1. 서 론

국내의 경우 개착식 공동구 시공사례는 많이 있으나, 터널식 공동구 시공사례가 전무한 실정이다. 이러한 이유로 해외의 터널식 공동구 단면적용 사례를 조사하여 내공단면 특징(규모 및 형태), 공동구내 수용시설의 배치특성, 유지관리 및 부대시설의 설치현황 등을 분석하였다.

현행 공동구 설계기준(MOLIT, 2010)은 개착식 BOX형태의 공동구 내공단면에 국한되어 있는 실정이다. 최근 터널 기술 발전으로 수요가 급증할 것으로 예상되는 TBM 굴착에 의해서 형성되는 원형의 터널식 공동구 단면에 최적화된 단면배치 기준이나 매뉴얼 등이 없으므로 이를 개발하기 위하여 우선 국내외 공동구 관련 기준 및 지침서 등을 조사하여 공동구내 수용시설, 유지관리 및 부대시설들의 설치규정 등을 파악할 필요가 있다.

본 연구에서는 아시아권(일본, 중국, 대만)의 설계기준들을 우선적으로 조사 ․ 분석하였다. 현행 국내의 ‘공동구 설계기준(MOLIT, 2010)’ 및 일본의 ‘공동구 설계지침(JRA, 1986)’, 중국의 ‘도심지 공동구 설계표준_GB 50838 (MOHURD, 2015)’는 모두 개착식 박스형태의 공동구 내공단면에 관한 설계규정 및 표준단면을 제시하고 있다. 물론 각 수용시설별로 요구되는 시설한계 및 설치공간에 관한 필요 치수는 터널식 공동구라 할지라도 크게 달라지지는 않을 것이라 판단되나, 수용시설들의 배치(Arrangement)형태 및 그 외에 내공단면 결정에 영향을 미칠수 있는 부대시설(격벽시설, 환기, 배수, 방재, 유지관리시설 등)의 설치방법들은 단면 형상에 따라서 다양한 적용이 가능하므로 추후 원형의 쉴드터널식 공동구 단면설계에 있어서 중요한 기초자료로 활용할 수 있다고 판단된다.

2. 해외 터널식 공동구 단면사례

국내에는 개착식 공동구 시공사례는 많이 있으나, 터널식 공동구 시공사례가 전무한 실정이다. 이러한 이유로 해외의 터널식 공동구 단면적용 사례를 조사하여 내공단면 특징(규모 및 형태), 공동구내 수용시설의 배치특성, 유지관리 및 부대시설의 설치현황 등을 분석하였다.

2.1 아시아권 공동구

주로 전력, 통신, 상 ․ 하수도 시설을 수용하며, 가스관의 공동구내 수용을 지양하는 경향을 보인다. 공법은 주로 Shield TBM을 적용하고, 세그먼트 라이닝을 통해 내공단면을 형성하고 있다. 수용시설들은 대부분 H형강 지주 + Steel Panel 형태의 격벽 및 H형강 + Steel Grating 형태의 중간보를 설치하여 분리 수용하고 있다(Fig. 2).

일본의 공동구들은 대부분 유사한 수용시설의 배치형태를 보이며 전력, 통신, 상하수도를 항상 분리하여 수용하는 특징을 보인다. 1기 야시오(Yashio) 공동구(Fig. 1(a))와 같은 과거의 쉴드터널식 공동구는 세그먼트 라이닝 안쪽에 2차 라이닝을 추가로 타설하고 콘크리트 격벽 및 중간슬래브를 설치하였으나(Fig. 1(a)), 최근의 공동구는 2차 라이닝 타설을 지양하고 H형강 지주 + Steel Panel 형태의 격벽 및 H형강 + Steel Grating 형태의 중간보를 시공하는 추세이다(Fig. 1(b), Fig. 2).

Fig. 1.

Yashio utility tunnel (Tokyo National Highway Office)

Fig. 2.

Hibiya utility tunnel (Maeda Construction Industry Co., Ltd., 2005)

히비야(Hibiya) 공동구(Table 1)는 내경 6.7 m의 원형 단면에 전력, 통신, 상수도, 하수도의 4종 시설물을 수용하고 있다. H형강 지주 + Steel Panel 격벽 및 H형강 거더 + Steel Grating의 중간보를 설치한 복층 형태를 적용하였으며, 이러한 별실 공간에 각각의 시설물들을 분리 수용하고 있다.

