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문제 정의
- 또한 보다 특정하게, 대규모 암반 지하공간 개발 및 연구사례들에 대한 경험 및 기술적 이슈 사항 등을 살펴보고 향후 이러한 지하 공간 개발의 계획들이 잘 실현되기 위해서 이루어져야 할 다양한 과제에 대해서 논의하고자 한다.
- 본 논문에서는 먼저 싱가포르의 지질 등 현황 분석을 통해 대규모 지하공간 개발 가능성에 대해서 고찰한 후, 현재까지 진행되고 있는 싱가포르의 지하공간 개발의 현황을 살펴보고 현재 준비되고 있는 다양한 향후 지하공간 개발의 계획과 비전에 대해서 소개하고자 한다.
- 이 논문에서는 싱가포르 지하공간 개발의 역사와 현황 그리고 향후 개발을 위한 이슈들에 대해서 논의하였다. 결국 장기적으로 싱가포르는 더 많은 지하 개발을 할 수 밖에 없으며, 2019년에 발표될 예정인 지하공간 마스터 플랜에 포함된 주요 계획에 따라 향후 체계적으로 진행될 것으로 예상된다.
제안 방법
- 그림에서 보듯이 시설이 위치한 지하는 Q값이 양호(10-40) 이상이 75% 정도로서 매우 양호한 암반이며, 건설 동안 지하수 유출도 많이 발생하지 않았다. 3붐(boom) 점보 드릴을 이용하여 싱가포르에서 처음으로 분상 폭약(bulk emulsion)을 발파에 이용하여 암반 굴착을 진행하였다.
- 5는 현재 건설이 거의 끝나가고 있는 싱가포르 전력공사(Singapore Power)의 전력구 터널 프로젝트의 모식도와 현장 건설 장면을 보여준다. 국내의 전력구 터널이 2-4 m 정도임에 비해 내공 단면이 6 m인 대형 TBM을 통해 변전소 등을 연결하는 다양한 종류의 고압선과 기타 전선 등을 장기적으로 집중적으로 설치할 수 있도록 설계되었다. 또한 전력구 직경이 크므로 전기자동차를 이용하여 유지 보수가 가능한 형태의 설계를 채택하였다.
- 국내의 전력구 터널이 2-4 m 정도임에 비해 내공 단면이 6 m인 대형 TBM을 통해 변전소 등을 연결하는 다양한 종류의 고압선과 기타 전선 등을 장기적으로 집중적으로 설치할 수 있도록 설계되었다. 또한 전력구 직경이 크므로 전기자동차를 이용하여 유지 보수가 가능한 형태의 설계를 채택하였다.
대상 데이터
- , 2017). 본 프로젝트는 1999년에 국방과학 연구원(Defence Science and Technology Agency, DSTA)의 주도하에 시작되어 국방성에 의해 2008년에 준공되었다. 본 시설의 준공을 통해 Seletar 지역에 있던 지상 탄약고의 이전을 통해 약 4 km2의 지상 면적을 다른 용도로 활용할 수 있게 되어서 안전성의 향상과 더불어 지하공간의 효용성에 대해서 싱가포르 정부에 각인 시켜줄 수 있게 되었다.
성능/효과
- 싱가포르는 지형상 150 m 이상의 산악 지역이 없고 대체로 편평한 평지이므로 지형상의 고려 또한 중요하다. Bukit Timah 화강암 지역의 지형을 분석한 결과 고도 40 m 이상의 구릉 지역은 약 25개 지역이 존재하며, 주롱 층 지역에서도 약 15개 내외의 지역의 고도가 40 m 이상이었다.
- 대표적인 사례로 Marina bay신 상업지구 계획 시에 지하에 개착 터널로 CST를 통합 계획, 건설하여 건설비의 효율성을 제고하고 지하의 다양한 개별 시설들의 간섭들을 최소화할 수 있다. 그림에서 보듯이 실제 수요에 비해 장기적인 확장을 고려하여 터널의 규모 역시 상당히 크게 계획하여 향후 추가적인 부담을 최소화하였다. 지하 개발 등에 있어서 행정 관청의 장기적이고 주도면밀한 계획이 얼마나 중요한지를 잘 보여주는 사례이다.
