■ 제11강을 시작하며 

2007년 1월 12일 오후 2시경 [그림 1]에서 보는 바와 같이 브라질 상파울루 메트로 공사중 터널이 붕괴되어 7명의 사망자가 발생하는 대형사고가 발생하였다. 본 사고는 브라질 상파울루 도심지 터널공사 공사에 적용되어 왔던 NATM 터널공사에 심각한 영향을 미쳤다. 본 사고를 통해 NATM 터널공사에서 굴착 및 보강방법과 지질 및 지반 리스크(geo-risk) 관리상에 여러 가지 문제점이 확인되었다. 특히 도심지 구간을 통과하는 NATM 터널에서의 터널 및 수직구 붕괴사고는 조사, 설계 및 시공상의 기술적 문제점을 제기하는 계기가 되었으며, 도심지 NATM 터널구간에서 터널 붕괴사고 원인 및 발생 메커니즘 규명하기 위하여 사고조사위원회를 구성하여 철저한 조사를 진행하게 되었다.  

본 고에서는  브라질 상파울루 메트로 4호선 프로젝트의 NATM 터널구간에서의 터널 붕락 사고사례로부터, 도심지구간 NATM 터널공사시 차별 풍화암반에의 터널보강, 엽리가 발달한 층상암반에서의 터널 굴착 및 지질 리스크 대응 등 시공관리상의 문제점을 종합적으로 분석하고 검토하였다. 이를 통하여 본 NATM 터널 사고로부터 얻은 중요한 교훈을 검토하고 공유함으로서 지반 및 터널기술자들에게 기술적으로 실제적인 도움이 되고자 하였다.     

1. 상파울루 메트로 4호선 프로젝트   

1.1 프로젝트 개요

상파울루 메트로 4호선은 상파울루 지하철을 구성하는 6개 노선 중 하나이며 상파울루 메트로폴리탄 철도 교통망을 구성하는 13개 노선 중 하나로서 Vila Sonia에서 Luz 역까지 12.8km 길이로 운행되고 있으며, 2021년에 최종 완공되었다. 상파울루 메트로 4호선(엘로우 노선)은 총 연장 12.5km로 도심지의 Luz 역과 서부 지역 그리고 Vila Sonia까지 연결되는 프로젝트이다. [그림 2]에서 보는 바와 같이 4개의 환승역(1호선과 CPTM 교외 열차가 있는 Luz, 3호선이 있는 Republica, 2호선이 있는 Paulista, CPTM Line C가 있는 Pinheiros)이 있다.

상파울루 메트로 4호선 건설은 3개 공구로 구분되어 시공되었다. 1공구는 EPB TBM 터널공법으로  2공구는 NATM 터널공법으로, 3공구는 개착공법으로 설계되고 시공되었으며, 정거장은 개착공법과 NATM 공법으로 시공되었다. [그림 3]에는 상파울루 메트로 4호선 선형에 따른 1공구와 2공구의 국지적인 지질 조건이 나타나 있다. 

그림에서 보는 바와 같이 1공구는 실트질 모래층과 점토질 모래층의 토사층으로 형성되었으며, 2공구는 편마암을 기반암으로 상부에 기반암이 깊게 풍화되어 발달한 풍화암층인 Saprolite 층이 발달되어 있음을 볼 수 있다. 이러한 지반특성으로 1공구는 TBM 공법이, 2공구는 NATM 공법이 적용되었다. 

2. Pinheiros 정거장 터널 프로젝트  

2.1 수직구 및 정거장 터널 

Pinheiros 정거장은 NATM 공법에 의해 시공되었으며 대구경 수직구(직경 40m x 깊이 36m), 정거장(플랫폼) 터널 2개(폭 18.6m x 높이 14.2m x 길이 46m) 및 CPTM 역(C선)으로의 연결 터널 2개가 포함되어 있다. Pinheiros 역은 중앙 복선터널(직경 9.6m)이 있는 측면 플랫폼(side platform)의 구조로 대단면 터널로 계획되었다.  

[그림 4]에는 Pinheiros 정거장 계획이 나타나 있으며, [그림 5]에는 Pinheiros 정거장의 수직구 모습과 정거장 터널의 상세가 나타나 있다. 그림에서 보는 바와 같이 수직구(NATM)과 정거장 터널(NATM) 그리고 본선터널(NATM)으로 계획되었다.

2.2 지질 및 지반 특성 

본 지역의 지질 조건은 [그림 6]에서 나타난 바와 같다. 그림에서 보는 바와 같이 주요 암종은 흑운모 편마암(biotite gnesis)이다. 흑운모 편마암은 중-고온에서 변성을 받아 편암보다 변성정도가 높고 편마구조가 발달해있으며, 특징적으로 흑운모가 호상(banded) 구조를 보인다. 

본 지역의 지질 구조는 [그림 7]에 나타내었다. 본 암반은 엽리(foliation)가 흑운모 편마암으로 전단대(shearing zone)과 일치하는 N75-85A 방향의 경면(slickenside)이 발달되었으며, 이는 NW와 SE의 거의 수직경사를 가진다. 본 현장에서 암반은 이러한 구조들에 의해 기하구조를 형성하였고, 이 구조들은 반대 방향으로 경사져 정거장 터널 폭에 잠재적인 쐐기를 형성했다. 

붕락사고 이후 현장조사 결과에서 확인된 터널구간의 지질 특성은 [그림 7]에서 보는 바와 같다. 먼저 엽리가 발달한 흑운모편마암의 차별풍화로 터널상부의 기반암선의 볼록한 형태(좌우로는 풍화심도 깊음)를 보이며, 막장에서의 암반평가결과 암반등급 IV와 암반등급 III으로 특징지어지는 두 가지 유형의 암반이 교호하여 나타나며, 수직절리 형태의 엽리면이 터널주변에 상당히 발달하고 있음을 볼 수 있다. 

또한 수직절리의 엽리면이 상부까지 도달하여 지하수에 의한 영향을 받아 열화될 수 있으며, 특히 편마암내에 존재하는 흑운모 층(biotite)은 물에 의해 열화변질이 매우 쉽게 발생하기 때문에 터널 굴착에 의한 주요 지질 리스크 요인이 되는 경우가 많으며, 미끄러짐을 유발하는 파괴면(failure plane)을 형성하게 된다.

