1. 서 론
2. 국외 쉴드TBM 터널공사 개요 및 분석
2.1 홍콩의 지하철 터널공사 입찰안내서
2.2 영국의 수로 터널공사 입찰안내서
3.국내외 쉴드TBM 입찰안내서 분석 및 검토결과
3.1 해외 입찰안내서 특징
3.2 국내 입찰안내서 특징
3.3 국내외 입찰안내서 분석 결과
4. 결 론
1. 서 론
해외에서는 이미 많은 국가에서 쉴드TBM을 이용한 터널공사가 많이 발주되고 있으며, 국내 기업도 활발하게 참여하고 있다. 국내에서는 주로 재활용 쉴드TBM을 이용하여 전력구, 가스관로, 상하수도 터널공사가 꾸준히 발주되고 있으며, 도심지 지하철공사에는 직경 7 m 이상의 신규 쉴드TBM을 제작하여 터널공사에 활용하는 발주가 증가하고 있다.
쉴드TBM은 해당 구간의 지반조건과 제반 공사여건을 고려하여 1회성으로 발주한 후 제작하기 때문에 설계와 공장제작 및 현장에 반입될 때까지 소요되는 기간이 길고, 또한 굴진을 시작한 이후에는 계획되지 않은 장비의 기능을 추가하거나 개조하기가 어렵다. 따라서 장비를 발주할 때는 설계와 굴진에 있어서 참고할 수 있는 충분한 정보와 요구되는 사양을 입찰안내서에 포함하여 시공 중 사양의 변경, 공기 및 공사비의 증가에 대한 리스크가 발생하지 않도록 할 필요가 있다.
해외의 경우, 발주자가 터널공사에 필요한 구간별 지반정보, 주변 현황, 제반조건, 설계정수와 함께 쉴드TBM을 제작하는데 있어서 요구되는 사양, 굴진 중에 예상되는 리스크 등 입찰자로 하여금 현장 조건을 고려한 쉴드TBM의 형식을 선정하고 계획할 수 있도록 입찰안내서를 제공하고 있다. 그러나 국내의 경우, 터널공사에 필요한 일반적인 조건과 개략적인 정보만을 입찰안내서로 제공하고 있기 때문에 현장 조건에 맞는 장비를 선정하기 어렵고, 굴진 중에도 장비제작사, 현장, 발주처간에 장비의 적정성에 대해 분쟁이 발생하는 경우도 있다. 또한 전문인력도 충분하지 않아 장비설계와 제작과정을 확인하거나 검증하기도 어려운 실정이며, 현장 반입 후 굴진 중에는 적절한 예비 부품, 보조설비, 첨가제가 준비되지 않아 굴진효율이 저하되는 트러블도 발생하고 있는 실정이다.
이에 본 연구에서는 국내외 입찰안내서를 수집하고 분석하여 향후 국내 발주기관 또는 기업 등에서 활용할 수 있는 장비제작을 위한 입찰안내서(안)를 제시하고자 한다. 그 선행연구로서 먼저 해외에서 최근 입찰이 종료된 프로젝트의 입찰안내서(Invitation To Bid, ITB)를 수집, 분석하여 비교하였다. 향후 지속적인 연구를 수행하여 국산화 쉴드TBM을 개발하는데 필요한 정보를 함께 제공하고, 쉴드TBM 운영에 필요한 세부사항을 검토하여 오퍼레이터의 역량과 필요조건에 대한 조사분석도 수행하여 보다 안전하고 신뢰성 높은 쉴드TBM 터널공사의 시장확대에 기여하고자 한다.
2. 국외 쉴드TBM 터널공사 개요 및 분석
국내외 입찰안내서를 수집하고 분석하여 향후 국내 발주기관 또는 기업 등에서 활용할 수 있는 장비제작을 위한 입찰안내서(안) 작성을 위해 국외 사례에서는 구조물의 특성을 고려하여 다양한 국가와 적용 구조물(지하철, 수로터널) 공사의 입찰안내서(ITB)를 수집하였고, 국내에서는 그동안 실적이 많은 전력구 공사와 지하철, 철도 공사의 자료를 수집하였으며 수집한 입찰안내서는 Table 1과 같이 국가와 발주연도, 발주처, 터널의 용도 등을 정리하였다. 해외의 자료로는 유럽, 중동, 동남아시아, 싱가포르, 태국 등 7개 터널공사의 자료를 수집하였고 국내는 지하철, 철도와 TBM시공 실적이 많은 전력구 공사 3개의 입찰안내서를 수집하였다. 그 중 본 연구에서는 국외에 많은 입찰이 이뤄지고 있는 지하철 Shatin to Central Link 와 수로터널인 Thames Tideway Tunnel에 대해서 분석하였다.
