Technical Paper

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association. 31 May 2022. 293-304
https://doi.org/10.9711/KTAJ.2022.24.3.293

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 환기탑 설치관련 국내기준 분석

  •   2.1 환기탑 계획

  • 3. 국내사례 검토

  •   3.1 산악터널

  •   3.2 도심지터널

  • 4. 해외사례 검토

  •   4.1 산악터널

  •   4.2 도심지 터널

  • 5. 결 론

1. 서 론

근래 들어 급속한 도시화에 따라 우리나라는 도시 면적의 과도한 팽창, 교통정체, 환경악화 등 다양한 문제가 발생하고 있으며, 이를 해결하려는 방안으로 사회기반시설 확충이 요구되지만, 도심지역의 경우 공간적 한계 등으로 인해 추가적인 개발에 대한 어려움으로 국내 ‧ 외에서는 지하공간의 이용에 관한 관심이 지속적으로 증가하고 있다. 최근 건설산업에서는 사회간접시설 투자확대 전망과 더불어 지하공간창출기술의 핵심이 되는 ‘기존 도로의 지하화 또는 대심도 및 대규모 지하공간 활용’에 대한 부분이 향후 SOC 시장의 핵심사업이 될 것으로 예측되고 있다.

기존에 국내 자동차용 지하도로는 산악지형의 환경보존과 통과시간 단축을 위해 간선도로망에 건설되는 장대의 산악터널이 주를 이루었으나, 최근 들어 도시의 확장에 따라 증가되는 교통수요의 분산과 지상도로 축소를 통한 녹지공간 및 공원시설의 확충을 통한 도시환경 개선의 필요성으로 인해 대도시 지역을 위주로 다수의 지하도로가 건설되고 있다(Kim and Cho, 2017). 이러한 산악 및 도심지터널의 장대화로 인한 환기 및 방재대책의 일환으로 환기탑의 설치 빈도 또한 증가하고 있는 실정이다.

본 연구에서는 최근 국내 ‧ 외에서 설치 빈도가 증가하고 있는 터널의 환기탑관련 국내기준에 대한 조사 및 분석, 국내 및 해외의 유사 터널현장에 대한 환기탑/주민친화시설 설치사례분석을 통한 시사점 및 개선점을 고찰하고자 하였다.

2. 환기탑 설치관련 국내기준 분석

터널의 환기탑 설치와 관련된 국내의 기준은 크게 두 가지의 기준이 있는 것으로 조사되었다. 「도시지역 지하도로 설계지침」 (MOLIT, 2016)에서는 환기탑의 형태에 대해 다음과 같이 “도시지역 지하도로 환기소는 환기기, 전기설비, 제어설비, 기타 보조기기를 기능적으로 배치하여 효율적으로 환기를 실시하도록 흡 ‧ 배기구 및 터널 본체와 연결덕트를 갖춘 구조로 되어야 한다.”라고 정의하고 있으며, 사전조사, 환기소 설치형식, 환기탑 높이, 환기탑 형식 등에 대한 종합적인 검토를 통해 선정하도록 제시하고 있다. 특히, 환기탑 형식에 대해서는 주변 대기환경, 경관, 거주지역 주민과의 갈등 등을 복합적으로 검토하여 계획하도록 제시하고 있다. 특히, 지상에 돌출된 환기소의 배기탑(환기탑)은 주변에 혐오시설로 인식되어 민원이 많이 발생하고 있으므로 주변 경관과 조화롭게 건설될 뿐 아니라 오염물질로 인한 환경영향성도 고려해야 하며, 지상부지의 효율적인 활용과 타 시설물(전기실, 제어실, 복합 휴게공간 등)과 연계성을 고려하여 다양한 활용방안도 모색하는 것이 바람직한 것으로 기술하고 있다.

