KR100806258B1 - 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실기간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 터널시공 중에 계측된 자료를 활용하여 터널 굴착시의 여굴 또는 미굴의 정도, 콘크리트 라이닝의 두께 확보 여부, 공용중인 터널의 소요 내부 단면을 판별할 수 있는 알고리즘이 완성되고, 이를 시공관리시스템인 컴퓨터 내의 분석모듈에 삽입함으로서 사용자가 관리프로그램을 활용하여서 터널의 제반 정보를 손쉽게 관리할 수 있다.
이러한 본 발명은, 굴착된 터널 내부의 여굴 또는 미굴의 여부를 파악하기 위해 계측수단으로 굴착 단면 형상을 측정하는 측정단계; 막장면을 조사하여 굴착지반의 지질정보를 측정하는 굴착지반 측정단계; 상기 두 측정단계에서 얻은 정보를 상기 입력수단을 통해 상기 컴퓨터로 입력하는 계측자료 입력단계; 상기 컴퓨터에 상기 터널의 사양과 상기 터널의 설계 자료 등을 입력하는 설계자료 입력단계; 상기 컴퓨터에 입력되는 해당 현장의 계측정보 및 지질정보와 상기 컴퓨터에 구축된 데이터베이스 자료를 비교, 검토하여, 향후 타설될 콘크리트 라이닝의 두께가 설계기준치에 적합한지를 판단하는 단계; 상기 컴퓨터에 입력된 현장의 계측 정보와 상기 컴퓨터에 의해 처리된 정보를 저장하는 단계; 타설될 콘크리트 라이닝 두께가 허용기준을 만족하지 못하면 상기 현장의 경보장치를 작동시키는 경보단계로 이루어진다.
계측수단, 입력수단, 컴퓨터, 경보장치, 터널, 여굴, 미굴, 라이닝 두께, 터널 단면
Description
도 1은 본 발명 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템을 보인 개략도
도 2는 본 발명이 구현되는 제어방법의 전체적인 흐름을 나타낸 순서도
도 3은 본 발명 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어방법에서 계측단계를 보인 순서도
도 4는 본 발명의 제어방법에서 데이터베이스 처리단계를 보인 순서도
도 5는 본 발명에서의 제어방법에서 경보단계를 보인 순서도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 터널 10 : 계측수단
20 : 입력수단 30 : 컴퓨터
40 : 경보장치
본 발명은 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 터널 시공과정에서 계측수단으로부터의 단면 계측자료와 계측지점에서의 지질정보를 활용하여 데이터베이스를 구축하고, 이를 이용하여 터널 굴진 시 여굴 또는 미굴 정도와 콘크리트 라이닝 두께의 적정성을 판별하여 작업자에게 알릴 수 있는 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 지하 심부 또는 지형을 관통하여 건설되는 터널은 대부분의 경우 발파를 이용하여 굴착이 이루어지고 있다. 발파를 이용한 터널 굴착은 먼저, 다수개의 구멍을 소정의 간격과 깊이로 천공하고 여기에 폭약을 장착한 후, 이 폭약을 발파시켜 일정한 깊이만큼 굴착하는 방식이다. 이러한 발파를 이용한 터널굴착시 가장 문제가 되는 것 중의 하나는, 굴착면 주변에 형성되는 과대여굴(過大餘掘)(이하 여굴이라 칭함) 및 굴착부족(이하 미굴이라 칭함)로써, '여굴'이란 계획된 굴착단면을 초과하여 여분으로 굴착된 부분을 말하고, '미굴'이란 굴착 계획 단면보다 덜 굴착된 부분을 말한다. 터널시공시 여굴이 발생하면 이를 숏크리트(Shotcrete)로 메워야 하므로 콘크리트 라이닝의 두께가 증가하게 되며, 이와 같이 터널 굴착시 여굴이 많이 발생하면 그만큼 굴착비용이 증가하게 됨은 물론 공사기간이 길어지는 단점이 있다.
한편 미굴이 발생되면 그 부분의 콘크리트 라이닝 두께가 다른 부분에 비해 얇게 형성되고, 이때 콘크리트 라이닝 두께가 설계두께에 미달하게 되어 구조적으로 불안전한 시공이 이루어지게 되며, 이에 따라 터널의 붕괴 및 붕락과 같은 대형 사고에 이를 수도 있다.