2.1 홍콩의 지하철 터널공사 입찰안내서
홍콩의 Shatin to Central Line (SCL)은 Fig. 1에서 확인할 수 있듯이, 홍콩 구룡반도 남단에 위치한 총 연장 17 km의 지하철공사로 Table 2와 같이 나타낸 1단계 4~5개 구간, 2단계 2~3개 구간으로 구성되며 MTR Corporation Limited가 계획하였다. 본 연구에서는 1단계 공사 중 쉴드TBM이 포함된 HOM~SUW구간의 입찰안내서를 분석하였다.
발주처의 입찰안내서에서는 과업구간의 지반정보로서 시추조사를 포함한 지층분포, 지질특성, 설계정수, 구간별 예상 리스크를 제공하고 있었다. 시추조사는 총 338공으로 간격은 20~30 m, 시추심도는 계획고를 고려하여 평균 50 m로 수행하였다. 주요 분포지층은 매립층(0~5 m), 충적층 0~20 m, 풍화토~풍화암층(0~50 m), 자갈층, 하부 암반층으로 구성되며 존재하며 대규모 파쇄대 및 단층대는 파악되지 않았다. 지하수위는 GL(-) 2~5 m에 위치하고, 쉴드TBM 통과구간은 높은 강도의 암반구간과 토사층을 통과하고 있다.
전반적인 암반층은 Weathered granite으로 구성되며 Medium-grained, Fine-grained granite, Alluvium, 일부구간은 Marine sand가 분포하는 것을 제시하고 있다. Fig. 2는 입찰안내서에 제시된 과업구간의 풍화도, 암반분류 및 지질특성이다(Fig. 2).
도면자료 중에는 터널단면과 세그먼트 설계사항도 포함하고 있다. 터널단면은 내경 6.3 m로서 내부에는 대피통로와 건축한계, 유지관리 통로 등에 대한 사항을 제시하였다. 세그먼트는 분할, 연결, 지수재, 코팅에 대한 사항을 제시하고 있다(Table 3).
또한, 쉴드TBM 통과구간에 대한 주요 현황을 제시하여 입찰자로 하여금 세부설계 및 입찰용 제출서류의 작성에 정확도를 높을 수 있도록 하고 있다. 쉴드TBM 통과구간에 기존 구조물의 파일기초를 제거할 필요가 있으며, 인접한 기존 빌딩에 대한 지반침하거동을 분석하도록 하고 있다. 기존의 인접 철도 구조물에 대한 설비 인터페이스관리 필요성과 관련 내용, 기존 도로 하부통과 시 주의사항, 도심지 주택밀집지역에서 공사 수행 시 소음, 진동, 비산 먼지 등 환경관리에 대한 중요성과 주변 근접시설물에 대한 이력도 함께 제공하고 있다.
2.2 영국의 수로 터널공사 입찰안내서
런던에서는 1858년 완성된 기존 하수시스템을 현재까지 사용 중이며, 인구증가와 도시화로 현재 2 mm의 강우에도 하수가 Thames강으로 유입되어 오염이 심한 상황이다. 증가하는 도심지 하수도 용량을 확충하고 수질 개선을 위하여, 수년간의 검토를 통해 Thames Water Utilities Ltd에서 강우 시 하수의 저장 및 하수처리장으로 이송하기 위한 대심도 터널 및 차집시설을 건설하는 사업을 2014년에 발주하였다.
본 연구에서는 Fig. 3에 나타낸 공구 중 WEST구간에 대한 입찰안내서를 분석하였다. 터널연장은 6.9 km, 터널내경은 2차 복공 후 6.5 m이며, 수직구는 총 7개소이다(Fig. 3, 4).
입찰안내서에서는 발주처가 시행한 지반조사 자료가 제공되었으며, 시추조사는 총 45공을 수행하였다. Fig. 5에 나타냈듯이 쉴드TBM 통과구간은 전부 London Clay (Claystone) 지층을 통과하고, 하부는 Lambeth Formation (기반암)을 통과하는 것으로 계획되었다. 지반정보로는 투수계수, 암석강도, 파쇄대 존재여부, London Clay의 시추코아 및 자갈함유도, 입도분포의 양호정도 등 상세한 사항을 제공하고 있다(Fig. 5). 또한 쉴드TBM은 발주처가 제공하는 내용과 함께 시공 중 예상리스크에 대한 대책을 마련 할 수 있도록 장비를 설계하고 제작하도록 제시하고 있다.
