KR101779017B1 - 지반 내 간극수압과 흡입응력 계측을 통한 지반함몰 모니터링 시스템 및 상시감시 방법 - Google Patents

지반 내 간극수압과 흡입응력 계측을 통한 지반함몰 모니터링 시스템 및 상시감시 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지반 내부에 소정의 깊이로 관입되어 지하수 변화에 의한 간극수압(pore water pressure)을 측정하는 지반함몰 측정장치, 및 지반함몰 측정장치로부터 간극수압을 입력받아 간극수압의 변화를 모니터링하며, 간극수압이 기준치 이하로 감소하면 지반함몰을 경고하는 지반함몰 모니터링장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지반 내 흡입응력과 간극수압 계측을 통한 지반함몰 모니터링 시스템 및 상시감시방법을 제공한다.

Description

지반 내 간극수압과 흡입응력 계측을 통한 지반함몰 모니터링 시스템 및 상시감시 방법 {MONITORING SYSTEM AND METHOD FOR PREDICTING URBAN SINKHOLE MEASURED BY SUCTION STRESS AND PORE WATER PRESSURE}
본 발명은 지반함몰 감시기술에 관한 것이다.
최근 도심지에 싱크홀이 발생했다는 기사가 심심치 않게 보도된다. 싱크홀(sinkhole)은 지하에 분포하는 공동이 공동 상부의 지반 또는 구조물의 무게를 견디지 못하는 경우 주저 앉게 되는데, 이때 지표와 연결되는 큰 구멍을 의미한다.
싱크홀은 자연적인 원인으로 인한 것과 인위적인 원인으로 의한 것으로 구분되며 도심지역에서 발생하는 대부분의 싱크홀(urban sinkhole)은 대규모 토목공사 수행시 지하구조물 관리 소홀에 의해서 발생하는 것으로 알려져 있다. 여기서 도심지 싱크홀은 도심지에서 발생하는 지반침하, 지반함몰, 도로함몰 등을 포함하는 포괄적 용어로 사용한다. 특히 인구밀도가 높은 도심지에 거주하는 사람은 인위적인 도시개발에 따른 재난위험에 노출되어 있다고 볼 수 있다. 이러한 이유로 대규모 토목공사가 진행되는 지역의 주민들은 언제 싱크홀이 발생할지 모른다는 불안감에 시달리는 경우가 많아 문제된다. 따라서 이와 같은 국민적 불안감을 해소하고, 지반함몰로 인한 인적, 물적 손해를 최소화하기 위해 사전에 지반함몰을 모니터링하는 기술의 필요성이 대두되고 있다.
대한민국 특허출원번호 제10-2013-0051175호는 “지피알 탐사장비의 신호처리에 의한 지하시설물 탐측시스템”을 개시한 바 있다. 종래 기술에 따르면 비파괴탐사방법으로 지표투과레이더(Ground Penetrating Radar, GPR) 탐사장비를 사용하여 카트(cart) 또는 차량에 탐사장비를 탑재하고 장비를 소형화하여 이동성과 활동성을 높인 비파괴형태 탐사장치를 통하여 지상에서 이동시키면서 지하시설물의 이상여부를 탐측한다. 그러나, 종래 기술에 따른 지하매설물 탐측장치는 카트를 작업자가 직접 이동시키며 탐측해야하므로 광범위한 지역을 탐사하기에 오랜 시간이 소요되고 공간적 제약이 있으며, 사람의 노동력을 이용해야한다는 점에서 24시간 상시 모니터링할 수 없다는 시간적 제약이 있다. 또한 탐측결과는 프로그램상 가시화된결과로 판단되기 힘들고 과학기술자의 기술력과 숙련도에 의존하기에 실제 공동의 존재여부뿐만 아니라 공동의 위치와 크기에 있어 상이한 결과를 초래하는 경우가 빈번하다. 비파괴조사를 통한 간접적인 지하 공동의 조사는 가능하지만 지속적인 모니터링과 직접적인 공동의 존재와 확산 여부를 판단하기 위해서는 지반내 이상치(anormaly) 계측을 통한 보다 직접적인 방법이 필요하다.