2.3 정거장 터널  

본 프로젝트의 정거장 터널은 도심지 구간을 통과하는 대단면 터널로 가장 리스크가 큰 시공이슈라 할 수 있다. [그림 8]에서 보는 바와 같이 먼저 수직구를 굴착한 후 동서(동측터널과 서측터널)로 정거장 터널을 상반(Top Heading), 하반(Bench) 그리고 인버트(Invert)로 분할 굴착하였으며, 다음과 같은 시공 프로세스로 계획되었다. 

i) 첫 번째 굴착심도(상반 엘리베이션)까지 수직구(Capri 수직구로 명명)를 굴착

ii) Butanta 방향(BT)과 Faria Lima 방향(FL)의 두 개의 정거장 터널을 동시에 굴착

iii) 정거장 터널 벤치 굴착 및 인버트 굴착

[그림 9]에 나타난 바와 같이 정거장 터널의 지보는 상반은 830mm 간격의 격자지보와  두께 350mm 숏크리트를 포함하고, 하반은 두께 150mm의 강섬유 보강 숏크리트를, 인버트에는 70mm의 숏크리트를 적용하였다. 필요한 경우 하반굴착 중에 록볼트를 적용하였다.  천단부에 파이프 루프공법을 적용하였고 측벽하부에 엘리펀트풋을 반영하였다. 사고 당시에는 [그림 10]에서 보는 바와 같이 상반굴착 완료하고 하반 굴착 중이었다.   

3. 터널 붕락사고 현황   

3.1 터널 시공 현황  

Pinheiros 정거장 터널은 기본적으로 두 개의 터널, 즉 동측 터널(Faria Lima)과 서쪽 터널(Butanta)로 구성되어 있으며 Capri 연결 통로로 분리되어 있다. 2007년 초에는 시공현장의 작업이 정상적으로 진행되었으며, 2007년 1월 12일 금요일에 시공팀은 앵커 볼트에 대한 추가 처리작업을 수행하였다. 전날 수행된 터널계측은 해당 날짜까지 계측 조치에 포함된 제반 사항을 일상적으로 준수하였다. 

서측터널에서 공사팀은 굴착계획에 규정된 대로 일상적으로 발파하면서 약 2.0m 전진하여 하반을 굴착하고 있었다. 천공은 작업 바닥 위 1.0m, 2.75m 및 3.75m의 세 가지 레벨에 설치되도록 설계되었다. 첫 번째 라인은 설치 높이에 도달하기 위해 리프팅 장비가 필요하지 않았으며 하룻밤 사이에 완료되었으며, 다음 라인을 실행하기 위해 리프팅 장비를 배치할 접근 경사로를 만들기 위해 터널 중앙에 더 작은 발파가 준비되었다.

3.2 터널 붕락사고 개요 

Pinheiros 정거장 터널사고는 2007년 1월 12일 동측 터널에서 굴착 작업이 거의 완료되었을 때 (Capri 수직구 근처) 정거장 터널의 굴착 끝지점에서 수직구 방향으로 벤치 굴착 작업을 수행하는 동안 발생했다. 첫 번째 붕괴 징후는 약 14시 30분에 터널 내부에서 발생했으며, 14시 54분에 터널 붕락은 Capri 거리에 큰 지반함몰 형태로 확대되었다[그림 11]. 본 사고로 인하여 건설 현장과 시설, 인근 주민과 공공 기반 시설에 막대한 물질적 피해를 입혔을 뿐만 아니라 이 사건의 직접적인 결과로 7명이 사망했다.

Pinheiros 정거장 터널사고는 브라질 메트로 역사상 가장 심각한 건설사고로, 많은 사망자가 발생해 국제적으로도 보도됐다. 이러한 모든 이유로 인해 사건의 원인을 명확히 하고 향후 작업에 대한 권장 사항을 통해 교훈을 확인하기 위해 독립적인 조사를 수행하는 것이 가장 중요했다. 사고 발생 며칠 후, 상파울루주 정부, 상파울루주 검찰, 관련 당사자(발주처인 상파울루 메르로 및 시공자 컨소시엄인 CVA)간의 합의에 따라 경찰은 수사를 진행하고, IPT는 기술조사를 수행하고 최종 보고서를 발행하도록 위임받았다.

[그림 12]에는 Pinheiros 정거장 터널사고 전후의 모습이 나타나 있으며, [그림 13]에는 붕락사고의 현장사진들이다. 

3.3 터널 붕락 사고 현황 분석

[그림 14]에는 Pinheiros 정거장 터널 붕락사고에 대한 사고현황이 나타나 있다. 그림에서 보는 바와 같이 사고구간은 정거장 터널구간의 동측터널 끝부분으로 1차적으로 동측터널 의 터널이 붕락되고 상부 지반과 도로가 함몰되었고, 2차적으로 터널붕락이 더욱 진행되면서 Capri 수직구의 동측부분이 붕괴되었다.  

[그림 15]에는 Pinheiros 정거장 터널 붕락사고에 대한 분석 결과가 터널 주변 암반조건과 특성을 반영하여 나타나 있다. 그림에서 보는 바와 같이 사고 발생구간(Sta. 7+105)은 기반암의 차별풍화에 의한 지층 굴곡구간으로 터널 주변에 발달한 엽리(수직절리) 및 단층대를 따라 터널 천반부에서 붕락이 발생한 것으로 분석되었다.   

[그림 16]은 Pinheiros 정거장 터널 붕락사고에 대한 분석 결과로, 사고후 상세지반조사 결과를 반영한 지질 특성을 고려하여 표시하였다. 그림에서 보는 바와 같이 사고 발생구간(Sta.7+105)은 기반암의 풍화대 Saprplite 층이 깊게 발달해 있으며, 터널 구간에서 암반층오목하게 능선을 형성하고 터널 천단 양쪽으로 깊어지는 구조가 만들어졌음을 확인하였다. 이러한 특이한 지질구조가 본 사고를 유발하게 되는 중요한 기하구조를 형성하게 되었고, 터널 굴착에 의한 아칭효과가 제대로 작용하지 않아 붕락이 발생한 것으로 평가되었다.   

3.4 사고후 지반조사 결과  

Pinheiros 정거장 터널은 대단면 터널에 비해 비교적 작은 약 18m 토피고를 가지고 있으며 saprolite과 같은 깊은 풍화대에 위치하고 있다. 또한 본 사고구간은 차별풍화에 의해 종단 및 횡단방향 모두 볼록 부분(rock ridge)에 위치한 지질구조의 교차점으로, 이는 터널 굴착시 지하수의 유동성을 야기하여 불안정성을 유발할 수 있다.

터널 폭18m의 의 폭 정거장 터널을 최종 설계하고 시공하기 전에 수많은 보어홀이 지질조건을 확인하기 위하여 풍화대인 Saprolite와 기반암인 편마암에 시추되었으며, Capri 수직구와 동측 정거장 터널에는 총 11개의 시추공이 조사되었다. 정거장 터널의 거의 중앙에 위치한 시추공은 깊게 풍화된 암반의 흑운모 편마암으로 조사되었으며, 엽리(foliation)는 대부분 수직으로 가파르게 발달하였다. Pinheiros 정거장 터널의 아치부는 평균 엘리베이션 703m상에 있었으며, 정거장 터널 중앙 근처에 시추된 시추공 8704는 (부분적인) 암반 심도의 엘리벤이션이 706m임을 정확하게 나타냈다. 이것은 가장 가까운 네 개의 시추공에서 조사된 암반 심도와 정확히 일치했다.

