고수압 해저지반 수리특성 조사용 일체형 메인 프레임과 공내 측정장치 개발
Development of Integrated Type Main Frame and Downhole Sonde Apparatus for Hydraulic Packer Testing in Seabed Rock under High Water Pressure
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초록
정확하고 정량적인 현지 암반 수리특성 정보들은 고수압 조건 굴착 공동 주변의 수리 지질학적 거동에대한 신뢰성 있는 평가에 필요한 핵심 인자들 중의 하나이다. 상부의 해수가 무한 수원으로 작용하는 해저지반 내 터널이나 암반 구조물 설계에서 계획 구조물의 규모와 작용 수압이 커질수록 수리특성 정보의 중요성은 크게 증가된다. 본 연구에서는 기존 수압시험 시스템의 부적절한 구성이나 부정확한 자료 획득과 관련된 제반 문제점들의 개선을 통해 고수압 해저지반에 최적화된 일체형 메인 프레임과 30 bar 급완전방수구조 공내측정장치를 독자적으로 개발하였다. 수리특성 조사 시스템을 구성하는 개별 시험장치들을 단일 프레임에 통합함으로써 협소하고 위험요소가 많은 해상 시추용 플랫폼에서도 안전하고 효율적으로 시험을 수행할 수가 있게 되었다. 또한 유압유 이중 조절장치를 고안하여 공내 순 주입압력 기준 2.0 kgf/cm2 이하 간격으로 정밀한 단계적 가압과 압력 유지가 가능하도록 하였다. 개발 장치들의 시스템 성능과 작동 안정성을 실증적으로 확인하기 위해 연구 시험공 2개소에서 현장 적용성 시험을 완료하였으며 제주 현무암 분포 지역 내 시험공 1개소에서 대표요소체적 규모 수리특성 시험을 성공적으로수행하였다. 본 논문에서는 개발 장치들의 주요 특성들과 다양한 실내 및 현장 성능시험에서 획득된 주요 결과들을 간단히 소개하였다.
Abstract
The accurate and quantitative ground information on the hydraulic conductivity characteristics of rock mass is one of the key factors for evaluation of the hydro-geological behaviour of rock mass around an excavated opening under high water pressure. For tunnel and rock structures in seabed, where the sea acts as an infinite source of water, its importance become greater with increasing construction depth below sea level. In this study, to improve the problems related with poor system configuration and incorrect data acquisition of previous hydraulic packer testing equipment, we newly developed an integrated main frame and 30 bar level waterproof downhole sonde apparatus, which were optimized for deep hydraulic packer test in seabed rock mass. Integration of individual test equipment into one frame allows safe and efficient field testing work on a narrow offshore drilling platform. For the integrated type main frame, it is possible to make precise stepwise control of downhole net injection pressure at intervals of 2.0 kgf/cm2 or less with dual hydraulic oil volume controller. To ensure the system performance and the operational stability of the prototype mainframe and downhole sonde apparatus, the field feasibility tests were completed in two research boreholes, and using the developed apparatus, the REV(Representative Elementary Volume) scale deep hydraulic packer tests were successfully carried out at a borehole located in the basalt region, Jeju. In this paper, the characteristics of the new testing apparatus are briefly introduced and also some results from the laboratory and in-situ performance tests are shown.
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