이에 본 발명의 발명자는 그런 문제점을 해결하기 위해서 오랫동안 연구하고 시행착오를 거치며 개발한 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 간극수압과 흡입응력의 변화를 모니터링하여 지반함몰을 상시감시하는 시스템을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 상시감시 결과 1차적으로 지반함몰 위험구역이 발견되면 보다 정밀한 감시를 위해서 2차로 확인감시를 실시할 수 있는 시스템을 제공하는 것에 있다. 2차 확인을 위한 확인감시시스템은 현장 지질조사 및 보오링(boring)을 통한 지질 및 지반조사 방법을 통하여 실제 지반 내 공동 발생여부와 지반 다짐도 변화를 직접적으로 확인하는 방법이 있을 수 있고, 1차 상시감시 결과로 표기된 지반함몰 위험 예상지역에 대한 지반의 전단강도 모니터링을 통한 지반함몰을 예측하는 방법도 있다. 이와 같이 서로 다른 원리(간극수압 및 전단강도)를 이용하여 지반함몰을 예측하므로 보다 정확한 감시가 가능할 것이다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
이와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 제1국면은 지반 내부에 소정의 깊이로 관입되어 지하수위 변화에 의한 간극수압(pore water pressure)을 측정하는 지반함몰 측정장치; 및
지반함몰 측정장치로부터 간극수압을 입력받아 간극수압의 변화를 모니터링하며, 간극수압이 기준치 이하로 감소하면 지반함몰을 경고하는 지반함몰 모니터링장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지반 내 간극수압과 흡입응력 계측을 통한 지반함몰 모니터링 시스템을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 지반함몰 측정장치는 흡입응력을 더 측정하고,
상기 모니터링장치는 지하수위 아래의 간극수압 및 지하수위 위의 흡입응력의 변화를 동시에 모니터링하여 지반함몰을 경고하는 것이 좋다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 지반함몰 측정장치는 서로 다른 깊이에서 간극수압을 측정하는 복수의 간극수압 측정센서; 및 서로 다른 깊이에서 흡입응력을 측정하는 복수의 흡입응력 측정센서를 포함하는 것이 좋다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 지반함몰 측정장치는 관입되는 지점의 지하수위를 기준으로 위에는 적어도 하나 이상의 흡입응력 측정센서가 배치되고, 아래에는 적어도 하나 이상의 간극수압 측정센서가 배치되는 것이 좋다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 지반함몰 측정장치는 관입되는 지점의 지하수위가 변화하는 중단부에 흡입응력 측정센서 및 간극수압 측정센서를 동시에 배치하는 것이 좋다.
바람직한 실시예에 있어서, 지상으로 돌출되어 설치되며 보행자 또는 차량을 통제하기 위해 배치되는 적어도 하나 이상의 볼라드(bollard)형 신호장치를 더 포함하고,
상기 모니터링장치는 서로 다른 위치에 관입된 복수의 지반함몰 측정장치로부터 입력된 간극수압 또는 흡입응력의 변화를 모니터링하고, 이상치(anormaly)가 관측되는 지반함몰 측정장치의 위치를 기준으로 지반함몰 위험구역을 추출하여, 지반함몰 위험구역의 경계에 위치하는 볼라드형 신호장치에 경고신호를 송출하는 것이 좋다.
또한 이와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 제2국면은 지반 내 흡입응력과 간극수압 계측을 통한 지반함몰 모니터링 시스템이:
(a) 서로 다른 위치에서 지반 내부에 관입된 복수의 지반함몰 측정장치로부터 주기적으로 간극수압 측정결과를 수신하는 단계;
(b) 측정결과를 모니터링하여 간극수압의 모니터링 결과 이상치(anormaly)가 관측되는 지반함몰 측정장치를 선별하는 단계;
(c) 이상치가 관측된 지반함몰 측정장치의 위치를 연결하여 지반함몰 위험구역을 추출하는 단계; 및
(d) 지반함몰 위험구역에 지반함몰 위험신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지반 내 간극수압과 흡입응력 계측을 통한 지반함몰 상시감시방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계는 상기 지반함몰 위험구역에 설치된 볼라드형 신호장치를 선택하는 단계; 및
선택된 볼라드형 신호장치가 빛, 소리, 진동 및 회전 등의 변화를 포함하는 경고신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 지반함몰 측정장치를 관입하는 위치의 지하수위를 결정하는 단계;
지하수위를 기준으로 위에는 적어도 하나 이상의 흡입응력 측정센서를 배치하고, 아래에는 적어도 하나 이상의 간극수압 측정센서를 배치하는 단계; 및
지하수위면 상부의 흡입응력 측정결과 및 지하수위면 하부의 간극수압 측정결과를 수신하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.
