초기에 장애물(일반적으로 산)을 통과하기 위한 목적으로 설치된 터널은 최근 몇 년 동안 복잡한 장비(환기 시스템을 포함하여)들의 결합 증가와 운영방법에 있어서 점점 복잡해지고 있다. 여기에는 정교한 운영 시나리오를 모두 수용할 수 있도록 설계된 수만개의 항목을 제어할 수 있는 통제시스템 및 제어장치의 배치를 포함한다.
그림 1.0 : St Gothard 터널 화재
1999년과 2001년 사이에 일어난 Mont Blanc, Tauern, Gothard터널 참사 이후, 전체적인 시스템 관점에서 안전과 관련된 모든 요소에 대한 인식의 필요성이 강조되었다. 이는 설계단계에서부터 토목공학적인 부분과 특정 터널 장비의 선정시 영향을 중요한 미치는 부분에 좀 더 제한적인 규정을 적용한 결과이다.
터널은 일반적으로 건설과 운영이라는 두 가지 측면에서 모두 “비싸고 위험한”일로 여겨진다. 이런 이미지는 터널을 도로나 철도망에 처음 적용하려는 일부 나라에서 적용을 매우 꺼려지게 만든다. 이런 우려를 종식시키기 위해, 건설과 운영비용, 위험 통제(주로 건설단계에서 발생하는), 운영단계에서의 사고 및 화재의 최소화, 설계에서부터 건설 및 운영단계까지의 터널 설비의 최적화가 필수적이며, 그에 대한 요구가 점점 증가하고 있다. 터널의 건설을 위한 재원의 조달과 자금조달 모델로 “경제개발협정”, “턴키”, “민간-공공 협업”모델등의 적용이 증가되면서, 이런 위험과 비용의 통제는 더욱 강화된다.
본 매뉴얼의 1장에서는 다음과 같은 목표를 가진다:
터널 소유주들이 수행해야 할 대응절차나 설계자에 의해 고려되어야 하는 특별한 기술제공, 안전하고 편안한 터널환경을 제공하기 위해 운영자가 수행해야 할 업무에 대한 자세한 핸드북은 1장에는 포함되어 있지 않다. 특별히 1장에는 설계의 핸드북에 대한 주제는 포함되지 않았다. 이 장의 목적은 터널 운영중에 발생 가능한 여러가지 실수를 회피하고, 대응의 최적화를 위하여 복잡한 시스템의 이해와 설비의 설치등 특별한 사항들에 대하여 독자들에게 주의를 환기시키는데 있다.
"터널은 복잡한 시스템이다"에는 토목 공학, 환기 및 안전시스템 등 다양한 항목과 연관된 “복잡한 시스템”으로의 터널에 대하여 설명하고 있고
"새로운 터널의 일반적인 설계과정"에는 터널을 설계할 때 고려되어야 하는 주요 항목들
"수리 - 기존 터널의 업그레이드"는 운영중인 기존터널의 업그레이드나 개보수시의 고려사항
"터널의 생애 단계"는 건설에서 생애주기까지의 각 단계별로 필요한 주요 대응사항에 대한 분석
"건설과 운영, 업그레이드 비용 - 금융적인 측면"은 건설과 운영, 수선비용에 관계된 이슈 뿐만 아니라 특정 자금조달 방법에 따른 주요 지분에 대한 설명
"규정 - 권고사항"은 유럽과 세계각국에서 발간된 주요 권고사항과 지침, 규정등에 대한 리스트를 싣고 있다.
"복합적인 지하도로 네트워크"라는 절은 복합터널의 사례와 다양한 도표를 보여준다.
이 문서는 도로터널 운영 분과위원회의 프랑스어 서기이며, 작업그룹 5의 회원인Bernard Falconnat(Egis, 프랑스)에 의해 구성되었으며, 그가 작성한 프랑스어 문서를 영어로 번역한 것이다.
원본인 프랑스어 버전은 Didier Lacroix (프랑스) 및 Willy De Lathauwer (벨기에 – 위원회 내부의 ITA 대리인)에 의해 수정되었다.
이번 장의 영어 번역 및 매뉴얼 웹페이지 게시는 류승완(한국도로공사 과장), 검토는 김남구(한국도로공사 부장)에 의해 수행되었다.
터널은 아주 많은 변수들의 상호작용의 결과로 이루어진 복잡한 시스템으로 구성되어 있다. 이 변수들을 하나의 부분집합으로 구분될 수 있으며, 주요한 내용은 그림 1.1-1에 나타내었다.
이 모든 변수들은 부분집합내 또는 각각의 부분집합간에 변화 가능하며 상호 작용을 한다.
