KR20030040240A - 광역 지반 변위계측 및 경보 장치 - Google Patents

광역 지반 변위계측 및 경보 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가시설 공사시 발생하는 주변 지반침하 및 굴착된 지반의 붕괴를 사전에 방지할 목적으로 발명된 지반변위 계측 및 과다변위를 경고하기 위한 시스템에 관한 것으로. 띠장에 강선이나 막대 등을 적절한 고정장치를 이용하여, 고정 시킨 후, 변위계와 전기적 장치 등을 이용하여 지반의 변위량을 계측하고, 현장여건에 따라 미리 정해진 변형량이 발생하면 그 발생된 정도에 따라 적절한 신호를 발생하여 경보를 해 줌으로써 굴착된 지반의 붕괴를 사전에 방지할 수 있는 안전장치의 개념 및 부재의 상세를 제시하였다.

Description

광역 지반 변위계측 및 경보 장치 {Instrumentation for the ground displacement and alarm system for wide area}
본 발명은 지하구조물을 건설하고자 할 때, 원 구조물이 건설되는 동안 굴착된 지반의 붕괴를 막기 위하여 설치되는 가시설의 거동을 측정하고, 안전을 확보하기 위한 방법으로서, 종래에는 지중에 설치되는 가시설 및 주변 지반에 토압계, 경사계, 변형량계 등의 다양한 센서를 설치하여 계측함으로써 가시설의 안전성 여부를 판단하던 것을, 굴착지반 전면에 걸친 광범위한 면적의 변위를 포괄적으로 계측함으로써, 과다한 변위가 발생할 경우에는 이상 변위에 대한 경보를 울리도록 장치를 구성함으로써, 가시설의 안전성을 대폭 증대시킨 광역 지반 변위 계측 및 경보 장치에 대한 기술이다.
종래의 기술에 따르면 지반의 굴착 및 가시설의 설치가 진행되는 동안, 가시설의 뒤편에는 토압계와 같은 센서가 설치되며, 가시설 자체에는 가시설에 작용하는 힘의 크기를 측정하는 로드셀이나 변형율을 측정하는 스트레인 게이지가 요소 요소에 설치되는 것이 일반적이다. 또한 굴착된 지반 주변에 주요 구조물이 있어서 보다 다양한 계측이 필요한 경우에는 지반이 이완되는 것을 측정하기 위한 경사계가 가시설의 뒤편에 설치되어 지반의 거동을 측정할 수 있으며, 지하수위의 변동이 예상되거나 수압이 문제가 되는 경우에는 간극수압계가 설치된다. 또한 지표면의 침하량을 계측하기 위한 센서로서 지표면을 따라 측정점을 매설하여 지반의 침하량을 계측하는 방법도 사용되고 있다.
그러나 이러한 계측장비들은 모두 측정장치가 설치된 부분에서의 국부적인 측정값을 제공하고 있으며, 굴착면 전체의 변형거동을 측정하는 것이 아니므로, 상기에 언급된 다양한 측정값들을 모두 모아서 전체적으로 종합 분석하여야만 전체적인 지반의 거동을 파악할 수 있다. 또한 상기의 측정장치들은 계측을 위한 복잡한 전자장비를 필요로 하는 경우가 대부분이므로 상시 계측이 어렵기 때문에 인력에 의한 간헐적인 측정이 이루어 지는 것이 대부분이고, 측정된 데이터의 분석에도 시간이 걸리며, 전문적인 지식이 필요한 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 국부적인 계측만이 가능하고, 복잡한 전자장비가 있어야만 계측이 되며, 측정값 등에 근거하여 현재의 지반 상태를 알고자 할 경우에는 상당한 시간과 전문지식이 필요한 종래의 굴착된 지반의 거동 계측을, 굴착된 전단면에서 동시 계측이 가능하며, 측정장치가 단순하고, 계측된 값으로부터 바로 가시설의 안전을 판단할 수 있도록 하는 광역 지반 변위 계측 및 경보장치를 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 광역 지반 변위계측 및 경보 장치의 개념도이다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 도 1의 강선 변위계의 정착장치이다.
