• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.79-89
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• 2024

터널굴착 중 지하수의 과다유입은 터널의 안정성 및 시공성에 영향을 줄 뿐만 아니라 지하수위 저하에 따른 상부지반의 침하를 발생시키는 주요 원인 중 하나이다. 지하수위 하부 토사구간과 파쇄구간 내 터널굴착 중 지하수 과다유입에 대한 대책으로 가장 일반적으로 적용되는 방법은 사전 그라우팅을 통한 지반 투수계수의 감소이다. 일반적으로 그라우팅 범위는 터널굴착 중 발생하는 소성구간을 목표구간으로 설정하지만 이는 그라우팅을 통한 강도증진을 목적으로 하는 경우 적절한 범위이다. 차수를 목적으로 하는 사전 그라우팅의 범위를 결정하기 위해서는 원지반의 투수계수와 차수그라우팅의 적용에 따른 투수계수의 감소량을 고려하여야 한다. 본 연구에서는 원지반의 투수계수와 그라우팅의 적용에 따른 투수계수의 감소량을 고려한 차수그라우팅의 범위산정 방법을 수학적으로 유도하고 이를 수치해석을 통해 검토하였다.

• 국제학술발표논문집
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• The 1th International Conference on Construction Engineering and Project Management
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• pp.655-661
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• 2005

For a hydro power plant project, the headrace tunnel having a finished diameter of 3.3m was constructed in volcanic rocks with well-developed vertical joint and high groundwater table. The intake facility was located 20.3 km upstream of the powerhouse and headrace tunnel of 20 km in length and penstock of 440 m in height connected the intake and the powerhouse. The typical caldera lake, Lake Toba set the geology at the site; the caving of the ground caused tension cracks in the vertical direction to be developed and initial stresses at the ground to be released. High groundwater table(the maximum head of 20 bar) in the area of well-connected vertical joints delayed the progress of tunnel excavation severely due to the excessive inflow of groundwater. The excavation of tunnel was made using open-shield type TBM and mucking cars on the rail. High volume of water inflow raised the water level inside tunnel to 70 cm, 17% of tunnel diameter (3.9 m) and hindered the mucking of spoil under water. To improve the productivity, several adjustments such as modification of TBM and mucking cars and increase in the number of submersible pumps were made for the excavation of severe water inflow zone. Since the ground condition encountered during excavation turned out to be much worse, it was decided to adopt PC segment lining instead of RC lining. Besides, depending on the conditions of the water inflow, rock mass condition and internal water pressure, one of the invert PC segment lining with in-situ RC lining, RC lining and steel lining was applied to meet the site specific condition. With the adoption of PC segment lining, modification of TBM and other improvement, the excavation of the tunnel under severe groundwater condition was successfully completed.

• 터널과지하공간
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• 제34권2호
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• pp.104-126
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• 2024

완충재 및 뒤채움재는 심지층처분시스템 공학적방벽 구성요소로 고준위방사성폐기물을 안전하게 격리하고 폐기물로부터 유출되는 방사성핵종의 누출을 지연시키는 데 필수적인 역할을 한다. 완충재 및 뒤채움재로는 팽윤특성을 보이는 벤토나이트 혼합물의 사용이 고려되고 있으며 주변 암반으로부터 과도한 지하수의 유입은 이러한 공학적방벽의 안정성과 효율성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 심층처분장의 안전성 확보를 위해서는 완충재 및 뒤채움재의 엄격한 품질기준 및 현장관리 방안수립과 유입 지하수를 처리할 수 있는 기술이 요구된다. 본 고에서는 다양한 실험실 시험뿐만 아니라 스웨덴 Äspö Hard Rock Laboratory에서 수행된 처분터널 1/2 규모의 Steel Tunnel Test 사례를 심층 분석하여 완충재 및 뒤재움재의 설계 요구사항을 파악하고 현장실험 사례를 통해 파악된 품질관리 요소 및 방안을 소개하였다. 또한, 완충재 및 뒤채움재의 현장시공 안정성과 효율성을 확보하기 위한 처분갱도에서의 유입 지하수 처리방법에 대해 소개하고 벤토나이트 펠렛 채움 내의 지하수 저장능력과 토목섬유(geotextile) 사용 효과에 대한 검증 결과를 소개하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제7권2호
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• pp.67-76
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• 2006

