KR101482054B1

KR101482054B1 - 경사계를 이용한 터널 거동 측정시스템

Info

Publication number: KR101482054B1
Application number: KR20130103951A
Authority: KR
Inventors: 권영억
Original assignee: 주식회사 흥인이엔씨
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-01-21

Abstract

본 발명은 터널 굴착부의 굴착면을 따라 배치되면서 복수의 측정센서만을 구비하는 단위경사계 일정간격으로 배치하고, 상기 단위경사계의 측정센서를 메인케이블에 각각 연결하며, 상기 메인케이블을 데이터수집기와 신호증폭부 및 출력부가 일체로 구비되는 데이터로거에 연결하는 구성으로 이루어진 경사계를 이용한 터널 변위량 측정시스템에 관한 것이다.

Description

경사계를 이용한 터널 거동 측정시스템{a tests system for tunnel behavior by inclinometer}

본 발명은 터널 굴착면을 따라 복수의 경사계를 일정간격으로 배치하고, 상기 경사계를 메인케이블에 각각 연결하며, 상기 메인케이블을 터널의 하부에 위치하는 데이터로거에 연결하는 구성으로 이루어진 경사계를 이용한 터널 거동 측정시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 터널을 형성하기 위해서는 여러 가지 선행작업의 공법이 시행된다.

그리고, 상기와 같은 선행작업은 터널을 형성하고자 하는 곳의 지반 상태와 발파를 위하여 발파재를 삽입하기 위한 천공을 형성한다.

계속하여, 터널을 형성하고자 하는 자유전단면에 일정한 깊이로 천공을 시행하여 시료를 채취함으로써, 암반에 존재하는 절리의 발달 상태 및 풍화 상태 및, 파쇄대의 분포특성, 지하수의 유출 유무를 확인할 수 있는 것이다.

더하여, 터널 형성을 위한 발파를 순차로 진행하면서 터널의 침하등에 의한 거동을 측정하게 된다.

그리고, 터널의 완성후에도 매립되는 변위계등을 통하여 진동등에 의한 터널 변위를 측정하게 된다.

이와같은 기술과 관련되어 종래의 특허 제567810호에 터널의 형성시 선행침하량 측정방법의 기술이 제시되고 있다.

그러나, 상기와 같은 선행침하량 측정방법의 경우 터널 막장전방 선행침하를 측정하기 위한 측정 장치가 크기가 증가되어 측정장치의 장착이 힘들게 되는 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 경사측정이 가능한 특허 제784985호와 같은 센서결합체를 터널에 적용할 수 있으나 이와 같은 센서결합체는 도1에서와 같이, 구조물의 거동을 감지하는 부위로서 하기 부착구조물(200)의 연결구조(230)에 부착되고, 부착부위의 경사각도를 감지하는 경사계인 센서(100); 그리고, 모니터링 대상 구조물의 상호 연결부위에 설치되는 것으로서, 모니터링 대상 구조물의 상부구조체에 고정되는 상부구조(210), 하부구조체에 고정되는 하부구조(220), 그리고 상기 상, 하부구조에 각각 핀으로 연결되는 것으로서 실린더와 로드로 결합되어 그 길이가 신축할 수 있는 연결구조(230)를 포함하여 구성되는 부착구조물(200);을 포함하여 구성되는 것이다.

또한, 상기 센서(100)에는 신호증폭기(110)와 감지된 신호를 외부로 송출하기 위하여 축적하는 데이터수집기(300)가 더 구비된다.

