[논문]파나마운하 확장공사 소개

유영웅

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문제 정의

본 글에서는 신규 수로의 갑문 구조 특성을 설명하고, 신규 파나마 운하 완공 전후로 진행되고 있는 선박 설계 변화 경향에 대해서 간단히 언급해 보고자 한다.

제안 방법

갑문 전후의 수두차에 의해 발생하는 정적 하중이 이 구조물의 기본적인 설계 하중이며 하중-저항계수 설계법(LRFD)에 의해 다양한 하중조건을 산정하고 피로강도 및 구조 강도 평가를 수행하였다.
따라서 신규 갑문 구조는 그림 2 및 그림 3과 같이 횡방향으로 배치된 WSB을 통하여 갑문 구조 내의 물을 재활용 할 수 있도록 설계되었다. 즉 선박이 통행하는 갑문 내 수로(Lock Chamber)의 물을 모두 바다로 흘려보내지 않고 지하수로를 통해 일부 WSB에 보관한 후, 다음 선박의 통행시 재활용하여 60%~70%의 담수를 절약할 수 있도록 설계되었다.
따라서 신규 갑문 구조는 그림 2 및 그림 3과 같이 횡방향으로 배치된 WSB을 통하여 갑문 구조 내의 물을 재활용 할 수 있도록 설계되었다. 즉 선박이 통행하는 갑문 내 수로(Lock Chamber)의 물을 모두 바다로 흘려보내지 않고 지하수로를 통해 일부 WSB에 보관한 후, 다음 선박의 통행시 재활용하여 60%~70%의 담수를 절약할 수 있도록 설계되었다.
지금까지, 파나마 운하의 확장 배경과 갑문 구조의 특징, 이에 따라 예상되는 통행 선박의 변화에 대해 간략히 기술하여 보았다. 신규 파나마 운하가 개통되면, 운항 가능한 선박의 크기가 커짐에 따라 해운 선사들의 해상 운용 정책이 크게 바뀌는 한편 글로벌 운송루트 개편에 따른 물류 변화가 예측되고 있다.
또한 파나마지역(특히 태평양 인근)이 지진대임을 감안하여 지진하중에 대한 계산 및 구조 보강이 이루어졌다. 지진해석은 토목 구조를 포함한 전체 수로에 대한 시간 영역에서의 해석을 통해 갑문에 가해지는 순간적인 수압과 가속도를 평가하고 이를 등가의 정적하중으로 치환하여 구조물 자체의 최종강도를 평가하였다.
소형갑문(Valve)의 경우, 1000년 주기의 지진하중에 대한 등가 정적하중으로 약 160m 수두의 압력 하중이 구조물의 최종강도 평가에 사용되었다. 최종강도 평가는 재료 비선형과 접촉이 고려된 비선형 해석을 통해 수행하였으며, 이를 통해 지진하중시 구조물의 붕괴 여부, 손상 범위의 한정, 수리를 위해 설치된 슬롯에서 분리시 발생한 영구변형에 의한 타구조물과의 간섭여부 등을 검토하였다.

후속연구

통행시 Tug boat 에 의해 발생할 수 있는 위험요소와 프로펠러 등에서 발생하는 선미 와류에 의한 콘크리트 벽면의 침식등을 우려하여, 현재 55m 의 콘크리트 수로 폭 대비 49m 이하의 폭을 가진 선박만 통행 가능하도록 제한되고 있다. 49m 폭 제한조건에 대한 ACP의 공식 확인이 있었지만, 향후 누적되는 경험을 통해 위험요소들에 대한 우려가 해소된다면 통행 선박의 폭 제한 문제는 다시 논의 될 수 있을 것으로 판단된다.
자동차 운반선과 여객선의 경우도 많은 설계 변경이 이루어질 전망이다. 특히 자동차 운반선의 경우 기존 파나마 운하의 폭제한에 맞추어 설계됨으로써 복원성 확보에 어려움이 있었으나, 향후 증가된 폭을 채택한 선형이 다수 건조될 것으로 보인다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

파나마 운하는 무엇인가?

파나마 운하는 대서양과 태평양을 연결하는 총길이 82km의 선박 통행용 운하로서 지중해와 홍해를 연결하는 수에즈 운하와 함께 국제 해상무역에 있어서 매우 중요한 역할을 해온 인공 운하이다. 특히 파나마 운하는 중국, 한국, 일본을 포함하는 동북 아시아와 미국 동부 지역 항만을 잇는 물류혈맥으로 자리 잡고있다.

파나마 운하와 그 갑문 구조의 의의는?

특히 파나마 운하는 중국, 한국, 일본을 포함하는 동북 아시아와 미국 동부 지역 항만을 잇는 물류혈맥으로 자리 잡고있다. 파나마 운하와 그 갑문 구조는 선박의 운하 통과 가능 여부에 따라 선형을 Panamax 및 Post-Panamax로 선박 등급을 구분할 정도로 선박 설계에 있어서도 중요한 제약조건이자 설계인자이다.

파나마 운하를 통행하는 선박 크기의 제한은?

흔히 Panamax라고 알려져 있는 컨테이너선, 건화물선, 자동차운반선, 유조선등은 길이 약 294.1m, 폭 32.3m, 흘수 12.8m로 제한되어 있다. 현재의 파나마 운하는 연간 1만 4,000척(38~40척/일) 선박이 운항하며 전세계 해상물동량의 약 5%를 감당하고 있으며, 2010년 10월 국내 모 선사의 건화물선이 운하 개통이후 100만번째 통행선박으로 기록되기도 하였다.

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