“ 현수교 케이블 가설 핵심장비를 국산화하고 현수교 시공법 상용화에 성공했다”
2009년 연구를 착수하던 당시에는 국내 현수교 케이블 시공이 전적으로 일본 건설업체에 의해 이루어졌다. 당시 현수교 케이블 분야에 대해서는 설계기술을 제외한 시공기술에 있어 국내 업체의 실적이 전무한 상황이었기 때문이다. 하지만 본 시공기술 개발로 울산대교를 성공적으로 시공하고 터키 보스포러스2교 수주에 성공했다. 향후 계속되는 현수교 시장에서도 기술우위를 선점할 것으로 확신한다.
4년 전만 해도 우리나라에는 현수교 케이블 시공기술이 전무했다. 시공 장비는 모두 일본 건설업체에서 대여해 사용하고 있었다.또한 해외 현수교 시장 역시 유럽의 몇 개 국가와 일본, 중국이 독점하고 있었다. 만약 현수교 시공기술을 개발한다고 하더라도 이에 대한 국내외 기술 수요에 대한 불확실성이 크다는 변수가 있어 연구개발 타당성을 확보하기 어려웠다. 이런 상황 속에서 2009년 11월, 국책 과제 참여로 현수교 시공 기술개발에 착수했다. 현수교는 현수 케이블에 현수재를 수직으로 설치하고 여기에 다리의 상판을 매달아 만든다. 현수재는 다리 상판의 무게를 현수 케이블에 전달한다. 즉 현수 케이블은 다리에서 가장 중요한 끌어당기는 하중을 받는 인장재이다. 따라서 적절한 현수 케이블을제작하고 주탑과 다리 상판에 제대로 연결하는 것이 현수교 시공의 핵심이다.
우선 현수교용 초고강도 케이블 기술을 개발했다. 초고강도 케이블을 사용해 시공하면 인장강도를 극대화해 케이블의 직경을줄이고 주요부재의 물량을 절감해 경제성을 향상시킬 수 있다. 다음으로는 초고강도 케이블을 육각형 형태의 다발로 뭉쳐 시공하는 ‘PPWS 공법’을 개발했다. PPWS(Prefabricated Parallel Wire Strand)는 고강도 강선 여러 개를 육각형 모양으로 평행하게 집속해 케이블을 가설하는 현수교 주케이블 가설공법을 말한다. PPWS 공법은 기존 AS(Air Spinning) 공법과 대비하여 초장대 현수교에서 중요시되는 가설 시의 고품질을 보증할 수 있고, 가설 공기를 획기적으로 단축할 수 있어 기술적으로 진보한 공법이다. 개발 첫 단계로 현재까지 적용 사례가 없었던 초고강도 PPWS에 대한 합리적인 품질 기준을 정립했다. 케이블의 기계적 특성으로 인장강도, 항복강도 및 연신율 등을 포함하고 화학적 특성으로 도금량 및 도금 균일성 등의 기준을 규격화했다. 또한 현수교 주케이블용 PPWS의 실용 특성으로서 강선의 직선성을 향상시키기 위해 강선 방치시의 지름(free cast diameter)과 강선의 들리는 정도(free lift)를 상향 규격화했다. 그 결과 인장강도 1960MPa급 초고강도 PPWS 케이블을 개발하고 양산에 들어갔다.
다음으로는 자재공급-장비국산화-가설에 이르는 패키지화된 통합 기술을 확보하기 위해 시공에 필요한 현수교 주케이블용 PPWS 가설장비와 공법 개발에 착수했다. 주요 장비로는 드라이빙 윈치(Driving Winch), 로프 언릴러(Rope Unreeler),PPWS 언릴러가 있다. 드라이빙 윈치는 케이블 가설용 로프 구동장비이며, 로프 언릴러는 케이블 가설용 로프 공급장비, PPWS 언릴러는 케이블 공급장비이다. 이 중 핵심 구동장비는 드라이빙 윈치이다. 개발된 장비는 주경간장 2km급의 시공이 가능하도록 설계 및 제작된 것으로 전기 인버터 방식으로는 세계 최대 가설 용량인 37톤 성능이다. 전기 인버터 방식은 기존 유압 방식의 단점을 극복하고 월등한 성능을 실현할 수 있다. 길이 2970m, 너비 25.6m, 주탑 높이 203m, 주탑 간 거리 1150m의 울산대교가 2015년 5월이면 준공된다. 선박 운항에 지장이 없도록 다리의 양쪽 끝에만 주탑을 설치해 단경간 현수교로는 국내에서 가장 길고, 세계에서는 세 번째로 길다. 울산대교를 지탱하는 PPWS 케이블은 7400여 개의 강선을 뭉쳐 만들었다. PPWS 케이블에는 124개의 현수재가 달려 있어 158~442톤 무게의 상판 65개를 지지한다.
울산대교 현장 여건에 맞도록 케이블 가설 시스템을 제작해 앵커리지를 시점으로 하여 케이블을 인출하고 주탑을 통과해 반대측 앵커리지에 케이블을 정착한 뒤 시점으로 돌아가는 방식으로 시공했다. 유럽과 아시아 대륙을 이어주는 터키 보스포러스 해협에도 우리 기술로 만든 현수교가 지어지고 있다. 현대건설과 SK건설이공동 시공 중인 보스포러스 제3대교는 전체 길이가 2164m, 주탑 간 주탑 거리가 1408m에 달한다. 보스포러스 제3대교는 세계적으로 선례가 없는 ‘사장-현수교’ 방식으로 건설된다. 현수교 방식과 케이블을 주탑에 바로 연결해 다리 상판의 무게를 지지하는 사장교 방식을 하나의 교량 내에서 재현한다. 이 같은 공사를 진행하는 이유는 이 다리가 도로와 철도로 동시에 사용되기 때문에 현수교와 사장교의 단점을 극복하기 위해서이다. 이 다리가 준공되면 극심한 이스탄불의 교통체증이 일부 해소될 것으로 전망된다.
처음 연구개발을 착수할 때만 해도 국내에는 전무한 기술, 불확실한 수요 등 제약이 많았다. 하지만 4년이 지난 지금 세계 최고 수준의 케이블 제작 및 시공 기술을 개발하고 이를 앞세워 국내 시장에서의 점유율을 확대하기 시작했다. 얼마 뒤에는 세계 곳곳에 우리나라 기술로 만든 아름다운 현수교가 우뚝 서기를 기대해 본다.
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