1.7  복합적인 지하도로 네트워크 

1.7.3  특이한 정책적 도전들

“지하 도로 네트워크”는 “복합적인 시스템” 이다.  앞의 1.1장부터 1.5장까지 제시된 모든 권고사항들은 이에 해당된다. 그럼에도 불구하고, 1.1장에서 언급된 특정  ‘부분집합’과 ‘매개변수’들은 지하도로망에 현저하게 잠재적인 영향을 미친다.  ‘변수들간의 상호작용’(1.1.2.2절 참조)은 일반적으로 그리고 훨씬 더 확장되고 복합적이다.

앞의 장에서 언급된 몇몇 주요한 전략적 도전들과, 그들의 주된 상호작용과 아래의 부가적인 변수들은 터널의 설계, 건설 및 운영을 발달시키는 과정에서 면밀히 고려되어야 한다.

1.7.3.1 기하구조

이 항목은 터널의 횡단면, 종단 선형, 교차로, 입출구 램프 등에 적용된다.  1.2.1절의 권고사항에 더해서 다음과 같은 요소들이 고려되어야 한다.

a – 토지 점유

토지 점유는 야외(도로, 건물과 다양한 구조물, 공원과 보호구역 등)의 표면 점유와 지하공간의 용적 점유(지하철, 주차장, 다양한 도로망, 건물기초 등의 지하구조물)를 다룬다.

지하와 지상공간을 접속하는 여러가지 방법 : 환기탑, 입출구 램프, 대피통로 및 비상연결로 등

지하와 지상 점유에 있어 제약조건은 항상 주어진 장소에서 호환적이지 않을 수 있으며 지상의 구조물을 지하구조물과 분리할 필요가 종종 있다.  이러한 상황은 사갱 또는 터널 선형에서 떨어진 위치에 있는 수직갱과 연결되는 지하통로 등을 통해 해결 가능하다. 

b - 지질학, 지질공학, 수리지질학

지질학, 지질공학, 수리지질학적 조건들은 횡단 및 종단 선형, 특히 지반안정 위험, 기존구조물 지하통과구간 건설 그리고 기존 지상 및 지하 구조물과 필요한 이격거리 등에 대해 중요한 영향을 미치며 고려하고 있는 건설공법과도 관련이 있다.

이러한 조건들은 지하 교차로의 위치에도 영향을 미칠 수 있다.  예를 들면, 지하수위 아래 푸석푸석한 흙 조건일 때 합류와 분기 지점의 램프를 만들기 위한 단면의 부분적 확폭시 지상에서부터 공사를 필요로 할 수 있다(대형 수직갱, 토지 처리 및 정리 등).  이러한 작업은 지상에 임시적인 점유를 필요로 한다. 그러므로 이러한 조건에서 지하 교차로의 위치는 지상의 부지 점유에 대해 고려하여야 한다. 

c - 교통의 기능성

터널 선형의 기능성은 주로 지상(또는 다른 지하 구조물)의 도로 네트워크와 연결되는 지역을 다룬다. 터널의 주출입구, 접속과 진출 램프, 교차로의 위치 및 설계는 이런 기능성에 영향을 받는다.

이 모든 연결로의 위치는 지하 네트워크의 교통량 뿐만 아니라 복수의 입출구와 연결된다. 연결로는 지상 도로 네트워크의 교통용량을 흡수하는 것을 반드시 고려하여야 하며, 지하 도로의 교통정체를 피하고 교통사고 및 심각한 터널 화재사고 위험을 감소시키기 위해서 연결로 설계를 조절하여야 한다.

d - 안전 - 사고의 위험

기존의 도로망에 대한 분석은 곡선 기하구조, 과도한 종단구배, 그리고 합류와 분류 램프 지역의 부족한 가시도 등의 지역에서의 사고

이 모든 요소들은 새로운 네트워크의 종단 및 횡단선형 설계의 초기단계에서 반듯이 주의깊게 고려되어야 한다.  

e - 건설 공법 - 공기

건설 공법은 종단 및 횡단선형에 직접적인 영향을 미친다(그 반대도 마찬가지다).  이러한 요소들은 지질학적, 지질공학적 그리고 수문지질학적 조건에 의해 크게 영향 받는다.

