미요대교 - 미셸 버로쥬(Michel Virlogeux)와 노먼 포스터(Norman Foster)가 설계

[soomountain]

미요대교

미요대교는 프랑스 남부 지역의 타른강의 계곡들을 연결하는 다경간 사장교로서 차량용 다리 중에서는 세계에서 가장 높은 다리다.

외국어 표기 : Viaduc de Millau(프랑스어)

건립 시기 : 2001년~2004년

주요 설계 : 미셸 버로쥬(Michel Virlogeux), 노먼 포스터(Norman Foster)

주요 시공 : 에파주 그룹(Eiffage Group)

다리 용도 : 도로교

다리 형식 : 다경간 사장교

다리 크기 : 길이 2,460m, 교폭 32m(4차선), 교각 높이(주탑 포함) 170~330m

다리 주재료 : 강재, 콘크리트

목차

1. 다리의 정의

2. 다리의 건설 배경

3. 다리의 특징

4. 다리의 시공

1) 기초

2) 교각

3) 교대

4) 상판

5) 주탑

6) 케이블

7) 시공상의 어려움

5. 문화 예술 속의 다리

세계에서 가장 높은 다리라는 명성을 지닌 미요대교는 교각 아래가 안개로 뒤덮일 때 마치 하늘에 떠 있는 듯한 모습이어서 많은 관광객들이 찾는 명소다.

1. 다리의 정의

프랑스 남부 미디 피레네(Midi-Pyrénées) 지역의 타른(Tarn)강에 위치한, 아베롱 주 (Département de l'Aveyron) 미요 지구의 계곡들을 지나는 다경간 사장교다. 1987년부터 철저한 사전 조사 작업을 진행해 본격적인 건설 공사는 2001년 10월에 시작되었으며 2004년 12월에 완공됐다.

사장교 형식의 이 고가 다리는 총 길이 2,460m, 폭 32m, 중간 경간 342m, 평균 높이 270m, 최고 높이 343m다. 교각 아래가 안개로 뒤덮일 때는 마치 다리가 하늘 위에 떠 있는 것 같은 장관을 연출한다. 계곡 사이를 가로지르는 미요대교를 감상하기 위해 해마다 많은 관광객들이 찾고 있다. 미요대교는 영국의 건축가 노먼 포스터(Norman Foster)와 프랑스 교량 전문 건축가 미셸 버로쥬(Michel Virlogeux)가 설계를 맡아 더 유명세를 얻었다.

2. 다리의 건설 배경

프랑스와 스페인을 연결하는 A75 자동차 전용 도로의 일부인 미요대교는 클레르몽페랑(Clermont-Ferrand)과 베지에(Beziers)를 연결한다. 미요 지역의 넓고 깊은 타른 계곡을 횡단하는 것이 A75 자동차 전용 도로의 완공에 있어 가장 큰 과제였고, 그 결과물이 바로 미요대교다.

초기의 도로 선형들은 1987년 지중해연구센터(CETE Mediteranne)가 제안했다. 첫 번째 선행은 타른 계곡과 두르비(Dourbie) 계곡을 횡단하기 위해서 평원과 평원을 연결하는 2개의 현수교로 미요의 동쪽을 관통하는 것이었지만, 미요 시와의 연계가 불가능하다는 이유로 이 선형은 더 이상 고려되지 않았다.

다른 선형은 기존 도로인 RN9가 통과하는 남쪽 지역에서 라르작(Larzac) 평원으로 올라가 타른 계곡의 깊은 곳에 위치한 미요 시의 경계를 통과하는 것으로 적은 공사비가 들 것으로 예상돼 유리하다고 판단됐지만, 경사가 길고 가파른 터라 통행량이 증가할 때의 안전이 심각한 단점이었다. 마지막 선형은 고전적인 형태의 사장교로 미요의 서쪽 타른강을 횡단해 기존의 함몰 지역을 이용해 라르작 평원을 오르는 것이었다. 이 함몰 지역은 평원으로부터 흐르는 지하수에 의해 침식된 단단한 석회암층이 붕괴해 생성된 것이었고, A75 자동차 전용 도로가 연약 점토로 된 불안정한 층에 시공될 수도 있었으므로 사실상 이 선형의 선택은 불가능했다.

