< Previous28 자연,터널그리고 지하공간기술기사 1도봉산-옥정 광역철도 건설공사 중 Recharge well 공법을 이용한 터널 및 개착정거장 주변 구조물 침하방지 대책<표 3> 누적 수위변화량 관리기준관리기준 지표1차관리기준(안전)2차관리기준(주의)3차관리기준(위험)비고누적 수위변화량(MH)MH ≤ 관리수위관리수위 < MH ≤관리수위+최대 자연변동량MH > 관리수위+최대 자연변동량 또는 MH > 8m신설(수위강하량 10m에 대한 안전율 80% 적용)1.3 Recharge well 시공1.3.1 Recharge well 천공∙ 천공경과 천공 깊이는 설계 목적에 의해 결정한다.∙ 최종 목표설치심도는 기본적으로 불투수층(암반층) 아래 0.5m로 계획하되, 암반층이 굴착면 하부에 위치할 경우 굴착면 2m 아래 또는 암반층 0.5m 아래 중 얕은 값을 최종 목표설치심도로 선정한다.∙ 천공 깊이는 소요 천공 깊이보다 최소 500mm 이상 깊게 하여 천공면으로 부터 교란된 이물질이 가라앉아 소요 천공 깊이에 지장이 없도록 하여야 한다.∙ 천공직경은 최소 150mm 이상으로 하고 현장여건에 따라 그 크기를 조정할 수 있다. ∙ 목표 설치 심도 아래 500mm 깊이까지 최소 150mm 이상의 크기로 천공한다. 1.3.2 Recharge well 급수관 설치∙ 주입영역 심도에 위치하는 50mm PVC 관에 5mm 구멍을 30mm 간격으로 천공한다. ∙ 급수관 천공구멍의 개구율은 6%로 하고, 천공위치는 목표한 주입대상층 심도에 따라 달라지므로 이를 사전에 확인한 후 해당 위치에 천공하도록 한다. 주입영역과 비주입영역에 대한 구분은 주입대상층 위치에 따라 결정되나 현장여건에 따라 필요시 주입영역을 조정할 수 있다.∙ PVC관 구멍부분을 나일론 메시를 이용해 이중으로 감아서 토립자에 의해 급수구가 막히지 않도록 한다.1.3.3 여과층 조성 ∙ 급수관 체결완료 후, 지표에서 2.5m 깊이까지 관 주변을 깨끗한 10mm 자갈로 채워준다.∙ 천공 케이싱 추출 후, 자갈층 상부에 1m 깊이로 양질의 모래층을 조성한다.∙ 모래층 조성 후, 모래층 상부에 1.0m만큼 깊이로 시멘트 또는 벤토나이트 그라우팅을 채워준다.1.3.4 분배관 연결∙ 물탱크에서 개별 Recharge well 까지 분배관 연결 작업은 각 위치의 Recharge well 설치 완료 후 수행한다.∙ 지표면 상부에 올라온 급수관은 횡방향으로 연결된 분배관에 연결한다. ∙ 분배관의 직경은 100mm로 한다.∙ 분배관과 각 급수관 사이에는 운영밸브(ON/OFF 밸브), 유량계를 설치하여야 한다.Vol. 21, No. 2 291.3.5 물탱크 설치∙ 물탱크는 지표면에서 약 2.0m~2.5m 높이에 설치하여 수두차에 의한 자유흐름으로 급수가 되도록 한다.∙ 수두차를 너무 높게 하여 Well과 주변 지반에 영향을 주지 않도록 한다.∙ 물탱크 1대당 5~6개소의 Recharge well에 급수가 가능하도록 분배관을 연결한다.∙ 물탱크의 용량은 1대당 최소 3톤 이상의 물을 급수할 수 있도록 한다.∙ 급수에 이용되는 물은 지하수와 화학적으로 호환되어야 한다.∙ 급수관에 막힘 현상을 유발하는 부유물질의 사용은 피하도록 하고, 관련기관과 협의를 통하여 우수등과 같은 비 음수용 물을 급수재로 사용하도록 한다.∙ 물탱크도 분배관과 동일하게 겨울철 동결방지를 위하여 별도의 대책을 마련해야 한다.1.4 Recharge well 투수시험∙ Recharge well 설치 완료 후, 임의의 Recharge well에 대하여 투수시험을 수행한다. 