아시아와 유럽 대륙을 잇는 최초의 해저터널, 유라시아 해저터널!

아시아와 유럽 대륙을 잇는 최초의 해저터널, 유라시아 해저터널

국내 건설사로는 처음으로 세계적 권위를 가진 ENR(Engineering News Record)로부터 글로벌 베스트 프로젝트상을 수상한 SK건설의 유라시아 해저터널! 해저 터널에 대해 알아보고자 SK Careers Editor가 직접 나섰다. 사업 담당자를 만나 직접 들어본 해외 현지 공사 현장과 해저터널 비하인드 스토리. 지금부터 해저터널의 모든 것을 파헤쳐보자.

 

 SK Careers Editor 양석현

 

 

 글로벌 최고 프로젝트, SK건설의 유라시아 터널
터키 이스탄불에서 유라시아 해저터널을 개통한 당일을 맞이하여 직접 SK건설 명동에서 김재웅 과장님을 만나보았다. 약 3년 동안 직접 터키에서 사업을 담당하고, 시공하였던 멘토님으로부터 생생한 현장 스토리와 유라시아 해저터널에 자세한 내막을 알 수 있었다. 
 

 

Q. 안녕하세요 멘토님. 간단하게 자기소개 부탁드립니다.
안녕하세요. Eurasia Tunnel Project에서 지반 분야 업무를 담당한 김재웅 과장입니다. 공사 초기 설계와 시공이 병행 되었던 사업특성 상 설계단계에서는 터널, 가시설, 사면 등의 지반분야 설계검토 업무를 그리고 시공단계에서는 설계변경 및 현장으로부터 요청 받은 기술지원 건에 대해 기술적으로 안전하며 Schedule 과 Cost impact가 발생하지 않도록 최적의 Solution을 제공하는 업무를 주로 담당했습니다.

 

Q. 오늘 유라시아 터널이 개통된다고 들었습니다, 유라시아 해저 터널에 대해서 설명 부탁드립니다.
유라시아 터널은 터키 이스탄불 보스포러스 해협을 가로질러 아시아와 유럽대륙을 연결하는 세계 최초의 자동자 전용 복층 해저터널로, 총 연장 14.6km 중 5.4km에 달하는 PART 2구간은 최고 수심 110m 아래 최대 11bar(대기압 11배 수준)의 고수압 구간을 통과하는 직경 13.7m 쉴드TBM 터널(3.4km)과 NATM 터널(1km), Cut & Cover 터널을 포함하며 9.2km의 PART 1, 3구간은 기존 도로의 확장 및 개선공사를 포함하고 있습니다.

 

터키 제1호 민관협력(PPP, Public-Private-Partnership Project) 사업이자 대한민국 제1호 해외 PPP 사업인 유라시아 터널 프로젝트는 시공 4년, 운용 25년, 총 29년의 사업운용을 거쳐 터키 정부에 양도하는 BOT(Buid-Operate-Transfer) 방식의 사업구조로 진행되며 운영기간 중 터널을 통과하는 차량의 통행료 수입으로 사업자금을 상환하게 됩니다. 

 

단순 EPC(설계(Engineering), 조달(Procurement), 시공(Construction)) 방식의 공사를 넘어 해외 정부와의 협업을 이끌어내며 자금조달에서부터 설계, 시공, 시공 이후 자본설비를 운영하여 이익금을 회수하는 BOT사업의 새로운 Standard를 제시한 SK건설은 PF사업의 모범 사례로서 수익률을 극대화한 모델로 주목 받고 있으며 아울러 세계적 권위의 기관으로부터 지속가능경영 및 사회•환경분야 최우수 모범상를 수상하고, 세계 최고의 터널로 선정되는 등 세계적인 찬사를 받고 있습니다.

 

지난 2016년 12월 20일에 해저터널이 개통되면서 하루 약 12만대의 차량 통행이 가능할 것으로 예상되며 보스포러스 해협 통과시간도 기존 100분에서 15분으로 크게 줄어들게 됩니다.

