3조.

개발과제의 요약

지도교수 및 조원

- 지도교수 : 박수호박사님
- 조장 : 201586004* 최0웅
- 조원 : 200886001* 노0종
         200986002* 이0형
         201786004* 길0모

프로젝트의 목표

◇ 시민들의 효용가치를 부여하고자 하는 SOC종합설계의 교과목 목표에 따라 서울시립대학교 학생과 교직원 및 휘경동 인근거주 주민들의 편의를 위해 서울시립대학교에 배봉산을 통과하는 東門(East gate)을 건설하여 학부생으로서 활용 가능한 전공지식을 적용,이를 통해 지리적, 경제적, 문화적 이윤을 창출한다.

◇ 서울시립대학교는 캠퍼스 맵 기준 현재 서쪽에 위치한 정문, 북쪽에 위치한 후문,북서쪽에 위치한 쪽문, 그리고 일몰시 폐쇠되어 제한적인 이용만이 가능한 남문을 통해 출입하는 구조로, 북서쪽으로 편중화된 출입체계를 가지고 있다.이로 인한 지리적 한계를 극복하기 위해 캠퍼스 동쪽에 위치한 배봉산에 터널을 구축해 이동의 편리성을 도모하고자 하는 결론에 이르렀다.

개념설계안

사업 필요성의 자각

◇ 서울시립대학교의 북서쪽으로 편중화된 출입체계의 특성으로 인해 이동의 불편함을 느낀 조원들은 이에 대한 본교 학생들의 의견을 듣고 프로젝트의 타당성을 입증하기 위해 학생회관 앞에서 무작위 현장설문을 진행하였다. 설문조사의 대상은 이동하는 본교 학생들이었으며, 설문의 결과 조사표본의 과반수 이상이 East gate구축에 대해 긍정적인 입장을 보임을 알 수 있었다. 추가로 얻은 학생들의 의견에는 "East gate의 건설 프로젝트가 통학거리의 단축을 도와줄 것다" 와 "배봉산 건너편 시설물들의 접근성 향상이 기대된다" 가 대표적이었다.

◇ 현재 서울시립대학교의 동쪽에 위치한 배봉산의 건너편으로 이동하기 위해서는 등산로를 이용하거나 후문 혹은 정문과 이어진 우회로인 도로변을 따라 도보로는 30여 분 정도의 시간을 소요해야 함을 알 수 있는데, 이는 평면거리상 짧은 거리임에도 불구, 언덕길을 오르거나 어려울 시 길을 우회해야 함으로 이동의 비효율성을 체감할 수 있게 한다. 게다가 거동이 불편할 수 있는 장애인 혹은 중장년층에게는 정문과 후문의 우회로마저도 오르막길과 내리막길로 존재 하여 불편함을 야기했고, 대중교통을 이용하려 할지라도 한 번에 이어지는 버스노선이 존재하지 않아 환승이 요구되므로 공공적인 측면에서의 시각도 프로젝트의 필요성을 강화함을 알 수 있다.   

◇ 서울시립대학교의 차량출입체계는 정문을 통한 1방향통행으로 이루어져 출,입구가 일체화된 구조이다. 인근 타 학교와의 비교를 통해서도 출,입구 수의 부족으로 인해 야기되었던 이동의 불편함을 자각할 수 있었으며, East gate를 차량의 출,입구 옵션으로 추가한다면 교내 차량이용객들에게도 긍정적인 효과를 제공할 수 있을거라 생각하였다. 이는 특정시간 교통량이 집중되는 정문근처의 혼잡함을 East gate가 어느 정도 개선할 수 있을 것이라는 가능성 또한 생각할 수 있게 해주었다.

