Transcript m 3 /min 2. 지하철 5호선 하천통과구간의 지하수 유입량 분석

도심지 지하철터널에 유입된 지하수량
비교분석 및 침전물 성분분석 연구
2010. 08. 11
경복대학 건설환경디자인과 우 종 태 교수
제1편 : 도심지 지하철터널에 유입된 지하수량
비교분석
[발표순서]
1. 서 론
2. 지하철 5호선 하천통과구간의 지하수 유입량 분석
3. 지하철 3, 4, 5호선 하천통과구간의 지하수 유입량
분석
4. 결 론
1
1. 서 론
연구 목적
서울지하철
터널 시설의
유지관리
배수시설에 대한
설계 및 시공 기준
설계 및 시공기준이
유지관리시에도
적정한지를 검토
연구 방법
☞ 최근 6년간 분기별 서울지하철 터널내 지하수 유입현황 조사
☞ 서울 지하철 5호선 60여 개의 정거장 집수정의 지하수량 조사
☞ 지하철 3, 4, 5호선의 하천통과구간 지하수 유입량과 비교·분석
터널 건설시 배수시설의 중요성을 인식시켜
예방적인 터널구조물 유지관리에 기여
2
2. 지하철 5호선 하천통과구간의
지하수 유입량 분석
2.1 지하철 5호선 터널구간 지하수 유입현황
구 분
연장
(km)
유입량
(m3/day)
1km당 유입량
(m3/min/km)
계
31.29
62,272
1.38
일반 터널구간
23.35
27,828
0.83
하천통과 터널구간
7.94
34,444
3.01
3
2. 지하철 5호선 하천통과구간의
지하수 유입량 분석
2.1 지하철 5호선 터널구간 지하수 유입현황
하천통과구간 연장이 전체 조사구간의 25.38% 차지
하천통과구간 지하수 유입량이 전체의 55.31% 차지
☞ 하천통과 터널구간에서 지하수 유입을 억제할 경우 유지관리
비용을 크게 절감시킬 수 있을 것으로 기대됨
하천통과구간의 단위길이당 유입량은 3.01 m3/min/km
☞ 터널 설계기준 3.00 m3/min/km 와 거의 같음
☞ 터널 전체 유입량 1.38 m3/min/km 의 2.18배
4
2. 지하철 5호선 하천통과구간의
지하수 유입량 분석
2.2 지하철 5호선 하천별 지하수 유입현황 (Ⅰ)
단위 : m3/min
하천명
구간
터널패턴
보강공법
토피
(m)
상부
토질
배수연장
(km)
지하수
유입량
1km당
유입량
계
8개소
-
-
-
-
7.93
23.92
3.01
안양천
오목교
-양평
복선
PD-2
Mini Roof
RMG 5m
20-23
충적토
풍화암
0.77
5.56
7.20
샛 강
신길여의도
복선
PD-2,3
강관다단
SGR, JET
25-32
충적토
풍화암
0.75
2.20
2.90
한 강
여의나루
-마포
단선
강관다단
LW
23-31
풍화토
경암
1.54
3.13
2.02
청계천
종로3을지4가
복선
단선
SGR
19-25
충적토
풍화암
0.89
2.345
2.63
5
2. 지하철 5호선 하천통과구간의
지하수 유입량 분석
2.2 지하철 5호선 하천별 지하수 유입현황 (Ⅱ)
단위 : m3/min
하천명
구간
터널패턴
보강공법
토피
(m)
상부
토질
배수연장
(km)
지하수
유입량
1km당
유입량
청계천
마장답십리
복선
PD-2,3
SGR
JET Grout
10.2
-17.4
충적토
풍화암
0.76
0.95
1.24
전농천
답십리
-장한평
복선단선
PD-2,3
LW, JSP
Prepiling
16.6
-22.0
충적토
풍화암
1.04
4.33
4.14
중랑천
장한평
-군자
단선
PS-2,3
반현탁액
Pre Grout
12.4
-20.3
풍화암
연암
1.29
2.41
1.87
한 강
광나루
-천호
복선
PD-2
수평 Jet
Grout
22-34
풍화토
풍화암
0.87
3.00
3.45
6
2. 지하철 5호선 하천통과구간의
지하수 유입량 분석
2.2 지하철 5호선 하천별 지하수 유입현황 분석
안양천 구간이 7.20 m3/min/km 로 가장 큼
청계천(마장-답십리) 구간이 1.24 m3/min/km 로 가장 작음
☞ 지하수 유입량 차이는 지질이나, 지형적 문제보다 터널주변의
보강 및 차수 그라우팅에 의한 문제가 더욱 큰 것으로 판단됨
유사 터널: 상부 토질, 터널 깊이, 터널 단면 및 패턴에서의 비교
- 청계천(마장-답십리) : 1.24 m3/min/km
- 샛강 : 2.90 m3/min/km
- 안양천 : 7.20 m3/min/km → 설계기준 3.00 m3/min/km 초과
