KR20120082512A - 지반 내시경 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반 내시경 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 천공된 영상촬영공에 인입된 투명 탐측관의 내부에 삽입되어 이동하는 카메라를 통하여 스케일별로 지반 공극 크기를 포함하는 지반 내부 상태를 촬영하는 영상촬영부와; 상기 영상촬영부에 의하여 촬영된 지반 내부 상태 영상을 자동 저장하는 자동저장부와; 상기 영상촬영부에 의하여 촬영된 지반 내부 상태 영상을 디스플레이하는 디스플레이부와; 상기 자동저장부에 의하여 자동저장된 지반 내부 상태 영상을 공극 및 비공극을 구분하는 이미지로 인코딩하여 생성하는 이미지생성부와; 상기 생성된 이미지에서 흑과 백의 명암비를 기반으로 공극률을 계산하는 공극률계산부; 및 상기 공극률계산부에 의하여 계산된 공극률을 이용하여 그라우트재의 주입량을 예측하는 주입량예측부를 포함하여 구성되는 지반 내시경 시스템에 관한 것이다.

Description

지반 내시경 시스템{GEO ENDOSCOPE SYSTEM}

본 발명은 지반 구조 분석을 위한 지반 내시경 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 천공된 영상촬영공으로 탐측관을 인입한 후 카메라를 삽입하여 지반 내부 및 현장타설말뚝의 공내를 스케일별로 영상 촬영함으로써 내부 지반의 공극률을 분석하여 지반 내부 현황을 과학적으로 분석할 수 있으며 지반 심도별로 영상 촬영이 가능하여 지반 보강 시 그라우트재 주입 현황을 실시간으로 영상 촬영하여 보강 품질을 과학적으로 검증할 수 있는 지반 내시경 시스템에 관한 것이다.

교각기초 하부의 지반은 유수나 지하수 등에 의해 유실되어 함몰되는 현상이 발생하여 마침내는 교각기초와 교각까지 파손시켜 교량의 수명을 단축시키며, 공동이 큰 지반에 타설된 현장타설말뚝의 하부 지반의 경우에도 오랜시간이 경과됨에 따라 지반 공동으로 인하여 지반의 강도가 약해져서 현장타설말뚝의 강도가 현저히 저하되고 파손될 우려가 있어 현장타설말뚝의 수명을 단축시키고 장기적으로 현장타설말뚝의 붕괴에 이르게 된다. 따라서, 일반적으로 토사, 모래자갈층 또는 암반의 틈새나 공동 등에 그라우트재를 주입하여 지반을 보강하는 그라우팅 공법이 많이 사용되고 있다.

그러나 이와 같은 그라우팅 공법을 이용하여 모래자갈층 또는 암반의 공극이나 공동을 보강하고자 할 경우에 공극률 등 지반 내부의 상태를 미리 확인해야 하지만 미리 확인할 방법이 없기 때문에 그라우팅 작업자의 경험치에 의존하여 그라우팅 작업이 이루어지는 문제점이 있었다.