투수시험은 Recharge 구간의 투수계수를 현장에서 결정하기 위해 수행한다. Recharge well은 투수성이 설계 투수성이내 혹은 이상일 경우 만족한 것으로 간주한다.∙ 투수시험은 상승수두시험과 하강수두시험 2가지 방법으로 할 수 있다. 일반적으로 상승수두시험이 주로 적용되나, 수위회복률이 매우 빠른 경우(원수위 회복 5분 이내) 하강수두시험을 수행하도록 한다.∙ 투수계수 산정 방정식은 다음과 같다. 식 (1)여기서, k는 흙의 투수계수, F는 Intake factor, H1은 시간 t1에 측정된 수두, H2는 시간 t2에 측정된 수두, A는 파이프 단면적이다.1.5 Recharge well 운영∙ Rechage Well은 지하수 관리기준에 따라 운영하도록 한다.∙ 일 수위변화량 1.0m 초과시 Recharge well을 가동하여 지하수위를 올려주도록 한다.∙ 누적 수위변화량 8.0m 초과시 Recharge well을 운영하도록 한다.∙ Recharge well 운영중 지하수위가 관리기준(일수위 또는 누적수위)이내 회복시 운영밸브 잠금을 진행하여야 한다.∙ 전 구간 일시 잠금으로 진행하지 않고 설치 수량의 25% 또는 50%씩 단계적으로 잠금을 진행하여 관리수위 이내로 충분히 회복될 수 있도록 한다.30 자연,터널그리고 지하공간기술기사 1도봉산-옥정 광역철도 건설공사 중 Recharge well 공법을 이용한 터널 및 개착정거장 주변 구조물 침하방지 대책1.6 Recharge well 공내세척(Flushing)∙ Recharge well 공내 세척은 Well의 투수성이 낮아지거나 과도한 불순물로 인해 막혔을 경우 수행한다.∙ 공내 세척은 최소 6개월에 한번씩 수행하여야 한다.∙ 주기적 세척을 수행하되, Recharge well 효율이 감소되었다고 판단될 경우 수시로 수행 가능하다.2. Recharge well 공법 해외 적용 사례2.1 싱가폴 도심지하철 2단계 921공구2.1.1 개 요싱가포르 도심지하철 2단계 921공구는 그림 3에서 보는 바와 같이 싱가포르 북동부의 Bukit Panjang지역과 남부 중앙지역에 위치한 도심지하철 1단계(Downtown Line Stage 1)의 Bugis Station을 연결하는 도심지하철 2단계(총 연장 46km) 의 마지막 구간인 약 1.1km의 복선 지하철을 건설하는 공사이다.<그림 3> 싱가포르 도심지하철 2단계 921공구 현장위치본 현장은 그림 4와 같이 Rochor Station과 Little India Station, NATM 터널(Mined Tunnel), 개착식 터널(Cut & Cover Tunnel) 및 실드TBM 터널(Bored Tunnel)로 구성되며, 현장 주변으로 크고 작은 건물과 Rochor Canal이 인접해 있고 현재 운행 중인 MRT 동북선(North East Line) 아래를 3~5m 하부에서 근접 관통하여 지하철을 시공해야 하는 전형적인 도심지 공사구간이다.Vol. 21, No. 2 31<그림 4> 도심지하철 2단계 921공구 노선현황2.1.2 공사개요 및 범위∙ 공사명: Design and Construction of Stations and Tunnels at Rochor and Little India For Downtown Line Stage 2∙ 발주처: LTA(Land Transport Authority)∙ Mass Rapid Transit: 연장 1.065km- Rochor Station/Little India Station: 연장 184m/192.6m- Cut & Cover Tunnel: 연장 337.2m- Mined Tunnel: 연장 58.4m, 직경 6m, Bored Tunnel: 연장 292.8m, 직경 6m2.1.3 지하수 저하 