복층터널기술
‘복층터널 공기 단축 목표’ ··· 특화기술 속속 개발
지하 교통 인프라 효율적 공간 활용 ‘복층터널기술’
도심지역으로의 지속적인 인구 유입과 이에 따른 교통량 증가로 교통 혼잡 문제가 국가 현안으로 남아 있는 가운데 하나의 터널을 두 개 이상의 층으로 나눠 지하 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 복층터널기술이 개발돼 이목을 집중시키고 있다.
복층터널은 하나의 터널에 중간층을 나눠 여러 층으로 사용하는 공법으로, 터널 단면의 효율적 사용은 물론 기존 병렬터널 대비 구조물 형태가 한 개 노선으로 단순화돼 역학적으로 유리하고, 공사비 절감효과도 뛰어난 장점을 갖고 있다.
슬래브 1개 시공에 약 12분 기존 공법 비 5배나 빨라
겨울철 시공 품질 영향 없는 ‘히팅슬립폼’ 기술도 선봬
연천 SOC통합센터에 실 규모 구조체 제작 ‘검증’
건설경제
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복층터널 설계·시공기술의 세계적인 경쟁력 확보를 위해 지난 2014년부터 국토교통부와 국토교통과학기술진흥원의 지원 아래 올해 초까지 한국건설기술연구원을 중심으로 ‘대심도 복층터널 설계 및 시공 기술개발’ 연구단 과제가 진행됐다.
특히, 연구단에서는 도심지의 교통정체현상을 해소하는 한편, 지상공간의 쾌적한 사용을 위한 복층터널 시공 시 안전하고 신속하게 시공할 수 있는 기술 개발에 성공하며, 눈길을 끌고 있다.
현재 건설기술연구원 내 연천 SCO통합센터에서 실규모 복층터널 구조체를 건설하며, 국내에서 복층터널기술을 접할 수 있는 기회를 마련하고 있다.
연구내용
도시지역에서의 지하도로는 일반적으로 터널과 같이 상·하행 차선이 구분된 병렬형식으로 구축되고 있다. 하지만, 지하도로에 복층터널을 적용할 경우 병렬터널 대비 많은 부분에서 유리한 것으로 알려지고 있다.
특히, 지하 인프라 굴착으로 인해 지상부에 미치는 영향 범위가 좁아져 지반침하 등 안전문제 발생 저감이 가능하다.
또한, 향후 다수의 지하 인프라가 구축되는 경우 복잡한 분·합류 구조를 갖게 되는데 이 경우에도 복층터널이 연결부 구성을 단순화 할 수 있어 유리하다.
이에 연구단에서는 복층터널의 장점을 극대화할 수 있는 다양하고 특화된 기술들을 개발하고, 개발기술의 검증을 위해 연천 SOC통합센터에 실규모의 복층터널 구조체를 제작하고 있다.
개발기술
연구단에서는 도시지역의 경우 공사에 따른 교통정체 등 밀집된 공간에서의 주민 피해가 크게 발생할 수 있다는 점에 착안, 획기적인 ‘공기 단축 기술개발’에 나섰다.
일반적인 터널 공사 대비 복층터널에서 가장 많은 공사기간이 소용되는 부분은 슬래브를 구축하는 부분으로. 슬래브 구조물은 현장타설 방식으로 대부분 이뤄지고 있다.
반면, 연구단에서 공기 단축을 위해 선보인 프리캐스트 공법은 슬래브 제작 후 가설장비로 거치를 하는 경우 기존 공법 대비 약 5배 빠른 하루 60m 이상 시공이 가능하다.
지난 4월 연천 SOC통합센터 내 복층터널 테스트베드 구조체 시험시공 시 슬래브 1개 시공에 약 12분이 소요되는 것으로 나타나 이 같은 시공능력을 입증한 바 있다.
현재 국내 대부분 현장에서는 수직구 시공 시 현장타설 공법을 적용, 약 3m 기준, 1개 층 시공에 10~20일 가량 소요되고 있다.
이 연구에서는 겨울철 공사에도 시공 품질에 영향을 미치지 않는 ‘히팅슬립폼’ 기술도 선보여 눈길을 끌고 있다.
‘지하 네트워크 구축 기술’ 부문에서는 지하도로 간 연결에 필요한 다양한 안전 확보기술 개발 연구를 수행, 제품개발과 검증을 완료했다.
이 연구에서는 기존 터널의 세그먼트 제거 기술을 비롯해 기존 터널에 영향을 주지 않는 굴착기술, 기존터널과 분기터널의 초근접 필라부 보강기술, 지하 협소 공간과 고수압에서 사용 가능한 보강기술 등 다양한 기술들을 개발했다.
‘복층터널 안정성 확보 기술’ 부문에서는 재난 발생 시 내부 구조를 신속하게 확인하고, 지속적으로 관리할 수 있는 기술을 선보였다.
내부의 형상을 신속하게 파악하기 위해 레이저 스캐닝 데이터를 이용한 3D 형상정보모델 구축 기술을 개발했다. 이 기술은 형상정보를 축척하고, 주기적으로 분석해 위험 요소를 사전에 파악할 수 있다.
