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문제 정의
- A호, B호측 갱구부와 전체적인 터널 내부로의 지하수 유입량을 파악하고 이에 따른 영향을 예측하였다. 분석결과 가물막이 완공 후 갱구부 터널 굴착에 따른 최대 유입량은 A호측이 2.
- 지질조사, 수리특성조사, 지하수위자료 등을 바탕으로 수치 모델링을 수행하였으며, 이를 통해 터널 및 가물막이 공사로 인해 저하된 지하수위의 회복시기를 예측 분석하고, 그라우팅 전･후의 터널 내 유입량 분석을 통해 그라우팅의 효과를 검증하였다. 또한 터널 구간에 접촉되는 단열대에 의한 영향 여부를 파악하여 연구지역 내 분포하는 단열대의 수리지질학적 특성을 규명하였다.
- 본 연구는 A호와 B호를 연결하는 도수로터널 굴착 및 가물막이 공사가 주변 지하수계에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고자 수행되었다. 지질조사, 수리특성조사, 지하수위자료 등을 바탕으로 수치 모델링을 수행하였으며, 이를 통해 터널 및 가물막이 공사로 인해 저하된 지하수위의 회복시기를 예측 분석하고, 그라우팅 전･후의 터널 내 유입량 분석을 통해 그라우팅의 효과를 검증하였다.
- 본 연구는 지하수 수치 모델링을 통해 A호와 B호를 연결하는 도수로 터널과 가물막이 공사에 따른 인근 지하수 환경 변화를 예측 분석하였으며, 터널 그라우팅에 대한 효과를 수리적인 영향을 통해 검토하였다.
가설 설정
- 모델링을 위한 3차원적인 지층 구조는 조사공의 시추자료를 고려하여 2개의 층(충적층, 암반층)으로 구분하였으며, 이 중 암반층은 터널심도를 고려하여 다시 3개의 층으로 구분하였다. 각 지층의 수리전도도값은 등방(isotropic)하다고 가정하였으며, 투수시험 및 수압시험, 순간수위변화시험, 양수시험을 통해 취득한 수리전도도를 기준으로 하여 산정하였다. 또한 시추자료를 연계 분석하여 단층대 구간을 점토 충진 단층대와 단층파쇄대로 구분하여 수리전도도를 산정하였다(Table 2).
제안 방법
- +149. 8m로 비교적 일정하게 유지되므로 제1형 경계조건인 고정수두경계(Constant head boundary)로 처리하였다. 그밖에 모델영역 내에 분포하는 하천들은 계절적인 영향에 상당히 민감한 간헐하천이므로 제3형 경계조건인 배수경계(Drain pakage)로 설정하였다.
- 지하수 수치모델은 미국지질조사소(USGS)에서 3차원 유한차분 지하수 흐름을 모의하기 위해 개발한 MODFLOW이다. MODFLOW를 사용하여 부지 내 지하수계를 실제와 유사하게 재현한 후, 부정류 모사를 진행함으로써 지하수유동을 예측하였다. 그래픽 입출력 처리기는 캐나다 Schlumberger Water Services사의 Visual MODFLOW PRO v.
- Step.1의 터널 굴착 완료 시 지하수위를 초기수위로 설정하고 가물막이 완공 이후의 지하수 유동 및 연결터널 내 유입량을 분석하였다. 가물막이는 차수벽 경계조건(Wall pakage) 으로 설정하여 가물막이에 의한 A호, B호측 갱구부 주변의 지하수위 변화를 분석하였다.
- Step.2 과정에서 터널 굴착 및 가물막이 완공에 따른 부정류 모사를 진행하였고, 본 과정에서는 라이닝 타설 등의 공사가 완료되고, 가물막이를 해체하면서 일어나는 지하수 변동을 모사하였다. 라이닝의 투수계수는 불투성에 가까운 1.
- 1의 터널 굴착 완료 시 지하수위를 초기수위로 설정하고 가물막이 완공 이후의 지하수 유동 및 연결터널 내 유입량을 분석하였다. 가물막이는 차수벽 경계조건(Wall pakage) 으로 설정하여 가물막이에 의한 A호, B호측 갱구부 주변의 지하수위 변화를 분석하였다. 가물막이의 완공으로 갱구부 주변의 지하수계는 인위적으로 A호 및 B호와 차단되며, 가물막이 내측의 지표수를 제거하는 것에 기인하여 수위강하가 발생된다.