변수들의 상대적인 가중치와 각각의 특성은 각각의 터널의 상태에 따라 변한다. 예를 들어
그림 1.1-1 : “복잡한 터널 시스템”의 주요 부분집합에 대한 스케치
주의 1: 각각의 연결은 복합적이며, 역방향으로도 가능하다. 터널의 일반적인 개념과 기능적인 부분은 그림의 중앙부에 위치하며, 다른 항목에 대한 사항이 그림의 중앙부에 추가되면 유사한 형태의 도표가 그려질 수 있다.
주의 2: 첫번째 원은 기술적인 부분을 나타내며, 다른 부분에서는 다양한 양상을 나타낸다.
주의 3 : 두번째 원은 진행될 프로젝트의 맥락을 나타내며, 몇몇 요소는 다양한 양상을 나타낸다.
새로운 터널의 설계나 기존 터널의 개보수 혹은 업그레이드시 수 많은 변수들이 영향을 미친다. 이런 변수들이 최종 결정에 영향을 어떻게 미치는지를 나타내는 것은 매우 복잡하며, 충분한 경험을 가진 다양한 구성원의 참여가 요구된다. 다음과 같은 이유로 이런 일들은 가능한 빠른 시점에 이루어져야 한다.
각각의 터널에서 구체적이고 특별한 상태에 대하여 효과를 얻기 위해 모든 해석이 이루어져야 한다. 이런 해석은 다음과 같은 경우에 적절한 해답을 줄 수 있다.
모든 경우에 통용되는 절대적인 해법은 없으며, 단순히 기존 방법의 재활용이 항상 적절한 해답이 되지 못한다.
터널 설계와 최적화에는 다음의 사항이 요구된다.
다음 장에서 이런 복잡성과 상호작용을 간략화하고 순환적인 특성을 분석하기 위한 반복적인 분석에 대한 몇가지 예제를 보여줄 것이다.
이 예제의 목적이 독자들에게 이슈에 대한 이해를 간략화하고, 특정 터널에 대한 고려가 가능하도록 구성되어 있으므로 자세한 내용은 포함하고 있지 않다.
표 1.1-2는 토목 공학과 관계되는 주요 변수들에 대한 예제를 보여주고 있다.
변수들간의 상호작용은 수없이 많으며, 종종 순환적으로 연결되어 다양한 변수들 서로간에 영향을 미친다.
아래의 예제(표 1.1-3)는 환기와 대표단면, 안전성에 대한 상호작용의 예이다
이 그림에서 보면 몇개의 열들에 공통적인 요소들이 나타난다(연결된 선들을 참조하기 바람). 이 변수들은 다양한 변수들의 부분집합에서 순환적인 상호작용을 만들고 있다. 이런 상호작용은 복잡한 기능에 의해 연결되고, 순수한 수학적인 접근으로는 해석이 거의 불가능하다. 이 문제를 해결하기 위해서는 다양한 변수들간의 계층적인 정의가 필요하며, 상위 계층에 대한 변수들에 영향을 미친다는 가정을 해야 한다. 이 계층적인 변화는 프로젝트마다 다르다. 예를 들면
표 1.1-3 : 변수들 간의 상호작용
앞서 예제에서 보여주듯 이 과정에서는 초기 가정에 근거한 반복적인 해석이 필요하다. 이 프로세스에는 안전성과 운영에 대한 요구수준 달성과 프로젝트의 최고 수준의 최적화의 보장을 위하여 대형 횡류식 환기시스템에 대한 다양한 경험을 가진 엔지니어가 연관된 변수들의 영향을 파악하고, 높은 수준의 목표를 가지고 연속적인 반복작업을 하는 것이 필요하다.
표 1.1-4는 환기시스템과 관련된 주요 변수들에 대한 예제를 보여주고 있다. 이 테이블은 자세한 내용은 포함하고 있지 않다.
토목 공학적인 부분에서 수많은 변수들간의 상호작용을 가지고 있다. 또한 이 변수들은 순환적인 관계를 가지고 있다.
이 문제를 해결하기 위한 프로세스는 앞절 토목공학적인 부분의 주요 내용과 유사하다.
기능적인 부분 정의에 대한 기초 변수는 구성되지 않으며, 다음의 예외를 가진다.
운영 장비는 입출구 부근의 관리사무소와 지하 정류장의 전기/기계실, 다른 (전기, 기계와 관련된)지하실 및 다양한 여유 공간(실), 틈새공간 등의 크기 결정을 위해 필수적인 변수들이다. 이런 장비들은 종종 온도, 냉난방 및 공기질 관리 필요 여부등에 따라 특정하게 배열되어야 한다.
또한 건설 및 운영, 유지관리 비용도 매우 중요한 요소이다.
운영 장비는 터널의 안전과 관련된 필수적인 변수들로 구성된다. 다음의 목적에 부합되게 설계 및 설치, 유지관리 되어야 한다.
