기술정보Ⅰ 1 최근국내외대심도지하공간개발사례및전망 글정상훈 \ 토목기술팀대리 \ 전화 02-3433-7779 \ E-mail stoneear@ssyenc.com 글윤성필 \ 토목기술팀대리 \ 전화 02-3433-7743 \ E-mail kanggol@ssyenc.com 1. 머리말도심지과밀화로인한토지자원의수급문제와도시자원의고갈등의문제에대비하여도시공간의효율적인이용과개발을위한대체공간의확보가필요한실정이며, 최근대심도지하공간을이용하는방안이활발이제시되고있다. 다양한경험과노력을바탕으로고도화된설계및시공기술을토대로이를실현하고자하는시도가증가하고있으며, 이와더불어대륙간원활하고신속한물류이동을위하여대륙간을연결하는해저터널등의개발이최근활발히진행중이거나계획되고있으며, 대심도지하공간은에너지저장및처리를위한공간으로도그중요성이부각되고있다. 주로북미대륙과유럽등의선진국에서는이미 1900년대중반부터개발을시작하여다양한분야에서지하공간개발을위한다수의프로젝트를추진하고있다. 그리고계획적이고효율적인개발을위하여지하공간개발에관한법률을제정하여이에적합한지침을마련하고있으며, 지하공간의개발여건을조성하고있다. 대심도지하공간의경우토지보상불필요로인허가상의민원이나개발지연에대한위험성이줄어들어다방면으로그활용도가높아지고있으며, 대심도지하공간개발을위한관심증대와기술개발투자확대등으로자연스럽게이어지도록유도하고있다. 이제지하공간개발은선택이아니라필수사항이며, 이러한변화에발맞추어건설업계는대심도지하공간개발을위한구체적인마스터플랜을수립하고, 이와관련된원천기술확보및기술발전을위해주력해야할것이다. 본고에서는지하공간에대한개념을간략히살펴보고국내외대 표적지하공간개발사례및계획현황을소개함과아울러관련기 술자료의분석을통하여국내외지하공간의기술동향및전망에 대하여살펴보고자한다. 2. 지하공간의개념 2-1. 지하공간및대심도의정의 1) 지하공간의정의 단순한물리적개념의지하공간은지표면아래수직또는수평방 향으로만들어진공간이라말할수있으며, 도시개발적측면에서 의지하공간은지하환경의특성을활용하여각종도시문제를경 감시키기위해지표면하부에조성된공간자원으로간단히정의 할수있다. 2) 대심도의정의 표 1 한계심도및토지보상규정 한국일본독일 한계심도 한계심도이하보상규정 지하 40m 이상 지하 40m 및기초파일또는지하주차장저면 10m 이상 한국 - 서울시 지하부분토지이용보상기준조례 지가 0.2% 이하 - 한국감정평가협회 토지보상평가지침 보상없음 일본및독일 - 보상없음 지하 30m 이상 28 건설기술쌍용
대심도란일반적으로토지소유자에의해통상적으로이용되지않는지하공간으로써, 용지보상및재산권설정을하지않아도되는깊이 ( 한계심도이하깊이 ) 를의미한다. 현재국내의경우한계심도이하보상규정과법규가불분명하며, 대심도지하공간개발을위한특별법제정등의제도적뒷받침이필요한실정이다. 암질변화에대처가가능하며, 효과적으로지보력을발휘할수있는습식강섬유보강숏크리트및락볼트를주지보재로적용표 2 서울지하철 6호선녹사평정거장공사개요공사명서울지하철 6호선 6공구건설공사 2-2. 대심도지하공간개발의장점지하공간은지상공간의하부에공간을확보하므로지상시설과의간섭문제가줄어들고이용상제약을받지않는다. 지상이용이활발히진행되고있는지역일지라도지하이용은이루어지지않는경우가많아개발가능성이크고, 지가가높은지역내에서도비교적경제적으로이용이가능하여도시공간을효율적으로활용할수있다. 또한지하공간은지상공간과비교하였을때항온, 항습, 내진성, 폐쇄성, 은폐성및격리성등이뛰어나므로이를활용한특수구조물의건설이가능하며, 에너지절약, 비용절감및환경보존등의이점이있다. 대심도지하공간이용의주요이점을간략히요약하면아래와같다. 1) 대도심지하의사전보상없이사용설정으로사업비용절감및사업기간단축 2) 합리적인선형으로사업비용절감 3) 소음및진동감소, 경관유지, 지상부환경보전에기여 4) 태풍및수해등의자연재해피해경감 5) 배기가스감소로인한친환경적인기능강화 ( 정거장 ) 총연장 계획심도 1994 년 5 월 ~1998 년 12 월 국내최초대단면터널식정거장 - 폭 23.4m, 높이 16.1m, 연장 167.5m 의 1-Arch 터널 국내지하철최초설계및시공일괄수행방식 (T/K) 채택 3.8km( 터널연장 167.5m) 30m 3. 국내외주요지하공간개발사례 본장에서는국내외대표적인지하공간개발사례에대해분야별로소개하고각사례별로가지고있는다양한특징들중지하공간과관련있는주요및설계내용을간략히서술하였으며, 이를바탕으로최근주목받고있는지하공간개발사례에는어떠한 것들이있는지에대해살펴보고자한다. [ 그림 1] 녹사평정거장시공전경 ( 상 ) 및조감도 ( 하 ) 3-1. 국내지하공간개발사례 1) 수송시설 1 서울지하철 6호선녹사평정거장 폭 23.4m, 높이 16.1m, 연장 167.5m의국내최초대단면터널식정거장 ( 쌍용건설시공 ) 적용시소음및진동저감효과가우수한비전기다단발파방식을채택하여민원을예방함과동시에연도변건물보호 2 서울지하철 9호선 923 고속터미널정거장 폭 29.6m, 높이 20.85m, 연장 200m의국내최대단면터널식정거장 ( 쌍용건설시공 ) 터널천단부 15cm 상부에위치하는운행중인지하철 3호선과노후화된강남지하상가의구조적안정성확보를위해 Pipe Jacking을이용한비개착식터널인 TRcM(Tubular Roof construction Method) 과 CAM(Cellular Arch Method) 을세계최초로복합적용 2013 WINTER 29
