현수교 다리에 대한 중요 정보

현수교에대한 글이 있어 읽어보니  아주 중요한 정보라 생각되어 공유글을  올립니다.  2025년 4월 14일 

 

 

인천국제공항 고속도로를 달리다보면 영종도와 육지를 연결하는 거대한 현수교를 만나게 된다. 2000년 말에 개통된 영종대교는 인천 국제공항과 서울을 오가는 교통의 관문으로서, 우리나라를 찾아오는 손님들에게 국내 교량기술에 대한 첫 인상을 심어주는 대표적인 구조물이다.

영종대교

 

실제로 이 다리를 지나다보면 웅장한 교탑과 긴 케이블, 그리고 이 케이블에 매달린 날렵한 상판의 모습에 감탄하지 않을 수 없다. 그래서인지 철과 콘크리트로 이루어진 이 거대한 작품은 도대체 언제부터 만들어 지기 시작했을까 라는 의문이 생긴다. 대부분의 사람들이 그렇듯 현수교가 근대 역사의 산물이라고 생각하기 쉽지만, 그 보다 훨씬 더 오래전으로 거슬러 올라간다.

 

현수교의 기원은 산악지의 원시민족들이 덩굴을 나무에 매달아 계곡 을 건너는 수단으로 사용한 것이라고 알려져 있다. 아직도 동남아시아, 남미대륙, 인도의 오지 등에서 그와 같은 발자취를 찾아볼 수 있다. 우리에게 너무나도 유명한 영화 <인디애나 존스>에서는 주인공이 동남아시아의 오 지에서 현수교 모양의 밧줄다리를 타고 적들의 추격을 따돌리는 숨 가쁜 장면을 볼 수 있다.

이러한 원시적 형태의 현수교는 식물의 줄기로 엮은 밧줄과 나무판 으로만 이루어져 있었기 때문에 힘을 많이 받는 부분은 변형이 크게 발생 하여 사용상의 불안정성이 있었고 내구성도 크게 부족했다. 원시적 형태의 현수교는 매우 오래전부터 사용된 것으로 추정되는데, 역사에 기록된 가장 오래된 현수교는 서기 400년경 인더스강 상류에 건설된 '밧줄다리'라고 알려져있다.

 

 

이와 같이 현수교의 역사는 매우 깊지만, 오늘날과 같은 모습을 갖추 게 된 것은 산업혁명 이후부터다. 18세기 말엽에 산업혁명이 일어나면서 기차가 물자수송과 대중교통수단으로 사용되었기 때문에 무거운 열차가 빠른 속도로도 안전하게 지나갈 수 있도록 강과 계곡을 연결하기 위해서는 보다 높은 강도를 가진 새로운 재료로 다리를 만들어야 했다. 이러한 시대 적 요구에 맞춰 교량의 건설재료로 철강의 사용이라는 기술적 혁신이 이루 어졌으며, 철강이 대량생산되면서 근대 교량의 역사는 일대 전환기를 맞게 되었다. 철을 사용하면서 다리는 엄청난 무게를 감당할 수 있게 되었고, 그 와 함께 점점 장대화될 수 있었다. 이러한 교량기술의 진보로 강철 케이블 을 이용한 현수교가 개발되었고, 비로소 근대적인 모습의 현수교가 역사 속에 등장하기 시작했다.

 

 

현수교의 시련과 영광

근대 현수교의 원형은 1807년에 제임스 핀리가 미국에 건설한 제이 콥스 크릭교라고 할 수 있다. 이 교량은 교탑과 상판이 목재로 이루어졌지 만 케이블로는 쇠사슬을 이용하여, 근대 현수교로서 구비해야만 하는 요소 를 원시적인 면에서 갖춘 초기의 현수교였다. 그 뒤로 많은 근대식 현수교 들이 건설되기 시작하였는데, 쇠사슬 대신 와이어케이블을 도입하고 석재 교탑을 세우면서 보다 튼튼하고 길이도 수백 미터에 이르는 교량들이 만들 어졌다.

