빠르고 조용하고 강력한 ‘비폭성파쇄공법’ 토목시장의 새로운 페러다임 열다

▲ [사진 = 유석토건㈜]

토목공사 중 가장 큰 난관에 봉착할 때가 강한 암석을 파괴해야 하는 경우다. 암반을 제거해는데 일반적으로 2가지의 파쇄방법이 사용된다. 첫 번째로 발파공법이 있는데, 돌에 작은 구멍을 뚫어내는 화약을 사용하는 천공 과정에서 큰 소음과 진동이 발생하기 때문에 도심지나 민원이 발생할 여지가 있는 곳에서는 사용할 수가 없다. 두 번째로 포크레인을 사용해 암반을 제거하는 방법이 있는데, 역시 소음과 진동 때문에 도심지에서는 사용하기 힘들다. 그 외에 민원을 방지하기 위한 무진동 무소음 공법인 코아빗트를 이용한 코아할암공법도 사용되고 있는데, 공사비가 10배 이상 들기 때문에 실질적으로 사용하기가 쉽지 않다. 특히 최근 민원에 대한 부담이 점점 높아지고 있고, 발파작업 등으로 인한 근처 건물의 피해 또한 발생하는 경우가 많아지고 있어 무진동·무소음 비폭성파쇄공법에 대한 필요성이 점점 높아지고 있다. 이런 가운데 국내 한 중소기업에서 완벽한 무진동·무소음 비폭성파쇄공법을 개발해 관련 업계에서 많은 주목을 받고 있다. 이에 본지에서는 그 주인공인 ‘유석토건㈜(대표 김명원)’을 찾아 집중 취재를 진행하였다.

▲ [사진 = 유석토건㈜]

 유석토건㈜의 무소음·무진동·무분진의 비파쇄공법, 타이타닉락드릴공법(Titanic Rock Drill)
도심지 민원 걱정 NO, 기조 공법 대비 월등히 빠른 공사속도에 공사비도 대폭 줄일 수 있어
서두에서 밝혔듯 비폭성파쇄공법에 대한 필요성이 꾸준하게 대두되면서 많은 토목기업이 새로운 공법의 연구개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 10년 전 국내 한 대형 건설사에서도 비폭성 파쇄공법을 도입하여 국내 현장에 적용하려고 했으나, 천공기술 및 비폭성파쇄재의 성능, 그리고 안정성 및 경제성에 대한 확보에 실패를 하면서 실제 현장에 대한 도입이 무산되었다. 일반적으로 암을 파쇄하기 위해서 암에 여러 개의 천공을 하여 화약 혹은 유압을 통해 암을 파쇄한다. 여기서 천공의 크기와 사용하는 파쇄재에 대한 많은 제약이 따르는데 역시 소음과 진동, 그리고 안정성 및 경제성까지 모든 것을 고려해서 사용해야 한다. 특히 도심지에서는 소음과 진동이 없어야 하는 것은 기본이고, 경제성까지 갖추고 있어야 한다.
유석토건㈜에서 개발한 타이타닉락드릴공법(Titanic Rock Drill)은 무소음·무진동·무분진의 비파쇄공법으로 도심지나 주거밀집지역에서도 민원에 대한 우려 없이 사용할 수 있으며, 기존 공법에 비해 비교가 안 될 정도의 빠른 공사속도를 확보할 수 있다. 따라서 공사기간의 단축은 물론이고, 공사원가도 대폭 절감할 수 있다. 김명원 대표는 “초고속, 무소음·무진동·무분진으로 암반굴착공사를 빠르게 시행할 수 있는 무파쇄공법이다. 민원이 예상되는 지역에 Titanic Rock Drill을 이용하여 타격에서 발생하는 소음과 진동 없이 암반을 천공하여 할암하는 공법이다. 기존의 할암공법과 같이 코아를 남겨 제거하는 공정 없이 천공단면 전체를 갈아서 천공하는 방법으로 암반을 파쇄하는 모든 공사에 적용할 수 있다”고 언급하며 설명을 더했다.