☞ 그라우팅 : 안양천은 RMG 공법, 샛강 및 청계천은 SGR 공법
7
3. 지하철 3,4,5호선 하천통과구간의
지하수 유입량 분석
3.1 지하철 3,4호선 하천통과구간 지하수 유입량
집수정 유입량 (m3/min)
하천명
구 간
설계
실측
펌프용량
(m3/min×대수)
터널구조
배수형식
평 균
-
5개소
1.55
-
-
-
3호선 청계천
종로3–을지3
3.43
2.41
1.77×3
단선병렬
비배수식
반포천
고속터미널-교대
6.17
0.35
3.20×3
2-Arch
비배수식
홍제천
홍 제
3.53
2.30
1.82×3
단선병렬
배수식
4호선 청계천
동대문-운동장
5.90
1.80
3.00×3
단선병렬
비배수식
정릉천
길 음
2.43
0.87
1.27×3
단선병렬
비배수식
8
3. 지하철 3,4,5호선 하천통과구간의
지하수 유입량 분석
3.2 지하철 5호선 하천통과구간 지하수 유입량 (Ⅰ)
집수정 유입량 (m3/min)
하천명
구 간
설계
실측
펌프용량
(m3/min×대수)
터널구조
배수형식
평 균
-
8개소
2.99
-
-
-
안양천
오목교-양평
3.0
5.56
3.83×3, 1.80×3
복 선
배수식
샛 강
신길-여의도
-
2.20
2.17×4
복 선
배수식
한 강
여의나루-마포
2.6
3.13
4.50×8, 1.20×3
단선병렬
비배수식
청계천
종로3-을지4
-
2.34
2.22×4
단선병렬
배수식
9
3. 지하철 3,4,5호선 하천통과구간의
지하수 유입량 분석
3.2 지하철 5호선 하천통과구간 지하수 유입량 (Ⅱ)
집수정 유입량 (m3/min)
하천명
구 간
설계
실측
펌프용량
(m3/min×대수)
터널구조
배수형식
청계천
마장-답십리
2.29
0.95
2.00×3, 1.20×1
복 선
배수식
전농천
답십리-장한평
-
4.33
2.20×6
복 선
배수식
중랑천
장한평-군자
3.27
2.41
3.70×4
단선병렬
배수식
한 강
광나루-천호
3.42
3.00
2.40×9, 1.83×1
단선병렬
배수식
10
3. 지하철 3,4,5호선 하천통과구간의
지하수 유입량 분석
3.3 5호선 구간과 3,4호선 구간의 지하수 유입량 비교
지하철 3, 4호선 하천통과구간 평균 지하수 유입량 : 1.55 m3/min
지하철 5호선 하천통과구간 평균 지하수 유입량 : 2.99 m3/min
☞ 지하철 5호선 하천통과구간이 1.93배 더 유입
지하철 3, 4호선 : 5개 하천 중 4개 하천이 비배수식 방수공법
지하철 5호선 : 8개 하천 중 1개 하천만 비배수식 방수공법
☞ 방수형식(공법)이 하천통과구간 지하수 유입량을 좌우
11
3. 지하철 3,4,5호선 하천통과구간의
지하수 유입량 분석
3.4 터널 심도에 따른 지하수 유입량 분석
지하철 3, 4호선 : 평균 터널 심도 16m
☞ 청계천 구간의 지하수 유입량 : 2.41 m3/min (비배수식)
지하철 5호선 : 평균 터널 심도 24.6m
☞ 청계천 구간의 지하수 유입량 : 2.34 m3/min (배수식)
☞ 두 구간이 비슷한 지하수 유입량을 보임(방수형식은 상이함)
12
4. 결 론(1)
지하철 5호선 터널 전 구간을 대상으로 지역별 터널 내부로 유입되는
지하수 유입량을 평균한 결과 1.38 m3/min/km 로 설계기준
3.00 m3/min/km에 비해 상당한 여유가 있는 것으로 나타남
지하철 5호선을 통과하고 있는 한강 및 중소 7개 하천 7.93km 구간
터널 내부로 유입되는 지하수 유입량은 평균 34,444 m3/day가 유입
되어 터널 전구간 31.29km로 유입되는 지하수량 62,272m3/day의
55.3%를 차지함
☞ 하천구간에서 지하수 유입을 억제한다면 유지관리 비용을 크게 절
감할 수 있을 것이라 기대됨
13
4. 결 론(2)
하천통과구간 중 지하수 유입량이 가장 많은 구간은 안양천 구간으로
평균 7.20 m3/min/km이고, 가장 적은 구간은 청계천 구간으로서
1.24 m3/min/km가 유입되어 많은 차이를 보임
지하수 유입량이 많은 순서로 안양천 7.20 m3/min/km, 전농천
4.14 m3/min/km, 광나루 한강하저통과 구간 3.45 m3/min/km 순
서로 확인됨
지하수 유입량이 많이 차이가 나는 이유로는 지질이나 지형적인 문제
보다 터널 주변지반의 보강 및 차수 그라우팅에 의한 문제가 더욱 큰
것으로 판단됨.
