KR20100138401A - 터널 라이닝 내공변위 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 라이닝 내공변위 측정 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 별도의 센서 장비를 설치하거나 추가적인 측정 작업 없이 하나의 측정장비만으로도 터널 라이닝의 길이 변화량은 물론 그 변화의 방향성도 측정할 수 있고, 그 구성 및 설치가 매우 용이한 터널 라이닝 내공변위 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 터널 라이닝 내공변위 측정 장치는 플라스틱 소재로 이루어진 띠 형상의 스트립 부재와, 상기 스트립 부재의 일면 상에 장축 길이방향을 따라 상호 간에 이격 부착되는 다수 개의 FBG 센서와, 상기 다수 개의 FBG 센서를 연결하는 광섬유 케이블을 포함하도록 구성되고, 상기 스트립 부재는 상기 터널 라이닝의 내부 곡면을 따라 연속적으로 이어진 형상으로 설치 고정되며, 상기 스트립 부재는 섬유강화 플라스틱(FRP) 소재로 구성됨을 특징으로 한다.

터널, 변형, 변위, FBG 센서

Description

터널 라이닝 내공변위 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING THE RADIAL MOVEMENTS AND CONVERGENCE OF TUNNEL}

본 발명은 터널 라이닝 내공변위 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 FBG 어레이와 FRP 스트립으로 구성된 FRP-FBG 스트립 센서가 터널 라이닝의 내벽면을 따라 연속성을 갖고 설치 고정되도록 구성함으로써, 터널의 변형 발생시 그 변위량은 물론 변위의 방향성도 측정할 수 있도록 하는 터널 라이닝 내공변위 측정 장치에 관한 것이다.

종래 센서를 이용한 터널 내공변위와 천단침하 측정용 센서들은 터널의 라이닝을 관통하여 길이변화 측정센서를 매립하여 팽창 또는 수축여부를 판단하거나 내공변위를 측정하기 위한 변위센서와 각도센서를 사용하여 길이 변화량과 각도 변화량을 측정한 후, 두 개의 측정결과를 조합하여 내공변위로 환산하는 방식을 사용한다. 이중 후자의 방법을 이용한 종래 센서 시스템은 길이변화와 각도의 두 가지 값을 측정하기 때문에, 두 가지 센서의 서로 다른 측정 정밀도에 의해서 내공변위의 정확성이 좌우되며, 두 가지 센서 시스템을 사용하기 때문에 데이터 수집 장치가 복잡해지므로 그 측정비용이 상대적으로 높게 책정되었다. 즉, 상용화된 기존의 터널내공변위 측정 장치는 길이변화만을 측정하기 때문에 변위의 방향성 즉, 라이닝의 팽창 또는 수축 여부를 알 수 없었거나, 개선된 시스템의 경우에도 각도를 추가로 측정하여야하는 번거로운 시스템을 사용하였는데 이 시스템의 경우에도 센서정확도는 길이의 경우 1/100mm, 각도의 1/100도를 주로 사용하므로 미세변형의 측정에는 다소 문제가 있었다.

