KR100567810B1 - 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정 간격으로 연결되어 있는 다수의 경사 센서를 탑재한 측정장치를 터널 막장 전방의 천장에 일정한 각도로 구멍을 뚫어 삽입한 후, 데이터로거 또는 원거리의 메인 단말기를 이용하여 상기 측정장치로부터 경사 센서의 변화량을 수신함으로써 터널 막장 전방의 선행 침하 정보를 측정할 수 있도록 하기 위한, 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템에 있어서, 터널 막장(400)전방의 천장(410)에 상기 천장(410)과 소정의 각도를 이루면서 삽입되어 터널 막장전방 선행침하를 측정하기 위한 측정 장치(100); 및 상기 측정장치로 터널 막장전방 선행침하 정보를 요청하는 제어 신호를 전송하는 한편, 상기 측정장치에 의해 측정된 터널 막장전방 선행침하 정보를 수신하여 출력하기 위한 데이터로거(200)를 포함한다.

터널, 막장, 침하

Description

터널 막장전방 선행침하 측정 시스템 및 그 방법{System For Measuring A Preceding Subsidence Of The Front Of A Tunnel Face And Its Method}

도 1 은 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템의 일실시예 구성도.

도 2 는 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템 중 데이터로거의 일실시예 내부 구성도.

도 3a 는 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템 중 측정 장치의 일실시예 구성도.

도 3b 는 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템 중 측정 장치의 일실시예 단면도.

도 3c 는 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템 중 측정 장치의 측정부의 일실시예 내부 구성도.

도 4a 는 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행 침하 측정 방법의 일실시예 흐름도.

도 4b 는 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행 침하 측정 방법의 또 다른 일실시예 흐름도.

도 4c 는 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행 침하 측정 방법의 또 다른 일 실시예 흐름도.

도 5 는 터널 굴착에 있어서 터널 벽면에 발생하는 내공변위에 대한 일반적인 형태의 일예시도.

본 발명은 터널 굴착에 따른 막장전방의 침하를 측정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 사회 간접자본시설 확충을 위하여 터널이 활발하게 시공되고 있으며, 터널시공에 따라서 과거의 기술과 다른 많은 새로운 공법들에 의한 시공이 이루어지고 있다.

그러나, 이러한 터널시공에는 어떠한 공법을 적용하든 여러 가지 불확실한 요소들이 많이 존재하게 되는데 그중에서 지질적인 불확실성이 가장 중요한 문제 중의 하나라고 볼 수 있으며, 그 중에서도 터널굴착에 따른 막장전방지질의 연약한층(파쇄대 혹은 공동 외)의 존재 혹은 지반자체의 문제로 터널의 붕락 및 붕괴와 같은 사고로 직면할 수 있다.

이에 터널굴착에 따른 터널전방지반의 침하정도를 선형적으로 관리함으로써, 파쇄대 구간 혹은 공동, 지반불량구간의 존재 여부를 사전에 인지하여 터널굴착에 의한 막장전방 지반변화에 따른 터널의 거동 양상을 사전에 예측하고 이에 대한 대책을 수립할 수 있는 기본 데이터를 수집할 필요성이 제시되었다.

이때, 터널 선행침하계측은 막장이 통과되기 전에 생긴 침하량을 파악하기 위해 유용한 것으로써, 터널 전방에 터널이 통과하기 약 3주전에 설치하여 터널 깊이만큼의 전방에서 측정하기 시작하여 터널이 상당한 거리(터널폭D의 2~5배) 굴착될 때 까지 측정하는 방법으로 특히 H<2D의 경우나 토피가 낮은 도심터널에서의 지표침하 및 지중침하 측정으로 많은 현장에서 이용되고 있는 상황이다. 이때, 굴착이전에 발생하는 변위(Ua)는 암반의 변형 특성에 의존하는 것으로 알려져 있다.

이와 관련하여, T.Kitagawa, T.Kumeta etc. 는 상, 하반 분할 굴착을 할 경우 선행변위(Preceding displacement)는 상반 벤치 내공변위의 약 40%, 최종변위에 대하여 약 17%를 차지한다고 발표하였다.

한편, 터널 굴착에 있어서 터널 벽면에 발생하는 내공변위에 대한 일반적인 형태는 도 5 에 도시된 바와 같다. 즉, 도 5 는 터널 굴착에 있어서 터널 벽면에 발생하는 내공변위에 대한 일반적인 형태의 일예시도이다.

즉, 도 5 에서 가로축은 막장으로부터의 거리이며, 세로측은 터널 벽면에 발생하는 내공변위이며, Ua 는 굴착 이전에 발생하는 내공변위이며 암반의 변형특성에 의존하는 것으로 알려져 있다. 또한, Co 는 계측기 설치 이전에 발생하는 내공변위이다. 굴착 이전에 발생하는 내공변위이며 암반의 변형특성에 의존하는 것으로 알려져 있다. 또한, Co는 계측기 설치 이전에 발생하는 내공변위이다. 굴착 이전에 발생하는 내공변위이며 암반의 변형특성에 의존하는 것으로 알려져 있다. 또한, Co는 계측기 설치 이전에 발생하는 내공변위이다.

