< Previous48 자연,터널그리고 지하공간국제&회원기고<Figure 5> Average resistivity in a layer from 0 to 25 m depth below surface, for the entire survey area. The scale is in Ωm: red is conductive while blue is resistivefor the survey. The nominal terrain clearance for the towed system is usually 30 m, but is larger over forests, power lines, or any other obstacles. In the present survey the instrument altitude varied considerably, between 30 and 400 m, with a mean around 110 m. The data quality is therefore quite variable within the survey area. The bin spacing (horizontal distance between data points) is approximately 36 m.3.1 Output results from AEM surveyThe output results from the AEM survey clearly distinguished the high resistivity areas (competent bedrock) from the low resistivity areas (incompetent and/or weathered rock). It was observed that the regional resistivity is quite high (mostly above 1000 Ω.m), which is typical for gneisses. Due to this resistive background, the AEM depth of investigation was higher than anticipated, mostly between 300 and 800 m.Figures 5 and 6 show respectively the resistivity profiles along the tunnel corridors for two depth ranges i.e. from 0 to 25 m depth and from 300-350 m depth. In average, the near surface resistivity is quite high (above 500 Ω.m). A deeper region of lower resistivity (orange color) is observed 1.5 to 3 km east of Yesipang (Figure 5). A region of very low resistivity (red color) is also observed in the south west of Nabesa (300-350 m deep, see Figure 6). This conductive anomaly could correspond to a weakness zone. Several vertical sections were drawn along the survey lines to visualize the resistivity variation with depth. One such section for an area near the western portal of the tunnel (near Yesipang) is shown in Figure 7. This vertical section indicates that the bedrock may be at around 24-28 meters depth where the resistivity is high which is indicated by green color. In order to verify and confirm these results on the ground, refraction seismic (explained in next section) was performed adjacent to the western portal. The results from this survey Vol. 20, No. 2 49The Planning and Design of a Road Tunnel in the Himalayas<Figure 6> Average resistivity in a layer from 300 to 350 m depth below surface, for the entire survey area. The scale is in Ωm: red is conductive while blue is resistiveindicated that the transition from the weathered loose material to bedrock is around 20 to 25 meters adding confidence to the results obtained from AEM survey. Several boreholes are planned to be drilled in the future at different locations along the tunnel alignment to further verify the results from AEM survey.4. Ground Geophysical InvestigationsGeophysical investigations using the MASW technique (Multiple Analysis of Surface Waves) were performed on the ground near the Yesipang portal. The purpose of these investigations was to locate the depth to bedrock. A total of 24 vertical geophones (4.5 Hz corner frequency) were used. The spacing between neighboring geophones upon data collection was 5 m, with shot points spaced roughly every 10 apart. For each source-receiver configuration, the shots were repeated in order to allow (i) selecting the highest-quality