바다를 막지도(보령해저터널) 띄우지도 않았는데, 어떻게 바다 밑 80m를 뚫었을까?

서해 바다 아래 약 7km를 관통하며 보령 대천항과 원산도를 잇는 보령해저터널은 완공 당시 국내 최장 해저 도로 터널로 주목을 받았습니다. 흔히 바다 밑 터널이라고 하면 바닷물을 제방으로 막아 퍼내거나, 육지에서 미리 만든 콘크리트 구조물을 바닷속에 차례로 가라앉혀 이어 붙이는 장면을 떠올리기 쉽습니다. 하지만 이곳은 머리 위에 넘실거리는 바닷물을 그대로 둔 채 단단한 바위를 화약으로 직접 깨뜨려 가며 길을 냈습니다.

보령해저터널 핵심 요약 상자

• 전체 길이: 6,927m (대천항~원산도 연결, 국내 최장 해저 도로 터널)
• 최저 심도: 해수면 기준 지하 80m (해저 바닥면에서 약 55m 추가 굴착)
• 공사 기간: 2010년 12월 착공 ~ 2021년 12월 1일 개통 (약 11년 소요)
• 이동 효과: 보령에서 태안 영목항까지 기존 75km(90분) 우회 경로가 약 10분대로 대폭 단축
• 핵심 공법: 바위 자체를 구조물로 활용하는 나툼 공법 및 고압 시멘트 주입 차수 기술

1. 다리와 인공섬을 포기하고 바다 밑바닥을 택한 이유

원래 1998년 처음 구상했던 계획은 바다 위에 거대한 교량을 세우는 상식적인 방식이었습니다. 하지만 대상 지역인 대천항과 원산도 사이 바다는 생태학적으로 중요한 수산자원보호구역인 천수만 입구였기에 수십 개의 교각을 박을 경우 해양 생태계 파괴가 심각하게 우려되었습니다. 여기에 인근 화력발전소를 드나드는 대형 석탄 운반선의 뱃길을 확보하기 위해 다리를 비현실적으로 높게 올려야 하는 제약도 따랐습니다. 다리와 인공섬, 짧은 해저 터널을 혼합하는 절충안도 검토되었으나 환경성과 경제성 평가를 넘지 못했고, 결국 바다 표면과의 정면 승부를 피하고 전 구간을 바다 밑으로 넣는 결단을 내렸습니다.

2. 침매공법[1] 대신 화약으로 바위를 뚫는 나툼 공법[2]을 고른 배경

바다를 완전히 막아 공사했던 과거 1932년 통영해저터널 방식은 7km에 달하는 거대한 보령 앞바다에서는 불가능한 선택지였습니다. 부산-거제를 잇는 거가대교처럼 육상에서 만든 터널 박스를 물속에 가라앉히는 침매공법도 유력했으나, 이는 지반이 무른 뻘이나 모래 바닥에 적합한 방식이었습니다. 보령 해저 지질 조사 결과 단단한 암반이 확인되자 시공사는 발상을 전환하여 자연 암반을 물과 사람 사이의 두꺼운 방패벽으로 삼기로 결정했습니다. 터널은 해수면 아래 80m, 즉 바다 밑바닥에서도 55m나 더 깊이 파고들어 아파트 20층 높이에 달하는 바위 천장을 지붕으로 확보했습니다. 육지 산악 터널처럼 바위에 구멍을 뚫고 화약으로 발파한 뒤 콘크리트를 뿜어 붙이고 부식에 강한 특수 볼트를 박아 지탱하는 나툼 공법을 국내 해저 터널 최초로 적용했습니다.

3. 암반의 균열과 파쇄대[3]를 뚫고 나아가는 3단계 지질 탐사

단단한 바위라 할지라도 단층을 따라 암석이 잘게 부서진 파쇄대가 도사리고 있으면 미세한 틈 사이로 막대한 수압의 바닷물이 쏟아져 들어올 위험이 큽니다. 균열을 피하려고 무작정 더 깊이 파고들면 상부의 수압이 급격히 증가하기 때문에 피하는 것만이 능사는 아니었습니다. 이에 현장에서는 화약을 폭발시키기 전 세 단계에 걸쳐 전방 지층을 철저하게 진단하는 선제 탐사 체계를 가동했습니다.

1. 1단계: 진동 반사파 지층 탐사
   전방 200m 앞 지층을 향해 인공 진동을 발사한 뒤 되돌아오는 반사 신호를 정밀 분석해 암반의 불연속면을 파악했습니다.
2. 2단계: 수평 시추 코어 채취
   수십 미터 앞까지 수평으로 구멍을 뚫고 암석 샘플(코어)을 직접 채취하여 바위의 물리적 강도와 틈새 여부를 육안으로 확인했습니다.
3. 3단계: 20m 근접 감지공 천공 및 유출수 검측
   발파 작업면 직전 20m 지점에 감지 구멍 세 개를 뚫어 틈새로 흘러나오는 유출수 양을 정밀하게 측정했습니다.

