서울지하철 터널내의 지하수 유입량에 대한 비교 연구

우종태,Woo, Jong-Tae 한국터널지하공간학회 2009 한국터널지하공간학회논문집 Vol.11 No.4

As ground water influx quantity which flows into the tunnel inside from the 7.937 km section of Han River and small and 7 medium-sized rivers which pass through subway line 5 is average $34,444\;m^3/day$ and it's 55.3% of the underground water influx quantity $62,272\;m^3/day$ which flows into whole tunnel section 31.29 km. If we suppressed the underground water influx from the rivers, it would be expect that the maintenance and management expenses would be able to reduce a lot. In addition, as the result of investigating the difference between the ground water influx quantity which flows into the river section and that of the design standard, the ground water influx quantity is $3.01\;m^3/min$ and it is flowing to similar level of tunnel design standard $3.00\;m^3/min$. However, when it is compared with tunnel average influx quantity $1.38\;m^3/min$, it has been found that 2.18 times of ground water flows into rivers. 서울지하철 5호선을 통과하고 있는 한강 및 중소 7개 하천 7.937 km구간의 터널 내부로 유입되는 지하수 유입량은 평균 $34,444\;m^3/day$로 터널 전구간 31.29 km로 유입되는 지하수량 $62,272\;m^3/day$의 55.3%를 차지하고 있으므로 하천구간에서 지하수 유입을 억제한다면 유지관리 비용을 크게 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 하천구간으로 유입되는 지하수의 양을 설계기준과 비교한 결과 유입량이 $3.01\;m^3/min/km$로서 터널 설계기준 $3.0\;m^3/min/km$과 비슷한 수준으로 유입되고 있었으나, 터널평균 유입량 $1.38\;m^3/min/km$와 비교했을 때 하천구간에서는 2.18배의 지하수가 더 유입되고 있는 것으로 나타났다.

터널굴착 중 지하수위 강하 및 깊이별 투수계수 변화를 적용한 지하수 유입량 변화 분석

문준식,쩡안치,장서용,Moon, Joon-Shik,Zheng, An-Qi,Jang, Seoyong 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.2

터널 내 지하수 침투는 터널붕괴와 그에 따른 지반침하의 주요 원인 중 하나이다. 따라서 터널굴착 중 시간에 따른 지하수 침투량과 간극수압 변화를 적절히 예측하는 것이 중요하다. 실무에서는 균질한 지반조건으로 가정하는 Goodman의 산정법을 사용하여 지하수 침투량을 계산하지만, 터널굴착 중 지하수위 강하와 깊이에 따른 투수계수 변화를 고려하지 않아 설계단계에서 지하수 유입량을 과다하게 산정할 우려가 있다. 따라서 본 연구에서는 지하수위 강하 및 깊이별 투수계수의 감소를 적용한 매개변수분석을 통해 지하수 유입량 변화를 분석 비교하였으며, 시간에 따른 지하수 침투량 변화와 지하수위 및 간극수압 분포 변화를 분석하기 위해 비정상류 해석을 수행하였다. Groundwater seepage into a tunnel is one of the main causes triggering tunnel collapse and the consequent ground subsidence. Thus, it is important to estimate adequately the groundwater inflow rate and porewater pressure change during tunneling with time elapse. In current practice, Goodman's analytical solution (or image tunnel method) assuming homogeneous ground condition around a tunnel is commonly used for estimating groundwater inflow rate. However, the generally-used analytical solution for estimating groundwater inflow rate does not consider groundwater level drawdown and permeability change with depth, and the inflow rate can be overestimated in design phase. In this study, parametric study was performed in order to investigate the effect of groundwater level drawdown and permeability reduction with depth, and transient flow analysis was carried out for studying the inflow rate change as well as groundwater level and porewater pressure change around a tunnel with time elapse.

