운송 통로의 수중 터널을 건설하는 방법

운송 통로의 수중 터널을 건설하는 방법

 

외부에서 보면,수중 터널은 특별히 인상적으로 보이지 않는다.그저 물 밑으로 지나가 다른 쪽으로 나오는 도로에 불과하다.그러나 이 단순하고 꾸밈없는 외관 뒤에는 거대한 공학적 도전이 숨겨져 있다. 이러한 구조물을 건설하는 데는 수년이 걸리며, 비용 추정치는 수십억에 달한다. 그럼에도 불구하고

사람들은 강이나 바다 아래로 터널을 계속 뚫고 있다. 다리를 건설하거나 횡단로를 사용할 수도 있었음에도 불구하고 말이다.

그렇다면 엔지니어들은 왜 가장 어려운 경로를 선택하며, 도대체 그렇게 오랜 시간 동안 무엇을 하고 있는 것일까?

 

 

1.절대적인 필요성

사람이 넓은 강, 해협, 또는 만을 건너야 할 때,가장 먼저 떠오르는 것은 다리다.다리는 인상적이고 효율적이며 이해하기 쉽고 익숙하지만,수상 교통량이 많아질수록 다리가 직면하는 문제도 증가한다. 선박 통행을 차단하는 것은 불가능하며, 유조선, 컨테이너선, 페리는 계속 다녀야 한다.

교각을 높이는 것도 어렵다. 높이가 증가하면 하중과 비용이 모두 증가하기 때문이다. 이러한 상황에서는 터널이 훨씬 논리적이다.

터널은 해상 교통에 방해가 되지 않으며, 거대한 지지 구조물이 필요 없고, 항로를 제한하지도 않는다.

 

 

또 다른 단점이 있다. 다리는 바람, 얼음, 폭풍의 영향을 받으며, 나쁜 날씨에는 페리 서비스가 완전히 중단된다. 반면 터널은 바람과 파도와 상관없이

계속 운영된다. 날씨 변덕으로 인해 교통이 자주 방해받는 지역에서는 이것이 결정적인 요인이 되며, 인구 밀집 지역에서는 지하 통로가 두 강둑을 연결할 수 있는 유일한 방법인 경우가 많다.

단순히 그곳에는 다리를 건설할 공간이 없다. 접근 도로와 지지 구조물을 위한 공간이 충분하지 않기 때문이다.

 

하지만 수중에서는 도시 경관을 방해하거나 귀중한 토지를 사용하지 않고 거의 직선으로 경로를 건설할 수 있다. 게다가 터널은 전망을 해치거나 오래된 주민지의 건축을 방해하지 않는다. 경우에 따라 전략적 고려도 작용한다.

터널은 외부의 영향으로부터 숨겨져 있고 손상되기 어렵으며, 수상 구조물이 없기 때문에 생태계에 미치는 영향을 줄인다.

 

따라서 수중 횡단은 종종 중요한 교통 회랑에 포함되며, 이곳에서는 화려함보다 신뢰성과 지속 가능성이 더 중요하다.

 

 

2.수중에서 터널을 파는 방법

외부에서 보면 수중 터널은 평범한 도로처럼 보이지만, 그 건설에는 특수하고 매우 특이한 장비가 필요하다 — 터널 굴착기(TBM)이다. 

이것은 10층 건물만큼이나 거대한 지하 기계로, 단순히 굴착만 하는 것이 아니라 동시에 굴착 부위를 강화하고 완성된 터널 형태를 만든다. 

기계 앞쪽에는 회전하는 금속 실드와 날카로운 절단기가 있어서 바위를 분쇄한다. 그 뒤에는 토양을 지표로 운반하는 컨베이어 시스템이 있다. 

터널 내부가 물로 가득 차는 것을 방지하기 위해, 작업실 내부에 외부 압력과 균형을 맞추기 위한 압력이 형성된다. 

또한 두꺼운 벤토나이트 혼합물을 사용하여 터널 전면을 안정시키고 벽이 붕괴되는 것을 방지한다.

*TBM(터널 굴진기)(Tunnel Boring Machine)

 

Cutting shield바로 뒤에서 콘크리트 링, 즉 튜빙 설치가 시작된다. 기계는 앞으로 이동하고, 내부의 작업자들은 이 세그먼트들을 조립하여 견고한 구조물을 만든다.각 요소는 정확하게 조정되어 링들이 수십 미터 깊이의 물 압력을 견딜 수 있는 밀폐된 튜브를 형성한다. 작업은 느리지만 꾸준히 진행된다.

 

Shield의 전면이 새로운 구간을 굴착하는 동안, 후면은 이미 통과한 구간을 보강한다. 압력 유지, 운반, 설치 시스템은 단일 유기체처럼 동기화되어 작동한다. 어떤 오류도 용납되지 않는다. 아주 작은 부정확성조차도 물 새기나 장비 손상으로 이어질 수 있기 때문이다.따라서 수십 개의 센서가 각 단계에서 모니터링하며, 지상에 있는 운영자 스테이션은 프로세스를 지속적으로 관찰한다.

 

 

3.터널에서 운송 시스템까지

터널 굴착기가 앞으로 나아가면, 완벽하게 매끄러운 콘크리트 링으로 이루어진 통로가 뒤에 남지만, 이것은 미래 도로의 기초일 뿐이다. 

