■ 제7강을 시작하며 

2003년 7월 1일 오전 4시경 [그림 1]에서 보는 바와 같이 상하이 메트로 공사중 TBM 터널이 붕괴되고 상부 도로와 건물이 붕괴되는 사고가 발생했다. 본 사고는 중국 메트로 공사에 적용되어 왔던 TBM 터널공사에 상당한 영향을 미쳤다. 본 사고를 통해 TBM 터널공사에서 인공동결공법의 시공관리와 피난연락갱(cross passage) 시공상에 많은 문제점이 확인되었다. 특히 하저구간을 통과하는 TBM 터널에서의 대규모 붕락사고는 조사, 설계 및 시공상의 기술적 문제점을 제기하는 계기가 되었으며, 하저구간에서 대규모 붕락사고 원인 및 발생메커니즘을 규명하기 위하여 철저한 조사를 진행하게 되었다. 

본 고에서는 상하이 메트로 4호선 공사의 하저구간에서의 TBM 터널 붕괴사고 사례로부터, 하저구간 TBM 터널공사시 지질 및 지하수 리스크, 연약지반에서의 동결공법 적용, 피난연락갱 시공 등 시공관리상의 문제점을 종합적으로 분석하고 검토하였다. 이를 통하여 본 TBM 터널 붕괴사고로부터 얻은 중요한 교훈을 검토하고 공유함으로서 지반 및 터널기술자들에게 기술적으로 실제적인 도움이 되고자 하였다. 

1. 터널 붕락사고의 개요

2003년 상하이 지하철 4호선의 사고는 중국 지하철 역사상 가장 눈에 띄는 사고 중 하나였다. 이는 인공지반 동결공법에 의해 굴착된 피난연락갱의 일차적인 파괴를 포함하고, 이후에 대규모의 물과 토사의 침투, 엄청난 지반침하, 기존 구조물의 급속한 침하, 황푸강을 따라 인접한 제방의 붕괴, 부지의 홍수, 그리고 건물과 지하철의 붕괴를 포함한다. 터널 사고는 모래층내에서 피난연락갱의 파괴가 직접적인 원인이었다. 처음에는 침투수가 동결지반을 무너뜨리고 나서 물과 토사가 피난연락갱과 터널내로 쏟아져 들어왔다. 대규모 지반붕괴의 결과로 지표면은 4m정도까지 침하했고 기존 구조물들은 손상되었다. 본 사고는 전형적인 프로젝트 관리 실패로, 수많은 절차적, 윤리적 실수와 관련이 있었다. 본 고에서는 붕괴사례를 분석하기 위해 지질 조건과 함께 피난연락갱의 설계와 시공을 개략적으로 설명하였다. 또한 붕괴가 발생하는 선행 사건들과 붕괴 현장을 설명하고, 붕괴후 비상대응 및 재해 복구대책방안을 소개하였다. 마지막으로 실패로 이어지는 기술적, 절차적, 윤리적 요인을 요약하였다.

1.1 사고 개요 

본 사고현장은 상하이 메트로 4호선 공사중 남푸퉁로드 역과 난푸대교역 사이에 약 2km의 단선병렬 TBM 터널공사구간이다. 본선터널은 황푸강 하부 440m 구간을 포함해 성공적으로 시공되었으며, 2003년 7월 1일 인공동결공법(Artificial ground freezing)으로 피난연락갱(cross passage)을 시공하는 과정에서 막장면으로 지반이 과도하게 유실되는 사고가 발생하였고, 이로 인해 터널의 상당 부분(약 274m)이 손상되었고, 인접한 건물들도 심각한 영향을 받았다. 붕괴후 하중 불균형으로 인한 터널의 다른 부분의 피해를 제한하기 위한 즉각적인 조치로 터널은 물로 채워졌으며, 붕괴후 그라우트와 콘크리트를 이용한 공동충전도 피해관리 대책의 일환으로 실시되었다. 본 사고는 본선터널을 상·하행선으로 연결하는 피난연락갱 시공시 대량의 물과 토사 유입으로 터널 손상 및 주변지역 지반침하로 직접적인 경제적 손실 1억5000만 위안을 초래했다. 

[그림 2]에는 상하이 메트로 4호선중 사고 발생구간과 개략적인 위치가 나타나 있다. 그림에서 보는 바와 같이 사고발갱 구간은 황푸강 하부를 통하는 터널구간으로 터널노선의 최저점부로 해당구간에 수직구와 피난연락갱이 계획되어 있으며, 피난연락갱 하부에는 집수정이 계획되어있다. [그림 3]에는 터널붕락으로 인한 도로 및 주변 건물의 직적접인 피해상황이 나타나 있다. 

1.2 사고 전후 현장상황 

● 2003년 3월 : 인공동결공법을 시공하기 위하여 냉동 파이프라인 및 냉동 장비를 설치

● 2003년 6월 24일 : 피난연락갱 굴착공사 시작

● 2003년 6월 28일 오전 8시 30분쯤 : 소형냉동기 1대가 고장난 것을 발견해 오후 4시쯤 복구하고 7시간 30분간 냉동중단했으며 이 기간 동안 다른 장비는 냉동을 하지 않았다. 이때 XT1 온도측정홀에서의 측정된 지반온도는 3℃ 였다. 

● 2003년 6월 28일 오후 2시 : 하행선에 설치된 수문관측공에서 압력수가 새는 것을 발견하고 즉시 워터밸브를 설치해 물을 막고 수압을 측정했다. 

● 2003년 6월 28일 오후 8시30분쯤 : 즉각적으로 피난연락갱의 굴착을 중단하기로 결정하고 공사 관계자들이 판자 등으로 굴진면을 막았다.

● 2003년 6월 29일 오전 3시경 : 워터밸브에서 측정한 수압은 2.3kg/cm2로 7지층 압력 수압에 가까웠고, 지반온도는 8.7℃ 였다.

● 2003년 6월 30일 : 지반온도는 7.4°C였으며, 드라이아이스로 동결을 강화하기로 결정하고 오후 3시 30분쯤 150kg의 드라이아이스로 하행선 터널하부에 동결작업을 진행하였으며, 저녁 8시쯤 검사시 강관파이프에 서리를 발견했다.

● 2003년 7월 1일 0시쯤 : 굴진면의 일부를 제거하고 0.2m의 구멍을 뚫어 콘크리트 이송관을 설치했다. 약 1시간 후, 구멍은 하행선 터널 강관플레이트로 관통되었다. 

● 2003년 7월 1일 오전 4시쯤 : 물이 구멍 아래로 흐르는 것을 발견하고 즉시 시멘트로 막았다. 10분 정도 지나도 누수가 계속되자 신속히 보고했다. 곧 굴진면의 오른쪽 하단 모서리에서 물이 나오기 시작하여 점점 더 커졌고 현장에 있던 근로자들은 면이불, 흙주머니, 시멘트 포장 및 기타 재료로 밀봉했다. 