이러한 종래 센서 시스템의 단점을 극복하기 위하여, 도 1 및 도 2에서와 같이, FBG 광섬유센서를 이용하되, 두 개 이상의 FBG 광섬유센서를 사용하여, 삼각형으로 구성된 두변의 길이변화를 측정하여 변형 후 라이닝의 정확한 상대좌표를 계산해 내거나, FBG 방식으로 변위와 각도를 동시에 측정하여 내공변위를 추정하는 방안들이 제안되었다. 이러한 방법들은 기법적으로 상당히 개선된 방안인 것이 사실이나, 기존의 전기식으로 변위와 각도를 계산하여 내공변위를 추정하는 방식을 단순히 광섬유센서 기반으로 전환했거나, 내공변위의 방향성을 알기 위하여 한 측정개소에 2개 이상의 물리량 측정이 필요하고, 센서 패키징을 위하여 별도의 정밀가공이 필요한 번거로움이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 별도의 센서 장비를 설치하거나 추가적인 측정 작업 없이, 하나의 측정장비만으로도 터널 라이닝의 길이 변화량은 물론 그 변화의 방향성도 측정할 수 있는 터널 라이닝 내공변위 측정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 그 구성 및 설치가 번거롭고 복잡하여 터널 라이닝 내공변위 측정에 많은 비용이 소모되었던 종래 측정 장치를 탈피할 수 있도록, 간단한 구성과 용이한 설치 방식으로 터널 라이닝 내공변위 측정을 충분히 달성할 수 있는 터널 라이닝 내공변위 측정 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터널 라이닝 내공변위 측정 장치는 플라스틱 소재로 이루어진 띠 형상의 스트립 부재와, 상기 스트립 부재의 일면 상에 장축 길이방향을 따라 상호 간에 이격 부착되는 다수 개의 FBG 센서와, 상기 다수 개의 FBG 센서를 연결하는 광섬유 케이블을 포함하도록 구성되고, 상기 스트립 부재는 상기 터널 라이닝의 내부 곡면을 따라 연속적으로 이어진 형상으로 설치 고정되며, 상기 스트립 부재는 섬유강화 플라스틱(FRP) 소재로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 터널 라이닝 내공변위 측정 장치에 의하면, 터널 라이닝과 일체 거동하며 인장-압축하는 FRP-FBG 스트립 센서를 통해 터널 라이닝의 변위량은 물론 변위의 방향성도 측정할 수 있는 현저한 효과가 있다.

또한, 그 구성이 매우 간단하고, 확장이 용이하기 때문에 터널의 단위 면적당 다수 개의 센서를 저렴하게 설치 가능하여 터널의 연속적인 곡률을 손쉽게 획득할 수 있는 현저한 효과가 있다.

또한, FRP-FBG 스트립 센서에 구비된 측량용 타켓을 통해 FBG 센서로부터 측정된 내공변위의 오차를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

또한, FRP 소재로 구성된 특성상 그 가공, 취급 및 현장 이송이 매우 용이하여 설치작업의 효율성을 증대시킬 수 있고, 작업시간을 상당히 단축시킬 수 있는 현저한 효과가 있다.

본 발명에 따른 터널 라이닝 내공변위 측정 장치의 핵심적 기술 사상은 터널 라이닝 내벽면의 곡면을 따라 연속적으로 이어진 가늘고 긴 띠 형상의 플라스틱 스트립(Strip) 부재를 부착하되, 상기 스트립 부재는 터널 라이닝의 변형 발생시 이를 그대로 반영하며 인장 또는 압축 현상이 발생될 수 있도록 유연하면서도 강한 탄성력을 갖고 있는 소재로 구성하고, 상기 스트립 부재에 연속적으로 구비된 센서를 통해 상기 터널 라이닝의 변형 발생에 따른 스트립 부재의 인장-압축 정도를 측 정하여 터널 라이닝의 변형정도는 물론 변형의 방향성도 검출할 수 있도록 하는 것이다.

상기와 같은 기술적 사상을 구현하기 위한 본 발명에 따른 터널 라이닝 내공변위 측정 장치의 기술적 구성을 살펴보면, 상기 센서로서 FBG 센서를 채용하고, 상기 FBG 센서는 하나의 광섬유 케이블을 통해 다수 개가 직렬 연결된 FBG 어레이를 구성하고, 상기 플라스틱 스트립 부재로서 섬유강화 플라스틱(FRP) 소재를 채용하고, 상기 FRP 스트립의 일면 상에는 상기 FBG 어레이를 배치하여 구성한 FRP-FBG 스트립 센서를 포함하도록 이루어져 있다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예, 특징 및 장점에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 FRP-FBG 스트립 센서를 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도3의 결합 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 터널 라이닝 내공변위 측정 장치는 FBG 어레이와 FRP 스트립으로 구성된 FRP-FBG 스트립 센서(50)를 포함하도록 구성된다.

본 발명의 FBG 어레이는 상호 간에 이격 배치된 다수 개의 FBG 센서(51)를 하나의 광섬유 케이블(53)을 통해 직렬 연결한 구성에 해당한다.

