< Previous38 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 안전한 대심도 지하공간 개발을 위한 고찰: 대심도 지하공간의 정책, 공학적 리스크 그리고 방재 전략 2. 대심도 지하공간의 구분 및 특징 2.1 대심도 지하공간과 일반 지하공간의 구분 국내에서 대심도 지하공간 개발을 위한 관련 연구는 한국건설기술연구원(2014) 「대심도 지하도로 설계지침 제정 연구」, 한국터널지하공간학회(2020) 「도심지 대심도 터널 건설에 따른 영향 분석 연구」에서 수행된 바 있으며, 최근 서울기술연 구원(2024) 「대심도 지하공간 개발 증가에 따른 서울시 지하안전관리 방안」에서는 대심도 지하공간을 위한 체계적인 관리 가 필요하다고 보고하였다. 대심도 지하공간을 구분하는 기준은 국가마다 조금씩 차이는 보이나 국내의 경우 한계심도를 기준으로 설정해 지하 40m 이상을 대심도로 구분하고 있다. 대심도 지하공간(40m 이상)은 단순히 깊이가 깊다는 점을 넘어서, 구조물 설계 ․ 시공 ․ 유지관리 전 과정에서 일반 심도와 구분되는 기술 요소를 요구한다. 일본 국토교통성은 2001년부터 ‘심층지하제도’를 운영하여 공공 용도의 대심도 개발이 가능하도록 법제화하였고, 철저 한 지진 대응 설계 및 방재 인프라의 통합 그리고 지하수 보존을 위한 설계를 요구하고 있다. 싱가포르 국토청(URA)은 지하공간을 심도에 따라 Level 1~4로 분류하고, 지하 50m 이상인 Level 4는 복합심도 개 발 및 지하수 보존, 지열 에너지의 활용을 시도하고 있다. 스위스는 대심도 지하공간 개발시 열 ․ 온도 역학 기반(고심도 압력 및 열응력)으로 설계하도록 권장하고 있으며, 독일 터널위원회(DAUB)는 BIM, 실시간 계측 시스템을 통해 구조물의 안정성 확보와 방재 설계의 강화를 요구하고 있다. 국내 ․ 외의 대심도 지하공간 개발 사례를 토대로 설계시 고려사항을 요약, 정리하면 다음 표 3과 같다. <표 3> 일반 지하공간과 대심대 지하공간 개발시 설계 고려사항 비교 구분일반 지하공간대심도 지하공간 심도지하 40m 이내지하 40~60m 이상 응력 환경상대적으로 저응력 환경고응력 환경 (암반의 압착/수렴 거동) 수리적 환경지하수위 변화 중심고수압 침투 위험, 유출수 지속성 열 환경외기 영향권고온 환경 (지열 : 25~30°C/km) 구조물 수명단기 안전성 중심장기 안정성, 크리프 거동 고려 필수 방재 성능수평적 대피 중심의 방재 설계수직 + 수평 통합 대피 구조 계측관리변형, 균열 등 인력중심의 점검 (위험구간에 한하여 실시간 계측)지반변형 측정 실시간 모니터링 시스템 2.2 대심도 지하공간의 사고 사례 2.2.1 공사중 사고 사례 대심도 지하공간은 응력, 수리적, 열 환경이 일반적인 지하공간과 차이가 있어, 국내 ․ 외에서 공사중 사고 사례가 확인 되는데 국내는 부산 대심도 배수터널(2022), 신안산선 대심도 터널(2025) 사고가 대표적이며, 국외에서는 스위스 고트하 르트 베이스 터널(2005), 중국 Weilai 터널(2023)에서 공사중 사고가 보고되고 있다. Vol. 27, No. 2 39 <표 4> 대심대 지하공간 개발시 발생한 현장 발생 문제점 및 대응 사례 사례현장 발생 문제점해결방안 스위스 고트하르트 베이스 터널 (2005) 구분특징 대상 지반∙ 최대 심도 2,300m, 편마암 전이대(Gneiss transition zone) 현장 문제 ∙ 고지압 지반응력 조건에서 암반의 압착성(squeezing) ∙ 지보재 손상, 지반 변형 발생 (최대 약 1m) 해결 방안 ∙ 터널 굴착직경 변경 : Φ9.20m → Φ13.08m ∙ 숏크리트 두께 변경 : t5cm → t55cm ∙ 콘크리트 라이닝 변경 : t40cm → t60~120cm 중국 진핑 II 터널 (2009) 구분특징 대상 지반∙ 최대 심도 