● 2003년 7월 1일 오전 6시경 : 터널에서 이상한 소리가 나면서 상황이 위험해져 공사 관계자들이 대피했다. 이어 많은 양의 물과 모래가 밀려들어 터널 손상 및 주변 지역 지반 침하로 인해 건물 3동이 심하게 기울었고 제방은 균열 및 침하에서 붕괴로, 터널 구간은 유입수로 침수되고 구조 손상으로 발전했으며 지상부도 균열, 침하, 용출 등의 위험 상황이 발생했다.

1.3 사고 발생경과 및 응급조치 

● 2003년 7월 1일 오전 4시경 : 인공동결공법을 이용하여 상·하행 터널의 피난연락갱 공사를 진행하던 중 갑자기 출수가 발생하여 터널 내의 시공자들이 긴급히 대피하였고, 이후 대량의 토사가 터널로 유입되어 내외압의 불균형으로 터널 일부가 함몰되고 지반도 깔때기형 침하가 발생하였다.

● 2003년 7월 1일 오전 6시 : 8층 건물이 눈에 띄게 변형돼 벽면이 갈라지고 기울기 시작했으며, 9시쯤 일부 붕괴가 일어났고, 건물이 계속 기울면서 벽면이 갈라지고, 15시 바닥 침하가 가속화되면서 점차 침하 깔때기가 형성됐다. 붕괴 범위는 둥자두루로, 중산남로, 외마로, 제방으로 확대되었으나 제때 신고되어 인명피해는 없었다.

● 2003년 7월 2일 : 30m의 제방이 지반침하의 영향으로 오전 4시 45분쯤 국지적으로 함몰되자 모래주머니를 쌓는 등 누수방지 조치를 취했으나 결국 7월 3일 0시쯤 무너졌다. 사고현장과 가까운 20여 층의 빌딩도 침하돼 때 고층빌딩이 1시간에 7mm 이상 침하되고 최대 누적침하량이 15.6mm에 이르렀다. 또한 황푸강 수위가 빠르게 시간당 약 15m씩 상승하며 최고위가 4.6m에 이르자 황포강 15m 길이의 제방 외벽이 붕락되는 곳에 길이 160m, 2m가 넘는 'U'자형 제방을 쌓아 위험상황을 통제했다. 강바닥이 심하게 교란, 침하, 미끄러져 약 30m의 제방이 무너지고 약 70m의 제방 구조가 심각하게 파괴되었으며 황푸강물이 도로로 들어오고 도로에서 지하터널로 들어가 위험한 상황이 악화되었다.

1.4 구조 및 긴급복구 작업 

[표 1]에는 사고당시의 구조 및 긴급복구 작업현황을 나타낸 것이다. 사고발생이후 최대한 빠른 시간내에 적극적인 구조작업과 복구작업으로 인명사고를 방지할 수 있었다. [그림 4]에는 황푸강 제방 붕락구간에서의 제방붕괴를 막지위한 여러 가지 응급복구대책을 보여주고 있으며, 쉬트파일에 의한 코파댐 시공모습을 볼 수 있다. 

[그림 5]에는 터널구간에 대한 긴급 보강대책이 나타나있다. 그림에서 보는 바와 같이 1단계로는 시추공을 이용하여 손상 터널내 모래와 콘크리트 쏟아 부었고, 붕락구간에서 이격한 거리에서 시멘트 포대로 실링벽체 형성하였다. 또한 2단계로는 터널 양쪽 끝단부에 보강 콘크리트 실링벽체 구축하였고, 3단계로는 정거장과 터널 연결부에 보강 콘크리트 실링벽체 구축하였다. 

[그림 6]에는 지상부에서의 긴급 복구대책이 나타나있다. 그림에서 보는 바와 심각한 지반침하가 발생한 구간은 모래와 콘크리트로 먼저 채웠다. 또한 침하경계부와 건물주변부에는 10m 깊이의 그라우팅을 수행하였고, 터널 해당구간에는 25m 깊이의 그라우팅을 실시하였다. 또한 무너진 제방을 중심으로 쉬트파일과 샌드백으로 코파댐(cofferdam)과 임시 제방을 구축하였다. 

2. 터널 현장 개요 및 지반특성

2.1 현장 개요 

사고 터널은 상하이 지하철 4호선 푸둥난루역에서 난푸차오역 구간의 터널로 상행선 길이 2001m, 하행선 길이 1987m로 이 중 하저터널구간은 440m 이다. 붕락구간 터널 상단의 최대 심도는 37.7m이고 지반은 모래질 실트이다. 본선터널은 모래질 실트층에 위치하고 있으며 이 층은 상하이에서 가장 활발한 대수층이며 최고 지하수위는 지표면 아래 7.58m, 최고 수두는 21.7m이다. 터널 중심선의 수평 거리는 10.984m, 터널의 최대 경사는 3.2%이다. 환기용 수직구(Air Shaft)는 개착공법으로 시공되어 사고발생시 완료되었다.

본선 터널구간은 쉴드공법으로 시공되었으며, 쉴드는 푸동에서 포서방향으로 추진되며, 황푸강을 건넌 뒤 제방 등을 지나 중산남로로 진입한 뒤 터널 상하행선은 점차 수평방향에서 상향으로 바뀌어 포서남포대교까지 이어진다. 사고 발생지점은 피난연락갱에 위치하며 피난연락갱은 인공동결공법으로 시공되었다. 사고현장 주변 주요 도로의 상·하부에는 상수, 전기, 가스, 통신, 케이블, 우수 등 각종 배관이 설치돼 있다. 

[그림 7]에는 상하이 메트로 4노선 본선 터널구간에서의 쉴드 TBM 시공 장면을 보여주고 있다. 

[그림 8]에는 붕락사고구간에 대한 시공 단면도가 나타나 있다. 그림에서 보는 바와 같이 본선터널을 연결하는 피난연락갱과 피난연락갱 상부에 환기용 수직구가 설치되어 있음을 알 수 있다. 피난연락갱을 시공하기 위하여 주변 지반을 동결공법을 이용하여 동결한후 피난연락갱을 굴착하는 것으로 계획하였다. 하지만 그림에서 보는 바와 같이 설계 동결심도는 -40.25m 였으나, 실제 시공은 -31.25m로 본선터널 하부 주변지반이 충분히 동결되지 않았음을 볼 수 있다. 

피난연락갱은 상행선에서 하행선 방향으로 NATM 공법으로 굴착되었으며, 굴착순서(1→2→3→4)는 그림에서 보는 바와 같다. 맨처음 누수와 출수가 발생한 곳은 2번 굴착지점 하부구간으로 실트질 모래층에서의 파이핑 현상이 직접적인 원인으로 파악되었다.   