상기 FBG 센서(51)는 대상의 변위 발생을 감지하는 기기로서 구체적으로는 변형률 센서를 지칭한다. 상기 변형률 센서의 작동 원리를 간단히 설명하면, 광케 이블에 특정파장을 반사시키는 브래그 격자를 생성시켜 인장-압축에 따라서 반사되는 파장이 달라지기 때문에, 초기 파장에서 변화된 반사파장의 변화량을 계산하여 센서로 활용하도록 이루어져 있다.

상기 광섬유 케이블(53)은 FBG 센서(51)로부터 출력되는 데이터 신호를 계측장치로 전송하기 위한 수단으로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FBG 어레이는 하나의 광섬유 케이블(53)을 통해 다수 개의 FBG 센서(51)가 직렬 연결되도록 구성된다.

상기 계측장치는 FBG 센서(51)로부터 출력되는 데이터 신호들을 인가받아 터널 라이닝(10)의 변형정도 및 변형상태를 분석하기 위한 통상의 컴퓨터 장치를 지칭한다.

본 발명에 따른 터널 라이닝 내공변위 측정 장치를 구성하는 플라스틱 스트립 부재는 터널 라이닝(10)의 변형 발생시 이를 그대로 반영하며 인장 또는 압축 현상이 발생될 수 있도록 유연하면서도 강한 탄성력을 갖고 있는 소재로 구성하여야 한다.

FRP(Fiber Reinforced Plastic)는 상기 목적에 가장 부합하는 소재로서, 상기 FRP(Fiber Reinforced Plastic) 소재는 유리섬유·탄소섬유·아라미드섬유·케블라 등의 방향족 나일론섬유와 불포화 폴리에스터·에폭시수지 등의 열경화성수지를 결합한 섬유강화 플라스틱을 의미한다.

그 특성을 살펴보면, 강철보다 강하면서도 가볍고, 제품 형상력이 뛰어나 유지 보수 및 가공이 용이하고, 내식성 및 내열성이 우수하여 반영구적인 사용이 가 능하며, 특히 강한 탄성력과 뛰어난 유연성을 갖고 있어 터널 라이닝(10)의 변형 발생시 곡률-처짐의 상관성을 이용하여 모든 터널 단면에서의 내공변위를 측정할 수 있게 된다.

상기와 같은 바, 본 발명의 터널 라이닝 내공변위 측정 장치를 구성하는 플라스틱 스트립 부재는 FRP 소재로 이루어진 FRP 스트립(55)으로 구성하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.

즉, 터널 라이닝(10)의 내부 곡면을 따라 끊김없는 연속성을 갖고 일체로 설치될 수 있도록 원호 형상의 가공 및 형상 제작이 가능한 연성을 갖고 있으며, 또한 터널 라이닝(10)의 변형 발생시 파괴되지 않으면서 인장-압축의 탄성 동작을 수행할 수 있는 소재라면 본 발명의 목적을 충분히 달성할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 FRP 스트립(55)은 터널 라이닝(10)과 일체거동하며 터널의 연속적인 곡률을 확보할 수 있도록 터널의 내벽면을 따라 연속성을 갖고 설치되어야 하며, 그 형상은 터널의 변형 발생을 민감하게 감지할 수 있도록 얇고 긴 띠 형상으로 구성하는 것이 바람직하다.

띠 형상으로 이루어진 FRP 스트립(55)에는 상기 FBG 어레이가 부착됨으로써 본 발명의 FRP-FBG 스트립 센서(50)를 구성하게 된다.

구체적으로 살펴보면, FBG 어레이는 FRP 스트립(55)의 장축 길이방향을 따라 그 일면 상에 일렬로 부착되도록 구성하되, 바람직하게는 FRP 스트립(55)의 중심축을 따라 부착되도록 구성하는 것이 좋다.