- 공정에 따른 경계조건의 영향을 합리적으로 구현하기 위해 터널 굴착, 가물막이 완공, 가물막이 해체가 병행되는 공정의 3단계로 나누어 부정류모사를 진행하였으며, Fig. 10에 단계별 모델개념도를 나타내었다. 정류모사에서는 자연상태의 지하수위 분포를 정류보정을 통해 모델에 구현하여, 현 상태 지하수위 분포 및 지하수 흐름방향을 분석하였다.
- 8m로 비교적 일정하게 유지되므로 제1형 경계조건인 고정수두경계(Constant head boundary)로 처리하였다. 그밖에 모델영역 내에 분포하는 하천들은 계절적인 영향에 상당히 민감한 간헐하천이므로 제3형 경계조건인 배수경계(Drain pakage)로 설정하였다. 모델영역 내 경계조건은 Fig.
- 각 지층의 수리전도도값은 등방(isotropic)하다고 가정하였으며, 투수시험 및 수압시험, 순간수위변화시험, 양수시험을 통해 취득한 수리전도도를 기준으로 하여 산정하였다. 또한 시추자료를 연계 분석하여 단층대 구간을 점토 충진 단층대와 단층파쇄대로 구분하여 수리전도도를 산정하였다(Table 2).
- 본 연구에서는 터널경계조건을 DRN(Drain Package, 배수경계)으로 설정하고, 가물막이 조건은 차수벽 경계조건(Wall package)으로 설정하여 터널 내 지하수 유입량과 가물막이 주변 지하수위 변화를 파악하였다. 또한 터널 굴착순서에 맞게 Zone Budget을 설정하여 각 구간별 유/출입량을 정량적으로 파악하였으며, 터널 굴착에 따른 주변 지역의 수두강하 및 라이닝 타설을 모사하여 차수효과를 검증하였다.
- 모델링을 위한 3차원적인 지층 구조는 조사공의 시추자료를 고려하여 2개의 층(충적층, 암반층)으로 구분하였으며, 이 중 암반층은 터널심도를 고려하여 다시 3개의 층으로 구분하였다. 각 지층의 수리전도도값은 등방(isotropic)하다고 가정하였으며, 투수시험 및 수압시험, 순간수위변화시험, 양수시험을 통해 취득한 수리전도도를 기준으로 하여 산정하였다.
- 모델에서의 지하수계를 실제 자연상태의 지하수계와 유사하도록 재현해내기 위해 모델 보정을 수행하였다. 현장 시험으로 획득한 모델링의 초기 입력 값들은 국지적인 지하지질 수리특성 값에 대한 불확실성을 내포하고 있으므로, 모델링 과정에서 현장 상황에 맞게 보정하여 최적의 수리지질인자를 결정해야 한다.
- 가물막이의 완공으로 갱구부 주변의 지하수계는 인위적으로 A호 및 B호와 차단되며, 가물막이 내측의 지표수를 제거하는 것에 기인하여 수위강하가 발생된다. 본 단계에서는 연결터널 굴착공정을 합리적으로 반영하고 경계조건에 의한 과다영향을 배제하기 위해 가물막이 완공 후 갱구부 굴착이 실시되는 구간을 벗어난 지점에서 수위강하를 모사하였다. 각각 A호, B호측 갱구부로부터 연결터널 중앙부로 향하는 150 m 지점에서 가물막이 존치기간의 지하수위 변동량을 모사한 결과, A호측의 수두강하량은 최대 3.
- 터널 굴착은 지하수계에서 강력한 유출원 역할을 한다. 본 모사에서 연결터널은 터널 굴진 공정을 포함시킨 배수 경계조건(DRN)으로 설정하였으며, 주변 지하수계에서 터널 내로의 유입량을 분석하기 위해 Zone Budget을 활용하였다. 부정류 모사에서는 A-B 연결터널 공정 진행을 현실적으로 반영하였다.
- 본 수치모델링의 주 관심대상인 연결터널은 굴착에 따른 지하수 변동특성을 정밀하게 모사하기 위하여 5 m × 10 m의 세격자망(fine grid)으로 설정하였으며, 그 외 지역은 20 m로 격자의 간격을 넓혀 수치모델의 효율을 제고시켰다(Fig. 4).