Table 1. Characteristics of utility tunnels in Japan

Name of utility tunnel	Hibiya utility tunnel (Maeda Construction Industry Co., Ltd., 2005)	Shin-Sugita utility tunnel (Kajima Corporation Co., Ltd., 2009)
Typical cross section	(inner dia. 6,700 mm)	(inner dia. 5,700 mm)
Utilities	Power cables, Telecommunication cables, Water pipes (D600), Sewer pipes (D2,200)	Power cables, Telecommunication cables, Water pipes (D1,100), Sewer pipes (D400, 2 ea)
Features of accommodation	- Room separation: steel column + steel panel, steel girder + steel grating - Gas leak detector, Fire detector, Mechanical ventilation, Submersion sensor	- Room separation: steel column + steel panel, steel girder + steel grating - Telecommunication cables and sewer pipes are accommodated together

신스기타(Shin-Sugita) 공동구(Table 1)는 내경 5.7 m의 단면에 전력, 통신, 상수도, 하수도의 4종 시설물을 수용하고 있다. 히비야(Hibiya) 공동구와 같이 H형강 지주 + Steel Panel 격벽 및 H형강 거더 + Steel Grating의 중간보를 설치하여 공간을 분리하고 있으며, 특히 하수도관(D400 mm)과 통신 케이블을 상단에 공동수용 하는 것이 특징이다.

대만의 MRT 신의선(MRT - Xinyi line) 공동구(Table 2)의 경우, 수용시설이 전력, 통신, 상수도로 비교적 단순하며 구경이 큰 상수도관(D2,400 mm)의 경우 별도의 터널을 시공하여 수용하고 있다. 또한, 세그먼트 라이닝 내부에 2차 콘크리트 라이닝을 설치하고, 콘크리트 격벽(t = 30 cm) 및 중간슬래브(t = 30 cm) 설치로 점용시설들을 분리 수용하고 있다.

Table 2. Characteristics of utility tunnels in Taiwan (MAA Engineering Consultants International, Ltd, 2009)

Name of utility tunnel	MRT - Xinyi line _Station R10~Jianguo Road (inner dia. 5,300 mm)	MRT - Xinyi line _Station R07~Station R06 (inner dia. 5,300 mm)
Typical cross section
Utilities	Power cables (transmission_345 kV/161 kV, distribution_22.8 kV), Telecommunication cables	Power cables (transmission_345 kV/161 kV, distribution_23 kV), Telecommunication cables, Water pipe (D1,000)
Features of accommodation	- Room separation: 2nd concrete lining (partition wall_t = 30 cm) - Telecommunication cables and power cables are accommodated separately	- Room separation: 2nd concrete lining (partition wall_t = 30 cm, mid slab) - With of the maintenance passage: 80 cm

중국의 공동구는 유럽지역 공동구와 유사한 수용시설 배치형태를 보인다. 옌텐(Yantian) 공동구(Table 3)의 경우 마제형 단면 내 상하수도관 및 통신케이블 외에 LNG가스관을 포함하여 공동수용 하고 있다. 가스관은 조적식 벽체+콘크리트 덮개로 이루어진 별실내 수용하고 있으며, 별실내부에 100 m 마다 가스누출 감지센서(Gas sensor)를 설치하고, 천장부 조명시설은 방폭기능을 갖추고 있다. 또한, D600 mm의 고밀도 에틸렌(HDPE)파이프로 제작된 압력상수관이 공동구 벽체에 설치된 강재 트레이 위에 거치되어 있는 특징을 보인다.

Table 3. Characteristics of utility tunnels in China (Dai, 2016)

Name of utility tunnel	Yantian utility tunnel (inner dia. W2,400 mm × H2,850 mm)
Typical cross section
Utilities	Water pipe (DN600), Sewer pipe (DN500), LNG gas pipe (DN400), Telecommunication cables
Features of accommodation	- Room separation: only gas pipe is accommodated separately by masonry wall D concrete cover - Gas leak detectors are installed every 100 m, Explosion-proof lightings are installed - Telecommunication cables and water D sewer pipes are accommodated together

2.2 유럽 및 미국 공동구

지하에 매설 예정인 모든 시설물을 공동구내 수용하며, 가스관의 경우에도 방폭시설 및 가스누출 모니터링 장비를 설치하여 수용하고 있다. 화재 및 방재시스템의 경우 화재감지 및 소화기능이 유기적으로 운영되도록 시스템화 되어 있어 화재발생시 초기진화가 원활하도록 하였다.

