KR20190119694A - 슬라임 두께 측정이 가능한 암반 홀 표면 검사시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암반 홀 표면 검사시스템에 관한 것으로, 암반 홀에 투입되어 정밀하고 신속하게 표면 거칠기를 측정할 수 있는 것은 물론, 수중 천공된 암반 홀 내부에 잔존하는 슬라임의 두께를 측정하는 것이 가능하도록 한 것이다.
이러한 본 발명은, 측정모듈에 암반 홀 선단에 잔존하는 슬라임 두께를 측정하는 슬라임 측정장치가 더 구비되며, 상기 슬라임 측정장치는, 측정모듈의 하단부에 고정된 본체부와, 상기 본체부로부터 하강하면서 슬라임을 관통하여 암반 홀 선단에 도달할 수 있도록 한 승강부로 이루어져, 상기 승강부가 하강하는 동안 저항을 측정하여 슬라임을 관통하는지 여부를 판단하고, 상기 승강부가 상기 슬라임을 관통할 때 측정되는 저항이 유지되는 동안 상기 승강부가 변위되는 거리를 측정함으로써 슬라임 두께를 산출하는 것을 특징으로 한다.

Description

슬라임 두께 측정이 가능한 암반 홀 표면 검사시스템{SURFACE INSPECTION SYSTEM OF ROCK HOLE CAPABLE OF MEASURING SLIME THICKNESS}

본 발명은 암반 홀 표면 검사시스템에 관한 것으로, 특히 암반 홀에 투입되어 정밀하고 신속하게 표면 거칠기를 측정할 수 있는 것은 물론, 수중 천공된 암반 홀 내부에 잔존하는 슬라임의 두께를 측정하는 것이 가능하도록 한 암반 홀 표면 검사시스템에 관한 것이다.

토목 구조물, 예를 들면 다리 등에는 그 기초를 위하여 바다, 강 또는 하천 바닥에 기초 시공을 한다. 통상 기초 시공은 복토 층을 관통하여 암반이 나타날 때까지 홀을 뚫고 추가적으로 암반에 암반 홀을 형성한다. 이때, 그 깊이는 100 내지 200미터 정도이며, 물의 침투를 방지하기 위하여 수면위에서 관을 삽입하여 천공하며, 천공이 완료된 후 상기 암반 홀에 콘크리트 등을 타설하여 기초 교각을 설치하는 것이 일반적이다.

이때 상기 기초 교각은 타설된 콘크리트와 상기 암반 홀의 결합력이 강하면 강할수록 지지력이 올라가는 특성이 있으며, 상기와 같은 암반 홀과 콘크리트의 결합 특성은 암반 홀의 표면 특성에 따라 달라지는 경향을 나타낸다. 또한, 상기 암반 홀의 표면이 적절한 거칠기로 구현되는 경우, 콘크리트와 결합되는 면적의 증가로 인하여 결합력이 증가하는 경향을 나타낸다.

따라서, 암반 홀을 천공한 후 천공된 홀의 표층 상태는 구조물의 강성에 매우 중요한 역할을 하므로, 암반 홀 표면을 검사하는 기술 역시 매우 중요한 요소 중 하나이다.

특정 물질의 표면을 검사하는 장치는 매우 다양하게 제안되어 왔으나, 대형 물체의 표면의 특성을 비파괴 방식으로 검사하는 것으로는 초음파를 이용하는 방법을 들 수 있다. 예를 들면 공개 특허 제2008-111630호에는 초음파를 이용하여 콘크리트 벽에 발생된 크랙을 탐사는 방법이 개시되어 있다. 상기 발명에서는 초음파 탐촉자를 해당하는 벽면에 접촉시켜 발생된 크랙의 깊이를 감지하는 것으로 대표적인 초음파 방식의 예라 할 수 있다.

또한, 한국공개특허 제2009-22295호에는 초음파를 이용하여 2차 방벽의 결합부의 결함을 검사하는 방법이 개시되어 있다. 상기 발명에서는 LNG선에 적용되는 화물창(cargo)의 결함을 검출하는 방법으로 대표적인 비파괴 검사 방법의 예라 할 수 있다.

그러나 상기 방식들은 통상 외부 지상 상태에서 수행되는 검사 방법으로 수심 수십 미터 정도에 형성된 암반 홀의 표면의 검사에 적용하기 위해서는 별도의 장치들이 필요하다.

가장 간단한 방법으로는 단일 린치의 끝단에 초음파 센서를 부착하고 린치 길이 조절을 통하여 암반 홀의 표면을 검사하는 방법을 들 수 있다.

그러나 이같은 방법의 경우 비교적 단순하다는 장점이 있으나 그 길이가 늘어나거나 직경이 커지는 경우 센서와 암반 홀의 표면과 일정한 거리를 유지하기 힘들고, 정확히 암반의 표면 위치를 알 수 없다는 단점이 있었으며, 암반 홀 바닥의 지지력 특성을 파악할 수 있는 기능도 없었다. 또한, 암반 홀 바닥에 잔존하는 슬라임을 깊이를 측정할 수 있는 기능도 없었다.