2,500m, 대리암 (Marble) 현장 문제 ∙ 고지압, 고수압 지반응력 조건에서 암반 파열(rockburst) ∙ 암반 균열 및 붕괴 발생 해결 방안 ∙ 응력 해소 천공 및 사전 발파를 통한 응력 해소 ∙ 팽창형 앵커 볼트 ∙ 배수시스템 강화 (외부 수압 저감)40 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 안전한 대심도 지하공간 개발을 위한 고찰: 대심도 지하공간의 정책, 공학적 리스크 그리고 방재 전략 <표 4> 대심대 지하공간 개발시 발생한 현장 발생 문제점 및 대응 사례(계속) 사례현장 발생 문제점해결방안 중국 웨일라이 터널 (2005) 구분특징 대상 지반∙ 최대 심도 105m, 이암, 사암 분포의 활성 단층 (Active fault) 현장 문제 ∙ 고지열, 고수압 조건에서 암반의 압착성(squeezing) 및 연화 ∙ 지하수 터널 유입, 터널 변형 발생 (최대 40cm) 해결 방안 ∙ 2중 콘크리트 라이닝(30Mpa) 구조: 외부 t50cm, 내부 t40cm ∙ 2중 방수 구조 등 2.2.2 운영중 사고 사례 대심도 지하공간의 운영중 사고는 차량 화재, 환기 불량, 시설물의 붕괴 및 열차의 탈선 등 다양한 원인으로 발생하며 심도가 깊은 시설물의 특성으로 인해 사고 발생시 대형 사고로 이어지는 것으로 보고된다(표 5 참조). 이러한 이유로 대심 도 터널에서는 보다 강력한 방재 시스템이 요구되고 있으며, 대한민국과 일본은 각각 대심도 지하공간의 방재성능 강화를 위한 설계지침 및 기준을 개정 또는 제정하고 있다. <표 5> 대심대 지하공간 운영시 발생 사고 사례 구분현장 사고사고내용 프랑스-이태리 몽블랑 터널 (1999) 구분내용 유형화재 (차량 화재) 피해차량 39대 전소 (39명 사망) 복구3년간 전면폐쇄 개선 안전설비 전면 개선 (이중환기, 열 감지 시스템, 비상통로, 도보 탈출로 확충) Vol. 27, No. 2 41 <표 5> 대심대 지하공간 운영시 발생 사고 사례(계속) 구분현장 사고사고내용 스위스 고트하르트 베이스 터널 (2012) 구분내용 유형화물열차 탈선 피해선로 8km, 철도인프라 파손 복구13개월 개선 제도 개선 (30년 이상 시설 정기점검 제도 도입, 5년 주기 점검) 일본 사사고 터널 (2012) 구분내용 유형구조물 붕괴 (볼트 부식) 피해차량 3대 매몰 (9명 사망) 원인35년간 안전점검 미시행 개선 제도 개선 (30년 이상 시설 정기점검 제도 도입, 5년 주기 점검) 3. 대심도 지하공간 개발시 고려 사항 3.1 설계 단계 고려사항 국내 ․ 외의 현장 발생 문제 사례 등을 종합해 보면 일반 심도의 지하공간과 40m 이상의 대심도 지하공간은 장기적인 거동 특성에서 차이를 보인다고 할 수 있다. 단순히 토피의 증가로 인한 하중 증가를 넘어서 암반의 응력 환경, 지하수 환 경 및 열 환경 측면에서 상호작용에 의한 거동이 복잡하게 작용할 수 있다. 서울시(2024)는 대심도 지하공간의 개발시 굴착공사로 인한 과지압으로 인한 과다한 여굴의 발생, 지하수위 저하 및 지반침하, 도심지 근접 시공으로 인한 인접구조물의 영향을 대심도 지하공간 개발시 발생할 수 있는 영향으로 구분하고 안전 및 환경 측면의 관리 방안을 제시하였다. 본 고에서는 국내 ․ 외의 사례를 토대로 대심도 지하공간의 설계시 고려사항을 표 6에 요약, 정리하였다. <표 6> 대심대 지하공간의 설계 단계 고려사항 구분내용고려 사항비고 지반 응력과지압 발생 검토초기응력 측정 암반 거동고응력으로 인한 장기간 응력 재분포크리프, 압착성, 암반파열 분석단층대 수리 환경고수압 작용 검토차수 및 배수 설계 검토하천 지열 환경열유도 균열, 환기 설계 영향온도해석 굴착 및 지보고응력으로 인한 장기간 응력 재분포응력 재분포 고려 이완지반 하중 고려 방재 설계피난 시간, 대피 경로 증가환기 시뮬레이션42 