공동구 본체 구조물은 국가별로 여러 가지 형태를 취하고 있으나 점용시설을 별도의 격벽 없이 모두 공동수용 하고 있는 것이 대부분 국가들의 특징이다.

체코의 프라하시(Prague) 공동구는(Table 4) 가스 및 냉난방관을 포함한 모든 Life line을 공동구내 수용하고 있다. 가스관은 상부에 설치하고 있으며, 폭발사고에 대비하기 위한 방폭조명(Fig. 3(b))과 가스누출 모니터링 장비를 설치하고 있다. 또한, 격벽을 설치하지 않고 점용시설들을 공동수용 하고 있으며, 특히 유지관리용 점검열차를 이용하도록 내공단면을 계획하였다(Fig. 3(a)).

Table 4. Characteristics of utility tunnels in Czech and France (SMG, 2013)

Name of utility tunnel	Prague utility tunnel in Czech (inner dia. W2,800 mm × H4,700 mm)	Besançon utility tunnel in France (inner dia. W1,400 mm × H2,700 mm, W1,000 mm × H1,800 mm)
Typical cross section
Utilities	Power cables (transmission_110 kV, distribution_22 kV), Telecommunication cables, Water pipes, Wastewater reclamation and reusing pipes, Sewer pipes, Gas pipe	Power cables, Telecommunication cables, Water pipes, Sewage trench, Heating pipes, TV cables
Features of accommodation	- Gas pipe is accommodated on the upper tray - Explosion-proof lighting and gas leak detectors are installed - Rails are installed on maintenance passage for inspection vehicle	- Life lines are accommodated together (no partition wall) - lower trench Sewage can be accommodated in lower trench

Fig. 3.

Prague utility tunnel (SMG, 2013)

프랑스의 브장송(Besançon) 공동구는(Table 4) 소단면의 마제형 터널에 전력, 통신, 상하수도, 난방관까지 수용하고 있다. 격벽이 없는 공동수용 형태이며, 유지관리 효율성은 다소 떨어질 것으로 판단된다.

독일의 기존 공동구도 역시 가스관 및 난방관을 포함한 모든 시설을 수용하고 있다. Table 5의 라인강 하부 공동구(Utility tunnel beneath Rhine river)는 D3.2 m의 세미쉴드(Semi-shield) 공법으로 시공된 소단면 공동구로써 격벽시설 없이 전력, 지역난방, 통신케이블을 수용하고 있으며, 비교적 작은 수용공간의 배치효율 증대 및 통로 공간의 확보를 위하여 각종 케이블과 파이프들을 공동구 벽체 방향으로 거치한 점이 특징이다.

Table 5. Characteristics of utility tunnels in Germany and Finland

Name of utility tunnel	Utility tunnel beneath Rhine river (Bi-Medien Co., Ltd., 2013)	Helsinki utility tunnel (CHRED, 2014)
Typical cross section	(inner dia. 2,600 mm)	(inner dia. W6,600 mm × H5,500 mm)
Utilities	District heating pipes (2 ea), Power cables (transmission_110 kV 6 ea), Telecommunication cables	District heating pipes (D700, 2 ea), District cooling pipes (D800, 2 ea), Water pipes (D1,000), Power cables (transmission_110 kV 2 ea), Telecommunication cables
Features of accommodation	- Life lines are accommodated together (no partition wall)	- Life lines are accommodated together (no partition wall) - Power cables are embedded in floor concrete

핀란드 헬싱키(Helsinki) 공동구의 경우(Table 5) 비교적 대단면의 마제형 단면으로 시공되었으나, 별도의 격벽시설은 설치하지 않고, 특히 전력케이블을 기초콘크리트 내부에 매설하는 것이 특징이다. 또한, 공간의 활용성을 높이기 위하여 상수도관(D1,000 mm)의 상부에 지역냉방관(D800 mm)을 수직으로 배치하였으나 오히려 유지관리시 상수도관 및 지역냉방관 교체를 위한 작업공간 확보가 어려울 수 있다고 판단된다.

