[과학기술자상] 선정이유

TBM(Tunnel Boring Machine)을 우리말로 옮기면 터널굴착기계가 된다. 원통으로 생긴 외형의 전면에는 「디스크 커터」라는 원반이 달려 있다. 바로 이 디스크 커터가 회전하면서 암반을 깬다. 또한 아래 부분에는 암반 파편을 받는 공간이 있어 뒤쪽으로 연결된 컨베이어 벨트를 통해 나르게 돼 있다. 메커니즘은 다르지만 만화영화에 곧잘 나오는 굴착기계, 즉 나선형의 원뿔처럼 생긴 땅굴파는 기계를 연상하면 된다.

TBM 공법은 말 그대로 TBM을 이용한 굴착공법. 기존의 발파굴착(NATM) 공법과는 달리 화약을 사용하지 않는다. 인력 또한 거의 필요없다. 특히 적정 시공조건에서 하루 60m 이상을 굴진할 수 있다. NATM 공법의 작업속도가 하루 1~3m인데 비하면 굴진효율이 20~60배에 달하는 셈이다.

지난 80년 부산 지하철 터널공사에 처음으로 도입, 적용된 TBM 공법은 뛰어난 굴진효율 때문에 갈수록 사용실적이 급증하고 있다. 현재 우리나라는 전세계 TBM 보유량의 26%인 30대를 보유하고 있을 정도.

그러나 TBM 공법이 국내에 도입된지 15년이 넘도록 이와 관련된 기술개발이나 연구는 없었다.

배규진(裵圭振)박사는 이같은 현실을 감안, 국내 처음으로 TBM 공법 사용현장의 굴진효율을 체계적으로 분석, 생산성과 효율성 증대에 기여했다.

특히 裵박사는 TBM의 특성상 한정된 단면형상, 즉 원형만 형성할 수 있는 한계를 극복하고 어떤 단면형상도 만들어 낼 수 있는 TBM/NATM 병용공법을 국내 처음으로 적용했다. TBM 공법과 NATM 공법의 장점을 살린 TBM/NATM 병용공법은 발파진동을 20% 이상 줄일 수 있으며, 5㎞ 이상의 장대(長大) 터널을 기준으로 약 10%의 공사비를 줄일 수 있다. 특히 공사기간은 60% 이상을 단축시킬 정도로 생산성이 탁월하다.

격자 지보(Lattice Girder)의 국내 현장 도입도 裵박사가 올린 개가.

그동안 국내 터널공사는 굴착공사 뒤 강(鋼) 지보재(주로 H형강)와 숏크리트(뿜어서 붙이는 콘크리트)를 타설, 터널이 붕괴되지 않도록 하는 게 일반적이었다.

그러나 H형강은 비교적 무겁고 시공하기가 어려워 빠른 시간내에 지보재를 설치하기 어려운 단점이 있다. 특히 H형강 뒷부분은 숏크리트가 조밀하게 발라지지 않으며, 이로 인해 터널면과 H형강 사이가 공동(空洞)으로 남는 경우가 많다.★그림 참조

裵박사는 이러한 점에 착안, 격자 지보라고 불리는 새로운 형태의 지보재를 연구하여 이를 현장에 응용할 수 있는 토대로 마련했다. 격자 지보는 3개의 원형 강봉 연결 부재 연결 이음부로 이뤄져 있다. 중량이 가볍고, 각 구성부분 사이의 공간이 많아서 숏크리트 역시 골고루 뿜어 붙일 수 있다.

노후화된 교량, 터널 등 공공시설물의 안정성 평가를 할 때 가장 난감한 점은 구조물의 안전성 평가를 어떻게 객관화하느냐다. 구조물의 노후화, 열화는 다양한 손상 요인이 복합적으로 작용, 발생하기 때문에 안전성 정도를 정량적으로 수치화 한다는 것이 그리 쉽지 않다. 이 때문에 그동안은 주로 기술자의 경험에 의존해 왔는데, 이는 사실 주관적 판단에 불과하다.

裵박사는 이같은 안전성 평가의 애매함과 주관성을 객관화시키고, 평가 결과의 수치화로 신뢰성을 높이기 위해 지반공학 분야에 처음으로 퍼지이론(Fuzzy Theory)을 도입했다. 퍼지이론이란 인간의 애매한 언어표현을 정량적인 수치로 표시하는 것을 말한다. 현재 전자두뇌와 같은 지능시스템·소프트컴퓨팅 등 첨단 과학기술 분야에 주로 활용되고 있다.【정구영 기자】

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