KR20100136135A

KR20100136135A - 인발축 자동 조정 기능의 록볼트 인발시험장치

Info

Publication number: KR20100136135A
Application number: KR1020090054335A
Authority: KR
Inventors: 김동규; 배규진
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2010-12-28
Also published as: KR101029283B1

Abstract

본 발명은 터널 시공이나 사면보호공 등에서 지반에 관입되어 있는 록볼트의 인발력을 측정함에 있어서, 록볼트가 관입되어 있는 면이 불규칙하거나 록볼트가 기울어지게 설치되어 있더라도 인발하중이 가해지는 방향을 록볼트의 기울어진 상태에 맞추어 자동조절할 수 있으며, 록볼트 표면이 손상된 경우에도 견고하게 록볼트를 물어서, 정확하게 록볼트의 인발력을 측정할 수 있는 새로운 구성의 록볼트 인발시험장치에 관한 것이다.

본 발명에서는 록볼트의 설치축선에 맞추어 인발축이 자동적으로 조정되는 구조를 가지며, 웨지 방식으로 록볼트의 상단부를 견고하게 물어주는 결합구를 구비한 구조의 록볼트 인발시험장치가 제공된다.

Description

인발축 자동 조정 기능의 록볼트 인발시험장치{Automatic Drawing Test Machine for Rock Bolt}

본 발명은 터널 시공이나 사면보호공 등에서 지반에 관입되어 있는 록볼트의 인발력을 측정하는 록볼트 인발시험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 록볼트가 관입되어 있는 면이 불규칙하거나 록볼트가 기울어지게 설치되어 있더라도 인발하중이 가해지는 방향을 록볼트의 기울어진 상태에 맞추어 자동조절할 수 있으며, 록볼트 표면이 손상된 경우에도 견고하게 록볼트를 물어서, 정확하게 록볼트의 인발력을 측정할 수 있는 새로운 구성의 록볼트 인발시험장치에 관한 것이다.

터널의 굴착면이나 사면 절취면 등에는 지반의 안정을 위하여 록볼트를 관입설치하게 된다. 이러한 록볼트에는 토압이 작용하게 되므로, 안정적인 터널 시공, 사면보호공 등을 위해서는 록볼트의 인발력을 정확하게 파악하는 것이 매우 중요하다. 이를 위해서는 록볼트 인발시험장치를 이용하여 지중에 설치되어 있는 록볼트에 인발하중을 가하여 록볼트가 가지고 있는 인발력을 측정하게 된다.

터널의 굴착면은, 발파와 숏크리트 타설 등으로 인하여 그 면이 평탄하지 않 다. 따라서 종래의 록볼트 인발시험장치를 설치하기가 매우 어렵게 된다. 특히, 종래의 록볼트 인발시험장치의 경우, 록볼트를 인발하는 방향 즉, 록볼트에 가해지는 인발하중의 작용 방향이 항상 일정한데, 터널 굴착면의 경우 위에서 언급한 것처럼 그 면이 평탄하지 않으며, 록볼트가 지면과 기울어지게 설치되는 경우도 발생하기 때문에, 지중에 설치된 록볼트의 설치 방향("록볼트의 설치축선")과 인발시험장치를 통하여 록볼트에 가해지는 인발하중의 작용 방향("인발축선")이 일직선을 이루지 못하는 경우가 빈번하다. 이와 같이 록볼트의 설치축선과 인발시험장치의 인발축선이 일직선을 이루지 아니한 상태에서 인발하중이 작용하게 되면 록볼트에는 휨 또는 전단력이 작용하게 되고, 그 결과 인발시험장치에서는 순수한 록볼트의 인발력이 아니라, 휨 또는 전단력에 의한 영향이 반영된 부정확한 록볼트의 인발력이 측정된다. 따라서 인발시험장치의 측정 결과에 대한 신뢰도가 낮아지게 되는 문제점이 있다.