2.2 지반특성

본 현장의 지층은 [그림 9]에서 보는 바와 같이 ① Fill ② Muddy 점토 ⑤1 점토 ⑤2 실트질 점토(silty clay) ⑥ 실트질 점토 ⑦1 실트질 모래를 포함한 모래질 실트(sandy silt) ⑦2 실트질 모래(silty sand)로 구성되어 있다. 본 사고가 발생한 터널은 구간은 ⑦1 모래질 실트구간이다.  

본선터널과 피난연락갱이 굴착된 지층은 ⑦1 실트질 모래를 포함한 모래질 실트와 ⑦2 실트질 모래(silty sand)층이다. [그림 10]에 나타나 바와 같이 입도분포곡선에서의 ⑦1 과 ⑦2 지층은 가장 액상화가 발생하기 쉬운(Most liquefiable)층과 잠재적으로 액상화가 발생할 수 있는(Potentially liquefiable)층의 특성을 보이는 것으로 분석되었다. 이는 피난연락갱 굴착시 모래질 실트층 또는 실트질 모래층에서 불충분한 동결조건하에서의 주변 지하수 과다유입으로 인한 파이프 현상을 설명하는 중요한 자료이다. 

3. 터널 붕락사고 원인 및 발생 메커니즘 

본 사고를 조사하기 위하여 관련 규정에 따라 상하이시 당국이 기술전문가를 포함한 사고조사팀을 구성해 조사, 증거수집, 기술감정, 종합분석 등을 수행하였다. 2003년 9월 20일 상하이시 정부는 상하이 지하철 4호선 공사 사고의 원인, 성격, 경제적 손실에 대한 최종 조사 결론을 발표하고 사고를 중대한 경제적 손실을 초래한 공사 책임사고로 규정했다. 조사결론은 관련 규정에 따라 상하이시 정부가 기술전문가를 포함한 사고조사팀을 구성해 조사, 증거수집, 기술감정, 종합분석 등을 거쳐 확인했다고 말했다.

3.1 사고 원인분석 

2003년 6월말 상하이 메트로 4호선 상·하행 터널 상부에 큰 수직구 1개가 굴착됐고, 큰 수직갱구 바닥하부에서 4~5m 떨어진 곳에 작은 수직구 2개가 더 굴착돼야 터널과 통할 수 있다. 시공 관례에 따르면 먼저 피난연락갱을 구축한 후 작은 수직구를 굴착해야 한다. 하지만 시공사가 굴착순서를 바꿔 붕괴가 쉽게 일어날 수 있도록 했다. 사고당시 작은 수직구중 하나는 이미 굴착해 놓은 상태였고, 다른 하나는 2m가량 굴착해 놓은 상태였다. 시공사가 규정된 절차에 따라 시공계획을 조정하지 않았고 조정된 시공계획이 미흡한 것으로 조사되었다. 

2003년 6월 28일 공사에 사용된 냉각설비가 단전으로 고장나 온도가 상승하기 시작했고, 온도가 2도 넘게 상승하자 상황을 상부에 보고했지만 공사를 계속하라고 지시받았다. 6월 30일 공사를 계속하고 굴착하면서 동결파이프 위로 유수가 발생하였고, 수압이 마침내 한계치를 돌파하면서 7월 1일 위험한 상황이 발생했다.

[그림 11]에는 본 사고원인에 대한 개념도를 나타낸 것이다. 가장 직접적인 원인으로는 모래층 지반에서의 파이핑 현상으로, 이는 본선터널과 피난연락갱 주변의 불충분한 동결품질과 냉각장치 이상으로 동결온도가 상승하면서 피난연락갱 하행선 하부구간에서의 유로형성과 지하수 유입이 급격히 증가하면서 터널 주변지반이 유실되고 이로 인하여 라이닝의 구조적 파괴와 주변 지반의 함몰과 함께 최종적으로 상부 지반, 도로 및 주변 건물의 붕락에 이르게 된 것으로 조사되었다. 

상하이 4호선 사고 이후 사고 원인을 다각도로 분석하였다. 사고조사팀의 관련 전문가들은 사고의 세 가지 기술적 원인을 밝혔다. 사고구간은 터널구간중 황푸강에서 260m 떨어진 두 터널 사이의 피난연락갱 구간이였다. 당시 수직구과 바이패스 통로의 굴착 순서 오류, 냉동설비 고장으로 인한 온도 상승 및 지하 침투수로 인한 파이핑 등 3가지 악재가 겹치면서 발생했다. 

■ 굴착 순서의 변경 

6월 말 상·하행 터널 옆 통로 위쪽에 환기수직구가 뚫려 있고, 환기수직구 바닥하부 터널에서 4~5m 떨어진 곳에 작은 수직구 2개를 더 파야 터널과 연결할 수 있다. 시공 관례에 따르면 먼저 피난연락갱을 파고, 그 다음에 수직구를 굴착해야하지만 시공사가 굴착 순서를 바꿔 붕괴가 쉽게 일어날 수 있도록 했다. 사고 당시 작은 수직구중 하나는 이미 굴착한 상태였고, 다른 하나는 2m 가량 굴착한 상태였다.

■ 냉동설비 고장으로 온도상승 

터널시공에 적용되는 인공인공동결공법은 프레온, 염수 및 기타 냉각제를 사용하여 순환 냉각하고 토질층을 영하 10도까지 냉각해야 굴착할 수 있다. 사고전 동결 온도는 이미 필요한 온도에 도달했지만 6월 28일 냉동설비가 고장나 온도가 서서히 상승해 대략 2도 이상 상승했을 때 기술자는 이러한 상황을 보고했지만 이를 무시하고 공사를 진행했다. 6월 30일 공사를 계속하고 굴착을 진행했기 때문에 침투수사 발생했고 침투수압이 한계치를 돌파했고 7월 1일에 위험한 상황이 발생했다.

■ 침투수로 인한 모래층의 분출

상하이 지층은 전형적인 연약지반으로 황푸강 양쪽의 모래가 비교적 넓게 분포하고 있다. 상하이에서의 지하작업은 모래 유출, 침하 및 기타 상황에 직면하기 쉽기 때문에 인공동결공법 시공은 연약한 대수층에서의 터널공사를 해결하기 위한 신뢰할 수 있는 기술이다. 하지만 지반동결이 제대로 수행되지 않는다면 큰 문제가 생길 수 있다. 터널구간 지층은 모래층으로 모래 함량이 높고 모래 속에 물이 들어 있으며, 물의 공급원이 강과 연결되어 있기 때문에 물의 압력은 조수에 따라 수시로 변하기 때문에 모래층에 유로가 형성되어 물이 흐르게 되면 많은 양의 모래가 계속 분출된다. 6월 30일 밤 현장에서 모래가 흘러내리자 건설업체는 드라이아이스로 비상냉동 조치를 취했지만 당시 조치가 미흡했던 것으로 판단된다. 이번 사고 발생은 누적된 과정으로 한두 시간의 잘못된 조치로 발생한 것이 아니다.

