Abstract
In this paper case studies of artificial ground freezing, which have not been applied in Korea, have been investigated for the water cut-off in a subsea tunnel under high water pressure and the most commonly used cooling mediums of brine and liquid nitrogen are examined. Since sea water with pressure has the lower freezing point than pure water, the lower temperature cooling medium is required in the application of subsea tunnel. Also, the cooling medium must have refrigeration safety and is able to reduce executing time. Brine freezing system can reuse cooling medium and is safer than liquid nitrogen freezing. But it takes more time to freeze ground and needs complex circulation plants. On the other hand, liquid nitrogen freezing system can't recycle cooling medium and may cause breathing problems or asphyxiation through oxygen deficiency. But, freezing with liquid nitrogen is fast and requires simple refrigeration equipment. Principal elements of design for ground freezing in subsea tunnel have been extracted and these elements are needed further research.
본 연구는 고수압 해저터널의 차수를 위한 동결공법 적용성 평가를 위해 국내 적용사례가 없는 동결공법의 해외 시공사례를 조사하였으며, 지반 동결공법에서 보편적으로 사용하는 냉매인 브라인(brine)과 액체질소($LN_2$)에 대한 분석을 수행하였다. 고수압 조건의 해수는 순수한 물에 비하여 어는 점이 더 낮기 때문에 지상에서보다 동결시간이 더 길 수 있고 해저터널과 같이 폐쇄된 공간에서의 적용 시 냉매는 안정성을 확보할 수 있어야 하고 공기 단축이 가능해야 한다. 브라인은 재사용이 가능하고 독성이 적어 인체에 미치는 영향이 적으나, 동결에 상대적으로 장시간 필요하고 동결장비가 복잡한 특징을 가지고 있으며, 액체질소는 냉매의 재사용이 불가하며 기화 시 공기 중 질소농도 증가로 질식의 위험성이 있으나, 상대적으로 동결시간이 짧으며, 동결장비가 간단한 특징을 가지고 있는 것으로 파악되었다. 또한 향후 추가적인 연구가 필요한 해저터널 연결구 및 막장면 주변 지반에 대한 동결공법의 주요 설계요소를 도출하였다.