아직까지 국내 터널현장 실무에서는 현장의 굴착기능공과 시공관리자 간의 원활한 의사소통의 수단이 마련되지 못하여 터널 굴진 현장에서 시공관리자의 의도가 굴착기능공에게 충분히 전달되지 못하므로 여굴 및 미굴 등의 하자가 빈번하게 발생하는 실정이다. 그 결과로 발생되는 여굴은 콘크리트 라이닝의 두께를 증가시켜 경제성을 저하시키며, 미굴은 콘크리트 라이닝의 두께가 감소하게 되도록 하여 구조적 안정성을 저하시키게 되었다.
또한 공용중인 터널 시설물에 대해서 각종 유지관리 업무 수행 중, 터널의 내부 단면 계측을 실시하여 소요 단면을 확보하고 있는지에 대한 조사도 함께 수행해야 하는데, 터널의 내부단면 계측을 실시하여 소요단면의 확보여부를 판단하기 위한 시스템이 확립되어 있지 못한 실정이기 때문에 아직까지 해당 단면에 대하여 측정 타켓과 계측기를 활용하여 일일이 측정하는 번거로움이 상존하였다.
상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 실시간 굴착 시공 상태를 확인할 수 있도록 한 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 여굴 및 미굴 등의 불리한 시공조건에 대하여 즉각적으로 대처할 수 있도록 한 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 공용중인 터널 내부의 소요 단면의 확보 여부를 신속하고 간편하게 판단할 수 있도록 한 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 유사한 지질조건을 갖는 타 터널 굴진 현장에 대한 대책 수립을 조기에 수행할 수 있도록 한 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
따라서, 터널시공현장에서 사용되는 각종 계측수단 즉, 광파기, 레이져 스캐너, 디지털 사진 측량기 등을 활용하여서 터널 단면에 대해 신속하게 계측자료를 입수한 후 그 계측 결과를 현장에서 실시간으로 시공 관리 시스템인 컴퓨터로 전송하므로 기존의 지질정보 또는 단면 자료를 바탕으로 구축된 데이터베이스와 전송된 계측 자료를 비교, 검토, 분석, 판정하여서 굴착에 의한 시공 상태를 확인할 수 있다. 이에 따라 여굴 및 미굴 등의 불리한 시공조건에 대하여 즉각적인 대처를 할 수 있어 경제적이고 구조적으로 안전한 터널 시공이 가능한 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
또한 현장에서 실시간으로 전송되는 계측 자료를 축적하여 데이터베이스화 하므로 유사한 지질조건을 갖는 타 터널 굴진 현장에 적용할 수 있으며, 이에 따라 기 구축된 자료들을 토대로 여굴 및 미굴의 가능성을 조기에 판단하여서 발생될 수 있는 제반 문제들에 대해 신속하게 대처할 수 있는 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
그리고 공용중인 터널에 대한 유지관리 업무를 수행할 때에도 구축된 데이터베이스를 활용할 수 있어 터널의 내부의 소요단면의 확보 여부를 판단하는 작업도 신속하게 할 수 있는 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템은, 굴착된 터널 내부의 여굴 또는 미굴 여부를 파악하기 위해 굴착 단면 형상을 측정하는 계측수단; 상기 계측수단에 연결되고 상기 계측수단으로부터 측정된 계측자료와 막장면 관찰조사에서 얻은 굴착지반의 지질정보를 입력하는 입력수단; 해당 현장의 설계도면 및 실시 시공 도면 자료 등이 데이터베이스화되어 있고, 상기 입력수단에 의해 전송된 정보를 전달받아서 상기 데이터베이스와 비교, 검토, 분석, 판정하여 미굴 또는 여굴 여부를 판단하는 컴퓨터; 상기 컴퓨터에 입력된 현장의 콘크리트 라이닝의 두께가 허용기준치에 미달되는 경우 작동되도록 상기 컴퓨터에 연결되어 제어되는 경보장치;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템의 다른 특징은, 상기 계측수단은, 굴착된 터널 내부에 설치되고, 터널 내부의 굴착면에 반사타켓(이하 프리즘이라 칭함)을 시준한 후 이에 빛을 발사하여 발사된 상기 빛이 상기 프리즘에 도착한 후 반사되는 시간을 측정하여 그 좌표값을 측정하며, 일정 각도씩 회전되면서 상기 터널 내면의 복수의 부분을 계측하는 광파기로 이루어진다.
