KR101710131B1 - 터널의 내공변위 측정장치 - Google Patents

터널의 내공변위 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널의 내공변위 측정장치에 관한 것으로, 터널의 내부 일측에 설치되어 레이저를 조사하여 거리를 측정하는 레이저 거리측정장치와; 터널 내부의 변위 측정의 대상이 되는 지점에 설치되며, 상기 레이저 거리측정장치에서 조사되는 레이저를 반사시킴으로써 상기 터널의 변위를 측정할 수 있도록 하는 타켓부재와; 상기 터널의 내부에 설치되어 상기 레이저 거리측정장치로부터 조사되는 레이저를 상기 타켓부재 측으로 반사시켜 상기 터널 내부의 변위를 측정할 수 있도록 하는 제1반사체를; 포함함으로써 차량의 통행이 빈번한 터널의 내부에서 차량의 통행을 방해하지 않고서도 터널 내부의 변위를 정확하게 측정할 수 있도록 함으로써 측량자의 안전을 보장함과 동시에 정확한 터널 내부의 변위 측정이 가능하도록 할 수 있다.

Description

터널의 내공변위 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING DISPLACEMENT OF TUNNAL}
본 발명은 레이저 거리측정 장치를 이용하여 구조물의 변위를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 터널의 내공변위 측정장치에 관한 것이다.
각종의 열차와 지하철 등 선로를 이용하는 제반 구조물(말굽형, 원형, 박스형 등의 터널을 이르며 이하 터널로 칭함)은 다수 국민의 안전과 경제에 직결되는 주요 기반시설물들이다. 이런 주요 기반시설물들은 장기간 사용으로 인한 노후화는 물론 주변 개발 등으로 인하여 변형 및 붕괴가 우려되는 것이 사실이다.
따라서 이러한 주요 기반시설물들의 효율적인 유지 관리가 요구되는데, 특히 손상 및 붕괴로 인한 피해를 예방해야 한다.
구조물의 변위를 알 수 있는 대표적인 방법으로는, LVDT를 이용한 변위 계측법, 경사계를 이용한 변위 계측법, 스트레인 게이지 및 로드셀을 이용한 변위 계측법 등과 같은 접촉식 변위 측정 방법들이 있다.
그러나 이와 같은 방법에 있어서는 해당 센서들을 구조물에 부착할 때 삽입공을 형성하여 센서를 매설해야 하기 때문에 설치 작업이 매우 어려우며, 지하철과 같은 철도 터널의 경우, 지하철이 통과시 발생하는 풍압에 의해서 데이터 오차가 크게 발생하는 등 측정에 있어 오차가 발생하기 때문에 정확한 변형량을 측정하기가 곤란한 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 간단한 장치를 이용하여 오차를 최소화하면서 결과를 신뢰할 수 있는 터널의 내공변위 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 터널의 내공변위 측정장치는, 터널의 내부 일측에 설치되어 레이저를 조사하여 거리를 측정하는 레이저 거리측정장치와; 터널 내부의 변위 측정의 대상이 되는 지점에 설치되며, 상기 레이저 거리측정장치에서 조사되는 레이저를 반사시킴으로써 상기 터널의 변위를 측정할 수 있도록 하는 타켓부재와; 상기 터널의 내부에 설치되어 상기 레이저 거리측정장치로부터 조사되는 레이저를 상기 타켓부재 측으로 반사시켜 상기 터널 내부의 변위를 측정할 수 있도록 하는 제1반사체를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 타켓부재는 변위를 측정하고자 하는 상기 터널 내면의 복수의 개소에 설치될 수 있다.
그리고, 상기 제1반사체는 상기 터널 내면에 설치된 복수의 상기 타켓부재 측으로 상기 레이저를 반사시킬 수 있도록 지면에 대하여 경사지게 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1반사체는 선택적으로 반사면이 상기 터널 내면에 설치된 복수의 상기 타켓부재를 향할 수 있도록 상기 터널을 내면을 따라 회전 가능하게 설치될 수 있다.
