KR101870955B1

KR101870955B1 - 지반상태 탐지 시스템 및 탐지 방법

Info

Publication number: KR101870955B1
Application number: KR1020160087099A
Authority: KR
Inventors: 기정석; 유영호; 이동권; 이하정
Original assignee: (주)지오스캔
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2018-06-25
Also published as: KR20180006221A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 지반상태 탐지 시스템은 흙막이 벽체를 관통하여 상기 흙막이 벽체 외측의 지반에 접지되는 전류 전극, 상기 지반 상면에 격자망 패턴으로 구비되어 상기 전류 전극으로부터 상기 지반에 인가되는 전류에 의해 발생하는 상기 지반 상면의 전위차를 측정하는 전위 전극 및 상기 전류 전극 및 상기 전위 전극에 전기적으로 연결되어 상기 전위 전극에서 측정된 전위차를 기초로 상기 지반의 상태를 탐지하는 제어기를 포함할 수 있다.

Description

지반상태 탐지 시스템 및 탐지 방법 {DETECTING SYSTEM AND DETECTING METHOD FOR GROUND CONDITION}

본 발명은 지반상태 탐지 시스템 및 탐지 방법에 관한 것이다.

일반적으로 흙막이는 굴착 공장 현장에서 공사 작업 현장의 안전을 확보하기 위해 설치되는 구조물로서, 통상적으로 지반을 일정한 깊이로 굴착하는 건축물의 기초공사, 공동구 공사 및 지하철공사 등의 각종 터파기 공사에 사용될 수 있다.

이러한, 흙막이는 터파기 공사 시행 중 굴착면이나 사면의 토압으로 인해 발생할 수 있는 지반 붕괴를 방지함으로써 공사 작업 현장의 안전을 도모할 수 있다. 여기서, 흙막이는 굴착지역의 토압, 수압 등을 고려하여 다양한 제작공법으로 제작될 수 있으며, 예를 들어, 일반적으로 일정간격으로 H빔을 배치하고, H빔들 사이에 토류판을 설치하여 제작될 수 있다.

한편, 이와 같이 흙막이를 설치하는 경우에도, 굴착공정의 진행에 따라 토압, 수압 등에 의해, 흙막이 외측에 배치된 지반이 이완되거나 붕괴되어, 흙막이가 파손될 수 있으며, 흙막이가 파손되는 경우 작업 현장에 있는 작업자는 심각한 위험에 처해질 수 있다.

따라서, 흙막이 구조물이 설치된 후에도 흙막이 외측에 배치된 지반의 상태를 탐지할 수 있는 시스템 및 방법에 대한 연구가 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 흙막이 외측에 배치되는 지반의 상태를 탐지할 수 있는 지반상태 탐지 시스템 및 탐지 방법을 제공하는데 발명의 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지반상태 탐지 시스템에서 상기 전류 전극은 상기 흙막이 벽체에 복수 개가 고정설치되고, 상기 복수 개의 전류 전극은 상기 지반에 동시에 전류를 인가하며, 상기 제어기는 3차원 전기장 해석을 수행하여, 상기 지반의 상태를 탐지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지반상태 탐지 시스템에서 상기 전류 전극은 상기 흙막이 벽체의 테두리를 따라 복수 개가 고정설치되고, 상기 전위 전극은 상기 전류 전극의 상부에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지반상태 탐지 시스템에서 상기 흙막이 벽체에는 상기 전류 전극이 관통하는 관통홀이 구비되고, 상기 관통홀은 상기 흙막이 벽체 내부에 구비되는 철골 구조물과 이격되게 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 지반상태 탐지 방법은 굴착지역의 내측면을 따라 흙막이 벽체를 설치하는 흙막이 벽체 설치단계, 상기 흙막이 벽체의 테두리를 따라 관통홀을 제작하는 천공 단계, 상기 관통홀을 통과하여 상기 흙막이 벽체 외측의 지반에 접지되도록 전류 전극을 설치하는 전류 전극 설치단계, 상기 지반의 상면에 상기 전류 전극에서 인가된 전류에 의해 발생하는 전위차를 측정하는 전위 전극을 설치하는 전위 전극 설치단계 및 상기 전위 전극에서 측정된 전위차를 기초로 상기 지반의 상태를 탐지하는 지반상태 탐지단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 지반상태 탐지 방법에서 상기 천공 단계는 상기 관통홀을 상기 흙막이 벽체 내부에 구비되는 철골구조물과 이격되게 제작할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 지반상태 탐지 방법에서 상기 지반상태 탐지단계는 3차원 전기장 해석을 수행하여, 상기 지반의 상태를 탐지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지반상태 탐지 시스템 및 탐지 방법은 흙막이 외측에 배치되는 지반의 상태를 탐지하여 흙막이 붕괴 등으로 인해 발생할 수 있는 작업 현장 안전문제를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반상태 탐지 시스템이 배치된 작업현장을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반상태 탐지 시스템의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반상태 탐지 방법의 개략 블록도이다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반상태 탐지 시스템이 배치된 작업현장을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반상태 탐지 시스템의 개략 단면도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 지반상태 탐지 시스템(1)은 흙막이 벽체(10)를 관통하여 상기 흙막이 벽체(10)외측의 지반(11)에 접지되는 전류 전극(100), 상기 지반(11)의 상면에 격자망으로 구비되어 상기 전류 전극(100)으로부터 상기 지반(11)에 인가되는 전류에 의해 발생하는 전위차를 측정하는 전위 전극(200) 및 상기 전류 전극(100) 및 상기 전위 전극(200)에 전기적으로 연결되어 상기 전위 전극(200)에서 측정된 전위차를 기초로 상기 지반(11)의 상태를 탐지하는 제어기(300)를 포함할 수 있다.

