문선명.한학자 총재가 주창한 한일해저터널 '신통일평화로'18
제2장 해저터널 공사 방법
제2장 해저터널 공사 방법
터널공사에 관한 사항을 살펴보면 다음과 같다.
지질 조사에 앞서서 기존의 자료를 모으는 것이 급하다. 국토지리원이 갖고 있는 자료도 있고, 대학이 갖고 있는 자료도 있다. 확보된 자료를 가지고서 터널을 굴착할 지역의 개괄적 지질도(평면도와 단면도)를 작성한다. 이에 의하여 지표조사와 여러 지역을 답사하게 된다.
지질의 평면도가 만들어지면 자동적으로 단면도가 만들어지지만 어디까지나 가설이다. 정확 하게 위하여 보링조사와 탄성파 조사를 해야 한다. 그것에 따라서 얻은 데이터로 지층별 표를 만든다. 지금까지 일본에서 진행해 온 수천번의 데이터 패턴을 분석하면 지층구조가 어떠한지, 적절한 굴착방법이 무엇인지를 알게 된다. 그 패턴을 보관하고 있는 곳이 JR, 철도공단, 도로공단, 건설성, 전력회사이다. 이들은 각각 독립적으로 자료를 갖고 있다.
터널은 완전히 경험공학이다. 조사를 통하여 수치가 나오면 그것에 맞는 공법이 경험적으로 정해진다. 터널의 경로를 결정하기 이전에 실시하는 지질조사를 개사(槪査)라고 한다. 처음에 넓은 범위의 물리적 방법으로 하는 조사를 물리탐사라고 한다. 이를 위해 잘 쓰는 방법이 탄성파 조사와 전기조사가 있다. 물리조사는 면(面)의 조사이고, 보링은 점(点)의 조사이다. 탄성파조사는 조사대상 지층의 한 점을 발파하여 진동파를 만들고 그것이 지중의 지층경계 등에 부딪쳐 돌아오는 것을 수신기로 측정하여 그 전파의 속도와 패턴으로 지층의 실태를 찾는 것이다. 탄성파의 진원으로 다이너마이트가 자주 사용된다. 탄성파는 지층의 단단함에 비례하여 나타난다. 지층이 강하면 강할수록 전파가 빨리 전달되고 진폭은 작아진다. 반대로 지층이 부드러우면 진폭은 크게 되고 전파는 늦게 도달한다.
진동파가 반사되는 것은 지층의 강도가 각각 다르게 조성되어 있기 때문이다. 같은 지층에서도 생성과정에 의하여 지층 강도가 다르다. 지층이 달라도 강도가 같으면 그 경계선에서 반사가 안된다. 단층이 있으면 거기서부터 전파가 반사된다.
지층에서 물의 움직임 등을 조사하는 것을 수문조사(水門調査)라고 한다.물리조사는 전기탐사방법을 사용한다. 지표에 한 점을 플러스극으로 하고, 다른 한 점은 마이너스극으로 하여서 지중(地中)에 전기를 흐르게 하면 지층의 물에 다라서 전류의 파형이 달라진다. 그것에 다라서 물이 어디에 고여 있으며, 지하수맥이 어디에 있는지를 알 수 있다.
산에 터널을 파는 경우에 지중수로 인하여 자주 출수 사고가 난다. 이 때문에 산 전체에 전기조사를 걸어서 물의 유무를 확인한다. 산 전체에 고슴도치처럼 전극을 세운다. 그것에 따라서 지중수 지역을 알게 되면 그 다음에는 보링 작업을 통하여 재확인 한다.
보링할 장소는 지층의 단면도 작성에 필요한 곳을 선정한다. 지표에 나와 있는 지층이 어떤 각도의 지중에 들어가 있는지를 살핀다. 그리고 지층에 나와 있지 않는 단층은 없는지를 살핀다. 단층이란 지진 등 지각변동으로 지층이 단절된 것이다. 어디에 지층이 있는지는 지표답사만으로는 알 수가 없다. 터널 공사에서 가장 문제가 되는 것은 물과 단층이다. 그것이 어디에 있는지를 조사하기 위해 보링을 한다.
해양에서의 조사는 지상처럼 걸어다니면서 할 수가 없다. 그래서 먼저 음파탐사를 한다. 조사선에서 진원(震源)을 내려서 진동파에 수신기를 뜨게 한다. 해중에서 폭발에 의한 진동파는 해저에 있는 지층에 반사하여 되돌아온다. 그것에 따라서 육상과 같이 지하구조를 조사할 수 있는 것이다. 음진(音震)은 정기적인 신호라든가 압력가스를 분출하는 방법이 대표적이다. 각각의 경계에 반사 신호가 기록되어서 그것을 과거의 패턴에 맞추어서 비교하면서 대략 알 수 있다.
