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2-1 터널구간 교통용량 확보방안 검토 설 계 처-3990

(2009. 7. 29)

Ⅰ 검토목적

◦ 노선계획시 지형여건 등의 사유로 산악지 구간의 터널 계획 불가피

※ 최근 3개년(2006~2008년) 터널 설계현황 (단위:%)

구 분	평균	담양-성산	울산-포항	충주-제천	춘천-양양	동해-삼척
터널비율*	38.3	13.2	40.0	47.8	60.8	29.7

* 터널비율 = 터널길이/노선길이

◦ 터널구간은 기하구조 및 심리적 요인 등으로 주행속도가 저하되는 것으로 판단

◦ 속도저하의 원인분석을 통하여 터널구간 교통용량 확보를 위한 분석절차 및 설계기준 등 최적의 설계방안을 검토코자함

Ⅱ 관련기준

□ 대부분의 나라에서 미국의 HCM을 근간으로 자기 나라의 특성을 반영한 용량 및 보정계수 값들을 수정하여 사용

◦ 우리나라의 경우 미국 도로용량편람을 근간으로, 국내 특성을 반영한 용량 및 보정계수 값을 수정하여 사용

□ 국내․외 모든 나라에서 터널구간에 대한 별도 기준 없음

※ 국내외 교통용량 분석기준 【대한교통학회지】

구 분	우리나라 [도로용량편람]	미 국 [HCM]	일 본 [도로의 교통용량]
분석대상	3개구간 ◦기본구간 ◦엇갈림구간 ◦연결로접속부 ※터널구간 규정없음	3개구간 ◦Basic Segment ◦Weave Segment ◦On/Off Ramp ※터널구간 규정없음	3개구간 ◦단로부 ◦엇갈림부 ◦램프부 ※터널구간 규정없음
이상조건	설계속도 100㎞/h 이상	설계속도 97㎞/h 이상	-
교통용량 (pcphpl*)	2,200	2,200	2,200

* pcphpl : 최대 1시간 환산교통량 (Passenger car per hour per lane)

☞ 터널구간에 대한 분석절차 및 기준 마련 필요

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Ⅲ 현황 및 문제점

1. 터널구간에서 주행속도가 감소되고 용량저하 발생

◦ 2008년도 지․정체 발생 17개구간중 터널구간 6개소 포함(35%)

◦ 터널의 존재로 인한 속도감소 정도는 단순한 오르막구배 구간보다 더 큰 것으로 분석 【고속도로 지정체구간 개선방안 연구, 도로연구소】

※ 터널유무에 따른 영향 정도

구 분	종단 경사	오르막구간 길이	입구부 선 형	길어깨폭	속도차 (터널입구부-오르막시점부)
영동터널(터널 有)	3%	1,400m	직선	3.4m	15.4㎞/h
중부선(터널 無)	3%	1,400m	직선	2.7m	8.7㎞/h

☞ 터널구간은 고속도로 기본구간中교통용량 취약구간으로 별도의 용량분석 필요

2. 터널구간에 대한 별도의 교통 분석기준 없음

◦ 교통분석 기준 및 절차가 없어 대부분 터널구간 용량분석 미실시

◦ 미국 등 국외기준도 없는 실정

☞ 터널구간 교통분석 절차 및 기준 마련 필요

3. 터널구간 사고발생 다소 높음

◦ 직선구간의 경우 ㎞당 사고발생율이 가장 적음

◦ 곡선구간

- 곡선반경이 작은(500m미만) 경우 사고발생율이 높음 (직선구간의 약 3.5배)

※ 최근 5년간(2003~2007년) 교통량별 사고발생 현황 (단위:개소)

