연구지역은 고생대 지층인 석회암류과 석회암층 사이에 셰일층이 협재하고 이 석회암 상부에 사암 및 탄질셰일층이 분포 한다. 이 퇴적암들의 층리는 서북서 방향의 주향에 북동방향으로 경사지고 있으며 절리들은 경사각이 75도 이상이고 주향은 여러 방향으로 발달한다. 이 지역에는 층리방향과 거의 평행한 파쇄대들은 대규모로 발달하며 이들 파쇄대는 지하 깊이까지 연장되고 있다. 급격한 지하수위의 변화는 5월에 일차 그리고 6월초와 6월 중순에 2차 약 1달 사이 총 3차례의 -4 m에서 시작하여 최대 -15 m까지 하강과 회복을 반복하였으며 이는 지표의 강수량과는 무관함이 확인되었다. 이에 따라 지표침하의 원인은 석회암 내 풍화대와 연결된 터널 심도까지 발달하는 파쇄대와 석회암과 셰일, 석회암과 사암 및 탄질셰일과의 경계부에 발달하는 파쇄대들에서 터널 시공 시 하루에 1000톤 이상의 지하수가 용출되며 지하수위의 급격한 강하와 이에 따라 지하수의 급격한 하강 시 지반에 흡입력을 증가하면서 지표에 침하가 일어난 것으로 해석된다.
연구지역은 고생대 지층인 석회암류과 석회암층 사이에 셰일층이 협재하고 이 석회암 상부에 사암 및 탄질셰일층이 분포 한다. 이 퇴적암들의 층리는 서북서 방향의 주향에 북동방향으로 경사지고 있으며 절리들은 경사각이 75도 이상이고 주향은 여러 방향으로 발달한다. 이 지역에는 층리방향과 거의 평행한 파쇄대들은 대규모로 발달하며 이들 파쇄대는 지하 깊이까지 연장되고 있다. 급격한 지하수위의 변화는 5월에 일차 그리고 6월초와 6월 중순에 2차 약 1달 사이 총 3차례의 -4 m에서 시작하여 최대 -15 m까지 하강과 회복을 반복하였으며 이는 지표의 강수량과는 무관함이 확인되었다. 이에 따라 지표침하의 원인은 석회암 내 풍화대와 연결된 터널 심도까지 발달하는 파쇄대와 석회암과 셰일, 석회암과 사암 및 탄질셰일과의 경계부에 발달하는 파쇄대들에서 터널 시공 시 하루에 1000톤 이상의 지하수가 용출되며 지하수위의 급격한 강하와 이에 따라 지하수의 급격한 하강 시 지반에 흡입력을 증가하면서 지표에 침하가 일어난 것으로 해석된다.
The aim of this study is the safety and an accident prevention in limestone terrain by the underground tunneling. The geology of the study area consists of a Paleozoic sedimentary sequence dominated by limestone, sandstone, shale, and carbonaceous shale. The sequence gently dips to the northeast but...
The aim of this study is the safety and an accident prevention in limestone terrain by the underground tunneling. The geology of the study area consists of a Paleozoic sedimentary sequence dominated by limestone, sandstone, shale, and carbonaceous shale. The sequence gently dips to the northeast but the joint contains steep with variable trend. A significant fracture zone is developed in the limestone and shale beds, sub-parallel to bedding, and follows in part the limestone-sandstone contact. Monitoring of groundwater levels in the area shows marked fluctuations in the water table, which repeatedly rose to a level of -4 m before sinking to -15 m. These cycles occurred in mid-May, 2007 and in early and middle June. The data indicate that these fluctuations were unrelated to rainfall that occurred during the study period. We infer that the fluctuations were associated with the development of underground karstic networks along the deep fracture zone, and overlying ground subsidence is likely related to the rapid sinking of groundwater and the associated strong downward suction force.
The aim of this study is the safety and an accident prevention in limestone terrain by the underground tunneling. The geology of the study area consists of a Paleozoic sedimentary sequence dominated by limestone, sandstone, shale, and carbonaceous shale. The sequence gently dips to the northeast but the joint contains steep with variable trend. A significant fracture zone is developed in the limestone and shale beds, sub-parallel to bedding, and follows in part the limestone-sandstone contact. Monitoring of groundwater levels in the area shows marked fluctuations in the water table, which repeatedly rose to a level of -4 m before sinking to -15 m. These cycles occurred in mid-May, 2007 and in early and middle June. The data indicate that these fluctuations were unrelated to rainfall that occurred during the study period. We infer that the fluctuations were associated with the development of underground karstic networks along the deep fracture zone, and overlying ground subsidence is likely related to the rapid sinking of groundwater and the associated strong downward suction force.