또한 지반내부의 공극에 정확히 그라우트재가 주입되고 있는지 확인할 수 있는 방법이 없기 때문에 지반 보강의 정확성 및 강도 안정성을 높이기가 어려운 문제도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 영상촬영공을 천공하고 탐측관을 인입한 후 카메라가 구비된 영상촬영부를 삽입하여 지반 내부 및 현장타설말뚝의 공내를 스케일별로 영상 촬영함으로써 내부 지반의 공극률을 분석하여 지반 내부 현황을 과학적으로 분석할 수 있으며 지반 심도별로 영상 촬영이 가능하여 지반 보강 시 그라우트재 주입 현황을 실시간으로 영상 촬영하여 보강 품질을 과학적으로 검증할 수 있는 지반 내시경 시스템을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 지반 내시경 시스템은, 천공된 영상촬영공에 인입된 투명 탐측관의 내부에 삽입되어 이동하는 카메라를 통하여 스케일별로 지반 공극 크기를 포함하는 지반 내부 상태를 촬영하는 영상촬영부와; 상기 영상촬영부에 의하여 촬영된 지반 내부 상태 영상을 자동 저장하는 자동저장부와; 상기 영상촬영부에 의하여 촬영된 지반 내부 상태 영상을 디스플레이하는 디스플레이부와; 상기 자동저장부에 의하여 자동저장된 지반 내부 상태 영상을 공극 및 비공극을 구분하는 이미지로 인코딩하여 생성하는 이미지생성부와; 상기 생성된 이미지에서 흑과 백의 명암비를 기반으로 공극률을 계산하는 공극률계산부; 및 상기 공극률계산부에 의하여 계산된 공극률을 이용하여 그라우트재의 주입량을 예측하는 주입량예측부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 천공된 영상촬영공으로 탐측관을 인입한 후 카메라를 삽입하여 지반 내부 및 현장타설말뚝의 공내를 스케일별로 영상 촬영함으로써 내부 지반의 공극률을 분석하여 지반 내부 현황을 과학적으로 분석할 수 있으며 지반 심도별로 영상 촬영이 가능하여 지반 보강 시 그라우트재 주입 현황을 실시간으로 영상 촬영하여 보강 현황 및 보강 품질을 과학적으로 검증할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 스케일이 구비된 카메라를 이용하여 지반 구조를 영상 촬영하여 투수 계수 및 공극비 등 지반 구조를 역학적으로 계산할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 현장타설말뚝의 공내 주면부 및 선단부의 상태를 영상으로 확인할 수 있으므로 장기 안정성 및 친환경성을 확인할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 지반 내시경 시스템의 구성도.
도 2a 내지 도 2c는 스케일이 구비된 본 발명에 의한 영상촬영부의 예시도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 영상촬영부 구성의 일예를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 의한 영상촬영부 구성의 다른 예를 나타내는 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 의한 영상촬영부 구성의 또다른 예를 나타내는 도면.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 의한 지반 내시경 시스템이 적용되어 석회암 공동을 충진하는 공법의 수행 과정을 나타내는 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 의한 지반 내시경 시스템을 이용하여 해저 영상을 촬영하는 모식도.
도 8a 내지 도 8c는 도 5a 및 도 5b에 도시된 본 발명에 의한 영상촬영부를 이용하여 석회암 공동을 촬영하는 모식도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 의한 지반 내시경 시스템을 이용하여 그라우트재 충진 전의 지반 내부 상태 및 그라우트재 충진 중인 지반 내부 상태를 촬영한 영상을 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 지반 내시경 시스템의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 지반 내시경 시스템은, 천공된 영상촬영공에 인입된 투명 탐측관의 내부에 삽입되어 이동하는 카메라를 통하여 스케일별로 지반 공극 크기를 포함하는 지반 내부 상태를 촬영하는 영상촬영부(100)와, 상기 영상촬영부(100)에 의하여 촬영된 지반 내부 상태 영상을 자동 저장하는 자동저장부(200)와, 상기 영상촬영부(100)에 의하여 촬영된 지반 내부 상태 영상을 디스플레이하는 디스플레이부(300)와, 상기 자동저장부(200)에 의하여 자동저장된 지반 내부 상태 영상을 공극 및 비공극을 구분하는 이미지로 인코딩하여 생성하는 이미지생성부(400)와, 상기 생성된 이미지에서 흑과 백의 명암비를 기반으로 공극률을 계산하는 공극률계산부(500), 및 상기 공극률계산부(500)에 의하여 계산된 공극률을 이용하여 그라우트재의 주입량을 예측하는 주입량예측부(600)를 포함하여 구성된다.

본 발명은 지반 내부의 공극의 크기를 파악할 수 있도록 지반 내부 상태 영상을 촬영하기 위하여, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이 영상촬영부(100)의 구성요소에 다양하게 스케일을 구비할 수 있다.

일예로, 도 2a에 도시된 바와 같이, 영상촬영부(100)에 구비된 카메라의 렌즈에 눈금형 스케일을 구비하여, 카메라에 의하여 촬영되는 지반 공극 크기를 판단할 수 있도록 한다.

또한 도 2b에 도시된 바와 같이, 영상촬영부(100)의 투명 탐측관(101)의 표면에 눈금형 스케일을 수직 방향(길이방향)으로 구비하여, 카메라에 의하여 촬영되는 지반 공극 크기를 판단할 수 있도록 한다.

