KR20040108621A - 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치 및 그방법 - Google Patents

광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치 및 그방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방에서 발생되는 터널의 선행침하량을 측정하기 위한 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 그 구성은 터널 막장 전방의 천장으로부터 소정의 각도로 유지되면서 내측으로 일정한 깊이를 갖는 천공에 삽입되며, 터널 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방의 선행침하량을 측정하기 위한 광섬유 센서장치와, 상기 광섬유 센서장치에 터널 막장 전방에서 발생되는 선행침하량의 정보를 요청하는 제어신호를 전송하며, 상기 전송된 제어신호에 의하여 광섬유 센서장치로부터 터널 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방의 선행침하량을 전기적 신호로 전송받아 디지털 신호 변환하여 데이터를 수집 기록하기 위한 데이터 로거, 및 상기 데이터 로거와 무선 또는 유선으로 통신되며, 상기 데이터 로거에 터널 막장의 전방에서 발생되는 선행침하량의 정보를 요청하는 제어신호를 전송하며, 상기 전송된 제어신호에 의하여 데이터 로거로부터 터널 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 기록한 데이터를 전송받는 제어수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치에 관한 것으로서, 상기와 같은 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치는 터널 발파시나 발파후에 발생되는 막장 전방의 선행침하량을 광섬유 센서장치를 이용하여 실시간으로 측정함으로써, 막장 전방에서 발생되는 선행침하량의 데이터의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 터널 막장의 전방의 천장으로 소정의 각도로 천공될 때, 상기 천공에의하여 채취되는 시료를 통하여 막장 전방의 절리발달 상태 및 풍화상태, 파쇄대 분포특성, 지하수 유출여부를 확인할 수 있어, 통상적 선진수평시추의 보완의 효과를 가지며, 뿐만 아니라 상기 천공에 촬영장치를 삽입하여 육안으로 터널의 내부 상태를 관찰할 수 있으며, 특히 지하수의 유출을 육안으로 확인할 수 있는 효과가 있다.

Description

광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치 및 그 방법{The measuring device to sink value of turren using fiber optic sensor and the method thereof}
본 발명은 터널의 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방의 선행침하량을 측정하기 위한 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유 센서를 이용하여 터널의 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 측정할 수 있는 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 터널을 형성하기 위해서는 여러 가지 선행작업의 공법이 시행된다.
첫째로, 터널을 형성하고자 하는 곳의 지반 상태와 발파를 위하여 발파재를 삽입하기 위한 선진수평보링 또는 천공을 형성하는 공법이 있다.
상기와 같은 공법은, 터널을 형성하고자 하는 자유전단면에 일정한 깊이로 보링 또는 천공을 시행하여 시료를 채취함으로써, 암반에 존재하는 절리의 발달 상태 및 풍화 상태 및, 파쇄대의 분포특성, 지하수의 유출 유무를 확인할 수 있는 공법이 있다.
이때, 보링 또는 천공되는 직경이 300 내지 600mm이고, 그 깊이는 50M 이상 보링 또는 천공되기 때문에 상기와 같은 암반 상태를 확인함에 있어, 그 직업시간 및 인력이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 방법에 의하여 선진 보링된 수평공은 발파 작업시 발파 효율의 증대와 진동의 감소라는 발파효과 이외에도 굴착 예정구간의 암반에 대한 사전 지반정보를 획득하는 데도 이용된다.
여기서, 발파 효율의 증대와 진동의 감소를 얻을 수 있는 것은, 암반의 상태를 확인하여 발파재의 사용량을 적절하게 적용할 수 있다는 의미가 된다..
둘째로, 도 8에 도시된 바와 같이, 선진수평보링의 수평공의 공내에 촬영장치를 삽입하여, 공내의 암반의 상태를 육안으로 확인하는 방법이 있다.
상기와 같은 촬영방법에 의하면, 상기 암반의 시료를 채취하여 확인할 수 없는 지하수의 유출유무를 정확하게 파악할 수 있고, 또한 보링된 수평공의 내부의 상태가 어떠한지를 정확하게 육안으로 파악할 수 있다.
그러나, 상기에서도 언급된 바와 같이, 선진수평보링의 수평공의 직경이 300mm ~ 600mm로 보링하고, 그 길이를 50M 이상으로 보링하기 때문에 그 작업시간 및 인력이 많이 소요된다.