구 분 계 1만대이하 1~3만대 3~5만대 5~10만 10만이상

계 140 6 68 33 19 14

직선구간

개소 111 4 54 27 15 11

개소/㎞ 0.34 0.01 0.17 0.08 0.05 0.03

R〈

500m

개소 8 1 5 2 0 0

개소/㎞ 1.18 0.15 0.74 0.29 0.00 0.00

R ≥

500m

개소 21 1 9 4 4 3

개소/㎞ 0.95 0.05 0.41 0.18 0.18 0.14

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Ⅳ 자료조사 및 설계자문 결과

1. 연구자료 분석

□ 주요영향인자【터널부 교통류 특성 및 용량산정에 관한 연구 외 7편】

□ 대부분 연구자료들의 조사대상 자료가 적어 검증없이 적용은 곤란하나, 연구자료에 언급된 영향인자의 영향여부에 대한 자료조사 및 분석은 필요

☞ 터널별 주행속도 등 정량적 조사 및 운전자의 정성적인 요인을 고려 설문조사 병행 시행 필요

2. 설문조사

가. 조사개요

구 분 1차 2차 3차

조사일시 2009. 4. 14(화) 2009. 4. 17(금) 2009. 4. 14~4.17

조사장소 충주S/A(상,하) 용인S/A(상,하),만남의 광장 설계사

조사대상 일반이용객 실시설계 참여자

회수/조사 300/350부 375/400부

나. 조사결과

□ 많은 운전자가 터널진입전 감속을 하는 것으로 조사

※ 직업별 감속여부

구 분	관리․사무직	자영․서비스업	운수업	전문가
감속여부	70.4% (69/98)	62.8% (83/132)	47.3% (26/55)	45.3% (170/375)

☞ 터널 조사자료와 동일하게 터널진입전에 감속을 하며, 중요도- 만족도 조사결과, 터널내 길어깨폭에 대한 개선이 필요한 것으로 나타남

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3. 현장조사

가. 조사개요

구 분 1차 2차 3차

조사일시 2009. 2.5(목) 2009. 3. 26(목) 2009. 6.30(화)

대상터널 51개 9개 34개

조사자료 년 1일 년 1일 계절별 1일

조사지점 터널전방, 터널입구직전 입구직전, 출구직후 터널전방, 입구직전, 출구직후

조사내용

◦터널연장, 종단경사 등 터널 전후 기하구조 조건

◦15분 단위의 차로별 24시간교통량 및 주행속도 (VDS 활용)

나. 조사결과

□ VDS자료가 확보된 34개터널中

21개소(61.7%)에서 주행속도가

감소

- 최소 0㎞/h ~ 최대16㎞/h 감소

터널전방 터널직전

118

속도

(㎞/h)

평균 5㎞/h(4.2%) 감소

113

☞ 터널구간 주행속도 및 용량 감소는 기하구조 등의 여러 영향인자들이 복합적으로 작용함에 따라 다중회귀분석을 이용한 수치해석 등 시행 필요

4. 수치해석

가. 해석절차

터널별 교통조사

-주행속도

-교통량(15분단위)

․주간시간(7~19시)

 

변수 정의

-설명변수

:터널기하구조

-종속변수:속도차

 

설명변수 선정

-터널연장, 종단경사,

곡선반경, 길어깨폭,

조도 등 7개변수

 

설명변수별 군집분류

-기하구조 특성별

군집화

(grouping)

 

군집별 회귀분석

-기하구조 분류

군집별(group)

회귀분석

 

변수적합도판정

-R2값 : 0.6이상

-T검정:절대치2유사

 

-F검정:0.05이하

 

주요영향인자설정

-선정된 인자별

출연빈도 고려

주요 인자 축출

 

다중회귀분석   

-선정된 인자의

상관관계 규명

등 다중회귀 분석

 

 

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나. 수치해석 결과

다중회귀분석 결과 R2값이 0.98로서 통계적으로 유의한 것으로 분석

【교통량차(터널전방, 출구직후)에 대한 다중회귀분석 모형식】

19.69 -0.007TC(곡선반경) -0.0019TL(터널길이) +12.547BB(터널전 길어깨폭원)

-0.2163BI(터널내 길어깨폭원) -8.7749SI(터널내 종단경사)

-6.4195SB(터널전 종단경사) -6.0307ES(터널보임여부) -0.0004CL(오르막구간길이)

Ⅴ 설계자문

1. 자문개요

□ 일 시 : 2009. 6. 16. ~ 6. 27.

