터널 (tunnel)

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남산1호터널

교통

개념

산, 바다, 강 밑을 뚫어 만든 굴 형태의 철도 및 도로 등의 통로.

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내용 요약

터널은 산, 바다, 강 밑을 뚫어 만든 굴 형태의 철도 및 도로 등의 통로이다. 암반이나 흙을 인공적으로 굴착, 관통시켜 만든다. 도로·철도·지하철 및 지하보도의 교통운수, 배수 및 용수(관개·발전·상하수도)의 수로, 유류의 운반 및 지하저장, 통신 및 전기의 지하공동구, 핵폐기물의 지하저장, 광산·군사시설 등으로 이용한다. 터널의 기본적인 단면형상은 마제형(말굽형)·원형·난형으로 구분할 수 있다. 1945년 이전에는 주로 일본인 기술에 의하여 건설된 터널이 대부분이었다. 우리나라의 터널 기술은 광복 이후부터 발전하였다.

정의
내용
참고문헌

정의

산, 바다, 강 밑을 뚫어 만든 굴 형태의 철도 및 도로 등의 통로.

내용

수도(隧道)라고도 부른다. 터널은 암반이나 흙을 인공적으로 굴착, 관통시켜 도로 · 철도 · 지하철 및 지하보도의 교통운수, 배수 및 용수(관개 · 발전 · 상하수도)의 수로, 유류의 운반 및 지하저장, 통신 및 전기의 지하공동구, 핵폐기물의 지하저장, 광산 · 군사시설 등에 이용된다. 터널의 역사는 원시시대의 동굴의 확장 및 토굴의 굴착으로부터 시작된 것이며, 인간의 활동이 다양해짐에 따라서 이러한 터널 또는 지하공간의 용도가 배수, 수송 및 기타 특수용도로 확대되었다.

터널계획은 지역여건, 지형상태, 토지 이용현황 및 장래전망, 지반조건 등 사전 조사성과를 기초로 하여 수립한다. 또한, 터널 건설의 목적 및 기능의 적합성, 공사의 안전성 및 시공성, 공법의 적용성을 우선하여 수립하되, 건설비 및 유지관리비를 포함하여 경제성을 고려하여 결정한다. 이 계획을 수립함에 있어서 공사중은 물론 유지관리시 주변환경에 유해한 영향을 미치지 않도록 하며, 환경보존에 대해서도 검토한다. 터널의 목적 및 기능에 따라서 소요건축 한계와 선형조건에 따른 확폭량, 터널내 제반설비의 시설공간, 유지관리에 필요한 여유폭 등과 지형, 지반조건, 토피(土皮) 정도에 따라 구조적으로 유리한 형상이 되도록 정한다.

터널의 기본적인 단면형상은 마제형(말굽형) · 원형 · 난형으로 구분할 수 있으며, 최근에 건설되는 대부분의 터널은 난형을 채택하고 있다. 마제형은 다른 단면형상보다 외력에 대하여 구조적으로는 취약하지만, 굴착단면이 작고 시공성이 양호하며 여굴량이 적어서 경제적이다. 보통 배수형 터널에 많이 적용되고 있다. 원형은 구조적으로 가장 안전하지만, 시공이 까다롭고 굴착면적이 크므로 비경제적이다. 주로 비배수형 터널에 많이 적용된다. 난형은 구조적으로는 원형과 마제형의 중간정도로 양호하고, 굴착량은 마제형보다 다소 증가하지만 원형에 비해 경제적이다. 적절한 형상조절을 통하여 비배수형 터널에도 적용이 가능하다.

터널의 건설공법에는 인력굴착, 폭파굴착, TBM 등의 기계굴착, 수력굴착, 열을 이용하는 굴착 등과 같은 굴착공법이 있고, 또한 지하철 건설에 많이 쓰이는 개착식공법 · 실드공법 · 침매공법 · NATM공법과 같은 특수공법이 있다. 어떤 굴착공법을 이용할 것인가는 토질 및 암반의 상황을 조사한 이후에 결정하여야 하나, 암반의 탄성파 속도의 대소에 따라 굴착공법을 선정하는 것이 일반적이다. 그리고 터널의 단면을 굴착하는 방식 및 순서는 지형 · 지질 · 환경조건 · 터널단면 · 공구연장 · 공기 등을 고려하여 선정되지만, 일반적으로 채용되고 있는 방식은 전단면공법(全斷面工法) · 상부반단면선진공법(上部半斷面先進工法) · 저설도갱선진상부단면공법(底設導坑先進上部斷面工法), 측벽도갱선진상부반단면공법(側壁導坑先進上部半斷面工法) 등이다.

