KR101501904B1 - 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템 및 방법 - Google Patents
레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101501904B1 KR101501904B1 KR20140070305A KR20140070305A KR101501904B1 KR 101501904 B1 KR101501904 B1 KR 101501904B1 KR 20140070305 A KR20140070305 A KR 20140070305A KR 20140070305 A KR20140070305 A KR 20140070305A KR 101501904 B1 KR101501904 B1 KR 101501904B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- displacement
- monitoring
- measurement data
- excavation
- reference value
- Prior art date
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 147
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 139
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000004441 surface measurement Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 claims abstract description 52
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 28
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 16
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 12
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 10
- 239000011378 shotcrete Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000012552 review Methods 0.000 description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 206010050256 Dysstasia Diseases 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- -1 ground factor Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
- E21D9/004—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines using light beams for direction or position control
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/024—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by means of diode-array scanning
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
- G01B11/165—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by means of a grating deformed by the object
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
본 발명은 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 굴진면으로 레이저를 조사하여 반사되는 신호를 통해 굴진면의 변위를 측정하는 레이저 거리계와, 레이저 거리계로부터 전달된 신호로부터 굴진면 계측데이터를 생성하고, 굴진면 계측데이터의 변위상태를 모니터링하는 굴진면 계측데이터 처리부와, 굴착 직후의 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터로부터 산출된 감시상한선 및 감시하한선에서 감시상한선을 변위감시 기준치로 설정하는 변위감시 기준치 설정부와, 굴진면의 변위가 변위감시 기준치를 초과하는지 판단하는 변위 판단부와, 변위 판단부의 출력에 대응하여 경보여부를 결정하는 경보부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 터널 공정시 변위감시 기준치를 실시간으로 변경 설정함으로써 각 터널 공정시 터널의 변위를 안정적으로 계측할 수 있다.
Description
본 발명은 터널 변위 모니터링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널 공정시 굴진면의 변위감시 기준치를 실시간으로 설정하여 굴진면의 변위를 판단하는 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템 및 방법에 관한 것이다.
NATM(New Austrian Tunneling Method) 공법으로 터널을 굴착하는 경우 굴진면의 자립을 유지하는 것은 시공의 기본조건에 속한다. 대규모 단층대, 파쇄ㆍ변질된 저강도 지반, 팽창성 지반 등과 같은 위험지반에 굴착되는 터널은 굴진면 자립이 어려워 굴진면 붕괴를 일으키는 경우가 많다.
이에 터널 공사시 보강 작업이 이루어지는 것은 필수적이며, 예를 들어 지보공 등을 설치하여 강도를 보강하거나 굴착방법을 변경하여 안정하게 터널을 형성시켜야 한다.
터널 시공시 안정성을 확보하기 위해 굴진면의 지질 및 시공상황에 대하여 페이스 맵핑(Face Mapping)과 A계측(천단침하, 내공변위)이 일반적으로 실시된다. 그러나 A계측의 경우 발파 후 버럭 처리 및 환기 등의 이유로 터널 굴진면이 열림(Open)과 동시에 실시하기가 불가능하다.
이러한 문제를 해결하기 위해 굴진면의 변화를 실시간 모니터링하여 경보하는 시스템이 제안된 바 있다. 이 기술은 레이저 거리계를 통해 굴진면을 계측하여 굴진면의 변화를 실시간으로 감시함으로써 실시간으로 변위 확인이 가능하도록 하고 있으며, 계측장비(레이저거리계 및 거치대)가 무겁거나 설치가 번거롭지 않아 A계측이 투입되는 시점보다 빠르게 수행될 수 있다. 이를 통해 작업자 위험의 최소화 및 인명피해를 사전에 방지하고 있다.
한편, 터널 공사는 다양한 공정들로 이루어지게 되며, 각 공정별로 굴진면의 변화의 정도는 서로 다르게 나타난다. 그런데, 기존 기술에서는 경보를 발생시키는 기준값이 경험적으로 단순하게 결정됨에 따라 오경보가 이루어지는 경우가 자주 발생한다. 또한, 기기의 고장에 의하거나, 또는 기기의 정밀도가 높을수록 오경보가 더 잦게 발생하는 문제가 있다.
