KR20130024012A - 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법 - Google Patents

2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법에 관한 것으로 터널에 2열의 광섬유센서로 구성된 복수의 광섬유변형률계를 배치하는 단계; 2열로 배치된 광섬유 센서로부터 측정된 변형율로부터 축력에 의한 변형율과 휨에 의한 변형율을 분리하는 단계; 휨에 의한 변형율에 의해 터널의 형상변위를 추출하는 단계;를 포함하여 이루어짐에 특징이 있다.

Description

2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법{METHOD FOR MEASURING SHAPE AND STRESS OF TUNNEL USING OPTICAL FIBER SENSOR ARRANGED IN TWO ROWS}
본 발명은 터널의 형상 변위를 구현하기 위한 것으로, 2열의 광섬유센서로 구성된 광섬유변형률계를 터널의 내부 또는 외부에 배치하여 휨에 의한 변형률과 축력에 의한 변형율을 분리함으로써 휨에 의한 변형률을 이용하여 터널의 변화된 형상을 구현하며, 동시에 축력에 의한 응력과 휨에 의한 응력을 분리하여 관리할 수 있는 터널의 형상 및 응력측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 터널(tunnel)이라 함은 도로, 철도 등을 통하게 하기 위해 지중, 산 등을 가로지르는 통로를 말하는 것으로, 용도에 따라 철도, 도로, 수로, 광산터널 등으로 나누어진다.
그런데, 이러한 터널은 시공 후에 터널에 부가되는 하중, 터널의 노화 등에 의해 터널주위의 지중이 변화되거나 터널의 형상이 변형되는데, 이러한 변형은 시간의 경과됨에 따라 계속적인 진행으로 터널 자체가 붕괴되어 인명 및 재산사고를 유발시키는 문제점을 가지고 있었다.
이러한 문제점에 기해 터널의 내공변위(터널변위)를 측정하여 변형에 의한 터널붕괴를 방지하기 위한 다양한 기술이 제시되었다.
이중 터널의 단면상에서 축방향의 변형만을 측정하기 위한 광섬유 등 다양한 종류의 변위측정센서를 터널에 내장하거나 외장시켜 터널의 변형특성을 파악하고자 하는 기술이 제시되었다.
그러나 이러한 기술에 의해 변위측정센서를 통해서 변위값을 도출하더라도 이러한 변위값이 터널의 축력에 의한 변형인지 휨에 의한 변형인지 감지할 수 없는 문제가 있으며, 이러한 변위측정센서를 통해 측정되는 응력의 경우도 축력에 의한 응력인지 휨에 의한 응력인지 감지할 수 없는 문제가 있었다.
즉, 터널의 시간경과에 따른 형상의 변형을 감지할 수 없는 문제가 있었으며, 이러한 변형을 야기시키는 응력이 터널에 있어 크리티컬 한 응력인 휨에 의한 응력인지 감지할 수 없는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 터널에 작용하는 변형 및 응력을 정확하게 도출하여 터널의 변형으로 인해 붕괴사고를 미연에 방지할 수 있는 터널의 형상 및 응력측정 방법을 제공하고자 함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제에 의한 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법은 터널에 2열의 광섬유센서로 구성된 복수의 광섬유변형률계를 배치하는 단계와; 광섬유변형률계의 2열로 배치된 광섬유 센서로부터 측정된 변형율에 의해 축력에 의한 변형율과 휨에 의한 변형율을 분리하는 단계와; 휨에 의한 변형율에 의해 터널의 형상변위를 추출하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기에서 언급한 "터널의 형상변위"는 시간경과에 따라 터널의 변화되는 형상을 말하는 것이다.
여기서 터널에 2열의 광섬유센서로 구성된 복수의 광섬유변형률계를 배치하는 단계에는 터널의 내부 또는 터널의 내주연에 광섬유변형률계를 일정 유격을 형성하며 배치하도록 함으로써 시공여건 등에 따라 선택적으로 광섬유변형률계를 배치하도록 함이 타당하다.
