KR20140049407A - Rock bolt with optic fiber sensor and constructing method thereof - Google Patents

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KR20140049407A
KR20140049407A KR1020120115629A KR20120115629A KR20140049407A KR 20140049407 A KR20140049407 A KR 20140049407A KR 1020120115629 A KR1020120115629 A KR 1020120115629A KR 20120115629 A KR20120115629 A KR 20120115629A KR 20140049407 A KR20140049407 A KR 20140049407A
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Abstract

The present invention relates to a rock bolt having a measurer and a construction method thereof. The rock bolt having a measurer comprises: a bolt body inserted in a borehole of a bedrock layer of a tunnel, fixed on to the bedrock layer by a grouting process, and having a hollow hole longitudinally formed therein; and an optical fiber sensor part inserted in the hollow hole of the bolt body to measure the axial force applied to the bolt body and the underground displacement of the bedrock layer when the bolt body is installed in the bedrock layer of the tunnel. The rock bolt having a measurer can reduce construction periods and can prevent the safety degradation of a tunnel structure caused by a boring process because the boring process to bore the bedrock layer to install the measuring unit is not necessary by coupling the optical fiber sensor for tunnel measurement inside the bolt body installed in the bedrock layer of the tunnel.

Description

계측기가 마련된 락볼트 및 이의 시공방법{Rock bolt with optic fiber sensor and constructing method thereof}Rock bolt with measuring instrument and construction method thereof {Rock bolt with optic fiber sensor and constructing method

본 발명은 계측기가 마련된 락볼트 및 이의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터널의 암반층을 지지하게 위해 터널의 내측에 설치되며, 내부에 계측용 광섬유 센서가 락볼트 및 이의 시공방법에 관한 것이다. The present invention relates to a rock bolt provided with a measuring instrument and a construction method thereof, and more particularly, is installed inside the tunnel to support the rock layer of the tunnel, and an optical fiber sensor for measuring therein relates to the rock bolt and the construction method thereof. .

일반적으로 터널(tunnel)이라 함은 도로, 철도, 수로(水路) 등을 통하게 하기 위해 지중에 뚫은 통로를 말하는 것으로, 용도에 따라 철도, 도로, 수로, 광산터널로 나뉘고, 터널 장소에 따라 산악, 시가, 수저(水底)터널로 나누어지는 것이다.In general, a tunnel refers to a passage drilled in the ground for passage through roads, railroads, waterways, etc., and is divided into railways, roads, waterways, and mine tunnels depending on the purpose. Shiga is divided into a cut tunnel.

이에, 통상적으로 터널을 시공할 경우에는, 먼저, 지중을 뚫으면서 주위의 지중이 붕괴되는 것을 막기위해 지보공(支保工)을 시공하는 과정을 통해 굴착을 진행한다. Therefore, in the case of constructing a tunnel in general, excavation is performed through a process of constructing a ground hole (支 保 工) in order to prevent the surrounding ground from collapsing while drilling the ground.

다음 굴착작업이 끝난 후에는 콘크리트 또는 철근 콘크리트로 굴착면을 덮는 복공작업을 수행함으로서 터널의 시공을 완료하는 것이다. 즉, 상기 굴착작업은, 지중을 굴착기 등으로 파는 작업과 폭약 등을 사용하여 암반을 폭파하는 작업을 병행하여 지중을 뚫는 것이다.After the next excavation work is completed, the construction of the tunnel is completed by performing a perforation work covering the excavation surface with concrete or reinforced concrete. That is, the excavation work is to drill the ground in parallel with the operation of digging the ground with an excavator or the like and exploding the rock using explosives.

그리고 상기 지보공은 횡방향의 다수열로 시공되는 활 형상의 횡방향 골조(이하, "횡형골조"라 칭함)와 횡방향 골조들을 상호 종방향으로 연결하는 다수의 직선형 종방향 골조(이하, "종형골조"라 칭함)로 구성된다. 그러므로 굴착작업을 수행하는 과정에서 횡형골조와 종형골조의 연속적인 시공을 통해 지중의 붕괴를 예방하면서 굴착작업을 수행하는 것이다.In addition, the support hole is a plurality of straight longitudinal frames (hereinafter, "vertical") that vertically connects the transverse longitudinal frames (hereinafter referred to as "horizontal frames") and the transverse frames constructed in a plurality of rows in the transverse direction. "Frame"). Therefore, in the process of carrying out excavation work, the excavation work is performed while preventing the collapse of the ground through the continuous construction of the horizontal frame and the vertical frame.

터널의 시공 후에 시간이 지나면서, 지중의 압력이나 터널 구조물의 노화로 인하여 터널 주위의 지중이 변화되거나 구조물이 변형되는 현상이 발생되는 데, 이런 변형으로 인해 터널이 무너지져 인명사고를 유발한다. 따라서, 터널의 시공 후에는 터널의 지중 및 구조물의 변화를 계측할 수 있도록 계측장비를 설치한다. As time passes after the construction of the tunnel, ground pressure or aging of the tunnel structure causes changes in the ground around the tunnel or deformation of the structure, which causes the tunnel to collapse and cause personal injury. Therefore, after the construction of the tunnel, the measurement equipment is installed to measure the change in the ground and the structure of the tunnel.