표 3 서울지하철 9호선 923 고속터미널정거장공사개요 공사명 서울지하철 9호선 913공구건설공사 2002년 11월 ~2009년 12월 표 4 인제터널공사개요고속국도제60호선춘천 ~ 양양간공사명 ( 동홍천 ~ 양양간 ) 건설공사 (14공구) ( 정거장 ) 국내최대단면터널식지하철정거장 - 폭 29.6m, 높이 20.85m, 연장 200m 세계최초비개착식터널 (TRcM 및 CAM) 복합적용 총연장 1.78km( 터널연장 200m) 계획심도 30m TRcM/CAM 총연장 2009년 4월 ~2015년 12월 본선터널 : 1개소 (L=10.9km) 사갱터널 : 1개소 (L=1.4km) 수직갱 : 수직갱 #1(L=208m, D=9.7m), 수직갱 #2(L=303m, D=9.7m) 피난연락갱 : 57개소 10.965km 강남지하상가 계획심도 200~500m 기존지하철 3 호선과약 15cm 의이격거리 터널식정거장 [ 그림 2] 고속터미널정거장단면도 [ 그림 4] 시점부갱문 ( 좌 ) 및터널단면모식도 ( 우 ) 4 보령해저터널 지반조건및경제성등을고려하여 TBM 대신 계획 선박항로및정박지에간섭되지않는해저면평균 50m 하부에터널계획 선박통행안전및정박지간섭을해결하는해저터널계획 [ 그림 3] 고속터미널정거장완공후전경 3 인제터널 기능성및유지관리효율성향상을위한단면계획 - 노면및공동구상단주행타이어형비상차량운영 - 유류확산방지맨홀설치를통한구조물피해최소화 - 갱구부배수관단열재피복을통한동결방지 터널내대피및구난시설확충을통한신속한대피및인명피해최소화 - 피난연락갱간격축소로신속하고안전한대피유도 - 비상시대형차량대피통로 6개소확보로신속한차량회차가능 표 5 보령해저터널공사개요 공사명 보령 ~ 태안간도로건설공사 2010년 12월 ~2018년 12월 국내최장해저터널 보령해저터널 (L=6.9km) 솔빛대교 (L=1.75km, 충남최장연육교 ) 총연장 14.1km( 터널연장 6.9km) 계획심도 53.2m 30 건설기술쌍용
6 서부간선도로하부지하도로 토지보상비및민원발생최소화가능 정체구간의교통량분산으로이동시간단축 강남순환도로 ( 독산동 ~ 우면동, 2014년말완공예정 ) 와연결되어내부고속도로망형성 표 7 서부간선도로하부지하도로공사개요 [ 그림 5] 노선도 5 강변북로확장공사 원효대교하류부부터동부이촌동서빙고로를잇는폭 4~6차로의지하도로 (2.1km) 와양화대교와원효대교를연결하는 4차로의터널 4.9km구간을신설하는프로젝트 성산대교북단강변북로 (0.92km) 가기존 8차로에서 10차로로확장되고, 동작대교와반포대교의연결램프구조를개선하고자 1 차로 ( 연장 3.0km ) 가추가로설치될예정 성산대교, 원효대교, 동작대교, 반포대교의강변북로진출입로위치를현재좌측에서우측으로변경해강변북로진입과교통안전을확보할계획 공사명총연장계획심도 서부간선도로하부지하도로민자사업착공일로부터 5년 국내최초대심도지하도로 4차로도로 ( 차로폭 3.25m의소형차전용도로 ), 상 하부로터널시공 ( 각 2개차로씩운행 ) 11.1km( 터널연장 9.31km) 50m 표 6 강변북로확장공사공사개요 공사명 강변북로 ( 양화대교 ~ 원효대교 ) 확장공사 미정 강변북로 ( 성산대교 ~ 반포대교 ) 구간중양화대교 ~ 원효대교 4.276km구간을하저터널로건설총연장 4.9km( 터널연장 4.276km ) 계획심도 59m [ 그림 6] 노선도 [ 그림 7] 노선도 2) 저장및처리시설 1 인천 LPG 지하 ( 해저 ) 저장시설 세계최초로바다가운데인공섬을만들어해수면 150m 굴착후시공 세계최초의해저암반 LPG 저장시설 - 저장공동단면적 : 330m 2 - 저장능력 : 프로판 16만9천톤, 부탄 7만6천톤 공사용 Shaft( 직경 10m, 심도 110m) 를이용하여해저구간에저장시설구축 - 공사용 Shaft에서진입터널, 연결터널, 저장공동을순차적으로굴착 2013 WINTER 31
해저암반내에저장시설을시공함으로써지하수위에의한정수압을통해누출위험차단 인공위성체계 (GPS) 를응용한해상파일항타공사수행 Car-Lift시스템과 Cage-Skip시스템을조합하여개량한운반시스템개발및적용 : 안정성확보및공사비절감효과 ( 버력처리절차매우간단 ) 해저에있어화재, 지진및전쟁테러등에대한안전성확보 토지점유면적이작고투자비저렴, 운전및보수비용낮음 수도권및중부지역에필요한 LPG 수요량을직접수입 - 수송비용절감 (200억원/ 년 ) 환경영향최소화를위해동굴내에최첨단원유가스배출제어설비구축 육상파이프라인을통해정제시설과상호입 출하할수있는시스템구축표 9 여수석유비축기지공사개요공사명여수석유비축기지 1997년 ~2008년 표 8 인천 LPG 지하저장시설공사개요 세계최대규모의원유저장시설 폭 18m, 높이 30m, 연장 14km 의아치형수평터널 공사명 인천액화석유가스 (LPG) 해저비축기지건설공사 총연장 14km 1997 년 1 월 ~2000 년 5 월 계획심도 60m 세계최초의해저암반 LPG 저장시설 폭 16m, 높이 26m, 연장 1,2km의아치형수평터널 총연장 4.7km 계획심도 150m [ 그림 9] 여수 Cavern 단면도 ( 좌 ) 및시공전경 ( 우 ) [ 그림 8] 인천 Cavern 단면도 ( 좌 ) 및시공전경 ( 우 ) 2 여수석유비축기지 세계최대규모의원유저장시설 - 비축능력 : 4,975만배럴 ( 장충체육관용적의약 100배, 25톤탱크로리약 27만대를채울수있는규모 ) 길이 300m가넘는대형유조선이안전하게접안가능한부두시설보유 3 안양박달하수처리장지하화 차세대복합환경기초시설의새로운패러다임제시 - 메탄가스이용 1,152만kWh 전기생산으로약 90억관련예산절감 - 9,854톤 CO 2 / 년의온실가스감축으로매년 1억원이상의탄소배출권확보 광명역세권지구택지개발사업과관련하여박달하수처리장의지하화를통한악취저감 고도처리공정및총인처리시설을도입하여강화된방류수수질기준준수 상부를공원화하여도시녹지공간확보및혐오시설이미지개선 32 건설기술쌍용