[1] 김영배, 이근배, 조용량, 2013, 굴진면 안전관리시스템의 개발과 시험 적용, 안전보건 연구동향, 가을호, 70-77.
[2] 서용석, 윤현석, 문성우, 송규진, 김창용, 2014, 위험지반의 유형과 터널시공에 대한 해외문헌 고찰, 한국지반공학회, 봄학술발표회, 965-968.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 터널 공정시 지반 변화 및 이전 굴진면 계측데이터와의 차이 등을 이용하여 실시간으로 굴진면의 변위감시 기준치를 설정하고, 변위감시 기준치를 기준으로 하여 굴진면 변위의 안정성 여부를 판단할 수 있도록 하는 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템은, 굴진면으로 레이저를 조사하여 반사되는 신호를 통해 굴진면의 변위를 측정하는 레이저 거리계; 상기 레이저 거리계로부터 전달된 신호로부터 굴진면 계측데이터를 생성하고, 상기 굴진면 계측데이터의 변위상태를 모니터링하는 굴진면 계측데이터 처리부; 굴착 직후의 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터로부터 산출된 감시상한선 및 감시하한선에서 상기 감시상한선을 변위감시 기준치로 설정하는 변위감시 기준치 설정부; 상기 안정상태 이후 굴진면의 변위가 상기 변위감시 기준치를 초과하는지 판단하는 변위 판단부; 및 상기 변위 판단부의 출력에 대응하여 경보여부를 결정하는 경보부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에, 입력된 지반데이터로부터 지반변화 여부를 판단하는 지반변화 판단부를 더 포함할 수 있으며, 지반변화가 있을 경우에는 상기 변위감시 기준치 설정부로 상기 굴진면 계측데이터를 전달하고, 지반변화가 없을 경우에는 상기 변위 판단부로 상기 굴진면 계측데이터를 전달한다.
상기 변위감시 기준치 설정부는, 상기 굴착 직후 안정상태에서 굴진면 계측데이터를 생성하는 안정상태 계측부; 상기 안정상태의 굴진면 계측데이터의 평균 및 표준편차를 이용하여 감시상한선 및 감시하한선을 산출하는 감시상한선 및 감시하한선 산출부; 및 상기 감시상한선 및 감시하한선 산출부의 결과로부터 지반을 포함한 변위감시 기준에 따라 상기 변위감시 기준치를 결정하는 변위감시 기준치 결정부를 포함한다.
한편, 본 발명의 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 방법은, (a) 굴진면 계측데이터 처리부가, 굴착시 굴진면 계측을 통해 굴진면 계측데이터를 생성하는 단계; (b) 변위감시 기준치 설정부가, 굴착 직후의 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터로부터 산출된 감시상한선 및 감시하한선에서 상기 감시상한선을 변위감시 기준치로 설정하는 단계; (c) 변위 판단부가, 상기 굴착 직후의 안정상태 이후의 굴진면 계측데이터의 변위가 상기 변위감시 기준치를 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 및 (d) 경보부가, 상기 판단에 따라 경보 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에, 상기 단계 (a)와 (b) 사이에, 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터를 생성하는 단계; 및 상기 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터의 차이가 설정변위값을 초과하는지를 판단하는 단계를 더 포함하며, 상기 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터의 차이가 설정변위값을 초과하면, 상기 단계 (b)로 진행하고, 상기 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터의 차이가 설정변위값을 초과하지 않으면, 상기 단계 (b)를 생략한다.
또한, 상기 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터의 차이가 설정변위값을 초과하지 않으면, 이전 공정의 지반과 동일한지 여부를 판별하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 이전 공정의 지반과 동일하지 않을 경우에는 상기 단계 (b)로 진행하고, 상기 이전 공정의 지반과 동일할 경우에는 상기 단계 (b)를 생략한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템 및 방법에 따르면, 터널 공정시 변위감시 기준치를 실시간으로 변경 설정함으로써 각 터널 공정시 터널의 변위를 안정적으로 계측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템의 제어회로블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 변위감시 기준치 설정부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 방법의 흐름도이다.