종래의 계측장비는 변위량을 측정할 수 있는 다수의 변위량 측정센서를 구비한다. 상기 계측장비를 설치하기 위해서 터널의 암반층에 락볼트 설치용 삽입구 외에 별도의 설치홀을 천공해야 하므로 번거롭고, 다수의 설치홀들로 인해 터널 구조물이 안정성이 저하되는 단점이 있다. Conventional measuring equipment includes a plurality of displacement measuring sensors capable of measuring the amount of displacement. In order to install the measuring equipment, it is cumbersome because a separate installation hole must be drilled in addition to the lock bolt insertion hole in the rock layer of the tunnel, and the tunnel structure has a disadvantage in that the stability of the tunnel structure is reduced.

또한, 계측장비를 설치홀에 삽입한 다음 그라우팅 작업시 모르타르와 같은 그라우트 재가 상시 설치홀에 완충되지 않아 암반층의 변형량이 전달이 용이하지 않아 계측의 정확성이 저하되는 단점이 있다. In addition, since the grout material such as mortar is not buffered in the installation hole at all times when the measuring equipment is inserted into the installation hole, the deformation amount of the rock layer is not easy to be transferred, thereby degrading the accuracy of the measurement.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서 터널의 암반층을 지지하게 위해 터널의 내측에 설치된 볼트본체 내부에 계측용 광섬유 센서가 결합되므로 계측수단을 설치하기 위한 암반층에 천공 작업이 요구되지 않는 계측기가 마련된 락볼트 및 이의 시공방법를 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention is to improve the problems as described above, because the measuring optical fiber sensor is coupled to the inside of the bolt body installed inside the tunnel to support the rock layer of the tunnel measuring instrument that does not require a drilling operation in the rock layer for installing the measuring means The purpose is to provide a rock bolt and a construction method thereof is provided.

상기의 목적을 달성하기 위한 계측기가 마련된 락볼트는 터널의 암반층에 형성된 천공에 삽입되며, 그라우팅에 의해 상기 암반층에 고정되고, 내부에 길이방향을 따라 중공이 형성된 볼트본체와, 상기 볼트본체의 중공에 삽입되어 상기 터널의 암반층 내에 상기 볼트본체의 설치시 상기 볼트본체에 작용하는 축력 및 상기 암반층의 지중변위를 측정하는 광섬유 센서부를 구비한다. The lock bolt provided with a measuring instrument for achieving the above object is inserted into a perforation formed in the rock layer of the tunnel, is fixed to the rock layer by grouting, the bolt body formed in the hollow along the longitudinal direction therein, and the hollow of the bolt body Is inserted into the optical fiber sensor unit for measuring the axial force acting on the bolt body and the ground displacement of the rock layer when installing the bolt body in the rock layer of the tunnel.

상기 광섬유 센서부는 상기 볼트본체의 중공에 삽입되는 것으로서, 광섬유에 길이방향을 따라 다수의 격자가 새겨진 광섬유 격자 센서와, 상기 광섬유 격자 센서에 광을 송출하고, 상기 광섬유 격자 센서의 격자에 의한 브래그 파장변화로부터 상기 볼트본체에 작용하는 축력 및 상기 암반층의 지중변위를 산출하는 측정유닛을 구비하는 것이 바람직하다. The optical fiber sensor unit is inserted into the hollow of the bolt body, the optical fiber grating sensor engraved with a plurality of gratings along the longitudinal direction of the optical fiber, and transmits light to the optical fiber grating sensor, the Bragg wavelength by the grating of the optical fiber grating sensor It is preferable to have a measuring unit for calculating the axial force acting on the bolt body and the ground displacement of the rock layer from the change.

상기 측정유닛은 광원과, 상기 광원으로부터 발생된 광을 상기 광섬유 격자 센서에 전송하고, 상기 광섬유 격자 센서에서 반사된 광을 입력광과 분리되게 출력하는 광분배기와, 상기 광섬유 격자 센서로부터 반사되어 상기 광분배기를 통해 출력되는 반사광의 브래그 파장변화를 토대로 상기 볼트본체에 작용하는 축력 및 상기 암반층의 지중변위를 산출하는 산출부를 구비한다. The measuring unit includes a light splitter for transmitting a light source, the light generated from the light source to the optical fiber grating sensor, and outputting the light reflected from the optical fiber grating sensor to be separated from the input light. And a calculation unit for calculating the axial force acting on the bolt body and the ground displacement of the rock layer based on the Bragg wavelength change of the reflected light output through the optical splitter.

상기 계측기가 마련된 락볼트는 외력에 의한 상기 볼트본체의 변형량이 상기 광섬유 격자 센서에 용이하게 전달되기 위해 상기 광섬유 격자 센서를 상기 볼트본체에 견고하게 고정시킬 수 있도록 상기 볼트본체의 중공에 충진되는 그라우트재를 더 구비할 수도 있다. The lock bolt provided with the measuring device has a grout filled in the hollow of the bolt main body so that the deformation of the bolt main body due to external force can be securely fixed to the bolt main body so that the deformation of the bolt main body can be easily transmitted to the optical fiber grating sensor. It may further comprise ash.

