< Previous인문학 산책 68 자연,터널 그리고 지하공간 파리 음향연구소(IRCAM) 파리 음향연구소(IRCAM)18)는 퐁피두 국립문화센타19)의 계획에 따라 건축된 건축물이다. IRCAM은 피에르 볼레 즈20)에 의해 설립되었으며 음향효과와 녹음 등 소리와 관련된 연구에서 세계 첨두를 자부한다. 퐁피두 센타가 건축물 을 구성하는 상하수관 소방설비 전기 통신 등 모든 시설물을 건물 밖으로 빼내어 발상을 전환시킨 것으로 유명하다면 파리 음향연구소는 지상과 지하의 경계를 무너트린 공간계획으로 유명하다. 음향연구소의 주요시설은 대부분 지하공간 에 배치되어 있지만 지상공간과의 자연스러운 동선계획 및 자연채광에 의한 조명이 이루어지도록 설계하여 지하공간 을 효율적으로 운영할 수 있도록 하였다. 지상공간은 각종 조각예술이나 분수대가 설치되어 있는 광장으로 조성되어 있으며 연구소는 광장 아래 20m 깊이에 만들어져 있다. 하지만 지하연구소는 지상과 유리된 공간으로 느껴지지 않는 다. 계단으로 자연스럽게 연결되어 있으며 지붕을 유리로 만들어 채광할 수 있게 꾸몄다. 계단식으로 처리된 주동선 주변에 휴식공간을 여유 있게 배치하여 지상에서 지하로 이동하는 느낌이 거의 들지 않도록 한 것도 특색이 있다. 지 하공간에 배치된 연구소는 악기와 음성, 전기 음향, 컴퓨터 기기음향, 일반 음향 등 4개 부분으로 분할되어 있다. IRCAM 지상과 지하부분 18) IRCAM. Institut de Peherche et de Coordination Acoustoque/Musique(음향 및 음악종합 연구소)의 약칭 19) 퐁피두 센타(Centre National d’Art et de Culture Georges Pompidou). 프랑스 파리 보부르가(街)와 마레 지구에 있는 프랑스 국립 문화 센터. 현대미술관을 비롯 공공도서관 산업디자인 센타 영화박물관으로 구성되어 있으며 IRCAM도 퐁피두 센타를 구성하는 하나의 시설물이다. 20) 볼레즈(pielle Boulez. 1925~). 프랑스 작곡가로 영국 BBC 방송교향악단, 뉴욕 필의 음악감독을 지냈으며 1977~1991 까지 IRCAM을 이끌었다.Vol. 22, No. 2 69 지하공간의 활용 1. 시험 및 연구소 샌포드 암흑물질연구소(DUSEL) 미국 사우스타코다에 있는 샌포드 지하연구소는 원래 금을 채굴하던 홈스테이크 광산을 개조하여 만든 연구소다. 이 광산은 금맥을 따라 지하 1,478m까지 파내려갔는데 채산성이 떨어지자 방치되어 있었다. 이 광산을 사들인 미국 국립과학재단(NSF)은 외부영향을 거의 받지 않는 지하공간을 활용하여 큰 비용을 들이지 않고 연구소를 설치할 수 있었다. 지상과 지하공간에서 빠르게 연결될 수 있도록 수직 터널을 만들었는데 연구소의 주요시설은 이렇게 내려간 곳에 만들어져 있다. 폐광으로 버려진 공간이 고도의 안정성을 갖춘 효율적인 실험실로 탈바꿈된 것이다. 샌포드 지하연구소21) 이 연구소의 주목적은 암흑물질(LUX)22) 탐지다. 암흑물질은 은하를 넓게 감싸고 있는 미립자로 은하 회전속도나 중력렌즈23) 효과를 통해 알려졌으며 바로 지금 우리 주변에도 암흑물질이 공기처럼 가득 존재하고 있는 것으로 생각 되어 왔다. 