도 4는 터널 굴착 중 굴진면을 계측한 사례 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5 내지 도 7은 각 공사현장별 변위감시 데이터 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 변위감시 기준치 설정부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 방법의 흐름도이다.
도 4는 터널 굴착 중 굴진면을 계측한 사례 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5 내지 도 7은 각 공사현장별 변위감시 데이터 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템의 제어회로블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 굴진면 변위 감시 시스템은, 굴진면으로 레이저를 조사하여 반사되는 신호를 통해 굴진면의 변위를 측정하는 레이저 거리계(1)와, 레이저 거리계(1)로부터 전달된 신호로부터 굴진면 계측데이터를 생성하고, 굴진면 계측데이터의 변위상태를 모니터링하는 굴진면 계측데이터 처리부(2)와, 입력된 지반데이터로부터 지반변화 여부를 판단하는 지반변화 판단부(3)와, 굴진면 계측데이터의 평균 및 표준편차로부터 산출된 감시상한선 및 감시하한선에서 감시상한선을 변위감시 기준치로 설정하는 변위감시 기준치 설정부(4)와, 안정상태 이후 굴진면의 변위가 변위감시 기준치를 초과하는지 판단하는 변위 판단부(5)와, 변위 판단부(5)의 출력에 대응하여 경보여부를 결정하는 경보부(6)를 포함한다.
여기서, 레이저 거리계(1)는 복수로 구성될 수 있으며, 이에 굴진면의 여러 지점에 레이저를 조사할 수 있으므로 굴진면의 여러 지점의 변위를 동시에 측정할 수 있다. 또한, 레이저 거리계(1)는 굴진면을 직접 측정하므로 전용 타겟을 설치하지 않아도 되는 편리성이 있을 뿐 아니라, 레이저를 짧은 시간 간격으로 조사할 수 있으므로 굴진면의 변위를 빠르게 감지할 수 있다. 한편, 현장 설치를 고려하여 레이저 거리계(1)에는 무선통신부가 더 포함되는 것이 바람직하다. 이에 굴진면 계측데이터 처리부(2)에도 무선통신부를 더 마련하는 것이 바람직하다.
굴진면 계측데이터 처리부(2)는 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터를 각각 생성 및 처리할 수 있으며, 이 때 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터의 차이가 설정변위값보다 크지 않을 경우에는 변위감시 기준치를 설정하는 과정을 생략할 수 있다(p). 즉, 이전 변위감시 기준치를 그대로 이용할 수 있다.
지반변화 판단부(3)는 촬영장비 등을 이용하여 촬영한 영상(지반데이터)으로부터 미리 저장된 영상과의 비교를 통해 지반의 변화여부를 판단할 수 있다. 지반변화 판단부(3)는 지반 변화 여부에 따라 변위감시 기준치를 설정하는 과정을 생략할 수 있다(q). 여기서, 지반변화 판단부(3)는 본 발명의 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템에 선택적으로 마련될 수 있으며, 이 경우 굴진면 계측데이터 처리부(2)는 변위감시 기준치 설정부(4) 또는 변위 판단부(5)로 굴진면 계측데이터를 전달하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 변위감시 기준치 설정부의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 변위감시 기준치 설정부는, 굴착 직후(안정상태)에 굴진면 계측데이터를 생성하는 안정상태 계측부(41)와, 안정상태의 굴진면 계측데이터의 평균 및 표준편차를 이용하여 감시상한선 및 감시하한선을 산출하는 감시상한선 및 감시하한선 산출부(42)와, 감시상한선 및 감시하한선 산출부(42)의 결과로부터 지반을 포함한 변위감시 기준에 따라 감시상한선을 변위감시 기준치로 결정하는 변위감시 기준치 결정부(43)를 포함한다.
이 때, 변위감시 기준치 결정부(43)는 암종, 불연속면 특성, 지하수 등의 지반요인, 조도, 공기 청정도 등의 터널 환경요인, 시공 공정 요인, 측정기 오차 등을 고려하여 변위감시 기준치를 결정할 수 있다.
그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 시스템을 이용한 본 발명의 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 굴착이 이루어지면(S1), 굴진면 변위 감시 시스템을 설치하여(S2) 굴진면 계측을 수행하고(S3), 굴착 직후(안정상태)에서 굴진면 계측데이터를 생성한다(S4).