일반적으로 터널 내공변위란 굴착 면으로부터 그 후방의 벽면간의 이완된 상 대적 이동거리를 말하는 것이다. 내공변위는 굴착이후 시간의 경과에 따라 계측되며 계측된 결과는 시간과 굴착 면 거리의 함수로서, 실제의 경우에는 굴착 면에서 Xo만큼 떨어져서 시간 To 만큼 경과한 이후에 계측이 시작되므로 측정 전에 Co 만큼의 변위가 존재하게 되며, 계측이 지연되어 Xo 와 To 가 증가할수록 측정된 변위 Co가 증가하게 되어 상대적으로 측정된 내공변위 Cm의 값은 감소하게 된다.

따라서, 측정된 결과만으로 내공변위의 크기와 형상을 판단하는 것은 옳지 않으며, 전체적인 내공 변위에 대한 분석이 필요하다.

한편, 종래의 터널굴착에 따른 선행침하 계측 시스템은, 터널전방지반의 연약층 혹은 파쇄대 존재에 따른 기 굴진 단면의 천단 침하량을 측정하고 이의 경향을 분석하여, 전방지반을 예측하는 시스템으로서 그 구성 및 측정방법은 다음과 같다.

먼저, 필요한 장비로는 수동수평경사계(Manual Type)가 필요하다. 즉, 메인기기로써 수평 경사계 프로브(Probe), 케이블 드럼(Cable Drum) 및 포터블 리드아웃(Portable readout)이 필요하며, 설치악세사리로써, 경사계 케이싱(Casing), Pully/End cap part, Guide steel wire 등이 필요하며, 측정인원은 약 3인 이상이 필요하다.

다음으로, 상기와 같은 종래의 시스템을 이용한 측정방법은 먼저, 터널 상부의 경사계 케이싱에 수평 경사계 프로브(Probe)를 삽입하고 이를 스틸 와이어(Steel Wire)의 끝단부에 연결한 후 상기 수평 경사계 프로브(Probe)를 상기 경사계 케이싱 속으로 넣으면서 1m 간격으로 측정한다. 이때, 측정된 데이터를 포 터블 데이터로거(Portable datalogger)에 저장하여 처리한다.

즉, 상기와 같은 종래의 방법은, 터널 막장전방 선행침하를 측정하기 위하여 터널막장전면 상단에 ABS 파이프(경사계 케이싱)를 매설하고 그 안에 도르레가 달린 수동 수평 경사계 프로브를 삽입하여 인력으로 1m 간격으로 파이프의 경사각을 측정함으로써 막장전방의 굴착전 지반의 침하량을 측정하여 왔으나, 이러한 수동측정방식은 측정인원의 개인 오차 및 수동 수평 경사계 프로브의 파이프 내에서 이동시에 발생할 수 있는 측정오차까지 포함하여 정확한 측정을 하는 것이 불가능하였으며, 또한 시공 중의 터널내부에서 크래인과 같은 중장비를 동원하여 터널 상부에 설치된 파이프로 측정함으로써 터널시공공정에 영향을 많이 받는다는 문제점이 있다.

따라서, 데이터의 체계적이고 순차적인 획득이 불가능하여 선행침하분석을 위한 신뢰성 있는 데이터를 확보할 수 없다는 문제점이 있다.