상기와 같은 작업방법에는 선진수평보링의 수평공의 공내를 촬영하는 촬영장치(300)와, 상기 촬영장치(300)를 제어하는 제어수단(200)으로 구성되며, 그 작업방법은 먼저 자유전단면(80)에 대구경 선진수평보링장치를 이용하여 선진수평보링의 수평공(400)을 형성하는 단계와, 상기 수평공(400)의 공내에 촬영장치(300)를 삽입하는 단계와, 상기 촬영장치(300)에 전원을 공급하여 작동시키는 작동단계와, 상기 제어수단(200)에 의하여 제어되는 촬영장치(300)에 의하여 촬영된 데이터를 수신하는 수신단계와, 상기 수신된 데이터를 제어수단(200)에서 디스플레이하는 디스플레이단계를 포함하여 이루어진다.
셋째로, 터널의 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방에서 발생되는 터널의 선행침하량을 측정하기 위한 공법이 있다.
여기서, 종래에는 터널 막장의 전방에서 발생되는 터널의 선행침하량을 측정하기 위해서는 터널의 막장 전방의 천장으로부터 소정의 각도로 유지되면서 형성된 천공에 강관센서나 격자지보를 삽입하여, 터널의 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방에서 발생되는 터널의 선행침하량을 측정하였다.
여기서, 상기 강관센서나 격자지보에 설치되는 센서는, 스트레인 게이지를 사용하였다.
상기와 같은 종래의 방법은, ① 시공의 진행과정에서 발생되는 방대한 양의 데이터를 신속하게 피드백 할 수 없고, ② 막장 위주의 계측으로 전구간에서 강관센서나 격자지보의 회수의 획일화가 없으며, ③ 굴진과정에서 막장의 붕괴 위험을 예측이 불가능하며, ④ 굴착후 일정한 공정을 시행한 후에 측정이 가능하며, ⑤ 내공변위 및 천단변위 측정은 측정 지점의 변위를 기준으로 하여 단면 해석만 가능하며, ⑥ 측정오차를 줄이기 위해 측정자가 지속적으로 관찰하여야 하며, ⑦ 록볼트축력 측정용 센서의 경우 전자기파의 영향에 따른 데이터 노이즈 발생으로 데이터의 신뢰성이 저하되며, ⑧ 숏크리트 응력 측정 센서 및 록볼트 축력 측정용 센서 등의 망실로 인한 계측 데이터의 부족으로 정확한 변위 측정량의 판단에 어려움이 있고, ⑨ 매 측정시 공사차량 및 장비의 이동에 불편함을 초래하였다.
위와 같이, 종래의 재래적인 계측의 경우 일상계측 항목인 내공변위 측정, 천단 침하 측정, 록볼트의 축력 등과 같이 계측 담당자가 일정간격으로 측정시 계속되는 막장의 진행으로 인하여 모든 지점에서 지반내 계측을 할 수 없었다. 또한 측정의 오차를 줄이기 위해 특정 담당자가 계측의 시작부터 끝까지 측정을 해야하는 문제점을 내포하고 있었다. 뿐만 아니라, 막장이 이동함에 따라 발생하는 방대한 양의 데이터에 대한 신속한 피드백을 할 수 없어서 추후 터널 공사의 일정에 차질을 줄 수 있는 문제점이 있었다. 그리고, 터널의 막장 굴착을 위한 발파시 발생되는 진동으로 인하여 계측 데이터의 부족으로 정확한 선행침하량의 판단에 어려움이 있었다.