미국 워싱턴 대학(University of Washington)의 공동구는(Table 6) 스팀터널(Steam tunnel)이라고도 불리는데, 주요 기능은 중앙 보일러에서 캠퍼스내 모든 건물로 고온의 증기(Steam)를 운반하는 것이며, 전력, 통신, 냉방관, 시간타종선(Clock and bell line) 등을 공동수용 한다. 관리원의 통로 폭이 66 cm로 비교적 협소하고 각종 수송관(High/low pressure steam pipes, High/low pressure condensed air pipes, Cooling water flow/return pipes)들이 수직으로 배치되어 유지관리 효율은 다소 떨어질 것으로 판단된다.

Table 6. Characteristics of utility tunnels in USA and Israel

Name of utility tunnel	Utility tunnel in university of Washington (UW, 2017)	Haifa utility tunnel (Feuerstein-Gazit Engineers Co., Ltd.)
Typical cross section	(inner dia. W1,820 mm × H2,620 mm)	(inner dia. 3,200 mm)
Utilities	High/low pressure steam pipes, High/low pressure condensed air pipes, Cooling water flow/return pipes, Power cables, Telecommunication cables, Signal & Alarm	Power cables, Telecommunication cables, Water pipes, Sewer pipe, Drainage pipe, Traffic light control cables
Features of accommodation	- Room separation: power cables and telecommunication cables are isolated from pipes - With of the maintenance passage: 66 cm	- Room separation: drainage and sewer pipe are located under the maintenance passage - With of the maintenance passage: 120 cm

이스라엘의 하이파(Haifa)시에 시공된 공동구는(Table 6) D3.8 m의 세미쉴드 공법을 적용한 소단면 공동구로써 기본적인 전력, 통신, 상하수도 외에 빗물 배수관이 별도로 설치되었으며, 상부 도로의 교통신호 제어 케이블(Traffic light control cables)이 추가로 수용되었다. 유지관리 통로는 폭 1.2 m를 확보하며, 유지관리 통로 하부로 하수관과 빗물 배수관이 설치된 점이 특징이다. 역시나 통로 하부에 설치된 시설들의 유지관리 효율은 다소 떨어질 것으로 판단된다.

2.3 단면사례 검토결과

최근 신도시를 중심으로 건설된 국내 개착식 공동구의 경우 모든 시설물을 수용하도록 하는 다목적 공동구의 형태로 변화하고 있다. 그러나 화재에 민감한 전력시설물 등을 고려한 안전성 확보문제, 시설물 관리주체간 이해관계 등의 영향으로 다실 BOX 형태의 대규모 단면을 적용하면서 벽체두께의 증가, 유지관리 효율성 저하 등의 문제점을 가지고 있다. 추후 터널식 공동구 적용에 있어서도 이러한 시설물간 안전성 확보를 위해 특히 내화성능을 갖춘 슬림화된 격벽을 적용한 별실 수용 방안 및 그에 따른 유지관리 공간 확보 등이 단면 결정에 있어서 중요한 요소로 작용할 것이다. 특히 가스관과 같은 고위험 시설물은 방재 및 안전설비의 설치조건에 따라 공동구내 통합 수용 여부를 결정해야 할 것이다.

본 연구에서 조사된 일본내 공동구들은 기존의 2차 콘크리트 라이닝 타설 및 콘크리트 격벽을 통한 수용공간의 분할기법에서 최근 강재지주 + Steel Panel 형태의 격벽 및 H형강 거더 + Steel Grating 형태의 경량 구조물 설치로 개선하여 유지관리 효율성 증대 및 최적화된 내공단면으로 인한 경제성 향상 등을 꾀하고 있다. 국내의 경우에도 추후 최적화된 터널식 공동구 단면계획에 있어서 기존의 다실 BOX 형태의 공동구에 적용된 두께 30 cm 이상의 현장타설 콘크리트 격벽을 대신하여 최근 도로터널에 그 적용사례가 증가하고 있으며 시공성 뿐 아니라 특히 화재시 내화성능이 검증된 강재지주 + 두께 5 cm 내외의 내화패널 또는 경량콘크리트(ALC) 패널 등의 격벽 재료에 대한 공동구내 적용성을 면밀히 검토할 필요가 있다.