이 때, 굴진면 계측에 따른 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터의 차이가 설정변위값을 초과하는지를 판단하여(S5), 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터의 차이가 설정변위값을 초과할 경우에는 다음 단계로 진행하고, 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터의 차이가 설정변위값을 초과하지 않을 경우에는 변위감시 기준치 설정 과정을 생략할 수 있다. 여기서, 변위감시 기준치 설정 과정이 생략되는 것은 안정상태에서의 굴진면의 변위가 미비하거나 없는 경우로서, 이전 굴착 직후 안정상태에서 세팅된 변위감시 기준치가 그대로 적용될 수 있음을 의미하며, 불필요한 연산 과정을 생략할 수 있음을 의미한다.
단위시간당 계측된 계측데이터의 평균과 표준편차를 이용하여 감시상한선 및 감시하한선을 산출하고(S6), 이어서, 감시상한선을 변위감시 기준치로 세팅한다(S7).
단위시간당 계측된 계측데이터의 평균과 표준편차를 이용하여 감시상한선 및 감시하한선을 산출하고(S6), 이어서, 감시상한선을 변위감시 기준치로 세팅한다(S7).
한편, 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터의 차이가 설정변위값을 초과하지 않을 경우에는, 굴착이 이루어진 현재 지반과 굴착전 지반이 동일한지를 판단한다(S8). 현재 지반과 굴착전 지반이 동일할 경우에는 S7에서 결정된 변위감시 기준치를 이용한다. 한편, 현재 지반과 굴착전 지반이 동일하지 않을 경우에는 변위감시 기준치를 변경하는 것이 바람직하다(S9). 여기서, S5 및 S8을 거쳐 변위감시 기준치가 변경되는 경우에는 이전 굴착에서 세팅된 변위감시 기준치를 기준으로 하여 변경되는 것이 바람직하다. 이후, 새롭게 세팅된 변위감시 기준치를 이용하여 다음 굴착전까지 굴진면 계측이 이루어지게 되며(S10), 이 때 변위감시 기준치보다 변화량이 클 경우에는(S11) 경보가 이루어지게 된다(S12).
여기서, 변위감시 기준치 설정이 이루어지는 과정에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에서는 적어도 하나 이상의 레이저 거리계(1)를 이용하여 굴진면의 거동을 실시간으로 계측하여 적용 가능한 굴진면의 변위감시 기준치를 설정하게 된다. 변위감시 기준은 암종, 불연속면 특성, 지하수 등의 지반요인, 조도, 공기 청정도 등의 터널 환경요인 및 시공 공정 요인 및 측정기 오차에 의한 계측치의 분산 등을 고려하여 터널 초기 굴진 시 안정된 굴진면에서 측정된 자료의 분석을 통하여 감시 기준치를 설정한 후 시공 중 굴진면 변위발생 경향성을 검토하여 수정 및 보완할 수 있다.
레이저 거리계(1)에서 굴진면 상의 측점까지의 거리를 연속적으로 측정하면, 도 4에서와 같이, 변위 특성은 크게 3구간으로 구분하여 판단할 수 있다. 첫 번째 A구간은 지보 작업이 이루어지고 있는 구간이며, 두 번째 B구간은 굴진면에 숏크리트를 타설하는 구간이고, 세 번째 C구간은 작업을 대기하고 있는 구간이다. A구간과 C구간에서는 유사한 폭을 가지면서 계측데이터가 진동하는 특징을 보이며, B구간에서는 숏크리트 타설로 인해 진동폭이 크게 나타나지만 굴진면의 두께 증가로 인하여 계측데이터가 전반적으로 줄어들고 있는 특징을 보인다.
여기서, 터널 굴착 후 최단시간 내에 굴진면을 레이저 거리계(1)로 안정상태에서 측정된 데이터의 분산을 계산하여 변위감시 기준치를 설정하게 된다. 이 과정을 변위감시 기준치 설정 과정으로 정의할 수 있다. 구체적으로, 굴진면 계측데이터는 실시간으로 수집되며, 1 사이클 굴진 중에 다량의 데이터를 획득하게 된다. 동일 사이클 내에서 측정된 데이터는 여러 요인에 의해 분산을 보이므로, 이를 고려한 변위감시 기준을 설정하기 위하여 [식 1] 내지 [식 3]을 이용한다.