상기에서 휨에 의한 변형율에 의해 터널의 형상변위를 추출하는 단계에는, 각각의 광섬유변형률계의 곡률방정식을 도출하는 단계와, 곡률방정식을 수직변위방정식으로 변환시키는 단계와, 수직변위방정식을 이용하여 좌표값을 도출하는 단계와, 좌표값에 의해 터널의 형상변위를 도출하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기에서 도출된 축력에 의한 변형율과 휨에 의한 변형율을 이용하여 광섬유변형률계가 배치된 위치에서의 응력을 도출하는 단계를 더 포함함으로써 터널의 사후적 변위와 함께 응력의 변화와 종류도 동시에 도출할 수 있도록 함에 특징이 있다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법은 2열로 배치된 광섬유센서에 의해 휨에 의한 변위를 도출함으로써 정확한 터널의 시간경과에 따른 형상 변형을 감지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법은 2열로 배치된 광섬유센서에 의해 시간경과에 따른 변위와 응력을 동시에 도출해낼 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법을 나타내는 순서도.
도 2는 도 1에서 휨에 의한 변형율에 의해 터널의 형상변위를 추출하는 단계의 세부 순서도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법에 있어 광섬유변형률계가 터널의 내부에 매립되는 경우와 터널의 외측으로 내주연에 배치되는 경우를 나타내는 실시 예.
도 4는 터널에 광섬유변형률계가 설치된 상태를 나타내는 정면도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
이하 본 발명의 실시 예에 따른 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법을 첨부되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 도 1에서 휨에 의한 변형율에 의해 터널의 형상변위를 추출하는 단계의 세부 순서도이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법에 있어 광섬유변형률계가 터널의 내부에 매립되는 경우와 터널의 외측으로 내주연에 배치되는 경우를 나타내는 실시 예이며, 도 4는 터널에 광섬유변형률계가 설치된 상태를 나타내는 정면도이다.
본 발명의 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법은 도 1에서 보는 바와 같이 터널에 2열의 광섬유센서로 구성된 복수의 광섬유변형률계를 배치하는 단계(S10)와; 2열로 배치된 광섬유 센서로부터 측정된 변형율로부터 축력에 의한 변형율과 휨에 의한 변형율을 분리하는 단계(S20)와; 휨에 의한 변형율에 의해 터널의 형상변위를 추출하는 단계(S30)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명은 상기에서 보는 바와 같이 우선 터널에 2열의 광섬유센서로 구성된 복수의 광섬유변형률계를 배치하는 단계(S10)를 갖는 바, 상기 광섬유변형률계는 2열의 광섬유센서로 구성되는 것으로, 광섬유센서가 상.하로 일정 유격을 형성하며 구성되어 축력에 의한 변형률과 휨에 의한 변형률이 도출될 수 있도록 하는 것에 특징이 있다.
이러한 광섬유변형률계는 도 4에서 보는 바와 같이 터널의 내부(도면에 도시된 바는 없으나 터널의 내주연에 설치되는 경우도 동일)에 광섬유변형률계 간에 일정 유격을 형성하면서 복수개가 배치되는 것이다. 이렇게 광섬유변형률계가 터널에 배치됨으로써 시간경과에 따른 터널의 변위 및 응력을 광섬유변형률계가 설치된 지점에서 도출될 수 있도록 하는 것이다.
한편 상기 광섬유변형률계는 도 3a 및 도 3b에서 보는 바와 같이 터널의 내부에 매립되어 배치되거나 터널의 외측으로 내주연에 배치될 수 있다. 우선 터널의 내부에 매립되는 경우를 보면 도 3a에서는 광섬유변형률계에 있어 상.하부 광섬유센서가 각각 상부철근 및 하부철근이 매립된 위치에 배치되도록 한 예가 도시되고 있으나 이에 한정하지는 않는 것이다.
단 바람직하게는 상.하부 광섬유센서가 터널의 중립축을 중심으로 동일한 유격을 형성하며 배치되는 것이 타당하다. 이렇게 동일한 유격을 형성하며 배치되는 것이 각각 상.하부 광섬유센서를 통해 측정된 변형률을 통해 터널이 휨만을 받고 있는지 또는 축력을 동시에 받고 있는지가 용이하게 판단될 수 있기 때문이다.
