상파울루 지하에서는 씨카의 맞춤형 대형 터널 굴착기 (TBM) 및 고성능 그라우트 기술이 라틴 아메리카 최대 도시를 변화시키고 있습니다. 대륙 최대 철도 프로젝트인 지하철 6호선 오렌지 라인은 난공사를 극복하고 조만간 북부와 도심을 연결하여 시민들의 통근 시간을 1시간 이상 단축할 전망입니다.
지형과의 사투 (TACKLING TERRAIN)악시오나(Acciona)가 건설 중인 15개 정류장 규모의 새로운 '대학 노선'은 기존의 지하철 및 버스를 대체할 빠르고 현대적인 대중교통 수단이 될 것이지만, 이 노선을 건설하는 과정은 매우 복잡했습니다. 구조물의 안정성을 확보하기 위해, 총연장 15.3km의 복선 터널은 연약하고 물을 가득 머금은 지반을 견뎌내야 하며 티에테(Tietê) 강 하부도 통과해야 합니다.
씨카의 선진화된 토질 개량(soil-conditioning) 솔루션 덕분에 변동이 심한 현지 지형을 통과하는 터널 굴착 속도가 한층 빨라졌습니다.
대도시 지하 터널 공사는 일반적으로 기존 건물 기초, 지하철 노선, 공공시설물 주변을 촘촘히 통과해야 하는 매우 복잡한 작업인 데다가, 상파울루 지하의 불규칙한 지층 구조 역시 큰 도전 과제였기 때문입니다.
엔지니어들은 상파울루의 기복이 심한 지형 아래를 파고 들어가야 했으며, 이 지역 특유의 끈적거리는 '타구아(Taguá) 점토'를 포함해 다양한 종류의 토양층을 뚫고 나가야 했습니다. 일부 구간은 깊이가 60미터를 넘어가는데, 완공되면 상파울루 시뿐만 아니라 아메리카 대륙 전체에서 가장 깊은 지하철 노선이 될 전망입니다.
아시오나(Acciona)가 시공을 맡아 일명 '대학교 노선(University Line)'으로 불리는 이 새로운 15개 정거장 노선은 현재의 지하철·버스 환승 조합을 대체할 매끄럽고 빠른 대안을 제공할 예정입니다. 하지만 그 뒤편의 건설 과정은 결코 쉽지 않았습니다.
이 노선에 15.3km 길이의 복선 터널을 뚫기 위해서는 모래, 암석뿐만 아니라 이 지역 특유의 끈적끈적한 '타구아 점토'와 습한 토양을 모두 굴착해야 했습니다. 특히 장대한 티에테강 아래를 관통해야 했기에, 지반이 아무리 질퍽거리고 물에 젖어 있더라도 터널이 견고하게 지탱되어야 했습니다. 게다가 가파른 오르막이나 내리막을 오르내릴 수 없는 열차의 특성상 구조적인 평탄함 확보도 필수적이었습니다.
엔지니어들은 이처럼 가장 평평하고 안정적인 선형을 찾기 위해 일부 구간의 깊이를 지하 60미터 이상으로 설계했으며, 이는 도시와 대륙을 통틀어 가장 깊은 지하철 노선이 될 것입니다.
이 복선 터널의 대부분은 두 대의 맞춤형 대형 터널 굴착기 (TBM) 을 사용하여 굴착되었습니다. 각 굴착기는 무게 2,000톤, 길이 109미터에 달했으며, 커터헤드 직경만 10미터가 넘는 거대한 장비였습니다.이처럼 강력한 장비를 투입했음에도 불구하고 현지 지반 조건은 매우 까다로웠습니다. 상파울루의 암반과 모래 지반은 회전식 커터헤드와 굴착 도구의 마모를 가속화시켰고, 점성이 강한 점토는 장비 내부에 막힘 현상(clogging)을 일으켜 굴착된 토사를 TBM 외부로 배출(배토)하는 데 큰 애를 먹였습니다. 여기에 지하수까지 유입되면서 막장면(굴착면)이 불안정해져 공사가 장기간 중단될 위험도 안고 있었습니다.
하지만 굴착 단계에서 필수적인 시공 솔루션인 '토질 개량' 과정을 거치면서 장비의 효율성을 극대화할 수 있었습니다. 씨카팀은 이 지역에서 수년간 쌓아온 경험을 바탕으로, 까다로운 지반 구간마다 최적화된 맞춤형 기포제(foaming agents)와 토질 개량 솔루션을 개발했습니다. 토양 특성에 딱 맞춘 발포제를 사용하여 굴착 속도와 효율성을 높인 것은 물론, 물 사용량까지 크게 줄였습니다. 씨카는 현장에 상주하며 조건이 바뀔 때마다 배합을 즉각적으로 조정하는 continuous technical support(지속적인 현장 기술 지원)를 제공했습니다. 이는 굴착 작업을 최적화하고 막힘 현상과 다운타임(작업 중단 시간)을 획기적으로 줄여주었습니다.그 결과, 하루 평균 굴착 속도가 기존의 전형적인 수준인 15~20미터에서 24시간 기준 역대 최고 기록인 41미터로 두 배 이상 껑충 뛰었습니다. 씨카 브라질의 기술 사양 관리자인 마우리시오 가르시아(Mauricio Garcia)는 이번 성과가 단순히 기술적인 요인 때문만은 아니라고 강조합니다.