- 기본 개념은 싱가포르 국립대학 (NUS)가 위치한 Kent ridge 언덕에 기존에 있는 과학 공원 아래에 대규모의 지하 과학 첨단 연구시설 단지를 개발하는 것으로서 본 지역이 특이하게 양질의 화강암 지역으로서 대규모 암반 지하공간 개발에 적합한 것으로 판단되었다.
- 본 프로젝트는 1999년에 국방과학 연구원(Defence Science and Technology Agency, DSTA)의 주도하에 시작되어 국방성에 의해 2008년에 준공되었다. 본 시설의 준공을 통해 Seletar 지역에 있던 지상 탄약고의 이전을 통해 약 4 km2의 지상 면적을 다른 용도로 활용할 수 있게 되어서 안전성의 향상과 더불어 지하공간의 효용성에 대해서 싱가포르 정부에 각인 시켜줄 수 있게 되었다.
- 10은 JRC 프로젝트의 기본 구성 및 수직구 및 저장 공동의 모습을 보여주고 있다. 본 유류 저장 시설은 석유화학 단지의 메카인 주롱섬 산업단지와 연계하여 주롱섬 주변 해상의 반얀 수역(Banyan Basin) 해수면 지하 150m 아래에 위치하며 총 저장 용량은 약 150만 m3에 이르며, JRC의 성공적인 준공을 통해 약 60 hectare의 지상 토지의 절감을 할 수 있는 효과를 거두었다.
- 본 프로젝트를 통해 최초로 싱가포르에서 토모그래피, 탄성파 및 전기 탐사, 시추공 물리탐사 등 지하공동 개발을 위한 암반공학적인 조사방법들이 적용되어 체계화되었으며, 수압파쇄 및 응력해방법을 통한 초기 지압측정치는 최대 3의 측압계수로서 본 프로젝트의 건설 단면에 적합한 응력 분포를 보였다.
- 수직구를 통해 진입하며 상호 건물들을 연결하는 수평갱이 있다. 주요 중장비가 필요한 시험 시설이 바닥에 위치하고 나머지는 연구시설 등으로 임대를 할 수 있는 것으로 평가되었으며 본 프로젝트를 통해 약 200,000 m2의 연구 및 과학 시설을 유치할 수 있다.
후속연구
- 이 논문에서는 싱가포르 지하공간 개발의 역사와 현황 그리고 향후 개발을 위한 이슈들에 대해서 논의하였다. 결국 장기적으로 싱가포르는 더 많은 지하 개발을 할 수 밖에 없으며, 2019년에 발표될 예정인 지하공간 마스터 플랜에 포함된 주요 계획에 따라 향후 체계적으로 진행될 것으로 예상된다.
- 따라서 향후 지하공간의 비용과 편익들을 보다 정량적이고 효율적으로 평가할 수 있는 도구들을 개발하는 것이 중요하며, 계층분석 과정(AHP, Analytical Hierarchy Process)과 같이 다양한 비수치적인 변수들을 보다 객관적이고 정량적으로 비교하는데 사용되어온 방법들이 대안이 될 수 있다.
- 따라서, 기존의 국내 터널, 지하 유류 저장 시설 등 다양한 지하공간 개발과 관련된 다양한 경험들을 잘 축적하고 학술적으로 관련 주제들에 대한 연구 활성화를 통해 기술적인 차별성을 향후 더 발전시켜 향후 진행될 싱가포르 지하공간 개발의 계획, 설계 및 시공 등 다양한 분야에 기여할 수 있도록 국내 암반공학 및 관련 기술자들의 노력과 준비가 필요할 때이다.
- 이 경우 작은 신도시 규모의 지상 부지를 다른 용도로 활용할 수 있으므로 싱가포르의 부지 부족 문제의 심각성을 고려할 때직간접적인 효용을 매우 클 것으로 기대된다. 또한 100여 m 낙차를 통한 지하 양수 발전소 개념은 용량 및 효율측면에서 한계가 있지만, 향후 기술발전을 고려할 때 충분히 가능성이 있는 시나리오이다. 또한 대부분의 대형 지표 저수지 및 포집 지역이 싱가포르 중북부 지역을 중심으로 위치하고 있으므로 암반공학 측면에서 싱가포르에서 가장 양호한 Bukit Timah 화강암 지대의 구릉 지역이 대표적인 후보 지역으로 예상된다.