traces for analysis and (ii) improve signal-to-noise ration through stacking.4.1 Output resultsFigure 8 shows an example of the result output showing P-wave velocities from refraction tomography. The technique assumes spatial velocity gradients causing wave diving, of which the first arrival times can be used to infer sub-surface structure and P-wave velocity information. For all models, the penetration is down to about 35 m at the center of the receiver array, and less to either side. As seen in Figure 8 the transition to bedrock lies probably around 20 to 25 m at this site. This is very much in line with the AEM survey result from the same area (Figure 7). 50 자연,터널그리고 지하공간국제&회원기고<Figure 7> AEM results indicating high resistive areas at around 24 m depth near the portal area of Yesipang<Figure 8> Example of result from diving P-wave tomography from the 17 interleaved shot gathers. The transition to bedrock occurs around 25 m below surface5. Numerical ModellingNumerical modelling using both the finite element code (Phase2) and the distinct element code (UDEC) were performed to verify and predict the behavior of the rock support needs at several sections along the Vol. 20, No. 2 51The Planning and Design of a Road Tunnel in the Himalayastunnel alignment. The use of numerical codes for predicting rock reinforcement requirements in underground excavations in both static and dynamic conditions have proved to highly useful, especially in the Himalayas (see e.g. Bhasin and Pabst 2013 and Bhasin et al., 2012). Complimentary analysis using both finite and distinct element techniques were performed to understand the rock mass deformation and the displacements along the joints. A dynamic and pseudo-static analysis was also conducted to assess the behavior of the tunnel subjected to dynamic loads (earthquake). The rock support requirements in the tunnel were estimated using the Q-system, based on the Q-values obtained from the geological and geophysical investigations. In general, the following rock supports were estimated based on the Q-values:<Table 2> Recommended rock support for different Q-values (NGI, 2014, adapted from NGI, 2013)Q-valueBoltsLiner40Spot bolting6 cm shotcrete42.1 m c/c8 cm shotcrete0.41.5 m c/c12 cm shotcrete0.041.2 m c/c20 cm shotcrete + RRS Si30/6 Ø20 2m c/c5.1 ResultsFigure 9 shows an example of the displacements around the periphery of the tunnel using UDEC. The numerical modelling results indicated that for very poor to extremely poor rock qualities (Q-values from 0.4-0.04) the estimated rock support may be underestimated when the overburden exceeds 1000 m. This is indicated in Figure 10 which shows the failure of bolts and liner with depth of overburden for different rock mass qualities. The effect of earthquake loading with a PGA (peak ground acceleration) of about 0.24 g is also shown in the same figure indicating a more pronounced failure of rock support in poorer rock qualities. However, in fair to good rock qualities, the recommended rock support is efficient to prevent instabilities in the tunnel. The results from using a continuum model using Phase2 indicated the same trends though the failure of rock bolts along the joints could not be modelled in the