Manual de túneles de carretera
Manual de túneles de carretera
1.2절은 새로운 터널의 설계에 관련된 내용이다. 운영중인 터널의 개보수와 안전시설물 업그레이드와 관련된 내용은 1.3절 수리 – 기존 터널의 업그레이드에 나타내었다.
도로나 고속도로의 평면 및 단면 형상의 설계는 새로운 터널을 만드는 가정 기본적이고 중요한 첫번째 단계이며, 특별한 주의가 요구되는 경우는 드물다.
터널 대표단면 설계의 초기단계에서 터널을 구성하는 “복잡한 시스템” 이 고려되어야 하지만 이런 경우는 드물다. 이 단계에서 기술적, 비용적인 최적화가 가장 중요하게 여겨진다.
설계의 가장 초기단계에서 불완전한 초기 정보에도 불구하고 프로젝트의 모든 분야에서 내재된 문제점을 파악할 수 있도록 경험이 많은 전문가와 설계자로 구성된 종합적인 팀이 구성되어야 한다. 이런 팀은 중요한 결정이 필요한 시점에 적절하고 신뢰성있는 결론을 내릴 수 있게하며, 이런 요소들은 점진적으로 추가적인 정보를 이용할 수 있을 때 결론을 굳힐수 있게 한다.
이 장의 목적은 터널 예비설계의 절차를 정의(일부 나라의 디자인 핸드북은 1.6절 규정 - 권고사항에 나타내었다) 하는 것이 아니라, 터널 소유주와 설계자들에게 터널 초기설계단계에서부터 프로젝트의 성공을 위한 무엇보다도 중요한 필수적인 경험에 의한 종합적이고 국제적인 접근법의 필요성을 공감하게 하는데 있다.
터널을 가지고 있는 경험이 없는 나라의 터널 소유주나 설계자들은 터널에 대한 우려를 가지고 있다. 그들은 경사가 깊은 절벽, 큰 옹벽, 아주 긴 고가교, 활성 산사태 지역을 통과하기 위하여 비용이 매우 비싸고 건설 기간이 길기 때문에 효과적이지 못한 대규모 보강 작업등이 필요할 때 종종 터널 설치보다는 산등성이를 따라 꼬불꼬불한 커브길을 만드는 것을 더 선호한다.
터널이 포함된 프로젝트의 수많은 예와 시스템적으로 터널 건설을 거부하는 설계법을 종합적인 비교 분석해보며 다음과 같은 사실이 입증된다.
외부위원의 조언은 터널을 만들어본 경험이 적거나 전무한 상태에서 발생할 수 있는 실수를 경감시켜 프로젝트를 상당히 개선할 수 있다.
복잡한 시스템이라는 개념은 상향식 통합이 힘들어 프로젝트의 종합적인 최적화에 방해를 초래하는 경우가 있다. 새로운 기반시설의 형상을 결정할 때 터널의 구성요소들과 제약조건들에 대한 전체적인 고려가 이루어지지 못한 상태로 설계 전문가들에 의견에 의해 결정되는 경우가 종종 발생한다.
이 단계에서 1.1절에서 설명된 모든 요소들과 각각의 상관관계에 대한 영향, 특히 다음의 요소들이 고려되어야 한다.
터널 배치의 형상적인 특성 및 종방향 형상은 다음의 요소들을 종합할 수 있어야 한다
평면 및 단면 형상은 터널 이용객에게 적정수준의 편안함과 안전을 제공하기 위하여 세심히 연구되어 결정되어야 하며, 특히 최고점등 터널의 종방향 배열에 대한 경사도 변화에 의한 시각적 효과는 터널의 가시거리와 조명 조건의 한계에 의해서 결정된다
일방향, 혹은 양방향 통행의 조건은 특별히 다음의 조건에 의해 설계시에 영향을 받는다
입출구 부근에서의 레이아웃
터널 입출구 인근 혹은 터널내 지하교차로:
기능적인 횡단면은 터널 설계에서 배치를 결정한 이후 행해지는 두번째 주요단계이다. 첫번째 단계에서 복잡한 시스템의 접근은 많은 경험을 가진 종합적인 팀에 가능한 상향적 접근방식과 같이 의해 매우 조심스러운 방법으로 행해진다. 1.1절 터널은 복잡한 시스템이다 에는 고려되어야 하는 모든 변수들과 연결에 대해 다루었다.