한편, 록볼트의 상단부를 인발시험장치를 연결함에 있어서 종래의 인발시험장치에서는 록볼트의 상단부에 나사부를 형성하여 인발시험장치의 결합구에 나사결합을 하였다. 그러나 시공현장에서는 록볼트의 표면에 형성된 나사산이 손상되는 경우가 종종 발생하게 되고, 록볼트의 표면 부식 등으로 인하여, 인발시험과정에서 록볼트가 인발시험장치의 결합구로부터 미끄러져 분리되는 경우가 생기게 된다. 이러한 록볼트와 인발시험장치의 불완전한 결합은 결국 부정확한 인발시험결과를 가져오게 된다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점과 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로 터널 굴착면과 같이 록볼트의 설치면이 고르지 아니한 경우에도 인발시험장치를 용이하게 설치할 수 있으며, 특히 록볼트의 설치축선이 지면에 대해 기울어져 있더라도 항상 록볼트의 설치축선과 인발시험장치의 인발축선이 동일 선상에 위치하도록 하여, 휨이나 전단력에 의한 영향을 배제한 순수한 록볼트의 인발력을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 록볼트 인발시험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 록볼트의 단부를 견고하게 물어서 인발시험과정에서 결합구로부터 분리되어 부정확한 인발시험결과가 발생하는 것을 방진할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 록볼트의 설치축선에 맞추어 인발축이 자동적으로 조정되는 구조를 가지며, 웨지 방식으로 록볼트의 상단부를 견고하게 물어주는 결합구를 구비한 새로운 구조의 록볼트 인발시험장치를 제공한다.

구체적으로 본 발명에는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 지중에 설치된 록볼트에 인발하중을 가하여 록볼트가 지지할 수 있는 인발력을 측정하는 록볼트 인발시험장치로서, 지면에 설치되어 장치를 지지하는 지지 프레임과; 하단에는 상기 록볼트의 상단부를 물어주는 결합구가 구비되어 있는 인발축과; 상기 지지 프레임 위에 설치되며 상면에 구형상의 오목부가 형성되어 있는 크래들 부재와; 상기 크래들 부재의 오목부에 대응되는 구형상의 볼록부가 구비되어 있으며 상기 볼록부가 상기 오목부 내에 담겨지도록 상기 크래들 부재 위에 설치되어 상기 인발축에 인발하중을 가하는 인발실린더를 포함하며; 상기 결합구가 상기 록볼트의 상단부를 물게 되면 록볼트가 지면에 대해 기울어진 각도에 맞추어 상기 볼록부가 상기 오목부 내에서 슬라이딩되면서 상기 인발실린더 및 인발축이 지지 프레임에 대하여 기울어지는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 록볼트 인발시험장치가 제공된다.

이러한 본 발명의 록볼트 인발시험장치에서, 상기 결합구는, 록볼트의 외면을 감싸는 웨지와, 상기 웨지가 록볼트의 외면을 감싼 상태로 끼워지는 웨지콘과, 상기 웨지콘을 물고 있으며 상기 인발축의 하단부에 회전가능하게 결합되는 지그로 구성될 수 있다. 또한, 상기 지지 프레임은, 길이 조절이 가능한 복수개의 지지 레그와, 상기 지지 레그가 결합되는 상부판으로 구성되어, 상기 지지 프레임이 설치되는 지면의 상태에 맞추어 상기 지지 레그의 길이를 조절할 수 있도록 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명에서 상기 인발실린더의 상단에는 로드셀이 설치되고, 상기 인발축의 상부가 상기 로드셀을 관통한 상태에서 너트로 고정되어, 인발실린더에 의해 인발축이 인발되어 당겨질 때 상기 로드셀에 의해 록볼트의 인발력이 수치로 측정되는 구조를 가질 수도 있다.

아울러, 본 발명에서, 상기 결합구의 외면에는 측정점이 설치되어 있고, 상기 측정점에 접촉하도록 프레임에 의해 설치된 변위측정기를 더 구비하여, 록볼트에 인발력이 작용하여 록볼트에 수직 방향의 변위가 발생할 때 변위측정기를 통해 록볼트의 변위를 측정하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 록볼트가 관입되어 있는 면이 불규칙하더라도 인발시험장치를 용이하게 설치할 수 있으며, 록볼트의 설치축선과 인발시험장치의 인발축선이 항시 일직선을 유지할 수 있도록 하여 휨이나 전단력에 의한 영향 없이 순수한 록볼트의 인발력을 정확하게 측정할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 웨지 형태로 록볼트의 단부를 견고하게 물어주므로, 록볼트의 표면 상태와 무관하게 인발시험장치의 결합구와 록볼트가 견고하게 결합되어, 시험 도중에 록볼트가 결합구로부터 미끄러지거나 분리되는 현상이 발생하는 것을 원천적으로 방지할 수 있으며, 그에 따라 정확한 시험결과를 얻어낼 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한 되지 않는다.

