굴진을 멈춘 TBM 장비를 복구하는 사례를 기술하였다.
본 원고에서는 SK건설이 당시 특수한 상황의 제한 경쟁 입찰을 통해 싱가포르 C918A를 수주한 배경 및 시공 중 문제 해결과정에 대해 소개하고자 한다.

제안 방법

기본적인 현장 점검 후 굴진을 재개하려고 시도하였으나 Cutterhead가 시계방향으로 회전이 되지 않음에 따라 커터헤드 상태 확인을 위해 TBM Intervention 을 실시하였다. 그 결과 굴착부 10-11시 방향에 2m × 2m 크기의 공동부 및 커터헤드 전방 일부 굴착면 및 Chamber 내에서 화강암 지대의 풍화 잔존물인 Boulder 형태의 핵석(Corestone)을 발견하였다.
굴진 시 TBM 장비의 Tail 부분이 모르타르로 채워진 구간을 통과할 때 막장압, Backfill Grouting 압력 등을 확인하여 추가적인 Backfill Grouting 및 2nd Grouting 실시로 좀 더 밀실하게 지반을 보강하였다. 마지막으로 TBM이 해당 구간을 완전히 벗어난 후 지상부의 도로의 안정성을 충분히 확보하기 위해 상부에서 추가적으로 Grouting 실시하였다.
이러한 조사결과를 바탕으로 발주처와 TBM 장비사와 함께 현장을 오가며 기술 회의를 진행하였다. 그 결과 기존 TBM의 커터헤드가 시계방향으로 회전이 잘 되지 않는 주요 원인은 4개월 이상 TBM이 방치되면서 지반이 이완되고, 10-11시 방향의 핵석이 일부 커터헤드에 밀착 접촉하고 있으며, Chamber내의 핵석도 원활한 커터헤드 회전에 방해를 주는 것으로 추정하였다.
이에 따라 TBM복구를 위한 첫 번째 방법으로 Chamber내 핵석을 제거하기 위해 Slurry Bypass를 시도하였다. 그러나 Slurry Bypass를 진행하면서 TBM 상부에 있던 전석에도 영향을 주게 되어 공동(약 80m³ )이 발생한 것을 확인하였고 또한, 기존 TBM이 끼이게 된 원인이 Wedged 형태의 핵석임을 추가적으로 파악하게 되어 다른 대책의 강구가 필요하게 되었다.
하지만 공사를 진행하던 중 Alpine사는 재정적 이유로 2013년 6월 29일 파산하게 된다. 이에 따라 발주처인 LTA는 인접공구인 C916의 시공사인 McConnell Dowell사와 함께 한 팀을 긴급히 구성하여 현장 유지관리를 실시하였다. 이는 발주처가 해당 공구의 새로운 시공사를 선정하는 기간 동안 Operation 준비를 완료하여 즉시 시공에 착수하기 위함이었다.
이후 TBM은 지속적인 Value Engineering을 통해 재입찰 당시의 계획보다 효율적 굴진을 달성하여 수주 계약 공기를 단축하였다. 따라서 발주처의 당초 계획대로 금년 내에 완공을 달성할 것으로 예상된다.
즉, 먼저 Chamber내 Compressed air상태에서 붕락부의 지반 안정성을 확인하여 숏크리트를 포설하였다. 이후 커터 개구부를 임시로 폐쇄하고 전방 공동부를 모르타르로 밀실하게 채워 TBM 전방 안정성을 확보한 상태에서 Chamber 내의 잔여 핵석을 제거하고, 파손된 커터는 새로운 커터로 교체하였다.
즉, 먼저 Chamber내 Compressed air상태에서 붕락부의 지반 안정성을 확인하여 숏크리트를 포설하였다. 이후 커터 개구부를 임시로 폐쇄하고 전방 공동부를 모르타르로 밀실하게 채워 TBM 전방 안정성을 확보한 상태에서 Chamber 내의 잔여 핵석을 제거하고, 파손된 커터는 새로운 커터로 교체하였다.

