터널 교통용량

왜 배우는가: 터널 구간은 명암 순응, 속도 저하, 차로 폭·높이 제약으로 교통용량이 일반 도로보다 낮아지기 쉬워 교통사고와 정체의 원인이 된다. 기술사 시험에서는 운전자 영향과 용량 증대방안을 함께 묻는 문항이 반복 출제되므로, 터널 교통용량의 개념과 영향 요인을 먼저 정리해 두어야 한다.

출제 이력: 제127회 4교시 1번, 제89회 2교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

터널 교통용량은 터널 구간에서 주어진 도로·교통 조건 아래 단위시간에 통과할 수 있는 최대 교통량으로, 일반 도로의 용량 개념을 터널의 시설·운영 조건에 맞게 보정한 값이다.

핵심 키워드

• 도로용량
• 교통량
• 서비스 수준
• 명암 순응
• 속도 저하
• 터널 조명
• 차로 폭·여유 폭
• 터널 길이

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 터널 안으로 차가 시간당 얼마나 많이 흘러갈 수 있는지를 따지는 값이다. 일반 도로에서는 차로 폭과 횡방향 여유, 노면 상태, 교차로 조건이 용량을 정한다. 터널에서는 이 조건에 더해 조명 상태, 터널 내 공기 흐름, 측벽과의 거리 같은 요인이 운전자의 주행 행태를 바꾸어 용량을 낮춘다.

정식 정의로는 도로용량은 주어진 도로조건에서 15분 동안 최대로 통과할 수 있는 승용차 교통량을 1시간 단위로 환산한 값이다. 교통량은 도로의 한 지점을 일정 시간에 통과한 차량의 수다. 따라서 터널 교통용량은 이 정의를 터널 구간의 조건으로 제한한 값으로 이해하면 된다.

도로용량은 단위를 시간당 승용차 환산 대수(pcu/h 또는 pcphpl)로 쓴다. 교통량은 측정된 실제 통과 대수이며, 용량과 구분해야 한다. 교통량이 용량에 가까워지면 서비스 수준이 낮아지고 지체가 커진다.

터널 구간의 용량 저하는 운전자의 심리·시각 반응과 직접 연결된다. 진입부에서 명암 순응이 늦어지면 운전자는 속도를 줄이고 차간 거리를 늘린다. 이 행동이 누적되면 차로당 통과 대수가 줄어든다. 또 속도 저하는 터널 내부의 차량 간격을 넓히게 하므로 용량을 낮추는 주된 원인이 된다.

도로용량은 15분 최대 승용차 교통량을 1시간으로 환산한 값

3. 등장 배경과 필요성

산악지형과 도심 하저 구간에서는 터널이 우회도로보다 주행 속도와 통행량 면에서 유리하다. 광폭 터널 기술로 편도 2차로 이상의 터널을 만들 수 있게 되면서 터널 구간의 교통량 처리 능력이 중요해졌다. 해저·하저 터널은 거리를 크게 줄여 경제성을 높이지만, 그만큼 터널 내부 교통이 집중된다.

그러나 터널 구간은 일반 도로에 비해 용량이 낮아지는 경우가 많다. 명암 변화, 긴 연장에 따른 단조로움, 차로 폭과 여유 폭의 제약이 겹치기 때문이다. 이 때문에 연속 터널이나 장대 터널에서는 정체와 2차 사고 위험이 커진다.

따라서 터널 교통용량을 정확히 파악하고 저하 요인을 줄이는 것은 설계 단계의 차로 수 결정, 운영 단계의 속도 관리와 방재 대응 모두에서 필요하다. 이 점이 터널 교통용량이 시험에서 운전자 영향 문항과 함께 묻는 이유다.

4. 구성요소·원리·절차

터널 교통용량은 도로 용량 개념에 터널 특유의 조건을 더해 정한다. 도로용량은 주어진 도로조건에서 15분 동안 최대로 통과할 수 있는 승용차 교통량을 1시간 단위로 환산한 값이다. 터널 안에서는 시인성 저하, 차로폭·길어깨 여유 감소, 종단·평면 선형 제약이 겹쳐 운전자의 속도 유지와 차간거리 확보가 어려워진다. 그래서 같은 도로라도 터널구간의 용량은 개방구간보다 낮게 나타난다.

교통용량에 영향을 주는 구성요소는 다음과 같다.

원리는 다음과 같다. 터널 입구에서 운전자는 밝은 외부에서 어두운 내부로 들어가며 눈이 적응할 시간이 필요하다. 이 구간에서 속도를 줄이면 뒤차와의 시간차(차두시간)가 늘고, 결국 단위시간당 통과 차량 수가 줄어든다. 차량 한 대가 통과하는 데 걸리는 시간을 h(차두시간, s), 1시간당 통과 가능 차량 수를 q(대/h)라 하면 다음 관계가 성립한다.

$q = \frac{3600}{h}$

여기서 h는 초 단위 차두시간이다. 속도 저하로 차두시간이 늘면 q가 감소한다. 그러므로 용량 증대는 차두시간을 줄이는 방향, 즉 속도 저하 요인을 제거하는 방향으로 해야 한다.

용량 증대 절차는 다음 순서로 정리한다.

• 속도저하 요인을 구간별로 나눈다(입구부, 내부, 출구부, 갱문부).
• 요인별로 시인성·선형·환기·안전시설 개선안을 정한다.
• 개선 후 차두시간과 속도 변화를 확인한다.
• 정체가 반복되는 구간에는 교통운영(속도제한, 차로 운영, 차간거리 안내)을 병행한다.

5. 관련 법령·기준·표준

터널 교통용량과 직접 연결되는 기준은 도로 설계기준과 터널 설계기준이다. 설계속도, 차로폭, 측방여유, 종단경사, 곡선반경 같은 값이 용량의 상한을 정한다. 다음 표는 용량 검토 시 확인하는 기준 항목을 정리한 것이다.

도시고속도로 공사구간의 용량은 공사 차로 수에 따라 달라지는 것으로 보고된 사례가 있다. 이 값은 공사구간 자료이므로 터널 기준값으로 직접 쓰지 않고, 차로수가 적을수록 감소율이 커진다는 경향만 참고한다.

또한 장대터널에서는 운전자의 응시 패턴이 단일 터널과 다르게 나타난다. 터널군에서는 긴 터널과 초장대터널일수록 되돌아보는 응시 확률이 높아진다는 연구가 있다. 이는 용량 저하 요인이 단순 속도 외에 운전자 주의 분산에도 있음을 보인다.

터널 입구부의 임계속도 연구에서는 터널 형태와 길이에 따라 임계속도가 달라지는 것으로 보고되었다. 이 값은 시험 조건에 따른 연구 결과이므로 설계 기준으로 쓰지 않고 속도 저하 원리를 설명하는 근거로만 쓴다.

6. 유형과 비교

터널 교통용량을 논할 때는 터널의 길이, 선형, 차로수, 환기방식에 따라 용량 저하 정도가 달라진다. 먼저 터널 유형별 특성을 비교하고, 그다음 용량 저하 요인을 구분해 본다.