본 발명 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 계측수단은, 굴착된 터널 내부에 설치되고, 상기 터널 내부의 굴착면에 프리즘없이 레이저빔을 주사하고 굴착면에서 반사되는 레이저빔을 수광하여 그 좌표값을 측정하며, 일정 각도씩 회전되면서 상기 터널 내면의 복수의 부분을 계측하는 레이져 스캐너장치로 이루어진다.
본 발명 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 계측수단은, 굴착된 터널 내부에 설치되고, 상기 터널의 굴착면을 촬영하여 그 거리 및 굴곡 정도의 정보를 획득하며 일정 각도씩 회전되면서 상기 터널 내면의 복수의 부분을 계측하는 디지털 사진측량기로 이루어진다.
본 발명 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템의 또 다른 특징은, 상기 입력수단은, 상기 계측수단으로부터 측정된 계측자료와 막장면 관찰조사에서 얻은 굴착지반의 지질정보를 상기 컴퓨터에 입력하는 PDA로 이루어진다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어방법은, 굴착된 터널 내부의 여굴 또는 미굴 여부를 파악하기 위해 굴착 단면 형상을 측정하는 계측수단과; 상기 계측수단에 연결되고 상기 계측수단으로부터 측정된 계측자료와 막장면 관찰조사에서 얻은 굴착지반의 지질정보를 입력하는 입력수단과; 해당 현장의 설계도면 및 실시 시공 도면 자료 등이 데이터베이스화되어 있고, 상기 전송수단에 의해 전송된 정보를 전달받아서 상기 데이터베이스와 비교, 검토, 분석, 판정하여 미굴 또는 여굴 여부를 판단하는 컴퓨터와; 상기 컴퓨터에 입력된 현장의 콘크리트 라이닝의 두께가 허용기준치에 미달되는 경우 작동되도록 상기 컴퓨터에 연결되어 제어되는 경보장치;로 이루어져, 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 방법으로서, 굴착된 터널 내부의 여굴 또는 미굴 여부를 파악하기 위해 상기 계측수단으로 굴착 단면 형상을 측정하는 터널 내부 측정단계; 막장면을 조사하여 굴착지반의 지질정보를 측정하는 굴착지반 측정단계; 상기 두 측정단계에서 얻은 정보를 상기 입력수단을 통해 상기 컴퓨터로 입력하는 계측자료 입력단계; 상기 컴퓨터에 상기 터널의 사양과 상기 터널의 설계 자료 등을 입력하는 터널 설계자료 입력단계; 상기 컴퓨터에 입력되는 해당 현장의 계측정보 및 지질정보와 상기 컴퓨터에 구축된 터널 설계자료를 비교, 검토하여 해당 현장의 터널 내면에 타설된 콘크리트 라이닝 두께가 적절한지 판단하는 단계; 상기 컴퓨터에 입력된 현장의 터널 정보와 상기 컴퓨터에 의해 처리된 정보를 저장하는 단계; 향후 타설될 콘크리트 라이닝의 두께가 설계 기준치에 적합한지 판단하고, 부적합한 경우에는 상기 현장의 경보장치를 작동시키는 경보단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구체적 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템을 보인 개략도로써, 이는 굴착된 터널(1) 내부의 여굴 또는 미굴 여부를 파악하기 위해 굴착 단면 형상을 측정하는 계측수단(10)과, 이 계측수단(10)에 연결되고 계측수단(10)으로부터 측정된 계측자료와 막장면 관찰조사에서 얻은 굴착지반의 지질정보를 입력하는 입력수단(20)과, 해당 현장의 설계도면 및 실시 시공 도면 자료 등이 데이터베이스화되어 있고 입력수단(20)에 의해 입력된 정보를 전달받아서 데이터베이스와 비교, 검토, 분석, 판정하여 미굴 또는 여굴 여부를 판단하는 컴퓨터(30)와, 이 컴퓨터(30)에 연결되고 컴퓨터(30)에 의해 입력된 현장의 콘크리트 라이닝의 두께가 허용기준치에 미달되는 경우 작동되도록 컴퓨터(30)에 의해 제어되는 경보장치(40)로 이루어진다.