즉, 종래의 선행침하 측정방식은 경사계 케이싱(Guide casing) 설치가 복잡(Pully assembly가 내장)하며, 측정인원이 과다(최소 3인)하게 요구되고, 측정횟수가 제한적(중장비를 이용하여 측정)이라는 문제점이 있다. 또한, 센서를 상방향으로 밀어넣는 방식임으로 wire의 운영이 어렵고(Wire의 꼬임으로 측정불가 현상이 발생), 측정인원에 따른 측정오차가 발생하며, 전방지질 예측에 있어서 데이터의 불확실성으로 데이터의 신뢰성에 문제가 있어서 정확한 침하경향파악이 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 선행 침하 시스템은 경사계 케이싱(파이프)내에 수동으로 측정 하는 수평 경사계 프로브를 사용하였으며, 고정식 경사 센서를 설치하였다 하더라도, 경사 센서마다 연결되어져 있는 측정케이블을 모두 경사계 케이싱(파이프) 외부로 노출시켜야 했기 때문에 유지관리 및 측정에 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 일정 간격으로 연결되어 있는 다수의 경사 센서를 탑재한 측정장치를 터널 막장 전방의 천장에 일정한 각도로 구멍을 뚫어 삽입한 후, 데이터로거 또는 원거리의 메인 단말기를 이용하여 상기 측정장치로부터 경사 센서의 변화량을 수신함으로써 터널 막장 전방의 선행 침하 정보를 측정할 수 있도록 하기 위한, 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템에 있어서, 터널 막장(400)전방의 천장(410)에 상기 천장(410)과 소정의 각도를 이루면서 삽입되어 터널 막장전방 선행침하를 측정하기 위한 측정 장치(100); 및 상기 측정장치로 터널 막장전방 선행침하 정보를 요청하는 제어 신호를 전송하는 한편, 상기 측정장치에 의해 측정된 터널 막장전방 선행침하 정보를 수신하여 출력하기 위한 데이터로거(200)를 포함하되, 상기 측정장치(100)는, 경사 센서가 탑재되어 있어 터널 막장전방의 선행침하를 실질적으로 측정하기 위한 다수의 측정부(120)가 연결부(130)에 의해 일정 간격을 두고 연결되어 있으며, 상기 데이터로거(200)의 제어신호에 따라 상기 다수의 측정부(120) 각각이 침하 정보를 상기 데이터로거(200)로 전송하며, 상기 데이터로거(200)는, 상기 측정장치(100)의 다수의 측정부(120) 중 침하 정보를 원하는 특정 측정부에 대하여만 제어신호를 보내거나 또는 모든 측정부(120)에 대하여 침하 정보를 원하는 제어신호를 보냄으로써, 특정 측정부 또는 모든 측정부에 대하여 침하 정보를 수신하여 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템에 적용되는 터널 막장전방 선행침하 측정 방법에 있어서, 데이터로거(200)의 제어부(220)가 입력된 제어신호를 분석하여 작업내용을 파악하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계의 파악 결과 작업 내용이 특정 측정부에 대한 침하 정보 전송 요청인 경우에는 상기 제어부(220)가 상기 특정 측정부의 시리얼 넘버를 저장부(240)로부터 읽어와, 침하 정보 요청 신호와 함께 측정장치(200)로 전송하는 제 2 단계; 상기 측정장치(200)의 모든 측정부의 제어부가 인터페이스를 통해 상기 제 2 단계를 통해 전송된 상기 시리얼 넘버를 수신하여 자신의 시리얼 넘버인지를 분석하는 한편, 자신의 시리얼 넘버에 해당하는 것으로 판단한 제어부(122)만이 경사 센서(124) 및 A/D 컨버터(123)를 통해 침하 정보를 수신하여, 자신의 시리얼 넘버와 함께 상기 인터페이스(121)를 통해 상기 데이터로거(200)로 전송하는 제 3 단계; 상기 제 1 단계의 파악 결과 작업 내용이 모든 측정부에 대한 침하 정보 전송 요청인 경우에 있어서, 상기 제어부(220)가 상기 측정장치(200)의 각 측정부의 시리얼 넘버를 차례로 읽어와 순차적으로 침하 정보 요청 신호와 함께 상기 측정장치(200)로 전송하면 상기 제 3 단계의 과정을 통해 상기 측정장치(200)의 모든 측정부(120) 각각이 자신의 시리얼넘버와 함께 침하 정보를 순차적으로 상기 데이터로거(200)로 전송하거나, 또는 상기 제어부(220)가 특정 측정부를 지정하지 않은 침하 정보 요청 신호를 상기 측정장치(200)로 전송하면 상기 측정장치(200)의 모든 측정부(120) 각각이 자신의 시리얼넘버와 함께 침하 정보를 상기 데이터로거(200)로 전송하는 제 4 단계; 및 상기 측정장치(200)로부터 침하 정보를 수신한 상기 데이터로거(200)의 제어부(220)가 측정부의 시리얼넘버와 침하 정보를 출력부(250)를 통해 출력하는 제 5 단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템의 일실시예 구성도이다. 또한, 도 2 는 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템 중 데이터로거의 일실시예 내부 구성도로써, 도 1 에 도시된 데이터로거(200)의 내부 구성을 나타낸 것이다. 또한, 도 3a 는 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템 중 측정 장치의 일실시예 구성도로써, 도 1 에 도시된 측정 장치(100)의 구성을 나타낸 것이며, 도 3b 는 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템 중 측정 장치의 일실시예 단면도로써, 도 1 에 도시된 측정 장치(100)의 단면을 나타낸 것이다. 또한, 도 3c 는 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템 중 측정 장치의 측정부의 일실시예 내부 구성도로써, 도 3a 및 도 3b 에 도시된 측정 장치(100)의 측정부(120)의 내부 회로 구성을 나타낸 것이다.

먼저, 도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행침하 측 정 시스템은, 터널 막장전방 선행침하를 측정하기 위하여 터널 막장(400)으로부터 일정 거리(20-25m 락볼트의 일반적인 천공심도 4m 감안) 전방의 천장(410)에 상기 천장(410)과 일정 각도(약 10도, 천공기의 천공특성상)로 구멍을 뚫어 측정 장치(100)를 삽입하게 된다. 이때, 상기 측정 장치(100)의 길이는 막장의 특성에 따라 다양하게 설정될 수 있으나, 일반적으로 수 미터(센서길이가 각 1m 단위로 연결되어져 있음)에 해당하는 길이를 갖고 있다.

한편, 상기 측정 장치(100)는 도 3a 에 도시된 바와 같이, 경사 센서가 탑재되어 있어 터널 막장전방의 선행침하를 측정하기 위한 측정부(120), 막장 전방의 천장(410)에 뚫린 구멍으로 삽입되어 상기 다수의 측정부(120)의 이동을 가이드하기 위한 케이스(110), 상기 각 측정부를 연결시켜 주기 위한 연결부(130) 및 원하는 길이만큼 측정부를 삽입한 후에 상기 케이스의 입구를 밀봉하므로써, 상기 측정부가 빠져나오는 것을 방지하기 위한 밀폐부(140)를 포함하여 구성되어 있다.

이때, 상기 케이스(110)는 직경이 약 수밀리미터(천공직경에 따라서 틀리며, 일반적으로는 외경 75mm의 ABS 합성수지 원형 파이프 사용)로써, 막장전방의 침하에 따라 굴곡될 수 있도록 플라스틱 또는 연한 재질의 합성수지로 재작되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 측정부(120)는 도 3a 에 도시된 바와 같이 양 끝단의 직경이 상기 케이스의 직경보다 약간 작도록 구성됨으로써, 상기 케이스(110) 내부에서의 이동이 용이 할 뿐만 아니라, 막장전방의 침하요인 외의 원인에 의해 흔들리지 않게 되어 있다. 그러나, 상기와 같은 구성으로만 가능한 것은 아니며, 도 3b 에 도시된 바와 같이 측정부(120)의 일측면에 롤러 형태의 볼(160)이 달려있는 형태로 구성될 수도 있다.