한국공개특허공보 제2009-0022295호(2009.03.04)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 암반 홀에 투입되어 정밀하고 신속하게 표면 거칠기를 측정할 수 있는 것은 물론, 수중 천공된 암반 홀 내부에 잔존하는 슬라임의 두께를 측정하는 것이 가능하도록 한 암반 홀 표면 검사시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 암반 홀 표면 검사시스템은, 수중 천공된 암반 홀까지 삽입된 배관 내부를 따라 이동할 수 있도록 한 이동부와, 지상에서 상기 이동부를 케이블로 연결하여 승강 가능하도록 지지하면서 상기 이동부의 위치 및 동작을 제어하고 상기 이동부에서 수집된 정보를 수신하는 원격부로 이루어지며, 상기 이동부는, 상기 케이블에 의해 승강하면서 상기 배관의 내주면 또는 암반 홀의 벽면에 고정되는 고정모듈과; 상기 고정모듈의 하측으로 승강 가능하도록 결합되어 암반 홀의 표면 거칠기를 측정하는 측정모듈을; 포함하며, 상기 측정모듈에는 상기 암반 홀 선단에 잔존하는 슬라임 두께를 측정하는 슬라임 측정장치가 더 구비되며, 상기 슬라임 측정장치는, 측정모듈의 하단부에 고정된 본체부와, 상기 본체부로부터 하강하면서 슬라임을 관통하여 암반 홀 선단에 도달할 수 있도록 한 승강부로 이루어져, 상기 승강부가 하강하는 동안 저항을 측정하여 슬라임을 관통하는지 여부를 판단하고, 상기 승강부가 상기 슬라임을 관통할 때 측정되는 저항이 유지되는 동안 상기 승강부가 변위되는 거리를 측정함으로써 슬라임 두께를 산출하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

또한, 상기 측정모듈은, 상기 고정모듈의 하측에 승강 가능하도록 결합된 측정프레임과; 상기 측정프레임의 측면에 설치되어 암반 홀의 벽면을 접촉하여 이동하면서 상기 측정프레임의 승강을 안내하는 복수의 가이드 롤러와; 암반 홀의 표면 거칠기를 측정하는 거칠기 측정센서와, 상기 측정프레임에 설치되어 상기 거칠기 측정센서를 암반 홀 벽면을 향해 진퇴시켜주는 센서액추에이터로 이루어진 센서모듈을; 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 거칠기 측정센서는 암반 홀의 벽면 둘레 전체를 향하도록 방사상으로 다수 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 측정모듈에서 거칠기 측정센서는 초음파를 발생시키면서 암반 홀의 표면 거칠기를 측정하는 소나센서(sonar sensor)로 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 거칠기 측정센서로 구비된 소나센서에 의해 암반 홀 벽면까지의 거리를 측정하고, 암반 홀 벽면까지의 측정 거리에 근거하여 상기 센서액추에이터의 스트로크를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 거칠기 측정센서는 상기 측정프레임과 함께 암반 홀을 따라 하강 또는 상승하면서 암반 홀의 표면 거칠기를 1mm 단위로 연속 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 측정모듈은, 상기 측정프레임 하단부에서 하방을 향해 수직하게 설치되어 암반 홀 선단의 지지력을 측정하는 재하장치를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 재하장치는, 상기 측정프레임에 고정되는 재하액추에이터와, 상기 재하액추에이터의 작동부 끝단에 부착되어 암반 홀 선단에 접촉하도록 한 재하판을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 재하장치는 상기 측정프레임의 하단부 중앙과, 그 중앙 지점으로부터 이격된 지점에 각각 쌍을 이루어 설치되어 암반 홀 선단의 원주방향을 따라 지지력을 측정할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 가이드 롤러는, 상기 측정프레임에 고정되는 롤러액추에이터, 상기 롤러 액추에이터의 작동부와 힌지 결합하는 롤러체 및 상기 롤러체에 회전 가능하도록 설치되는 롤러를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 측정모듈의 하단에는 하방으로 길게 형성되어 그 하단부가 암반 홀 선단과 접촉하면서 암반 홀 선단의 위치를 인식하도록 한 접촉센서가 더 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 고정모듈과 측정모듈에는 각각 암반 홀의 깊이를 인식할 수 있는 레벨센서가 더 구비되며, 상기 측정모듈에는 압력을 측정하는 압력센서가 더 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 고정모듈은, 케이블과 연결된 고정프레임과; 상기 고정프레임 내부에 위치하여 상기 측정모듈을 승강시키는 이송부와; 유압의 발생 및 경로를 조절하는 유압부와; 상기 고정프레임의 측면에 설치되어 고정모듈을 배관의 내주면 또는 암반 홀의 벽면에 고정하는 복수의 가압장치와; 상기 유압부와 이송부를 제어하는 제어부를; 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 가압장치는, 상기 고정프레임 상에 고정되는 가압액추에이터와, 상기 가압액추에이터 가동부에 장착되는 가압판 및 상기 가압판에 부착되어 가압력을 감지하는 가압센서를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 암반 홀 표면 검사시스템은, 현장에서 작업자의 감으로만 의존하여 측정하였던 슬라임 두께를 정확하게 측정할 수 있게 되어 암반 홀 선단의 지반강도를 정확히 측정할 수 있으며, 슬라임을 지상으로 퍼내는 추가 작업을 실시할지 여부 등을 결정하는데 유용하게 활용할 수 있다.

