3. 주요해외해저터널시공사례 3-1. 영불해협터널 ( 토압식쉴드 ) 1) 건설배경영불해협터널구상은 19세기초부터시작되었으며 1985년양국은민간투자에의해서공사를진행하기로합의하여본선터널착공에서관통까지는 3년 7개월, 1994년 5월 6일개통까지는 6년 6개월이소요되었다.

Size: px

Start display at page:

Download "3. 주요해외해저터널시공사례 3-1. 영불해협터널 ( 토압식쉴드 ) 1) 건설배경영불해협터널구상은 19세기초부터시작되었으며 1985년양국은민간투자에의해서공사를진행하기로합의하여본선터널착공에서관통까지는 3년 7개월, 1994년 5월 6일개통까지는 6년 6개월이소요되었다."

연주 뇌
5 years ago
Views:

1 기술정보Ⅰ 1 국내외주요하 해저터널시공사례및적용기술소개 글김재윤 \ 토목기술팀대리 \ 전화 \ jykim@ssyenc.com 1. 머리말최근세계각국에서는고속화철도및등의고속운송체계의개발수요가증가함에따라하천이나해협을횡단하는교통용하 해저터널의수요가빠르게증가하고있다. 국내에서는 2010년에완공된거가대교침매터널, 2019년에완공예정인보령-태안간해저터널, 한일해저터널, 한중해저터널및제주-완도해저터널등초장대하 해저터널의건설이거론되고있다. 국내의경우는하 해저터널에대한설계및시공경험의부족으로인해현재까지기술축적및공유가체계적으로이루어지지않고있다. 이에본고에서는하 해저터널에대한공법별주요시공사례및당사가참여한하 해저터널시공사례를소개하고, 하 해저터널설계및시공시고려해야될주요사항에대하여소개하고자한다. 2. 주요하 해저터널시공사례국내외하 해저터널시공사례중해외의경우대표적인사례들만나타내었으며, 국내의경우현재진행중이거나완공된사례를 [ 표 1] 에나타내었다. [ 표 1] 에나타낸시공사례중해외사례의경우굴착공법별해저터널대표사례를선정하여소개하고, 국내사례의경우는당사가참여한하 해저터널시공사례를중심으로소개하고자한다. 표 1 국내외주요하 해저터널시공현황 구분 굴착공법 하 해저구간연장 ( 전체연장 ) 용도 Tokyo Aqualine Slurry Shield 9.5km ( 일본 ) (15.1km) Euro Tunnel Single Shield 38km ( 영국-프랑스 ) (50.45km) 철도 Great Belt Storebaelt EPB Shield Tunnel ( 덴마크 ) 7.41km 철도 Westerschelde Tunnel Slurry Shield ( 네덜란드 ) 6.65km Fuxing Donglu Tunnel Slurry Shield ( 중국 ) 2.4km Nanjing Yangtz river Slurry Shield Tunnel ( 중국 ) 2.9km 해외 Brisbane North-South Double Shield 4.3km Bypass Tunnel ( 호주 ) (4.8km) Oresund ( 덴마크-스웨덴 ) 침매터널 4.05km 세이칸터널 23.30km ( 일본 ) (53.85km) 철도 Jiaozhou Bay Tunnel 3.95km ( 중국 ) (7.8km) Xiamen East Tunnel 5.95km ( 중국 ) (9km) 링컨터널 ( 미국 ) 2.5km Vardo ( 노르웨이 ) 2.6km 보령-태안간 6.927km 해저터널 (14.1km) 거가대교 3.7km 침매터널해저터널 (8.2km) 부산지하철 230공구 Slurry Shield 2.32km 지하철 국내 녹산하수처리장 Slurry Shield 1.698km 방류관거 (10.316km) 방류관거 영종-교하주배관 2공구 EPB Shield km 가스배관공사 (29.113km) 가스배관 서울지하철 5-18 공구 1.288km 지하철 분당선 3 공구 EPB Shield 1.27km (1.66km) 지하철 33

3. 주요해외해저터널시공사례 3-1. 영불해협터널 ( 토압식쉴드 ) 1) 건설배경영불해협터널구상은 19세기초부터시작되었으며 1985년양국은민간투자에의해서공사를진행하기로합의하여본선터널착공에서관통까지는 3년 7개월, 1994년 5월 6일개통까지는 6년 6개월이소요되었다.

