[논문]노르웨이 Oslofjord 해저터널의 설계경향

신희순; 박의섭

[국내논문] 노르웨이 Oslofjord 해저터널의 설계경향
Design of the Oslofjord Subsea Tunnel: A Case Study 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.17 no.1 = no.66, 2007년, pp.1 - 8

신희순 (한국지질자원연구원 지반안전연구부) , 박의섭 (한국지질자원연구원 지반안전연구부)

초록
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노르웨이에는 최근 20여년간 전세계 해지터널의 반이상인 약 30개의 해저터널이 건설되었다. 이중 17개의 해저터널의 최소심도는 56 m이며 암반두께는 $23{\sim}49m$였다. 최근 수년간 해저터널을 건설하면서 매우 복잡하고 어려운 지반을 경험하면서 터널의 안정성과 누수 등을 결정하는 핵심요소들에 대해 좀 더 명확한 이해가 요구되고 있다. 해저터널은 육상터널과는 여러 가지 면에서 커다란 차이가 있는 데 특히 사업대상지역이 물로 덮혀있어 특별한 조사방법이 적용되어야 하며 조사결과에 대한 해석에서는 육상터널의 경우에서보다 더 많은 불확실성이 있다는 점이다. 해수의 유입가능성이 많은데 지형에 따라서는 펌프를 이용하여 터널밖으로 퍼내야하며 유입된 해수는 염분을 함유하고 있어 터널장비 및 지보재에 부식 등 심각한 영향을 준다. 노르웨이의 해저터널자료 분석을 통하여 수심, 최소 암반두께, 누수 등 국내 해저터널 설계시 고려해야 할 설계요소들을 제시하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In Norway, about 30 subsea tunnels have been constructed over the last 20 years. The minimum depth of 17 subsea tunnels is 56 m and rock cover are between 23 and 49 m. As the project areas for subsea tunnel are covered by water, special investigation techniques need to be applied and the investigation results are more uncertain than that of most conventional tunnel projects. The indefinite potential of water inflow and the salinic character of ingress water represent considerable problems for tunnel equipment and rock support materials. The least stable conditions are represented by major faults or weakness zones containing heavily crushed rock and clay gouge. This paper introduces the Oslofjord subsea tunnel project including minimum rock cover requirement, risk of water inflow, investigation costs, construction costs, and traffic & operation costs.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

최근 수년간 해저터널을 건설하면서 매우 복잡하고 어려운 지반을 마주치고 있다. Blindheim & Nilsen(2001)의 보고서를 바탕으로 주로 노르웨이의 해저터널 자료 분석을 통하여 수심, 최소 암반두께(rock cover) 등 국내 해저터널 계획시 참고할만한 설계사례를 소개하고자 한다.

가설 설정

3) 시공전 조사에서는 기반암 표면이 정확하게 확인되어야 한다.

이론/모형

단층대에 700톤의 시멘트와 모래의 그라우팅을 시행한 후에도 투수율은 상당히 감소되지 않아 동결공법을 적용하게 되었다(Fig. 7, Fig. 8). 양호한 암반에서 굴착이 중단되었기 때문에 터널막장의 안정성에 문제는 없었다.

