KR101162918B1 - Method of measuring underground displacement using inclinometer - Google Patents

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Abstract

경사계를 이용한 지중변위 계측 방법을 개시한다. 개시된 방법에서는 지중경사계(11a,11b,11c,…)를 연직방향이 아닌 일정각도로 기운 경사방향으로 설치하고, 경사계프로브에서 검출된 신호로부터 암반의 수직 및 수평변위가 포함된 데이터를 처리한다. 경사방향으로 설치된 지중경사계의 변위에는 암반의 수평 변위뿐만 아니라 수직 변위 정보가 포함된다. 암반의 수평변위와 수직변위를 동시에 검출할 수 있고, 특히 종 및 횡 방향의 수평변위가 포함된 3차원 심층 분석이 가능하다. 또한 경사진 지중경사계에 의하면 임의 방향 거동에 대해 대체로 수직에 가깝게 놓이며, 또한 연직방향의 암반 침하방향에 대해서도 일정 각도로 기울어져 있으므로 높은 측정 감도로 미소한 암반 거동이나 침하방향의 암반 거동도 측정가능한 등 기존 연직방향의 지중경사계에 비해 계측의 신뢰성과 효율성이 월등하게 된다.

Figure R1020090033266

사면 계측, 경사계, 수직변위, 수평변위

Disclosed is a ground displacement measurement method using an inclinometer. In the disclosed method, the underground inclinometers 11a, 11b, 11c, ... are installed in an inclined direction inclined at a predetermined angle rather than in the vertical direction, and the data including vertical and horizontal displacements of the rock are processed from the signal detected by the inclinometer probe. The displacement of the ground slope system installed in the oblique direction includes vertical displacement information as well as horizontal displacement of the rock. The horizontal and vertical displacements of the rock can be detected at the same time, and three-dimensional in-depth analysis including horizontal displacements in the longitudinal and transverse directions is possible. In addition, according to the inclined underground slope system, it is generally positioned perpendicular to any direction of movement, and is also inclined at an angle with respect to the vertical rock settlement direction. Therefore, it is possible to measure fine rock behavior or rock behavior in the settlement direction with high measurement sensitivity. As far as possible, the reliability and efficiency of the measurement is superior to that of the conventional vertical gradient.

Figure R1020090033266

Slope measurement, inclinometer, vertical displacement, horizontal displacement

Description

경사계를 이용한 지중변위 계측 방법{METHOD OF MEASURING UNDERGROUND DISPLACEMENT USING INCLINOMETER}Ground displacement measurement method using inclinometer {METHOD OF MEASURING UNDERGROUND DISPLACEMENT USING INCLINOMETER}

본 발명은 경사계를 이용한 지중변위 계측 방법에 관한 것으로서, 특히 임의 방향의 암반 거동에 대해 수직 및 수평방향의 변위량을 측정하는 신개념의 사면 계측을 위한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring ground displacement using an inclinometer, and particularly for measuring a new concept of slope measuring the displacement amount in the vertical and horizontal directions with respect to rock behavior in any direction.

도로, 철도, 터널, 교량, 댐, 항만 등의 건설로 인위적으로 절취되는 사면이 늘고 있다. 인위적으로 절취되는 사면은 암반 이완 등 내,외부 요인에 의해 붕괴될 위험성이 높다. 그러므로 사면 절취 및 보강 공사에 있어서는 사전 조사를 통해 대상 사면에 대한 안정성을 평가한 다음, 적절한 설계와 시공 방안을 수립하는 것이 바람직하다. 그러나 사면 내 암반에는 절리, 층리, 단층과 같은 불연속면이 존재하는 데다, 그 불연속면의 방향과 지질학적 특성에 의한 붕괴 유형이 다양하여 안정성을 평가하는데 어려움이 따른다. 특히 사면의 규모가 커질수록 사전 조사와 정확한 평가에 한계가 있으므로, 대부분의 사면이 안정성에 대한 불확실성 요인을 안은 채 설계 및 시공되고 있는 실정이다.The slopes artificially cut off by the construction of roads, railways, tunnels, bridges, dams, and ports are increasing. Artificially cut slopes have a high risk of collapse by internal and external factors, such as rock relaxation. Therefore, when cutting and reinforcing slopes, it is advisable to evaluate the stability of the slopes through preliminary investigation, and then establish appropriate design and construction plans. However, there are discontinuities such as joints, stratifications, and faults in the rock in the slope, and it is difficult to evaluate the stability due to the various types of disintegration due to the direction and geological characteristics of the discontinuities. In particular, as the size of the slope increases, there is a limit to preliminary investigation and accurate evaluation. Therefore, most slopes are designed and constructed with uncertainty about stability.

이러한 사면의 불확실성 요인을 보완하고 붕괴 시기를 예측하기 위해 사면 계측은 필수적이다. 사면 계측은 사면공사기간 동안뿐만 아니라 공사 완료 이후의 사고 예방을 위한 지속적인 감시 및 유지관리에도 필요한 것이다. 사면 계측에 있어서는 암반의 붕괴나 활동의 위험성, 계측기기의 특성, 현지 조건 등을 고려하여 계측기기를 선정하고 암반의 거동을 효율적으로 파악할 수 있는 위치에 적절히 배치하는 것이 중요하다.Slope measurements are essential to compensate for these uncertainty factors and to predict when they will collapse. Slope measurement is necessary not only during slope construction but also for continuous monitoring and maintenance to prevent accidents after construction is completed. In measuring slopes, it is important to select a measuring device in consideration of rock collapse or activity risks, characteristics of the measuring device, and local conditions, and to place it in a position where the behavior of the rock can be efficiently understood.

