KR101318429B1 - 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치에 관한 것으로, 풍도 슬래브에 의해 천정부가 가려진 터널의 균열과 붕괴를 관리자가 풍도 슬래브 위쪽의 환기구에 들어가지 않고 터널 안쪽에서 확인함으로써 터널의 붕괴를 막고 보수비용을 절감함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치는, 천정부에 횡방향으로 형성되는 풍도 슬래브(2) 및 상기 풍도 슬래브(2) 위에 세워지는 격벽(3)에 의해 급기 덕트(4)와 배기 덕트(5)가 구획 형성되는 터널(1)의 유지관리를 위한 안전계측장치로서, 상기 풍도 슬래브의 변형을 감지 및 표시하는 풍도 슬래브 계측모듈과; 상기 풍도 슬래브 상부쪽인 터널의 천정부의 변형을 감지 및 표시하는 터널 천정부 계측모듈을 포함하며, 상기 풍도 슬래브 계측모듈은, 상기 풍도 슬래브의 저면에 접착제나 앵커로 고정되는 센서띠(13)와 상기 센서띠에 일정 간격을 두고 일직선으로 배치되는 발광부(11)와 수광부(12)로 이루어져 상기 풍도 슬래브의 변형을 감지하는 제1광센서(10), 상기 제1광센서의 감지 값을 근거로 하여 점등하는 표시등을 포함하고, 상기 터널 천정부 계측모듈은, 상기 격벽의 측면에 접착제나 앵커로 고정되는 센서띠(23)와 상기 센서띠(23)에 일정 간격을 두고 일직선으로 배치되는 발광부(21) 및 수광부(22)로 이루어져, 상기 격벽의 상부의 변형을 감지하는 제2광센서(20), 상기 풍도 슬래브의 상부에 상기 풍도 슬래브와 평행하게 배열되면서 길이방향의 양측이 상기 격벽과 이에 대응하는 터널의 측면에 고정되는 센서봉(33)과 상기 센서봉에 일정 간격을 두고 일직선으로 장착되는 발광부(31) 및 수광부(32)로 이루어져 상기 터널의 측압에 의한 변형을 감지하는 제3광센서(30), 상기 제2,3광센서의 감지 값을 근거로 하여 점등하는 표시등을 포함하고, 상기 표시등(51,52,53)은 상기 터널의 점검로의 벽면에 설치되는 표시패널(50)을 통해 표시하되, 상기 표시패널(50)은 터널의 도형과 함께 상기 표시등을 상기 제1 내지 제3광센서의 감지 위치로 표시하도록 구성된다.

Description

터널의 유지관리를 위한 안전계측장치{MEASURE APPARATUS FOR SAFETY DIAGNOSIS OF TUNNEL}

본 발명은 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍도 슬래브에 의해 천정부가 가려진 터널의 균열과 붕괴를 관리자가 풍도 슬래브 위쪽의 환기구에 들어가지 않고 터널 안쪽에서 확인할 수 있는 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치에 관한 것이다.

최근 산업의 발달과 경제수준 향상으로 인하여 자동차 보유대수 및 물동량이 급격히 증가하여 교통량이 폭증함에 따라 자동차가 운행할 수 있는 도로 등 교통 시설의 확보 문제가 사회의 현안으로 대두 되고 있다.

이러한 교통량의 폭증을 해결하기 위하여 신규 도로의 건설이나 철도의 고속화, 기존도로 및 철도노선의 선형개량 등이 이루어지고 있으며, 이에 따라 많은 터널이 새롭게 개통되고 있고, 터널의 길이도 점차 장대화 되는 추세이다.

터널 구조물은 그 규모의 장대화로 인하여 터널 내 매연, 유해가스, 먼지, 화재 등의 위급 상황으로부터 터널이용자를 보호하기 위해 교통량과 터널길이에 따라 효율성을 고려한 터널 환기설비를 갖추어야 한다.

터널 내 환기방식은 터널길이에 따라 500m 이하인 경우는 자연 환기방식, 500m 이상인 터널에서는 종류식(Longitudinal), 반횡류식(Semi-Transverse System), 횡류식(Transverse System) 등의 기계 환기방식이 제안되어 있다.

횡류 환기방식은 터널의 입 출구에 설치된 환기소에서 터널 단면에 설치한 별도의 급기 덕트와 배기 덕트를 이용하여 깨끗한 공기는 급기시키고, 오염된 공기는 배기시키도록 한 환기방식이다.

