KR200325999Y1 - 진동판식 쇼크리트 변형률계_ - Google Patents

Abstract

본 고안은 지하터널 또는 광산터널등의 굴착공사 시공시 암석 발파후 라이닝 재료로 사용되고 있는 쇼크리트(급결시멘트)가 시공현장에서 고화 되면서 쇼크리트와 암반사이에 나타나는 응력과, 토류벽체의 토압 등을 정확하게 감지하여 터널현장에 라이닝 처리된 쇼크리트의 강도, 위치, 암반과의 접촉상태, 배면토압의 크기 및 분포상태등을 정확히 파악하여 2차시공의 두께와 시공시기, 강도 등을 설계하는데 이용하기 위하여 사용되는 진동판식 쇼크리트 변형률계(VIBRATING STRIP SHOTCRETE STRAINGAGE)에 관한것으로서, 터널공사를 하는 시공장소의 암석과 콘크리트 접촉면이나, 기타 콘크리트나 쇼크리트내부 등의 응력발생면에 설치하여 터널에 발생되는 구조적인 응력을 측정하도록 하는 쇼크리트 응력측정기를 구성함에있어서, 양단에 응력플랜지를 형성한 중공의 실린더 내부에 진동판을 고정설치하고 상기 진동판의 중앙 일측에 상기 진동판의 진동주파수를 감지하도록 트랜스퍼를 설치한 한쌍의 쇼크리트변형률계를, 결합브라겟으로 +형으로 수평과 수직을 이루도록 결합 구성하여 터널 공사장 등, 쇼크리트 시공장소에 설치하고, 상기 각 측정기의 트랜스퍼에 케이블을 연결하여 그 단부를 측정이 유리한 곳에 노출 되도록 설치한 단자박스에 연결배선 함으로서, 쇼크리트응력에 따라 장력이 변하는 진동판의 진동주파수를 상기 단자박스에서 측정하여 시공된 쇼크리트에 작용하는 응력을 측정 하도록 구성하여, 전철, 도로, 광산등지의 터널공사 및 그밖의 여하한 토목공사를 용이하게 하고 대형 안전사고의 위험을 미연에 방지토록 함은 물론 터널공사도중 및 공사가 완료된 터널의 사후관리에 절대적으로 필요한 실사용에 있어서 매우 유용한 고안이다.

Description

진동판식 쇼크리트 변형률계(VIBRATING STRIP SHOTCRETE STRAINGAGE)

본 고안은 지하터널 또는 광산터널등의 굴착공사 시공시 암석 발파후 라이닝 재료로 사용되고 있는 쇼크리트(급결시멘트)가 시공현장에서 고화 되면서 쇼크리트와 암반사에 나타나는 응력과, 토류벽체의 토압 등을 정확하게 감지하여 터널 현장에 라이닝 처리된 쇼크리트의 강도, 위치, 암반과의 접촉상태, 배면토압의 크기 및 분포상태등을 정확히 파악하여 2차시공의 두께와 시공시기, 강도 등을 설계하는데 이용하기 위하여 사용되는 진동판식 쇼크리트 변형률계(VIBRATING STRIP SHOTCRETE STRAINGAGE)에 관한 것이다.

일반적으로 지하터널 또는 광산터널등과 같은 각종 터널공사시에는 지반, 토질, 암반의 상태 등을 시공전에 각종측정장치를 이용하여 사전조사하고 이를 토대로 굴착공법, 시공순서, 공정 등에 관한 설계나 시공계획서를 작성한후 이에 따라 작업을 진행하였다.

그러나, 이러한 제한된 지반과 암반조사 및 토질시험등의 결과로 부터 얻어진 자료에 근거하여 얻어진 응력 및 굴착 가설 구조물등은 설계시 추정한 값과 공사현장에서 실제로 측정되는 값과는 상당한 차이를 보이기 때문에 터널작업도중이나 시공이 완료된 후에도 터널주위를 둘러싸고 있는 주변요인인 불량암반과 지반의 움직임변동으로 인한 응력작용으로 일부 지반이 무너지거나 시멘트로 양생한 터널전체가 붕괴되는 등의 예상치 못했던 대형 안전사고의 위험이 발생할 우려가 항상 존재했다.

