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브루넬의 실드공법 발명
마이크 브루넬은 템스 강의 지하 터널을 완공한 사람이다. 프랑스 태생인 브루넬은 1793년 미국으로 망명하여 건축기술자로 일했다. 그리고 1799년에는 영국으로 가 포츠머드의 조선소에서 일하면서 도르래 대량 생산용 기계를 만들었다.
그런데 그 당시 영국에는 큰 문제가 하나 있었다. 런던 시내를 흐르는 템스 강에 다리가 하나뿐이어서 전차나 마차 등이 다리를 건너려면 큰 혼잡을 겪어야만 했다.
그러나 다리를 더 건설할 수도 없는 형편이었다. 하루에도 몇 번씩 큰 돛단배가 템스 강을 드나드는데, 배의 돛이 닿지 않을 정도로 높은 다리를 건설한다는 게 쉬운 일이 아니었기 때문이었다. 그래서 생각해 낸 것이 강 밑 지하 터널이었다.
과거에도 해저 터널을 만들려는 노력이 있었다. 바로 토목기술자였던 트레비시크가 시도했던 것이다. 그러나 트레비시크의 노력은 우연한 사건으로 실패하고 말았다. 공사 도중 모래 사태가 일어나 많은 인부와 함께 트레비시크도 목숨을 잃었던 것이다.
마이크 브루넬은 바로 트레비시크의 처남이었다. 매부인 트레비스크의 죽음은 브루넬에게 터널 공사를 완성시켜 보겠다는 결심을 굳히게 되는 동기가 되었다.
브루넬은 먼저 템스 강 밑을 샅샅이 조사하기 시작했다. 강 밑을 조사하면서 브루넬은 강 일부분에 왕모래 지대가 있음을 알아냈다. 강 밑의 대부분은 굳게 엉킨 찰흙으로 되어 있어서 물에 적게 새고 터널을 파기에도 쉬웠지만, 왕모래 지대는 약간만 물이 새어도 붕괴될 위험이 있었다.
브루넬은 터널 공사의 최대 난관인 이 모래 지대를 뚫을 수 있는 새로운 공법을 연구하기 시작했다. 밤낮으로 새로운 공사에 필요한 기계를 설계하려고 노력했다. 그러나 새롭게 고안한 기계가 세밀한 부분에 이르러서는 번번이 여러 결점을 드러내곤 하여 실망을 주었다.
하지만 브루넬은 실망하지 않고 몇 년 동안 피나는 노력과 연구 끝에 공법을 고안해 냈다. 이 공법은 파 나가는 터널 앞부분에 등근 강철관을 가로놓아, 그 속에서 안전하게 작업을 한 뒤 다시 강철관을 앞으로 밀어 보내는 방법이었다. 한편 지나간 부분은 철근 콘크리트로 포장하여 뚫어 나갔다.
브루넬은 이 공법을‘실드공법’이라 하여 특허를 받았다. 실드공법은 안전하고 위험성이 없으며, 지반이 약한 곳에서도 작업이 수월하다는 우수성을 인정받았다.
그러나 문제는 자금이었다. 브루넬이 자금을 모으느라 동분서주 뛰어다니며 실드공법을 투자하겠다는 사람이 없었다. 브루넬이 실드공법을 발명한지 6년이 지나 1824년, 비로소 자본주가 나타나 템스 터널 회사를 설립하게 되었다. 동시에 영국 의회의 승인도 받아내었다.
1825년 11월 28일, 마침내 실드공법으로 템스 강 터널 공사가 시작되었다.
템스 강 남쪽 연안인 로저하이스에 세로로 깊은 굴을 파고, 그 속에 강철로 된 원통의 실드를 조립하여 조금씩 전진하기 시작했다.
그러나 일의 진척은 매우 느려 6개월이 지나도 겨우 30미터밖에 뚫지 못했다. 브루넬은 공사를 서두르라는 자본주들을 설득해 가며 안전하게 작업을 밀고 나갔다.
느리게나마 순조롭게 공사가 진행되던 가운데 뜻하지 않은 사고가 일어났다. 6구획의 공사가 끝날 무렵, 갑자기 물이 쏟아지기 시작했다. 브루넬과 기사인 비미시는 실드의 기둥으로 올라가 물을 막아보려 했지만 모두 허사였다.
브루넬의 사고의 원인을 조사하였다. 그것은 왕모래 층이 원인이 된 것이 아니라, 배가 닻을 내렸던 곳이 뚫려 물이 쏟아져 들어온 것이다. 공사가 아주 어려웠다. 그 뒤로도 비슷한 침수 사고는 계속되었다. 또한 도심이 가까워짐에 따라 오물에서 나오는 메탄가스로 폭발의 위험성도 도사리고 있었다. 메탄가스는 공기와 비율이 1대 15정도가 되어 불기가 조금만 있어도 폭발하는 것이다.
브루넬은 메탄가스 폭발을 막는 방법을 연구 하뎐 끝에 보조 굴을 만들기로 하였다. 건너편에 수직으로 굴을 파서 거시서 지금 파고 있는 터널까지 보조 굴을 파는 것이다. 그렇게 하면 공기가 스며들어 메탄가스의 폭발의 위험도 막을 수 있고, 파낸 흙도 쉽게 운반할 수 있다고 생각했던 것이다.
드디어 보조 굴이 완성되고 안전하게 작업이 이루어져, 1840년 11월 16일에 터널이 완공, 개통되었다.
글 : 왕 연 중
(한국발명문화교육연구소 소장, 영동대학교 발명특허공무원학과 교수)
(이메일 : wangyj39@dreamwiz.com 전화 : 011-890-8578 )
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