표 10 안양박달지하하수처리장공사개요공사명안양박달하수처리장지하화 ( 새물공원조성사업 ) 2013년 4월 ~2017년 1월 하수처리장 : 250,000m 3 / 일 부대시설 : 하수처리장상부조경시설및체육시설 부대공사 : 영구저류지 ( 홍수저감량 46천m 3 ) 시설철거공사 : 기존박달하수처리장및정화조찌거기처리장총면적 19만m 2 5 울산석유추가비축기지 경상남도지역에석유를안정적으로공급하기위하여건설되는비축기지 - 공동높이 : 30m, 공동폭 : 18m, 공동단면적 : 520m 2 - 비축능력 : 650만배럴 10m 높이동굴입구의 300m 안쪽에펌프실위치 - 펌프실에세계최대의유중펌프설치 ( 원유를단 2일만에 200 만배럴수송 ) 지상부지의훼손이거의없는친환경적용 표 12 울산석유추가비축기지공사개요 [ 그림 10] 조감도 4 신월대심도빗물배수터널 국내최초도입지름 7.5m, 연장 3,380m의저류배수터널및유도터널 강서구, 양천구저지대일대침수피해예방과안양천유역의오염을줄이려는목적 기습폭우또는집중호우 (30년빈도, 95mm/h) 발생시기존하수관거의빗물을수직구터널로유도한뒤목동빗물펌프장으로통해안양천으로배제 유역내기존하수관거의부담감소및유역하류의홍수부담능력증가로인해상습침수구역의침수피해최소화 공사명총연장계획심도 울산석유추가비축기지건설공사 2005년 10월 ~2010년 2월 토목공사 - 저유동굴 (18.0 30.0, L=2.016m) - 공사용터널 (8.5 8.0, L=892m) - 파이프터널 (9.0 7.0, L=384m) - 수벽터널 (4.5 4.5, L=1,353m) - 수직갱 (5.0~5.5, L=114m) 기계공사 : 입 출하배관공사, 원유펌프설치공사외 1식 전기공사 : 인입설비공사, 동력설비공사외 1식 건축공사 : 행정동신축, 지원시설운영기지외 1식 2.0km 100m 표 11 신월대심도빗물배수터널공사개요 공사명총연장계획심도 신월대심도빗물배수터널 2013년 5월 ~2016년 5월 국내최초도입지름 7.5m, 연장 3.4km의저류배수터널및유도터널 빗물저류배수시설 (4만 1,406m 2 ) 3.38km 40m [ 그림 11] 울산 Cavern 단면도 3) 기타시설 1 중 저준위방사성폐기물처분시설건설사업 암반내동굴굴착후처분하는방식으로자연방벽을이용하여방사성폐기물을인간생활권으로부터완전격리하는방식 ( 동굴처분방식적용 ) 2013 WINTER 33
방폐장진입동굴및사일로는 으로시공되는구조물로서다음과같은특징이있음 - 하향경사의동굴이므로유출된지하수가모두막장에집중되고있어배수계획이매우중요하므로건설동굴, 운영동굴및수직구에는각각의유량계를설치하여각동굴에서배출되는지하수를모니터링하도록함 - 방사성폐기물의저장이라는공간적인특징을고려하여 3~4 막장마다지하수유출량을검사하고그라우팅을실시함 - 환기시스템개선을위해하역동굴의환기튜브를 6기의사일로각각으로분기시켜환기를실시하였으며, 운영동굴은 1.4km의장대터널로동굴중간에부스터팬을설치하여풍량을증대시킴표 13 중 저준위방사성폐기물처분시설공사개요공사명중 저준위방사성폐기물처분시설건설사업 2006년 2월 ~2014년 6월 중 저준위방사성폐기물 1단계 200L 기준 10만드럼 ( 총 80만드럼계획 ) 지상시설 : 인수저장건물, 폐기물건물, 지원건물등 지하시설 : 건설동굴, 운영동굴, 하역동굴, 사일로등 주쿠선 11km, 시나가와선 9.7km를지하도로로계획하였으며, 지하 30m 깊이에직경 13m의병렬터널로시공 고속도심환상선에집중하는고속교통이분산되어교통체증감소 6개출입구를이용한부도심 ( 시부야, 신숙, 이케부쿠로등 ) 연계교통으로수도기능강화표 14 수도고속도로중앙환상선공사개요공사명수도고속도로중앙환상선 1992년 ~2010년 3개환상선중가장내부에있는중앙환상선 46km 계획중일부를지하도로로계획 직경 13m의병렬터널로시공 총연장 46km 계획심도 30m TBM 총연장 건설동굴 1,950m, 운영동굴 1,415m, 수직구 207m, 시설면적 210 만m2 계획심도 80~130m [ 그림 13] 조감도 [ 그림 12] 지하시설물상세도 3-2. 해외지하공간개발사례 1) 수송시설 1 수도고속도로중앙환상선 ( 일본 ) 3개의환상선중수도고속도로중앙환상선 46km의연장에서신 2 고타드베이스터널 ( 스위스 ) 도로교통량완화와온실가스및소음등으로인한환경훼손최소화목적 연장 56.97km로세계최장철도터널 ( 세계 2위일본세이칸터널, 연장 54km) - 이스턴터널, 웨스턴터널로이루어져있음 ( 터널과입로등을포함한총길이는 153.4km) 동시에 5곳에서터널을굴진하여단축과비상시접근및탈출이가능하도록계획 유럽연합의통로역할을하며유럽전지역연결 하루평균 300편의열차가터널을이용하며현재보다 1시간단축가능 34 건설기술쌍용