몇 가지 암반의 붕괴 유형을 예로 들어 설명하면, 평면파괴의 경우 인장 균열의 변위, 속도를 측정할 수 있는 신축계와 활동면 위치를 측정할 수 있는 지중경사계가 주로 이용된다. 쐐기파괴의 경우는 평면파괴 유형과 같이 신축계, 지중경사계가 이용된다. 암반사면에서 비교적 사례가 적은 원호파괴의 경우는 평면파괴 유형에서 설치되는 계측기와 유사하며 지표면의 활동 진행에 따라 회전운동이 발생하는 사면 머리부를 측정하기 위해 지반경사계를 추가로 사용한다. 층 구조가 전도되어 발생하는 전도파괴의 경우는 이동 말뚝과 타게트, 지반경사계, 신축계, 지중경사계 등이 설치되는데, 전도파괴 지역 전체의 활동붕괴를 체크하기 위해서 지중경사계를 활동면 아래까지 삽입하여 계측을 실시한다. 한편 주로 터널 굴착면에 대해 연직방향의 지중 변위 측정에 이용되는 지중변위계가 암반사면의 수평방향 이완 성향을 측정하는데 이용되기도 한다.In the case of several types of rock collapses, the planar failure is mainly used in the case of plane fractures, such as a telescope for measuring the displacement and velocity of tensile cracking and a ground slope for measuring the position of the active surface. In the case of wedge failure, telescopic and ground slope systems are used, as are planar failure types. In case of arc fracture, which is relatively rare in rock slope, it is similar to the instrument installed in the plane fracture type, and additional ground inclinometer is used to measure the head of the slope where the rotational movement occurs as the surface progresses. In case of conduction failure caused by conducting layer structure, moving piles, targets, ground inclination system, telescopic system, and underground inclination system are installed.In order to check the activity collapse of the entire conduction destruction area, the underground inclination system is inserted below the active surface. Make measurements. On the other hand, the ground displacement gauge, which is mainly used to measure the vertical displacement of the tunnel excavation surface, is also used to measure the horizontal relaxation tendency of the rock reflection surface.

위에서 열거된 계측기기 가운데, 지중경사계는 경사계를 이용하여 사면 내 암반 거동에 의한 심도별 수평변위를 측정하게 된 것으로, 주 거동 심도를 추정할 수 있어 거의 모든 암반 붕괴 유형에서 사면 암반의 거동 특성을 파악하는데 주로 이용되어져 왔다.Among the measuring instruments listed above, the ground slope system uses the inclinometer to measure the horizontal displacement by depth in the rock slope, and it is possible to estimate the depth of the main behavior so that the behavior of the slope rock in all types of rock collapse can be estimated. It has been used mainly for grasping.

도 1은 가상의 자연 사면에 대한 경사계를 이용한 종래 지중경사계의 사면 계측 모식도이다. 도면에 있어서, 부호 1은 자연 사면을 나타내 것이고, 부호 1a,1b,1c,…는 절취 사면을 나타낸다. 자연사면(1)은 높이에 따라 위에서부터 단계적으로 내려오면서 다단의 절취사면(1a,1b,1c,…)으로 시공되며, 각 단계의 시공에 앞서 안전을 위해 지중경사계(10a,10b,10c,…)가 차례로 시공되는 것이다. 좀더 자세히 설명하면, 첫 번째 시공 위치 안쪽에 제1지중경사계(10a)를 설치하여 해당 부위의 토사 또는 암반 거동을 파악하면서 제1절취사면(1a) 시공을 하고, 이어서 제2지중경사계(10b) 설치후 제2절취사면(1b) 시공을, 제3지중경사계(10c) 설치후 제3설취사면(1c) 시공을 한다. 여기서 절취사면(1a,1b,1c,…)의 각 시공은 그라우트 어스앵커(2a,2b,…) 등의 보강공사로 마무리된다. 도 1에 있어서 부호 3은 암반 내 예상되는 활동면을, 4 및 5는 각각 암반의 거동 영역을 나타낸다.1 is a schematic diagram of slope measurement of a conventional underground slope system using an inclinometer for a virtual natural slope. In the drawings, reference numeral 1 denotes a natural slope, and reference numerals 1a, 1b, 1c,... Indicates a cut slope. Natural slope (1) is constructed as a multi-stage cutting slope (1a, 1b, 1c, ...) while descending step by step from the top according to the height, the ground slope system (10a, 10b, 10c, for safety before construction of each step) …) Are constructed one after the other. In more detail, the first underground slope system 10a is installed inside the first construction position to construct the first cut slope 1a while grasping soil or rock behavior of the site, and then the second underground slope system 10b. After installation, the construction of the second cutting slope (1b) and the installation of the third subdivision slope (1c) after the installation of the third underground slope system (10c). Here, each construction of the cut slopes 1a, 1b, 1c, ... is finished by reinforcement work such as grout earth anchors 2a, 2b, ..., and the like. In Fig. 1, reference numeral 3 denotes an expected active surface in the rock, and 4 and 5 respectively indicate a behavior region of the rock.