계측수단(10)은, 광파기, 레이져 스캐너, 디지털 사진측량기 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 광파기는 굴착된 터널(1) 내부에 설치되고 터널 내부의 굴착면에 프리즘을 시준한 후 이에 빛을 발사하여 발사된 빛이 프리즘에 도착한 후 반사되는 시간을 측정하여 그 좌표값을 측정한다. 이러한 광파기는 일정 각도씩 회전되면서 터널 내부의 복수의 부분을 계측한다.
레이져 스캐너장치는, 굴착된 터널(1) 내부에 설치되고 터널 내부의 굴착면에 레이저빔을 주사하며 굴착면에서 반사되는 레이저빔을 수광하여 그 좌표값을 측 정한다. 이러한 레이져 스캐너장비는 터널 내면의 복수의 부분을 계측한다.
디지털 사진측량기는, 굴착된 터널(1) 내부에 설치되고 터널의 굴착면을 촬영하여 그 거리 및 굴곡 정도의 정보를 획득하며 일정 각도씩 회전되면서 터널 내면의 복수의 부분을 계측한다.
이러한 계측수단(10)에 의해 터널(1) 굴착시 시공현장에서 굴착 단면 형상을 측정하여서 굴착 단면 계측정보(102)를 얻는다. 이 굴착 단면 계측정보(102)는 암종 및 암반에 대한 각종 지질정보(103)와 함께 시공중 정보(101)를 이루며 이러한 시공중 정보(101)는 후술할 입력수단(20)에 의해 컴퓨터(30)에 입력된다.
입력수단(20)은, 계측수단(10)으로부터 측정된 계측정보(102)와 막장면 관찰조사에서 얻은 굴착지반의 지질정보(103)를 컴퓨터(30)에 입력하는 장치로써, 이는 PDA(personal digital[data] assistant) 등으로 이루어질 수 있으며, 이러한 입력수단(20)은 계측수단(10)으로부터 측정된 계측정보(102)와 굴착지반 지질정보(103)를 컴퓨터(30)에 입력할 수 있는 수단이면 어느 것이든 무방하다.
컴퓨터(30)는, 상술한 바와 같이 입력수단(20)에 의해 계측정보(102)와 지질정보(103)가 입력되며, 해당 현장의 터널 설계도면 및 실시 시공 도면 자료 등이 구축되어서 데이터베이스화되어 있다. 이러한 컴퓨터(30)는 입력수단(20)에 의해 입력된 실시간 정보를 전달받아서 이미 구축된 데이터베이스와 비교, 검토, 분석, 판정하여 미굴 또는 여굴 여부를 판단한다. 따라서 컴퓨터(30)에는 해당 터널(1)에 대한 설계 도면, 시공 도면 등의 제반 자료가 구축되어 있고, 터널(1)에 대한 실시간 자료가 입력되도록 되어 있으며, 기 구축된 데이터베이스에 신규한 자료들이 입력되면 이를 비교, 검토하고 분석하여 처리하기 위한 프로그램이 내장되어 있다.
경보장치(40)는, 컴퓨터(30)에 연결되고 컴퓨터(30)에 의해 입력된 계측정보(102)를 데이터베이스(30)와 비교하여, 여굴량이나 미굴량이 허용기준치보다 큰 경우에 작동되도록 되어 있다. 현장에 있는 지반굴착 작업자는 굴착단면적이 적절한지에 대한 여부를 곧바로 파악할 수 없는데, 이때 컴퓨터(30)에 의해 여굴 또는 미굴 상태를 신속하게 판단하고, 허용기준보다 큰 경우, 현장에 설치된 경보장치(40)를 작동시킨다. 경보장치(40)가 작동되면 현장의 작업자는 여굴 또는 미굴이 허용기준 이상 발생하여 결과적으로 콘크리트 라이닝의 소요 두께확보가 불가능함을 쉽게 파악할 수 있게 되며, 여굴 또는 미굴에 의해 콘크리트 라이닝 두께 부족 또는 증가를 미연에 방지할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명이 구현되는 제어방법의 전체적인 흐름을 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명의 제어방법에서 계측단계를 보인 순서도이다. 도 4는 본 발명의 제어방법에서 데이터베이스 처리단계를 보인 순서도이고, 도 5는 본 발명의 제어방법에서 경보단계를 보인 순서도로써, 이들을 참조하여 본 발명 제어시스템에 의한 제어방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어방법은 도 2에 전체적으로 도시한 바와 같이 계측단계(100), 입력단계(200), 데이터베이스 처리단계(300), 경보단계(400)로 크게 나눌 수 있다.