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문제 정의
본 논문은 이 당시 지표침하가 발생한 석회암이 분포하는 지역을 대상으로 정밀지표지질조사와 시추조사 및 그 지역에서 장기간 수집한 지표 침하계의 자료와 지하수 수위의 변화자료 등의 자료를 분석하여 원인을 밝혀 앞으로 이와 유사한 석회암지대에서의 터널 시공 시보다 안전하고 지반재해를 사전에 방지하기 위한 것이 목적이다.
지표침하가 발생한 지역을 포함한 그 주위에서는 침하의 진행 상태를 관찰하기 위해 지표 침하계, 균열측정계, 건물경사계 및 지중침하계와 같은 계측기를 설치하여 감시하였고, 지하수위는 이미 꾸준히 모니터링 되어 왔다. 이들 관측 자료 중에서 지하수위의 변화가 지표침하의 원인을 밝히는 중요 단서가 되므로 이를 중심으로 검토하기로 한다.
지하수위의 변화는 2007년 5월 9일에서 5월 18일, 5월 31일부터 6월 10일 그리고 6월 14일에서 6월 22일 사이에 3회에 걸쳐 -4m에서 시작하여 최대-15m까지 하강하였다. 이러한 갑작스러운 하강과 이 지역에 내린 강수량과의 관련성이 있는지를 알아보았다. 이를 위해 1년여에 걸친 연구지역에 내린 강수량과 지하수위 변동과의 관계를 고찰하면 지하수위의 급작스런 감소가 있었던 시기인 2007년 4월과 5월 사이에 강수량이 적기는 하나 그 후 8월까지는 꾸준히 증가 추세이고 10월부터 강수량이 급격히 줄어 다음해 4월까지 이어진다.
제안 방법
특히, 단열면에 대한 조사는 ISRM (1978) 기준에 의거하여 단열면 심도, 종류, 경사각, 충전물질 등을 기재했다. 본 시추코아 검층에서 중요한 요소 중 하나인 풍화대 또는 파쇄대의 경우 충전물질의 종류와 상태 등을 면밀히 기재하였고, 단층 파쇄대는 단층비지(fault gouge) 및 단층각력(fault breccia)이 미고결 상태로 남아있는 것과 고결 상태인 것으로 구분하였다.
지표침하 의 원인을 규명하고 지하의 지질 상태를 분석하기 위한 방법의 일환으로 연구지역 내에서 시추조사를 실시하였다. 본 연구에서는 기존 실시한 시추자료를 검토한 후 남북방향으로 BT-16, BT-17, BT-17-1, BH-18의 4개 지점에 대해 시추를 실시하였다. BT-17-1호공의 경우 시추 과정에서 시추공의 붕괴로 인해 시추 작업을 중단하고, 측면으로 약 1m 정도 이동하여 BT-17호공을 새로이 굴진하였다.
시추 작업을 통해 회수된 시추코아를 대상으로 현장에서 정밀 코아검층을 실시하였다. 코아검층은 암종 구분, 색깔, 풍화도, 단열 정도 및 단열면 상태를 정밀 관찰하였다.
지표침하 의 원인을 규명하고 지하의 지질 상태를 분석하기 위한 방법의 일환으로 연구지역 내에서 시추조사를 실시하였다. 본 연구에서는 기존 실시한 시추자료를 검토한 후 남북방향으로 BT-16, BT-17, BT-17-1, BH-18의 4개 지점에 대해 시추를 실시하였다.
지하수위의 변화는 2007년 5월 9일에서 5월 18일, 5월 31일부터 6월 10일 그리고 6월 14일에서 6월 22일 사이에 3회에 걸쳐 -4m에서 시작하여 최대-15m까지 하강하였다. 이러한 갑작스러운 하강과 이 지역에 내린 강수량과의 관련성이 있는지를 알아보았다.
시추 작업을 통해 회수된 시추코아를 대상으로 현장에서 정밀 코아검층을 실시하였다. 코아검층은 암종 구분, 색깔, 풍화도, 단열 정도 및 단열면 상태를 정밀 관찰하였다. 암종 구분과 색깔은 암석의 야외명과 일반적인 색상명을 사용하였다.
암종 구분과 색깔은 암석의 야외명과 일반적인 색상명을 사용하였다. 풍화도, 강도, 단열 정도의 구분은 여러 기준이 제시되어 있으나(Deere et al. 1977; ISRM, 1978), 이러한 기준을 응용하여 이번 조사 목적에 맞도록 수정하여 사용하였다. 특히, 단열면에 대한 조사는 ISRM (1978) 기준에 의거하여 단열면 심도, 종류, 경사각, 충전물질 등을 기재했다.
대상 데이터
13. Groundwater level data collected between April 2007 and May 2008 at the BT1, BT2, BT3, and BT3-1 sites.
11. Groundwater level data collected between March 9 and July 7, 2007 at the BT3, BT3-1, and BT4 sites, close to the area of ground subsidence.
