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불연속 암반에서의 터널굴착에 따른 지하수체계 변화에 대한 수치해석적 연구
Numerical Analysis of the Change in Groundwater System with Tunnel Excavation in Discontinuous Rock Mass

박정욱   (서울대학교 에너지시스템공학부UU0000691  ); 손봉기   (한국석유공사 기술원 평가팀CC0186940  ); 이정인   (서울대학교 에너지시스템공학부UU0000691  ); 송재준   (서울대학교 에너지시스템공학부UU0000691  );
  • 초록

    본 연구에서는 암반의 수리적 거동을 다공성매체로 간주하고 개별균열 연결망을 통해 구해진 암반의 등가수리전도도와 수리이방성을 입력 자료로 하여 유한요소법 프로그램을 사용한 2차원 수리해석을 수행하였다. 입력변수에 의한 결정론적인 해를 얻게 되는 연속체 해석의 단점과 입력자료의 불확실성을 보완하기 위하여 입력변수에 대한 민감도 분석을 실시하고, 터널과 단층파쇄대의 다양한 위치관계를 고려한 가상의 시나리오 단면에 대하여 해석을 수행하였다. 이때 암반의 포화 불포화 특성을 반영하기 위한 수리전도도함수와 체적함수율 함수를 구하여 해석에 반영하였다. 해석대상지역은 경부고속철도 13-3공구, 원효터널의 고산 습지(무제치 3늪, 대성뒷늪, 대성큰늪) 하부통과구간과 간천계곡하부 통과구간으로서 부정류 해석을 통하여 터널 굴착 후 10년 경과시까지의 터널 내 유입수량과 인접지역의 지하수위를 살펴봄으로써 수리학적 안정성과 습지 및 계곡에 미치는 영향을 검토하였다. 그라우팅을 시행하지 않은 경우에는 무제치늪과 대성뒷늪 주변의 지하수위가 강하하지만, 그라우팅을 통해 수리전도도를 1/50 이하로 감소시킬 경우 지하수위는 강하하지 않는 것으로 나타났다. 그리고 단층파쇄대가 터널에 인접하여 위치하더라도 터널을 관통하지 않는 경우에는 단층파쇄대가 터널내 유입수량에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 나타났다.


    In this study, a 2D finite-element analysis, using the SEEP/W program, was carried out to estimate the amount of groundwater flawing into a tunnel, as well as the groundwater tables around wetland areas during and after a tunnel excavation through rock mass. Four sites along the Wonhyo-tunnel in Cheonseong Mountain (Gyeongnam, Korea) were analysed, where the model damain of the tunnel included both wetland and fault zone. The anisotropy of the hydraulic conductivities of the rock mass was calculated using the DFN model, and then used as an input parameter for the cantinuum model. Parametric study on the influencing factors was perofrmed to minimize uncertainties in the hydraulic properties. Moreover, the volumetric water content and hydraulic conductivity functions were applied ta the model to reflect the ability of a medium ta store and transport water under both saturated and unsaturated conditions. The conductivity of fault zone was assumed ta be $10^{-5}m/sec\;or\;10^{-6}m/sec$ and the conductivity of grouting zone was assumed as 1/10, 1/50 or 1/100 of the conductivity of rock mass. Totally $6{\sim}8$ cases of transient flow simulation were peformed at each site. The hydraulic conductivities of fault zone showed a significant influence on groundwater inflow when the fault zone crossed the tunnel. Also, groundwater table around wetland maintained in case that the hydraulic conductivity of grouting zone was reduced ta be less than 1/50 of the hydraulic conductivity of rock mass.


  • 주제어

    지하수 유동 .   습지 .   단층 .   그라우팅.  

  • 참고문헌 (8)

    1. Backblom, G. and Martin C.D. (1999). 'Recent experiments in hard rocks to study the excavation Response : Implications for the performance of a nuclear waste geological repository', Tunnelling and Underground Space Technology incorporating Trenchless Technology Research, 14(3) : 377-394 
    2. Fredlund, D.G. and Xing, A. (1994). 'Equations for the soil-water characteristic curve' Canadian Geotechnical Journal, 31 : 521-532 
    3. Long, J. C. S., Remer, J. S., Wilson, C. R. and Witherspoon, P. A. (1982). 'Porous media equivalents for networks of discontinuous fractures', Water Resource Research, 18(3) : 645-658 
    4. Priest, S.D (1993). 'Discontinuity analysis for rock engineering', CHapman & Hall 
    5. Kovacs (1981). 'Seepage Hydraulics', Elsevier Science Publishers, Amsterdam 
    6. Zhang, X. and Sanderson, D. J. (2002). 'Numerical modeling of fluid flow and deformation of fractured rock masses', Pergamon : 23-90 
    7. Arya, l. M. and Paris, J. F. (1981). 'A Physic-empirical model to predict the soil moisture characteristic from particle-size distribution and bulk density data', Soil Science Society of America Journal, 45 : 1023-1030 
    8. Min, K. B., Jing, L., and Stephansson, O. (2004). 'Determination of the permeability tensor of fractured rock masses based on stochastic REV approach: Method and application to the field data from sellafield, UK', Hydrogeology Journal, 12(5) : 497-510 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Yoon, Yong-Kyun 2011. "Evaluation of Groundwater Flow through Rock Mass around Development Openings of Mine" 터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, 21(5): 370~376     

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