횡류 환기방식의 터널은 풍도 슬래브가 터널의 천정부를 가리기 때문에 풍도 슬래부 위쪽을 확인하기 위해서는 반드시 관리자가 고소작업대를 이용하여 풍도 슬래브 위에 올라갈 수밖에 없으며, 따라서, 터널의 유지관리 작업이 매우 번거롭고 차량을 통제하여야 하므로 교통혼잡을 야기하며 많은 비용이 소요되는 문제점이 있고, 이러한 문제점에 의해 터널의 관리소홀이 발생되며 결과적으로 터널이 붕괴되어 막대한 비용으로 터널을 보수하고 있는 실정이다.

등록특허 제10-0634487호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 풍도 슬래브에 의해 천정부가 가려진 터널의 균열과 붕괴를 관리자가 풍도 슬래브 위쪽의 환기구에 들어가지 않고 터널 안쪽에서 확인할 수 있는 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치는, 천정부에 횡방향으로 형성되는 풍도 슬래브 및 상기 풍도 슬래브 위에 세워지는 격벽에 의해 급기 덕트와 배기 덕트가 구획 형성되는 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치로서, 상기 풍도 슬래브의 변형을 감지 및 표시하는 풍도 슬래브 계측모듈과; 상기 풍도 슬래브 상부쪽인 터널의 천정부의 변형을 감지 및 표시하는 터널 천정부 계측모듈을 포함하며, 상기 풍도 슬래브 계측모듈은, 상기 풍도 슬래브의 저면에 접착제나 앵커로 고정되는 센서띠와 상기 센서띠에 일정 간격을 두고 일직선으로 배치되는 발광부와 수광부로 이루어져 상기 풍도 슬래브의 변형을 감지하는 제1광센서, 상기 제1광센서의 감지 값을 근거로 하여 점등하는 표시등을 포함하고, 상기 터널 천정부 계측모듈은, 상기 격벽의 측면에 접착제나 앵커로 고정되는 센서띠와 상기 센서띠에 일정 간격을 두고 일직선으로 배치되는 발광부 및 수광부로 이루어져, 상기 격벽의 상부의 변형을 감지하는 제2광센서, 상기 풍도 슬래브의 상부에 상기 풍도 슬래브와 평행하게 배열되면서 길이방향의 양측이 상기 격벽과 이에 대응하는 터널의 측면에 고정되는 센서봉과 상기 센서봉에 일정 간격을 두고 일직선으로 장착되는 발광부 및 수광부로 이루어져 상기 터널의 측압에 의한 변형을 감지하는 제3광센서, 상기 제2,3광센서의 감지 값을 근거로 하여 점등하는 표시등을 포함하고, 상기 표시등은 상기 터널의 점검로의 벽면에 설치되는 표시패널을 통해 표시하되, 상기 표시패널은 터널의 도형과 함께 상기 표시등을 상기 제1 내지 제3광센서의 감지 위치로 표시하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치에 의하면, 관리자가 풍도 슬래브 위쪽의 환기구에 직접 들어가지 않고 터널을 따라 이동하면서 표시등만을 확인하여도 풍도 슬래브와 터널 천정부의 변형을 확인할 수 있으므로 관리자가 환기구에 들어가는 작업이 불필요하며 관리자가 환기구에 들어가기 위한 고소작업대의 사용이 없어지므로 안전 계측 작업이 매우 용이하고 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치의 설치 상태 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치의 설치 상태 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치에 적용된 표시패널의 구성도.

도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치는, 횡류식 터널(1)에 적용되어 터널(1)의 붕괴와 누수를 계측하는 것으로, 먼저 횡류식 터널(1)은 천정부와의 사이에 횡방향으로 풍도 슬래브(2)가 형성되며, 풍도 슬래브(2)와 터널(1)의 천정부 사이에 격벽(3)이 세워져 풍도 슬래브(2)와 터널(1)의 천정부 사이에 급기 덕트(4)와 배기 덕트(5)가 형성된다.

본 발명의 터널(1)의 유지관리를 위한 안전계측장치는, 풍도 슬래브(2)에 의해 지반과 접하는 천정부가 막힌 터널(1)에 적용되는 것이며, 풍도 슬래브(2)의 변형을 감지 및 표시하는 풍도 슬래브 계측모듈과; 풍도 슬래브(2) 상부쪽인 터널(1)의 천정부의 변형을 감지 및 표시하는 터널 천정부 계측모듈로 구성된다.