이때, 상기 측정부(120) 각각은 약 0.5m ~ 2m 간격으로 연결부(130)에 의해 연결되어 있으며, 상기 연결부(130)는 각 측정부(120)로부터 나오는 감지 신호를 그 앞단의 측정부로 전송함으로써, 최종적으로 상기 데이터로거(200)로 전송하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 연결부(130)는 각 측정부(120)간의 간격을 고정시키기 위하여 스테인레스 재질로 구성되어 있으며, 그 내부에 통신선로뿐만 아니라 전원공급선도 포함하고 있다.

한편, 상기 측정부(120)의 내부 구성을 도 3c 를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 상기 측정부(120)는 상기한 바와 같이 상기 측정 장치(100) 내부에 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 상기 측정 장치(100) 내부에 존재하는 다수개의 측정부 중 하나의 특정 측정부를 제1 측정부라 하여 설명하도록 하겠다.

즉, 도 3c 에 도시된 바와 같이 상기 제1 측정부(120)는, 인접한 측정부 또는 상기 데이터로거와 통신을 수행하는 한편, 외부 전원공급장치로부터 전원을 인가받기 위한 제1 인터페이스(121), 터널 막장전방의 침하를 감지하기 위한 제1 경사 센서(124), 상기 제1 경사 센서의 변화를 감지하여 디지털 신호로 변환시키기 위한 제1 A/D컨버터(123), 상기 제1 A/D컨버터로부터 전송된 경사 변화 정보를 상기 제1 인터페이스를 통해 상기 데이터로거로 전송하기 위한 제1 제어부(122)를 포함하여 구성되어 있다.

이때, 상기 제1 경사 센서(124)는 현재 일반적으로 이용되고 있는 경사 센서 를 이용할 수 있다. 한편, 막장전방의 지반이 침하됨에 따라 상기 케이스(110)가 함께 기울게 되면, 상기 케이스(110) 내부에 탑재된 상기 제1 경사 센서(124) 역시 기울게 된다. 이때 상기 제1 경사 센서(124)의 출력 전압의 변화가 생기게 되며, 상기 제1 A/D컨버터(123)는 상기 제1 경사 센서(124)의 변화된 출력 전압을 수신하게 된다.

즉, 상기 제1 A/D 컨버터(123)는 상기 제1 경사 센서(124)의 출력 전압의 변화를 디지털 신호로 변환하여 상기 제1 제어부(122)로 전송하게 된다.

한편, 상기 제1 제어부(122)는 상기 제1 경사 센서(124)에 대한 시리얼번호 또는 상기 제1 측정부(120)의 시리얼번호를 저장하여 두었다가 상기 제1 인터페이스(121)를 통해 상기 데이터로거(200)로부터 감지된 막장전방 선행침하 정보(이하, 간단히 "침하 정보"라 함)를 전송하라는 요청이 있는 경우 상기 제1 A/D 컨버터(123)로부터 전송받은 디지털 침하 정보를 상기 제1 인터페이스(121)를 통해 상기 데이터로거(200)로 전송하게 된다.

이때, 상기 제1 측정부(120)와 상기 데이터로거(200) 사이에 또 다른 측정부들이 있는 경우, 상기 제1 인터페이스(121)로부터 출력된 상기 침하 정보는 또 다른 측정부의 인터페이스를 통하여 상기 데이터로거(200)로 전송된다. 즉, 상기와 같은 전송의 경우 상기 또 다른 측정부의 인터페이스는 단순히 상기 침하 정보를 패스시키는 기능을 수행하게 된다.

한편, 도 2 는 상기 데이터로거(200)의 일실시예 내부 구성도로써, 도면에 도시된 바와 같이 상기 메인 단말기(300) 또는 측정장치(200)와 유선 또는 무선 통 신을 통해 각종 정보를 송수신하기 위한 유무선 통신 인터페이스(210), 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램 및 상기 메인 단말기 또는 측정장치로부터 전송된 정보들을 저장하기 위한 저장부(240), 사용자로부터 각종 정보를 입력받기 위한 입력부(230), 상기 입력부를 통해 입력된 정보 및 상기 인터페이스를 통해 입력된 정보를 출력하기 위한 출력부(250) 및 상기 유무선 통신 인터페이스와 상기 각 부를 제어하기 위한 제어부(220)를 포함하여 구성되어 있다.

이때, 상기 인터페이스(210)는 상기 제어부(210)의 제어에 따라 상기 측정장치(100)로 침하 정보 요청신호를 전송할 뿐만 아니라, 상기 측정장치(100)로부터 침하 정보를 전송받아 상기 제어부(210)로 전송하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 인터페이스(210)는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 상기 메인 단말기(300)로부터 각종 제어신호를 수신하여 상기 제어부(220)로 전송할 뿐만 아니라, 상기 제어부(220)의 제어에 따라 침하 정보를 상기 메인 단말기(300)로 전송하는 기능도 수행한다.