노선의 선정

◇ 본 조는 본교캠퍼스와 배봉산건너편의 지리를 평면적으로 나타낸 지도를 통해 입, 출구 후보지를 선정해보았다. 그 후 학교에서 배봉산건너편 방향의 통로를 입구로 보았을 때의 교통량 확보가능성과 주변 건물들 및 지반구조를 현장조사하여 3가지 입구옵션을 정해보았다. 생활관 뒷길과 음악관 뒷길, 정보기술관 뒷길이 확보가능한 옵션이라고 간주되었고, 출구로는 배봉산 건너편의 2가지 통로를 확보하였다. 추가적인 주변상황을 고려한 결과 생활관 뒷길은 좁은 길목과 우회로의 건설필요로 입구옵션에서 제외되었으며 출구옵션 중 한 통로 또한 좁은 길목과 차량을 한방향으로만 수용가능함을 나타내어 출구옵션에서 제외되었다. 또한 그렇게 얻어진 출구옵션은 동부간선도로와 이어지며 주변도로와의 연결이 용이하고 사진과 같이 2방향모두 2차선 이상의 도로폭을 가지고 있어 터널과의 연결에 지장이 없어 예상되는 교통량을 충분히 수용할 수 있음을 확인할 수 있다. 이를 통해 얻어진 2개의 입구와 1개의 출구로 형성된 터널의 예상노선인 A와 B에서 보다 더 시공, 및 이용측면에서 효율적인 노선을 추가회의를 통해 정하였고, 결과로 길이가 짧아 공사기간과 공사비용을 최소화 할 수 있고 직선이동이 가능한 A노선이 터널의 경로로 선정되었다. 

◇ 그리고 이러한 노선경로에 포함되는 토지의 현황을 살펴본 결과, 현재 배봉산의 토지는 비오톱1등급에 해당되어 개발이 제한되어 있으나 프로젝트의 타당성을 입증한다면 예시로 첨부된 서울도시생태현황도의 비오톱1등급 토지의 변경결정과 같이 등급을 해제하여 개발을 진행할 수 있을 것으로 추정되므로 토지이용에 대해서는 어려움을 겪지 않을 것으로 예상된다. 이렇게 등급해제를 가정하여 매매가능한 터널부지의 공시지가를 참고하고 터널의 COST에 포함시켜 B>C를 산출한다.

공법 및 설계, 시공방향 선정

◇ 다양한 공법 중 예상 시공터널의 크기와 공사부지 주변상황을 고려한 결과 소규모 터널시공에 대표적이며 단면이용 효율이 높은 시공법인 NATM공법을 이용하기로 결정하였다. NATM공법의 1회굴진장, 지보재의 유무와 같은 사항들을 설계하기 위해 암반의 분류가 필요하였으므로 한국지질자원연구원 지질정보시스템의 지질도를 확인한 결과 예상 시공지역인근의 암반은 경암 5등급의 대보화강암으로 판정되었다. 그러나 실무적인 시각으로 볼 때 지반 전체를 한 가지 암반으로 구성되어 있다고 가정한 채로 설계를 하기에는 무리가 있을거라 판단하였고 이를 위해 터널 시공 시 대표적으로 수행하는 시추조사를 함으로서 암반을 분류해 설계의 대략적인 틀을 잡아나갈 계획이었다. 그러나 프로젝트의 지원비용 및 관련작업 허가에 있어 장애가 있다고 판단, 예상 공사지반의 가장 가까운 암석인 예시 화강암시추공의 특성을 RMR분류법으로 분류해 NATM 굴진장과 지보재의 유무를 결정하였다. 결과 막장자립이 우수한 경, 연암지반에서 사용되는 굴착방법인 전단면 굴착을 실시하기로 결정하였고 RMR값이 60~80으로 양호한 암반에 속해 1회 굴진장은 1m, 도심지의 한계로 인해 하루 2회 발파, 그리고 숏크리트와 국부적인 록볼트를 이용하기로 결정하였다.               

◇ 편익의 최대화와 교통의 원활화를 포함한 우리터널의 목표로 인해 양 방향으로 차량이 통과할 수 있는 도로폭과 보행자를 위한 인도의 폭을 수용할 수 있는 너비로 터널을 설계하기로 하였다. 먼저 차도의 폭은 국토교통법에서 규정한 최소 도로폭인 6~7m를 만족할 수 있도록 7m로 설정하였고 인도는 보행자 및 자전거와 휠체어이용자의 양방향 원활한 통행을 위해 3m로 설정하였다. 먼지와 같은 이용의 불편함과 교통사고 최소화를 위해 보행로와 차도 사이에는 분리대를 설치할 계획이다. 또한 터널의 높이는 건설기계 및 대형차량의 통행의 가능화와 산을 훼손하지 않는 환경보전의 사이에서 타협을 보아 8m로 결정하였다. 