흙막이 벽체(10)는 공사 작업 현장 등에서 작업자의 안전을 확보하기 위해 설치되는 구조물을 의미할 수 있으며, 일반적으로 지반을 일정한 깊이로 굴착하는 건축물의 기초공사, 공동구 공사 등에 있어서, 굴착지역의 측면 테두리를 따라 설치될 수 있다.

이러한 흙막이 벽체(10)는 공사 시행 중 굴착면이나 사면의 토압, 수압 등에 의해 발생할 수 있는 지반 붕괴, 이완에 따른 안전사고를 방지하기 위한 구조물로서 굴착지역의 토압, 수압 등을 고려하여 다양한 제작 공법으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 흙막이 벽체(10)는 굴착면의 테두리를 따라 콘크리트를 타설함으로써 구비될 수 있다.

한편, 흙막이 벽체(10)에는 적어도 하나의 관통홀(10a)이 구비될 수 있으며, 상기 관통홀(10a)에는 전류 전극(100)이 배치될 수 있다. 이때, 상기 관통홀(10a)은 흙막이 벽체(10) 내부에 구비될 수 있는 철골 구조물(미도시)과 소정 간격 이격되게 구비될 수 있다.

즉, 흙막이 벽체 시공 시 철골/철근과 같은 철골 구조물은 전류 흐름에 노이즈가 될 수 있으므로 전류 전극(100)과 일정거리 이격되게 배치되어야 한다. 따라서, 상기 흙막이 벽체(10)에 관통홀(10a)을 시공하는 경우, 관통홀(10a)을 철골 구조물과 소정 간격 이격되게 제작할 수 있다.

전류 전극(100)은 흙막이 벽체(10)의 관통홀(10a)을 관통하여 구비될 수 있으며, 흙막이 벽체(10)를 관통한 단부는 흙막이 벽체(10) 외측에 배치된 지반(11)에 접지될 수 있다. 이와 같은 전류 전극(100)은 흙막이 벽체(10) 외측에 구비되는 지반(11)에 전류를 인가하기 위해 구비될 수 있다.

전류 전극(100)은 흙막이 벽체(10)에 복수 개가 고정 설치될 수 있다. 다시 말해, 전류 전극(100)은 흙막이 벽체(10)를 따라 수직, 수평 방향으로 복수 개가 구비되어 지반(11)에 전류를 인가할 수 있다. 예를 들어, 상기 전류 전극(100)은 흙막이 벽체(10)의 테두리를 따라 수평방향으로 복수 개가 구비되거나, 흙막이 벽체(10)의 상하방향 즉, 수직 방향으로 복수 개가 구비될 수도 있다. 전류 전극(100)이 배치되는 위치 및 패턴 형상은 구조적 설계적 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

전류 전극(100)은 별도의 전원 공급장치(미도시)에 연결될 수 있으며, 제어기(300)의 신호에 따라 지반(11)에 전류를 인가할 수 있다.

한편, 지반(11)의 상면에는 전위 전극(200)이 구비될 수 있다. 전위 전극(200)은 상기 전류 전극(100)으로부터 지반(11)에 인가되는 전류에 의해 발생하는 전위차를 측정하기 위해 구비되는 것으로서, 전류 전극(100)의 상부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 전위 전극(200)은 지반(11)의 상면에 격자망 패턴으로 구비될 수 있다.

상기 전류 전극(100) 및 상기 전위 전극(200)은 제어기(300)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제어기(300)는 전류 전극(100)과 전위 전극(200)에 전기적으로 연결되어 본 발명의 일 실시예에 따른 지반상태 탐지 시스템(1)의 전반적인 작동을 제어할 수 있다.