종래의 지중경사계(10a,10b,10c,…)는 각각 개착면에서 암반 내 예상되는 활동면(3) 보다 깊게 연직방향으로 굴착한 구멍에 설치되어 왔으며, 도 2와 같이, 경사계관(11)과 경사계프로브(12) 및 데이터로거(13)로 이루어진다. 경사계관(11)은 연직방향의 굴착공(6)에 삽입되고 그 주위에 충진된 그라우트재(7)에 의해 암반과 일체화된다. 암반과 일체화된 경사계관(11)은 암반의 거동에 따라 대체로 같은 방향으로 변형되어 심도에 따라 점차 기울게 되고, 내부에 삽입된 경사계프로브(12)에 의해 그 기울어진 각도가 검출된다. 경사계프로브(12)에서 검출된 신호는 케이블(14)을 통해 데이터로거(13)로 출력되며, 데이터로거(13)는 경사계프로브(12)에서 검출되는 신호에 기초하여 암반의 심도별 수평 이완에 관한 데이터를 처리한다. Conventional underground inclination system (10a, 10b, 10c, ...) has been installed in the hole excavated in the vertical direction deeper than the active surface (3) expected in the rock on the opening surface, respectively, as shown in Fig. And an inclinometer probe 12 and a data logger 13. Inclinometer 11 is inserted into the excavation hole (6) in the vertical direction and is integrated with the rock by the grout material (7) filled around it. The inclination tube 11 integrated with the rock is deformed in substantially the same direction according to the behavior of the rock and gradually inclined according to the depth, and the inclination angle is detected by the inclinometer probe 12 inserted therein. The signal detected by the inclinometer probe 12 is outputted to the data logger 13 through the cable 14, the data logger 13 is based on the horizontal relaxation for the depth of the rock based on the signal detected by the inclinometer probe 12 Process data about

도 3을 참조하면 경사계관(11)의 기울어진 각도가 θ이고 경사계프로브(12)의 바퀴 간격이 L일 때, 각 계측 구간의 수평 변위는 Lㅧsinθ로 처리되며, 심부 고정점에서부터 심도별 각 계측구간의 변위를 누적하여 각 심도별 수평 변위에 관한 데이터가 얻어지는 것이다.Referring to FIG. 3, when the inclination angle of the inclinometer 11 is θ and the wheel spacing of the inclinometer probe 12 is L, the horizontal displacement of each measurement section is treated as L ㅧ sin θ , and the depth from the fixed point of the core is determined. By accumulating the displacement of each measurement section, data about the horizontal displacement of each depth is obtained.

일반적으로 사면 내 암반은 층리나 절리 방향으로 이완되면서 중력의 영향을 받아 연직면에 대해 대체로 경사진 방향으로 거동하게 된다. 다시 말해서 암반의 거동에 의해 수직 침하와 수평 이완이 발생하는 데 그 역학 관계를 도식화하면 도 4와 같다. 즉, 암반 거동방향의 힘 F0에 대한 수직분력 Fv에 의해 암반이 침하되고 동시에 수평분력 Fh에 의해 암반이 이완되는 것이다. 이와 같은 역학 관계에서 종래 연직방향으로 설치된 경사계관은 그에 수직한 방향으로 작용하는 수평분력 Fh에 의해 변형되고, 그와 평행한 수직분력 Fv에 의해서는 거의 변형되지 아니한다. 즉, 종래 연직방향의 경사계관의 기울기 정보에는 암반의 수평방향 이완 정보만 포함되어 있으며, 결과적으로 심도별 수평변위에 따른 암반의 수평방향 거동을 감시할 수 있었을 뿐이다.In general, the rock in the slope is relaxed in the direction of stratification or jointing, and is bent in the direction that is generally inclined with respect to the vertical surface under the influence of gravity. In other words, vertical settlement and horizontal relaxation occur due to the behavior of the rock. That is, the rock is settled by the vertical component F v with respect to the force F 0 in the rock movement direction and the rock is relaxed by the horizontal component F h at the same time. In this dynamic relationship, the inclination system installed in the vertical direction is deformed by the horizontal component F h acting in a direction perpendicular thereto, and hardly deformed by the vertical component F v parallel thereto. That is, the inclination information of the inclination system in the vertical direction includes only the horizontal relaxation information of the rock, and as a result, the horizontal behavior of the rock according to the horizontal displacement by depth can only be monitored.

사면 계측에 있어서의 신뢰성은 암반의 미소한 거동을 포함하여 정확한 암반의 거동 방향과 각 방향의 변위량을 정확히 파악할 수 있을 때 비로소 확보될 것이다.Reliability in slope measurement will only be secured if the exact direction of rock behavior and the amount of displacement in each direction, including the small behavior of the rock, can be accurately identified.

그러나 전술한 종래의 지중경사계에 의한 사면 계측에 있어서는 경사계가 연직방향으로 설치되어 임의의 암반 거동에 대해 수평분력 Fh에 의한 암반의 수평 이완만을 측정하고 수직분력 Fv에 의한 암반 침하량은 측정하지 못함으로써 다음과 같은 문제점이 있었다.However, in the above-described slope measurement by the conventional underground inclinometer, the inclinometer is installed in the vertical direction to measure only the horizontal relaxation of the rock due to the horizontal component F h and the amount of rock settlement due to the vertical component F v for any rock behavior. There was a problem as follows.

첫째, 경사계를 기준으로 안쪽에 위치한 암반 거동은 용이하게 감시되나, 외측의 암반 거동, 예컨대 도 1에 있어서의 경사계(1a,1b) 각 우측의 암만 거동 영역(5,6)은 감시가 불가하였으며, 이로 인해 그 외측에 위치하는 사면에 대한 작업 도중 붕괴 예측이 어려웠다.First, the rock behavior located inward with respect to the inclinometer is easily monitored, but the outer rock behavior, for example, the amman behavior regions 5 and 6 on the right of each of the inclinometers 1a and 1b in FIG. This made it difficult to predict collapse during work on slopes located outside of it.