즉, 상기 데이터로거(200)는 직접 상기 측량장치(100)에 제어신호를 전송하여 터널 막장전방의 침하 정보를 수집한 후 상기 침하 정보를 상기 출력부(250)를 통해 출력할 뿐만 아니라, 상기 침하 정보를 상기 메인 단말기(300)로 전송하는 기능도 수행한다. 또한, 상기 데이터로거(200)는 상기 메인 단말기(300)로부터 유무선 통신을 통해 제어신호를 전송받아, 상기와 같은 침하 정보를 수신하여 전송하는 기능도 수행한다.

또한, 상기 데이터로거(200)는 기 설정되어 있는 스케줄에 따라 자동적으로 상기 측량장치(100)에 제어신호를 전송하여 침하 정보를 수집할 수도 있다. 즉, 상기에서는 사용자가 상기 메인 단말기(300) 또는 데이터로거(200)의 입력부를 통해 제어신호를 요청한 경우에 상기와 같은 침하 정보를 상기 데이터로거(200)가 수집하는 방법을 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 저장부(240)에 저장되어 있는 스케줄 제어 프로그램에 따라 자동적으로 상기와 같은 제어신호를 상기 측정장치(100)로 전송할 수도 있는 것이다.

한편, 상기 모든 방법에 있어서, 특정 측정부(120)로 침하 정보를 요청할 수도 있으나, 상기 측량장치(100)에 있는 모든 측정부(120)에 대하여 차례대로 정보를 수집하여 전송하도록 요청할 수도 있다.

즉, 상기 데이터로거(200)는 그 자체로써 상기 측정장치(100)를 제어하여 터널 막장전방의 침하 정보를 수집하여 출력할 수도 있으나, 터널 막장의 특성상 사용자가 수시로 터널 막장에서 상기와 같은 정보를 수집할 수 없으므로 유선 또는 무선을 통해 상기 메인 단말기(300)로 상기 침하 정보를 전송해 줄 수도 있도록 구성된 것이다.

한편, 상기 메인 단말기(300)는 일반적인 개인용 컴퓨터(PC)를 이용하여 구성될 수 있으므로 그에 대한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 본 발명을 수행하기 위한 프로그램이 탑재되어 있어, 상기 데이터로거(200)와의 통신을 통해 각종 정보를 송수신할 수 있다.

이하에서는, 상기에서 설명한 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행 침하 측정 방법에 대하여 도 4a 내지 도 4c 를 참조하여 상세히 설명하도록 하겠다.

도 4a 는 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행 침하 측정 방법의 일실시예 흐름도로써, 데이터로거와 측정장치가 일대일 통신을 수행하는 경우를 나타낸 것이다.

즉, 도 4a 에 의해 본 발명에 따른 방법이 수행되는 경우에는 도 1 에 도시된 메인 단말기(300)는 필요가 없으며, 도 2 에 대한 설명에서 언급된 메인 단말기(300)와의 유/무선 통신 방법도 적용되지 않는다. 따라서, 사용자가 직접 막장에 들어가 막장전방의 침하 여부를 측정하게 되는 것이다.

먼저, 사용자는 도 2 에 도시된 바와 같이 상기 측정장치(100)와 데이터로거(200)를 막장에 설치한 후, 상기 데이터로거(200)의 입력부(230)를 통해 원하는 작업 내용을 입력하게 된다. 즉, 사용자는 상기 측정장치(100) 내부에 있는 모든 측정부(120) 전체에 대하여 침하 정보를 전송하도록 하는 작업 내용을 입력할 수도 있으며, 특정 깊이에 있는 측정부(120)에 대하여만 침하 정보를 전송하도록 하는 작업 내용을 입력할 수도 있다.

즉, 상기 데이터로거(200)의 제어부(220)는 입력부(230)를 통해 사용자로부터 상기와 같은 작업 내용을 입력받은 후(502), 입력된 작업 내용을 분석하여 작업내용을 파악하게 된다(504).

우선, 상기 파악 결과(504) 작업 내용이 특정 측정부에 대한 침하 정보 전송 요청인 경우에는 상기 특정 측정부의 시리얼넘버 또는 상기 특정 측정부에 탑재된 경사 센서의 시리얼 넘버(이하, 간단히 "시리얼 넘버"라 함)를 상기 저장부(240)로부터 읽어와(506), 침하 정보 요청 신호와 함께 상기 측정장치(200)로 전송한다(508).

이때, 상기 측정장치(200)의 모든 측정부(120)의 제어부(122)는 인터페이스(121)를 통해 상기 시리얼 넘버를 수신하여 자신의 시리얼 넘버인지를 분석하게 되며, 자신의 시리얼 넘버에 해당하는 것으로 판단한 제어부(122)만이 경사 센서(124) 및 A/D 컨버터(123)를 통해 침하 정보를 수신하여, 자신의 시리얼 넘버와 함께 상기 인터페이스(121)를 통해 상기 데이터로거(200)로 전송하게 되며, 상기 데이터로거(200)는 상기 유무선 통신 인터페이스(210)를 통해 상기 침하 정보 및 시리얼 넘버를 수신하게 된다(512).

다음으로, 상기 파악 결과(504) 작업 내용이 모든 측정부에 대한 침하 정보 전송 요청인 경우, 상기 제어부(220)는 상기 측정장치(200)의 각 측정부의 시리얼 넘버를 차례로 읽어와 상기와 같은 방법을 이용하여 순서대로 각 측정부의 침하정보를 수신할 수 있다(510, 512). 즉, 10개의 측정부가 있는 경우, 우선 제1 측정부에 대하여 상기와 같은 과정(506, 508)을 통해 침하 정보를 수신한 후(512), 제2 측정부 내지 제10 측정부에 대하여도 동일한 과정(506, 508)을 통해 침하 정보를 수신(512)하는 방법이다.