위와 같은 본 발명의 과제해결수단에 의해서 본 발명은 간극수압 및/또는 흡입응력의 변화를 모니터링하여 효과적으로 지반함몰을 예측할 수 있다. 실험결과 간극수압과 흡입응력은 함수비, 전기전도도, 온도와 같은 인자들 보다 지반함몰을 더욱 용이하게 예측할 수 있는 인자임이 확인되었다. 또한, 본 발명은 하나의 측정장치에서 지하수위면 아랫부분의 간극수압과 더불어 지하수위면 윗부분의 흡입응력을 함께 모니터링하여 보다 효과적으로 지반함몰을 예측한다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 상시감시시스템의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 측정원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 모형토조실험장치의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 모형토조실험장치의 실험결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 확인감시방법의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 지반함몰을 예측하고 사전에 경고하기위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 1차로 상시감시시스템을 광범위한 지역에 설치하여 운영한다. 상시감시시스템은 지반 내 간극수압의 변화를 모니터링하여 간극수압이 급격하게 감소하는 구역을 지반함몰 위험구역으로 설정한다.
지반함몰 위험구역에는 2차로 확인감시시스템이 설치된다. 광역감시시스템인 상시감시시스템과 비교하여 확인감시시스템은 협소한 지역에서 운영된다. 확인감시시스템은 현장의 지질과 지반조사 방법을 포함하여 지반 내 전단강도의 변화를 모니터링하며 전단강도가 감소하는 경우 해당 지반이 다짐도의 변화로 인하여 연약해졌거나 공동이 발생했을 가능성을 포함하는 것으로 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 상시감시시스템의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 상시감시시스템(100)은 지반함몰 측정장치(110), 모니터링장치(120), 볼라드형 신호장치(130)를 포함한다.
지반함몰 측정장치(110)는 지반 내부에 소정의 깊이로 관입되어 지하수에 의한 간극수압(pore water pressure) 및/또는 흡입응력(soil water potential)을 측정한다. 바람직한 실시예에 있어서, 지반함몰 측정장치(110)는 서로 다른 깊이에 배치된 복수의 측정센서(S1 내지 S5)를 포함한다. 측정센서(S1 내지 S5)는 한가지 이상의 센서가 조합될 수 있다. 예를 들어 측정센서(S1 내지 S5)는 간극수압 측정센서 및/또는 흡입응력 측정센서를 포함할 수 있다. 또한, 그 밖에도 측정센서(S1 내지 S5)는 온도 센서, 함수비 센서, 전기전도도 센서 등을 더 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서 간극수압 측정센서 및/또는 흡입응력 측정센서는 깊이에 따라서 상이하게 배치될 수 있다. 지하수위를 기준으로 위에는 적어도 하나 이상의 흡입응력 측정센서가 배치되고, 아래에는 적어도 하나 이상의 간극수압 측정센서가 배치될 수 있다. 예를 들어, 지하수위(grundwater)가 도 1과 같을 때, 제4측정센서(S4) 및 제5측정센서(S5)는 흡입응력 측정센서가 되고, 제1측정센서(S1), 제2측정센서(S2), 및 제3측정센서(S3)는 간극수압 측정센서일 수 있다.
또한, 다른 실시예에서 관입되는 지점의 지하수위가 변화하는 중단부에는 흡입응력 측정센서 및 간극수압 측정센서를 동시에 배치할 수 있다. 예를 들어, 지하수위도 1과 같이 S3와 S4 사이에서 변화한다고 가정하면, 제3측정센서(S3) 및 제4측정센서(S4)는 흡입응력 측정센서 및 간극수압 측정센서를 동시에 포함할 수 있다. 이에 따라 지하수위가 변화하더라도 중단부에서는 항상 간극수압과 흡입응력을 동시에 측정할 수 있는 효과가 있다.