이 같은 정보수집·관리기술은 설계·시공·유지관리에 이르는 복층터널의 생애 전주기 동안 활용 가능해 구조물 안전성 확보에 크게 기여할 전망이다.
‘복층터널 화재확산 제어 및 내화 성능 향상 기술’ 부문에서는 화재사고 시 신속한 대응을 위해 원격 자동소화설비와 화재연기확산지연장치, 화재연동형 대배기구시스템을 개발했다.
특히, 원격 자동소화설비는 저층고와 화재(연기) 감지에 최적화된 영상유고시스템을 장착, 단시간에 화재 감지가 가능하다.
감지신호는 관제실 또는 인근 소방서로 전달되고, 신호를 받은 관리자는 카메라를 통해 전송되는 모니터 영상으로 화재 규모와 위치, 피난자 등을 확인할 수 있다.
이후 원격으로 분사포를 조정해 초기에 화재를 진압하거나 다른 차량이나 구조물 등으로의 확산을 억제할 수 있다.
이 기술은 최근 서울 구룡터널에 적용돼 검증된 기술로, 향후 복층터널은 물론 다양한 터널과 밀폐공간에 활용될 전망이다.
이와 함께 개발된 중간슬래브에는 내화피복기술을 적용, 수 시간의 화재에도 충분히 견딜 수 있다. 하층에서 화재가 발생하더라도 상층은 계속 운영이 가능하며, 하층 화재에 대한 피난로로 상층부를 사용할 수 있다.
중간슬래브에 적용된 내화피복기술은 RABT, RWS, ISO 온도곡선을 이용한 내화성능시험을 모두 만족했으며, 성능시험 결과와 국내외 관련 기준 등과 접목, 대심도 복층터널 내화설계지침을 제시했다.
‘복층터널 구축 기술 검증’ 부문에서는 개발된 다양한 기술들의 특성에 맞는 개별 현장에서 검증을 완료했다. 또한, 연천 SOC통합센터에 실규모 복층터널 구조체를 제작하고, 개발된 기술 검증을 수행하고 있다.
IT기술 접목 환기 방재 기술 등
슬래브 급속 시공 장비개발 ‘눈길’
황성필 수석연구원
한국건설기술연구원 황성필 수석연구원은 “이 연구는 도시화로 인해 최근 현안으로 떠오르고 있는 ‘지상 공간 부족과 대기환경 문제 해결’을 목표로, 한 개의 터널 굴착 후 터널 내부를 두 개의 층으로 활용할 수 있는 복층터널기술을 개발하는 연구”라며, “터널 내부를 두 개의 층으로 활용할 경우 터널 구축 시 발생되는 유휴 공간을 최소화시킬 수 있어 지하 공간을 효율적으로 활용할 수 있다”고 밝혔다.
이어 “특히, 기존 병렬터널 대비 복층터널은 지상의 구조물 등에 미치는 영향범위도 최소화할 수 있어 도시지역의 안정성 유지에 크게 기여할 수 있다”고 강조했다.
이 연구에서는 도시지역의 지하 공사로 인해 발생되는 교통 정체를 최소화하기 위해 공사 기간을 획기적으로 단축할 수 있는 연구들이 진행됐다.
또한, 지하 공간의 안전한 사용을 위해 IT기술이 접목된 환기, 방재 기술 개발 연구도 병행됐다. IT기술 접목을 통해 실시간 대응이 가능한 이 기술들은 지하공간의 안전성 확보에 큰 도움을 줄 것으로 기대를 모으고 있다.
특히, 이 연구에서는 복층터널에 적용 가능한 슬래브 제작 기술과 슬래브 급속 시공 장비를 선보여 눈길을 끌고 있다.
공사기간 줄이고 지하공간 안전성 확보 ‘큰 기대’
황 박사는 “복층터널의 경우 기존 터널에 사용하지 않는 차량 탑재가 가능한 슬래브가 터널 내부에 설치된다”며, “하지만, 대부분 현장에서 철근 조립 후 시멘트를 타설하고, 양생하는 현장타설 공법을 사용하고 있어 비교적 많은 시간이 소요되고 있다”고 밝혔다.
현재 연구팀은 연구 성과물의 검증과 체험을 위해 센터 내 실규모의 테스트베드를 구축하고 있다.
끝으로 황 박사는 “지하 교통인프라가 증가하면서 지상공간의 안전성 등을 문제로 민원 등 다양한 문제들이 발생되고 있으며, 특히, 공사현장에서의 정보 공유 결핍 등의 문제점들은 지속적으로 지적되고 있다”며, “따라서 지하 교통인프라 구축 시 공사 진행 사항과 주변 지역의 지반변위 등 안전성을 국민이 확인할 수 있는 기반이 구축될 때 안심하고 공사의 진행을 지켜볼 수 있을 것이라고 판단된다”고 말했다.
이어 “이를 위해 지난 4월 시작된 ‘도심 지하 교통 인프라 건설 및 운영 기술 고도화’ 연구에서는 실제 지하 인프라 현장에 개발 기술을 적용하고, 검증까지 진행할 계획으로 도시지역 지하 인프라 건설의 안전성 확보에 기여할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
오성덕 기자 건설기술
http://www.ctman.kr/news/19820