3개의터널중에서양편의철도터널은영국과프랑스양국의철도및와연결되며중앙의서비스터널은두터미널사이에서주로자동차등의화물운송을담당하고있다. 철이용되는 2개의터널은직경이 7.6m로대구경이며각각한개의철로가설치되어있고직경이 4.8m인서비스터널은유선유도시스템을갖추고있다. 3개의터널은 375m 간격으로연결통로가설치되어있어유사시이통로를이용하여서로접근할수있다.

터널직경이작은서비스터널을본선철도터널보다앞서시공함으로써양편터널과의균형문제및지질의상태등을사전에파악하여터널굴착에따른제반문제를사전에대처할수있도록하였다.

2 3. 주요해외해저터널시공사례 3-1. 영불해협터널 ( 토압식쉴드 ) 1) 건설배경영불해협터널구상은 19세기초부터시작되었으며 1985년양국은민간투자에의해서공사를진행하기로합의하여본선터널착공에서관통까지는 3년 7개월, 1994년 5월 6일개통까지는 6년 6개월이소요되었다. 터널은초기에공사비를 70억달러로책정하였으나, 난공사인해저암반굴착과공사기간연장등의난항끝에 2배가늘어난 150억달러의공사비가소요되었다. 영국과프랑스해협을연결하는터널로서총길이는 50.45km이며해저부분의길이는 38km, 최대수심은 55m, 최소토피고는 40m이다. 있다. 3개의터널중에서양편의철도터널은영국과프랑스양국의철도및와연결되며중앙의서비스터널은두터미널사이에서주로자동차등의화물운송을담당하고있다. 철이용되는 2개의터널은직경이 7.6m로대구경이며각각한개의철로가설치되어있고직경이 4.8m인서비스터널은유선유도시스템을갖추고있다. 3개의터널은 375m 간격으로연결통로가설치되어있어유사시이통로를이용하여서로접근할수있다. 이통로는환기통로및터널의유지관리목적으로이용되고있다. 또한 200m 간격마다 3터널을연결하는닥트가설치되어공기압력을조절하고있다. 4) 건설공법대심도해저작업공간의압력에대응하기위해쉴드 을적용하여굴착공사를진행하였으며, 1일최고 75.5m 굴착속도를기록한바있다. 총 5대의장비가투입되었는데영국방향으로주터널용 2 대, 서비스터널용 1대와터미널방향으로 2대씩투입되었다. 터널직경이작은서비스터널을본선철도터널보다앞서시공함으로써양편터널과의균형문제및지질의상태등을사전에파악하여터널굴착에따른제반문제를사전에대처할수있도록하였다. [ 그림 1] 영불해협터널개요도 2) 지형및지질조건영불해협의해저지반은 White Chalk, Gray Chalk, Blue Chalk, Gault Clay층으로구성되어있으며교질암석층인 Gray Chalk층은지하수흐름이양호하고 Gault Clay층은초연약층으로높은수압에팽창성지반으로구조물의중량을견디기어렵기때문에터널대상지반으로부적합하여터널의노선이 Chalk Marl을통과하도록선정하였다 세이칸터널 () 1) 건설배경세이칸터널은일본의혼슈섬과북쪽홋카이도를연결하는철도터널로서츠카루해협의해저부분을관통하는터널이다. 일본정부는 1954년태풍으로츠카루해협에서선박 5척과 1,430명의인명피해를경험한후안전한통행수단으로해저터널건설을기획하였다. 총공사비 70억달러가투입되었으며 1988년에준공되어총공사기간은당초예상한 10년에서 15년이늘어난 25년이소요되었다. 터널의총길이는 53.85km의세계에서가장긴터널이며해저구간이 23.3km에달하는초장대해저터널이다. 최대경사 1.2%, 최소곡선반경 6,500m, 최대수심은 140m, 최소토피고는 100m이다. [ 그림 2] 영불해협터널종단및지질도 [ 그림 3] 세이칸터널개요도 3) 터널구조영불해협터널은 2개의철도터널과 1개의서비스터널로구성되어 2) 지형및지질조건본터널구간의지질조건은혼슈쪽은제3기안산암류, 중앙부는흑 34 건설기술 / 쌍용