12. Groundwater level data collected between March 9 and July 7, 2007 at the BT6, BT7, BT8, BT9, and BT11 sites, located 200m from the area of ground subsidence.
연구지역에 분포하는 석회암의 층리는 북서방향의 주향에 30내지 60도 사이의 경사각을 가지며 북동쪽을 향한다. Fig.
연구지역은 지표에서 약 3.4m 구간까지 모래 및 자갈로 구성된 매립층이 분포하고 있으며, 이하부에서부터 약 5.9m 구간까지 퇴적층이 발달한다. 퇴적층은 주로 자갈과 모래섞인 점토로 구성되어 있으며 매우 연약한 강도를 가 진다.
연구지역은 하부고생대 즉 오도비스기에 퇴적된 석회암류들이 주로 분포 하나 석회암층 사이에 셰일층이 협재하고 마을 북쪽에는 상부고생대인 석탄기에 퇴적된 사암 및 셰일층이 분포한다. 이 지역의 대부분을 차지하는 석회암들은 석회암 풍화의 특징인 붉은색 내지 갈색을 띠는 풍화토가 미고결 퇴적층 하부에 불규칙한 풍화면을 가지는 전형적인 카르스트 지형을 형성하며 암반 위에 놓여 있다.
이와 같이 지하수위가 강하하는 원인을 규명하기 위해 2007년 1월부터 2008년 4월까지 이 지역의 강우량을 기상청 자료에서 관찰하여 보았다 (Fig. 14).지하수위의 급작스런 감소가 있었던 시기인 2007년 4월과 5월 사이에 강수량이 적기는 하나 그 후 8월까지는 꾸준히 증가 추세이고 10월부터 강수량이 급격히 줄어 다음해 4월까지 이어진다.
이론/모형
1977; ISRM, 1978), 이러한 기준을 응용하여 이번 조사 목적에 맞도록 수정하여 사용하였다. 특히, 단열면에 대한 조사는 ISRM (1978) 기준에 의거하여 단열면 심도, 종류, 경사각, 충전물질 등을 기재했다. 본 시추코아 검층에서 중요한 요소 중 하나인 풍화대 또는 파쇄대의 경우 충전물질의 종류와 상태 등을 면밀히 기재하였고, 단층 파쇄대는 단층비지(fault gouge) 및 단층각력(fault breccia)이 미고결 상태로 남아있는 것과 고결 상태인 것으로 구분하였다.
성능/효과
12에서 표시된 시기에 지하수위가 급격히 감소와 회복을 3차례 겪은 후 5개월간은 안정을 찾았다. 그 후 11월부터 서서히 지하수위가 낮아져 2008년 일월을 최하점으로 다시 서서히 회복되어 3월 초에는 다시 회복됨을 알 수 있다.
이는 터널 시공과 지하수위 변화가 밀접한 연관성이 있음을 지시하고 있다. 우선 지하수위의 분석 결과에 의하면 2007년 5월에서 6월에 3회에 걸쳐 단기간 내에 급속한 지하수위 하강과 회복이 있었으며 그 이후는 11월부터 서서히 급강하가 있었으나 그 이후 2008년 2월 말까지는 갈수기의 영향에 따른 점진적인 지하수하강에서 갈수기가 끝나며 다시 서서히 회복하는 양상을 보이고 있다. 2007년 5월에는 실지로 터널 내에서 하루 약 1,000톤의 지하수가 유출되었으나 그 후 터널 내 차수 공사가 계속 진행되면서 2007년 12월에는 터널 내 지하수 유출이 약 300톤까지 줄어들고 2008년 5월 말에는 터널 내 지하수가 현저히 줄어들면서 103km+580 지점은 250톤, 103km+ 750 지점은 80톤의 유출과 함께 지표의 지하수위도 안정세를 유지하고 있다.
실지터널 시공시 터널 내부에서 지하수의 유출이 많았던 지점에 대해 지질단면도와 그 지점의 암상, 지질구조 및 유출된 지하수의 상태 등을 비교하여 표시한 것이 Table 1이다. 이 표를 보면 터널의 103km+360m 지점은 석회암으로 지표의 파쇄대와 연결되어 터널 내부에서 석회암의 풍화토인 붉은색의 뻘이 섞인 지하수가 유출되어 가마터샘 지표 침하를 가져왔으나 차수 완료 후 안정화된 상태이며, 103km+ 580m 지점은 직운산 셰일의 연장으로 셰일의 특징인 fissility가 발달하며 맑은 지하수가 터널 내에서 유출된다. 103km+750m 지점은 석회암과 평안층군의 만항층의 경계부로 사암과 사암내 협재된 탄질셰일이 파쇄대와 연결되어 탄질셰일을 함유하여 검은색을 띄는 용출수가 유출되었으나 이 지점은 이미 차수그라우팅이 완료되어 안정세를 회복하였다.