 

Q. 유라시아 해저 터널은 왜 개통하게 되었나요?
이스탄불의 인구증가율은 연간 1.5%가량 증가하고 있습니다 이에 반해, 자동차 증가율은 연간 5% 이상 증가하고 있는데 바로 이런 점이 이스탄불의 만성적인 교통체증을 더욱 가속화 시키고 있습니다. 이러한 교통문제를 해결하고자 이스탄불 주정부(IMM(Istanbul Metropolitan Municipality))가 지속적으로 공공 교통 서비스의 질과 양을 증가시키기 위해 노력하고 있으나 그 수요를 따라가지 못하고 있는 실정입니다.

 

설상가상으로 이스탄불은 보스포러스 해협을 중심으로 아시아 쪽과 유럽 쪽으로 도시가 나뉘어 있는데 현재 일 45만 대의 교통량을 단 2개의 교량만으로(최근 보스포러스 3교 시공으로 3개 교량 운영중) 해결하고 있어 교통체증은 심각한 수준에 이르렀습니다. 더군다나 완공한지 50년이 되어가는 보스포러스 1교는 이미 대형트럭이나 화물차의 통행이 금지 되었으며, 매년 일정 기간 유지 보수를 진행하고 있습니다. 특히 터키인의 평균 연령층이 30대 초반으로 매우 젊은 것을 감안하면 앞으로도 인구 증가와 더불어 차량 증가는 지속적으로 늘어날 것으로 기대되는데 이러한 관점에서 유럽과 아시아를 이어주는 해저터널 같은 교통 인프라 건설은 필수 불가결한 요건이었습니다. 
 

유라시아 해저 터널은 해협을 가로 질러 가기 때문에 시민들에게 양질의 교통서비스를 제공함으로써 교통을 용이하게 하고, 교통체증을 줄이며, 오염 물질과 배출을 줄이면서 도시의 역사적인 실루엣을 유지시킬 수 있는 최적의 솔루션(Solution)이었습니다. 

 

이러한 대책으로 12 억 4500 만 달러 규모의 유라시아 터널 프로젝트가 도입되었고 이제 2016년 말 터널 개통으로 아시아와 유럽 양측의 도로 네트워크 연결이 개선되고 보스포러스 해협의 용량을 하루 120,000 대까지 증가 시키면서 만성적인 교통혼잡을 줄일 수 있게 되었습니다. 뿐만 아니라 운전자는 평균 45분의 통근 시간을 절약하게 되고 나아가 도시와 지역사회에 상당한 경제적 이익을 가져다 줄 것으로 기대하고 있습니다.

 

 유라시아 해저터널 파헤치기
해협을 가르는 해저터널이기에 많은 학생들의 질문이 이어졌다. ”해저 터널은 어떻게 설립되게 되었는지?” “해저 터널을 만들 때 어떻게 공사하는데 물이 들어오지 않았는지”, “건설된 터널은 수중에 떠있는지”, “화재,교통사고,폭발 발생시 대응 메뉴얼은 어떻게 구성되는지” 등 다양한 문의가 이루어졌다. 이 질문에 대한 지금부터 유라시아 터널 사업과정과 도입된 기술 등 해저터널의 시작과 끝 모든 것을 파헤쳐 보겠다.

 

1. 유라시아 해저 터널 설립과정
유라시아 터널은 입찰 이후 약 5년간의 사업 준비기간을 거쳐 성공적으로 Launching하였습니다. 공사를 하기 까지 다음과 같은 과정으로 진행되었습니다.

SK건설은 Shareholder이자 EPC Contractor로서 사업 추진과정에서 주도적 역할 수행하였고, 터키 정부와 현지 협력사들과 협업을 통해 본 사업을 성공적으로 완공할 수 있었습니다.

 

 
 

2. 유라시아 해저 터널 도입 기술 설명

1) 고수압 조건에서 복합지질(암반&토사)을 통과하는 대구경(직경 13.7m) Mixed Shield TBM의 운영
유라시아 해저터널은 보스포러스 해협 아래 106m, 최대 11bar(대기압 11배 수준)의 고수압 조건에서 암반층 (Trakya formation) 및 토사층(Marine sedimentary), 단층 파쇄대, 그리고 극경암 등의 복합지질을 통과해야 했으며 이러한 조건은 적절한 TBM Face pressure를 유지하고 정기적인 TBM Maintenance를 수행하는데 운영 중 주요한 key factor로 작용하였습니다. 
 

