1. 지하도로 추진 배경

인구의 도시 집중화 가속에 따른 교통량 증가로 도심지의 교통혼잡 문제는 더욱 심화될 것으로 예상된다. 전 세계 주요국들은 인구의 도시 집중화에 따른 교통혼잡에 대응하기 위하여 빠른 이동이 가능한 도심지 지하도로 건설에 주목 중이다(한국과학기술기획평가원, 2019).
우리나라는 수도권을 중심으로 교통 정체가 심화되고 있으나, 도심지에 개발 가능한 공간의 부족, 민원 및 높은 지가 등으로 수평적 도로 확장이 곤란하여 지하고속도로의 필요성이 증대되고 있다. 또한 고속도로 주변의 소음, 도시단절 등으로 인한 주거환경 저해 및 원도심의 재생을 위해서 도심 구간을 통과하는 고속도로의 지하화 요구가 점차 증가하고 있다.

2. 세계 도심지 지하도로 현황

세계 주요국들은 도심지의 교통체증 완화 및 새로운 지상 공간의 창출을 통해 도시미관 및 생활환경을 개선하기 위해서 도심지 지하도로를 개발하였다(그림 1~3). 프랑스 A86 지하도로는 동쪽터널의 경우 소형차 전용의 3차로(본선 2차로, 갓길 1차로) 복층터널이고, 서쪽터널의 경우 전 차종 통행이 가능한 2차로이다. 스페인 마드리드 M30 지하도로는 전 차종 통행이 가능한 3차로(본선 3차로) 터널이다. 말레이시아 SMART 터널은 소형차 전용 3차로(본선 2차로, 갓길 1차로) 복층터널이다(김기환, 2014; 김현수와 김홍문, 2019).
도심지 지하도로 건설 시, 발파로 인한 침하, 진동, 소음 등을 유발하는 NATM (New Austrian Tunnelling Method) 공법보다는 도심지 특성을 고려하여 기계화시공법(Mechanized tunnelling method) 중에서 침하, 진동, 소음이 적은 쉴드(Shield) TBM(Tunnel Boring Machine) 공법을 적용하여 건설한 사례가 대부분이다(표 1).
전 세계적으로 지하 개발사업은 활발하게 진행되고 있다(그림 4). TBM 공법 적용률은 유럽은 80% 이상, 미국은 50% 이상으로 해외시장에서는 터널 굴착에 TBM 공법이 주로 적용되고 있으며, 유럽의 도심지를 통과하는 터널의 경우에는 약 90% 이상 TBM 공법이 적용되고 있다. 현재 전세계 TBM 시장 규모는 ’21년 기준 약 66.76억불로 연평균 5.7% 성장 중이며, ’27년에는 94.34억불의 규모로 증가할 것으로 예상된다.

3. 터널 굴착공법의 분류

터널 굴착공법은 고전적인 터널 굴착공법(Conventional tunnelling method)과 기계식 굴착공법(Mechanized tunnelling method)으로 나눌 수 있다. 고전적인 터널 굴착공법은 화약을 사용해 발파하는 NATM 공법이 대표적이며, 기계식 굴착공법은 로드헤더, TBM 등의 기계를 사용하는 공법이다. NATM 공법과 기계식 굴착공법 중 지하도로 건설에 주로 활용된 쉴드 TBM 공법을 비교 정리하면 표 2와 같다. 기계식 터널 굴착공법 중 TBM을 이용한 방법은 장비의 종류 및 특성, 굴착지반의 종류에 따라서 대표적으로 Open TBM, 토압식 쉴드 TBM, 이수식 쉴드 TBM 공법으로 나눌 수 있다(표 3).

4. TBM 공법의 국내 적용 사례

국내에서는 TBM 공법이 주로 공동구(전력구, 통신구 등), 지하철 등에 적용되었다. 도로터널과 비교하면 공동구, 지하철 터널의 직경은 30~70% 수준이다. 철도, 지하철 터널에는 TBM 공법이 부산지하철 2호선 230공구, 지하철 9호선 909공구, 919공구, 920공구 등에 적용된 바 있으며, 최근에는 수도권 광역급행철도 GTX-A 5공구에는 Open TBM 공법이, 6공구에는 이수식 쉴드 TBM 공법이 적용되어 현재 시공 중에 있다. 김포~파주 2공구(6.734km) 중 한강 통과구간(2.98km)에 고속도로 터널 최초로 TBM 공법이 적용되었다. 굴착직경은 약 14m 이며, 하저터널 특성을 고려하여 고수압 환경에서 대응이 용이한 이수식 쉴드 TBM을 적용하였다(그림 5, 6).

5. 결론 및 시사점

전 세계 주요국들은 교통체증 완화 및 새로운 지상공간의 창출을 위해서 TBM 공법을 활용하여 도심지 지하도로를 개발하였다. 현재 우리나라도 도심지 지하도로의 개발을 위해 정책적·기술적 노력을 기울이고 있어, 앞으로 TBM 공법의 활용이 증가할 것으로 예상된다.
도로터널에서도 김포~파주 2공구 한강터널을 시작으로, 지하도로 건설에 TBM 공법의 활용이 점차 증가할 것으로 예상된다. 따라서 향후 지하도로 노선 발굴 및 개발계획 수립, TBM 공법의 적용성 및 경제성 검토 등이 필요할 것이다. 지하도로 노선 개발 및 안전한 굴착도 중요하지만, 국민안전 확보를 위해서는 지하도로 특성에 적합한 방재시설의 설치 및 유지관리 계획 수립 등이 필요하므로, 방재시설 등과 관련한 제도·지침 등의 개선도 필요할 것이다.