[논문]산악 지역 내 터널 굴착 시 단열 암반 내 지하수 유동 분석

김형수; 이주현; 안주희; 안규천; 윤운상

초록
AI-Helper

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 Simulation 을 적용하였다. 수리특성을 파악하기 위해 실시한 불연속면 수리특성 시험 양수시험 및 수압시험 결과 대표 절리군 1, 2 및 3의 투수량 계수($T_f$)는 각각 $9.60{\times}10^{-6},\;7.35{\times}10^{-6}$ 및 $1.01{\times}10^{-5}m^2/s$ 이였다. 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 $5.40{\times}10^{-1}m^3/min/km$, 표준편차 $3.04{\times}10^{-1}m^3/min/km$로 예측되었다. 이 결과를 토대로 터널 굴착에 따른 광역적인 지하수계 변화를 분석한 결과 $8.64{\times}10^{-2}{\sim}2.30{\times}10^{-1}m^3/min/km$로 기존 및 본 설계 적용 기준인 3.00 및 $2.00m^3/min/km$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.

Abstract ▼ AI-Helper

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...

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 $5.40{\times}10^{-1}$ and $3.04{\times}10^{-1}m^3/min/km$. It is concluded that tunnel would be stable on impact of groundwater environment by tunneling because of the lower value than $2.00{\sim}3.00m^3/min/km$ as previous and present standard on the application of tunnel construction.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

가설 설정

따라서, 난 수적으로 많은 수의 모델샘플들을 생성하는 확률통계 학적 기법 중 하나인 Monte Carlo Simulation을 통해 평균 및 표준편차를 획득하는 것이 실제 발생할 수 있는 결과에 근접할 수 있다. 본 분석에서는 1000회 이상의 모델들을 생성하여 터널 내 유입량을 예측하였다 해석모델 영역은 지하수위 하부에 위치하고 있으며, 터널 굴착 시에도 완전 포화상태를 유지할 것으로 판단되므로 시간에 따른 지하수위의 변화가 없다고 가정하고 정류상태를 고려해서 모델링을 실시하였다. 모델링 분석 결과 터널내부의 단위 길이 당 유입량은 Fig.

제안 방법

입력 수리상수를 통한 불연속면의 구현이 어느 정도 가능하나 암반 균열의 크기, 간격, 방향성 등을 정확히 모사할 수 없기 때문이다. 따라서, 본 연구에서는 터널 예상지역 특정구간 내 대규모 불연속면을 통한 지하수 유동을 분석하기 위해 불연속체를 상세히 모사할 수 있는 모델링을 적용하였다(이정호 외, 2005).
현장에서 조사된 불연속면 특성 결과 대규모 단층의 방향은 N₈₀W/75SW, N₄₀W/70SW으로나타났고, 대표 절리군(JI, J2, J3)은 N₁E/76SE, N₅₃E/ 39SE, N₆₃W/78SW를 나타내고 있다. 그 외 조사된 다른 결과들을 포함하여 적절한 확률밀도 함수를 선정하고 분석하였다. 각 확률밀도 함수들에 대한 요약 설명은 Table 1과 같다.
본 연구지역 내 암종별 대표적인 수리상수를 획득하기 위해 현장투수시험, 수압시험, 순간충격시험, 양수시험 및 양수 유발 유속 시험(Young et al, 1998)을 실시하였다 대수층 내 전체적인 지하수 유동 특성을 파악하기 위하여 일반적으로 장기 양수 및 순간 충격시험을 실시하는데 본 연구지역은 절리 암반의 수리적 특성이 중요하므로 각각의 시추공에서 수압시험 및 양수 유발 유속 시험을 실시하였다. 유효공극률 및 전체공극률 자료는 문헌값을 이용하였다(Freeze & Cherry, 1979).
유효공극률 및 전체공극률 자료는 문헌값을 이용하였다(Freeze & Cherry, 1979). 과업지역의 대수층에 대한 수리상수는 지질 층서를 중심으로 현장시험결과 및 참고문헌을 고려하여 결정하였다(Table 2 참조).

대상 데이터

연구 지역 내 지표지질조사 시추주상도, 공내시험 등불 연속 면 특성결과를 토대로 앞산터널 시점부(STA. 4 km 800-6 km 800)에 존재하는 N₈₀W/75SW, N₄₀W /70SW의 주향경사를 보이는 추정단층을 포함하는 영역을 모델영역으로 선정하였다(Fig. 1 참조). 불연속체모델링 영역은 소류지와 터널 예상 구간을 포함한 10。 (N-S)xl00(E-W)xl00(수직) n?의 정육면체로 선정하였다.
1 참조). 불연속체모델링 영역은 소류지와 터널 예상 구간을 포함한 10。 (N-S)xl00(E-W)xl00(수직) n?의 정육면체로 선정하였다. 모델영역은 지표지질조사결과 안산암질류 관입암체가 분포하며 부분적으로 암맥이 협재되어 있었다

데이터처리

위의 결과로 생성된 절리망과 구축된 경계조건을 상호고려해서 해석모델의 요소망을 프로그램(MeshMaster) 을 이용해서 생성하였다. 생성된 요소망들 중 불연속면의 수리 특성에 불필요한 세밀한 요소登infinite clusters) 및 각 불연속면의 연결에 불필요한 요소들을 제거하고 적절한 요소망을 생성하였다 생성된 요소망은 삼각요소(triangular element)로 구성되어져 있고, 절리는 각 삼각요소의 면들이 서로 만나는 접선을 1차원 파이프 요소(pipe elenment)로 고려하여 나타내었다(Fig.

