KR101701956B1 - 다목적-다심도 관측 구조물 및 이의 설치 방법 - Google Patents
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Abstract
여러 시료채취 구간을 독립적으로 구분하면서 유지 관리가 가능한 다목적-다심도 관측 구조물 및 이의 설치 방법이 개시된다. 다목적-다심도 관측 구조물은 시추공에 의해 굴착된 일정 깊이의 공간에 채워져 관측구간을 정의하는 복수의 콩자갈층들; 상기 콩자갈층들 위에 각각 배치된 복수의 벤토나이트층들; 지표면에서 상기 콩자갈층 각각까지 서로 다른 관측구간들에 연장되어 배치되고, 하부 영역에 형성된 스크린들이 콩자갈층에 접하도록 배치된 복수의 관측정들; 및 최상위 벤토나이트층을 덮도록 배치된 시멘트 그라우팅층을 포함한다.
Description
본 발명은 다목적-다심도 관측 구조물 및 이의 설치 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여러 시료채취 구간을 독립적으로 구분하면서 유지 관리가 가능한 다목적-다심도 관측 구조물 및 이의 설치 방법에 관한 것이다.
지중은 심도에 따라 불균질성이 높으므로 심도를 구분한 관측이 필요하다.
즉, 하나의 전구간 스크린 관정을 이용하여 여러 심도의 지하수 또는 토양가스 시료를 채취하게 되면 관정을 통한 수직적인 혼합이 발생할 수 있다. 한편, 여러 심도의 피에조미터(piezometer) 형태의 관측정을 개별적으로 설치하면 관측정 설치 비용이 증가하며, 장기적인 관리에 있어서 불리하다.
이때 이용되는 것이 번들 형태의 다중심도 관측정인데, 기존의 형태는 단지 소량의 지하수/토양가스 시료 채취가 가능한 길이가 다른 튜브를 매설하는 형태여서, 시료채취지점의 상하의 밀폐가 제대로 되지 않았으며, 막힘 등이 발생하였을 때 유지관리가 불가능하였다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 여러 시료채취 구간을 독립적으로 구분하면서 유지 관리가 가능한 다목적-다심도 관측 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 다목적-다심도 관측 구조물의 설치 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 다목적-다심도 관측 구조물은 시추공에 의해 굴착된 일정 깊이의 공간에 채워져 관측구간을 정의하는 복수의 콩자갈층들; 상기 콩자갈층들 위에 각각 배치된 복수의 벤토나이트층들; 지표면에서 상기 콩자갈층 각각까지 서로 다른 관측구간들에 연장되어 배치되고, 하부 영역에 형성된 스크린들이 콩자갈층에 접하도록 배치된 복수의 관측정들; 및 최상위 벤토나이트층을 덮도록 배치된 시멘트 그라우팅층을 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 관측구간들의 수는 상기 관측정들의 수와 동일할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 관측정들 각각은 시멘트 그라우팅층에서 일정 높이만큼 돌출되어 노출되고, 다목적-다심도 관측 구조물은 상기 관측정들 각각을 커버하는 외부 케이싱을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 관측정들 각각의 직경은 50mm이고, 상기 콩자갈층, 상기 벤토나이트층 및 상기 시멘트 그라우팅층의 직경은 200mm일 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 다목적-다심도 관측 구조물의 설치 방법은, (i) 다목적-다심도 관측 구조물 배치를 위한 시추공을 굴착하고 공벽 유지를 위해 외부 케이싱을 배치하는 단계; (ii) 상기 외부 케이싱의 하부 구간에 하나의 관측정 자재를 배치하여 관측구간을 정의하는 단계; (iii) 상기 관측구간에 콩자갈을 채운 후 상기 콩자갈의 최상부면에서 일정 높이만큼 상기 외부 케이싱의 일부를 인발하는 단계; (iv) 상기 콩자갈과 상기 외부 케이싱의 하부면 사이의 구간에 투수성이 낮은 벤토나이트를 형성하여 관측 구간을 밀폐 처리하는 단계; (v) 지표면에 근접할 때까지 단계(ii) 내지 단계(iv)를 순차적으로 실행하여 복수의 관측구간들에 관측정들을 배치하고, 콩자갈을 채운 후 벤토나이트를 통해 밀폐 처리하여 복수의 벤토나이트층들을 형성하는 단계; 및 (vi) 맨 상부에 지표 오염물질 방지를 위한 시멘트 그라우팅을 실시하여 시멘트 그라우팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
이러한 다목적-다심도 관측 구조물 및 이의 설치 방법에 의하면, 여러 시료채취 구간을 독립적으로 구분하고, 유지 관리가 가능하다. 또한, 다목적-다심도 관측 구조물은 일반적인 시료채취 외에 매질의 투과성을 측정하기 위한 수리지질시험이 가능하며, 심도별 연결성 시험을 위해 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다목적-다심도 관측 구조물을 개략적으로 설명하기 위한 수직 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 다목적-다심도 관측 구조물을 개략적으로 설명하기 위한 상부 단면도이다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 일실시예에 따른 다목적-다심도 관측 구조물의 설치 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 본 발명에 따른 다목적-다심도 관측 구조물의 제1 활용예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다목적-다심도 관측 구조물의 제2 활용예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 다목적-다심도 관측 구조물을 개략적으로 설명하기 위한 상부 단면도이다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 일실시예에 따른 다목적-다심도 관측 구조물의 설치 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 본 발명에 따른 다목적-다심도 관측 구조물의 제1 활용예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다목적-다심도 관측 구조물의 제2 활용예를 설명하기 위한 개략도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다목적-다심도 관측 구조물을 개략적으로 설명하기 위한 수직 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 다목적-다심도 관측 구조물을 개략적으로 설명하기 위한 상부 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다목적-다심도 관측 구조물은 복수의 콩자갈층들(112, 122, 132, 142), 복수의 벤토나이트층들(114, 124, 134, 144), 복수의 관측정들(110, 120, 130, 140) 및 시멘트 그라우팅층(150)을 포함한다.
