일본산업뉴스요약

가시마, 용적 33만㎥의 지하공간을 시공
하이퍼카미오칸데 굴착의 관건은 '거동 계측'

뉴트리노(중성미자)나 양자 붕괴를 관측하기 위한 실험 시설 ‘하이퍼카미오칸데(Hyper-Kamiokande)’. 프로젝트를 주도하는 도쿄대학교는 2025년 6월 28일, 건설 현장을 미디어에 공개했다. 지름 69m, 높이 94m로, 용적이 약 33만㎥에 달하는 초거대 공동의 굴착은 가시마가 맡았다.

하이퍼카미오칸데는 중성미자를 관측하기 위한 수조와 수조에 저장하는 순수(純水)제조장치실, 실험설비를 감시하는 제어실 등으로 구성한다. 그 중심이 되는 대형 수조가 들어가는 공동의 굴착은 22년 가을부터 시작되었다. 수조 상부에 해당하는 높이 약 21m의 돔부의 공사가 끝난 후, 그 아래의 높이 약 73m의 원통부의 굴착에 착수했다.

원통부는 단면 방향으로 높이 3~4m마다 19단으로 분할하고, 다시 평면 방향으로 각 단을 19구역으로 잘게 나누어 발파를 하였다. 가시마 가미오카 HK터널공사사무소의 오부치(小渕) 소장에 따르면, “회당 평균으로 700~800㎥ 정도의 암반을 굴착하면서 진행해 나갔다”라고 한다. 원통부의 굴착 용적은 약 28만㎥에 달한다.

지보공(Supporting)은 돔부와 마찬가지로, 우선은 콘크리트를 뿜어내 길이 4~9m의 록 볼트를 타설. 다시 콘크리트를 뿜어 길이 8~22m의 PS(Prestress) 앵커를 시공했다. 앵커를 설치할 때는 하중계도 함께 배치. 지반의 거동을 확인하는 데 사용했다.

가시마는 수조 부분의 굴착과 병행해 주변에 설치 예정인 실험실과 순수제조장치실이 들어설 장소의 굴착도 진행했다. 순수제조장치실은 폭 16m, 높이 17m, 깊이 101m로, 현재 가동 중인 ‘슈퍼카미오칸데’에서 사용하고 있는 수조의 대략 절반의 부피를 갖는다. “순수실도 충분히 큰 지하 공간이다”(오부치 소장).

-- 공기에 영향을 미친 '지반의 거동' --
현장을 관장하는 오부치 소장은 “주위 암반 중에는 약한 지반도 있어, 시공이 보통 방법으로는 되지 않았다”라고 고충을 털어놓는다.

이번 공사에서는 지하 600m에 안전하게 공동을 만들기 위해 ‘굴착 시 주변 지반의 거동 계측’을 철저히 해왔다. 설계자인 도쿄전력설계나 시공자인 가시마, 발주자인 도쿄대학교의 담당자가 일상적으로 계측 회의를 열어, 현장에 설치한 길이 25m의 암반변위계나 PS 앵커 하중계의 데이터를 보면서, 지보 설계의 재검토를 거듭했다.

2024년 가을 무렵에는 원통부의 상부에 설치한 계기의 수치가 상정치를 넘는 변동을 보였다. 약층으로 불리는 지반이 약한 면에서 변형이 지속돼, 대규모 암괴 붕괴 위험을 배제하기 위해 굴착을 일시 중단하고 보강 앵커를 추가 시공하기로 결정했다. 오부치 소장은 “공기는 늘어나지만 안전을 우선시했다. 어려운 판단이었다”라고 털어놨다.

그 영향으로 공사기간은 약 6개월 늦어져, 당초 지하 공동의 굴착 완료는 25년 1월이 예정이었지만, 25년 7월로 변경되었다.

-- 남은 것은 수조와 센서의 설치 공사 --
가시마에 따르면, 토목 공사는 25년 9월에 완료 예정이다. 공사는 다음 단계로 넘어가, 굴착된 공동 내에서 거대 수조의 설치 공사가 이루어진다. 수조나 센서를 지탱하는 기관 프레임 등의 설계는 닛켄설계가, 시공은 구마가이구미가 각각 담당한다. 28년의 관측 개시를 목표로 공사가 계속되고 있다.

본 연재의 다음 회 이후 기사에서는 닛켄설계에 대한 자체 취재를 바탕으로, 하이퍼카미오칸데의 ‘관측의 눈’이 되는, 약 2만개의 금빛 광센서가 늘어선 거대 수조의 설계에 대해 해설한다.

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