색경질셰일, 훗카이도방향은사질이암과박층의응회암, 일부고결도가낮은사질암층으로구성되어있다. 해상조사시츠카루해협의수심이 140m로깊고조류의속도와기상조건이나빠많은어려움이있었으나선진도갱및막장전방선진시추를통하여지질상태를파악할수있었다.

또한, 세이칸터널에는세계최초의해저역 2 개소가있으며비상역으로사용되고있다. [ 그림 5] 침매터널전경 2) 터널구조덴마크는 3.4km에달하는해저터널공사를위해코페하겐해안에인공섬을조성하였으며이인공섬을중심으로스웨덴쪽으로는자동차전용 ( 길이 7.

[ 그림 4] 해저터널단면도 4) 건설공법터널굴착방식은예측이불가능한지반조건및지진발생을고려하여 공법을적용함으로써공사기간이 공법에비해늘어나게되었다. 본선터널은 240m 해저에 9m 정도의높이로되어있다.

터널의붕락방지와용수량감소를목적으로차수그라우팅 (LW공법) 을시행하고, 지반상태에따라본선터널은저설도갱선진공법 ( 터널총연장의 19%), 상하분할공법, 측벽도갱선진공법 ( 터널총연장의 57%), 원주수평갱선진공법, 원형숏벤치공법 ( 단층대통과구간 ) 등의다양한분할굴착공법을적용하였다. 3-3.

3 색경질셰일, 훗카이도방향은사질이암과박층의응회암, 일부고결도가낮은사질암층으로구성되어있다. 해상조사시츠카루해협의수심이 140m로깊고조류의속도와기상조건이나빠많은어려움이있었으나선진도갱및막장전방선진시추를통하여지질상태를파악할수있었다. 프로젝트는총공사비 37억달러를투입하여공사기간 7년인 2000 년 7월 1일에완공되었다. 3) 터널구조해저부는지질상황, 공법조사, 환기, 배수, 장래유지관리를위한선진터널 (Pilot Tunnel) 과본선터널및본선터널과평행한서비스터널로구성되어있다. 또한, 세이칸터널에는세계최초의해저역 2 개소가있으며비상역으로사용되고있다. [ 그림 5] 침매터널전경 2) 터널구조덴마크는 3.4km에달하는해저터널공사를위해코페하겐해안에인공섬을조성하였으며이인공섬을중심으로스웨덴쪽으로는자동차전용 ( 길이 7.8km, 왕복 4차선 ) 와철로가위 아래로설계된 2층짜리다리가건설되어있고, 덴마크쪽으로는해저터널이연결돼있다. 침매터널의단면은자동차와철도전용노선으로계획되어왕복으로각각 4개의차로와 2개의선로로구성이되었다. [ 그림 4] 해저터널단면도 4) 건설공법터널굴착방식은예측이불가능한지반조건및지진발생을고려하여 공법을적용함으로써공사기간이 공법에비해늘어나게되었다. 본선터널은 240m 해저에 9m 정도의높이로되어있다. 해저밑을굴착하기때문에용수의처리가가장중요한사항이였으며, 이를위해본선터널을굴착하기전에선진터널과사갱을굴착하여정확한지질조사및지반조건에적합한공법개발에활용하였다. 터널의붕락방지와용수량감소를목적으로차수그라우팅 (LW공법) 을시행하고, 지반상태에따라본선터널은저설도갱선진공법 ( 터널총연장의 19%), 상하분할공법, 측벽도갱선진공법 ( 터널총연장의 57%), 원주수평갱선진공법, 원형숏벤치공법 ( 단층대통과구간 ) 등의다양한분할굴착공법을적용하였다 오레순트해협연결 ( 침매터널 ) 1) 건설배경덴마크의수도코펜하겐과스웨덴을연결하는오레순트해협연결는육상 해저복합운송로로서침매터널과교량으로구성되어있다. 발트해와북해사이오레순트해협을잇는총연장 16km의이 [ 그림 6] 침매터널단면도 3) 지형및지질조건오레순트해협연결의해저면은덴마크측의탄산질퇴적암인코펜하겐석회암으로구성되어있으며노선을따라표층은모래와자갈로해상퇴적되어있다 4) 건설공법본터널구간에는침매터널공법이적용되었으며, 침매함은콘크리트침매함으로전장 3.5km, 8개의세그먼트로분할되어제작되는 175m의침매함 20개와양측의갱구부 2기로구성되어있다. 침매함기초공법은주로모래와물을혼합하여침매함과기초지반사이에뿜어넣는밑채움공법이사용되지만상대적으로부등침하가적은자갈기초를채택한것이특징적이다. 자갈기초층을수심 22m에서 ±25mm의정밀시공하기위해다목적 Pontoon( 부교 ) 을사용하였다. 35

