지난 연재에서는 전 세계 하·해저터널의 전체적인 현황을 살펴봤다. ‘바다 밑에 길을 만든다-세계하·해저터널-2-1편’에서는 호주, 중국, 덴마크, 스웨던, 영국, 프랑스 등의 하·해저터널을 현황 및 건설방식에 대해 알아본다. 
<자료출처:삼보기술단>

 

호주

호주는 땅은 넓지만, 동부지역에 인구가 밀집돼 있어 터널에 대한 수요가 늘어나고 있는 추세다. 현재 호주는 멜버른-Burnley, 브리즈번-Clem Jones, 시드니-Sydeney Harbour 등을 보유하고 있다.

이중 Clem Jones Tunnel을 소개하면 2010년 호주 브리즈번에서 완공됐고, Double Shiled TBM 방식으로는 세계최대직경(D=12.34m)을 자랑하는 터널이다. CLEM7이라고 명명된 이 터널의 연장은 4.8km로 브리즈번의 강남과 강북을 연결하며 일 35만대의 통행량을 소화하고 있다.

터널 통과 지질상태는 주로 극경암인 브리즈번 Tuff(일축압축강도 80MPa~150MPa)로 쉴드외경 12.340m의 Double Shield TBM 2대(Florence, Matilda)를 사용했다. 평균 굴진률은 20m/day로 Ramp, 41개소(123m 간격)의 피난연결통로, 터널발진구 굴착을 위해 7대의 Roadheader가 동원됐다.

단면하부는 공동구로 상용하기 위해 암거 설치 후 채움재를 채운 뒤 도로를 포장했다. 세그먼트 제원은 외경(12.00m), 내경(11.20m), 두께(0.40m), 폭(2.00m), 링분할(8+1key)로 구성됐다.

시공은 2007년 2월 Roadheader Tunnel→TBM1(Matilda) 12월 발진→TBM2(Florence) 2008년 8월 발진→하부굴착 9월→터널완공 2009년 5월→Canopy완공 8월의 순서로 진행됐다. 이 터널의 입구는 브리즈번에 자생하는 아열대성 식물인 Poinciana와 Jacaranda를 형상화했다.

중국

중국은 상하이~양쯔 터널을 비롯해 난징~양쯔, 샤먼다오 등의 해하저터널을 보유했다. 나라크기에 비해 적은 숫자고, 모두 최근 2~3년내 완공될만큼 해하저터널 분야에서는 아직까지 걸음마단계라고 볼 수 있다. 하지만 세계최대규모의 대구경터널을 보유했고, 시공기간도 기술력과 자금력을 바탕으로 혁신적으로 줄이는 등 미래 해하저터널의 선두주자로 자리매김할 것으로 보인다.

Nanjing~Yangtze River Tunnel=중국 장수성의 수도인 남경(南京)은 중국내륙지방과 상해를 연결하는 물류운송과 교통의 허브로 경제성장에 따른 급격한 교통량 증가를 해결해야 했다. Nanjing~Yangtze River Tunnel은 D=14.93m의 대구경 Slurry Shield TBM 방식으로 2008년 1월~2009년 8월까지 20개월이라는 짧은 기간내 성공적으로 시공을 마쳤다.

양쯔강 하부는 대부분 연약층으로 수압은 7.5bar, 최대 토피고는 51m였다. 터널 상부는 일방향 3차로로 세그먼트 제원은 외경(14.50m), 내경(13.30m), 두께(0.60m), 폭(2.00m), 링분할(9+1key)로 구성됐다. Slurry Shield TBM은 외경이 14,930mm로 대기압하 커너터헤드 내에서 커터교체가 가능한 장비 2대를 사용해 시공성을 높였다.

Shanghai~Yangtze River Tunnel=현재까지 시공된 Shield Tunnel 중 D=15.43로 세계최대직경인 Shanghai~Yangtze River Tunnel은 지하에 거대한 용이 꿈틀거린다는 뜻의 地下巨龍으로 불리고 있다.

이 터널은 2010년까지 상하이 주변 300km 16개 도시를 연결하는 양쯔강 삼각주 일체화 프로젝트의 일환으로 푸동경제특구와 총밍다오간 8,945m를 연결하고 있다.

터널형식은 Slurry Shield TBM으로 평면선형은 S자형, 종단선형은 W자 형태를 보이고 있다. 수압은 6.5bar, 최대 토피고는 65m로 사업구간 대부분이 연약층을 통과하고 있다. 단면은 2개로 구성돼 터널상부는 3차로 도로, 터널하부는 비상대피로 및 향후 경전철 구간으로 활용한다는 계획이다. 세그먼트 제원은 외경 15m, 내경 13.70m, 두께 0.65m, 폭 2.00m, 링분할(9+1key)로 구성됐다.