상기와 같은 문제점 이외에도, 상기 3가지 공법 즉, 선진수평보링을 행하는 업체와, 상기 보링내의 수평공의 공내에 촬영장비를 이용하여 공내의 암반의 상태를 육안으로 확인하는 업체 및 상기 터널의 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 측정하는 업체가 모두 별개의 업체에서 시행함으로 인해 공사비가 많이 소요되고 또한 시공 기간이 연장되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 터널 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방에서 발생되는 터널의 선행침하량을 광섬유 센서를 이용하여 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기와 같은 선행침하량을 측정하기 위하여, 터널의 막장 전방의 천장으로부터 소정의 각도로 유지되면서 내측으로 일정한 깊이를 갖는 천공을 형성함으로써, 상기 천공을 형성할 때 채취되는 시료를 이용하여 통상적인 선진수평시추에 의하여 측정할 수 있는 암반의 절리발달 상태 및 풍화상태, 파쇄대 분포특성을 확인할 수 있고, 또한 상기 천공에 촬영장치를 삽입하여 공내의 암반 상태를 육안으로 확인할 수 있으며, 또한 실시간으로 터널의 전방에서 발생되는 선행침하량을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 터널을 형성함에 있어, 선진수평보링을 행하는 공법과, 상기 보링내의 수평공에 촬영장비를 이용하여 공내의 현상을 육안으로 확인하는 공법 및 상기 터널의 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 측정하는 공법을 단일 업체에서 수행함으로 인해 공사비와 공사기간을 상당히 단축시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 측정방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치를 터널의 막장에 개략적으로 도시한 상태도.
도 2는 본 발명의 광섬유 센서장치의 개략적 단면도.
도 3은 도 1의 A부분의 확대도로서, 본 발명의 광섬유 센서장치를 막장의 전방에 형성된 천공에 다수개 설치한 상태도.
도 4는 본 발명의 데이터 로거의 구성도.
도 5는 본 발명의 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치의 제어수단의 단계를 나타낸 흐름도.
도 6a는 본 발명의 광섬유 센서를 이용한 선행침하량 측정장치를 터널의 막장에 설치하기 위하여 터널의 형성하기 위한 단계를 계략적으로 나타낸 상태도.
도 6b는 본 발명의 광섬유 센서를 이용한 선행침하량 측정장치를 천공에 삽입한 후 발파하여 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 측정하기 위한 단계를 개략적으로 나타낸 상태도.
도 7은 본 발명의 광섬유 센서장치를 삽입 설치하는 터널의 천공에 촬영장치를 삽입하여 공내의 암반 상태를 측정하는 상태를 계략적으로 나타낸 상태도.
도 8은 종래의 선진수평보링의 수평공의 공내에 촬영장치를 삽입하여 공내의 암반 상태를 측정하는 상태를 계략적으로 나타낸 상태도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10. 광섬유 센서장치 11. 광섬유 센서
12. 광섬유 13. 튜브
14. 스테인레스바 15. 고정수단
30. 데이터로거 31. 인터페이스 보드
32. 제 1 입출력부 33. 저장부
34. 제어부 35. 제 2 입출력부
50. 200 제어수단 51. 작업내용 입력단계
52. 작업내용 파악단계 53,53',53'''. 메시지 전송단계
53''. 시리얼넘버 추출단계 54. 정보 수신단계
55. 정보 출력단계
70. 광케이블
80. 자유전단면 81. 발파재
82. 제 1 장전공 83. 터널
84. 천공 85. 막장 전단면
86. 제 2 장전공 90,300. 촬영장치
400. 수평공
100. 광섬유 센서를 이용한 선행침하량 측정장치
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치는, 터널 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 측정하기 위한 측정 장치에 있어서, 널 막장 전방의 천장으로부터 소정의 각도로 유지되면서 내측으로 일정한 깊이를 갖는 천공에 삽입되며, 터널 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방의 선행침하량을 측정하기 위한 광섬유 센서장치와, 기 광섬유 센서장치에 터널 막장 전방에서 발생되는 선행침하량의 정보를 요청하는 제어신호를 전송하며, 상기 전송된 제어신호에 의하여 광섬유 센서장치로부터 터널 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방의 선행침하량을 전기적 신호로 전송받아 디지털 신호 변환하여 데이터를 수집 기록하기 위한 데이터 로거 및, 상기 데이터 로거와 무선 또는 유선으로 통신되며, 상기 데이터 로거에 터널 막장의 전방에서 발생되는 선행침하량의 정보를 요청하는 제어신호를 전송하며, 상기 전송된 제어신호에 의하여 데이터 로거로부터 터널 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 기록한 데이터를 전송받는 제어수단을 포함하여 구성된다.