- 연결터널 라이닝 후 유지관리용 터널 순으로 라이닝이 진행되며, 이런 과정을 정확히 반영하여 실제 시공 상황과 근접하게 모델링을 계획하였다. 본 연구에서는 터널경계조건을 DRN(Drain Package, 배수경계)으로 설정하고, 가물막이 조건은 차수벽 경계조건(Wall package)으로 설정하여 터널 내 지하수 유입량과 가물막이 주변 지하수위 변화를 파악하였다. 또한 터널 굴착순서에 맞게 Zone Budget을 설정하여 각 구간별 유/출입량을 정량적으로 파악하였으며, 터널 굴착에 따른 주변 지역의 수두강하 및 라이닝 타설을 모사하여 차수효과를 검증하였다.
- 연구지역의 지형 및 지질 특성에 따라 지하수 수치모델링의 모델영역을 설정하였다. 본 연구지역의 주 관심대상인 A호-B호 연결터널과 4조의 단열군을 중심으로 북쪽과 남쪽은 각각 A호와 B호를 모델 경계로 설정하였으며, 동쪽과 서쪽은 지하수 무흐름 경계로 적용할 수 있는 지형분수령을 따라 경계를 적용하였다.
- 정류모사에서는 자연상태의 지하수위 분포를 정류보정을 통해 모델에 구현하여, 현 상태 지하수위 분포 및 지하수 흐름방향을 분석하였다. 부정류모사 Step.1은 정류상태의 지하수위분포를 초기수위로 설정하여, A측과 A호측의 갱구부 100 m 구간을 제외한 본선 구간의 터널 굴착을 일 굴착량으로 반영하여 터널 굴착에 따른 수두강하 및 터널 내 지하수 유입량을 분석하였다. 부정류모사 Step.
- 1은 정류상태의 지하수위분포를 초기수위로 설정하여, A측과 A호측의 갱구부 100 m 구간을 제외한 본선 구간의 터널 굴착을 일 굴착량으로 반영하여 터널 굴착에 따른 수두강하 및 터널 내 지하수 유입량을 분석하였다. 부정류모사 Step.2는 가물막이가 완공되고 A호, B호측의 갱구부 100 m 구간 굴착과 동시에 연결터널구간을 차수 그라우팅 시공에 의한 모사를 진행하여 가물막이와 터널 굴착에 따른 지하수 영향을 분석하였다. 부정류모사 Step.
- 2는 가물막이가 완공되고 A호, B호측의 갱구부 100 m 구간 굴착과 동시에 연결터널구간을 차수 그라우팅 시공에 의한 모사를 진행하여 가물막이와 터널 굴착에 따른 지하수 영향을 분석하였다. 부정류모사 Step.3는 가물막이 해체 후 지하수위 회복 및 운영 중 터널 내 지하수 유입량 산정과 지하수 안정수위 회복을 분석하였다.
- 수리지질인자 중 현장조사를 통해 획득한 수리전도도와 비저류계수는 값을 변화시키지 않고 지질 및 암반등급에 따라 적절한 구역화(zoning)를 통해 조절하였으며, 불확실성을 가장 많이 내포하고 있는 함양량의 경우에는 민감도분석을 통해 값을 결정하였다. 보정결과, SEE(표준추정오차)는 0.
- 터널 시공 중 라이닝 타설은 경사갱 및 연결터널 굴착 및 가물막이 시공이 완료 된 후 수행된다. 연결터널 라이닝 후 유지관리용 터널 순으로 라이닝이 진행되며, 이런 과정을 정확히 반영하여 실제 시공 상황과 근접하게 모델링을 계획하였다. 본 연구에서는 터널경계조건을 DRN(Drain Package, 배수경계)으로 설정하고, 가물막이 조건은 차수벽 경계조건(Wall package)으로 설정하여 터널 내 지하수 유입량과 가물막이 주변 지하수위 변화를 파악하였다.
- 현장 시험으로 획득한 모델링의 초기 입력 값들은 국지적인 지하지질 수리특성 값에 대한 불확실성을 내포하고 있으므로, 모델링 과정에서 현장 상황에 맞게 보정하여 최적의 수리지질인자를 결정해야 한다. 연구지역에서 관측한 지하수위(observed head)와 모델에서 계산된 지하수위(calculated head)를 비교･분석하여, 비교 지점의 계산된 수위가 실제 관측수위와 합리적으로 일치할 때까지 시행오차법을 통해 수리지질인자들을 증감시키면서 정류보정을 수행하였다(한정상과 한찬, 1999). 정류보정에는 시추조사 시 획득한 17개의 지하수위 측정자료를 이용하였다(Fig.
