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메이코니시 대교

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목차

1. 개요

메이코니시 대교는 일본 나고야항에 건설된 사장교로, 총 길이는 758m이며 3경간 연속 강 사장교 형식이다. 1985년 1기선이 개통되었고, 1998년 2기선이 완공되었다. 독특한 구조와 시공 기술이 적용되었으며, 해상 조건과 지반 특성을 고려하여 설계되었다.

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메이코니시 대교 - [지명]에 관한 문서
지도 정보
교량 정보
교량 이름메이코니시 오하시 도로교
이미지 파일Meiko West Bridge 20160910A2.jpg
공식 명칭해당 사항 없음
통과 교통해당 사항 없음
건넘나고야항
위치나고야시
유지 관리해당 사항 없음
식별 번호해당 사항 없음
설계자해당 사항 없음
디자인반 팬 케이블-스테이 교 (cable-stayed bridge)와 연속적인 강철-박스 거더 데크 및 A-프레임 기둥
재료강철
경간각 3개
수중 교각각 2개
주 경간406 m (1985년 교량)
주 경간405 m (1997년 교량)
길이약 758 m (두 교량 모두)
폭해당 사항 없음
높이122 m (기둥)
하중해당 사항 없음
통과 높이해당 사항 없음
아래해당 사항 없음
교통량해당 사항 없음
시작해당 사항 없음
완공해당 사항 없음
개통1985년 (1번째)
개통1997년 (2번째)
폐쇄해당 사항 없음
통행료해당 사항 없음
위도해당 사항 없음
경도해당 사항 없음
일반 정보
노선명국도 제302호선(이세만안 도로)
관리자나카니혼 고속도로
형식사장교
소재강철

2. 구조

메이코니시 대교는 교량 길이 758m, 중앙 경간 405m의 강사장교이다. 구조가 다른 2대 교량과 다르게 상하선으로 분리되어 있으며, 일본도로공단(현 NEXCO 중일본) 자료에서 1985년에 개통된 상행선은 1기선, 1998년에 개통된 하행선은 2기선으로 불린다.[5] 1기선은 2기선 및 다른 2개의 교량에 비해 갓길이 좁은데, 이는 해당 노선이 신토메이・신메이신과 일체 운용되기 전의 도로 규격으로 설계 및 시공되었기 때문이다.

사장교는 비스듬한 케이블로 교량 상판을 지지하는 교량 형식으로, 거더교에 비해 경간을 길게 설정할 수 있는 장점이 있다. 메이코니시 대교 1기선은 준공 당시 세계 최장의 사장교였다.[5] 경간장이 405m로 결정된 이유는 선박 항해 조건으로 대략 340m의 길이를 필요로 했고, 이에 필요한 방호 시설의 폭을 더했기 때문이다.[5]

본 교량은 3경간 연속 사장교이며, A자형의 2개의 주탑과 그 양쪽 끝의 교각으로 구성된다. 키바카나오카 부두 측의 교각을 P-1, 동 주탑을 P-2, 킨조 부두 측 주탑을 P-3, 동 교각을 P-4로 기술한다.[5]

2. 1. 제원

메이코니시 대교는 교량 길이 758m, 중앙 경간 405m의 강사장교이다. 구조가 다른 2대 교량과 다르게 상하선으로 분리되어 있으며, 상행선(도요타・신토메이 방면)은 1985년 3월 20일에 잠정 2차선대면 통행으로 개통되었다[5]。 하행선(욧카이치・신메이신 방면)은 1998년 3월 30일에 개통되었다[5]。

일본도로공단(현 NEXCO 중일본) 자료에서는 상행선을 1기선, 하행선을 2기선으로 부른다[5]。 1기선은 2기선 및 다른 2개의 교량에 비해 갓길이 좁은데, 이는 해당 노선이 신토메이・신메이신과 일체로 운용되는 동서 간선으로 지정되기 전의 도로 규격으로 설계, 시공되었기 때문이다.