간단하면서도 만족스러운 선형은 기존의 RN9를 따라서 만드는 것이었지만, 도시 내부로 A75 자동차 전용 도로가 통과하는 것을 거부한 지방 당국들과 특색이 없는 선형으로 인해 대다수의 기술자들이 반대했다. 이에 따라 라르작 평원의 매우 가파른 기복을 우회하기 위해서 서쪽으로 멀리 떨어진 새로운 선형이 제안되었지만 약 5km 정도 도로가 연장되고, 몇 가지 지질 공학적 난관을 피할 수 없으며, 관련 마을 주민이 반대하는 등의 새로운 문제점들이 발생되었다.

난관에 봉착한 시점에서 미요 서쪽으로 통과하는 선형의 가능성 여부를 검토할 것을 요청받았고, 1989년 5월에 라르작 평원에서 시작되는 하나의 선형을 만들어낼 수 있었다. 그 선형은 인접한 골짜기를 따라 북쪽과 코스 루주(Causse Rouge)로부터 내려와 사장교로 타른강을 횡단하면서, 인터체인지와 지방도를 연결할 수 있는 좌측 제방에 위치한 프랑스 평원에 이르는 것이었다. 여기에서 서쪽 계곡의 대부분을 차지하는 절벽의 상단부에 도달해 2개의 평행 터널로 단단한 석회암층을 관통하도록 하는 2개의 구조물로 된 곡선 고가교가 고려되었다.

이러한 좋은 선형이 도출되자마자, 높은 고가교로 북쪽에서 남쪽으로 계곡을 바로 통과하는 것이 가장 간단한 해법이란 것을 깨닫게 되었다. 타당한 방안으로 약 800m의 경간장을 갖는 장대 현수교나 사장교로 타른 계곡의 깊은 부분과 강을 횡단하는 것이 검토되었으나 높은 교각들이 현장 여건과 맞지 않아 다른 방법을 찾아야 했다. 이후 여러 대안을 검토하여 최종적으로 경간장 300m 정도의 7개의 주 경간을 갖는 다경간 사장교를 채택하게 되었다.

건설 위치가 계곡이기 때문에 지형의 높낮이에 따라 교각의 길이도 다르다. 가운데 위치한 교각이 미요대교 교각들 중 가장 길이가 긴 교각이다.

3. 다리의 특징

전체적인 형상은 상판이 바늘귀를 통과하는 실의 모습으로, 높이가 80~240m로 변화하는 7개의 콘크리트 교각은 1주로 시작해 강상판 아래 90m에서 V자로 분리되어 2주로 상승하고, 주탑은 높이 90m 강주탑으로 역V자 형상을 하고 있다. 이러한 요소들이 조합돼 바늘의 모습을 나타내게 된다. 교각 하단은 다이아몬드 형상(25m*17m)이고, 교각 상단은 사각형 형상(11m*15.5m)으로 시공 중 거푸집의 변화가 지속적으로 발생되는 단면이다.

또한, 말뚝 기초 중에서 가장 큰 것은 대략 2,500m3의 콘크리트가 필요해 타설에만 2일 정도가 소요되는 대규모 구조물이다. 상부 구조를 지지하는 케이블은 멀티 스트랜드(Multi Strand)로 구성되어 있으며, 강연선의 제원은 지름 15.7mm(피복 포함, 18.9mm)이고, 강도1,860MPa가 사용되었다.

4. 다리의 시공

1) 기초

지질적인 측면에서 기초는 2종류의 암반, 석회암과 퇴적암에 지지되었다. 각 교각의 기초 슬래브는 직경 4.5~5m, 길이 9~16m의 4개의 기초 말뚝 위에 놓였다. 교각 구체의 경우 가운데 부분은 코끼리 발처럼 형성하도록 저면부에서 확대되어졌다. 교각의 기초 슬래브는 두께가 3~5m 사이에서 변화하며 1,100~2,100m3의 콘크리트가 타설되는데, 가장 큰 슬래브의 타설에는 30시간이 소요되었다.

2) 교각

각 교각의 형상들은 실질적으로는 거의 느낄 수 없는 정도이지만, 매 타설 단계별로 경사면과 각도가 연속적으로 변화하므로 거푸집 설치가 지속적으로 변화되어야 했다. 외부 거푸집은 셀프-클라이밍(Self-Climbing) 방식이며 내부는 크레인에 의해 설치되는 방식이었다. 각 타설 단계의 높이는 4m다. 내부 거푸집은 크레인에 의해 인양되는 고전적인 방식으로 설계되었는데, 사실 교각의 높이를 따라 매 30m마다 중간 슬래브를 설치해야 하므로 보다 경제적인 방안인 셀프-클라이밍 사용이 불가능했다.

