논문 : 공벽 유지장치를 이용한 미고결 충적층의 수리특성 평가

원경식 ( Kyoung Sik Won ),김천수 ( Chun Soo Kim ),채수용 ( Soo Yong Chae ),신동민 ( Dong Min Shin ) 대한지질공학회 2016 지질공학 Vol.26 No.1

충적 대수층의 수리지질특성 시험을 위한 충적층 공벽 유지장치를 개발하여 변수위법 투수시험(Falling Head Test) 및 순간충격시험(Slug Test)을 수행하였다. 모래, 자갈을 비롯한 실트층이 주를 이루는 국내 충적층 수리시험은 시험구간의 공벽유지와 시험 중 토사층의 공벽붕괴가 지속적으로 발생하여 투수시험과 순간충격시험 등의 수리시험 수행에 많은 어려움을 겪고 있다. 이에 본 연구는 개공율이 안정적인 필터가 장착된 공벽 유지장치를 시험공에 삽입하여 시험구간 공벽붕괴를 최소화하고 시험시 정확한 단위면적의 산출로 토사층에서의 수리시험 신뢰성을 증대하고자 하였다. 연구결과 기존의 변수위법 투수시험에 의한 투수계수는 8.82 × 10.5m/sec로 산출되었으며, 동일한 지층, 심도, 시간적인 조건에서 상기 공벽 유지장치 설치 후 투수시험 결과는 4.00 × 10.4m/sec로 나타나 최대 4.5배 가량의 투수계수 증가현상을 보인다. 이는 시추굴진 중 발생된 세립질의 슬라임이 투수시험 시 시험구간에 피복 또는 충전되어 토사층의 투수성을 저하시키고 시험구간 형성과정에서 최초 원기둥 형태의 시험공벽이 점진적인 붕괴로 인해 토사로 충전되고 시험구간 면적감소에 기인한 현상으로 판단된다. 본 연구는 미고결 충적층의 공벽 유지장치를 현장에 적용하여 시험구간 굴진 시 발생되는 점착력이 낮은 모래, 자갈층의 공벽붕괴에 따른 시험면적 변화가투수성에 미치는 영향을 평가한 연구로써, 충적 대수층 수리특성 평가의 신뢰성 및 적용성 개선을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다. Hydraulic falling head and slug tests were carried out in an alluvium aquifer using a borehole stability device. The hydraulic testing had proved difficult in alluvial formations of sands and gravels due to borehole collapse and unstable borehole walls within the test section. This study aims to improve the hydraulic test results by using a borehole stability device. The device can minimize the collapse of borehole walls, and the use of a filter with a constant opening ratio improves the calculations per unit area of the test section. Permeability obtained from the falling head test without a borehole stability device was 8.82 × 10.5m/sec. When the borehole stability device was installed in the same test section the measured permeability increased to 4.00 × 10.4m/sec, which is 4.5 times that obtained without the borehole device. The relatively low permeability obtained using the conventional test method is attributed to the presence of a fine-grained slime generated during drilling and a reduction of the test area in the test interval due to a gradual collapse of the borehole walls. This study considers how the use of a borehole stability device to prevent borehole collapse can influence the results of hydraulic tests in alluvial formations. It is expected that the results can be used as a basis for improving the reliability and applicability of hydraulic tests performed in alluvial aquifers.

인공함양 주입성능평가에 의한 설계요소 산정 연구

원경식 ( Kyoung-sik Won ),이영동 ( Yeoung-dong Lee ),신동민 ( Dong-min Shin ),김병준 ( Byeong-jun Kim ),김규범 ( Gyoo-bum Kim ) 대한지질공학회 2020 지질공학 Vol.30 No.4

