지하차도를 지나면 천장은 유난히 심심하다. 아치도 없고, 안쪽에서 받치는 기둥도 잘 보이지 않는다. 그런데 그 평평한 면 위에는 흙과 도로가 올라가 있다. 얇은 콘크리트 판 한 장이 전부 떠받치고 있다고 생각하면 당연히 불안해진다.
실제 구조를 볼 때는 천장 모양보다 하중이 어디로 흐르는지를 먼저 봐야 한다. 대표적인 개착식 철근콘크리트 박스 구조에서는 상부 슬래브, 양쪽 벽, 바닥 슬래브가 닫힌 틀을 이룬다. 상부 슬래브는 위에서 내려오는 흙의 무게와 지표면 하중을 받고, 측벽은 옆에서 미는 토압과 수압을 받는다. 각 부재는 따로 버티는 판이 아니라 서로 연결된 강성 프레임으로 휨과 축력을 나눠 가진다.
바닥도 단순한 도로 포장이 아니다. 구조물의 무게와 상부 하중을 지반으로 전달하면서, 지하수위가 높을 때는 구조물을 들어 올리려는 부력에도 맞서야 한다. 그래서 해석에는 상부의 수직 토압, 벽의 수평 토압, 바닥 아래 지반 반력, 지하수 조건이 함께 들어간다. 천장만 떼어 보고 두께를 짐작하면 하중 경로의 절반 이상을 놓치는 셈이다.
평평한 천장이라고 해서 언제나 같은 방식으로 만든 것도 아니다. 경간과 매설 깊이, 지반, 지하수, 시공 순서에 따라 철근콘크리트 슬래브가 박스 전체와 함께 거동할 수도 있고, 보나 거더가 슬래브를 받칠 수도 있다. 미국 연방도로청이 조사한 보스턴의 한 개착식 도로 터널은 콘크리트 지붕 슬래브 아래에 횡방향 강재 거더를 두고, 이를 양쪽 벽의 강재 말뚝에 연결해 되메움 흙의 하중을 전달했다. 눈에 보이는 평평한 면 뒤에 별도의 뼈대가 숨어 있던 사례다.
이 사례를 모든 지하차도에 그대로 대입하면 안 된다. 어떤 곳은 일체형 철근콘크리트 박스이고, 어떤 곳은 거더와 슬래브를 함께 쓴다. 정확한 슬래브 두께, 철근량, 프리스트레싱 여부는 도면과 구조 계산서 없이는 알 수 없다. 내부 마감판이 구조체를 가리고 있을 수도 있다.
그래도 사진 한 장만 보고 할 수 있는 판단은 있다. “평평하니 약해 보인다”는 평가는 구조 판단이 아니다. 확인할 것은 상부 슬래브가 받은 하중이 측벽과 바닥, 기초로 어떻게 이어지는지, 토압과 수압을 어떤 조합으로 계산했는지, 이음부와 방수층이 그 거동을 따라갈 수 있는지다. 지하차도의 천장은 평평해서 버티는 것이 아니라, 닫힌 구조 전체가 함께 버티도록 설계됐기 때문에 버틴다.
참고 자료: FHWA Road Tunnel Manual, FHWA Reference Guide for Load Rating of Tunnel Structures, FHWA Tunnel Leak Assessment: Boston Central Artery