□ 위 원 : 한국도로교통협회 유경수 기술이사 등 7명

2. 주요 내용 및 조치내용

□ 회귀모형식 정밀도 및 신뢰도 향상 필요

◦ 터널의 종방향 거리별로 속도변화 Profile을 작성 특성분석을 통하여 정확한 모형식 생성 및 통계모형 특성상 에러범위가 존재하므로 추가 검토 필요

☞ 고속도로 교통관리시스템의 OASIS 자료를 활용하여 모형식에

대한 추가 분석 및 도로교통연구원 추가 검토 시행

□ 우측길어깨와 동일하게 좌측 길어깨폭도 확폭

◦ 길어깨가 넓은 주행차로보다 추월차로로 주행시 심리적 암박감이 크고, 도로의 연속성을 확보하기 위해 좌측길어깨도 확폭

□ 터널길이에 무관하게 2차로터널 우측길어깨폭 확폭

◦ 터널연장과 무관하게 모든 편도2차로 터널 또는 장대터널에서 비상차량 통행 및 비상주차 기능 확보(2.7m이상)를 위해 확폭

□ 터널진입전 선형조정을 통한 블랙홀 현상 예방 필요

◦ 블랙홀현상이 발생되는 터널진입직전 및 진입후 심리적 압박감이 최소화 될 수 있도록 클로소이드 및 직선→곡선 선형은 가급적 억제

80

3. 검토방향

□ 연구자료 분석, 현장조사 및 설문조사, 설계자문결과를 반영,

터널구간 교통용량 분석절차 마련

터널내 길어깨 폭원 확폭 검토

터널 선형설계시 유의사항 검토를 추진코자함

Ⅵ 터널구간 교통용량확보 방안

1. 터널구간 교통용량 분석절차 마련

가. 분석절차

※ 서비스교통량 : 해당 서비스수준이 유지될 수 있는 수준에서 해당 도로를 통과할 수

있는 첨두 시간 환산교통량

※ 수요교통량 : 목표 연도에 해당 도로를 통과하리라 예상되는 첨두 설계시간 교통량

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나. 회귀분석 모형식

교통량차 = 19.69 - 0.007TC - 0.0019TL + 12.547BB - 0.2163BI - 8.7749SI

- 6.4195SB - 6.0307ES - 0.0004CL

◦ TC : 터널 곡선반경(m) ◦ TL : 터널길이(m)

◦ CL : 터널전 오르막구간 길이(m) ◦ SB : 터널전 종단경사(%)

◦ BB : 터널전 길어깨폭원(m) ◦ BI : 터널내 길어깨폭원(m)

◦ SI : 터널내 종단경사(%) ◦ ES : 출구보임여부(보임-0,안보임-1)

2. 터널구간 선형설계 방안

가. 짧은 터널구간 길어깨 확폭

□ 설계기준

◦ 터널갱문 접속방안 검토(설계처1112호, 2008. 4.22)

- 터널 입구부 도로폭원 축소에 따른 터널 갱문 충돌사고 예방 및 미관을 고려한 터널갱문 접속방안 수립

․터널갱문 확폭 : 1/30비율, 20m구간(공사비 2.4억 증액)

□ 현황 및 문제점

◦ 터널 본선 및 토공부 횡단폭원 차이 발생

- 2차로터널 우측길어깨 2.5m(순폭2.3m), 좌측길어깨 1.0m(순폭0.8m) 적용中

(3차로 이상 터널 : 좌․우측 길어깨 모두 1.0m 적용)