사장교는 비스듬하게 설치된 케이블로 교량 상판을 지지하는 교량 형식으로, 거더교에 비해 경간장을 길게 설정할 수 있는 장점이 있다. 메이코니시 대교 1기선은 경간장 405m로, 준공 당시 세계 최장의 사장교였다. 경간장 405m로 결정된 이유는 선박 항해 조건으로 대략 340m의 길이를 필요로 했고, 이에 필요한 방호 시설의 폭을 더했기 때문이다.

본 교량은 3경간 연속 사장교이며, A자형의 2개의 주탑과 그 양쪽 끝의 교각으로 구성된다. 키바카나오카 부두 측의 교각을 P-1, 동 주탑을 P-2, 킨조 부두 측 주탑을 P-3, 동 교각을 P-4로 기술한다.

메이코니시 대교의 제원은 다음과 같다.

항목내용
교량 길이758m[5]
지간 분할176.5m + 405m + 176.5m[5]
거더 하부 공간T.P+39.4m[5]
기초P-1, P-4: 현장 타설 철근 콘크리트 말뚝 P-2, P-3: 뉴매틱 케이슨[5]
형식3경간 연속 강 사장교[5]
주 거더편평 육각형 박스 거더[5]
케이블1기선: 평행 와이어 스트랜드 지름 5mm[5], 2기선: 세미 평행 와이어 스트랜드 지름 7mm[5]



1기선이 계획된 1970년대 후반, 멀티 케이블을 사용한 장대 사장교의 시공 사례는 일본 국내에는 없었고, 세계적으로도 드문 것이었다. 따라서 기술적으로 미지의 부분이 많아, 수많은 조사 연구를 거쳐 설계되었다. 또한, 나고야항에 가설된 이 다리는 계절풍이나 해풍의 영향을 받고, 수많은 선박이 횡단하므로 설계는 그 점을 고려했다.

2. 2. 하부공

지질 조사 결과, 지지층으로 적합한 도카이 층은 히가시 오하시 대교에서는 T.P-30 m 부근이었지만, 니시 오하시 대교에서는 T.P-150 m에서도 확인할 수 없었다.[1] 따라서 그보다 얕은 층을 지지층으로 하여 모래층이지만 강도적으로 안정적인 아쓰타 층 하부 모래층(홍적층)을 P-2, P-3, P-4의 지지층으로 했다.[1] 그 깊이는 T.P-45 m 부근이다. 1기선 시공 후 지층 구분 및 기호가 변경되어 니시오하시 대교의 지지층은 기존의 아쓰타 층에서 아이치·야토미 누층이 되었다.[2][3]

기초 형식은 해상부 교각의 P-2, P-3이 뉴매틱 케이슨, 육상부 교각의 P-1, P-4가 현장 타설 콘크리트 말뚝이다.[4] P-2, P-3에서는 뉴매틱 케이슨 기초 외에 강관 시트 파일 기초도 검토되었지만, 공사 비용이 저렴하다는 장점이 있더라도 대형 강관 시트 파일 기초의 설계 기법이 확립되지 않았고, 시공상의 문제점이 해소되지 않아 케이슨 방식이 채택되었다.[5]

P1, P4는 부두에 건설되기 때문에 자재 반입로의 걱정은 없지만, 해중의 P-2, P-3은 그렇지 않았다. 이를 위해 P-2는 서2구역(현·키바카나오카 부두)에서, P-3은 킨죠 부두에서 잔교를 설치하고, 이를 반입로로 했다.[6] 작업 발판은 재킷이라고 칭하는 강철 발판을 공장에서 조립한 후 플로팅 크레인으로 설치하는 방법을 사용했다. 이에 따라 해상 작업 기간을 대폭 단축했을 뿐 아니라,[6] 재킷 위에서 크레인 및 트럭을 활용할 수 있어 작업 효율을 높였다.[6]

뉴매틱 케이슨 때문에 사람이 케이슨 바닥에 들어가 굴착 작업을 하지만, 이를 위해서는 작업실에서 물을 제거하기 위해 고압의 공기를 보내야 한다. 그러나 굴착하여 깊이가 깊어질수록 다량의 수압을 받기 때문에 이에 대항하기 위해 더 고압의 공기를 보내야 하고, 그 결과 잠함병이 발생할 위험이 높아진다.[7] 하지만 시공의 용이성(지질, 지층의 변화에 대응할 수 있으며, 지지반을 직접 확인할 수 있다)과 비용 때문에 시공 사례가 많아 니시 오하시 대교도 예외는 아니다. 그러나 잠함병을 피하기 위한 다양한 수단이 강구되어, 케이슨 주변에 대심도의 우물을 파서 지하수를 양수함으로써, 보내는 공기의 압력을 낮춰 작업원의 안전에 배려함과 동시에 작업 효율을 높였다(딥 웰 공법).