그러나, 상기와 같은 센서결합체는, 테이터수집기(300)와 센서(100) 및 신호증폭기(110)가 일체로 구비되어 그 부피가 증가함으로써 터널의 내부에 설치시 암반면에서 돌출되어 장착이 불가능하게 되는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 터널시공중 안전관리와 효율적인 시공방법에 대한 데이터를 획득함으로써 시공비를 절감할 수 있도록 하고, 부피를 최소화 하여 시공이 간편하면서 발파등에 의한 파손을 방지토록 하며, 간단한 구성으로 설치가 용이하면서 변위의 정확한 측정이 가능토록 하는 경사계를 이용한 터널 거동 측정시스템을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 터널 굴착부의 굴착면을 따라 노출시켜 복수의 경사계를 일정간격으로 배치하고, 상기 경사계를 메인케이블에 각각 연결하며, 상기 메인케이블을 터널의 하부에 위치하는 데이터로거에 연결하는 구성으로 이루어진 경사계를 이용한 터널 거동 측정시스템을 제공한다.

그리고, 본 발명의 경사계는, 하우징의 내측에 반도체 경사계로서 이루어진 측정센서 및 각 측정센서의 측정값에 ID를 부여하는 컨트롤러만을 구비하고, 상기 측정센서를 메인케이블에 각각 연결하며, 상기 메인케이블은 필터와 A/D컨버터, 신호증폭기, 데이터처리부, 출력부, 전원공급부가 일체로 구비되는 데이터로거에 연결하는 구성으로 이루어진 경사계를 이용한 터널 거동 측정시스템을 제공한다.

또한, 본 발명의 경사계는, 위치결정장치를 갖는 하우징에 내장되고, 상기 위치결정장치는 수평계를 갖는 하우징과 베이스판, 상기 하우징과 베이스판을 상호 연결하는 볼 및 지지판, 그리고 볼 및 지지판을 상호 연결하는 위치결정핀으로 이루어지는 경사계를 이용한 터널 거동 측정시스템을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 터널시공중 안전관리와 효율적인 시공방법에 대한 데이터를 획득하여 시공비를 절감하고, 부피를 최소화 하여 시공이 간편하면서 발파등에 의한 파손을 방지하며, 간단한 구성으로 설치가 용이하면서 변위의 정확한 측정이 가능한 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 경사측정용 센서결합체의 사시도이다.
도2는 본 발명에 따른 경사계를 이용한 터널 거동 측정시스템의 설치상태를 도시한 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 단위반도체경사계의 연결상태도이다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위반도체경사계의 연결 설치상태도이다.
도5 및 도6은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 경사계의 설치상태를 도시한 측면도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 경사계를 이용한 터널 변위량 측정시스템의 설치상태를 도시한 사시도이고, 도3은 본 발명에 따른 경사계의 연결상태도이며, 도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사계의 연결 설치상태도이고, 도5 및 도6은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 경사계의 설치상태를 도시한 측면도이다.

본 발명은, 터널(T) 굴착부의 굴착면(100)을 따라 복수의 경사계(210)를 일정간격으로 배치한다.

이때, 상기 경사계(210)는, 반도체로 이루어진 3차원 위치를 측정하는 3축 경사계를 사용하며, 상기 경사계(210)는 단축 경사계를 사용하여도 된다.

그리고, 상기 경사계(210)의 케이블(215)을 메인케이블(300)에 각각 연결한다.

또한, 상기 메인케이블(300)을 터널(T)의 하부에 위치하는 데이터로거(400)에 연결한다.

이때, 상기 메인케이블(300) 또는 경사계(210)는 에폭시, 우레탄, 실리콘, 본등액등으로 이루어지는 점착재가 분사되어 메인케이블(300) 또는 경사계(210)를 굴착면에 접착토록 하는 점착재층(310)를 통하여 굴착면(100)에 접합 고정된다.

그리고, 상기 경사계(210)는, 3축 또는 단축을 측정하는 반도체센서인 측정센서(217) 및 상기 측정센서(217)의 측정값에 고유 ID를 부여하여 송출하는 컨트롤러(219) 만이 하우징(220)의 내측에 구비된다.

더하여, 상기 데이터로거(400)는, 측정 데이터를 저장하거나 처리하는 데이터처리부(410)와 측정신호를 증폭시키는 신호증폭부(430) 및 측정데이터를 외부에 송출하는 출력부(450), 측정데이터를 필터링하는 필터(450), 측정데이터의 아나로그값을 디지털로 변환하는 A/D컨버터(470), 측정센서등에 전원을 공급하는 전원공급부(미도시)가 일체로 구비된다.