모니터링장치(120)는 지반함몰 측정장치(110)로부터 간극수압을 입력받아 간극수압의 변화를 모니터링하며, 간극수압이 기준치 이하로 감소하여 이상치(anormaly)가 관측되면 지반함몰을 경고한다. 모니터링장치(120)는 지반함몰을 감시하기 위해 광범위한 지역에 소정의 거리만큼 이격되어 관입된 복수의 지반함몰 측정장치와 연결된다. 모니터링장치(120)는 이처럼 서로 다른 위치에 관입된 복수의 지반함몰 측정장치(110)로부터 입력된 간극수압의 변화를 모니터링하고, 간극수압의 변화가 기준치 이상인 지반함몰 측정장치(110)의 위치를 기준으로 지반함몰 위험구역을 추출하여, 지반함몰 위험구역의 경계에 위치하는 볼라드형 신호장치(130)에 경고신호를 송출할 수 있다.
볼라드형 신호장치(130)는 지상으로 돌출되어 설치되며 보행자 또는 차량을 통제하기 위해 배치되며, 지반함몰 측정장치(110)가 매립된 구역 인근에서 적어도 하나 이상 설치된다. 모니터링 중에 이상치(anormaly)가 관측되면 지반함몰이 예상되므로 지상에 설치된 볼라드형 경고장치 등을 통해 경고신호를 발생한다. 지반함몰이 예상되는 구역은 특정 지점(spot)이 아니라 소정의 면적을 갖는 구역(area)이므로 복수의 볼라드(bollard)형 신호장치(130)를 분산하여 배치한 후, 모니터링장치(120)가 지반함몰 위험구역에 위치하는 볼라드형 신호장치(130)에 경고신호를 송출하도록 하여 보행자 또는 차량에게 지반함몰을 예고, 경고할 수 있다.
본 발명은 간극수압 및/또는 흡입응력이 지하수위와 비례관계에 있음에 착안하였고, 지하수위가 급격하게 변동하는 경우 지반함몰의 위험이 크게 증가함을 실험을 통해 입증하였다. 이하 이를 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 지하수위와 간극수압의 상관관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 (a)에서 알 수 있듯이, 지하수위는 제3간극수압센서(S3)의 위치이다. 빗금 친 부분은 간극수압의 크기를 상대적으로 표현한 것이다. 깊이가 깊을수록 간극수압이 증가함을 알 수 있다. 도 2의 (b)는 지하수위가 증가한 경우 간극수압의 변화를 도시한 것이다. 지하수의 수위가 제4간극센서(S4)까지 상승한 경우 빗금 친 부분만큼 간극수압이 상승하였다. 도 2의 (c)는 지하수위가 감소하는 경우 간극수압의 변화를 도시한 것이다. 지하수위가 제2간극센서(S5)까지 하강한 경우 간극수압이 감소하였다. 특히 S2 및 S3 사이에는 부의 간극수압이 작용한다. 위 도면에서 알 수 있듯이, 간극수압은 지하수위에 따라 증가하거나 감소하는 물리양이다.
도 3은 본 발명의 모형토조실험장치의 바람직한 실시예를 나타내는 도면이다. 도 3에서 알 수 있듯이, 모형토조실험장치(200)는 모형토조(210), 모니터링부(220), 지하수 및 지질환경 측정센서(230)를 포함한다. 지하수 및 지질환경 측정센서(230)는 간극수압, 흡입응력, 온도, 전기전도도, 용적함수비, 탁도 등 다양한 인자를 계측가능한 센서를 포함한다. 모형토조(210)는 내부에 토양을 수용하기 위한 공간부, 물을 배출하기 위해 하면에 형성된 배수구(211), 지반함몰을 관측하기 위해 투명한 재질로 형성된 측면부(213)를 포함한다. 여기서 토사와 물을 유출하는 배수구는 원형 홈 또는 관로형으로 제작할 수 있다. 모니터링부(220)는 간극수압 측정센서로부터 간극수압 측정결과를 수신한다. 간극수압 측정센서(230)는 공간부에 수용된 토양에 소정의 깊이로 삽입되어 간극수압을 측정한다. 이때 간극수압 측정센서(230)는 도 3과 같이 좌측과 우측에 각각 설치할 수 있다.
도 3의 모형토조실험장치를 이용하면 토조 내 시험자가 원하는 높이까지 물을 채우고 배출(flowing out)하는 과정을 반복적으로 수행함으로써 공동을 상향진행(upward mitigation)시키고 지반함몰을 유도할 수 있다. 이를 통해 공동의 확산과 지반함몰 시점에서 지하수위의 변화를 관측할 수 있으며, 지하수위 변화와 지질환경의 변화가 지반함몰 감시인자로 적합하다는 결론에 도달할 수 있다. 도 4에서 도 8까지는 이를 뒷받침하기 위한 실험결과를 나타낸 것이다.