 

        뉴욕의 명물 불루클린교

 

이러한 근대식 현수교의 발전에 힘입어 1883년에는 뉴욕의 중심 맨 해튼과 브루클린 지구를 이어주는 그 유명한 브루클린교(486미터)가 건설 되었다. 브루클린교는 강으로 둘러싸여 배로만 왕래할 수밖에 없는 맨해튼 섬을 처음으로 육지와 연결시켜주었을 뿐만 아니라, 당시 세계 최장 길이를 자랑하는 꿈의 다리였다. 또한 지금도 많은 차량이 다니고 있어서 그 역사적 의의가 더 깊다. 많은 사람들이 자유의 여신상과 브루클린교를 뉴욕 의 상징으로 꼽을 만큼 이 교량은 뉴욕의 명물로 자리 잡고 있는데, 뉴욕을 배경으로 하는 여러 영화에 자주 등장했을 정도로 우리에게도 친숙하다. 브루클린교의 건설로 맨해튼섬은 하루가 다르게 발전을 거듭했고, 오늘날 뉴욕의 경제, 사회, 문화적 중심지로 발돋움했다. 현수교라는 인류의 발명 품이 한 도시의 성장을 촉진시킨 셈이다.

 

         금문교

그 이후 전세계적으로 긴 경간을 필요로 하는 곳에 많은 현수교들이 지어졌고, 이들은 각 지역과 국가의 효율적인 도로망을 구축하는 데 크게 기여하였다. 브루클린교의 경간 길이 기록은 이후 등장한 여러 현수교들에 의해서 계속 갱신되었으며, 1931년에는 불가능한 것으로 생각되었던 1,000미터 길이의 장벽이 조지워싱턴교(1,066미터)에 의해 깨졌다. 장대교 기술의 거듭된 혁신 속에 1937년에는 마침내 저 유명한 금문교(1,280미터) 가 세상에 모습을 드러냈다. 금문교는 샌프란시스코만에 위치하고 있는데, 독특한 계단 모양으로 하늘 높이 솟아오른 붉은색 교탑(227미터)과 주변 경관과의 뛰어난 조화로 인해 세계적인 관광 명소로서 각광을 받고 있다.

 

 

 

그러나 건설 당시에는 엄청난 공사비가 소요되었고, 강풍이 불고 수심이 깊은 샌프란시스코만의 자연환경과 선박 충돌의 위험성 때문에 공사를 진행하는 일이 결코 쉽지 않았다. 이러한 고난과 역경을 슬기롭게 극복하였기에 인류 역사의 한 페이지를 장식하는 위대한 현수교가 탄생하였던 것 이다.

 

기념비적인 현수교들이 속속 등장함에 따라 이를 지켜보는 시민들과 교량기술자들은 이제 대자연의 어떤 장벽도 극복할 수 있다는 자신감을 갖게 되었다. 하지만 이는 인간의 오만함이었을까? 1940년에 건설된 근대식 교량으로서 세인의 화제를 불러일으켰던 미국의 타고마교(853미터)는 불과 초속 19 미터의 바람을 견뎌내지 못하고 무너지고 말았다. 당시의 붕괴 장면은 필름에 생생히 담겨 큰 충격을 던져주었다. 아이러니하게도 그 엄청난 붕괴로 인한 피해는 자동차 한대와 그 속에 있던 애완견 한 마리 뿐 이었다. 만일 교통이 혼잡한 때에 그와 같은 사고가 일어났다면 어떤 결과를 가져왔을까? 아마 상상할 수 없을 정도의 대참사가 일어났을 것이다.

 

기술자들이 심혈을 기울여 설계한 현수교가 그다지 강하지 않았던 바람에도 엿가락처럼 뒤틀려 무너진 이유를 당시로서는 설명할 수 없었다. 교량기술자들은 그 원인을 규명하기 위해 노력했고, 마침내 공기역학적인 요인들이 현수교와 같은 장대교의 안정성에 큰 영향을 미칠 수 있음을 발견하였다. 이 붕괴사고로 현수교와 같은 장대교량은 바람에 의한 진동은 물론 동적인 거동이 매우 중요함을 알게 되었으며 따라서 기존의 설계기술 을 재평가하는 계기가 되었다.

 

쓰라린 실패의 교훈을 안고, 장대 현수교기술은 20세기 후반까지 눈부신 발전을 거듭하였다. 미국에 건설된 마지막 대형현수교로서 1965년 뉴욕에 개통된 벨리자노교(1,298미터)는 금문교의 최장경간 기록을 갱신하였고, 1981년 영국의 험버교(1,410미터), 1998년 덴마크의 그레이트벨트교 (1.624미터)가 뒤이어 건설되면서 장대 현수교 길이의 기록갱신 행진은 계속되었다.