이렇게 이론적으로는 분명히 존재하지만 다른 물질과 상호작용을 거의 하지 않고 전기적으로 중성이어서 21) 사진출처 : www.en.wikipedia.org Dusel diagram.jpg 22) 암흑물질(LUX). 1933년 스위스 천문학자 P.프리츠가 은하의 질량계산 과정에서 존재 가능성을 주장한 물질로 전체 우 주 질량의 80% 정도를 차지한다. 23) 중력렌즈(gravitational lens) 먼 천체에서 나온 빛이 휘어서 지구에 도착하는 현상. 아인쉬타인 이론에 따르면 빛은 중 력에 의해 휘어진다. 그러나 은하가 없는데도 빛이 휘어서 도착하는 현상이 발견되자 이를 암흑물질에 의한 중력렌즈 효과라고 추정하였다.인문학 산책 70 자연,터널 그리고 지하공간 아직 실체는 확인되지 않았다. 이 때문에 암흑물질의 연구는 그동안 학계에서 잘 이루어지지 않았지만 1970년부터 다 시 이슈로 떠올랐다. 아주 미세하긴 하지만 질량이 있는 만큼 외부영향을 엄밀히 차단하면 그 효과를 확인할 수 있다 는 연구가 나왔기 때문이다. 홈스테이크 광산을 지하연구소로 조성한 것은 바로 이러한 이유 때문이다. 전자파나 우 라늄과 같은 외부영향이 거의 없는 지하 1,478m 깊은 곳에 초정밀 분석기를 설치하면 충분히 측정할 수 있다고 본 것 이다. 샌포드 지하연구소는 암흑물질 외에도 다양한 시험이 이루어진다. 입자가속기와 CERN 입자가속기(particle accelerator)는 러더퍼드의 산란시험과 사이클로트론의 원리를 응용하여 원자핵을 분석하는 장치이다. 쉽게 말해서 양성자나 원자핵을 광속에 가깝게 가속시킨 다음 충돌시키면 입자가 파괴되는데 이때 흩어지 는 미세립자를 검출하여 근본적인 우주의 물질이 무엇인지 알아내는 것이다. 빅뱅 우주론이나 양자역학이 현대 이론 물리학을 이끄는 첨두에 서 있다면 입자가속기는 이러한 이론의 근거를 가시적으로 증명하는 실험물리학 분야에서 선 두주자라고 할 수 있다. 1) 라더퍼드와 사이클로드폰 러더퍼드(E. Rutherford)는 영국의 핵물리학자로 방사능의 붕괴현상을 발견하였으며 알파 입자의 산란 실험으로 새로운 원자구조 모델을 제시하여 1908년 노벨상을 수상하였다. 사이클로트론(cycleotron)은 라더퍼드의 이론을 응용 하여 1932년 미국의 E.O.로렌스가 발명하였다. 즉 일정한 자기장 속에서 회전하는 입자는 원을 한 바퀴 도는데 항상 일정한 시간이 걸리므로 원을 크게 하면 할수록 더 큰 속도를 얻을 수 있게 된다. 또 입자가 광속에 가까워지면 상대 성이론에 따라 질량이 증가하면서 입자 에너지도 매우 커지게 된다. 2) 세계최대의 입자가속터널 CERN CERN은 많은 국가의 예산과 과학자의 공조로 이루어진 전지구적인 사업으로 1989년 연구 및 사업집행을 위한 기 구가 발족되었으며 1995년 건설에 착수하여 13년만인 2008년 완공하였다. 이 사업에서 가장 중요한시설은 연장 26km가 넘는 입자가속터널(LHC)이다. 사업비는 약 95억 달러(11조원)에 이른다. CERN에는 2,600여명의 직원이 상시 근무하고 있으며 세계 각국의 580개 대학 및 연구소에서 온 7,900명의 과학자들이 함께 연구하고 있다. 3) 입자가속시험으로 알아낸 것 CERN이 밝혀낸 주요한 업적 중 하나는 이론상으로만 존재하던 반물질(反物質)을 실제 찾아낸 것이다. 