상기 콩자갈층들(112, 122, 132, 142)은 시추공에 의해 굴착된 일정 깊이의 공간에 채워져 관측구간을 정의한다. 상기 관측구간들의 수는 상기 관측정들(112, 122, 132, 142)의 수와 동일할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 관측구간, 제2 관측구간, 제3 관측구간 및 제4 관측구간 각각은 제1 콩자갈층(112), 제2 콩자갈층(122), 제3 콩자갈층(132) 및 제4 콩자갈층(142)에 의해 구분된다.
상기 벤토나이트층들(114, 124, 134, 144)은 상기 콩자갈층들(112, 122, 132, 142) 위에 각각 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 관측구간, 제2 관측구간, 제3 관측구간 및 제4 관측구간을 각각 정의하는 제1 콩자갈층(112), 제2 콩자갈층(122), 제3 콩자갈층(132) 및 제4 콩자갈층(142) 위에 벤토나이트층이 배치된다. 이에 따라, 제1 콩자갈층(112) 위에 제1 벤토나이트층(114)이 형성되고, 제2 콩자갈층(122) 위에 제2 벤토나이트층(124)이 형성되고, 제3 콩자갈층(132) 위에 제3 벤토나이트층(134)이 형성되고, 제4 콩자갈층(142) 위에 제4 벤토나이트층(144)이 형성된다. 상기한 벤토나이트층들이 배치된 구간은 벤토나이트 실링 구간으로 정의될 수 있다.
상기 관측정들은 지표면에서 상기 콩자갈층 각각까지 서로 다른 관측구간들에 연장되어 배치되고, 하부 영역에 형성된 스크린들이 콩자갈층에 접하도록 배치된다. 본 실시에에서, 제1 관측정(110)은 제1 콩자갈층(112)이 형성된 영역까지 연장되어 매몰되고, 제2 관측정(120)은 제2 콩자갈층(122)이 형성된 영역까지 연장되어 매몰되고, 제3 관측정(130)은 제3 콩자갈층(132)이 형성된 영역까지 연장되어 매몰되고, 제4 관측정(140)은 제4 콩자갈층(142)이 형성된 영역까지 연장되어 매몰된다. 상기 제1 내지 제4 관측정들(110, 120, 130, 140) 각각의 직경은, 예를들어, 50mm일 수 있다. 이때, 상기 제1 내지 제4 콩자갈층들(112, 122, 132, 142) 각각, 상기 제1 내지 제4 벤토나이트층들(114, 124, 134, 144) 각각 및 상기 시멘트 그라우팅층(150)의 직경은 200mm일 수 있다.
상기 시멘트 그라우팅층(150)은 제4 벤토나이트층(144)을 덮도록 배치된다.
본 실시예에서, 상기 제1 내지 제4 관측정들(110, 120, 130, 140) 각각은 상기 시멘트 그라우팅층(150)에서 일정 높이만큼 돌출되어 노출된다. 여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 다목적-다심도 관측 구조물은 상기 관측정들 각각을 커버하는 외부 케이싱(100)을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 다목적-다심도 관측 구조물을 통해 다중심도 지하수위를 모니터링할 수 있다. 즉, 지하수 함양지역은 상부의 지하수위가 하부보다 높고 배출지역은 하부의 지하수위가 높게 나타나는 등 심도에 따른 지하수위가 다르게 형성된다.