82

◦ 터널연장이 짧은 경우(L=300m미만) 길어깨폭 변화가 잦아 주행차량 혼선 우려

토공구간 확폭구간 터널구간 접속구간 토공구간

3m 2.5m 3m

20m 15m

- L=300m(V=100㎞/h)인 터널의 경우 주행시간(11초)에 비해 폭원변

화 잦음

- 2차로인 경우 횡단폭원 협소로 운전자의 심리적 압박감 가중

․설문조사 결과, 터널진입전에 운전자의 56.5% 주행속도 감속

□ 개선방안

연장이 짧은 터널(2차로) 좌․우측 길어깨폭 확폭(1.0→1.5m, 2.5→3.0m)

◦ 대상터널은 300m 이하 길이의 터널에 적용

◦ 길어깨 확폭시 공사비 증가는 미미

구 분

1안

(좌, 우측 길어깨 0.7m총 1.4m확폭)

2안

(우측 길어깨 0.7m 확폭)

개요도

길어깨폭

(순폭)

좌측:1.5m(1.5m), 우측:3.0m(3.0m) 좌측:1.0m(0.8m), 우측:3.0m(3.0m)공사비증액 80만원/m(5.7%) 55만원/m(3.9%)

- 300m 확폭시 개소당 2.4억원(일방향) 증가

※ 갱문 확폭에 의한 증액공사비(일방향 개소당 2.4억원)와 동일

83

◦ 죄측길어깨도 단변변황에 따른 심리적 영향을 최소화하고, 터널갱문 확폭시 시공성을 고려하여 토공부와 동일하게 확폭

◦ 3차로 이상의 터널의 경우

- 횡단폭원이 넓어 심리적 암박감이 적고,

- 다차로구간으로 긴급상황시 주행차로와 비상차로 확보가 가능하며,

- 확폭시 공사비 증가가 과다(15.8~17.1%)하므로 현 규정과 동일한 폭원을 적용함이 바람직

나. 평면선형 - 직선 또는 큰 평면곡선반경 설치

□ 곡선반경이 큰 경우 사고발생율이 작음 : R=1.800m이상시 거의 없음

※ 곡선반경별 터널 사고발생 현황【2000~2007년, 교통처】

구 분	R〈1,000m	1,000m≤R〈1,800m	R≥1,800m
12개지점	4개지점 (34%)	7개지점 (58%)	1개지점 (8%)

☞ 터널구간 평면선형은 가급적 직선 또는 1,800m이상으로 설계

◦ 부득이한 경우 터널 전후 지형여건, 지장물 등을 고려 가급적 큰 곡선반경 적용

◦ 블랙홀현상이 발생되는 터널진입직전 및 진입후 심리적 압박감이 최소화 될 수 있도록 가급적 완화곡선 및 직선→곡선 선형은 사용 자재

Ⅶ 검토결론

□ 주행속도 저하 등 교통용량측면에서 취약구간인 고속도로 본선 터널구간 교통용량 확보를 위해,

◦ 최적노선 선정전에 최적노선대의 터널구간 교통분석을 통하여 종단경사 등 설계요소를 고려하여 교통용량 확보여부를 검토토록 하고,

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◦ 터널구간 선형 설계시에는

- 평면선형은 가급적 직선 또는 큰 곡선반경(R=1,800m 이상)을사용하고,

- 터널길이가 300m 이하인 짧은 터널의 좌․우측 길어깨폭원은 양측으로 0.7m씩 확폭하여 토공부와 동일(3.0m, 1.5m)하게 적용

□ 협조사항 (도로교통연구원)

◦ 터널전방, 터널 입구직전, 터널출구 직전에서의 교통량차에 대하여현재 공용중인 터널 대상 자료조사 및 회귀모형식 개발

- 도로교통연구원 연구완료시까지 본 방침 모형식 잠정 적용

□ 적용방안

◦ 설계중인 노선부터 본 방침적용