싱크홀·지반침하 예방···전력구 터널 지반침하 문제해결

굴착기계 송·배전 계통 및 배토량 측정방식 개념도

한국전력 전력연구원이 국내 최초로 이수 가압식 기계화 공법의 배토량 측정방식을 개발했다.
이로써 전력구 터널 공사 때 예상치 못한 파쇄대 등의 위험지반 조우 상황에서 발생할 수 있는 싱크홀 및 지반침하를 예방하고, 굴착돼 나오는 흙의 양을 적절하게 관리하는 길을 열었다. 
전력구 터널은 기계식 굴착기계를 사용해 전력공급을 위해 지하 수십미터 아래 약 7㎡ 단위면적의 지하공간을 창출한다.
굴착된 단면이 시공된 구조물의 단면보다 크기 때문에 불가피하게 지반침하 문제가 동반될 수 있다.
이를 효율적으로 대응하기 위해서는 굴착되는 흙의 양을 모니터링해 관리하는 것이 필수적이다.
고수압 및 파쇄대 지역에서 전력구 터널을 시공할 때는 안정성에 용이한 이수가압식 쉴드TBM(Tunnel Boring Machine)을 사용한다.
점토분말·벤토나이트 등이 포함된 이수를 가압시켜 이막을 형성함으로써 굴착면의 안정성을 도모하는 기계식 굴착방법이다.
기존 송·배전계통에서는 유량측정과 밀도계를 통해 관리하고 있지만, 굴착된 흙과 해수 등이 혼합돼 배출되기 때문에 정확한 굴착량을 환산할 수 없어서 싱크홀 및 지반침하의 위험성에 적절하게 대응하는 데 어려움이 따랐다.
‘이수 가압식 배토량 측정방식’은 국내 최초로 이수처리시설 중 1차 처리시설인 디샌더(Desander)에 설치할 수 있는 중량식 배토량 센서로써 기존 송·배니관 유량측정의 한계를 극복하고, 탈수된 입경 0.074mm 이상의 조립질 흙의 무게를 바탕으로 굴착된 부피로 환산해 굴착 시 위험 상황에 대비할 수 있는 시스템이다.
이 방식은 디샌더에서 배출된 토사가 측정센서의 버켓용기로 임시 적치됐다가 야적장으로 자동 회전 배출돼 굴착된 흙의 무게를 연속적으로 측정한다.
배토량 측정방식 운영에 별도의 인력이 필요하지 않으며, 후크형 저울과 단말기 간에 블루투스 4.0 통신방식 통해 0.5초 간격으로 측정된 무게를 통합 데이터베이스로 자동전송해 지반침하 예측을 위한 입력자료로 활용된다.
전력연구원은 작동 신뢰성과 구성 장치의 내구성 검증을 위한 실내시험 후, 특허 출원을 완료했다.
이어 굴착되는 흙의 양을 효율적으로 관리할 수 있는 관리기준을 수립할 계획이다.
또한, 전력구 터널의 공기지연 및 지반침하 등 경제·사회적 피해 예방을 위한 효율적인 지중화사업이 이뤄지도록 하는 교두보 역할을 할 계획이다.
나아가 국내 터널 공사현장의 시공기술 발전에도 기여할 것으로 기대했다.
한전 전력연구원 관계자는 “이수가압식 배토량 측정방식은 2021년 하반기 전력구 현장에 실증 후 확대 적용을 추진한다”라며 “측정된 배토량을 바탕으로 상부 지반침하를 예측할 수 있는 알고리즘을 개발할 계획이다”라고 밝혔다.