두번째 단계(기능적 횡단면)는 첫번째 단계(배치)와 독립적이지 않으며 첫번째 단계의 결과에 필연적으로 영향을 받는다. 이 두 단계는 상호 의존적이며, 매우 긴밀하게 연결되어 있다.
1.1.2.2절에서 설명했듯이, 이 두단계는 반복적이고 상호영향을 받는다. 복잡한 시스템 해석의 단일한 해법을 얻어낼 수 있는 직접적인 수학적 접근법은 없다. 마찬가지로 단일 해답은 존재하지 않으며, 아주 적은 좋은 해답만 있고, 아주 많은 나쁜 해답이 있다. 종합적인 팀의 경험은 빠른시간에 좋은 해답을 찾기 위해서 필수적이다.
위의 1.2.1절에서 인용된 예는 기능적인 횡단면의 대비는 종방향, 횡방향 배치의 설계에 큰 영향을 미친다는 것을 보여준다.
경험적으로 기능적인 횡단면은 종종 불완전하며, 토목공학적으로 제한된 하나의 대비하는 것을 보여주며, 이는 필연적으로 다음과 같은 현상을 유발시킨다
기능적인 횡단면은 다음의 주요 변수가 있다
교통량 – 차종구성비 – 운영 조직 – 도심 또는 지방부 터널 – 다음을 결정하기 위한
다음의 영향을 받는 환기설비
PIARC’s의 제언은 운영에 대한 대비 및 운영과 비상대응 조직, 안전에 관한 연구의 완결판으로 안전과 운영에 관련된 수많은 분야에 걸쳐있다. 독자들은 이 테마에 관하여 2장 안전 및 3장 터널 안전에 대한 인적요소 부분을 참고하기 바란다.
이번 장은 복잡한 시스템의 안전과 운영에 관련된 내용을 주로 다룬다. 1.1.5.2절의 테이블은 프로젝트의 다양한 부분집합에 대한 각각 요소들의 상호 의존성의 정도를 보여주고 있다.
프로젝트의 진행에 있어 몇몇 요소들은 상향식 단계에 중요한 영향을 미친다. 다음의 요소들은 설계의 첫번째 단계에서 해석되어야 한다
위험 분석과 관련된 요소들과, 응급 대응팀의 대응 계획 등은 터널 설계의 주요 변수이다. 이런 이유로 초기 위기 분석을 고려해야 하고 응급 대응계획에 대한 조기 분석은 설계 초기단계에의 시행되어야 한다. 이런 해석들은 터널의 특정 기능 및 만족시켜야만 하는 안전 규격을 잘 설명한다. 가치공학적 해석도 기술적 및 금융적인 개선, 설계의 최적화에 기여한다.
이런 변수들과 그 영향은 다음 장에서 설명한다.
이런 변수들은 기능적인 대표단면 형상(1.2.2절 참조)에 주요한 영향을 미치고, 레이아웃에도 부분적으로 영향을 미친다
이 주제들은 기능적인 대비 및 일반적인 설계에 대한 기본적인 변수이다. 이 요소들은 종종 외부로의 직접적인 대피로와 건설적인 대비책인 피난연결통로 – 하부 갤러리 – 측면부 갤러리 – 대피소 – 갤러리와 연결된 임시 피난처 등의 배치에 영향을 미친다.
이에 대한 해석에는 교통량, 위험도 해석, 환기 시나리오와 개입 절차에 대한 조사등이 포함된 응급 대응계획과 건설 공법등 화재시를 포함한 환기시스템 디자인에 대한 종합적인 접근이 필요하다.
기능적인 관점에서부터 경로의 정의 및 지리학적 특성과 일반인과 장애자가 함께 대피 가능하도록 위치에 대한 고려까지 필요하다.
이 설비들은 동질성 및 합법성을 유지하고 따뜻하고 조용한 특성을 가져야한다. 이런 설비들은 사고나 화재와 같은 스트레스 상황과 응급 구조대가 도착하기 전 자가대피 단계에서 사람들이 이용한다. 이 설비들은 스트레스 상태나 패닉 상태로의 전환을 피하기 위해 자연스럽고, 간단하며, 효과적이고 침착하게 사용될 수 있어야 한다.
순수한 종방향 환기로 설계된 시스템은 기능적인 대표단면이나 배치에 큰 영향을 미치지 않는다.
배연 덕트나 횡류식 환기시스템, 반 횡류식 또는 반종류식과 혼합 환기시스템, 수직구를 포함하거나 터널 입구가 아닌 다른 곳에서 터널 외부의 공기를 끌어들일 수 있는 중간 갤러리가 있는 시스템들은 종류식 환기 시스템이 아니며, 이 모든 장비들은 기능적인 대표단면이나 배치, 추가적인 지하 구조물에 큰 영향을 미친다.