건설 공법은 터널 입출구의 위치에 중요한 영향을 미친다.  특히, 실드공법(니수식 실드 또는 진흙압력식 실드)의 사용은 터널굴착기계(TBM)의 조립뿐만 아니라 공사기간 동안(특히 슬러리 처리나 임시저장고)에 충분한 부지를 요구한다.  전형적인 굴착터널(토질조건이 허용할 때)은 터널 입출구 근처에 보다 적은 시설을 요구하며, 보다 적은 부지면적이 필요할 수 있다.

터널 중간에 공사용 접속점이 있는 경우의 예처럼 공사기간의 단축에 대한 분석은 종단 및 횡단 선형에 영향을 미칠 수 있다.

f – 환경적인 조건들 

네트워크의 운영시점에서 가장 주요한 요소는 공기질 및 소음 문제이다. 이런 문제들은  터널 입출구와 수직갱의 위치에 영향을 받는다. 이런 문제들은 환경적인 영향을 줄이기 위해 수직구와 같은 추가적인 장비를 고려할 때, 반듯이 주의깊게 해석되어야 한다.  

터널 입출구 및 필요한 임시 작업장의 위치는 환경문제로 인한 건설공법과 공기를 포함하여 분석되어야 한다. 예를들어, 일반적인 건설공법은 TBM공법에 비하여 상당한 수준의 소음문제를 유발한다. 만약 터널의 입출구가 소음에 민감한 지역에 위치한다면, 공사는 야간시간대에 중지되어야만 할것이며, 이는 공기의 연장을 가져와 결과적으로 공사비의 증가를 가져올 것이다. 터널 입출구의 위치의 이동하거나, 선형을 변경하면 이런 문제를 최소화 할 수 있다.

1.7.3.2 대표단면

1.2.2 절의 권고사항에 더하여 다음의 구성요소들이 반드시 고려되어야 한다.

a – 교통의 양상 - 기능

1.7.2.4절에서 논의한 바와 같이, 교통의 양상은 초기 조건에서부터 시간의 흐름에 따른 변화까지 조심스럽게 해석되어야 하는 요소이다. 많은 도심지 지하 네트워크는 비록 일반적인 차량의 통과높이와 차선폭(모든 종류의 차량이 통행 가능하도록 정의되어 있는)을 고려하여 설계되어있는 경우에도 중차량(서로 다른 조건에 따라 3.5톤에서 12톤까지)의 통행을 금지하고 있다

지하 네트워크의 “기능” 분석과 해당 기능의 진화에 대한 분석은 필수적이다. 이를 통하여 현재와 미래의 네트워크에 사용될 교통 특성에 적합한 수직 통과높이와 차선폭 같은 기하학적 특징의 선택을 통하여 대표단면의 최적화가 가능하다. 

선택된 특성에 따라 20%~30%까지 건설 비용의 상당한 절감이 이루어진다. 일반적인 수직 통과높이와 차선 폭을 가지는 터널에 비하여 발생된 이런 절감액은 프로젝트의 자금 조달이 가능케 하여 프로젝트가 실현 가능하게 한다. 

b - 교통량 

교통량은 본선 터널의 차선수 및 분기점, 진출입 램프의 정의할 때 고려되는 주요 요소이다.  