또 다른, 방법으로는 단순히 침하 정보를 요청하는 신호만을 상기 측정장치(100)에 전송하여 모든 측정부로부터 침하정보를 수신할 수도 있다(510, 512). 즉, 데이터로거(200)의 제어부(220)가 별도의 시리얼 넘버 없이 침하정보를 요청하는 신호를 전송한 경우, 각 측정부의 제어부는 모든 측정부에 대한 침하정보 요청으로 인식하여 자신의 경사 센서로부터 전송된 침하 정보와 자신의 시리얼 넘 버를 하나의 정보로 전송하는 방법으로써, 데이터로거(200)의 제어부(220)는 전송되는 침하 정보를 각 시리얼넘버별로 분류하여 저장하게 되는 것이다.

즉, 첫 번째 방법의 경우에는 순차적으로 각 측정부의 침하정보를 수신하는 방법이며, 두 번째 방법의 경우에는 동시에 각 측정부의 침하정보를 수신하는 방법이다.

한편, 상기와 같은 과정을 통해 침하정보를 수신한 상기 데이터로거의 제어부(220)는, 수신된 침하 정보를 출력부(250)를 통해 출력하게 된다.

이때, 상기 제어부(220)는 특정 측정부에 대한 침하 정보를 수신한 경우에는 상기 침하 정보를 분석하여, 상기 특정 측정부가 상기 측정장치(100)의 입구로부터 몇 번째(또는 몇 미터)에 해당하는 측정부이며, 얼마만큼의 각으로 침하되었는지 등에 대한 정보를 출력하게 된다.

또한, 상기 제어부(220)는 모든 측정부에 대한 침하 정보를 수신한 경우에는 각 측정부의 위치 정보 및 침하 정보 등을 매칭시켜 출력하게 된다.

또한, 상기 제어부(220)는 저장부(240)에 저장되어 있는 종래에 수신된 침하 정보와 상기 과정을 통해 수신된 침하 정보를 비교하여 각 측정부마다 얼마만큼의 경사각이 변화되었는지를 분석하여 출력할 수도 있다.

도 4b 는 본 발명에 따른 터널 막장전방 선행 침하 측정 방법의 또 다른 일실시예 흐름도로써, 메인 단말기, 데이터로거 및 측정장치가 통신을 수행하는 경우를 나타낸 것이며, 특히 상기 데이터로거(200)가 측정장치(100)로부터 침하 정보를 수신하여 상기 메인 단말기(300)로 전송하는 방법을 나타낸 것이다.

즉, 도 4b 에 의해 본 발명에 따른 방법이 수행되는 경우에는 도 1 에 도시된 메인 단말기(300)가 필요하며, 도 2 에 대한 설명에서 언급된 메인 단말기(300)와의 유/무선 통신 방법도 적용된다. 또한, 도 4a 에서 설명한 바와 같이 사용자가 직접 막장에 들어가 막장전방의 침하 여부를 측정하게 되는 것이다.

이때, 도 4a 에 대한 설명에서와의 차이점은 상기 데이터로거(200)의 출력부(250)를 통해 출력되는 결과를 단순화 시키는 대신, 수신된 침하 정보를 유무선 통시 인터페이스(210)를 통해 막장 외부에 있는 상기 메인 단말기(300)로 전송하도록 한 것이다.

즉, 상기 도 4a 에 도시된 모든 과정(502 내지 514)이 동일하게 적용되며(602 내지 614) 다만, 최종적으로 침하 정보를 출력하는 과정(614)에 있어서, 상기 데이터로거의 제어부(220)는 출력부(250)를 통해서 침하 정보를 출력할 뿐만 아니라, 유무선 통신 인터페이스(210)를 통해서, 메인 단말기(300)로 침하 정보를 전송하게 되며, 사용자는 상기 메인 단말기(300)의 출력부를 통해 각종 정보를 확인할 수 있게 되는 것이다. 이때, 상기 데이터로거(200)와 메인 단말기(300) 간에는 유선 통신을 이용할 수도 있으나, 무선 통신을 이용할 수도 있으며, 이 경우 터널의 특성상 중계기를 설치하여 이용할 수도 있다.

도 4c 는 본 발명에 따른 터널 굴착에 따른 막장전방 선행 침하 측정 방법 의 또 다른 일실시예 흐름도로써, 메인 단말기, 데이터로거 및 측정장치가 통신을 수행하는 경우를 나타낸 것이며, 특히 상기 데이터로거(200)가 상기 메인 단말기(300)로부터 전송된 제어 신호에 따라, 측정장치(100)로부터 침하 정보를 수 신하여 상기 메인 단말기(300)로 전송하는 방법을 나타낸 것이다.

이때, 도 4c 에 의해 본 발명에 따른 방법이 수행되는 경우에는 도 1 에 도시된 메인 단말기(300)가 필요하며, 도 2 에 대한 설명에서 언급된 메인 단말기(300)와의 유/무선 통신 방법도 적용된다. 그러나, 도 4a 및 도 4b 에서와 같이 사용자가 직접 막장에 들어가 막장전방의 침하 여부를 측정할 필요가 없으며, 따라서, 한번의 설치로 지속적인 측정이 가능하다.