한편, 본 발명에 따른 계측가가 마련된 락볼트의 시공방법은 광섬유에 길이방향을 따라 다수의 격자가 마련된 광섬유 격자 센서를 락볼트의 볼트본체의 내부에 형성된 중공에 삽입설치하는 락볼트 준비 단계와, 상기 광섬유 격자 센서가 설치된 상기 볼트본체를 터널의 암반층에 형성된 천공에 삽입하는 락볼트 설치단계와, 상기 천공에 상기 볼트본체의 삽입이 완료되면 상기 천공에 그라우트 재를 주입하는 그라우팅 단계와, 상기 천공에 주입된 상기 그라우트 재 내부에 기포 발생을 방지하여 상기 그라우트 재가 상기 천공에 고르게 충진될 수 있도록 볼트본체를 회전시키거나 상기 볼트본체에 진동을 인가하는 기포제거단계와, 상기 볼트본체가 상기 암반층을 지지할 수 있도록 상기 암반층 외부로 돌출된 상기 볼트본체의 단부에 지지판을 결합하고 너트를 체결하는 암반층 지지단계를 포함한다. On the other hand, the construction method of the rock bolt provided with a measurer according to the present invention comprises a rock bolt preparation step of inserting the optical fiber grating sensor provided with a plurality of gratings in the longitudinal direction in the optical fiber in the hollow formed inside the bolt body of the rock bolt, A rock bolt installation step of inserting the bolt body with the optical fiber grating sensor installed in the perforation formed in the rock layer of the tunnel; and grouting step of injecting grout material into the perforation when the bolt body is inserted into the perforation; A bubble removing step of rotating the bolt body or applying vibration to the bolt body to prevent the occurrence of bubbles in the grout material injected into the boring material so that the grout material is evenly filled in the perforation, and the bolt body forms the rock layer. The support plate is coupled to the end of the bolt body protruding out of the rock layer to support And a rock bed support step of fastening the nut.

또한, 계측기가 마련된 락볼트는 광섬유에 길이방향을 따라 다수의 격자가 마련된 광섬유 격자 센서를 락볼트의 볼트본체의 내부에 형성된 중공에 삽입설치하는 락볼트 준비 단계와, 상기 락볼트의 볼트본체가 삽입되는 터널의 암반층에 형성된 천공에 그라우트 재를 주입하는 그라우팅 단계와, 상기 그라우팅재가 충진된 천공에 상기 광섬유 격자 센서가 삽입된 상기 락볼트의 볼트본체를 삽입하는 락볼트 설치단계와, 상기 천공에 주입된 상기 그라우트 재 내부에 기포 발생을 방지하여 상기 그라우트 재가 상기 천공에 고르게 충진될 수 있도록 상기 볼트본체를 회전시키거나 상기 볼트본체에 진동을 인가하는 기포제거단계와, 상기 볼트본체가 상기 암반층을 지지할 수 있도록 상기 암반층 외부로 돌출된 상기 볼트본체의 단부에 지지판을 결합하고 너트를 체결하는 암반층 지지단계를 포함할 수도 있다. In addition, the lock bolt provided with the measuring device is a rock bolt preparation step of inserting the optical fiber grating sensor provided with a plurality of gratings in the longitudinal direction in the optical fiber in the hollow formed inside the bolt body of the rock bolt, and the bolt body of the rock bolt A grouting step of injecting grout material into the perforations formed in the rock layer of the tunnel to be inserted; and a rock bolt installation step of inserting the bolt body of the rock bolt into which the optical fiber grating sensor is inserted into the perforation filled with the grouting material; A bubble removing step of rotating the bolt body or applying vibration to the bolt body to prevent the occurrence of bubbles in the injected grout material so that the grout material is evenly filled in the perforations; The support plate is coupled to the end of the bolt body protruding out of the rock layer to support It may comprise a rock layer supporting step of tightening the nut.

이때, 상기 락볼트 준비 단계는 상기 볼트본체의 중공에 상기 광섬유 격자 센서를 삽입하는 센서 삽입 단계와, 상기 광섬유 격자 센서가 상기 볼트본체에 견고하게 고정될 수 있도록 상기 볼트본체의 중공에 그라우팅재를 충진하는 고정단계를 포함한다. In this case, the preparing of the lock bolt may include inserting the optical fiber grating sensor into the hollow of the bolt body, and applying a grouting material to the hollow of the bolt body so that the optical fiber grating sensor may be firmly fixed to the bolt body. A fixing step for filling.

본 발명에 따른 계측기가 마련된 락볼트는 터널의 암반층에 설치된 볼트본체 내부에 터널 계측용 광섬유 센서가 결합되므로 계측수단을 설치하기 위한 암반층에 천공 작업이 요구되지 않으므로 시공 기간이 단축될 수 있고, 천공 작업으로 인해 터널 구조물의 안정성 저하가 발생되지 않는 장점이 있다. Rock bolt provided with a measuring device according to the present invention is because the optical fiber sensor for measuring the tunnel is coupled to the inside of the bolt body installed in the rock bed layer of the tunnel, the drilling period is not required in the rock layer for installing the measuring means, the construction period can be shortened, Due to the work, there is an advantage that the deterioration of the stability of the tunnel structure does not occur.

또한, 오거장비를 사용하여 볼트본체를 회전 또는 왕복이동시켜 암반층의 천공 내에 그라우트재에 빈공간이 형성되는 것을 방지하여 계측의 정확성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, by using the auger equipment to rotate or reciprocating the bolt body there is an advantage to improve the accuracy of the measurement by preventing the empty space formed in the grout material in the drilling of the rock layer.