물질을 구성 하는 소립자를 양성자 중성자 전자라고 한다면 반물질은 반양성자 반중성자 양전자로 구성되어 있다. 물질과 반물질 이 만나면 상호작용하여 무(無)로 변하면서 막대한 에너지가 발생한다. 이러한 원리를 이용하여 폭탄을 만들 경우 수 소폭탄보다 1000배 이상 큰 에너지가 나온다고 한다. 실제로 CERN에서는 5만 개 이상의 반수소 원자(양전자 1개, 반 양성자 1개)의 합성에 성공했다.Vol. 22, No. 2 71 지하공간의 활용 1. 시험 및 연구소 4) 신의 손, 힉스입자 입자가속기의 중요한 목적중 하나는 힉스입자를 찾는 것이다. 힉스 입자는 영국의 물리학자 피터 힉스가 1964년에 정립한 개념으로 빅뱅과 함께 출현하여 수소 헬륨 등 빅뱅 초기의 12개 물질원소를 만들어 낸 입자다. 이러한 원소들 은 힉스입자로 인해 질량을 부여받았는데 이렇게 우주탄생에 기여했다는 뜻에서 신의 손 또는 신의 입자라고 불린다. 5) 입자가속기는 안전한가 CERN의 초대형 입자가속기 LHC가 처음 가동을 시작한 2008년 9월 10일 그 규모와 엄청난 에너지 때문에 세계적 으로 큰 센세이션을 일으켰다. LHC가 수행할 수 있는 실험에는 진공거품(vacuum bubble), 자기홀극자(magnetic monopole), 작은 블랙홀, 기묘체(strangelet) 등이 있는데 이는 안정적인 우주에 영향을 줄 수도 있기 때문이다. 그러 나 CERN의 안전성사정위원회에서는 이러한 걱정이나 주장을 일축하면서 이런 가상의 위협 요소들이 설령 만들어져 도 지구와 인류에는 위협이 되지 않는다는 증거를 제시했다. 가장 유력한 증거는 우리가 살고 있는 우주 자체이다. 우 주에는 우주선(cosmic rays)이라는 매우 높은 에너지를 가진 입자들의 흐름이 있는데 이를 LHC의 양성자 에너지와 비교하면 쉽게 이해할 수 있다. LHC는 서로 반대방향으로 원운동하는 두 개의 양성자 빔을 충돌시키는 실험기구이다. 이 때의 충돌에너지는 양성자 질량의 약 1만4천 배에 이르지만 우주선에는 이보다 더 큰 에너지를 가진 양성자가 많기 때문이다. 이를테면 우주 자신이 이미 오랜 세월 동안 LHC와 비슷한 실험을 해 온 셈이기 때문에 LHC에서 만들어진 블랙홀로 인해 어떤 영향을 받는다는 것은 기우다. 6) 인터넷과 CERN CERN에서는 첨단 물리학의 엄청난 양의 자료와 정보가 만들어진다. 그래서 과학자들은 자료작성의 표준을 만들었 는데 그것이 현재 인터넷에 표준으로 쓰이는 HTML이다. 또한 자료와 문서를 모든 과학자가 서로 쉽게 공유할 수 있 도록 하였는데 이것이 WWW(World Wide Web)로 발전하게 되었다.72 자연,터널 그리고 지하공간 ▨ 서울 도시철도 7호선 청라국제도시 연장선 1. 사업 개요 □ 사업목적 : 본 사업은 청라국제도시에 도시철도를 연결하여 더욱 신속하고 안정적인 광역교통 체계를 구축하고, 외국인 경영환경과 생활여건 개선을 통한 국가경쟁력 강화 및 투자유치 촉진에 기여 □ 사업구간 : 인천광역시 서구 석남동∼공항철도 청라국제도시역(약 10.74km) □ 개통목표 : 2027년도 □ 설계공구 : 총 4개 공구로 구분하여 설계 진행중 □ 주요 구조물 현황 : 정거장 총 6개소(이중 4개소는 터널 정거장, 2개소는 개착정거장) - 본선 개착 1.373km - 본선 터널 8.201km - 정 거 장 1.050km [노선 평면 및 공구분할도][004 터널 정거장] 국내사업 고성일 _ (주)서하기술단Vol. 