즉 도 3a에서 보는 바와 같이 ε1=ε2의 경우 휨에 의한 하중만을 받는 경우로 볼 수 있으며, ε1≠ε2의 경우 휨에 의한 하중과 축력을 동시에 받는 경우로 볼 수 있다.(ε1 : 광섬유변형률계 중 상부 광섬유센서에 의해 측정된 변형률, ε2 : 광섬유변형률계 중 하부 광섬유센서에 의해 측정된 변형률) 특히 ε1≠ε2 의 경우에는 축력에 의한 변형률 및 휨에 의한 변형률을 분리하여 휨에 의한 변형률에 의해 터널의 변위를 도출하게 되는 것이다. 축력에 의한 변형률(ε3) 및 휨에 의한 변형률(ε4)은 하기 식 1-1 및 1-2에 의해 도출되는 것이다.
<식 1-1>
ε3 = (ε1 - ε2)/2
<식 1-2>
ε4 = ε1 - ε3
한편, 도 3b에서는 광섬유변형률계에 있어 상.하부 광섬유센서가 터널의 외부로 터널의 내주연에 배치되도록 한 예가 도시되고 있다. 여기서도 상기 광섬유변형률계는 상.하부 광섬유센서가 터널의 내주연에서 일정 유격을 형성하도록 배치된다. 상.하부 광섬유센서 간의 일정유격은 도면에 도시된 바는 없으나 각각의 상.하부 광섬유센서 양단에 유격구를 구성하여 상.하부 광섬유센서 간의 일정유격을 형성하도록 할 수 있다. 이러한 구성에 기해서도 상.하부 광섬유센서를 통해 측정된 변형률을 통해 터널이 휨만을 받고 있는지 또는 축력을 동시에 받고 있는지가 용이하게 판단될 수 있다. 이 경우에는 ε3 =ε4의 경우 휨에 의한 하중만을 받는 경우로 볼 수 있으며, ε3≠ε4의 경우 휨에 의한 하중과 축력을 동시에 받는 경우로 볼 수 있다.(ε3, ε4 : 터널 단면의 상, 하부 철근 위치에서의 변형률) 도 3b에서 ε1은 광섬유변형률계 중 상부 광섬유센서에 의해 측정된 변형률, ε2는 광섬유변형률계 중 하부 광섬유센서에 의해 측정된 변형률, h1, h2는 각각 터널 단면의 중립축에서 상, 하부 광섬유센서까지의 거리, x는 터널 단면의 중립축에서 변형률이 "0"이 되는 위치를 나타내며, x, ε3, ε4는 다음 식 1-3, 1-4, 1-5에 의해 도출될 수 있다.
<식 1-3>
Figure pat00001
<식 1-4>
Figure pat00002
<식 1-5>
Figure pat00003
이렇게 도출된 ε3, ε4 값이 다른 경우가 휨과 축력을 동시에 받는 경우이므로 축력에 의한 변형률과 휨에 의한 변형률을 분리하여 휨에 의한 변형률에 의해 터널의 변위를 도출하게 되는 것이다. 축력에 의한 변형률(ε5) 및 휨에 의한 변형률(ε6)은 하기 식 1-6 및 1-7에 의해 도출된다.
<식 1-6>
ε5 = (ε3 - ε4)/2
<식 1-7>
ε6 = ε3 - ε5
이렇게 본 발명에 있어 터널에 2열의 광섬유센서로 구성된 복수의 광섬유변형률계를 배치하는 단계에는 터널의 내부에 매립 또는 터널의 내주연에 광섬유변형률계를 일정 유격을 형성하며 배치하도록 함으로써 축력에 의한 변형률과 휨에 의한 변형률을 분리하여 휨에 의한 변형률에 의해 터널의 변위를 도출하도록 하는데, 도 3a에서는 터널의 내부에 광섬유변형률계를 배치하므로써 광섬유변형률계가 외부로 노출되지 않는 점이 있으나, 광섬유변형률계 매립 후 콘크리트를 타설토록 함으로써 타설과정에서 광섬유변형률계의 하자가 발생할 수 있고, 도 3b에서는 터널의 외부에 광섬유변형률계를 배치하므로써 광섬유변형률계의 시공이 용이하고 하자발생을 방지할 수 있으나, 광섬유변형률계가 외부로 노출됨에 의해 타 요인에 의한 하자 등의 문제가 발생할 수 있으므로 각각의 실시 예는 시공여건 등을 종합적으로 고려하여 선택적으로 이를 채택함이 타당하다.