그림. 1.1-5 : 안전에 영향을 미치는 요소들
사회기반시설은 건설 비용에 있어서 중요한 변수이다. 그러나 안전성의 향상을 위해 필수적으로 고려되어야 할 다음과 같은 대비책이 고려되지 않은 상태로 막대한 자금이 사회기반시설에 투자되는 경우가 있다.
안전과 관련된 이런 변수들은 터널 프로젝트에 있어서 더 중요하게 혹은 덜 중요하게 영향을 미친다. 아래의 테이블은 그에 대한 몇 가지 예시이다.
주의 : 다음의 4개 표는 그림 1.1-5에 4가지 주요 항목과 관련된다.
네번째 열은 영향의 주요 원인과 이유를 밝힌다.
| 기반시설 | 영향 | 설 명 |
|---|---|---|
| 대피로 | 굴 내부 – 병렬 갤러리 – 외부 직통 연결통로 - 피난연결통로 | |
| 응급 구조팀 접근로 | 굴 외부로부터 – 지정된 접근로 – 비상 대피로의 겸용 사용 | |
| 대피객의 수 | 비상 대피로의 규격 – 터널 내 설치 간격 | |
| 환기 | 환기 개념 – 현재 운영 및 교통 조건에 따른 순수 종류식 시스템의 적용 불가 |
| 운영 | 영향 | 설 명 |
|---|---|---|
| 대응 절차 및 계획 | 신호표지등 – SCADA – 이용객들과의 통신 | |
| 구조 대응팀 | 입출구 건물의 규격 – 지하 설비 가능성 – 특별한 조치 – 물탱크 크기 | |
| 팀 훈련 | 특정 외부 장비 – 특별한 소프트웨어 |
| 차량 | 영향 | 설 명 |
|---|---|---|
| 평균 및 첨두시간 교통량 | 차선수 – 환기 개념 및 규격 | |
| 위험물 운송 | 환기 영향 – 위험물 누출시 배수 – 소방관 동행 운송의 운영 절차 => 주차설비 및 관련직원 | |
| 차량의 상태 | 차량 치수검사 및 터널 진입전 기계장치 과열검사 => 온도제어 설비, 주차장, 관련 직원 | |
| 특정 차량 등급의 제한 | 예를들면 소형차 전용 도심지 터널 – 터널 규격, 환기, 비상 대피로 |
| 도로 이용객 | 영향 | 설 명 |
|---|---|---|
| 정보 | 터널 진입전 전단 배포 – TV 정보 캠페인 | |
| 실시간 통신 | 정보표지, VMS, 라디오 재방송, 교통 신호등, 교차로의 영향, 기계/전기, SCADA, 원격 차단막 등 | |
| 교육 | 몇몇 유럽 국가의 드라이빙 스쿨 | |
| 피난 대피로의 안내 | 정보표지, 핸드 레일, 점멸등, 경보, 기계/전기, SCADA | |
| 속도 제어 – 차간 거리 | 레이더 및 거리 측정기, 기계/전기, SCADA |
터널이 “복잡한 시스템”이라고 하는 것은 다음과 같은 의미이다.
설계단계에 연관되는 다양한 대응 등 “터널을 만드는 문화”에 대한 충분한 경험 부족으로, 불행히도 문제점에 대한 단편적인 대처가 아직도 종종 시행되고 있다.
이런 복잡한 시스템의 제어는 어렵지만, 다음의 위하여 꼭 필요하다:
동시에 이런 복잡한 시스템을 제어하기 위해 가치공학 프로세스를 이용한 기능의 쉽고 명확한 정의가 프로젝트의 기술적이고 경제적인 최적화에 도움을 준다.
프로젝트의 시작단계에서부터 다음과 관련된 주요 사항들이 영향을 미친다.
이런 복잡한 문제를 해결하기 위한 효과적인 접근
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
안전 활동과 관련된 기존터널의 업그레이드나 개보수는 운영적인 측면에서 해석과 방법에 대한 특별한 문제가 발생한다. 기존 터널의 공간이나 제한조건을 고려해야 하므로 새로운 터널에 비해 자유롭지 못하며, 각종 장비와 장비들의 통합은 특이해진다(범용성을 가지지 못한다).
공용중인 터널의 수리나 업그레이드는 종종 건설 기간과 비용의 증가를 가져오고, 작업중에 안전도가 감소하며, 교통량과 교통조건에 심각한 영향을 가져오기도 한다. 이런 단점은 터널의 실제 조건과 상황, 설비들과 주위 환경에 대한 불완전한 해석과 교통에 대한 영향을 완화시키기 위한 전략과 절차의 부재로 만들어진 결과이다.