먼저 도 4와 같이 도 3의 모형토조실험장치를 셋팅한다. 예를 들어 토조내 시료는 1~5 cm씩 복수개 층으로 다져 넣고, 층 사이에 착색된 토사인 색모래를 배치하여 토사의 움직임을 효과적으로 관찰할 수 있도록 한다. 토조 하단 중앙의 배수구를 중심으로 양측에는 지하수 및 지질환경 측정센서(230)를 설치한다. 실제 실험수행시 토조 내 시료는 25cm 적층하고, 지하수위는 바닥면으로부터 5cm 가량 채운다. 전체적으로 일정한 지하수위가 될 수 있도록 소정의 시간동안 대기한 후 지하수와 시료토사를 동시에 유출시켜 지반함몰을 유도한다. 도 5는 표준사(모래) 90%와 점토 10%의 무게중량비로 구성된 시료를 모형토조에 조성하고 토사유출 전후과정을 관찰함으로써 지반함몰과 지반 내 공동의 확산과정을 확인할 수 있다. 실내 실험결과에 따르면, 지반함몰의 크기와 시간은 공동의 초기 형상에 영향에 받는다. 도 5에서 처럼 도 a, b, c는 원형(outlet type) 공동 유출구를 통한 토사유출이며, 도 d, e, f는 관로형(duct line type) 공동 유출구를 사용하였을 경우 토사유출 실험결과이다. 공동크기가 작은 경우, 지반함몰이 발생하는데 소요되는 시간이 길고(도a,b,c에서 38초 소요), 공동크기가 커질수록 지반함몰 발생에 소요되는 시간이 짧아진다(도d,e,f에서 38초 소요). 지하수위를 제어하는 방법으로는 토조 외부로부터 물을 인위적으로 유입과 유출을 반복하여 토조 내 물의 위치를 결정할 수 있다.
도 6은 건조시료를 이용하여 도 4의 실험장치에서 실험했을 때 간극수압의 변화를 도시한 도면이다. 건조시료에 대해서 1450초까지 지하수를 함양시킨 후 1750초까지 소정의 대기시간을 갖은 후, 1750초부터 지하수와 토사를 동시에 유출시켰다.
도 6에서 알 수 있듯이, 1750초 이전에 1.1kPa로 일정하게 유지되던 간극수압이 1750초 이후에 0.4kPa로 변화되었다. 즉 일정하게 유지되던 간극수압이 지하수 유출이 시작되는 1750초에서부터 급격하게 감소되어 총 0.7kPa만큼 감소되었음을 알 수 있다. 실제 지반함몰은 이보다 30초 이후인 1780초에서 발생되었다. 따라서, 간극수압의 변화를 모니터링하면 지반함몰을 사전에 예측할 수 있다.
도 7은 초기 함수비를 10%로 조절한 흡윤시료를 이용하여 도 4의 실험장치에서 실험했을 때 흡입응력의 변화를 도시한 도면이다. 흡윤시료에 대해서 4200초까지 지하수를 함양시킨 후 4800초까지 소정의 대기시간을 두었다. 그 후 4800초부터 지하수와 토사를 동시에 유출시켰다.
도 7에서 알 수 있듯이, -29.3kPa로 유지되던 흡입응력이 4800초에서 40초 지난 4840초에서 갑자기 -61.6kPa로 급변하였다. 즉, 32.3kPa만큼 감소되었다. 그리고 흡입응력이 급변한 시점으로부터 40초 이후인 4880초에 지반함몰이 관측되었다. 따라서, 흡입응력의 급격한 감소가 관찰된 이후 소정의 시간이 지난 다음 지반함몰이 발생되었으므로 흡입응력의 변화를 모니터링하면 지반함몰을 사전에 예측할 수 있다.