교통량은 터널 입출구부의 합류 또는 분기 차선수의 결정에 영향을 미친다. 출구 램프와 지상 네트워크의 접속에 따른 혼잡 발생의 위험성 또한 반드시 고려되어야 하며, 결과적으로 본선 터널의 병목현상이 시작되는 지점에서 주요 도로에서 출구 램프로의 분기되는 지점 상류의 교통흐름을 위한 병렬차선의 설계 및 확장에 대한 고려가 필요하다. 

c - 환기 

구조물 내부에 설치되는 환기 갤러리는 공간적 요구조건이 커지는 한가지 원인이 된다. 그러나, 초기 “위험물 및 위협 분석”을 수행하는 것이 필요하며, 기능적인 대표단면의 특성을 정의하기 전에 초기 환기설비의 설치를 위한 공간을 설정하는 것이 필요하다. 이런 접근은 종종 반복적으로 수행된다.

d – 지질학 – 지반공학 – 수문 지질학 – 건설 공법

지질학, 수문 지질학, 지반공학적 조건 및 건설 공법(이런 요소들은 종종 상호 연결된다)은 대표단면의 모양 및 표면 크기에 큰 영향을 미친다. 다음 예시는 이런 상호작용을 설명한다. 

지하수위 아래 푸석푸석한 흙 조건일 때, 본선 터널의 건설을 위하여 실드의 사용이 필요하다. 본선 터널은 원형 단면이 될 것이며, 대표단면은 다음과 같은 기능들에 영향을 받는다.

• 쌍굴터널에서 비상 탈출구는 일반적으로 두개의 터널 사이에 연결 통로를 제공한다. 푸석푸석한 지질 조건에서 이런 형태의 연결통로의 설치는 그라우팅이나 프리징과 같은 지질 보강작업이 필요하기 때문에 상당히 비싸지게 된다. 그간의 연구를 통해 굴착단면에 비상 갤러리를 포함하는 설치(일반적으로 도로면 하단부에 설치됨)하고, 터널 진행방향을 따라서 탈출 갤러리를 수직으로 연결하는 것이 더욱 경제적이라는 것이 밝혀졌다. 
• 진출 램프나 램프상의 합류를 위한 차선 분기에는 수백미터에 걸친 확폭된 단면이 필요하다. 푸석푸석한 지질조건에서 이런 단면 확장에는 지극히 많은 비용이 들어간다. 램프로의 출구전용 차선이나 합류차선, 본선 터널에서 비상정지 차산으로 사용가능한 추가적인 차선을 가지는 대표단면을 고려하는 것이 더 경제적이다. 비용이 증가되는 이런 공간의 확장은 불과 수십미터로 제한 가능하다. 임시 수직구의 내부에 기계실이나 환기 정류소 설치를 위한 공간의 확보가 가능하다. 

1.7.3.3  안전 및 운영

1.2.3절의 권고사항은 “지하 도로 네트워크”에 완전히 적용 가능하다. 분석적 접근법은 지하 네트워크의 복잡성과 다음과 같은 특정 요소들에 의해 악화되는 영향이 반드시 고려되어야 한다.

a - 교통 

교통량은 일반적으로 큰 영향을 미치며, 많은 교통량에 의해 교통 정체는 빈번히 발생된다. 이런 현상은 터널 내 사고시 대피해야하는 사람들의 증가함을 의미하고, 터널내 대피객의 증가는 매우 중요해진다. 

램프의 합류 및 분류 구역은 사고 발생의 관점에서 매우 중요한 지점이다.  

일반적으로 프로젝트의 시작 시점에서 교통 장애는 매우 세심한 주의를 가지고 분석되었다고 가정해보자. 병목현상의 발생에 대한 가능성을 줄이기 위하여 지하 네트워크로 들어가는 교통량의 증가시키는 것이 가능하다. 반대로, 이런 현상은 교통량의 관점에서보면 사회기반시설 용량의 상당한 저하를 가져올 수 있고 이런 이유가 사회기반시설을 건설하는 사유가 된다. 교통 용량 확보를 위하여 추가 시간대에는 진입 교통량을 줄이거나 심지어 없애려는 조치가 취해져야 한다.  네트워크가 교통 장애에 대한 초기 가정이 무시된체 설계되면(특히 사고시 안전이나 환기시의 개념에서) 병목현상의 발생 가능성이 높아지거나 병목현상이 되풀이하여 발생된다. 

b - 비상 대피 - 비상 탈출로

분석에는 다음의 요소들이 영향을 미친다.