또한 본 실시예에 따른 다목적-다심도 관측 구조물을 통해 다중심도 지하수의 수질시료를 채취할 수 있다. 즉, 심도에 따른 지하수 수질시료를 채취할 수 있고, 다중심도 지하수 오염을 모니터링할 수 있다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일실시예에 따른 다목적-다심도 관측 구조물의 설치 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 다목적-다심도 관측 구조물 자재 설치를 위한 시추공을 굴착한다. 예를들어, 4개 심도들이 설치되는 것을 기준으로 직경 200mm를 갖는 시추공을 굴착하고, 공벽 유지를 위해 외부 케이싱(100)을 배치한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 굴착된 시추공의 하부 구간까지 제1 관측정(110)을 배치한다. 상기 제1 관측정(110)의 직경은 대략 50mm일 수 있다. 상기 제1 관측정(110)의 하부 영역에는 유공 영역으로서 슬릿들이나 구멍들이 형성된다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 제1 관측정(110)의 유공 영역이 덮히도록 콩자갈(gravel)을 채워 제1 콩자갈층(112)을 형성한 후, 외부 케이싱(100)의 일부를 인발한다. 여기서, 콩자갈이 채워지는 구간은 제1 관측구간으로 정의될 수 있다.
도 3d에 도시된 바와 같이, 제1 콩자갈층(112)이 채워진 구간의 상부에 투수성이 낮은 벤토나이트를 배치하여 제1 벤토나이트층(114)을 형성한다. 이에 따라, 제1 콩자갈층(112)의 상부 영역은 밀폐 처리되어 제1 관측 구간에 대한 자재 설치가 완료된다. 여기서, 벤토나이트 실링 구간의 길이는 1m 이상으로 한다. 밀폐 처리를 위해 시멘트를 이용하면 지하수 수질에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 벤토나이트를 통해 밀폐 처리하는 것이 바람직하다.
이어, 상술된 방법을 통해, 도 3e에 도시된 바와 같이, 제2 관측 구간에 대한 자재 설치를 완료한다. 즉, 제2 관측정(120)을 배치하고, 외부 케이싱(100)의 일부를 인발하고, 제2 콩자갈층(122)을 형성한 후 벤토나이트로 제2 콩자갈층(122)의 상부 영역을 밀폐 처리하여 제2 벤토나이트층(124)을 형성하는 과정을 통해 제2 관측 구간에 대한 자재 설치를 완료한다.
이어, 도 3f에 도시된 바와 같이 제3 관측 구간에 대한 자재 설치를 완료한다. 즉, 제3 관측정(130)을 배치하고, 외부 케이싱(100)의 일부를 인발하고, 제3 콩자갈층(132)을 형성한 후 벤토나이트로 제3 콩자갈층(132)의 상부 영역을 밀폐 처리하여 제3 벤토나이트층(134)을 형성하는 과정을 통해 제3 관측 구간에 대한 자재 설치를 완료한다.
이어, 도 3g에 도시된 바와 같이, 제4 관측 구간에 대한 자재 설치를 완료한다. 즉, 제4 관측정(140)을 배치하고, 외부 케이싱(100)의 일부를 인발하고, 제4 콩자갈층(142)을 형성한 후 벤토나이트를 활용하여 제4 콩자갈층(142)의 상부 영역을 밀폐 처리하여 제4 벤토나이트층(144)을 형성하는 과정을 통해 제2 관측 구간에 대한 자재 설치를 완료한다.
이어, 도 3h에 도시된 바와 같이, 맨 상부에는 지표 오염물질 방지를 위한 시멘트 그라우팅층(150)을 형성한다.
도 4는 본 발명에 따른 다목적-다심도 관측 구조물의 제1 활용예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4를 참조하면, 대수층의 수직적인 연결성 수리시험을 위해 다목적-다심도 관측 구조물을 1개 배치한다. 다목적-다심도 관측 구조물에는 제1 관측구간, 제2 관측구간, 제3 관측구간 및 제4 관측구간 각각이 콩자갈층들에 의해 구분되어 지하수의 수위 변화 또는 토양가스의 압력 변화 등을 모니터링하여 지중의 수직적 연결성을 평가할 수 있다.