이렇게 터널에 광섬유변형률계를 배치한 다음에는 2열로 배치된 광섬유 센서로부터 측정된 변형율로부터 축력에 의한 변형율과 휨에 의한 변형율을 분리하는 단계(S20)를 갖는 바, 본 단계에서는 상기에서 언급한 바와 같이 광섬유변형률계를 터널 내부에 설치한 경우와 터널외부에 설치한 경우를 달리하여 축력에 의한 변형율과 휨에 의한 변형율을 도출하게 되는 것이다.
그 다음으로 상기 단계(S20)에서 도출된 휨에 의한 변형률에 의해 터널의 형상변위를 추출하는 단계(S30)를 갖는다. 즉 휨에 의한 변형률만에 의해 터널의 시간경과에 따른 형상변위를 추출하여 터널에 있어 시공 후에 변형정도를 시각적으로 감지할 수 있게 되는 것이다. 이러한 본 단계에서는 도 2에서 보는 바와 같이 각각의 광섬유변형률계의 곡률방정식을 도출하는 단계(S31)와, 곡률방정식을 수직변위방정식으로 변환시키는 단계(S32)와, 수직변위방정식을 이용하여 좌표값을 도출하는 단계(S33)와, 좌표값에 의해 터널의 형상변위를 도출하는 단계(S34)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 광섬유변형률계의 곡률방정식을 도출하는 단계(S31)는 터널에 있어 각각의 광섬유변형률계가 설치된 위치에서 곡률을 도출하기 위한 것으로 이를 위한 곡률방정식을 구하기 위해서는 터널을 직선화하여 터널 좌측시점에 대한 길이변화에 대한 곡률방정식으로 나타낼 수 있으며, 이러한 곡률방정식을 다음 식 1-8과 같이 행렬식으로 나타낼 수 있다.
<식 1-8>
Figure pat00004
K : 각 광섬유변형률계 위치에서의 곡률 행렬
X : 각 광섬유변형률계에서의 길이 행렬
A : 곡률방정식의 상수항 행렬
그 다음으로 상기 단계에서 도출된 곡률방정식을 수직변위방정식으로 변환시키는 단계(S32)에는 곡률 방정식을 이용하여 수직변위를 구하는 방정식을 결정한다. 하기 식 1-9에 터널의 수직변위와 곡률과의 관계를 나타낸 식이다. 하기 수직변위방정식(w(x))은 각각의 광섬유변형률계 위치에서의 곡률에 대한 반경방향의 수직변위 변화값을 의미한다.
<식 1-9>
w(x) =
Figure pat00005
w(x) : 수직변위 방정식
k(x) : 곡률 방정식
그 다음으로 수직변위방정식을 이용하여 좌표값을 도출하는 단계(S33)을 갖게 되는 바, 터널의 곡률로부터 구하여진 수직변위는 터널형상변위로 변환하여야 하며, 이는 각각의 광섬유변형률계와 광섬유변형률계가 설치된 위치에서 터널반경과 이루는 각과의 관계로 얻어지며, 하기 식 1-10, 11은 그 좌표값을 도출하는 식을 나타낸다.
<식 1-10>
x = w(x) × cosα
<식 1-11>
y = w(x) × sinα
x : 수직변위방정식 w(x)에 의한 x 방향 변위
y : 수직변위방정식 w(x)에 의한 y 방향 변위
α : 각각의 광섬유변형률계의 변위각
마지막으로 좌표값에 의해 터널의 형상변위를 도출하는 단계(S34)를 갖는다. 상기 S33단계에서 도출되는 좌표값에 의해 시간경과에 의해 터널의 형상변위를 도출하게 되는 것이다. 이렇게 도출된 좌표값에 의해 시간경과에 따른 터널의 형상변위를 시각적으로 도출하는 방법은 공지의 다양한 기술에 의해 구현할 수 있으므로 그 설명을 생략한다.