추가 지반조사결과에 의한 정거장 터널 주변 지반조건을 보면, 가장 가까운 보어홀은 엘리베이션 723~724m의 지표면에서 시추되었고, 대부분의 경우 엘리베이션 706~707m 사이에 암반이 확인되었으며, 평균 토피고는 약 18m였다. 그러나 실제 지반조건은 정거장 터널 중앙의 붕괴된 암반의 대부분은 704-707m의 최고 엘리베이션까지, 즉 원래의 정거장 터널 아치의 1∼4m 위에 남아 있었다. [그림 18]과 [그림 19]에서 보는 바와 같이 지반조사단계에서 확인할 수 없었던 터널 상부에 존재하는 암반의 능선(rock ridge)이 사고후 지반조사를 통하여 확인되었으며, 예상지반조건은 실제 지반조건사이의 완전한 차이는 붕괴된 토사와 암반을 약 1년 동안의 조사를 통하여 확인되었다. 

측면이 경사진 덜 풍화된 암반의 중심부 두 능선은 잠재적인 붕괴(potential failure)에 대한 기하형태를 제공했다. 그러나 최종 붕괴는 균열이 생긴 파이프에서 발생한 누수에 의한 영향으로 터널 측벽의 열화변질된 흑운모 층에 의해 촉발된 것으로 추정되었다. 

동측 정거장 터널 시공중 막장관찰 결과, 정거장 터널 중앙에서 Rua Capri 방향으로 보통 암반등급 III(RMR=44∼48)의 증가하는 것으로 조사되었다. 암반등급 III의 중앙부는 양쪽 모두 더 낮은 등급의 불량 암반등급 IV(RMR=34∼36)으로 둘러싸여 A/B/A 구조를 나타냈다. [그림 20]에는 굴착된 정거장 터널의 종단면도와 정거장 터널 단면의 암반상태가 나타나 있다. 그림에서 보는 바와 같이 터널단면성에서 중심(B)와 주변 암반(B)의 RMR 암반 등급 값이 나타나 있다. Rua Capri 하부에서 정거장 터널 동측 끝으로 갈수록 암반등급이 양호해지면서 천단보강용 그라우트 주입량이 감소하면서 그라우트 주입(enfilagens)이 중단되었다. 

더 좋은 암반등급의 암반 코아(core)가 터널의 안정성에 위협이 될 수 있다는 것은 상상하지 못했는데, 붕괴 후에 뒤늦게 발견하게 되었다. 이는 이전의 시추공 증거와는 달리 높은 암반 능선(rock ridge)이 나타났기 때문으로 차별 풍화(differential weathering)의 가능성이 고려되었다.  

3.5 정거장 터널 지보

일반적으로 아칭의 과정은 암반이 양호함에 따라 암반 하중의 작은 부분만을 견딜 수 있는 설계 지보만을 필요로 하게 된다. 터널 아치가 굴착됨에 따라 안정성을 유지하기 위해 전통적인 주지보(primary support)가 사용되었다. 간격은 85cm로 설치된 격자지보는 강섬유보강 숏크리트 최소 두께 35 cm에 매립되었다. 정거장 터널의 끝 부근에 설치된 지보의 모습이 [그림 21]에 나타나 있다.

정거장 터널 양측면의 암반이 약하기 때문에 상반을 지보하는 격자지보의 기초 밑면 아래의 암반의 기초 강도와 강성에 대한 보수적인 가정이 이루어졌다. 구조적 아치를 지지하는 이른바 '엘리펀트 풋(elephant foot)'은 정거장 터널 양사이드 하부에 설치되었다. 발파이후 연속적인 구조 지보요소를 막장면까지 진행한 후 숏크리트를 타설하였다. 정거장 터널 상부 암반의 아칭효과가 감소될 것으로 예상되어 기본 설계시 격자지보의 간격 1.25m는 0.85m로 변경되었다. 

더 가볍고 경제적인 정거장 터널의 지보 대안으로 암반 아치의 록볼트 보강으로 구성되어 있으며, 숏크리트 두께는 현저히 얇게 타설하는 것으로 고려되었으나, 가장 가까운 5개의 시추공이 암반아치 천단부로부터 단지 3m 위에 있는 평균 암반 엘리베이션 706m으로 조사되었기 때문에 변경되었다. 여기의 암반은 다양한 위치에서 깊게 풍화되었으며 암반강도는 5~10MPa 범위, 때로는 이보다 더 낮은 범위로 예상되었다. 

정거장 터널구조의 최종 지보는 철근 콘크리트 라이닝으로 설계되었다. 그러나 붕괴 당시에는 정거장 터널과 수직구의 철근 라이닝 콘크리트는 시공되지 않은 상태였다. 붕괴 전 마지막 3일 동안 가속 변형이 일어나기 전에 처음으로 4m 높이의 상반이 완성되었다. 

3.6 계측결과 분석

터널 붕괴 전후의 계측결과는 매우 중요한 의미를 가진다. 본 정거장 터널에 대한 계측계획이 [그림 22]에 나타나 있다. 그림에서 보는 바와 같이 종방향으로 3개의 지점에서 계측이 수행되었으며, 정거정 터널 거동은 천단침하 및 내공변위 계측을 통하여 확인하였다.

계측결과는 [그림 22]에서 보는 바와 사고전후 급격히 증가하는 것을 볼 수 있으며, 계측치는 설계예측치를 크게 오버하는 것을 볼 수 있다. 하지만 시공팀은 계측결과에 대한 피드백(역해석 및 추가 지보보강)을 수행하지 않는 것으로 확인되었다.  

4. 터널 붕괴 사고 조사 및 원인 분석   

브라질 토목공사사고에 대한 가장 심층적인 기술조사를 수행하도록 위임받은 IPT는 전문가 팀(지질, 지반, 구조 및 시공 엔지니어링, 시공 및 리스크 관리 등)으로 IPT 위원회(IPT Commission)라는 구성했다. IPT 위원회는 입찰 과정부터 최종 설계 및 시공 보고서와 도면, 데이터 및 작업 후속 보고서에 이르기까지 잠재적으로 사고와 관련될 수 있는 모든 문서를 수집하고 분석했다.  

4.1 현장 조사    

사고조사의 또 다른 중요한 부분은 붕괴 잔해(collapse debris)의 발굴이었다. 전문가(지질학자, 엔지니어, 지형학 팀)로 구성된 팀이 연중무휴 24시간 발굴 작업을 기록하도록 설정되었다. 작업이 진행되는 동안 약 30명이 이 작업에 참여했으며, 그 범위는 다음과 같다.  

