[논문]산악지역의 터널건설에 의한 지하수위 변동분석

강동환; 정상용; 심병완; 김병우; 정상원

문제 정의

그런데 산악지역에 도로를 건설할 경우에는 터널이 필수적으로 수반된다. 본 연구에서는 서울외곽순환 고속도로건설의 일환으로 실시될 수락산 터널 건설 시 일어나는 지하수위 변동상태를 지하수모델링을 통하여 분석하였다.
수락산 터널을 포함하는 조사지역은 지질학적으로 경기육괴의 서울화강암이라 부르는 대보화강암으로 대부분 이루어져 있다(홍승천 외 2인, 1982). 본 연구의 목적은 현장시험과 실내시험에 의해 산출된 투수계수, 지하수위, RQD, 공극율과 물수지분석 자료를 이용해 지하수 함양량과 터널유출량을 산정하고, 이 결과를 이용해 산악지역 터널건설에 의한 지하수위 변동을 분석하는 것이다. 지하수 모델링에서는 수락산 터널이 완공된 상태로 가정하여 주변 지하수에 미치는 영향을 평가하고, 지하수위 분포와 수위강하를 예즉하였다.

제안 방법

3. 세계적으로 널리 통용되고 있는 3차원 지하수유동모델링 소프트웨어 MODFLOW를 이용하여 터널건설에 의한 지하수위 변동을 분석하였다. 지하수 유출량을 최소 0.
모델링에서는 터널을 drain 경계조건으로 설정하여 터널이 완공되었을 때 지하수위가 강하하는 변화량을 1년 단위로 예측하고, 정류상태 (steady state)로 지하수위가 안정화될 때까지의 기간을 평가하였다. 각 예측 결과들은 정류상태와 부정류상태(transient state)로 구분하여 최대와 최소의 지하수 유출량에 따라 이루어 졌다. 모델링에서 터널내로의 지하수 유출량을 최소 0.
각 예측 결과들은 정류상태와 부정류상태(transient state)로 구분하여 최대와 최소의 지하수 유출량에 따라 이루어 졌다. 모델링에서 터널내로의 지하수 유출량을 최소 0.06336m2/day와 최대 0.11233m2/day로 설정하고, 1년 단위로 최대 5년까지의 기간동안 지하수위 분포의 변화를 분석하였다(Table3).
세계적으로 널리 통용되고 있는 지하수유동 소프트웨어 MODFLOW를 이용하여 터널건설에 의한 지하수위 변동을 분석하였다. 모델링에서는 터널을 drain 경계조건으로 설정하여 터널이 완공되었을 때 지하수위가 강하하는 변화량을 1년 단위로 예측하고, 정류상태 (steady state)로 지하수위가 안정화될 때까지의 기간을 평가하였다. 각 예측 결과들은 정류상태와 부정류상태(transient state)로 구분하여 최대와 최소의 지하수 유출량에 따라 이루어 졌다.
세계적으로 널리 통용되고 있는 지하수유동 소프트웨어 MODFLOW를 이용하여 터널건설에 의한 지하수위 변동을 분석하였다. 모델링에서는 터널을 drain 경계조건으로 설정하여 터널이 완공되었을 때 지하수위가 강하하는 변화량을 1년 단위로 예측하고, 정류상태 (steady state)로 지하수위가 안정화될 때까지의 기간을 평가하였다.
본 연구의 목적은 현장시험과 실내시험에 의해 산출된 투수계수, 지하수위, RQD, 공극율과 물수지분석 자료를 이용해 지하수 함양량과 터널유출량을 산정하고, 이 결과를 이용해 산악지역 터널건설에 의한 지하수위 변동을 분석하는 것이다. 지하수 모델링에서는 수락산 터널이 완공된 상태로 가정하여 주변 지하수에 미치는 영향을 평가하고, 지하수위 분포와 수위강하를 예즉하였다.
51%로 나왔다. 지하수위와 표고간의 상관성분석을 이용하여 수락산 정상부에서 지하수위를 추정하고 수리경사를 산출하였다. 그 결과 제1정상부에서의 평균적인 수평수리경사는 0.