3. 공동구 단면설계 관련기준 분석

국내의 경우 2010년 국토교통부에서 ‘국토계획법’에 의거하여 공동구 건설기준, 즉 ‘공동구 설계기준(MOLIT, 2010)’과 ‘공동구 표준시방서(MOLIT, 2010)’를 작성하였다. 공동구 설계기준은 각 수요처인 한국전력공사, 한국수자원공사, 한국토지주택공사 등의 자체기준 및 지침에 따라 공동구의 단면계획시 적용해야 하는 설계항목들을 아래와 같이 규정하고 있다.

- 공동구 내공치수, 시설한계, 수용시설별 설치기준, 유지관리 통로

- 점용시설들의 조합시 안전수용 기준(격벽을 통한 별실수용 등)

- 개착식 박스형태의 공동구 표준단면 제시

일본의 ‘공동구 설계지침(JRA, 1986)’은 일본도로협회(Japan Road Association) 주관으로 작성되었으며 국내의 ‘공동구 설계기준(MOLIT, 2010)’과 유사한 구성으로 공동구 설계 시 표준이 되는 사항을 규정하고 있다.

중국은 2013년부터 국가 차원의 공동구 관련 정책을 수립하였으며, 이를 바탕으로 계획과 건설, 행정제도 등 다방면에서 공동구 건설을 추진하게 되었다. 2015년 국가표준인 ‘도심지 공동구 설계표준_GB 50838 (MOHURD, 2015)’을 발표하고 공동구 설계 및 시공과 관련한 사항들을 국가표준으로 코드화 하였다.

대만의 경우도 ‘공동구법(共同管道法)’ 제33조의 규정에 따라 ‘공동구 설계표준(CPAMI (2013)’을 작성하고 공동구를 설계함에 있어서 표준이 되는 요구사항들을 제시하고 있다.

상기의 공동구 설계기준들 이외에도 각 수요처별 자체기준들과 일본의 경우 국토교통성 산하의 지방정비국에서 제시하고 있는 자체기준들을 조사하여 공동구 내공단면 계획시 요구되는 설계항목들을 비교 ․ 분석하고 주요 고려사항들을 도출하였다. 본 연구에서는 기존 도심지내 그 수요가 가장 많을 것으로 예상되는 3종 시설물(전력_배전 22.9 kV 21회선 이하, 통신, 상수도 D700~1000 mm)에 대한 설치기준을 우선적으로 고려하였고 일부 조항에 대한 개선사항을 도출하였다.

3.1 전 력

‘공동구 설계기준(MOLIT, 2010)’ 에서는 전력 케이블과 타 시설물의 조합수용 시(3종의 경우) 다음과 같은 기준을 제시하고 있다.

- 간선공동구에서 특고압 송ㆍ배전케이블과 대규모 용량의 통신케이블이 동실 수용될 경우 장애에 의한 통신능력저하가 우려가 있으므로 별실 수용하여야 한다.

- 지선공동구에서 배전케이블과 소규모 용량의 통신케이블을 조합수용할 때는 허용 가능한 한 최대로 이격시키되 그 이격거리가 300 mm 이하일 때는 내화성 격벽을 설치한다.

- 공동구 내에 전력케이블과 상수도관의 조합수용 시 전력케이블이 송전용이거나 상수도 관경이 D800 mm 이상일 때는 별실 수용을 원칙으로 한다.

- 공급공동구에서 배선전력케이블과 소구경 상수도관의 조합수용 시는 상수도관에 전식방지 처리를 하고 300 mm 이상 상호 이격시키도록 한다.

- 수평지지대당 케이블 최대 배열 회선수는 154 kV 이상은 1회선, 22 kV는 3회선으로 한다.

상기 MOLIT (2010) 및 기존 ‘배전설계기준(KEPCO, 2004)’을 구체화하고 일부 조항을 개선하여 다음과 같이 제시하였다.

- 배전(22.9 kV) 전력설비 규모가 비교적 작은 경우(21회선 이하) 편측으로 시설하여 타 시설물과 통합하여 설치할 수 있다.

- 공동구의 수용시설 설치 높이인 2.1 m에서 최대로 설치가 가능한 배전케이블 21회선 이하, 상수관 직경 D1,000 mm 2열 규모까지 수용하는 경우 1실 단면을 적용한다.