 

현재 세계에서 가장 긴 교량은 1998년 일본에 건설된 아카시대교 (1,990미터)이다. 이 교량은 폭 4킬로미터에 달하는 아카시해협을 건너는 현수교로서, 총길이는 물론 경간 길이만 해도 세계 으뜸을 자랑하는 장대 교이다. 아카시해협은 가장 깊은 곳이 수심 110미터에 이르고 조류의 속도도 무척 빠를 뿐만 아니라, 해마다 몰아치는 태풍의 경로상에 있는 등 현수교 건설에 최악의 자연조건을 고루 갖추고 있다. 이로 인해 타당성 조사에서부터 완공에 이르기까지 무려 30여 년의 긴 시간이 소요되었다. 아카시 대교 교탑의 높이는 283미터로서 63빌딩 (250미터)보다 33미터나 더 높다. 이 교량에 사용된 강선의 총길이는 30만 킬로미터로서, 이는 지구 둘레의 7.5배에 달한다. 또한 순간 최대 풍속 80m/sec의 바람 및 리히터 규모 8.5 의 지진에도 견딜 수 있도록 설계되었다. 이와 같이 아카시대교는 인류가 현수교건설을 위해 다양한 분야에서 개발한 첨단기술을 집약시킨 기술의 정점이라고 할 수 있다.

 

전 세계적인 현수교의 역사와 비교해 볼 때, 우리나라는 1973년 남해 대교(404미터)의 건설을 시작으로 2000년의 영종대교(4,420미터), 2002년 의 광안대교(500미터)에 이르기까지 불과 30여 년의 짧은 역사를 가지고 있다. 교량기술이 낙후되어 있던 우리나라는 이 기간 동안 비교적 빠른 성장을 이루었다. 특히 영종대교는 세계 최초의 3차원 자정식현수교로서 국 내 현수교기술이 세계적 수준임을 보여주었다.

 

공학기술의 결정체

현수교는 다른 형식의 교량들보다도 길이와 규모가 훨씬 크고 막대 한 공사비가 소요되기 때문에 계획, 조사 단계부터 설계, 제작, 가설, 유지 관리에 이르기까지 특별한 과정으로 건설된다. 계획 및 조사 단계에서는 현수교가 들어설 곳의 지리적 특성, 인접 지역에 대한 연결성 향상과 교통 수요분담, 지역 경제에 대한 파급효과, 주변 환경과의 조화 및 상징성 등을 고려하여 신중한 검토가 이루어진다. 광범위한 조사 결과 현수교건설에 대 한 기술적인 타당성 및 경제성이 확보되면 교탑 위치와 높이, 케이블 형식과 바닥판 단면, 사용재료 등의 전반적인 구조형식을 선정한다. 그러고 나 서경간장, 교탑 형상, 케이블 배치, 바닥판의 치수 결정과 가설방법 선정 등의 상세 설계가 이루어지고, 이후 각 시공단계별로 필요한 부재를 제작 하고 가설공법에 따라 공사가 진행된다.

 

현수교는 다리 자체와 교통량의 무게를 주 케이블에 매달아 분산 시키고 이 케이블을 다시 교탑이 지지하도록 설계한다. 다리의 길이가 길어질수록 무게도 증가하고 또 이를 지지할 케이블과 교탑의 규모도 현저히 증가하게 된다. 케이블은 굵기가 6밀리미터 이내인 철사를 수만 개 꼬아서 만든 중간케이블을 다시 몇 십 개 합하여 만들어진다. 이 얇은 철사 하나는 3.5톤 화물트럭을 견딜 수 있을 정도로 매우 고강도이다. 대략적으로, 케 이블 중 4분의 1은 다리 자체의 무게를 지탱하고 다른 4분의 1은 차량 중 을 지탱하며, 나머지 반 정도는 안전장치의 역할을 한다. 케이블을 오랫동안 안전하게 유지하기 위해서는 부식을 방지하는 것이 제일 중요하다. 이 러한 장대현수교의 설계와 건설에 있어 중요하게 고려해야 할 사항으로는 태풍과 같은 강한 바람에 대한 내풍성, 빠른 해류에 대한 교탑의 안정성, 선박의 충돌에 대한 안전성, 지진에 대한 저항력, 그리고 가벼우면서도 견고한 재료의 사용 등이 있다. 이와 같은 중요한 문제들을 해결하기 위해서 교량기술자들은 다양한 분야의 첨단기술을 개발하여 적용하고 있다.