즉, 터널(1)의 변형은 풍도 슬래브(2)의 자체 변형, 터널(1) 주변의 지반으로부터 가해지는 토압에 의한 터널(1)의 변형을 들 수 있으며, 본 발명은 관리자가 환기부[급기 덕트(4)와 배기 덕트(5)]에 직접 올라가지 않고 터널(1)의 도로 양측(또는 일측)에 형성된 점검로(6)를 따라 이동하면서 풍도 슬래브(2)의 변형과 터널(1) 천정부의 변형을 확인할 수 있도록 구성된다.

풍도 슬래브 계측모듈은, 풍도 슬래브(2)의 처짐을 감지하는 것이며, 풍도 슬래브(2)의 저면(도로측 면)에 설치되는 제1광센서(10)이다. 제1광센서(10)는 광신호를 조사하는 발광부(11) 및 발광부(11)에서 조사되는 광신호를 수신하는 수광부(12)로 구성된다. 발광부(11)와 수광부(12)는 바람직하게 격벽(3)을 중심으로 하여 좌우 양측에 동일한 간격을 두고 배치될 수 있다.

물론, 제1광센서(10)는 풍도 슬래브(2)에 1개소에만 설치되는 것으로 한정되지 않고 일정 간격을 두고 다수개가 설치됨으로써 풍도 슬래브(2)의 변형을 보다 정확하게 감지할 수도 있다.

제1광센서(10)의 발광부(11)는 일정 시간을 주기로 하여 광신호를 조사하고, 수광부(12)는 광신호를 수신한다. 발광부(11)와 수광부(12)가 설치 상태를 유지한다면 수광부(12)에서 수신하는 광신호의 값(기준값)이 일정하지만, 수광부(12)에서 수신하는 광신호의 값이 기준값과 다르면 발광부(11)와 수광부(12) 중 하나 이상의 위치가 달라진 것이며, 이를 통해 풍도 슬래브(2)의 변형을 판단할 수 있다.

발광부(11)와 수광부(12)는 동일 선상에 설치되기 위하여 센서 띠(13)를 통해 설치된다. 즉 발광부(11)와 수광부(12)는 센서 띠(13)의 양측에 각각 설치되어 일직선을 유지하며, 센서 띠(13)는 접착제나 앵커 등을 통해 풍도 슬래브(2)에 고정된다.

제1광센서(10)에 의한 감지값이 기준값과 달라지는 경우(컨트롤러에 의해 확인 가능) 풍도 슬래브(2)의 변형을 관리자가 알 수 있도록 제1표시등이 적용된다.

상기 제1표시등에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 터널 천정부 계측모듈은, 터널(1) 천정부[격벽(3)의 상부]의 처짐 등의 변형을 감지하는 제2광센서(20), 풍도 슬래브(2)의 폭방향 양측의 측면의 처짐 등의 변형을 감지하는 제3광센서(30)로 구성된다.

제2광센서(20)는 발광부(21)와 수광부(22) 및 이들(21,22)이 일직선으로 설치되는 센서띠(23)로 구성되며, 각각의 기능은 전술한 제1광센서(10)와 동일하다.

센서띠(23)는 격벽(3)의 측면[급기 덕트(4)측과 배기 덕트(5)측 모두]에 접착제나 앵커 등을 통해 설치되며, 발광부(21)와 수광부(22)는 센서띠(23)를 통해 일직선을 유지하여 외력에 의한 위치 변동이 없는 상태에서는 항상 수광부(22)에서 균일한 값을 수신한다.

제2광센서(20)는 풍도 슬래브(2)가 변형되지 않는 조건에서 터널(1)의 천정부에 변형이 발생되는 경우 효과적으로 사용되며, 예를 들어, 풍도 슬래브(2)는 설치 상태를 유지하여 제1광센서(10)의 감지값에 변화가 없는 상황에서 터널(1)의 천정이 무너지는 경우 격벽(3)이 휨 변형될 수 있고, 이러한 변형에 의해 제2광센서(20)의 발광부(21)와 수광부(22)의 위치가 변하게 되어 수광부(22)의 감지값이 달라질 것이며, 이를 통해 터널(1)의 천정부의 변형을 확인할 수 있다.

제2광센서(20)는 터널(1)에 측압이 가해져 터널(1)의 천정부가 변형되는 경우에도 터널(1)의 변형을 감지할 수 있다.

제3광센서(30)는 제1,2광센서(10,20)와 동일한 기능을 수행하는 것으로, 제1,2광센서(10,20)의 감지 값의 신뢰도를 높일 수 있도록 한 것이다.