2.8절 기존터널의 안전도 평가와 개선은 기존 터널의 안전도 진단과 업그레이드 계획의 발전에 관련된 방법론을 제시한다. 4.9절 유지관리와 개보수 작업중의 운영은 공용중인 터널의 작업과 관련된 특정한 이슈들을 설명하고 있고, 이러한 성향은 위에서 언급된 문제점을 완화하는데 도움이 된다.
다음 절에서는 독자들이 유념해야할 주요사항들을 나타낸다.
터널의 자세하고 철저한 진단은 업그레이드나 수리의 필수적인 단계이다. 불행히도 이런 단계는 종종 무시된다.
터널의 물리적인 진단이 다음과 같은 이유로 필요하다.
이런 물리적인 진단은 조직과 유지관리, 운영 절차 및 안전과 구조활동 조직과 관련된 모든 문서들의 특정한 진단이 이루어져야 한다. 이 단계에서의 진단은 터널이 수리 이전의 초기 상태보다 안전과 관련된 모든 상태를 개선하기 위한 다양한 조직들의 훈련과 관련된 활동을 요구하기도 한다.
진단은 터널의 실제 상태를 기초로 한 위험도 분석을 이루어져야 하며, 이 분석은 다음과 같은 두 가지 목적으로 이루어 진다.
데이터 수집이나 전송, 자동 동작 기기 및 SCADA등 향후 업데이트될 설비가 현재 상태나 추정상의 작동 여건, 기술적인 호환성에 의해 개선이나 추가, 통합의 가능성이 있을 때 작업 기간중 위험을 뒤늦게 발견하는 것을 방지하기 위해 진단작업을 통해 확인되어야 한다.
수리 및 업그레이드 계획은 다음의 두 가지 단계로 진행된다
개발 계획은 다음의 같은 요소에 영향을 받는다
터널의 물리적인 환경과 공간의 이용 가능성에 따라 기반시설과 장비의 적정한 수준의 최적 업그레이드가 가능하며, 좀더 제한된 계획의 정의가 필요하다. 이런 제한된 계획은 개선 작업이 완료된 후의 국제적으로 통용가능한 수준의 안전도 구현을 보증하기 위해 축소된 측정이 필요할 수도 있다.
계획의 검증에는 다음의 사항들이 필요하다.
업그레이드나 개선 계획은 물리적인 작업이 꼭 필요하지는 않다. 계획에는 다음과 같은 터널의 기능 개선이나 운영계획의 변경으로 구성된다.
설계의 이행 및 건설 단계에는 기술적이나 계약상의 특별조건 및 그 이행을 위한 수리 계획이나 업그레이드 계획의 변경을 포함된다.
이 단계에는 다음 사항에 대한 매우 자세한 해석이 필요하다.
임의적으로 터널의 생애는 다음과 같은 몇가지 주요 단계로 나눌수 있다.
이 단계는 새로운 터널의 생애에서 가장 중요한 부분이다. 이 단계에서 건설과 운영비용, 안전, 기술적이고 금융적인 위험 관리에 대한 부분이 결정된다.
이 단계에서 터널을 구성하는 복잡한 시스템들에 대한 수평적인 통합이 필요하다. 이 통합에는 설계의 가장 초기단계에서 시작해야 한다.
불행히도 이런 경우가 매우 드물다는 것이 지난 경험을 통해 증명되었고, 이전 단계의 계승을 통한 터널설계는 독립적인 과정이라고 여겨진다. 비록 그럴지라도 다음과 같은 사항을 알 수 있다.
기술적인 위험(특별히 지정학적인 요소들)의 관리와 건설비용 및 기간과 연관되는 결과는 토목 공학과 관련된 가장 중요한 양상이다.
건설의 위기 관리와 관련된 사항은 설계 단계에서 고려되어야 한다. 이런 고려는 자세하며 터널 소유자와 공유되어야만 한다. 위기와 관련된 결정들은 명확히 문서로 발간되어야 한다.
어떠한 위험을 가지고 있는 결정에는 실수가 있어서는 안되며, 금지사항이 있어서도 안된다. 예를 들어 타이트한 일정은 모든 불확실성을 없애기 위해 필요한 모든 형태의 조사에 적합한 시간을 제공하지 못하기 때문이다.
그러나 위험을 가지는 결정은 다음과 같은 사항의 대한 매우 자세한 반영이 있어야 한다.
다른 조직의 부주의나 불완전한 행위의 결과로 위험을 내포하는 결정을 해서는 안된다.
독자들은 다음과 같은 운영 설비와 연관된 부분에 주의를 가져야 한다.
이 단계는 터널의 생애에서 과소 평가되고 잘 고려되지 못한다. 이 과정에 소요되는 시간은 종종 인정받지 못하고, 불완전한 조건하에서 시운전을 하거나, 안전에 관한 중대한 요소가 노출된 상대로 진행된다.