터널의 굴착에서 복공이 완료될 때까지 지반을 지지하여 안전을 유지하고 능률적으로 갱내작업을 수행할 수 있도록 하는 것을 터널 지보공(支保工)이라고 하는데, 지질, 터널의 단면 크기와 굴착공법, 복공시기, 갱내의 작업성에 따라 강 지보재(steel rib), 록 볼트(rock bolt), 뿜어붙임 콘크리트(shotcrete), 철망(wire mesh) 등의 방법이 있다. 터널을 굴착하게 되면 터널 주변에는 응력과 변형이 발생하게 되며, 이를 위하여 복공이 필요하게 된다.

이 터널 복공의 역학적 기구(機構)는 보통 단순아치거동으로 이루어지는 것이 아니고, 주동적으로 작용하는 하중과 이 하중에 의한 변형 때문에 발생하는 수동적 하중과의 균형에 의하여 지반을 지지하는 것이다. 따라서, 토압이 있는 경우에는 복공의 배면과 지반을 밀착시키는 것이 가장 중요하고, 지질이 불량하여 측압이 작용하거나, 토피가 얇아서 편압을 받는 경우에는 인버트(invert) 콘크리트를 타설하여 복공을 원에 가까운 폐합단면으로 하는 것이 유리하다.

콘크리트복공은 굴착방식에 따라 선정되는데, 측벽 콘크리트를 먼저 치고 그 뒤에 아치콘크리트를 시공하는 바른치기공법(normal lining)과, 아치콘크리트를 먼저 타설한 뒤 측벽에 콘크리트를 치는 거꾸로치기공법(inverted lining)이 있다. 터널의 굴착중에는 발파 배기가스, 기계엔진 배기가스, 지중의 유해가스, 먼지, 매연, 지열, 기계의 열기, 산소결핍 등을 위하여 집중방식이나 직렬방식에 의해 환기를 해야 한다. 터널의 길이가 500m 이상인 경우에는 터널 완성 후의 자동차 배기가스의 배출을 위하여 기계환기방식이나 자연환기방식에 의하여 환기를 해야 한다.

1945년 이전에는 극소수의 도로터널과 거의 북한에 있는 소수의 발전용 수로터널이 있었고, 철도용 터널과 광산용 터널은 비교적 수가 많았다고 할 수 있다. 그러나, 불행하게도 이것들은 주로 과거 일본인 기술에 의하여 건설된 것이며, 우리나라 독자로 된 것은 기록이 남아 있지 않다. 따라서, 우리나라의 터널 기술은 주로 광복 이후의 것부터가 시작이라고 할 수 있다.

(1) 철도터널

남북이 분단되면서, 연료를 주로 북쪽의 석탄 · 무연탄에 의존해온 남한은 연료 공급이 급선무였다. 이에 대비하기 위하여 1947년부터 삼척탄전을 비롯한 전국 각지의 탄전개발과, 1948년부터 수송을 위한 영암선 · 영월선(함백선) · 단양선 등의 철도건설이 시작되었다. 이와 같은 선로들은 험준한 산간계곡을 관통하는 선로들이어서 터널은 불가피한 구조물이었다. 영암선만 보더라도 선로연장 86.4㎞ 중에서 터널이 33개소나 되고, 터널연장이 8,312m이며, 그 중 가장 긴 터널은 임기(林基) 제1터널로서 길이가 1,971m이다.

광복 후 1969년까지 건설된 철도터널은 약 145개, 총 길이는 48㎞에 이른다. 철도터널 가운데에서 가장 긴 것은 50.3㎞의 율현터널이고, 그 다음은 21.7㎞의 대관령터널이다. 그 외에 일본기술자에 의하여 건설된 4.5㎞의 죽령터널(중앙선), 3.65㎞의 치악터널이 있다. 광복 직후 초기에는 짧은 터널에 인력굴착을 채용하였고, 그 뒤 착암기가 사용되고, 1960년대부터는 드림잠보가 도입되면서 터널공법도 많이 진보되었다. 2015년 기준 119개의 고속철도 터널이 총 연장 196.5㎞, 649개의 일반철도 터널이 총 연장 514.2㎞로, 전국에 768개의 터널이 총 연장 710.7㎞ 존재한다.

