터널

터널(tunnel)이란 도로·철도·수로(水路) 등을 통하게 하기 위해 땅속을 뚫은 통로를 말하며 용도에 따라 철도·도로·수로·광산 터널로 나뉘고, 터널 장소에 따라 산악·시가·수저 터널로 나뉘는데, 현재는 장대한 터널이나 해저 터널도 건설되고 있다.

개요

터널의 목적은 어느 산이나 바다를 최단거리로 통과하기 위한 것이다. 산이라는 것은 교통에 심각한 장애물이기 때문에 심각한 부담거리이고 직선으로 도로를 놓지 못하고 고개와 같이 능선을 타고 돌아가는 길을 내야한다. 위험할 뿐만 아니라, 연로 낭비와 시간낭비가 심각하다. 철도도 많은 문제가 있다. 한국처럼 산지가 많은 국가에서 산을 타는 철길을 놓는 것은 제한이 너무 크다. 터널은 건설 난이도가 높고 비용도 많이 들지만, 산을 돌아가거나 능선을 타고 넘어야 하는 불편이 없어 장기적으로 시간 및 비용낭비가 획기적으로 줄어든다. 터널은 내구재인 만큼 관리만 잘하면 수십년에서 백년 이상까지도 사용할 수 있고 시간이 가면 갈수록 경제성이 커진다. 우회도로나 철로를 건설하려고 해도 요즘은 토지보상비용이 비싸서, 차라리 보상비용이 저렴한 산을 뚫어 터널이 만든느 것이 상대적으로 저렴하다. 또한 산을 지날 떄 터널을 뚫는 것이 산을 따라 길을 만드는 것보다 생태계에 더 이롭다. 산을 따라 길을 내면 그 기을 기준으로 생태계가 단절되지만 터널을 뚫는 다면 땅속에서 생태계가 거의 형성되지 않기 때문에 생태계에 비교적으로 좋다.

공법

개착식 공법

개착식 공법은 가장 빨리 사용되기 시작한 방법으로, Bottom-up공법과 Top-down 공법 두 가지 방법이 존재한다. 바텀업 공법은, 터널이 지나갈 곳의 땅을 확보한 후 그 자리의 땅을 터널 바닥의 깊이까지 파낸다. 그리고 바닥을 설치하고, 터널 지붕을 설치한 후 다시 흙으로 덮고 지상을 복구하면 된다. 비록 지상의 땅을 공사 기간 내내 못 사용한다는 큰 단점이 존재하지만 가장 단순한 방법이다. 탑 다운 공법은 터널이 지나갈 곳의 땅을 확보한 후 그 땅을 터널 천장의 깊이까지 파낸다. 그리고 터널 상부를 일부 공사용 입구 외에 모두 설치하고 그 구간의 지상은 복구한다. 이후 남겨놓은 공사용 입구를 통해 내부의 흙을 파내고 상부를 지지할 기둥과 바닥을 시공한다. 마지막 단계에 공사용 입구 구간의 터널 상부 구조물을 시공하고 지상을 복구하면 끝이다. 바텀업 공법보다 지상에 끼치는 통행장애 등이 덜하다는 장점을 가지고 있어서 현재는 개착식으로 공사할 경우 이 방법을 주류를 이루고 있다. 이 공법은 주로 깊이가 얕은 터널을 시공할 때, 특히 터널이 지나가는 지상에 특별한 장애물이 별달리 없을 때 사용된다.

발파식 공법

발파식 공법은 1957~1965년 사이에 오스트리아에서 개발되었다. 중동의 카나트를 보고 착안했다고 한다. 먼저 터널을 드릴링 점보를 장약공을 만든후에 장약공 안에 지반강도나 주거지와의 거리에 따른 일정량의 계산된 장약을 넣고 발파 시킨다. 그렇게 발파 후 생긴 잔해를 모두 치우고 터널 벽면에 숏크리트를 뿌리거나 락볼트로 발파한 후에 불안정한 암석을 고정하고 라이닝 철근과 콘크리트로 마무리 하고 이 과정을 반복하는 공법이다. 단단한 지반에 터널이 뚫을 때 사용하며 우리나라의 경우에는 국토의 산이 대부분 단단한 화강암이기 때문에 국내에서 산을 관통하는 도로, 철도, 터널을 뚫을 때 자주 쓰이는 공법이다.

TBM식 공법

TBM공법은 1815년 브루넬은 부두 근처에서 우연히 배좀벌레조개가 구멍을 뚫어놓은 나뭇조각을 보고 굴을 효과적으로 뚫은 기술을 생각해냈다. 조그만한 벌레가 토목공사의 안전과 편리함을 불러오게 된것이다. TBM이라는 거대한 기계를 이용해서 파는 방법으로 일단 현장에 도착한 TBM 부품을 터널 시작지점에서 조립한 후 TBM을 천천히 전전시킨다. 굴착시 TBM과 연결된 컨베이어 벨트로 TBM과 연결된 컨베이어 벨트로 TBM이 파낸 암석을 터널 입구까지 운반한다. 이후에는 NATM공법과 똑같이 숏크리트 또는 락볼트 처리 후 라이닝 벽면작업을 하는 공법이다. 보통 길다란 균일 암반을 지나는 터널을 뚫고자 할 때 사용하는 공법으로 TBM공법으로 먼저 뚫고 NATM공법을 병행하여 터널을 넓히는 방법을 사용한다.

실드 공법

실드 공법의 경우에는 TBM공법과 비슷하나 숏크리트와 락볼트를 쓰지 않고 TBM이 지나간 자리를 터널 규격에 맞는 세그먼트란는 콘크리트 블럭을 터널 벽몀ㄴ과 바닥, 천장에 설치 고정하고 마지막으로 세크먼트키를 설치한 후 터널 벽면과 세그먼트 사이의 틈을 콘크리트로 채운다. 이 과정을 반복해 전진하는 공법이며 굴착과 세그먼트 설치까지 NATM공법보다 더욱 자동화 되어있어 인력을 적게 소모하는 것이 가장 큰 장점이다. 주로 해저터널이나 지하철의 도심구간 같이 NATM공법과 TBM공법으로 굴착할 수 있는 지반보다. 상대적으로 연약한 지반에 사용된다.

CAM 공법

CAM공법은 특정 선시공부를 몇 군데 뚫어서 그 선시공부 사이들을 있는 아치형 철근 콘크리트강관을 밀어넣어 대단면 터널을 만드는 공법이다. NATM이나 TBM으로 도저히 답이 안 나올 때만 사용할 수 있는 매우 특수한 공법이다. 돈이 엄청나게 깨지는 건 둘째치고 기술자체가 매우 어렵다. 터널 단면이 어마어마하게 커지는 것이 특징이고 다른 공법보다 공사 속도가 빠르다는 것이다. 하지만 다른 공법에 비해 비용이 많이 든다.