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 안전한 대심도 지하공간 개발을 위한 고찰: 대심도 지하공간의 정책, 공학적 리스크 그리고 방재 전략 3.2 시공 및 유지관리 단계 고려사항 국내 ․ 외 대심도 지하공간 공사중 발생한 사고 사례와 개선 방안 등을 토대로 시공 및 유지관리 단계의 고려사항을 표 7에 요약, 정리하였다. <표 6> 대심대 지하공간의 시공 및 유지관리 단계 고려사항 구분내용고려 사항비고 지보재고응력, 고수압 환경압축변형에 유연한 yielding support 검토 계측정밀계측 강화측압, 수압 등 실시간 지반 계측 강화 장기 모니터링고응력, 고수압 구간 실시간 유지관리 계측 강화 응력의 장기 변화 확인 환기 및 방재고성능 환기설비 계획이중 환기 고려 비상 대피피난 시간 증가대피 통로, 피난구 확보 3.3 스마트 계측 시스템의 도입 최근 대심도 지하공간 개발공사를 포함해 도심지의 건설공사에서 지반침하 등의 사고로 인한 인명 및 재산 피해가 빈 번하게 발생하여 스마트 계측을 이용한 지하안전관리 시스템의 도입이 검토되고 있다. 또한 전술한 국외의 대심도 지하공 간의 현장 문제 해결방안으로 지반의 변형을 실시간으로 확인할 수 있는 모니터링 시스템이 공통적으로 적용된 것으로 확 인된다. 스마트 계측은 서울시 및 국토교통부 등 관련 기준을 제정한 기관에 따라 스마트 계측에 대한 정의는 다소 차이는 있지 만 크게 IoT 센서, 데이터 분석 및 통신을 위한 ICT, 그리고 통합관리 플랫폼으로 구성된다(그림 1 참조). <그림 1> 스마트 계측 시스템의 구성 및 종류 예시Vol. 27, No. 2 43 스마트 계측은 그간 실시간 계측관리에서 문제로 제기되어 왔던 센싱, 통신과정에서 발생하는 계측 오류를 통계기법 등의 데이터 처리 및 분석기능으로 노이즈를 제거하는 기술이 포함된 기술로 최근 서울시 지반침하관측망 등에 활용되고 있으며, 국토교통부도 스마트 계측관리 활성화 방안을 마련하고 있다. 스마트 계측은 고전 물리량 측정 센서를 비롯해, 드론 활용 기술 및 영상 기반의 변위, 이상 감지 기술 등이 개발되어 흙막이 구조물, 댐 등 다양한 시설물에 적용되고 있다. <그림 2> 스마트 계측 시스템의 구성 및 종류 예시 4. 제언 및 기대 대심도 지하공간은 단순히 지하공간의 개발을 수직적으로 재배치하는 것이 아닌, 도시 기능을 지하로 재배치하는 구조 적 전환의 장이다. 하지만 이 가능성은 곧 고유한 위험과 복합적인 공학적 과제를 동반하며, 이는 설계, 시공, 유지관리의 전 과정에서 종합적으로 고려되어야 한다. 설계 단계에서는 대심도 지하공간의 지반 거동인 응력, 수리, 열 환경의 상호작용을 고려해 지반의 장기적인 거동을 반 영한 설계가 필요하다. 그간 적용해 왔던, 문제가 없었던 그리고 고민해보지 않았던 획일화된 지하공간의 설계만으로는 대심도 지하공간의 안전성을 확보하기 어려울 수 있다. 시공과 유지관리 단계에서는 실시간 위험 감지, 구조물과 환경의 변화 등을 실시간 모니터링 시스템을 활용하는 대응 전략이 체계화되어야 한다. 지금이 바로 우리 기술자들이 다시금 스스로에게 묻고 답할 시점이다. “우리는 대심도 지하공간을 정말 안전하게 설계하고 있는가?” “대심도 지하공간을 안전하게 공사하고, 잘 유지할 수 있는 충분한 준비를 하고 있는가?” 이 물음에 대한 성실한 고민과 실천이, 진정한 의미의 ‘안전한 지하공간’을 현실로 만드는 첫걸음이 될 것이다.44 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 안전한 대심도 지하공간 개발을 위한 고찰: 대심도 지하공간의 정책, 공학적 리스크 그리고 방재 전략 참고문헌 1. 이희석, Zhou Y. (2018), “싱가포르 지하공간 개발의 현황 및 이슈”, 한국터널지하공간학회지, Vol. 28, No. 4, pp. 304-324. 