터널 굴착 및 가물막이 시공에 따른 주변 지하수계 유동분석

유영권(Youngkwon You),임희대(Heuidae Lim),최재원(Jaiwon Choi),엄성일(Sungill Eom) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.6

본 연구는 A호와 B호를 연결하는 도수로터널 굴착 및 가물막이 공사가 주변 지하수계에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고자 수행하였으며, 이를 통해 인근 지하수 환경 변화 예측 및 터널의 라이닝 타설에 대한 효과를 검토하였다. 그 결과 터널 굴착 및 가물막이 공사기간 동안 터널 갱구부에서 최대 3.58 m의 지하수위 강하가 나타났으며, 터널 완공 및 라이닝 타설 시공 후 약 2년 경과 시점에서 자연상태 지하수위의 최대 90 %까지 회복하는 것으로 모사되었다. 터널 굴착에 따른 터널 내 지하수 유입량은 주향이동단층과 접하는 구간에서 터널의 배수설계기준을 초과하는 것으로 분석되었다. 이후 터널의 라이닝 타설이 완료된 후 지하수 유입량은 최대 0.006 ㎥/min/km로 감소하여, 라이닝 타설에 의한 효과는 93 % 이상으로 평가되었다. 또한 공사로 인한 인근 지역의 지하수 환경에 대한 분석 결과 민가, 사찰 및 견사 등에서 약 0.04∼0.31 m의 수위강하가 발생하였으며, 이는 연구지역 인근에 위치한 국가지하수관측소의 연간 수위 변동량(1.3 m)의 24 %에 해당하는 수치로 분석되었다. This study is to quantitatively evaluate the impact on surrounding groundwater of waterway tunnel excavation and cofferdam construction in which A-dam and B-dam, so prediction of groundwater fluctuation and tunnel lining installation was studied. As a result, drawdown of groundwater level during tunnel excavation and cofferdam construction occurred about 3.58 m in the tunnel shaft. The initial condition of groundwater level recovered by up to 90 % was simulated after the completed the construction of the tunnel and lining installation. Groundwater inflow in the tunnel evaluated was analyzed to have exceeding water design criteria of the tunnel. The groundwater inflow is reduced to maximum 0.006 ㎥/min/km after lining installation done in the tunnel, so effect of lining installation was evaluated as 93 % or more. Drawdown of about 0.04~0.31 m occurs in the houses and temples analysis of groundwater system of the surrounding area from construction. Drawdown has occurred nearly by considering annual groundwater level fluctuation of National Groundwater Observation Network.

광산 갱도 주변 암반에서의 지하수 유동 평가

윤용균(Yong-Kyun Yoon) 한국암반공학회 2011 터널과지하공간 Vol.21 No.5

광산 배수시스템을 설계하기 위해서는 채굴적이나 갱도 내로 유입되는 지하수량을 평가하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 가곡광산 선곡구에 개설된 갱도 주변 암반에서의 지하수 유동을 평가하기 위해서 정상류 해석을 실시하였다. 암반의 포화 특성 모델로는 포화모델과 포화/불포화모델을 사용하였다. 길이가 1216 m인 선곡 160갱내로 유입되는 지하수량은 포화모델을 사용한 경우 1450 ㎥/day, 포화/불포화모델을 적용한 경우 1071 ㎥/day로 나타났다. 투수계수가 갱도 내 유입량 변화에 미치는 영향이 강수량 보다 큰 것으로 나타났고 투수계수를 증가시키는 경우 유입량도 선형적으로 증가하였다. 또한 투수계비와 투수계수 방향의 변화도 유입량과 지하수위에 영향을 미치는 것으로 평가되었다. To design the drainage system of a mine, it is very important to evaluate the groundwater inflow to the mine workings. In this study, continuous steady state flow through rock mass around mine openings developed in Sungok area of Gagok Mine was analyzed. Saturated only model and Saturated/unsaturated model were used as material models of rock mass. Groundwater quantities flowing into Sungok 160 level which is 1216 m long are computed as 1450 ㎥/day in case of a saturated model and as 1071 ㎥/day in case of a saturated/unsaturated model. An effect that hydraulic conductivity has on inflow turned out be greater than precipitation and inflow increased linearly with increase of hydraulic conductivity. It was found that change of hydraulic conductivity ratio and orientation have an impact on the variation of inflow and water table.