둘째, 경사방향 암반 거동의 수평분력에 의한 수평 이완만을 측정하므로 측정감도가 저하되어 계측의 신뢰성이 떨어지고, 정확한 암반의 거동 특성을 파악할 수 없는 등 데이터 활용도가 낮았다.Second, since only the horizontal relaxation due to the horizontal component of inclined rock behavior was measured, the measurement sensitivity was lowered, which lowered the reliability of the measurement, and the data utilization was low.

셋째, 연직방향의 거동에 의한 침하나 수직 절리의 암반층 거동은 거의 측정이 불가하였으며, 특히 부분 침하에 의한 공동을 감시하지 못하여 일순간에 붕괴하는 사고의 예측이 불가하였다.Third, the rock formation behavior of vertical settlement or vertical jointing was hardly measurable. In particular, it was impossible to predict an accident that collapsed at once due to failure to monitor the cavity caused by partial settlement.

넷째, 사면 계측 공정과 절취사면 공정을 분리 시공하므로 공기가 지연되고 인건비가 상승하므로 비경제적이다.Fourth, the separate construction of the slope measurement process and the cutout slope process is uneconomical because the air is delayed and the labor cost increases.

다섯째, 자연 사면의 경사가 급한 경우 굴착 장비 동원이 어렵고, 토사층이 높은 대절토사면의 경우 안정 암반까지의 굴착공이 깊어지므로 시공이 어려웠다.Fifth, it is difficult to mobilize the excavation equipment when the slope of the natural slope is urgent, and the construction was difficult because the excavation hole to the stable rock was deepened in the case of the high soil slope.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 지중경사계의 사면 계측에 있어서사면 내 암반의 수평 이완 뿐만 아니라 수직 침하를 포함한 모든 방향의 암반 거동을 측정할 수 있으며, 측정감도가 높아 미소한 암반 거동도 감시할 수 있는 신개념의 경사계를 이용한 지중변위 계측 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to measure rock behavior in all directions including vertical settlement as well as horizontal relaxation of rock in the slope in the slope measurement of the conventional underground inclinometer as described above. It is to provide a ground displacement measurement method using a new concept inclinometer.

상기 목적을 달성하는 본 발명에 따른 경사계를 이용한 지중변위 계측 방법은 사면 내 암반을 연직방향에 대해 일정각도로 기운 경사방향으로 굴착하고 경사계관을 삽입 및 일체화하여 그 경사계관을 연직방향에 대해 일정각도로 경사지게 설치하는 단계와, 그 경사진 경사계관에 경사계프로브를 삽입하여 암반 거동에 따른 그 경사계관의 심도별 기울기 신호를 검출하는 단계와, 데이터로거를 이용하여 그 경사계프로브에서 검출되는 신호에 기초하여 암반의 수직 및 수평변위가 포함된 데이터를 처리하는 단계를 포함하여, 암반 거동에 따른 상기 경사계관의 심도별 기울기 변화로부터 그 암반의 수직변위와 수평변위를 동시에 계측하는 것을 그 특징으로 한다.Ground displacement measurement method using the inclinometer according to the present invention to achieve the above object is to excavate the rock in the slope in the inclined direction at a certain angle with respect to the vertical direction, inserting and integrating the inclined system constant in the vertical direction Installing inclined at an angle, inserting an inclinometer probe into the inclined inclination tube, detecting an inclination signal for each depth of the inclination system according to rock behavior, and using a data logger to detect the inclination signal And processing the data including the vertical and horizontal displacements of the rock on the basis of simultaneously measuring vertical and horizontal displacements of the rock from depth change of the inclination system according to rock behavior. .

바람직하게는 상기 경사계로서 2축 각도 센서가 내장된 것을 사용하여, 상기 수평변위로서 사면과 나란한 종방향의 수평변위 및 사면에 수직한 횡방향의 수평변위를 동시에 측정할 수 있다.Preferably, by using a built-in biaxial angle sensor as the inclinometer, it is possible to simultaneously measure the horizontal displacement in the longitudinal direction parallel to the slope and the horizontal displacement perpendicular to the slope as the horizontal displacement.

또한 바람직하게는 상기 경사계관의 설치 각도가 30° 내지 60°의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 경사계를 이용한 지중변위 계측 방법.In addition, preferably the installation angle of the inclination tube is a displacement measurement method using the inclinometer, characterized in that in the range of 30 ° to 60 °.

본 발명에 있어서의 경사계관은 연직방향에 대해 일정 각도로 기운 경사방향으로 설치되므로 임의 방향의 암반 거동에 따른 수평 및 수직하중에 의해 변형되고, 그 변형된 경사계관의 기울기에는 암반의 수평 변위뿐만 아니라 수직 변위 정보가 포함된다. 따라서 경사계관의 기울기 정보로부터 암반의 수평변위와 수직변위를 동시에 검출할 수 있고, 특히 종 및 횡방향의 수평변위가 포함된 3차원 심층 분석이 가능하여 보다 정밀한 암반 거동 특성 분석이 가능한 것이다.Since the inclination system in the present invention is installed in an inclined direction tilted at a certain angle with respect to the vertical direction, it is deformed by horizontal and vertical loads according to rock behavior in any direction, and the inclination of the deformed inclination system is not only horizontal displacement of the rock. As well as vertical displacement information. Therefore, the horizontal and vertical displacement of the rock can be detected at the same time from the tilt information of the inclination system, and in particular, the three-dimensional in-depth analysis including the horizontal displacement in the longitudinal and transverse directions is possible, thereby enabling more accurate rock behavior analysis.

