저심도 굴착 흙막이 설계시 적정 지하수위 적용에 관한 연구 = A Study on shallow Depth Excavation Design according to Groundwater Level

국문 초록 (Abstract)

제 목 : 저심도 굴착 흙막이 설계시 적정 지하수위 적용에 관한 연구 최근 지하공간 개발에 따른 다수의 굴착공사로 지반침하 등의 피해가 우려되며, 실제 지하굴착공사 중 크고 작은 사고가 발생하여 굴착공사 중 지반안전성 및 주 변시설물에 대한 안전성이 더욱 중요하게 강조되고 있다. 이에 흙막이 설계시 적 정한 초기 지하수위를 고려하여 안전성을 확보할 필요성이 있으나, 지하안전평가 대상요건에 해당하지 않는 10m 이하 굴착공사 대상의 경우 현 설계기준에 따른 적정 초기 지하수위 선정방안에 대한 규정은 명확하게 제시되지 않고 있다. 이에 서울시 도심지의 10m 이하 굴착공사 17개 현장을 대상으로 굴착전 계측 초 기수위와 설계적용 지하수위의 수위차를 확인하였으며, 약 64.7%에 해당하는 11개 현장의 계측 초기수위가 설계적용 지하수위보다 높게 분포하는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구는 10m 이하 규모의 굴착공사를 대상으로 한 흙막이 설계시 초기 지하수위 산정에 대한 적정성을 고찰하고, 적정 설계 지하수위를 고려한 흙막이 검토에 의한 안전성 영향을 분석하였다. 설계 지하수위 검토를 위해 지하안전평가서 표준매뉴얼에 의거한 국가 지하수 관측망, 보조 지하수 관측망, 하천 관측소 각각의 연간 수위변동폭과 강우량에 따 른 침투해석을 통한 수위상승 검토를 수행하였다. 각 관측망의 수위변동폭 분석결 과 검토현장과 관측소의 거리적 편차가 크며, 연도별 변동폭 차이가 상당한 차이 를 보이는바 적정 설계 지하수위로 판단하기에는 신뢰성 및 적합성 부분에 문제 를 나타낸다. 반면, 서울지역의 50년빈도 강우량에 따른 침투해석 검토결과의 경 우 연중 변동폭, 현장의 위치 및 거리적 편차를 무시할 수 있어 설계 지하수위 산 정에 관한 검토항목 중 가장 적정하다 판단하였다. 침투해석 결과에 따른 상승 지하수위를 반영한 지반안전성 검토결과 지반조사 수위를 적용한 기존검토 대비 변위량은 최대 60.5%, 침하량은 최대 50.0% 증가하 는 것으로 나타났다. 본 연구와 더불어 변동성 및 불확실한 특성을 가지는 지하수에 대한 적정 설계 수위 산정방안의 점진적인 고찰과 양적 연구를 통해 합리적인 산정방안을 수립하 여 보다 굴착공사 중 안전성이 확보될 수 있길 기대해본다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A Study on the Appropriateness of the Groundwater Level in the Design of the Earth retaining according to Excavation in shallow depth
In light of recent developments in underground spaces, a multitude of excavation projects have raised concerns over issues such as ground subsidence. In actual underground excavation works, incidents ranging from minor to major have occurred, underscoring the increasing emphasis on the safety of both the ground and surrounding structures during these excavations. This situation necessitates the consideration of an appropriate initial groundwater level in the design of earth retaining structures. However, current design standards lack clear regulations regarding the selection of an appropriate initial groundwater level for excavations less than 10 meters deep, which do not meet the criteria for underground safety evaluations.
In this context, the study examined 17 excavation sites in the downtown area of Seoul, all less than 10 meters deep, to compare the initial groundwater levels measured before excavation with the groundwater levels applied in the design. It was found that in approximately 64.7% of these sites, amounting to 11 locations, the initial measured groundwater levels were higher than those applied in the design. Consequently, this study scrutinizes the appropriateness of initial groundwater level estimation in the design of earth retaining structures for excavations less than 10 meters deep and analyzes the impact on safety resulting from considering the appropriate design of groundwater levels in these earth retaining evaluations.
For the review of design groundwater levels, the study conducted an assessment of water level rises through infiltration analysis based on annual water level fluctuations and rainfall, using data from the national groundwater observation network, auxiliary groundwater observation network, and river monitoring stations as per the standard manual for underground safety evaluations. The analysis of the water level fluctuations of each observation network revealed significant spatial discrepancies between the study sites and the monitoring stations, as well as considerable annual variation. These factors present challenges in terms of reliability and suitability for determining appropriate design of groundwater levels.
However, the results of infiltration analysis based on the 50-year frequency rainfall in the Seoul area were deemed most appropriate for the determination of design groundwater levels because it allows for the disregard of annual fluctuations and spatial variances in location and distance relative to the sites.
The examination of ground safety, which incorporated the increased groundwater levels determined by the infiltration analysis, revealed that there was an increase of up to 60.5% in displacement and up to 50.0% in the amount of subsidence compared to previous assessments using groundwater levels from ground investigations.
This study is expected to contribute to establishing a rational approach for determining the appropriate design water levels through a progressive examination and quantitative studies of groundwater, which is characterized by variability and uncertainty, enhancing the safety during excavation works.

목차 (Table of Contents)

• 요약 ⅰ
• 표목차 ⅲ
• 그림목차 ⅵ
• I. 서 론 1
• 1. 연구의 배경 및 목적 1
• 2. 연구 내용 및 방법· 3
• 3. 연구동향 3
• II. 이론적 배경 5
• 1. 굴착공사 사고사례 분석 5
• 2. 현장 지반조사 및 지하수위 조사 14
• 3. 지하수위 변화에 따른 응력변화 18
• 4. 굴착공사 지하수위 계측관리 22
• 5. 지하안전평가 지하수 영향 검토 가이드라인 27
• III. 설계 적용 지하수위 재산정 검토 32
• 1. 굴착현장 지하수위 사례분석 32
• 2. 설계 지하수위 재산정 36
• IV. 설계 지하수위를 고려한 안전성 검토 63
• 1. 안전성 검토 개요· 63
• 2. 안전성 검토 결과· 67
• V. 결 론· 74
• 참고문헌 · 76
• 영문초록(Abstract) · 77
• 감사의글