이는, 후술할 고정장치(60)의 덮개(63,65)가 FBG 센서(51)를 기준으로 좌/우 측에 적어도 하나씩 위치할 수 있도록 하여 FRP-FBG 스트립 센서(50)가 라이닝 고정부재(61)에 견고하게 결합 고정될 수 있도록 하고, 터널 라이닝(10)의 변형에 따른 FRP 스트립(55)의 인장-압축을 정확하게 감지할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 상기 FRP 스트립(55)을 터널 라이닝(10) 형상과 같은 원호 형상으로 휘어지도록 가공시 상기 FBG 센서(51)가 FRP 스트립(55)의 표면에서 미끄러지거나, 또는 곡면으로 구성된 FRP 스트립(55)의 표면으로부터 상기 FBG 센서(51)가 탈거되는 경우를 방지할 수 있도록 상기 FBG 어레이는 상기 FRP 스트립(55) 상에 견고하게 부착 고정될 수 있어야 한다.

상기와 같은 바, 본 발명의 FBG 센서(51)는 FRP 스트립(55)의 휘어짐에 견디며 안정적으로 부착 고정될 수 있도록 에폭시 수지와 같은 접착제를 사용하여 부착하는 것이 바람직하며. 또한, 센서에 습기 등이 유입되어 오작동하는 것을 방지할 수 있도록 충분한 두께로 도포하는 것이 좋다.

도 5는 본 발명의 FRP-FBG 스트립 센서를 터널 라이닝(10)에 설치하기 위한 고정장치를 도시한 일 실시예이고, 도 6은 도 5의 고정장치를 통해 FRP-FBG 스트립 센서가 설치된 터널 라이닝의 수직 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 터널 라이닝(10)의 변위 발생에 따른 FRP 스트립 (55)의 인장-압축 현상을 유도하여 터널 변형을 정확히 측정하기 위하여는 FRP-FBG 스트립 센서(50)가 터널 내벽면을 따라 견고하게 장착되어야 한다.

본 발명의 고정장치(60)는 상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 상기 고 정장치(60)는 라이닝 고정부재(61)와 덮개(63,65)를 포함하도록 구성된다.

상기 라이닝 고정부재(61)는 터널 라이닝 내벽면에 미리 장착되고, 상기 라이닝 고정부재(61) 상에 FRP-FBG 스트립 센서(50)를 위치시킨 후, 상기 덮개 (63,65)가 상기 라이닝 고정부재(61)와 체결되도록 함으로써 FRP-FBG 스트립 센서(50)의 설치가 완료된다.

구체적으로 살펴보면, 상기 라이닝 고정부재(61)에는 라이닝 고정부재(61)를 터널에 결합 고정시키기 위한 적어도 하나 이상의 결합공(71)이 상기 라이닝 고정부재(61)의 두께를 관통하며 형성되어 있고, 상기 덮개(63,65)를 상기 라이닝 고정부재(61)에 체결시키기 위한 체결공(75-1,77-1)이 적어도 하나 이상 형성되어 있고, FRP-FBG 스트립 센서(50)의 FRP 스트립(55)에는 그 두께부를 관통하는 관통공(59-1,59-2)이 형성되어 있으며, 덮개(63,65) 역시 그 두께부를 관통하는 고정홀(75-2,77-2)이 형성되어 있다.

본 발명의 고정장치(60)를 사용하여 FRP-FBG 스트립 센서(50)를 터널 라이닝 (10)에 설치하는 방법을 살펴보면, 먼저 라이닝 고정부재(61)를 터널 라이닝(10)에 장착시키는 과정이 필요하다.

상기 라이닝 고정부재(61)가 설치될 위치에 해당하는 터널 내벽면에 드릴 등을 사용하여 타공을 실시한 후, 고정용 볼트(71`)가 상기 라이닝 고정부재(61)의 결합공(71)을 경유하여 터널에 형성된 홀에 체결되도록 함으로써 라이닝 고정부재 (61)를 터널 라이닝(10) 내벽면에 장착한다.

상기 과정을 통해, 다수 개의 라이닝 고정부재(61)가 터널의 내부 곡면을 따 라 일정 간격으로 설치되도록 한 후, FRP-FBG 스트립 센서(50)를 상기 다수 개의 라이닝 고정부재(61)의 일면 상에 위치시킨다.