• 잠재적으로 높은 교통량의 많은 이용객이 대피가 필요하며, 결과적으로 적절한 정보의 제공과 통신, 대피 방법이 필요하다. 
• 수많은 연결로들, 운영 방법의 다양성, 결과적인 연결, 보호되고 대피되어야 할 고객들과 사고 지점의 정확성 등 “네트워크”로 연결된 다른 도로의 복잡성
• 교통의 영향과 지상 네트워크의 정체 가능성, 사고 지점의 정확한 지시, 진입 지점의 적당한 설정 및 사고 처리 방법에 따른 대응 시간의 지연
• 네트워크에 대한 정확한 지식과 훈련과 교육을 통한 적절한 대응을 할 수 있는 응급 대응팀의 필요성(1.7.3.4절 참조)

c - 환기

환기시스템의 개념과 설계에는 다음의 요소들이 영향을 미친다.

• 시간의 흐름에 따른 진화하는 교통량과 교통 특성(차종 구성비)
• 일반적으로 화재 연기 배출시스템의 필요하게 만드는 교통 정체의 위험성
• 오염공기의 배출 지점, 배출 방법과 배출의 적절성 등 환경적인 제약조건들.
  • 터널 본선에서 떨어진 곳에 공기 배출구의 건설 및 터널과 수직구에 연결된 터널과 독립된 환기 갤러리
  • 공기중에 배출되기전 공기를 정화하는 터널내에 설치된 공기 필터링 시스템  
• 수많은 네트워크 연결로 및 화재시 전체 네트워크로 화재 연기 및 불꽃의 확산을 방지하기 위한 독립적인 운영방법의 필요성

d – 이용객과의 통신

터널 네트워크 내의 수많은 연결로를 통틀어 터널 이용객과의 적절한 통신을 제공해야 한다. 통신시스템은 화재시 운영적인 요구에 의하여 다른 연결로들 간에 차별하된 방법으로 제공되어야 한다. 

이용객들은 특별한 표지판이나 특정 색을 이용한 보드등을 이용하여 네트워크 내의 자신의 위치를 쉽게 인지할 수 있어야 한다.

교차로나 램프등에는 방향 표시판 및 우선순위 정보 표지판의 설치를 신호등과의 가시거리 및 신호등의 가독성등을 고려하여 세심하게 검토되어야 한다.

e – 운영 요구조건

1.2.3.6절과 같은 특정한 운영 요구조건은 네트워크의 복잡성, 교통량, 특정 교통량 조건하에서 대처을 성공적으로 하기위한 결과적으로 발생하는 복잡성등이 적합하게 고려되어야 한다. 

1.7.3.4 운영 및 안전 장비

1.2.4절의 권고사항은 “지하 도로 네트워크”에 적용 가능하다. 반대로, 1.7.3장에서 언급한 지하 도로 네트워크의 복잡성과 추가적인 요구과 조건들을 고려하여야 한다. 

협력적인 관계에 있거나 서로 연관된 네트워크의 운영자들 간에는 교통 관리나 화재시의 안전, 이용객들의 대피, 화재사고시 응급대응 기관들의 반응과 대처 등 특정한 상황에 대한 정확한 분석을 바탕으로한 연결체계가 필요하다.  

제어 센터는 네트워크들과 분산된 운영자들간의 연결체계에 영향을 미쳐야 한다. 공통 정보의 전달 및 하나의 제어 센터에서 다른 센터로의 임시적인 지휘체계가 수립 가능하여야 한다. 제어 센터들의 네트워크 구조와 그들의 최종 성능, 방법의 설계에는 조직들, 책임체계, 도전과 위험에 대한 전체적인 분석이 필요하다. 이 분석에는 평상시와 비상 시나리오에 대한 모든 상황에 대한 반영이 필요하고, 네트워크의 서로 다른 세부 조직들의 상세 대응 및 그들 제어센터들의 상대적인 책임등에 대한 상세한 검토가 필요하다.