표 15 고타드베이스터널공사개요 공사명총연장계획심도 고타드베이스터널 1996년 ~2017년 325m 간격의 Cross Passage 수직갱 3개소 56.97km 본선터널 500m, 수직갱 800m [ 그림 15] 서측터널단면도 TBM 3 파리서남부고속도로 A86( 프랑스 ) 2층터널방식의소형차전용고속도로를민자회사 (Cofiroute, 콘소시엄 ) 가최초로제안 동 서터널노선은대부분산지, 주거지, 문화유적지 ( 베르사이유궁전 ) 를통과하며, 지상공간의보호차원에서터널방식의지하도로로변경 연약지반 ( 점토지반 )~ 경암 ( 석회암 ) 에신속하게전환가능한컨버터블쉴드 TBM 굴착 - 이수식, 토압식, 반개방형모드전환가능 - 굴착토사배출 : 이수식 ( 이수순환 ), 토압식 ( 스크류컨베이어 ), 개방형 ( 벨트컨베이어 ) 표 16 파리서남부고속도로 A86 공사개요공사명 A86 West Underground Toll Road 1997년 ~2011년 터널 2개소 복층단선터널 ( 소형차전용, 10km), 단층터널 ( 대형차전용 7.5km) 총연장동측터널 10km, 서측터널 7.5km TBM 4 스마트터널 ( 말레이시아 ) 홍수경감과교통정체완화가목적 터널의연장은약 12.7km, 내경이 13.2m이며, 폭우관리와도로를겸한터널임 ( 홍수조절터널 9.7km, 도로겸용수로터널 3.0km) 이수식쉴드TBM 2대적용 ( 직경 13.26m, 세그먼트두께 500mm) 1km 구간마다환기및피난통로를설치, 피난대피통로는 250m 간격으로설치 홍수발생시환기시스템보호를위해신선공기주입관을각수직구에설치표 17 스마트터널공사개요 공사명 Stormwater Management And Road Tunnel 2003년 1월 ~2007년 6월 폭우관리와도로활용을통합한터널 우회터널 (Holding Basin), 월류수하류저장고 (Storage Resevoir), 월류수배출암거 (Twin Box Culvert), 배출구 (Outlet) 등으로구성 ( 총저장용량 300만m 3 ) 총연장 12.7km 계획심도 28m TBM [ 그림 14] 파리서남부고속도로노선도 [ 그림 16] 단면도 2013 WINTER 35
5 보스포러스해협터널 ( 터키 ) 복선지하철터널의총연장은 13.6km로침매터널 ( 총 11함 ) 1.4km, TBM 9.8km, Cut & Cover 2.4km로구성되어있음 침매터널 1함의길이는 98.5~135m이며, 최대중량은 18,000톤임 과거본과업구간에진도 7.5의지진발생이력이있으며, North Anatolian Fault에위치하여연결부가유연한침매터널을설계에적용함 표 19 상하이장강하저터널공사개요 공사명 Shanghai Yangtze River Tunnel 2005년 ~2009년 복층터널 ( 상층 : 3차선고속도로, 하층 : 상하이 Metro) 총연장 8.9km 계획심도 65m 표 18 보스포러스해협터널공사개요 TBM 공사명 보스포러스해협횡단철도해저터널 (Bophorus Strait Tunnel) 2004 년 ~2013 년 총 11 함의침매터널로구성 각침매터널의연장 98.5~135m, 최대중량 18,000 톤 총연장 13.6km 계획심도 56m 침매터널 /TBM [ 그림 18] 위치도 [ 그림 17] 침매터널종단면도 ( 상 ) 및횡단면도 ( 하 ) 6 상하이장강하저터널 ( 중국 ) 상하이푸동지구와창싱섬을있는터널로상하이와주변지역과의유동성및교통체증을해소목적으로건설 양쯔강을교량으로횡단시강의흐름을저해할수있어교량대신터널로계획 복층터널로상부는 3차선고속도로로활용되며, 하부는방재및서비스터널로활용후장래에지하철로변경하여이용예정 터널시공시직경 15.4m의 TBM 적용 - 높은수압을고려하여 Mix shield(slurry tunneling shield) 적용 7 보스포러스해협횡단도로해저터널 ( 터키 ) 쉴드 TBM터널, 터널, 개착터널및환기구가계획되어있으며, 해저쉴드 TBM터널의연장은 3.34km임 터널형식은지질및수리조건, 시공성과경제성을고려하여병렬터널 (Twin tunnel) 이아닌대단면복층터널 (Double Deck Tunnel) 로계획 - 해저구간은시공중및운영중에고수압에의한해수침투가능성이높으며지진발생시피해발생가능성을고려하여복층터널형식을선정 - 대단면복층터널형식이병렬터널형식보다터널공사비분석에서약 16% 정도낮은것으로검토됨표 20 보스포러스해협횡단도로해저터널공사개요공사명보스포러스해협횡단도로해저터널 (Bosphorus Tunnel) 2013년 ~2017년 TBM 터널, 터널, 개착터널로구성 BOT(Build, Operation and Transfer) 사업방식 ( 완공후 25년간운영예정 ) 총연장 14.6km( 터널연장 5.4km) /TBM 36 건설기술쌍용
2) 저장및처리시설 1 헬싱키중앙하수처리장 ( 핀란드 ) 기존의분산된하수처리시설을차집관로를통한중앙처리장처리로변경하기위해개발됨 지하에하수처리장, 지상에인프라시설및거주시설이위치하며, 하수처리장은조정시설 8개소, 오수처리장 1개소, 펌프장 1개소, 입갱 62개소로구성됨 - 1일 280,000m 3 의처리능력으로헬싱키외에북부주변도시를포함하여 750,000명의하수를처리함 - 지형적으로높아자연유하가가능하고충분한부지면적으로인해지상부에주거지를건설함 표 22 싱가포르유류비축기지공사개요공사명 Jurong Rock Cavern 1, JRC1 2009년 5월 ~2014년 5월 동남아시아최초의지하석유비축기지 지하저장동굴 9개동 ( 연장 340m, 총저장용량 1,470,000m3 ) - Water Curtain Tunnel : 5개소 - 운영터널과연결터널 : 9.2km( 폭 20m, 높이 27m) - 주수직구, 운영수직구, 운영동굴, Pump sump 총연장 12.4km( 터널연장 9.2km) 계획심도 126m 표 21 헬싱키중앙하수처리장공사개요 공사명 Central Wastewater Treatment 1994년완공 지하하수처리장과지상인프라시설및거주시설 조정시설 