다시 말해, 제어기(300)는 전류 전극(100)에 신호를 인가하여 전류 전극(100)이 지반(11)에 전류를 인가하게 하거나 전위 전극(200)에서 측정된 지반(11)의 전위차를 기초로 지반(11)의 상태를 탐지할 수 있다.

제어기(300)가 전위 전극(200)에서 측정된 지반(11)의 전위차를 기초로 지반(11)의 상태를 탐지하는 경우, 제어기(300)는 3차원 전기장 해석을 수행하여 지반(11)의 상태를 탐지할 수 있다.

이와 같이, 지반(11)에 전류를 인가하고, 지반(11) 상태에 따라 달라지는 지반(11)의 전위차를 측정하여 지반(11) 상태를 파악하는 탐사방법을 전기비저항 탐사방법(ERS, Electrical Resistivity Surveys)이라 한다. 이하에서는 전기비저항 탐사방법에 대해 설명한다.

토목 분야에 있어서 전기비저항 탐사 방법은 지하수 탐지, 산사태(사면의 안정성), 구조물 기초, 댐, 터널, 공동, 제방, 지질 구조의 조사 등에 적용되고 있는 것으로서 지반의 전기적 성질인 전기비저항 분포에 의해, 지반 상태를 파악하는 탐사 방법이다.

이러한, 전기비저항 탐사 방법은 전류 전극와 전위 전극을 이용하여 매질, 즉, 지반의 전기도도에 따라 상이한 전위차를 측정하여 지하의 전기 비저항 분포를 조사함으로써 지반의 상태를 조사할 수 있다.

다시 말해, 전기비저항 탐사는 지반의 전기적 성질인 전기 비저항 분포에 의해, 지반 상태를 탐지하는 탐사방법으로서, 전기비저항 ρ(단위:ohm-m)는 전도체의 저항 R(단위:ohm)과 아래 [식 1]같은 관계를 가진다.

[식 1]

(l: 전도체의 길이(단위m), S: 전도체의 단면적(단위 m^2))

지반의 전기비저항은 암석의 종류, 공극률과 포화도, 지하수의 분포, 점토 광물의 함유량, 온도 등에 변할 수 있으며, 일반적으로 점토 광물의 함유량이 많거나, 체적 함수율(포화도 X 공극율)이 높을 수록 전기비저항은 낮아진다. 전기비저항 탐사 방법에서는 이러한 지반의 성질을 이용하여 지반의 상태를 파악할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 지반상태 탐지 시스템(1)은 전기비저항 탐사방법으로서, 흙막이 벽체(10) 외측에 구비되는 지반(11)의 상태를 수시로 확인할 수 있다. 따라서, 공사 중 발생할 수 있는 지반(11)의 이완, 붕괴를 사전에 예측할 수 있으며, 공사 현장의 안전을 확보할 수 있다.

이하에서는 도 3을 더 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지반상태 탐지 방법에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지반상태 탐지 방법의 개략 블록도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지반상태 탐지방법은 흙막이 벽체 설치단계(S1), 관통홀 제작단계(S2), 전류 전극 설치단계(S3), 전위 전극 설치단계(S4) 및 지반상태 탐지단계(S5)를 포함할 수 있다.

흙막이 벽체 설치단계(S1)는 굴착지역의 내측면을 따라 흙막이 벽체(10)를 설치하는 단계로서, 흙막이 벽체(10)는 굴착지역의 내측면을 따라 콘크리트를 타설함으로써 제작될 수 있다. 다만, 흙막이 벽체(10)의 시공방법은 제안된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 통용되는 다양한 방법으로 대체될 수 있다.

흙막이 벽체(10)가 시공된 후에는 흙막이 벽체(10)에 관통홀(10a)을 제작하는 관통홀 제작단계(S2)가 수행될 수 있다.

흙막이 벽체(10)에는 적어도 하나의 관통홀(10a)이 제작될 수 있으며, 예를 들어, 상기 관통홀(10a)은 흙막이 벽체(10) 시공 시 관통홀(10a)이 배치되는 부분에 별도의 부재를 삽설한 후, 흙막이 벽체(10) 시공 완료 후 상기 별도의 부재를 제거하여 제작되거나 흙막이 벽체(10) 시공 후 드릴링 작업 등을 통해 제작될 수 있다. 여기서, 관통홀(10a)은 노이즈 방지를 위해, 흙막이 벽체(10) 내부에 구비되는 철골 구조물(미도시)과 소정거리 이격되게 제작될 수 있다.

또한, 관통홀(10a)은 흙막이 벽체의 테두리를 따라 수평방향 및 수직방향으로 복수 개가 제작될 수 있다.