시민안전과 도시미관을 위한 「환기구 설계 ‧ 시공 ‧ 유지관리」 가이드라인(MOLIT, 2018)에서는 주로 건축물의 환기설비에 부속된 급기 및 배기를 위한 건축물의 개구부를 환기구로 정의하고 도시미관, 장소명소화 등을 위해 Fig. 1과 같이 환기구에 공공디자인 개념을 적용하는 것을 적극 권장하도록 하고 있다. 또한, 공중에 시각적으로 노출되는 환기구 난간은 도시미관을 고려하여 투시형 환기구를 설치하는 것으로 규정하고 있다.

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Fig. 1.

Ventilation vent installation cases considering public design concept (MOLIT, 2018)

2.1 환기탑 계획

환기탑은 오염물질 배출에 의한 악영향을 최소화하기 위해서 오염물질 저감시설 설치뿐 아니라 설치위치 및 높이, 배기의 토출 방향 등을 함께 고려하여 계획하여야 한다(MOLIT, 2016). 또한, 환기탑 형식은 건축물과 일체화 시키거나 지형을 이용하여 거부감을 없애거나 조형물 형태로 설계하여 주변 경관과 조화롭게 계획할 필요가 있다. 일반적으로 환기탑의 형식은 기존의 설치형태를 고려 시 크게 (1) 고층형 환기탑 구조물, (2) 유효높이 확보형 환기탑 구조물, (3) 공원형(은폐형) 환기탑 구조물의 세 가지 형태로 크게 분류될 수 있다.

고층형은 주변에 인접한 건물보다 높이를 높게 계획하여 오염물질의 대기중 확산으로 인한 영향을 줄이기 위한 방법으로, Fig. 2(a)의 일본 동경 도시지역에 있는 신주쿠중앙환상선 지하도로의 환기탑 사례와 같이 주변 건물보다 높게 계획하여 터널에서 배출되는 오염물질이 대기 중으로 확산되도록 계획한 사례가 있다. 주로 주변경관과의 조화나 지역의 Lanmark가 될 수 있도록 공원 등의 시설 등과 연계하여 계획 ‧ 시공되는 사례들이 있다. Fig. 2(b)와 같은 유효높이 확보형 환기탑 구조물은 인접한 건물높이, 환기탑의 높이, 배출기류 속도 및 기상조건 등을 고려하여 고속배기기류의 형성을 통한 배기유효 높이를 확보하는 방법으로써 일본 홋카이도의 에루무 터널 환기탑은 환기탑의 높이와 배출기류 속도를 고려하여 주변의 건물 등 구조물보다 높은 지점에서 오염물질이 확산되도록 유효높이 확보형으로 계획하였다. 다른 구조물 형식으로는 Fig. 2(c)와 같은 프랑스 A86 터널 환기구에 적용된 사례와 같이 주변 녹지공원 경관과 조화를 이루도록 환기탑을 낮게 설치하고 오염물질을 저속으로 배출하는 공원형(은폐형) 환기탑 구조물이 있다. 이러한 형식의 환기탑은 환기소 내에 오염물질 저감설비를 설치하여 배출되는 공기에 오염물질이 포함되지 않는 것이 전제되어야 하며, 경관상 환기탑 구조물을 공원 등의 주민친화시설과 연계하여 거주지역 주민들의 만족도를 향상시킬 수 있는 방법이다.

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Fig. 2.

Types of ventilation tower structures

3. 국내사례 검토

기존의 국내에 설치된 환기탑의 상세현황분석을 위해 산악터널과 도심지터널의 환기탑 및 주민친화시설 설치사례에 대한 조사를 종합적으로 수행하였다.

3.1 산악터널

Fig. 3에는 기존 산악구간에 위치하는 고속도로 및 철도터널에 설치된 환기탑 시공사례들을 위주로 정리하였다. 대부분이 주변에 민가 등의 주거시설이나 민원유발시설들과 상당거리 이격되어 설치되어 고층형 콘크리트 구조물의 환기탑 형태로 계획 ‧ 설치되어 있음을 알 수 있었다.

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Fig. 3.