이에 터널공사시에는 물론 터널공사완료후에 터널주변을 둘러싸고 있는 주변요인인 불량암반등의 존재등으로 기초암반과 쇼크리트 사이에 발생되는 응력을 측정하여 측정된 결과치를 실제 터널공사에 반영하여 터널의 보강, 보수 또는 지속적인 사후관리가 가능하도록 쇼크리트 응력측정장치가 안출되었는데, 지금까지는 도1에 도시된 바와같이 내부에 유체가 충진된 응력변위체(1)와 상기 응력변위체(1)에 유체가 이동되도록 선단이 연결되는 중공의 연결금속튜브(2)와 상기 연결금속튜브(2)의 타측단에 연결되어 응력변위체(1)의 동작으로 전달되는 유압에따라 신축자재되는 벨로우즈(4)를 내장하고 선단에 밀폐뚜껑(5)을 결합한 몸체(3)와로 구성하여, 상기 변위체와 금속으로된 연결튜브로 연결된 몸체는 측정하기 좋은 위치를 선정하여 보호박스 내에 설치한다음, 터널작업도중이나 시공이 완료된 후에도 터널주위를 둘러싸고 있는 주변요인인 불량암반과 지반의 움직임변동으로 인한 응력의 변위가 가압판을 가압하면 응력변위체 내부에 충진된 유체가 연결튜브를 통해 몸체내부에 내장된 벨로우즈에 전달되어 상기 벨로우즈가 늘어나서 벨로우즈 측정부의 길이가 변화된 길이를 다이알게이지 등으로 측정하여 변화된 길이측정값을 초기 길이 측정값과 비교분석 함으로써, 어느부위에 어느 정도의 응력이 작용하고 있는지를 판단하여 터널 시공 진행 단계를 결정하거나 완성후의 터널관리를 하는 것이다.

그러나 이와 같은 쇼크리트 응력측정장치는 몸체내부에 내장된 벨로우즈의 늘어난 길이의 변화량을 다이알 게이지 등의 길이 측정기구를 사용하여 수동으로 직접 변위량을 측정하고 있으나 이는 측정자의 숙련도에 따라 결과치가 다르게 나타날 수 있어 측정의 정밀도와 정확도가 결여되어 정확한 변위량을 감지할 수 없을 뿐만아니라 이로 인한 오차 발생에 따라 터널내부에 작용하는 응력을 정확하게 해독할 수 없어서 터널공사도중 이나 공사완료후의 사후관리에 막대한 영향을 미쳤으며 무엇보다도 일부 지반이 무너지거나 터널전체가 붕괴되는 등의 예상치 못했던 대형 안전사고의 위험이 발생할 우려가 있었다.

여기서 발전한 것으로 도2 에서와 같이 부착이 용이하도록 볼트공(16)이 천설된 브라켓트(15)를 구비하며, 외부압력의 변화에 따라 저항값이 변하는 셀(10)을 구성하고, 상기 셀(10)에 측정용케이블(20)을 배선하여 그 단부가 측정이 유리한 곳에 위치하게 설치하여 구성하되, 상기 외부의 압력에 따라 저항값이 변하는 셀(10)은, 얇은 박판으로된 압압판(11) 내부에 전기저항게이지(스트레인게이지)(12)를 수평방향으로 1개, 수직방향으로 2개를 고정부착하여 이들을 저항계(휘스톤부릿지)원리를 이용하여 결선하여서 압압판(11)의 변형에 따라 전기저항게이지(12)의 저항값이 변화하도록 구성한 것이있으나, 이또한 측정의 정밀도와 정확도가 결여되어 정확한 변위량을 감지할 수 없을 뿐만아니라 이로 인한 오차 발생에 따라 터널내부에 작용하는 응력을 정확하게 해독할 수 없어서 터널공사도중 및 공사완료후의 사후관리에 막대한 영향을 미쳤으며 무엇보다도 일부 지반이 무너지거나 터널전체가 붕괴되는 등의 예상치 못했던 대형 안전사고의 위험이 발생할 우려가 있었다.

본 고안은 상기와 같은 지금까지의 쇼크리트 응력측정장치에서 발생되는 제반 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 터널공사시에 설치하는 쇼크리트 응력측정장치를 진동판의 진동주파수로 측정하도록 측정자의 숙련도에 관계없이 보다 정확한 응력측정 결과치를 얻도록 함은물론, 전달되는 응력을 진동판의 진동주파수로 정확하게 해독하여서 공사에 반영함으로써 터널공사를 용이하게 하고 안전사고의 위험을 미연에 방지토록 하여, 터널공사 진행중이나 공사가 완료된 터널의 사후관리에 만전을 기울일수 있도록한 진동주파수를 이용한 쇼크리트 응력측정장치를 제공함에 그 목적을 둔 것이다.

도1 은 종래 기계식 쇼크리트 응력측정장치의 구성상태도.