논문 : 선택취수설비 굴착시 지하수 유입 방지를 위한 그라우팅 효과의 모델링 예측 및 평가

김규범 ( Gyoo Bum Kim ),김완수 ( Wan Soo Kim ),박정훈 ( Jung Hoon Park ),손영철 ( Yeong Cheol Son ),김진우 ( Jin Woo Kim ) 대한지질공학회 2013 지질공학 Vol.23 No.3

대규모 저수지에서 상수원 선택취수설비의 수직구 굴착시 저수지 및 주변 지층으로부터의 지하수 유입이 발생할 수 있어 그라우팅을 통한 차수가 요구된다. 본 연구에서는 소양강댐 우안의 선택취수설비 공사 중에 발생할 수 있는 지하수 유입량을 그라우팅 실시 여부에 따라 모사하고 시공 중의 실제 유입량과 비교하였다. 수직구에 그라우팅이 시공되지 않은 경우에는 445~754㎥/d. 그라우팅이 시공된 경우에는 58~96㎥/d의 지하수가 수직구내로 유입되는 것으로 예상되었으며, 실제 그라우팅을 거친 후 굴착 과정에서 배출된 지하수량을 측정한 결과 30~100㎥/d의 범위를 보여 예측 수량과 유사한 것으로 나타났다. 수직구의 작업 안정성 확보 및 원활한 공정을 위해서는 수치모델을 활용한 그라우팅 효과의 사전 평가가 필요하며 이를 근거로 그라우팅 시공을 선행한 후 굴착이 진행되는 것이 필요하다. The vertical shaft of a selective intake structure, which is constructed in a large reservoir, is required to be imper-meable and to employ a grouting technology to prevent water inflow from the reservoir or surrounding ground. In this study, groundwater inflow is estimated using a numerical model for two cases (i.e., grouting or non-grouting cases at the exterior of a vertical shaft) and compared with data measured during an excavation at the construction site of a selective intake structure in the Soyang reservoir, Korea. Groundwater inflow is estimated to range from 444 to 754 ㎥/d in the case of non-grouting and from 58 to 95 ㎥/d in the case of grouting. The groundwater inflow measured in a vertical shaft, which ranges from 30 to 100 ㎥/d, is similar to the simulated amount. It is recommended that before the excavation of a shaft, water inflow is estimated using a numerical model and a grouting test to ensure excavation stability and improve excavation efficiency.

산악 지역 내 터널 굴착 시 단열 암반 내 지하수 유동 분석

김형수(Hyoung-Soo Kim),이주현(Ju-Hyun Lee),안주희(Ju-Hee Ahn),안규천(Gyu-Cheon Ahn),윤운상(Woon-Sang Yoon) 한국암반공학회 2006 터널과지하공간 Vol.16 No.4

산악 지형 내 터널 굴착에 따른 지하수 유입은 실제 암반 내 발달한 절리 및 파쇄구간을 따라 유동하는 지하수에 의해 발생한다. 이러한 현상을 보다 합리적으로 분석하기 위해 정밀 지반조사, 물리탐사 및 시추 탐사 등의 분석 결과를 토대로 모델영역을 선정하고 대표 절리군 1, 2 및 3을 선택하였다. 3차원 절리망을 생성하기 위해 프로그램(FracMan)을 이용하였고 불확실성을 줄이기 위해 확률적 통계기법 중 하나인 Monte Carlo Simulation을 적용하였다. 수리특성을 파악하기 위해 실시한 불연속면 수리특성 시험, 양수시험 및 수압시험 결과 대표 절리군 1, 2 및 3의 투수량 계수(Tf )는 각각 9.60×10⁻⁶, 7.35×10⁻⁶ 및 1.01×10⁻⁵ m²/s이였다. 모델 영역의 수리적 초기조건을 파악하기 위해 지하수 연속체 프로그램(Visual MODFLOW)를 병행하여 적용하였다. 지하수 불연속체 프로그램(MAFIC)을 이용하여 해석한 결과, 터널내부의 단위 길이 당 유입량은 평균 5.40×10⁻¹㎥ /min/㎞, 표준편차 3.04×10⁻¹ ㎥/min/㎞로 예측되었다. 이 결과를 토대로 터널 굴착에 따른 광역적인 지하수계 변화를 분석한 결과 8.64×10⁻²~2.30×10⁻¹ ㎥/min/㎞로 기존 및 본 설계 적용 기준인 3.00 및 2.00 ㎥/min/㎞의 값보다 낮은 범위로 예측되어 터널 굴착 시 지하수 유입에 따른 공극수압의 변화에 따른 응력 변화가 적어서 터널 구조의 안정성에 미치는 영향이 적을 것으로 분석되었다. Intake of groundwater by tunneling in a mountainous area mostly results from groundwater flow through fractured parts of total rock mass. For reasonable analysis of this phenomenon the representative joint groups 1, 2, and 3 have been selected by previous investigations, geological/geophysical field tests and boring works. Three dimensional fractures were generated by the FracMan and MAFIC which is a three dimensional finite element model has been used to analyse a groundwater flow through fractured media. Monte Carlo simulation was applied to reduce the uncertainty of this study. The numerical results showed that the average and deviation of amounts of groundwater intaked into tunnel per unit length were 5.40×10⁻¹ and 3.04×10⁻¹ ㎥/min/㎞. It is concluded that tunnel would be stable on impact of groundwater environment by tunneling because of the lower value than 2.00 ~3.00 ㎥/min/㎞ as previous and present standard on the application of tunnel construction.

