KR20200082818A - 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛 및 이를 이용한 변위 측정공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발파후 파쇄암석이 제거된 암반표면의 비안정화층을 통과하여 안정화층에 앵커를 고정하고, 상기 비안정화층의 외부에 적층되는 쇼크리트층의 외측에 노출토록 단부에 타켓을 갖는 볼트를 구비하여 앵커에 연결하며, 상기 볼트의 외경측에 일정간격을 유지하여 보호토록 캡을 갖는 커버재가 연결되어 쇼크리트층의 형성시 충격이 볼트에 전달되지 않도록 하고, 쇼크리트층의 완성시 캡을 분리 타켓을 노출한 후 안정화층의 거동만을 측정토록 하는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛 및 이를 이용한 변위 측정공법에 관한 것이다.

Description

터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛 및 이를 이용한 변위 측정공법{a target for precision measure the displacement inner tunnel and method for measuring displacement using the same}

본 발명은 발파후 파쇄암석이 제거된 터널 암반표면의 비안정화층(파쇄대층)을 통과하여 안정화층에 앵커를 고정하고, 상기 비안정화층의 외부에 적층되는 쇼크리트층의 외측에 노출토록 단부에 타켓을 갖는 볼트를 구비하여 앵커에 연결하며, 상기 볼트의 외경측에 일정간격을 유지하여 볼트를 보호토록 캡을 갖는 커버재가 연결되어 쇼크리트층의 형성시 충격이 볼트에 전달되지 않도록 하고, 쇼크리트층의 완성시 캡을 분리시켜 타켓을 노출한 후 안정화층의 거동만을 측정토록 하는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛 및 이를 이용한 변위 측정공법에 관한 것이다.

일반적으로, 기차나 차량 등의 운행을 원활하고 사회 간접 자본의 확충을 위해 터널의 시공이 활발히 이루어지고 있는 바, 터널의 시공 공법도 새로운 기술이 개발되어 나날이 발전하고 있는 추세이다.

이러한 터널 시공에는 새로운 첨단 공법이 적용되더라도 여러 가지 불확실한 요소들이 많이 존재하게 되는데, 그 중에서도 지질학적인 불확실성이 가장 중요한 문제점으로서 대두 되고 있으며, 이미 시공된 터널의 경우에도 노후화로 인하여 터널 내공의 변위가 발생하게 되면 터널 구조물의 붕괴에 의해 대형사고가 발생할 가능성이 있다.

이러한 문제점들을 미연에 방지하기 위해, 최근에는 터널 내공의 변위량을 측정하는 방법이 개발되고 있는데, 대표적인 방법으로서 터널 내공에 반사판을 갖춘 소형의 타겟 구조물을 부착하고, 기준지점에서 레이저 광선을 측정하고자 하는 타겟 구조물에 발사함에 의해, 반사되어 돌아오는 광선의 속도에 의해 길이를 파악하고, 소정의 기준 좌표점과 해당 터널의 측정점과의 각도 변위량을 측정함으로써, 길이와 각도 변위량에 근거한 터널 내부의 내공 변위량을 파악할 수 있도록 하고 있다.

이와같이 기술과 관련되어 본 발명의 출원인에 의해 특허 제971713호에 터널 변위측정용 타켓의 기술이 제시되고 있으며 그 구성은 도1에서와 같이, 터널(T)의 발파에 따른 변형정도를 측정토록 1차쇼크리트면(S1) 및 2차쇼크리트면(S2)에서 노출토록하는 타켓(100)을 설치하여 발파등의 외부충격에 의한 터널의 변형을 측정토록 한다.

그리고, 본 발명은 1차쇼크리트면(S1)에 최초로 설치되는 타켓(100)에 의해 쇼크리트면의 형성 횟수에 상관없이 하나의 타켓(100)으로 변형 측정이 가능토록 하면서 발파 및 발파에 의해 형성되는 버럭 처리시 돌출되는 타켓(100)에 의한 타켓(100)의 손상을 방지토록 버럭처리나 발파시 타켓(100)이 터널벽면(200)의 외부즉 1차쇼크리트면(S1)의 외측으로 노출되는 않도록 설치한다.

즉, 상기 터널벽면(200)에서 터널의 둘레를 따라 정해진 위치에 일정깊이로서 타켓장착수단을 갖는 타켓장착부를 형성하여 타켓(100)이 쇼크리트의 횟수에 대응되어 타켓장착수단(400)의 동작에 의해 쇼크리트면의 형성 횟수에 상관없이 타켓(100)의 노출정도가 일정하게 조절토록 된다.