Examples of ventilation towers of domestic mountain tunnel

특히, 산성터널 상부 공간에 주민친화시설의 일환으로 터널조성공사로 사라진 수림로의 느티나무 숲 길을 추억하고 지역주민의 염원인 녹색 휴게 공간 확충을 위해 산성터널 상부에 ‘수림뜨락 녹색생활공원(수림뜨락) ’을 조성하였다. 총면적 5,000 m2인 수림뜨락은 수림로 명물이었던 느티나무 길을 재현한 숲길과 숲 그늘인 ‘낙우송 숲’, 주민체력단련 시설, 잔디마당으로 이루어져 있다(Fig. 4).

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Fig. 4.

Example of resident-friendly facilities (neighborhood green life park)

3.2 도심지터널

도시지역 지하도로의 환기탑 형식은 Fig. 5와 같이 주변 대기환경, 경관, 거주지역 주민과의 갈등 등을 복합적으로 검토하여 계획되어져 있음을 알 수 있었다. 또한, 지상에 돌출된 환기소의 배기탑(환기탑)은 주변에 혐오시설로 인식되어 민원이 많이 발생하고 있어 주변 경관과 조화롭게 건설될 뿐 아니라 오염물질로 인한 환경영향성도 고려하고, 지상부지의 효율적인 활용과 타 시설물(전기실, 제어실, 복합 휴게공간 등)과 연계성을 고려하여 다양한 활용방안을 모색하여 설치되어 있다. 그리고 도로터널의 경우 대부분 공원용지, 하천부지 측면에 공원계획과 연계되어 설치되어 있음을 알 수 있었다.

특히, 제물포터널의 경우 상시 환기용이 아닌 오염공기 정화시설 내지는 화재 시 배연용, 비상 시 탈출용 등으로 사용하고자 하였으며, 설계단계에서는 고층의 환기탑을 주거지와 이격시켜 설치하고 및 환기시설을 차폐한 경관조형의 형태로 계획하였으나, 시공 중 민원을 고려하여 Fig. 5(c)와 같이 변경설치 되었다.

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Fig. 5.

Examples of ventilation towers of domestic urban tunnel

4. 해외사례 검토

4.1 산악터널

기존 고속도로 및 철도터널에 설치된 환기탑 시공사례들을 위주로 정리하였다. 대부분이 국내사례와 유사하게 주변에 민가나 민원유발시설들과 상당거리 이격되어 설치되어 고층형 콘크리트 구조물 형태로 계획되어 있음을 알 수 있다(Fig. 6).

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Fig. 6.

Examples of ventilation towers of overseas mountain tunnel

4.2 도심지 터널

도시지역 지하도로의 환기탑 형식은 고층형 환기탑 구조물이나 환기빌딩의 형태로 주변경관과 조화, Landmark가 될 수 있도록 공원 등의 시설과 연계하여 계획하는 사례들이 다수 있으며, 또한 주로 철도나 지하철과 같이 오염물질 배출이 적은 경우에는 도심지 내에서 공원형(은폐형) 환기탑 구조물 형태로 설치되어 높이가 높지 않도록 설치되는 경우가 다수 있는 것으로 조사되었다(Fig. 7).

특히, Fig. 7(h)의 Blackwall 터널의 경우 도심지 Landmark의 일부로써 환기탑과 인접한 Ontario Tower는 32층, 104 m 높이로 260 세대의 주거용 아파트와 169실의 호텔룸으로 구성되어 2007년에 준공되었다. 또한, 최근 템즈강 인근에 위치한 환기구는 기존 수직환기구에 도로터널내 화재 발생 시에도 60 sec 이내에 무게는 8.2 ton, 지름 8.5 m의 콘크리트 구조물을 자동개폐가 가능토록 구조를 변경하여 연기 및 기타 유해 가스를 안전하게 배출할 수 있도록 하였다.

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Fig. 7.

Examples of ventilation towers of overseas urban tunnel

5. 결 론

본 연구에서는 근래 들어 산악 및 도심지터널의 장대화로 인한 환기 및 방재대책의 일환으로 설치빈도가 증가하고 있는 환기탑관련 국내기준에 대한 조사 및 분석, 국내 및 해외의 유사 터널현장에 대한 환기탑/주민친화시설 설치사례분석을 통한 시사점 및 개선점을 고찰하고자 하였다. 본 연구에서 도출된 결과에 의해 얻어진 주요 결론은 다음과 같다.