인공함양의 설계요소 결정은 대수층의 수리지질학적 특성을 고려하여 산정하게 된다. 연구지역의 시험부지 내 구축된 주입유형별(수직정, Ditch 및 혼합형)로 주입시험을 단계별로 수행한 후 인공함양의 최적 설계요소 인자를 도출 하였다. 주입정의 구경에 따른 주입 효과의 차이가 크지 않은 것으로 분석되었으며 토지 이용의 가용성과 경제성 등을 고려하여 100 mm 규격이 적정한 것으로 평가되었다. 상부 암반까지도 주입 효과가 잘 유지되는 것으로 나타나 주입정 설치심도는 충적층 및 상부 암반층을 대상으로 결정하였다. 한편, Ditch에 의한 주입 방식의 경우에는, 10~30 mm의 여재를 채운 경우에 침투효율과 수리간섭영향이 우수한 주입 성능을 보이는 것으로 분석되었다. 또한, 수직주입정의 간격 차이에 따른 간섭효율 분석 결과, 각 주입공 간격 1 m 당 간섭효율 감쇄계수는 1.75% 산출되었으며, 주입정의 적정 간격은 9~12 m로 분석되었다. 향후 본 연구에서 산정한 인공함양 설계요소를 현장 시공 및 운영에 적용하여 검증한다면 상시 물부족 지역의 용수 확보에 기여할 것으로 본다. The design factors of artificial recharge are determined by considering the hydrogeological characteristics of the aquifer. The optimal design factors for artificial recharge were derived after performing the injection tests step by step for each injection type (vertical well, ditch and mixed type), which were built in the test site of the study area. It was analyzed that the difference in the injection effect according to the diameter of the injection well was not large, and the 100 mm well was evaluated as appropriate in consideration of the availability and economy of land use. Since the injection effect was well maintained even in the upper rock, the depth of the injection well was proposed for the alluvial layer and the upper rock layer. On the other hand, in four cases of filter media in the ditch, it was analyzed that the penetration efficiency and the hydraulic interference effect indicated excellent injection performance when a filter medium of 10 to 30 mm diameter was filled in the ditch. In addition, the proper spacing of the injection wells was analyzed as 9~12 m considering the interference efficiency. The interference efficiency attenuation coefficient per 1 m of hole spacing was calculated to be 1.75% in this area. In the future study, the artificial recharge design factors obtained in this stage are applied and verified on site construction and operation. Also it is expected to contribute to securing water in areas where there is always a lack of water.

CO<SUB>2</SUB> 지중저장을 위한 대심도 수리시험 장치 기술 개발

원경식(Kyoung-Sik Won),김천수(Chun-Soo Kim),이영동(Young-Dong Lee),채수용(Soo-Yong Chae),신동민(Dong-Min Shin) 대한지질학회 2015 대한지질학회 학술대회 Vol.2015 No.10

탄성파 토모그래피 기법을 이용한 제방의 사석침하 평가

원경식 ( Kyoung Sik Won ),박충화 ( Chung Hwa Park ),정백 ( Baek Jeong ),박상욱 ( Sang Uk Park ) 대한지질공학회 2002 지질공학 Vol.12 No.1

이산화탄소 지중저장을 위한 경상분지 대심도 시추공 개발사례 및 결과

원경식(Kyoung-Sik Won),김천수(Chunsoo Kim),황세호(Seho Hwang),최헌수(Hunsoo Choi) 대한지질학회 2013 대한지질학회 학술대회 Vol.2013 No.10

포항분지 해상 CO₂ 주입정 시추 완결 및 구축

원경식 ( Kyoung-sik Won ),이대성 ( Dae-sung Lee ),김상준 ( Sang-jun Kim ),최성도 ( Seong-do Choi ) 대한지질공학회 2018 지질공학 Vol.28 No.2

본 연구는 “포항분지 해상 소규모 CO₂ 주입실증 프로젝트”의 일환으로 경상북도 포항시 영일만에 설치된 해상 플랫폼에서 CO₂ 주입 실증을 위한 주입정 시추 및 완결(well drilling and completion)을 수행하였다. 주입정 시추(well drilling)는 포항분지 해상지역 퇴적지층에 설치한 해상플랫폼의 상부부터 해저면까지 케이싱 설치를 시작으로 단계별로 굴진 공경을 축소하면서 케이싱 설치 및 시멘트 그라우팅(cement grouting)을 시행하며 진행하였다. 최종심도 816.5m까지 공경 4 7/8 inch (Φ124 mm) 규격으로 굴진하여 심도 746.5∼816.5 m 구간에 유공 케이싱을 설치하여 주입구간을 형성하였다. CO₂ 주입을 위한 주입공 완결(well completion)을 위하여 주입관, 패커(packer), 주입탑(christmas tree)을 설치하였다. 주입공을 완결하고 주입 플랜트 설비를 설치하여 CO₂ 시험 주입을 성공적으로 수행하였다. 현재의 주입설비는 100톤 규모의 소규모 주입 실증을 위한 설비로서 향후 주입설비 격상을 통하여 총 1만톤의 중규모 실증 주입설비로 추가적인 연구개발을 진행하고 있다. In this study, as part of the “Small-scale CO₂ Injection-Demonstration Project in Offshore Pohang Basin”, we performed drilling and completion of a CO₂ injection well from the offshore platform installed in the Yeongil Bay, Pohang city, Gyeongsang buk-do. The drilling of injection well was carried out from an offshore platform installing on the sediment formations of the Pohang Basin. Drilling diameters were reduced by stages, depending on the formation pressure and groundwater pressure along a depth and the casing installation and cement grouting in drilled hole were performed at each stage. The injection well was drilled to a final depth of 816.5 m with a hole diameter of 4 7/8 inches (Φ124 mm) and the perforated casing for an injection section was installed in a depth of 746.5~816.5 m. Injection tubing, packer, and christmas tree were installed for the completion of an injection well for CO₂. The validation project of the CO₂ injection was accomplished successfully by drilling the injection well and installing the injection facilities, and through the suitable CO₂ injection process. The current injection facility is a facility for small-scale injection demonstration of 100 tons. In the case of large-scale demonstration facility test of a capacity of 10,000 tons, research is underway through the upgrading of the injection facilities.