 

따라서 이를 극복하기 위해 하기와 같은 최신의 Mixed shield TBM 기술을 도입/운영하였습니다.

• 최대 13bar 내압에 저항하는 TBM 제작
• 암반층과 토사층 복합 Cutterhead 적용(암반용 Disk cutter와 토사용 Soil knives)
• 대기압 조건에서 Cutting tools 교체가 가능한 격실(Assessible Cutterhead) 설계

 

 

뿐만 아니라, 유라시아 해저터널의 TBM은 고압 상태인 Excavation/Working Chamber 내에서 장시간 유지관리가 가능하도록 포화잠수(Saturation Diving)를 위한 특수압력 챔버와 셔틀을 추가로 설치/운영함으로써 작업의 연속성이 저하되지 않도록 하였습니다. 이번 유라시아 터널은 11bar의 고압상태에서 작업을 수행하였는데, 이는 전 세계적으로 처음 시도된 일입니다.
 

2) 내진설계
현재 보스포러스 해협은 흑해와 마르마라해를 연결해 주는 해협으로, 오래 전에는 지상에서도 하나로 연결된 땅이었으나, 이 지역의 지진으로 인해 갈라졌습니다. 터키 지역은 리터 규모 7이상의 강진이 많이 발생하는데, 최근에는 1999년 8월 이스탄불 동쪽의 이즈밋(Izmit)에서 리터규모 약 7.5의 강진으로 1만 5천명의 사상사를 냈습니다. 이러한 대규모 지진의 잦은 발생 사유는 지질학적인 원인에서 찾아볼 수 있습니다.

터키는 거의 움직임이 없는 유라시아 판에 위치하며, 하부에서 북쪽방향으로 밀려 올라오는 아프리카 판(Plate), 아라비아 판에 의한 상호 지각 내부에서 힘의 불균형이 발생합니다. 이 세 판의 힘의 불균형으로 인해 유라시아 판에 위치한 터키 반도(아나톨리안반도)의 북쪽과 동쪽이 전단 파괴되어 단층이 발생하였는데, 이 단층을 각각 북 아나톨리안 단층, 동 아나톨리안 단층이라고 합니다. 특히 북 아나톨리안 단층은 현재도 매년 약 22mm씩 움직이며, 이 움직임(변위)이 누적되면 지각 내에 응력이 축적되며, 축적된 응력이 임계점을 초과하면, 응력을 해소하는 과정에서 지각이 깨지며 지진이 발생합니다.

 

북 아나톨리안 단층은 세계에서 두 번째로 큰 활성단층으로 당 현장과는 약 16km 밖에 떨어져 있지 않아 지진활동으로 인한 구조물의 안정성 확보가 필수 적이었으며 이에 상응하는 높은 수준의 지진성능이 요구되었습니다 (향후 100년간 4% 발생확률의 지진으로 Marmara 해로부터 리터 규모 진도 7.5의 최대가속도 0.63g에 이르는 지진이 발생하더라도 구조물이 붕괴되지 않는 수준으로 거동).

 

 

따라서, 지진 시 암반에 근접한 토사층 세그먼트에 지진력을 약하게 전달하기 위하여 유럽과 아시아측 암반과 토사층의 경계에 seismic joint를 설치하였고, 이로 인해 지진 하중에 의한 세그먼트 압축력과 전단력을 감소시킴으로써 유라시아터널의 안정성을 확보하였습니다.

Seismic Joint는 일본의 세이부 폴리머(SEIBU Polymer)사에서 제작하였으며, 직경 3m 규모의 실대형 Seismic Joint 시험을 통해 13bar 고수압에서 성능 검증을 수행하였습니다.

 

 

지금까지 사업담당자를 통해 직접 알아본 유라시아 터널, 터키에 새로운 교통망으로 주변 상권과 이스탄불 전체 경제에도 긍정적인 영향이 있길 바란다던 사업 담당자의 말처럼 앞으로 유라시아 터널과 같은 성공사례가 많아 지길 기원한다.