▲ [사진 = 유석토건㈜]

특수 제작된 크리스탈 다이아몬드 비트가 초당 1500rpm 이상의 고속회전으로 천공 갈아내
70db 미만 소음에 진동은 문화재 규제치의 1/20에 불과, 공사비용 30~70%까지 절감 가능해
타이타닉락드릴공법의 핵심은 암을 타격을 하는 것이 아니라 갉아내는 것이다. 이 공법은 유전을 개발할 때 사용되는 방법과 매우 유사한 공법으로 특수 제작된 여러 개의 다이아몬드 비트가 초당 1500rpm 이상의 고속으로 회전하면서 암을 갉아내어 천공을 하고, 그 과정에서 진동과 소음이 거의 발생하지 않는다. 그 과정에서 엄청난 고열이 발생하지만 비트를 안전하게 보호하는 것 또한 엄청난 기술력이다.
타이타닉드릴공법은 최대 깊이 1.5m까지, 그리고 45mm부터 200mm의 직경에 대한 천공이 가능하다. 또한 물을 함께 사용해서 분진도 발생하지 않기 때문에 고밀도로 건물이 밀집한 지역이나 주거지역에서도 안정적으로 공사할 수 있다. 김 대표는 “유압드릴을 이용해 암반을 갈아서 천공을 하기 때문에 소음과 진동, 분진 없는 작업이 가능하다. 발파천공과 할암천공 작업에 모두 사용할 수 있고, 5m 내 소음이 70db 이내에 불과할 정도로 조용하다. 진동 또한 문화재 진동 규제치의 1/20에 불과하다. 참고로 기존 타공방식은 150db의 소음을 발생시킨다. 이밖에도 기존 할암공법에 비해 다양한 직경의 천공 작업이 가능하고, 빠르게 많은 양의 천공작업이 가능하다는 엄청난 장점이 있으며, 1명의 작업인원이 리모콘으로 무선작업을 할 수 있어 인건비도 크게 줄일 수 있다. 그 결과 공사기간 단축 및 원가 절감이 가능해 공사비용을 30~70% 절감할 수 있다”고 언급했다.
유석토건㈜의 타이타닉랄드릴은 쇠를 뚫어낼 수 있을 정도로 매우 강력하기 때문에 철분이 많이 함유된 강한 암석까지 작업이 가능하다는 것이 큰 장점이다. 실제로 유성토건은 타이타닉랄드릴공법으로 포스코의 고로개수 잔선천공 작업을 완벽하게 처리했는데, 당시 94mm의 비트를 사용해, 기존에 작업하던 일본 기업 대비 훨씬 빠른 속도로 작업을 마무리하며, 관계자들의 엄청난 주목을 받았다. 드릴에 사용되는 다이아몬드 비트는 모든 암석을 작업할 수 있도록 형상을 다양화하였으며, 암석의 종류와 작업환경에 맞춰 선택해 사용할 수 있다.

⦾ 타이타닉드릴공법과 기존의 코아공법을 단순한 수치로 비교를 하면 다음 표와 같다.

▲ [사진 = 유석토건㈜]

위 표에 대한 수치는 현재 토목공사 전문기업인 유석토건㈜에서 수많은 현장에 직접 장비를 투입하여 얻어낸 결과이며, 현재 6대의 타이타닉락드릴 특수차량을 직접 생산하여 운용하고 있다. 유석토건㈜의 타이타닉락드릴 특수차량은 지난 ‘2024 코리아빌드위크’에서 처음 선보였는데, 행사장을 찾은 업계 관계자들의 폭발적인 관심을 받았다.