또한, 본 발명은 수중 천공된 암반 홀 내부에 잔존하는 슬라임의 두께를 고려하여 고주파 음에 의한 탄성파와 가진에 의한 탄성파 중 어느 하나를 선택적으로 이용할 수 있도록 함으로써 상황에 맞게 암반 홀 선단의 지반강도를 측정할 수 있다.

또한, 본 발명은 원격 제어에 의하여 정확하게 암반 홀에 위치할 수 있으며, 암반 홀의 직경 또는 삽입된 배관에 대응하는 구성으로 안정되게 지지된 상태에서 암반 홀 선단에 대한 정교한 표면 검사와 지지력 측정이 가능하며, 이로써 정교한 기초 시공을 할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 암반 홀 표면 검사시스템의 전체 구성을 나타내는 구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 암반 홀 표면 검사시스템에서 고정모듈의 구성도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 암반 홀 표면 검사시스템에서 함몰부의 구성도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 암반 홀 표면 검사시스템에서 이송부의 동작도
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 암반 홀 표면 검사시스템에서 유압부의 구성도
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 암반 홀 표면 검사시스템에서 가압장치의 구성도
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 암반 홀 표면 검사시스템에서 측정모듈의 구성도
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 암반 홀 표면 검사시스템에서 제어부의 구성도

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 암반 홀 표면 검사시스템에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

<실시예>

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 암반 홀 표면 검사시스템의 전체 구성을 나타내는 구성도이다. 수중 천공된 암반 홀에 삽입된 배관의 내부에서 잔존하는 슬라임의 두께를 고려하여 보다 정확하게 암반 홀의 표면을 검사할 수 있도록 한 한 암반 홀 표면 검사시스템에 관한 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 암반 홀 표면 검사시스템(100)은 수중 천공된 암반 홀(1)에 삽입된 배관 내부에서 이동하면서 암반 홀(1) 표면을 검사할 수 있도록 한 이동부(2)와, 지상에 고정된 상태에서 상기 이동부(2)를 케이블(4)로 연결하여 지지하면서 상기 이동부(2)의 위치 및 동작을 제어하고 상기 이동부에서 수집된 정보를 수신하는 원격부(3)로 이루어지며, 정교한 기초시공이 가능하도록 암반 홀(1) 선단에 대한 정교한 표면 검사와, 암반 홀(1) 선단의 지반강도 및 지지력, 잔존하는 슬라임 두께를 효과적으로 측정할 수 있도록 구성된다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 암반 홀 표면 검사시스템에 대해 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 의한 암반 홀 표면 검사시스템에서 상기 이동부(2)는 도 2에 도시된 것처럼 상부와 하부에 각각 위치하는 고정모듈(10)과 측정모듈(110)로 이루어진다.

상기 고정모듈(10)은 고정모듈(10) 전체를 지지하기 위한 고정프레임(20)과 상기 고정프레임(20) 내부에 위치하는 이송부(30), 유압을 발생시키는 유압부(40), 상기 유압부(40)에서 발생하는 유압을 이용하여 상기 고정모듈(10)을 고정하는 가압장치(50) 및 제어부(90)를 포함한다.

상기 고정프레임(20)은 고정상판(21), 고정하판(22), 상기 고정상판(21)과 고정하판(22)을 수직으로 연결하는 고정바(23)로 이루어지며, 상기 고정바(23)의 경우 유압에 의하여 발생하는 다양한 하중을 지지할 수 있는 강도로 구현된다. 여기서 상기 고정하판(22) 하단에는 도 3에 도시된 것처럼 함몰부(24)가 형성되어 상기 측정모듈(110)이 상승하였을 때 측정모듈(110)에 속한 측정프레임(120)의 일부가 삽입되도록 하여 구조적 안정성을 갖도록 한다.

상기 고정프레임(20)의 중앙에는 이송부(30)가 설치되는데, 상기 이송부(30)는 도 4에 도시된 것처럼, 상기 고정상판(21)에 부착되는 이송모터(31), 상기 이송모터(31)의 회전축에 연결되는 리드스크루(32)를 포함하고 있으며, 상기 리드스크루(32)에는 상기 측정모듈(110)의 측정프레임(120) 상부가 치합된다. 이로써, 이송모터(31)가 회전하여 리드스크루(32)가 함께 회전하게 되면 상기 리드스크루(32)에 치합된 측정프레임(120)이 승강한다. 여기서, 상기 고정하판(22) 하단부에는 다수의 이송바(26)가 연장형성되고, 상기 측정프레임(120)은 상기 이송바(26)에 의해 관통된 상태에서 리드스크루(32) 회전에 따라 승강하도록 안내를 받는다.