4. 당사하 해저터널주요시공사례 4-1. 녹산하수처리장방류관거 ( 이수가압식쉴드 ) 1) 공사개요녹산하수처리장방류관거건설공사는당사가시공한현장으로국내최초의대심도연약지반해저터널이다. 방류관거의총연장은 10.316km 이며, 이중해저쉴드터널구간은녹산해안에서가덕도북단눌차도까지연결되는연장 1.698km이다.

4 4. 당사하 해저터널주요시공사례 4-1. 녹산하수처리장방류관거 ( 이수가압식쉴드 ) 1) 공사개요녹산하수처리장방류관거건설공사는당사가시공한현장으로국내최초의대심도연약지반해저터널이다. 방류관거의총연장은 km 이며, 이중해저쉴드터널구간은녹산해안에서가덕도북단눌차도까지연결되는연장 1.698km이다. 쉴드터널구간은당초가도축도후흙막이가시설에의한개착식공법으로계획되었으나, 환경보호및주민들의주거환경개선등의측면에서이수가압식쉴드 을이용하여초연약점토층을굴진하는해저쉴드터널로시공되었다. SHIELD 구간 L=1,698m ( 해저터널 L=1,588m) 녹산국가산업단지 제 1 관로 ( 육상 ) L=1,611m 3) 건설공법쉴드 이관통하는지반은두께가 40m 이상되는매우연약한실트질점토퇴적층으로, 적용된터널공법은이수가압식쉴드 공법이적용되었다. 쉴드 발진심도는침하에대한안전을고려하여점토층하부사질토층에위치하도록하였으며, 쉴드 이해저의두터운점토층을통과한후암반층에굴착된도달수직구로연결되도록시공되었다 영종-교하주배관 2공구 ( 쉴드 + ) 1) 공사개요영종 ~ 교하주배관 2공구는당사가시공한구간으로국내최초로한강하저에쉴드 공법과 공법을병행시공한현장이다. 한강하저터널은최대심도 45m, 최대수심 15m로총연장은 1.497km이다. 하저터널구간은당초전구간이쉴드터널로계획되었으나, 시공중하저구간의지층이자갈층등의충적층이협재된복잡한지반조건및고수압조건을형성하여시공트러블로인한공기지연이예상됨에따라도달작업구의일부구간에대해 공법으로변경하여성공적으로굴착완료하였다. 범례 하저터널구간 가덕도 제1터널 () L=404m 제1관로 L=1,561m 제 2 터널 (SHIELD-) L=693m 제 2 터널 () L=3,796m 발진구도달구 SHIELD L=1,147m L=350m 굴진방향굴진방향 [ 그림 8] 영종 - 교하하저터널구간노선도 해양방류관육상 L=128m 해양방류관해상 L=425m [ 그림 7] ] 녹산하수처리장방류관거계획평면도 2) 지형및지질조건본구간의지층구조는매립층, 사질토, 연약점토퇴적층및암반층으로구성되어있으며해저터널구간은발진부에서도달부까지상향 1.5% 로굴착되었다. 쉴드터널발진부의연직구지점의지표부분은공단조성시매립한매립층이존재하고있고그아래로퇴적층, 상부점토층 (N치 4~9) 과하부사질 자갈층 (N치 26~50) 으로구분되어기반암위에분포하고있다. 기반암층은안산암의연암층으로균열및절리가매우발달해있으며, 절리를따른변질, 변색및심한풍화상태를보이고있다. 2) 지형및지질조건본과업지역일대는편마암과편암류로이루어진원생대층으로서, 이를관입한쥬라기의심성암이주를이룬다. 세부적으로기술하면, 암상을기준으로흑운모편마암, 운모편암, 운모-석영편암과이를관입한화강편마암으로구분되며, 이를제4기의충적층이부정합으로피복하고있다. 과업노선에분포하는흑운모편마암은규암과편마암을각각협재하며대체로편암류와유사한편리조직을가진다. 또한백운모석영장석질편암내에분포하는흑운모편마암은중첩습곡이발달해있다. 특히, 기존의지반조사자료와 굴진시의실제지반정보들을분석한결과, 발진작업구로부터 55 ~ 600m에해당하는구간에서트러스트와유사한광역적인지각활동, 습곡활동, 그리고이로인한차별풍화및그에따른불규칙한하상퇴적활동등이있었을 36 건설기술 / 쌍용