도 8은 도 7의 실험예에서 용적함수비(volumetric water content)를 측정한 결과를 도시한 도면이다. 도 8에서 알 수 있듯이, 용적함수비는 지하수 유출이 시작되는 4800초 이후에 거의 변화하지 않았다. 다만, 지반함몰이 관측된 4880초로부터 대략 10 내지 20초 이전에 소폭 감소하는 것이 관찰되었을 뿐이다. 그러나, 용적함수비는 13.2%에서 12.9%로 감소되어 0.3%만이 변화했을 뿐이어서 간극수압이나 흡입응력과 같이 큰 폭으로 변화되지 않음을 알 수 있다. 실내 실험결과에 따르면, 간극수압, 흡입응력과 용적함수비 변화에 따른 지반함몰 예측방법이외에 온도, 전기전도도, 탁도 등 다양한 센서를 사용할 수 있으나 관측의 편의상 간극수압과 흡입응력의 변화치가 가장 크고 온도, 전기전도도, 함수비의 변화량이 가장 적게 나타났다. 따라서, 지반함몰을 예상하기 위한 물리양으로 간극수압 및/또는 흡입응력이 다른 인자들에 비해 유리함을 알 수 있다.
[상시감시와 확인감시]
본 발명은 도심지 또는 지반함몰이 예측되는 현장에서 지반함몰 모니터링 시스템을 구축하기 위하여 상시감시와 확인감시를 구분하여 실행한다.
상시감시는 지반내부의 변화를 지속적으로(상시) 모니터링하며, 큰 지역적 범위(도시, 지역 등)를 커버한다. 확인감시는 상시감시에서 얻어진 결과를 바탕으로 지반함몰의 위험이 높은 특정 지역을 보다 정밀하게 조사하기 위해서 실시된다.
상시감시 목적으로 특정 지반 내부의 변화를 모니터링하기 위한 방법으로는 간극수압, 흡입응력, 탁도, 전기전도도, 온도, 체적함수비 등을 계측하는 것이 적합하다. 확인감시 목적으로는 현장 지질조사 및 지반조사를 포함한 토양의 전단강도의 변화를 측정하는 것이 적합하다.
도 9는 상시감시 결과 지반붕괴 위험구역으로 판단된 특정 지역에 확인감시를 실시하는 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9에서 알 수 있듯이, 상시감시를 위해 복수의 상시감시시스템을 소정의 구역에 분산하여 설치한 후, 상시감시를 개시한다(S110). 소정의 구역은 지하철 인근, 대형 토목공사를 수행하는 지역 등일 수 있다. 바람직한 실시예에서 상시감시는 지반 내부에 관입된 복수의 지반함몰 측정장치로부터 주기적으로 간극수압 및/또는 흡입응력 측정결과를 수신하는 단계 및 측정결과를 모니터링하여 간극수압 및/또는 흡입응력의 변화가 기준치 이상이거나 현장조사 및 계측결과에 의해 결정된 지반변화 임계치(critical value)를 기준으로 변화가 감지되면 해당 지역을 지반함몰 위험구역으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상시감시 결과 지반함몰 위험구역이 발견되면(S120), 해당 구역에 확인감시용 베인시험장치를 설치한다(S130). 즉, 지반함몰 상시감시시스템이 지반함몰 위험구역을 특정하면, 확인감시용 베인시험장치가 지반함몰 위험구역의 지반에 소정의 깊이로 베인 블레이드(vane blade)를 삽입하는 것이다. 베인시험장치는 지반함몰 위험구역의 지반 내부에 소정의 깊이로 삽입되며 수평방향으로 연장되며 소정의 면적을 갖는 적어도 두 개 이상의 날개를 포함하는 베인 블레이드, 길게 연장되어 형성되는 파이프로 일단이 베인 블레이드에 연결되고 타단이 토크생성부에 연결되는 연장파이프, 베인 블레이드 및 연장파이프를 회전시키기 위한 토크를 생성하는 토크생성부, 베인 블레이드의 부하를 통해 해당 지반의 전단강도를 계측하는 전단강도측정부를 포함할 수 있다.
그 다음 확인감시용 베인시험장치가 베인 블레이드에 토크를 인가하고(S140), 전단강도를 측정한다(S150). 확인감시용 베인시험장치가 소정의 주기로 이를 반복하여 베인 블레이드가 삽입된 위치에 있는 지반의 전단강도를 모니터링한다(S160). 모니터링 중에 측정된 전단강도의 변화가 기준치 이상인 경우 지반함몰이 예상되므로 지상에 설치된 볼라드형 경고장치 등을 통해 경고신호를 발생한다.