2. 한국건설기술연구원(2014), 도심지 지하도로 설계지침 제정연구 2차년도 최종보고서, 2014. 3. 한국터널지하공간학회(2020), 도심지 대심도 터널 건설에 따른 영향 분석 연구, 2020. 4. 한국터널지하공간학회(2020), 도심지 대심도 터널 건설에 따른 영향 분석 연구 도심지 대심도 터널건설 영향평가 가이드라인, 2020. 5. Swiss Geotechnical Society (2024), “Gotthard Base Tunnel”. International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ISSMGE), 2024. 6. Heng Z., Yimo Z., Liang C., Weidong H. and Shougen C.(2019), “The Prevention and Control Mechanism of Rockburst Hazards and Its Application in the Construction of a Deeply Buried Tunnel”, Journal of Applied Sciences, 2019, 9, 3629. 7. Henke, A. (2005). Tunnelling in Switzerland: From Long Tradition to the Longest Tunnel in the World. In Proceedings of the World Tunnel Congress 2005, pp. 57-70. 8. Shougen C., Heng Z., xinrong T. and Liang C.(2011), “Key technologies for construction of Jinping traffic tunnel with an extremely deep overburden and a high water pressure”, Journal of Modern Transportation, vol. 19, No. 2, pp. 94-103. 9. Yong Z., Yanliang D. and Qixiang Y.(2025), “Challenges, Progress, and Prospects of Ultra-Long Deep Tunnels in the Extremely Complex Environment of the Qinghai-Xizang Plateau”, Journal of Engineering 44 (2025), pp. 162-183. [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]Field Trip 수상자 참관기 Vol. 27, No. 2 45 2025년 5월, 저는 한국터널지하공간학회의 Field Trip 프로그램의 지원을 받아 스웨덴의 수도, 스톡홀름에서 개최 된 World Tunnel Congress 2025에 참가하는 소중한 기회를 얻었습니다. 연구자로서도, 20대 청년으로서도 의미 깊 은 이 여정은, 제가 공부하고 있는 보이지 않지만 중요한 공간, 터널의 가치를 다시금 확인하고 그 책임을 성찰하는 시 간이 되었습니다. 터널 시공은 본질적으로 불확실한 다수의 위험 요소 속에서 진행됩니다. ‘땅을 파다보면, 무너진다.’ 이 간단한 전제는 어린 시절 바닷가에서 모래성을 쌓다 무너뜨리며 처음 배우게 되는 진리이기도 합니다. 이러한 진리를 거슬러, 터널을 구축하는 일은 단순한 기술의 문제가 아닙니다. 이는 선대 터널공학자들이 예측 불가능한 지반과 지하수의 거동, 효과적 인 굴착 공법과 성능을 수없이 고민하고 극복해온 역사 위에 가능했던 일이었습니다. 수많은 잠재적 위험을 지반 조사를 통해 예측하고, 안전하게 통제하며, 정량화하려는 모든 노력이 제가 공부하고 있는 ‘터널공학’이라고 생각합니다. 이번 학회에서는 그러한 노력의 한 형태로, AI 기술을 활용해서 터널의 막장면(face)을 분석하고 위험을 예측하는 시스템을 개발하는 연구가 소개되었습니다. 