굴착손상영역(EDZ)이 지하수 유입에 미치는 영향과 그라우팅 최적화 연구
A study on the impact of excavation damaged zone (EDZ) on groundwater inflow and optimization of grouting design
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초록
본 연구는 터널 굴착 시 형성되는 굴착손상영역(excavation damaged zone, EDZ)이 지하수 유입에 미치는 영향을 정량적으로 규명하고, 이에 효과적으로 대응할 수 있는 최적의 그라우팅 설계 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 암반등급IV 및 V를 대상으로 EDZ의 특성과 수리적 변화, 그리고 그라우팅의 투수계수 및 두께 변화가 지하수 유입량에 미치는영향을 PLAXIS 2D 기반 수치해석과 해석식을 통해 비교·분석하였다. 그 결과, EDZ의 존재는 지하수 유입 경로를 확대하여 터널 안정성 저하의 주요 원인이 되며, 그라우팅의 투수성 저감과 충분한 두께 적용은 유입량 감소에 결정적인 영향을 미친다. 특히 그라우팅 투수계수비가 1/100, 두께가 1.5–2.0 m 이상일 경우 95% 이상의 차수 효율이 확인되었으며, 해석식과 수치해석 결과가 유사하게 나타났다. 따라서 본 연구는 향후 터널 설계에 있어서 경제성과 기술적 신뢰성을 고려한 정량적 차수 설계 기법을 제공할 수 있다.
Abstract
This study aims to quantitatively investigate the impact of the excavation damaged zone (EDZ), formed during tunnel excavation, on groundwater inflow, and to propose an optimized grouting design strategy for effective mitigation. Targeting rock mass classes IV and V, this study analyzes the influence of EDZ characteristics, hydraulic property changes, and variations in grouting permeability and thickness by applying analytical equations and PLAXIS 2D-based numerical simulations. The results show that the presence of the EDZ significantly increases groundwater inflow paths, becoming a major factor in tunnel instability. Reducing the permeability of the grouting material and ensuring sufficient grouting thickness were found to be critical in lowering inflow rates. In particular, when the grouting permeability ratio was 1/100 and the thickness exceeded 1.5–2.0 m, more than 95% sealing efficiency was achieved, and the analytical and numerical results showed close agreement. Therefore, this study offers a quantitative grouting design methodology that considers both cost-effectiveness and technical reliability for future tunnel engineering applications.