아울러, 도 2c에 도시된 바와 같이, 영상촬영부(100)의 투명 탐측관의 표면에 눈금형 스케일이 수직방향으로 구비되고, 영상촬영부(100)의 카메라의 렌즈 상부 및 하부에는 2개의 레이저센서가 구비되며, 상기 2개의 레이저센서가 상기 투명 탐측관을 향하여 레이저를 발생하여 지반 내부 상태를 촬영함으로써 지반 공극 크기를 판단할 수 있도록 한다.

상기 영상촬영부(100)의 구성에 대하여 설명하기로 한다.

상기 영상촬영부(100)는, 투명탐측관(101)과, 카메라, 연결와이어, 및 거치대를 포함하여 구성될 수 있다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 지반을 천공한 후 천공관 내부로 투명 탐측관(101)을 인입한다. 그런 다음 도 3b에 도시된 바와 같이, 천공관을 인발한 후 투명 탐측관(101) 내부로 맑은 물을 채우고, 투명 탐측관(101) 내부로 기중 및 수중 촬영 가능한 카메라를 삽입하여 지반 공극 크기 및 지반 종류 등을 포함하는 지반 내부 상태를 촬영한다. 이와 같이 카메라의 위치를 수직 방향으로 이동시켜 가면서 지반 심도별 지반 내부 상태 영상을 촬영할 수 있다.

또한 영상촬영부(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 영상촬영공이 천공된 후 인입되며 원기둥 형상으로 형성된 투명 탐측관과, 상기 투명 탐측관의 내부에 삽입되어 지반의 공극의 크기가 표시되도록 지반 내부 상태 영상을 촬영하는 카메라(110)와, 상기 카메라(110)를 감싸면서 보호하는 투명 아크릴관(120)과, 상기 투명 아크릴관(120)의 하부에 추 형태로 구비되어 상기 카메라(110)가 설치되어 있는 투명 아크릴판(120)의 부력을 조절하는 부력조절부(140)와, 상기 카메라(110)에 연결되어 상기 카메라(110)를 상하로 이동시키고 상기 카메라(110)에 의하여 촬영되는 지반 내부 상태 영상을 상기 자동저장부(200)로 전송하는 연결와이어와, 상기 연결와이어에 연결되어 수평 방향으로 상기 카메라의 촬영 각도를 조절하는 거치대를 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같이 구성된 영상촬영부(100)의 경우에는 해저 및 하저 등 지반 깊숙한 곳의 비교적 큰 공내를 탐측하고자 할 때, 투명 아크릴관의 부력을 조절하여 투명 아크릴관이 공내의 끝단부까지 도달하여 공내의 끝단부까지 정확하게 영상을 촬영할 수 있도록 한다.

아울러, 영상촬영부(100)는, 도 5a 및 도 5bdp 도시된 바와 같이, 영상촬영공이 천공된 후 인입되며 원기둥 형상으로 형성된 투명 탐측관과, 상기 투명 탐측관의 내부에 삽입되어 지반의 공극의 크기가 표시되도록 지반 내부 상태 영상을 촬영하는 카메라(110)와, 상기 카메라(110)를 감싸면서 보호하는 투명 아크릴관(120)과, 팽창제주입기로부터 상기 투명 아크릴관(120) 내부로 팽창제를 투입하기 위한 팽창제투입관(160)과, 상기 투명 아크릴관(120)으로부터 연장 형성되어 상기 팽창제투입관(160)으로부터 투명한 팽창제가 충진되면 지반 내부의 공내 표면 형상을 따라서 동일하게 형성되는 투명확장백(150)과, 상기 카메라(110)에 연결되어 상기 카메라(110)를 이동시키고 상기 카메라(110)에 의하여 촬영되는 지반 내부 상태 영상을 상기 자동저장부(200)로 전송하는 연결와이어와, 상기 연결와이어에 연결되어 수평 방향으로 상기 카메라(110)의 촬영 각도를 조절하는 거치대를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 팽창제는, 물 비중 이상의 비중을 갖는 중수를 포함한다.