상기 고정프레임(20)의 내부에는 도 5에 도시된 것처럼 유압부(40)가 설치된다. 상기 유압부(40)는 유압탱크(41), 유압펌프(42) 및 유압제어부(43)를 구비하며, 상기 유압펌프(42)와 유압제어부(43)는 차후에 설명되는 제어부(90)에 의해 제어된다. 여기서 상기 유압펌프(42)는 유압탱크(41)에 저장된 작동유를 가압하는 역할을 하고, 상기 유압제어부(43)는 다수의 밸브들로 구성되어 상기 유압펌프(42)에 의하여 가압된 작동유의 경로를 설정하는 역할을 한다. 상기 밸브들은 솔레노이드 밸브로 구비되는 것이 바람직하다.

상기 고정프레임(20)은 도 6에 도시된 것처럼 가압장치(50)를 더 포함하며, 상기 가압장치(50)는 가압액추에이터(51)와 상기 가압액추에이터(51)의 작동부 끝단에 부착되는 가압판(52)을 포함한다. 상기 가압액추에이터(51)와 가압판(52)은 고정프레임(20)의 원주방향을 따라 다수 설치되며, 필요한 경우에는 상부와 하부에 이중으로 설치될 수도 있다. 여기서 상기 가압액추에이터(51)는 유압제어부(43)에서 안내되는 작동유에 의하여 동작한다. 상기 가압판(52)에는 다수의 가압센서(53)가 부착되어 상기 가압판(52)에서 발생하는 가압력 또는 변형량을 감지할 수 있도록 구성된다. 그리고 상기 가압센서(53)는 상하 좌우 방향의 변형을 감지할 수 있도록 배치되어 상기 가압판(52)의 전체 변형량 또는 가압력을 감지한다. 상기 가압센서(53)의 출력은 상기 제어부(90)로 전송되어, 일정 하중 이상이 인가되는 경우, 상기 가압액추에이터(51)의 동작을 중지시킨다.

상기 제어부(90)는 상기 이송부(30), 유압부(40)의 동작을 제어하는 역할을 하며, 상기 가압센서(53)의 신호를 수신하여 처리하는 역할도 한다. 상기 제어부(90)는 내부가 밀봉구조로 이루어지며, 필요한 경우 원격부(3)에서 제어부(90)로 별도의 호스를 통해 공압을 지속적으로 공급하여 외부로부터 물의 침투를 방지할 수 있도록 할 수 있다.

한편, 상기 고정프레임(20) 하단부에는 도 4에 도시된 것처럼 레벨센서(92)가 부착되어 현재의 깊이를 감지하여 상기 제어부(90)로 전송하고, 상기 제어부(90)는 상기 레벨센서(92)의 신호를 이용하여 깊이를 산정한 후, 원격부(3)로 전송한다.

계속해서 본 발명의 실시예에 의한 암반 홀 표면 검사시스템에서 고정모듈(10)과 함께 이동부(2)를 이루고 있는 측정모듈(110)에 대하여 설명한다.

상기 측정모듈(110)은 상기 고정모듈(10)에 속한 이송부(30)의 동작에 의하여 승강하면서 상기 고정모듈(10)과의 상대적인 거리가 조절되며, 암반 홀(1) 선단의 지지력 및 지반강도, 슬라임의 두께, 암반 홀(1) 벽면의 표면 거칠기를 측정할 수 있도록 세부적으로 구성된다.

상기 측정모듈(110)은 도 7에 도시된 것처럼, 상기 측정모듈(110) 역시 전체 구조를 지지하는 측정프레임(120)을 포함하여 구성된다. 상기 측정프레임(120)은 측정상판(121), 측정하판(122) 및 상기 측정상판(121)과 측정하판(122)을 수직으로 연결하는 측정바(123)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 측정상판(121) 상단에는 돌출부(123)가 형성되어 측정모듈(110)의 상승시 상기 고정모듈(10)의 고정하판(22)에 형성된 함몰부(24)에 삽입되며, 특히 상기 돌출부(123)가 상기 함몰부(24)에 삽입되는 경우에는 측정프레임(120)에 인가되는 하중들이 상기 함몰부(24)를 통하여 전달되도록 구성하는 것이 전체 구조적인 측면에서 유리한 장점이 있다. 또한 상기 측정상판(121)은 상기 리드스크루(32)와 치합되고 이송바(26)가 상기 측정상판(121)을 관통한 상태로 구비되어 측정프레임(120)의 승강동작을 안내하게 된다.

상기 측정모듈(110)은 도 7에 도시된 것처럼, 상기 암반 홀 내부의 수중으로 고주파 음을 발생시키는 음파발생기(171)와, 암반 홀 선단을 가진하는 충격발생기(172)와, 상기 음파발생기(171)와 충격발생기(172)로부터 이격된 위치에 설치되어 상기 암반 홀 선단과 접촉한 상태로 음파 및 가진에 의해 상기 암반 홀 선단 표층을 통해 전달되는 탄성파를 수신하도록 한 수신기(173)로 이루어진 지반강도 측정장치(170)를 구비한다. 이로써, 도 8에 도시된 것처럼 제어부(90)가 암반 홀 선단 표층을 통해 전달되는 탄성파 속도에 의해 암반홀 선단의 지반강도를 구할 수 있게 된다.

