터널 공법의 비교: NATM, TBM, 쉴드 공법의 차이점은?

터널 시공은 대표적인 고난이도 토목공사로, 지반 조건, 굴착 구간, 안전성, 경제성 등을 종합적으로 고려해 시공 공법을 선택해야 합니다.
가장 널리 사용되는 터널 공법은 NATM(New Austrian Tunneling Method), TBM(Tunnel Boring Machine), 쉴드(Shield) 공법이 있으며,
각 공법은 특성과 적용 조건이 뚜렷하게 다릅니다.

이번 글에서는 이 세 가지 터널 공법의 정의, 특징, 장단점, 적용사례를 비교해 알아보겠습니다.

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1. NATM (New Austrian Tunneling Method) – 지반 자체를 활용한 터널 공법

NATM은 굴착한 지반의 **자기 지지력(Self-supporting capacity)**을 최대한 활용해 터널을 안정시키는 공법입니다.
굴착 직후 숏크리트(sprayed concrete), 락볼트, 철망 등을 이용해 즉시 지반을 지지하며 시공합니다.

• 적용 지반: 암반 또는 자립 가능한 연약지반
• 장점:
  • 굴착 단면 자유도가 높음
  • 다양한 지반 상황에 유연하게 대응
  • 장비 투입이 간단하고 초기 투자비 낮음
• 단점:
  • 인력 의존도 높고 시공 속도 느림
  • 지반 붕괴 위험이 있음 (숙련도 필요)

👉 주로 산악 터널, 소규모 도시 터널 등에 활용되며, 국내에서도 광범위하게 적용 중입니다.

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2. TBM (Tunnel Boring Machine) – 기계식 원형 굴착 장비 공법

TBM은 원형 절삭날을 장착한 대형 기계로, 지반을 연속적으로 굴착하면서 동시에 라이닝(Lining)을 설치하는 공법입니다.
고정된 터널 단면을 고속, 정밀하게 굴착할 수 있는 점이 특징입니다.

• 적용 지반: 점토, 사질토, 풍화암 등 다양한 연약지반
• 장점:
  • 굴착 속도가 빠르고 반복성 높음
  • 진동·소음이 적어 도심지 적합
  • 지하수 유입 차단에 효과적
• 단점:
  • 장비 가격이 매우 비쌈 (초기 투자 부담)
  • 곡선 구간이나 단면 변경 어려움
  • 장비 조립/해체 공간 확보 필요

👉 대도시의 지하철, 지하차도, 도심 터널 등에서 활발히 사용됩니다.

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3. 쉴드(Shield) 공법 – 지압형 공법의 대표주자

쉴드 공법은 터널 굴착부 앞에 '쉴드'라고 불리는 강철 구조물을 설치하고, 그 내부에서 굴착과 라이닝 작업을 진행하는 방식입니다.
TBM과 유사하지만, 쉴드 공법은 지반 압력에 보다 적극적으로 대응하며, 일반적으로 지하수위가 높고 연약한 지반에 유리합니다.

• 적용 지반: 점성이 높은 연약지반, 고수위 지역
• 장점:
  • 침하 방지에 효과적
  • 연약지반에서도 안정적인 굴착 가능
  • 주변 구조물 보호에 유리
• 단점:
  • 직선 구간 위주, 곡선 시공 어려움
  • 지하수 대책 비용 추가
  • 초기 설비비가 높음

👉 주로 하수관거, 상수도관, 도심지 이송 터널에 적합합니다.

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4. 공법 비교 요약표

항목NATMTBM쉴드 공법

굴착 방식	점진적 굴착 + 숏크리트 지지	기계식 원형 절삭	쉴드 구조물 내부 굴착
지반 조건	암반, 중간 정도 연약지반	연약지반, 도심지	점성토, 고수위 연약지반
시공 속도	느림	빠름	중간
곡선 시공	용이	제한적	매우 어려움
초기 비용	낮음	매우 높음	높음
진동/소음	발생 가능	적음	적음
유지보수	쉬움	복잡함	중간

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맺음말

터널 공사는 지반 조건, 구조물 목적, 주변 환경 등 다양한 요소에 따라 공법을 선택해야 하며,
각 공법은 장비 구성, 시공 방식, 경제성, 안전성 측면에서 뚜렷한 차이가 있습니다.

NATM은 유연성 있는 전통 공법, TBM은 빠르고 정밀한 기계식 공법, 쉴드 공법은 연약 지반에 강한 방어형 공법으로
서로 보완적으로 활용되며, 앞으로는 AI, BIM, IoT와 결합한 스마트 터널 시공 기술로도 발전하고 있습니다.