즉, FRP-FBG 스트립 센서(50)의 일면은 상기 라이닝 고정부재(61) 상에 위치시키고, 상기 일면의 반대면에는 상기 덮개(63,65)를 위치시키되, 라이닝 고정부재 (61)의 체결공(75-1,77-1)과 FRP-FBG 스트립 센서(50)의 관통공 (59-1,59-2)과 덮개(63,65)의 고정홀(75-2,77-2)이 일직선 상에 위치하도록 한 후, 덮개(63,65)의 고정홀(75-2,77-2)에 삽입되는 조임볼트(75-2`,79-2`)가 FRP-FBG 스트립 센서(50)의 관통공(59-1,59-2)을 경유하여 라이닝 고정부재(61)의 체결공(75-1,77-1)에 체결되도록 볼팅조임 실시함으로써 상기 FRP-FBG 스트립 센서(50)를 라이닝 고정부재 (61)와 덮개 사이에 밀착 고정시킬 수 있게 된다.

하나의 라이닝 고정부재(61)에 체결되는 덮개(63,65)는 FRP 스트립(55)의 길이방향을 따라 부착된 FBG 어레이를 기준으로 좌/우측에 각각 적어도 하나씩 구비되어 상기 라이닝 고정부재(61)와 체결될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

도 6은 전술한 고정장치를 이용하여 본 발명의 FRP-FBG 스트립 센서(50)를 터널 라이닝(10)의 내부 곡면을 따라 설치한 모습을 보여주고 있다.

본 발명의 라이닝 고정부재(61) 다수 개를 터널 라이닝의 내벽면을 따라 일간 간격으로 설치한 후, 상기 라이닝 고정부재(61)의 일면 상에 위치시킨 FRP-FBG 스트립 센서(50)를 덮개(63,65)와 라이닝 고정부재(61)의 체결을 통해 밀착 고정시킴으로써, 본 발명의 FRP-FBG 스트립 센서(50)는 터널 라이닝(10)의 내부 곡면을 따라 연속성을 갖고 설치되어 터널 라이닝(10)과 일체 거동할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 라이닝 고정부재(61)는 FBG 센서(51)가 부착된 위치의 수직하부 영역에 설치되도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 터널에 고정된 각 라이닝 고정부재(61)의 수직 방향에 상에 FBG 센서(51)가 각각 위치할 수 있도록 본 발명의 FRP-FBG 스트립 센서(50)를 설치하는 것이다.

이는, 터널 라이닝(10)의 변형에 의해 발생하는 곡률-처짐은 상기 터널 라이닝(10)을 따라 설치된 라이닝 고정부재(61)에 1차적으로 전달되므로, 상기 라이닝 고정부재(61) 상에 FBG 센서(51)가 위치할 수 있도록 구성함으로써 터널 라이닝 (10)의 전체적인 곡률 및 변위량을 정확하게 측정하기 위함이다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 터널 라이닝 내공변위 측정 장치는 다음과 같은 곡률-처짐 및 변형률과의 상관성에 의한 측정변형률을 이용하여 터널 라이닝(10)의 전체적인 곡률 및 변위량을 알아낼 수 있다.

(k: 곡률, ρ: 곡률반경, x: 거리, v: 처짐곡선, M: 모멘트,

EI: 휨강성, ε: 종방향 변형률, y: 연단거리)

도 7은 수학식 1을 이용하여 산출된 터널 라이닝의 곡률 및 변위량을 보여주는 일 예이다.

도 7을 참조하면, 그래프 곡선 "73"은 터널에 변형이 발생된 경우 측정된 곡률 및 변위량을 나타내고, 그래프 곡선 "71"은 곡선"73"에 해당하는 변형보다 더 심한 정도의 터널 변형이 발생된 경우의 곡률 및 변위량을 나타낸다.

즉, 터널 라이닝(10)이 아래 방향으로 변형이 발생되면 상기 터널 라이닝 (10)의 내벽면을 따라 설치된 FRP-FBG 스트립에는 압축이 발생되어 도 7의 그래프 곡선 "73"과 같은 결과를 보여주게 된다.

