< Previous기술강좌 시리즈: 도심지 지하공간 개발과 대심도 지하인프라 구축 제8강. 핀란드 헬싱키의 지하공간 개발에 관한 고찰 68 자연,터널 그리고 지하공간 <그림 1> 헬싱키의 지하공간개발의 이용과 활용 1. 핀란드 헬싱키의 특성 1.1 헬싱키 개요 핀란드에는 2014년 현재 320개의 독립 지방자치단체가 있다. 수도인 헬싱키는 확실히 핀란드에서 가장 큰 도시이다. 모든 자치단 체의 평균 크기는 950km2인 반면, 헬싱키의 표면적은 214km2에 불과하며 수많은 만과 반도에 걸쳐 퍼져 있으며 수많은 섬을 포함하 고 있다. 도심 지역은 남부 반도를 차지하고 있으며 특정 지역의 인구 밀도는 16,500명/km2에 달한다. 광역 헬싱키 지역은 인구가 백만 명이 넘는 지역 중 세계 최북단 도시 지역이며, 도시 자체는 유럽 연합(EU) 회원국의 최북단 수도 이다. 전체적으로 130만 명, 즉 핀란드인 4명 중 1명이 이 지역에 살고 있다. 헬싱키는 핀란드 남부 발트해 연안에 위치하고 있으며 습한 대륙성 기후를 가지고 있다. 걸프 스트림의 완화 영향으로 인해 겨울 기온은 극북 지역보다 훨씬 높으며, 이는 1월과 2월의 평균 기온이 약 -5°C(23°F)임을 확인할 수 있다. 위도 때문에 낮이 동지 무렵에는 대략 6시간 동안 지속되고, 하지 때에는 낮이 최대 19시 간 동안 지속된다. 6월부터 8월까지의 평균 최고기온은 약 19~21°C이다. 1.2 헬싱키의 지질 조건 헬싱키의 풍경은 매우 평평하며, 자연적으로 가장 높은 지점은 해발 60m에 불과하다. 헬싱키 지반의 1/3은 평균 두께가 3m이고 전단 강도가 약 10kPa인 점토이며, 기반암 위의 토사층의 평균 깊이는 7m이지만 0m에서 거의 70m까지 다양하다. 핀란드의 기반암의 암질은 대부분 터널링 및 지하공간 건설에 이상적이다. 기반암은 주로 오래된 선캄브리아기 암석으로 구성되어 있고 젊은 퇴적암이 존재하는 곳은 소수에 불과하기 때문이다(그림 2). 이는 전형적인 노출되지 않은 암반면이 확인되는 경우도 그림 3에서 보는 바와 같이 볼 수 있다. 헬싱키 지역에는 퇴적암이 없다. 그러나 도심의 기반암을 가로지르는 암석 블록의 움직임에 의해 형성된 여러 개의 균열대가 있다. 암반구조물의 계획 및 굴착에 있어 이러한 구역의 위치와 특성을 식별하는 것이 중요하다. Svecofennian 조산운동의 초기 단계에서 암반 변형은 연성이 있었다. 나중에 암석은 냉각되었고 최상층의 변형은 부서지기 쉽고 단층구조를 형성했다. 단층대는 풍화 작용, 열수 변질, 재결정화 및 이후의 움직임으로 인해 파손되었다. 주변 지역보다 더 파편화되어 있는 균열 구역은 더 빠르게 침식되어 지형이 함몰된 것으로 보인다. 균열대는 헬싱키 도심의 해안선을 정의하는 데 큰 영향을 미쳤다.제8강. 핀란드 헬싱키의 지하공간 개발에 관한 고찰 Vol. 26, No. 2 69 <그림 2> 핀란드와 스칸디나비아의 지질 조건 <그림 3> 헬싱키의 Kluuvi 지하 주차장에 있는 나타난 암반 균열대는 일반적으로 두꺼운 토사층 하부에 있으므로 조사하기가 어렵다. 그러나 인근 암반 노두에 해당 존을 찾는 데 도움이 되는 움직임의 징후가 있다. 터널 및 지하공간의 평균 공사비는 100유로/m3이다(굴착, 보강, 그라우팅 및 지하 배수 포함). 