실무 설계사례-2 (대단면 정거장 터널 설계사례)

1. 개요

수도권광역급행철도 A노선(이하 GTX-A) 프로젝트는 터널설계를 하는 입장에서 보면 많은 변화를 가져온 계기된 프로젝트라고 생각한다. 지하심도 50m 이상의 대심도 터널이 본격화 되고, 대단면 터널 정거장, 대단면 수직구 터널(직경 30m급 수직구 등)등 이전에는 잘 계획하지 않은 터널계획이 이제는 보편화 되고 있다.

이번 실수 설계사례는 이러한 경향을 반영해서 필자가 수행한 수도권광역급행철도 B노선(이하 GTX-B)의 대단면 터널 정거장에 대해서 이야기 해 볼려구 한다.

GTX-B 민자사업은 A노선, C노선에 이은 3번째 수도권광역급행철도 프로젝트로 인천 송도에서 남양주 마석까지 연결하는 사업으로 민자구간과 재정구간으로 분리되어 있다. 민자구간은 인천대입구역에서 용산까지 39.94km, 상봉에서 마석까지 22.91km 의 연장구간이다. 운영은 민자구간과 재정구간을 민자구간 운영사가 맡는 구조이다.

GTX 프로젝트는 사업비 등의 영향으로 주요구간은 재정사업으로 분리되는 방향으로 가는 것 같다. GTX-B 구간의 용산역, 서울역, 청량리역과 같은 구간은 재정사업으로 분리 발주되고 삼성역, 서울역과 같이 노선이 교차하게 되는 구간의 복합개발계획이 추진되고 있다.

이제 터널정거장에 관해서 이야기 해보자.

GTX-B 민자사업의 신설 터널정거장은 총 6개로 인천대입구역, 인천시청역, 부평역, 부천종합운동장역, 신도림역, 여의도역이 신설된다. 모든 터널 정거장이 대단면 터널정거장 형식이다. GTX-A 이전에는 일부 2-Arch 터널 정거장, 대단면 터널 정거장이 간혹 계획되었으나 대부분 개착정거장 형식으로 진행되었다. 그리고 터널 정거장은 단순히 승차와 하차의 공간으로 계획된 것이 대단면 터널정거장으로 바뀌면서 2층 혹은 3층으로 구분되면서 승하차 공간 뿐만 아니라 대합실 기능까지 갖추는 형태로 바뀌고 있는 것이다. 그리고 지상 출입구 구조물을 최소화 하고 기존 역과 연결되는 출입구 위주로 설치되고 있다. 특히 여의도역은 서울 지하철 5호선, 9호선, 신안산선 등 모두 3개의 철도 노선과 연결되는 대단히 복잡한 지하구조물로 계획되어 있다.

2. 대단면 터널정거장

대단면 터널정거장구간은 수직구터널, 터널정거장, 연결터널 등으로 구성된다. 수직구터널은 지상부에 연결되는 터널이고 연결터널은 수직구터널과 터널정거장과 연결 혹은 기존 구조물(기존 지하철역사 등)과 연결되는 터널이다. 그리고 환기전용 비상대피통로 수직구터널을 추가로 계획하기도 한다.

아래는 본 프로젝트(3자제안)에 적용된 본선 복선터널과 터널정거장 단면이다.

복선터널 단면	터널정거장 단면

터널정거장 계획은 건축분야와 구조분야의 협업으로 진행한다. 보통 터널분야는 터널 구조물의 안정성, 공간 확보를 위하여 터널설계를 진행하고 구조분야에는 내부 중간 슬래브, 중앙 기둥, 승강장, 수직구 피난대피통로 계단, 중간 슬래브 등 내부구조물 설계를 하며 건축분야에서 교통수요를 고려한 시설물 배치 등 건축계획을 하게 된다.