본 논문은 수직 절리가 잘 발달된 지하수위가 높은 화산암질 지반에서 직경 3.3m의 도수터널 굴착을 하는 수력발전소 건설공사 내용이다. 취수시설은 발전소로부터 20.3km 상류에 위치하고 있으며, 20km의 도수터널과 연결되어 있고 440m의 낙차고를 갖는 펜스탁이 발전소와 연결되어 있다. 현장의 지질 조건은 전형적인 칼데라 호수인 토바호에 의해 지반 침식과 수직방향의 인장균열이 발달하였으며 이로 인해 지반의 초기응력이 이완되었다. 높은 지하수위(최대 수두 200m)를 가진 잘 발달된 수직 절리를 터널이 관통하면서 막대한 양의 지하수가 터널내로 유입되었다. 터널 굴착은 개방형 쉴드 TBM과 버럭반출에는 철로와 기관차를 사용하였다. 터널 내로의 유입수가 터널 바닥면에서 70cm 높이에 다다르고 이는 터널 직경(3.9m)의 17%에 해당하였다. 생산성을 향상하기 위해서 TBM과 버럭반출 차량과 같은 몇 가지의 개선과 수중펌프를 증설하는 방안을 사용하였다. 굴착 중에 만난 지반 조건이 설계보다 상당히 불량하여 RC라이닝에서 지하수 유입, 암반조건, 수압 등에 따라 PC 세그먼트 라이닝 또는 PC 세그먼트 라이닝과 현장타설 RC 라이닝, RC 라이닝, 그리고 강재 라이닝이 적용되었다. 이 PC 세그먼트 라이닝의 도입과 TBM과 다른 장비의 개조 및 개선을 통해서 심각한 지하수 조건 하에서 터널 굴착 공사를 성공적으로 완료하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권4호
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• pp.397-404
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• 2008

본 연구는 인천국제공항철도 신설 공사구간 중 서울지하철 2호선 하부에서 TRcM 공법으로 통과하는 구간의 수리 및 굴착 안정성에 대해 검토한 내용이다. 본 검토 대상 구간에서는 터널 굴착과정에서 하루 최대 86.4 ton의 예상치 못한 과다 용출수가 발생하였으며, 과다 용출수의 발생에 대한 원인 분석을 위해 관측정에서 계측된 지하수위 저하거동과 가장 적합한 수리해석 파라미터를 찾기 위한 수리 역해석을 실시하였다. 본 수리 역해석에서는 TRcM 구간에 접한 홍익대학교 정거장 굴착시의 측정된 자료중 TRcM 구간 굴착전까지의 지하수위 계측결과를 사용하였다. 암종별 수리전도계수와 서울지하철 2호선의 배수경계조건, 과업구간의 강우강도 등을 변화시켜가며 수리 역해석을 수행하였다. 그 결과 계측된 자료와 유사한 최종 지하수위 및 지하수위 저하 경향을 보이는 수리해석 조건을 얻을 수 있었다. 다음, 지반의 굴착에 의한 역학적 영향을 분석하기 위해 지하수를 고려하지 않은 역학적 해석을 수행하였다. 순수 역학적 해석 결과, 지표침하 0.85 mm, TRcM 구간 천단침하 1.32 mm 발생하는 것으로 나타났으며, 복합거동 해석결과 지표침하 1.2 mm, TRcM 구간 최대 천단침하 1.72 mm으로 나타나 지하수위 저하에 의해 추가 변위가 발생하나 침하량이 크지 않아 안정성에는 영향이 없는 것으로 분석되었다.

• 지질공학
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• 제12권1호
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• pp.35-51
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• 2002

본 논문은 화산암지역에 건설되는 비축기지를 대상으로 지표지질조사, 지표단열조사, 시추조사, 수리시험 결과 등을 토대로 지하수유동 수치모델 해석을 통하여 저유공동의 기밀성 요건을 만족시킬 수 있는 수벽시스템을 설정하고, 이러한 시스템 하에서의 공동유입량과 인접시설과의 수리간섭 영향을 평가하였다. 수리지질 안정성 해석을 위한 접근방법 3차원 연속체 수치모델링과 더불어 이의결과를 비교 또는 보완하기 위한 단열망 모델링 해석방법을 병행하였다. 저유공동의 심도를 결정하고 투수성단열의 확률적인 상호연결성 정도를 계산한 결과와 연직 수리경사, 수벽공 효율성, 저유공동과 수벽시스템간 이격거리 등의 제반 요건을 만족시키는 수벽시스템을 계산하였다. 연속체 모델에 의한 저유공동으로의 누수량은 건설기간 중에는 130 ~ 140m$^3$/day, 운영 중에는 약 120m$^3$/day일 것으로 예측되었고, 단열망 모델에서는 80~175m$^3$/day의 범위인 것으로 계산되었다. 신규 시설의 건설로 인하여 기존 시설지구의 함양유역 감소가 불가피하고, 이로 인하여 지하수위 강하 및 유동량의 감소가 발생될 것으로 예상되므로, 보수적인 관점에서 기준 지하수위를 유지하기 위하여 인공적인 수압을 가해줄 수 있는 별도의 지상 혹은 지하의 수직 수벽시스템이 요구된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제21권2호
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• pp.171-178
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• 2020