덴마크~스웨덴

바다를 끼고 있는 스칸디나비아 반도의 특성상 교량이나 터널의 개통으로 인한 경제적 효과가 상당해 덴마크, 스웨덴, 노르웨이 등 북유럽 국가의 해저터널 수요는 꾸준했다. 특히 이 지역은 차량, 열차 등이 함께 다닐 수 있는 복합 침매터널이 다수 건설되어 있다.  

대표적인 터널로 Drogden Tunnel은 스웨덴의 Malmo와 덴마크의 Zealand Isand간을 교량과 함께 잇고 있다. 총연장 4,050m의 Drogden은 도로 및 철도 겸용 터널로 세계에서 최대 규모의 침매함체를 보유하고 있다. 침매함체는 총 20 Element로 176m✕38.8m✕8.6m, 총 55,000t 규모이며 차로 폭은 3.5m, 길어깨 1.0m, 피난연결통로 1.2m(88m간격) 등으로 구성돼 있다. 특히 터널내부는 1,350도의 화재에서 2시간동안 견딜 수 있게 설계됐다.

터널내부의 종단경사는 도로는 2,5%, 철도 1.56%고, 최대심도는 해수면 기준으로 21m
교량구간, 복층터널구간 등의 교통방식 변화와 생태보존을 위해 4,055m의 인공섬도 건설됐다. 이 인공섬은 폭 500m로 면적은 1.3km로 건설시 쇄석 160만t의 쇄석과 6억m3의 모래가 투입됐다. 터널 갱구부 용도로 건설된 인공호안 또한 430m의 연장과 0.9km2의 면적을 화강암을 통해 건설했다.

스웨덴~덴마크간 연결프로젝트는 Eastern Approach Bridge-3,739m, High Bridge, -1,092m, Western Approach Bridge-3014m, Artificial Island-4,055m, Drogden Tunnel-4,050m, Artificial Peninsula 430m 등 총 16,380m를 초대형사업으로 기록되고 있다.

난공사로 어려움을 겪어던 프로젝트도 있었다. Funen~Zealand간을 연결하는 Storebaelt Tunnel은 고수압, 연약지반 조건에서 버력처리 및 적절한 커터교체방안을 수립하지 않아 EPB Shield TBM의 한계를 여실히 보여줬다.

총연장 8,024m의 Storebaelt의 지반은 Upper Glacial Till(15%), Lower Glacial, Marl(15%) 등으로 마모성이 높은 빙력토가 주를 이루고 있다. 또 파쇄가 심한 이회암층 통과로 124m 간격으로 커터를 교체해줘야 했다. 여기에 연약지반을 통과해 십여차례의 막장붕괴로 인한 침수사고가 발생했다. 때문에 굴착을 위해 3bar 이하의 외부배수 및 동결공법을 적용했다. 즉 빙력토는 그라우팅→진공배수→동결공법을 이회암은 그라우팅→진공배수 공법을 사용하며 착공 8년만에 완공했다.

영국~프랑스

1994년 개통된 Euro Tunnel은 유럽 역사적으로 기념비적인 SOC사업이다. 섬나라인 영국은 유럽에서 강자가 발생할 때마다 강한 해군력으로 견제해 힘의 균형을 맞추는 역할을 해왔다. Euro Tunnel은 수천년간 이어져온 유럽과 거리두기 전략을 전환하는 것으로 SOC시설물이 정치적 역할을 한 사례라고 볼 수 있다.

영국 Folkstone~ 프랑스 Calais간 50.45km를 EPB Shield TBM방식으로 연결하는 Euro Tunnel은 1987에 착공해 7년만인 1994년 완공된 프로젝트다. 터널 내에는 160km 속도로 유로스타가 운행 중에 있고, 화물셔틀로 병행 운영되고 있다.

 
공사구간은 점토함유율이 높고 투수계수가 낮은 이화암층으로 구성돼 있다. 영국측은 단층대가 2m로 소규모인 반면 프랑스측은 15m의 큰 단층대가 존재해 지반 투수성이 크다. 또 영국 쪽의 지하수 유입량은 적어 지반과 콘크리트 라이닝 사이를 그라우팅한 배수개념을 사용했고, 프랑스쪽은 최대수압 11bar에 저항할 수 있는 방수개념 콘크리트 라이닝 설계를 했다.

시공은 영국쪽 서비스터널 굴착(1987.12)→프랑스측 서비스터널 굴착(1988.2)→서비스터널 관통(1990.12)→북측 본선터널 관통(1991. 5)→남측 본선터널 관통(1991. 6)의 순서로 진행됐다. 피난연결 통로는 375m, 릴리프 덕트는 250m 마다 설치했다. 특히 터널 내 1/3 구간마다 회차 시설을 마련해 비상시 또는 유지관리시 터널 내에서 회차를 가능케 했다.

Euro 터널은 건설 뒤에 수익성 문제로 경제적인 어려움에 봉착하게 된다. 하지만 21세기에 들어선 지금 이 영국과 프랑스 사이의 해저터널은 이런 어려움을 털어내고 결국 세계 해저터널건설의 성공적인 예로 되고 있다.