22, No. 2 73 국내사업 [노선 종단면도] 2. 구조물 계획 □ 본선터널 단면 - 해당 노선에 운행될 열차의 건축한계를 고려하여 다음과 같이 계획되어 있다(기본계획시 단면 조건). 단면폭내공단면적 굴착단면적 보도폭 궤도중심간격 10.49m58.18m277.15m2500mm4.4m(직선구간 기준)74 자연,터널 그리고 지하공간 프로젝트소개 □ 정거장 단면 - 이용승객의 규모 및 내부계단 등을 고려한 승강장 폭을 확보하기 위한 계획으로 다음과 같이 선정하였다(기본계 획시 단면 조건). 정거장 단면분할굴착 계획(PS-3, 연암조건) 단면폭내공단면적 굴착단면적 승강장 폭 궤도중심간격 27.36m353.70m2426.19m27,680mm4.4m(직선구간 기준) □ 주요 구간 건설공법(004 정거장 시티타워 통과구간) - 고려사항 ① 시티타워(H=448m) 기초는 RCD 말뚝(Φ2,500, L=25m~37m, 5m 간격), 복합시설(지하2층, 지상3층) 기초는 PRD 말뚝(Φ1,200, L=18m~26m, 2.4m 간격)으로 계획됨. ⇨ 시티타워 및 복합시설과 7호선 터널구조물의 안전성을 위해 004정거장을 복합시설 말뚝 선단과 8.2m를 이격(0.3D)하여 배치(계획고 GL-62.0m)함. (※ 터널 및 구조물의 안전성 확보를 위해 무진동 굴착과 터널 상부에 대구경 강관다단 그라우팅 등 보강 공법 시행) ⇨ 004정거장 출입구(수직구, D=30m)는 복합시설과 약 20m를 이격하여 배치함. ② 7호선 이용자의 시티타워 및 복합시설 이용은 004정거장 출입구를 통과하여 시티타워 부지를 경유하여 복합 시설 1층으로 진출입이 가능하도록 계획함. ⇨ 필요시 004정거장 수직구에 연결통로(B=9m)를 계획할 경우에는 복합시설 지하 1층으로 진출입이 가능 토록 계획Vol. 22, No. 2 75 국내사업 [004 터널 정거장 횡단 배치계획] 서울역 정거장(G.L-55.4m)연신내 정거장(G.L-58.9m) 킨텍스 정거장(G.L-53.8m)운정 정거장(G.L-54.2m) [유사 대심도 정거장 예] [본 원고는 서울7호선 청라국제도시 연장사업 도시철도 기본계획 자료(2019. 7)를 기초로 작성한 것임.] [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]터널 질의 답변 76 자연,터널 그리고 지하공간 ○ 현재 시공 중인 공사에 대해 간단한 설명 부탁드립니다. 답변 : 공사명은 고속국도 제20호선 새만금~전주 간 건설공사(제6공구)로써 전라북도 전주시 완산구 원당동~완주군 구이면 평촌리 일원에서 고속도로 건설을 위한 토공, 배수 및 옹벽공, 교량, 터널을 시공하는 공사입니다. 2018년 12월 착공하 였으며, 24년 1월 준공을 목표로 현재 9프로의 공정률로 공사를 진행 중에 있습니다. 이 중, 터널공사는 2019년 12월 착공하여 21년 10월 굴진공사가 마무리 예정이며, 3.6km(완산터널)의 장대 터널을 NATM공법으로 시공 중입니다. ○ 지금까지 다양한 터널 현장에 계셨는데, 기억에 남는 현장이 있다면 어떤 현장이었으며 이유는 무엇인 가요? 