[공학저널 전찬민 기자] 현재 도심지에서는 지속적인 인구와 교통량 증가로 인한 심각한 교통 혼잡문제에 대한 해결방안으로 지하 교통 인프라에 대한 정책 추진이 활발해지고 있다.
국토교통부에서는 지난 2018년 수도권 광역교통망 개선 방안을 발표하며 제 1외곽순환도로 서부와 동부 병목구간에 대한 지하화를 밝힌바 있다. 또한 서울특별시에서는 도로정비 기본계획에 따라 동부간선도로 지하화 등 도심 지하도로 사업을 추진하고 있다.
정책과 환경적 조건을 고려해 앞으로도 지하 교통 인프라 개발사업이 지속적으로 증가할 것으로 예상됨에 따라 향후 도심 지하에 많은 교통 인프라가 존재하는 입체형 지하 교통망 구축을 고려한 건설과 운영기술 고도화와 관련된 연구 추진이 시급한 실정이다. 또한 안전한 건설현장 조성과 지하 교통 인프라 건설 관련 안전성 확보를 통한 국민 삶의 질 향상을 위해서라도 국가 주도의 기술 고도화와 안전성 향상 관련 연구개발 추진이 필요하다.
이에 따라 입체화된 도심지 지하 교통 인프라 연건을 고려한 건설과 운영기술 고도화를 통해 사고발생 저감과 안전한 인프라 운영을 실현하고자 지난해 4월 ‘도심 지하 교통인프라 건설 및 운영기술 고도화 연구’가 시작됐다.
이번 연구에서는 총 두 가지 세부과제와 각각 세 가지 중점 기술로 구성돼 연구 개발이 진행되고 있다. 1세부에서는 지하 교통 인프라 확충을 위한 안전 감시 시스템을 개발하고 있으며, 1세부의 첫 번째 핵심 기술로는 입체 지하 교통 인프라 안심 건설을 위한 조사와 계측 고도화 기술이다.
도심 복합지반 굴착지반의 위험성 영향인자 종류와 다공성 지반 조건 검토, 도심 복합지반 위험성 예측을 위한 영향인자별 등급화와 시트화를 통해 도심 복합지반 위험성 예측 기법을 개발하는 것이다. 또한 지반조건과 경제성을 고려한 최적의 케이스별 계측 설계 표준안을 제시함으로써 지하-지하(상) 구조물 상호 연계 계측 표준안, IoT 센서 모듈 기반 자동계측 시스템, 지하 구조물의 계측 설계 기준과 표준안을 제시할 예정이다.
두 번째 지하 교통 인프라 건설로 인한 도심 안전영향 평가 기술 고도화는 지반침하와 구조물 변상 자료를 수집하고 영향인자를 도출해 터널 시공에 따른 지표침하 및 구조물 상호거동을 분석함으로써 국내 조건에 부합되는 도심지 구조물 건전도 평가 기법을 개발하는 것이다.
지하 인프라 건설기술 고도화로, 안전사고율 20% 낮춘다. 또한, 터널 굴착 데이터와 지반침하 계측데이터의 상관성 및 침하특성을 분석함으로써 지하 교통 인프라 건설에 따른 위험도 기준 및 위험지역 가시화 프로세스를 구축하며, 지반침하사고 예방을 위한 웹기반 건설현장 안전 통합 관리 시스템 개발을 수행하고 있다.
세 번째 기술인 지하 교통 인프라 통합 안전 모니터링 플랫폼은 시공 전 안전 확보 및 민원 지원을 위해 BIM, 가상현실 등을 기반으로 침하, 지하수 등 지하 인프라 전체 상호 영향 연계 가시화와 소음, 진동 등의 시뮬레이션 기술을 개발하고, 입체화된 지하 교통 인프라의 3차원 데이터 분석을 통한 예측과 경보가 가능한 통합 관리시스템을 개발하는 것이다.
2세부에서는 지하 교통 인프라 설계·시공 고도화를 위한 핵심기술 개발에 집중하고 있으며, 첫째, 지하 교통 인프라 안전 시공과 운영을 위한 지하수 관리기술을 개발하고 있다.
도시지역으로의 지속적인 인구와 교통량 유입으로 도심 생활환경이 저해되는 문제를 해결하기 위해 지하수위 제어형 터널배수시스템 설계 방안, 고효율 암방 그라우팅에 적합한 주입재와 공법, 고효율 패턴 그라우팅 시방서, 지하수위 복원(함양)을 위한 설계 방안과 효율적 시공기술에 대한 개발을 수행하고 있다.
2세부의 두 번째 핵심 기술은 도심지 기존 시설물 진동영향 최소화 굴착기술을 개발하는 것이다. 건축물 특성에 따른 진동 감응도와 위험도 평가 시스템을 개발하고 건축물과 인체 감응도를 고려한 발파진동 평가·관리기준을 세분화함으로써 발파진동 허용기준을 정립하고, 무장약공의 최적 설계패턴과 막장 전방 지질 및 위험구간 분석기법과 다양한 현장 조건에 적용가능한 무진동 암반파쇄 시공기술을 개발할 계획이다.
마지막으로 운전자 행태 기반 지하 교통 인프라 연결·접속부 최적설계 기술을 개발하고, 지하 교통 인프라 연결·접속부 교통제어 알고리즘과 유고 대응방안 가이드라인을 도출하는 것이다. 또한 실제 지하 교통 인프라 건설 전 사전 검증을 위해 시범네트워크와 평가 요소기술을 도출
하고 시뮬레이션 파라미터 정산을 통한 최적화를 수행할 수 있는 시뮬레이션 기반 교통류 제어 검증 기술과 연결부에 적용 가능한 차량 간 추돌사고 확률모형을 개발할 예정이다.
한국건설기술연구원 김창용 센터장(사진)은 “다수의 지하 인프라가 복합된 조건에 대한 건설 기술 고도화, 운영과 재난관리 통합관리시스템 개발을 통해 기존대비 안전사고율 20% 이상 감소, 발파진동 50% 저감 등 경제성, 안전성, 투명성을 확보할 수 있다”며 “또한 입체적 지하 교통 인프라의 상호 구조물 영향과 지상부 영향에 대한 정량적 시뮬레이션 결과 제시로 지하공간 이용 활성화와 안전성 확보에도 기여할 수 있다”고 말했다.
그는 이어 “현재 2차년도 연구를 진행하고 있는 연구단은 연구개발 성과물에 대한 사전 검증과 피드백을 통한 고도화를 위해 ‘부산 내부순환(만덕-센텀) 도시고속화도로’에 테스트베드 시범 적용을 추진할 계획”이라며 “이번 연구과제가 지하 교통 인프라에 대한 전반적인 기술을 다루는 만큼 해당 현장에서 수용할 수 없거나 추가 검증이 필요한 성과물을 위한 추가 테스트베드 현장 적용 계획 또한 수립하고 있다”고 덧붙였다.
이러한 연구개발 성과물에 대한 다양한 현장 적용과 검증을 통해 보다 효율적인 지하 교통 인프라 건설과 운영 관련 핵심 기술을 도출할 계획이다. 향후 추진이 계획되고 있는 여러 지하 교통 인프라 현장에 적용됨으로써 국민 편익 증대와 쾌적한 생활환경 조성에 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.