도 1에는 본 발명에 따른 록볼트 인발시험장치(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따른 록볼트 인발시험장치(1)의 개략적인 정면도가 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에는 본 발명에 따른 록볼트 인발시험장치(1)에서 후술하는 크래들 부재(13) 및 상부판(112)을 부분 단면으로 도시한 개략적인 부분 단면 정면도가 도시되어 있는데, 도 3에는 록볼트(2)의 설치축선이 수직한 상태가 도시되어 있고, 도 4에는 록볼트(2)의 설치축선과 인발하중이 작용하는 인발축선이 동일 선상에 있도록 상기 록볼트(2)의 기울어진 설치축선에 맞추어 인발실린더(14) 및 인발축(12)이 기울어진 상태가 도시되어 있다. 편의상 도면에서 인발실린더(14)에 유압을 가하기 위한 연결관의 구성 및 로드셀(3)의 데이터 송수신을 위한 관의 구성은 공지된 것이므로 도시를 생략하였다. 또한 도 3 및 도 4에서는 후술하는 변위측정기(5) 및 이를 설치하기 위한 프레임(51), 그리고 측정점(125)의 도시를 편의상 생략하였다.

본 발명의 록볼트 인발시험장치(1)는, 지면에 설치되어 장치를 지지하는 지지 프레임(11)과, 하단에는 록볼트(2)의 상단부를 물어주는 결합구(121)가 구비되어 있는 인발축(12)과, 상기 지지 프레임(11) 위에 설치되며 상면에 구형상의 오목부(131)가 형성되어 있는 크래들(cradle) 부재(13)와, 상기 크래들 부재(13)의 오목부(131)에 대응되는 구형상의 볼록부(141)가 구비되어 있으며 상기 인발축(12)에 인발력을 가하는 인발실린더(14)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 지지 프레임(11)은, 길이 조절이 가능한 복수개의 지지 레 그(111)와, 상기 지지 레그(111)가 결합되는 상부판(112)으로 구성될 수 있다. 도면에 도시된 것처럼 상기 지지 레그(111)의 상단부가 상기 상부판(112)에 나사 결합됨으로써, 지지 레그(111)의 길이가 조절될 수 있다. 물론 다른 공지의 구성을 이용하여 지지 레그(111)의 길이를 조절하도록 구성할 수 있다. 이와 같이 지지 레그(111)의 길이를 조절할 수 있도록 구성함으로서, 본 발명에 따른 록볼트 인발시험장치(1)를 설치할 지면이 불규칙하더라도, 그에 맞추어 용이하게 장치를 설치할 수 있게 된다.

상기 지지 프레임(11)의 상면에는 반구형 오목부(131)가 형성된 크래들 부재(13)가 구비된다. 상기 크래들 부재(13) 위에는 인발실린더(14)가 놓이게 되는데, 인발실린더(14)의 하단에는 상기 크래들 부재(13) 사이에 볼록부(141)가 구비되어 있다. 상기 볼록부(141)의 형상은 상기 크래들 부재(13)의 오목부(131) 형상에 대응되며 상기 볼록부(141)가 상기 오목부(131) 내에 담겨져 있으므로, 상기 볼록부(141)가 상기 오목부(131) 내에서 슬라이딩되면서 도 3에 도시된 것처럼 상기 인발실린더(14) 및 인발축(12)이 지지 프레임(11)에 대하여 각 방향으로 소정 각도로 기울어질 수 있게 된다. 상기 인발실린더(14)를 관통하여 인발축(12)이 설치되며, 상기 인발실린더(14)는 공압 또는 유압에 의하여 상기 인발축(12)을 상향 인발하게 된다. 상기 크래들 부재(13)에는 상기 인발축(12)이 관통하는 관통공(미도시)가 형성되어 있다.

상기 인발축(12)의 하단부에는 록볼트(2)를 물을 수 있는 결합구(121)가 구비되어 있다. 도 5 및 도 6에는 각각 상기 결합구(121)의 구성을 상세히 보여주는 개략적인 결합사시도와 분해사시도가 도시되어 있는데, 도면에 도시된 실시예에서 상기 결합구(121)는 록볼트(2)의 외면을 감싸는 웨지(122)와, 상기 웨지(122)가 록볼트(2)의 외면을 감싼 상태로 끼워지는 웨지콘(123)과, 상기 웨지콘(123)을 물고 있으며 상기 인발축(12)의 하단부에 결합되는 지그(124)로 구성되어 있다. 도 7 및 도 8에는 각각 상기 웨지(122)의 내부 형상을 보여주는 도면이 도시되어 있는데, 록볼트(2)를 견고하게 물어주기 위하여, 록볼트(2)의 외면 형상에 대응되는 무늬(126)를 형성하거나(도 7) 또는 상기 웨지(122)의 내면에 돌기(125)를 형성할 수 있다(도 8).

이와 같이 본 발명에서는 웨지(122)와 웨지콘(123)을 이용하여 록볼트(2)를 결합구(12)에 결합하게 되므로, 록볼트(2)의 외면에 손상이 생기거나 또는 부식이 발생하더라도, 시험과정에서 록볼트(2)가 결합구(121)와의 슬립이 발생하지 않은 상태로 견고하게 인발시험장치(1)에 물려있게 된다.