다음은 똑같이 공들여야 하는 단계다: '원시' 터널을 완전히 기능하는 교통 노선으로 바꾸는 과정이다. 먼저 내부 마감재가 설치되어 구조물을 습기와

공격적인 환경으로부터 보호한다. 터널 관 위에는 케이블 라인, 환기 덕트, 배수 라인이 깔린다. 이 중 배수 라인은 특히 중요하다.

밀폐된 터널에서도 결로와 지하수가 여전히 생기며, 홍수와 손상을 방지하기 위해 지속적으로 제거되어야 한다.

 

 

다음으로, 생명 유지 장치가 설치된다: 환기, 전원 공급, 조명, 통신 장치. 공기는 강력한 팬을 통해 공급되며, 센서가 공기의 구성 성분을 감시하고 전기는 별도의 라인을 통해 공급되며, 백업 라인으로 보조된다. 비상 출구와 대피소는 터널을 따라 배치되고, 잠재적인 화재에 견딜 수 있도록 내화 마감재가 선택되는데, 이는 역사적으로 많은 화재 사례가 있었다.

모든 설치 작업이 완료된 후에야 터널은 기술적으로 복잡한 교통 시설이 된다. 모든 것이 서로 연결되어 있다: 센서는 공기와 구조를 감시하며, 펌프는 건조 상태를 유지하고, 자동화 시스템은 조명과 경보를 제어한다. 외부에서는 보이지 않지만, 수십 년간 문제 없이 작동하도록 설계된 거대한 시스템이 수중에서 운영되며 다수의 전문가의 지속적인 지원을 요한다.

 

 

4.정확, 정밀성

터널이 정확한 수중 지점에서 만날 수 있도록 보장하기 위해, 엔지니어들은 강력한 기계에만 의존하지 않고 절대적인 정밀성을 요구한다. 

굴착이 시작되기 전에도 전문가들은 수개월 동안 해저, 암석, 지하수층을 연구한다. 작은 계산 오류라도 물의 유입이나 반대편에서 진행되는 두 장벽이 제대로 맞지 않는 사고로 이어질 수 있다.

건설자들은 레이저 자이로스코프, 관성 항법 시스템, 지상에 설치된 GPS 태그를 이용해 방향을 잡는다. 이러한 장치들은 터널을 문자 그대로 밀리미터 단위로 안내할 수 있게 해주며, 실시간으로 경로를 조정할 수 있다. 하지만 완벽한 준비에도 불구하고 놀라운 상황은 피할 수 없다.

지질 지도에는 나타나지 않는 유사사막, 동굴, 가스 주머니 등이 지하에서 발견될 수 있다. 그때는 방향을 바꾸거나 계획을 조정하거나, 작업을 일시적으로 중단해야 한다.

 

접합 과정에서는 특별한 정밀성이 요구된다. 두 터널 반쪽이 만날 때 사이에 틈이 생기는데, 이 틈을 단단히 밀봉해야 한다. 이는 방수 개스킷과 조절

가능한 지지대를 사용하여 달성하며, 이를 통해 링 사이의 견고한 연결이 보장된다. 이 과정에서의 어떠한 부정확함도 큰 비용을 초래할 수 있다.

수압은 용서하지 않으며, 지반 침하가 실제 재난이 될 수 있다. 전체 작업은 수술과 유사하다. 수십 개의 시스템, 지속적인 모니터링, 그리고 즉흥에 의존할 여지가 전혀 없다. 수중에서는 '나중에 고친다'는 것은 불가능하며, 모든 단계는 사전에 계산되고 검증된다.

 

5.수중 생활

터널이 마침내 운영을 시작하면, 운전자에게는 단순히 옆에는 환기 격자와 부드러운 조명이 있는 매끄러운 도로일 뿐이다. 그러나 이 모든 뒤에는 끊임없이 운영되는 복잡한 인프라가 있다. 도로 아래에는 케이블과 배수 도랑이 설치되어 있으며, 콘크리트 링 뒤에는 펌핑 스테이션과 통신 라인이 위치해 있다.

여기서 가장 중요한 부분은 환기다. 공기는 지상에서 공급되며, 센서는 산소 함량과 유해 가스를 모니터링한다. 펌프는 배수로에 들어오는 습기를 지속적으로 제거하여 축적되지 않도록 한다. 이 모든 과정은 자동으로 제어되며, 지상의 관제 센터는 터널 상태를 24시간 모니터링하고 모든 이상 신호에

대응한다.

 

본질적으로, 수중 터널은 가장 복잡하고 비용이 많이 드는 엔지니어링 프로젝트 중 하나로, 지속적인 관심과 유지보수가 필요하다. 모든 비용과 어려움에도 불구하고 이러한 터널이 건설되고 있으며, 그 이유는 간단하다. 터널 대신 다른 방법은 훨씬 불편하고 실행하기 어렵기 때문이다.

터널 상황은 아마존 강을 가로지르는 다리를 건설하는 것과 다소 유사하다: 다리를 건설할 수는 있지만, 매우 비용이 많이 들고, 매우 어렵고, 궁극적으로는 헤아릴 수 없는 문제를 가져올 것이다.