제3광센서(30)는 발광부(31)와 수광부(32)로 구성되는데, 발광부(31)와 수광부(32)는 풍도 슬래브(2)의 상부에 풍도 슬래브(2)와 평행하게 배열되면서 길이방향의 양측이 격벽(3)과 터널(1)의 측면에 앵커로 고정되는 센서봉(33)에 장착된다. 따라서, 터널(1)에 측압이 작용하는 경우 센서봉(33)이 휨 변형되면서 발광부(31)와 수광부(32)의 위치가 변하게 되어 터널(1)의 측면 쪽의 변형을 감지할 수 있다.

상기 터널 천정부 계측모듈은 전술한 제2,3광센서(20,30)를 통해 터널(1)의 천정부의 구조적인 변형을 감지함과 아울러, 터널(1) 천정부의 누수도 감지할 수 있도록 누수감지센서(40)가 적용된다.

누수감지센서(40)는 터널(1)의 천정부를 통해 침투한 지하수가 풍도 슬래브(2)의 바닥에 집수되는 것을 감안하여 광신호를 풍도 슬래브(2)의 바닥부에 조사한 후 반사되는 값을 감지하는 것이며, 컨트롤러는 누수감지센서(40)에서 감지한 값의 변화를 근거로 하여 누수를 판단한다. 즉, 풍도 슬래브(2)의 바닥에 물이 고이지 않은 경우 누수감지센서(40)에서 조사되어 반사되는 빛은 일정한 굴절을 나타내지만, 풍도 슬래브(2)의 바닥에 물이 고이게 되면 빛의 굴절값이 달라질 것이며, 이를 근거로 하여 풍도 슬래브(2)의 바닥에 물이 있는 것으로 판단할 수 있다.

누수감지센서(40)는 취급이 용이하도록 제3광센서(30)의 센서봉(33)에 장착e되어, 제3광센서(30)와 함께 취급(보관, 설치)된다.

제2,3광센서(20,30)와 누수감지센서(40)에 의한 감지 값을 근거로 하여 제2표시등은 관리자에게 터널(1) 천정부의 변형과 누수를 알려준다.

상기 제1,2표시등은 관리자가 터널(1)을 따라 이동하면서 용이하게 확인할 수 있도록 점검로(6)(보행로)에 배치되는 것이 바람직하며, 표시패널(50)을 통해 구성된다.

도 3에서 보이는 것처럼, 표시패널(50)은 제1 내지 제3광센서(10,20,30)와 누수감지센서(40)의 감지 값에 따라 점등하는 각각 제1 내지 제4표시등(51,52,53,54)으로 구성된다.

제1 내지 제3광센서(10,20,30)와 누수감지센서(40)의 감지 값을 근거로 하여 컨트롤러는 제1 내지 제3광센서(10,20,30)와 누수감지센서(40)의 감지 값에 변화가 발생되면 제1 내지 제4표시등(51,52,53,54)의 점등을 제어한다.

따라서, 관리자는 풍도 슬래브(2) 위의 급기 덕트(4)와 배기 덕트(5)에 올라가지 않고 점검로(6)를 따라 이동하면서 표시패널(50)의 점등 상태를 통해 터널(1)의 천정부와 풍도 슬래브(2)의 변형을 확인 및 진단할 수 있다.

한편, 터널(1) 천정부의 변형이 순식간에 일어나지 않는 조건 하에서 관리자가 정기적으로 터널(1)을 점검한다면 터널(1)을 붕괴 전에 보수할 수 있지만, 보다 신뢰성 있는 안전진단을 위하여 제1 내지 제4표시등(51,52,53,54)의 점등시 통신모듈을 통해 원거리의 통제실에 제1 내지 제4표시등(51,52,53,54)의 점등을 알려줄 수 있고, 아울러, 통제실에 디스플레이를 구성하여 제1 내지 제4표시등(51,52,53,54)의 점등을 알려줄 수도 있으며, 아울러, 제1 내지 제4표시등(51,52,53,54)의 점등시 신속한 보수를 위하여 알람을 출력할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 제1 내지 제3광센서(10,20,30)는 각각 풍도 슬래브(2)의 변형, 격벽(3)의 변형, 터널(1) 측벽의 변형시 평상시와 다른 신호를 발생한다. 즉, 평상시에는 제1 내지 제3광센서(10,20,30)의 수광부(12,22,32)에서 수신하는 값이 기준 값과 동일하지만, 풍도 슬래브(2)와 격벽(3)과 터널(1)의 측벽이 변형되면 발광부(11,21,31)에서 조사되는 광신호가 평상시와 다르게 수광부(12,22,32)에 전달되며, 컨트롤러는 이를 근거로 하여 이들(2,3,1)의 변형을 판단하고, 제1 내지 제3표시등(51,52,53)을 점등시킨다(누수감지센서(40)의 감지에 의한 제4표시등(54)의 점등도 동일).