상기 인발축(2)의 상단에는 인발력을 측정할 수 있는 로드셀(load cell)(3)이 별도로 설치될 수 있는데, 구체적으로는 도면에 도시된 것처럼, 인발실린더(14)의 상단에 로드셀(3)을 위치하고, 상기 인발축(2)의 상부가 로드셀(3)을 관통하도록 한 뒤 너트(4)를 체결함으로써, 인발실린더(14)에 의해 인발축(2)이 인발되어 당겨질 때 상기 로드셀(3)에 의해 인발력이 수치로 측정되도록 할 수 있다. 물론 인발실린더(14) 자체가 로드셀의 기능을 내장하고 있는 경우에는 위와 같은 별도의 로드셀(3)을 생략할 수도 있다.

한편, 록볼트(2)의 변위를 측정하기 위한 변위측정기(5)가 본 발명에 따른 록볼트 인발시험장치(1)에 더 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 결합구(121)의 외면에 측정점(125)을 설치하고, 별도의 프레임(51)을 이용하여 변위측정기(5)를 설치할 수 있다. 록볼트(2)에 인발력이 작용하여 록볼트(2)에 수직 방향의 변위가 발생하는 경우, 록볼트(2)의 수직 방향의 변위는 결국 결합구(121)의 변위가 되고, 그에 따라 결합구(121) 외부의 측정점(125)이 상승함으로써, 상기 측정점(125)에 접촉하고 있는 변위측정기(5)를 통해 록볼트(2)의 변위를 측정할 수 있게 된다.

다음에서는 위와 같은 본 발명에 따른 록볼트 인발장치(1)의 작동 상태 즉, 록볼트 인발장치(1)를 이용하여 록볼트(2)의 인발력을 측정하는 과정을 설명한다.

도 1에 도시된 것처럼 하부는 지중에 매립되고 상부는 지면 위로 노출되도록 지중에 설치된 록볼트(2) 위에 지지 프레임(11)을 설치한다. 지지 프레임(11) 위에는 크래들 부재(13)와 인발실린더(14)가 설치되어 있다. 필요한 경우 로드셀(3)도 설치된다. 인발축(12)이 상기 크래들 부재(13)와 인발실린더(14)를 관통하고 있다. 지표에 노출된 상기 록볼트(2)의 단부 주변에 웨지(122)를 감싼 상태에서 상기 웨지(122)와 록볼트(2)의 단부가 웨지콘(123)에 끼워지고, 상기 웨지콘(123)이 지그(124)에 물려서 인발축(12)에 결합되어 있다. 이러한 상태에서 인발실린더(14)가 작동하여 인발축(12)을 상향 인발시켜 인발하중을 작용하게 되면서 록볼트(1)가 지탱하는 인발하중 즉, 록볼트(1)의 인발력을 측정하게 된다. 이 때 변위측정기(5)를 이용하여 록볼트(1)의 인발 변위를 측정할 수 있다.

한편, 록볼트(1)의 단부가 지면에 대해 기울어져 있는 경우가 있는데, 본 발명에서는 반구형 오목부(121)가 형성된 크래들 부재(13)가 구비되어 있고, 상기 크 래들 부재(13)의 오목부(121) 내에 볼록부(141)가 미끄러질 수 있게 개재된 상태로 상기 크래들 부재(13) 위에 인발실린더(14)가 놓여 있으므로, 상기 결합구(121)가 상기 록볼트(2)의 상단부를 물게 되면 도 4에 도시된 것처럼 볼록부(141)가 오목부(121) 내에서 슬라이딩되면서 록볼트(2)가 지면에 대해 기울어진 각도에 맞추어 볼록부(141)와 인발실린더(14)가 기울어진다. 즉, 지면에 대해 록볼트(2)의 설치축선이 기울어져 있는 상태에서는 그에 맞추어 인발축(12)과 인발실린더(14)가 기울어지면서 인발하중이 작용하게 되는 방향인 인발축선도 기울어져, 상기 록볼트(2)의 설치축선과 인발축선이 동일한 일직선상에 있게 된다. 이러한 상태 즉, 상기 록볼트(2)의 설치축선과 인발축선이 동일한 일직선상에 있는 상태에서 인발하중이 작용하게 되어 록볼트(1)의 인발력을 측정하게 된다. 따라서 본 발명에 따르면 비록 록볼트(2)가 지면에 대해 경사지게 설치되어 있더라도, 인발하중이 그 경사진 상태에 맞추어 작용할 수 있게 되고, 그에 따라 인발하중 시험결과에는 경사진 상태로 인한 휨이나 전단력의 영향이 배제될 수 있으며, 따라서 순수한 록볼트의 인발력을 정확하게 측정할 수 있게 된다.

