쉴드 TBM 시공사례를 통한 뒷채움 거리에 따른 지하수 유출에 관한 연구

Abstract

최근 산업의 발전에 따라 전력수요의 급증으로 인해 발전소와 도심지의 변전소를 잇는 송전선로 설치 공사가 크게 증가하고 있다. 하지만 도심지 내 송전선로 설치는 농지 및 산지 훼손 등 환경적 측면과 지역 주민들의 민원 등 제약이 많은 상황이라 주로 송전선로를 지하화하는 터널공법을 주로 적용하고 있다. 전력구 터널에서는 주로 쉴드 TBM 공법을 적용하고 있지만, 쉴드 TBM 터널은 굴진시 세그먼트와 배면지반 사이에 공극이 발생하게 되는 단점이 있다. 이렇게 굴진 중 발생한 공극은 다양한 종류의 공극액(시멘트액, 가소성액 등)을 세그먼트의 뒷채움 주입홀을 통하여 충전되게 되며, 이 공극이 제대로 충전되지 않았을 경우, 지하수 유출로 인한 지하수 흐름의 변형(지하수층 상실), 토사유실 등을 야기시켜 지반 침하 등의 문제를 발생시킨다. 이처럼 지하수 유출의 억제를 위해서는 적정 뒷채움 주입이 매우 중요한 요인이나 뒷채움 주입에 대한 현실적인 기준이나 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 국내 한 터널식 전력구공사 시공현장을 중심으로 6개월 동안의 굴진기간 중, 뒷채움 거리 변화에 따른 실제 지하수 유출량 발생현황에 대한 비교 분석을 통해 지하수유출을 최소화 할 수 있는 방안을 제안하였다. 분석결과 뒷채움 거리가 증가할수록 일일 지하수유출량은 확연히 증가하는 추세를 보였으며, 뒷채움 미시행시 지하수 유출량은 뒷채움을 시행한 경우와 대비하여 큰 차이를 보였음을 확인하였다. 또한 뒷채움 거리 변화에 따른 일일지하수 유출량 변화정도(기울기)는 터널 전면 위험구간 통과여부를 예측하는 효과적인 지표인 것으로 나타났다. 본 연구는 한정된 지반조건을 대상으로 분석을 진행하여, 뒷채움거리에 따른 지하수 유출량의 패턴을 추적하는 것으로 결론을 도출하였으나, 뒷채움 주입거리별 지하수유출량은 지반상황에 따라서 다양한 사례가 도출될 수 있으므로, 이와 관련된 다양한 연구 및 실증이 필요할 것으로 사료된다. | With the recent industrial development, the installation of transmission lines connecting power plants and urban substations has significantly increased due to the rising demand for electricity. However, the installation of transmission lines within urban areas faces many constraints, such as environmental concerns regarding damage to farmland and mountainous areas, as well as objections from local residents. As a result, underground tunneling methods are primarily employed to bury the transmission lines.

In underground power tunnels, the shield TBM (Tunnel Boring Machine) method is commonly utilized. However, a disadvantage of shield TBM tunnels is the formation of voids between the tunnel segments and the surrounding ground during excavation. These voids are subsequently filled with various types of grouting materials (such as cementitious grout or bentonite slurry) injected through grout holes behind the segments. If these voids are not properly filled, it can lead to problems such as altered groundwater flow (loss of groundwater layer) and soil subsidence. To suppress groundwater leakage, it is crucial to achieve proper grouting, but realistic standards and research regarding grouting are currently lacking.

In this study, we focused on a domestic tunneling project for power tunnel construction and conducted a comparative analysis of the actual groundwater leakage according to changes in grouting distance over a period of six months. Through this analysis, we proposed measures to minimize groundwater leakage. The results indicated a significant increase in daily groundwater leakage as the grouting distance increased. Additionally, we observed a noticeable difference in groundwater leakage between cases with and without grouting. Furthermore, the change in daily groundwater leakage according to variations in grouting distance (slope) was found to be an effective indicator for predicting the passage of the tunnel through the critical zone at the front.

Although this study concluded by tracking the pattern of groundwater leakage based on a limited set of ground conditions, it is important to note that the relationship between grouting distance and groundwater leakage can vary depending on the ground conditions. Therefore, further research and empirical studies related to this matter are necessary.