이에 병행하여서 직경 50cm 길이 3m 정도의 철제봉으로 된 드릴(drill)을 해저에 내려서 배로 끌고 간다. 이를 통하여 표면의 암석 샘플을 채집한다. 대개 음파탐사와 같은 지역에서 실시한다. 대마도 해협에서는 해저터널을 위하여 500여 곳에 드릴을 투입하였다. 이상이 생기거나 탄층이 있는 지역에서는 해양보링을 한다.
보링조사란 중공(中空) 파이프로 지중을 파서 지중해의 샘플을 채취하는 것이다. 이 샘플을 코아라고 부른다. 유정(油井)이나 온천 굴삭이 목적이면 유층(油層)이나 온천에 부딪치면 되지만, 지질조사의 경우에는 코아 채취가 목적이기에 조심해서 파내려가야 한다. 회전하는 파이프의 맨 앞에는 공업용 다이아몬드가 박힌 칼이 붙어 있다. 그것으로 500m 가량 파면 최대 500m 코아를 채취할 수 있다. 보통 코아는 3m 팔 때마다 올리게 되고, 그 지름은 7.5cm이다. 처음에는 굵은 파이프를 사용하고 차츰 가는 파이프로 바꾸어서 사용한다.
해양의 경우에는 보링전용 조사선을 사용한다. 과거에 일본 ‘동해 살베이지’에서 한 척을 갖고 있었는데, 대한해협에서 일한터널 조사 후에 폐선되었다. 해양조사선에서 4개의 와이어를 내려서 앙카링이라는 거대한 추(錐)를 해저에 묻고 배의 균형을 잡는다. 대마도 앞바다 한국 쪽 해협에서 보링을 했을 때에 해류가 너무 빨라서 와이어가 하나 끊어진 적도 있었다. 가장 어려운 것은 상하로 흔들리는 것에 대한 대응이다. 그것을 위하여 선상에 설치한 보링기계에 자체적으로 상하 흔들림에 대하여 견딜 수 있도록 만들어져 있다. 강력한 스프링이 붙어 있어서 상하 움직임을 흡수한다.
대마도 앞바다에는 수심 150m 지역에서 해저 밑 500m까지 40일 동안 조사를 했다. 이 속도는 지상과 같은 빠르기이다. 해양보링 경비는 해저 밑 500m를 조사하는데 약 4억엔이 소요된다. 해저볼링은 500m에 약 6천만엔이 든다.
데이터가 준비되고, 지질도가 완성되면, 그것을 기초로 하여서 터널 경로를 정한다. 이 때 기술적으로 지형과 지질, 시공법이 문제가 된다. 단층이나 출수(出水)가 있으면 공사가 어려워지고, 그것에 따라서 비용도 증가한다. 가능한 안전한 지층을 파낼 수 있도록 루트를 정하는 것이 중요하다. 그리고 현실적으로 그곳에 대하여 행정적인 조건도 고려의 대상이 된다.
박성열 박사 UPF(천주평화연합)부산광역시 지부장,사)남북통일운동국민연합 부산회장 세계평화도로재단 자문위원,사)한일터널연구회 이사
第2章 海底トンネル工事方法
トンネル工事に関する事項を詳説すると以下の通りである。
地質調査に先立ち既存の資料を集めることが急務である。国土地理院がもっている資料もあり、大学がもっている資料もある。集められた資料によってトンネルを掘る地域の概略的な地質図(平面図と断面図)を作成する。その地質図に基づいて地表踏査つまり該当地域を足で歩き回るのである。
地質の平面図を作れば自動的に断面図もできるが、それはあくまでも仮のものであり、それをより精確なものにするために、「ボーリング調査」と「弾性波調査」を行う。それらによって得られたデータをそれぞれの地層ごとに表にする。それを、今まで日本でやってきた数千本というデータのパターンに当てはめてみると、どんな地層構造になっているか、またその地層に適切な「トンネルの掘り方は何か」が出てくる。そのパターンを持っているのはJR、鉄建公団、国土交通省、電力会社などで、それぞれ独自のデータに基づくパターンを保有している。
トンネルは完全に「経験工学」であり、調査である値が出れば、それに当てはまる工法は経験的に決まってくる。トンネルのルートを決めるまでの地質調査を「概査」という。最初は広い範囲を覆うように物理的な手法で調査するので物理探査といわれ、よく使われるのは弾性波探査や電気探査などである。物理探査は面の調査であり、ボーリングは点の調査である。
弾性波探査とは、調べたい地層のある一点で火薬の爆発なでによって振動波を作り、それが地中の地層境界などにぶつかって跳ね返ってくるのを、もう一点の受信機でとらえ、その波の速度やパターンで地層の実態を探るものである。弾性波の震源としてダイナマイトが多く使われる。弾性波は地層の堅さに比例して、地層が固いほど波は速く伝わり、振幅は小さくなる。逆に地層が軟らかいと、振幅は大きくなり波は遅く伝わる。