즉, 도 4b 에 대한 설명에서와의 차이점은 사용자가 상기 데이터로거(200)의 입력부(230)를 통해 제어 신호를 입력하는 것이 아니라, 메인 단말기(300)의 입력부를 통해 제어 신호를 입력하면, 상기 데이터로거(200)의 제어부(220)가 유선 또는 무선 통신에 의해 상기 제어신호를 입력받은 후 그에 따라 상기 측정장치(100)로 침하 정보 송신 요청을 하여 침하 정보를 수신 받는다는 점이다.

이때, 데이터로거(200)가 작업 내용을 파악하여 각 측정장치(100)로부터 침하정보와 시리얼넘버를 수신하는 과정(704 내지 712)은 상기 도 4a 에 도시된 과정(504 내지 512)와 동일하며, 다만, 사용자가 상기 데이터로거(200)의 입력부(230)를 통해 제어 신호를 입력하는 것이 아니라, 메인 단말기(300)의 입력부를 통해 제어 신호를 입력하게 되는 차이점이 있다(701).

한편, 입력된 상기 제어 신호는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 상기 데이터로거(200)로 전송되며, 상기 데이터로거(200)의 제어부(220)가 상기 제어 신호를 수신하여(702) 작업 내용을 파악하게 되는 것이다(704).

또한, 상기 도 4a 에 대한 설명에서와 같은 방법을 이용하여 상기 데이터로 거는 침하 정보를 수신하게 되며(712) 이때, 상기 데이터로거의 제어부(220)는 출력부(250)를 통해서 침하 정보를 출력할 뿐만 아니라, 유무선 통신 인터페이스(210)를 통해서, 메인 단말기(300)로 침하 정보를 전송하게 되며, 사용자는 상기 메인 단말기(300)의 출력부를 통해 각종 정보를 확인할 수 있게 되는 것이다.

즉, 본 발명은 터널 막장에 설치된 측정장치로부터 수신된 침하 정보를 사용자에게 편리하게 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

한편, 상기한 바와 같은 본 발명의 특징적인 요소들을 설명하면 다음과 같다.

첫째, 본 발명은 1-line bus type을 이용하고 있다. 즉, 1-Line 측정형식으로 각 경사 센서(124)의 시리얼넘버를 데이터로거(200)에서 통신선을 통하여 호출함으로써 경사 센서(124)별로 측정 케이블이 필요 없으며, 이에 따라 유지보수가 간편하고, 측정이 간단하게 이루어질 수 있다.

둘째, 본 발명은 디지털 전송방식을 이용하고 있다. 즉, 각 경사 센서별로 A/D 컨버터(converter)(123) 및 시리얼 넘버(serial No)가 할당되어 있어서 데이터전송에 따른 오류가 적다는 특징이 있다.

셋째, 기존의 데이터로거를 사용함으로써 자동화 시스템 구축이 가능하며, 회수가 가능함으로 재활용이 가능하다는 특징이 있다.

이상의 본 발명은 상기에서 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의 되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

상기와 같은 본 발명은, 터널 시공에 따른 막장전방지질에 대한 예측을 체계적으로 분석할 수 있을 뿐만 아니라, 터널시공 중 안전관리와 효율적인 시공방법에 대한 데이터를 획득함으로써 시공비를 절감할 수 있다는 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 학술적인 면에서 터널굴착에 따른 지반변위 및 지반의 종류에 따른 영향 등에 대한 분석을 정확하게 시행할 수가 있어서 터널시공기술의 전반에 대하여 많은 기여를 할 수 있다는 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 터널 굴착 중 굴착면에서 발생하는 침하량뿐만 아니라 터널굴착 전방의 미굴착 지역에서 발생하는 침하량도 측정할 수 있으므로 굴착현장의 터널침하 특성을 완벽하게 파악할 수 있다는 우수한 효과가 있다.

즉, 본 발명은 종래의 수동방식의 제한점을 단지 개선한 것이 아니라 수동방식의 기계적인 제한성을 극복하고, 막장전방 선행침하 측정 방법 자체를 개발하였다는 특징이 있다.

또한, 본 발명은 멀티포인트 방식으로 1개의 통신라인으로 연결되어져 있는 경사 센서로부터 침하 정보를 자동으로 제공받을 수 있다는 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 터널굴착에 따른 전방지질침하량의 이론적 배경에 의한 침하량과 이의 실측 침하량을 통계학적으로 분석함으로써 터널굴착에 따른 지질의 종류에 따른 침하량을 사전에 예측할 수 있는 자료를 제공한다는 우수한 효과가 있다.

즉, 보이지 않는 막장전방의 지질을 기 측정된 자료를 바탕으로 하여 사전에 예측함으로써 터널굴착에 따른 안전사고를 예방하고 이에 대한 적절한 대책공법을 적용할 수 있도록 한다는 우수한 효과가 있다.

