일본산업뉴스요약

세계 최대 지하 실험 시설 ‘하이퍼-카미오칸데’
94m 높이의 대형 공동(空洞) 공개

“완성되면 세계 최대급 지하 실험 시설이 될 것이며, 세계 중성미자(Neutrino) 연구를 선도할 수 있는 거점이 될 것이다.” 도쿄대학 우주선연구소에서 가미오카(神岡)우주 소립자 연구시설장을 맡고 있는 시오자와(塩澤) 교수는 이렇게 기대감을 나타냈다.

기후(岐阜) 현 히다(飛騨)시 가미오카쵸(神岡町) 산중에 만들어진 거대한 공동. 차갑고 메마른 지하의 공기를 느끼며 걸어 들어가자 눈 앞에 펼쳐진 것은 전 세계로부터 주목 받고 있는 지하 실험 시설 ‘하이퍼-카미오칸데(Hyper-Kamiokande)’의 건설 현장이었다. 도쿄대학은 6월 28일, 이 현장을 미디어를 통해 공개했다.

하이퍼-카미오칸데는 2028년에 실험을 개시할 예정이다. 중성미자 및 양성자 붕괴 관측 등에 도전하는 연구 프로젝트의 무대가 된다. 직경 68m, 높이 72m의 대형 수조를 중심으로, 순수 제조 장치실이나 실험 설비를 감시하는 제어실 등이 주위에 배치. 수조에 약 2만 개의 센서를 설치해 고정밀도의 관측을 목표로 하고 있다. 현장 토목 공사는 2020년 11월에 시작, 올 9월에 완료될 예정이다.

-- 2km 길이의 갱도를 굴착 --
공사는 우선 대형 수조로 향하는 ‘액세스 갱도’ 굴착부터 시작. 시공은 산악터널의 표준 공법인 NATM(New Austrian Tunneling Method)이라고 부르는 공법으로 진행되었다.
갱도는 길이 약 2km, 경사 약 6.6%의 언덕이다. 가시마가미오카(鹿島神岡) HK터널공사사무소의 오부치(小渕) 소장은 “통상적인 터널에서 이렇게 가파른 경사는 없지만, 지하 발전소 등의 건설 시에는 흔히 있는 경우”라고 말한다. 굴착은 1일당 약 14m씩 진행된다.

액세스 갱도 굴착이 수조 건설 예정지 부근에 이르렀을 때, ‘어프로치 갱도’ 굴착으로 전환되었다. 작업자의 이동이나 기계 운송 등을 효율적으로 진행하기 위해 수조와 연결되는 갱도를 복수 마련. 수조의 상부와 연결되는 ‘1호 어프로치 갱도’와 수조의 하부와 연결되는 ‘4호 어프로치 갱도’는 2022년 여름 경에 각각 완공되었다.

-- 대형 공동 굴착은 맨 위에서부터 --
직경 69m, 높이 94m의 대형 공동 굴착은 수조 상부에 해당하는 높이 약 21m의 돔 부분, 그리고 그 아래에 위치한 높이 약 73m의 원통 부분 순으로 진행되었다. 지하의 대형 공동 굴착에서는 발생하는 토사나 암석 등을 운반하기 쉽도록 하기 위해 위에서 발파하는 것이 통례이다.

공사에서는 먼저 수조 상부와 연결되는 1호 어프로치 갱도를 이용해 원통부 중앙에 직경 약 3.4m, 높이 약 70m의 수직 갱도를 아래를 향해 구축했다. 수조 상부 굴착에서 발생한 토사 나 암석 등을 수직 갱도에서 떨어뜨려 4호 어프로치 갱도를 통해 밖으로 반출하기 위해서이다. 오부치 소장은 “토사나 암석 등을 외부로 반출하는데 사용되는 수직 갱도는 광산에서 많이 사용되고 있지만, 토목 공사에서 적용하는 경우는 많지 않다”라고 말한다.

그 다음, 수조 상부에 해당하는 높이 약 21m의 돔 부분 굴착에 착수. 2022년 10월, 수조 상부와 연결되는 1호 어프로치 갱도와 천장의 중심부를 잇는 약 120m의 ‘정설도갱(頂設導坑)’ 굴착을 개시했다. 갱도의 경사를 완만하게 하기 위해 정설도갱을 나선형으로 정비하였다.

돔 부분의 굴착은 안정적인 구조를 유지하기 위해, 6개의 링 형태로 분할해 안쪽부터 차례로 굴착해 나아갔다. 안쪽에서 3번째 링 부분을 마친 시점부터는 중앙 부분(코어 부분)의 발파도 수시로 실시. 링 부분과 중앙 부분을 번갈아 굴착하면서 밑으로 들어갔다.

발파에서 발생된 토사나 암석 등은 중앙에 마련한 수직 갱도를 통해 투하. 반출 작업을 원활히 하기 위해 토사 등이 도중에 막히지 않도록 사전에 크기를 80cm 이하로 한 다음 투하했다.

지보공(支保工)은 발파 때마다 실시해, 굴착으로 인한 지반 약화 및 붕괴 위험을 억제했다. 콘크리트를 분사해 암반 표면을 보호한 후, 4~9m 길이의 락볼트를 타설. 다시 콘크리트를 분사해 길이 8~22m의 프리스트레스(PS) 앵커를 시공했다. 높이 600m 산의 하중을 견디기 위해 천장에 설치한 앵커 수는 600개 이상에 이른다.

이후 공사는 73m 높이의 원통 부분의 굴착으로 이어졌다. 지하의 대규모 공간을 어떻게 굴착했는지, 이번 연재에서 상세히 다루겠다.

 -- 끝 –

Copyright © 2025 [Nikkei XTECH] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.