특히, 상기 광섬유 센서장치는, 섬유 센서와, 상기 광섬유 센서를 상호 연결시키기 위한 광섬유와, 상기 광섬유 센서와 광섬유를 보호하기 위한 튜브와, 상기 튜브의 양측에 설치되며, 상기 광섬유를 고정시키기 위한 고정수단 및, 상기 광섬유와 데이터 로거를 상호 연결하여, 상기 광섬유 센서에서 측정된 데이터를 데이터로거로 전송하는 광케이블을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 데이터 로거는, 상기 광섬유 센서장치와 제어수단을 유선 내지 무선으로 상호 통신이 되도록 하는 인터페이스 보드와, 상기 인터페이스 보드를 통하여, 상기 데이터 로거에서 상기 광섬유 센저장치로 막장 전방에서 발생되는 선행침하량이 얼마인지 확인하기 위한 제어신호를 출력하며, 상기 광섬유 센서장치에서 측정된 막장 전방에서 발생되는 전기적 신호를 입력받는 제 1 입출력부와, 상기 광섬유 센서장치에서 발생되는 전기적 신호를 제 1 입출력부와 인터페이스 보드를 통하여 전송받아 디지털 신호로 변환하여 데이터를 저장 기록하며, 상기 제어수단에 의하여 입력된 제어신호를 인터페이스 보드를 통하여 전송받아 저장 기록하는 저장부와, 상기 저장부에 저장된 제어신호를 제어하는 제어부 및, 상기 제어수단에서 제어된 제어신호를 입력받아 상기 인터페이스 보드를 통하여 상기 제어부에 입력하며, 상기 저장부에 저장된 막장 전방에서 발생되는 데이터를 제어수단으로 출력하는 제 2 입출력부를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 제어수단은, 작업내용을 입력하는 단계와, 모든 광섬유 센서장치에 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 데이터 로거로 요청하거나, 또는 특정 광섬유 센서장치에 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 데이터 로거로 요청하는 작업 내용을 파악하는 단계와, 상기 작업 내용을 파악하여, 상기 데이터 로거에 선행침하량을 요청하는 메시지를 전송하는 단계와, 상기 전송된 메시지에 해당되는 막장 전방에서 발생되는 선행침하량의 정보를 수신하는 단계 및, 상기 수신된 선행침하량의 정보를 출력하는 단계를 포함하여 구성된다.
특히, 상기 작업 내용을 파악하는 단계에서, 상기 모든 광섬유 센서장치에서 측정된 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 요청하는 메시지를 데이터 로거로 전송할 경우에는, 상기 광섬유 센서장치의 시리얼 넘버 별로 침하정보를 요청하는 메시지를 전송하는 단계가 추가되고, 상기 특정 광섬유 센서장치에서 측정된 막장 전방의 선행침하량을 요청할 경우에는, 특정 광섬유 센서장치의 시리얼넘버를 추출하는 단계와, 상기 추출된 시리얼넘버에서 기록하고 있는 막장 전방의 선행침하량을 요청하는 메시지를 전송하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정방법은, 터널 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방의 선행침하량을 측정하기 위한 측정방법에 있어서, 자유전단면에 발파재를 삽입할 수 있는 제 1 장전공을 형성하는 단계와, 상기 제 1 장전공에 발파재를 삽입하는 단계와, 상기 발파재를 발파하여 터널을 형성하는 단계와, 상기 터널의 막장 전방의 천장으로부터 소정의 각도로 유지되면서 내측으로 일정한 깊이를 갖는 천공을 형성하는 단계와, 상기 터널의 막장전단면에 발파재를 삽입할 수 있는 제 2 장전공을 형성하는 단계와, 상기 제 2 장전공에 발파재를 삽입하는 단계와, 상기 천공에 광섬유 센서장치를 삽입하는 단계와, 상기 광섬유 센서장치와 데이터 로거 및 제어수단을 광케이블로 상호 연결하는 단계와, 상기 제 2 장전공에 삽입된 발파재를 발파하는 단계 및, 상기 발파시나 발파후에 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 광섬유 센서를 이용한 측정장치에서 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치 및 그 방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치를 터널의 막장에 개략적으로 도시한 상태도이고, 도 2는 본 발명의 광섬유 센서장치의 개략적 단면도이며, 도 3은 도 1의 A부분의 확대도로서, 본 발명의 광섬유 센서장치를 막장의 전방에 형성된 천공에 다수개 설치한 상태도이고, 도 