이와 같이 지반의 비교적 큰 공내를 촬영하고자 할 경우에, 투명확장백(150)에 팽창제를 투입하여 공내의 표면 형상을 따라서 공내 표면 형상에 대응되는 형상으로 투명확장백(150)이 확장 형성되도록 한 후, 투명확장백(150) 내에서 카메라(110)를 이동시켜서 지반 공내를 촬영하도록 한다. 따라서, 현장타설말뚝의 큰 공내를 정확하게 영상촬영하여 분석할 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명에 의한 지반 내시경 시스템은, 도 6a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 지하 공동 및 석회암 공동을 충진하는 지반 보강 공법의 경우에, 지하 공동 및 석회암 공동을 영상 촬영하여 지반 내부를 조사 및 분석하고 공동 충진하는 과정을 영상 촬영하여 충진 상태를 확인할 수 있도록 함으로써 지반 보강 작업이 더욱 용이하게 수행될 수 있도록 한다.

즉, 도 6a에 도시된 바와 같이, 현장타설말뚝이나 매입말뚝이 타설된 지반 내부에 석회암 공동이 있을 경우에, 도 6b에서와 같이 그라우트재 주입공과 영상촬영공을 천공한 후 선명한 영상촬영을 위하여 영상촬영공에 맑은 물을 치환한다. 그런 다음 영상촬영공에 투명 탐측관을 인입하고 카메라를 삽입하여 지반 내부를 영상 촬영한다. 촬영된 영상 데이터를 이용하여 공극률계산부(400)는 석회암 공동의 비율을 계산하고 주입량예측부(600)는 계산된 공동 비율을 이용하여 주입량을 예측한다.

그라우트재의 예측된 주입량이 준비되면, 도 6c에서와 같이, 그라우트재 주입공을 통하여 소정 주입량을 전용펌프로 석회암 공동 주위 지반에 침투 주입하고 그라우트재 주입공의 케이싱을 일예로 1m씩 인발하며 석회암 공동 주위 지반의 침투 상태를 확인하기 위하여 투명 탐측관에 삽입된 카메라를 통하여 지반 내부를 영상 촬영하고 카메라 및 투명 탐측관을 인발한다.

석회암 공동 침투에 적합한 액상 초고점성 및 유동성 그라우트재를 침투 주입하는 과정 및 영상 촬영을 수회 반복적으로 수행하게 되면, 도 6d에서와 같이, 마침내 석회암 공동이 모두 충진되는 것이다.

또한 본 발명에 의한 지반 내시경 시스템은, 도 7a 및 도 7b와 같이 해저 조건을 탐측하기 위하여 사용될 수 있다.

아울러, 본 발명에 의한 지반 내시경 시스템은, 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 석회암 공동을 충진하고자 할 경우에 석회암 공동의 크기 및 주입량 등과 같은 공동 특성을 조사하기 위하여 사용된다.

도 8b와 같이, 석회암 공동 부분까지 영상촬영공을 천공한 후 투명 탐측관을 인입하고 도 5a 및 도 5b에 도시된 영상촬영부를 투명 탐측관 내부로 삽입한 후 팽창제를 주입하여 투명확장백이 석회암 공동 표면을 따라서 동일한 형상으로 팽창되도록 한 후 카메라를 통하여 석회암 공동을 촬영할 수 있는 것이다.

도 9a는 본 발명에 의한 지반 내시경 시스템을 적용하여 지반 내부 일예로 모래자갈층의 공극 상태(그라우트재 투입 이전 상태)를 촬영한 영상을 나타내고, 도 9b는 본 발명에 의한 지반 내시경 시스템을 적용하여 모래자갈층의 공극이 그라우트재에 의하여 충진되는 상태를 촬영한 영상을 나타낸다.