것으로추정되었다. 이러한광역적인작용은일부암의점토화, 예상보다깊은심도에서자갈층의출현, 암반하부에서자갈층의출현, 그리고암반-자갈-토사의퇴적층경계가경사진형태로출현하는등의복잡한지반조건을야기하였다. 4-3.

66km이며, 구간내주요구조물은쉴드장비반입및버력반출구역할을하는환기구 #4(25m 25m), 보조작업구역할을하는환기구 #5(19.4m 25m) 등환기구 2개소, 하저터널, 하저터널전후의 터널및피난연락갱 2개소로구성되어있다.

[ 그림 10] 토압식쉴드 [ 그림 11] 분당선한강하저통과구간 2) 지형및지질조건본쉴드 통과구간은하저구간으로하상시추및각종현장시험에많은제약을받으며, 쉴드 의특성상굴진중막장의지반상태를파악하기곤란하기때문에,

D, Directional Core Drilling) 를 270m 적용하여강북구간에서 60m 정도의폭을가지는단층파쇄대의위치및규모를파악하였다.

5 것으로추정되었다. 이러한광역적인작용은일부암의점토화, 예상보다깊은심도에서자갈층의출현, 암반하부에서자갈층의출현, 그리고암반-자갈-토사의퇴적층경계가경사진형태로출현하는등의복잡한지반조건을야기하였다 분당선 3공구 ( 토압식쉴드 ) 1) 공사개요분당선 3공구복선전철노반신설공사구간은당사가시공에참여한구간으로국내하저교통터널최초로쉴드 을적용한한강하저터널이다. 총연장은 1.66km이며, 구간내주요구조물은쉴드장비반입및버력반출구역할을하는환기구 #4(25m 25m), 보조작업구역할을하는환기구 #5(19.4m 25m) 등환기구 2개소, 하저터널, 하저터널전후의 터널및피난연락갱 2개소로구성되어있다. [ 그림 9] 지층단면도 3) EPB 쉴드 설계본과업의쉴드터널굴착에적용된장비는일본 Kawasaki사가제작한토압식쉴드 이다. 굴착단면을고려하여굴착직경 2.93m 및장비길이 7,400mm로제작되었다. [ 그림 10] 토압식쉴드 [ 그림 11] 분당선한강하저통과구간 2) 지형및지질조건본쉴드 통과구간은하저구간으로하상시추및각종현장시험에많은제약을받으며, 쉴드 의특성상굴진중막장의지반상태를파악하기곤란하기때문에, 설계단계에서최신조사기법을적용하여정밀하게지반조건을파악하였다. 최신조사기법으로터널굴진방향으로경사및수평방향시추가가능한방향제어시추 (D.C.D, Directional Core Drilling) 를 270m 적용하여강북구간에서 60m 정도의폭을가지는단층파쇄대의위치및규모를파악하였다. 조사결과, 하상구간은비교적신선한경암반 ( 평균일축압축강도 1,700kgf/cm 2 ) 으로구성되어있으며, 강북구간에 60m 폭의단층파쇄대 1개소와강남구간에 2개소의연약대가분포하고있는것으로파악되었다. 4) 시공트러블및대응방안당초지반조사결과로나타난기반암예상구간에서모래 (80%)+ 실 환기구강변북로 올림픽대로환기구 트 (20%) 의복합지층과투수성이큰구간이출현하여, 굴착구간별로최적의첨가제종류와그에따른최적배합비를찾아적용함으로써, 막장내수압에대응할챔버내토압을발생시켜압력평형을유지하면서굴착하였다. 또한, 기반암또는풍화암층에자갈층 퇴적층연암경암 20m 23m 한강 하저터널 선릉 이분포하는복합지반이출현하여전방천공후에우레탄보강및 왕십리 7.8m 그라우팅을주입, 막장면에안정액주입및커터헤드개구율조정등의대응방안을적용하였다. 846m [ 그림 12] 한강하저터널종단면도 37