"우리가 현장에 상주했기 때문에 고객의 요구 사항과 기술적 조건이 어떻게 변화하는지 실시간으로 파악할 수 있었습니다. 특히 토양 조건이 급변했을 때, 물류 및 공급망 팀과 신속하게 협력하여 필요한 신제품을 현장에 즉시 투입했습니다. 그동안 쌓아온 현장 경험과 유연한 대응 능력이 없었다면 불가능했을 성과입니다." 씨카 브라질의 기술 사양 관리자, 마우리시오 가르시아(Mauricio Garcia)
이전 최고 기록의 두 배에 달하는 지하 66미터 깊이로, 대륙에서 가장 깊은 지하철역인 이타베라바-빌라 펜치아두(Itaberaba-Vila Penteado)역을 건설해야 하는 과제였습니다.
다양한 종류의 지층에서 복선 터널을 굴착하는 과정에 따라, 토질 개량(soil-conditioning) 및 뒷채움(back-filling) 요구 조건이 계속해서 변화하는 문제였습니다.
건물 기초, 지하 매설물(인프라), 기존 지하철 노선은 물론, 도시에서 가장 큰 강(티에테강) 하부를 통과해야 하는 복잡한 터널 굴착 작업이었습니다.
밀집된 도심 환경과 교통 규제로 인해 자재 납품 시간, 제품의 유통기한(보존 기간) 등을 포함한 현장 물류 관리에 제약이 많았다는 점입니다.
맞춤형 대형 터널 굴착기 (TBM) 는 지나간 자리에 곡면 형태의 콘크리트 프리캐스트 세그먼트(precast concrete segments)를 배치하며, 이는 터널 벽면을 형성하고 보강하는 링의 핵심 부품입니다. 이때 토양과 콘크리트 터널 벽면 사이에 미세한 틈새가 발생하는데, 터널의 안정성을 유지하기 위해 이 공간을 특수 그라우트(grout, 뒷채움재)로 채우게 됩니다. 씨카 브라질은 요구되는 압축 강도를 충족하는 고성능 그라우트 솔루션을 개발하여, 시공 시간과 비용을 절감하는 동시에 이산화탄소(CO2) 배출량까지 낮추는 데 성공했습니다.
독립적인 연구 조사에 따르면, 씨카의 토질 개량 솔루션은 굴착된 토사를 환경 영향이 적은 기준치 이내로 유지하여 재활용하거나 안전하게 폐기할 수 있도록 도왔습니다. 현재 리마(페루), 산티아고(칠레), 상파울루 2호선 프로젝트의 씨카 팀들도 대규모 도심 지하철 프로젝트에 동일한 토질 개량 및 뒷채움 그라우트 솔루션 제품군을 적용하고 있습니다.
씨카는 맞춤형 대형 터널 굴착기 (TBM) 공정의 시작부터 끝까지, 장비 내부와 터널 구조 전체를 보호하는 총 6가지 핵심 솔루션을 다음과 같이 제공합니다.
씨카는 프로젝트 초기부터 주요 파트너로서 TBM 터널 공사뿐만 아니라 콘크리트 생산 및 보수는 물론 방수, 씰링, 접착에 이르는 종합 솔루션을 제공해 왔습니다. 유니버시티 라인(University Line)이 아직 정식 개통 전임에도 불구하고 벌써 노선 연장에 대한 논의가 진행 중이며, 이에 따른 씨카에 대한 기대치 역시 더욱 높아지고 있습니다. 씨카 브라질의 타깃 마켓 매니저인 미셸 하다드(Michel Haddad)는 다음과 같이 향후 포부를 밝히고 있습니다.
"우리는 프로젝트 일정을 더욱 단축하고, 또 다른 지속 가능성 솔루션을 도입할 수 있는 새로운 기술을 현장에 구현하는 방안을 이미 심도 있게 고려하고 있습니다."
이러한 거시적이고 장기적인 계획이 가져다주는 이점은 얼핏 추상적으로 보일 수 있습니다. 하지만 조만간 매일 대중교통으로 90분이 걸리던 출퇴근 길을 단 23분 만에 간편하게 이동하게 될 수십만 명의 시민들을 생각하면, 그 이점은 너무나 명확하고 확실하게 증명될 것입니다.
