해저 터널 GIN 그라우팅 방법의 개선에 관한 연구

Abstract

지상의 가용부지가 부족한 우리나라와 싱가포르와 같은 국가들은 점차적으로 지하공간의 활용을 늘여가기 위하여 다양한 시설을 지하에 건설하거나 계획하고 있다. 최근 들어 국내에서도 한강 하저터널이 건설되었으며, 보령-태안 간 해저터널이 공사 중에 있으며, 완도-제주 간 해저터널 논의가 활발히 이루어지고 있다. 지하공간의 건설은 굴착 중 또는 유지관리 중 유출수의 영향을 크게 받는데, 특히 해저터널의 건설에 있어서 그라우팅은 공사의 안전성 확보 및 구조물의 안정성과 유지관리 측면에서 매우 중요한 요소 중의 하나이다. 그라우팅 기술은 1800년대 초반에 기초 하부 지반의 안정을 도모하기 위한 목적으로 시도되기 시작한 이후로 널리 사용되었다. 이후 1980년대에 들어와 환경과 지하수 보호에 대한 요구의 증가로 화학약액의 사용은 점차 사라지고 시멘트계 주입재가 널리 사용되면서 주로 침투 성능을 향상시키기 위한 목적으로 초미립자 시멘트의 실용화에 대한 연구가 수행되었으며, 그 이후에도 그라우트 재료의 성능향상을 위한 주입재료의 특성에 대한 연구가 수행되었다. 주입방법에 대하여는 전통적인 주입방법인 W/C가 큰 상태에서 주입을 시작하여 점차 비율을 줄여가는 전통적인 방법이 주로 사용되어 왔다. 이 방법의 문제점은 암반의 투수성에 대하여 너무 높은 W/C를 사용하여 불필요한 주입시간이 소모되고 주입재를 많이 사용되는 문제점이 있다. 다른 주입 방법으로는 Rombardi에 의해 제안된 지반의 할렬 및 융기를 방지할 수 있는 GIN 방법이 있다. 이 방법은 국내에서는 아직 초기 연구 단계이며, 해외에서는 댐 기초 그라우팅에 사용되어 왔으나 터널 및 지하공간에서의 사용실적이 많지 않은 실정이다. 그 이유로는 GIN 그라우팅 방법의 적용에 있어서 시험방법의 명확한 이해, 암반 상태에 따른 GIN 값의 결정, 주입 시 압력 및 주입량 조절방법이 어려워 기술자들이 접근하기에는 어려움이 많다. 본 연구에서는 이러한 주입방법의 문제점을 파악하고 해결하기 위하여 싱가포르의 OO유류 비축기지를 대상으로 지하수면 아래에 위치한 해저 암반 터널에 대하여 전통적인 그라우팅과 GIN 그라우팅 방법에 맞추어 현장실험을 실시하여 문제점을 규명하였다. 또한 이 문제점들을 해결하기 위하여 암반의 투수성에 따라 주입시간을 단축하고 주입재를 적게 사용하면서도 충분한 주입효과를 확보할 수 있는 수정된 전통적 주입 방법과 수정된 GIN 주입방법을 제안하였다. 전통적인 주입 방법은 암반의 투수성에 대하여 너무 보수적인 W/C를 사용하여 많은 주입시간이 소모되고 주입재를 많이 사용하는 단점이 있어 이를 보완하기 위하여 암반의 루젼값에 맞는 적절한 W/C를 도입하여 주입시간 단축과 주입재를 절약하면서도 주입효과를 달성할 수 있음을 확인하였다. GIN 주입 방법은 절리틈새의 크기가 작을 경우, 즉 안반의 루젼값이 작을 경우 제안된 0.6에서 0.8의 W/C로는 주입이 과소하게 되어 GIN 주입 방법이 범용 적으로 쓰이지 못함을 밝혔으며, 이를 범용 적으로 사용하기 위하여 암반의 투수성에 따른 시멘트밀크의 주입시험 결과와 기존의 GIN 곡선 결과를 비교하여 GIN 곡선을 적절히 선택하는 방법을 제안하였으며, 암반의 투수성에 따라 W/C를 적절히 변화시켜 사용함으로써, 주입목적을 충분히 달성할 수 있음을 밝혀 GIN 방법이 해저나 하저터널에서 널리 적용될 수 있는 기반을 구축하였다