도 1은 본 발명에 따른 계측기가 마련된 락볼트가 시공된 터널의 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 계측기가 마련된 락볼트에 대한 분리 사시도이고,
도 3은 도 2의 계측기가 마련된 락볼트에 대한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 계측기가 마련된 락볼트에 대한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a tunnel in which a rock bolt provided with a measuring instrument according to the present invention is constructed,
2 is an exploded perspective view of a rock bolt provided with a measuring device according to the present invention;
3 is a cross-sectional view of the lock bolt provided with the measuring instrument of FIG.
4 is a cross-sectional view of a rock bolt provided with a measuring device according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 계측기가 마련된 락볼트 및 이의 시공방법을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail the rock bolt provided with a measuring device according to the present invention and a construction method thereof.

도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 계측기가 마련된 락볼트(100)가 도시되어 있다. 1 to 3 illustrate a lock bolt 100 provided with a measuring device according to the present invention.

도면을 참조하면, 계측기가 마련된 락볼트(100)는 터널의 암반층(10)에 형성된 천공(15)에 삽입되며, 그라우팅에 의해 상기 암반층(10)에 고정되고, 내부에 길이방향을 따라 중공(111)이 형성된 볼트본체(110)와, 상기 볼트본체(110)의 중공(111)에 삽입되어 상기 터널의 암반층(10) 내에 상기 볼트본체(110)의 설치시 상기 볼트본체(110)에 작용하는 축력 및 상기 암반층(10)의 지중변위를 측정하는 광섬유 센서부(200)를 구비한다. Referring to the drawings, the lock bolt 100 is provided with a measuring instrument is inserted into the perforation 15 formed in the rock layer 10 of the tunnel, is fixed to the rock layer 10 by grouting, the hollow ( 111 is formed on the bolt body 110 and the hollow body 111 of the bolt body 110 is inserted into the rock body layer 10 of the tunnel when the bolt body 110 is installed on the bolt body 110 It is provided with an optical fiber sensor unit 200 for measuring the axial force and the ground displacement of the rock layer (10).

볼트본체(110)는 소정길이로 연장된 환봉형으로 형성되며, 외주면에 수나사산이 형성되어 있다. 볼트본체(110)는 내부에 길이방향을 따라 중공(111)이 형성되어 있으며, 상기 중공(111)으로 광섬유 센서부(200)가 용이하게 삽입될 수 있도록 일단면이 개방되게 형성된다. 고정밀 레이저와 같은 천공수단을 통해 볼트본체(110) 내에 후술되는 광섬유 센서부(200)의 광섬유 격자 센서(210)의 외경에 대응되는 내경을 갖도록 중공(111)을 형성한다. The bolt body 110 is formed in an annular rod shape extending to a predetermined length, the male thread is formed on the outer peripheral surface. The bolt body 110 has a hollow 111 formed in the longitudinal direction therein, and is open so that one end surface thereof is open so that the optical fiber sensor 200 can be easily inserted into the hollow 111. The hollow 111 is formed to have an inner diameter corresponding to the outer diameter of the optical fiber grating sensor 210 of the optical fiber sensor 200 described later in the bolt body 110 through a puncturing means such as a high precision laser.

광섬유 센서부(200)는 광섬유 격자 센서(210)와 측정유닛(220)을 구비한다. The optical fiber sensor unit 200 includes an optical fiber grating sensor 210 and a measuring unit 220.

광섬유 격자 센서(210)는 볼트본체(110)의 중공(111)에 삽입되는 것으로서, 광섬유(211)에 길이방향을 따라 다수의 격자(212)가 새겨져 있다. 광섬유 격자 센서(210)는 중공(111)에 대응되게 볼트본체(110)의 길이방향을 따라 연장되게 형성된다. 여기서 격자(212)는 광섬유(211)에 자외선을 조사하여 형성하는 방식 등 공지된 방식으로 형성하면 되고, 도면에서는 시각적으로 이해를 돕기 위해 세로 상으로 격자(212)를 도시화하여 표기하였다. The optical fiber grating sensor 210 is inserted into the hollow 111 of the bolt body 110, and a plurality of gratings 212 are engraved along the longitudinal direction of the optical fiber 211. The optical fiber grating sensor 210 is formed to extend in the longitudinal direction of the bolt body 110 to correspond to the hollow 111. Here, the grating 212 may be formed in a known manner such as a method of irradiating ultraviolet light to the optical fiber 211, and in the drawing, the grating 212 is illustrated and illustrated vertically for visual understanding.

측정유닛(220)은 광섬유 격자 센서(210)에 광을 송출하고, 상기 광섬유 격자 센서(210)의 격자(212)에 의한 브래그 파장변화로부터 상기 볼트본체(110)에 작용하는 축력 및 상기 암반층(10)의 지중변위를 산출하는 것으로, 광원(221), 광분배기(222) 및 산출부(223)를 구비한다. The measurement unit 220 transmits light to the optical fiber grating sensor 210, and the axial force acting on the bolt body 110 from the Bragg wavelength change by the grating 212 of the optical fiber grating sensor 210 and the rock layer ( The ground displacement of 10) is calculated and includes a light source 221, a light splitter 222, and a calculating unit 223.

광원(221)은 광섬유 센서부(200)로 광을 조사하는 것으로, 일 예로서 레이저 다이오드가 적용될 수 있다. The light source 221 irradiates light to the optical fiber sensor unit 200, and as an example, a laser diode may be applied.