답변 : 고속도로 터널현장에 주로 근무하였으며 기사시절에는 약 1km의 터널현장에, 과장시절에는 3km의 장대터널이 있는 현 장에 근무하였습니다. 안타까운 일이지만 기사시절에 있던 현장에서 굴진이 완료되고 라이닝 콘크리트 타설 시 생각지도 못한 상황에서 안전 사고가 발생하여 아직도 가슴 아픈 기억으로 남아 있습니다. 모든 공사현장이 그렇겠지만 터널 현장은 단순해 보여도 조금만 방심하면 큰 사고로 이어질 수 있다는 점에서 안전의 중요성을 지금까지도 마음속 깊이 각인시킨 현장이었습니다. 터널기술자 인터뷰 김창종 고려개발 새만금전주 고속도로6공구 공무부장Vol. 22, No. 2 77 ○ 지금까지 공사를 해오면서 현장에서 가장 어려운 점은 어떤 것들이 있었나요? 답변 : 막장면의 상태가 좋지 않거나 용수가 많이 발생하여 겪는 어려움도 있었고, 천단부가 쏟아져 내려 공사가 중단되고 적 정한 공법을 찾아 보강을 하는 과정에서 겪는 어려움도 힘이 들었으나, 가장 힘든 점은 터널 인근의 지역주민들의 과도 한 피해보상을 요구하는 점이 가장 어려웠습니다. 진동, 소음이 법적 기준치 이내에 들어오고 지하수위 저하도 큰 변화가 없지만 피해보상을 요구하며 집단행동으로 공 사용 진입로를 가로막고 합리적인 수준의 보상을 거부하고 공사를 어렵게 할 때 가장 힘들었습니다. 물론, 그럼에도 불구하고 지역주민들을 설득하고 마지막에는 좋은 관계로 전환시켰지만 그 과정이 공사를 수행하는 것 보다 더 어렵게 느껴집니다. ○ 학교에서 배운 것과 실무와의 가장 큰 차이는 무엇인가요? 답변 : 가장 큰 차이점으로는 실제로 배우지 않았던 사람들과 직접 마주하며 대화의 스킬을 키워나가야 한다는 점입니다. 현장 에서의 작업자, 민원인, 현장에서의 실무진과의 대화에서도 충분한 경청과 배려, 대화를 이끌어 나갈 수 있는 스킬이 필요합니다. 물론 학교에서 배우는 토목에 대한 기초적인 지식은 실무에서 큰 도움이 됩니다. 하지만, 공사를 진행하다가 보면 이론 과 실무는 조금 다르게 흘러갈 경우가 많이 있습니다. 그런 불상사를 막기 위해 공사 지연을 막고, 목표로 했던 성과를 내기 위해서는 사람들과 원활한 소통, 경청, 배려가 모두 이루어 져야 합니다. ○ 터널 기술자로서의 아쉬웠던 점과 보람은 어떤 것들이 있었나요? 답변 : 아쉬웠던 점입니다. 대부분의 터널에는 다양한 보강공법이 반영되어 있습니다(ex. 락볼트, 포어폴링, 강관다단보강그라 우팅 등). 이중에 강관다단보강그라우팅은 공정 순서가 굴착-강관삽입-실재주입/양생-그라우팅주입/양생 순으로 진행되는데 국 내 시방기준에는 그라우팅주입 후 양생시간 및 강도에 대한 기준이 정확하게 나와 있지 않습니다. 다만 터널 보강공법 은 그라우팅 주입 후 24시간 양생이라는 틀에 갇혀서 이 부분을 개선하려고 현장에서 용역보고서 작성 등 다양한 노력 을 하였으나 발주처를 설득하지 못하여 적용시키지 못한 점이 아쉽습니다. 사소한 것처럼 보이지만 보강이 많은 터널현장에서는 양생기간 단축이 공기 및 원가절감에 가장 중요한 포인트입니다. 보람 있었던 점은 장대터널 시공 시 시점부와 종점부에서 각자 굴착을 시작하여 관통 시까지 마음을 졸였으나, 오차 없 이 정확하게 연결되는 순간에 보람이랄까 희열을 느꼈습니다.Next >