14
제2편 : 지하철 터널내 침전물질의
유입경로 및 성분분석 연구
15
발표순서
1. 서 론
2. 침전물 유입경로 및 특징
2.1 붉은색 침전물
3. 침전물 성분분석
3.1 화학 성분조사
3.2 공학적 성분조사
3.3 시험기관의 시험결과 성분분석
2.2 백 색 침전물
2.3 백 태
4. 결 론
2.4 검은색 침전물
16
1. 서 론
지하수위 하부에 건설되는 지하철 구조물의 경우 배수처리와
방수대책이 가장 중요한 요소
서울지하철 5호선 터널구간을 대상으로 배수시설 내부에 퇴적되어
있는 침전물의 유입경로와 성분 분석 수행
배수시설로 유입된 다양한 침전물의 유입경로와 성분분석을 통해
배수시설의 중요성을 인식시켜 추후 구조물 유지관리에 기여
17
2. 침전물 유입경로 및 특징
2.1 붉은색 침전물
터널과 박스구조물 연결부위에서 주로 발생
H-PILE, EARTH-ANCHOR 등의 지중매몰시 다짐이 곤란
투수계수가 상대적으로 커서 외부 지하수, 생활하수 및 세립분 유입
침전물 성분 분석 결과 상당량의 철성분을 포함
18
2. 침전물 유입경로 및 특징
2.1 붉은색 침전물
19
2. 침전물 유입경로 및 특징
2.2 백색 침전물
단층파쇄대 지층의 지반보강 및 차수를 위해 시행한 그라우트
주입재가 지하수와 함께 유입
터널과 박스구조물의 연결 부위에 사용된 주입재 일부가 용탈작용에
의해 지하수와 함께 터널 내부로 유입
성분분석 결과 시멘트의 주성분인 산화칼슘이 다량 포함
20
2. 침전물 유입경로 및 특징
2.2 백색 침전물
21
2. 침전물 유입경로 및 특징
2.3 백 태
콘크리트 탄산화 과정에서 발생되는 백색의 결정체
CaO  H 2O  Ca(OH 2)  CO 2  CaCO3  H 2O
지하수 유입량이 비교적 적은 지역에서 배수기능 저하 요인
잔류수압의 작용으로 인해 터널의 안정성에 중요한 문제
22
2. 침전물 유입경로 및 특징
2.3 백 태
23
2. 침전물 유입경로 및 특징
2.4 검은색 침전물
역사 시종점 근접부 터널에서 주로 발생
역사 청소용수 등 이물질이 터널내 배수시설로 유입
터널 중앙배수관이 정거장 개착구조물에서 차단되어 월류현상 발생
24
3. 침전물 성분분석
3.1 화학성분조사
백색 침전물, 붉은색 침전물, 흙시료, 액체상태의 시료 및 지하수에
대해 화학성분 분석 수행
백색 침전물의 경우 다른 시료에 비해 상대적으로 경도가 매우 작고
PH 10.9로 강알카리성을 나타냄
붉은색 침전물의 경우 강동~길동구간에서 513.8 mg/ℓ,
마장~장한평 구간에서 196.0 mg/ℓ로 상당량의 철성분이 검출
X선 회절분석 결과 붉은색 침전물에서 철성분의 함량이 크고,
규소 및 알루미늄의 성분의 함량은 상대적으로 적게 나타남 25
3. 침전물 성분분석
3.2 공학적 성분조사
붉은색 침전물의 비중은 2.06으로 흙시료에 비해 작게 나타남
대부분의 철성분이 부식에 의해 부피가 팽창
평균입경은 0.04mm로 작게 나타남
터널주변 지층을 통해 유입되었을 경우 지층의 공극이 작기 때문에
세립분이 지하수와 함께 터널 내부로 유입
26
3. 침전물 성분분석
3.3 시험기관의 시험 결과 성분분석
백색 침전물에 대한 성분분석
(단위: %)
분석결과 산화칼슘 성분을 많이 함유하고 있으므로 시멘트 성분으로
판단됨
침전물의 유입량으로 볼 때 지반 차수그라우트 주입재가 이탈되어
퇴적 된 것으로 판단됨
27
4. 결 론(1)
백색 침전물의 주성분은 산화칼슘으로 그라우팅 주입재인 시멘트가
지하수와 함께 터널내부로 유입된 침전물로 터널의 안정성에는 영향
없는 것으로 판단
붉은색 침전물의 주성분은 철성분으로 시공시 매립된 철재 가시설과
지역 특성상 철성분을 많이 포함하고 있는 지하수에 원인이 있는 것
으로 판단
붉은색 침전물 발생지역 특성상 충적토 및 풍화토 지반으로 지하수위
가 높아 장기적인 양수작업을 할 경우 터널 주변에 유로 및 공동을
형성하여 터널의 안정성에 악영향 초래
28
4. 결 론(2)
터널과 개착 박스구조물의 연결부위는 터널 내부로 이물질 및 토사
가 유입되지 않도록 되메우기시 보강 철저
측벽배수관 확대 및 청소구 추가 설치를 통한 배수기능 유지 (끝)
- 경청해 주셔서 감사합니다 29