13).이를 고찰해보면 Fig. 11과 Fig. 12에서 표시된 시기에 지하수위가 급격히 감소와 회복을 3차례 겪은 후 5개월간은 안정을 찾았다. 그 후 11월부터 서서히 지하수위가 낮아져 2008년 일월을 최하점으로 다시 서서히 회복되어 3월 초에는 다시 회복됨을 알 수 있다.
이세 시점에서 수위가 하강되는 시작 시점에서 최저점을 거쳐 회복 시점 까지를 살펴보면, 첫 번째 변화 시점은 5월 9일에서 5월 16일을 최하위로 하여 5월 18일에 회복되었으며, 두 번째는 5월 31일에서 6월 8일을 최하위로 하여 6월 10일에 회복되었고, 세 번째는 6월 14일에서 6월 17일을 최하위로 하여 6월 22일에 회복되었다. 즉 수위가 하강하는 첫 번째 자료를 보면 5월 9일부터 수위가 하강하기 시작하였으며 5월 16일, 6월 8일, 6월 17일 즉약 한달 사이에 3번에 걸쳐 수위가 10m 이상 급격히 하락 후 회복을 반복하는 현상을 알 수 있다 (Fig. 11).
각 시추공은 BT-17호 공을 기준으로 각각 30m의 비교적 짧은 거리를 가지고 있으나, 지표 하암석의 풍화대 및 파쇄대의 분포는 상당히 다르게 나타난다. 특히, BT-17 호 공과 BT-17-1호 공은 약 1m 정도 이격되어 있음에도 불구하고 풍화대와 파쇄대의 분포 양상이 현저히 다른 것으로 나타났다. 이를 통해 지표침하 지역의 하부 암반은 풍화상태 및 파쇄상태가 매우 불규칙적인 것을 알 수 있다.
파쇄정도는 대부분 F-3에서 F-5의 등급을 가지는 중간파쇄 내지 심한 파쇄의 상태이다. 특히, BT-17호 공의 지하 5.9m~13.4m 구간은 D-5, S-5, 그리고 F-5로 이루어져 풍화가 매우 심하고, 이로 인해 암석의 강도가 매우 약하며 암석의 파쇄가 심한 상태로 존재하는 것으로 나타났다. 지하 20m 지점부터 그 하부의 구간은 상부에 비해 비교적 신선하고 단단하며 파쇄가 심하지 않은 상태임을 알 수 있다.
참고문헌 (9)
Beck, B. F. and Stephenson, J. B., 1997, The Engineering Geology and Hydrogeology of Karst Terraines, Conference proceedings, Balkema, Rotterdam, 516p.
Beck, B. F. and Pearson, F. M., 1995, Karst geohazards. Engineering and Environmental problems in KarstTerrane, Conference proceedings, Balkema, Rotterdam, 582p.
Beck, B. F., 1989, Engineering and Envirommental impacts of Sinkholes and Karst, Conference proceedings, Balkema, Rotterdam, 384p.
Deere, D. U., Dunn, J. R., Fickies, R. H., and Proctor, R. J., 1977, Geologic Logging and Sampling of Rock Core for Engineering Purposes (Tentative). American Institute of Professional Geologists, 43p.
ISRM, 1978, International Society for Rock Mechanics Commission on Standardization of Laboratory and Field Tests. Int. J. of Rock Mech., Mining Sci. & Geomech. Abstracts, 15, 319-368.
Lee, B. J., Kim, Y. B., Kee, W. S., Lee, C. W., Hwang, S. H., Chae, B. G., Cho, Y. C., Song, Y. S., Kim, K. S., Lee, C. H., and Park, K. K., 2008, The analysis of sinkhole at railway construction area between Dongbeagsan and Togae: Final Report of KIGAM, 159p. (in Korean).
Lee, Y. S., Kwon, Y. W., and Bae, G. J., 2004, A Study on the Environmental Effect due to Tunnel Excavation, The journal of Korean Geo-Environmental Society (KGES), 5(4), 81-91 (in Korean with English abstract).
Song, K. I., Cho, G. C., and Chang, S. B., 2012, Identification. remediation, and analysis of karst sinkholes in the longest railroad tunnel in South Korea, Engineering Geology, 135-136, 92-105.
Tihansky, A. B., 1999, Sinkholes, west-central Florida-A link between surface water and ground water : Galloway, Devin, Jones, D. R., and Inebriates, S. E., 1999, Land Subsidence in the United States: U. S. Geological Survey, Circular 1182, 121-141.
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