통행 공간에 위치한 환기 설비들은 다음의 사항들을 고려하여 설계되어야 한다
환기 시스템은 다음과 같은 추가적인 기능을 제공한다
환기 시스템은 도로 공간뿐 아니라 다음과 같은 부분의 환기도 고려하여야 한다
환기 시스템은 다음과 같은 기능을 수행할 수 있도록 설계되어야 한다.
향후 터널 일생에 있어 교통(교통량 및 차종)의 변화 및 오염도 기준의 변화, 다양한 운영 조건들의 변화에 대응하기에 충분한 환기용량
고객들과의 통신은 신호표지의 설치로 인해 기능적인 단면 형상에 중요한 영향을 미친다.
복잡한 시스템으로의 다른 주요한 영향은 없으나, 원격 모니터링, 감지, 통신, 교통 관리, 제어 및 통제, 대피 조직과 관련된 운영 장비의 하부 시스템들에 영향을 받는다.
터널의 운영과 유지관리팀의 대응은 교통 통제를 줄이고 안전한 상태에서의 작업을 위한 특별한 요건이 필요할 수도 있다.
이런 요건들은 예를들면 주기적인 유지관리와 대응, 중량물의 대체와 유지관리를 위한 접근성을 제공하기 위해 지하 장비들 전면부의 비상주차공간을 설치하는 등이 있다.
이 절의 목적은 운영 설비나 장비, 그들의 기능 및 설계에 대한 상세사항의 설명이 아니다. 이런 요소들은 “도로 터널 매뉴얼”의 제언에 정의되어 있으며, 1.6절에 핸드북이나 국가 기준에 대한 사항이 설명되어 있다.
이 절의 목적은 터널 운영장비와 기기들의 특이한 이슈에 대하여 터널 소유주나 설계자들에게 주의를 주고자 함이다.
운영 장비는 이용객들이 터널을 지날 때 적정한 수준의 편안함과 안전성을 제공이라는 두개의 목표를 달성하고 교통을 제공한다는 터널의 기본 기능 수행이 가능하도록 하여야 한다.
운영 설비는 터널의 지리적인 위치와 고유의 기능, 차종구성비, 터널의 양방향 기반시설, 안전과 관련된 이슈들, 응급 대응조직, 그 나라의 규정과 문화, 사회 경제적인 환경들을 반영할 수 있어야 한다.
운영 설비가 과잉 설치가 터널의 서비스 수준 및 편안함, 안전도의 향상을 자동적으로 반영하지는 못한다. 이를 위해서는 추가적인 유지관리와 사람의 개입이 필요하며, 그렇지 못할 경우 터널 안전도에 대한 신뢰성 저하가 일어난다. 병렬설치나 도구의 남용도 효과가 없다. 설비는 적절하고 상호 보안적이며, 필수적인 안전 기능에 대해 때로는 효과가 없으며, 모든 설비들이 일관성 있게 설치되어야 한다.
운영 설비는 살아있어야 하며
이 모든 고려는 다음의 주요 요인들에 의한 전략적 선택으로 이어진다.
1.2.4.2.a 에너지 – 전원 공급 – 전기 분배
터널 장비들이 기능을 수행하기 위해서는 전기 공급이 필수적이다. 장대터널의 경우 수MW(메가와트)의 전력이 필요하며, 항상 현상에서 공급할 수 있는 것은 아니다. 기존 전력망의 신뢰성 향상이나 새로운 전력망의 구축하기 위하여 설계의 첫번째 단계에서 특별한 전력분배에 대한 계획이 수립되어야 한다. 전력 공급은 터널의 운영뿐만 아니라 건설에도 필수적이다.
터널 내부의 전기 공급과 분배를 위해서는
모든 터널은 지리학적 위치나 기존 전력망의 사정, 전력 공급 조건(우선순위), 전력의 증가 가능성, 기존 공용망의 신뢰성, 터널 특유의 위험성, 긴급 서비스의 개입 조건등에 따라 특정하게 분석되어야 한다.
설비들은 그 결과에 따라 설계되어야 하며, 운영 절차는 시스템의 신뢰성과 설계단계의 선택에 의해 고려되어야 한다.
전원 공급의 중단과 관련된 안전분야 주제는 다음과 같다.