이 단계에는 다음의 사항을 포함한다.
주요 목적은 다음을 보증하기 위해서이다.
또한 다음의 목적을 위해 매일 이용하는 경로의 거리에 대한 상황을 검토하여야 한다
터널은 건설 및 운영비용이 상대적으로 비싼 토목공학적 구조물이다. 프로젝트의 초기단계에 기술적, 금융적 최적화를 위한 가능한 방법들을 주의깊게 검토하여야 한다.
설계의 초기 단계에 다음의 프로세스를 시행하기를 권고한다.
이런 프로세스는 건설과 운영 비용 등
터널의 건설 비용은 매우 유동적이며, 다음과 같은 이유로 크게 변경 가능하기 때문에(평균적으로 1~5배) 대표적인 킬로미터당 비용 비율로 표시하는 것은 불가능하다.
일반적인 지리조건에 설치되는 일반적인 터널의 평균 비용은 도심지가 아닌 일반 도로의 설치에 비해 약 10배에 달한다.
터널의 건설비용은 다음의 세가지 요소에 의한 구성된다.
아래의 두 그래프는 건설 비용의 구성을 보여준다. 왼쪽 그래프는 토목 구조물이 복잡하지 않은 경우의 구성비를 나타낸 것이고, 오른쪽 그래프는 토목 구조물이 좀더 복잡한 경우이다.
그림 1.5.1: 건설 비용의 구성비
주의 : 이 두 그래프는 토목 공정의 비용이 얼마나 중요한가를 보여주고, 토목 공정의 비용이 결과적으로 거의 두배가 된 것을 보여준다(오른쪽 그래프)
터널의 운영 비용은 다음의 3가지 요소로 구성된다.
아래의 두 그래프는 안정적인 경제상태의 건설 비용(토목 공사, 운영 설비, 변동 비용)과 전체적인 운영 비용(운영 시작 후 30년 간의 누적 비용)을 나타낸다.
그림 1.5.2: 30년간 비용 구성비
주의 : 이 그래프는 운영과 유지관리 비용의 중요성을 나타내며, 터널 설계의 초기 단계에서 적절히 선택되어야 하며, 매년 반복적으로 발생하는 운영 및 유지관리 비용의 최적화가 가능하다는 것을 보여준다.
이 장은 새로운 규정에 의해 수리나 업그레이드가 필요한 상환과 연관이 있다. 이런 작업은 대피와 구조물의 화재 저항성, 운영과 안전 장비, 새로운 안전 기준과 관련된 모든 요구조건과 관련된다.
기존 터널의 다양성과 그 터널들의 상태, 교통량, 새로운 안전 기준에 의한 중요성이 나라별로 다르기 때문에 통계적인 비용을 구해내는 것은 불가능하다.
프랑스에서 시행된 연구에 따르면, 2000년 이후 새로운 규정을 만족시키기 위하여 시행된 업그레이드 작업의 비용은 1천만 유로에서 몇억 유로까지 다양하고 몇몇 업그레이드작업에는 2억 유로가 넘는 예산이 투입되었다.
터널은 건설과 운영 측면에서 돈이 많이드는 기반시설이나, 지역 발전과 교통 흐름, 안전, 산을 가로지르는 신뢰성 있는 통행로의 확보, 환경 보호라는 장점이 있다.
이런 작업의 자원조달은 다음과 같이 보장된다.
본 매뉴얼에서는 자금조달의 다양한 방법이나, 동작 방법, 장점과 단점 등 자세한 사항에 대해서는 다루지 않는다. 그러나, 다음과 같은 경험에 의한 알려진 주요 가이드라인을 표현하는 것은 가능하다.
a) 공공 정부에 의한 재원조달
b) 터널이 사회기반 시설의 일부로 민간투자사업으로 재원 조달이 되는 경우
독립적으로 설치된 터널이 아닌 경우의 민간투자방식에 의한 재원조달은 양도인이 있고 없고를 떠나서 도심지로 연결되는 고속도로의 일부로 통행료를 받는 것이 일반적이다. 터널의 건설과 운영 비용은 선형적으로 연결되는 다른 터널들과 노상 기반시설물들의 일부로 포함된다. 경험적으로 킬로미터당 통행요금이 비싼 경우라도 이용객들에게 새로운 기반시설이 통행 시간을 줄여주고 서비스의 신뢰도를 높여주고, 안전하며, 편안함을 주는 등 충분한 서비스를 제공할 경우 쉽게 용인된다.
c) 독립된 터널의 민간투자사업
독립된 터널은 다음의 두가지 부류가 있다.
d) 민간-공공 협업사업이나 유사한 사업
많은 터널을 가진 국가들은 설계와 건설, 운영, 유지관리, 안전, 구조 서비스의 개입등에 대한 규정과 권고사항, 가이드라인 등을 가지고 있다.