이와 같이 본 발명에 의한 지반 내시경 시스템은, 지반의 공극 및 공동의 상태를 촬영하여 분석할 수 있을 뿐만 아니라 그라우트재가 충진 및 침투되는 상태를 촬영하여 충진 상태를 확인할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 기술적 사상이나 분야에서 벗어나지 않는 범위내에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니라 본 발명을 설명하기 위한 것이다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 영상촬영부 200: 자동저장부
300: 디스플레이부 400: 이미지생성부
500: 공극률계산부 600: 주입량예측부
110: 카메라

Claims (6)

1. 천공된 영상촬영공에 인입된 투명 탐측관의 내부에 삽입되어 이동하는 카메라를 통하여 스케일별로 지반 공극 크기를 포함하는 지반 내부 상태를 촬영하는 영상촬영부와;
   상기 영상촬영부에 의하여 촬영된 지반 내부 상태 영상을 자동 저장하는 자동저장부와;
   상기 영상촬영부에 의하여 촬영된 지반 내부 상태 영상을 디스플레이하는 디스플레이부와;
   상기 자동저장부에 의하여 자동저장된 지반 내부 상태 영상을 공극 및 비공극을 구분하는 이미지로 인코딩하여 생성하는 이미지생성부와;
   상기 생성된 이미지에서 흑과 백의 명암비를 기반으로 공극률을 계산하는 공극률계산부; 및
   상기 공극률계산부에 의하여 계산된 공극률을 이용하여 그라우트재의 주입량을 예측하는 주입량예측부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지반 내시경 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 영상촬영부는,
   상기 영상촬영공이 천공된 후 인입되며 원기둥 형상으로 형성된 투명 탐측관과,
   상기 투명 탐측관의 내부에 삽입되어 지반의 공극의 크기가 표시되도록 지반 내부 상태 영상을 촬영하는 카메라와,
   상기 카메라를 감싸면서 보호하는 투명 아크릴관과,
   상기 투명 아크릴관의 하부에 추 형태로 구비되어 상기 카메라가 설치되어 있는 투명 아크릴관의 부력을 조절하는 부력조절부와,
   상기 카메라에 연결되어 상기 카메라를 상하로 이동시키고 상기 카메라에 의하여 촬영되는 지반 내부 상태 영상을 상기 자동저장부로 전송하는 연결와이어와,
   상기 연결와이어에 연결되어 수평 방향으로 상기 카메라의 촬영 각도를 조절하는 거치대를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지반 내시경 시스템.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 영상촬영부는,
   상기 영상촬영공이 천공된 후 인입되며 원기둥 형상으로 형성된 투명 탐측관과,
   상기 투명 탐측관의 내부에 삽입되어 지반의 공극의 크기가 표시되도록 지반 내부 상태 영상을 촬영하는 카메라와,
   상기 카메라를 감싸면서 보호하는 투명 아크릴관과,
   팽창제주입기로부터 상기 투명 아크릴관 내부로 팽창제를 투입하기 위한 팽창제투입관과,
   상기 투명 아크릴관으로부터 연장 형성되어 상기 팽창제투입관으로부터 투명한 팽창제가 충진되면 지반 내부의 공내 표면 형상을 따라서 동일하게 형성되는 투명확장백과,
   상기 카메라에 연결되어 상기 카메라를 이동시키고 상기 카메라에 의하여 촬영되는 지반 내부 상태 영상을 상기 자동저장부로 전송하는 연결와이어와,
   상기 연결와이어에 연결되어 수평 방향으로 상기 카메라의 촬영 각도를 조절하는 거치대를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지반 내시경 시스템.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 영상촬영부의 카메라 렌즈에는 촬영되는 지반 공극 크기를 판단할 수 있는 눈금형 스케일이 구비되는 것을 특징으로 하는 지반 내시경 시스템.
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 영상촬영부의 투명 탐측관의 표면에는 촬영되는 지반 공극 크기를 판단할 수 있는 눈금형 스케일이 수직으로 구비되는 것을 특징으로 하는 지반 내시경 시스템.
6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 영상촬영부의 투명 탐측관의 표면에는 눈금형 스케일이 수직으로 구비되고,
   상기 영상촬영부의 카메라의 렌즈 상부 및 하부에는 레이저센서가 구비되며,
   촬영되는 지반 공극 크기를 표시하기 위하여 상기 레이저센서가 상기 투명 탐측관을 향하여 레이저를 발생하는 것을 특징으로 하는 지반 내시경 시스템.

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