same manner as in UDEC. These results provide useful insights to the problems which may occur in the tunnel when the quality of the rock mass decreases and the overburden increases. Thus, one can become better prepared to tackle the situation through extra reinforcements in the tunnel.52 자연,터널그리고 지하공간국제&회원기고<Figure 9> Example of results obtained with UDEC models. Total displacements are shown<Figure 10> Bolts and liner failure (in %) for various Q-values and overburden, under static and dynamic (earthquake or EQ) loadings6. SummaryDetailed engineering geological investigations and rock mass characterization has been performed for a new road tunnel in the Bhutan Himalaya. The study includes engineering geological mapping, and rock Vol. 20, No. 2 53The Planning and Design of a Road Tunnel in the Himalayasmass classification using the Q-system, geophysical investigations and numerical modelling for verifying the rock support requirements in the tunnel. Advanced airborne electromagnetic AEM surveys, which were performed along the tunnel corridor, provided information on the rock mass quality along the potential tunnel alignment High resistivity areas i.e. competent bedrock was distinguished from low resistivity areas i.e. incompetent or weathered rock. At one location the depth of bedrock obtained through AEM survey was verified using refraction seismic on the ground. The rock reinforcement requirements estimated from the Q-system of rock mass classification were modelled using both finite element and distinct element modelling. The results of modelling indicated that in poor rock mass qualities and with high overburden (about 1000 m) stability problems may be encountered due to failure of both rock bolts and liner. In fair to good rock mass qualities the recommended rock support estimated from the Q-system is efficient. The studies presented in this paper are considered useful for better planning of tunnel construction in complex and geological and tectonic settings which may lead to significant cost savings in the long-term.ReferencesBarton, N:, Lien, R., & Lunde, J. (1974). Engineering classification of rock masses for the design and tunnel support. Rock Mechanics and Rock Engineering, 6(4): 189-236.Bhasin, R., Tshering, T. and Olsson, R. (2012). The Effect of Earthquake on Rock Support in Tunnels. World Tunnel Congress 2012, Bangkok, Thailand, 20-23 May 2012, Tunnelling and Underground Space for a Global SocietyBhasin, R., Pabst, T., and Olsson, R. (2013). Numerical study of the stability of a large hydropower machine hall in the Himalayas under dynamic loading. In Proceedings of the 7th Nordic Grouting Symposium and 2nd Nordic Rock Mechanics Symposium, 13-14 November, Gothenburg, Sweden.NGI (2015). Using the Q-system. Rock mass classification and support design. www.ngi.no, 54 p.54 자연,터널그리고 지하공간인문학 산책터널! 인간의 삶을 묻다. 스티브 잡스가 애플의 미래를 위해 계획한 신사옥은 마치 우주선이 내려앉은 듯하다. 지상은 나무에게 되돌려주고 주요시설을 지하공간에 배치하였다. 바벨탑을 쌓듯 끊임없이 위로 향하던 엔지니어의 관심이 지하로 눈을 돌린 것은 왜 일까?지하공간, 미래도시의 꿈애플 신사옥 건설현장 김재성(주)동명기술공단 부사장Vol. 20, No. 2 55지하공간, 미래도시의 꿈날씨를 통제하라, 돔구장 같은 도시20세기 유럽의 지성을 이끌던 발터 벤야민은 추위를 끔찍이 싫어했던 모양이다. 그가 남긴 아케이드 프로젝트에는 파리 전체를 돔으로 덮자는 얘기가 나온다. 하늘을 찌를 듯 치솟은 에펠탑을 보면서 강철과 유리의 만든 돔을 상상한 게 아닐까 싶다. 