3.2 사고 발생 메커니즘

[그림 12]에는 본 붕락사고에 대한 발생 메커니즘이 나타나 있다. 이를 [표 2]정리하면 다음과 같다. 

본 사고는 피난연락갱 공사중 동결공 누수 발생, 피압수 혼합사토 유입, 본선터널 진입 후 본선터널 구조대 변형 및 파손 그리고 터널 붕괴되기에 이르렀다. 또한 터널의 다량의 용수와 함께 지표면바닥이 함몰되고 건물3동의 건물이 심하게 기울어지며 홍수방지벽이 부분적으로 함몰되기에 이르렀다. 

그림에서 보는 바와 같이 지반함몰 깊이는 약 1∼4m, 터널붕락 깊이는 4.5∼6m로 확인되었으며, 세그먼트 라이닝은 붕락지점에서 좌우로 점차적으로 파괴되었다. 최종적으로 터널이 붕락되어 환기용 수직구 붕괴와 도로 및 주변 건물의 붕괴로 이어졌다. 

3.3 라이닝 파괴 메커니즘 추정

쉴드 TBM 터널 라이닝구조가 연속적으로 파괴될 경우 구조반응은 4단계로 나눌 수 있다. 파괴과정에서 라이닝구조와 지반의 상호작용으로 라이닝구조가 연속적으로 파괴될 경우 지반의 반응과 구조반응의 상관관계를 종합적으로 분석하고 검토할 필요가 있다. 사고사례분석에 근거해 쉴드 TBM 터널 연속적 파괴시 라이닝구조 파괴과정과 지반의 유실률과의 관계를 [그림 13]과 같이 나타낼 수 있다.

● 제1단계 쉴드 TBM 터널 라이닝 구조의 연속성 파괴는 어떤 취약점의 초기 파괴로부터 시작된다. 터널에 초기 누수가 발생할 때 토사유입을 유발하는 통로가 형성되고 터널 주변의 물과 지반이 터널 내부로 빠르게 유입되며 터널 구조파괴는 1단계에 진입한다. 이 단계에서는 초기 파괴점이 작기 때문에 주변의 물과 지반의 유실률이 낮기 때문에 침식 단계에 있다.

● 제2단계 지반의 유실이 어느 정도 되면 터널구조는 2단계에 접어들게 되는데 이때 세그먼트 조인트가 어긋나는 것이 뚜렷하다. 조인트는 방수가 되지 않고 터널구조 내부의 누수점이 증가하여 주변의 토사 유실속도가 더욱 심화되고 주변 토사 유실단계에 들어서게 된다. 이 단계에서는 라이닝구조 누수점이 확대 및 증가함에 따라 주위의 지반 유실속도가 증가하여 터널구조 변형과 상호결합 가속발전의 경향을 더욱 가속화한다.

● 제3단계 터널 주위의 토사 유실이 일정 단계까지 증가할 때 쉴드 TBM 터널 조인트 내에 응답 쉴드 TBM 터널은 3단계로 진입한다. 이때 누수는 터널 내부의 여러 곳에서 나타나며, 터널 구조의 변형은 주변의 토사 유실이 심화됨에 따라 발전한다. 쉴드 TBM 터널 구조의 파괴는 끊임없이 가속된다. 특기할 만한 것은 터널 구조가 연속적 파괴 사고를 겪은 후의 파손 정도에 대한 통계적 분석에서 터널 구조는 연속적 파괴가 나타난 후 종종 중등도 파괴로 집중되어 심각한 파괴 사례가 적다. 그 원인은 터널 구조 파괴 발전 과정의 3단계 역학 메커니즘과 밀접한 관계가 있다.

● 제4단계 제3단계 터널구조에서 세그먼트 불안정이 발생하면 주변 지반과 터널구조가 완전히 균형을 잃고 터널구조는 제4단계로 진입한다. 제1단계 터널구조에서 불안정하게 무너진 라이닝링이 나타나면서 주변의 물과 토사가 유실된 형태로 터널에 들어가지 않고 대규모로 돌발적으로 발생하며, 인접 라이닝링의 하중분포와 경계조건을 신속하게 변화시켜 인접링도 붕괴사고를 일으킨다. 이 과정은 계속 발전하여 터널구조는 종방향에서 도미노처럼 연속적으로 무너진다.

요약하면, 터널 구조의 연속성 파괴 문제는 터널 구조와 주변 지반의 상호 영향, 결합 작용, 상호가속 발전과정이다. 연속성 파괴 과정에서 주변 토사는 침식, 유실, 돌기 등의 과정을 거쳤다. 구조 변형은 탄성 변형, 안정적인 탄성 변형, 불안정성, 붕괴 등의 단계를 거쳤다. 전체 과정은 복잡한 재료 비선형성, 접촉 비선형성, 기하학적 비선형성 및 동역학 효과를 수반하며 점진적 변화에서 급작스런운 변화로 진화한 특징을 가지고 있어 지하수유동 결합 동역학의 문제이다.

3.4 사고 조사결과 보고 

사고후 상하이시는 철저한 조사를 매우 중시하여 7월 6일 건설, 공안, 감독 및 기타 부서로 구성된 사고 조사팀을 구성했으며 조사결과는 시정부 집행회의에서 승인되고 처리의견을 제출한 후 건설부에 보고되었다. 건설부는 사고원인 분석과 책임인정에 대한 사고책임기관의 의견을 청취하였고, [상하이 메트로 4호선 공사사고 조사 및 처리에 관한 의견]을 작성하였다. 상하이시 대변인은 상세 조사를 통해 냉동공사에 사용되는 냉동설비가 고장나거나 위험징후가 나타나거나 공사가 중단된 상황에서 시공사가 위험 상황을 제거하기 위한 효과적인 조치를 제때 취하지 않은 것이 사고 원인임을 밝혔다. 현장 관리자들이 규정을 어기고 공사를 지휘한 것이 이번 사고로 이어졌다고 말했다. 동시에 시공사가 규정된 절차에 따라 시공계획을 검토하지 않고 변경된 시공계획이 미흡한 점을 지적하였다. 또한 전체적으로 현장 관리가 통제 불능이고 감독 단위의 현장 감독이 직무를 소홀히 한 것으로 조사되었다.

본 사고로 부터 깊은 교훈을 얻고 품질 및 안전 책임과 조치를 구현하기 위해 상하이 건설부서는 시정 작업, 건설 관리강화 및 장기 메커니즘 개선을 위한 구체적인 방안을 제시했으며, 내용은 3개월 동안 건설공사 품질 및 안전 특별 시정활동을 수행하는 등 건설 공사 참여 각 당사자의 품질 및 안전 책임제도를 엄격히 시행하고, 건설기업의 연간 점검제도를 전면 시행하며 건설공사 품질 및 안전 표준시스템을 신속하게 제정하고 개선하는 등 장기 조치를 마련했다.