이때, 상기 타켓장착수단(400)에는 높이가 조절되는 위치결정유니트(450)이 더 구비되는 구성으로 이루어 진다.

그러나, 상기와 같은 타켓은, 타켓(100)이 발파후 안정화되지 못하는 암반에 고정되는 구성으로 미세한 진동등에 쉽게 반응토록 되어 정확한 측정이 불가능하게 되고, 쇼크리트의 높이에 따라 위치결정유니트(450)를 가변시키거나 타켓(100)를 가변시켜야 하여 작업성이 저하되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 터널의 변위를 정확하게 측정할 수 있도록 하고, 비정상적인 변위는 제거하고 정상적인 변위만 측정할 수 있도록 하며, 타켓의 손상을 방지하면서 시공이 용이하도록 하고, 커버 및 타켓을 충격에 의해 용이하게 보호할 수 있도록 하는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛 및 이를 이용한 변위 측정공법을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 발파후 파쇄암석이 제거된 암반표면의 비안정화층을 통과하여 안정화층에 앵커를 고정하고, 상기 비안정화층의 외부에 적층되는 쇼크리트층에 노출토록 단부에 타켓을 갖는 볼트를 구비하여 앵커에 연결하며, 상기 볼트의 외경측에 일정간격을 유지하여 보호토록 캡을 갖는 커버재가 연결되어 쇼크리트층의 형성시 충격이 볼트에 전달되지 않도록 하고, 쇼크리트층의 완성시 캡을 분리 타켓을 노출한 후 안정화층의 거동만을 측정토록 하는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛을 이용한 변위 측정공법을 제공한다.

또한, 상기 커버재는 외경측에 댐퍼부재가 더 구비되어 충격을 흡수토록 하면서 커버재에 충격전달시 유동되어 파손을 방지토록 하는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛 및 이를 이용한 변위 측정공법을 제공한다.

그리고, 상기 볼트는, 안정화층에만 경화재를 통하여 고정되는 앵커에 고정되는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛 및 이를 이용한 변위 측정공법을 제공한다.

더하여, 상기 안정화층과 비안정화층은 직경이 상이한 비트를 통하여 굴착되어 안정화층에만 앵커가 고정토록 되는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛 및 이를 이용한 변위 측정공법을 제공한다.

한편, 단부에 타켓을 갖는 볼트와 상기 볼트의 외측에 위치토록 하면서 너트로서 고정되는 커버재로서 이루어지고, 상기 커버재는 캡과 상기 볼트가 관통되면서 복수의 너트로서 결합되는 고정캡으로 이루어지는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛을 제공한다.

더하여, 상기 커버재의 외경측에 댐퍼부재가 더 구비되고, 상기 커버재의 일측에 주름부가 일체로 구비되는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛 및 이를 이용한 변위 측정공법을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 터널의 변위를 정확하게 측정하고, 비정상적인 변위는 제거하고 정상적인 변위만 측정하며, 타켓의 손상을 방지하면서 시공이 용이하고, 커버 및 타켓을 충격에 의해 용이하게 보호하는 효과가 있는 것이다.

도1은 종래의 타켓 설치상태를 도시한 측면도이다.
도2는 본 발명에 따른 타켓유닛의 설치상태도이다.
도3은 본 발명에 따른 타켓유닛의 분해상태도이다.
도4는 본 발명에 따른 타켓유닛의 장착상태도이다.
도5 및 도6은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 타켓유닛의 장착상태도이다.
도7은 본 발명에 따른 변위측정 공법을 도시한 순서도이다.
도8 내지 도10은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 타켓의 연결상태도이다.
도11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 타켓의 연결상태도이다.
도12 및 도13은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 앵커의 연결상태도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 타켓유닛의 설치상태도이고, 도3은 본 발명에 따른 타켓유닛의 분해상태도이며, 도4는 본 발명에 따른 타켓유닛의 장착상태도이고, 도5 및 도6은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 타켓유닛의 장착상태도이며, 도7은 본 발명에 따른 변위측정 공법을 도시한 순서도이고, 도8 내지 도10은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 타켓의 연결상태도이며, 도11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 타켓의 연결상태도이고, 도12 및 도13은 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 앵커의 연결상태도이다.