1기선 계획 시점에서 장래 2기선이 근접 시공될 것은 고려되었지만, 당초에는 주거더의 2배 간격을 둔다는 전제에서 케이슨 기초 간격은 10 m로 계획되었다. 그러나 후년의 도로 규격 변경으로 2기선이 확폭된 관계에서 케이슨 기초 간격도 13 m로 확대되었고, 케이슨 기초도 1기선 대비 5 m 확대되었다. 기초 간격이 약 3 m 확대되었다고는 하지만, 13 m밖에 떨어져 있지 않은 곳에 케이슨 기초를 묻는 것으로 1기선에의 영향이 우려되었다. 특히 딥 웰 공법에 의해 지하수를 퍼올릴 때 지반이 변위하여 1기선의 기초가 기울어질 우려가 있었다. 잠함병 대책으로서 꼭 필요한 공법이지만, 이러한 위험을 감안하여 이 공법을 포기하는 대신 헬륨 혼합 가스를 작업원에게 호흡하게 함으로써 문제 해결을 도모했다. 이에 따라 해면 하 40 m 이하의 높은 기압 속에서의 작업을 가능하게 했다. 다만, 땅을 파는 작업은 세계 최초의 무인 굴착 시스템에 의한 통상 기압 하에서 작업원이 원격 조작으로 파워 셔블을 조작하고, 헬륨 혼합 가스의 흡입은 기기의 유지보수 및 점검 시에 한정하여 사용했다.

기초와 주탑을 연결하기 위한 앵커 블록을 설치한 후 콘크리트를 타설하지만, 대중량으로 높이 120 m를 넘는 주탑을 콘크리트 위에서 안정적으로 지지하고 밀착하기 위해서는 고정밀도의 평탄성이 요구된다. 이를 위해 연마기를 사용하여 앵커 볼트 주변부의 콘크리트를 연마했다.

2. 3. 주탑 및 교각

메이코니시 대교는 3경간 연속 사장교로, A자형 주탑 2개(P-2, P-3)와 양쪽 끝에 V자형 교각 2개(P-1, P-4)로 구성된다.

주탑은 독립된 두 개의 교량이 나란히 근접해 있어, 지간장(405m)에 비해 폭이 좁은 슬렌더한 외관을 가진다.[1] 지지층이 모래층으로 연약 지반이기 때문에, 세토 대교와 같은 문형이 아닌, 무게 경감을 위해 A형으로 설계되어 하부 공사의 부담을 줄였다.[1] 주탑의 높이는 122m(T.P 기준 127m)로, 메이코 중앙대교와 메이코 동대교보다 낮다.[2]

주탑 가설은 기초 블록을 앵커 블록에 볼트로 접합하고, 그 위에 A형으로 조립된 대형 블록을 3000t급 플로팅 크레인으로 들어 올려 나고야 항으로 운반하여 하부 공사와 접합하는 방식으로 진행되었다.[3]

주탑 도색은 원래 흰색으로 계획되었으나, 운수성(현 국토교통성)이 항공법에 따라 도쿄 타워와 같은 황적색과 흰색 줄무늬(주간 장애 표지)를 요구했다.[4] 그러나 1980년 항공 시행 규칙 개정으로 고광도 항공 표지등을 설치하면 황적색과 흰색 도색 대상에서 제외되어, 최종적으로 적색 계열의 농색이 채택되었다.[5] 1기선에는 염분 부착 방지 및 장기적인 방식 효과를 위해 염화 고무 계열 도료를 사용했다.[5]

P-1, P-4 교각은 철근 콘크리트 중공 벽식 구조로, V자형 외관이 특징이다.[6] 이는 주탑의 A형과 역대칭을 이루는 디자인이며, 연약 지반에서의 무게 경감을 위해 중공 단면으로 설계되었다.[6]

2. 4. 주형

메이코니시 대교의 주형은 교량 상판을 의미하며, 다음과 같은 특징적인 설계를 가지고 있다.