현재까지 암반굴 착에는 천공 및 발파(Drill & Blasting) 방법이 주로 사용되었으며, TBM의 사용은 아직 핀란드에서 경쟁력이 없다. 사전 그라우팅이 필요한 경우 나중에 안전한 지하공간을 확보하는 것은 현실적으로 불가능하고 훨씬 더 많은 비용이 들기 때문에 항상 사전에 수행되어 야 한다(그림 4).기술강좌 시리즈: 도심지 지하공간 개발과 대심도 지하인프라 구축 제8강. 핀란드 헬싱키의 지하공간 개발에 관한 고찰 70 자연,터널 그리고 지하공간 <그림 4> 사전 그라우팅은 헬싱키의 조건 때문에 가장 중요 핀란드에서 터널링 비용이 저렴한 이유는 단단한 암반조건에서 콘크리트 라이닝을 사용하지 않는 관행, 효과적인 D&B 기술(그림 5) 및 도시 지역에서의 광범위한 시공경험 때문이다. <그림 5> D&B 공법 사이클 2. 헬싱키의 지하 마스터 플랜(UMP) UMP 작성 과정은 다음과 같은 의사결정 이력(헬싱키 시의회, 2010)과 Narvi(2012)에 따랐다. (1) 헬싱키는 1980년대부터 지하공간 분담계획을 유지해왔다. (2) 2000년대 초반에는 도시 전체의 지하시설을 대상으로 UMP를 구축해야 할 필요성이 대두되었다. (3) 2004년 12월 9일 헬싱키 도시계획위원회는 UMP 준비를 위한 일련의 계획 원칙을 승인했다. (4) 2005년 4월 4~22일에는 참여 및 평가 계획이 제시되었으며, 여기에는 계획 작업의 내용과 폭넓은 협의 과정이 명시되어 있다.제8강. 핀란드 헬싱키의 지하공간 개발에 관한 고찰 Vol. 26, No. 2 71 (5) 2005년에는 관심 있는 누구나 참여할 수 있는 공개 토론 행사가 마련되었다. 다양한 이해관계를 가지고 심도 깊은 논의가 이루어 졌다. (6) 2006년 1월 19일 마스터 플랜 초안 작성에 앞서 관련 공공기관과 참여 및 평가 계획을 토대로 논의가 이루어졌다. (7) 2007년 초 계획 초안 최종 단계에서 물 및 에너지 유틸리티 기업인 Helsingin Vesi와 Helsingin Energia의 대표자들은 계획 내용 에 대해 별도로 협의했다. 헬싱키 경찰서, 헬싱키 군도 본부, 시행정 센터의 안전 및 작전 준비 부서, 헬싱키 시 구조부에도 기술 서비스를 보여주는 주제별 지도를 게시할 수 있는지 여부에 대한 성명이 요청되었다. (8) 2007년 5월 헬싱키 도시계획위원회의 검토를 거쳐 헬싱키 UMP 초안이 의견을 위해 배포되었다. 목표는 2007년 가을에 제안된 마스터 플랜을 공개하여 모든 이의 제기 및 의견 배포를 허용하고 제안된 UMP가 2007년 말에 시의회에서 결정을 내리도록 하는 것이었다. (9) 2008년 12월 11일, 헬싱키 도시 계획 위원회는 UMP 초안에 대한 진술과 견해를 검토한 후 검토를 위해 수정된 초안을 다시 제출 해야 한다고 결정했다. (10) 2009년 12월 17일 헬싱키 도시계획위원회의 심사를 거쳐 제안된 헬싱키 UMP와 이에 대한 진술, 반대, 견해 및 답변이 시의회 승인을 위해 제출되었다. (11) 2010년 11월 22일과 29일에 시의회는 이 제안을 검토했다. (12) 2010년 12월 8일 시의회는 헬싱키의 UMP를 승인했다(행정 법원에 항소가 제기되었지만 2011년 11월 18일에 기각된 Pitkäkoski 담수 처리장 유보를 제외). <그림 6> 지하마스터 플랜의 역사기술강좌 시리즈: 도심지 지하공간 개발과 대심도 지하인프라 구축 제8강. 