다음 안전장비들은 터널과 피난조건에 따라 30분 ~ 1시간 정도 중단없는 즉각적인 전원 공급이 이루어 져야 한다
터널별, 위치별(도심지나 지방부), 발생 위기별로 추가적인 최소 운영조건(MOC)의 전원 중단기간과 관련된 특정 절차에 따라 다음의 장비들의 전원 공급에 대한 보장 내용이 달라진다. 예를들어, 환기시스템의 비상전원공급(발전기나 부분적인 외부의 공급)은 소형 차량의 화재에는 대응 가능하나, 대형 차량의 화제에는 그렇지 못하다. 대형차량의 통행은 일시적으로 금지된다
전기 전원 공급은 배열은 일반적으로 다음과 같이 구성된다.
공용 전력망으로 부터 비상 전원이 연결된 경우
외부 비상 전원이 없는 경우
외부 전원 공급이 없는 완전 독립 전원 공급의 경우
1.2.4.2.b 환기 시스템
환기설비의 개념과 설계에 관한 필수적인 국제 참고자료 등으로 구성된 수많은 PIARC 권고사항이 있다. 1.2.3.4절에 더하여, 독자들은 8.5절 환기를 참고하기 바란다.
그러나, 환기 장비들이 터널내 이용객들의 안전과 편안함, 건강을 보증한다 해도 이것은 단지 시스템 중 하나의 요소에 불과하며, 이용객들과 운영자, 응급 서비스와 구조팀의 행동과 전문지식, 행동을 위한 능력이 가장 중요한 요소라는 사실을 기억하여야 한다.
환기설비 하나만으로는 모든 시나리오를 대응하지 못하고, 공기정화와 환경보호와 같은 특별히 수행되어야 하는 기능 모두를 만족시키지 못한다.
환기방식과 규모의 적절한 선정을 위해서는 긴 시간에 걸친 경험과 제한된 환경의 유체역학적 현상으로부터 화재의 발단과 전파, 발열과 열전달, 독성가스와 연기의 확산현상과 관련된 복잡한 시스템에 대한 이해가 있어야 한다.
환기설비는 일반적으로 에너지 소비요소로, 규모나 운영면에서 전문가 시스템과 같은 특별한 최적화 작업이 필요하다.
환기설비는 매우 복잡하며, 화재시 운영은 자동화 시스템을 적용하여 비상시 운영자가 직접 조작하는 것보다 더 효과적으로 관리 및 운영되는 것이 필요하다.
위의 1.2.3.4절에서 나타내었듯이, 환기설비는 평상시의 건강과 위생 및 화재시 안전을 위한 모든 요구 조건을 만족하여야 한다.
강건성, 신뢰성, 적응성, 내구성, 에너지 소비에 대한 최적화는 환기 설비가 만족하여야 하는 품질 기준의 주요 내용들이다.
1.2.4.2.c 환기 설비의 추가적인 장비들
다음의 두 가지 형태의 추가적인 환기장비가 이해당사자나 주민들의 협의체, 압력단체들에 의해 종종 요구된다
A. 공기 청정 설비
5.1절 터널 외부 공기질의 영향에는 이 문제에 대해 다루고 있고, 독자들은 다음의 사항을 참고하기 바란다.
공기 청정 설비는 도심지역에서 거주민의 보호를 목적으로 한다. 이 설비들은 일반적으로 지하에 설치되며, 건설 및 운영, 유지관리 비용이 매우 비싸고 에너지의 소모도 크다.
자동차로부터 배출되는 부유물질의 감소가 매우 중요하며, 터널내 큰 부피의 공기를 매우 낮은 수준의 오염 농도로 정화하는 시스템을 구축하는 것은 매우 힘들고, 데이터 분석 결과를 볼때도 설득력이 떨어지기 때문에, 결과적으로 지난 10년 이내에 설치된 많은 공기정화 시스템이 더 이상 운용되지는 않는다.
강압적이고 오염물질 배출에 대해 철저한 기준을 가진 나라에서도 미래에 공기 정화시스템의 설치는 불확실하다.
B. 고정식 소화설비(FFSS)
8.7절 고정식 소화설비에 이 문제를 다루고 있고, 독자들은 다음의 사항을 참고하기 바란다.