사장교는 비스듬하게 설치된 케이블로 교량 상판을 지지하는 교량 형식으로, 거더교에 비해 경간(다리 기둥 사이의 거리)을 길게 할 수 있는 장점이 있다. 메이코니시 대교 1기선(상행선)은 경간장이 405m로, 준공 당시 세계에서 가장 긴 사장교였다.[5]

주형의 높이는 대형 선박의 통과에 지장이 없도록 결정되었다. 도마코마이 서항과 나고야항을 잇는 카 페리 "이시카리" (마스트 높이 36m)를 기준으로 여유 높이 2m를 더하여 주형 하부 공간을 38m로 결정했다.[5]

나고야항에 건설된 메이코니시 대교는 해풍의 영향을 고려하여 주형 단면 형상을 설계했다. 풍동 실험을 통해 바람에 의한 저항을 줄이기 위해 얇은 변형 육각형 다실 상자형을 채택했다. 이는 케이블의 정착성도 좋게 하는 설계였다. 주형의 외복판에 정착 강관을 직접 끼워 용접하고 페어링을 씌워 외관을 깔끔하게 만들었다.[5]

1기선(상행선)과 2기선(하행선)의 주형은 폭과 도로 규격에서 차이가 있다. 1기선은 도로 구조 규격 제2종 제1급으로 설계되어 폭이 16m(페어링 포함)이지만, 2기선은 제1종 제2급으로 설계되어 19.4m로 1기선보다 3.4m 넓다. 1기선도 2기선과 함께 사용하기 위해 규격을 변경하고 난간을 교체하여 도로 폭을 넓혔다.[5]

1기선(확폭 후)과 2기선의 주형 비교도. 단면은 얇은 변형 육각형의 상자형이지만, 2기선은 2%의 기울기가 있으므로, 단면 형상이 좌우로 현저하게 다르다. 또한, 2기선은 1기선 대비 좌우로 3.4m 확대되었다.


1기선과 2기선의 주형 간격은 주형 중심선 기준으로 50m이다. 이는 바람에 의한 간섭 영향을 줄이기 위한 거리이다.[5]

1기선의 난간에는 항공기 플랩과 유사한 억류판이 설치되어 해풍의 영향을 줄이고자 했으나, 2기선 완공 후에는 억류판 없이도 문제가 없다고 판단되어 제거되었다.[5]

주형의 가설은 벤트(가설 지주) 병용 내밀기 가설 공법을 사용했다. 수중 벤트 위에 주형 6블록을 플로팅 크레인으로 일괄 적재하고, 케이블 가설 후, 좌우로 1블록씩 내밀어 설치했다. 2기선의 벤트는 비용 절감을 위해 중앙 대교에서 사용된 것을 재활용했다.[5]

1기선 완공 당시 주형은 주탑과 같은 적색 계통으로 도색되었으나, 3대 교량 완공 후 육상부 고가교와 통일된 인상을 주기 위해 흰색으로 다시 칠해졌다.[5]

2. 5. 케이블

메이코니시 대교의 케이블은 팬형 2면 12단(총 96개) 멀티 케이블로 주형을 지지한다.[5] 1기선과 2기선으로 분리 시공되었기 때문에 중앙 분리대는 설치되지 않았다. 주형과 케이블의 연결은 도로 중앙이 아닌 양단에서 매다는 2면 매달기 방식을 채용하고 있다.[6]

케이블은 직경 5mm 아연 도금 강선을 163~379본 사이에서 평행하게 묶어 7종류로 제작했다.[7] 주탑에서 멀어질수록 굵은 케이블을 사용했으며, 주형과의 연결 간격은 탑에서 멀어짐에 따라 좁아진다. 2기선은 직경 7mm, 109~223본을 묶어 사용했다. 1기선은 평행 와이어 스트랜드, 2기선은 강선에 약간의 꼬임을 더한 세미 평행 와이어 스트랜드(NEW-PWS)를 사용했다.