 

현수교는 교탑이 매우 높고 위치하는 지역의 특성상 강한 바람의 영 향을 크게 받기 때문에 이로 인한 진동문제를 최소화하는 것이 중요하다. 그런데 현수교와 같은 장대교량의 경우에는 설계단계부터 복잡한 공기역 학적 거동을 슈퍼컴퓨터로도 완벽히 분석하기가 어렵기 때문에, 축소 모형 을 제작하여 풍동실험을 실시한다. 실험결과로부터 바람으로 인한 진동을 최소화할 수 있도록 구조 부재의 형태를 적절히 변경하고 부가적인 장치의 장착여부를 결정한다. 현수교 상판의 측면을 바람이 잘 통하는 트러스 형 태로 만들거나 항공공학의 기술을 도입하여 날개 모양으로 제작하는 것은 이러한 진동을 줄이기 위한 대표적인 예이다. 2003년 여름에 우리나라를 강타한 태풍 매미의 순간 최대 풍속은 60m/sec에 달했는데, 이로 인해 많 은 인적, 물적 피해가 발생했지만 내풍설계가 된 광안대교에는 별다른 피 해가 발생하지 않았다.

 

현수교의 교탑은 엄청난 하중이 설계대로 정교하게 분산될 수 있도 록 매우 정밀하게 시공되어야 한다. 아카시대교는 이러한 정밀도를 유지하기 위해 시공단계부터 교탑 상부에 동조질량장치라는 진동제어장치를 도입하여 교탑의 정확한 수직 형상을 확보할 수 있었다. 또한 이 장치는 바람 뿐만 아니라 지진에 의한 진동을 완화시킬 수 있었다. 교탑이 완공된 이후 의 공사가 한창 진행 중이던 1995년에 리히터 규모 7.2의 고베 지진이 발생 했을 때는 지각변동으로 교탑 사이의 거리가 80센티미터만큼 늘어났음에도 불구하고 피해가 없었다.

 

매우 높은 현수교 교탑을 정확히 수직으로 유지하기 위해서는 정밀 한 교탑 기초의 건설이 필수적이다. 일반적으로 교탑 기초의 시공에는 수중에 원통형의 물막이벽(케이슨)을 설치하여 굴착 및 콘크리트를 타설하는 케이슨공법을 적용한다. 아카시대교에 사용된 케이슨은 지름 80미터, 높이 70미터, 무게 15,000톤에 달하는데, 이를 설치할 당시에 수평면에 대해 기울어지는 높이의 오차를 10센티미터 이내의 정밀도로 놓아야 했다. 그 리고 상판은 20미터 내외로 분할된 각 부분을 조립하여 설치 완료시 각 부분의 간격은 신용카드 두께보다 작은 정도의 엄청난 정밀도가 요구된다. 이는 약 0.01퍼센트의 오차로서 현수교의 엄청난 규모와 무게로 볼 때 나노기술에 견줄 수 있는 수준의 높은 정밀도라 할 수 있다.

 

케이슨에 콘크리트를 타설할 때는 염분에 의해 부식되지 않도록 내 화성 콘크리트를 사용해야 한다. 그리고 경화속도가 빠른 콘크리트를 타설 할 경우에 발생하는 열팽창 문제를 완화시킨 신개념의 저열 콘크리트를 개 발하여 사용하고 있다. 또한 케이블과 행어가 지탱하는 상판의 중량을 최대한 줄이기 위해 가볍고 강도가 매우 높은 강화플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plate)이나 유리섬유로 보강된 바닥판과 같은 신복합재료를 지 속적으로 개발하고 있다. 그리고 염분을 포함한 바닷바람에 의해 현수교가 부식되는 것을 방지하기 위해서 환경친화적인 특수 페인트를 사용하거나 특수방습장치를 부가적으로 사용하기도 한다.

 

이와 같이 현수교는 물리학, 수학, 토목공학, 재료공학뿐만 아니라 심지어 항공공학에 이르는 다양한 분야의 첨단기술이 복합되어 있고, 꾸준한 기술개발과 창의적인 노력으로 혁신적인 발전이 계속되고 있다.

 

현수교는 자연조건상의 제약이 많은 곳에 건설되기 때문에 중앙 경간이 매우 길고 교탑도 또한 거대하다. 따라서 공사기간이 상당히 길고 소요되는 비용도 엄청나다. 광안대교의 경우만 해도 착공부터 개통까지 9년 이라는 긴 시간이 흘렀고, 7,900억 원이라는 천문학적인 공사비가 들었다. 한강 교량들의 공사기간이 평균 5년 전후이고 공사비용이 200억 원 내외 라는 점을 감안하면, 현수교에 얼마나 높은 수준의 기술이 필요하고 막대 한 사회적 비용과 인내가 요구되는지를 짐작할 수 있다.

