터널은 지하에 파고들어 만든 구조물로, 교통, 수로, 통신, 에너지 공급 등 다양한 용도로 사용됩니다. 터널은 건설할 지역의 지형, 목적, 사용되는 기술에 따라 여러 종류로 분류될 수 있습니다. 각 터널의 특징과 용도에 따라 설계 및 건설 방식이 달라집니다. 아래에서는 대표적인 터널의 종류에 대해 설명하겠습니다.
1. 교통용 터널
도로 터널 (Road Tunnel): 도로 터널은 주로 자동차, 버스, 트럭 등의 교통 수단이 통과하는 터널입니다. 지하로 또는 산을 통과하는 도로 터널은 교통의 흐름을 원활하게 하고, 상습적인 정체를 줄이며 도로 안전성을 높입니다. 예시로 서울의 남산 터널이나 강남터널이 있습니다.
철도 터널 (Rail Tunnel): 철도 터널은 기차가 통과하는 터널로, 철도의 노선이 산지나 도시 지하를 통과할 때 사용됩니다. 고속철도나 지하철은 철도 터널을 통해 도심 지역을 빠르게 연결합니다. 서울의 9호선 지하철 터널과 강릉-제주간 고속철도에서 철도 터널이 활용됩니다.
지하철 터널 (Subway Tunnel): 도심의 지하를 통과하는 지하철은 도시 내 교통을 원활하게 합니다. 지하철 터널은 대개 직선형으로 설계되며, 지하철 노선의 효율성을 높이기 위해 여러 층으로 나뉘기도 합니다. 예시로 서울의 1호선, 2호선이 있습니다.
2. 수로 터널 (Water Tunnel)
수도 터널 (Water Supply Tunnel): 수도 터널은 도시나 지역에 물을 공급하기 위해 만들어진 터널입니다. 물이 흐를 수 있도록 설계된 이 터널은 강이나 호수 등을 지나서 물을 수송합니다. 서울의 한강 수로 터널이나 부산의 상수도 터널이 대표적인 예시입니다.
배수 터널 (Drainage Tunnel): 배수 터널은 빗물이나 하수, 혹은 지하수가 흘러나오도록 만들어지는 터널입니다. 이러한 터널은 홍수나 침수 방지를 위해 중요한 역할을 하며, 하수도 처리 시스템의 일부로 사용되기도 합니다. 예를 들어, 서울의 한강배수터널이 대표적입니다.
3. 전력 및 통신 터널 (Utility Tunnel)
전력 터널 (Power Tunnel): 전력 터널은 전선, 송전선, 또는 전력 관련 설비가 지나가는 터널로, 도시나 산업 지역에서 중요한 역할을 합니다. 대도시에서는 전력망을 지하로 배치해 지상의 미관을 해치지 않으면서 안전하게 전력을 공급합니다. 서울의 전력선 터널이 예시입니다.
통신 터널 (Communication Tunnel): 통신 터널은 통신 케이블이나 광케이블을 지나게 하는 터널로, 통신 시설이 지하에 설치되어 정보 통신망의 안전성을 높입니다. 이런 터널은 특히 도시 지역에서 많이 사용됩니다.
4. 기타 특수 용도 터널
광산 터널 (Mine Tunnel): 광산에서 자원을 채굴하기 위해 파는 터널입니다. 광산 터널은 수직 또는 수평으로 설계되어 광석을 채굴하고, 광산 내에서 작업할 수 있는 공간을 제공합니다. 예시로 금속광산이나 석탄광산에서 많이 사용됩니다.
도로, 철도, 수도 등을 위한 다목적 터널: 다양한 목적을 동시에 해결할 수 있도록 다목적 터널이 설계되기도 합니다. 예를 들어, 스위스의 고르너그라트 터널은 도로, 철도, 통신, 전력 시설이 동시에 지나갈 수 있도록 설계된 터널입니다.
5. 터널의 공사방법
1). NATM (New Austrian Tunneling Method, 신오스트리아 터널공법)
- NATM은 1950~1960년대 오스트리아에서 개발된 방식으로, 지반 자체의 지지력을 최대한 활용하면서 터널을 시공하는 공법입니다.
- 특징
- 굴착 후 즉시 숏크리트(shotcrete, 분사 콘크리트)와 록볼트(rock bolt) 등을 사용하여지반을 보강함- 지반의 자립력을 최대한 활용하여 추가적인 구조물 설치를 최소화- 굴착 후 변형을 모니터링하며 필요한 경우 추가 보강 가능- 상대적으로 경제적이며, 다양한 지반에서 적용 가능
- 장점
- 경제적이고 시공이 빠름- 지반 조건에 따라 유연하게 대응 가능- 환경 영향을 최소화
- 단점
- 지반이 불안정하거나 연약한 경우 추가적인 보강이 필요함- 설계 및 시공 단계에서 철저한 지반 조사와 모니터링이 필수
2. TBM (Tunnel Boring Machine, 터널 보링 머신 공법)
- TBM은 거대한 원형 굴착 기계(TBM)를 이용하여 터널을 굴착하는 방식입니다.