1기선 설계 당시에는 강선과 폴리에틸렌관 사이에 방청을 위해 그라우팅(시멘트, 물, 혼화제를 섞은 것을 주입)하는 기법이 주류였다. 그러나 1980년대 후반 강선과 폴리에틸렌관을 직접 밀착시키는 기법이 개발되면서, 1995년 이후 착공된 2기선은 그라우팅 없이 긴장했다.

1기선의 도로 규격 변경으로 난간 설치 위치를 양쪽으로 옮기면서 난간과 케이블 사이 여유 공간이 좁아졌다. 이로 인해 차량 충돌 시 난간과 차량이 케이블에 접촉할 수 있다는 우려가 제기되었다. 충돌 시뮬레이션 결과, 진행 방향에서 예각 측 케이블에 충돌하는 경우 심대한 영향을 미치는 것으로 확인되어, 예각이 되는 케이블군과 난간 사이에 비스듬한 방호 스테이를 연결했다. 이를 통해 주행 시 기울어진 차량을 케이블 안쪽으로 유도할 수 있게 되었다.

1984년 6월 10일, 1기선 주형 캔틸레버 가설 중 케이블이 크게 흔들리는 현상이 처음 확인되었다. 원인 파악을 위해 3개월간 진폭을 계측한 결과, 진동 발생 시 반드시 비가 오고, 바람이 불어도 비가 그치면 진동이 멈춘다는 것이 밝혀졌다. 이는 비와 일정 속도의 바람에 의해 발생하는 레인 바이브레이션 현상으로, 메이코니시 대교에서 처음 확인되었다. 메이코니시 대교는 레인 바이브레이션 대책으로 케이블 간 스테인리스 와이어를 연결하여 진폭을 억제했다. 그러나 이후 스테인리스 와이어 파단이 확인되어, 메이코 중앙 대교나 메이코 히가시 대교에는 채용되지 않았다. 새로운 대책으로 케이블과 주형 정착부 내에 고감쇠 고무를 내장하여 진폭을 억제하는 방식을 채택했다. 2기선은 처음부터 고무를 내장했으며, 1기선도 고무 타입으로 변경되었다.

3. 부대 작업

하부 공사 시공에 앞서 가교 예정지에서 기뢰를 확인했다. 2차 세계 대전 당시 미국군에 의한 공습으로 나고야항에 대량의 폭발물이 투하되었기 때문이며, 결과적으로 폭발물 잔존은 없었다[1]。

1기선 공사로 인해 항로가 제약받게 되어 리딩 라이트 설치 등의 필요한 대책을 시행했다. 특히, 카페리의 안전한 통항을 위해 페리 부두에 근접한 해저 준설을 실시하여 선박이 선회할 수 있는 터닝 베이슨을 확보했다[2][3]。

4. 역사

메이코니시 대교는 교량 길이 758m, 중앙 경간 405m의 강사장교이다. 상하행선이 분리되어 있으며, 상행선(현재의 도요타・신토메이 방면)은 1985년 3월 20일 유료 도로로 잠정 2차선대면 통행으로 개통되었다[5]。

일본도로공단(현 NEXCO 중일본) 자료에는 상행선을 1기선, 하행선(현재의 욧카이치・신메이신 방면)을 2기선으로 부른다[5]。 1기선은 2기선 및 다른 두 교량보다 갓길이 좁은데, 이는 해당 노선이 신토메이・신메이신과 일체로 운용되는 동서 간선으로 지정되기 전의 도로 규격으로 설계, 시공되었기 때문이다.

사장교는 비스듬히 설치된 케이블로 교량 상판을 지지하는 방식이다. 거더교보다 경간장을 길게 할 수 있다는 장점이 있다. 메이코니시 대교 1기선은 경간장 405m로, 준공 당시 세계에서 가장 긴 사장교였다. 경간장이 405m로 결정된 이유는 선박 항해 조건으로 약 340m가 필요했고, 여기에 필요한 방호 시설 폭을 더했기 때문이다.