유럽 연합에 소속된 국가의 도로 터널의 안전에 대해서는 Directive 2004/54/CE에서 범유럽 도로망의 일부로 500m 이상의 터널에서 이용객의 안전을 보장하기 위한 최소 규정에 대해 설명하고 있다. 또한 유럽의 좀 더 많은 국가에서 위험물 운송에 대한 유럽협정(ADR)과 같은 국제적 관습법에 영향을 받는다. 모든 유럽연합 국가들은 유럽 기준을 자국의 기준으로 준용하여 사용하고 있다. 일부 국가에서는 유럽 기준보다 더 높은 기준을 추가로 규정하고 있다.
도로 터널의 안전과 운영에 관한 기준과 권고사항들의 리스트는 세계도로협회(PIARC)와 지하 구조물의 운영 안전을 위한 ITA위원회((ITA-COSUF) , 세계 터널 및 지하공간 협회(ITA - AITES)의 공조로 수립되었다. 이와 관련된 문서들은 ITA-COSUF(출판) 웹사이트에서 찾아볼 수 있다. 이 리스트는 철저하지는 않지만 27개국의 국제적 패널과 3개 국제 협회를 통해 발간되었다.
터널이 없어 터널과 터널 안전에 대한 규정을 가지고 있지 않은 많은 국가들은 긴 세월에 걸친 터널에 대한 경험을 바탕으로 완벽하고 일관성있게 만들어진 기존 규정을 준용하기를 권고하며, 서로 다른 소스에서 필요부분을 추출하면서 중복된 사항이 없게 하기를 권장한다. 본 매뉴얼에 요약해놓은 바와 같이 세계도로협회의 제언은 European directive 2004/54/CE와 함께 국제적인 참고자료로 구성되어 있다.
본 장은 다음의 두가지 주요 부분으로 구성된다.
“복합 지하도로 네트워크”는 2012~2015년 회기 PIARC 소그룹 5에 의해 고려되어 왔다.
연구 계획은 다음의 두 부분으로 구성되며
복합 지하도로 네트워크의 용어사전에는 다음의 터널들을 포함한다.
모든 구조물은 다음의 몇가지 유사한 특성을 가진다.
사례연구의 목적은 전세계에 걸쳐 구조물의 형태를 규정하고 이에 대한 데이터의 수집, 수집된 정보를 요약, 분석하여 터널의 소유자, 설계자 및 운영자에게 사전 권고사항을 정립하는 데 있다
이러한 정보의 수집이 빠뜨림 없이 완전하지도 않고, 요약된 자료가 과학적 데이터베이스를 구성되어 있지도 않지만, 그럼에도 불구하고 적절하고 흥미있는 연구결과를 담고있다. 수집된 정보는 소그룹 5 멤버들이 속한 국가로 한정되어 있지만, 멤버들은 활동적으로 연락이 가능한 통신원들을 보유하고 있다.
일반적인 방법론의 다음과 같다.
600페이지가 넘는 상당한 양의 정보가 수집되었다. 그래서 모든 정보를 직접 출간하는 것은 적절하지 않은 것으로 판단되어 WG는 다음과 같이 결정하였다.
27개의 “복합 터널”이 분석되었으며, 그 목록은 아래 1.7.2.5절과 같다. 몇몇 “복합구조물”은 두개나 네개의 터널로 구성되었으로 실질적으로 총 41개의 개별터널을 분석하였다.
구조물들의 지리적인 분포에 대한 분석은 아래 그래프와 같다.
그림 1.7.1 : 사례연구에 이용된 복합터널의 분포 및 유럽지역 상세 분포
예제 분석에서 유럽지역의 터널이 과다하게 나타나는 이유는 다음과 같다.
특히, 칠레(산티아고), 호주(멜버른과 시드니) 그리고 대한민국의 두번째 프로젝트에 대한 조사는 불행히도 이번 보고서의 제출 기일까지 완료될 수 없었다. 상기 터널들은 향후 추가 조사가 고려되고 있는 독일, 중국, 일본, 싱가포르와 미국 등과 함께 다음 회기 동안 갱신될 예정이다.
주요정보는 다음의 사항들에 초점이 맞춰져서 분석되었다.
이 분석의 결과물로서, WG는 몇몇 예비 권고사항을 제시하였다. 이 권고사항들은 2016-2019 회기의 마지막에 발간될 보고서의 Part B에 자세한 내용이 추가로 작성될 것이다.
이들 예비 권고사항은 보고서 11장- 현재 상황, 논평과 예비 권고사항-에서 다음과 같은 측면을 다루고 있다.