일례로서, 분산이 발생하는 시점은 
인 경우이며, 즉 이동범위치(최댓값과 최솟값의 차)가 감시상한선을 초과할 때이다. 따라서 분산은 이동범위치가 감시상한선(평균+표준편차)을 초과하는 경우를 의미한다.
[식 1]은 
부터 
까지 구간 중 최대값과 최소값의 차이를 타점하여 이동범위치 
를 산정하고 i, i+1, i+2, … 구간을 이동하면서 그래프를 그리게 된다. 구간 n은 작을수록 세밀한 결과를 얻을 수 있으며 이를 가시적으로 확인할 수 있다는 장점이 있으나, 구간을 너무 적게 설정하면 정상상태의 움직임을 이상상태로 인식할 수 있으며, 구간을 너무 크게 설정하게 되면 이상상태를 정상상태로 오인하는 문제점이 있으므로 적절한 구간값을 설정해주는 것이 중요하다.
변위감시 기준치는 [식 2]와 [식 3]을 통해서 얻을 수 있으며, 평균(E(x))에 표준편차(σ)의 배수를 가감한 값으로 감시상한선 및 감시하한선을 설정하여 다음 굴착전까지 계측된 굴진면 계측데이터의 이상상태를 파악한다.
이러한 변위감시 기준치는 각 터널 현장의 조건에 따라 달리 적용되어야 하며, 동일 현장에서는 지반상태가 바뀌면 변위감시 기준치를 새롭게 설정해야 하므로 굴착 후 차회 굴진면의 지반상태를 확인할 필요가 있다. 또한 경보 기준을 초과할 경우는 작업인력 대피 및 구조물 안정성 검토 등 상황에 따라 적절한 조치가 수행된다.
도 5 내지 도 7은 각 공사현장별 변위감시 데이터 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 3개 터널 현장에서 측정된 자료를 이용하여 변위감시기준을 분석한 그래프에서와 같이, 지반, 환경, 공정 및 측정기 요인에 의해 발생하는 계측데이터의 분산범위가 표시되어 있으며, 이들은 시공 현장이나 측정위치에 따라 분산범위가 다르게 나타나고 있지만 분석된 9개 지점에서 모두 3σ 내에 수렴되고 있는 것을 알 수 있다. 이는 측정 오차를 발생시키는 요인에 의한 대략적인 최대 분산범위로 판단되며, 이러한 측정 오차에 의한 분산범위를 고려하여 현장 고유의 변위감시 기준치를 설정할 수 있다.
도 5(a)의 B구간은 측정오차에 의한 분산범위가 20σ에 이르는 분산이 발생하고 있다. 이 구간은 숏크리트 타설 공정 시 측정된 값으로서 숏크리트 타설두께 약 20 mm에 의해 전반적으로 측정값이 변화하는 형태를 보인다. 굴진면의 붕괴나 변상 시에는 붕괴유형에 따라 계측데이터의 변화형태가 다르게 나타나지만 감시범위보다 매우 큰 분산범위를 보이기 때문에 붕괴초기에 굴진면의 거동을 인지할 수 있다.
이와 같이, 3개 터널 현장에서 계측된 안정상태의 굴진면 계측데이터를 활용하여 변위감시 기준치를 설정하고 이를 시공단계별로 검토한 결과, 굴진면의 두께가 인위적으로 변화하는 숏크리트 타설 공정을 제외하고 대부분의 시공 공정중에 계측데이터의 오차범위가 3σ 내에 분포함을 알 수 있다. 이는 변위감시 기준치를 설정함으로써 특정 고정점으로부터 굴진면의 측정거리가 변화하는 붕괴시의 거동을 초기에 감지할 수 있음을 보여주는 것이다.