- 연구지역의 대수층 수리특성과 지하수 산출 특성 파악을 위해 터널구간에서 수행된 장기양수시험, 순간충격시험, 양수 및 회복시험, 투수 및 수압시험으로부터 산정된 수리상수 및 인근 유사사례를 종합 분석하였다. 순간수위변화시험 및 양수시험 결과 수리전도도는 1.
- 연구지역의 동쪽과 서쪽의 지형적인 경계는 수리적 분수령을 이루고 있으므로, 능선을 따라 무흐름경계(No flow boundary)로 설정하였다. 북쪽의 A호와 남쪽의 B호는 대수층과 항시 수리적으로 연결되어있으며, 관리수위가 각각 평균 EL.
- 지질은 조립질 흑운모 화강암이 기반암으로 분포하고 있고, A호와 B호로 유입되는 지류들을 따라 제4기 충적층이 발달하고 있으며, 현장조사 결과 4조의 주향이동 단층이 연결터널과 교차하거나 인접해 있는 것으로 추정된다. 연구지역의 지형 및 지질 특성에 따라 지하수 수치모델링의 모델영역을 설정하였다. 본 연구지역의 주 관심대상인 A호-B호 연결터널과 4조의 단열군을 중심으로 북쪽과 남쪽은 각각 A호와 B호를 모델 경계로 설정하였으며, 동쪽과 서쪽은 지하수 무흐름 경계로 적용할 수 있는 지형분수령을 따라 경계를 적용하였다.
- 정류상태의 지하수위를 초기수위로 설정하고 터널 굴착 및 가물막이 완공과 해체 이후의 지하수 유동 및 연결터널내 유입량을 분석하고자 지하수 부정류 모사를 실시하였다. 터널 굴착은 지하수계에서 강력한 유출원 역할을 한다.
- 본 연구는 A호와 B호를 연결하는 도수로터널 굴착 및 가물막이 공사가 주변 지하수계에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고자 수행되었다. 지질조사, 수리특성조사, 지하수위자료 등을 바탕으로 수치 모델링을 수행하였으며, 이를 통해 터널 및 가물막이 공사로 인해 저하된 지하수위의 회복시기를 예측 분석하고, 그라우팅 전･후의 터널 내 유입량 분석을 통해 그라우팅의 효과를 검증하였다. 또한 터널 구간에 접촉되는 단열대에 의한 영향 여부를 파악하여 연구지역 내 분포하는 단열대의 수리지질학적 특성을 규명하였다.
- 터널 굴착 및 가물막이 공사로 인한 수위강하 정도를 정량적으로 파악하기 위해 주요 지점을 선정하여, 모델링을 통해 수위강하 정도를 분석하였다. 그 결과, 공사 중 주요지점에서 약 0.
- 터널 굴착 및 가물막이 시공에 의한 터널 내 지하수 유입량 분석과 주변 지하수계 영향 분석을 위하여 지하수 유동 모델링을 실시하였으며, 모델설계, 정류상태보정, 예측의 순으로 진행하였다(Table 1).
- 터널 굴착 전 자연상태의 지하수계를 재현하여 획득한 지하수위는 터널 굴착에 따른 부정류모델의 초기조건으로 활용하였다.
- 터널 굴착 주요 지점에 대해 공사기간 중 발생하는 수위강하량을 분석하였고, 연결터널구간의 공사 진행에 따른 수위강하 및 회복율 분석을 위해 연결터널기준 수직방향의 상 하부에 가상관정 10개를 배치하였다. 분석결과 모사지역의 전체적인 지하수위는 EL.
대상 데이터
- A호-B호 연결터널은 총 1,925 m이며, 본선터널과 2개의 경사갱 터널로 구성되어 있다. 굴진은 연결터널의 양 갱구부와 각 경사갱의 중심에서 남북 방향으로 이루어진다.
- 모델의 격자망은 254행 × 312행 × 3층으로, 총 237,744개의 블록으로 구성하였다.
- , 1997). 연구지역은 4조의 주향이동 단층이 연결터널 노선과 인접하여 발달하며, 이 중 3조의 주향이동단층은 연결터널과 교차한다. 연구지역 내 분포하는 단열의 주향과 경사를 측정한 결과, 가음단층군 파생단층인 N68～70NW/70NE 방향의 주향 이동 단층 2조(F1, F2) 및 N15～23E/70～80SE 방향의 단층 1조(F4)에 의해 불연속면의 특성차이가 발현되어 세 개의 단열군으로 구분된다.