총 7개의 거푸집 시스템이 현장에서 설치되었으며, GPS에 의한 고도 측정을 통해 X, Y 양방향에서 5mm의 정밀도로 관리했다. 한 번에 타설된 콘크리트 양 중 가장 많은 경우는 322m3였으며, 12시간 연속으로 타설되었다. 교각의 상부 부분은 콘크리트 타설 속도가 15~25m3/hr였다. 각 타설 단계별 소요 시간은 일체 구간에서 3일, 2분할된 부분에서 3~4일이었다. 철근 조립은 지상에서 선 조립한 뒤 크레인으로 들어 올려 정해진 위치에 놓았다.

미요대교의 교각은 에파주(Eiffage) 그룹이 애초에 선택한 것과는 다른 시공 방법으로 설계되었기 때문에 철근 시스템과 교각 상단에서 작용되는 하중 분배에 대한 설계가 특히 복잡했다. 더구나 당초 설계에서는 2분할 구간의 상단에 트리머(Trimmer)를 설치하도록 되어 있었으나 후에 미관상의 이유로 설계에서 배제되었으므로, 상판 압출을 위해 필요한 장비를 설치하는 데 특히 세심할 필요가 있었다. 이러한 이유로 분할된 부위의 상단부 17.85m 구간은 지점부 설치와 교각을 연결하는 강선 배치들을 고려해 충실 단면으로 계획되었다.

콘크리트로 만들어진 미요대교의 교각 중 한 번에 타설된 콘크리트 양이 가장 많은 경우는 322m3였으며, 12시간 연속으로 타설되었다.

3) 교대

13m 폭의 중공식 교대는 상부 구조보다도 더 좁은 형상이 된다. 횡 방향 캔틸레버를 사용해 상판의 형상과 부합되도록 하고, 자연 지반과 만나는 곳까지 연장해 계획했다. 교대 중 2개는 높이와 길이 때문에 여러 단계에 걸쳐 콘크리트를 타설했다. 계획된 통행료 징수소에 가장 가까운 교대는 교량 운영에 필요한 장비 및 서비스를 수용하도록 계획되었다.

4) 상판

상판은 주경간 대부분이 두께 12~14mm의 바닥판 두께를 갖는 최대 형고 4.2m의 사다리꼴 모양의 강재 박스 거더 형상으로 구성되어 있다. 피로 저항을 위해 차선 구간 바닥판 두께는 14mm가 적용되었고 주탑부에서는 두께를 증가시켰다. 7mm 두께의 사다리꼴 형상의 보강재로 바닥판 종 방향을 보강하고 이 보강재는 600mm 간격으로 다이어프램을 관통한다.

박스 거더 특면의 경사 플레이트는 대부분이 12mm 두께의 철판으로 구성되었고 주탑 주위는 14~16mm이며 6mm 두께의 사다리꼴 보강재를 정정 간격으로 배치했다. 박스 거더의 하부 플랜지는 25~80mm 두께의 철판으로 구성되어 있으며 3개의 14mm 또는 16mm의 사다리꼴 보강재로 강성을 확보했다. 20~40mm 두께로 4m 이격된 2개의 수직 웨브가 전 구간에 배치되었는데 이는 상판의 압출 작업 동안 집중되는 가교각의 반력을 분산하기 위함이다.

이들 웨브의 하단 측으로는 2개의 종 방향 사다리꼴 보강재로 보강했다. 상판의 횡 방향 보강은 4.17m 간격의 격자 다이어프램으로 이루어진다. 주탑은 상판에 설치되는데 종 방향으로 중앙 박스 거더의 웨브와 주탑 벽체를 연속화하고, 횡 방향으로 강성은 각 교각 기둥 위의 교좌 장치들 위에 놓이는 프레임에 의해 확보된다.

5) 주탑

강재 주탑은 에펠(Eiffel)의 자회사 공장에서 제작되었다. 각 주탑의 구성 요소들은 공장에서 제작된 뒤 12m 이하의 길이로 현장으로 육상 운반되었다. 압출에 이용된 2개의 주탑의 시공 방법과 압출 후 설치되는 나머지 주탑들과의 시공 방법이 서로 달랐는데, 전자 같은 경우는 지상에서 먼저 조립한 뒤 850t급 크레인을 이용해 상판 위에 설치하고, 주탑 상단부 17m 길이의 캡 부위들은 상판의 압출 완료 및 폐합 후에 설치되었다.