본 발명의 타켓유닛(100)은, 단부에 타켓(111)을 갖는 볼트(110)와 상기 볼트(110)의 외측에 위치토록 하면서 너트(113)로서 고정되는 커버재(150)로서 이루어진다.

이때, 상기 커버재(150)는, 상,하부에 캡(151)과 상기 볼트가 관통되면서 복수의 너트(113)로서 결합되는 고정캡(153)이 연결되는 구성으로 이루어진다.

또한, 상기 커버재(150)은, 다양한 재질로 이루어져 있으나 본 발명에서는 결합부의 강도를 요하는 고정캡을 제외한 부분에서 종이재질이 사용된다.

그리고, 상기 고정캡(153)은, 커버재의 일측에 본딩등에 의해 일체로 결합되어도 좋으며, 분리가능토록 제작된 후 밀착부를 최대화 하는 구성으로 밀착결합되어도 좋다.

더하여, 상기 커버재(150)의 외경측에 댐퍼부재(170)가 더 구비되고, 상기 커버재의 일측에는 커버재의 충격이 볼트에 전달되지 않도록 주름부(157)가 일체로 구비되어도 좋다.

그리고, 상기 볼트(110)는 앵커(400)를 통하여 암반면 즉 안정화층에 결합된다.

이때, 상기 앵커(400)는 볼트(110)의 적어도 일측이 내장되어도 좋으며, 일단에 구비되는 조인트(440)를 통하여 앵커의 외부에 노출되는 볼트(110)가 연결되어도 좋다.

또한, 상기 볼트(110)는 도11에서와 같이 별도의 커플링(120)을 통하여 원하는 길이로 연장시켜 사용하여도 좋다.

계속하여, 상기 앵커(400)는 외경측에 돌출되는 복수의 고정핀(430)을 통하여 이탈이 방지토록 설치되어도 좋다.

이때, 상기 고정핀(430)은, 용접에 의해 연결되어도 좋으며, 도10에서와 같이 앵커의 일측을 절단한 후 외측으로 절곡시켜 일체로 형성되어도 좋다.

더하여, 상기 앵커(400)는, 앵커몸체(440)를 나사등으로 결합되는 분리형으로 제작한 후 그 연결부에 링형상의 이붙이와셔(470)가 결합되거나, 상기 앵커몸체(440)의 외경측에 복수의 요홈부(420)를 각각 형성하여 일부가 절개된 링형상의 이붙이와셔(470)가 확장되어 장착되어도 좋다.

이때, 상기 이붙이와셔(470)는, 와셔몸체(471)의 외측둘레에 일정방향으로 경사진 지지턱(472)이 일체로 구비된다.

상기와 같은 구성을 갖는 타켓유닛(100)을 이용한 변위측정 공법을 설명한다.

도2 내지 도13에서 도시한 바와같이 본 발명은, 발파후 파쇄암석이 제거된 암반표면에 위치한 미세한 충격에도 쉽게 변화되는 비안정화층(200)을 통과하여 안정화층(300) 까지 천공한 후 상기 안정화층(300)에 앵커(400)를 고정토록 한다.

이때, 상기 앵커(400)는 볼트(110)가 결합되어 안정화층(300)에 천공되는 장착공(410)에 결합토록 되고, 상기 장착공(410)에 경화재(411)가 주입되어 고착되어도 좋다.

또한, 상기 볼트(110)는 안정화층의 장착공에 별도의 장비없이 결합하여도 좋으나 본 발명에서는 앵커(400)를 사용하여 결합하였다.

그리고, 상기 앵커(400)를 통하여 안정화층(300)에 결합되는 볼트(110)에는 커버재(150)가 연결된다.

이때, 상기 비안정화층(200)은 일반적으로 발파된 암석의 제거후 그 표면층을 말하는 것으로 약 15~20cm정도의 깊이에는 다수의 미세균열 등이 발생되어 이에 타켓을 연결하면 정확한 측정이 힘들게 된다.

더하여, 상기 비안정화층(200)의 상측에 터널의 보강을 위하여 1차쇼크리트층(510) 및 2차쇼크리트층(530)을 순차로 적층형성하는데 일반적으로 쇼크리트층의 두께는 10~20cm정도로 형성한다.

즉, 본 발명의 커버재(150)는 상기 쇼크리트층의 외측에 위치하여야 하여 그 크기가 최소한 40cm이상으로 하는 것이 바람직하며, 일정한 강도를 구비하는 것이면 그 재질을 한정할 필요는 없다.

