영종대교

영종대교(永宗大橋)

영종대교(永宗大橋)는 영종도와 인천 육지부를 연결하는 총 연장 4,420m의 서해 횡단 교량으로 현수교 550m, 트러스교 2,250m, 강합성교 1,620m로 구성된 복합교량군이다.

주항로부에 건설된 현수교는 도로, 철도 병용 3차원 자정식 현수교로서 주탑기초 공법으로 뉴매틱케이슨 공법이 채택되었으며, 상부구조는 상층부(도로6차로) 하층부(도로 4차로 및 철도복선)로 된 2층 구조의 와렌 트러스(Warren Truss)형식이다 .철도 - 도로 병용 교량으로, 교량 아래로 10,000톤 급의 선박이 통행할 수 있다.

개요

영종대교는 인천광역시 중구 운북동과 서구 경서동을 연결하는 교량(다리)이다. 2000년 11월 20일 개통한 상층부 왕복 6차로 도로, 하층부 왕복 4차로 도로 및 복선철도로 구성된 다리로, 고속도로 130호선 인천국제공항고속도로 및 인천국제공항철도의 일부분이다.

영종대교는 2000년대 대한민국 항공 수요에 대비해 영종도와 용유도 일원의 간석지에 건설된 인천국제공항과 육지를 연결하는 교량이다. 본 교량이 건설된 후 서울에서 인천국제공항까지 45분대에 도달이 가능해졌으며, 아 · 태 지역의 중추 공항 기능 담당에도 큰 힘이 됐다.

영종대교 건설 사업은 한국의 민자 유치 시설 사업 제1호로 시행돼 완공 후 30년간 민간이 운영하여 공사 투입비를 회수하도록 되어 있다. 영종대교는 길이 4,420m, 세계 최대 단면(상부 10차선, 하부 4차선과 철도 복선)이며, 그중 현수교는 ‘1991년 현상 공모 당선작’으로, 우리 전통의 아름다운 기와와 지붕의 처마 곡선 형상에서 착안해 디자인했다. 선이 아름다운 교량이라는 디자인을 실현하기 위해 자정식 3차원 케이블 형상을 세계에서 처음으로 시도했다.

다리의 특징

영종대교는 경인 운하 계획에 따른 5,000t급 선박의 왕복 통행을 고려해 주경간장을 300m로 계획하고 선박 운항 시뮬레이션을 통해 안전한 교행이 가능하도록 설계됐다.

영종대교의 구조 설계 시 주안점은 첫째 한국 최초로 국내 기술진에 의한 현수교 설계 실현, 둘째 단일 교량으로 세계 최대 교통 통행 규모 계획, 셋째 국내 최초 유지 관리 시스템 도입으로 요약할 수 있다.

영종대교의 설계 조건은 기본 풍속 40m/sec(시공 시 25.5m/sec), 유속 2.15m/sec, 대조차 8.519m, 파랑 2.16m/sec(시공 시 1.74m/sec)이며, 현수교 주탑 기초는 현실적으로 안전한 시공이 가능하고 지지력 확인이 가능한 뉴매틱 케이선(Pneumatic Caisson, 18×47×43m), 단부 기초는 현장 타설 말뚝(Reverse Circulation Drill, RCD, ψ1,500-50EA)이 적용됐다. 이 중 주탑 기초인 뉴매틱 케이슨 공법의 설계는 강각 케이슨, 케이슨 구체, 주탑정판으로 구분하여 설계됐다.

주탑은 48.27×6×104.6m 규모인 다이아몬드 형식이며 탑기부, 탑주부, 탑정부로 구분해 설계했다. 탑기부의 앵커 볼트(Anchor Bolt)는 탑주와 하부공의 사이에서 부상이 발생하지 않도록23개(ψ125,SNB24-5)로 구성돼 있으며, 380t/EA 프리스트레스 방법을 적용했다. 탑주부의 단면은 내풍 특성을 향상시킬 수 있는 다이아몬드 형상을 채택했으며, 3,000t 플로팅 크레인(Floating Crane)을 사용할 수 있어 주탑 연직도(1/5,000) 확보에 유리함을 더하고 공기 단축 및 시공성 향상을 위해 이음 개소를 4개소로, 현장 이음은 고장력 볼트(High Tension Bolt)로 해 대블록으로 가설토록 설계했다.

보강형은 41×12×550m인데 상로 상형, 하현재, 사재, 수직재, 중간 조재, 하로 횡형, 하횡 구 및 하로 도로로 구성돼 있다. 특히 하현재는 조질고강력강으로 응력의 진폭이 커서 주로 피로등급 A,B등급(일본 JSSC 등급 기준 적용)에 해당되기 때문에 이에 따라 용접부의 품질 및 검사 기준으로 제작토록 설계했다.