계측단계(100)에서, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 터널(1)의 굴착 시 계측수단(10)인 광파기, 레이져 스캐너, 디지털 사진측량기 중에 어느 하나의 장비로부터의 계측정보(102)를 획득하고 막장면 관찰조사 등으로부터의 굴착지반 지질정보(103)를 획득한다.
막장면 관찰조사는 지질전공자가 수행하며 지질전공자의 지질에 대한 지식으로 지질정보를 수량화시킨다. 본 발명에서 활용하고자 하는 지질정보는 RMR 값, Q-Value, 절리의 방향성, 암석 종류 등을 얻어서 이를 활용한다.
여기서 RMR 값, Q-Value는, 지질학적 용어로써, 지반 특히 암반 지반의 특성을 정량화시키는 대표적인 방법이다. RMR은 5개의 요소, 즉 암석의 강도, 절리에 의한 암석의 크기, 지하수 상태, 절리(분리)면의 거친 정도나 충진물 상태, 절리들의 간격 등을 이용하여 점수화시킨다. Q값은 절리에 의한 암석의 크기, 절리군의 수, 절리면의 거칠기, 절리면의 충전물 상태, 지하수 상태, 지중 응력의 상태를 이용하여 점수화시킨다.
획득한 계측정보(102)와 굴착지반 지질정보(103)를 휴대용 컴퓨터 또는 PDA 등의 입력단계(200)의 주요 수단인 입력수단(20)을 이용하여 데이터베이스 처리단계(300)의 주요 수단인 컴퓨터(30)로 실시간 입력(200)한다. 이때 컴퓨터(30)에는 해당 현장에 대한 설계도면과 실시 공사 도면(302)이 입력되어 있어 현장에서 전송된 현장자료와 함께 컴퓨터(30)의 데이터베이스에 저장(301)된다.
이 데이터베이스에는 지질 정보 및 현장에서 계측된 여굴 또는 미굴 상태 등이 정보화되어 있다. 따라서 해당 현장에서 터널 계측을 실시할 경우에, 막장의 지질 정보가 얻어지면 추가로 계측하지 않더라도 이미 구축된 데이터베이스를 토대로 여굴 또는 미굴 발생 가능성을 미리 유추하는데 활용할 수 있다.
여기서 해당 현장에 대한 설계도면과 실시공 도면(302)은 시공할 터널의 횡단면에 대한 도면을 말하며, 이러한 도면들에 의해 터널의 크기와 굴착 정도, 발파된 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 파악하게 된다.
해당 현장의 계측정보(102) 및 지질정보(103)를 이용하여 데이터베이스 자료와 비교 및 검토(303)를 수행한다. 즉, 해당 현장에서 계측수단(10)으로 얻은 굴착면의 3차원적 좌표값인 계측 정보를 설계 또는 실시 도면상의 굴착 예정 도면의 상태와 서로 비교 검토하여 여굴 또는 미굴 상태를 파악한다.
해당 현장의 여굴 또는 미굴 규모를 판정하여 지질정보와의 상관성을 분석(304) 하는 바, 예를 들면 어떠한 암석종류에서 여굴이 어느 정도 심하게 발생하였는지, 어떠한 RMR 값에서 여굴이 어느 정도 심하게 발생하였는지, 어떤 Q 값에서 여굴이 어느 정도 심하게 발생하는지 등을 분석한다.
이와 같이 입력된 정보 및 구축된 정보에 근거해서 터널(1) 내부의 제반 사항이 분석되면 이를 근거로 먼저, 굴착단면이 설계 또는 실시도면상의 굴착예정 단면과 비교하여 여굴량이 허용기준보다 과다한지를 판단(305)하고, 과다한 경우에는 여굴 위치 및 규모를 저장(307)하고, 콘크리트 라이닝 두께 확보 가능성을 판단(401)한 후, 기준범위를 초과할 것으로 판단되는 경우에는 현장경보시스템인 경 보장치(40)를 작동(402)한다.
여굴판단(305) 후, 미굴에 대해서도 허용기준보다 과다한지를 판단(306)하고, 과다한 경우에는 미굴위치 및 규모를 저장(307)하고, 콘크리트 라이닝 두께 확보 가능성을 판단(401)한 후, 기준 두께확보가 불가능하다고 판단되는 경우에는 현장경보시스템인 경보장치(40)를 작동(402)한다.
