불곰 사업의 일환 러시아 탱크 분해로 김치 냉장고 탄생처럼 관찰력이 대세다.

[고덕칠]

서울신문

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나무 파먹는 벌레에서 얻은 아이디어로 탄생한 최첨단 기술 TBM… 터널 공법의 혁신이 되다 [노승완의 공간짓기]

노승완 건축 칼럼니스트·건축사·기술사 arcro123@hobancon.co.kr별 스토리 • 어제 오전 8:56

나무 파먹는 벌레에서 얻은 아이디어로 탄생한 최첨단 기술 TBM… 터널 공법의 혁신이 되다 [노승완의 공간짓기]© 제공: 서울신문

▲ 연안에 서식하며 부둣가 목선을 파먹는 배좀벌레조개에서 아이디어를 얻은 최첨단 기술인 TBM.

배좀벌레조개(shipworm)는 연안에 서식하며 목재로 만든 선박이나 연안부두의 도크를 갉아먹어 피해를 입히는 벌레다. 엄밀히 말하면 조개류다.

목재 구조물과 선박이 주를 이루던 시절에는 이 생물로 인해 피해를 입었지만 영국의 한 괴짜 토목 엔지니어가 이 벌레가 목재를 파먹는 모습을 관찰하다가 터널을 손쉽게 뚫는 기계를 개발하게 됐다.

이것이 바로 터널 뚫는 최첨단 기계인 TBM(Tunnel Boring Machine)의 시초다. TBM이 터널 공사에 어떻게 활용되고 향후 과제는 무엇인지 살펴본다.

나무 파먹는 벌레에서 얻은 아이디어로 탄생한 최첨단 기술 TBM… 터널 공법의 혁신이 되다 [노승완의 공간짓기]© 제공: 서울신문

▲ 부둣가에서 목선을 파먹는 배좀벌레조개 모습(위)와 배좀벌레조개에서 아이디어를 얻어 만든 최첨단 기계인 TBM(Tunnel Boring Machine).

자연에서 답을 찾다… TBM의 탄생 배경

프랑스계 영국인 엔지니어 마크 브루넬(Marc Brunel·1769~1849)은 어느 날 해안가 부두를 걷다가 목선에 사용되는 목재가 바닥에 놓여있는 것을 돋보기로 살펴보았다. 놀랍게도 그 안에는 거친 턱으로 목재를 갉아먹는 벌레들이 가득했고 이들이 지나간 자리에는 무수히 많은 구멍이 뚫려 있었다.

작게는 몇 cm에서 길게는 1m까지도 자라는 벌레들이 입으로 목재를 갉아먹고 소화를 시킨 후 단단하고 부서지기 쉬운 배설물을 내보내 구멍을 지탱하고 있었다.

이를 보고 아이디어를 착안한 마크는 이를 터널 뚫는 기계에 접목해 보기로 하고 연구를 거듭한 끝에 1812년에 특허를 내고 1825년 영국 템즈강 지하 터널 작업에 사용한 것이 TBM 공법의 효시가 됐다.

나무 파먹는 벌레에서 얻은 아이디어로 탄생한 최첨단 기술 TBM… 터널 공법의 혁신이 되다 [노승완의 공간짓기]© 제공: 서울신문

▲ 다이너마이트를 심어 발파하는 전통터널 굴착 방식.

나무 파먹는 벌레에서 얻은 아이디어로 탄생한 최첨단 기술 TBM… 터널 공법의 혁신이 되다 [노승완의 공간짓기]© 제공: 서울신문

발파에 의존하는 전통적인 터널 굴착 방식

전통적인 터널 굴착방식은 다이너마이트를 심어 발파하는 방식인 ‘천공 발파’(Drill and Blast)였다. 발파 후 터널이 무너지는 것을 막기 위해 육중한 구조물로 터널 내부를 지지하고 콘크리트로 보강하는 등 후속 작업이 많고 공정이 매우 더디게 진행됐다.

이후 1960년대에 신(新) 오스트리아 터널공법이라 불리는 NATM(New Austrian Tunneling Method)이 개발되어 공법이 개선되고 속도가 빨라졌다.

굴착하는 암반 자체를 주지보재로 활용하여 터널을 굴착하는 방식으로 기존 암반면에 락볼트와 콘크리트로 보강하면서 굴진하여 시공속도가 재래식보다 빠르고 지질에 관계없이 터널시공이 가능하다. 우리나라에선 1983년부터 본격적으로 활용되어 서울과 부산의 일부 지하철공사가 이 공법으로 시공됐다.