또한 라멘 구조의 압연 강재가 판 두께 방향으로 큰 구속을 받을 때 일어나는 균열인 러멜러 테어링(Lamellar Tearing)을 방지하기 위해 용접 설계, 판 두께 방향 강도 또는 연성이 큰 강판의 사용 인자를 종합적으로 평가한 뒤 하현재 우각부에 구조물의 라메라티어 감수성 지수 Z가 30 이상으로 평가(일본 강구조위원회 기준)돼 강재의 S량이 0.01% 미만(일반 강재의 규격은 0.04% 이하)인 내라메라티어 강판을 적용했다.

케이블은 소선 지름 ψ5.1mm, 14스트랜드(470/wires/strand)로 구성된 46.17cm의 직경으로 구성돼 있으며, 탑정반력 최대 시의 케이블 장력은 주탑부 측경간측 8,761 t/cable, 주탑부 주경간측 8,434t/cable이다. 케이블의 허용 응력은 6,400kg/cm2을 이용해 허용 장력은 8,787t/cable이다.

행어 로프에 사용된 소선의 직경은 ψ84mm(CFRC, 37+9×7+9×WS(36))로 간격은 보강형의 격간장과 일치하도록 12.5m로 했다.

한편 국내 최초로 수행된 영종대교 풍동 실험의 경우 스케일 1/100의 부분 모형을 이용한 정적 공기력 시험, 부분 모형 시험, 스케일 1/150의 3차원 주탑 모형 시험은 서울대학교 토목공학과에서, 스케일 1/100의 3차원 전교 모형 시험은 일본 도쿄대학교 토목공학과에서 국내 기술진에 의해 성공적으로 수행됐다. 실험 결과 보강형은 플러터(Flutter)에 대해서는 충분히 안전한 것으로 나왔는데, 보강형의 연직(Voltex-Shedding)이 발생해 공기 역학적 제진 방법으로 페어링(Fairing)과 스포일러(Spoiler) 두 가지를 검토한 결과 연직에 대해 모두 안전하나 제작성이 편리한 페어링을 부착해 진동 현상을 억제했다.

특이한 점

자정식 현수교로 앵커블록이 없는 것이 특징이다. 즉, 교량 자체가 하나의 앵커인 셈. 메인 케이블은 3차원 형상으로 바람에 의한 비틀림공진으로 부터 비틀림 강성을 높이기 위함이나 이 정도로 짧은 주경간에서 바람을 무서워하는 건 흠좀무.. 주탑의 기초는 뉴메틱 케이슨공법으로 건설되었다. 뉴메틱 케이슨은 브루클린 다리에서 사용된 공법으로 과거에는 인부들이 빈번히 잠수병에 걸리는 공법이었다. 영종대교의 경우 인부대신 로봇들이 들어가서 작업을 하였다.

2층 구조

영종대교는 보이는 것과 같이 2층 구조를 하고 있다. 광안대교는 차량만 다니는 2층 교량이지만, 영종대교는 서울 지하철 7호선 & 동부간선도로의 청담대교처럼 열차와 자동차가 같이 다니는 2층 구조를 하고 있다. 정확히 말하면 청담대교와 동작대교를 합친 복층과 복합의 조합이다. 이러한 특징 덕에 영종대교 상판의 폭은 41m에 달하며, 단면적당 통행 용량이 세계 모든 특수교량 중 가장 크다. 윗층에는 도로가 있으며 하층부를 달리다 보면 중앙에 선로가 나있고, 그리로 인천국제공항철도 열차가 달리는 모습을 볼 수 있을 것이다. 이후 좌 우로 2차선 도로로 이루어진 특이한 케이스. 상부와 하부도로의 제한속도는 각각 100km/h와 80km/h로 나뉘어져 있는데, 하부도로의 제한속도가 낮은 이유는 공항철도 선로 때문에 차로폭이 좁아졌기 때문으로, 이 구간은 고속도로 규격이 아닌 고속화도로 규격의 차로폭을 가지고 있다. 해풍이 하부도로에 몰리는 것도 속도가 줄어든 이유이다.

통행 방식

진출 또는 진입 IC에 따라서 통행하는 방식에 차이가 있다. 서울 및 수도권과 연결되는 인천공항 톨게이트를 통과하는 차량은 1층 하부 도로와 2층 상부 도로 모두 통행 가능하지만, 인천광역시 북부와 연결되는 북인천 톨게이트를 통과하는 북인천 IC 진출입 차량은 오로지 1층 하부 도로로만 통행할 수 있게 되어 있다. 또한 공항방향 차로의 북인천 IC 바로 옆에 영종대교 휴게소가 자리잡고 있는데, 휴게소에 들어갔다 나올 때는 하부차로만 이용할 수 있다.

사건 및 사고

2015년 2월 11일에 영종대교 상부에서 안개로 인한 106중 추돌사고가 발생하여 2명이 사망하고 70여명이 부상당하였다.

참고자료

• 〈영종대교〉, 《나무위키》
• 〈영종대교〉, 《위키백과》
• 〈영종대교〉, 《세계다리명백과》

같이 보기

• 월드컵대교
• 가양대교
• 강동대교
• 한남대교
• 올림픽대교
• 양화대교
• 잠실대교
• 행주대교

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