- 연구지역은 동쪽과 서쪽에는 낮은 구릉성 산지가 형성되어 있으며, 북쪽과 남쪽으로는 A호와 B호가 위치하고 있다(Fig. 3). 지질은 조립질 흑운모 화강암이 기반암으로 분포하고 있고, A호와 B호로 유입되는 지류들을 따라 제4기 충적층이 발달하고 있으며, 현장조사 결과 4조의 주향이동 단층이 연결터널과 교차하거나 인접해 있는 것으로 추정된다.
- 연구지역은 지형학적으로 노년기 지형에 해당하며, 심한 풍화가 진행되어 낮은 구릉성 산지 지형을 형성하고 있다. 수계는 댐 건설 이후 A호 및 B호로부터 발현되는 1, 2차 및 3, 4차 지류들로 구성되며, 예천전단대, 안동단층군 및 가음단층군의 간접영향권에 해당하는 것으로 확인된다(Fig.
- 연구지역은 최하부에 저반상의 중생대 쥬라기 흑운모 화강암이 기반암으로 분포한다. 기반암은 백악기 초～중기의 퇴적암류에 의해 부정합으로 피복되어 있으며, 국부적으로 백악기 후기의 맥암류가 기반암을 관입하고 있다(Fig.
- 연구지역을 포함한 모델의 면적은 가로 3 km × 세로 3km로 총 9 km2이고, 이 중 위에서 언급한 무흐름 경계 및 수리적 경계를 기준으로 설정한 활성셀(Active cell)의 면적은 5.5 km2이다.
- 연구지역에서 관측한 지하수위(observed head)와 모델에서 계산된 지하수위(calculated head)를 비교･분석하여, 비교 지점의 계산된 수위가 실제 관측수위와 합리적으로 일치할 때까지 시행오차법을 통해 수리지질인자들을 증감시키면서 정류보정을 수행하였다(한정상과 한찬, 1999). 정류보정에는 시추조사 시 획득한 17개의 지하수위 측정자료를 이용하였다(Fig. 7).
이론/모형
- MODFLOW를 사용하여 부지 내 지하수계를 실제와 유사하게 재현한 후, 부정류 모사를 진행함으로써 지하수유동을 예측하였다. 그래픽 입출력 처리기는 캐나다 Schlumberger Water Services사의 Visual MODFLOW PRO v.2011.1을 사용하였다.
성능/효과
- A호･B호측 갱구부 100 m 구간을 제외한 나머지 연결터널 구간을 굴착함에 따라 0.3∼5.0 m의 수위강하가 발생하지만, 빠른 시일(약 5일) 내에 수위가 회복되는 것으로 분석되었다.
- 가물막이 존치기간 동안 차단되었던 지표수체가 양측 갱구부와 접촉하며 본래의 지하수위로 회복됨에 따른 지하수위강하 및 지하수위 회복율을 분석한 결과 A호측 갱구부가 90 %, B호측 갱구부는 29 %로 나타났다.
- 가상관정의 수위강하 및 회복율은 분석결과 전체적인 최대 수위강하량은 0.20∼1.88 m의 범위를 가지며, 수위회복율의 범위는 0∼90 %로 나타났다.
- 본 단계에서는 연결터널 굴착공정을 합리적으로 반영하고 경계조건에 의한 과다영향을 배제하기 위해 가물막이 완공 후 갱구부 굴착이 실시되는 구간을 벗어난 지점에서 수위강하를 모사하였다. 각각 A호, B호측 갱구부로부터 연결터널 중앙부로 향하는 150 m 지점에서 가물막이 존치기간의 지하수위 변동량을 모사한 결과, A호측의 수두강하량은 최대 3.58 m, B호측은 최대 0.20 m로 나타났다(Fig. 12).
- 63 m3/day이며, 라이닝 타설 후 각각 60 %, 88 %의 차수 효과가 나타났다. 공사완료 후 운영 중 갱구부 터널 내 단위길이당 최대 유입량은 0.003～0.0039 m3/min/km로 나타났으며(Fig. 14), 연결터널의 전 구간을 대상으로 모사한 터널 굴착 중 터널 내 단위길이당 지하수 유입량은 단층대 및 풍화대 구간이 상대적으로 큰 것으로 분석되었으며, 그 값은 0.041～0.563 m3/min/km의 범위를 가진다. 운영 중 단위길이당 지하수 유입량은 0.