- 송전 전력설비(154 kV, 345 kV 등)는 공동구 내부 벽체를 설치하여 타 시설물과 분리시켜 설치해야 한다.

각 국가별 설계기준에서 제시하는 전력케이블의 최소 점유공간 즉, 케이블 수평지지대 설치기준은 다음과(Table 7) 같다.

Table 7. Size of power cable tray

전력 케이블의 수평지지대(Tray) 규격 및 각종 여유공간은 국가별로 다양하게 제시하고 있다(Table 7). 수평지지대의 폭(With of tray)은 대부분의 설계기준에서 송전용(Transmission)과 배전용(Distribution) 케이블을 구분하여 제시하고 있으며 전압 및 설치 회선 별로 구분하고 있다. 이는 규격화된 전력 케이블의 직경에 따른 영향이며 국가별로 다소 차이가 있다. 하단 지지대와 바닥과의 간격(Space from the floor)은 침수, 습기, 유지보수 및 케이블 방열에 필요한 간격으로 국가별로 150 mm에서 400 mm까지 다양하게 제시하고 있으며 추후 세부 검토를 통한 최소화 가능성이 있을 것으로 판단된다. 지지대의 상하간격(Vertical space)은 케이블의 직경 및 받침대 규격에 의해서 결정되는 것이 일반적이다. 터널식 공동구는 케이블 접속을 위한 대단면의 별도 단면을 적용하기 힘들기 때문에 케이블 접속함을 이용한 분산접속 방식을 취해야만 한다. 때문에 송전용(Transmission) 케이블(154 kV, 345 kV) 설치를 위한 지지대 상하간격(Vertical space)의 경우 케이블 접속함 규격을 고려하여 적용해야 한다.

3.2 통 신

‘공동구 설계기준(MOLIT, 2010)’ 에서는 통신 케이블과 타 시설물의 조합수용 시(3종의 경우) 다음과 같은 기준을 제시하고 있다.

- 공동구 내에 통신케이블과 상수도관의 조합수용 시 상수도 관경이 D800 mm 이상이고 통신케이블의 용량이 대용량일 경우 별실 수용을 원칙으로 한다.

- 공급 공동구에서 소구경 상수도관과 소용량의 통신케이블이 조합 수용될 경우는 300 mm 이상 이격하여 유지보수 공간을 유지하면 동실 수용하여도 지장이 없다.

MOLIT (2010) 에서는 대규모 전력케이블 혹은 대규모 통신케이블과 관경 D800 mm 이상의 상수관을 조합 수용하는 경우 벽체로 분리된 다실구조를 적용하도록 규정하였으나 최근 광통신망 보급에 따라 대규모 통신케이블이 수용될 가능성이 없으므로 통신선로는 상수관과 공동수용이 가능하도록 개선할 수 있다.

각 국가별 설계기준에서 제시하는 통신케이블의 수평지지대 설치기준은 다음과(Table 8) 같다.

Table 8. Size of telecommunication cable tray

통신 케이블의 수평지지대 폭(With of tray)은 기준마다 다소 상이하게 제시하고 있으며 ‘토목공사 설계지침(KWRC, 2010)’은 100~500 mm, 일본의 ‘전선공동구 설계설명서(MLIT, 2005)는 200~250 mm의 범위로 설정하였다. 이는 작은 직경의 광통신망 케이블 설치로 지지대 폭에 비교적 여유가 있기 때문이다. 그 외 지지대 상하간격(Vertical space), 천장과의 간격(Space from the ceiling), 하단 지지대와 바닥과의 간격(Space from the floor)은 모두 동일하게 제시하고 있다.

3.3 상수도

일정 규모 이상의 상수관은 콘크리트 기초위에 거치하여 수용하는 것이 일반적이다. ‘공동구 설계기준(MOLIT, 2010)’ 에서는 보통 관경이 그다지 크지 않은 배수관, 또는 급수관이 수용되는 경우, 공동구 천정에 매달거나 전력케이블이나 통신케이블과 마찬가지로 지지철물 위에 설치하는 방법을 사용할 수 있다고 규정하고 있다. 그러므로 추가 연구를 통해서 지지철물에 거치가 가능한 적정규모를 도출하여 설계기준상 제시할 필요가 있다.