8개소, 오수처리장 1개소, 펌프장 1개소, 입갱 62개소 280,000m 3 / 일처리능력으로처리인구 750,000명의하수처리 [ 그림 20] 시공전경 총면적 170,000m 2 ( 지상 30,000m 2, 지하 140,000m 2 ) TBM 3) 기타시설 1 요빅올림픽지하경기장 ( 노르웨이 ) 동계올림픽지하경기장으로지하암반내에평균 35m 깊이에건설되었으며, 올림픽이후콘서트홀, 전시장등다양한문화공간으로사용되고있음 지상의생태계와자연을원형그대로보존하면서시공하였으며, 타경기장대비 15% 에불과한유지비용만소요되고, 전시상황에서는여빅시민전체가대피할수있는민방위시설로계획함 표 23 요빅올림픽지하경기장공사개요 [ 그림 19] 시공전경 공사명 Gjovik Olympic Mountain Hall 1991 년 4 월 ~1993 년 5 월 2 유류비축기지 ( 싱가포르 ) 동남아시아최초의지하석유비축기지로총저장용량 1,470,000m3인지하저장동굴 9개동으로구성되어있음 총 950만배럴의기름저장가능 지하터널의연장은총 9.2km로터널단면은폭 20m, 높이 27m 이며, 발파천공으로시공중 아이스하키, 피겨스케이트, 컬링, 수영장, 컨퍼런스, 전시장시공 - 1994년제17회동계올림픽경기장으로사용 ( 수용인원 5,000명 ) 총연장높이 25m, 연장 91m, 폭 61m, 총면적 14,910m 2 계획심도 25~55m 2013 WINTER 37
4. 국내외대심도지하공간발주현황및계획 4-1. 국내지하공간발주및계획현황현재까지국내에서의지하공간개발은지하공공보도시설, 지하공공주차장과같은건축부문과지하철, 기반시설 ( 공동구, 상하수도, 비축기지, 발전소등 ) 과같은토목부분에서수행되어왔다. 하지만약 5m 이내의심도에각종지하시설들이집중되어있으며, 통합적인배치기준부재로인한설치와관리체계미흡이라는한계점을드러내고있다. 이에 2007년 2월, 지하공간의무분별한개발을방지하고미래지향적인도시공간관리및활용방안을마련하기위해지하공간종합기본계획 ( 서울특별시도시계획국 ) 이수립되었으며, 본절에서는국내대심도지하공간과관련된발주예정인주요사업에대해간략히살펴보고자한다. 현재진행중인한국개발연구원의 GTX 예비타당성조사연구결과에따라구체적인추진계획수립이가능하며, 2014년조사결과를발표할예정이다. 이와더불어한국철도시설공단주관으로 GTX A 노선중일부구간인삼성-동탄간광역급행철도의타당성조사및기본계획용역을수행하고있으며, 2014년착공할계획이다. 이는향후 GTX 사업추진에긍정적인영향을줄것이라고사료된다. 1) 수도권광역급행철도 (GTX) 표 24 수도권광역급행철도공사개요공사명수도권광역급행철도 (Great Train express, GTX) 미정 지하 40~50m 깊이에표정속도시속 100km 이상으로서울과수도권을동서간및남북간으로연결하는철도 - A노선 ( 일산킨텍스-동탄 : 73.7km) - B노선 ( 인천송도-청량리 : 48.7km) - C노선 ( 의정부-군포금정 : 45.8km) 13조 638억원 - A노선 4조 6,031억원, B노선 4조 6,337억원, C노선총사업비 3조 8,270억원 ( 제2차국가철도망구축계획, 국토교통부, 2011.04) 총연장 168.2km 계획심도 40~50m ( 일반구간 )/TBM( 한강하저구간 ) 수도권광역급행철도는지하 40~50m 깊이에표정속도시속 100km 이상으로서울과수도권을동서간및남북간으로연결하는획기적인대중철도교통수단으로, 일산킨텍스-동탄 (A노선, 73.7km), 인천송도-청량리 (B노선, 48.7km), 의정부-군포금정 (C 노선, 45.8km) 3개노선총연장 168.2km로건설을계획중이다. 수도권의급속한성장및신도시개발로전체통행량및통행수요의꾸준한증가와교통인프라구축부족및광역교통개선대책의한계성에대응하고자추진되고있는사업이다. 광역급행철도건설시일일 56만대의승용차통행감소와광역권철도통행시간단축이예상되며서울시교통혼잡완화로수도권교통혼잡까지해결할것으로판단하고있다. [ 그림 21] 수도권광역급행철도노선도 2) 서울시도심지하도로 (U-Smartway) 서울시도심지하도로의추진목적은서울시지하공간종합기본계획 (2006.11) 에따라지하도로부문에대한체계적인 Master Plan을수립하여지하공간을계획적으로관리하기위함이다. 서울시는서울시도심지하도로계획을 2009년 8월 5일공식적으로발표하였으며, 본사업은지하 40 60m 깊이에동서및남북을가로지르는총연장 148.7km의 6개의간선도로망을건설하는대형프로젝트이다. 지하도로망은경제성및안전성을고려해 15인승이하의소형차전용복층구조로건설되며, 기존동부간선도로를지하화하는남북3축만대형차통행이가능할것으로예상된다. 지하도로망구축이완료시주요거점간통행시간단축으로서울도심에서의업무기능이한층강화될것으로예상되며, 차량중심의지상공간을쾌적한보행공간, 자전거이용이편리하고대중교통이우선되는인간중심의친환경공간으로조성이가능하다. 그밖에도동북권에 200만m 2 의대형하천공원이조성될계획이며, 지하도로건설로교통혼잡및환경오염으로인한비용을상당부분절감할수있을것으로검토되었다. 현재본사업은구체적인추진계획없이답보상태이나, 공공재정이투입될예정인남부3축중동부간선도로지하화사업의경우 U-Smartway 구축의선도사업인만큼서울시및건설업계동향을지속적으로모니터링하여사전에계획을수립하고준비할필요가있다고판단된다. 38 건설기술쌍용
