해저터널이란 무엇인가?

해저터널이란?

 

바다 아래로 지나가는 터널이다. 마찬가지로 강 아래로 지나는 터널을 하저(河底)터널이라고 한다. 육지의 터널과는 스케일부터가 다른 게 일반적이라 철도 전용으로 건설하기도 한다. 해저터널이 없던 시대에는 일정 구간까지는 기차를 타고 그 다음엔 배를 타고 건너 간 다음에 다시 기차를 타고 가야 했다. 예를 들자면 영국의 런던에서 프랑스의 파리까지 기차를 타고 갈 경우 과거에는 런던에서 도버까지 기차를 타고 간 다음 도버에서 칼레까지는 배를 타고 가야했다. 그 다음 칼레에서 다시 파리까지 기차를 타고 갈 수 있었다. 또, 현재 서울에서 도쿄까지 기차를 타고 갈 경우에도 서울에서 부산까지 기차를 타고 간 다음 부산에서 시모노세키까지 배를 타고 다시 시모노세키에서 기차로 환승해 도쿄까지 가야 한다.

어린이용 과학 도서에서 등장하는 해저터널들의 경우, 보통 투명한 재질로 만들어서 바다 속을 구경할 수 있는 구조인 경우가 많다. 하지만 아직까지는 합성수지나 유리 등의 재질로 엄청난 수압을 견딜 수 있을 만큼 튼튼한 터널을 만들기가 매우 어렵기 때문에 그러한 터널은 일부 아쿠아리움에서 체험형으로 만든 몇몇 수조에서나 체험해볼 수 있고 실제로는 해저 표면 지반을 뚫고 그 아래에 짓는 경우가 대부분이다. 따라서 아무리 마개조를 한다 해도 기술적으로 불가능한 경우가 많다. 측면으로라도 바닷속을 보기 위해서는 해중터널이 필요하다. 그래도 바하마의 도로 해저터널은 그런 경우가 있다.

 

건설 방법

 

해저터널은 흔히 산을 뚫는 터널과는 달리 지반이 약하고(뻘바닥을 연상해보자) 바닷물의 압력이 워낙 커서 건설 자체가 매우 힘들다. 시공 방법으로는 가장 무모하고 위험한 개착식 부터 현대의 NATM 방식, 실드 TBM 방식, 침매방식이 있다.

 

개착식

 

가장 무식한 방식. 터널 양옆에 바다에 임시로 댐을 쌓아 바닷물을 막고 물을 퍼낸 다음 굴착해서 터널을 건설한 뒤 바닷물을 다시 채우는 방법이다. 근래의 엄청난 스케일의 해저터널에서는 불가능한 방법이다. 다른 건설기법이 생기기도 전에 아주 먼 옛날초단거리 해저터널 건설 시 사용되었다. 대한민국의 수도권 전철 5호선이 지나는 천호대교 아래(광나루역-천호역 구간)의 한강 및 서울 지하철 2호선 종합운동장-삼성 구간의 탄천 하저터널, 그리고 통영에 있는 동아시아 최초의 해저터널인 통영 해저터널 건설에 사용된 공법이다. 단 여긴 지협이었던 곳을 파서 터널을 지어놓고 물을 터뜨린 특이한 케이스이다.

 

NATM 방식

 

New Austrian Tunnelling Method의 준말로 오스트리아에서 개발한 방식이라서 이러한 이름이 지어졌다. 1980년대부터 지금까지 대한민국에서 지하철 공사에 가장 많이 쓰이는 방법이기도 하다. 지하철뿐만 아니라 터널이라면 안 쓰이는 곳이 없을 정도. 지반이나 암반에 구멍을 뚫어서 화약을 삽입, 폭파시키고 벽면을 콘크리트 등으로 발라 지반 자체의 힘을 최대한 사용하면서 굴착해나가는 방법이다. 대한민국의 수도권 전철 5호선이 지나는 마포대교 아래(여의나루역-마포역 구간)의 한강 하저터널 및 일본의 세이칸 터널이 이 방법으로 건설되었다. 이 방법은 지반이 연약할 경우 공사에 위험이 따른다는 단점이 있다. 세이칸 터널은 그래서 공사 도중 갱이 침수되어 사상자가 나왔던 사건이 있으며, 1970년대와 80년대에 지었던 만큼 무식하게도 지질조사용 갱, 본갱, 작업용 갱을 각각 3개를 파 놓고 공사해서 겨우겨우 본갱의 침수 사태를 복구했다고 한다. 그래서 결국 응고제를 주입해 굳히고 뚫는 방식으로 건설했다.

현재 인천북항터널이 이 공법으로 건설되었으며, 77번 국도의 서해안 구간중 원산도~대천 구간의 해저터널이 이 공법으로 공사 중이다.

 

실드 TBM 방식

 

1825년 영국에서 이삼바드 킹덤 브루넬의 아버지 마크 브루넬이 조개에서 영감을 얻어 템즈강 밑에 해저터널을 건설할 때 사용한 오래된 공법이다. 현대에는 자동화된 터널만한 회전식 그라인더형 굴착기로 땅을 긁어 나아가면서 세그먼트로 불리는 콘크리트 블럭을 조립해서 터널을 만들어 가는 방식으로 발전되었다. 연약한 지반에 굴을 뚫기에 가장 좋은 방법으로 실드 자체가 굴착 및 지지대 역할을 하기 때문이다. 하루에 6m 이상 나가므로 매우 빠르며, 공사 기간 단축이 가능한 반면, 장비가 고가인데다 크기도 엄청나서 한번 조립하는데만 8주가 소요되며, 공사 완료 후 분해를 하는데만 해도 4주 정도가 걸린다. 한국에서는 이 방식으로 만든 해저터널은 없고 부산 도시철도 2호선 수영강 하저터널 및 분당선 한강 하저터널이 이 공법을 사용했고 별내선과 서해선 대곡~소사구간에 건설될 하저터널이 이 공법으로 건설중이다. 

이 공법에 쓰이는 굴착기는 양쪽에서 굴착해서 다시 꺼내지 못하는 특수한 경우를 제외하고는 해체해서 지상으로 올려서 회수된다. TBM 특성 상 굴착 전진하면서 동시에 뒤쪽으로 콘크리트 벽을 붙이는 방식이므로 TBM 직경보다 터널 직경이 작아져 후진이 불가능한데다, 무게 650톤, 길이 80m이상의 거대한 장비를 버리는 것보다 회수하는 게 비용이 덜 들기 때문이다. 그러나 오히려 기계를 꺼내서 회수하는 비용이 새로 제작하는 것보다 더 들거나 아예 빼낼 수 없을 때는 그냥 현장에 버리는 경우도 있다. 채널 터널에서는 양국의 경계 부분에 이 기기를 본 터널 바닥으로 가게 해서 묻어버렸다.

 

침매 방식

 

상대적으로 얕은 바다에 콘크리트로 미리 만들어둔 터널 크기의 함체를 만들어 바다에 가라앉혀 이어나가는 방식이다. 쉽게 말해서 바다 바닥에다가 터널 블럭 올려두고 주욱 이어 붙이는 것이다. 짧은 거리, 얕은 바다에 주로 사용하므로 이 방법을 사용한 해저터널이 많다. 한국에서는 거가대로의 가덕 해저터널을 이 방법으로 건설했다.