또한 본 발명에 따르면 경사계관이 암반의 임의 방향 거동에 대해 대체로 수직에 가깝게 놓이며, 또한 연직방향의 암반 침하방향에 대해서도 일정 각도로 기울어져 있으므로 미소한 암반 거동이나 침하방향의 암반 거동에 대해서 용이하게 변형될 수 있다. 따라서 미소한 암반 거동이나 침하 등 연직방향에 가까운 암반 거동에 대해서도 측정 감도가 높아 보다 정밀한 측정이 가능하게 된다.In addition, according to the present invention, since the inclination system is placed almost vertically with respect to any direction of rock formation, and is also inclined at an angle with respect to the vertical rock settlement direction in the vertical direction, it is easy for minute rock behavior or rock behavior in the settlement direction. Can be modified. Therefore, the measurement sensitivity is high even for rock behavior close to the vertical direction such as micro rock behavior or settlement, which enables more accurate measurement.

또한 본 발명에 따르면 경사진 경사계관은 절취사면 보강을 위한 기존 그라우트 어스앵커 시공을 위한 같은 굴착공에 설치가능하여, 공정과 공기를 단축할 수 있고 인건비를 절감할 수 있어 경제적이다.In addition, according to the present invention, the inclined inclined tube can be installed in the same excavation hole for the construction of the existing grout earth anchor for reinforcing the cut surface, it is possible to shorten the process and air, and to reduce labor costs and economical.

또한 본 발명에 따르면 토사층이 높은 사면에 대해서도 대체로 비교적 안정 암반까지의 굴착공 깊이가 깊지 않아도 되고, 특히 기존 그라우트 어스앵커와 같은 굴착공을 이용할 수 있으므로 사면 높이나 경사도에 관계없이 시공이 용이해 진다.In addition, according to the present invention, even for a slope having a high soil layer, the excavation hole depth to a relatively stable rock does not need to be deep, and in particular, an excavation hole such as a conventional grout earth anchor can be used, thereby making construction easier regardless of the slope height or slope.

또한 본 발명에 따르면 경사진 지중경사계에 의해 사면에 대해 폭넓은 범위에 걸쳐 암반 거동을 측정하므로, 전술한 바와 같은 도 1의 우측 암반 거동(4)에 대한 감시불능 영역이 거의 없어 그 계측의 신뢰도가 높아진다.In addition, according to the present invention, since the rock behavior is measured over a wide range of slopes by an inclined ground slope, there is almost no unmonitored area for the right rock behavior 4 of FIG. Becomes higher.

또한 발명에 따르면 경사진 지중경사계는 절취사면 공정으로 이행될 수 있으므로, 예를 들면 계측과 사면의 절취 및 보강 공사를 통합할 수 있으므로 행정적인 사면의 발주와 시공관리가 용이하게 되는 것은 물론, 시공에서 사후 유지관리까지 일원화하는데 유리하며, 이와 같이 하면 시공 초기의 계측 데이터와 시공중의 안전관리를 위한 계측데이터 그리고 시공 후의 유지관리를 위한 계측 데이터의 연속성 확보가 용이하게 되고, 따라서 인위적인 절취 사면의 불확실성 요인을 최소화하고 정확한 감시가 가능한 것이다.In addition, according to the invention, the inclined underground slope system can be shifted to the cut slope process, for example, it is possible to integrate the measurement and slope cutting and reinforcement work, so that it is easy to order administrative construction and construction, as well as construction It is advantageous to unify from post-maintenance, and this makes it easy to secure the continuity of measurement data at the beginning of construction, measurement data for safety management during construction, and measurement data for maintenance after construction. Uncertainty factors can be minimized and accurate monitoring can be achieved.

이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 이들 도면은 어디까지나 본 발명의 이해를 돕기 위해 실시가능한 한 형태를 나타낸 것일 뿐, 일부분이 과장되거나 생략되는 등 실제와 다를 수 있다. 또한 도면의 실시예들에서 제시된 사면은 특정 사면과 무관하며 특정 사면을 한정하는 것 또한 아니다. 이하의 도면에는 편의상 앞에 설명된 도면들과 동일 또는 대응되는 부분에 대하여 동일한 부호를 사용하였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 8. These drawings are only shown to one embodiment to aid the understanding of the present invention, and may be different from the actual, such as part is exaggerated or omitted. In addition, the slopes presented in the embodiments of the drawings are not related to the specific slope and do not limit the specific slope. In the following drawings, the same reference numerals are used for the same or corresponding parts as those described above for convenience.

도 5는 본 발명에 따른 경사계를 이용한 지중변위 계측을 위한 신 개념의 사면 계측 모식도이다. 본 발명을 위한 신개념의 사면 계측 모식도의 가장 큰 특징은 종래와 달리 경사계를 사용한 지중경사계를 연직방향에 대해 임의 각도, 예를 들면 사면에 대해 대체로 수직한 방향으로 경사지게 설치된 점이다. 이와 같이 본 발명은 단지 종래의 연직방향으로 설치하던 것을 그 연직방향에 비교적 큰 각도로 경사지게 설치하는 것만으로 사면 계측의 획기적 변화를 가져올 수 있다.Figure 5 is a schematic diagram of the slope of the new concept for the measurement of earth displacement using the inclinometer according to the present invention. The biggest feature of the new conceptual slope measurement diagram for the present invention is that the underground tilt system using the inclinometer is inclined at an arbitrary angle with respect to the vertical direction, for example, generally perpendicular to the slope, unlike the conventional art. As described above, the present invention can bring about a drastic change in the measurement of the slope by simply installing the conventional vertical direction inclined at a relatively large angle in the vertical direction.