핀란드 헬싱키의 지하공간 개발에 관한 고찰 72 자연,터널 그리고 지하공간 2004년 12월 9일 결정에 따른 계획 원칙은 다음과 같다. (1) UMP는 Pasila 남쪽 1:10,000, 다른 지역 1:20,000의 인쇄 축척으로 도시 전체를 포괄할 것이다. (2) UMP는 부분적으로 법적 효력을 가질 수 있지만 주로 법적 영향은 없다. 해당 지역은 나중에 결정될 것이다(그 결과 전체 마스터 플랜이 실제로 법적 효력을 갖는다). (3) UMP에는 시의 지하 시설 관리 시스템과 정보 교환을 지원하는 지하 공간 할당 계획이 연결될 것이다. (4) UMP에는 운송, 민방위, 스포츠, 다양한 시설 및 시설, 물 및 에너지 공급, 주차, 보관, 폐기물 관리 등 다양한 시설에 대한 공간 할당이 포함된다. (5) 목표는 시설의 공동 사용(예: 정상적인 상황에서 민방위 시설 사용, 다목적 터널 네트워크, 공유 주차)을 달성하는 것이다. (6) 현재 기능을 연구하여 지하에 위치할 수 있는지 확인하면 지상의 토지가 해제되거나 문제가 개선될 수 있다. (7) 지하공간은 주로 기반암에 위치한다. 기반암 자원은 충분히 자세히 조사되어야 한다. (8) 기반암 자원은 주로 공공의 이익을 위한 용도로 보유되어야 한다. (9) 휴양지 아래의 기반암 자원은 휴양지나 소중한 자연 환경에 문제가 되지 않는 경우 사용될 수 있다. (10) 계획에서는 구현 가능성을 충분히 고려하여 새로운 주거 지역의 지하 주차장 마련을 지원할 것이다. 3. 지하공간 활용시 주요 고려사항 헬싱키에는 10,000,000m3의 지하 공간(주차장, 스포츠 시설, 석유 및 석탄 저장고, 지하철 등), 400개 이상의 부지, 220km의 지하 터널, 24km의 수로 터널 및 60km의 유틸러티 터널(지역 난방 및 냉방, 전기 및 통신 케이블, 물)이 있다. 지역 냉방의 기본 아이디어 는 낭비될 수 있는 지역 자원을 사용하는 것이다(Helsinki Energy, 2013). 지하공간 활용에 대한 몇 가지 예가 그림 7과 그림 8에 나타나 있다. <그림 7> 단단한 암석으로 지어진 Temppeliaukio 교회제8강. 핀란드 헬싱키의 지하공간 개발에 관한 고찰 Vol. 26, No. 2 73 <그림 8> Itäkeskus의 지하 수영장 헬싱키의 지표면적과 사용 중인 지하공간의 전체 면적을 비교하면 이러한 통계를 이해하는 것이 더 쉬울 것이다. 평균적으로 표면 적 100m2당 지하 공간은 1m2이다. 결과적으로 도시 전체지역에는 미래수요를 위한 지하자원이 여전히 많이 존재한다(Vähäaho, 2012). 핀란드에서는 부동산 소유자가 최소 1,200m2 규모의 건물에 민방위 대피소를 포함해야 한다. 그러나 오늘날에는 ‘평상시’ 동안 다른 목적으로 사용되는 지하 방어 대피소를 갖는 것이 더 일반적이다. 실제로 이러한 공간은 이제 ‘예외적인 시기’를 위한 ‘그냥’ 강화로 평범한 시대의 요구를 충족하도록 설계되었다. 예를 들어, 이를 통해 부동산 소유자는 필요할 경우 수영장을 신속하고 경제적 으로 방어 대피소로 전환할 수 있다. Itäkeskus의 지하 수영장(그림 8)은 2층에 시설을 갖추고 있으며 한 번에 약 1000명의 고객을 수용할 수 있다. 홀에는 연간 약 400,000 명의 고객이 있다. 단단한 암석을 파낸 이 홀은 필요한 경우 3,800명을 수용할 수 있는 비상 대피소로 전환될 수 있다. 