한편 이렇게 최종적으로 터널의 형상변위를 도출하기 위한 수단으로써 본 발명에서는 하기와 같은 (a) 내지 (c)절차에 의해 시간경과에 따른 터널의 형상변위를 도출할 수 있는 예를 제시한다.
(a) 제반조건
터널에 광섬유변형률계를 배치한 후에 각각의 광섬유변형률계의 위치에서 하기 (1) 내지 (5)값을 도출한다.
(1) 터널의 중립축에 대한 각각의 광섬유변형률계의 위치에서 반경 : R
(2) 각각의 터널반경에 따른 각(중립축과 터널반경간의 각) :
Figure pat00006
(3) 원점좌표 : 터널 하부의 중앙점
(4) 각각의 광섬유변형률계의 위치에 따른 셀간격을 정하고 원점에 대한 각각의 광섬유변형률계의 좌표값
(5) 터널의 중립축을 중심으로 각 터널반경에 대하여 원 방정식 도출
각각의 터널반경을 R1, R2, R3라고 가정할 시에,
R1에 대한 방정식 x(R1) =
Figure pat00007
,
R2에 대한 방정식 x(R2) =
Figure pat00008
R3에 대한 방정식 y(R3) =
Figure pat00009
(b) 구조물의 가정
각각의 광섬유변형률계의 위치에서 해당되는 셀 간격에 대해서 선형부재로 가정하여 수직변위를 계산(시점과 종점은 고정점으로 가정)함으로써 터널의 최초 형상을 가정한다.
(c) 측정 및 단계별 계산과정
각각의 광섬유변형률계에 의해 측정되는 변형률을 측정하고, 각각 측정된 변형률에 대한 곡률을 측정하며, 이러한 곡률에 의해 각각의 수직변위값을 측정한 후에 수직변위값에 기해 좌표값을 도출하도록 하는 바, 하기 (1) 내지 (9)의 절차에 따라 최종적인 터널의 형상변위를 도출하게 되는 것이다.
(1) 광섬유변형률계의 변형률 측정
각각의 광섬유변형률계로부터 변형률(εo, εi)을 도출한다. εo는 상부 광섬유센서에 의한 변형률에 해당하며, εi는 하부 광섬유센서에 의한 변형률에 해당한다.
(2) 각각 도출된 변형률에 대한 곡률(k) 도출
Figure pat00010
여기서 h : 상,하부 광섬유센서와의 거리
(3) 각각의 광섬유변형률계의 변위각을 등간격으로 설정
(4) 셀 간격에 해당되는 범위내에서 선형길이로 변환하여 각 선형부재에 대하여 수직변위 계산
- L' = y축 변화량/sin(α)
여기서, α : x축과 광섬유변형률계가 이루는 각
(5) 부호 규정
변위값 보정시 변위값의 부호는 원점좌표를 중심으로 오른쪽을 기준으로 하며, 곡률이 (-)이면, εi > εo,이므로 터널은 안쪽으로 변형되며, 원래의 광섬유변형률계의 좌표값에 변위값만큼 빼준다. 또한, 곡률이 (+)이면,ε1i > ε1o이므로 터널은 바깥쪽으로 변형되며, 원래의 광섬유변형률계의 좌표값에 변위값만큼 더해준다. 만약, 원점좌표를 중심으로 왼쪽의 터널변위를 보정하기 위해서는 위의 내용과 반대로 해주면 된다.
(6) 수직변위값 (w(x)) 도출
각각의 광섬유변형률계의 수직변위값을 산정한다.
w(x) =
Figure pat00011
(7) 각각의 광섬유변형률계의 수직변위를 좌표축에 대하여 변환
-
Figure pat00012
-
Figure pat00013
여기서, α : x축과 센서가 이루는 각
(8) 변위값의 누적
첫 번째의 시작변위는 변하지 않도록 하며, 해당 광섬유변형률계의 초기 변위는 전 광섬유변형률계의 마지막 변위로 하여 터널 전체에 걸친 변위값을 도출한다.