즉, 하나의 다목적-다심도 관측 구조물을 통해 대수층의 수직적인 연결성 수리시험을 수행할 수 있다. 다목적-다심도 관측 구조물이 포화대에 배치된 경우, 특정 심도 관측정에서 소량으로 지하수를 양수하면서 상부 또는 하부에서 지하수위 변화를 모니터링하여 수직적인 연결성을 평가할 수 있다. 또한 다목적-다심도 관측 구조물이 불포화대에 배치된 경우, 특정 심도 관측정에서 소량으로 토양가스를 추출하면서 상부 또는 하부에서 압력변화를 모니터링하여 수직적 연결성을 평가할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 다목적-다심도 관측 구조물의 제2 활용예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5를 참조하면, 다목적-다심도 관측 구조물을 통해 대수층의 수평적인 연결성 수리 시험을 수행할 수 있다. 즉, 퇴적 기원의 충적층의 경우에는 수직적인 불균일성이 크고, 수평적인 연결성이 높은 경우가 존재한다. 따라서, 본 발명에 따라 구성된 다목적-다심도 관측 구조물에 의하면, 하나의 다중심도 관측정의 1개 구간에서 양수를 수행하고, 다른 다중심도 관측정의 여러 심도에서 수위변화를 모니터링함으로써 수리적인 연결성을 평가할 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 다목적-다심도 관측 구조물은 일반적인 시료채취 외에 매질의 투과성을 측정하기 위한 수리지질시험이 가능하며, 심도별 연결성 시험을 위해 활용 가능하다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
112, 122, 132, 142 : 콩자갈층 114, 124, 134, 144 : 벤토나이트층
110, 120, 130, 140 : 관측정 150 : 시멘트 그라우팅층
100 : 외부 케이싱 110 : 제1 관측정
120 : 제2 관측정 130 : 제3 관측정
140 : 제4 관측정
110, 120, 130, 140 : 관측정 150 : 시멘트 그라우팅층
100 : 외부 케이싱 110 : 제1 관측정
120 : 제2 관측정 130 : 제3 관측정
140 : 제4 관측정
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- (i) 다목적-다심도 관측 구조물 배치를 위한 시추공을 굴착하고 공벽 유지를 위해 외부 케이싱을 배치하는 단계;
(ii) 상기 외부 케이싱의 하부 구간에 하나의 관측정 자재를 배치하여 관측구간을 정의하는 단계;
(iii) 상기 관측구간에 콩자갈을 채운 후 상기 콩자갈의 최상부면에서 일정 높이만큼 상기 외부 케이싱의 일부를 인발하는 단계;
(iv) 상기 콩자갈과 상기 외부 케이싱의 하부면 사이의 구간에 투수성이 낮은 벤토나이트를 형성하여 관측 구간을 밀폐 처리하는 단계;
(v) 지표면에 근접할 때까지 단계(ii) 내지 단계(iv)를 순차적으로 실행하여 복수의 관측구간들에 관측정들을 배치하고, 콩자갈을 채운 후 벤토나이트를 통해 밀폐 처리하여 복수의 벤토나이트층들을 형성하는 단계; 및
(vi) 맨 상부에 지표 오염물질 방지를 위한 시멘트 그라우팅을 실시하여 시멘트 그라우팅층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 콩자갈을 채운 콩자갈층과 상기 벤토나이트층은 켠켠히 쌓여지고,
상기 관측구간들은 상기 시추공에 의해 굴착된 일정깊이의 공간에 채워진 상기 콩자갈층들에 의해 정의되고,
상기 관측구간 각각은 상기 콩자갈층들에 의해 구분되며,
상기 관측정들의 수는 상기 콩자갈층들에 의해 정의되는 상기 관측구간들의 수와 동일하고,
상기 관측정들 각각의 직경은 50mm이고, 상기 콩자갈층, 상기 벤토나이트층 및 상기 시멘트 그라우팅층의 직경은 200mm이고,
상기 벤토나이트층들은 상기 콩자갈층들 위에 각각 배치되며,
상기 관측정들은 상기 지표면에서 상기 콩자갈층 각각까지 서로 다른 상기 관측구간들에 연장되어 배치되고,
상기 각각의 관측정들의 하부 영역에는 유공 영역으로서 슬릿들이나 구멍들이 형성되고,
상기 하부 영역에 형성된 스크린들이 상기 콩자갈층들에 접하도록 배치되며, 상기 콩자갈층들의 상기 콩자갈은 상기 유공 영역을 덮히도록 채워지고,
상기 관측정들은 각각 상기 콩자갈층들이 형성된 영역까지 연장되어 매몰되고,
상기 시멘트 그라우팅층은 상기 벤토나이트층들 중에서 최상부에 위치하는 벤토나이트층을 덮도록 배치되며,
상기 관측정들 각각은 상기 시멘트 그라우팅에서 돌출되어 노출되며,
상기 외부 케이싱은 상기 관측정들 각각을 커버하고,
상기 관측정들 중의 1개 관측정의 구간에서 양수를 수행하고, 다른 다중심도 관측정들의 여러 심도에서 수위변화를 모니터링함으로써 수리적인 연결성을 평가하는 것을 특징으로 하는 다목적-다심도 관측 구조물의 설치 방법.
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| KR1020160104568A KR101701956B1 (ko) | 2016-08-17 | 2016-08-17 | 다목적-다심도 관측 구조물 및 이의 설치 방법 |
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