한편, 터널굴착 현장에서의 계측정보를 데이터베이스(301)에 저장한다는 것은, 터널내부에서 막장 발파 후, 굴착면만 처리가 끝난 상태에서 상기 계측수단(10)을 이용하여, 여굴 또는 미굴상태를 파악한 상태에서의 굴착면 정보와 그 때의 막장지질정보를 데이터베이스(301)에 저장하는 것을 의미하며, 여굴 또는 미굴 발생 후 이를 처리한 후의 계측정보를 데이터베이스(301)에 저장하는 것을 의미하지는 않는다.
따라서 여굴이나 미굴이 발생할 경우, 경제적 손실, 구조물의 안전성을 해칠 우려가 있기 때문에 시공 도중에 여굴 또는 미굴 상태를 파악하고, 여굴 또는 미굴 기준 레벨치 이상인 경우에는 경보음 등을 발생시켜서 작업자가 여굴 또는 미굴에 대한 조처를 다시 할 수 있게 한다.
또한 해당 현장에 대한 단면형상과, 여굴 또는 미굴의 위치와 규모를 화면상에 출력(403)하여 여굴 또는 미굴에 관한 정보를 실시간으로 파악할 수 있게 한다. 이와 같이 해당 현장에 대한 정보가 화면 상에 출력되면 굴착되는 면 전체에 대한 계측 데이터를 한 눈으로 파악할 수 있고, 이에 따라 어떠한 위치에서, 어느 정도 여굴 또는 미굴이 발생하는지를 실시간으로 파악할 수 있게 되어 현장에서 신속하게 대응하도록 할 수 있다.
상술한 본 발명의 제어시스템에 의한 제어방법을 도 3 내지 도 5를 참조하여 단계별로 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 터널 굴착 시 정량적 자료를 획득하는 계측단계(100)를 상세하게 보인 순서도로써, 이는 터널굴착시 시공현장에서 광파기, 레이져 스캐너, 디지털 사진측량기 등의 계측기기를 활용하여, 굴착 단면 형상에 대한 측정자료를 수집하는 굴착단면 계측정보(102)와 암종 및 암반에 대한 각종 지질정보를 RMR, Q-Value 등에 의해 상세 분류하여 굴착지반에 대한 지질정보(103)를 획득하여 시공중 정보(101)를 수집한다. 굴착지반의 계측정보(102)와 지질정보(103)는 휴대용 컴퓨터 또는 PDA 등을 이용하여 실시간으로 컴퓨터(30) 내의 데이터베이스에 입력(200)된다.
도 4는 현장에서 실시간으로 입력되는 현장 정보를 활용하여 데이터베이스를 구축하는 데이터베이스 처리단계(300)를 상세하게 보인 순서도로써, 이는 전송된 현장정보를 측점별로 데이터베이스에 저장하는 단계(301)와, 해당 터널에 대한 설계도면과 실시도면을 데이터베이스에 저장 관리하는 단계(302)와, 계측자료와 지질정보를 비교 및 검토하는 단계(303)와, 저장된 지질정보와의 상관성을 분석하는 단계(304)와, 발생된 여굴이 과다한가를 비교, 판단하는 단계(305)와, 발생된 미굴이 과다한가를 비교, 판단하는 단계(306)와, 미굴 또는 여굴의 발생위치 및 규모를 저장하는 단계(307)로 이루어진다.
발생된 여굴이 과다한가를 비교, 판단하는 단계(305)에서, 여굴량이 허용기준치를 넘어서는 경우에는 미굴 또는 여굴의 발생위치 및 규모를 저장하는 단계(307)를 수행하고, 허용기준치 이하인 경우에는 미굴의 과다여부를 비교, 판단하는 단계(306)를 수행한다. 미굴이 과다한가를 비교, 판단하는 단계(306)에서, 미굴량이 허용기준치를 넘어서는 경우에는 여굴 또는 미굴의 위치 및 규모를 저장하는 단계(307)를 수행하고, 허용기준치 이하인 경우에는 데이터베이스 처리단계(300)를 마친다. 여굴 또는 미굴 중에서 어느 하나라도 허용기준치를 초과하는 경우에는 데이터베이스 시스템인 컴퓨터(30)를 종료하기 전에는 여굴 또는 미굴에 대한 위치 및 규모에 대한 정보를 최종적으로 데이터베이스에 저장하는 단계를 거친다.