아울러, 상기 레이저 거리측정장치는 터널의 가장자리 일측에 설치되고, 상기 레이저 거리측정장치와 상기 제1반사체 사이에는 상기 레이저 거리측정장치로부터 조사되는 레이저를 상기 제1반사체 측으로 반사시킬 수 있도록 하는 별도의 제2반사체가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 제2반사체는 상기 레이저를 상기 제1반사체 측으로 반사시킬 수 있도록 상기 제1반사체를 향하여 일정 각도 경사지게 배치될 수 있다.
또한, 상기 레이저 거리측정장치, 상기 제1반사체 및 상기 제2반사체는 일측에 개폐창이 구비된 함체의 내부에 배치될 수 있다.
아울러, 상기 함체의 내부 일측에는 방진브러쉬가 설치되어 상기 레이저 거리측정장치, 상기 제1반사체 및 상기 제2반사체에 부착되는 이물질을 제거할 수 있다.
그리고, 상기 레이저 거리측정장치가 설치된 지점으로부터 전후방으로 각각 일정 거리 이격된 위치에는 별도의 열차감지센서가 설치되고, 상기 터널의 내부 일측에는 상기 열차감지센서에서 열차가 감지되면 발생되는 신호를 수신하여 상기 내공변위 측정장치를 제어하는 제어부가 설치될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 터널의 내공변위 측정장치는, 차량의 통행이 빈번한 터널의 내부에서 차량의 통행을 방해하지 않고서도 터널 내부의 변위 측정이 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널의 내공변위 측정장치가 터널에 설치된 구조를 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 내공변위 측정장치가 터널에 설치된 구조를 도시한 정면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널의 내공변위 측정장치가 터널에 설치된 구조를 측면에서 바라본 측면도이며,
도 4는 도 1의 레이저 거리측정장치의 구조를 도시한 측면도이고,
도 5는 도 1의 제1반사체의 구조를 도시한 측면도이며,
도 6은 도 1의 제2반사체의 구조를 도시한 측면도이다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 토치를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널의 내공변위 측정장치가 터널에 설치된 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터널 내공변위 측정장치가 터널에 설치된 구조를 도시한 정면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터널의 내공변위 측정장치가 터널에 설치된 구조를 측면에서 바라본 측면도이며, 도 4는 도 1의 레이저 거리측정장치의 구조를 도시한 측면도이고, 도 5는 도 1의 제1반사체의 구조를 도시한 측면도이며, 도 6은 도 1의 제2반사체의 구조를 도시한 측면도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 터널의 내공변위 측정장치는, 터널(3)의 내부 일측에 설치되어 레이저를 조사하여 거리를 측정하는 레이저 거리측정장치(100)와; 터널(3) 내부의 변위 측정의 대상이 되는 지점에 설치되며, 상기 레이저 거리측정장치(100)에서 조사되는 레이저를 반사시킴으로써 상기 터널의 변위를 측정할 수 있도록 하는 타켓부재(200)와; 상기 터널(3)의 내부에 설치되어 상기 레이저 거리측정장치(100)로부터 조사되는 레이저를 상기 타켓부재(200) 측으로 반사시켜 상기 터널(3) 내부의 변위를 측정할 수 있도록 하는 제1반사체(300)를; 포함하여 구성되어 있다.
레이저 거리측정장치(100)는 적외선이나 레이저를 발생하는 발광부와 상기 발광부에서 출사된 적외선 또는 레이저가 장애물에 반사되어 오는 빛을 수광하기 위한 수광부를 포함하여 구성되어 있다.
이러한 발광부와 수광부를 포함하여 구성되는 레이저 거리측정장치(100)는 빔 형태의 적외선 또는 레이저를 송출하고, 거리를 검출하고자 하는 대상 구조물에서 반사된 광이 1차원적으로 배열되는 수광소자로 이루어진 수광부에 입사되는 입사 점을 판단하며, 입사점과 대상 구조물과의 거리에 대한 상관관계를 이용하여 대상 구조물까지의 거리를 산출하게 된다.