앞서 기술한 바와 같이 기존시가지 도로를 대상으로 설치되는 공동구는 비교적 소규모인 배전선로와 통신선로를 수용하는 것이 일반적이므로 이러한 소규모 배전케이블과 공동수용 가능한 상수관의 최대직경은 D1,000 mm로 설정하였다.

각 국가별 설계기준에서 제시하는 상수관의 설치기준은 다음과(Fig. 4, Table 9~Table 13) 같다. 상수관은 그 재질에 따라 주철관(Cast iron pipe)과 강관(Steel pipe)으로 구분되며 강도, 중량, 송수능력, 방식성 등에서 차이를 보이므로 국내의 ‘상수도 시설기준(KWWA, 2010)’, 일본의 ‘공동구 설계지침(JRA, 1986)’, 마카오의 ‘지하공동구 구축에 관한 연구(DSSOPT, 2012)’, 대만의 ‘공동구 설계표준(CPAMI, 2013)’은 상수관의 재질에 따라 설치규격을 구분하고 있다.

Fig. 4.

Index for criteria of water pipe installation

Table 9. A1 (with of passage)

Table 10. A2 (distance from the wall)

Table 11. B1 (height of concrete foundation)

Table 12. W (with of concrete foundation)

Table 13. B2 (distance between pipe and ceiling)

상수관 유지관리를 위한 통로 폭(With of passage)은 기준별로 750 mm에서 900 mm까지 다양하게 규정하고 있다(Table 9). 추후 터널식 공동구 단면 설계 시 현 ‘공동구 설계기준(MOLIT, 2010)’에서 제시하고 있는 바닥 배수구를 제외한 통로 폭 800 mm와 Table 12의 콘크리트 받침대 폭 W (With of concrete foundation)를 고려하여 적용할 수 있다.

상수관과 벽체와의 간격(Distance from the wall)은 기준별로 동일하게 규정하고 있다(Table 10). 이는 배관 설치 및 유지관리에 소요되는 공간으로 시공 및 교체시 볼트이음 및 용접이음을 위한 최소폭 400~500 mm를 확보해야 한다.

콘크리트 받침대 높이(Height of concrete foundation)는 해외 기준 및 국내의 ‘상수도 시설기준(KWWA, 2010)’에서 모두 동일하게 규정하고 있다(Table 11). 받침대는 상수관 자중 및 유체 흐름에 의한 모든 하중을 안전하게 지탱하도록 설계하여야 하므로 추후 받침대 높이에 대한 정량적인 구조검토를 통한 최적화 연구가 필요하다고 판단된다. 받침대 폭(With of concrete foundation)은 국내 기준에서만 규정하고 있으며(Table 12) 상수관 설치 시 관을 고정하기 위한 필요공간을 고려해야 한다.

상수관에서 천장까지 간격(Distance between pipe and ceiling)은 상수관의 설치 및 교체시 장래 이용성을 고려한 여유 공간과, 각종 밸브설치를 위한 여유 공간으로 최소 800 mm 이상 확보하도록 규정하고 있다(Table 13).

4. 터널식 공동구 표준단면

앞선 ‘서울시 공동구설치 기본계획(안)(SMG, 2014)’에서는 서울시 관내를 대상으로 공동구 설치에 관한 타당성 분석을 실시하였고 그 결과 수요가 가장 많을 것으로 검토된 3종 시설물(전력, 통신, 상수도)에 대한 적정 설계용량을 제시하였다. 본 연구에서는 우선적으로 기존의 국내 ․ 외 설계기준에서 제시하고 있는 전력, 통신, 상수도 시설에 대한 공동구내 설치조건들을 분석하고 몇몇 개선사항들을 정리하였다. 이를 통하여 SMG (2014)에서 제시된 3종 시설물 설계용량을 적용한 Shield TBM 터널식 예비단면을 작성하였다. 단면 작성시 적용조건은 다음과 같다.