메이코니시 대교는 3경간 연속 사장교로, A자형 주탑 2개와 양쪽 끝 교각으로 구성된다. 일본도로공단(현 NEXCO 중일본) 호칭에 따라 키바카나오카 부두 측 교각을 P-1, 동쪽 주탑을 P-2, 킨조 부두 측 주탑을 P-3, 동쪽 교각을 P-4로 표기한다.

메이코니시 대교 건설 과정은 다음과 같다.

년도월일사건
1979년8월 10일나고야 환상 2호선 해상부 도시 계획 결정
1979년12월 7일1기선 사업 허가
1980년5월 1일일본 도로 공단 명항 서대교 공사 사무소 설치
1980년6월 3일터닝 베이슨 준설 공사 시작 (다음 해 3월 20일까지)
1981년3월 26일1기선 하부공 공사 발주
1981년11월 17일1기선 기공식 개최
1982년8월 27일1기선 서탑 케이슨 침하 굴착 종료
1982년9월 6일1기선 동탑 케이슨 침하 굴착 종료
1983년2월 25일1기선 동탑 하부공 준공
1983년3월 15일1기선 서탑 하부공 준공
1983년7월 28일1기선 서탑 대 블록 가설
1983년8월 1일1기선 동탑 대 블록 가설
1983년11월 7일1기선 주 거더 대 블록 가설 시작
1984년7월 24일1기선 주 거더 소 블록 가설 완료
1984년11월 16일1기선 탄성 구속 케이블 공사 완료
1985년3월 20일1기선 공용 개시
1985년7월 1일1기선 공사 사무소 폐쇄
1991년8월 28일야토미 - 오부 간 도시 계획 변경
1993년7월 20일서대교 확폭 사업 (2기선) 허가
1993년11월 19일2기선 동서 하부공 공사 발주
1995년6월 16일2기선 서탑 케이슨 헬륨 혼합 가스 병용 무인 굴착 시작
1995년8월 7일2기선 동탑 케이슨 헬륨 혼합 가스 병용 무인 굴착 시작
1995년9월 26일2기선 동탑 케이슨 침하 굴착 종료
1995년10월 25일2기선 서탑 케이슨 침하 굴착 종료
1996년6월 11일2기선 하부공 동·서 공사 준공
1996년6월 23일2기선 동탑 대 블록 가설
1996년7월 3일2기선 서탑 대 블록 가설
1996년8월 7일2기선 주 거더 공사 발주
1996년8월 26일2기선 탑 공사 준공
1996년9월 1일2기선 주 거더 G2' 대 블록 가설
1996년9월 3일2기선 주 거더 G2 대 블록 가설
1996년9월 11일2기선 주 거더 G1 대 블록 가설
1996년9월 15일2기선 주 거더 G1' 대 블록 가설
1996년9월 19일2기선 주 거더 G3 대 블록 가설
1996년9월 29일2기선 주 거더 G3' 대 블록 가설
1997년1월 26일2기선 주 거더 직하 매달기 공사 시작
1997년3월 14일2기선 동 주 거더, 서 주 거더 (그 1) 공사 준공
1997년6월 17일2기선 병합 블록 가설
1997년7월 16일2기선 연결식 개최
1997년7월 20일명항 3대교 애칭 "명항 트리톤" 발표
1997년12월 8일2기선 동 주 거더, 서 주 거더 (그 2) 공사 준공
1998년3월 16일1기선 확폭 공사 준공
1998년3월 30일공용 개시


참조

[1] 서적 Bridges 2008 American Society of Civil Engineers 2007
[2] 웹사이트 Meiko Nishi Bridge
[3] 웹사이트 Second Meiko Nishi Bridge
[4] 서적 日本の名橋 完全名鑑 廣済堂出版 2013-03
[5] 뉴스 「名港トリトン」が直結 名古屋南 - 飛島開通パレード 1998-03-30
[6] 간행물 愛知県公報 愛知県
[7] 뉴스 名古屋高速1号　2.8キロをトンネル化　都市計画変更の知事案を発表　場所により幅員拡大　伊勢湾岸道路 1991-04-27


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