대상 데이터

수락산 터널은 서울특별시 노원구에 위치하며, 연장 2,950m, 폭 18.77m, 높이 10.497m의 편도 4차선 병렬터널로 계획되어 있다. 수락산 터널을 포함하는 조사지역은 지질학적으로 경기육괴의 서울화강암이라 부르는 대보화강암으로 대부분 이루어져 있다(홍승천 외 2인, 1982).

성능/효과

1. 수락산 지역 기반암의 평균투수계수는 2.64×10-6cm/sec 이고, 평균RQD는 78%이며, 평 균공극율은 0.51%로 나왔다. 지하수위와 표고간의 상관성분석을 이용하여 수락산 정상부에서 지하수위를 추정하고 수리경사를 산출하였다.
13은 터널완공 1년 후의 지하수위 분포를 나타내는데, 정류상태와 비교하여 지하수위가 약 45m 정도 강하되었다. 1년 후부터는 강수로부터 지하수가 함양되어 지하수위가 계속 상승하고(Fig.14, 15, 16), 터널구간의 지하수위는 3년 후에 정류상태로 회복되었으며, 4.5년 후부터는 전체 영역이 완전히 정류상태로 회복되었다.
11233m2/day 일때, 두 경우 모두 정류상태의 지하수위가 현재 상태의 지하수위와 거의 동일한 분포를 보이고 있는데, 이것은 터널구간에서 함양량 대비 유출량의 비율이 8~14%로 적기 때문이다. 1년 후에는 터널 중심부에서의 지하수위 강하가 각각 40m와 45m로 나타났지만, 터널구간의 지하수위는 3년 후에, 그리고 터널중심부의 가장 높은 곳의 지하수위는 4.5년 후에는 정류상태로 회복되는 것으로 나타났다. 이 지하수위 강하량은 터널내 지하수유출 방지대책이 실시되지 않은 경우이기 때문에, 실제로는 이보다 훨씬 적을 것이다.
2. 수리분석 결과에 의하면, 수락산 터널에서의 지하수 유출량은 측면유출량과 바닥유출량 을 합하여 약 66,378~121,574 m2/yr로 산정되었다. 이 유출량은 터널공사 중에 지하수 유출 방지를 위한 조치를 전혀 취하지 않는 것을 가정하므로, 실제로는 이보다 적은 양의 지하수 유출이 일어날 것이다.
수락산 터널의 입구부와 출구부에서 수행한 8개의 시험시추공에서 실시된 수압시험결과에 의하면 각 시추공별 기반암의 평균투수계수는 5.56×10-7~6.12×l0-6cm/sec 의 범위에 있으며, 이들 자료에서 계산된 터널구간 전체의 평균투수계수는 2.64× 10-6cm/sec 이다. 열극이 발달된 화성암이나 변성암에서의 투수계수는 8×10-7~3×10-2cm/sec의 범위에 있는 것으로 보고되어 있다(Domenico and Schwartz, 1998).
현장코아의 RQD는 52~89%의 범위로 나타나며, 평균은 78%로서 암질상태가 매우 양호하다(이정인 외 2인, 1997). 시험시추에서 채취된 암석코아의 실내시험 결과 공극율의 범위는 0.25~1.08%이며, 평균치는 0.51%이다. 실내시험에 이용된 코아에는 절리의 발달이 미약하므로, 현장암석의 공극율은 이보다 큰 값을 가질 것으로 판단된다.
유출량이 0.11233m2/day로 증가되는 경우에도 정류상태의 지하수위는 터널이 없는 현재상 태의 지하수위와 비교하면 터널구간에서의 수위강하가 거의 없는 것으로 나타났다(Fig.12). Fig.
세계적으로 널리 통용되고 있는 3차원 지하수유동모델링 소프트웨어 MODFLOW를 이용하여 터널건설에 의한 지하수위 변동을 분석하였다. 지하수 유출량을 최소 0.06336m2/day와 최대 0.11233m2/day로 산정 하였을때, 1년 후에는 터널 중심부에서의 지하수위 강하가 각각 40m와 45m로 나타났지만, 터널구간의 지하수위는 3년 후에, 그리고 모델 영역 전체 지하수위는 4.5년 후에 완전하게 정류상태로 회복되었다.
11)에는 정류상태의 지하수위로 회복되었다. 터널구간의 지하수위는 3년 후에 정류상태로 회복되었으나, 터널중심부의 가장 높은 곳의 지하수위는 4.5년 후에 정류상태로 회복되었다.

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