해양공간 개발은 기술적 어려움에도 불구하고 경제적‧전략적 중요성으로 인해 관심과 수요가 증대되고, 대형 해상연결 프로젝트 관련 해외시장이 급성장하고 있다.

이에 따라 대륙 간 연결을 위해 해저터널, 침매터널이 제안되고 있으나 50m 이상 수심 및 연약지반에서의 시공성 확보 등의 기술적 난제 및 해저 지반 시공에 따른 경제성 확보 등의 문제가 발생하고 있다.

수중터널은 해저터널처럼 해저 지반 속에 시공되는 터널이 아니라 해수면과 해저면 사이의 수중에 설치되는 터널을 말하며, 스마트 수중터널 시스템은 첨단 ICT, 로봇, 해양, 신소재 기술과 건설 분야의 해석/설계/제작/시공/모니터링/유지보수 기술을 융합하여 전 생애주기 동안 안전하고 경제적으로 기능을 수행할 수 있는 수중터널 시스템을 말한다.

이에 한국연구재단 기초연구본부는 스마트 수중터널 시스템에 대한 연구동향 브리프를 발간했다(NRF R&D BRIEF 2021-15호/공학단)

 

■ 최근 국내‧외 연구 동향은?

ㅇ 노르웨이: 1980년 Høsfjord에 수중부양터널 적용성 검토(터널과 지하공간, 1999. 등)

▪ 노르웨이는 수심이 깊고 횡단거리가 긴 피요르드 지형으로 인해 일찍부터 수중터널 건설에
대한 연구가 진행됨.
▪ 1980년에 Høsfjord 횡단을 위해 운반 및 교통의 질 향상, 에너지 소요량, 환경적인 면을 고려한 교통시설로 수중부양터널을 고려함.
▪ 1990년대에는 노르웨이 과학기술대학(NTNU)을 중심으로 수중터널의 동적거동에 관한 연구와 실용화를 위해 다수의 엔지니어링 회사가 시공 및 유지관리 등에 대한 검토를 수행함.
▪ 최근에는 폭 3,700m, 수심 1,250m의 Søgnefjord에 수중터널 건설을 위한 타당성을 검토
하고, 구조적 취약성을 보완하기 위해 새로운 구조형식 제안과 선박충돌, 선박과 앵커충돌, 자동차 사고시의 화재, 터널접합부 파손 등에 대한 안전성 확보를 위한 검토를 수행함.

ㅇ 일본: Funka Bay에 수중터널의 건설 타당성 검토(Int. Conf. Submerged Floating Tunnels, 2011.)

▪ 1990년대 홋카이도대학을 중심으로 교량, 침매 터널, 해저터널, 수중터널에 대한 적용성을 검토한 결과 수중터널은 폭이 넓고 수심이 깊은 지형에 가장 적합한 것으로 결론 내림.
▪ 폭 30km, 수심 120m의 Funka Bay에 자동차와 철도가 상하부에서 통과할 수 있도록 설계된 수중터널의 건설 타당성을 검토하여 주요 설계인자로 작용하중, 외력과 구조물의 공진, 장력케이블의 인장력 손실, 케이블과 튜브의 접합방법 등을 제시함.

ㅇ 중국: Quiandao Lake에 수중터널 프로토타입 제작·설치(Procedia Engineering, 2010.)

▪ 중국은 최근 수중터널 건설에 대해 가장 활발히 연구를 수행하는 나라임.
▪ 이탈리아와 공동 연구 수행을 위해 설립한 Sino-Italian Joint Laboratory에서 Quiandao
Lake에 100m 길이의 수중터널 프로토타입을 제작·설치함.
▪ 구조물의 동적거동 해석, 위험도 분석, 선박충돌해석, 터널접합부 설계 등에 대한 연구를 수행 중에 있음.

ㅇ 한국: 해양 콘크리트 성능 향상 연구(한국건설기술연구원)

▪ 해양 콘크리트의 성능을 향상시키기 위한 연구를 진행하였으며, 부유구조체용 해양 콘크리트의 최적배합 개발, 매스콘크리트의 온도균열 평가, 염해 모니터링 기술개발 연구를 수행함.
▪ 실험실 수준의 검증이 이루어지고 있는 상태이며 현장 적용성을 고려하여 파일럿 테스트를
계획하고 있음.

ㅇ 한국: 해중터널 실용화를 위한 핵심기술 개발(한국해양과학기술원, 2013.)

▪ ‘해중터널 실용화를 위한 핵심기술 개발’ 과제를 통해 수중터널에 가해지는 외력을 분석하고 동적/정적 하중에 따른 거동을 분석하였으며, 단면 설계 및 계류 시스템 설계로 수중터널의 거동을 제어하는 기술을 연구함.

 

■ 기초연구사업 지원 현황은?

ㅇ 지원과제: 스마트 수중 터널 시스템 연구 센터(선도연구센터)

ㅇ 성과현황(논문)

ㅇ 성과현황(특허)

 

■ 향후 기초연구사업에서 어떤 연구들이 필요한가?

 

■ 기초연구성과 응용 연계를 위한 향후 과제

▪ 해저도시, 수중철도터널, 수중저장시설물, 해상구조물, 극지구조물 등 다양한 미개척분야의 건설기술로의 응용
▪ 한‧중‧일을 연결하는 해양 실크로드 개척 기반기술 개발
▪ 수중터널의 설계/시공/안전/유지관리 전 과정에서 보완해야 할 기술을 도출 및 보완하여, 실제 건설 및 운용에 적용할 수 있는 기술의 완성