도심지터널에 유입된 지하수량 및 침전물의 성분분석 연구

우종태,Woo, Jong-Tae 한국터널지하공간학회 2005 터널기술 Vol.7 No.3

서울지하철5호선에 설치된 60여개 집수정의 지하수 유입량을 6년간 조사 분석한 결과 터널연장 1km당 유입량은 분당 $0.77m^3$으로 집수정 설계기준인 박스구조물은 $2m^3$, 터널구조물은 $3m^3$와 비교 했을때 상당한 여유가 있는 것으로 분석되었다 붉은색 침전물은 첨성분이 가장 많이 포함되어 있었는데 이는 흙막이 공법과 지역 특성상 철분을 많이 포함하고 있는 지하수에 원인이 있는 것으로 판단되었다. 백색 침전물의 경우 가장 많이 발견된 성분은 산화칼슘으로 건설당시 지반보강을 위하여 시행한 그라우팅 주업재인 시멘트가 지하수와 함께 터널 내부로 유입된 침전물로서 터널의 안전성에는 영향이 없을 것으로 판단된다. The result that analyze for 6 years a groundwater influx quantity of total 60 catch-pit established in subway line 5 appeared with $0.77m^3/min$. When comparing design approaches of the catch-pit with design approaches of the box structure $2m^3/min$ and the tunnel structure $3m^3/min$, it is found that it has a surplus. Red sedimentation substance contains large portion of Fe. The earth retaining structure of a tunnel and groundwater containing more portion of Fe than other area rue the major factor of this substance. In case of white sedimentation substance, the most frequently founded ingredient is CaO, which is occurred in case grouting injection materials for ground reinforcement is transmitted into a tunnel system by ground water. This substance is doesn't affect safety of a tunnel.

지하수-지표수 혼합구간의 수직 온도 분포 특성 분석

김희정,이진용,이성순,현윤정,이강근 한국습지학회 2011 한국습지학회지 Vol.13 No.2

지하수-지표수 혼합구간(Hyporheic zone)은 지표수와 지하수의 온도변화에 민감하게 반응하는 구간이다. 지표수의 경우 대기온도에 영향을 받아 온도의 변화주기가 짧은 반면, 상대적으로 지하수는 온도 변화주기가 길다. 본 연구에서는 지하수-지표수 혼합구간의 유동강도와 방향을 고려하여 깊이별 온도의 수직적 분포특성 분석하였다. 현장자료를 이용한 1차원 열전달 해석 수행결과, 지하수-지표수 혼합구간에서 지하수 유출과 지표수의 유입이 일어나는 지점에서 온도의 분포는 상이한 양상을 보였다. 혼합구간의 수직적 온도 분포의 변화는 하천기저에서 가장 두드러지게 나타났다. 또한 열전달 해석 결과를 바탕으로 연구지 혼합구간의 온도분포는 유동강도보다 유동방향에 지배 받았다.

동위원소를 이용한 하수 내 지하수 및 우수 함량 산출: 전주 덕진공원 유역 사례

최승현,김강주,문상호,Choi, Seung-Hyun,Kim, Kangjoo,Moon, Sang-Ho 대한자원환경지질학회 2016 자원환경지질 Vol.49 No.5