- 항상 지하의 3차원적인기존 자료는 부족하거나 많은 불확실성이 존재하다. 또한 다양한 교통, 서비스 시설이 지하에 이미 건설되어 오고 있으므로 향후 지하공간 개발은 정확한 3차원적인 지하 정보에 기초하여 각 시설 간의 간섭을 최소화시키고 부지 효율성을 극대화시킬 수 있도록 준비되어야 할 것이다.
- 또한 석유 산업 단지에 위치한 대규모 지하 저장 시설의 안전 및 방재 기준 등에 대해 지상법과 같은 조건을 적용하다 보니 방화/방폭 등의 기준들 역시 기존의 지하저장시설에 비해 매우 엄격하게 규정되어 예상보다 기준 충족을 위한 비용이 많이 소요되었으므로 건설비 최적화 등을 위해 추후 개선의 여지를 남겼다.
- 또한 지하공간 개발의 경제성을 높이기 위해서는 무엇보다도 직접적으로 지하공간 개발 건설비를 최적화시키기 위한 노력이 필요하다. 앞서 설명한 바와 같이 지형적인 여건으로 인한 공사비 증가를 최적화하기 위한 진입 방법의 개선, 또한 굴착 암석을 골재 및 건설 재료로 재활용하여 공사비를 상쇄할 수 있는 방안 등의 다양한 고민들이 필요할 것이다.
- 위에서 설명한 바와 같이 현실적인 필요에 의해 싱가포르의 지하공간 개발은 향후 점점 활성화될 것으로 기대된다. 하지만 지하 공간 개발은 여러가지 요소로 인해 쉽지 않은 도전과 과제의 해결을 필요로 한다.
- 저장 공동 자체는 세계적으로 유사한 사례가 많으므로 기술적으로 그리 어렵지 않겠지만, 마찬가지로 건설 비용과 더불어 효율적인 자동화 운송 시스템 에 대한 기술적인 진보가 필요하다. 이러한 획기적인 물류 시스템이 실현된다면 싱가포르 지상 부지의 최적 활용과 더불어 지상 물류 최소화 및 지상 환경 개선으로 인한 직간접적인 많은 효과를 볼 수 있을 것으로 기대된다.
- 전통적으로 싱가포르는 많은 한국 건설사들이 오랫동안 사업을 진행하여 왔으며, 그간 쌓아온 유류비축기지 등 다양한 지하공간개발의 경험과 기술을 통해 향후 싱가포르 시장에서 다양한 지하공간 개발 사업이 활성화될 경우 새로운 기회를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
- 앞서 전술한 경우 지하 굴착 암석에 대한 재활용 여부도 관계 당국의 행정적인 조치가 있어야만 가능하다. 즉굴착 암석을 폐기물로 처분하는 것이 아니라 적극적으로 활용할 수 있도록 하는 제도적인 틀이 필요할 것이다.
- 과거 니콜 고속도로(Nicole Highway) 붕괴(2004) 이후 싱가포르 건설부는 지하굴착 시 타국가에 비해 매우 보수적인 구조 설계 기준을 유지하고 있다. 하지만 암반 공동과 같은 다른 특성의 구조물의 안전 기준에 대해 안전을 보증하면서도 보다 효율적이고 기술기반적인 방법으로 기준들을 제정한다면 건설비 최적화 등 효율성을 증진 시킬 수 있도록 해야 할 것이다.
- 하지만, 이는 전세계적으로 실현된 적이 없는 신개념의 지하공간 활용 방안으로서 전체 시스템의 기술적인 문제 해결과 더불어 기존 지하수 시스템과의 상호 간섭 및 상호 작용, 또한 시공상의 여러가지 과제들이 제기될 것으로 보이며, 전세계적으로 관련한 사례가 아직까지 거의 없으므로 학계에서도 관심을 가지고 연구해야 할 것으로 보인다.
- 하지만, 이러한 개발들을 현실화하고 더 매력적으로 만들기 위해서는 암반공학을 비롯한 다양한 각 시스템의 요소 기술들의 진보와 신뢰성, 그리고 관련 기술들의 효율적인 결합이 필수적일 것이다.
- 이외에도 해수 침투로 인한 지하 환경의 열화로 기존 설치 시설물과 공사용 시설의 부식 등 여러가지로 국내 기존 유류 저장기지와는 색다른 경험들과 노력들을 통해 완공에 이르게 되었다. 향후 이러한 경험들은 싱가포르 뿐 아니라 전세계 대형 암반 지하공간개발 시에 좋은 시금석이 될 수 있을 것이다.
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