이같은 지반강도 측정장치(170)에서 주목할 점은 암반 홀 선단에 잔존하는 슬라임의 두께에 따라 음파발생기(171)와 충격발생기(172)를 선택적으로 이용할 수 있도록 하였다는 점이다. 즉, 슬라임 측정장치(180)의 측정을 통해 암반 홀 선단에 잔존하는 슬라임의 두께가 일정 수치 미만인 경우, 상기 음파발생기(171)가 고주파 음을 발생시키도록 하고, 그 고주파 음이 암반 홀 선단 표층을 통해 전달되도록 하여 수신기(173)가 탄성파를 수신하지만, 암반 홀 선단에 잔존하는 슬라임의 두께가 일정 수치 이상이면 상기 충격발생기(172)가 암반 홀 선단을 가진하도록 하고, 가진으로 인해 암반 홀 선단 표층을 통해 전달되는 탄성파를 수신기(173)가 수신하도록 한다. 여기서 음파발생기(171)의 경우 주파수를 자유롭게 선택할 수 있기 때문에 수신기(173)가 보다 높은 해상도의 탄성파를 수신하도록 할 수 있다. 그러므로 음파발생기(171)에서 발생시킨 고주파 음이 수중 및 암반 홀 선단 표층을 통해 전달되도록 하여 탄성파를 수신하는 방법이 충격발생기(172)가 암반 홀 선단 표층을 가진하여 탄성파를 수신하는 방법보다 높은 해상도의 탄성파를 수신하는데 유리하다. 본 발명은 슬라임 측정장치(180)에 의해 슬라임 두께를 정확하게 측정하고 가능하다면 상기 음파발생기(171)를 통한 방법을 이용할 수 있도록 함으로써 암반 홀 선단의 지반강도를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 한 것이다. 상기 음파발생기(171)가 발생시키는 고주파 음의 주파수는 통상 500 내지 1khz 범위이며 탄성파 속도는 도 8에 도시된 것처럼 지반 측정장치와 연동하여 제어부(90)가 담당한다.

상기 측정모듈(110)은 도 7에 도시된 것처럼, 상기 암반 홀 선단에 잔존하는 슬라임 두께를 측정하는 슬라임 측정장치(180)를 더 구비한다. 상기 슬라임 측정장치(180)는, 측정모듈(110)의 하단부에 고정된 본체부(181)와, 상기 본체부(181)로부터 하강하면서 슬라임을 관통하여 암반 홀 선단에 도달할 수 있도록 한 승강부(182)로 이루어진다. 이같은 구성에 따르면 상기 승강부(182)가 하강하는 동안 저항을 측정하여 슬라임을 관통하는지 여부를 제어부(90)가 판단하고, 상기 승강부(182)가 상기 슬라임을 관통할 때 측정되는 저항이 유지되는 동안 상기 승강부(182)가 변위되는 거리를 측정함으로써 슬라임 두께를 산출한다. 여기서 상기 승강부(182)가 수중을 경유할 때와 슬라임을 관통할 때의 저항의 차이와, 슬라임을 관통할 때와 암반 홀 선단에 접촉할 때의 저항의 차이는 확연하기 때문에 상기 승강부(182)가 수중에 있다가 슬라임에 최초 인입하는 순간부터 암반 홀 선단에 접촉하는 순간까지 변위 거리를 산출하는 어렵지 않게 이루어진다.

이같은 슬라임 측정장치(180)가 구비되면 종래에 작업자가 직접 철근을 줄에 메달아 지상으로부터 암반 홀 선단까지 내리는 방법에 의해 감각적으로 슬라임 두께를 판단하던 부정확한 방법을 개선하여 잔존하는 슬라임 두께를 보다 정확히 측정하고 슬라임을 지상으로 퍼내는 추가 작업을 실시할지 여부와 위 설명된 것처럼 지반강도 측정장치(170)를 사용하는 방법을 결정할 수 있게 된다.

한편, 상기 측정프레임(120)은 상기 측정하판(122) 하단에 설치되는 재하장치(130)를 포함하여 구성된다. 상기 재하장치(130)는 암반 홀(1) 선단에 하중을 인가하는 역할을 하는 것으로, 유압식 재하액추에이터(131)와 상기 재하액추에이터(131)의 작동부 끝단에 부착되는 재하판(132)을 포함하여 구성된다.

상기 재하액추에이터(131) 역시 유압제어부(43)에 의하여 동작하며, 재하판(132)의 스트로크를 감지하는 별도의 센서를 구비할 수 있다. 또한 상기 재하액추에이터(131)는 측정하판(122) 중앙에 배치되며, 일정거리 이격된 위치에 추가하여 설치될 수 있다. 상기와 같이 복수로 구성하는 경우, 암반 홀(1) 선단의 원주방향을 따라 지지력을 측정할 수 있으므로 지지력의 측정 수준을 보다 높일 수 있다는 장점이 있다.

이같은 구성에 따르면, 원주방향의 선단력을 일지점을 측정한 후, 전체 이동부(2)를 필요한 각도로 상기 원격부(3)에 의하여 회전한 후, 측정하는 순으로 진행된다.