광분배기(222)는 써큘레이터가 적용되며, 광원(221)에서 출사된 입력광을 광섬유 격자 센서(210)로 전송하고, 광섬유 격자 센서(210)로부터 반사된 광의 경로를 광입사경로와는 다른 경로로 출력한다. 또한, 광분배기(222)로서 써큘레이터 대신 광섬유커플러(미도시)를 적용할 수 있음은 물론이다. The optical splitter 222 is applied with a circulator, transmits the input light emitted from the light source 221 to the optical fiber grating sensor 210, and the path of the light reflected from the optical fiber grating sensor 210 is different from the light incident path. Output to the path. In addition, the optical splitter 222 may be applied to the optical fiber coupler (not shown) instead of the circulator.

산출부(223)는 광원(221)으로부터 송출된 후 광섬유 격자 센서(210)로부터 반사된 광을 검출하고 검출된 반사광의 스펙트럼으로부터 격자(212)에 의한 브래그 파장 변화로부터 광섬유 격자 센서(210)에 전달되는 볼트본체(110)의 축력 및 암반층(10)의 지중변위에 대한 데이터를 산출한다. The calculation unit 223 detects the light reflected from the optical fiber grating sensor 210 after being transmitted from the light source 221, and changes from the Bragg wavelength change by the grating 212 to the optical fiber grating sensor 210 from the spectrum of the detected reflected light. Data on the axial force of the bolt body 110 and the ground displacement of the rock layer 10 is calculated.

상기 언급된 바와 같이 구성된 광섬유 센서부(200)는 광원(221)에 의해 광을 광섬유(211)에 조사시킬 경우 브래그 조건에 맞는 파장 성분은 격자(212)에서 반사되고 나머지 파장 성분은 그대로 통과하는 성질을 이용한 것으로, 반사되는 광을 산출부(223)에서 측정하여 각종 물리량의 변화를 측정할 수 있다. When the optical fiber sensor unit 200 configured as described above irradiates the optical fiber 211 with the light source 221, the wavelength component suitable for the Bragg condition is reflected by the grating 212 and the remaining wavelength component passes through as it is. By using the property, the reflected light can be measured by the calculation unit 223 to measure changes in various physical quantities.

격자(212)에서 반사되는 광의 파장인 브래그 파장은 유효 굴절률과 격자(212) 간격의 함수인데, 격자(212)의 간격이 하중 등과 같은 외부 물리량에 의해 변경될 경우 격자(212)에서 반사되는 광의 파장인 브래그 파장 역시 변하게 되므로, 브래그 파장의 변화를 정밀하게 측정하여 광섬유 격자 센서(210)에 인가되는 물리량을 산출할 수 있다. 이때, 광섬유 격자 센서(210)에 인가되는 물리량을 통해 볼트본체(110)에 작용하는 축력 및 락볼트(100)가 설치된 암반층(10)의 지중변위를 산출한다. The Bragg wavelength, which is the wavelength of the light reflected by the grating 212, is a function of the effective refractive index and the grating 212 spacing, which is a function of the light reflected from the grating 212 when the grating 212 is changed by an external physical quantity such as a load. Since the Bragg wavelength, which is a wavelength, is also changed, the physical quantity applied to the optical fiber grating sensor 210 may be calculated by precisely measuring the change in the Bragg wavelength. At this time, the axial force acting on the bolt body 110 and the ground displacement of the rock layer 10 provided with the rock bolt 100 are calculated through the physical quantity applied to the optical fiber grating sensor 210.

상기 언급된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 계측기가 마련된 락볼트(100)는 볼트본체(110)의 중공(111) 내에 광섬유 격자 센서(210)가 삽입되어 볼트본체(110)와 함께 암반층(10)에 설치되므로 볼트본체(110)에 의해 광섬유 격자 센서(210)가 보호되어 설치작업시 광섬유 격자 센서(210)에 결함이 발생되는 것을 방지한다. Rock bolt 100 is provided with a measuring device according to the present invention configured as described above is inserted into the hollow 111 of the bolt body 110, the optical fiber grating sensor 210 is inserted into the rock layer 10 together with the bolt body 110 Since it is installed in the optical fiber grating sensor 210 is protected by the bolt body 110 to prevent the occurrence of a defect in the optical fiber grating sensor 210 during installation.

또한, 계측수단을 설치하기 위한 암반층(10)에 천공 작업이 요구되지 않으므로 시공 기간이 단축될 수 있고, 천공 작업으로 인해 터널 구조물의 안정성 저하가 발생되지 않는 장점이 있다. 그리고 오거장비를 사용하여 볼트본체(110)를 회전 또는 왕복이동시켜 암반층(10)의 천공(15) 내에 그라우트재에 빈공간이 형성되는 것을 방지하여 계측의 정확성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, since the drilling work is not required in the rock layer 10 for installing the measuring means, the construction period can be shortened, and the drilling work has the advantage that the stability of the tunnel structure does not occur. And by using the auger equipment by rotating or reciprocating the bolt body 110 there is an advantage to improve the accuracy of the measurement by preventing the void space is formed in the grout material in the perforation 15 of the rock layer (10).

한편, 도 4에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 계측기가 마련된 락볼트(150)가 도시되어 있다. On the other hand, Figure 4 shows a lock bolt 150 is provided with a measuring device according to another embodiment of the present invention.

앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다. Elements having the same functions as those in the previous drawings are denoted by the same reference numerals.

도면을 참조하면, 계측기가 마련된 락볼트(150)는 외력에 의한 상기 볼트본체(110)의 변형량이 상기 광섬유 격자 센서(210)에 용이하게 전달되기 위해 상기 광섬유 격자 센서(210)를 상기 볼트본체(110)에 견고하게 고정시킬 수 있도록 상기 볼트본체(110)의 중공(111)에 충진되는 그라우트재(151)를 더 구비한다. 이때, 볼트본체(110) 내의 중공(111)은 그라우트재(151)가 충진될 수 있도록 광섬유(211)의 외경보다 더 큰 내경을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. Referring to the drawings, the lock bolt 150 is provided with a measuring instrument, the bolt grating sensor 210 to the optical fiber grating sensor 210 so that the deformation of the bolt body 110 due to external force can be easily transmitted to the bolt body The grout material 151 is further provided in the hollow 111 of the bolt body 110 to be firmly fixed to the (110). At this time, the hollow 111 in the bolt body 110 is preferably formed to have an inner diameter larger than the outer diameter of the optical fiber 211 so that the grout material 151 can be filled.

상기 그라우트재(151)로는 유동성이 있는 시멘트 모르타르를 적용할 수 있다. 중공(111) 내에 광섬유 격자 센서(210)를 삽입한 다음, 그라우트재(151)를 충진하고 양생시켜 광섬유 격자 센서(210)를 견고하게 볼트본체(110)에 고정시킨다. 그라우트재(151)에 의해 볼트본체(110)에 일체로 고정된 광섬유 격자 센서(210)는 볼트본체(110)의 변형량을 보다 더 용이하게 전달받아 계측의 정확성을 향상시키는 장점이 있다. As the grout material 151, cement mortar having fluidity may be applied. After inserting the optical fiber grating sensor 210 into the hollow 111, the grout material 151 is filled and cured to fix the optical fiber grating sensor 210 to the bolt body 110 firmly. The optical fiber grating sensor 210 integrally fixed to the bolt body 110 by the grout material 151 has an advantage of receiving the deformation amount of the bolt body 110 more easily, thereby improving the accuracy of the measurement.

본 발명에 따른 계측기가 마련된 락볼트(100)의 시공방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. Referring to the construction method of the lock bolt 100 provided with a measuring device according to the present invention in detail.

계측기가 마련된 락볼트(100)의 시공방법은 락볼트 준비 단계, 락볼트 설치단계, 그라우팅 단계, 기포제거단계 및 암반층 지지단계를 포함한다. The construction method of the lock bolt 100 provided with a measuring instrument includes a rock bolt preparation step, a rock bolt installation step, a grouting step, a bubble removing step, and a rock layer support step.

락볼트 준비 단계는 광섬유 격자 센서(210)를 락볼트(100)의 볼트본체(110)의 중공(111)에 삽입설치하는 단계이다. 광섬유 격자 센서(210)는 광섬유(211)에 길이방향을 따라 다수의 격자(212)가 마련되어 있다. Rock bolt preparation step is to insert the optical fiber grating sensor 210 in the hollow 111 of the bolt body 110 of the lock bolt 100. The optical fiber grating sensor 210 is provided with a plurality of gratings 212 along the longitudinal direction of the optical fiber 211.

또한, 락볼트 준비 단계는 상기 볼트본체(110)의 중공(111)에 상기 광섬유 격자 센서(210)를 삽입하는 센서 삽입 단계와, 상기 광섬유 격자 센서(210)가 상기 락볼트(100)에 견고하게 고정될 수 있도록 상기 락볼트(100)의 중공(111)에 그라우팅재를 충진하는 고정단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the rock bolt preparation step is a sensor insertion step of inserting the optical fiber grating sensor 210 into the hollow 111 of the bolt body 110, and the optical fiber grating sensor 210 is firmly secured to the lock bolt 100. It may further include a fixing step of filling the grouting material in the hollow 111 of the lock bolt 100 to be fixed.

락볼트 설치단계는 광섬유 격자 센서(210)가 설치된 볼트본체(110)를 터널의 암반층(10)에 형성된 천공(15)에 삽입하는 단계이다. 이때, 볼트본체(110)를 작업자가 수작업으로 천공(15)에 삽입하거나 오거 장비를 사용하여 천공(15) 내에 천공(15) 내에 삽입시킬 수도 있다. The rock bolt installation step is to insert the bolt body 110, the optical fiber grating sensor 210 is installed into the perforation 15 formed in the rock layer 10 of the tunnel. At this time, the operator may insert the bolt body 110 into the perforation 15 by hand or in the perforation 15 in the perforation 15 using auger equipment.

그라우팅 단계는 천공(15)에 볼트본체(110)의 삽입이 완료되면 천공(15)에 그라우트 재를 주입하는 단계이다. 상기 그라우트 재로는 유동성이 있는 시멘트 모르타르나 발포레진이 사용될 수 있다. The grouting step is a step of injecting grout material into the perforation 15 when the bolt body 110 is inserted into the perforation 15. As the grout material, a flowable cement mortar or a foamed resin may be used.