도 5는 상술한 바와 같이 구성된 데이터베이스를 통하여 해당 현장의 여굴 및 미굴 현황을 출력하고, 콘크리트 라이닝 두께의 허용 기준치 확보가 불가능한 경우에는 경보장치(40)를 작동시키기 위한 경보단계(400)를 상세히 보인 순서도이다.
이는 라이닝 두께의 확보 가능성을 판단하는 단계(401)와, 라이닝 두께가 설계 두께에 맞게 확보되지 못하는 것으로 판단된 경우에는 현장 경보 시스템을 작동시키는 단계(402)와, 터널의 단면 형상, 여굴 또는 미굴 위치 및 규모를 화상처리하는 단계(403)로 이루어진다.
도 4의 데이터베이스 처리단계(300)에서 도 5의 경보단계(400)로 데이터가 전송되면 기존의 지질정보 또는 단면 자료를 바탕으로 구축된 데이터베이스와 전송된 계측 자료를 비교, 검토, 분석, 판정하여서 굴착에 의한 시공 상태를 확인할 수 있다. 또한 여굴 및 미굴 등의 불리한 시공조건에 대하여 즉각적인 대처를 할 수 있어 경제적이고 구조적으로 안전한 터널구조물 시공이 가능하다.
이러한 본 발명 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법은, 현장에서 실시간으로 전송되는 계측 자료를 축적하여 데이터베이스화함에 따라 유사한 지질조건을 갖는 타 터널 굴진 현장에 적용할 수 있는 바, 해당현장의 막장면 관찰조사를 토대로 여굴 및 미굴의 가능성을 조기에 판단하여 불리한 조건이 예상되면 이에 대한 빠른 대처가 가능하다. 이와 더불어 공용중인 터널에 대한 유지관리 업무를 수행할 때에도 구축된 데이터베이스를 활용할 수 있어 터널 내부의 소요단면의 확보 여부를 판단하는 작업도 신속하게 할 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명은, 터널시공현장에서 사용되는 각종 계측수단 즉, 광파기, 레이져 스캐너, 디지털 사진 측량기 등을 활용하여서 터널 단면에 대해 신속하게 계측자료를 입수한 후 그 계측 결과를 현장에서 실시간으로 시공 관리 시스템인 컴퓨터로 전송하므로 기존의 지질정보 또는 단면 자료를 바탕으로 구축된 데이터베이스와 전송된 계측 자료를 비교, 검토, 분석, 판정하여서 굴착에 의한 시공 상태를 확인할 수 있다. 이에 따라 여굴 및 미굴 등의 불리한 시공조건에 대하여 즉각적인 대처를 할 수 있어 경제적이고 구조적으로 안전한 터널 시공이 가능하다.
또한 현장에서 실시간으로 전송되는 계측 자료를 축적하여 데이터베이스화 하므로 유사한 지질조건을 갖는 타 터널 굴진 현장에 적용할 수 있으며, 이에 따라 기 구축된 자료들을 토대로 여굴 및 미굴의 가능성을 조기에 판단하여서 발생될 수 있는 제반 문제들에 대해 신속하게 대처할 수 있다. 그리고 공용중인 터널에 대한 유지관리 업무를 수행할 때에도 구축된 데이터베이스를 활용할 수 있어 터널의 내부의 소요단면의 확보 여부를 판단하는 작업도 신속하게 할 수 있다.
