독일

독일은 현대적인 고속도로의 효시인 아우토반을 건설하는 등 전세계적인 SOC강국이다. 하해저터널분야 또한 100년전부터 건설을 계속해왔고, 최근에도 북부지역에 Warnow, Weser Tunnel 등을 성공적으로 완공했다.

 

독일최대 항구도시인 함부르크에 위치한 Elbe Tunnel은 100년전인 1911년 우마차 통행용으로 건설됐다가 1975, 2004년 Shield TBM 공법으로 증축됐다. 터널연장 2,560m인 Elbe Tunnel은 대단면고수압연약지반으로 9년간 Slurry Shield TBM 방식으로 건설될만큼 난공사 구간이었다.

 

터널구간의 지층은 모래층, 빙적토층, 점토층, 실트층, 유기질 모래 등 매우 복잡하고 불균질했다. 때문에 쉴드외경 14,200m, 4.2bar의 고수압 장비 Clogging 방지를 위한 압력배분용 Center Cutter을 적용했다. 또 대기압하 커터헤드 내에에서 커터 교체가 가능하고, 압축공기에서 보수작업 이후 감압 및 1,200m의 저선도 파쇄가 가능한 설비를 장착했다. 환기는 제트팬을 이용한 종류식 환기로, 화재시 Damper를 이용한 집중배연을 가능케 했고, 터널 천정부분과 연기배출 덕트에 내화보드 및 유리섬유가 포함된 콘크리트를 사용해 화재에 대비했다.

 

민자사업으로 하저터널이 계획된 사례도 독일에서 발견된다. Rostock시에 위치한 Warnow Tunnel은 2003년 완공된 독일 최초의 유료통행 고속도로다. 연장은 790m로 2Tube, 2Lane 형식이고, 침매방식으로 건설됐다 시공은 가물막이 설치한뒤 Dock 건설하고 침매터널을 시공했다. 침매터널의 최대깊이는 20m로 6EA, 폭 22.5m, 높이 8.3m의 Elemet로 구성되어 있다. 방재 또한 화재발생시 자동으로 경보가 울리고 중앙통제실에서 관리가 되도록 설계됐다.

 

일본

데이빗 린 감독의 ‘콰이강의 다리’에서 포로인 영국군 장교들이 설계도서를 검토해 교량을 건설하는장면이 있다. 콰이강의 다리는 실화지만 사실 이 대목은 완벽한 픽션이다. 일본은 1937년 세계최초의 해저터널을 계획하고, 섬과 섬 사이를 장대교량으로 건설하는 기술력이 있었다. 겨우 300m의 목조교량 정도는 설계에서 시공까지 완벽하게 건설이 가능했다는 것이다.
 

일본의 하저터널은 오사카에 위치한 Aji River Tunnel은 아시아 최초의 침매터널로 1944년 9년여의 공사 끝에 개통됐다. 80.6m의 연장으로 침매함체를 강바닥에 침설한 것이 아니라 잠항공법으로 매설한 진출입용 건물 기초부에 안치하는 형식으로 건설됐다. 함체 폭은 13.2m로 차량터널과 인도터널 등으로 구성됐고, 1977년 차량이 대형화되면서 인도용으로만 사용되고 있다.
 

1942년 건설된 세계 최초의 해저터널 Kanmon Railway Tunnel은 일본의 혼슈와 큐슈를 연결하고 있다. 건설당시 발파공법, 쉴드공법, 케이슨공법까지 당시까지 알려진 거의 모든 터널 시공법이 총동원됐다. 연장은 3,613m로 재래식 TBM이 사용됐고 종류식 환기방식이 채택됐다. 당시 사용된 쉴드 외경은 7,200mm의 원형 압기쉴드로 725m를 개착했고 공용후 배수갱으로 활용한 Pilot 터널을 굴착했다.
 

Kanmon Road Tunnel은 1937년 계획됐지만, 세계대전의 영향으로 1939년 재개됐고, 1958년에서야 완공됐다. 이 터널은 도로 및 인도용의 복층구조로 일본 최초로 Roof 쉴드공법이 적용됐다. 1975년 완공된 新Kanmon Tunnel은 건설당시 일본 최장대 터널로 경제성장과 신칸센개통을 위해 건설됐다.
 

연장 53.85km로 세계최장 해저터널로 유명한 세이칸터널은 그러나 사망자만 33명, 공사기간만 24년이 걸릴만큼 악명도 높다. 일본은 혼슈와 훗카이도간을 연결하기 위해 다방면으로 노력했지만, 쓰가루해협 자체가 철도터널로 수심이 깊고 해류가 빨라 교량건설이 불가능했다. 결국 해저터널외에는 대안이 없는 상태에서 1946년 지반조사를 시작해 막대한 자금과 인적투입이 이뤄지고 나서야 1988년에 들어서야 완공했다.
 

이 터널의 해저부 연장은 23.3km로 최대수심은 140m, 토피고 100m, 최소곡선반경 6,500m 최대종단 1.2%인데다 굴착전 지반조사 결과와 굴착 후 파악된 지층이 달라 난공사가 불가피했다. 쓰가루 해협구간은 안산암류, 색경질 세일, 이암, 응회암, 사질암측 등 지반자체가 다채롭게 구성되어 있었다. 굴착방식은 Pilot 터널에서는 TBM을 시도했지만, 해협 중앙부로 갈수록 막장 자립성 및 TBM 추력을 위한 지지력이 부족해 전구간 NATM 공법을 적용했다.
 