▲ [사진 = 유석토건㈜]

유압방식보다 빠르고 강력한 무소음·무진동 비폭성파쇄재 개발 완료
50MPa 이상의 압력, 시간과 강도, 방향 등 자유자재로 사용할 수 있어
암석을 제거할 때 천공에 이어 수반되는 작업이 암석을 쪼개는 작업이다. 상황에 따라서는 화약을 이용해 발파를 하기도 하지만 소음과 안전성 때문에 보통 유압을 활용해 돌을 벌려 깨는 방식이 사용된다. 하지만 유압방식은 기술적으로 최대 80cm이내 깊이의 천공만 작업이 가능하고, 실제로는 그보다 낮은 50cm의 깊이로 사용된다. 또한 모든 작업이 수작업으로 진행되기 때문에 공사비용이 매우 많이 들며, 안전사고에 대한 우려도 매우 높다.
유석토건㈜은 유압방식의 치명적인 단점이 없는 새로운 비폭성파쇄재를 개발했다. 특수 제작된 몰탈이 팽창하는 원리를 이용한 무소음·무진동 비폭성파쇄재로 팽창 강도와 방향, 그리고 속도까지 완벽하게 조절할 수 있다. 사용방법도 매우 간단하여 몰탈을 물에 개운 다음에 천공에 밀어 넣기만 하면 된다. 보통 6시간 후에 반응이 시작되고, 8시간이 지나면 아무리 강한 암이라도 모두 쪼개진다.

도심지에서는 반드시 미진동 발파를 하게 되어 있는데, 발파의 강도가 약하기 때문에 천공의 깊이를 120cm, 간격은 70cm로 규정하고 있다. 하지만 유석토건㈜은 최대 3-10m까지 천공을 하고, 여기에 몰탈을 사용하여 완벽한 무진동·무소음으로 암을 파쇄할 수 있다. 그 결과 신속하고 조용하며, 공사비 또한 대폭 절감할 수 있게 되었다. 이 기술을 공사현장에 적용하는 경우 보통 퇴근 전에 몰탈작업을 하는데, 다음날 출근하면 파쇄작업이 모두 마무리 되어있다. 김 대표는 “콘크리트를 밀어내기 위해서 보통 Square cm 당 13MPa의 압력이 필요하고, 암을 밀어내어 파쇄하려면 50MPa의 압력이 필요하다. 당사의 몰탈은 팽창하는 과정에서 그 이상의 압력이 발생한다”고 언급하며 설명을 덧붙였다.
유석토건㈜이 위 기술들을 완벽하게 개발해내면서 국내 토목시장에서 천공부터 파쇄까지 모두 무소음·무진동 작업이 가능하게 되었으며, 유석토건㈜의 기술을 접한 업계 관계자들은 국내 토목시장의 새로운 패러다임을 열 것이라고 평가하고 있다.

▲ [사진 = 유석토건㈜]

기존 건물의 지하에 내려가서 지름 800~1,500mm 기둥을 세울 수 있는 ‘타이타닉 RPD 공법’
유석토건㈜은 현재 굴삭기 부착용 장비를 모두 개발 완료하고, 수많은 현장에서 성공적으로 운용하고 있으며, 이와 함께 타이타닉 RPD(Percusion Rotary Drill)공법도 개발했다.
기존 도심지에서 재건축을 하는 경우, ▲대상 건축물의 지하구조물 내의 공사 ▲인접대지의 부족으로 인한 작업 공간 확보 불가 ▲기존 지하층의 안전한 철구문제 ▲새로운 건물의 지하굴착 및 흙막이 공사 등 여러 문제로 인해 재건축 공사에 많은 난항을 겪게 된다. 기존에는 건축물의 기둥을 만들기 위해 100톤이 넘는 대형항타기를 이용해 지상에서만 작업이 가능했지만, ‘타이타닉 RPD’ 공법은 지상이나 기존 건물의 지하에 내려가서 지름 800~1,500mm의 기둥을 세술 수 있는 혁신적인 공법이다.