또한 상기 측정하판(122)에는 암반 홀(1) 선단을 감지하는 접촉센서(161)를 포함하여 상기 측정모듈(110)의 선단 접촉을 감지한다. 상기 측정모듈(110)에도 레벨센서(162)가 설치되어 있어, 상기 측정모듈(110)의 현재 깊이를 감지할 수 있도록 한다. 또한 다수의 압력 센서(163)를 포함하여 해당 지점의 압력을 감지하도록 한다.

상기 센서들(161, 162, 163) 역시 상기 제어부(90)로 측정정보를 송신하며, 상기 제어부(90)는 상기 센서(161, 162, 163)에서 측정한 정보를 이용하여 암반 홀 선단의 위치와 측정모듈(110)이 위치하는 깊이 그리고 압력을 산출하게 된다.

상기 측정모듈(110)에는 측정프레임(120)의 측면에 설치되어 암반 홀의 벽면과 접촉하여 상기 측정프레임의 승강을 안내하도록 한 복수의 가이드 롤러(140)를 포함한다. 상기 가이드 롤러(140)는 상기 측정프레임(120)에 고정되는 롤러액추에이터(141), 상기 롤러액추에이터(141) 작동부에 힌지 결합하는 롤러체(142)를 포함하며, 상기 롤러체(142)에 회전 가능하게 설치되는 롤러(143)를 포함하여 구성된다. 여기서 상기 롤러액추에이터(141)는 전기식으로 구성되는 것이 바람직하며, 해당 스트로크를 인식하는 센서 또는 카운트를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 롤러액추에이터(141)의 구동은 상기 제어부(90)에 의하여 제어되며, 제어부(90)가 롤러액추에이터(141)의 스트로크를 인식하여 가이드 롤러(140)가 배관을 벗어나 암반 홀 벽면에 진입하였는지 등을 판단한다.

상기 측정모듈(110)은 그 하단부에 암반 홀(10) 표면의 거칠기를 감지하는 센서모듈(150)을 구비한다. 상기 센서모듈(150)은 반경 방향으로 이동하는 센서액추에이터(151)와 상기 센서액추에이터(151) 끝단에 부착되어 표면 거칠기를 감지하는 거칠기 측정센서(152)를 포함한다. 상기 센서액추에이터(151)와 거칠기 측정센서(152)는 측정프레임(120)에 대하여 방사형으로 복수개 배치되며, 배치 간격은 하나의 거칠기 측정센서(152)가 감지하는 영역이 일부 겹쳐서 표면 원주방향으로 모든 정보를 획득할 수 있을 정도로 설정한다. 이를 위해 상기 거칠기 측정센서(152)는 사방으로 4개 정도 설치되면 암반 홀 벽면을 향해 기능을 수행하는데 큰 어려움이 없다.

이같은 거칠기 측정센서(152)는 초음파를 이용하는 소나센서(sonar sensor)로 구비되는 것이 바람직한데, 이 경우 거칠기 측정센서는 초음파를 발생시키면서 암반 홀 벽면의 표면 거칠기와 더불어 암반 홀 벽면까지의 거리까지 측정하는 것이 가능하다. 상기 거칠기 측정센서(152)가 암반 홀 벽면까지의 거리 측정이 가능하면 상기 센서액추에이터(151)의 스트로크 제어에도 활용할 수 있는 장점이 있다.

여기서 거칠기 측정센서(152)는 방사상으로 사방에 배치된 상태에서 측정모듈(110)에 속해서 암반 홀을 따라 하강 또는 상승하면서 1mm 단위로 연속 측정함으로써 암반 홀 표면에 대한 정밀한 거칠기 정보를 얻게 된다. 상기 거칠기 측정센서(152)가 사용하는 주파수는 2MHz 정도가 적당하다.

상기 센서모듈(150) 역시 상기 제어부(90)와 연동되며, 감지된 결과 역시 상기 제어부(90)로 전송되고, 상기 제어부(90)는 전송된 결과를 이용하여 표면 거칠기를 산정하고, 디스플레이화한다.

계속해서 아래에서는 제어부(90)와 원격부(3)에 대해 설명하기로 한다.

상기 제어부(90)는 도 8에 도시된 것처럼 이동부(2)를 전체적으로 제어하며, 상기 원격부(3)는 상기 제어부(90)를 통해 획득되는 정보를 저장하고 디스플레이하는 역할을 하며 사용자가 상기 이동부(2)의 운전을 위한 조작부를 구비한다. 즉, 사용자는 상기 조작부를 통하여 상기 이동부(2)를 동작을 지시하고, 상기 제어부(90)는 상기 조작부를 통하여 지시되는 정보를 기초로 각종 장치들을 제어한다.