지반함몰이 예상되는 구역은 특정 지점(spot)이 아니라 소정의 면적을 받는 구역(area)이므로 복수의 볼라드(bollard)형 신호장치를 분산하여 배치한 후, 모니터링장치가 지반함몰 위험구역에 위치하는 볼라드형 신호장치에 경고신호를 송출하도록 하여 보행자 또는 차량에게 지반함몰을 예고, 경고할 수 있다. 이를 위해 모니터링장치는 지반함몰 위험구역의 지상에 설치된 볼라드형 신호장치를 선택하는 단계; 및 선택된 볼라드형 신호장치에 경고신호를 송출하는 단계 수행할 수 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (9)

  1. 지반 내부에 소정의 깊이로 관입되어 지하수위 변화에 의한 간극수압(pore water pressure)을 측정하는 지반함몰 측정장치; 및
    지반함몰 측정장치로부터 간극수압을 입력받아 간극수압의 변화를 모니터링하며, 간극수압이 기준치 이하로 감소하면 지반함몰을 경고하는 지반함몰 모니터링장치를 포함하며,
    상기 지반함몰 측정장치는 관입되는 지점의 지하수위를 기준으로 위에는 적어도 하나의 흡입응력 측정센서가 배치되고, 아래에는 적어도 하나의 간극수압 측정센서가 배치되는 것인, 지반 내 간극수압과 흡입응력 계측을 통한 지반함몰 모니터링 시스템.
  2. 삭제
  3. 1항에 있어서,
    상기 지반함몰 측정장치는 서로 다른 깊이에서 간극수압을 측정하는 복수의 간극수압 측정센서; 및 서로 다른 깊이에서 흡입응력을 측정하는 복수의 흡입응력 측정센서를 포함하는 것인, 지반 내 간극수압과 흡입응력 계측을 통한 지반함몰 모니터링 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지반함몰 측정장치는 관입되는 지점의 지하수위가 변화하는 중단부에 흡입응력 측정센서 및 간극수압 측정센서를 동시에 배치하는 것인, 지반 내 간극수압과 흡입응력 계측을 통한 지반함몰 모니터링 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    지상으로 돌출되어 설치되며 보행자 또는 차량을 통제하기 위해 배치되는 적어도 하나 이상의 볼라드(bollard)형 신호장치를 더 포함하고,
    상기 모니터링장치는 서로 다른 위치에 관입된 복수의 지반함몰 측정장치로부터 입력된 간극수압 또는 흡입응력의 변화를 모니터링하고, 이상치(anormaly)가 관측되는 지반함몰 측정장치의 위치를 기준으로 지반함몰 위험구역을 추출하여, 지반함몰 위험구역의 경계에 위치하는 볼라드형 신호장치에 경고신호를 송출하는 것인, 지반 내 간극수압과 흡입응력 계측을 통한 지반함몰 모니터링 시스템.
  7. 지반 내 간극수압과 흡입응력 계측을 통한 지반함몰 모니터링 시스템이:
    (a) 서로 다른 위치에서 지반 내부에 관입된 복수의 지반함몰 측정장치로부터 주기적으로 간극수압 측정결과를 수신하는 단계;
    (b) 측정결과를 모니터링하여 간극수압의 모니터링 결과 이상치(anormaly)가 관측되는 지반함몰 측정장치를 선별하는 단계;
    (c) 이상치가 관측된 지반함몰 측정장치의 위치를 연결하여 지반함몰 위험구역을 추출하는 단계; 및
    (d) 지반함몰 위험구역에 지반함몰 위험신호를 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 (a) 단계는 지반함몰 측정장치를 관입하는 위치의 지하수위를 결정하는 단계;
    지하수위를 기준으로 위에는 적어도 하나의 흡입응력 측정센서를 배치하고, 아래에는 적어도 하나의 간극수압 측정센서를 배치하는 단계; 및
    지하수위면 상부의 흡입응력 측정결과 및 지하수위면 하부의 간극수압 측정결과를 수신하는 단계를 더 포함하는 것인, 지반 내 간극수압과 흡입응력 계측을 통한 지반함몰 상시감시방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 상기 지반함몰 위험구역에 설치된 볼라드형 신호장치를 선택하는 단계; 및
    선택된 볼라드형 신호장치가 빛, 소리, 진동 및 회전 중 적어도 하나의 변화를 포함하는 경고신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것인, 지반 내 간극수압과 흡입응력 계측을 통한 지반함몰 상시감시방법.

  9. 삭제
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