振動波が反射されてくるのは、地層の硬さが異なる面からである。同じ地層の中でも生成過程によって地層の硬さは違ってくる。違った地層でも硬さが同じであれば、その境界線からの反射はない。断層があれば、当然そこからも反射されてくる。
地層の中の水の動きなどを調べるのが「水文調査」である。物理探査としては電気探査という手法を使う。地表の一点をプラス極にし、もう一方をマイナス極にしておき、地中に電気が流すと、地中の水によって電流の波形が変わってくる。それによってどこに水が溜まっているか、地下水脈があるかが分かる。山にトンネルを掘る場合、よく地中に溜り水があって、出水事故につながることがある。そのため、山全体に電気探査をかけて水の有無を調べる。山全体に針ねずみのように電極を立てることになる。それによって溜り水のありそうな箇所が分かると、今度はボーリングによってそれを確認する。
ボーリングする箇所は地層の断面図を作成するのに必要と考えられるところから選ぶ。地表に出ている地層が、どういう角度で地中に入っているか分からないところ、また地表に出ていない断層がある場合がある。断層というのは、地震などの地殻変動で地層が切れているところをいう。どこに断層があるかは、地表踏査だけでは分からない。トンネル工事で一番トラブルになるのは水と断層である。それがどこにあるかを調べるためにボーリングを行う。
海洋での調査は地上のように歩いては調査できない。そこで、最初に音波探査をする。調査船の後ろに震源を垂らし、さらにその後方に振動波の受信機を浮かべておく。海中での爆発による振動波は、海底や海底下の地層に反射して返ってくる。それによって陸上と同じように、地下構造を調べることができるのである。音源は電気的な信号とか、圧力ガスを噴出させる手法(ウォーターガン)などが代表的である。それぞれの境界で跳ね返った信号が記録され、それを過去のパターンに当てはめると、およその構造が分かる。
それに並行して行われるのがドレッジングである。これは、直径50センチ、長さ3メートルの鉄製の筒を海底に降ろし、それを船で引き摺って、表面の岩石のサンプルを採集する。音波探査と同じ海域に対してこれを行う。対馬海峡では全部で500か所で実施した。さらに、どうしてもおかしい箇所や断層がある箇所では海洋ボーリングをする。
ボーリング調査(オールコア・ボーリング)とは、中空のパイプで地中を掘り、その箇所の地表のサンプルをそのまま取り出すことである。このサンプルのことをコアと呼んでいる。湯井や温泉の掘削だと、目的の油層や温泉に突き当たればいいのだが、地層調査の場合は、その過程のコアの採取が目的なので、注意して掘り下げていかなければならない。回転するパイプの先には、工業用ダイヤモンドを貼り付けた刃が付いている。それで500メートル掘ると最大500メートルのコアを採ることができる。普通コアは3メートル掘進するごとに引き上げられる。コアは平均直径が7.5センチ、最初は太いパイプを使い、先に行くほど細いパイプになるので、コアも次第に細くなる。
海洋の場合はボーリング専用の調査船を使うことになる。以前、日本には東海サルベージが一隻所有していたが、対馬海峡での日韓トンネルの調査の後、廃船になってしまった。海上では調査船から4本のワイヤを伸ばし、アンカーリングという巨大な重りを海底に埋め、前後左右の船の動きをなくする。対馬沖の韓国側の海域でボーリングをした時には、海流が余りにも速すぎたので、ワイヤが一本切れてしまった。一番大変なのは上下の揺れに対する対応である。そのため、船上に備えつけられたボーリングの機械そのものが、上下動に耐えられるように作られている。強力なバネが付いていて、上下動を吸収するのである。
対馬沖では水深が150メートルのところで、海底下500メートルまでを40日かけて掘った。この日数は陸上と同じくらいである。
海洋ボーリングの経費は、推進150メートル、海底下500メートルで、現在の価格で約4億円かかる。陸上ボーリングは500メートルで約6,000万円である。
データが揃って地質図などができると、それに基づいてトンネルのルートの選定を行う。技術的には地形、地質と施工法が問題になる。断層や出水があると、工事が難しくなり、それだけ工事費もかさむので、できるだけ安定した地層を掘り進むようにルートを選定するのである。もっとも現実には、それに加えて行政的な条件も考慮の対象になる。
朴成烈博士.UPF(天宙平和聯合)釜山光域市支部長,社)南北統一運動國民聯合 釜山會長,世界平和道路財團 諮問委員,社)韓日トンネル硏究會 理事
飜譯:船越隆昭 國際 Highway 財團 理事