도 5에 있어서, 부호 20a,20b,20c,…는 본 발명에 사용하기 위해 개선된 지중경사계이다. 본 발명에 있어서의 지중경사계(20a,20b,20c,…)는 연직방향에 대해 일정각도 경사지게, 바람직하게는 절취사면(1a,1b,1c,…)에 대해 대체로 수직한 방향으로 설치된 것으로, 기존 그라우트 어스앵커(2a,2b,2c,…)와 같은 굴착공에 설치될 수 있는데, 그 시공은 다음과 같다.5, reference numerals 20a, 20b, 20c,... Is an improved ground slope system for use in the present invention. The ground slope system 20a, 20b, 20c, ... in the present invention is inclined at a predetermined angle with respect to the vertical direction, preferably installed in a direction substantially perpendicular to the cutout surfaces 1a, 1b, 1c, ... It can be installed in an excavation hole such as grout earth anchors (2a, 2b, 2c, ...), the construction is as follows.

먼저, 첫 번째 시공 위치 안쪽에 제1지중경사계(20a)를 설치한다. 이어, 제1지중경사계(20a)에 의한 토사 또는 암반의 거동을 파악하면서 제1절취사면(1a)을 시공하고, 이때 제1절취사면(1a)의 보강을 위한 그라우트 어스앵커(2a)와 함께 제2지중경사계(20b)를 설치한다. 그리고 제2지중경사계(20b)에 의한 토사 또는 암반의 거동을 파악하면서 제2절취사면(1b)을 시공을 하고, 그라우트 어스앵커(2b)와 함께 제3지중경사계(20c)를 설치한다. 여기서 각 지중경사계 설치를 위한 굴착공은 별도로 시추하지 않고 기존 그라우트 어스앵커 설치시 추가 시추된 굴착공을 이용할 수 있다.First, the first underground slope system 20a is installed inside the first construction position. Subsequently, the first cutting slope 1a is constructed while grasping the behavior of the soil or rock by the first underground slope system 20a, and together with the grout earth anchor 2a for reinforcing the first cutting slope 1a. The second underground tilt sensor 20b is installed. Then, the second cutting slope 1b is constructed while grasping the soil or rock behavior by the second ground slope system 20b, and a third ground slope system 20c is installed together with the grout earth anchor 2b. Here, the excavation hole for the installation of each underground slope system can be used without drilling additional drilling holes when installing the existing grout earth anchor.

상기한 지중경사계(10a,10b,10c,…)는 각각 개착면에서 암반 내 예상되는 활동면(3) 보다 깊게 그리고 연직방향에 대해 일정각도로 기운 경사방향으로 굴착한 구멍에 설치되는 것으로, 도 6과 같이, 경사계관(21)과 경사계프로브(22) 및 데이터로거(23)로 이루어진다. 경사계관(11)은 연직방향에 대해 비교적 큰 일정각도로 기운 경사진 굴착공(6′)에 삽입되고 그 주위에 충진된 그라우트재(7)에 의해 암반과 일체화되는 것으로, 그 규격이나 재질 및 기타 설치 조건 등은 종래와 다르지 않다. 다만, 종래와 달리 경사방향으로 누운 자세로 설치되므로 암반 거동에 따라 대체로 같은 방향으로 변형되어 심도에 따라 점차 큰 각도로 눕는 모양으로 기울게 되고, 내부에 삽입된 경사계프로브(22)는 초기 경사각에서 변화된 각도를 검출하게 되는 것이다. 본발명에 있어서의 데이터로거(23)는 경사계프로브(22)에서 검출된 심도별 각도 변화로부터 심도별 수직 침하 및 수평 이완에 관한 데이터를 동시에 처리하는 프로그램된 것이다.The above-mentioned underground slope system 10a, 10b, 10c, ... is respectively installed in the hole excavated in the inclined direction deeper than the active surface (3) expected in the rock at the opening surface and at an angle with respect to the vertical direction. As shown in FIG. 6, the inclinometer 21, the inclinometer probe 22, and the data logger 23 are provided. Inclinometer 11 is inserted into the inclined excavation hole (6 ') inclined at a relatively large constant angle with respect to the vertical direction, and is integrated with the rock by the grout material (7) filled around it, its size and material and Other installation conditions and the like are not different from the prior art. However, since it is installed in a lying position in the inclined direction unlike in the prior art, it is generally deformed in the same direction according to the rock behavior and is inclined in a shape that gradually lies at a large angle according to the depth, and the inclinometer probe 22 inserted therein is changed from the initial inclination angle. It will detect the angle. The data logger 23 according to the present invention is programmed to simultaneously process data on vertical depth and horizontal relaxation by depth from the angle change by depth detected by the inclinometer probe 22.

도 7을 참조하면 연직방향에 대한 초기의 설치각도가 θ 1이고, 암반 거동에 따른 변형 각도가 θ 2라 하면, θ 2-θ 1의 각도 변화가 생기고, 그 각도 변화에는 암반 거동에 의한 수직 변위 ΔV와 수평 변위 ΔH에 관한 정보가 포함되어 있다. 수직 변위 ΔV와 수평 변위 ΔH는 전술한 데이터로거(23)의 프로그램에 의하여 다음과 같이 연산될 수 있다.Referring to FIG. 7, when the initial installation angle with respect to the vertical direction is θ 1 and the deformation angle according to rock behavior is θ 2 , an angle change of θ 2 - θ 1 occurs, and the angle change is vertical due to rock behavior. displacement includes information about Δ V Δ H and the horizontal displacement. The vertical displacement ΔV and the horizontal displacement ΔH can be calculated as follows by the program of the datalogger 23 described above.