도 2b는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 도 1의 강선 변위계의 정착장치이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 1의 강선 변위계의 계측 및 경보 장치이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 1의 강선 변위계의 계측 및 경보 장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 1의 막대 변위계의 단부 정착 장치이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 도 1의 막대 변위계의 중앙부 정착 장치이다.
<< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 …… 강선 정착장치6 …… 막대
2 …… 변위 계측장치8 …… 띠장
3 …… 강선9 …… 받침대
4 …… 막대 정착장치18 ……계측장치
21 …… 연결용 핀 23 …… 조절용 볼트
28 …… 표시등 29 …… 사이렌
도 1은 본 발명에 의한 광역 지반 변위계측 및 경보 장치가 가시설에 설치된 형상을 보여주는 개념도로서, 막대 변위계와 강선 변위계로 구성되어 있으나, 이들 계측 장치들은 상호 독립적인 장치이다.
막대 변위계는 강재나 알루미늄, 복합재료 등 적절한 강성을 갖고 있는 다양한 막대(6) 형태의 부재를 띠장이나 수직파일과 같은 가시설의 주요부재(7)에 짧은 보조재(9)와 막대고정장치(4)를 이용하여 부착하고 다른 한쪽 끝에는 변위를 계측하고, 표시하며, 전기적인 장치에 의하여도 변위상태를 동시에 계측하고, 계측정도에 따라 적절한 경보가 발생하도록 함으로써 가시설의 주요 부재(7)가 변형을 일으킬 경우에 변형량을 측정하고 경보가 발생할 수 있도록 한 것이다.
강선 변위계는 강선(3)과 양단의 정착장치(1)및 중간부에 다수의 변위계측장치(2)를 기존의 띠장이나 수직파일과 같은 가시설 부재(7)에 설치하여, 가시설 작업시 발생하는 가시설 구조물의 변위를 측정하고, 이상 변위시에는 경보를 발생할 수 있도록 한 것이다.
도 2a는 도 1에 제시된 강선 정착장치(1)의 일 실시예로서, 띠장(10)에 강선정착 받침부(12)와 정착장치(13) 및 길이조정용 스쿠루(11)를 이용하여 강선(14)을 설치한 모습이다.
도 2b는 도 1에 제시된 강선 정착장치(1)에 다른 실시예으로, 도 2a의 스크루(11) 대신에 강선정착받침(16)와 고정용 볼트(15)를 이용하여 강선(14)을 띠장(10)에 설치한 단면도이다. 강선을 양단에 고정하는 도구는 매우 다양한 방법이 존재하므로 그런 방법들을 모두 제시할 수는 없기 때문에, 본 발명에서는 2가지 정도를 제시한 것이다.
도 3은 도 1에 제시된 변위 계즉 장치(2)의 일실시 예로서, 띠장에 고정된 변위계측용 정착받침(16)과 이 받침에 고정된 전기 접점(26)들이 있으며, 강선(14)에 고정된 정착받침(17)에 설치된 전기접점(25)이 있다. 이 접점(25, 26)으로 부터 표시등의 연결단자(27)까지 전선(30)으로 연결되어 있으며, 이 접점에는 각기 다른 표시등(28)이 연결되어 있다. 따라서 강선(14)과 띠장(10)의 상대적인 위치가 변동하게 되면, 각기 다른 위치의 전기 접점(25, 26)들이 서로 닿게 되어, 띠장(10)과 강선(14)의 변화된 상대적인 위치에 따라 다른 표시등(28)이 들어오도록 만든 장치이다.