● 붕괴 지역 및 잔존 구조물에 대한 지질 매핑(geological mapping)

● 붕괴 잔해의 '고고학적(archaeological)' 발굴에 대한 매핑 및 사진 촬영

● 지리적(geographical) 위치 결정

● 재료 테스트

[그림 23]에는 현장조사 및 발굴과정에 대한 사진들과 메핑 결과가 나타나 있다. 붕괴 발굴 과정에서 모든 관련 당사자, 특히 시공컨소시엄 CVA로부터 긍정적이고 전문적인 협력을 받았음에도 불구하고 붕괴 메커니즘 지표와 인과 단서를 찾는 IPT 조사단과 안전, 공기, 공사비를 담당하는 시공자의 이해관계 사이에는 본질적인 이해상충이 존재했다.

4.2 붕락 메커니즘    

붕괴 잔해를 굴착하는 동안 가장 그럴듯한 메커니즘과 트리거를 설정하기 위해 모든 유형의 메커니즘 지표(indicator)가 고려되었다. 메커니즘 지표는 현장 사진, 매핑, 모니터링 데이터 및 터널 지보 잔해의 위치를 통해 조사되었다. 이후 위의 모든 정보와 해석을 요약하여 다음 메커니즘이 확립되었다.

①단계 : 붕괴를 일으킨 힘(driving force)는 거의 완전한 상재 하중의 작용, 이는 대구경 수직구 굴착으로 인한 지반 압축력 감소(decompression), 두 개의 수직방향의 불연속면 존재 그리고 얕은 토피고로 인해 아치 효과 억제 등으로 형성.

②단계 : 수직 방향의 불연속면(엽리)이 다수 존재함에 따라 엽리면을 따라 암반블록이 미끄러지면서 왼쪽 측벽부 기초(엘리펀트풋)가 압축. 

③단계 : 하반을 굴착하는 동안 굴착면이 하반 측벽부 뒤에 일련의 불연속성이 있는 특정 단면에 도달했을 때 터널 거동이 갑작스럽게 시작.

④단계 : 갑작스런 터널 거동으로 인한 과도한 하중의 균형을 맞추기 위해 응력 재분배 과정이 터널 굴착중에 지속적으로 진행  

⑤단계 : 굴착면이 하반 측벽 바로 뒤에 또 다른 불연속면 세트가 있는 두 번째 단면에 도달하면 불균형 하중이 터널 지보(기초 부족)나 굴착면(3D 효과)을 따라 재분배될 수 없게 됨에 따라 계속적으로 붕괴가 진행.

[그림 24]에는 터널 주변 암반구조와 관련된 측벽부 파괴에 대한 모식도가 나타나 있다. 그림에서 보는 바와 같이 터널 좌측 측벽부에 존재하는 수직의 층상암반에서 열화변질된 흑운모 층이 터널굴착에 의한 지하수의 유동에 따라 열화변질되면서 측벽부 엘리펀트풋 지점에서 지보능력을 상실하게 됨에 따라 숏크리트 라이닝이 파괴된 것으로 추정되었다. 

[그림 25]에는 암반구조를 모델링하여 발생가능한 파괴 메커니즘에 대한 해석결과이다. 그림에서 보는 바와 수직절리가 발달한 구조에서 측벽부에서 전단파괴가 발생하고 터널 중앙부를 중심으로 붕락이 발생하는 것을 명확히 볼 수 있다.    

[그림 26]에는 숏크리트 라이닝의 붕괴 메커니즘을 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 터널 좌측벽부 숏크리트 라이닝이 먼저 파괴되고, 그 다음에 천단부 숏크리트 라이닝이 파괴되었고, 최종적으로 우측 숏크리트 라이닝이 파괴됨에 따라 완전히 터널이 붕락되었음을 보여 주었다.   

[그림 27]는 종단면상에서의 단층대가 나타나 있다. 그림에서 보는 바와 같이 지상까지 연결된 단층대가 확인되었고 이는 붕락지점과 정확히 일치하고 있음을 추가조사결과 확인하였다. [그림 28]은 정거장 터널의 붕락 원인으로 생각되는 개념도를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 횡방향으로는 차별 풍화작용에 의해 연결되고 다양한 풍화작용을 받은 암반 능선(rock ridge)구조 그리고 종방향으로는 이러한 암반 능선구조에 단층(fault)이 끊어주는 역할을 하는 구조가 붕락의 주 원인으로 파악되었다.

이러한 지질구조는 갑작스럽게 붕락되면서 터널 아치지보에 특별한 펀치 하중으로 상당히 높은 수준의 파괴하중으로 작용한 것으로 보이며, 이에 대한 광범위한 증거로서 [그림 29]에서 보는 바와 같이 굴착장비가 완전히 뭉개지고, 격자지보의 강재도 인장으로 파손된 것을 볼 수 있다. 

5. 사고조사 보고서   

2007년 1월 12일 상파울루 지하철 4호선 Pinheiros 정거장 건설 중 발생한 비극적인 사고 직후, 주 정부와 상파울루 검찰은 기술연구소(IPT, Instituto de Pesquisas Tecnologicas)에 원인을 조사하고 사고 교훈에 기초한 추천사항을 제공할 것을 의뢰했다. 

약 18개월간의 집중적인 작업 끝에 IPT는 사고의 주요 원인으로 엔지니어링 프로세스의 단점과 여러 위험 요소를 지적하는 보고서를 발표했다. 사고보고서는 또한 본질적인 계약 문제점에 대해 논의한 후, 향후 프로젝트에서 리스크 관리 및 품질 관리를 향상시킬 수 있는 보다 적합한 계약 방식에 대한 권장 사항을 논의했다.

5.1 사고조사 위원회 구성    

IPT는 사고 검증과 위원회 보호라는 두 가지 기본 기능을 수행하는 국내 및 국제 컨설턴트 그룹을 보유하는 것이 매우 중요하다고 제안했다. 이러한 유형의 위원회는 항상 비판의 대상이 되며, 특히 국내 전문가만 모을 경우에는 더욱 그렇기 때문에 국제 인물들의 경험과 신뢰성에 의존하는 것이 필수적이다. 이에 외국 컨설턴트 2명이 선정되었으며, 캐나다 출신의 Eisenstein 교수와 히드로 공항에서 발생한 유사한 사고 조사에 참여한 것으로 알려진 영국기술자 David Powell이다. 

본 위원회에는 Wilson Iyomasa(관리 코디네이터)와 José Maria Barros(기술 코디네이터)라는 두 명의 IPT 엔지니어가 주요 코디네이터로 참여하였다. 그 하부에는 토목 공학, 토질 역학, 암석 역학, 지질학, 콘크리트 등의 중요 주제에 초점을 맞춘 각 코디네이터와 함께 10개의 그룹으로 구성되었고, 두 명의 코디네이터와 10명의 그룹 코디네이터가 위원회 코어(Commission Core)를 구성했으며, 총 30명 정도의 전문가들이 참여했다.