핀란드인들은 주변에 녹지가 많은 데 익숙하다. 심지어 도심지에서도 마찬가지이다. 이는 지상에 있을 필요가 없는 기능을 위한 자원으로 지하공간을 활용하는 좋은 이유이기도 하다. 지상에 인프라를 구축하는 대신 지하공간을 활용하는 데 있어서 안전도 중요한 측면이다. 지진 위험은 핀란드에서 주요 위협이 아니지만(지진은 일반적으로 진도 3까지 기록되며, 가장 큰 관측은 1882년 6월 23일 에 진도 5로 발생했다), 지하 솔루션은 지진의 영향을 훨씬 더 완화할 수 있다. 도시 구조가 촘촘해짐에 따라 다양한 목적에 적합한 시설들이 지하에 배치되고 있다. 또한 지하공간을 서로 연결하여 일관되고 상호 연관된 단지를 형성하려는 요구도 증가하고 있다. 지하건설 및 계획의 성장과 다양한 프로젝트 조정에 대한 요구로 인해 헬싱키 를 위한 UMP 준비가 필요하게 되었다. 법적 지위를 갖는 이 계획은 지하건설의 체계적 특성과 품질, 그리고 이와 관련된 정보 교환도 강화한다. UMP는 새롭고 대규모의 중요한 지하 암반시설과 교통 터널의 위치와 공간 할당 및 상호 연결을 제어할 수 있는 일반 계획 이다(Helsinki City, 2009). 헬싱키 UMP는 헬싱키 도시계획부에서 관리한다. 부동산 부서의 지반공학 부서는 헬싱키에서 홀과 같은 대형 공간건설에 적합한 지역과 심도 수준을 인증했다. 지하자원은 헬싱키와 인접 지역의 도시 구조개발에 매우 중요하고 중심적인 역할을 하며, 더욱 통합되고 환경 효율적인 구조를 만드는 데 도움이 된다(그림 9, 그림 10). 지하계획은 지하에 위치한 시설의 전반적 인 경제성을 높이고, 시설의 안전성과 이용성을 높인다.기술강좌 시리즈: 도심지 지하공간 개발과 대심도 지하인프라 구축 제8강. 핀란드 헬싱키의 지하공간 개발에 관한 고찰 74 자연,터널 그리고 지하공간 <그림 9> 오래된 주차장 확장 및 새로운 서비스 터널(City Service Tunnel) <그림 10> 두 개의 주거 지역을 연결하는 대중 교통을 위한 ‘Jokeri 2’ 센트럴파크 터널제8강. 핀란드 헬싱키의 지하공간 개발에 관한 고찰 Vol. 26, No. 2 75 헬싱키는 도시의 특정 부분뿐만 아니라 도시 전체를 위한 전용 UMP를 개발한 최초의 도시이다. 일부 전문가들은 기반암의 유리한 특성과 매우 혹독한 겨울 기후 조건이 이러한 개발의 주요 동인이라고 판단했다. 핀란드에서는 도심에도 열린 공간이 필요하며 기술부 서와 상업 기업 간의 우수하고 장기적인 협력, 그리고 겨울 동안 목록을 이끄는 다른 주요 동인이 있다. 헬싱키의 작은 크기이지만 핀란드에서 지역적으로는 가장 작지만 인구로는 가장 큰 규모이다. 4. 핀란드의 지하공간 이용 4.1 핀란드의 지하개발 전략 지하공간을 개발할 수 있는 방법의 좋은 예는 그림 11에서 보는 방하 같이 Katri Vala Park 하부에 있으며 그 지하에는 4개의 별도 지하개발이 있었다. 아마도 독립적으로 소유 및 운영되는 다양한 프로그램의 이러한 스택을 제로 토지 사용이라고 한다. Katri Park 예에서 볼 수 있듯이 지하개발이 토지 이용에 기여할 수 있는 계층화를 보여준다. 또한 토지 소유권에 대한 몇 가지 질문을 제기하는데, 이론적으로 위의 토지를 소유한 사람은 아래의 토지도 소유하지만 구역 지정 및 계획 계약에 의해 완화될 수 있다. 