터널 구조물에 대해서는 1차 라이닝으로서 RC세그먼트를 제시하였고, 그 내측에 2차 현장타설 콘크리트로 최소 내공 6.5 m를 만족하여야 하며, 관련 세부사항은 입찰자가 설계하도록 하였다. 또한 세그먼트는 RC, SFRC, Spheroidal Graphite Iron (SGI, 합성세그먼트로서 Ductile 세그먼트류)를 입찰자가 선택하여 사용가능하나 세그먼트별 설계법, 시험, 안전율을 상이하게 제시하였다. 특히 SFRC에 대해서는 하중효과에 의한 소성변형은 허용하나, 과도한 변형에 의한 안정성 저하는 불허하고 있으며, 세그먼트 파열에 대한 검증 및 크랙방지에 대한 대책을 제시하도록 요구하고 있다.
3.국내외 쉴드TBM 입찰안내서 분석 및 검토결과
국내외 쉴드TBM이 포함된 입찰안내서의 내용을 분석하고 제시하고 있는 사항을 정리하여 Table 4, 5에 나타내었다.
3.1 해외 입찰안내서 특징
수집한 해외 입찰안내서를 분석하면, 쉴드TBM 장비선정과 설계, 제작에 필요한 지반조사보고서와 함께 과업구간에 대한 굴진 중 주의사항, 인접구조물 통과구간 현황을 상세히 제시하고 있다. 쉴드TBM에 대해서는 제작과 관련한 세부적인 요구사항을 포함하여 반입과 반출, 계측, 선형, 운전, 구비서류, 부속설비, 안전설비, 화재관련 설비, 운영계획, 막장전방 계측 및 보강설비, 자격 등 전문적인 사항을 제시하고 있으며 세그먼트에 대해서는 설계기준, 방법, 재료, 재질, 연결, 배근 등 상세한 내용을 제시하고 있다.
해외 입찰안내서에서 중 Thames Tideway Tunnel, Bangkok Metro, Circle Line 8의 경우는 발주자가 지형 및 지질특성을 사전 검토하여 장비의 형식을 제시하였다.
해외 입찰안내서를 분석하고 정리하면, 우선 쉴드TBM 제작과 갖춰야 하는 사양을 상세하고 명확하게 제시하고 있었다. 또한 굴진과 안전에 영향을 미칠 수 있는 사항을 지반조사 성과로서 제시하고 있으며, 입찰자가 장비를 설계하는데 있어서 참고할 수 있도록 하고 있다. 터널 구조물의 용도에 따라 검토하면, 우수터널과 철도터널의 입찰안내서는 내부시설에 대한 건축한계 기준과 규모에 따른 추가항목 외 큰 차이는 없었다.
3.2 국내 입찰안내서 특징
국내의 자료로는 쉴드TBM 공사실적이 많은 소구경 전력구 터널과 지하철 또는 철도터널의 입찰안내서를 수집하여 분석하였다. 국내에서 공사실적이 비교적 많은 전력구의 경우, 상술한 해외 입찰안내서에서 제시하고 있는 내용에는 미치지 못하지만 일부 쉴드TBM이 구비해야 하는 사양과 운영, 시공방법에 대해서 제시하고 있었다. 세그먼트에 대해서도 일부 사항을 제시하고 있었다.
지하철과 철도 터널공사의 입찰안내서는 NATM공법에서 찾아볼 수 있는 일반적인 내용으로 구성되어져 있었으며, 일부 쉴드TBM 굴진에서 고려해야하는 일반적인 사항만으로서 간략하게 언급하고 있었다. 그 중 지하철 9호선에서 제시된 내용을 살펴보면 “쉴드TBM 터널계획은 터널의 선형, 토피, 내공단면, 쉴드TBM 형식, 라이닝, 유지관리 계획, 공사계획, 환경보존 계획 등을 포함하여야 하며, 공용 중의 유지관리 등에 대하여 고려해야 한다.”라는 문구로 축약하였고, 시공편에 “쉴드TBM에 의한 터널공사”로 제시하고 있으나 일반적인이고 포괄적인 내용으로만 제시하고 있었다. 발주자가 명확한 요구사항과 정보를 제공하지 않고 있으며, 입찰자와 장비사가 자체적으로 조사하고, 검토하여 판단한 후 선정하도록 하고 있다(Table 4, 5).