사고조사 전문가그룹의 논의 끝에 동결공법 시공계획 변경에 문제가 있었고, 시공중 동결지반의 일부지역에 약한 결함이 있었으며, 이를 통하여 침투수와 토사가 갱내로 밀려들어온 것이 사고 발생의 직접적인 원인으로 분석되었다. 또한 초기 출수발생시 이를 무시하고 적극적인 대책을 수립하지 못한 점으로부터 위험인식 부족, 위험판단 부족, 위험대응 준비부족이 이번 사고의 주요 원인이라 할 수 있다. 

■ 기술적인 면

우선 피난연락갱 인공동결공법의 시공변경에 문제가 있다는 점이다. 엔지니어링 시험과 시범 프로젝트를 거쳐 동결공법 시공기술은 상하이의 많은 지하철 프로젝트 건설에서 성공을 거두었다. 2002년 6월 쉴드 터널공사에 대한 승인과 감리단의 심사를 통과하였다. 2003년 3월 시공사는 당초 설계를 변경하여 동결공법 시공계획을 공식화했지만, 발주처 및 감리사의 승인을 거치지 않았다. 

첫째, 동결공법 변경에 미흡한 점이 있다. 조정된 방안은 동결지반의 평균 온도 요구사항을 낮추어 원래 방안의 -10°C에서 -8°C로 줄이고, 하행선에서 선택한 냉동장치는 하절기 냉량 손실계수를 고려하지 않아 냉동잔량이 부족하며, 피난연결갱의 수직동결관의 수가 감소하고 길이가 단축되어 원래 24개에서 22개로 줄었으며, 이 중 깊이 25m의 수직동결관 중 4개에서 14.25m, 3개에서 16m로 줄였다. 

둘째, 동결조건이 충분하지 않은 상태에서 피난연락갱 굴착을 수행하였다. 시공방안에 따르면 동결 요구기간은 50일이며 상행선은 5월 11일부터 동결되었다. 피난연락갱은 6월 24일에 굴착되었으며 동결시간은 43일에 불과하여 시공계획의 동결시간 요구사항보다 낮다. 하행선의 동결은 굴착조건을 충족하기에 충분하지 않았다. 

사고조사 전문가 그룹은 피난연락갱 동결공법의 시공에 결함이 있고 시공과정에서 동결지반구조의 국부적 연결이 취약하며 출수가 터널공사에 미치는 피해를 무시하고 토사와 물이 갑자기 분출된 것이 사고의 직접적인 원인이라고 보고 있다.

■ 관리 측면

시공자는 위험 상황징후에 대해 효과적인 대응조치를 취하지 않았다. 6월 28일 오전 하행선 냉동장치가 고장나 7시간 30분 동안 냉동이 중단됐다. 오후 2시쯤 하행선 터널에 수문관측공을 설치한 시공사는 지하수가 계속 새는 것을 발견했다. 수압을 측정하기 위해 즉시 밸브를 설치하고 압력계를 설치했지만, 수압을 측정한 후 지반의 온도가 상승하면 일정한 조치를 취했지만 효과가 좋지 않았다. 6월 29일 새벽 약3시에 이곳의 수압은 2.3kg/cm2(7지층 압력수두에 근접)로 측정되었으며 비상배수 및 수압강하 조치는 취해지지 않았다. 위험 징후가 제때 제거되지 않았을 뿐만 아니라 감리/감독기관에 보고하지 않아 위험 상황이 점차 악화되었다.

위험징후가 나타났을 때 현장 관리직원은 규정을 심각하게 위반하고 허가없이 구멍을 뚫었다. 7월 1일 0시쯤 피난연락갱 지반동결조건에 심각한 문제가 있어 공사가 중단된 상태에서 굴진면의 일부 플레이트를 제거하였고, 피난연락갱에서 하행선 터널방향으로 직경 0.2m의 구멍을 뚫어 콘크리트 이송관을 설치하려 했다. 바로 이 구멍에서 물이 나오고 그 유출점이 점차 아래로 이동하면서 굴착면의 오른쪽 하단 모서리와 측벽 하단 모서리에서 물과 모래가 계속 쏟아져 나와 밀봉이 무효화되어 사고로 이어지게 되었다. 

현장 감독관이 직무를 소홀히 하였다. 피난연락갱 시공기간 동안 현장에는 동결공법 시공에 대한 전문기술 감독자가 없었으며, 변경된 시공방안을 검토하지 않았다. 6월 24일 피난연락갱이 굴착된 후 7월 1일 사고까지 6월 25일과 30일 두 차례 점검했지만 위험 상황을 제때 감지하지 못하고 사고를 막지 못했다. 그러나 6월 29일과 30일의 감리일지에는 모든 업무가 정상이라고 기록되어 있으며 위험 징후와 관련된 기록은 없었다. 6월 24일부터 30일까지 피난연락갱 공사기간 동안 당직인원은 배치되지 않았으며 사고 발생시 현장에는 감독자가 없었다. 또한 하도급 관리에 허점이 있었다. 전문시공사가 제시한 '동결공법 시공계획 변경'에 대한 보고가 누락되어 승인절차가 제대로 이루어지지 않았다. PM은 6월 24일부터 7월 1일까지 피난연락갱 공사기간 중 24일과 26일에만 공사현장을 점검했으며, 품질직원은 기술 및 품질 검사를 위해 한 번도 현장에 가지 않았습니다. 6월 28일부터 30일까지의 공사일지에는 위험 징후를 반영하지 않은 채 '모든 것이 정상'이라고 기재돼 있었다. 

4. 사고 복구방안 검토 및 복구 공사

붕괴사고 이후 손상된 터널에 대한 실현가능한 개선방안을 평가하고 결정하기 위해 기술 위원회가 설립되었다. 구체적인 현장조사가 진행됐고 다양한 전문가들의 자문을 받아, 각 복구방안(솔루션)의 실현가능성을 논의하고 관련 리스크를 신중하게 평가했다. 검토된 복구방안에 대한 옵션은 크게 두 가지 범주로 분류할 수 있다.

● 1안 : 기존 노선을 유지하고 터널의 손상된 부분을 수리

● 2안 : 다른 노선으로의 선형변경(re-alignment)

복구방안(솔루션)을 선택할 때 환경 영향, 리스크 및 시공문제점, 복구 기간 및 비용 효율성 등의 많은 요소를 고려했다. 세부적인 검토 끝에 기존 노선을 유지하는 1안을 채택하고 터널의 손상된 부분을 보수하기로 결정했다.