지하 도로 네트워크는 주로 도시지역에 위치하고 있으며, 그 설계(특히 터널들의 선형)에 몇몇 제약이 있다.
구불구불한 선형 곡선, 접속부와 출구부 근처의 불충분한 가시도, 불충분하게 정의된 합류 또는 분기 차선의 특징, 그리고 지상의 도로망과 접속되는 출구 램프 설계의 부족 등을 포함하여 교통사고를 종종 야기할 수 있는 기하구조 조건은 주된 터널의 정체 등으로 이어진다.
선형계획에 있어 다음과 같은 사항을 고려하는 것이 권장된다.
b - 대표단면
위에 언급된 조사에서 볼 수 있듯이, 분석대상 터널중 80%는 3.5톤(어떤 경우에는 12톤) 이상의 중량을 갖는 차량의 통행을 금지하고 있다. 그러나, 터널 설계는 이러한 규제를 고려하지 않고 있으며, 차로폭 뿐만 아니라 허용통과높이의 최적화를 재고하지 않았다.
최근의 프로젝트를 대상으로 한 몇몇 조사에서 중차량 통행을 금지하여 터널 수직높이를 축소시킬 경우 상당한(최종 설계 특성에 따라20%~30%) 공사비 절감이 가능하다고 보여진다.
터널 프로젝트를 개발하는 초기단계에서는 터널의 ‘기능’, 교통조건(교통량과 차종구성비) 뿐만 아니라 재무적 타당성과 재원조달 방법에 대해 검토하고 분석하는 세부적인 연구가 수행되어야 한다고 권장된다. 이러한 연구는 축소된 기하학적 특성을 갖는 단면의 장점을 분석하는 방법으로 수행되어야 하며, 서비스 수준을 떨어뜨리지 않고 안전조건에 영향을 미치지 않는 프로젝트의 재무적 최적화를 촉진할 수 있다.
c - 환기
지하 도로 네트워크는 대개 교통량이 많다. 교통혼잡이 빈번하며, 네트워크 내에 생기는 병목현상의 확률이 높으며 반복적으로 발생한다. 결과적으로, 환기시스템은 예상 가능하거나 예상치 못한 위험의 분석을 통하여 개발되어야 하며, 병목현상을 고려해야 한다.
“순수한” 종류(縱流)식 환기시스템은 모든 안전요건을 충족시기기 적절한 유일한 방법이라고 보기 어려우며, 특히 교통지체 위치의 상류에서 발생한 화재 시나리오의 경우 위험하다. 종류식 환기시스템은 사고지점 하류의 화재연기 성층화 파괴를 유발하며, 이 경우 정지하거나 서행하고 있는 하류 차량의 모든 터널이용자가 위험하다.
현실적이거나 타당한 안전 개선대책이 효율적으로 적용되지 않는다면, 화재연기 배출구를 추가하거나 횡류(橫流) 또는 반횡류 환기방식을 적용하는 것이 매우 중요하다.
또한, 다른 네트워크의 분기도로들이 서로 독립적으로 운영되도록 환기시설을 가동할 필요가 있다. 그래야 화재사고 상황에서 연기의 확산을 제어하고 관리하는 것이 용이하게 된다.
교통밀도가 높은 도심 통과 터널에서 위험물질 수송차량과 관련된 위험은 주의 깊게 분석되어야 한다. 도심 교통조건하에서 위험물로 인한 대형화재의 영향을 현저히 감소시킬 수 있는 환기시스템은 없기 때문이다.
d - 소화활동(진화작업)
사고대응 팀이 현장 도착에 필요한 시간에 대하여는 정상시간과 피크시간의 교통조건을 고려하여 세부적인 분석을 하는 것이 필수적이다. 터널 입출구부에 화재 초기 진화에 필요한 설비나 자원의 설치 유무를 판단하기 위함이 목적이다.
도심지역에서 소방대원들의 이직률은 상대적으로 높은 편이며, 그들의 터널내 소화활동 경험은 상대적으로 드물다. 높은 이직률은 터널 소화활동에 전문적인 능력의 손실로 이어진다. 그러므로 사고대응팀에 대한 지속적인 전문교육과 훈련이 가능하게 하는 수단을 활용하는 것이 필수적이다. 시뮬레이션 소프트웨어를 활용한 도로 네트워크의 3차원 가상 모델은 적절하고 사용자친화적이며 효과적인 수단으로 제공될 수 있다.
e - 도로표지판
본선에서 분기되는 출구 램프의 사고를 감소시키기 위해서는 출구 램프의 가시성과 도로표지판의 가독성을 확보하는 것이 근본적 해결책이다.