터널정거장은 교통수요에 따라 바뀌는 승강장 폭에 따라 터널정거장의 규모도 바꾸게 된다. GTX-B 민자사업의 경우 모든 정거장이 승강장 폭 6.9m를 적용하였다. 승강장 폭과 함께 터널정거장 단면계획에 중요한 것이 바로 선로중심간격이다. 직선 정거장이냐 곡선 정거장이냐에 따른 선로중심간격 다르므로 터널정거장 설계시 꼭 고려해야 한다. GTX-B의 경우 여의도 정거장만 곡선 정거장으로, 나머지 다른 정거장들은 직선 정거장으로 계획되었다.

직선 터널정거장 단면	곡선 터널정거장 단면

다음으로 대단면 터널 분할 굴착에 관해서 이야기 해보겠다.

보통의 고속도로 2차로 혹은 3차로 터널은 2분할 즉 상­하반 반단면 굴착을 적용한다. 하지만 대단면 터널인 터널정거장은 3단 9분할 혹은 4단 12분할 굴착계획을 적용한다. 지하발전소 및 지하공동 같은 큰 단면의 경우 다분할 굴착을 많이 적용하고 있다. 다른 GTX 프로젝트를 조사해보면 GTX-A는 4단 12분할, GTX-C는 3단 9분할로 계획하였다. 필자가 수행한 GTX-B의 경우에는 4단 12분할을 기본으로 적용하였다.

다음으로 터널정거장 지보계획에 대해서 이야기 해보자.

대단면 터널의 특성을 고려하여 터널의 안정성 확보를 위하여 고강도 숏크리트, 케이블 볼트를 적용하였고, H형 강지보, 강관보강그라우팅 공법을 적용하였다. 그리고 라이닝 콘크리트 강도 fck=30MPa, 저발열 시멘트를 적용하여 염해 및 내구성을 향상시켰다.

GTX-B 대단면 터널정거장 지보계획

3. GTX-B 터널정거장 계획 현황(3자 제안 당시)

아래의 구조물 형상은 3자 제안 당시 기존 구조물과 접속하는 각 터널정거장별 CG이다.

인천대입구역(통합수직구 2개소)	인천시청역(통합수직구 2개소)

부평역(통합수직구 1개소, 환기용 1개소)	부천종합운동장역(통합수직구 2개소)
신도림역(통합수직구 1개소, 환기용 1개소)	여의도역(통합수직구 2개소, 환기용 2개소)

각 정거장별로 환승을 위한 수직구가 1개소 혹은 2개소 배치되며 환기 전용 수직구도 계획되었다. 최근 환기 및 환승을 수직구를 통한 통합형으로 계획함에 따라 환기 전용 수직구 설치를 최소로 계획하였다. 부평역, 신도림역, 여의도역만 환기전용 수직구가 별로로 계획되었다.

4. 이글을 마무리하며

수도권광역급행철도 프로젝트는 이제 A라인의 준공이 다가오고 있고 C라인의 착공이 곧 이루어질 것이다. 그리고 필자가 수행한 B라인도 실시설계를 거쳐 곧 착공 될 것이다. 앞으로 이와 유사한 프로젝트가 많이 기획되고 설계되고 있다. 추가 노선 개발 또한 계속 이루어지고 있으며 기존 노선 연장사업도 추진될 것으로 생각한다.

나아가 서울뿐 아니라 부산 등 다른 대도시에서도 추진 되게 될 것이다. 현재의 대단면 터널 정거장은 기존 A라인를 기본으로 수정 보완되고 있다. 앞으로 시공 경험이 쌓이면서 더 발전해 나갈 것으로 생각된다.

현재까지 대단면 터널정거장은 터널분야, 건축분야, 구조분야의 협업이 꼭 필요한 분야이기에 서로 소통이 많이 필요하므로 서로의 분야에 관심을 가지야 할 것이다. 다음에 기회가 되면 내경기준 20~30m의 대단면 수직구 터널에 관해서 이야기 해 보겠다.

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참고문헌

수도권광역급행 B노선 민간투자사업 3자 제안 요약보고서

(국토교통부, 2022)

수도권광역급행 B노선 민간투자사업 3자 제안 통합기본설계보고서

(국토교통부, 2022)

수도권광역급행 C노선 민간투자사업 3자 제안 통합기본설계보고서

(국토교통부, 2021)

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Tunnel2023

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