관통홀 제작단계(S2)가 완료된 후에는 전류 전극(100)을 설치하는 전류 전극 설치단계(S3)가 수행될 수 있다. 전류 전극(100)은 흙막이 벽체(10)의 관통홀(10a)을 관통하여 구비될 수 있으며, 관통홀(10a)을 관통한 단부는 지반(11)에 접지될 수 있다. 여기서, 전류 전극(100)은 별도의 전원공급장치에 연결되어 지반(11)에 전류를 인가할 수 있다.

전류 전극 설치단계(S3)가 완료된 후에는 전위 전극 설치 단계(S4)가 수행될 수 있다. 전위 전극(200)은 지반(10)의 상면에 격자망 패턴으로 구비될 수 있으며, 전류 전극(100)에서 인가된 전류에 의해 발생하는 지반(10)의 전위차를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 전류 전극 설치단계(S3)에 선행하여, 전위 전극 설치단계(S4)가 수행될 수도 있다. 다시 말해, 전위 전극(200)을 설치한 후 전류 전극(100)을 설치해도 무방하다.

전류 전극(100) 및 전위 전극(200)을 설치하는 단계가 종료된 후 지반상태 탐지 단계(S5)가 수행될 수 있다. 지반상태 탐지 단계(S5)는 전류 전극(100)과 전위 전극(200)에 전기적으로 연결된 제어기(300)에 의해 수행될 수 있으며, 제어기(300)는 전위 전극(200)에서 측정된 전위차를 기초로 3차원 전기장 해석을 수행하여 지반의 상태를 탐지할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 지반상태 탐지 시스템 및 탐지 방법은 흙막이 벽체가 설치된 후에도 지속적으로 흙막이 벽체 외측의 지반상태를 확인할 수 있으므로, 공사 중 발생할 수 있는 안전사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

10: 흙막이 벽체 11: 지반
10a: 관통홀 100: 전류 전극
200: 전위 전극 300: 제어기

Claims

굴착지역의 측면 테두리를 따라 구비되어 외면은 굴착지역의 측면 테두리를 규정하는 지반과 접촉하며, 관통홀이 형성된 흙막이 벽체;
상기 관통홀을 관통하여 상기 흙막이 벽체 외측의 상기 지반에 접지되어 전류를 인가하는 전류 전극;
상기 지반 상면에 격자망 패턴으로 구비되어 상기 전류 전극으로부터 상기 지반에 인가되는 전류에 의해 발생하는 상기 지반 상면의 전위차를 측정하는 전위 전극; 및
상기 전류 전극 및 상기 전위 전극에 전기적으로 연결되어 상기 전위 전극에서 측정된 전위차를 기초로 상기 지반의 상태를 탐지하는 제어기;를 포함하는 지반상태 탐지 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 전류 전극은 상기 흙막이 벽체에 복수 개가 고정설치되고, 상기 복수 개의 전류 전극은 상기 지반에 동시에 전류를 인가하며, 상기 제어기는 3차원 전기장 해석을 수행하여, 상기 지반의 상태를 탐지하는 지반상태 탐지 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 전류 전극은 상기 흙막이 벽체의 테두리를 따라 복수 개가 고정설치되고, 상기 전위 전극은 상기 전류 전극의 상부에 배치되는 지반상태 탐지 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 관통홀은 상기 흙막이 벽체 내부에 구비되는 철골 구조물과 이격되게 배치되는 지반상태 탐지 시스템.
굴착지역의 내측면을 따라 외면이 굴착지역의 측면 테두리를 규정하는 지반과 접촉하도록 흙막이 벽체를 설치하는 흙막이 벽체 설치단계;
상기 흙막이 벽체의 테두리를 따라 관통홀을 제작하는 천공 단계;
상기 관통홀을 통과하여 상기 흙막이 벽체 외측의 지반에 접지되도록 전류 전극을 설치하는 전류 전극 설치단계;
상기 지반의 상면에 상기 전류 전극에서 인가된 전류에 의해 발생하는 전위차를 측정하는 전위 전극을 설치하는 전위 전극 설치단계; 및
상기 전위 전극에서 측정된 전위차를 기초로 상기 지반의 상태를 탐지하는 지반상태 탐지단계;를 포함하는 지반상태 탐지 방법.
제5 항에 있어서,
상기 천공 단계는 상기 관통홀을 상기 흙막이 벽체 내부에 구비되는 철골구조물과 이격되게 제작하는 지반상태 탐지 방법.
제5 항에 있어서,
상기 지반상태 탐지단계는 3차원 전기장 해석을 수행하여, 상기 지반의 상태를 탐지하는 지반상태 탐지 방법.