이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
1 : 레이저 거리계
2 : 굴진면 계측데이터 처리부
3 : 지반변화 판단부
4 : 변위감시 기준치 설정부
41 : 안정상태 계측부
42 : 감시상한선 및 감시하한선 산출부
43 : 변위감시 기준치 결정부
5 : 변위 판단부
6 : 경보부
2 : 굴진면 계측데이터 처리부
3 : 지반변화 판단부
4 : 변위감시 기준치 설정부
41 : 안정상태 계측부
42 : 감시상한선 및 감시하한선 산출부
43 : 변위감시 기준치 결정부
5 : 변위 판단부
6 : 경보부
Claims (8)
- 굴진면으로 레이저를 조사하여 반사되는 신호를 통해 굴진면의 변위를 측정하는 레이저 거리계;
상기 레이저 거리계로부터 전달된 신호로부터 굴진면 계측데이터를 생성하고, 상기 굴진면 계측데이터의 변위상태를 모니터링하는 굴진면 계측데이터 처리부;
굴착 직후의 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터로부터 산출된 감시상한선 및 감시하한선에서 상기 감시상한선을 변위감시 기준치로 설정하는 변위감시 기준치 설정부;
상기 안정상태 이후 굴진면의 변위가 상기 변위감시 기준치를 초과하는지 판단하는 변위 판단부; 및
상기 변위 판단부의 출력에 대응하여 경보여부를 결정하는 경보부를 포함하는 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템.
- 제1항에 있어서,
입력된 지반데이터로부터 지반변화 여부를 판단하는 지반변화 판단부를 더 포함하며,
지반변화가 있을 경우에는 상기 변위감시 기준치 설정부로 상기 굴진면 계측데이터를 전달하고, 지반변화가 없을 경우에는 상기 변위 판단부로 상기 굴진면 계측데이터를 전달하는 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 변위감시 기준치 설정부는,
상기 굴착 직후 안정상태에서 굴진면 계측데이터를 생성하는 안정상태 계측부;
상기 안정상태의 굴진면 계측데이터의 평균 및 표준편차를 이용하여 감시상한선 및 감시하한선을 산출하는 감시상한선 및 감시하한선 산출부; 및
상기 감시상한선 및 감시하한선 산출부의 결과로부터 지반을 포함한 변위감시 기준에 따라 상기 변위감시 기준치를 결정하는 변위감시 기준치 결정부를 포함하는 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템.
- (a) 굴진면 계측데이터 처리부가, 굴착시 굴진면 계측을 통해 굴진면 계측데이터를 생성하는 단계;
(b) 변위감시 기준치 설정부가, 굴착 직후의 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터로부터 산출된 감시상한선 및 감시하한선에서 상기 감시상한선을 변위감시 기준치로 설정하는 단계;
(c) 변위 판단부가, 상기 굴착 직후의 안정상태 이후의 굴진면 계측데이터의 변위가 상기 변위감시 기준치를 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 및
(d) 경보부가, 상기 판단에 따라 경보 여부를 결정하는 단계를 포함하는 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 단계 (a)와 (b) 사이에,
현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터를 생성하는 단계; 및
상기 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터의 차이가 설정변위값을 초과하는지를 판단하는 단계를 더 포함하며,
상기 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터의 차이가 설정변위값을 초과하면, 상기 단계 (b)로 진행하는 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터의 차이가 설정변위값을 초과하지 않으면, 상기 단계 (b)를 생략하는 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 현재 굴착 직후 안정상태의 굴진면 계측데이터와 이전 굴착 직후 안정상태에서 계측된 굴진면 계측데이터의 차이가 설정변위값을 초과하지 않으면, 이전 공정의 지반과 동일한지 여부를 판별하는 단계를 더 포함하며,
상기 이전 공정의 지반과 동일하지 않을 경우에는 상기 단계 (b)로 진행하는 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 이전 공정의 지반과 동일할 경우에는 상기 단계 (b)를 생략하는 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20140070305A KR101501904B1 (ko) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20140070305A KR101501904B1 (ko) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101501904B1 true KR101501904B1 (ko) | 2015-03-16 |
Family