(2) 도로터널

광복 전까지는 충무 해저터널과 대전∼금산간에 1개가 있을 뿐이었고, 그밖에는 철도가 개량됨에 따라 폐선된 부분의 철도터널을 사용한 것으로, 경부선의 길이 1,000m의 성현(省峴)터널 등 3, 4개소가 있었다. 광복 전에 착공하여 준공을 보지 못하였던 길이 542m의 부산 영주동터널이 1955년 준공되면서 도시터널이 처음 등장하였다. 그 뒤 서울에서 1964년부터 1967년 사이에 너비 9.6m, 높이 6.5m, 길이 147m의 두 개의 병행터널을 약 1억1,000만원으로 완성하고, 그 뒤 1개를 더하여 삼렬로 건설한 사직터널이 광복 후의 실질적인 첫 도로터널이라 할 수 있다.

본격적인 도로터널의 건설은 대부분 제2차 경제개발 5개년 계획 기간중에 이룩되었다고 할 수 있다. 서울의 남산 1호 터널 · 남산 2호 터널과 북악터널, 경부 · 호남 고속도로의 이곳저곳에 도로터널이 생기게 되었다. 차도 너비 9.9m의 3차선, 길이 1,530m의 남산 1호 터널을 건설하면서 우리나라에서는 처음으로 완전 조명장치와 반횡류식환기장치(半橫流式換氣裝置)를 도입하였고, 남산 2호 터널은 처음으로 비상시를 대비하여 대피시설을 고려하고, 횡류식환기장치를 도입하였다. 또한, 이후부터 NATM, TBM과 같은 새로운 터널공법, 환기방법, 터널 내에서 방송청취가 가능한 통신시설, 안전시설, 조명방법, 터널 입구의 조경 등이 개발되어 사용되고 있다.

최근에는 2,000m가 넘는 긴 터널에 대한 설계 및 시공이 수행중이며, 대표적으로 중앙고속도로상에 건설되는 죽령터널(총 연장 4,710m), 경남 창원의 국도상에 위치한 불모산터널(총 연장 2,340m), 천안-공주간 고속국도에 건설될 차령터널(총 연장 2,360m), 고속국도 남해선상에 건설될 양미재터널(총 연장 2,690m) 등이 있다. 현재는 각 고속도로, 국도, 지방도, 시가지에 수많은 도로터널이 건설되고 있다.

(3) 수로터널

광복 후 구축된 수로터널은 동진강(東津江) 간척사업에 지름 4m의 터널 9개, 소양강댐 건설로 인한 방수로 및 도수로터널, 대룡 · 금동 지구의 소경(小徑)의 관개수로터널의 건설을 시발로 하여 최근에는 수도권 광역상수도 및 부산 상수도의 수로터널, 주암댐의 수로터널, 강릉수력발전소의 수로터널 등 연장 10㎞를 넘는 긴 터널 등이 건설중에 있다.

(4) 기타 터널

1970년대 초 서울과 1980년대 초 부산에 지하철을 건설하면서 많은 터널이 건설되었고, 계속되는 지하철공사에서도 대부분 터널로 시공되는 구간이 증가하고 있다. 한편 지하철공사와 함께 통신 및 전기의 지하공동구가 전국에서 건설되고 있으며, 석유 지하저장고가 대규모 터널로 여러 곳에 시공되었으며, 원자력발전소의 핵폐기물도 지하에 저장하기 위한 계획이 추진되고 있는 실정이다. 광산터널에 대하여는 주로 터널이 갱도로 사용되는 것으로서, 너비 3m 내외 및 그 이하로 구축되는 것이 보통이다. 현재 국내에는 암석유지갱도가 1,200㎞ 이상, 탄중유지갱도(炭中維持坑道)가 3,300㎞ 이상 된다.

우리나라의 터널은 대체로 이상과 같은 경로와 실적을 가지고 있다. 최근에는 국토개발, 고속도로 및 국도의 신설 및 개수, 전철 및 지하철 공사, 대도시 교통처리, 상하수도 개발, 댐 건설, 지하공동구 건설, 고속철도의 개발, 수력 및 원자력 발전소 건설, 농업용수 개발 등으로 터널건설이 증가하는 추세이다. 그에 맞추어 지질탐사, 토질조사, 터널설계, 건설공법, 건설장비, 환기 및 부대시설 등에 대한 신기술 · 신장비가 많이 개발되고 있고, 이들을 광범위하게 국내에 적용하고자 하는 노력이 시도되고 있다.

참고문헌

『지반공학시리즈 7 터널』(한국지반공학회, 1997)

『터널표준시방서』(건설교통부, 1996)

『터널설계실무자료집』(한국도로공사, 1995)

『토목시공기술』(주식회사 대우, 1988)

『토목시공법』(임병조 외, 야정문화사, 1987)

『한국토목사』(대한토목학회, 1973)