관리자는 터널(1)의 점검로(6)를 따라 보행하면서 표시패널(50)의 점등 상태를 육안 확인하며, 특히 표시패널(50)의 제1 내지 제4표시등(51,52,53,54)이 제1 내지 제3광센서(10,20,30)와 누수감지센서(40)의 감지 위치와 동일하게 배치되어 제1 내지 제4표시등(51,52,53,54)의 점등 위치만 보고도 터널(1)의 변형 위치를 한 눈에 알 수 있으며, 따라서, 터널(1)의 보수시 터널(1)을 따라 이동하면서 보수 위치를 일일이 확인하지 않고 신속하게 보수할 수 있다.

1 : 터널, 2 : 풍도 슬래브
3 : 격벽,
10,20,30 : 제1 내지 제3광센서,
40 : 누수감지센서,
50 : 표시패널,

Claims (3)

1. 천정부에 횡방향으로 형성되는 풍도 슬래브(2) 및 상기 풍도 슬래브(2) 위에 세워지는 격벽(3)에 의해 급기 덕트(4)와 배기 덕트(5)가 구획 형성되는 터널(1)의 유지관리를 위한 안전계측장치로서,
   상기 풍도 슬래브의 변형을 감지 및 표시하는 풍도 슬래브 계측모듈과;
   상기 풍도 슬래브 상부쪽으로 상기 격벽의 상부의 변형과 상기 터널의 측압에 의한 변형을 감지 및 표시함과 아울러 누수를 감지 및 표시하는 터널 천정부 계측모듈과;
   상기 터널의 점검로의 벽면에 설치되며 상기 풍도 슬래브 계측 모듈과 상기 터널 천정부 계측모듈의 감지 결과를 디스플레이하는 표시패널(50)을 포함하며,
   상기 풍도 슬래브 계측모듈은,
   상기 풍도 슬래브의 저면에 접착제나 앵커로 고정되는 센서띠(13)와 상기 센서띠에 일정 간격을 두고 일직선으로 배치되는 발광부(11)와 수광부(12)로 이루어져 상기 풍도 슬래브의 변형을 감지하는 제1광센서(10), 상기 제1광센서의 감지 값을 근거로 하여 점등하는 표시등(51)을 포함하되, 상기 발광부(11)와 수광부(12)는 상기 격벽(3)을 중심으로 하여 상기 풍도 슬래브의 저면의 좌우 양측에 동일한 간격을 두고 배치되어 상기 풍도 슬래브의 변형을 감지하고,
   상기 터널 천정부 계측모듈은,
   상기 격벽의 측면에 접착제나 앵커로 고정되는 센서띠(23)와 상기 센서띠(23)에 일정 간격을 두고 일직선으로 배치되는 발광부(21) 및 수광부(22)로 이루어져, 상기 격벽의 상부의 변형을 감지하는 제2광센서(20), 상기 풍도 슬래브의 상부에 상기 풍도 슬래브와 평행하게 배열되면서 길이방향의 양측이 상기 격벽과 이에 대응하는 터널의 측면에 고정되는 센서봉(33)과 상기 센서봉에 일정 간격을 두고 일직선으로 장착되는 발광부(31) 및 수광부(32)로 이루어져 상기 터널의 측압에 의한 변형을 감지하는 제3광센서(30), 상기 제3광센서의 센서봉(33)에 장착되며 상기 풍도 슬래브의 바닥부를 향해 광신호를 조사 및 반사되는 빛을 수신하는 누수감지센서(40), 상기 제2,3광센서와 누수감지센서의 감지 값을 근거로 하여 점등하는 표시등(52,53,54)을 포함하고,
   상기 표시패널은 상기 표시등(51,52,53,54)이 갖추어지되, 터널의 도형과 함께 상기 표시등(51,52,53,54)을 상기 제1 내지 제3광센서와 누수감지센서의 감지 위치로 표시하도록 구성되며,
   상기 제1 내지 제3광센서와 누수감지센서의 감지 값을 원격의 통제실에 전송하는 통신모듈과; 상기 통신모듈을 통해 전송된 데이터를 화면 출력하는 디스플레이와; 상기 통신모듈을 통해 전송된 데이터를 근거로 하여 위험을 알려주는 알람을 포함하는 것을 특징으로 하는 터널의 유지관리를 위한 안전계측장치.
   
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