상기 제어부(90)는 도 8에 도시된 바와 같이, 압력센서(163)를 통하여 압력 정보를 입력받고, 또한 레벨센서(92, 162)를 통하여 암반 홀(1)의 깊이를 산정한다. 또한 상기 제어부(90)는 상기 이송부(30)를 제어하며, 이때 상기 제어부(90)는 이송모터(31)를 구동하여 측정모듈(110)과 고정모듈(10)의 거리를 조절하며, 특히 재하시험을 하는 경우에는 상기 측정모듈(110)이 고정모듈(10)과 접합하도록 동작시켜, 재하시험 시 발생하는 하중을 고정모듈(10)에서 흡수하도록 한다.

상기 제어부(90)는 센서들의 통하여 입수되는 정보를 기초로 특정한 위치에 도달하는 경우, 상기 가압장치(50)를 제어하여 고정모듈(10)을 암반 홀(1)에 고정하도록 제어한다. 이때 상기 가압장치(50)는 상기 유압부(40)에서 생성된 유압을 이용하여 동작시키며, 추가하여 가압센서(53)에서 감지되는 가압력을 측정하여 암반 홀(1)에 삽입된 배관의 망실을 방지하도록 제어한다.

상기 제어부(90)는 가이드 롤러(140)를 동작 제어하면, 상기 가이드 롤러(140)는 상기 가압장치(50)가 동작하여 고정된 후, 상기 이송부(30)를 동작하여 상기 측정모듈(110)이 상기 고정모듈(10)에 분리되는 경우 동작하여 암반 홀(1)에 정확히 가이드되도록 하는 역할을 한다. 이때는 상기 센서모듈(150) 역시 외부로 돌출시켜 암반 홀(1) 내면의 거칠기를 측정하며, 상기 이송부(30)가 최대 스트로크 상태인 경우 종료한다.

한편, 재하시험의 경우에는 고정모듈(10)과 측정모듈(120)을 밀착결합한 후, 상기 원격부(3)를 조정하여 이동부(2)를 하강시키고, 접촉센서(161)를 통하여 암반 홀(1) 선단부와 접촉한 경우, 상기 가압장치(50)를 동작하여 고정모듈(10)을 고정시킨 후, 상기 재하장치(130)를 동작시켜 재하시험을 수행한다. 상기 재하장치(130)의 동작은 상기 유압부(40)를 조절하여 동작시키며, 상기 유압은 제어부(90)를 통하여 상기 원격부(3)로 전송된다. 필요한 경우, 별도의 재하장치(130)를 동작시켜 선단 원주 방향으로도 재하시험을 한다. 이때는 상기 원격부(3)가 상기 케이블(4)을 조절하여 상기 이동부(2)를 회전시키면서 간헐적으로 시험을 수행한다.

상기 제어부(90)는 상기 센서모듈(150)에 의하여 측정되는 암반 홀(1) 표면 정보를 수신하여 상기 원격부(3)로 전송한다. 이때 상기 제어부(90)는 해당 위치에서 가압장치(50)를 동작시켜 고정모듈(10)을 고정한다. 이후, 상기 센서액추에이터(151)를 작동하여 상기 거칠기 측정센서(152)가 암반 홀(1)에 근접하도록 동작한 후, 상기 이송부(30)를 구동하여 측정모듈(110)이 하방향으로 이송하도록 제어한다.

이같은 제어에 따라 상기 거칠기 측정센서(152)는 암반 홀(1) 표면의 길이방향 거칠기 정보가 상기 원격부(3)로 전송된다. 물로 상기 거칠기 측정센서(152)는 암반 홀(1)의 원주방향 거칠기 정보를 모두 획득할 수 있도록 측정모듈(110)에 방사형으로 복수 설치된다.

상기 제어부(90)는 지반강도 측정장치(170)와 연동하여 탄성파 속도를 구하며, 슬라임 측정장치(180)와도 연동하여 슬라임 두께를 구하는 역할도 함께 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

1: 암반 홀 2: 이동부
3: 원격부 4: 지지케이블
10: 고정모듈 20: 고정프레임
30: 이송부 40: 유압부
50: 가압장치 90: 제어부
110: 측정모듈 120: 측정프레임
130: 재하장치 140: 가이드 롤러
150: 센서모듈 170 : 지반강도 측정장치
180 : 슬라임 측정장치

Claims (15)