또한, 상기 경사계(210)는, 위치결정수단(510)이 구비되는 하우징(220)에 내장된다.

그리고, 상기 위치결정수단(510)은, 하우징에 구비되는 수평계(511)와, 상기 하우징이 연결되면서 굴착면에 고정되는 베이스판(513), 상기 하우징과 베이스판을 상호 연결하는 볼(515) 및 지지판(517), 그리고 볼 및 지지판을 상호 연결하는 위치결정핀(519)으로 이루어진다.

더하여, 본 발명의 측정센서(217)는 굴착면(100)에 위치결정토록 복수개가 순차로 연결되는 측정유니트(500)의 내측에 하나 이상이 설치되어 상기 측정유니트(500)의 터널의 굴착면(100)에 대응토록 다수개 조립시 굴착면(100)을 따라 각각 위치토록 설치된다.

이때, 상기 경사계는 도6에서와 같이 파이프 형상으로 복수개가 나사산을 통하여 상호 결합연결되는 측정유니트(500)에 설치시 하나의 측정유니트(500)에는 하나의 경사계가 이에 연결되는 다른 하나의 측정유니트(500)에는 복수개가 각각 설치될 때 복수의 측정유니트를 연결하면 균일한 간격으로 그 상면 및 하면에 경사계가 각각 교대로 위치토록 설치된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도2 내지 도6에서 도시한 바와같이 본 발명은, 터널(T)의 형성시 굴착되는 굴착면(100)의 둘레를 따라 복수의 경사계(210)가 점착재층이나 측정유니트를 통하여 일정간격으로 배치하여 굴착면의 변형을 측정토록 한다.

그리고, 상기 체경사계(210)의 케이블(215)을 메인케이블(300)에 각각 연결한 후 상기 메인케이블(300)을 터널(T)의 하부에 위치하는 데이터로거(400)에 연결함으로써 하나의 데이터로거(400)를 통하여 각 경사계(210)에서 측정된 변형량을 외부에 출력토록 한다.

이때, 상기 메인케이블(300) 및 경사계(210)는 점착제를 분사하여 형성되는 점착제층(310)를 통하여 굴착면(100)에 접합하면서 위치결정한다.

그리고, 상기 경사계(210)는, 측정센서(217)만이 하우징(220)의 내측에 구비되는 구성으로 그 부피가 최소화 되어 굴착면(100)에 고정을 위한 별도의 작업이 필요없음은 물론 점착제층(310)으로 고정시 굴착면에서 노출이 최소화 되어 발파시 비산되는 파편에 손상이 방지된다.

이때, 상기 측정센서(217)의 일측에는 고유ID를 부여하여 데이터를 송출하는 컨트롤러(219)가 구비되어 각 측정센서(217)에서 측정되는 개별데이터가 하나의 메인케이블(300)을 통하여 전달되어도 각각의 측정센서(217)에서 측정되는 데이터를 정확하게 판단할 수 있게 된다.

더하여, 상기 데이터로거(400)는, 데이터처리부(410)와 신호증폭부(430) 및 출력부(450)등이 일체로 구비되어 각 측정센서(217)에서 측정된 데이터를 하나의 데이터로거(400)로서 처리한 후 출력토록 한다.

즉, 각 측정센서(217)에서 보내지는 신호는 A/D컨버터(470)를 통하여 아나로그 신호가 디지털로 변환되며, 상기 신호증폭부(430)를 통하여 증폭된 후 필터(450)에서 잡음이 제거되고, 데이터처리부(410)에서 처리한 후데이터를 저장하며, 상기 데이터가 출력부(450)를 통하여 외부로 송출토록 한다.

또한, 상기 경사계(210)는, 단축 또는 다축경사계를 사용토록 한다.