고전압 펄스 충격파를 이용한 지하수 관정 세척법의 현장적용성 평가

정경재 ( Kyoung Jae Chung ),이석근 ( Seok Geun Lee ),황용석 ( Y S Hwang ),김철영 ( Chul Yeong Kim ),허억준 ( Eok Jun Hur ),원경식 ( Kyoung Sik Won ) 대한지질공학회 2014 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2014 No.1

지하수 관정 세척을 위한 펄스 시험장치의 수중 충격압 발생 특성 연구

정경재 ( Kyoung Jae Chung ),이석근 ( Seok Geun Lee ),최길환 ( Gil Hwan Choi ),황용석 ( Y S Hwang ),김철영 ( Chul Yeong Kim ),원경식 ( Kyoung Sik Won ),허억준 ( Eok Jun Hur ) 대한지질공학회 2013 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2013 No.1

Geological and Hydrogeochemical Characteristics of the Hoibug Area along the Designed Express Way from Cheongju to Sangju, Korea

최석원(Suck Won Choi),이찬희(Chan Hee Lee),원경식(Kyoung-Sik Won),김일석(Il-Seuck Kim) 대한지질학회 2001 지질학회지 Vol.37 No.1

표면파탐사를 이용한 저수지 제체 그라우팅 보강효과 검증 연구

배형섭 ( Hyungseop Bae ),원경식 ( Yeong-dong Lee ),이영동 ( Kyoung-sik Won ) 대한지질공학회 2018 지질공학 Vol.28 No.2

노후 제체의 안전진단 및 그라우팅 보강효과 판정을 위해 지자체와 관공서는 전기비저항탐사를 주로 활용하고 있으나, 전기비저항탐사는 다양한 탐사조건에 의해 비저항 값이 변하는 정성적 평가이다. 또한 제체의 안정성과 직결되는 강성변화(stiffness change)를 파악하기 어려워, 그라우팅 시공 후 지속적인 안정성 모니터링에는 그 적용성이 떨어진다. 이에 본 연구는 지반의 강성(μ)과 밀접한 관계가 있는 전단파속도(Vs, shear velocity)를 통해 시멘트 그라우팅 시공에 따른 제체의 정량적인 보강효과에 대한 검증 방안을 연구하였고, 검증방안에 대한 적용성을 검토하였다. 본 연구는 2개소의 제체를 대상으로 수행되었으며, 시멘트 그라우팅 시공 전ㆍ후의 투수시험, 표준관입시험, 다운홀시험(Down-hole Test) 및 MASW(Multi-channel Analysis of Surface wave) 탐사결과를 대비 분석하여 보강효과를 평가하였다. 그라우팅 시공 전ㆍ후 전단파속도 변화는 위상속도차이(phase velocity difference) 및 역산해석(inversion analysis)을 통해 각각 분석하였으며, 현장시험 결과와의 비교를 통해 분석결과의 신뢰성을 평가하였다. D 제방의 경우 약 5~10%, H 제방은 약 10~20% 이상의 속도증가가 나타났으며, 현장시험결과와 유사한 양상의 결과를 나타냈다. In order to assess the safety diagnosis and grouting reinforcement effect of old reservoir facility, local governments and public offices mainly use electrical resistivity survey. However, electrical resistivity survey is a qualitative evaluation that varies the resistivity value by various exploration conditions. It is also difficult to grasp the stiffness change directly related to the stability of reservoir, thus an electrical resistivity survey is not applicable to continuous stability monitoring after grouting. The purpose of this study is to investigate and validate the quantitative evaluation of reinforcement effect of reservoir with cement grouting through shear velocity (Vs), which is closely related to the stiffness (μ) of the ground. This study was carried out on two reservoir facilities. The reinforcement effect was evaluated by comparing the permeability test, standard penetration test, down-hole test and MASW(Multi-channel Analysis of Surface wave) survey before and after cement grouting. Shear wave velocity changes before and after grouting were analyzed by phase velocity difference and inversion analysis, respectively, and the reliability of the analytical results was evaluated by comparing with field test results. Shear wave velocity increases to 5~10% in case of the D levee, and 10~20% in the levee of H reservoir. These results are showed similar pattern to the field test results.