헬싱키 중심부의 많은 오래된 건물에는 지하철 및 서비스 시설이 이미 건설된 지하 6m까지 지하실이 있으며, 이러한 계층화는 더욱 보편화될 것이다. <그림 11> 지하공간 사용의 계층화 4.2 핀란드의 지하공간 이용계획 교통 터널과 같은 장기 프로젝트를 위한 공간 할당은 향후 건설을 위해 유지되어야 한다. 향후 프로젝트를 위해 보존할 가치가 있는 자원에도 동일하게 적용된다. 기반암 굴착은 ‘일회성 작업’(한 번만 수행할 수 있는 작업)이므로 이러한 자원의 활용은 계획에 따라 수행되어야 한다. 오늘날 헬싱키의 UMP는 토지이용 계획 과정의 중요한 부분을 차지한다(그림 12).기술강좌 시리즈: 도심지 지하공간 개발과 대심도 지하인프라 구축 제8강. 핀란드 헬싱키의 지하공간 개발에 관한 고찰 76 자연,터널 그리고 지하공간 <그림 12> 헬싱키 지하 마스터 플랜 새로운 건설 프로젝트를 계획하고 실행할 때 터널, 교통 및 기술 유지 관리를 위한 덕트 등 공공 장기 프로젝트를 위한 공간 예약을 향후 건설을 위해 유지하는 것이 중요하다. 마찬가지로 귀중하고 독특한 암석과 지반의 사용은 미래의 자원을 낭비하지 않고 실용적이 고 활용되어야 한다. 헬싱키는 또한 아직 이름이 지정되지 않은 지하시설 건설을 위해 분류되지 않은 향후 사용을 위해 지하암반 자원을 비축해 두었다. 목표는 지하에 위치하기에 적합한 기능을 위한 좋은 부지를 식별하고 도심의 지하암반 자원에 대한 압력을 줄이는 것이다. 도시 계획 을 준비할 때 다양한 목적에 대한 지하암반 지역의 적합성을 검토한다. 현재 지정된 목적도 없고 평균 면적이 0.3km2인 이름 없는 지하암반 자원 보호구역이 40개 정도 있다. 이름이 지정되지 않은 보호 구역의 총 면적은 거의 14km2로 헬싱키 육지 면적의 6.4%를 차지한다. 이러한 자원을 선택할 때 설문조사에서는 접근성, 해당 지역의 현재 및 계획된 지상용도, 교통 연결, 토지 소유권, 가능한 레크리에이션, 조경 및 환경 보호 가치를 고려하여 분류되지 않은 자원을 선택하는 것이 두 가지 목적 모두에 적합해야 한다. ‘Greater Helsinki Vision 2050’(2008)은 미래 쌍둥이 도시 헬싱키-탈린(현재 인구 170만 명)을 시각화하기 위한 국제 아이디어 공모전의 명칭이다. 대회 우승자는 또한 80km 해저 터널을 통해 수도 간 새로운 인프라 연결을 제안했는데, 이는 진정한 쌍둥이 도시 인 ‘Talsinki’가 될 수 있는 엄청난 잠재력을 창출할 것이다. 쌍둥이 도시 시나리오(2013)에 따르면“2030년까지 쌍둥이 도시는 긴밀하 게 통합된 공동 노동 지역으로 형성될 것”이다. Kalliala(2008)는 북부 대도시 쌍둥이 도시에서의 미래 생활을 구상했다. 헬싱키와 탈린의 사회 서비스 품질 차이는 크게 줄어들 것이다. Talsinki는 스톡홀름, 코펜하겐과 경쟁하고 올림픽을 조직할 수 있는 북유럽의 주요 개발 센터가 될 것이다. 수도 사이의 터널 건설은 도시 공간과 주변 지역의 추가 통합을 위한 논리적 단계로 보일 것이다. 지난 20년 동안 두 수도권 모두 엄청나게 성장했다. 폭 80km의 핀란드 만은 도시를 분리하고 사람과 물품의 이동을 제한한다. 예상되는 터널은 EU 회원국 간의 남북 연결을 개선하기 위한 프로젝트인 Rail Baltica 철도 링크의 향후 확장 가능성이 될 것이다. 