4.1 복구 방안

붕괴사고 이후 현지 지반이 심하게 교란돼 일부 장애물이 묻혀 있다. 장애물로는 지하 40m까지 매립된 지하 시설, 환기구 구조물, 지상 동결시설, 철도시설 등이 있으며, 붕괴 후 지반이 하부로 이동된 것이 확인되었다. 

복구 작업은 [그림 14]에서 보는 바와 같이 세 부분으로 나눌 수 있다.

● 1부분 : 개착공법을 사용하여 손상된 터널을 들어내고 새로운 터널을 시공

● 2부분 : 물을 빼고 건전한 터널을 청소

● 3부분 : 보링 공법을 이용한 신규 터널과 기존 터널 연결

[그림 15]와 [그림 16]에 나타난 바와 같이 하천 하부 60여m의 손상된 터널이 건설된 동측에는 굴착작업이 용이하도록 709개의 강재플랫폼을 쉬트파일 코파댐을 결합하여 구축하도록 하였다. 또한 개착구간은 동측구간과 중앙구간 그리고 서측구간으로 구분하여 Diaphragm wall과 JSP그라우팅공법을 적용하도록 계획하였다. 

4.2 복구 공사 

● 장애물 제거 : 깊은 땅속에 많은 장애물이 존재하기 때문에, 심각한 문제는 깊은 다이어프램 벽체의 설치이다. 이 문제를 해결하기 위해 정확도가 높은 360°회전 드릴링 및 절단 기계를 선택하여 이물질을 관리 가능한 크기로 절단하여 제거하도록 하였다. 붕괴로 인해 대규모 지반 침하가 발생했고 많은 인접한 건물들이 처분되어야 했다. 원래 있던 장소에서 개착공법방식으로 복구공사를 실시하기로 했다. 복구공사는 동부, 중부, 서부의 세 부분으로 구분되었다.

● 기존 터널 보호 : 복구공사를 완료하기 위해 손상된 터널을 다시 시공해 구조적으로 건전한 기존 터널과 연결하여야 한다. 따라서 손상된 터널과 건전한 터널 사이의 경계면에서의 처리는 복잡하고 중요하다. 360°회전 드릴링 및 절단장비가 운영되는 동안 건전한 은 터널을 보호하기 위한 몇 가지 조치를 취해야 한다. 따라서 절단장비가 구멍을 뚫고 절단하기 전에, 손상된 터널과 건전한 터널 사이의 경계면이 다시 채워지고, 이어서 지반이 동결되고 건전한 터널을 보호하기 위한 터널 플러그가 형성될 것이다. 

● 신설터널에 연결 : 신설 터널과 기존의 건전한 터널을 연결하는 것도 세심한 계획과 실행이 필요한 과제이다. 연결은 기존 건전한 터널의 청소가 완료되고, 신설 터널이 완성되는 대로 진행되며, 지반동결은 굴착 중 경계면에 물과 지반이 침투하는 문제를 해결하기 위해 채택되었다. 현장타설 라이닝으로 연결이 완료된다. 

● 터널 배수와 기존 터널의 제거 : 붕괴이후 즉각적인 조치로 인해 터널은 물과 자재로 다시 채워졌다. 손상된 터널과 건전한 터널 사이의 작은 구간이 다시 채워져 동결된 후 기존 터널이 배수 및 청소를 시작하면서 압축공기시설은 공사장내 대기상태에 들어갔다.

● 깊은 굴착 : 손상된 터널 등의 장애물이 깊이 파묻혀 있어 복구 작업은 개착공법 이용해 손상된 터널을 들어내고 신설 터널을 구축한다. 주변 환경에 따라 Pit 전체가 동측 Pit, 중앙 Pit, 서측 Pit의 세 부분으로 나뉘었다. 전체 굴착은 손상된 터널을 따라 길이 263m, 굴착 폭 23m, 깊이 38m로 두 경계 부근에서 굴착 깊이가 41.2m에 이른다. 다이어프램 벽체 설계는 방수성을 높이기 위해 패널 조인트에 JGP가 있는 1.2m 두께로 구성된다. 9단 철근 콘크리트 스트러팅 시스템을 채택하여 벽체시스템의 강성을 높였다. 스트럿 레벨 아래 및 포메이션 레벨 아래의 희생 JGP 층이 벽체 변형을 줄이고 바닥부 히빙에 대한 안전성을 향상시키기 위해 설치되었다. 수압을 낮추고 주변 구조물을 보호하기 위해 수많은 논의 끝에 작업은 마침내 배수시스템이 Pit 안에 설치되었다.

세 부분의 길이는 각각 174m, 62.5m, 28m로, 최대 굴착 깊이는 41m였다. 굴착은 깊이 65.5m의 1.2m 두께의 다이어프램 벽체로 유지되었다. 두 번째 모래층에 굴착된 다이어프램 벽체는 상하이에서 가장 깊은 벽이었다. 다이어프램 벽체이 극도로 깊었고 붕괴로 인한 장애물이 너무 많아 다이어프램 벽체의 시공은 큰 도전이었다. 다이어프램 벽체는 9단계의 RC 스트럿으로 지지되었다. 굴착 내외부의 붕괴된 지반의 특성을 개선하기 위해 최대 깊이 50m의 트리플렉스 파이프 제트 그라우팅을 채택하여 지반을 강화하였다. 배수는 피압수 히빙에 대한 안전 요건을 충족하기 위해 60m 깊이의 배수정에 의해 수행되었다. 복구공사는 2004년 8월에 시작되었고 2007년 상반기에 완료되었다. [그림 19]은 시공 현장의 사진이다. 다이어프램 벽의 최대 횡방향 변위는 48mm였다.

상하이 메트로 4호선 사고 이후, 지하 기술자들은 붕괴로부터 매우 많은 교훈을 얻었다. 기술자들은 공사기간 동안 메트로 4호선의 복구 리스크를 관리하기 위해 몇 가지 효과적인 조치를 취했다. 복구공사는 많은 리스크를 안고 있으며 큰 도전 과제로 가득 차 있다. 주요 리스크는 다음과 같으며, 깊은 굴착에 앞서 토압, 다이어프램 벽체의 경사 등을 계측기 위한 모니터링 셀을 설치하였다.

● 깊은 장애물(손상된 터널 세그먼트 포함) 절단 및 제거

● 65.5m 깊이의 다이어프램 벽체 구축

● 황푸강 강제 플랫폼 및 코파댐 건설

● 복합조건하에서 깊이 50m의 제트그라우트의 기초보강

● 다량의 펌핑으로 고압수 감소

● 연약지반 깊이 41m의 지반굴착

● 지반동결후 NATM 시공

● 혼잡한 현장조립 및 교통 관리

효과적인 리스크 관리를 통해 가장 위험한 절차 중 하나인 깊은 굴착이 성공적으로 완료되었으며, 깊은 굴착과 주변 건물들의 변형은 안전한 수준에서 관리되었다. 