표 25 서울시도심지하도로공사개요 표 26 한 - 중해저터널공사개요 공사명 서울시도심지하도로 (U-Smartway) 공사명 한 - 중해저터널 총사업비 미정 지하 40 60m 깊이에동서, 남북을가로지르는총연장 148.7km의 6개의간선도로망건설 - 남북1축 ( 시흥-도심-은평 : 24.5km) - 남북2축 ( 양재-한남-도봉 : 26.3km) - 남북3축 ( 세곡-성수-상계 : 22.8km) - 동서1축 ( 상암-도심-중랑 : 22.3km) - 동서2축 ( 신월-도심-강동 : 22.3km) - 동서3축 ( 강서-서초-방이 : 30.5km) 11조 2,000억원 착공일로부터 20년 ( 경기도평택 ~ 웨이하이노선 ) 한국서해안 ( 인천, 평택, 태안및황해도 ) 과중국웨이하이를연결하는고속철도 교량 2개소 16km, 인공섬 2개소 8km, 해저터널 1개소 362km 총사업비 80조원총연장 221~386km( 대안노선검토중 ) 총연장 148.7km 계획심도 40~60m /TBM 계획심도 44~103m /TBM [ 그림 23] 한 - 중해저터널노선도 [ 그림 22] 서울시도심지하도로노선도 3) 한-중해저터널한-중해저터널사업은중국과의교역증가에따른효율적인물류시스템구축방안에대한필요성과한 중 일을포함한동북아역내국가간의다양한협력방안추진의일환으로계획되었다. 건설관련여러기관에서는한-중해저터널이위치하는지형및지질에대한정보를바탕으로효율적인터널구조형식과경제성을확보할수있는노선 ( 안 ) 에대한검토를진행하고있다. 한국과중국을직접연결하여 TCR( 중국횡단철도 ) 과연결하는해저터널완공시안전성, 물류비용및시간절감등다양한측면에서의긍정적효과가예상된다. 4) 한-일해저터널한국과일본의경제적통합, 한일간소득평준화, 중국및러시아를포함한동북아의새로운경제공동체형성등한일공동발전을목적으로추진되고있는본사업은일본규슈지방-이키섬-대마도-부산또는거제도를연결하는대규모해저터널프로젝트이다. 일본측사업단에서는한일간경계지역까지해저지질조사를완료하였으며, 탐사용터널이해저 400m까지굴착된상태이다. 우리나라의경우에도거제도와가덕도에서해저터널공사에적합한지질인지의여부에대해조사하였으며, 해저터널건설이가능하다는결론을내리고있으나별다른진전이없는상태이다. 한-중해저터널과마찬가지로천문학적인비용이소요되는만큼노선 ( 안 ) 선정등터널건설과관련된다양한분야에대해서신중한판단과다각적인검토가요구된다. 2013 WINTER 39
표 27 한-일해저터널공사개요 공사명 한-일해저터널 착공일로부터 15~20년 일본규슈지방-이키섬-대마도-부산또는거제도를 연결하는대규모프로젝트 철도및도로해저터널또는철도해저터널 총사업비 60~100조 총연장 209~231km 2) Port Container( 싱가포르 ) 싱가포르의 Proposed Port Container PJT는대규모항만및지하공간활용방안으로계획되었으며, 현재 Container Terminal 하부의 Underground Space를건설하여향후다양한용도의사용을검토중에있다. 표 29 Port Container 공사개요 계획심도 155~220m 공사명 Port Container 착공일로부터 10 년 대규모지하공간활용한항만건설프로젝트 Terminal 하부 Underground Space 를건설하여다양한 용도로사용검토중 총사업비 4,200~5,300 억원 총연장 길이 4,450m, 폭 500m 계획심도 34m [ 그림 24] 한 - 일해저터널노선도 Concrete Caisson 4-2. 해외지하공간발주및계획현황 1) Deep Tunnel Sewerage System( 싱가포르 ) 싱가포르의 Deep Tunnel Sewerage System(DTSS) 은싱가포르의서쪽신도시지역의하수를처리하는투아스지역의새로운하수처리장및하수송수터널 18km를신설하는프로젝트로은 2016년부터 2022년까지이다. 예상공사비는 3,200억원이며, 기존운행중인 MRT 하부로건설되어야하므로지하 40m에처리시설을설치하도록계획하고있다. 표 28 Deep Tunnel Sewerage System 공사개요 공사명 Deep Tunnel Sewerage System(DTSS Stage 2) 2016년 ~2022년 서쪽신도시지역의하수를처리하기위한새로운하수 처리장및하수송수터널 총사업비 3,200억원 총연장 18km 계획심도 40m( 기존운행중인 MRT 하부로건설계획 ) TBM 3) Underground Science City( 싱가포르 ) 싱가포르정부는지하 30m 깊이에 20만m2면적의지하도시를건설하는방안을추진중이며, 지난 2012년 11월타당성조사를완료했다. 싱가포르의인구밀도는km2당 7,315명으로세계에서마카오 (20,069명/ km2 ) 과모나코 (18,068명/ km2 ) 다음으로 3번째로높고국토의면적이좁으므로, 지상의자연을보호하면서지하에 40여개의터널로구성된도시를개발하여연구개발시설과 4,200명에달하는연구원이생활할수있는숙소건설을계획중이다. 표 30 Underground Science City 공사개요공사명 Underground Science City 미정 40여개의터널로구성된도시 ( 연구개발시설, 숙소등 ) 총사업비미정총면적 20만m 2 계획심도 34m 40 건설기술쌍용