특히, 앞서 설명한 것처럼, 본 발명에서는 웨지(122)와 웨지콘(123)을 이용하여 록볼트(2)를 결합구(12)에 결합하므로, 록볼트(2)의 외면에 손상이 생기거나 또는 부식이 발생하더라도, 시험과정에서 록볼트(2)가 결합구(12)와의 슬립이 발생하지 않게 되며, 그에 따라 정확한 인발력 측정이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 록볼트 인발시험장치의 개략적인 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 록볼트 인발시험장치의 개략적인 정면도이다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 록볼트 인발시험장치에서 크래들 부재 및 상부판을 부분 단면으로 도시한 개략적인 부분 단면 정면도로서, 도 3은 록볼트의 설치축선이 수직인 경우이며, 도 4는 록볼트의 설치축선에 맞추어 인발실린더 및 인발축이 기울어진 경우이다.

도 5 및 도 6은 각각 는 본 발명에 따른 록볼트 인발시험장치에 구비된 결합구의 구성을 보여주는 개략적인 조립 사시도 및 분해 사시도이다.

도 7 및 도 8은 각각 본 발명에 따른 록볼트 인발시험장치에 구비된 결합구의 웨지 내부 형상을 보여주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 록볼트 인발시험장치 2 록볼트

3 로드셀 11 지지 프레임

12 인발축 13 크래들 부재

14 인발실린더

Claims

지중에 설치된 록볼트(2)에 인발하중을 가하여 록볼트(2)가 지지할 수 있는 인발력을 측정하는 록볼트 인발시험장치(1)로서,

지면에 설치되어 장치를 지지하는 지지 프레임(11)과;

하단에는 상기 록볼트(2)의 상단부를 물어주는 결합구(121)가 구비되어 있는 인발축(12)과;

상기 지지 프레임(11) 위에 설치되며 상면에 구형상의 오목부(131)가 형성되어 있는 크래들(cradle) 부재(13)와;

상기 크래들 부재(13)의 오목부(131)에 대응되는 구형상의 볼록부(141)가 구비되어 있으며 상기 볼록부(141)가 상기 오목부(131) 내에 담겨지도록 상기 크래들 부재(13) 위에 설치되어 상기 인발축(12)에 인발하중을 가하는 인발실린더(14)를 포함하며;

상기 결합구(121)가 상기 록볼트(2)의 상단부를 물게 되면 록볼트(2)가 지면에 대해 기울어진 각도에 맞추어 상기 볼록부(141)가 상기 오목부(131) 내에서 슬라이딩되면서 상기 인발실린더(14) 및 인발축(12)이 지지 프레임(11)에 대하여 기울어지는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 록볼트 인발시험장치.
제1항에 있어서,

상기 결합구(121)는, 록볼트(2)의 외면을 감싸는 웨지(122)와, 상기 웨지(122)가 록볼트(2)의 외면을 감싼 상태로 끼워지는 웨지콘(123)과, 상기 웨지콘(123)을 물고 있으며 상기 인발축(12)의 하단부에 회전가능하게 결합되는 지그(124)로 구성되는 것을 특징으로 하는 록볼트 인발시험장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 지지 프레임(11)은,

길이 조절이 가능한 복수개의 지지 레그(111)와,

상기 지지 레그(111)가 결합되는 상부판(112)으로 구성되어,

상기 지지 프레임(11)이 설치되는 지면의 상태에 맞추어 상기 지지 레그(111)의 길이를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 록볼트 인발시험장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 인발실린더(14)의 상단에는 로드셀(3)이 설치되고,

상기 인발축(2)의 상부가 상기 로드셀(3)을 관통한 상태에서 너트(4)로 고정되어,

인발실린더(14)에 의해 인발축(2)이 당겨질 때 상기 로드셀(3)에 의해 록볼트(1)의 인발력이 수치로 측정되는 것을 특징으로 하는 록볼트 인발시험장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 결합구(121)의 외면에는 측정점(125)이 설치되어 있고,

상기 측정점(125)에 접촉하도록 프레임(51)에 의해 설치된 변위측정기(5)를 더 구비하여, 록볼트(2)에 인발력이 작용하여 록볼트(2)에 수직 방향의 변위가 발생할 때 변위측정기(5)를 통해 록볼트(2)의 변위를 측정하는 것을 특징으로 하는 록볼트 인발시험장치.