ΔV = V2 - V1 Δ V = V 2 -V 1

= L · sinθ 2 - L ㅧ sinθ 1 = L · sin θ 2 -L ㅧ sin θ 1

= L(sinθ 2 - sinθ 1) = L (sin θ 2 -sin θ 1 )

ΔH = H2 - H1 Δ H = H 2 -H 1

= L · cosθ 2 - L ㅧ cosθ 1 = L · cos θ 2 -L ㅧ cos θ 1

= L(cosθ 2 - sinθ 1)= L (cos θ 2 -sin θ 1 )

여기서, V1, H1은 각각의 기준 위치에 대한 암반의 거동 전 초기의 수직 및 수평 위치를, V2, H2는 각각의 기준 위치에 대한 암반의 거동 후 수직 및 수평 위치를, 그리고 L은 경사계프로브(22)의 바퀴 간격을 나타낸다.Where V 1 , H 1 is the initial vertical and horizontal position before rock behavior for each reference position, V 2 , H 2 is the vertical and horizontal position after rock behavior for each reference position, and L Denotes the wheel spacing of the inclinometer probe 22.

상기 ΔV가 양의 값이면 암반의 융기를, 음의 값이면 암반의 침하를 의미하는 것이고, 상기 ΔH가 값이 양의 값이면 암반의 이완을, 음의 값이면 암반의 수축을 의미한다. A positive value of Δ V means a swelling of the rock, a negative value indicates a rock subsidence, a positive value of Δ H means a rock relaxation, and a negative value means a rock contraction. .

또한 심도별 ΔV와 ΔH의 총화(ΣV, ΣH)를 구하면, 암반 수직 침하와 수평 이완의 양상을 쉽게 파악할 수 있다.Also ask the sum (ΣV, ΣH) of a specific depth Δ V and Δ H, it may be helpful to point out the aspects of the rock mass vertical subsidence and horizontal relaxation.

상기 경사계프로브(23)의 수평자세를 90°회전시켜 심도별 계측을 하면, 상기 수평 변위 ΔH에 대해 사면과 나란한 종방향의 수평변위와 사면에 수직한 횡방향의 수평변위를 측정할 수 있다. 즉, 암반의 거동의 수직변위와 종방향 및 횡방향의 수평변위가 포함된 보다 가시적이고 정확한 3차원 심층분석이 가능한 것이다. 또한 상기 경사계프로브(23)에 2축 센서가 내장되면 한 번의 계측으로 그 3차원 심층분석이 가능한 것이다.If to the horizontal position rotated 90 ° of the tilt sensor probe 23, the depth of each measurement, and can be to measure the horizontal displacement in the horizontal direction perpendicular to the surface and a horizontal displacement and slope of the side-by-side longitudinally relative to the horizontal displacement Δ H . In other words, more visible and accurate three-dimensional in-depth analysis is possible, which includes vertical displacement of rock behavior and horizontal displacement in longitudinal and transverse directions. In addition, when the two-axis sensor is built in the inclinometer probe 23, the three-dimensional in-depth analysis is possible with one measurement.

본 발명에 따른 경사진 지중경사계는 대체로 암반 거동 방향과 직각에 가깝게 놓이게 되며, 도 8에 나타낸 바와 같이 연직방향에 대해 경사각(α)을 두고 거동하는 암반의 거동력 F0의 벡터 성분을 본 발명의 경사진 지중경사계에 대한 수직분력 Fa과 그 수평분력 Fb으로 구분하였을 때, 그 수직분력 Fa는 수평분력 Fb보다 대체로 크고, 또한 도 4에 나타난 연직방향에 대한 수직한 수평분력 Fh보다도 크며, 본 발명의 경사진 지중경사계는 그 수직분력 Fa에 의해 변형된다. 즉, 종래의 연직방향으로 설치한 경우에 비해 측정 감도가 높아, 연직방향에 가까운 암반의 수직침하나 미소한 암반 거동을 용이하게 계측할 수 있는 것이다.The inclined underground slope system according to the present invention is generally placed close to the right angle to the rock behavior, and as shown in FIG. 8, the vector component of the rocking force F 0 of the rock which moves at an inclination angle α with respect to the vertical direction is present. When divided into the vertical component F a and the horizontal component F b for the inclined underground slope of, the vertical component F a is generally larger than the horizontal component F b , and is also perpendicular to the vertical direction shown in FIG. 4. It is larger than h and the inclined ground slope system of the present invention is deformed by its vertical component F a . That is, the measurement sensitivity is higher than that of the conventional vertical direction, and the vertical settlement of the rock close to the vertical direction and the minute rock behavior can be easily measured.

본 발명의 경사진 지중경사계(10a,10b,10c,…)의 설치각도는 대체로 연직방향에 대해 30°~60° 범위가 바람직하다. 30°보다 작아지면 암반의 침하방향 거동에 대해 둔감해질 수 있고, 60°보다 커지면 암반의 수평방향 거동에 대해 둔감해질 수 있기 때문이다. 또한 같은 사면에 대해서도 지중경사계(10a,10b,10c,…)의 각 설치각도는 꼭 일치할 필요는 없으며, 예를 들면 암반의 절리나 층리 방향 변화에 따라 각각의 설치각도를 달리할 수 있는 것이다. 바람직하게는 암반층이 대체로 수평한 경우에 45°가 적당하고, 그 층리가 사면쪽으로 많이 기울거나 수직절리의 경우 60°이상 더 기울여도 무방할 것이다. The installation angle of the inclined underground slope system 10a, 10b, 10c, ... is preferably in the range of 30 ° to 60 ° with respect to the vertical direction. If it is smaller than 30 °, it may be insensitive to the rock's subsidence behavior, and if it is larger than 60 °, it may be insensitive to the horizontal behavior of the rock. In addition, even for the same slope, the installation angles of the ground slope system 10a, 10b, 10c, ... do not have to coincide with each other. For example, the installation angles may be changed according to the rock joint or the laminar direction. . Preferably 45 ° is suitable when the rock layer is generally horizontal, and the layer may be inclined much toward the slope or in the vertical joint, more than 60 °.

