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영종-청라 연결도로(제3연륙교) 건설공사(1공구)

사업개요

  • 발주처 인천경제자유구역청
  • 클라이언트 한화건설
  • 발주방식 실시설계 기술제안입찰
  • 업무내용 입찰 설계, 실시 설계
  • 수행기간 2021.02~2022.08
개요
인천 제3연륙교는 총 연장이 4.68km의 6차로 도로로서, 인천광역시 영종국제도시와 청라국제도시를 연결하여 경제자유구역간(영종~청라) 상호 연계 및 지역 주민 교통 불편을 해소하기 위한 사업으로 2개의 공구로 발주되었다. 1공구는 전체 2.65km 중, 해상교량 2km를 포함하고 있으며, 당사는 1공구 주경간 교량의 설계를 담당하였다. 

사업구간은 해상교량이 전체 구간 중 75%를 차지하고 있다. 이는 해상을 통과하는 교량으로서의 랜드마크적인 성격을 갖고 있음과 동시에 대규모 단층파쇄대에 위치하는 해상교량 기초의 안정성 확보가 필수적이었다. 그 밖에, 차량통행과 보행 및 자전거 통행이 가능한 교량 횡단계획이 요구되었다.


구조적 특징
곡선 사장교 적용

해상교량 구간 중 고수심 구간으로 분류되는 1공구의 종점부는, 지반조사 및 비저항탐사 등의 정밀조사를 한 결과, 최대폭이 235m에 이르는 단층파쇄대가 존재하는 것을 확인하였다. 이 구간은 도로선형이 곡선인 구간으로 2공구 시점부와 접속되는 관계로 평명선형의 변경이 불가한 구간이었다. 따라서 이러한 단층파쇄대를 완전히 피해서 교량 기초를 설치하기 위해서는, 부득이하게 곡선교량이면서 동시에 주경간장이 280m에 달하는 교량계획이 필요하였다. 따라서, 도로기능과 구조안정성을 함께 만족할 수 있는 주경간장 280m의 곡선 사장교를 제안하였으며, 이는 국내 최장의 곡선 2주탑 사장교가 될 것이다.


보강거더 및 구조시스템 계획

특히, 사장교 케이블을 거더의 중앙에 설치한 1면 케이블을 적용하여 운전자의 개방감을 높이고자 하였기 때문에 거더의 계획이 매우 중요하였다. 따라서, 주경간교의 상부거더는 구조적으로 비틀림강성이 큰 유선형의 강상판 박스거더를 채택하게 되었고, 상부구조의 경량화를 통해 교량기초에 전달되는 하중을 최소화할 수 있도록 하였다. 또한, 보강거더의 주두부는 콘크리트 박스거더를 채택함으로써 강재의 박스거더와 콘크리트 박스거더가 연결되는 복합 하이브리드 구조방식이 적용되었다. 이러한 콘크리트 주두부는 콘크리트의 주탑과 강결구조로 연결시킴으로써 곡선 사장교 계획으로 인한 큰 비틀림 모멘트에 저항할 수 있게 하였다. 콘크리트 주두부와 강상판 박스거더의 연결은 강봉 및 강연선을 이용하여 응력분산 및 효율적인 보강이 가능하도록 계획하였다. 

주경간교 시공은 200톤의 데릭크레인을 이용한 균형캔틸레버 가설공법으로 계획하였고 캔틸레버 시공이 불가한 측경간은 해상크레인을 이용한 대블록 가설공법으로 계획하였다. 


곡선 사장교의 횡방향 불균형력 제어

평면선형이 곡선인 사장교 계획은, 주탑에 설치되는 케이블이 주탑 좌우에 비대칭으로 정착됨으로써 발생하는 불균형력을 피할 수 없게 된다. 따라서, 이러한 비대칭 정착으로 인한 불균형력을 감소시키기 위하여 주탑을 횡방향으로 경사지게 계획하였고 주탑부 케이블은 주탑에 편심을 주어 배치함으로써 주탑에 작용하는 횡방향 모멘트를 감소시킬 수 있도록 하였다. 한편, 케이블은, 케이블 긴장시에 소규모로 개별긴장이 가능하고 개별 스트랜드 교체가 가능한 PSS(Parallel Strand System 혹은 Multi Strand) cable이 적용되었다.