하수관거에 지하수가 침투하고 우수가 유입(I/I)되게 되면 하수의 양이 크게 늘어나 하수처리장의 부하가 가중되고, 하수의 처리효율도 크게 감소되기 때문에, 하수 중의 I/I를 알아내는 것은 매우 중요하다. 본 연구는 산소 및 수소 동위원소를 이용한 I/I 측정가능성 검토를 목적으로 수행되었으며, 이를 위하여 전주시 덕진공원 유역 내 관정 지하수 및 수로수, 상수도 등에 대하여 동위윈소적 조사를 수행하였다. 본 연구를 통하여 전주지역의 상수도는 전주에서 내륙으로 약 40 km 떨어진 고지대에 위치한 용담댐을 수원으로 하기 때문에 지역 강우와는 뚜렷이 다른 동위원소적 특성을 보이고, 시간에 따른 조성의 변화도 거의 없음을 알게 되었다. 하수는 기본적으로 상수도에서 발생하므로, 상수도와 지역강우를 양극단으로 하여 하수로 내 지역강우의 함량을 계산할 수 있다. 이러한 방법으로 덕진공원 유역 내하수로 1개 지점에서 지역강우의 함량을 계산한 결과, 강우가 시기에 따라 하수의 50%에서 90%를 차지하는 것으로 확인되었다. 이러한 계산결과는 오염농도가 높지 않은 하수의 수질을 통하여도 잘 뒷받침된다. 같은 방법으로 계산된 지하수내 상수도의 함량도 약 46%나 되었으며, 이는 상수도의 누수가 중요한 지하수원이 되고 있음을 지시하는 것이다. 이러한 동위원소 조성을 갖는 지하수는 하수로에 유입되어도 하수의 동위원소에는 크게 영향을 주지 않기 때문에 실제로 하수로에 유입되는 우수와 지하수의 량은 계산 결과보다 훨씬 클 것으로 예상된다. It is well known that the inflow of rainwater and the infiltration of groundwater to sewerage (I/I) increase the sewage and burden sewage treatment plants and lower their treatment efficiency. Therefore, it is important to estimate the amount of I/I. In this study, well groundwaters, public water supplies (PWSs), and sewage and rainwater channels were investigated to check whether oxygen and deuterium isotopes could be used as a tool for I/I estimation. This study shows that the isotopic composition of PWS in Jeonju area is very consistent over time and distinctly lighter than the circulating local rainwater (CLR) because it is supplied from Yongdam Dam, which is located about 40 km inland to the east in the mountainous area. Considering the fact that sewage mostly originates from the PWS, we could calculate the amounts of CLR in the sewerage from a monitoring station using unaffected rainwater and tap water as mixing end members. The calculation revealed that the CLR fraction ranged from 50% to 90% depending on observation time. This is well supported by the dilute natures of the sewages at the station. The fraction of PWS in investigated well waters were about 46%, indicating that leaking of PWS is very serious and is an important groundwater source in the study area. Since the infiltration of such groundwater may not alter the isotopic composition of sewage significantly, the actual I/I would be much greater than the calculated ones.

도심지터널에 유입된 지하수량 및 침전물의 성분분석 연구

우종태 사단법인 한국터널지하공간학회 2005 한국터널지하공간학회논문집 Vol.7 No.3

The result that analyze for 6 years a groundwater influx quantity of total 60 catch-pit established in subway line 5 appeared with 0.77m3/min. When comparing design approaches of the catch-pit with design approaches of the box structure 2m3/min and the tunnel structure 3m3/min, it is found that it has a surplus. Red sedimentation substance contains large portion of Fe. The earth retaining structure of a tunnel and ground water containing more portion of Fe than other area are the major factor of this substance. In case of white sedimentation substance, the most frequently founded ingredient is CaO, which is occurred in case grouting injection materials for ground reinforcement is transmitted into a tunnel system by ground water. This substance is doesn't affect safety of a tunnel. 서울지하철5호선에 설치된 60여개 집수정의 지하수 유입량을 6년간 조사 분석한 결과 터널연장 1km당 유입량은 분당 0.77m3으로 집수정 설계기준인 박스구조물은 2m3, 터널구조물은 3m3와 비교 했을때 상당한 여유가 있는 것으로 분석되었다. 붉은색 침전물은 철성분이 가장 많이 포함되어 있었는데 이는 흙막이 공법과 지역 특성상 철분을 많이 포함하고 있는 지하수에 원인이 있는 것으로 판단되었다. 백색 침전물의 경우 가장 많이 발견된 성분은 산화칼슘으로 건설당시 지반보강을 위하여 시행한 그라우팅 주입재인 시멘트가 지하수와 함께 터널 내부로 유입된 침전물로서 터널의 안전성에는 영향이 없을 것으로 판단된다.