한편, 도면으로 예시하지는 않았으나, 본 발명의 다른 실시 형태로서, 전술한 경사진 경사계관 내에 일정간격마다 경사계프로브를 삽입 고정하여 원격감시 시스템을 위한 계측이 가능함은 물론이다.On the other hand, although not illustrated in the drawings, as another embodiment of the present invention, it is possible to measure for the remote monitoring system by inserting and fixing the inclinometer probe at a predetermined interval in the above-mentioned inclined inclinometer.

본 발명은 또한 사면 계측뿐만 아니라, 운하나 방파제 등의 대형 옹벽 구조물, 도로 구조물, 댐 구조물 등 붕괴 위험이 있는 각종 구조물에 대한 계측과 감시에도 응용가능함은 물론일 것이다.The present invention will also be applicable to the measurement and monitoring of not only slope measurement, but also various structures with collapse risk, such as large retaining wall structures such as canals and breakwaters, road structures, dam structures, and the like.

도 1은 종래의 경사계를 이용한 지중변위 계측을 설명하는 모식도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic diagram explaining the ground displacement measurement using the conventional inclinometer.

도 2는 종래의 경사계를 이용한 지중변위 계측에 사용된 지중경사계의 구조를 나타낸 개략도.Figure 2 is a schematic diagram showing the structure of the ground slope system used in the ground displacement measurement using a conventional inclinometer.

도 3은 종래의 경사계를 이용한 지중변위 계측에 사용된 지중경사계의 측정원리를 설명하는 도면.3 is a view for explaining the principle of measurement of the ground slope system used in the ground displacement measurement using a conventional inclinometer.

도 4는 종래의 경사계를 이용한 지중변위 계측에 사용된 지중경사계의 변위에 대한 역학관계를 설명하는 도면.4 is a view for explaining the dynamic relationship of the displacement of the ground slope system used in the ground displacement measurement using a conventional inclinometer.

도 5는 본 발명에 따른 경사계를 이용한 지중변위 계측을 설명하는 모식도.5 is a schematic diagram illustrating a ground displacement measurement using an inclinometer according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 경사계를 이용한 지중변위 계측에 사용되는 지중경사계의 구조를 나타낸 개략도.Figure 6 is a schematic diagram showing the structure of the underground slope system used for the measurement of ground displacement using the inclinometer according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 경사계를 이용한 지중변위 계측에 사용되는 지중경사계의 측정원리를 설명하는 도면.7 is a view for explaining the principle of measurement of the ground slope system used in the ground displacement measurement using the inclinometer according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 경사계를 이용한 지중변위 계측에 사용되는 지중경사계의 변위에 대한 역학관계를 설명하는 도면.8 is a view for explaining the dynamic relationship of the displacement of the ground slope system used in the ground displacement measurement using the inclinometer according to the present invention.

Claims (3)

사면 내 암반을 연직방향에 대해 일정각도로 기운 경사방향으로 굴착하고 경사계관을 삽입 및 일체화하여 그 경사계관을 연직방향에 대해 일정각도로 경사지게 설치하는 단계와, 그 경사진 경사계관에 경사계프로브를 삽입하여 암반 거동에 따른 그 경사계관의 심도별 기울기 신호를 검출하는 단계와, 데이터로거를 이용하여 그 경사계프로브에서 검출되는 신호에 기초하여 암반의 수직 및 수평변위가 포함된 데이터를 처리하는 단계를 포함하여, 암반 거동에 따른 상기 경사계관의 심도별 기울기 변화로부터 그 암반의 수직변위와 수평변위를 동시에 계측하는 것을 특징으로 하는 경사계를 이용한 지중변위 계측방법.Excavating the rock in the slope in an inclined direction with a certain angle to the vertical direction and inserting and integrating the inclined gauge to install the inclined gauge inclined at a certain angle with respect to the vertical direction, and attaching the inclined probe to the inclined inclined gauge Inserting and detecting a tilt signal for each depth of the inclination system according to rock behavior, and processing data including vertical and horizontal displacement of the rock based on a signal detected by the inclination probe using a data logger; Including, the ground displacement measurement method using the inclinometer, characterized in that for measuring the vertical displacement and the horizontal displacement of the rock at the same time from the change of the inclination of the inclination tube according to the rock behavior. 청구항 1에 있어서, 상기 경사계로서 2축 각도 센서가 내장된 것을 사용하여, 상기 수평변위를 사면과 나란한 종방향의 수평변위 및 사면에 수직한 방향의 횡방향 수평변위를 동시에 측정하게 된 것을 특징으로 하는 경사계를 이용한 지중변위 계측 방법.The horizontal displacement of the horizontal displacement in parallel with the slope and the horizontal displacement in the direction perpendicular to the slope are simultaneously measured by using a built-in biaxial angle sensor as the inclinometer. Ground displacement measurement method using an inclinometer. 청구항 1에 있어서, 상기 경사계관의 설치 각도가 30° 내지 60°의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 경사계를 이용한 지중변위 계측 방법.The ground displacement measurement method using an inclinometer according to claim 1, wherein the installation angle of the inclinometer is in a range of 30 to 60 degrees.
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