이론/모형

균열을 통한 지하수의 유동 해석에서 가장 중요한 요소 중의 하나는 균열의 간극이라고 할 수 있으며 균열을 통한 지하수 유동은 틈새의 3승에 비례한다는 cubic law를 적용한다(Long et al, 1996). 이를 통해 투수량 계수(transimissivity, T)는 다음과 같다.

성능/효과

2와 같다. 현장에서 조사된 불연속면 특성 결과 대규모 단층의 방향은 N₈₀W/75SW, N₄₀W/70SW으로나타났고, 대표 절리군(JI, J2, J3)은 N₁E/76SE, N₅₃E/ 39SE, N₆₃W/78SW를 나타내고 있다. 그 외 조사된 다른 결과들을 포함하여 적절한 확률밀도 함수를 선정하고 분석하였다.
본 분석에서는 1000회 이상의 모델들을 생성하여 터널 내 유입량을 예측하였다 해석모델 영역은 지하수위 하부에 위치하고 있으며, 터널 굴착 시에도 완전 포화상태를 유지할 것으로 판단되므로 시간에 따른 지하수위의 변화가 없다고 가정하고 정류상태를 고려해서 모델링을 실시하였다. 모델링 분석 결과 터널내부의 단위 길이 당 유입량은 Fig. 6과 같이 대수정규(Lognormal)분포를 나타내며, 평균 5.40x10」 m3/min/km, 표준편차 3.04x10-1 n?/niin/kni로 예측되었다
터널 예상 구간에 대해 터널 굴착 시 지하수 환경 영향을 예측하기 위해 선행 조사急광역/상세 지표 지질조사, 물리탐사, 정천현황/지하수 이용 실태조사 등)을 실시하여 관심 대상 지역 선정한 후 지하수 현장 시험들과 장기 수위 관측 및 정기 수량/수질 분석을 실시하였다 이러한 조사 결과들을 이용하여 불연속면이 발달되어 있는 영역에서 단층 및 대표 절리군 특성을 고려하여 지하수 불연속체 프로그램 MAFIC을 이용한 모델링 분석을 실시하였다 분석결과 터널 굴착 시 터널 내부로의 단위 길이 당 유입량은 5.40x10』m3/min/kmS 예측되었다 해석 결과 기존 설계 및 본 설계 적용 값인 3.0 및 2.0 보다 적은 값을 나타내었다. 따라서, 터널 굴착 시 특정 구간 내 발달한 단층 및 절리군을 통해 유입된 지하수는 유효응력 분포의 변화에 미치는 영향이 미미해 터널 안정성에 미치는 영향 또한 거의 없을 것으로 예측된다.

후속연구

따라서, 터널 굴착 시 특정 구간 내 발달한 단층 및 절리군을 통해 유입된 지하수는 유효응력 분포의 변화에 미치는 영향이 미미해 터널 안정성에 미치는 영향 또한 거의 없을 것으로 예측된다. 그러나, 본 연구에서 실시되었던 현장 조사 및 시험은 실제 분포되어 있는 암반 내 수리적 특성 단열들의 상태를 정확히 파악하기에는 양과 종류가 한정적이 였다 따라서, 이러한 제한을 극복하여 보다 정밀한 조사 자료들을 얻을 수 있다면 불확실성을 줄일 수 있고보다 적합한 결과를 유도할 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (5)

McDonald, M.G., and A.W. Harbaugh, 1988, A modualr three-dimensional finite difference ground-water flow model, Techniques of Water-Resources Investigations, U.S.G.S
이정호, 이영준, 이수재, 2005, 터널로 인한 지하수 영향 저감방안 연구, 한국환경정책. 평가연구원, p.50-58
Freeze, R.A., and J.A. Cherry, 1979, GROUNDWATER, Prentice-Hall. Inc, p26-28
Long, J.C, Chair, 1996, Rock Fractures and Fluid Flow; Contemporary understanding and applications, National Research Council, National Academy Press, Washington D.C., USA
Young, S.C., H.E. Julian, H.S. Pearson, F.J. Molz, and G.K. Boman, 1998, Application of the electromagnetic borehole flowmeter, EPA/600/R-98/058, U.S. Environmental Protection Agency

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 산악 지역 내 터널 굴착 시 단열 암반 내 지하수 유동 분석
Numerical Analysis of Groundwater Flow through Fractured Rock Mass by Tunneling in a Mountainous Area 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (5)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 산악 지역 내 터널 굴착 시 단열 암반 내 지하수 유동 분석 Numerical Analysis of Groundwater Flow through Fractured Rock Mass by Tunneling in a Mountainous Area 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (5)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이주현 (1) 윤운상 (13)

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문 더보기

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 산악 지역 내 터널 굴착 시 단열 암반 내 지하수 유동 분석
Numerical Analysis of Groundwater Flow through Fractured Rock Mass by Tunneling in a Mountainous Area 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

활용도 Top5 논문