성능/효과

1) 굴절법 탄성파 탐사와 방향 시추코아링에 의한 암질 비교와 함께 여기서 적용된 최소 암석 두께로부터의 경험은 해저터널의 계획단계에서 지침이 될 수 있다. 그러나 수심 또는 암질 등 모든 지반 조건에 적용할 수 있는 안전한 암석두께는 없으므로각각의 상황은 독립적으로 평가되어야 한다.
2) 암석두께 산정 시에는 터널 막장에서 적용된 안전대책에도 불구하고 발생할 수 있는 붕괴 등에 대해서도 고려하여야 한다.
120 m 이상의 수압을 받는 10~ 15 m 폭의 단층대내 점토층을 포함한 심하게 파쇄된 물질 내의 암반두께는 시공 전에 터널폭인 15 이의 2배로 제안되었다면 승인되지 않았을 것이다. 결과적으로 30 이을 낮추게 되어 14.3 mx30 = 429 m의 터널연장을 가져오고 대략 4, 620백만원의 비용증가를 가져오게 된다.
피요르드 하부에 심도가 더 깊은 우회터널을 통하여 터널굴착을 계속하고 지반동결공법을 실시한 것이 공정을 단축시켰고 전체적인 경제성도 증가시켰다. 결론적으로 32 m의 암석두께는 너무 얇아 확인되지 않은 지반변화에 대한 여유폭을 제공하지 못했다. 터널 천정부 상부 5 ~10 이를 향하여 방향성 코아시추를 하였다면 터널 선형은 시공 전에 조정되었을 것이다.
결론적으로 동결작업의 비용은 터널을 10 m 낮추는 것과 비교할 수 있음을 나타내고 있다. 만일 동결작업 이 필요한 이완된 퇴적물을 마주칠 위험이 있다면 건설사업 완공상의 지연의 위험성은 수분을 함유한 이완된 퇴적물에 동결공을 천공하는 어려움 때문에 크다.
정확한 실제 암반두께는 터널로부터 조사되지 않았다. 만일 깊은 침식이 발생했더라도 터널 천반 상부 20 m까지 도달하지는 않았음을 단층대에서 정기적으로 실시한 조사용 시추로 확인되었다.
방향성 코아시추공과 하향식 탄성파 토모그래피는 좋은 상관관계를 가졌으며 예상했던 32 m의 암반 두께에 대한 해석에 신뢰성을 보여주었다. 단층대내 두 방향성시추코아공은 터널레벨에서 단층대의 암질을 조사하기 위한 것과 침식된 해구 직하부로 상향시추공이 지나도록 하기 위함이었다.
않은 셰일이나 편암 내에 건설된 것도 있다. 본 논문에서 다룬 해저터널들의 최소심도는 56 m이며 암반 두께는 23 ~49 이였다. 최근 수년간 해저터널을 건설하면서 매우 복잡하고 어려운 지반을 마주치고 있다.
그러나 터널막장 전방 상부쪽에서는 단층대가 심하게 침식되어 있었고 투수성이 매우 큰 이완된 암설 (점토 모래, 자갈 등)로 채워져 있었으며 120 m 수압 하에 있었다. 양호한 암질의 막장에서 굴착을 중지하고 코아시추를 포함한 선진시추(Fig. 5)를 하여 단층대가 예상했던 기반암 표면아래 35 m 심도(터널 천 정부 수준 아래 3 m)까지 침식되어 있음을 확인하였다.
실제로 당초 예상치보다 2배인 6, 152백만원(400]\㎛ 01)이소요되었다. 지반조사결과의 해석을 신뢰하였고, 또한 그 구간을 통과하는데 대한 안정대책비 1, 846백만원은상당하다고 판단하여 32 m의 암반두께는 충분한 것으로 간주되었다. 사전조사를 더하여 30 m 낮출 경우 비용은 상당히 증가될 것이라는 사실이 증명되었다.

후속연구

4) 시공 중의 안전과 대형재해방지를 위해서는 작업 막장 전방에 대한 체계적이고 계속적인 선진천공, 해수 조절, 사전 그라우팅, 사전 비상대책, 철저한 품질관리 등이 마련되어야 한다.
사전 지반조사의 해석상의 신뢰성 때문에 암반두께 증가의 필요성을 고려될 것 같지는 않다. 좀더 조사가 진행되어 부식된 해저 기반암의 정확한 수준이 확인되었더라면 터널은 아마도 낮아졌을 것이다. 120 m 이상의 수압을 받는 10~ 15 m 폭의 단층대내 점토층을 포함한 심하게 파쇄된 물질 내의 암반두께는 시공 전에 터널폭인 15 이의 2배로 제안되었다면 승인되지 않았을 것이다.

참고문헌 (5)

Backer, L. and Blindheim, O.T, 1999, The Oslofjord subsea road tunnel. Crossing of a Weak Zone under High Water Pressure by Freezing; Challenges for the 21st Century, pp. 309-316
Blindheim,O.T. and B. Nilsen, 2001, Rock cover requirements for subsea road tunnels, Straint Crossing 2001, pp. 439-448
Blindheim,O.T. and B. Nilsen, 2005, Nordic subsea tunnel projects, Tunnelling and Underground Space Technology, Vol.20, No.6, pp. 570-580

상세보기
Norwegian Soil and Rock Engineering Association, 1991, Norwegian subsea tunnelling; Publication No.8. 88p
Statens Vegvesen, 1992, Road tunnels, Norwegian Public Roads Administration Handbook No.021, 129p

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