◇ 구조물의 시공시 필요한 현장사무소와 같은 부대시설의 위치는 과거 음악관 건설시 사용했던 장소인 하늘못광장을 선정하였다. 공사현장과 거리가 가까워 토사 등의 운반비를 줄일 수 있으며 계단식으로 구역이 나눠져 있어 자재를 분류하기 수월하다는 것을 알 수 있다. 또한 벌개 제근 및 토공과정에서도 고려해야 할 유토곡선의 특성들을 반영했을 때 적절한 장소임을 증명한다. 대규모 터널의 대부분이 양방향 굴진을 일반적으로 적용하나 우리터널의 작은 면적이라는 특징과 배봉산 건너편 휘경동 부대시설 건설 및 건설중기 출입이 시민들의 민원을 야기시킬 주거단지라는 것을 고려하여 본 교 캠퍼스에만 부대시설을 설치하고 소음을 야기하는 건설기계들을 집중시켜 전진하는 일방향 굴진을 적용하기로 하였다.

이론적계산

예상 공사기간의 산출

◇ 예상 공사기간의 산출을 위해 우리 터널과 기본지반과 시공공법이 같은 여러 터널들의 공사계획서에 표기된 공종 별 공사기간들을 참고하여 우리터널의 면적 및 길이와 비교함으로써 예상되는 기간들을 면적 및 길이비를 통해 산출하였다. 여기서 유일하게 NATM Cycle의 굴진소요기간은 면적이 아닌 굴진장을 기준으로 산출되기에 하루 1m굴진의 2회 발파실시를 기반으로 산출하였다. 그리고 공종 별 사용될 건설기계들의 현황을 파악하여 기계대여료와 관련인건비를 계산 가능하도록 방향을 잡았다. 

1. 벌개제근 및 토공 (23일)

- 백호우, 덤프, 카고크레인

2. 사면보호공과 록볼트 설치, 수평 강관 다단그라우팅 (17일)

- 백호우, 덤프, 카고크레인, 점보드릴(천공기), 배관펌프카, 숏트머신, 레미콘, 카리프트

3. 방음문, 방음커튼 등 갱구부 설치 (12일)

- 카고크레인 백호우 덤프

4. NARM Cycle을 통한 굴진 (130일)

- 점보드릴, 숏트머신, 페이로더, 백호우, 덤프, 레미콘, 배관펌프카, 카고크레인, 카리프트

5. 방수 및 바닥처리, 공동구 및 수로설치 (9일)

- 숏트머신, 레미콘, 백호우, 페이로더, 덤프, 배관펌프카, 카고크레인, 카리프트

6. 라이닝 콘크리트 타설 (25일)

- 숏트머신, 레미콘, 배관펌프카, 카고크레인, 덤프

7. 도로포장 (3일)

- 덤프, 아스팔트피니셔, 머캐덤롤러, 타이어롤러, 탠덤롤러 

= 총 공사시간 약 219일 소요예상

예상공사비용의 산정

◇ 직접비의 산정 :　직접비는 건설장비대여비와 시공 시 필요한 자재비로 구성된 재료비와 인력의 이용에 필요한 노무비로 구성하였다. 공종 별 공사기간에 사용되는 장비의 일수에 1일당 장비대여비를 곱하여 건설장비대여비를 산출하였고 기존 시공된 터널의 자재비내역을 참고하여 우리터널의 크기와 면적에 비교함으로써 자재비를 산출하였다. 여기서 터널의 규모와 공법의 특성에 고려하여 건설기계의 종류와 크기를 결정하였고 자재비를 구성하는 항목들 또한 지반조사와 수요와 같은 항목들을 고려해 설계한 사항들에 기반하여 정하였다. 노무비는 인력이 1일 단위로 고용되는 인력과 프로젝트 계약직과 같은 일정 기간을 단위로 고용되는 인력으로 구분되기에 상세하게 산출이 어려워 건설장비대여비와 비슷한 방식으로 공정 별 필요일수에 투입인력의 단가를 곱하여 산출하였다. 인력의 단가와 건설장비의 일당 대여비는 박수호 박사님의 현대건설 단가산출 자료와 건설업 기본품셈, 2019년 건설업 임금실태조사 보고서를 참고하였다. 