기포제거단계는 천공(15)에 주입된 그라우트 재 내부에 기포 발생을 방지하여 그라우트 재가 천공(15)에 고르게 충진될 수 있도록 오거 장비를 사용하여 볼트본체(110)를 회전시키거나 볼트본체(110)에 진동을 인가하는 단계이다. 이때, 오거 장비에 암반층(10) 외부로 돌출된 볼트본체(110)의 단부를 체결하여 작업한다. 상기 기포제거단계를 통해 암반층(10)의 천공(15) 내에 그라우트재(151)에 빈공간이 형성되는 것을 방지하여 계측의 정확성을 향상시킨다. Bubble removal step is to prevent the generation of bubbles in the grout material injected into the perforation 15 to rotate the bolt body 110 using auger equipment so that the grout material is evenly filled in the perforation 15 or bolt body 110 ) Is a step of applying vibration. At this time, work by fastening the end of the bolt body 110 protruding out of the rock layer 10 to the auger equipment. The bubble removal step prevents empty spaces from being formed in the grout material 151 in the perforations 15 of the rock layer 10 to improve the accuracy of the measurement.

암반층 지지단계는 볼트본체(110)가 암반층(10)을 지지할 수 있도록 암반층(10) 외부로 돌출된 볼트본체(110)의 단부에 지지판(17)을 결합하고 너트(16)를 체결하는 단계이다. The rock layer supporting step is to couple the support plate 17 to the end of the bolt body 110 protruding out of the rock layer 10 so that the bolt body 110 can support the rock layer 10 and fasten the nut 16. to be.

상기 언급된 바에 의하면 락볼트 설치단계 이후에 그라우팅 단계를 진행하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정하는 것이 아니라 천공(15) 내에 그라우트 재를 주입하는 그라우팅 단계를 진행한 다음, 그라우트 재가 충진된 천공(15) 내에 볼트본체(110)를 설치하는 락볼트 설치단계를 진행하고, 그라우트 재를 양생시켜 볼트본체(110)를 암반층(10)에 고정시킬 수도 있다. According to the above, it was described as proceeding the grouting step after the rock bolt installation step, but not limited to this, and then proceeding the grouting step of injecting the grout ash into the perforation 15, the perforated 15 filled with grout ash The lock bolt installation step of installing the bolt body 110 therein may be performed, and the bolt body 110 may be fixed to the rock layer 10 by curing the grout material.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

10: 암반층
15: 천공
100: 계측기가 마련된 락볼트
110: 볼트본체
111: 중공
200: 광섬유 센서부
210: 광섬유 격자 센서
211: 광섬유
212: 격자
220: 측정유닛
221: 광원
222: 광분배기
223: 산출부10: bedrock
15: Perforation
100: lock bolt with measuring instrument
110: bolt body
111: hollow
200: optical fiber sensor
210: fiber optic grating sensor
211: optical fiber
212 grid
220: measuring unit
221: Light source
222: optical splitter
223: calculator

Claims (7)