- 터널 굴착 및 가물막이 공사로 인한 수위강하 정도를 정량적으로 파악하기 위해 주요 지점을 선정하여, 모델링을 통해 수위강하 정도를 분석하였다. 그 결과, 공사 중 주요지점에서 약 0.04～0.31 m의 수위강하가 발생하였고, 이는 연구지역 인근에 위치한 국가지하수관측소의 연간 최대수위 변동량(1.3 m)의 24%에 해당하는 수치로 분석되었다.
- , 2007). 따라서 연구지역은 우리나라의 일반적인 화강암지역에 비해 터널 굴착에 의한 수위가 민감하게 반응하지 않을 것으로 예측된다.
- 31 %이며, 우리나라 평균 지하수 함양률은 18%로 보고되었다. 보다 신뢰성 있는 함양량 산정을 위해 보고된 지하수 함양률 범위(최병수와 안중기, 1997)를 참고하여 민감도분석을 수행하고 정류상태의 보정을 거친 결과, 연 평균 강우량의 15.33 %인 168 mm/year가 본 수치 모델에 가장 합리적인 함양량 수치인 것으로 평가되었다.
- 보정결과, SEE(표준추정오차)는 0.379 m, RMS(평균평방근) 1.521 m, Normalized RMS가 3.318 %로 17개 관측공의 지하수위와 계산된 수위가 비교적 잘 일치하며, 본 연구지역의 지하수계를 합리적으로 재현한 것으로 판단된다(Fig. 8).
- 본 연구의 결과는 연구지역의 현장 조사 결과를 바탕으로 터널 및 가물막이 시공으로 인한 인근 지하수계에 미치는 영향을 수치 모델화하여 시뮬레이션 한 결과이므로, 불확실성(Uncertainty)이라는 문제를 내포하고 있다. 수치 모델의 한계를 극복하고, 본 연구 결과를 검증(Validation)하기 위해서는 장기적인 지하수위 관측 자료와 도수로 터널 내로의 지하수 유입량 자료를 획득하는 것이 필요하다.
- A호, B호측 갱구부와 전체적인 터널 내부로의 지하수 유입량을 파악하고 이에 따른 영향을 예측하였다. 분석결과 가물막이 완공 후 갱구부 터널 굴착에 따른 최대 유입량은 A호측이 2.97 m3/day, B호측은 12.63 m3/day이며, 라이닝 타설 후 각각 60 %, 88 %의 차수 효과가 나타났다. 공사완료 후 운영 중 갱구부 터널 내 단위길이당 최대 유입량은 0.
- 분석결과 모사지역의 전체적인 지하수위는 EL.140∼300 m로 분포하며, 주요 지점의 지하수위 강하량은 00마을이 0.04 m, 민가는 0.05 m, 견사는 0.27 m, 그리고 사찰의 경우는 0.31 m의 수위 강하량을 나타냈다(Fig. 16).
- 순간수위변화시험 및 양수시험 결과 수리전도도는 1.26 × 10-5∼6.39 × 10-5 cm/sec의 범위로 나타났으며 단층대 구간의 경우 점토 충진으로인해 1.26 × 10-5∼1.5 × 10-5 cm/sec의 분포로 나타났다.
- 연구지역은 4조의 주향이동 단층이 연결터널 노선과 인접하여 발달하며, 이 중 3조의 주향이동단층은 연결터널과 교차한다. 연구지역 내 분포하는 단열의 주향과 경사를 측정한 결과, 가음단층군 파생단층인 N68～70NW/70NE 방향의 주향 이동 단층 2조(F1, F2) 및 N15～23E/70～80SE 방향의 단층 1조(F4)에 의해 불연속면의 특성차이가 발현되어 세 개의 단열군으로 구분된다. 이들 단열군은 이들 세 단층과 연관되어 북서, 북동 방향의 단열들이 우세하게 발달하여있다.
- 563 m3/min/km의 범위를 가진다. 운영 중 단위길이당 지하수 유입량은 0.003～0.006 m3/min/km으로 나타났으며, 전체적인 연결터널의 라이닝 타설의 효과는 93 % 이상인 것으로 분석된다(Fig. 15).