3.3 국내외 입찰안내서 분석 결과
국외 입찰안내서의 경우 대부분의 입찰안내서에서 지반조사보고서를 제공하고 있으며 지반조사보고서에서는 쉴드TBM 장비 및 명판, 세그먼트 설계에 필요한 내용이 상세히 기술되어 입찰자에게 제공되어지고 있으나 국내의 경우에는 지하철과 철도에서는 별도의 지반조사보고서를 제공하지 않고 있으며, 쉴드TBM 도입이 많이 이루어진 전력구 입찰안내서는 지층의 구성과 분포정도만 기술되어져 있어 대략적인 추정이 필요한 정도의 자료를 제시하고 있다. 또한, 공사 주변의 쉴드TBM 공정중 참고하여야 할 근접 지장물에 대한 위치정보, 재질, 통과할 경우에의 관리기준치 시공현황의 내용이 수록되어져 쉴드TBM 장비 제작에 필요한 추가 장비를 반영할 수 있도록 하고 있는 것을 알 수 있다.
국외 입찰안내서에서는 발주처가 TBM장비형식을 제시하는 경우도 있었으며 설계, 시공(Design/Build)에 대한 상세한 자료를 추가로 제시하고 있는 것을 알 수 있다. 하지만 국내에서는 전려구 입찰안내서에서 장비타입을 언급하고 있고, Design Build내용은 NATM의 일반적 내용일부만 수록되어있고, 기술적인 정보는 제공하고 있지 않았다.
국외의 경우에는 장비구비조건, 세그먼트내용, TBM운영, 시운전 사항, 장비해체, 오퍼레이터 자질, 장비품질, 문서사항 등에 거의 모든 사항을 제시하고 있으며 지역특성에 따라 백업 슬레이트, 사전탐사, 제어시스템, 인수사항, 슬러리 장비세부사항, 예비부품, 중절잭, 운전실, 굴진모니터링, 가스탐지, 공동 가스탐지, 기포주입 시스템, 인수 및 회수 등에 대한 상세내용도 제시하고 있다. 국내의 경우에는 지하철, 철도에서는 세부사항을 제시하고 있지는 않으며 전력구 입찰안내서에서는 항목들 내용이 미비하지만 장비구비조건, 세그먼트내용, TBM운영, 시운전 사항, 장비해체, 오퍼레이터 자질, 장비품질, 문서사항 등에 대해서 대략적인 정보만을 제공되어지고 있는 것으로 나타났다.
국외의 경우에는 도심지에서 이뤄지는 장비이기 때문에 사전에 입찰안내서 작성을 위한 설계에서 많은 정보를 제공함으로서 실제 입찰자가 현장에 적합한 장비선정이 이뤄지고 있는 것이다. 국내의 경우에는 주로 쉴드TBM이 특수공정으로 경쟁일괄입찰로 진행하다보니깐 입찰자가 지반조사, 설계, 시공까지 이뤄지고 있으므로 입찰안내서 내용이 일반적인 내용으로만 제시되고 있는 것을 알 수 있었다.
4. 결 론
쉴드TBM을 이용하는 터널공사의 입찰안내서를 해외 7건, 국내 3건을 수집하여 분석하고 검토하였다. 해외의 경우, 쉴드TBM을 활용한 터널공사를 위해 발주처는 다양한 정보와 필요한 요구사항을 입찰안내서에 명확하게 제시하고 있었다. 그러나 국내의 경우 일반적인 NATM공법의 내용에 비해 구체적이며 명확하게 제시하지 않고 있다. 쉴드TBM의 선정, 설계, 제작에 있어서 기존 유사사례, 전문가의 경험 등 입찰자의 판단에만 의존하고 있는 실정이다.
향후 국내에서도 발주 시 해외와 같이 쉴드TBM의 선정, 설계, 제작에 요구되는 사항과 함께 운영, 관리, 계측항목을 제시할 필요가 있을 것으로 판단된다. 또한 세그먼트 설계에 필요한 파라메터도 함께 제시하여 설계 및 시공 중에 리스크가 발생하지 않도록 추가할 필요가 있는 것으로 판단된다. 본 검토결과를 바탕으로 발주자의 입찰안내 가이드라인을 제시하는데 필요한 사항과 정보, 실정을 파악할 수 있었고, 향후 추가적인 연구를 수행하여 국내 실정에 맞는 가이드라인을 완성하여 제공하고자 한다.