다음과 같은 사항에 대한 수많은 기술적인 해답 : 화재 진압 – 화재의 방지 – 이용객들이 경험하게 되는 화재 인근의 열 방출과 온도의 강하 – 고열에 의한 터널 구조체 손상에 대한 보호등
이런 시스템들은 긍정적인 요소들을 가지고 있지만, 동시에 화재 초기에 작동될 경우 가시도의 저하가 일으키는 등 부정적인 요소들도 가지고 있다. 고정식 소화설비의 사용은 이용객의 안전과 환기, 대피 전략에 관계된 모든 양상에 일관성있게 적용되어야 한다.
이런 시스템의 적용 유무에 대한 결정은 매우 복잡하며 중요한 작업이다. 관련 작업의 안전과 관계된 특정 조건에 대한 사항 및 시스템의 적용에 따라 얻어지는 결과등이 반영되어야 하며 일시적인 유행이나 압력단체에 의해 영향을 받아서는 안된다.
고정식 소화설비는 신뢰성에 의심을 가지지 않도록 정기적이고 수시적인 테스트와 유지관리 활동의 포함이 중요하다.
1.2.4.2.d 조명
CIE(국제 조명 위원회: International Commission for Lighting)의 권고사항은 가끔 너무 높은 수준의 조명을 요구하므로 PIARC에 의해 비난받아왔다. 독자들은 CIE를 포함하는 몇가지 방법에 대한 유럽 표준화 위원회(European Committee of Normalization)에서 발행되는 기술 보고서를 읽어보기를 권장한다.
조명은 터널 이용객의 안전과 편안함을 위해서 필수적인 도구이며, 조도 기준은 터널의 지리학적인 위치(도심지의 여부)와 형상(단터널인지 장대터널인지), 교통량과 차종 구성비등에 적합하도록 결정되어야 한다.
조명 장비들은 많은 전력을 소비하며, 기능과 성능에 대한 최적화의 작업이 아직도 진행중이다.
1.2.4.2.e 데이터 전송 – 지휘 - SCADA
SCADA는 예민한 시스템으로 터널의 뇌에 해당되며 수집과 전송, 정보의 가공 및 장비의 운영 명령에 따른 전송등을 허가한다.
이 시스템은 설비와 조직, 운영 모드, 터널이 위치한 장소의 위험 양상, 대응에 포함된 절차와 같은 터널내 조건에 대한 꼼꼼한 해석을 필요하다.
통제 및 제어 센터의 조직은 특정 조건의 터널이나 터널들의 그룹 등에 양상에 의해 매우 조심스럽게 분석되어야 하고, 사고시 운영이나 운영자들의 과중한 업무를 줄이고, 더 효율적으로 운영하기 위하여 자동 장치나 전문가 시스템에 의해 운영되는 것을 가정하여 구축되어야 한다.
이런 시스템의 개발과 제어에는 연속적인 단계(특별히 공장 테스트)와 테스트, 현장에서 모든 시스템의 통합 이후 전체적인 통제등 상세설계는 길고, 섬세하며, 매우 엄격한 방법이 필요하다. 경험적으로 수많은 오류와 다음과 같은 현실과 시스템의 차이에서 발생한다.
본 매뉴얼의 8.2절 감시제어 및 데이터 저장(SCADA) 시스템에는 이런 다른 양상들에 대한 내용을 종합적으로 정리하였다.
1.2.4.2.f 라디오 – 통신 – 저전압 회로
다음과 같은 설비들이 포함된다.
1.2.4.2.g 신호표지
신호표지는 8.9절 표지판에 관련된다.
다른 설비들보다 더더욱, 신호표지의 과다는 적정성과 목적성을 해치게 된다.
가독성, 일관성, 균질성을 가지는 신호등 체계(이용객들에게 대피 신호와 정보의 우선권)는 터널 내부와 그 접근로 신호표지 설계에서 우선권을 가진다.
고정된 신호 표지판, LCS, VMS, 교통신호와 정지신호, 비상구 신호표지, 특정한 출구 표지, 안전 공간 표지판, 제거 가능한 차단막과 같은 물리적인 차선 차단 기구, 차선 표시 및 차선 럼블 스트립등은 신호 표지의 일종이다. 이 장비들은 이용객과의 통신 수단의 일종으로 인식된다.
1.2.4.2.h 화재 진압 장비
화재 감지기는 국부적인(지하 승강장이나 기계실 등의) 화재 감지장비, 차선 상부의 선형(열 감지 케이블)장비등이 있다.
다음과 같은 다양한 화재진압 장비들이 있다.
1.2.4.2.i 기타 장비
다른 장비들은 안전에 관한 사항이나, 편안함, 구조체의 보호등의 목적으로 설치 되기도 한다. 예를 들면
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