Claims (5)

1. 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템에 있어서,

   터널 막장(400)전방의 천장(410)에 상기 천장(410)과 소정의 각도를 이루면서 삽입되어 터널 막장전방 선행침하를 측정하기 위한 측정 장치(100); 및

   상기 측정장치로 터널 막장전방 선행침하 정보를 요청하는 제어 신호를 전송하는 한편, 상기 측정장치에 의해 측정된 터널 막장전방 선행침하 정보를 수신하여 출력하기 위한 데이터로거(200)를 포함하되,

   상기 측정장치(100)는, 경사 센서가 탑재되어 있어 터널 막장전방의 선행침하를 실질적으로 측정하기 위한 다수의 측정부(120)가 연결부(130)에 의해 일정 간격을 두고 연결되어 있으며, 상기 데이터로거(200)의 제어신호에 따라 상기 다수의 측정부(120) 각각이 침하 정보를 상기 데이터로거(200)로 전송하며,

   상기 데이터로거(200)는, 상기 측정장치(100)의 다수의 측정부(120) 중 침하 정보를 원하는 특정 측정부에 대하여만 제어신호를 보내거나 또는 모든 측정부(120)에 대하여 침하 정보를 원하는 제어신호를 보냄으로써, 특정 측정부 또는 모든 측정부에 대하여 침하 정보를 수신하여 출력하는 것을 특징으로 하는 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터로거(200)로부터 터널 막장전방 선행침하 정보를 전송받거나, 또는 상기 데이터로거(200)로 터널 막장전방 선행침하 정보를 요청하는 제어 신호를 전송하여 그에 대한 침하 정보를 전송받는 메인 단말기(300)를 더 포함하되,

   상기 데이터로거(200)는 상기 메인 단말기(300)와 무선 또는 유선 통신을 통해 상기와 같은 제어 신호를 전송받아 상기 측정장치(100)로 전송하는 한편, 상기 측정장치(100)로부터 전송받은 침하 정보를 상기 메인 단말기(300)로 전송하는 것을 특징으로 하는 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템.
3. 터널 막장전방 선행침하 측정 시스템에 적용되는 터널 막장전방 선행침하 측정 방법에 있어서,

   데이터로거(200)의 제어부(220)가 입력된 제어신호를 분석하여 작업내용을 파악하는 제 1 단계;

   상기 제 1 단계의 파악 결과 작업 내용이 특정 측정부에 대한 침하 정보 전송 요청인 경우에는 상기 제어부(220)가 상기 특정 측정부의 시리얼 넘버를 저장부(240)로부터 읽어와, 침하 정보 요청 신호와 함께 측정장치(200)로 전송하는 제 2 단계;

   상기 측정장치(200)의 모든 측정부의 제어부가 인터페이스를 통해 상기 제 2 단계를 통해 전송된 상기 시리얼 넘버를 수신하여 자신의 시리얼 넘버인지를 분석 하는 한편, 자신의 시리얼 넘버에 해당하는 것으로 판단한 제어부(122)만이 경사 센서(124) 및 A/D 컨버터(123)를 통해 침하 정보를 수신하여, 자신의 시리얼 넘버와 함께 상기 인터페이스(121)를 통해 상기 데이터로거(200)로 전송하는 제 3 단계;

   상기 제 1 단계의 파악 결과 작업 내용이 모든 측정부에 대한 침하 정보 전송 요청인 경우에 있어서, 상기 제어부(220)가 상기 측정장치(200)의 각 측정부의 시리얼 넘버를 차례로 읽어와 순차적으로 침하 정보 요청 신호와 함께 상기 측정장치(200)로 전송하면 상기 제 3 단계의 과정을 통해 상기 측정장치(200)의 모든 측정부(120) 각각이 자신의 시리얼넘버와 함께 침하 정보를 순차적으로 상기 데이터로거(200)로 전송하거나, 또는 상기 제어부(220)가 특정 측정부를 지정하지 않은 침하 정보 요청 신호를 상기 측정장치(200)로 전송하면 상기 측정장치(200)의 모든 측정부(120) 각각이 자신의 시리얼넘버와 함께 침하 정보를 상기 데이터로거(200)로 전송하는 제 4 단계; 및

   상기 측정장치(200)로부터 침하 정보를 수신한 상기 데이터로거(200)의 제어부(220)가 측정부의 시리얼넘버와 침하 정보를 출력부(250)를 통해 출력하는 제 5 단계를 포함하되,

   상기 제 5 단계에 있어서 상기 제어부(220)는,

   특정 측정부에 대한 침하 정보를 수신한 경우에는, 상기 침하 정보를 분석하여 상기 특정 측정부가 상기 측정장치(100)의 입구로부터 몇 번째에 해당하는 측정부이며, 얼마만큼의 각으로 침하되었으며, 종래에 수신된 침하 정보에 비하여 얼마 만큼의 차이가 있는지에 대한 내용을 출력하며, 모든 측정부에 대한 침하 정보를 수신한 경우에는, 각 측정부의 위치 정보 및 침하 정보를 매칭시키는 한편, 각 측정부에 대하여 상기와 같은 내용을 출력하도록 하는 것을 특징으로 하는 터널 막장전방 선행침하 측정 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 4 단계를 통해 상기 측정장치(200)로부터 침하 정보를 수신한 상기 데이터로거(200)의 제어부(220)가 유무선 통신 인터페이스(210)를 통해, 메인 단말기(300)로 상기 침하 정보를 전송하는 제 6 단계

   를 더 포함하는 터널 막장전방 선행침하 측정 방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 단계에 앞서, 상기 데이터로거(200)의 제어부(220)가 유무선 통신 인터페이스(210)를 통해 메인 단말기(300)로부터 전송된 제어 신호를 수신하는 제 6 단계; 및

   상기 제 4 단계를 통해 상기 측정장치(200)로부터 침하 정보를 수신한 상기 데이터로거(200)의 제어부(220)가 유무선 통신 인터페이스(210)를 통해, 상기 메인 단말기(300)로 상기 침하 정보를 전송하는 제 7 단계

   를 더 포함하는 터널 막장전방 선행침하 측정 방법.

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