5.2 사고조사 보고서    

IPT는 약 18개월 동안의 각종 자료조사, 현장 발굴조사 및 관련 기술자들과의 인터뷰 등을 바탕으로 보고서와 부록으로 구성된 사고조사보고서를 2008년 6월에 최종적으로 발표하였다. 본 보고서는 총 11장 384페이지로 구성되었으며, 부록은 46개의 첨부파일로 2,500페이지에  구성된 구조를 완성했다. 본 보고서에서는 2007년 1월 7명의 사망자를 낸 상파울루 터널 붕괴사고는 설계, 시공, 위험 관리의 시스템 실패(Systemic failure)에 의한 것이라고 결론지었다. 사고조사보고서에 대한 내용은 다음과 같다.

■ 보고서 1장에서 3장 도입/과업 목적 및 범위

처음 세 장은 소개로서 IPT와 주정부 사이의 계약을 다루고, 목표의 개요를 설명하며, 무엇보다도 팀 구성 방법을 기술하였다. 

■ 보고서 4장 도심지 터널링

메트로 4호선의 노선 이슈에 대한 검토 내용으로 도심지 터널링에서의 정거장이나 터널의 위치는 지질 리스크로 결정하는 것은 아니고, 세계적으로 도심지 터널링에서의 이번 사고와 유사한 사고가 많음을 기술하였다. 

■ 보고서 5장 계약 방식 검토

대규모 지하공사에서의 계약방식에 대한 것으로 시공중 불확실성에 의한 리스크를 누가 책임질 것인가를 이슈를 검토하였으며, 본 공사와 같은 턴키 계약이 지하공사에 적합하지 않으며 리스크를 발주자와 시공자가 공유해야함을 기술하였다. 

■ 보고서 6장 입찰 전단계 지질조사 및 정보제공

IPT는 1992년부터 상파울루 지역에 대한 지질조사를 수행하였으며, 입찰단계에서 입찰자에서 공정한 방식으로 경쟁에 참여할 수 있도록 필요하고 충분한 품질을 갖추고 있었으며, 지질 모델에 대한 기본 정보를 제공하였음을 기술하였다. 

■ 보고서 7장 계약상의 문제

발주처 상파울루 메트로는 시공자 CVA(Consorcio Via Amarela)와 공사계약 체결하였지만 공사구간 사유지 보상지연, 새로운 정거장 추가 및 공사 범위 변경에 대한 발주자와 시공자간의 책임을 명확히 하지 않고 공사가 수행되었음을 기술하였다. 

■ 보고서 8장 설계 및 시공 검토

사고 당일까지의 정거장 터널의 설계 및 시공 측면에서 일어난 모든 것을 파악하기 위하여 당초설계, 설계변경 및 해석결과, 시공 과정을 조사하고 분석하였으며, 이 분석과 함께  위험 요소를 식별하고 분석하였다. 

■ 보고서 9장 붕괴 현황 분석

사고 발생과정을 정리하여 지보시스템의 파괴, 붕락발생 및 대피 등을 시간순으로 모니터링 하였다. 또한 사고의 기술적인 부분인 터널 붕괴와 사고로 인한 피해와 대응으로 구분하여 대형사고가 발생하게 된 주요 문제점을 기술하였다. 

■ 보고서 10장 사고 조사 및 원인 분석 

붕괴 메커니즘을 검토하여 기술적으로 붕괴가 어떻게 발생하였는지를 파악하여 붕괴 자체 및 붕괴로 인한 결과(영향)을 분석하였다. 또한 붕괴와 직접적으로 관련된 엔지니어링 프로세스, 설계 및 시공 결함, 품질 및 시공관리상의 문제점을 기술하였다. 

■ 보고서 효과와 의미  

세계적으로 도심지 터널공사에서의 터널사고가 발생하고 있기 때문에, 본 사고는 브라질 건설만의 문제는 아니며, 사고조사보고서를 영문으로도 발간하여 이번 사고로 인한 교훈을 관련 기술자들이 공유하도록 하였다.  

■ 부록 첨부파일  

부록에는 질문이나 문의에 답변자료 뿐만 아니라 계약 이전의 연구와 정보가 포함되어 있으며 전체적으로 약 2,500페이지에 달하는 46개의 부록으로 구성되어 있으며, 설계 및 시공자료 그리고 사고 현장 발굴조사 및 해석에 대한 기본 자료가 수록되어 있다. 

■ 동영상 제작  

사고조사보고서와 사고 원인에 대한 즉각적인 접근을 원하는 다양한 측면을 고려하여 동영상을 제작하여 공개하였다. 동영상의 기본 목적은 언론과 사회와의 대화를 촉진하는 것으로 사고당시의 시공현황을 포함하여 사고원인에 대한 붕괴 메커니즘이 설명되었다. 

보다 공정하고 객관적인 IPT 사고조사보고서를 통해 브라질 엔지니어링은 실패를 정면으로 직면하고 이를 교훈과 학습으로 전환하려고 노력한다는 높은 수준의 증거를 제공하였다. IPT 보고서는 현재의 실패를 미래를 위한 학습으로 전환하고자 하는 것으로서 가능한 잘못된 부분이나 오류를 정확히 기술하였다. 사고조사보고서의 전체 강조점은 실패가 어디에서 이루어졌는지, 그리고 거기에서 무엇을 배울 수 있는지를 보여주는 것이었다. 

5.3 IPT 보고서 주요 결과

Pinheiros 정거장의 설계 및 건설과 관련된 모든 엔지니어링 프로세스를 분석한 결과 사고 요인(contributor) 또는 위험 요소(risk factor)라고 불리는 일련의 누락과 오류가 드러났으며, 이러한 요인들의 조합이 사고의 원인을 구성하였다. 단순화를 위해 Pinheiros 터널 붕락사고는 두 가지 이벤트로 나누어진다.

i) 정거장 터널의 구조적 붕괴(structural collapse)

ii) 구조적 붕괴로 인해 발생한 Pinheiros 정거장 사고(accident)

엔지니어링 프로세스의 일련의 단점으로 인해 정거장 터널이 붕괴되었다. 이러한 붕괴는 비상 계획(emergency plan)의 결함, 근로자 및 인근 주민을 위한 적절한 대피 계획(evacuation plan)의 부재 그리고 대중교통 폐쇄 부재로 인하여 추가적으로 치명적인 사망사고로 이어졌다([그림 31]).