방지를 위한 싱가폴 설계기준(LTA)∙ 지하수 저하 방지를 위해 흙막이 벽체는 일반적으로 불투수층에 관입∙ 암반의 경우 Fissure grouting으로 지하수 흐름 차단∙ 강제 배수(Dewatering) 적용 불가∙ 침투해석(Seepage analysis) 및 침하영향분석∙ 인접 구조물 및 Utilities에 대한 영향을 고려하여 설계단계에 Recharge well 적용∙ 지하수위가 1.0m 이상 저하될 경우 Recharge well 급수2.1.4 지반현황현장의 노선 상 대표적인 지층은 그림 5에서 보는 바와 같이 전 구간에서 Fill층과 KF(Kallang Formation)층이 고루 나타나고 있다. 특히 KF층은 Little India Station에서 Rochor Station 방향으로 점차 깊어지는 경향을 보이고 있으며, 굴착에 의한 인접지반의 침하유발과 지반융기(Ground Heave)와 같은 공학적 문제를 유발할 수 있는 F1층(모래퇴적층)과 MC층(해성점토층)이 깊게 분포하는 특징을 보이고 있다.32 자연,터널그리고 지하공간기술기사 1도봉산-옥정 광역철도 건설공사 중 Recharge well 공법을 이용한 터널 및 개착정거장 주변 구조물 침하방지 대책<그림 5> 싱가포르 도심지하철 2단계 921공구 지질분포지역적으로 지층 현황을 살펴보면 Little India Station과 Mined Tunnel 구간에서는 OA층과 FCBB층이 주로 분포하고 있으며, 그 중 암편(Rock Fragment)과 전석(Boulder)이 빈번히 나타나는 FCBB층이 상당히 두껍게 나타나고 있다. Cut & Cover Tunnel 구간에서는 현장의 서쪽 지역은 FCBB층이, 나머지 동쪽 지역은 OA층이 분포하고 있다.2.1.5 구조물 침하관리를 위한 Recharge well 적용본 현장에서는 추가 지반조사를 통해 Rochor Station 지역에 서 투수계수가 비교적 큰 모래질 퇴적층인 F1층(k=1×10-5m/sec) 이 약 6~9m 두께로 분포하고 있음을 확인하였다. 이러한 F1층은 흙막이 지하 굴착시 지하수의 유출로 인한 주변 지반의 침하와 이로 인한 구조물의 이상징후(균열, 기울어짐)를 발생시킬 가능성이 상당히 높은 지층이므로, 이러한 문제를 해결하기 위해 굴착작업 이전에 약 110여 공의 Recharge well을 배치하여 지하 굴착에 따른 주변 지반의 침하를 방지할 수 있도록 계획하였다. 그림 6과 그림 7는 각각 Recharge well의 배치 계획과 설치단면 예를 나타낸 것이다.<그림 6> Recharge well 배치도<그림 7> Recharge well 단면Vol. 21, No. 2 33Recharge well 설치는 다음과 같은 절차에 의해 이루어진다. 먼저 시추장비를 이용하여 Recharge well Pipe의 최종 설치심도 까지 천공하고 여기에 직경 50mm의 PVC Pipe를 설치하게 된다(그림 8 참조). Pipe 설치 후 실제 가동시 지중으로 물이 적절하게 주입되는지를 사전에 확인하기 위해 현장투수시험(Falling Head Permeability Test)을 실시하여 주입구간에서의 투수계수가 1×10-5m/sec인지를 확인한다. 본 현장의 경우는 향후 Rochor Station 구간에서 지하 굴착이 진행되면서 사전에 설정된 기준 지하수위(Base Water Leve: Piezometer와 Water Stand Pipe로 결정)보다 측정된 지하수위가 0.5m 이상 하강하면 그 시점에 Recharge well을 통해 물을 강제로 지중(F1층)에 주입하게 된다.