그의 꿈은 따뜻한 겨울이라는 바램에서 시작되었지만 최근의 동향을 보면 그리 터무니없어 보이지만은 않는다. 파리는 기존의 가로를 유리창으로 덮는 소박한 방법을 택했지만 이를 모델로 한 몬트리올 래조(RESO), 맨해튼 로라인(Low Line) 프로젝트 등 건축물과 가로를 지하로 끌어내리는 다양한 시도가 펼쳐지고 있으니 말이다. 지하공간은 통제된 환경을 지향한다. 지상은 계절에 따라 날씨가 바뀌고 낮과 밤이 교차되지만 지하공간은 온도와 습도가 일정하게 유지된다. 인공조명에 의해 24시간 밝은 대낮이 이어진다. 황사나 미세먼지와 같은 문제도 걱정할 필요가 없다. 지상의 소음은 물론 자외선 때문에 선크림을 바를 필요도 없다. 이러한 이점으로 볼 때 지하공간의 활용이 빠르게 증가할 것은 당연해 보인다. 그러나 지하공간을 구축하고 효율적으로 운영하기 위해서는 풀어야 할 과제도 적지 않다. 앞으로 지하공간은 어떻게 변할까, 그리고 어떤 문제가 있을까.지하건축의 패러다임 변화2017년 완성된 애플 신사옥은 마치 우주선이 내려앉은 듯한 모습이다. 주요시설이나 업무공간을 지하에 배치하고 지상을 녹지공간으로 조성함으로서 자연친화적인 환경을 극대화했다. 신사옥을 계획한 스티브 잡스는 아쉽게도 건물이 완성되기 전에 떠났지만 신사옥에는 애플의 미래를 이끌어 온 그의 철학이 온전히 담겨있는 듯하다. 그동안 지하건축은 부족한 공간을 보충하는 수준에서 조성되었다. 주차장 보일러실 등 보조적 기능이나 소음시설 격리가 주목적이었고 기껏해야 물류창고나 상업시설 정도였다. 그러나 최근에는 다양한 목적을 위해 지하건축이 진행되고 있으며 지하공간에 대한 패러다임도 바뀌고 있다. 정적인 지하공간의 장점이 부각되면서 휴식 및 주거공간이 들어서고 공연장 경기장 도서관 연구소 등이 지하공간에 위치하게 된 것이다. 이러한 변화는 아늑하고 생활환경의 통제가 쉽다는 지하공간의 이점이 작용했기 때문일 것이다. 어쩌면 소음이나 대기오염 등 지상이 너무 번잡해져서가 아닐까 싶기도 하다.지하공간개발의 대형화지하공간에 대한 패러다임 변화가 가장 눈에 띄는 분야는 도시계획적 차원의 지하공간개발 프로젝트다. 파리의 신도시 레알 프로젝트는 교통이나 물류 등 모든 도시기반시설을 지하공간에 배치시켰다는 데서 주목받는다. 덕분에 지상은 생태환경이 잘 갖추어진 공원이나 보도로 멋지게 다시 태어났다. 잠시 난항을 겪고는 있지만 용산과 한강을 통합 개발하는 GEO 2020도 도시기반시설은 지하공간으로, 지상은 녹지와 휴식공간으로 조성하고 있다. 캐나다 몬트리올의 리조(RESO) 프로젝트는 아예 도시의 가로환경을 지상에서 10여m쯤 아래로 끌어내리고 천창을 통한 자연채광으로 지하도시의 개념을 완전히 탈바꿈시켰다. 가로를 걸으면서 볼 수 있는 빌딩들은 기존의 관점으로 보면 지하공간에 해당된다. 그러56 자연,터널그리고 지하공간인문학 산책터널! 인간의 삶을 묻다. 나 햇빛과 식생환경 등 어디를 둘러봐도 지하라는 느낌은 전혀 들지 않는다. 최근 몬트리얼을 방문한 서울시장은 시청주변에 이러한 지하공간 프로젝트를 추진하겠다고 밝힌 바 있다. 그동안 난개발로 복잡하게 얽혀있는 시청주변의 지하공간이 어떤 모습으로 변모해 나갈지 자못 궁금하다.잠실과 영동, 미래의 도시를 이끌다서울시는 잠실운동장과 한강을 연계하는 넓은 부지를 지상과 지하를 아우르는 신도시로 재탄생시키겠다는 아이디어를 발표한 바 있다. 아직 아이디어 수준이긴 하지만 대규모 지하공간계획이라는 측면에서 세계적인 선례가 될 것으로 보인다. 잠실권역과 함께 활발하게 추진되고 있는 영동대로 복합환승센타 역시 지하공간구축의 새로운 전범이 되지 않을까 싶다. 영동대로 자체의 공간조건만 봐도 작은 규모가 아니지만 잠실운동장 주변 종합계획과 한강 고수부지 개발계획과 맞물릴 경우 시너지효과는 걷잡을 수 없어 보인다. 잠실권역과 영동대로의 기본적인 컨셉은 모든 지상교통과 도시기반시설을 지하로 내리고 지상을 생태공간으로 탈바꿈시키는 것이다.복합환승센타에는 기존의 도시철도 2호선과 9호선을 비롯 광역철도망인 GTX A-line, B-line, 위례경전철, 버스환승센타 등이 순차적으로 연계된다. 복합환승센타와 입체적으로 연결되는 현대타워 GBC(Globol Bisiness Center)도 지하신도시라는 이름을 한 몫 거들게 될 것이다. 115층 이상으로 구상중인 현대타워는 지상건축 규모도 놀랍지만 지하공간을 복합환승센타와 자연스럽게 연계시키면서 지하신도시라는 이름을 한층 부각시킬 것으로 보인다. 2017년 국제설계공모에 당선된 도미니크 페로는 현대건축의 거장답게 Light Walk라는 슬로건을 내걸고 다양한 아이디어를 선보였다. 그동안 지하와 지상, 실내와 실외 공간을 유기적으로 연계시켜온 페로가 이번에는 영동대로 프로젝트를 어떻게 완성시킬지 주목된다.출처 : www.seoul.go.kr (영동대로 계획)Vol. 20, No. 2 57지하공간, 미래도시의 꿈지하공간에서의 아름다움은 어떻게 구현될까고대에 만들어진 그리스의 신전이나 중세 성당을 보면 조형적인 아름다움을 느낀다. 신을 위해 지은 건축물이니 당연하겠지만, 구지 사원이 아니라도 다리나 성곽 탑 등 실용적인 구축물에서도 아름다움은 핵심적인 요소다. 로마의 비트루비우스(M.Vitruvius)에서 중세 팔라디오(A.Palladio)에 이르기까지 서양건축을 이끌어 온 아름다움의 원천은 대칭과 비례였다. 인체를 신의 건축물로 여겨왔으니 이를 건축의 기하학적인 모델로 삼은 것은 당연해 보인다. 대칭과 비례는 구조적으로도 중요한 요소이다. 석재 외에는 변변한 재료가 없었던 엔지니어에게 하중을 지반에 골고루 분산시키기 위한 대칭성은 단지 아름다움의 문제가 아니었을 테니 말이다. 어느 정도의 지반침하는 불가피하다고 해도 대칭과 비례는 균등하게 하중을 분산시킴으로서 부등침하를 최소한으로 줄여주었을 것이다.그러나 이러한 관점은 지하건축에 있어서는 전혀 무의미해진다. 전체를 조망하며 조형미를 느낄만한 외부 자체가 없기 때문이다. 지하건축에서는 외적인 조화나 균형미가 아니라 공간구조를 통한 개방감과 실내공간계획이 더 중시된다. 내부와 외부의 자연스러운 소통, 자연광을 통한 심리적 안정감도 무시할 수 없다. 영동대로 설계를 맡게 된 도미니크 페로는 ‘Light Walk’라는 슬로건을 내걸고 빛과 색을 이용한 내부공간 구축을 중요한 관점으로 제시했다. 그동안 실내를 인테리어 영역 정도로 여겨 온 건축가 입장에서는 좀 당혹스러울 수도 있을 것이다. 그러나 아름다움이 쾌에서 비롯된다고 볼 때 공간의 개방감과 심리적인 안정 또는 조명과 색채를 통한 아름다움의 추구는 그리 낯설어 보이지 않는다. 출처 : www.seoul.go.kr (영동대로계획)Next >