표 32 The Fehmarn Belt Fixed Link 공사개요 공사명 The Fehmarn Belt Fixed Link 2018 년완공예정 왕복 4 차선도로와 2 개의철도로구성된침매터널 ( 폭 42.2m, 높이 8.9m) [ 그림 25] 싱가포르지하도시조감도 4) 지브롤터해저터널 ( 스페인 ) 지브롤터해저터널은스페인의남부푼타팔로마와모로코북부의케이프말라바타를연결하는총연장 38.7km의도로중 28km 의해저구간에시공되는터널이다. 해저터널이시공될구간의평균수심은약 100~300m이며, 공사비는약 19조원으로추산하고있다. 현재 2025년완공을목표로타당성검토중에있으며, 이터널이완공되면세계 3위규모의해저터널이되며, 연평균 900만명의승객과 800만톤의화물이처리되는경제적효과를창출할것으로기대되고있다. 총사업비총연장계획심도 7조원 25km 40m 침매터널 표 31 지브롤터해저터널공사개요 공사명 지브롤터해저터널 2025년완공예정 세계 3위규모해저터널 연평균 900만명의승격및 800만톤의화물처리 [ 그림 26] The Fehmarn Belt Fixed Link 침매터널조감도 총사업비 19조원총연장 38.7km( 터널연장 28km) 계획심도 100~300m TBM 5) The Fehmarn Belt Fixed Link( 독일-덴마크 ) 독일과덴마크를연결하는 The Fehmarn Belt Fixed Link는왕복 4차선도로와 2개의철도로구성된침매터널로 2015년시공, 2018년완공을목표로계획을추진하고있다. 완공후독일의 Hamburg와덴마크 Copenhagen까지 4시간 30분소요되던시간이 3시간으로단축될것으로기대된다. 5. 국내외지하공간사례분석및시사점 5-1. 최근기술동향분석조사기술측면에서볼때기존의터널설계및시공상의문제점과한계점을극복하기위해최신의기술을이용한항공사진촬영, 탄성파토모그래피탐사, 선진수평시추및막장전방지질예측탐사등의탐사기법이수행되고있으며, 시추조사와각종물리탐사와의비교및분석을통해신뢰성있는지반조사결과를도출시켜터널의안정성, 시공성및경제성을확보하는데중점을두고있다. 지보공및보조설계에있어과거에는훠폴링, 파이프루프등의보조이주로사용되었으나, 현재는보강재, 주입재및주입장비의발달로 FRP, Steel Pipe, Glass Fiber 등의재질과시멘 2013 WINTER 41
트나우레탄등의주입재종류, 천공각도를조절할수있는장비나다양한직경을대상지반조건을고려해적용하고있다. 또한터널설계시대규모지진발생가능성을고려해현장시험및수치해석등여러가지기법을이용한내진설계가수행되고있다. 방재설계에있어서는터널구조물의장대화로터널방재에대한관심이증가함에따라 QRA(Quantitative Risk Assessment) 분석을통한방재안정성평가로장대터널에서각종방재설비의추가배치와갱외탈출이가능한사갱및수직구계획을수립해위험도를대폭감소시키고실행가능한합리적인수준의터널방재설계가시도되고있다. 까지는이와관련된발주가많지는않은실정이다. 세계최초로 TRcM과 CAM 을병용하여, 충적층으로구성된복잡한도심지에서기존지하철의 15cm 직하부에시공된국내최대단면터널식지하철정거장인서울지하철 923 고속터미널정거장과, 깊은수심과외해조건등의어려운조건속에서세계최장, 국내최초의해저침매터널인가덕해저터널등을성공적으로준공함으로써전세계에우리나라의우수한터널시공기술력을고양시켰다. 또한국내최장의해저터널 ( 터널연장 6.9km) 로서개착식이나침매식이아닌국내최초의굴착식해저터널인보령터널, 도로터널중국내최대연장인약 11km의인제터널및국내최초의방사성 폐기물처분장인경주중 저준위방사성폐기물지하공동처분장등 5-2. 국내외지하공간사례분석및전망 1) 국내지하공간개발사례분석및전망 최근수행된지하공간개발사례 14 건에대해분석해보면, 국내의 이시공중에있으며, 대심도터널인서울시지하도로 (U-Smartway) 와수도권광역급행철도 (GTX) 및지하방수로등이계획되어있어앞 으로도지속적인설계및시공기술의발전이예상된다. 경우지하공간개발은크게초근접화, 장대화, 대단면화및대심도 화되는추세에있으며, 자연환경훼손방지와새로운공간창출이 라는측면에서터널은매우중요한구조물로서인식되고있으며, 2) 해외지하공간개발사례분석및전망 제약된용지내에서의터널건설이급증하고장대화되는추세이다. 생산및처리시설 6.7% 기타시설 13.3% 생산및처리시설 7.1% 저장시설 28.6% 기타시설 7.1% 수송시설 57.1% 수송시설저장시설 생산및처리시설 기타시설 저장시설 13.3% 수송시설 66.7% 수송시설저장시설생산및처리시설기타시설 [ 그림 28] 해외지하공간개발사례분석도표 [ 그림 27] 국내지하공간개발사례분석도표특히터널과같은수송시설의비율이 50% 이상이며, 해저터널과석유비축기지, 하수처리장및빗물배수시설의지하화가눈에띄는부분이다. 또한도시공간의추가적인인프라와효율적활용을위해지하의공간을새로이개척해야할국토로간주하고지상의도시기능, 산업시설등을적극적으로지하로이전하여지상과지하를유기적으로결합시킬계획을수립하고있다. 그러나지하공간의광범위한활용을제한하는요소로서법제도적인제약, 기술적인주저, 그리고심리적영향이아직존재하고있으며높은개발가능성에비하여기술수준및경험이부족하고, 정부차원의종합적인계획이미비하며, 사업성평가및관련법규의정비등이이루어지지않아계획단계로머무르고있고아직 해외지하공간개발사례에대해조사된 14건의대심도지하공간에대한개발프로젝트를분석해보면, 과거수행되었거나현재진행중인프로젝트의 50% 이상이지하고속도로또는터널로서주로도심지의교통체증해소, 원활한수송등을목적으로한프로젝트들이었다. 지하도로는과밀한도심지의교통체증을해소할수있는최상의방법으로가장많은개발이이루어졌으며, 현재에도개발이진행중이라할수있고향후에도지속적인개발이이루어질가능성이높다고판단된다. 그외에나머지개발사례들은지하에너지저장고, 방폐장, 하수처리시설등지상에시공할수없거나, 혐오시설로분류되는시설물들의시공을위한개발들이다. 향후추진계획의대부분또한지하대심도터널및해저 ( 해협 ) 터널로써교통과물류의원활하고신속한이동에그초점이맞춰져있으며, 지하에너지저장고의수요도꾸준히증가하고있는추세 42 건설기술쌍용