Claims (8)
- 굴착된 터널(1) 내부의 여굴 또는 미굴 여부를 파악하기 위해 굴착 단면 형상을 측정하는 계측수단(10);상기 계측수단(10)에 연결되고 상기 계측수단(10)으로부터 측정된 계측정보와 막장면 관찰조사에서 얻은 굴착지반의 지질정보를 입력하는 입력수단(20);해당 현장의 설계도면 및 실시 시공 도면 자료 등이 데이터베이스화되어 있고, 상기 입력수단(20)에 의해 전송된 정보를 전달받아서 상기 데이터베이스와 비교, 검토, 분석, 판정하여 미굴 또는 여굴 여부를 판단하는 컴퓨터(30);상기 컴퓨터(30)에 입력된 현장의 콘크리트 라이닝의 두께가 허용기준치에 미달되는 경우 작동되도록 상기 컴퓨터(30)에 연결되어 제어되는 경보장치(40);로 이루어진 것을 특징으로 하는 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 계측수단(10)은,굴착된 터널 내부에 설치되고, 터널 내부의 굴착면에 프리즘을 시준한 후 이에 빛을 발사하여 발사된 상기 빛이 상기 프리즘에 도착한 후 반사되는 시간을 측정하여 그 좌표값을 측정하며, 일정 각도씩 회전되면서 상기 터널 내면의 복수의 부분을 계측하는 광파기로 이루어진 것을 특징으로 하는 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 계측수단(10)은,굴착된 터널 내부에 설치되고, 상기 터널 내부의 굴착면에 레이저빔을 주사하고 굴착면에서 반사되는 레이저빔을 수광하여 그 좌표값을 측정하며, 일정 각도씩 회전되면서 상기 터널 내면의 복수의 부분을 계측하는 레이져 스캐너장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 계측수단(10)은,굴착된 터널 내부에 설치되고, 상기 터널의 굴착면을 촬영하여 그 거리 및 굴곡 정도의 정보를 획득하며 일정 각도씩 회전되면서 상기 터널 내면의 복수의 부분을 계측하는 디지털 사진측량기로 이루어진 것을 특징으로 하는 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 입력수단(20)은,상기 계측수단으로부터 측정된 계측자료와 막장면 관찰조사에서 얻은 굴착지반의 지질정보를 상기 컴퓨터에 입력하는 PDA로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템.
- 터널 내부를 계측하여 제어하기 위한 방법에 있어서,굴착 단면 형상에 대한 측정자료를 수집하는 굴착 단면 계측정보(102)와 굴착 지반에 대한 지질정보(103)를 획득하여 시공중 정보(101)를 수집하는 단계와;획득된 상기 시공중 정보(101)를 입력수단(20)을 이용하여 실시간으로 컴퓨터(30) 내의 데이터베이스에 입력(200)하는 단계와;상기 컴퓨터(30)에 입력된 현장정보를 데이터베이스에 저장하는 단계(301)와;해당 터널에 대한 설계도면과 실시도면을 상기 컴퓨터(30)의 데이터베이스에 저장하는 단계(302)와;상기 컴퓨터(30)에 입력된 상기 계측정보와 지질정보를 비교 및 검토하는 단계(303)와;상기 시공중 정보(101)와 상기 해당 터널에 대한 설계도면, 실시도면 사이의 상관성을 분석하는 단계(304)와;분석된 정보를 토대로 발생된 여굴이 과다한가를 비교, 판단하는 단계(305)와;분석된 정보를 토대로 발생된 미굴이 과다한가를 비교, 판단하는 단계(306)와;상기 여굴 또는 미굴의 발생위치 및 규모를 저장하는 단계(307)와;상기 여굴 또는 미굴에 타설될 콘크리트 라이닝 두께의 확보 가능성을 판단하는 단계(401)와;상기 라이닝 두께가 설계 두께에 맞게 확보되지 못하는 것으로 판단된 경우에는 현장 경보 시스템을 작동시키는 단계(402)와;상기 터널의 단면 형상, 여굴 또는 미굴 위치 및 규모를 화상처리하는 단계(403);로 이루어진 것을 특징으로 하는 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어방법.
- 제6항에 있어서, 상기 발생된 여굴이 과다한가를 비교, 판단하는 단계(305)에서,상기 여굴량이 허용기준치를 넘어서는 경우에는 여굴 또는 미굴의 발생위치 및 규모를 저장하는 단계를 수행하고, 상기 여굴량이 허용기준치 이하인 경우에는 미굴의 과다여부를 비교, 판단하는 단계(306)를 수행하는 것을 특징으로 하는 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어방법.
- 제6항에 있어서, 상기 발생된 미굴이 과다한가를 비교, 판단하는 단계(306)에서,상기 미굴량이 허용기준치를 넘어서는 경우에는 여굴 또는 미굴의 위치 및 규모를 저장하는 단계(307)를 수행하고, 상기 미굴량이 허용기준치 이하인 경우에는 데이터베이스 처리단계(300)를 마치는 것을 특징으로 하는 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어방법.
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