대상 데이터

C918A공구는 그림 2와 같이 당초 C918공구의 총 2.2km 중 굴착이 완료된 Bored Tunnel(EPB Type) 570m를 포함하여 450m의 Cut & Cover Tunnel 과 250m의 Station, 그리고 920m의 Twin Bored Tunnel(Slurry Type)로 구성되며, 공기는 2013년 8월 29일부터 2016년 1월 30일까지 29개월로 계약되었다.
그 결과 King Albert Park Station과 Sixth Ave. Station 및 해당 구간의 Tunnel 잔여구간 시공은 McConnell Dowell(C917A), Tan Kah Kee Station 및 Botanic Garden Station까지의 Tunnel 잔여구간 시공은 당사(SK건설, C918A)가 선정 되었다.
Downtown line Phase 2의 총 12개의 Station 및 Tunnel은 다시 10개 공구로 나뉘어 발주되었으며, 그 중 King Albert Park Station에서 Sixth Ave. Station(C917)과 Tan Kah Kee Station을 거쳐 Botanic Garden Station(C918)까지 연결되는 2개 공구를 Alpine Bau Gmbh사가 수주하였다(그림 1). 하지만 공사를 진행하던 중 Alpine사는 재정적 이유로 2013년 6월 29일 파산하게 된다.
그림 5는 Bukit Timah Granite의 풍화 정도에 따라 G-I부터 G-VI까지 등급에 따른 특성을 나타내며, 이중 G-I~IV는 암반층에 해당되고, G-V~VI는 토사 층에 해당된다. 본 현장은 Tan Kah Kee Station 및 Botanic Garden Station까지의 Slurry TBM 굴착 시점부의 토사와 암반의 교호하는 복합지반 구간을 포함한 난공사 구간이다.

성능/효과

굴진 시 TBM 장비의 Tail 부분이 모르타르로 채워진 구간을 통과할 때 막장압, Backfill Grouting 압력 등을 확인하여 추가적인 Backfill Grouting 및 2nd Grouting 실시로 좀 더 밀실하게 지반을 보강하였다. 마지막으로 TBM이 해당 구간을 완전히 벗어난 후 지상부의 도로의 안정성을 충분히 확보하기 위해 상부에서 추가적으로 Grouting 실시하였다.
그 결과 굴착부 10-11시 방향에 2m × 2m 크기의 공동부 및 커터헤드 전방 일부 굴착면 및 Chamber 내에서 화강암 지대의 풍화 잔존물인 Boulder 형태의 핵석(Corestone)을 발견하였다.
이러한 조사결과를 바탕으로 발주처와 TBM 장비사와 함께 현장을 오가며 기술 회의를 진행하였다. 그 결과 기존 TBM의 커터헤드가 시계방향으로 회전이 잘 되지 않는 주요 원인은 4개월 이상 TBM이 방치되면서 지반이 이완되고, 10-11시 방향의 핵석이 일부 커터헤드에 밀착 접촉하고 있으며, Chamber내의 핵석도 원활한 커터헤드 회전에 방해를 주는 것으로 추정하였다.
약 2주간에 걸친 최종 정비 후 커터의 회전을 확인한 결과 한 방향으로 회전하여 굴진이 가능하였고, 장비 제조사와 TBM rolling을 monitoring하면서 5개의 ring을 설치하여 모르타르로 채워진 구간을 통과하게 되었다. 이 후 양방향으로 회전이 가능하여 정상적인 굴진을 이어갈 수 있었다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

싱가포르의 지질 구조는?

싱가포르의 지질은 그림 3에서 보는 바와 같이 서부의 Jurong Formation(퇴적암) 및 Kallang Formation(연약지층), 중부의 Bukit Timah Granite(화강암층), 동부의 Old Alluvium(충적층 계열), 남부 해안의 Kallang Formation으로 구성되어 있으며, C918A공구는 Bukit Timah Granite과 Kallang Formation이 혼재된 지역에 위치한다. 본 C918A는 대부분 Bukit Timah Granite으로 구성된다(그림 4).

TBM복구를 위한 첫 번째 방법은 무엇인가?

이에 따라 TBM복구를 위한 첫 번째 방법으로 Chamber내 핵석을 제거하기 위해 Slurry Bypass를 시도하였다. 그러나 Slurry Bypass를 진행하면서 TBM 상부에 있던 전석에도 영향을 주게 되어 공동(약 80m3 )이 발생한 것을 확인하였고 또한, 기존 TBM이 끼이게 된 원인이 Wedged 형태의 핵석임을 추가적으로 파악하게 되어 다른 대책의 강구가 필요하게 되었다.

계획보다 효율적 굴진을 달성하여 수주 계약 공기를 단축이 가능한 이유는?

따라서 발주처의 당초 계획대로 금년 내에 완공을 달성할 것으로 예상된다. 이와 같은 결과는 기술에 대한 현장의 과감한 의사결정과 구성원들의 헌신적인 노력이 있었기에 가능했다고 판단된다.

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