6 3) EPB 쉴드 설계하저터널은단선병렬이고이격거리는 6m 이내로매우좁아발파를적용하는 은시공성이매우저하되며, 기시추공또는막장절리면을통해고압의하천수가유입되면막장의유실은물론작업원의안전성이크게해칠가능성이높은것으로판단되었다. 반면쉴드 은근접시공이가능하며밀폐형의전방구조및굴진과같이시공되는세그먼트로인해고수압대응성이우수한것으로판단되어하저구간의굴착공법으로쉴드 공법이적용되었다 설계기술 1) 하 해저터널계획시주요설계요소하 해저터널계획시우선고려사항은하 해저수심, 지반조건및수리조건등이있으며, 이러한사항을토대로시공성및경제성을검토하여노선선형, 굴착공법, 수직구형식등을결정하게된다. 이설계요소들을결정할때에는산악터널과는달리터널이깊은하 해저지반에위치하게되므로안정성과시공성을최우선으로고려하여야한다. 5. 해저터널주요기술 5-1. 지반조사기술하 해저부분의지질조사및탐사는육지에서이루어지는방법과는상당히다르며하 해저부분의지반상태를확인하는데에는많은장애요인과한계점이있다. 다양한해상조건에서의시추작업, 물리검층및탐사작업을수행할수있는노하우와분석능력의개발이요구되며, 고해상도해저탐사를이용한암반구조및특성조사기술, 다중물리탐사에의한해저암반영상화기술, 막장전방지질정보확보를위한선진시추기술등이있다. 해저터널의조사는일반적으로다음 5단계로수행되며, 조사비용은전체공사비용의 2.5~7.0% 를차지하는것으로알려져있다. 1 기존문헌조사를통한기초정보의검토 2 대상부지의해안가를중심으로한지질도작성 3 해상음향탐사 (Acoustical Profiling) 에의한해저지형의파악 4 해상굴절법탐사기법에의한해저지반의특성파악 5 주요지점에관한직접적인시추조사상기의지질조사단계를통하여해저터널의예상지역을파악한다. 굴절법탐사를통하여최상의노선을선택하기위한기반암의정보를얻은이후에예상노선에서가장위험성이높은지역을대상으로, 즉일반적으로단층대지역에서시추조사를수행한다. 일반적으로시공전에직접수행된지질조사를통하여해저터널의계획및시공에중요한기반자료를얻을수있으나, 광범위한조사를수행한경우에도예측치못한지질조건을간혹경험할수있다. 이는시공전뿐만아니라시공중에도터널전방에대한지질조사를지속적으로수행하여야하는필요성을알려준다. 또한해저지반의지질학적불확실성및위험요인을최대한배제할수있는특수한조사기술이적용되어야하며, 조사결과의해석에서도불확실성을최대한줄일수있는기법이사용되어야한다. 2) 하 해저터널교통형태하 해저터널의교통형태는철도전용, 전용, 철도 + 복합교통형태로구분할수있고, 교통형태에따라터널단면이결정되기때문에계획시가장먼저고려해야한다. 비교적연장이짧은국내의하 해저터널은전용이주를이루고있으나, 국가간해저터널은고속의승객이동및물류수송의목적으로교통형태상철도터널이대다수를차지하며, 단선병렬형식이주를이루고있다. 이는장대해저터널시공시안정성및경제성을비롯한비상시승객대피와환기성능등의종합적인검토결과에따른것으로볼수있다. 3) 굴착공법계획굴착공법선정은공사비와공사기간을산정하는데매우중요한설계요소이다. 해저터널계획단계의굴착공법선정시에는기존의자료인해저수심과해저지질정보를활용하게된다. 하 해저터널의연장이비교적짧고터널주변지반이암반인지반조건에서는 Drill and Blast 공법이주로선정되지만, 토사지반등의연약지반에서는수압에대응하고막장안성성에유리한쉴드 공법이선정된다. 그러나터널의연장이길어지게되면터널주변지반이암반조건일지라도 Drill and Blast 공법의경우약 40km마다설치되는수직구를통해굴착작업을할수밖에없는시공조건을고려할때굴착공기가상당히길어지기때문에공사기간이굴착공법을선정하게되는요인이될수있다. 일반적으로국가간을연결하는초장대해저터널의경우쉴드 공법이주로계획되고있다. 4) 종단선형계획하 해저터널의종단선형은수심과암토피에의해결정된다. 토피조건에대한국내기준은없으나 Drill and Blast 공법에대한해저터널시공실적이가장많은노르웨이에서는최소암토피 50m 이상을확보하도록한설계기준이있으며, 지금까지시공된해저터널대부분은최소암토피 50m 이상을확보하고있다. 쉴드 공법의경우터널토피는터널설계기준 (2007) 에의하면굴착외경의 38 건설기술 / 쌍용