- 상기 지층 모두 제4기 충적층에 의해 부정합으로 피복되어 있다(한국지질자원연구원, 1970). 지표지질조사 결과, A호-B호 연결터널 구간은 전 구간에 걸쳐 K-장석을 함유한 조립질 흑운모 화강암 단일암종이 분포한다. 연결터널 노선을 중심으로 B호측 동측부에 백악기 퇴적암류가 분포하나 연결터널 노선과는 간섭되지 않는다.
- 지하수 수치 모델링 결과, 터널 굴착과 가물막이 공사기간 동안 터널 갱구부에서 최대 3.58 m의 수위가 하강하는 것으로 나타났으나, 터널 완공 및 라이닝 타설 이후 가물막이를 해체하면서 2년 안에 자연상태의 지하수위의 최대 90 %까지 회복되었다. 터널 굴착에 따른 터널 내 지하수 유입량을 분석한 결과, 주향이동단층(F1, F4)과 접촉하는 구간에서 본 터널의 배수설계기준(0.
- 88 m의 범위를 가지며, 수위회복율의 범위는 0∼90 %로 나타났다. 지하수위 영향권역 분석에서 터널 굴착에 따른 최대 지하수 영향권역은 303 m이며, 준 정류상태에 도달하여 상태유지 후 가물막이 해제 시점부터 수위회복이 일어나는 것으로 예측되었다(Fig. 17).
- 58 m의 수위가 하강하는 것으로 나타났으나, 터널 완공 및 라이닝 타설 이후 가물막이를 해체하면서 2년 안에 자연상태의 지하수위의 최대 90 %까지 회복되었다. 터널 굴착에 따른 터널 내 지하수 유입량을 분석한 결과, 주향이동단층(F1, F4)과 접촉하는 구간에서 본 터널의 배수설계기준(0.5 m3/min/km)을 초과하는 것으로 분석되었으나, 그 값이 최대 0.563 m3/min/km로 우려할 수준은 아닌 것으로 나타났다. 이는 터널구간과 접촉하는 3조(F1, F2, F4)의 주향이동단층의 수리특성 값이 점토 충진으로 인해 주변에 분포하는 기반암의 값과 유사한 것에서 기인한 결과로 판단된다.
후속연구
- 본 연구의 결과는 연구지역의 현장 조사 결과를 바탕으로 터널 및 가물막이 시공으로 인한 인근 지하수계에 미치는 영향을 수치 모델화하여 시뮬레이션 한 결과이므로, 불확실성(Uncertainty)이라는 문제를 내포하고 있다. 수치 모델의 한계를 극복하고, 본 연구 결과를 검증(Validation)하기 위해서는 장기적인 지하수위 관측 자료와 도수로 터널 내로의 지하수 유입량 자료를 획득하는 것이 필요하다. 이를 위해서는 터널 주요 지점에 충분한 지하수위 관측공을 설치하여 장기적인 지하수위 관측이 이루어져야 하며, 터널 시공 후 터널 내 지하수 유입량을 감시하는 시스템을 설치하여 실제의 지하수 환경 변화에 대한 지속적인 모니터링이 수행되어야 할 것으로 판단된다.
- 우리나라는 지형적인 특성상 지하 공간 활용을 극대화하기 위해 대형 국책건설사업의 일환으로 지하구조물(고속철도, 도로, 지하철, 도수로 등) 건설을 진행하여 국토의 효율적인 발전을 도모하고 있지만, 한편으로는 터널 굴착에 따라 지하수 관련 환경 문제가 대두되어 결국에는 환경갈등으로 이어지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 지하수 영향에 대한 보다 과학적이고 객관적인 연구가 다각적으로 진행되어야 하며, 지하수 환경문제에 대한 활발한 사회 관심을 바탕으로 개선방향에 대한 논의가 지속적으로 이루어져야 할 것이다.
- 수치 모델의 한계를 극복하고, 본 연구 결과를 검증(Validation)하기 위해서는 장기적인 지하수위 관측 자료와 도수로 터널 내로의 지하수 유입량 자료를 획득하는 것이 필요하다. 이를 위해서는 터널 주요 지점에 충분한 지하수위 관측공을 설치하여 장기적인 지하수위 관측이 이루어져야 하며, 터널 시공 후 터널 내 지하수 유입량을 감시하는 시스템을 설치하여 실제의 지하수 환경 변화에 대한 지속적인 모니터링이 수행되어야 할 것으로 판단된다.
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