도2 는 종래 전기저항식 쇼크리트 응력측정장치의 구성상태도.

도3 은 본고안의 구성상태도.

도4 는 본고안의 요부 구성 상태도.

도5 는 본고안의 사용상태 예시도.

♣도면의 중요한 부분에 대한 부호의설명♣

50; 쇼크리트변형률계. 55; 실린더. 56; 응력플랜지.

60; 진동판. 61; 고정블록. 65; 스크류.

70; 트랜스퍼. 75; 케이블. 90; 단자박스.

100; 암석면. 101; 쇼크리트.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 터널공사를 하는 시공장소의 암석과 콘크리트 접촉면이나, 기타 콘크리트 나 쇼크리트내부 등의 응력발생면에 설치하여 터널에 발생되는 구조적인 응력을 측정하도록 하는 쇼크리트응력측정장치를 구성함에있어서, 양단에 응력플랜지를 형성한 중공의 실린더 내부에 진동판을 고정설치하고 상기 진동판의 중앙 일측에 상기 진동판의 진동주파수를 감지하도록 트랜스퍼를 설치한 한쌍의 쇼크리트변형률계를, 결합브라케트으로 +형으로 수평과 수직을 이루도록 결합 구성하여 터널 공사장 등, 쇼크리트 시공장소에 설치하여서, 상기 각 측정기의 트랜스퍼에 케이블을 연결하여 그 단부를 측정이 유리한 곳에 설치한 단자박스에 연결배선 함으로서, 상기 단자박스의단자에 자동계측시스템을 연결하여 쇼크리트응력에 따라 장력이 변하는 진동판의 진동주파수를 측정하여서 시공된 쇼크리트에 작용하는 응력을 측정 하도록 구성하였다.

상기와 같이 구성된 본 고안을 도3에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

양단에 응력플랜지(56)를 형성한 중공의 실린더(55) 내부에 진동판(60)을 설치하고 그 중앙 일측에 상기 진동판(60)의 진동주파수를 감지하도록 트랜스퍼(70)를 설치한 한쌍의 쇼크리트변형률계(50)를, 결합브라케트(80)으로 +형으로 수평과 수직을 이루도록 결합 구성하여 터널 공사장등 쇼크리트 시공장소에 설치하고, 상기 각 쇼크리트변형률계(50)의 트랜스퍼(70)에 케이블(75)을 연결하여 그 단부를 측정이 유리한 곳에 노출 되도록 설치한 단자박스(90)에 연결배선 함으로서, 쇼크리트응력에 따라 장력이 변하는 진동판(60)의 진동주파수를 상기 단자박스(90)에서 별도의 공지된 자동계측시스템(도시하지않음) 으로 측정하여, 시공된 쇼크리트에 작용하는 응력을 측정 하도록 구성한다.

여기서 상기 실린더(55) 내부에 장력을 갖도록 설치된 진동판(60)은, 도4 에서와 같이 양단에 일체로 형성된 고정블록(61)중 어느 한 개를 실린더(55) 내부 일측에 고정하고 나머지 한 개를 실린더(55)의 일측에 나사결합된 스크류(65)에 결합하여 스크류(65)의 조정으로 장력을 조절할수 있도록 구성하였다.

이와같이 구성된 본 고안은, 터널공사 현장에서 도5 에서와 같이 쇼크리트를 처리할 암석면(100)에, 본 고안인 내부에 진동판(60)이 장력을 갖도록 설치된 한쌍의 쇼크리트변형률계(50)가 수평과 수직을 이루도록 견고히 설치한다.

이때 가장 중요한 것은 상기 측정기(50)가 한 개는 수직을 이루고 또다른 한 개는 수평을 이루도록 하는 것이다.

이와같이 설치한 측정기(50)의 트랜스퍼(70)에 연결된 케이블(75)을 배선하여 그 끝단을 측정이 유리한곳에 설치한 단자박스(90)와 연결하면 설치작업은 완료된다.

이때 측정용케이블(75)은 콘크리트나 쇼크리트 내에서 충분한 유연성을 가지도록 하여야 하며, 이를 위하여 별도의 보호관을 배관하여 설치하거나 철근을 따라 설치하도록 하는등 가능한한 효과적으로 보호될수 있도록 설치한다.