터널의 암반층에 형성된 천공에 삽입되며, 그라우팅에 의해 상기 암반층에 고정되고, 내부에 길이방향을 따라 중공이 형성된 볼트본체와;
상기 볼트본체의 중공에 삽입되어 상기 터널의 암반층 내에 상기 볼트본체의 설치시 상기 볼트본체에 작용하는 축력 및 상기 암반층의 지중변위를 측정하는 광섬유 센서부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 계측기가 마련된 락볼트.
A bolt body inserted into a perforation formed in the rock layer of the tunnel, fixed to the rock layer by grouting, and having a hollow formed in the longitudinal direction thereof;
And an optical fiber sensor unit inserted into the hollow of the bolt body to measure the axial force acting on the bolt body and the ground displacement of the rock layer when the bolt body is installed in the rock layer of the tunnel. volt.
제1항에 있어서,
상기 광섬유 센서부는
상기 볼트본체의 중공에 삽입되는 것으로서, 광섬유에 길이방향을 따라 다수의 격자가 새겨진 광섬유 격자 센서와;
상기 광섬유 격자 센서에 광을 송출하고, 상기 광섬유 격자 센서의 격자에 의한 브래그 파장변화로부터 상기 볼트본체에 작용하는 축력 및 상기 암반층의 지중변위를 산출하는 측정유닛;을 구비하는 것을 특징으로 하는 계측기가 마련된 락볼트.
The method of claim 1,
The optical fiber sensor unit
An optical fiber grating sensor inserted into the hollow of the bolt body and having a plurality of gratings engraved along a longitudinal direction of the optical fiber;
And a measuring unit which transmits light to the optical fiber grating sensor and calculates the axial force acting on the bolt body and the ground displacement of the rock layer from the Bragg wavelength change caused by the grating of the optical fiber grating sensor. Rock bolt provided.
제2항에 있어서,
상기 측정유닛은
광원과;
상기 광원으로부터 발생된 광을 상기 광섬유 격자 센서에 전송하고, 상기 광섬유 격자 센서에서 반사된 광을 입력광과 분리되게 출력하는 광분배기와;
상기 광섬유 격자 센서로부터 반사되어 상기 광분배기를 통해 출력되는 반사광의 브래그 파장변화를 토대로 상기 볼트본체에 작용하는 축력 및 상기 암반층의 지중변위를 산출하는 산출부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 계측기가 마련된 락볼트.
3. The method of claim 2,
The measuring unit
A light source;
An optical splitter for transmitting the light generated from the light source to the optical fiber grating sensor and outputting the light reflected from the optical fiber grating sensor to be separated from the input light;
And a calculator configured to calculate the axial force acting on the bolt body and the ground displacement of the rock layer based on the Bragg wavelength change of the reflected light reflected from the optical fiber grating sensor and output through the optical splitter. Rock bolt.
제2항 또는 제3항에 있어서,
외력에 의한 상기 볼트본체의 변형량이 상기 광섬유 격자 센서에 용이하게 전달되기 위해 상기 광섬유 격자 센서를 상기 볼트본체에 견고하게 고정시킬 수 있도록 상기 볼트본체의 중공에 충진되는 그라우트재;를 더 구비하는 것을 계측기가 마련된 락볼트.
The method according to claim 2 or 3,
And a grout material filled in the hollow of the bolt body to securely fix the optical fiber grating sensor to the bolt body in order to easily transmit the deformation amount of the bolt body due to an external force to the fiber grating sensor. Lock bolt with measuring instrument.
광섬유에 길이방향을 따라 다수의 격자가 마련된 광섬유 격자 센서를 락볼트의 볼트본체의 내부에 형성된 중공에 삽입설치하는 락볼트 준비 단계와;
상기 광섬유 격자 센서가 설치된 상기 볼트본체를 터널의 암반층에 형성된 천공에 삽입하는 락볼트 설치단계와;
상기 천공에 상기 볼트본체의 삽입이 완료되면 상기 천공에 그라우트 재를 주입하는 그라우팅 단계와;
상기 천공에 주입된 상기 그라우트 재 내부에 기포 발생을 방지하여 상기 그라우트 재가 상기 천공에 고르게 충진될 수 있도록 볼트본체를 회전시키거나 상기 볼트본체에 진동을 인가하는 기포제거단계와;
상기 볼트본체가 상기 암반층을 지지할 수 있도록 상기 암반층 외부로 돌출된 상기 볼트본체의 단부에 지지판을 결합하고 너트를 체결하는 암반층 지지단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계측기가 마련된 락볼트의 시공방법.
A rock bolt preparation step of inserting and installing an optical fiber grating sensor provided with a plurality of gratings along a longitudinal direction of the optical fiber in a hollow formed inside the bolt body of the rock bolt;
A rock bolt installation step of inserting the bolt body provided with the optical fiber grating sensor into a hole formed in a rock layer of a tunnel;
A grouting step of injecting grout material into the perforation when the bolt body is inserted into the perforation;
A bubble removing step of rotating the bolt body or applying vibration to the bolt body to prevent the occurrence of bubbles in the grout material injected into the perforation so that the grout material is evenly filled in the perforation;
A rock bed support step of coupling a support plate to an end of the bolt body protruding out of the rock bed layer and fastening a nut so that the bolt body can support the rock bed layer. .
광섬유에 길이방향을 따라 다수의 격자가 마련된 광섬유 격자 센서를 락볼트의 볼트본체의 내부에 형성된 중공에 삽입설치하는 락볼트 준비 단계와;
상기 락볼트의 볼트본체가 삽입되는 터널의 암반층에 형성된 천공에 그라우트 재를 주입하는 그라우팅 단계와;
상기 그라우팅재가 충진된 천공에 상기 광섬유 격자 센서가 삽입된 상기 락볼트의 볼트본체를 삽입하는 락볼트 설치단계와;
상기 천공에 주입된 상기 그라우트 재 내부에 기포 발생을 방지하여 상기 그라우트 재가 상기 천공에 고르게 충진될 수 있도록 상기 볼트본체를 회전시키거나 상기 볼트본체에 진동을 인가하는 기포제거단계와;
상기 볼트본체가 상기 암반층을 지지할 수 있도록 상기 암반층 외부로 돌출된 상기 볼트본체의 단부에 지지판을 결합하고 너트를 체결하는 암반층 지지단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계측기가 마련된 락볼트의 시공방법.
A rock bolt preparation step of inserting and installing an optical fiber grating sensor provided with a plurality of gratings along a longitudinal direction of the optical fiber in a hollow formed inside the bolt body of the rock bolt;
A grouting step of injecting grout material into the perforations formed in the rock layer of the tunnel into which the bolt body of the rock bolt is inserted;
A rock bolt installation step of inserting the bolt body of the rock bolt into which the optical fiber grating sensor is inserted into the perforated filled grouting material;
A bubble removing step of rotating the bolt body or applying vibration to the bolt body to prevent the occurrence of bubbles in the grout material injected into the perforation so that the grout material is evenly filled in the perforation;
A rock bed support step of coupling a support plate to an end of the bolt body protruding out of the rock bed layer and fastening a nut so that the bolt body can support the rock bed layer. .
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 락볼트 준비 단계는
상기 볼트본체의 중공에 상기 광섬유 격자 센서를 삽입하는 센서 삽입 단계와;
상기 광섬유 격자 센서가 상기 볼트본체에 견고하게 고정될 수 있도록 상기 볼트본체의 중공에 그라우팅재를 충진하는 고정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계측기가 마련된 락볼트의 시공방법.







The method according to claim 5 or 6,
The rock bolt preparation step
A sensor insertion step of inserting the optical fiber grating sensor into the hollow of the bolt body;
And a fixing step of filling the grouting material in the hollow of the bolt body so that the optical fiber grating sensor can be firmly fixed to the bolt body.







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