7 1.5배이상을확보하도록규정되어있다. 그러나하 해저터널의경우수심이깊을수록, 최대수압이 10bar을초과할경우별도의장비개선및차수보강이추가적으로요구되어 10bar를넘지않도록 ( 최대심도약 100m) 계획하는것이바람직하다. 5) 수직구계획수직구는해저터널의환기및방재를목적으로설치하게되며, 시공중에는작업구로활용된다. 수직구형식에는인공섬형식과구조물형식이있으며수직구형식선정에는수심의영향이절대적이다. 대수심의장대해저터널을계획할경우공사비뿐만아니라대수심조건에서의수직구시공가능성까지도검토가되어야한다. 인공섬형식은오레순트해저터널에설치된사례가있고, 구조물형식은동경만해저터널에설치된가와사키인공섬설치사례가있다 시공및유지관리기술 1) 고수압대책을위한차수및보강공법하 해저암반을굴착할때파쇄대와같은연약암반층이출현하거나지하수또는해수가굴착공간으로유입될경우에는심각한상황을초래할수있다. 따라서이러한고수압의위험구간에적용될차수및보강공법의개발이요구된다. 차수를위한그라우팅은터널주위에충분한범위에서실시될수있도록침투성이커야하며, 하 해저아래의큰수압에저항해야한다. 또한연약한지반에대한보강재역할을하므로충분한강도를가져야하며경화시간이적당해야한다. 이러한제반사항등을만족시킬수있는국내하 해저지반및현장상황에맞는그라우팅재료및시공법의개발이요구된다. 또한국내에적용사례가많은 공법에대한설계기준, 지침및시방서는어느정도체계화되어있지만쉴드 과같은기계화굴착공법에대해서는아직정립되지않은상태이다. 향후수요증대가예상되는기계화굴착공법에대한국내터널기술자들의지속적인연구가필요하다. 또한굴착공법에서해저터널공사시해수의염기성으로인해폭약과록볼트등지보재의성능이저하되어굴착및보강효율이떨어지게되므로하 해저구간에서의발파공법및지보재에대한연구가이루어져야할것이다. 2) 환기및배수하 해저터널은육지의터널과는달리심부화가되어있을뿐만아니라터널의연장이길기때문에소요되는환기량산정, 환기회로망구축, 환기방식등이정확히선정되어운영되어야하며, 터널내에서발생되는갱내수의배수량및배수방식에대해서도정확히산정되어운영되어야한다. 해저심부에건설되는장대터널의환 기또는배수방식에대한설계능력및운영기법이전반적으로부족한실정으로이에대한대비가필요하다. 3) 방재및유지관리하 해저터널건설이완료되어운영될경우터널내부와지상에이를관리하고감시할수있는각종시스템이구축된다. 즉배수설비, 환기설비, 전기설비, 조명설비, 수송설비, 계측설비및방재설비가터널내에설치되고이와관련된지상의운영시스템이구축되게된다. 