4는 본 발명의 데이터 로거의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치의 제어수단의 단계를 나타낸 흐름도이며, 도 6a는 본 발명의 광섬유 센서를 이용한 선행침하량 측정장치를 터널의 막장에 설치하기 위하여 터널의 형성하기 위한 단계를 계략적으로 나타낸 상태도이며, 도 6b는 본 발명의 광섬유 센서를 이용한 선행침하량 측정장치를 천공에 삽입한 후 발파하여 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 측정하기 위한 단계를 개략적으로 나타낸 상태도이고, 도 7은 본 발명의 광섬유 센서장치를 삽입 설치하는 터널의 천공에 촬영장치를 삽입하여 공내의 암반 상태를 측정하는 상태를 계략적으로 나타낸 상태도를 각각 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치(100)는, 광섬유 센서장치(10)와, 데이터 로거(30)와,제어수단(50) 및, 상기 광섬유 센서장치(10)와 데이터 로거(30) 및 제어수단(50)을 상호 연결시켜 주는 광케이블(70)을 포함하여 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광섬유 센서장치(10)는, 광섬유 센서(11)와, 상기 광섬유 센서(11)를 상호 연결시키기 위한 광섬유(12)와, 상기 광섬유 센서(11)와 광섬유(12)를 보호하기 위한 튜브(13)와, 상기 튜브(13)의 외측에 설치되어 상기 광섬유 센서(11)와 광섬유(12) 및 튜브(13)를 보호하기 위한 스테인레스바(14) 및, 상기 스테인레스바(14)의 양측에 설치되며, 상기 광섬유(12)를 고정시키기 위한 고정수단(15)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 광섬유 센서장치(10)의 광섬유 센서(11)는 튜브(13) 내측에 다수개 설치되며, 상기 다수의 광섬유 센서(11)는 상기 광섬유(12)에 의하여 상호 연결된다.
상기와 같은 광섬유 센서장치(10)는, 30cm ~ 2M 까지 다양한 길이로 제작되나 바람직하게는 1M으로 제작되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제작된 광섬유 센서장치(10)의 광섬유(11)와 광섬유 센서(12)는 난연 튜브(13)에 의하여 1차적으로 보호되고, 상기 스테인레스바(14)에 의하여 2차적으로 보호되며, 또한, 상기 광섬유 센서장치(10)의 내부에 수분 및 습도의 침투를 방지하기 위하여 특수한 물질이 충진되는 것이 바람직하다.
상기 스테인레스바(14)의 외경은 10mm 내지 12mm로 제작되는 것이 바람직하다.
상기와 같은, 광섬유 센서장치(10)는 구조물의 길이변화를 0.005mm 단위로 측정할 수 있고, 또한 0.03mm 의 정확도를 가지며, -40 ~ +70℃의 온도에도 견딜 수 있는 것으로 제작되는 것이 바람직하다.
참고로 도 3은 도 1의 A부분의 확대도로서, 본 발명의 광섬유 센서장치가 막장의 전방에 다수개 설치된 상태를 도시화한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 로거(30)는, 인터페이스 보드(31)와, 제 1 입출력부(32)와, 저장부(33)와, 제어부(34) 및 제 2 입출력부(35)를 포함하여 구성된다.
상기 인터페이스 보드(31)는 상기 광섬유 센서장치(10)와 제어수단(50)을 유선 내지 무선으로 상호 통신이 되도록 하며, 상기 제 1 입출력부(32)는 상기 인터페이스 보드(31)를 통하여, 상기 데이터 로거(30)에서 상기 광섬유 센서장치(10)로 막장 전방에서 발생되는 선행침하량이 얼마인지 확인하기 위한 제어신호를 출력하며, 상기 광섬유 센서장치(10)에서 측정된 막장 전방에서 발생되는 전기적 신호를 입력받으며, 상기 저장부(33)는 상기 광섬유 센서장치(10)에서 발생되는 전기적 신호를 제 1 입출력부(32)와 인터페이스 보드(31)를 통하여 전송받아 디지털 신호로 변환하여 데이터를 저장 기록하며, 상기 제어수단(50)에 의하여 입력된 제어신호를 인터페이스 보드(31)를 통하여 전송받아 저장 기록하며, 상기 제어부(34)는 상기 저장부(33)에 저장된 제어신호를 제어하며, 상기 제 2 입출력부(35)는 상기 제어수단(50)에서 제어된 제어신호를 입력받아 상기 인터페이스 보드(31)를 통하여 상기 제어부(34)에 입력하며, 상기 저장부(33)에 저장된 막장 전방에서 발생되는 데이터를 제어수단(50)으로 출력하도록 하는 기능을 하는 것이다.