당시 건설단은 고수압 조건으로 비배수 터널은 불가능하다고 판단해, 터널 주위 지반을 그라우팅으로 난투수층을 형성시키고 최후로 유입되는 누수량만 유입해 집수정에 모아 배수시키는 개념을 적용시켰다. 환기방식은 Tappi, Yoshioka의 양측 Inclined Shaft로부터 Fan에 의해 Pilot Tunnel을 경유해 해저중앙부에서 Main Tunnel로 급기시키고, 급기된 공기는 각각의 갱구를 통해 배출시켰다.
 

지진과 해일에 취약한 일본 특성상 같은 터널을 뚫더라도 보다 고난이도의 기술력이 요구된다. Tokyobay Aqua Line Tunnel은 동경만 가우사키시와 키사라주시간 15.1km를 터널과 교량 그리고 인공섬으로 연결하는 프로젝트다. 이 사업은 전례가 없는 공사비, 지질, 기상, 지진 등의 자연조건과 폭주하는 선박교통이나 환경보전의 어려움을 극복한 사례다.

 

연약지반의 지진대를 지나고 있어 터널건설을 위해 지반과 일체로 거동하는 유연한 구조로 설계됐다. 특히 연장 9,110m로 Slurry Shield TBM방식인 이 터널은 중간지점에 터널 환기구용 인공섬 키시라주와 가와사키를 건설했다. 터널 전구간이 연약지반으로 실제 계측수압은 6.0bar, 최소 토피고는 6.4m로 종단경사는 경사부 4%, 평탄부 0.2%다. 터널 단면은 지진에 견디고 누수에 견디기 위해 횡방향으로는 등분할, 2차 세그먼트 시공을 통해 강성을 높였다. 종방향으로는 가동세그먼트, 탄성와셔, 장볼트 이음 등을 적용해 완성시켰다.
 

가와사키 인공섬은 외경 195m, 외경 98m로 Shield TBM 발진, 도달 및 환기구 역할을 하고, 배의 돛을 형상화시켰다. 카사라주 인공섬 또한 폭 100m, 연장 650m로 가와사키와 역할은 같고 피라미드를 형성화했다.

 

네덜란드~ 노르웨이

국토의 상당부분이 해수면보다 낮고, 복잡한 해안선을 가지고 있는 네덜란드는 일찍이 장대교량과 해저터널 시공이 빈번한 SOC강국이다.

Westerschelde Tunnel은 네덜란드 남부의 Zeeland Flande와 South Beveland의 육상연결위해 건설됐다. 6.5bar의 고수압과 Clogging의 위험이 있는데다, 연약지반을 통과하고 있어 난이도가 높은 프로젝트였다. 터널 연장은 6,600m로 네덜란드에서 가장 긴 도로터널이고, 제트팬만으로 환기하는 가장 긴 하저터널이다. 터널형식은 Slumy Shield TBM으로 세계 최초로 디스크 커터 교체를 위해 Saturation Diving를 적용시켰다. 쉴드 외경은 11.300mm로 Cutter Wheel과 독립적으로 회전해 압력을 분배하는 하고, Clogging를 방지하는 Center Cutter 기술을 보유했다. 또한 진흙덩어리 분쇄를 위한 Roller Crusher을 장착했다.

노르웨이 Orsta~Hareid간을 관통하는 Eiksund Tunnel은 최대심도가 287m로 세계에서 가장 깊은 터널이다. 연장은 7,765m로 NMT방식으로 3년여에 걸쳐 시공됐다. 노르웨이가 EU비회원국인 탓에 EU가 권장하는 최대종단경사기준 5%가 아닌 9.6%로 설계됐다. 다만 운행의 안정성을 위해 종단경사에 따라 2차로에서 3차로로 확장했다. 노르웨이는 도로교통량이 적고, 터널건설비용을 절감한데다 암질까지 좋아, NMT공법을 적용해 무리없이 완공시켰다.

노르웨이의 Finnfast Tunnel은 지하 150m에서 분기해 주목을 끌었다. 즉 본선인 Finnoy(5,684m)에 Talgje(1,467m)를 추가 건설해 기능성을 향상시킨 것. 두 터널다 종단경사각각 9%, 10%로 심도 도한 200m, 150m로 상당히 깊은 편이다.

 

터키

유럽과 아시아에 걸쳐있는 터키는 이스탄불을 중심으로 대륙을 연결하는 교량과 터널사업이 한창이다. 이미 건설된 이스탄불대교와 Bosphorus Immersed Tunnel을 비롯해 삼보기술단이 설계하고 SK건설이 시공하는 Eurasia Tunnel과 북말마라간 고속도로까지 건설대기 중이다.

유럽과 아시아가 연결되는 보스포러스 해협은 단층대가 지나고 있어 터널건설에 신중을 기해야 한다. Bosphorus Immersed Tunnel만 해도 지진 붕괴방지를 위해 Mw=7.5의 Design Basis Earthquake(DBE)를 이용한 내진설계를 적용시켰다. 설계중인 Eurasia Tunnel 또한 해협을 복층터널로 통과하면서 내진에 대한 기술적 검토를 가장 중시했다. 이 프로젝트는 총 연장 14.6km에서 3,340m의 Slurry Shield TBM과 NATM 방식을 적용했다. 특히 총 11억달러가 소요되는 대형프로젝트로 리비아 대수로 사업이후 한국기업이 해외에서 수행하는 최대규모 토목공사로 기록되고 있다.