- 간접비의 산정 : 터널건설 프로젝트에 있어 간접비를 구성하는 항목으로는 각종 보험료, 수수료, 부대시설관련비용, 경비, 환경보전비, 연간유지관리비, 배기가스처리비, 설계비, 추가방음시설비, 비상 주차시설, 시공관련비용 등으로 구성되는 추가 고려비용으로 이루어진다. 다소 구체적인 산출에 어려움이 있어 기존 터널의 내역서들을 참고하여 인력비와 자재비, 장비대여비의 비율 등을 이용해 계산함으로써 대략적으로 산출하였다. 여기에 전문가의 자문을 구해 여유비용을 추가로 고려함으로서 타당성조사의 신뢰성을 높였다.

부지비용의 산출

- 터널의 부지는 비오톱1등급에 해당되어 현재 개발이 제한되고 있으나 프로젝트의 타당성이 입증되면 개발이 가능하다는 가정하에 터널의 위치인 서울특별시 동대문구 휘경동부근 터널경로부지의 공시지가를 분석해 면적을 산출하고 곱하여 가정하였다.
 터널부지공시지가 = 458,750,000원

편익의 산출

- 다음과 같이 엑셀로 비용과 편익을 기입하여 산출하였다. 개념설계안에서 예상한대로 NATM공법의 특성 상 터널의 길이가 공사비용의 큰 부분을 차지하기에 A노선으로 우월사업안이 결정되었으며 Benefit이 Cost를 초과함을 확인할 수 있다.

- 편익의 산출개요

1. 공공재 비용-편익 분석법
 1) 순현재가치법(NPV) = 
 2) 비율법(r) = 현재환산 편익/현재환산 비용
 3) 경로 A, B 중 NPV가 크고 r이 큰 사업안을 채택 
  → 두 평가기준의 결과는 반드시 동일함.

2. 비용 항목
 1) 총비용 = 부지비용 + 공사비용 + 유지비용

3. 편익 항목
 1) 총편익 = 경로편익 + 경제권역 편익 

4. 그 외 사항  
 1) 공공재 내구연한 : 공공재 내구연한은 30년으로 계산한다. 
 2) 할인율 : 통상 시중금리를 적용하며, 현재 COFIX 신규금리는 연 1.2% 이나, 30년 연한을 고려하여, 
           보수적으로 2%로 가정한다.
 3) 기타 : 유지보수인력의 임금상승률, 인플레이션의 영향은 무시한다. 
 4) 비용은 공사시점에 발생하고, 편익은 완공 후 차년도부터 발생하는 것으로 가정.
 5) NPV법의 결정방법: 순현재가치 0이상 & 순현재가치가 큰 사업안에 우선순위 설정.
 6) 비율법의 결정방법: B/C비율이 1이상 & B/C비율이 높은 사업안에 우선순위 설정. 
 7) 단일 사업평가에 대해서는 NPV방식과 비율법 방식의 결과가 항상 동일
 8) 경제권역 편익은 경로편익과 달리, 단순 수치적으로 산출하기 어려움.
 9) 따라서 수치적인 편익으로 고려하지 않고 계산과정에서 무시. (+@편익 처리)
10) 이는 최종산출 된 NPV와 r값의 과소평가요인이 된다.