1. 국내 도심지터널 환기탑의 경우 대부분 공원용지, 하천부지 측면에 공원계획과 연계되어 설치되고 있고, 최근 들어 공공디자인 개념의 활용도와 연계된 형태의 설계 및 시공이 이루어지고 있음을 알 수 있었다. 또한, 신월여의지하도로(서울제물포터널) 등의 사례의 경우와 같이 설계당시에는 주거지 이격설치 및 환기탑을 차폐한 경관조형을 계획하였으나, 시공 중 주민과의 지속적인 협의과정을 통해 최종환기탑은 높이를 낮추고 공원형(은폐형) 환기탑 구조물 형태로 변경설치되는 사례도 있는 것으로 파악되었다.

2. 해외 사례의 경우에는 고층형 환기탑 구조물이나 환기빌딩의 형태로 주변경관과 조화, Landmark가 될 수 있도록 공원 등의 시설과 연계하여 계획하는 사례들이 다수 있는 것으로 파악되었으며, 오염물질 배출이 적은 경우에는 도심지 내에서 공원형(은폐형) 환기탑 구조물 형태로 설치되어 높이가 높지 않도록 설치되는 경우가 다수 있음을 알 수 있었다.

3. 최종적으로 환기탑위치 및 높이선정 시 오염물질 배출로 인한 환경 영향성, 주변 경관과 조화로운 배치, 지상부지의 효율적인 활용 등을 고려하여 주민과의 협의과정 등을 통해 최종 환기탑의 형식을 확정하는 것이 합리적일 것으로 판단된다. 또한, 설계단계에서부터 주변지형과의 자연스런 조화를 위해 대기질 시뮬레이션을 통한 환기탑 높이 축소 등에 대한 상세한 검토가 필요할 것으로 판단된다.

저자 기여도

박준경은 연구 개념 및 설계, 데이터 수집, 해석, 분석, 원고작성 및 원고 검토를 하였다.

References

1
Advanced Smoke Group Blackwall Tunnel Project: Largest AOV in Britain, https://www.youtube.com/watch?v=Tjn9sTSUovY (June 20, 2021).
2
ArchDaily Home page, https://www.archdaily.com/875260/ventilation-towers-for-the-northern-link-rundquist-arkitekter?ad_medium=gallery (June 20, 2021).
3
Kim, N.Y., Cho, J.B. (2017), “Ventilation disaster prevention measures for urban area network type underground roads”, Magazine of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 19, No. 2, pp. 30-38.
4
M5 Motorway (Sydney) Wikipedia Home page, https://en.wikipedia.org/wiki/M5_Motorway_(Sydney) (June 20, 2021).
5
MOLIT (2016), Urban underground design guideline, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, pp. 209-219.
6
MOLIT (2018), Guidelines for 「Design, construction, and maintenance of ventilation openings」 for citizen safety and city aesthetics, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, pp. 8-20.
7
Senses Atlas Home page, https://www.sensesatlas.com/territory/architecture/velsertunnel-ventilation-building/ (June 20, 2021).
8
South China Morning Post Home page, https://www.scmp.com/news/hong-kong/transport/article/2180628/central-wan-chai-bypass-inspires-call-similar-air (June 20, 2021).
9
SSV-Tanks Oy Home page, http://saarijarven.fi/en/portfolio/fire-and-rain-ventilation-stacks-for-the-tampere-rantavayla-tunnel/ (May 14, 2022).
10
The Beauty of Transport Home page, https://thebeautyoftransport.com/2017/02/08/shaft-8-shaft-on-the-tyne-is-all-mine-tyne-tunnel-ventilation-shaft-buildings/ (June 20, 2021).
11
WestConnex Home page, https://www.westconnex.com.au/sustainability/air-quality/ (June 20, 2021).
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