정거장 터널의 구조적 붕괴 원인에 대해서 두 가지 인과관계, 즉 설계와 공사프로세스가 확인되었다. 설계와 관련된 주요 리스크 요인은 다음과 같다.

i) 터널 거동과 안정성에 중요한 역할을 할 수 있는 지질 구조(불연속성)를 무시한 지나치게 단순화된 지반역학 모델(geomechanical model)의 적용

ii) 지나치게 단순화된 지반역학 모델을 기반으로 NATM 지보시스템(상반 아치 및 하반굴착)을 사용하는 터널의 구조 개념이 제안되었는데, 이는 이러한 종류의 암반에 부적절

iii) 해석 모델링과 가정은 실제조건과 차이가 컸고, 상반 아치바닥(중반 측벽)에 파괴영역이 발생한 것으로 보아 터널 설계의 구조 개념이 터널에 적합하지 않았으며, 또한 터널 거동 평가에 필요한 계측 임계값(경고 및 비상)정의 부족 

iv) 위의 요인으로 인해 심각한 결함이 있는 취약한 설계(내부 확인이나 외부 검증이 없음).

v) NATM 공법의 원칙은 시공중 관찰과 모니터링을 통해 설계를 검증하는 것이다. 실제 현장에서 계측팀(ATO)이 수행한 계측 보고서와 지질 매핑은 세부적으로 불량했으며,  하반 굴착중 계측 모니터링 데이터에서는 매우 불안정한 값과 매우 특이한 패턴을 보였지만 역해석이나 비상조치(contingency action)에 대한 증거는 없었음. 

vi) 시공 중 설계자의 참여가 부족했다는 또 다른 점은 설계자(ICE)의 동의에 따라 수행된 설계 변경이 이를 뒷받침할 보고나 계산 없이 수행되었음.

vii) 취약한 설계와 시공의 심각한 결함(시공중 불량한 작업조치와 계측결과에 대한 검증절차 부재)의 조합은 설계 측면에서 Pinheiros 정거장의 구조적 붕괴의 원인이 되었음. 

시공 과정에서 여러 사고 요인과 리스크 요소가 추가됐는데, 그 중 일부는 너무 심각해 시공 프로세스상에서 주요인이 되었다. 설계와 관련된 주요 리스크 요인은 다음과 같다.

i) 벤치굴착 중 상당한 수준의 설계변경이 수행되었으며, 이는 그 중요성으로 인해 설계 기준 위반(설계에 지정된 보다 안전한 방식에서 보다 불리한 방식으로 굴착 방향의 변경 및 굴진장의 증가, 벤치 높이 변경, 상반 아치의 기초가 되는 벤치 벽에 남아 있는 암반의 품질을 보존하지 않는 방식으로 발파순서를 변경)에 해당되는 사항이었다. 

ii) 시공 컨소시엄이 시공 중 수행한 품질 관리(자체 인증 self-certification)방법은 이러한 유형의 도심지 지하공사 프로젝트에서 수행했던 방식과 차이가 컸으며, 시험 횟수/ 장소/절차에 대한 명확한 정책이나 부정적인 결과가 나올 경우 그에 따른 시정 조치가 없었다. 한 가지 예가 가장 중용한 지보재인 숏크리트의 품질문제로서 숏크리트의 초기 강도와 강섬유 함유량 및 단기 및 장기적인 특성 등에 대한 관리가 상당히 부족했다.

iii) 이와 같은 시나리오(검증되지 않은 취약한 설계, 설계 위반, 열악한 품질 관리 및 계측관리 등)에 2007년 1월 굴착율은 이전 달보다 훨씬 높았다. 이는 굴착율이 설계에 명시된 것보다 낮았는가 높았는가 하는 문제가 아니라 계측 데이터에서 터널 변위가 가속되고 불일치하는 것으로 나타났을 때 왜 굴착율이 증가했는가에 대한 질문이다.

iv) 위의 요소 외에도 록볼트 미설치와 공사의 진행여부 결정 등과 같은 문제를 만든 당사자간 의사소통 불량과 공사관리 부실도 중요한 요인으로 확인되었다.

이상과 같이 설계 위반, 품질 관리 불량, 높은 굴착율, 계측 모니터링 자료 무시 등의 의 시공측면의 리스크 요인이 확인되었다. 추가적인 사고 요인으로 폭우, 지진 및 파이프 누수 등에 대한 검토가 수행되었지만 이에 대한 가능성이 없는 상대적으로 낮은 것으로 평가되었다. 

[표 1]에는 앞서 설명한 설계 및 시공상 리스크 요인과 사고 원인이 정리되어 나타내었다. 최종적으로 설계 및 시공상의 여러 가지 원인이 합쳐져 Pinheiros 정거장 터널의 구조적 붕괴가 발생한 것으로 결론지었다. 

5.4 교훈 및 권장 사항

Pinheiros 정거장 터널사고는 설계, 시공 및 관리와 관련된 엔지니어링 프로세스의 일련의 결함, 누락 또는 일반 오류로 인해 발생했다. 이번 사고는 비상계획 미비로 근로자와 인근 주민 대피 실패, 인근 도로 폐쇄 등으로 7명이 사망하는 등 피해가 컸다. 입찰시 이용 가능한 지질 모델은 입찰후 CVA 연구와 붕괴후 상세 지질조사를 통해 변경 수정되었다. 이는 입찰단계에서의 제한된 지반조사로 모든 지반특성을 완전히 파악할 수 없다는 점을 의미한다. 하지만 Pinheiros 정거장 구간의 복잡한 지질 조건에도 불구하고 시공 중이나 붕괴 이후에 새로운 관련 정보가 공개되지 않았는데, 이는 지질 모델에서 이미 예측한 것과 다른 것으로 간주될 수 있기 때문이었다. 따라서 예상치 못한 지질 조건이 이번 사고의 원인으로 간주되어서는 결코 안 된다는 점을 강조하였다.   

IPT 보고서에서는 이번 사고에서 배울 수 있는 교훈에 대한 몇 가지 권장 사항을 강조했는데, 대부분 엔지니어링 프로세스에서 확인된 문제점과 관련이 있지만 도심지에서 향후 지하 공사를 위한 계약 문제와 관련된 권장 사항도 제시되었으며, 계약과 대한 주요 권장 사항은 다음과 같다.

i) 발주자는 설계 및 시공측면에서 프로젝트의 모든 단계에서 적극적인 역할을 해야 한다.

ii) 계약서는 품질, 공기 및 공사비 간의 공정한 균형을 이루기 위해 성능에 대한 시방기준 외에도 일련의 기술 시방기준을 명확하게 지정해야 한다.

iii) 적절한 품질 관리, 결과의 완전한 공개 및 독립적인 감사를 보장하기 위해 일련의 수단과 프로세스가 지정되어야 한다.

iv) 리스크 평가 및 관리는 물론 리스크 공유(분담)에 대한 명확한 정책도 포함되어야 한다. 