(9) 변위에 따른 터널형상을 도출
한편 본 발명은 상기에서 도출된 축력에 의한 변형율과 휨에 의한 변형율을 이용하여 광섬유변형률계가 배치된 위치에서의 응력을 도출하는 단계를 더 포함함으로써 터널의 사후적 형상변위와 함께 응력의 변화 및 종류도 동시에 도출할 수 있도록 함에 특징이 있다. 이렇게 해당 광섬유변형률계가 배치된 위치에서의 응력을 도출하는 구체적인 방법을 설명한다.
우선 도 3a에서 보는 바와 같이 광섬유변형률계가 터널의 내부에 매립되는 실시 예를 보면 휨만 존재하는 경우 각각의 광섬유변형률계에서 취득한 변형률 값을 이용하여 해당되는 철근의 위치에서 하기 식 1-12에 의해 휨응력을 산정한다.
<식 1-12>
Figure pat00014
E(콘크리트 탄성계수) =
Figure pat00015
또한, 축력과 휨을 동시에 받는 경우에는 축력 및 휨에 의한 변형률을 분리하여 각각의 축력에 의한 응력 및 휨에 의한 응력을 하기 식 1-13, 14에 의해 각각 산정한 후에 하기 식 1-15에 의해 취합한다.
<식 1-13>
Figure pat00016
<식 1-14>
Figure pat00017
<식 1-15>
Figure pat00018
한편 도 3b에서 보는 바와 같이 광섬유변형률계가 터널의 외측으로 내주연에 구성되는 경우에는 각각의 광섬유변형률계로부터 취득한 변형률 값을 이용하여 터널 내부에 있는 상, 하부 철근위치에서의 변형률을 구하여 축력에 의한 응력 및 휨에 의한 응력을 하기 식 1-16, 17에 의해 각각 산정한 후에 하기 식 1-18에 의해 취합한다.
<식 1-16>
Figure pat00019
<식 1-17>
Figure pat00020
<식 1-18>
Figure pat00021
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (6)

  1. 터널에 2열의 광섬유센서로 구성된 복수의 광섬유변형률계를 배치하는 단계와;
    광섬유변형률계로부터 축력에 의한 변형율과 휨에 의한 변형율을 분리하는 단계와;
    휨에 의한 변형율에 의해 터널의 형상변위를 추출하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    터널에 2열의 광섬유센서로 구성된 복수의 광섬유변형률계를 배치하는 단계에는 광섬유변형률계를 터널의 내부에 매립 또는 터널의 내주연에 설치하되, 광섬유변형률계 간 일정 유격을 형성하며 배치함을 특징으로 하는 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    휨에 의한 변형율에 의해 터널의 형상변위를 추출하는 단계에는,
    각각의 광섬유변형률계의 곡률방정식을 도출하는 단계와, 곡률방정식을 수직변위방정식으로 변환시키는 단계와, 수직변위방정식을 이용하여 좌표값을 도출하는 단계와, 좌표값에 의해 터널의 형상변위를 도출하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 곡률방정식을 수직변위방정식으로 변환시키는 단계에는 수직변위방정식을 도출함에 있어,
    w(x) =
    Figure pat00022
    (w(x) : 수직변위 방정식, k(x) : 곡률 방정식)에 의해 수직변위방정식이 도출됨을 특징으로 하는 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    수직변위방정식을 이용하여 좌표값을 도출하는 단계에는 좌표값을 도출함에 있어,
    x = w(x) × cosα, y = w(x) × sinα ( x : 수직변위 w(x)에 의한 x 방향 변위, y : 수직변위 w(x)에 의한 y 방향 변위, α : 해당 광섬유 변형률계 변위각)에 의해 좌표값이 도출됨을 특징으로 하는 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    도출된 축력에 의한 변형율과 휨에 의한 변형율을 이용하여 광섬유변형률계가 배치된 위치에서의 응력을 도출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2열 광섬유센서를 이용한 터널의 형상 및 응력측정 방법.
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