- 특징
- 원형 커터헤드가 회전하면서 터널을 굴착하고, 동시에 콘크리트 세그먼트(segment)를 - 설치하여 라이닝(내부 마감)을 형성
연약 지반뿐만 아니라 암반에서도 사용 가능
- 장점
- 시공 속도가 빠름- 정밀한 시공이 가능하며 안정성이 높음- 공사 중 지반 변형 및 붕괴 위험이 낮음
- 단점
- 초기 투자 비용이 높음- 직경과 경로가 고정되어 있어 곡선 구간 시공이 어려움- 장비 조달 및 유지보수 비용이 큼
3. 개착식 공법 (Cut & Cover Method, 개착공법)
- 지표면을 굴착한 후 터널을 만든 뒤 다시 덮는 방식으로, 도심지에서 지하철 터널이나 도로 터널을 만들 때 자주 사용됩니다.
- 특징
- 지하를 깊이 굴착한 후, 터널 구조물을 시공하고 복구- 지하철, 도심 터널, 하수관로 등에 주로 사용
- 장점
- 시공이 상대적으로 간단하고 비용이 저렴함- 지상에서 직접 작업할 수 있어 안전성이 높음
- 단점
- 대규모 지상 교통 통제가 필요함- 도심지에서는 주변 건물과 구조물에 영향을 미칠 수 있음
4. 쉴드 터널 공법 (Shield Tunneling Method, 실드 공법)
쉴드 머신(Shield Machine)을 사용하여 터널을 굴착하는 방식으로, TBM과 유사하지만 지반 보강 기능이 추가된 것이 특징입니다.특징
실드(Shield)라 불리는 원형 금속 구조물 안에서 굴착 작업이 이루어짐
지하수 유입이 많거나 연약 지반에서 주로 사용됨
장점
연약 지반에서도 안정적인 터널 시공이 가능
지하수 유입을 차단하는 기능이 우수
단점
초기 장비 비용이 높음
장비 운영 및 유지보수가 어려움
5. 침매 터널 공법 (Immersed Tunnel Method, 침매공법)
- 미리 제작한 터널 구조물을 물속으로 가라앉혀서 연결하는 방식으로, 주로 해저 터널에 사용됩니다.
- 특징
- 터널을 육상에서 제작한 후, 물속으로 이동시켜 연결- 해저 또는 강바닥에 터널을 설치하는 데 사용됨
- 장점
- 대규모 해저 터널 시공이 가능- 수중 굴착 공사량이 적어 환경 영향을 최소화
- 단점
- 제작과 운반 과정이 복잡하고 비용이 높음- 수중에서 정밀한 접합 작업이 필요
6. 터널의 모양
1. 원형 터널 (Circular Tunnel)
- 특징: 단면이 완전한 원형으로 구성된 터널
- 장점:
- 지반 압력을 균일하게 분산시켜 안정성이 높음- 수압, 토압에 강하여 지하철, 수로 터널 등에 적합
- 단점:
- 시공이 어려울 수 있음- 내부 공간 활용이 비효율적일 수 있음
- 사용 예시:
- TBM(터널 보링 머신) 공법을 사용하는 지하철, 수로, 하수도 터널
2. 타원형 터널 (Elliptical Tunnel)
- 특징: 원형과 유사하지만 상부와 하부의 곡률이 다름
- 장점:
- 지하수압과 지반 응력 분산에 유리
- 원형보다 내부 활용도가 높음
- 사용 예시:
- 도시 하수관, 배수 터널
3. 말굽형 터널 (Horseshoe Tunnel)
- 특징: 윗부분이 원형이고 바닥이 평평한 형태
- 장점:
- 바닥이 평평하여 차량이나 철도 운행이 용이
- 상부는 곡면 구조로 되어 있어 지반 압력을 효율적으로 분산
- 사용 예시:
- 철도 터널, 도로 터널, 하수 터널
4. 직사각형 터널 (Rectangular Tunnel)
- 특징: 단면이 직사각형인 터널
- 장점:
- 내부 공간 활용이 용이하여 대형 도로 및 지하철 터널에 적합- 개착공법(Cut & Cover)으로 시공 가능
- 단점:
- 코너 부분에서 응력이 집중될 수 있어 보강이 필요
- 사용 예시:
- 도심 지하철, 도로 터널
5. 아치형 터널 (Arch Tunnel)
- 특징: 상부가 둥글고 하부가 평평하거나 곡선 형태를 띠는 터널
- 장점:
- 지반 압력을 효과적으로 분산하여 안정성이 높음- 말굽형 터널과 유사하지만 지반이 단단한 경우 적용
- 사용 예시:
- 도로, 철도 터널
6. 부채형 터널 (Fan-shaped Tunnel)
- 특징: 아치형보다 하부가 넓은 형태로, 공간 활용도가 높음
- 장점:
- 도로 및 철도 병행 구간에서 효과적
- 사용 예시:
- 도로와 철도 복합 터널
7. 다연실 터널 (Multi-cell Tunnel)
- 특징: 한 개의 터널 안에 여러 개의 공간(연실)이 존재
- 장점:
- 차량, 철도, 보행자 등을 분리하여 운영 가능- 대형 구조물 설치가 가능
- 사용 예시:
- 대형 도로 터널, 철도 터널, 지하 보행로
★ 결론
터널의 단면 형상은 지반 조건, 터널 용도, 공사 방식 등을 고려하여 선택됩니다.원형, 타원형: 하수관, 수로, 지하철 터널에 적합말굽형, 아치형: 도로 및 철도 터널에 적합직사각형, 다연실: 도심 지하철, 복합 터널에 적합