상하이 메트로 4호선의 복구공사는 매몰된 장애물, 극심하게 교란된 지반, 깊은 굴착, 기존 건전한 터널 보호, 손상된 터널과 건전 터널 연결 등 다양한 과제에 직면해 있으며, 이 작업에는 쉬트파일댐, JPG 지반개량, 지반동결 및 배수 등 다양한 공법이 적용되었다. 복수 공사의 리스크 관리를 통해 많은 리스크를 파악하고 위험을 줄이기 위한 몇 가지 효과적인 조치를 취하여 성공적인 복구공사가 수행되었으며, 리스크 관리가 대형 엔지니어링에 매우 중요하다는 것이 확인되었다.

사고조사위원회로부터 사고원인 규명과 복구방안 수립에 대한 상세내용을 [그림 21]에서 보는 바와 같이 보고서로 만들어 관련기술자들이 참고가 되도록 하였다. 사고구간에 대한 복구공사는 모든 기술자들의 노력 끝에 성공적으로 마무리되었으며, [표 3]에 정리한 바와 같이 여러 가지 기술적 난제들을 신기술 및 신공법을 개발하여 적용함으로 해결하였다.

복구공사는 2004년 8월 28일 정식 공사를 시작하여 2007년 7월 9일 관련 당사자의 검수를 거쳐 대형 터널붕괴 사고의 현장 복구에 성공하였으며, 연약지반 하저터널공사 시공기술에서 큰 돌파구를 마련하였다. 마침내 붕괴사고가 발생한지 4년 6개월이 지난 2007년 12월 28일 개통되었다. 상하이 메트로 터널붕락사고에 대한 사고일지는 [표 4]에 정리하여 나타내었다. 

5. 사고 예방 대책 및 평가 

본 사고는 중대한 경제적 손실과 사회적 파장을 초래한 책임 사고였다. 시공사의 현장 기술 관리가 취약하고 인공동결공법 시공계획 변경 절차가 미흡하고 승인이 엄격하지 않았으며, 사고 위험징후가 발견되었지만 발주감독부서에 보고되지 않았으며, 시공위험이 큰 공사에 대해 표준화된 비상계획이 없으며, 불법 시공으로 인해 사고가 발생했다. 따라서 관련 부서와 담당자는 본 사고에 대해 직접적인 책임을 지도록 하였다. 

시공사는 원도급업체로서 원도급업체의 관리책임을 성실히 이행하지 않고 하도급업체에 대한 감독을 부실하게 하고, 하도급업체 방안에 따라 조정하지 않고, 해당 조정된 시공조직설계를 재작성하며, 하도급업체의 시공방안에 대한 조정조직승인을 하지 않고, 각종 기술, 품질 및 안전책임제도와 관리제도가 이행되지 않고, 현장관리자격이 요구에 부합하지 않고, 현장관리를 통제하지 못하고 있다. 시공사는 이번 사고에 대한 주요 책임을 져야 한다.

감리사는 감리 직무를 수행하지 않고, 변경된 시공방안에 대한 감리심사를 하지 않았으며, 감리인력의 자격이 국가규정의 요구에 부합하지 않고, 현장감리를 직무유기하고, 감리공사에 대한 효과적인 순시검점을 실시하지 않아 위험상황을 제때 발견하지 못하고 사고를 제지하지 못했다. 감리부서는 이번 사고에 대해 중요한 책임을 진다.

본 사고에서 모든 관련 단위가 직무를 성실히 수행하고 관련 기술 사양 및 기술 조치를 엄격하게 시행할 수 있다면 사고를 완전히 방지하거나 사고로 인한 손실을 줄일 수 있었다. 각 주체로부터 사고예방을 위한 조치를 정리하면 다음과 같다. 

■ 안전사고 예방조치 강화  

터널공사의 시공기술측면에서 인공동결공법과 피난연락갱 시공방법을 더욱 개선하고 동결 지반구조의 국부적 취약점을 보완하며 연약지반 하저터널공사시 침투수의 위험을 매우 중시하고 개선하여야 한다. 또한 공사 안전 책임시스템을 구축 및 개선하고 시공관리 직위별 관리 인력의 안전관리 책임을 명확히 하며 프로젝트 안전사고에 대한 비상 구조계획을 수립하고 사고 예방조치를 강화하도록 한다.

■ 프로젝트 관리 

전체 프로젝트 관리는 '건설법'의 관련 규정에 따라 전체 프로젝트의 안전책임을 엄격히 이행하고 관리 대행을 위해 책임과 무관심한 행위를 근절해야 한다. 또한 다양한 기술, 품질 및 안전 책임시스템 및 관리시스템을 성실하게 구현하고 일일 감독/관리 및 기술관리를 강화하도록 한다. 

■ 감리자의 조치 

감리자는 감리단위의 직무를 성실히 수행하고, 시공계획 및 변경조정 후 계획에 대한 감리심사를 엄격히 조직하고, 건설현장의 감리관리를 강화하고, 감리된 공사에 대한 효과적인 순시점검를 실시하여 적시에 위험상황을 발견하고 사고를 방지하여야 한다. 

■ 신기술 관리 강화 

인공동결공법 시공기술은 상하이의 여러 지하철 공사 건설에서 성공을 거두었으며 검증된 새로운 시공 기술이 되었다고 할 수 있다. 건설법에서는 선진 기술, 선진 장비, 선진 기술, 새로운 건축 자재 및 현대 관리 방법의 채택을 권장하고 있다. 그러나 신기술과 신공정의 활용에 대해서는 기술지도와 기술관리를 강화하고, 사용전 신기술과 신공정에 대한 기술교육도 강화해야 한다.

■ 기술역량 강화 

본 사고는 전체 공사의 현장 관리가 통제 불능이고 감독의 현장 감독이 직무 소홀로 발생하였다. 감독은 또한 새로운 건설 기술과 기술을 지속적으로 배우고 감독자의 기술 수준을 지속적으로 향상시켜야 한다. 공사현장 감리부에는 동결공법시공 전문기술감리원이 없어 감리가 특수공사를 감리할 능력이 없어 위탁감리 과정에서 이미 중대한 숨겨진 위험이 도사리고 있다. 건설 과정에서 전체 계약 단위든 하청 단위든 감독 단위든 신기술과 새로운 공정을 사용할 수 있는 능력이 있어야 합니다. 하도급이나 감리를 선택할 때는 먼저 기술력을 평가해야 한다. 

