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거제도에서 침매터널이 생겨난 이후 우리나라에도 침매터널에 대한 관심도가 굉장히 높습니다. 오늘은 침매터널에 대해서 알아보도록하겠습니다.
1. 침매터널이란?
19세기에 하상이나 해상에 준설을 하고나서 튜브를 연속적으로 연결 설치 하는 기술이 정립되었다. 이 튜브는 주로 용수나 배수용으로 설치되기 시작하였다. 그리고 이후 내부 물을 배수하고 전력용 케이블 설치용으로도 사용되었으며 그이후에는 도로나 철도용으로 사용되었다. 튜브의 양단은 가격벽으로 임시 막힌 상태이며 수중에서는 방수가 가능한 조인트로 연결된다. 튜브를 준설면 바닥에 설치하고 육상 인근까지 연결후 가격벽을 제거해버리면 해저면에 도로나 철도용 구조물이 완성된다. 여기서 개착식터널과 다른점은 개착식터널은 부력을 이용하지 않고 가물막이를해 수중 굴착후 매립하기에 침매터널과는 구분된다. 침매터널 공법은 제작된 함체가 부상하여야 하는 조건, 침설이 가능해야 하는 조건, 그리고 하상이나 해상에서 계속 안정한 상태로 설치되어야 하는 조건을 만족해야만 한다. 이 3가지 조건은 서로 상반되기 때문에 설계 및 제작시 단면크기, 재료의 단위 중량, 침매 터널 설치 위치에서의 물의 밀도에 대해 상당한 정확성을 요구한다. 침매 터널은 공사중 침설이 가능하고 완공후 부상에 대해 안정성을 확보하기 위해 터널에 발라스트가 필요할 정도로 부력이 상당히 크게 발생하기에 침매 터널 자중의 일부만이 기초에 하중으로 작용하게 되어 연약한 지반에서도 별도 자반 보강 없이 Sand Flow, Sand Jet, Gravel Bed와 같은 준설면 기초처리만으로 시공이 가능하다.
2. 침매터널의 역사
가격벽을 이용하고 수중에서 방수가 간으한 조인트로 연결하는 방식으로 건설된 최초의 터널은 미국과 캐나다 사이 디트로이트 강에 설치된 양방향 궤도의 철도 터널이다. 이는 1910년에 완공되었다. 이 터널은 내부에 콘크리트 라이닝이 있는 강각 방식의 터널이다. 이후 미국에서 침매터널 공법의 한 형식으로 발전된 것이다. 미국 방식 침매 터널은 원형 ㅕ강각 방식으로 내외부에 콘크리트로 발라스팅을 한다. 원형 강각 방식은 다차로를 구성하기 위해 단면의 폭 및 높이가 동시에 커지기에 준설, 보호공 및 발라스팅 콘크리트 양이 상당히 증가한다. 콘크리트를 이용할 경우 사각형 단면을 구성할수 있기 때문에 수평 수직 방향의 건축한계만을 확보하여 콘크리트 단면을 최적화함으로 재료 및 가격 경쟁력을 확보할수 있다. 함체 단부는 가격벽으로 막고 해상에서 함체 내부 물탱크에 물을 채워서 이미 준설된 위치에 한개씩 침설시킨다. 침설후에는 두합체의 단부에 있는 가격벽 사이 물을 배제하면 가격벽 사이 대기압과 신설 함체 단부에서 작용하는 수압차를 이용해 함체를 연결시킨다. 함체를 연결하고 가격벽을 제거후 함체 내부의 물탱크 물은 함체 바닥 슬래브 위에 타설되는 발라스팅 콘크리트로 대체되고 물탱크는 해체된다. 발라스팅 콘크리트 양은 부력을 상쇄시킬수 있을정도로 충분하게 타설되야 한다. 이 방법은 19136년 로테르담의 매쓰강을 가로지르는두개의 원형단면으로 구성된 침매터널 공사 입찰에서 덴마크의 Christiani & Nielsen 사가 4개의 튜브로 구성된 1개의 사각형 단면의 침매터널을 대안으로 제시한 것으로 이 터널이 유럽에서 최초 시행된 침매 터널 이다.
3. 침매터널 기초 공법
침매 터널은 함체가 부력을 받는 구조라서 기초바닥에 작용하는 응력이 당초 원지반 상태에서 작용하는 유효응력과 유사해 일반적으로 육상 구조물에 적용하는 방법의 기초 공법이 불필요하다. 그렇기 때문에 침매 터널의 기초 공법은 하중 지지를 목적으로 하지 않고 함체의 하중을 기초 바닥에 고르게 전달하도록 기초면을 정리하는 것이다. 이 공법으로는 3가지가 적용된다. 모래 분사 공법 및 모래 낙하 공법은 준설면에 설치된 가기초에 함체를 침설 시간 후 함체 바닥과 준설면 사이를 채우는 방식이고 자갈층 포설 공법은 함체를 설치하기전에 준설면에 자갈층을 고르게 포설하고 함체를 안치하는 공법이다. 특별한 경우는 말뚝 공법이 적용 되기도 한다.
4. 침매터널 함체 제작
침매터널 시공방식에는 시공장소의 조건, 용돈, 단면 크기등에 의해 제작장을 만들지 않고 강각함체를 수상에 띄워 강각을 외형 거푸집으로 콘크리트를 타설하면서 함체를 완성시키는 강각방식과 드라이독을 함체 제작장으로 하여 함체제작을 완료시키는 드라이독 방식이 잇다. 제작장 입지조건은 함체를 부상시켜 예인이 가능한 수심을 확보할수 있어야 하며 제작장은 면적은 함체의 크기, 제작시 거푸집 운용, 자재운반 장비, 콘크리트 타설 작등을 감안해 결정되어야 한다.
5. 부산 ~ 거제간 연결도로 침매터널
부산 ~ 거제간 연결도로 침매터널은 가덕도와 대죽도를 해저로 연결하여 이구조물은 항로폭 1100m, 수심 20m의 항로와 항로폴 700m, 수심 18m인 두개의 항로가 확보되어야 한다. 침매터널과 육상부의 도로를 연결하기 위해 침매터널 서측은 대죽도와 중죽도 사이를 일부분 매립하고 동측은 가덕도 일부를 매립해 갱구부 축도를 조성한다. 갱구부에는 침매터널을 육상부 도로와 연결하기 위한 개착식 터널이 있으며 터널내 환기와 제연설비 및 전기 설비를 설치하기 위한 환기소는 침매터널 양끝 단부에 설치 된다. 침매함체 제원은 26.46(B), 9.97(H) 180(L) 이며 각 함체는 22.5m의 8개 세그먼트로 구성되며 침매터널은 별도의 제작장에서 제작된 18개의 터널함체를 설치지점까지 예인해 침설한다.
부산 거제간 연결도로 침매터널은 대한민국 토목인의 자랑입니다. 건설을 하기 위해 수많은 노력과 땀을 흘리셨을 시공사, 감리, 설계사에 박수를 보냅니다 .