상기 데이터 로거(30)는, 32채널로 구성되며, 16비트 CPU(central processing unit)에 의해 주 제어가 콘트롤되며, 상기 32채널 각각의 광섬유 센서장치(10)로부터 받은 전기적 신호를 디지털 신호로 변환하여 RS232포트(인터페이스 보드)(31)에 의하여 데이터베이스 서버(제어수단)(50)에 전송한다.
또한, 상기 데이터베이스 서버(제어수단)(50)에서 제어된 제어신호를 입력하여 상기 광섬유 센서장치(10)로 전송한다.
이하에서는, 상기 데이터베이스 서버를 제어수단(50)으로 통칭하며, 상기 RS232포트를 인터페이스 보드(31)로 통칭한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어수단(50)은, 작업내용을 입력하는 단계(51)와, 모든 광섬유 센서장치(10)에 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 데이터 로거(30)로 요청하거나, 또는 특정 광섬유 센서장치(10)에 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 데이터 로거(30)로 요청하는 작업 내용을 파악하는 단계(52)와, 상기 작업 내용을 파악하여, 상기 데이터 로거(30)에 선행침하량을 요청하는 메시지를 전송하는 단계(53)와, 상기 전송된 메시지에 해당되는 막장 전방에서 발생되는 선행침하량의 정보를 수신하는 단계(54) 및, 상기 수신된 선행침하량의 정보를 출력하는 단계(55)를 포함하여 구성된다.
특히, 상기 작업 내용을 파악하는 단계(52)에서, 상기 모든 광섬유 센서장치(10)에서 측정된 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 요청하는 메시지를 데이터 로거(30)로 전송할 경우에는, 상기 광섬유 센서장치(10)의 시리얼 넘버 별로 침하정보를 요청하는 메시지를 전송하는 단계(53')가 추가되고;
상기 특정 광섬유 센서장치(10)에서 측정된 막장 전방의 선행침하량을 요청할 경우에는, 특정 광섬유 센서장치(10)의 시리얼넘버를 추출하는 단계(53'')와;
상기 추출된 시리얼넘버에서 기록하고 있는 막장 전방의 선행침하량을 요청하는 메시지를 전송하는 단계(53''')를 포함하여 구성된다.
상기 제어수단(50)은, 구조물의 길이변화를 실시간으로 측정하여 데이터베이스를 구성하고, 그 값을 실시간으로 도시하는 기능을 가진다.
상기 광케이블(70)은, 상기 광섬유 센서장치(10)와 또 다른 광섬유 센서장치(10)를 상호 연결함과 동시에, 상기 광섬유 센서장치(10)와 데이터 로거(30) 및 제어수단(50)을 상호 연결시켜, 상기 제어수단(50)에서 광섬유 센서장치(10)로 제어신호를 전송하거나 또는 상기 광섬유 센서장치(10)에서 측정된 데이터 신호를 제어수단(50)으로 전송하는 신호의 통로가 된다
터널 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방의 선행침하량을 측정하기 위한 측정방법은, 도 6a 내지 6b에 도시된 바와 같이, 자유전단면(80)에 발파재(81)를 삽입할 수 있는 제 1 장전공(82)을 형성하는 단계(S1)와, 상기 제 1 장전공(82)에 발파재(81)를 삽입하는 단계와(S2)와, 상기 제 1 장전공(82)에 삽입된 발파재(81)를 발파하여 터널(83)을 형성하는 단계(S3)와, 상기 터널(83)의 막장 전방의 천장으로부터 소정의 각도로 유지되면서 내측으로 일정한 깊이를 갖는 천공(84)을 형성하는 단계(S4)와, 상기 터널(83)의 막장 전단면(85)에 발파재(81)를 삽입할 수 있는 제 2 장전공(86)을 형성하는 단계(S5)와, 상기 제 2 장전공(86)에 발파재(81)를 삽입하는 단계(S6)와, 상기 천공(84)에 광섬유 센서장치(10)를 삽입하는 단계(S7)와, 상기 광섬유 센서장치(10)와 데이터 로거(30) 및 제어수단(50)을 광케이블(70)로 상호 연결하는 단계(S8)와, 상기 제 2 장전공(86)에 삽입된 발파재(81)를 발파하는 단계(S9) 및, 상기 발파시나 발파후에 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 광섬유 센서를 이용한 측정장치에서 측정하는 단계(S10)를 포함한다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명을 실시함에 있어서, 터널의 막장 전방으로부터 소정의 각도로 형성되는 천공(84)에 촬영장치(90)를 삽입하여, 상기 천공(84)의 공내에 암반의 상태를 육안으로 확인할 수 있다.