참고문헌

제7강 - 요점정리  

제7강에서는 상하이 메트로 4호선 TBM 터널공사에서의 발생한 TBM 터널붕락 및 도로함몰 사고사례를 중심으로 사고의 발생 원인과 교훈에 대하여 고찰하였다. 본 사고는 도심지 하저구간에서의 지하철 TBM 터널공사중 발생한 붕괴사고로서, 본 사고 이후 연약지반  TBM 터널공사에 대한 사고를 방지하기 위한 설계 및 시공상의 다양한 개선노력이 진행되어 연약지반 TBM 터널기술이 발전하는 계기가 되었다. 본 TBM 터널 붕락사고를 통하여 얻은 주요 요점을 정리하면 다음과 같다.    

■ 연약지반에서의 동결공법과 리스크   

본 현장에서는 연약지반의 하저구간으로 피난연락갱 시공시 지반개량효과를 증진하기 위여 인공동결공법을 적용하였다. 하지만 설계보다 작은 동결심도와 동결파이프 시공으로 피난연락갱 주변의 지반보강의 상태가 양호하지 않았으며, 특히 하절기에 냉동장치의 이상으로 여러 시간 동결지반의 온도가 상승하는 원인을 제공하게 되었다. 특히 사고가 발생한 지층은 실트질 모래층의 대수층으로 액상화가 발생하기 쉬운 지층으로서 동결지반의 결함으로 쉽게 지하수가 침투된 것으로 분석되었다. 따라서 연약지반구간에서의 인공동결공법적용시 동결지반의 유지 및 관리가 무엇보다 중요하므로 동결지반상태를 면밀히 관찰하고 이에 대하여 보다 적극적으로 대응하여야만 한다.        

■ TBM 터널에서의 피난연락갱 시공 리스크 

본 사고는 TBM 공법으로 시공된 상하행의 본선터널을 연결하는 피난연락갱 구간에서 발생하였다. 특히 연약지반구간에 NATM 공법으로 시공되는 피난연락갱은 시공리스크가 큰 가장 취약한 구간이라 할 수 있다. 일반적으로 피난연락갱 주변 연약지반을 개량하기 위한 지반보강그라우팅 또는 인공동결공법이 시공전후에 수행되지만, 연약지반의 개량효과를 공학적으로 확인하고 검증하는 절차가 필수적이라 할 수 있다. 본 현장의 경우에도 동결공법에 의해 보강된 지반이 문제가 생기면서 대형 붕락사고로 이어진 것으로, 피난연락갱 시공시 주변 지반에 대한 차수성능을 확인하고 누수 등의 문제발생시 보다 즉각적이고 능동적이고 체계적인 비상 대응체계가 요구됨을 알 수 있다.  

■ 사고원인조사와 복구대책 수립

본 사고가 발생한 직후 상하이당국에서는 사고조사위원회를 구성하여 설계 및 시공에 대한 철저한 조사로 주요 사고 원인을 규명하고 복구방안을 제시하였다. 사고 원인은 피난연락갱 주변지반의 동결상태 불량으로 인한 모래층에서의 파이핑(piping)으로 물과 토사가 터널내로 급격히 유입되고 주변 지반이 유실됨에 따라 세그먼트 라이닝 파괴와 지상도로 함몰과 건물붕괴에 이르게 된 것으로 파악되었다. 복구방안으로는 지하연속체 공법과 JSP공법을 적용하여 흙막이 굴착공사후 손상된 구조물을 제거한후 개착터널을 시공하는 방법이 적용되었다. 복구공사에서는 대심도 지하연속벽 시공, 파괴된 구조체의 제거 방법, 연결부분 인공동결공법 적용, 손상 터널구간의 지하수 펌핑과 주변 영행을 최소화하는 배수 시스템 등 기술적 난제 등을 기술적으로 해결하기 위하여 신기술 및 신공법 등을 적용하였으며 약 3년간의 복구공사를 성공적으로 마칠 수 있었다. 

■ 하저 TBM 터널 붕락사고와 교훈  

본 사고는 TBM 공사의 연약지반에서의 지질 리스크 문제, 피난연락갱 공사에서의 인공동결공법의 품질관리 문제점 등을 확인할 수 있었고, 특히 지하터널공사에서의 설계변경 절차 및 시공관리방법 등의 건설공사의 관리상의 제반 문제점을 확인할 수 있는 계기가 되었다. 특히 상하이시당국 및 사고조사위원회 등을 중심으로 심도 깊은 논의와 검토를 진행하여 본 붕괴사고에서의 사고원인 규명과 재발방지 대책 등을 수립하여 중국 터널공사에서의 안전관리 및 시공관리시스템을 개선시키게 되었다.      

이제 제7강이 마무리되었다. 보다 자세한 내용은 참고문헌을 읽어주기 바란다. 상하이 메트로 TBM 터널 붕괴사고는 중국의 건설역사에 있어 중요한 전환점이 되었던 엄청난 재난사고였다. 2000년대 중국은 급격한 인프라 건설로 인하여 안전성보다는 경제성과 공기 달성이라는 목적을 달성하기 위하여 기본적인 시공관리가 무시되거나 체계적인 시스템이 구축되지 못한 상태였다. 상하이 시내 한복판에서의 대규모 도로 붕락, 건물 붕괴 및 황푸강 제방의 붕괴사고는 토목기술자뿐만 아니라 일반 국민들 그리고 정부당국에게도 상당한 충격을 준 사고라 할 수 있다. 사고발생시 즉각적인 군병력 동원과 응급대책으로 추가적인 재난은 방지할 수 있었지만, 붕괴구간에 대한 보강공사와 터널 재굴착 공사로 상하이 메트로 개통이 상당히 지연되어 경제적 손실을 끼쳤던 TBM 터널공사 사고사례라 할 수 있다. 

또한 본 붕락사고는 상당한 리스크가 있는 TBM 터널 피난연락갱공사에서 발생한 대형사고로 연약지반구간에서 본선터널을 NATM 공법으로 굴착하게 되는 피난연락갱의 지질 리스크 및 시공관리의 중요성을 인식하게 되는 중요한 계기가 되었다고 할 수 있다. 따라서 연약지반구간에 시공되는 TBM 터널 피난연락갱에서의 인공동결공법의 시공관리 및 주변 지반의 차수 및 보강효과를 검증하는 품질관리는 아무리 강조해도 지나치지 않으며, 세심한 주의와 관리가 무엇보다 요구된다 할 수 있다. 또한 이러한 지질 및 시공리스크를 최소화하거나 주목할 수 있는 시공기술이 더욱 신중하게 검토되고 적용되어야 할 것이다.     

다음 강의에서는 호주 Forestfield TBM 터널공사에서 발생한 붕락사고로부터 사고의 원인과 메커니즘 분석, 사고 임시대책 및 보강·복구 방안 그리고 사고로부터 얻을 수 있었던 교훈에 대하여 설명하고자 한다. 이것은 TBM 터널공사중에 발생한 실제 붕락사례를 기초로 한 것으로 TBM 터널에서의 붕괴 및 붕락 문제에 관심이 많은 지반 및 터널 기술자들에게 실제적으로 도움이 될 것이다.