1. 수중 천공된 암반 홀까지 삽입된 배관 내부를 따라 이동할 수 있도록 한 이동부와, 지상에서 상기 이동부를 케이블로 연결하여 승강 가능하도록 지지하면서 상기 이동부의 위치 및 동작을 제어하고 상기 이동부에서 수집된 정보를 수신하는 원격부로 이루어지며,
   상기 이동부는, 상기 케이블에 의해 승강하면서 상기 배관의 내주면 또는 암반 홀의 벽면에 고정되는 고정모듈과; 상기 고정모듈의 하측으로 승강 가능하도록 결합되어 암반 홀의 표면 거칠기를 측정하는 측정모듈을; 포함하며,
   상기 측정모듈에는 상기 암반 홀 선단에 잔존하는 슬라임 두께를 측정하는 슬라임 측정장치가 더 구비되며,
   상기 슬라임 측정장치는, 측정모듈의 하단부에 고정된 본체부와, 상기 본체부로부터 하강하면서 슬라임을 관통하여 암반 홀 선단에 도달할 수 있도록 한 승강부로 이루어져, 상기 승강부가 하강하는 동안 저항을 측정하여 슬라임을 관통하는지 여부를 판단하고, 상기 승강부가 상기 슬라임을 관통할 때 측정되는 저항이 유지되는 동안 상기 승강부가 변위되는 거리를 측정함으로써 슬라임 두께를 산출하는 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 측정모듈은,
   상기 고정모듈의 하측에 승강 가능하도록 결합된 측정프레임과;
   상기 측정프레임의 측면에 설치되어 암반 홀의 벽면을 접촉하여 이동하면서 상기 측정프레임의 승강을 안내하는 복수의 가이드 롤러와;
   암반 홀의 표면 거칠기를 측정하는 거칠기 측정센서와, 상기 측정프레임에 설치되어 상기 거칠기 측정센서를 암반 홀 벽면을 향해 진퇴시켜주는 센서액추에이터로 이루어진 센서모듈을; 포함하는 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 거칠기 측정센서는 암반 홀의 벽면 둘레 전체를 향하도록 방사상으로 다수 설치된 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 측정모듈에서 거칠기 측정센서는 초음파를 발생시키면서 암반 홀의 표면 거칠기를 측정하는 소나센서(sonar sensor)로 구비되는 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 거칠기 측정센서로 구비된 소나센서에 의해 암반 홀 벽면까지의 거리를 측정하고, 암반 홀 벽면까지의 측정 거리에 근거하여 상기 센서액추에이터의 스트로크를 제어하는 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
6. 제3항에 있어서,
   상기 거칠기 측정센서는 상기 측정프레임과 함께 암반 홀을 따라 하강 또는 상승하면서 암반 홀의 표면 거칠기를 1mm 단위로 연속 측정하는 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
7. 제2항에 있어서,
   상기 측정모듈은, 상기 측정프레임 하단부에서 하방을 향해 수직하게 설치되어 암반 홀 선단의 지지력을 측정하는 재하장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 재하장치는, 상기 측정프레임에 고정되는 재하액추에이터와, 상기 재하액추에이터의 작동부 끝단에 부착되어 암반 홀 선단에 접촉하도록 한 재하판을 포함하는 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 재하장치는 상기 측정프레임의 하단부 중앙과, 그 중앙 지점으로부터 이격된 지점에 각각 쌍을 이루어 설치되어 암반 홀 선단의 원주방향을 따라 지지력을 측정할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
10. 제2항에 있어서,
    상기 가이드 롤러는, 상기 측정프레임에 고정되는 롤러액추에이터, 상기 롤러 액추에이터의 작동부와 힌지 결합하는 롤러체 및 상기 롤러체에 회전 가능하도록 설치되는 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 측정모듈에는, 상기 배관 내부의 수중으로 고주파 음을 발생시키는 음파발생기와, 암반 홀 선단을 가진하는 충격발생기와, 상기 음파발생기와 충격발생기로부터 이격된 위치에 설치되어 상기 암반 홀 선단과 접촉한 상태로 음파 및 가진에 의해 상기 암반 홀 선단 표층을 통해 전달되는 탄성파를 수신하도록 한 수신기가 구비되어, 상기 암반 홀 선단 표층을 통해 전달되는 탄성파 속도에 의해 암반 홀 선단의 지반강도를 구할 수 있도록 하되,
    상기 암반 홀 선단에 잔존하는 슬라임의 두께가 일정 수치 미만이면 상기 음파발생기가 고주파 음을 발생시키도록 하고, 상기 암반 홀 선단에 잔존하는 슬라임의 두께가 일정 수치 이상이면 상기 충격발생기가 암반 홀 선단을 가진하는 방법으로 탄성파를 발생시켜 상기 수신기가 탄성파를 수신하도록 하는 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
12. 제2항에 있어서,
    상기 측정모듈의 하단에는 하방으로 길게 형성되어 그 하단부가 암반 홀 선단과 접촉하면서 암반 홀 선단의 위치를 인식하도록 한 접촉센서가 더 구비된 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
13. 제2항에 있어서,
    상기 고정모듈과 측정모듈에는 각각 암반 홀의 깊이를 인식할 수 있는 레벨센서가 더 구비되며,
    상기 측정모듈에는 압력을 측정하는 압력센서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
14. 제1항에 있어서, 상기 고정모듈은,
    케이블과 연결된 고정프레임과;
    상기 고정프레임 내부에 위치하여 상기 측정모듈을 승강시키는 이송부와;
    유압의 발생 및 경로를 조절하는 유압부와;
    상기 고정프레임의 측면에 설치되어 고정모듈을 배관의 내주면 또는 암반 홀의 벽면에 고정하는 복수의 가압장치와;
    상기 유압부와 이송부를 제어하는 제어부를; 포함하는 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.
15. 제14항에 있어서,
    상기 가압장치는, 상기 고정프레임 상에 고정되는 가압액추에이터와, 상기 가압액추에이터 가동부에 장착되는 가압판 및 상기 가압판에 부착되어 가압력을 감지하는 가압센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 암반 홀 표면 검사시스템.

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