상기와 같이 하여 본 고안인 쇼크리트변형률계(50)의 설치가 완료되면 별도의 진동주파수 측정기로 상기 쇼크리트변형률계(50)의 트랜스퍼(70)에 연결되어 측정이 유리한위치로 케이블(75)이 배선된 단자박스(90) 에 별도의 자동계측시스템을 이용하여서 최초의 진동주파수를 측정하여 시공전 진동주파수를 확인한다. 상기와 같이 최초의 진동주파수 확인이 끝나면, 쇼크리트(101)나 콘크리트를 설계된 대로 1차 시공한다. 상기와 같이 시공된 쇼크리트(101)나 콘크리트가 응고되어 고화 되면서 지반의 구조나 기타 다른 조건에 따라 발생되는 응력이 측정기(50)의 실린더(55) 양단에 형성된 응력플랜지(56)에 작용하여 압력을 가하게되면, 측정기(50)의 실린더(55)가 변형되어 그 내부에 일정한 장력을 전달하도록 설치되어 있는 진동판(60)의 장력이 변하여서 진동판(60)의 진동주파수가 달라져 트랜스퍼(70)에서 감지하여 케이블(75)을 통하여 단자박스(90)에 전달되는 진동주파수가 변하게된다.

이때 시공자는 상기 쇼크리트변형률계(50)의 실린더(55) 내부에 설치된 트랜스퍼(70)에 연결되어 측정이 용이한 위치로 케이블(75)로 배선된 단자박스(90)에서 별도의 자동계측시스템을 이용하여 1차 시공후 변화된 전기저항을 측정하여서 최초의 진동주파수와 변형된 진동주파수를 비교하여 쇼크리트에 가해지는 응력을 정확히 감지함으로써, 터널의 내공변위나 지중변위 등의 결과와 종합하여 판단하고 평가하여 콘크리트나 쇼크리트의 2차 타설시기와 두께, 강도 등을 결정한다.

상기와같은 방법으로 터널공사의 진행에따른 응력의 변화관계나 각 단면에 작용하는 응력의 분포상황 및 시간에 따른 응력변화 등을 필요로 하는때에 아주 간단하고도 정확하게 측정하여서 이를 토대로 안전하면서도 신속하고 정확하게 터널공사를 진행함은 물론 사후관리를 위한 측정자료로 이용할수있다.

상기와같이 본고안은 터널공사 시공시에 사용되는 급결시멘트인 쇼크리트의 응력을 진동주파수를 이용하여 정확하게 측정 하도록 고안함으로써, 터널내에 작용하는 전체 응력변위량의 측정을 편리하도록 함은 물론, 측정자의 숙련도에 관계없이 정확한 응력측정으로 시공중이나 시공후의 터널에 작용하는 지반과 암반의 구조적인 응력변화의 결과치를 얻어 이를 공사에 반영함으로써, 전철, 도로, 광산등지의 터널공사 및 그밖의 여하한 토목공사를 보다안전하고도 쉽게 하게하고 대형안전사고의 위험을 미연에 방지토록 함은 물론 터널공사도중이나 공사가 완료된 터널의 사후관리에 절대적으로 필요한 실사용에 있어서 매우 획기적이고 신규하며 유용다대한 고안이다.

Claims (2)

1. 터널공사를 하는 시공장소의 암석과 콘크리트 접촉면이나, 기타 콘크리트나 쇼크리트내부 등의 응력발생면에 설치하여 터널에 발생되는 구조적인 응력을 측정하도록하는 쇼크리트변형률계를 구성함에있어서, 양단에 응력플랜지를 형성한 중공의 실린더 내부에 진동판을 설치하고 그 중앙 일측에 상기 진동판의 진동주파수를 감지하도록 트랜스퍼를 설치한 한쌍의 쇼크리트변형률계를, 결합브라케트으로 +형으로 수평과 수직을 이루도록 결합 구성하여, 상기 각 측정기의 트랜스퍼에 케이블을 연결하여 그 단부를 측정이 유리한 곳에 노출 되도록 하여 상기 케이블에 공지된 별도의 자동계측시스템을 연결하여 쇼크리트응력에 따라 장력이 변하는 진동판의 진동주파수로 쇼크리트에 작용하는 응력을 측정 하도록 구성함을 특징으로하는 진동판식 쇼크리트 변형률계(VIBRATING STRIP SHOTCRETE STRAINGAGE).
2. 제1항에 있어서,

   상기 진동판은, 양단에 일체로 형성된 고정블록중 어느 한 개를 실린더 내부 일측에 고정하고 나머지 한 개를 실린더의 일측에 나사결합된 스크류에 결합하여, 스크류의 조정으로 장력을 조절할수 있도록 구성함을 특징으로하는 진동판식 쇼크리트 변형률계(VIBRATING STRIP SHOTCRETE STRAINGAGE).