6. 복구 공사 및 법적 이슈    

본 사고구간에 대한 복구방안은 붕괴된 정거장 터널구간을 완전히 걷어내고, 개착터널로 결정되었다. 복구공사는 사고조사과정에 병행해서 진행되었으며, 완전한 사고원인 조사를 위한 사고조사가 상당히 길어짐에 따라 복구공사가 지연되었다. [그림 32]에는 복구공사 모습을 시간별로 나타내었다. 2007년 1월 사고가 발생한지 18개월만인 2008년 6월에 사고조사결과가 발표되었고, 이후 복구공사를 꾸준히 진행하여 2011년 5월에 상파울루 메트로가 개통되었다.

6.1 사고 이후의 변화

본 사고이후 Metro측은 이후 4호선 25개 건설 현장의 상당한 변화를 가져오게 되었다. 이는 시공현장 및 자료 공개에 대한 IPT 요구사항의 결과로서, 모든 공사현장에서 요구되는 주요 사항은 국제수준의 리스크 관리를 위한 비상 표준의 설치였다. 터널 붕괴사고 이후 도심지 지하공사현장에 대한 안전 및 리스크 관리가 보다 적극적으로 요구되었으며, 확실히  크게 개선되었다.

도심지 지하공사의 안전 리스크 관리 조치 중에는 하루에 굴착할 수 있는 굴착량을 제한하는 것이 포함되어 있다. 사고 이전에는 예상된 최대치가 없었다. 또한, 시공 상태에 대한 온라인 모니터링도 도입되어, 터널에서 움직임이 감지되면 IPT와 발주자에게 즉각적으로 알리도록 하였다. 또한 현장 기술자들이 작업 현장의 주요 안전사항에 대한 일일 점검 목록을 반드시 수행해야 하며, 관련 데이터는 엔지니어와 설계자가 온라인으로 사용할 수 있도록 하였다. 

6.2 보상 및 법적 책임    

시공 컨소시엄 CVA는 사고 피해자 및 주변 건물 피해에 대한 보상을 진행했다. 2009년에 사고로 사망한 7명의 사망자의 모든 가족이 사고 후 90일 이내에 보상을 받았으며 처음에 집을 떠나 해당 지역의 호텔에 정착한 주민들에게도 보상을 완료했다. CVA 사고 직후 피해자 가족들에게 필요한 모든 지원을 제공했을 뿐만 아니라 이미 적절한 보상금 지급을 추진했다.

Metro는 Pinheiros 정거장의 시공작업이 완전히 보험에 가입되어 2007년에 발생한 사고로 인한 모든 손실을 보장하고 작업 책임이 있는 계약자 컨소시엄에 의해 피해를 입은 모든 사람과 회사에 대한 보상이 가능하다고 보고했다.

터널 붕락사고후 10년이 지난 2017년 11월, 상파울루 법원 산하 제7형사법원 판사들은 2대 1로 붕락사고에 연루된 12명에게 무죄를 선고했다. 피고인은 이미 1심에서 무죄 판결을 받은 상파울루 메트로와 건설사의 엔지니어와 직원들이다. 7명의 사망자가 발생한 엄청난  사고임에도 불구하고 누구도 책임을 지지 않게 됨에 따라 유가족들과 노동조합의 반발이 있었다. [표 3]에는 상파울루 메트로 라인 4에서 발생한 정거장 터널 붕락사고에 대한 타임라인을 정리하여 나타내었다. 

참고문헌

1. ACIDENTES NA CONSTRUCAO REGULACAO DE SINISTROS INSTITUTO DE ENGENHARIA - SP: 25.08.2009

2. N. Barton, A unique metro accident in Brazil, Nick Barton, May 2008 

3. N. Barton and M. Abrieu ,City metro tunnels and stations that should have been deeper 

4. N. Barton, Cavern and Tunnel Collapses due to Adverse Structural Geology, January 2016

5. C.M. Nieble, L.G. de Mello and G.R. Sadowski, The accident at the Pinheiros underground station of line 4 of Sao Paulo’s metropolitan subway: A case of local geological conditions that led to an unforeseen geomechanical behaviour 

6. J.M. Barros and A.P. Assis, An Independent view of the Pinheiros Station Accident(Sao Paulo Metro) and Lessons Learnt for Future Contractual Arrangements

7. JM Barros, W Iyomasa and AA Azevedo, Z Eisenstein and AP Assis, Sao Paulo Collapse Report - Lessons from Brazil: Pinheiros examined, Tunnels and Tunnelling International, November 2008

8. IPT, Investigaçao e Analise do Colapso da Estaçao Pinheiros da Linha 4. Relatorio Técnico Final No 99 642-205, Instituto de Pesquisas Tecnologicas do Estado de Sao Paulo, Sao Paulo, 384, 2008

9. Werner BILFINGER, Tunneling Through the Rock-Soil Interface, Technical Session #7 “Excavations and Tunnels". 2019

10. As causas do acidente da Estaçao Pinheiros da Linha 4 do Metrô, de Sao Paulo, 2008

제11강 - 요점정리  

제11강에서는 브라질 상파울루 메트로 NATM 터널공사에서의 발생한 터널 붕락 및 수직구 붕괴사례를 중심으로 사고의 발생 원인과 교훈에 대하여 고찰하였다. 본 사고는 도심지 구간에서의 NATM 터널의 대단면의 정거장 터널 공사중 발생한 붕괴사고로서, 본 사고 이후 NATM 터널공사에서의 터널 붕락 및 수직구 붕괴사고를 방지하기 위한 설계 및 시공상의 다양한 개선노력이 진행되어 터널공사 계약 및 리스크 관리방법이 발전하는 계기가 되었다. 본 도심지 NATM 터널 붕락사고를 통하여 얻은 주요 요점을 정리하면 다음과 같다.  

■ NATM 터널 층상/풍화암반에서의 지질 리스크

NATM 터널구간은 엽리(foliation)이 발달한 층상구조의 흑운모 편마암층으로 차별풍화에 의한 풍화대(saporite)가 능선-계곡(오목-볼록)의 형태로 발달한 구간으로 조사 및 설계당시부터 이러한 지질 리스크(geo-risk)를 충분히 파악하지 못하였다. 사고 구간은 대단면의 정거장 터널구간으로 천단부는 파이프 루프로 보강하고 상반/하반/인버트의 분할굴착을 적용하여 시공하였다. 사고 원인은 엽리와 차별풍화가 발달한 흑운모 편마암구간에서 정거장 터널굴착중 측벽의 연약층이 파괴되면서 천단부의 암반 능선(rock ridge)이 붕락되면서 지상도로 함몰에 이르게 되고 수직구까지 붕괴된 것으로 파악되었다. 따라서 지질변화구간에서 막장뿐만 아니라 주변 터널의 암반상태를 확인하는 것이 무엇보다 중요하므로 지질상태를 면밀히 관찰하고 이에 대하여 보다 적극적으로 대응하여야만 한다.       