타켓부재(200)는 상기 대상 구조물에 해당하여, 타켓부재(200)의 형상에 의하여 레이저 거리측정장치(100)를 이용하여 종래에 비하여 대상 구조물의 수직 변위를 정밀하게 측정하게 된다.
타켓부재(200)를 설치하는 방향에 따라 상기 대상 구조물의 수직 변위뿐만 아니라 수평 변위도 측정할 수 있는데, 이는 대상 구조물에 대하여 필요에 따라 선택적으로 선택하여 수직 변위를 측정하거나 혹은 수평 변위를 측정할 수 있도록 타켓부재(200)를 설치하게 된다.
이러한 타켓부재(200)는 변위를 측정하고자 하는 터널(3) 내면의 복수의 개소에 설치됨으로써 터널(3) 내부의 복수의 개소에서 터널 내공 변위를 측정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 제1반사체(300)는 레이저 거리측정장치(100)에서부터 조사되는 레이저를 타켓부재(200) 측으로 반사시켜 터널(3)의 내공 변위를 측정할 수 있도록 하는 역할을 하는 부재이다.
타켓부재(200)가 터널(3)의 굴곡진 내측 벽면에 일정 높이를 갖도록 설치되고 반면에 레이저 거리측정장치(100)는 지면과 근접한 영역에 설치되어 있으므로 레이저 거리측정장치(100)로부터 조사되는 레이저를 용이하게 타켓부재(200) 측으로 조사할 수 있도록 하기 위하여 별도의 제1반사체(300)가 설치되는 것이 바람직하다.
이러한 제1반사체(300)는 터널(3) 내면에 설치된 복수의 타켓부재 (200)측으로 레이저 거리측정장치(100)로부터 조사되는 상기 레이저를 반사시킬 수 있도록 지면에 대하여 경사지게 배치된다.
그리고, 제1반사체(300)로 입사되는 레이저의 입사각이 45°일 경우에 수평 변위와 수직 변위가 동일함을 감안한다면 제1반사체(300)의 경사 각도는 45°로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 제1반사체(300)의 경사 각도가 45°로 형성되어 레이저의 입사각과 반사각이 동일하게 되므로 제1반사체(300)는 터널(3)의 폭 방향을 따라 타켓부재(200)와 동일선상에 배치되어야 할 것이다.
제1반사체(300)는 선택적으로 반사면이 터널(3) 내면에 설치된 복수의 상기 타켓부재(200)를 향할 수 있도록 터널(3)을 내면을 따라 회전 가능하게 설치되도록 함으로써 단일개의 제1반사체(300)를 이용하여 선택적으로 레이저를 복수의 타켓부재(200) 중 어느 하나의 타켓부재(200) 측으로 조사할 수 있도록 함으로써 복수의 위치에서 편리하게 변위를 측정할 수 있도록 하는 것이 효과적이다.
이러한 제1반사체(300)에는 별도의 경사계 센서를 장착하여 레이저가 투사되는 각도 정보를 동시에 확보함으로써 터널(3) 벽면의 타켓부재(200) 위치를 정확하게 확인할 수 있으며, 고속으로 회전하며 측정이 진행되어도 좌표정보를 정확하게 파악할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
레이저 거리측정장치(100)를 터널(3)의 가장자리 일측에 설치하여 차량이 통행에 방해가 되지 않는 상황에서 터널(3)의 내공 변위를 측정할 수 있도록 하기 위해서는, 레이저 거리측정장치(100)와 제1반사체(300) 사이에 레이저 거리측정장치(100)로부터 조사되는 레이저를 제1반사체(300) 측으로 반사시킬 수 있도록 하는 별도의 제2반사체(400)를 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 제2반사체(400)는 레이저 거리측정장치(100)로부터 조사되는 레이저를 제1반사체(300) 측으로 반사시킬 수 있도록 제1반사체(300)를 향하여 일정 각도 경사지게 배치되어 있다.
제2반사체(400)의 경사 각도는 레이저 거리측정장치(100)와 제1반사체(300)의 위치에 따라 다양한 각도를 형성할 수 있으나, 제2반사체(400) 역시 제1반사체(300)와 마찬가지로 45°각도를 이루는 것이 수평 변위와 수직 변위가 동일하게 된다는 관점에서 별도의 환산을 하지 않아도 되므로 효과적일 것이다.