이다. 여기서주목할점은전세계적으로다수의해저터널사업이검토중이라는것이다. 한프로젝트당 50~100조원정도규모의금액이투입되는사업들로써발주량이아직많지는않으나해저터널의특성상연장및이길기때문에대규모사업으로발주될것으로예상된다. 전세계적으로해저터널시장의규모가매우클것으로판단되며이와관련하여향후해저터널건설시장에적극적으로참여하기위한핵심기술보유및개발이필수적이다. 또한이러한해저터널의프로젝트를안전하고경제적으로수행하기위해서는해저터널의특성을정확하게이해하는것이매우중요하다. 해외의경우대심도지하공간시공시주로적용되는은 TBM 이대부분이며, 단면의크기또한소규모단면이아닌직경 10m 이상의단면이적용되고있다. 국내에서는주로 을선호하지만해외의경우대부분 TBM을적용하고있는추세이다. 상대적으로우리나라기업들의 TBM에대한경험및기술력이부족하므로이에대한원천기술확보와기술력축적이중요한부분이라고판단된다. 해저터널분야뿐만아니라침매터널, 석유자원고갈에대비한지하비축기지건설및하수 폐기물처리장또한지속적으로모니터링해야할분야일것으로사료된다. 6. 맺음말국내건설경기침체등최근의어려운상황속에서우리는향후나아가야할방향에대해생각하고준비하여야한다. 시시각각으로변화하고있는건설업계동향에발맞추어우리가보유하고있는기술력과함께시장의흐름에맞게변화하려는노력이필요한시점인것이다. 본문에서도살펴보았듯이최근건설시장에서건설업계는공간확보문제해결등을위해터널및지하공간에대한기술력확보에힘쓰고있으며, 지속적으로발주되는지하공간프로젝트에대해많은관심을가지고있다. 국내주요지하공간개발사례 14건을분석한결과, 수송시설이 57.1% 로가장많은부분을차지하고있었으며, 대부분의지하공간개발은대심도화, 대단면화및장대화되는추세에있다. 그밖에도도시공간의추가적인인프라와효율적활용을위해석유비축기지, 하수처리장및빗물배수시설등을지하로이전하여제약된용지내에서환경오염을최소화하면서새로운공간을창출하고있다. 또한해외주요지하공간개발사례의경우에도조사된 14건중 9건이주로해저및도심지도로 철도터널등과관련된프로젝트로써교통혼잡문제를해결하고, 지하 40~50m의대심 도공간을이용하여토지보상비와대규모건설에따른환경오염을최소화하고자노력하고있다. 이러한측면에서볼때전세계적으로해저터널시장의규모가증가하고있으므로해저터널관련선진기술을확보하고기술개발투자를확대해야할것이다. 국내의경우에는터널시공시주로 을적용하지만해외공사의대부분은 TBM이설계에반영되어있으므로 TBM 에대한설계및시공경험의축적, 주요기술력확보및전문성강화를위해노력해야할것이며, 이를바탕으로향후발주가예상되는다수의대심도터널및지하공간프로젝트에대해철저히대비해야할것이다. 아울러대심도지하공간은에너지저장을위한공간으로도그중요성이점점부각되고있는점을고려해볼때국내외수송시설과관련된사업뿐만아니라저장및처리시설사업또한지속적인관심을가져야할분야라고판단된다. 마지막으로본고가지하공간관련기술개발및사업추진시기초자료로활용되길바라며, 앞으로우리의미래비젼을구상하고전략을수립하는데있어일부나마도움이되기를기대해본다. 참고문헌 ❶ 국토연구원, 2008.04, 해저터널건설현황과시사점, 도로정책 BRIEF 제6호 ❷ 국토일보, 2013.10, 안양새물공원조성사업 ( 박달하수처리장지하화 ) ❸ 김상환, 2012, 국내도심지지하공간개발의최근기술동향, 건설기술쌍용, Vol.63, pp.12-18 ❹ 대외경제정책연구원, 2011.12, 중국의해외건설현황및전망 ❺ 대한주택공사, 2009.04, 지하공간활용사례조사연구 ❻ 박의섭, 신희순, 홍은수, 2007.12, 해저터널의조사및설계기술동향, KSCE Tunnel Committee Special Conference ❼ 서경원, 백기현, 김수정, 2011, 국내최초의중 저준위방사성폐기물지하공동처분장건설프로젝트, 자연, 터널그리고지하공간, ISSN:2233-7482, Vol.13 No.5, pp.16-10 ❽ 서울특별시, 2006.10, 서울시지하공간기본종합계획 ❾ 서울특별시도시계획국, 2008.09, 지하공간종합기본계획추진보완계획 ( 지하공간시설물설치가이드라인 ) ❿ 신희순, 2012, 국내외지하공간개발현황및전망, 건설기술쌍용, Vol.63, pp.4-11 ⓫ 이승호, 2011.12, 터널 지하공간개발의역사, 대한토목학회지 (60주년기념특별호 ), 제59권제13호 ⓬ 이창운, 2009.03, 세계해저터널건설동향과시사점, 한국교통연구원발간자료, 월간교통, Vol.133, pp.6-13 ⓭ 조웅래, 2008.04, 한중해저터널기본구상, 경기개발연구원선진화위원회교통분과발표자료 ⓮ 한국개발연구원, 2007.08, 국도77호선 ( 보령 ~ 태안 ) 건설사업 2007년도타당성재조사보고서 ⓯ 허도학외, 2012.01, 국내최초굴착식해저도로터널 ( 보령터널 ) 의설계, 유신기술회보제18 호, pp.277-292 ⓰ AsiaNews, 2013.09, Singapore billion dollar investment to restore it as worlds No.1 container port ⓱ National University of Singapore, 2012.06, Research study on the use of underground space beneath a container terminal ⓲ New York Times, 2013.09, Singapore Looks Below for More Room ⓳ Straits Times, 2013.03, Deep sewerage tunnel to extend to west of S pore 2013 WINTER 43