■ NATM 터널 사고에서의 계약 방식과 리스크의 책임  

본 터널 사고는 지질 및 암반조건이 매우 복잡한 구간에서 발생한 붕락사고로 7명의 사망자가 발생하였고, 주변 도로가 함몰되고 건물이 손상되는 상황으로 발전하였다. 이에 설계당시에 충분한 지반조사가 이루어지 못하고, 시공시에 이에 대한 관리를 확실히 못해서 발생했다는 주장과 시공시 미처 예상치 못한 지질특성으로 발생한 사고라는 주장이 대립되었고, 이는 발주처와 시공자(설계자)간의 주요 소송쟁점이 되었다. 이후 사고조사위원회의 면밀한 조사와 검토를 통하여 설계 및 시공의 총체적인 시스템의 문제점이 확인되었지만 주요 사고원인은 지질 리스크로 결론지었다. 이러한 사고조사위원회의 결론을 바탕으로 10년간의 소송 끝에 발주처 및 시공사는 무죄판결을 받았다. 이후 브라질 터널공사에서 지질 리스크 책임문제를 어떻게 할 것인가에 대한 계약방식에 대한 개선을 통하여 지하터널공사에서의 턴키(Turn-Key)방식의 발주를 지양하게 되었다.   

■ NATM 터널 붕락사고 원인조사와 복구 방안 수립

본 사고가 발생한 직후 상파울루주 당국에서는 기술연구소인 IPT를 중심으로 사고조사위원회를 구성하여 설계 및 시공에 대한 철저한 조사를 통하여 사고 원인을 규명하고 재굴착 방안을 제시하였다. 사고 원인은 설계당시 확인하지 못한 지질특성(차별풍화의 암반능선 구조, 측벽 뒤의 열화된 흑운모층 등)으로 시공중 측벽의 연약층이 파괴되면서 천단부의 암반 능선(rock ridge)이 붕락되면서 지상도로 함몰에 이르게 되고 수직구까지 붕괴된 것으로 파악되었다. 복구 방안으로는 붕괴구간에 가시설 공법을 적용하여 단계별로 재굴착하고, 개착 박스 구조물을 설치하는 방안을 채택하였다. 또한 Pinheiros 정거장 구간에서 본선터널을 굴착하여 관통하여 재굴착 공사를 무사히 진행하게 되었다. 이후 라이닝공사 및 궤도 설치 그리고 신호시스템 공사를 성공적으로 마치고 당초 개통 예정보다 약 2년 이상이 지연되어 마침내 2011년 5월 16일에 개통되었다.       

■ NATM 터널 붕락사고와 교훈  

본 사고는 층상구조의 암반특성과 차별풍화가 발달한 암반능선 구조 그리고 암반내 열화변질대의 존재 등이 복합적으로 작용한 것으로 터널 공사에서 지질 리스크 관리가 얼마나 중요한지를 보여주는 대표적인 붕괴사례라 할 수 있다. 일상적으로 수행하는 터널페이스 매핑 및 계측관리로부터 이에 대한 대처가 과연 가능할 것인가가 중요한 숙제로 남았다고 할 수 있다. 다만 사고를 예방할 수는 없었지만 사고 발생이후 적극적인 대처 및 긴급 대책방안 수행 등에 심각한 문제가 확인되었고 사고 이후 부적절한 대응으로 인하여 대형 인명사고로 이어졌다는 점이다. 특히 당국과 사고조사위원회 등을 중심으로 철저한 조사결과를 바탕으로 사고 발생시 대응시나리오 등에 대한 긴급구난계획(contingency plan)등과 같은 안전관리가 대폭 강화되는 계기가 되었으며, 브라질 지하터널공사에서의 안전관리 및 리스크 관리시스템을 근본적으로 개선시키게 되었다.  

이제 제11강이 마무리되었다. 보다 자세한 내용은 참고문헌을 읽어주기 바란다. 브라질 상파울루 메트로 4호선 터널 붕락 사고는 브라질 도심지 터널공사의 지반(지질)리스크 문제에 대한 관리시스템을 전환하는 의미있는 사고였다. 브라질은 NATM 공법을 적용하여 도심지 터널공사를 지속적으로 수행하고 있었지만, 이번 사고에서 보듯이 노선(선형)상의 이유로 충분한 암반심도확보가 부족한 상태에서 대단면 정거장 터널공사를 수행하면서 충분한 시공 관리와 리스크 관리가 제대로 운영되지 못한 상태였다. 상파울루 도심지에서의 터널 붕락 및 수직구 붕괴사고는 시공자뿐만 아니라 시당국에게도 상당한 부담을 준 사고로 매스컴을 통하여 대대적으로 보도되었고, 터널 사고에 대한 원인, 손해 보상과 공기지연에 대한 책임, 사망자 및 주민에대한 보상 문제 등에 대한 법적 분쟁이 지속되면서, 터널공사의 지질 리스크 이슈에 대하여 더욱 고민하는 계기가 되었다. 또한 사고 원인조사와 복구공사로 메트로 개통이 상당히 지연되어 경제적 손실을 끼쳤던 대표적인 도심지 NATM 터널 붕락사고사례라 할 수 있다. 

또한 본 도심지 NATM 터널 붕락 사고는 지질 리스크가 있는 도심지 구간에서 발생한 사고로 층상/풍화의 복합암반구간에서 NATM 공법으로 굴착하게 되는 지질 리스크, 품질관리 및 시공관리의 중요성을 확인하는 중요한 계기가 되었다. 따라서 도심지 NATM 터널공사에서 막장에서의 페이스 매핑 및 계측 관리, NATM 터널에서의 지질 리스크 관리 그리고 사고발생시의 적극적인 대처방안 수행 등이 무엇보다 중요하므로 세심한 주의와 철저한 관리가 무엇보다 요구된다 할 수 있다. 또한 도심지 NATM 터널에서 지질 및 시공리스크를 최소화하거나 대응할 수 있는 보다 체계적인 관리시스템이 더욱 신중하게 검토되고 적용되어야 할 것이다.     

다음 제12강에서는 국내 도심지 터널공사에서 발생한 붕락사고로부터 사고 원인과 메커니즘 분석, 임시대책 및 보강·복구 방안 그리고 사고로부터 배울 수 있었던 교훈에 대하여 설명하고자 한다. 국내의 경우 사고원인 등에 대한 민감한 사항이 많기 때문에 언론에 보도된 사실과 공개된 보고서를 중심으로 기술하고자 한다. 국내 도심지 터널사고 사례는 터널 사고 문제에 관심이 많은 지반 및 터널 기술자들에게 실제적으로 도움이 될 것이다.