인간의 경험에 기반한 의사결정 시스템에서 나아가, 이제는 AI가 축적된 데이터를 학습하여 패턴 기반의 정량적 판단 도구로 기능하는 시도가 인상깊게 다가왔습니다. 또한, TBM이라는 큰 주 제 속에서 장비의 입고 ․ 반출을 위한 수직구 굴착이라는 세부적인 주제를 독립적으로 연구하는 발표들을 보며, 이론과 실무가 어떻게 긴밀하게 연결되는지를 체감할 수 있었습니다. 현장에서 발생하는 예기치 못한 문제들을 새로운 연구 주제로 끌어올리는 과정은, 지금 제가 연구하고 있는 워터젯 굴착 공법에 대한 고민과도 맞닿아 있어 개인적으로 깊은 울림을 주었습니다. 이번 Field Trip을 통해 스톡홀름 도시와 다양한 지하 인프라를 직접 눈으로 살펴볼 수 있었던 것도 뜻깊은 경험이었 Field Trip 수상자 참관기 박준식 부산대학교 사회환경시스템공학과 박사과정ITA 참관기 46 자연,터널 그리고 지하공간 습니다. 스톡홀름은 신선한 지반 위에 구축된 도시로, 암반 자체가 구조적 지지체 역할을 하며 자연 상태 그대로의 암 반이 노출된 채 유지되고 있었습니다. 터널이 마치 암석 속을 조용히 깎아낸 공간처럼 느껴졌고, 기술과 자연이 한 공 간 안에 어우러진다는 인상을 받았습니다. <사진 1> 자연 속에 함께 기능하는 스톡홀름 도시 이러한 시도는 단순히 미관이나 공간 활용 차원을 넘어서, 도시 전체가 탄소중립을 위한 방향으로 움직이고 있다는 증거처럼 보였습니다. 별도의 라이닝 없이도 구조물의 안전성과 내구성을 확보할 수 있다는 것은 그만큼 시공 기술과 지반 해석 역량에 대한 높은 신뢰가 전제되어 있다는 의미일 것입니다. 동시에, 시멘트 사용을 줄이고 유지보수 과정에 서 발생할 수 있는 탄소 배출도 최소화할 수 있어, 환경적인 측면에서도 효과적인 선택이라 생각되었습니다. 이러한 스톡홀름의 태도는 이번 WTC 2025에서 핵심 주제로 다뤄졌던 “Tunnelling into a sustainable future”라는 메세지와 정확히 맞닿아 있었습니다. 학회의 토론장에서는 탄소 배출을 줄이기 위한 공법적 노력, 지속 가능한 자재의 사용법, 효율적인 설계 기법 등을 주제로 논의가 이루어졌고, 그 중심에는 자연 지반을 얼마나 기능적으로 활용할 수 있을 것인가에 대한 고민이 자리하고 있었습니다. 또한, 이번 학회에서는 다양한 국적과 배경의 연구자와 공학자들과 만나 대화하며 교류할 수 있었습니다. 그 중 많은 해외 참가자들은 저에게 “K-Pop, K-Drama를 좋아한다”고 이야기하며 K-Culture에 깊은 호감을 보였습니다. 저는 그 대화를 들으며, 언젠가 “K-Tunnel”이라는 개념도 세계 속에서 하나의 고급 브랜드로 자리 잡을 수 있지 않을까 생각하 게 되었습니다. 저도 경험하고, 기록하고, 실험하고, 실패하고, 다시 일어서면서 꾸준히 성장하겠습니다. 그리고 이런 경험을 가능케 해준 학회의 지원과 믿음에 언젠가는 실질적인 기여로 보답해야겠다는 다짐을 다시금 하게 됩니다.Field Trip 수상자 참관기 Vol. 27, No. 2 47 터널공학은 더 이상 단순히 지하를 굴착하고 지보재를 설치하는 기술만을 의미하지 않습니다. 우리가 다루는 지반 과 암반의 잠재력은 구조적 지지체를 넘어, 미래 환경과 공존할 수 있는 자산이 될 수도 있습니다. 스톡홀름에서의 여 정은 터널공학을 공부하는 학생으로서, 그리고 지하공간이 만들어내는 지속 가능한 미래를 고민하는 한 사람으로서 깊 은 성찰을 안겨준 소중한 시간이었습니다. 앞으로도 꾸준히 수학하고 성장하여 터널공학이라는 길에서 선한 영향력을 대물림할 수 있는 연구자가 되도록 노력하겠습니다. 이번 Field Trip을 기획하고 준비해주신 한국터널지하공간학회의 모든 선배 연구자님들께 진심으로 감사의 마음을 전합니다. <사진 2> WTC 참관사진Next >