따라서, 상기와 같은 암반의 상태를 확인하기 위하여 별도의 보링 또는 천공을 형성하기 위한 작업을 수행하지 않아도 되기 때문에 공사기간을 대폭 단축할 수 있고, 또한 공사비를 절감할 수 있다.
또한, 상기와 같은 천공(84)에 의해서도, 종래의 보링 또는 천공에 의하여 관찰되든 암반에 존재하는 절리의 발달 상태 및 풍화 상태 및, 파쇄대의 분포특성, 지하수의 유출 유무를 확인할 수 있다.
상기 천공(84)은 그 직경이 40mm 내지 60mm로 천공되고, 그 깊이는 50M로 천공되기 때문에, 위에서 언급된 바와 같이 공사기간을 대폭 단축할 수 있고, 또한 공사비를 절감할 수 있다.
상기 공내의 암반 상태를 확인하기 위한 방법은, 먼저 막장 전방의 천장으로부터 소정의 각도로 형성된 천공(80)에 촬영장치(90)를 삽입한 다음, 상기 제어수단(50)을 이용하여 데이터 로거(30) 및 촬영장치(90)를 제어함으로써, 상기 촬영장치(90)에서 획득한 데이터를 데이터 로거(30)에서 수집하여, 상기 데이터 로거(30)에서 전송되는 데이터를 제어수단(50)에서 디스플레이 한다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었어나, 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
상기에서와 같이 본 발명에 따른 광섬유 센서장치를 이용한 선행침하량 측정장치 및 그 방법에 의하면, 터널 발파시나 발파후에 발생되는 막장 전방의 선행침하량을 광섬유 센서장치를 이용하여 실시간으로 측정함으로써, 막장 전방에서 발생되는 선행침하량의 데이터의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 뿐만 아니라 터널의 막장 전방의 천장으로부터 소정의 각도로 유지되면서 내측으로 일정한 깊이를 갖는 천공을 형성함으로써, 상기 천공을 형성할 때 채취되는 시료를 이용하여 통상적인 선진수평시추에 의하여 측정할 수 있는 암반의 절리발달 상태 및 풍화상태, 파쇄대 분포특성을 확인할 수 있고, 또한 상기 천공에 촬영장치를 삽입하여 공내의 암반 상태를 육안으로 확인할 수 있으며, 또한 실시간으로 터널의 전방에서 발생되는 선행침하량을 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 터널 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 측정하기 위한 측정장치에 있어서,
    터널 막장 전방의 천장으로부터 소정의 각도로 유지되면서 내측으로 일정한 깊이를 갖는 천공에 삽입되며, 터널 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방의 선행침하량을 측정하기 위한 광섬유 센서장치와;
    상기 광섬유 센서장치에 터널 막장 전방에서 발생되는 선행침하량의 정보를 요청하는 제어신호를 전송하며, 상기 전송된 제어신호에 의하여 광섬유 센서장치로부터 터널 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방의 선행침하량을 전기적 신호로 전송받아 디지털 신호 변환하여 데이터를 수집 기록하기 위한 데이터 로거; 및
    상기 데이터 로거와 무선 또는 유선으로 통신되며, 상기 데이터 로거에 터널 막장의 전방에서 발생되는 선행침하량의 정보를 요청하는 제어신호를 전송하며, 상기 전송된 제어신호에 의하여 데이터 로거로부터 터널 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 기록한 데이터를 전송받는 제어수단; 을 포함하여 구성함으로써,
    터널 발파시나 발파후에 발생되는 막장 전방의 선행침하량을 광섬유 센서장치를 이용하여 실시간으로 측정함으로써, 막장 전방에서 발생되는 선행침하량의 데이터의 신뢰성을 확보할 수 있는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광섬유 센서장치는,
    광섬유 센서와;
    상기 광섬유 센서를 상호 연결시키기 위한 광섬유와;
    상기 광섬유 센서와 광섬유를 보호하기 위한 튜브와;
    상기 튜브의 외측에 설치되어 상기 광섬유 센서와 광섬유 및 튜브를 보호하는 스트레인레스바와,
    상기 튜브의 양측에 설치되며, 상기 광섬유를 고정시키기 위한 고정수단; 및