더 나아가, 터널 라이닝(10)의 변형이 더욱 심화되면, 상기 터널 라이닝 (10)의 내벽면을 따라 설치된 FRP-FBG 스트립에는 더 큰 압축이 유발되어 도 7의 그래프 곡선 "71"과 같은 결과를 보여주게 된다.

종래 터널 라이닝 내공변위 측정 장치를 살펴보면, 터널의 단면 상에서 길이 방향의 변위량만을 측정하도록 구성되어, 라이닝의 변형 특성상 변형 후 좌표의 방향성(상부방향 또는 하부방향)을 알 수가 없었기 때문에, 변위량 측정 이외에 터널 변형의 방향성을 파악하기 위해 터널의 수축 또는 팽창 여부를 검출하는 또 다른 종류의 센서 장비가 추가적으로 설치되어야 하는 비효율적인 단점이 있었다.

그러나, 본 발명에 따른 터널 라이닝 내공변위 측정 장치는 FRP-FBG 스트립 센서(50)가 터널과 일체로 거동하도록 구성함으로써, 터널 라이닝(10)이 상부 방향으로 변형이 발생되면 상기 FRP-FBG 스트립 센서(50)에는 압축이 발생되고, 터널 라이닝(10)이 상부 방향으로 변형이 발생되면 상기 FRP-FBG 스트립 센서(50)에는 인장이 발생되어 인장-압축에 따라 상호 대비되는 곡률 그래프를 출력할 수 있다.

이에 따라, 추가적인 센서 장비의 설치 및 별도로 터널의 수축 또는 팽창을 측정하는 작업 없이도 터널 라이닝(10)의 변위량은 물론 변위의 방향성도 파악할 수 있는 강점을 제공할 수 있다.

도 8은 거리 측량기를 더 구비하고 있는 FRP-FBG 스트립 센서(50)를 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 터널 라이닝 내공변위 측정 장치는 FRP-FBG 스트립 센서(50)에 거리 측량기를 더 포함하도록 구성함으로써 내공변위 측정시 오차 발생을 최소화시킬 수 있다.

레이저와 같은 광원을 출사하는 거리 측량기(80)를 터널 내부에 설치하고, FRP-FBG 스트립 센서(50)에는 상기 거리 측량기(80)로부터 출사되는 광원이 입사되고 이를 반사하는 측량용 타겟(75)을 적어도 한 개이상 설치하여 측정 응답의 크로스 체크 (Cross Check)를 실시할 수 있도록 구성된다.

즉, FBG 센서(51)를 통해 측정된 응답과 거리 측량기를 통해 획득되는 결과를 비교함으로써 상기 FBG 센서(51)를 통해 추정된 내공변위의 측정오차를 최소화 할 수 있게 된다.

또한, 상기 측량용 타겟은 FRP-FBG 스트립 센서(50)를 터널 내벽면에 고정시키기 위한 고정장치(60)의 덮개(63,65) 상에 설치하는 것이 바람직하다. 이는 상기 고정장치(60)는 터널의 변형 발생시 1차적으로 그 변형을 반영하며 거리 변화를 일으키고, 변형량을 측정하기 위한 센서 역시 상기 고정장치(60)의 수직 상부 영역에 배치되어 있기 때문이다.

도 9는 에폭시를 포함한 접착제를 이용하여 본 발명의 FRP-FBG 스트립 센서(50)를 터널 라이닝(10)의 내벽면에 고정시킨 모습을 도시한 수직 단면도이다.

본 발명의 FRP-FBG 스트립 센서(50)는 도 6에서 설명 및 도시한 고정장치 (60)를 통해 터널 라이닝(10)에 설치될 수 있을 뿐만 아니라, 도 9에 도시된 바와 같이 에폭시와 같은 접착제(70)를 이용하여 터널 라이닝(10)에 부착시킬 수도 있다.

즉, 액상의 에폭시 접착제(70)를 터널 라이닝(10)의 표면에 도포하고, 상기 접착제가 도포된 표면에 FRP-FBG 스트립 센서(50)를 말착시킨 후 경화시킴으로써, 터널 라이닝(10)의 내벽면을 따라 연속적으로 설치 고정되도록 할 수 있다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것을 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

본 발명에 따른 터널 라이닝 내공변위 측정 장치는 간단한 구성, 저렴한 설치 비용 및 용이한 설치 작업으로 터널 라이닝의 길이 변화량은 물론 그 변화의 방 향성도 측정할 수 있어 산업상 이용가능성이 매우 높다.