과토압이 작용하거나 지하수위의 상승, 띠장의 지지력 상실 등으로 인하여 띠장(10)이 밀려나올 경우, 접점판(18)위의 전기접점(26)은 띠장(10)과 같은 방향으로 이동하지만, 강선 받침대(17)의 전기접점(25)는 이동하지 않으므로 전기접점이 서로 접촉하게 되면 전기가 통하게 되므로, 표시등(28)의 불이 들어오게 된다. 이때 표시등(28)의 색은 청, 녹, 황, 빨강 등의 다양한 색깔이 있어서 띠장의 휨 정도를 표시하는데, 띠장의 휘어짐이 큰 경우에는 빨강색 표시등(28)과 경고음(29) 이 동시에 작동하도록 할 수도 있다. 따라서, 가시설 작업자는 램프의 색깔 변화와 싸이렌 소리를 통해 지반의 변위에 신속히 대처 할 수 있다. 막대 변위계에서도 똑같은 변위 계측, 경보 장치를 갖추고 있다.
도 4는 도 3에 제시된 변위 계즉 장치(2)를 다른 각도에서 보여주기 위한 평면도로서, 지시바늘(19)과 눈금판(18)을 통하여 강선(14)과 띠장(10)의 상대적인 위치를 표시한다. 띠장에 고정되는 정착받침(16)과 이를 고정하기 위한 고정용 볼트(15)가 있으며, 강선에 고정된 정착받침(17)에는 표시등(28)과 경고음(29) 발생장치가 표시되어 있다. 또한 지시바늘(19)은 고정용 볼트(23)을 사용하여 정착받침(17)에 고정되어 있는데, 고정용 구멍이 길다란 틈(22)을 이루고 있기 때문에, 처음 설치후 바늘의 위치를 조정하여, 초기 변위의 위치를 영점으로 조정할 수 있도록 하였다.
도 5는 도1에서 제시된 막대 변위계의 단부정착장치(4)의 단면도로서, 정착대(16)과 고정볼트(15)는 강선 정착장치와 유사하지만, 막대(20)와 정착대(16)을 핀(21)등으로 회전이 가능하게 연결함으로써, 지반의 변위에 따라 띠장의 상대적인 변형 정도를 계측하게 한다.
도 6은 도 1에서 제시된 막대 변위계의 중앙부 정착장치를 나타낸 단면도로서, 띠장에 연결된 보조재(9)에 고정되는 정착받침(16)과 이를 고정하기 위한 볼트(15)가 도시되어 있으며, 막대 변위계(20)의 중간부분도 역시 회전이 가능하도록 핀(21)으로 연결되어 있다.
종래 기술에 의한 지반의 계측은 국부적인 계측만이 가능하고, 복잡한 전자장비가 있어야만 계측이 되며, 측정값을 분석하기 위한 상당한 시간과 전문지식이 필요한데 비하여, 본 발명에 의한 지반의 변형 계측 및 경보장치는 굴착지반 전면에 걸친 광범위한 면적의 변위를 포괄적으로 계측할 수 있으며, 측정값의 판독이 현장에서 바로 이루어질 수 있으며, 측정값을 바탕으로 현장의 위험도를 즉시 판단 경보함으로써, 가시설의 안전성을 대폭 증대시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 굴착된 지반을 지지하는 가시설의 변형을 계측하는 장치로서 계측 대상 가시설 부재의 양단에 고정되고 중간부에 다수의 계측장치를 갖고 이들 사이에는 인장력을 받을 수 있는 강선과 같은 부재로 연결하여 계측 대상 부재의 휨정도를 측정하고 표시할 수 있도록 제작된 광역 변위 계측 및 경보 장치
  2. 제 1항에 있어서 상기 정착장치는 강선을 대상 부재의 양단에 볼트 또는 용접으로 고정되는 고정장치를 갖고 있는 정착장치
  3. 제 1항에 있어서 상기 계측장치는 표시눈금과 전극, 지시바늘로 구성되어, 현장에서 판독이 가능하며, 전기적인 신호로서 현재의 상태를 표시할 수 있으며, 초기 상태의 조정이 가능한 계측장치
  4. 계측 장치의 한쪽단부와 중간부는 계측 대상 부재의 중간 위치에 고정되고, 반대편 단부에는 계측장치를 갖고 있는 부재를 사용하여 계측 대상 부재의 휨정도를 측정하고, 상태를 표시할 수 있도록 제작된 광역 변위 계측 및 경보 장치
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