    상기 광섬유와 데이터 로거를 상호 연결하여, 상기 광섬유 센서에서 측정된 데이터를 데이터 로거로 전송하는 광케이블; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 로거는,
    상기 광섬유 센서장치와 제어수단을 유선 내지 무선으로 상호 통신이 되도록 하는 인터페이스 보드와;
    상기 인터페이스 보드를 통하여, 상기 데이터 로거에서 상기 광섬유 센저장치로 막장 전방에서 발생되는 선행침하량이 얼마인지 확인하기 위한 제어신호를 출력하며, 상기 광섬유 센서장치에서 측정된 막장 전방에서 발생되는 전기적 신호를 입력받는 제 1 입출력부와;
    상기 광섬유 센서장치에서 발생되는 전기적 신호를 제 1 입출력부와 인터페이스 보드를 통하여 전송받아 디지털 신호로 변환하여 데이터를 저장 기록하며, 상기 제어수단에 의하여 입력된 제어신호를 인터페이스 보드를 통하여 전송받아 저장 기록하는 저장부와;
    상기 저장부에 저장된 제어신호를 제어하는 제어부; 및
    상기 제어수단에서 제어된 제어신호를 입력받아 상기 인터페이스 보드를 통하여 상기 제어부에 입력하며, 상기 저장부에 저장된 막장 전방에서 발생되는 데이터를 제어수단으로 출력하는 제 2 입출력부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어수단은,
    작업내용을 입력하는 단계와;
    모든 광섬유 센서장치에 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 데이터 로거로 요청하거나, 또는 특정 광섬유 센서장치에 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 데이터 로거로 요청하는 작업 내용을 파악하는 단계와;
    상기 작업 내용을 파악하여, 상기 데이터 로거에 선행침하량을 요청하는 메시지를 전송하는 단계와;
    상기 전송된 메시지에 해당되는 막장 전방에서 발생되는 선행침하량의 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 선행침하량의 정보를 출력하는 단계; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 작업 내용을 파악하는 단계에서,
    상기 모든 광섬유 센서장치에서 측정된 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 요청하는 메시지를 데이터 로거로 전송할 경우에는, 상기 광섬유 센서장치의 시리얼 넘버 별로 침하정보를 요청하는 메시지를 전송하는 단계가 추가되고;
    상기 특정 광섬유 센서장치에서 측정된 막장 전방의 선행침하량을 요청할 경우에는, 특정 광섬유 센서장치의 시리얼넘버를 추출하는 단계와;
    상기 추출된 시리얼넘버에서 기록하고 있는 막장 전방의 선행침하량을 요청하는 메시지를 전송하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정장치.
  6. 터널 발파시나 발파후에 발생되는 터널의 막장 전방의 선행침하량을 측정하기 위한 측정방법에 있어서,
    자유전단면에 발파재를 삽입할 수 있는 제 1 장전공을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 장전공에 발파재를 삽입하는 단계와;
    상기 발파재를 발파하여 터널을 형성하는 단계와;
    상기 터널의 막장 전방의 천장으로부터 소정의 각도로 유지되면서 내측으로 일정한 깊이를 갖는 천공을 형성하는 단계와;
    상기 터널의 막장전단면에 발파재를 삽입할 수 있는 제 2 장전공을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 장전공에 발파재를 삽입하는 단계와;
    상기 천공에 광섬유 센서장치를 삽입하는 단계와;
    상기 광섬유 센서장치와 데이터 로거 및 제어수단을 광케이블로 상호 연결하는 단계와;
    상기 제 2 장전공에 삽입된 발파재를 발파하는 단계; 및
    상기 발파시나 발파후에 막장 전방에서 발생되는 선행침하량을 광섬유 센서를 이용한 측정장치에서 측정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 이용한 터널의 선행침하량 측정방법.
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