분기점, 진출입 램프의 위치는 도로표지판의 컨셉과 마찬가지로 기본적인 선형 연구로부터 분석되어야 한다.
f - 환경
공기오염을 줄이기 위하여 지역 공동체와 이해관계자, 그리고 거주민들은 터널공기가 외부로 방출되기 전에 공기정화장치를 설치를 것을 종종 요구한다.
그 결과 대중의 압박에 의한 즉각적인 응답 차원에서 기술적이거나 합리적이지 못한 공기정화 장치의 설치가 결정되고는 한다. 이러한 이슈에 대하여 어떠한 의사결정을 내리기 전에 다음과 같은 사항이 필수적이다
g – 교통조건 - 교통관리
출구 램프와 지상 네트워크를 연결하는 도로는 실시간으로 교통감시와 교통관리가 가능한 방법으로 시설되어야 한다. 이러한 시설은 터널 내부의 교통정체를 감소시키며, 사고시 이용자의 신속한 대피가 가능하도록 안전성을 개선한다.
물리적으로 연결된 터널들의 운영자들간의 협력체계는 일반적으로 충분하다. 그러나 공통적인 사고처리절차와 서로 다른 터널과 그 교통상황에서 우선순위 결정을 통해 명확한 상황정의와 각각의 운영자 역할이 가미된 협력체계의 개선이 (특히 교통정체시의 화재사고에서) 필수적이다.
아래 표에 열거된 바와 같이 각각의 터널 복합구조물에 대한 연구보고서가 작성되었다. 보고서들은 웹사이트 하단의 ‘멀티미디어 키트’에서 찾을 수 있다. 노란색으로 표시된 터널의 경우 곧 온라인으로 업데이트 될 예정이다.
| 대륙명 | 국가명 | 도시명 | 복합터널의 명칭 | 부록 번호 |
|---|---|---|---|---|
| 아시아 | 중국 (CHN) | 창사(Changsha) | Yingpan Tunnel | 1-1 |
| 일본 (J) | 도쿄(Tokyo) | Chiyoda | 1-2 | |
| Yamate | 1-3 | |||
| 대한민국 (ROK) | 서울(Seoul) | Shinlim-Bongchun and Shinlim-2 | 1-4 | |
| 유럽 | 오스트리아 (A) | 비엔나(Vienna) | Kaisermühlen | 2-1 |
| 벨기에 (B) | 브뤼셀(Brussels) | Leopold II | 2-2 | |
| Belliard | 2-3 | |||
| 체코 (CZ) | 프라하(Prague) | Blanka Tunnel complex (3 tunnels) | 2-4 | |
| Mrazovka and Strahov | 2-5 | |||
| 핀란드 (FIN) | 헬싱키(Helsinki) | KEHU - service tunnel | 2-6 | |
| 프랑스 (F) | 안시(Anney) | Courier | 2-7 | |
| 일드프랑스 (Ile-de-France) |
Duplex A 86 | 2-8 | ||
| 리온(Lyon) | Croix-Rousse (road tunnel + multimodal tunnel) | 2-9 | ||
| 파리 라데팡스 (Paris La Défense) |
A14 / A86 motorway interchange | 2-10 | ||
| Voie des Bâtisseurs | 2-11 | |||
| 이탈리아 (I) |
발사시나(Valsassina) |
Valsassina tunnel | 2-12 | |
| 모나코 (MC) | 모나코(Monaco) | Sous le rocher tunnel (2 interconnected tunnels with “Y” form layouts) |
2-13 | |
| 노르웨이 (N) | 오슬로(Oslo) | Opera tunnel (chain of 4 tunnels) | 2-14 | |
| 트롬쇠(Tromsø) | 3 interconnected tunnels with roundabouts and access to parking lots |
2-15 | ||
| 스페인 (E) | 마드리드(Madrid) | M30 By-pass | 2-16 | |
| M30 Rio | 2-17 | |||
| 스웨덴 (S) | 스톡홀롬(Stockholm) | Ring Road – Northern link | 2-18 | |
| Ring Road – Southern link | 2-19 | |||
| 네덜란드 (NL) | 헤이그(The Hague) | Sijtwendetunnel (chain of 3 tunnels) | 2-20 | |
| 북아메리카 | 캐나다 / 퀘벡 (CDN) / (QC) | 몬트리올(Montreal) | Ville-Marie and Viger tunnels | 3-1 |
| 미국 | 보스턴(Boston) | Boston Central Artery | 3-2 | |
| 오세아니아 | 호주 (AUS) | 브리스번(Brisbane) | M7 Clem Jones Tunnel (CLEM7) | 4-1 |
“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.
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.
1.2.2 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.
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.
c - 환기
환기시스템의 개념과 설계에는 다음의 요소들이 영향을 미친다.
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.
1.2.4절의 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.