이중에서환기설비, 방재설비및계측설비는터널의안전성과인명사고등의대형사고를방지할수있는중요한설비이다. 하 해저터널은일반적으로장대터널이며, 지상으로통하는공간이입 출구부외에는존재하지않는다. 따라서터널내에서발생하는화재를예방하고감지할수있는조기경보장치및방재시스템구축이필요하며, 터널내의대피공간을확보해야한다. 또한운행되는차량에서배출되는배기가스의농도를측정하여유입량을조절할수있는자동유입량산출시스템의구축이필요하다. 그리고터널의안정성을점검하기위하여하 해저터널변형상태를실시간으로계측할수있는모니터링시스템의개발및도입이필요하다. 6. 맺음말태풍및폭설등과같은악천후에도안정적으로국내도서지역및인접국가간교통및물류수송체계운용을가능하게하는새로운형태의해저교통및물류수송공간창출의필요성이커져가고있다. 현재전세계적으로섬과내륙, 내륙과내륙을연결하는대규모해저터널이계획중이거나, 시공및운영중에있다. 하 해저터널의프로젝트를안전하고경제적으로수행하기위해서는하 해저터널의특성을정확히이해하는것이매우중요하며, 이에국내외주요하 해저터널에대한사례조사를통해하 해저터널이건설된사유와설계및시공에적용된터널기술을분석하였다. 참고문헌 ❶ 김동현외 (2007), 하 해저터널설계방안및한강하저쉴드 사례, 대한토목학회, 터널시공기술향상대토론회 ❷ 박의섭외 (2011), 해저터널의지반조사및계측, 한국터널공학회, 기술강좌 ❸ 신희순 (2006), 외국의해저터널현황및관련기술, 한국암반공학회춘계학술발표회 ❹ 황영철외 (2010), 해저터널설계편, 한국터널공학회, 기술기사 ❺ 김동현 (2004), 분당선한강하저터널의방재시스템, 한국터널공학회학술발표회 ❻ 김상환 (2010), 해저터널의공학적고찰, 한국건설기술인협회세미나 ❼ 해저터널건설기술연구단 (2012), 해저터널기술기획보고서 ❽ 정상훈외 (2010), 녹산하수처리장방류관거건설공사현장 - 대심도연약지반및열수변질대통과를위한 SHIELD 터널시공사례, 한국터널공학회학회지 ❾ 한국터널공학회 (2009), 한국의터널과지하공간 39

1. 터널거동과 관련된 요인

터널 굴착중 취약지반조건에서 과다변위 및 붕락유형분석 김낙영 건설환경연구실 / 수석연구원 1. 터널거동과 관련된 요인 1. 터널거동과 관련된 요인 지형, 지질적 조건 Number 1 시공중 터널은 4차원 거동 미굴착 구간의 강도에 좌우 해저터널은 고수압 터널굴착거동시 Arching Effect v Arching Effect(하중전이현상) : 응력 재분배 v