한편, 레이저 거리측정장치(100), 제1반사체(300) 및 제2반사체(400)는 일측에 개폐창이 구비된 함체(110, 310, 410)의 내부에 배치됨으로써 이물질이나 수분이 레이저 거리측정장치(100), 제1반사체(300) 및 제2반사체(400)에 접촉됨을 방지하여 제품의 수명을 향상시킬 수 있게 된다.
그리고, 함체(110, 310, 410)에 구비된 개폐창은 변위를 측정시에는 개방되고, 변위를 측정하지 않을 경우에는 폐쇄되도록 함으로써 외부의 수분이나 이물질이 함체(110, 310, 410)의 내부로 침투함을 방지하도록 하는 것이 효과적이다.
그리고, 함체(110, 310, 410)의 내부 일측에는 방진브러쉬(120, 320, 420)가 설치되어 레이저 거리측정장치(100), 제1반사체(300) 및 제2반사체(400)에 부착되는 이물질이나 비산먼지를 정기적으로 제거함으로써 레이저 측정거리의 오차를 최소화 함으로써 변위를 정확하게 측정하도록 하는 것이 바람직하다.
레이저 거리측정장치(100)가 설치된 지점으로부터 전후방으로 각각 일정 거리 이격된 위치에는 별도의 열차감지센서(600)가 설치되고, 터널(3)의 내부 일측에는 열차감지센서(600)에서 열차가 감지되면 발생되는 신호를 수신하여 내공변위 측정장치를 제어하는 제어부(500)가 설치되어 있다.
이러한 열차감지센서(600)에서 열차가 감지되면 변위의 측정이 불가능하기 때문에 각각의 함체(110, 310, 410)에 구비된 개폐창이 자동으로 닫히도록 하여 열차가 통과하면서 발생하게 되는 외적인 요인에 의하여 내공변위 측정장치가 손상됨을 방지하게 된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 터널의 내공변위 측정장치를 이용하여 터널의 내공 변위를 측정하는 과정은 다음과 같다.
우선, 터널(3)의 내공 변위를 측정하고자 하는 위치의 터널(3)의 내측 벽면에 복수의 타켓부재(200)를 설치하고, 터널(3)의 폭 방향을 따라 타켓부재(200)와 동일선상의 터널(3) 하측 중앙에 제1반사체(300)를 설치한다.
그리고, 제1반사체(300)의 전방 일측에 제2반사체(400)를 설치하게 되는데, 이때, 제1반사체(300)의 경사 각도와 제2반사체(400)의 경사각도는 모두 레이저의 입사 방향 및 반사 방향에 대하여 45°각도를 이루도록 하는 것이 바람직하다.
그 후, 레이저 거리측정장치(100)를 터널(3)의 폭 방향을 따라 제2반사체(400)와 동일선상의 터널(3) 가장자리에 배치한 후에 레이저 거리측정장치(100)에 전원을 공급하여 레이저가 제2반사체(400) 측으로 조사되도록 한다.
제2반사체(400) 측으로 조사된 레이저는 제2반사체(400)의 표면에서 반사되어 제1반사체(300) 측으로 조사되고, 제1반사체(300) 측으로 조사된 레이저는 변위를 측정하고자 하는 타켓부재(200) 측으로 조사됨으로써 시간의 경과에 따라 타켓부재(200)가 설치된 위치의 터널(3) 내부에서 변위가 발생하게 되면 레이저 거리측정장치(100)에서 초기 측정된 거리와의 차이가 발행하게 되며 이러한 차이를 감지함으로써 터널(3)의 내공 변위 측정이 완료된다.