4. 차수 그라우팅[4]과 단차 굴착으로 완성한 이중 안전망

측정 결과 단일 구멍에서 1리터 이상, 3개 구멍 합산 8리터를 초과하는 물이 쏟아져 나오면 즉각 작업을 멈추고 고압으로 시멘트 혼합액을 암반 균열에 주입하는 차수 그라우팅을 실시했습니다. 틈새를 단단한 인공 암반으로 메워 물길을 원천 차단한 뒤에야 다음 발파를 진행했습니다. 혹시 모를 대형 침수 사고를 방지하기 위해 두 개의 터널 굴착면을 나란히 진행하지 않고, 한쪽 터널을 200m가량 먼저 굴진시키는 단차 굴착[5] 방식을 고수했습니다. 선행 터널에 위험 지층이 나타나면 두께 1m의 육중한 방수문을 설치해 인명을 우선 대피시키고, 뒤따라오던 후행 터널이 측면에서 우회해 물을 빼내며 우회로를 뚫는 이중 안전 구조를 마련했습니다. 이러한 극도의 신중함 덕분에 단 한 건의 침수나 중대 안전사고 없이 양방향 굴착면이 바다 한가운데서 정확히 맞닿았습니다.

굴착이 끝난 암반 면에는 빈틈없는 방수막을 두르고 철근 콘크리트를 덧씌워 오늘날 우리가 안심하고 달리는 터널 도로의 모습을 완성했습니다. 보령에서 태안 안면도 영목항까지 기존 1시간 30분 걸리던 여정은 단 10분으로 줄어들었습니다. 바다 위를 가로지르는 화려한 다리 대신 수심 80m 아래 묵묵한 바위를 지붕 삼고, 미세한 균열마다 시멘트를 채워 넣으며 전진한 공학적 결단이 거대한 바닷물을 안전하게 떠받치고 있습니다.

여기서 끝이 아닙니다: 보령해저터널에 남은 궁금증 Q&A

Q. 보령과 원산도 사이에 처음부터 다리를 놓지 않은 진짜 이유는 무엇인가요?

A. 대천항과 원산도 사이 수역은 수산자원보호구역인 천수만 입구로 다량의 교각을 설치할 경우 해양 생태계 훼손 우려가 컸습니다. 또한 인근 화력발전소로 석탄을 운반하는 대형 선박들의 통항로를 확보하기 위해 교량을 지나치게 높게 지어야 한다는 현실적인 난관이 있었습니다.

Q. 바다 밑을 파면서 거가대교와 같은 침매공법을 쓰지 않은 이유는 무엇인가요?

A. 침매공법은 주로 해저 바닥이 무른 뻘이나 모래 지반으로 이루어진 곳에 적합합니다. 보령 앞바다 밑은 사전 지질 조사 결과 화약 발파로 깨뜨려 들어갈 수 있는 단단한 암반층이 확인되었기에, 암반 자체를 천장으로 활용하는 나툼 공법이 더 적합하다고 판단했습니다.

Q. 바닷속 깊이 들어갈수록 바위가 두꺼워지는데 왜 무한정 깊게 파지 않나요?

A. 해저 지반 아래로 깊이 내려갈수록 상부의 암반 두께는 두꺼워지지만, 그 위에서 누르는 바닷물과 지층의 수압 역시 비례해서 급격하게 증가합니다. 미세한 균열이라도 발생할 경우 극도로 강력한 압력의 물이 터져 나올 위험이 커지므로 최적의 심도인 해수면 아래 80m 수준을 유지했습니다.

Q. 화약 발파 전 암반 틈새로 물이 새는지 어떻게 미리 확인했나요?

A. 작업면 전방 200m를 반사파 진동으로 훑고, 수십 미터 앞을 수평 시추해 암석 코어를 채취한 뒤, 발파 직전 20m 지점에 3개의 감지 구멍을 뚫어 유출 수량을 확인했습니다. 단일 구멍 1L, 합계 8L를 초과할 경우 즉각 고압 시멘트액을 주입해 틈을 메웠습니다.

Q. 공사 도중 바닷물이 터져 터널이 침수되는 최악의 상황에는 어떻게 대비했나요?

A. 두 터널을 같은 선상에서 파지 않고 한쪽을 200m 앞서 굴착하도록 설계했습니다. 선행 터널에 이상 징후가 발견되면 두께 1m의 방수문을 닫아 인력을 대피시키고, 뒤따라오던 후행 터널이 측면으로 접근해 물을 배출하고 균열을 메운 뒤 길을 잇는 안전 계획을 세워두었습니다.

용어 주석

[1] 침매공법: 육상에서 미리 제작한 터널 형태의 콘크리트 박스(침매함)를 물속에 띄워 운반한 뒤 해저 바닥에 가라앉혀 차례로 연결하는 공법입니다.
[2] 나툼 공법: 굴착할 암반에 구멍을 뚫고 화약을 폭발시킨 후, 깨진 암벽 면에 콘크리트를 분사하고 록볼트를 박아 바위 자체의 지지력으로 터널을 유지하는 굴착 방식입니다.
[3] 파쇄대: 지각 변동이나 단층 작용으로 인해 단단한 암석이 강한 압력을 받아 잘게 부서지거나 가루가 되어 길게 띠 모양을 형성한 취약 지층 구역입니다.
[4] 차수 그라우팅: 암반 내부의 균열이나 공극으로 물이 스며드는 것을 막기 위해, 시멘트나 특수 약액을 높은 압력으로 틈새에 주입하여 방수벽을 형성하는 작업입니다.
[5] 단차 굴착: 쌍굴 터널 공사 시 두 작업면을 나란히 파지 않고 한쪽 터널을 일정 거리(약 200m) 먼저 파고 나가 전방 지질 위험을 사전에 확인하며 시공하는 방식입니다.

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