이 프로젝트는 이미 EU 이사회에서 최우선 EU 프로젝트로 승인되었다. 탈린과 헬싱키 사이의 기반암 건설 조건은 Ikävalko 등에 의해 논의되었다(2013). 초점은 건설 환경의 지질학적, 지반공학적 특성에 대한 개요를 제공하고 세계에서 가장 긴 해저 터널을 건설할 때 발생할 수 있는 어려움을 설명하는 것이었다. 이 정보는 헬싱키시, 핀란드 지질조사국, 에스토니아 지질조사국 간의 협력 프로젝트를 기반으로 하였다. 터널은 동유럽 플랫폼과 Fennoscandian Shield 제8강. 핀란드 헬싱키의 지하공간 개발에 관한 고찰 Vol. 26, No. 2 77 사이의 경계에 위치해 있다. 헬싱키 지역에서는 노출된 오래된 선캄브리아기의 단단한 기반암이 느슨한 제4기 퇴적물의 얇은 층으로 덮여 있다. 탈린 근처의 오래된 결정질 지층은 12억년 된 더 젊은 퇴적암과 조우하게 된다. 터널링 프로젝트는 특히 이 두 지층 사이의 경계면 근처 조건에 대한 제한된 경험으로 인해 남쪽 끝 지역에서 어려울 것이다. 터널링에 가능한 방법은 핀란드와 같은 단단한 암석 조건에 특정한 D&B 기술과 에스토니아 현장에서 대안으로 TBM를 사용하는 것이다. 핀란드 지역의 지질 데이터는 주로 해안 지역과 섬의 지도 작성을 기반으로 얻어진다. 일부 해저터널 프로젝트에서 더 자세한 데이터가 수집되었다. 에스토니아 지역의 조사 및 지질 환경에 대한 설명은 Suuroja 등의 보고서를 기반으로 하였다(2012). 작업에서 데이터는 에스토니아 배타적 경제 구역 내 미리 결정된 지역의 다양한 데이터베이스에서 수집되었다. 이를 바탕으로 주요 지질단위의 3차원 모델을 구축하고, 토질 및 기반암 단위의 물리적 특성을 설명하였다. 지질 종단면은 플랫폼 영역의 두 가지 주요 요소, 즉 선캄 브리아기 결정질 기저층과 퇴적층으로 구성되었다. 결정질 기저에는 Subjotnian rapakivi 화강암의 젊은 형성물과 Jotnian 퇴적물 및 규암의 잔재가 포함되어 있다. 전체 결정질 지층은 오래 지속되는 대륙 침식으로 인해 매우 평평하게 침식되었으며 Edi 아래 남쪽 으로 완만하게 내려갔다. <그림 13> 헬싱키에서 탈린까지 핀란드만을 통과하는 종단면도 에스토니아 쪽의 제4기 퇴적물은 물로 포화된 느슨하고 부드러운 퇴적물이므로 터널링에 어려움이 예상된다. 계곡지형에서는 제4 기 퇴적물의 두께가 최대 150m에 달할 수 있다. 오르도비스기의 암석처럼 지하수압이 높아 피해야 하는 건설 환경이다. 그러나 점토층 은 안정된 비배수층으로 터널링에 좋은 환경이다. 에디아카라의 물로 포화된 모래층과 사암은 두께가 최대 60m에 달하고 탈린과 그 주변 지역 모두에 중요한 물 공급원이므로 터널링에 심각한 어려움을 안겨줄 것이다. 매우 단단한 암석으로 구성된 결정질 지하층은 터널 건설을 위한 견고하고 보호되는 환경으로 기반암 경계면의 위치를 찾기 위해서는 많은 조사를 수행해야 하며, 이 과정은 첫 번째 단계에서는 물리탐사로 시작되고, 두 번째 단계에서는 시추 작업을 통해 시작된다. 단층 영역도 찾아야 하며, 아직은 고려 단계이기 때문에 터널의 필요성에 대한 근본적인 질문을 둘러싼 주요 고민이 있다. 취해야 할 첫 번째 단계는 북에스토니아 Harju 카운티 정부 등이 마련한 헬싱키-탈린 인프라 링크의 사전 타당성 조사를 위한 검토이다(2014).Next >