<그림 8> Recharge well 파이프 설치2.2 싱가포르 DTL2 C913 현장 사례2.2.1 개 요DTL2로 알려진 싱가포르 도심철도(Downtown Line) 2단계 사업의 한 공구이다. DTL2는 싱가포르 서북부 Bukit Panjang 지역에서 시작해 도심지역인 Rochor Station까지 총 16.6km에 이르는 거리를 지하로 연결하는 도심철도 공사로서, 12개의 정거장을 포함하고 있으며, DTL2에는 총 10개 공구가 있고 C913은 북쪽에서 3번째에 위치한 공구이다.34 자연,터널그리고 지하공간기술기사 1도봉산-옥정 광역철도 건설공사 중 Recharge well 공법을 이용한 터널 및 개착정거장 주변 구조물 침하방지 대책2.2.2 DTL2 C913공구 현장에서 Recharge well의 효과정거장 본 구조물의 굴착 및 구조물 공정과 터널공정이 영향을 받지 않도록 Cashew정거장 북쪽 및 남쪽에 TBM Launching을 위한 수직구NLS(North Launching Shaft)가 위치하고 있다. 수직구와 20m 이격하여 Recharge well을 설치하여 주변지반의 침하를 방지하도록 계획하였다(그림 9, 그림 10).<그림 9> Recharge well 설치위치와 계측위치<그림 10> Recharge well 횡단면도Vol. 21, No. 2 35수직구를 중심으로 Recharge well의 효과를 확인하기 위한 계측점을 설치하였다. Recharge well 인근에 지표변위과 피에조미터 수두변화 측정점을 설치하고(LG2207, GWV2201), 반대편에 역시 지표변위 및 수두변화 측정점을 설치(LG2229, GWV2206)하였다(그림 11).<그림 11> 지표변위 및 피에조미터 수두 측정지점Recharge well 근처에 설치된 Piezometer GWV2201은 약 5m 수두저하가 발생하였고, 이에 비해 GWV2206은 약 11m의 수두저하가 발생하여 약 6m 더 많은 드로다운을 기록하고 있다. 따라서 Recharge well은 효과적으로 작동되고 있는 것으로 판단된다. 또한 침하량 역시 Recharge well 인근에서의 침하량이 상대적으로 적은 것으로 확인되었다(그림 12).<그림 12> 지표변위 및 피에조미터 수두 측정 결과36 자연,터널그리고 지하공간기술기사 1도봉산-옥정 광역철도 건설공사 중 Recharge well 공법을 이용한 터널 및 개착정거장 주변 구조물 침하방지 대책3. 도봉산-옥정 광역철도 설계적용3.1 개 요도봉산-옥정 광역철도는 서울 도봉산역에서 경기 의정부 장암역을 거쳐 양주 옥정지구를 잇는 지하철 7호선 연장사업의 2공구 공사이며, 경기 의정부 송사동-자금동 구간 광역철도 4.4km와 정거장 1개소, 환기구 3개소, 신호소 1개소로 구성된다(그림 13, 그림 14).<그림 13> 도봉산-옥정 광역철도 2공구 노선도<그림 14> 도봉산-옥정 광역철도 2공구 정거장 계획도Vol. 21, No. 2 373.2 공사 개요 및 범위∙ 사업명: 도봉산~옥정 광역철도 건설공사 제2공구(T/K)(서울지하철 7호선 연장 사업)∙ 발주처: 경기도∙ 과업구간: 경기도 의정부시 송산동~자금동∙ 공사내용: 광역철도 L=4.412km, 정거장 1개소, 환기구 3개소, 신호소 1개소∙ 도급금액: 약 1,829억3.3 심층풍화대 통과구간 Recharge well 공법 적용과업노선 시점부 F2 단층 발달에 기인한 심층풍화대 출현으로 인해 시공 중 용수발생 및 도심지 구간 연도변 구조물 영향이 예상되므로 시공 중 과업터널 및 연도변 구조물 안전대책 방안으로 Recharge well 공법을 적용하였다(그림 15, 그림 16).<그림 15> 시점부 지층현황터널상하분<그림 16> 시점부 시추코어Next >