ID=53027354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20140070305A KR101501904B1 (ko) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101501904B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101883340B1 (ko) | 2017-08-23 | 2018-07-30 | (주)가하 | 해저터널 라이닝 변위 및 변상 자동 측정에서의 측점 위치 오차 보정장치 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001182484A (ja) | 1999-12-28 | 2001-07-06 | Mac Kk | トンネル用総合測量システム |
| JP2005331363A (ja) | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Taisei Corp | トンネル切羽監視方法とトンネル切羽測定装置 |
| KR20090106257A (ko) * | 2008-04-04 | 2009-10-08 | 한국시설안전공단 | 시공 중 터널에 대한 실시간, 정량적 안정성 평가판단방법및 그 장치 |
| KR20130004646U (ko) * | 2012-01-19 | 2013-07-29 | 케이앤씨컨설턴트 주식회사 | 터널 막장면 안전 관리 시스템 |
-
2014
- 2014-06-10 KR KR20140070305A patent/KR101501904B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001182484A (ja) | 1999-12-28 | 2001-07-06 | Mac Kk | トンネル用総合測量システム |
| JP2005331363A (ja) | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Taisei Corp | トンネル切羽監視方法とトンネル切羽測定装置 |
| KR20090106257A (ko) * | 2008-04-04 | 2009-10-08 | 한국시설안전공단 | 시공 중 터널에 대한 실시간, 정량적 안정성 평가판단방법및 그 장치 |
| KR20130004646U (ko) * | 2012-01-19 | 2013-07-29 | 케이앤씨컨설턴트 주식회사 | 터널 막장면 안전 관리 시스템 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101883340B1 (ko) | 2017-08-23 | 2018-07-30 | (주)가하 | 해저터널 라이닝 변위 및 변상 자동 측정에서의 측점 위치 오차 보정장치 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2011256525A (ja) | トンネル監視方法 | |
| CN105091951A (zh) | 一种闸站水工建筑物变形监测及状态预警方法 | |
| CN104533528B (zh) | 采用gnss技术的露天矿山精细采矿系统及采矿方法 | |
| KR101989975B1 (ko) | 지하수 수위 모니터링에 기반한 지반침하 위험 경고방법 및 지반침하 위험 경고장치 | |
| KR20080010812A (ko) | 터널 내부의 여굴 또는 미굴을 실시간으로 계측하여 제어하기 위한 제어시스템 및 그 제어방법 | |
| KR101409346B1 (ko) | 실시간 파일 항타 모니터링 시스템 | |
| KR102290182B1 (ko) | 광산 갱내 붕락 감지를 위한 센싱 데이터 통합계측관리 시스템 | |
| CN111382195B (zh) | 一种基坑安全监测数据分析方法及系统 | |
| JP2019185253A (ja) | 埋設対象物認識方法 | |
| KR20150126432A (ko) | 지하매설물 파손 위험 감지시스템 및 방법 | |
| KR101501904B1 (ko) | 레이저 거리계를 이용한 굴진면 변위 감시 시스템 및 방법 | |
| CN112799123B (zh) | 一种软硬围岩过渡段钻爆施工振动探测方法及相关设备 | |
| CN110057310B (zh) | 一种人工挖孔桩变形监测报警方法及系统 | |
| CN109139019A (zh) | 潜埋暗挖隧道下穿地铁既有线路的监测方法及监测装置 | |
| JP2019158637A (ja) | トンネル施工管理システムおよび判定方法 | |
| JP2000045678A (ja) | 切羽崩壊警報システム | |
| CN114370897B (zh) | 一种暗挖隧道爆破震动监测装置及方法 | |
| CN116241327A (zh) | 一种隧道掌子面稳定性监测方法及系统 | |
| CN115688428A (zh) | 爆破近区支护结构爆炸药量临界值计算方法、装置和设备 | |
| JP6788990B2 (ja) | こそく管理装置 | |
| CN111894604B (zh) | 一种隧道挖掘状况智能控制系统 | |
| JP7251407B2 (ja) | センサ設置支援装置、センサ設置支援方法およびプログラム | |
| JP2000045679A (ja) | 切羽崩壊警報システム | |
| JP2018025428A (ja) | 異物識別方法および異物識別装置 | |
| KR20170016566A (ko) | 전기비저항을 이용한 터널 상태 예측 장치 및 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200204 Year of fee payment: 6 |