- TBM 제원: 본체직경 D3.5 m, 세그먼트 두께 200 mm

- 설계 용량: 배전(22.9 kV 21회선 이하), 통신, 상수관(D700 mm)

- 전력, 통신, 상수도 공동수용 조건

- Case 1: 현 ‘공동구 설계기준(MOLIT, 2010)’의 시설물 설치규격 적용

- Case 2: 각 국가 및 기관별 기준 중 시설물의 최소 설치규격 적용

Case 1 (Fig. 5) 의 경우 3종 시설물 수용 시 직경 D3.5 m Shield TBM 적용이 가능하며, 현 MOLIT (2010)에서 제시하고 있는 유지관리 통로규격(H2.0 m × W0.8 m, 보도콘크리트 두께 및 측구 폭 제외) 및 조명 등 부대설비 설치를 위한 최소공간(H0.25 m)을 만족하였다.

Fig. 5.

Preliminary cross-section in Case 1

또한, 조사된 국내 ․ 외 기준들 내에서 가능한 최소규격을 적용한 Case 2 (Fig. 6)의 경우 같은 TBM 장비를 적용하였을 때 수용시설물의 점유공간을 최적화하여 유지관리 시 작업편의성 향상 또는 장래 추가 수용시설 및 부대시설 설치를 위한 공간 확보를 기대할 수 있었다.

Fig. 6.

Preliminary cross-section in Case 2

5. 결 론

터널식 공동구 단면 최적화 설계기술 개발을 위한 기초연구로 해외의 터널식 공동구(Shield TBM, Conventional Tunneling) 내공단면 적용사례를 조사하여, 단면 내 수용시설의 배치현황, 부대시설 설치 등의 특징을 분석하였다. 일본의 경우 주로 전력, 통신, 상 ․ 하수도 시설을 수용하며, 가스관의 공동구내 수용을 지양하는 경향을 보인다. 공법은 주로 Shield TBM을 적용하고, 세그먼트 라이닝을 통해 내공단면을 형성하고 있다. 별실수용을 위하여 과거에는 2차 라이닝을 추가로 타설하고 콘크리트 격벽 및 중간슬래브를 설치하였으나(Fig. 1(a)) 최근 H형강 지주 + Steel Panel 형태의 격벽 및 H형강 + Steel Grating 형태의 경량화된 중간보를 설치하여(Fig. 2) 유지관리성을 향상시키는 추세이다. 유럽의 경우 지하에 매설 예정인 모든 시설물을 공동구내 수용하며, 가스관의 경우에도 방폭시설 및 가스누출 모니터링 장비를 설치하여 수용하고 있다. 방재시스템의 경우 화재감지 및 소화기능이 유기적으로 운영되도록 시스템화 되어 있어 화재발생시 초기진화가 원활하도록 하였다. 공동구 본체 구조물은 국가별로 여러 가지 형태를 취하고 있으나 점용시설을 별도의 격벽 없이 모두 공동수용 하고 있는 것이 대부분 국가들의 특징이다.

또한 국내 ․ 외의 공동구 설계기준 및 지침서를 수집하여, 내공단면 설계(배치)와 관련한 기준사항 들을 검토하였다. 본 연구에서는 기존 도심지내 공동구 설치 시 그 타당성이 기 검증된(SMG, 2014) 3종 시설물(전력, 통신, 상수도)에 대하여 우선적으로 공동구내 조합수용 시 고려사항들을 도출하고 수용시설물 각각의 최소 점유공간 및 설치규격에 대한 국가별 ․ 기관별 기준들을 비교 ․ 분석하였다. 작성된 예비단면(Fig. 5, Fig. 6)에서 보는 바와 같이 공동구내 수용시설물의 설치규격을 최소화할 수 있다면 나머지 유지관리 및 작업공간, 각종 제어시스템 등의 부대설비 설치공간, 장래 추가시설물 설치 여유공간 등의 확보가 가능하다.

향후 3종 이외의 냉 ․ 난방관, 중수도, 가스관, 쓰레기수송관 등 공동구내 설치 가능한 추가 시설물들의 조합수용 시 고려사항 및 각각의 시설물 설치규격 최적화 방안 등의 상세검토가 진행될 예정이다. 또한, 각종 부대시설(별실 수용을 위한 격벽, 방재설비, 조명설비, 각종 제어설비 등) 설치방안 및 원형 단면 내 사공간 축소방안 등의 추가 연구를 통해 도심지 Lifeline 수용의 효율성을 극대화할 수 있는 터널식 공동구 표준단면 개발이 이루질 것이다.