남측과 북측의 상판이 연결된 이후, 650t 중량의 나머지 5개의 주탑들은 교대 후방에서 지조립을 시행해 수송 차량으로 각 교각 위치로 운반한 뒤 두 개의 강재 격자 탑(Lattice Tower)에 의해 최종적으로 설치되었다. 이후 사장재의 설치와 장력 도입의 작업이 남게 되었는데, 이때 압출 시에 사용되었던 가교각, 트리머, 압출용 레일 등은 해체되었다.

6) 케이블

각각의 스팬을 지지하는 11쌍의 케이블은 반 부채꼴의 형상으로 단일 면에 늘어서 있다. 이 케이블은 12.51m의 규칙적인 곡률 간격으로 구조물의 중앙 축을 따라 고정된다. 케이블은 1,860MPa의 강도를 갖는 슈퍼 아연 도금으로 피복된 T15로 이루어져 있다. 각각의 케이블은 전체가 비주입 고밀도 폴리에틸렌(PEHD)로 만들어진 공기 역학적 피복에 의해 보호된다. 이것은 자외선에 대해 장벽 역할을 하고 비바람 등의 효과로 인한 진동에 대처하기 위해 표면은 불연속적인 나선의 형태를 갖는다. 케이블 앵커는 데크 단부와 교각에 고정된다.

7) 시공상의 어려움

가장 큰 어려움은 39개월이란 놀랍도록 짧은 시공 기간 자체였다. 선정된 다경간 사장교 구조 형식에 관한 기준이 전혀 없고 제안된 시공 방법에 관한 기술은 이전에 시도된 적이 없었다는 절대적인 난점도 지니고 있었다. 또한 지간이 길어 온도 변형, 장기 변형에 의한 2차 부정 정력이 과다하게 발생할 뿐 아니라 이로 인해 1m 정도의 이동량이 요구되는 구조적인 난점이 발생되었다. 그리고 상당히 높은 교량이므로 공기 역학적 안정성의 확보가 어렵고, 운전자의 공포감 해소를 위한 방호벽의 적합성 등이 주요한 난점으로 나타났다.

먼저 부족한 공기를 맞추기 위해 교각마다 독립된 현장으로 간주하고 모든 교각을 최상 경로(Critical Path)로 각자의 장비를 쓰도록 시공 계획을 추진했고, 상판과 주탑은 강재를 이용해 부위별로 제작 후 소정의 위치에 조립하는 방법으로 공기 단축을 도모했다.

구조적인 문제점을 해결함과 동시에 미관을 아름답게 하기 위해 1주에서 V자형으로 분리된 2주 교각을 채택해 유연도를 확보함으로써 2차 부정 정력을 제어했다. 높은 교각으로 인한 공기 역학적 안정성을 확보하기 위해 사다리꼴 리브를 갖는 강화된 직교 이방성 폐합 박스 단면으로 설계가 되었다.

또한 차량의 추락을 방지하면서도 운전자가 경관을 즐길 수 있도록 투명하고 충분한 강성도를 지닌 높이 3m의 다공질(풍하중 저감 대책) 방호벽을 설치하고, 직하 지면을 보고 놀랄 것에 대비해 길 어깨를 3m로 충분히 두어 안전 측면의 난점을 해결했다. 부가적이면서도 중요한 사항으로, 교각의 변단면을 시공하기 위해 새로운 등반 폼(Climbing Form)을 개발해 분리되는 교각 시공에 대처(4m 상승에 3일 소요)했다.

5. 문화 예술 속의 다리

영화 속의 미요대교

프랑스 남부 지중해로 통하는 길목에 있어서 휴가철이면 교통 체증에 시달리던 A75 고속 도로가 미요대교의 개통으로 인해 체증이 많이 해소되었다. 미요대교는 미스터 빈이라는 캐릭터로 유명한 로완 앳킨슨(Rowan Atkinson)이 출연한 영화 <미스터 빈의 홀리데이>에 잠시 모습을 비춘다. 이벤트에 당첨되어 유럽 여행을 떠나게 되면서 일어나는 에피소드를 로완 앳킨슨 특유의 코믹함으로 풀어낸 영화다.

미요대교