Mountainous areas cover more than 70% of Korea. With the rapid increase in tunnel construction, tunnel-collapse incidents and excessive deformation are occurring more frequently. In addition, longer tunnel structures are being constructed, and geologically weaker ground conditions are increasingly being encountered during the construction process. Tunnels constructed under weak ground conditions exhibit long-term deformation behavior that leads to tunnel instability. This study analyzes the behavior of the bottom region of tunnels under geological conditions of long-term deformation. Long-term deformation causes various types of damage, such as cracks and ridges in the packing part of tunnels, as well as cracks and upheavals in the pavement of tunnels. We observed rapid tunnel over-displacement due to the squeezing of a fault rupture zone after the inflow of a large amount of groundwater. Excessive increments in the support member strength resulted in damage to the support and tunnel bottom. In addition, upward infiltration pressure on the tunnel road was found to cause severe pavement damage. Furthermore, smectite (a highly expandable mineral), chlorite, illite, and hematite, were also observed. Soil samples and rock samples containing clay minerals were found to have greater expansibility than general soil samples. Considering these findings, countermeasures against the deformation of tunnel bottoms are required.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제10권1호
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• pp.19-27
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• 2017

최근 도심지에서 상하수도 등의 지중매설관 노후 및 접합 불량에 따른 누수에 의해 일어나거나, 터널굴착 및 지하구조물 시공 시 부실시공 또는 관리 부실로 인한 지하수의 유입으로 지중공동이 발생하고 이로 인하여 지반침하가 빈번하게 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 포화-불포화 다공성 매질에 대한 지하수 변동을 예측할 수 있는 수치모델(SEEFLOW3D)을 개발하였으며 개착식 및 비개착식 굴착 시나리오를 구성하여 지반굴착에 따른 영향을 모사하였다. 또한, 개발모델의 검증을 위해 범용수치해석 프로그램(Visual MODFLOW)과 비교 분석을 수행하였다. 그 결과 평균 오차는 -3.95~5.72%이며 정규화 된 RMSE는 0.56~4.62%로 나타났다. 향후 본 연구의 개발모델은 지반굴착 공사 시 지하수 유출량을 예측하고 이에 따른 차수벽의 최적 설계 등을 위한 해석툴로 활용 가능할 것으로 기대된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권6호
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• pp.35-48
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• 2009

일반적으로 단층대는 지반의 공학적 특성이 불량하므로 터널 시공시 굴착으로 인한 지반변위가 과다하게 발생하여 인접구조물에 악영향을 줄 수 있으며, 지하수 유입으로 인한 지반강도의 급격한 저하로 터널의 안정성 확보가 어렵다. 따라서, 인접구조물의 영향을 최소화하고 터널의 안정성을 확보하기 위하여 지반안정을 위한 차수 및 보강대책이 수립되어야 한다. 본 연구에서는 경부고속철도 노선 중 양산단층대를 통과하는 약 570m구간의 터널시공 사례를 분석하여 보강대책의 적정성에 대하여 분석하였다. 침하량 검토결과, Loganathan 등(1998, 2000) 식을 활용하여 산정한 침하량은 수치해석 결과와 유사하게 나타나 예측식의 적정성을 확인하였다. 단층대 구간에서 수행된 시험시공결과를 분석하여 적용공법의 적정성을 검토하였으며, 수치해석적 방법을 통하여 보강공법의 적용성을 검토하였다. 검토결과 대책공법 적용으로 터널변위가 감소하고 지보재 응력이 허용치 이내로 발생하였으므로 적용된 대책공법은 적정한 것으로 판단된다.