도 1은 종래 FBG 센서를 삼각형 형태로 구성한 터널 내공변위 측정 시스템.

도 2는 종래 FBG 변위와 각도 측정에 의해 터널의 내공변위를 측정하기 위한 시스템.

도 3은 본 발명에 따른 FRP-FBG 스트립 센서를 도시한 분해 사시도.

도 4는 도3의 결합 사시도.

도 5는 본 발명의 FRP-FBG 스트립 센서를 터널 라이닝에 설치하기 위한 고정장치를 도시한 일 실시예.

도 6은 도 5의 고정장치를 통해 FRP-FBG 스트립 센서가 설치된 터널 라이닝의 수직 단면도.

도 7은 본 발명의 터널 라이닝 내공변위 측정 장치를 통해 산출된 터널 라이닝의 곡률 및 변위량을 보여주는 그래프.

도 8은 거리 측량기를 더 구비하고 있는 FRP-FBG 스트립 센서를 도시한 도면.

도 9는 에폭시를 포함한 접착제를 이용하여 본 발명의 FRP-FBG 스트립 센서를 터널 라이닝의 내벽면에 고정시킨 모습을 도시한 수직 단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 터널 라이닝 51 : FBG 센서

53 : 광섬유 케이블 55 : FRP 스트립

61 : 라이닝 고정부재 63,65 : 덮개

75 : 측량용 타겟 80 : 거리 측량기

70 : 에폭시 수지

Claims (8)

1. 터널 라이닝의 내공변위를 측정하기 위한 장치로서,

   플라스틱 소재로 이루어진 띠 형상의 스트립 부재;

   상기 스트립 부재의 일면 상에 장축 길이방향을 따라 상호 간에 이격 부착되는 다수 개의 FBG 센서; 및

   상기 다수 개의 FBG 센서를 연결하는 광섬유 케이블을 포함하도록 구성되고,

   상기 스트립 부재는 상기 터널 라이닝의 내부 곡면을 따라 연속적으로 이어진 형상으로 설치 고정되는 것을 특징으로 하는 터널 라이닝 내공변위 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스트립 부재는 섬유강화 플라스틱 소재로 구성됨을 특징으로 하는 터널 라이닝 내공변위 측정 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수 개의 FBG 센서는 하나의 광섬유 케이블을 통해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 터널 라이닝 내공변위 측정 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 스트립 부재에는 그 두께를 관통하는 관통공이 형성되고, 상기 스트립 부재의 일면은 터널 라이닝의 내벽면에 결합 고정되는 라이닝 고정부재에 밀착 배치되고, 상기 일면의 반대면은 상기 라이닝 고정부재와 결합되는 덮개가 배치되어, 상기 덮개를 관통하는 조임볼트가 상기 스트립 부재의 관통공을 경유하여 상기 라이닝 고정부재에 체결됨으로써 상기 스트립 부재가 상기 라이닝 부재에 밀착 고정되는 것을 특징으로 하는 터널 라이닝 내공변위 측정 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 다수 개의 FBG 센서는 상기 스트립 부재의 중심축을 따라 부착되고,

   상기 관통공은 상기 스트립 부재의 중심부 부착된 FBG 센서를 기준으로 좌/우측에 적어도 하나씩 구비되는 것을 특징으로 하는 터널 라이닝 내공변위 측정 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 스트립 부재는

   에폭시를 포함하는 접착제를 도포하여 터널 라이닝에 부착되는 것을 특징으 로 하는 터널 라이닝 내공변위 측정 장치.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 스트립 부재에는 입사되는 광원을 반사시키는 측량용 타겟이 적어도 한 개 이상 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 터널 라이닝 내공변위 측정 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 측량용 타겟은 상기 덮개의 일면 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 터널 라이닝 내공변위 측정 장치.

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