- 편익의 구성항목
1. 자가차량 편익
 1) 정문 통행량의 10%가 동문으로 우회함을 가정.
 2) 연간 편도 교통편익 = 연간 이용량× 단위 절감비용.
 3) 왕복편익 = 편도편익×2.
2. 대중교통 편익
 1) 7호선 면목역 & 버스환승 통학로의 교통편익 개선.
 2) 7호선 통학로 이용량의 상대적 가중치를 총 통학노선의 5%로 가정. 
 3) 연간 통학로의 편도 편익 = 예상 통학인원 × 단위 절감비용.
 4) 왕복편익 = 편도편익 × 2
3. 산출근거 및 가정
 1) 학교 출입차량 일일교통량은 서울시립대학교 교통공학과의 추정통계를 바탕.
 2) 동쪽 진입차량이 동부간선도로로 진입함을 가정하였을 때, 정문으로 우회하는 시간 대비 동문으로 진입할 경우의 편익. (네이버지도)
 3) 시간의 가치는 시간당 8590원으로 계산. (최저시급)
 4) 환승제도를 고려하여 실질적인 교통비용 절감효과는 무시하고, 단순 시간절감 효과만 반영.
 5) 대중교통 편익은 총 통학로 가중치를 100으로 하였을 때,1호선&중앙선 통학로 가치 : 75%2호선&버스환승 통학로 가치 : 20%7호선&버스환승 통학로 가치 : 5% 로 고려한다.

민원해결 및 유지관리 계획

◇ 안전관련 민원 : 시민들의 심리적 안정감 확보를 위해 터널 내부 및 외부에 CCTV와 가로등을 설치할 계획이다. 캠퍼스 내에는 본래 CCTV와 가로등이 다수 설치되어 있으며 터널의 출구에도 이미 설치되어 있어 많은 소요가 예상되지는 않는다. 그리고 터널 동쪽으로 조금만 전진하면 휘경 파출소가 위치하고 있는데 지역 자율방범대와 함께 순찰업무를 요청하고 서울시립대 캠퍼스지킴이들의 활동반경 또한 이 쪽으로 확대시키고 봉사활동 점수를 부여해 안전관련 민원을 처리할 계획이다. 

◇ 소음, 진동, 먼지관련 민원 : 본교 내부적으로는 학생들이 주거하는 기숙사, 그리고 음악관이용객들의 관련 민원이 예상되고 출구방향 거주민들에게도 진동 및 소음관련 민원이 예상되는데, 음악관의 특성상 방음시설이 구비되어 있고 추가적으로 방음벽과 방진벽을 설치함과 동시에 최대한 방학기간 혹은 소음을 발생시키지 않는 선에서 야간에 공사를 진행할 계획이다. 또한 1방향 굴진이므로 출구방향에 위치한 휘경동 주민들에게 미칠 영향은 적을 것으로 예상되며 동문 터널 완공 시 야기될 경제적 효과로 인해 큰 민원은 없을 것으로 보인다. 필요시 금전적으로 보상을 제공하고 상시에도 최대한 서울시에서 규정한 소음, 진동관련 규정을 지키도록 한다.

◇ 유지관리 계획 : 매 발파 확장마다 실시되는 일상계측, 설치 후 수립시까지 실시되는 대표계측, 완공 후 계속해서 실시되는 장기계측을 실시하도록 한다. 일상계측에는 막장관찰, 내공변위, 천단침하, 락볼트 인발시험이 이루어지고 대표계측에는 지중변위측정, 숏크리트 응력측정, 락볼트 응력측정, 지중경사계, 지표/지중 침하 측정으로 이루어지며 장기계측은 간극수압계, 라이닝 내공변위계, 라이닝 응력계로 이루어진다.

설계도

터널단면도 및 공사계획서

3D프린팅을 통한 프로토타입제작

포스터

참고자료

- 도로업무편람2018
- 살아있는 토목시공학(구미서관)
- 산악터널의 조사 설계에서 시공까지(구미서관)
- 터널의 이론과 실무(구미서관)
- 한국지질자원 연구원 지질정보시스템 지질도
- 국토지리정보원 등고선도
- 네이버지도
- 서울자전거 따릉이
- 인제양양터널 시공계획서
- 법화터널 시공계획서
- 중급 건설회계실무(건설경제연구소)
- 건설업 임금실태조사보고서
- 현대건설 관련자료(내역서 및 단가산출서, 관련도면, 표준품셈)
- 서울특별시 지반정보통합관리시스템