한편, 다른 위치의 터널(3) 내공 변위를 측정하기 위해서는 제1반사체(300)를 다른 위치에 설치된 타켓부재(200) 측으로 회전시켜, 레이저 거리측정장치(100)로부터 조사되는 레이저가 다른 위치에 설치된 타넷부재(200) 측으로 조사되도록 한 후에 상술한 과정을 반복함으로써 다른 위치에서의 변위를 측정할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 터널의 내공변위 측정장치는 기존에 존재하던 레이저 거리측정장치(100) 및 타켓부재(200)를 이용하여 구조물의 수직 방향에 따른 변위를 정확하게 측정할 수 있도록 함으로써 구조물의 안전성을 정확하게 파악할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 타켓부재(200)의 설치 방향을 변경함으로써 구조물의 수평 방향에 따른 변위도 정확하게 측정할 수 있도록 함으로써 구조물의 안정성을 정확하게 파악할 수 있도록 할 수 있음은 물론이다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 일 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 일 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
100 : 레이저 거리측정장치 200 : 타켓부재
300 : 제1반사체 400 : 제1반사체

Claims (9)

  1. 터널(3)의 내부 일측에 설치되어 레이저를 조사하여 거리를 측정하는 레이저 거리측정장치(100)와;
    터널(3) 내부의 변위 측정의 대상이 되는 지점에 터널(3)의 내면을 따라 일정 간격 이격되게 설치되며, 상기 레이저 거리측정장치(100)에서 조사되는 레이저를 반사시킴으로써 상기 터널의 변위를 측정할 수 있도록 하는 복수의 타켓부재(200)와;
    상기 터널(3)의 내부에 설치되어 상기 레이저 거리측정장치(100)로부터 조사되는 레이저를 상기 타켓부재(200) 측으로 반사시켜 상기 터널(3) 내부의 변위를 측정할 수 있도록 하는 제1반사체(300)를; 포함하고,
    상기 레이저 거리측정장치(100)는 터널(3)의 가장자리 일측에 설치되고, 상기 레이저 거리측정장치(100)와 상기 제1반사체(300) 사이에는 상기 레이저 거리측정장치(100)로부터 조사되는 레이저를 상기 제1반사체(300) 측으로 반사시킬 수 있도록 하는 별도의 제2반사체(400)가 구비되며,
    상기 타켓부재(200)는 변위를 측정하고자 하는 상기 터널(3) 내면을 따라 복수의 개소에 설치되고, 상기 제1반사체(300)는 상기 터널(3) 내면에 설치된 복수의 상기 타켓부재 (200)측으로 상기 레이저를 반사시킬 수 있도록 지면에 대하여 경사지게 배치되며, 상기 제1반사체(300)는 선택적으로 반사면이 상기 터널(3) 내면에 설치된 복수의 상기 타켓부재(200)를 향할 수 있도록 상기 터널(3)을 내면을 따라 회전 가능하게 설치되고, 상기 제2반사체(400)는 상기 레이저를 상기 제1반사체(300) 측으로 반사시킬 수 있도록 상기 제1반사체(300)를 향하여 일정 각도 경사지게 배치되며,
    상기 레이저 거리측정장치(100)가 설치된 지점으로부터 전후방으로 각각 일정 거리 이격된 위치에는 별도의 열차감지센서(600)가 설치되고, 상기 터널(3)의 내부 일측에는 상기 열차감지센서(600)에서 열차가 감지되면 발생되는 신호를 수신하여 상기 레이저 거리측정장치(100), 상기 제1반사체(300) 및 상기 제2반사체(400)가 내부에 배치된 함체(110, 310, 410)의 개폐창이 자동으로 닫히도록 제어하는 제어부(500)가 설치된 것을 특징으로 하는 터널의 내공변위 측정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 거리측정장치(100), 상기 제1반사체(300) 및 상기 제2반사체(400)는 일측에 개폐창이 구비된 함체(110, 310, 410)의 내부에 배치된 것을 특징으로 하는 터널의 내공변위 측정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 함체(110, 310, 410)의 내부 일측에는 방진브러쉬(120, 320, 420)가 설치되어 상기 레이저 거리측정장치(100), 상기 제1반사체(300) 및 상기 제2반사체(400)에 부착되는 이물질을 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 터널의 내공변위 측정장치.
  9. 삭제
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