그리고, 상기 경사계(210)가 단축경사계일 때 하우징에 구비되는 위치결정수단(510)을 통하여 굴착면에서 항상 동일한 위치에 위치결정되어 단축경사계로서 변위량의 측정이 가능토록 된다.

이때, 상기 위치결정수단(510)은, 하우징에 구비되는 수평계(511)와, 상기 하우징이 연결되면서 굴착면에 고정되는 베이스판(513), 상기 하우징과 베이스판을 상호 연결하는 볼(515) 및 지지판(517), 그리고 볼 및 지지판을 상호 연결하는 위치결정핀(519)으로 이루어져 상기 굴착면에 고정되는 베이스판을 중심으로 하우징을 위치변경시켜 위치결정핀(519)을 결합하면 지지판의 내측에서 볼의 위치가 결정되면서 하우징이 정위치에 위치토록 한다.

더하여, 본 발명의 측정센서(217)는 굴착면(100)에 위치결정토록 복수개가 순차로 연결되는 측정유니트(500)의 내측에 하나 이상이 설치되어 상기 측정유니트(500)의 터널의 굴착면(100)에 대응토록 다수개 조립시 굴착면(100)을 따라 각각 위치토록 설치되어 굴착면(100)의 거동시 측정유니트 전체가 거동하면서 변형의 측정이 가능토록 된다.

이때, 상기 경사계는 도6에서와 같이 파이프 형상으로 복수개가 나사산을 통하여 상호 결합연결되는 측정유니트(500)에 설치시 하나의 측정유니트(500)에는 하나의 경사계가 이에 연결되는 다른 하나의 측정유니트(500)에는 복수개가 각각 설치될 때 균일한 간격으로 상면 및 하면 위치하여 굴착면의 거동시 측정유니트(500)의 변형되면서 그 거동방향 및 변형량을 알 수 있도록 되는 것이다.

100...굴착면 210...경사계
215...케이블 300...메인케이블
400...데이터로거

Claims

터널 굴착부의 굴착면을 따라 노출되어 굴착면의 상대위치를 측정토록 설치되는 복수의 경사계를 일정간격으로 배치하고,
상기 경사계를 하나의 메인케이블에 각각 연결하며,
상기 메인케이블을 터널의 하부에 위치하는 데이터로거에 연결하는 구성으로 이루어지고,
상기 경사계는, 위치결정수단을 갖는 하우징에 내장되고,
상기 위치결정수단은, 수평계를 갖는 하우징과 베이스판, 상기 하우징과 베이스판을 상호 연결하는 볼 및 지지판, 그리고 볼 및 지지판을 상호 연결하는 위치결정핀으로 이루어지는 경사계를 이용한 터널 거동 측정시스템.
제1항에 있어서, 상기 경사계는, 하우징의 내측에 반도체 경사계로서 이루어진 측정센서 및 각 측정센서의 측정값에 ID를 부여하는 컨트롤러만이 구비하고,
상기 데이터로거는, 필터와 A/D컨버터, 신호증폭기, 데이터처리부, 출력부, 전원공급부가 일체로 구비되는 것을 특징으로 하는 경사계를 이용한 터널 거동 측정시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 경사계는, 굴착면에 위치결정토록 복수개가 순차로 연결되어 고정되는 측정유니트의 내측에 하나 이상 설치되며, 상기 측정유니트가 터널의 굴착면에 대응토록 다수개 조립시 굴착면을 따라 이격되어 복수의 경사계가 위치토록 설치되는 것을 특징으로 하는 경사계를 이용한 터널 거동 측정시스템.
제1항에 있어서, 상기 메인케이블 또는 경사계는, 에폭시, 우레탄, 실리콘, 본등액중에서 선택되는 점착재가 분사되어 메인케이블 또는 경사계를 굴착면에 점착재층를 통하여 접합 고정하는 것을 특징으로 하는 경사계를 이용한 터널 거동 측정시스템.