 

 

대륙을 잇는 미래 기술

21세기에 접어든 이 시점에서 현수교에는 어떠한 기술적 진보를 기대할 수 있는가? 원시적인 밧줄다리에서 시작하여 2,000미터의 거대한 현 수교건설에까지 이르는 교량의 역사를 돌이켜보면, 미래에는 이 보다 더한 발전을 기대할 수 있다. 그러면 미래에 우리 앞에 나타날 교량은 과연 어떤 모습일까? 이는 지금까지와는 전혀 다른 새로운 모습의 교량일 수도 있고, 교탑 사이가 상상할 수 없을 정도로 멀어서 끝없이 길게 뻗어 있는 현수교 일 수도 있다. 실제 메시나해협과 지브롤터 해협에는 현재의 최장 대교인 아카시대교보다 훨씬 더 긴 미래의 현수교를 계획 중에 있다. 거친 자연조 건과 기술적인 어려움으로 불가능해 보이지만 이러한 꿈을 현실화할 날이 멀지 않은 것으로 보인다.

 

메시나해협은 이탈리아 반도 남부의 칼라브리아와 시칠리아섬 사이에 있는 길이 약 30킬로미터, 최대 너비 16킬로미터의 해협이다. 메시나 해협 프로젝트는 이 두 곳을 교량으로 연결하려는 계획이다. 1986년에는 이 해협을 건너기 위한 여러 계획들 중 현수교를 최적 대안으로 선정하였다. 단, 해협의 중간에 교각이 들어서면 안 되는 것을 전제로 했기 때문에 역사 상 가장 긴 경간(약 3,300미터)의 현수교를 계획하게 되었다. 50억 달러라 는 엄청난 비용과 11년의 공사기간은 이 프로젝트의 규모가 얼마나 방대 한 것인지를 보여준다.

 

유럽과 아프리카 대륙은 지난 수억 년에 걸쳐 서서히 떨어져 나갔다. 이제 교량기술자들은 스페인과 모로코 사이에 위치한 지브롤터해협을 최신 현수교기술을 원용한 새로운 형태의 교량으로 건설하여 이 두 대륙을 다시 이으려 하고 있다. 망망대해의 14킬로미터를 순전히 다리로 연결하고자 하는 설계안에 따르면 현수교와 사장교 구간이 2대 1의 비율로 혼합 된 새로운 형태의 현수교로 계획되어 있다.

 

교량공학기술은 '더 길고 아름답게, 그리고 보다 안전하고 편리하 게'라는 현대인의 요구와 맞물려 발전을 거듭하고 있으며 도시성장의 촉 진, 경제의 활성화, 지역간의 교류에 크게 이바지하고 있다. 인류문명의 발 전이 교량의 건설과 함께했다는 역사적 사실은 이를 충분히 뒷받침해준다. 현수교는 첨단 공학기술의 집약체로서 교량공학 분야의 기술을 선도해왔 고, 이와 관련된 다양한 분야의 산업들을 이끌어가고 있다. 미래의 현수교 는 지역간의 교류를 뛰어넘어 지브롤터 해협 프로젝트와 같이 국가 또는 대륙간의 교류를 추구하는 방향으로 전개되고 있다.

우리나라도 고속철도시대를 맞이함에 따라 장기적으로 시베리아횡 단 철도 및 중국횡단 철도와 연결하고 나아가 대한해협을 통해 일본까지 연결하는 대형 프로젝트를 구상하고 있다. 대한해협은 폭이 약 42킬로 미터로서 이를 연결하기 위해 해저터널과 장대교량 등의 건설을 검토하고 있 다. 긴 경간 길이를 확보할 수 있기 때문에 교각의 수를 줄일 수 있고 선박 들이 안전하게 통행할 수 있는 현수교는 이러한 프로젝트의 주축이 될 것 으로 기대된다. 이러한 초 장대 현수교의 건설은 더 이상 먼 미래의 일도, 다른 나라의 일도 아닌 21세기에 접어든 우리가 당면한 새로운 과제로서, 이를 성공적으로 이끌기 위해서는 끊임없는 기술혁신과 노력, 창의적 도전 정신이 필요하다.

 

고현무( hmkoh@snu.ac.kr) 교수님의 글입니다. 교수님은 서울대학교 토목공학과를 졸업하고, 미국 일리노이 대학교에서 공학박사학위를 받았다. 현재 서울대학교 지구환 경시스템공학부POSCO 석좌교수와 교량설계핵심기술연구단 단장으로 재직 중이다.