그리고, 상기 커버재(150)의 결합시 드릴등을 이용하여 비안정화층(200) 및 안정화층(300)을 관통하는 장착공(410)을 천공하고, 안정화층(300)에 형성되는 장착공(410)에 앵커(400)를 삽입한 후 볼트(110)로서 고정한다.

이때, 장착공(410)에는 별도의 앵커가 필요없이 볼트(110)를 경화재에 의해 고정하여도 좋으며, 상기 볼트(110)는 장착공과 쇼크리트층 등을 감안하여 50cm정도의 길이를 갖게 된다.

더하여, 상기 볼트(110)는, 경화재를 통하여 비안정화층(200) 및 안정화층(300)에 동시에 결합되어도 좋지만 본 발명에서는 비안정화층(200)의 변위시에는 측정되지 않도록 안정화층(300)에만 고정하여 사용토록 한다.

이때, 상기 비안정화층(200) 및 안정화층(300)에 형성되는 장착공은 서로 다른 직경으로 형성하면 경화재 등의 투입작업이 용이하게 된다.

계속하여, 상기 비안정화층(200)의 외부에 노출되는 볼트(110)에 커버재(150)를 연결한 후 너트(113)로서 결합한다.

이때, 상기 커버재(150)의 외측에는 댐퍼부재(170)가 구비되어 쇼크리트층의 적층 형성시 스틸볼 등의 분사충격에 의해 커버재(150)가 손상되는 것을 방지토록 한다.

또한, 상기 댐퍼부재(170)는 그 외측에 1차쇼크리트층의 형성후 1차쇼크리트층의 형성시 커버재가 1차쇼크리트층의 내측에서 움직일 수 있게 되어 2차쇼크리트층의 형성시 발생되는 충격을 용이하게 흡수토록 한다.

그리고, 상기 커버재(150)의 내측에는 볼트(110)가 위치하면서 그 단부에 연결되는 타켓(115)도 동시에 위치토록 한다.

이때, 상기 타켓(115)은 커버재(150)의 상부에 씌워지는 캡(151)의 내측에 위치토록 되어 캡의 분리시 노출되고, 상기 쇼크리트층의 완성후 캡을 분리하면 타켓이 외부에 노출토록 된다.

즉, 상기 커버재(150) 및 상기 커버재에 씌워지는 캡(151)은 쇼크리트층의 외부에 위치토록 설치된다.

그리고, 상기 커버재(150)와 볼트(110) 연결은 먼저 볼트(110)가 고정캡(153)을 관통한 후 그 일측에 각각 체결되는 너트(113)를 결합하면 볼트의 일정위치에서 커버재가 고정토록 된다.

이상과 같이 쇼크리트의 완성시 캡을 분리하여 타켓을 노출한 후 안정화층에 연결되는 볼트를 통하여 안정화층의 거동만을 측정토록 한다.

더하여, 상기 커버재(150)의 일측에 주름부(157)가 일체로 구비되어 충격발생시 상기 커버재가 주름부를 통하여 좌우로 흔들리면서 충격을 용이하게 흡수하여 파손을 방지하게 된다.

그리고, 상기 볼트(110)는 앵커(400)를 통하여 암반에 결합결합될 때 앵커(400)는 외경측에 돌출되는 복수의 고정핀(430)을 통하여 진입은 용이하면서 진입후 이탈이 방지토록 되어 견고한 결합이 가능하게 된다.

더하여, 상기 볼트(110)는 앵커(400)의 일측에 적어도 일측이 내장되어 보강재의 역활을 수행함으로써 변형이 방지토록 된다.

이때, 상기 볼트(110)는 별도의 커플링(120)을 통하여 원하는 길이로 연장시켜 사용하여도 좋다.

즉, 상기 볼트(110)에 연결되는 타켓 및 볼트(110)의 일부는 커버재(150)의 내측에 항상위치토록 하여 노출로 인한 변형이나 손상을 방지하면서 충격요인 제거시 볼트(110)를 커버재의 외측으로 원하는 길이만큼 용이하게 연장하여 사용하게 된다.

더하여, 상기 앵커(400)는, 전체 앵커의 길이에 대응토록 복수의 앵커몸체(440)가 나사 등을 통하여 결합되는 분리형으로 제작한 후 그 연결부에 링형상의 이붙이와셔(470)가 결합되어 상기 앵커를 압입하면 진입은 가능하나 후퇴가 방지토록 된다.

또한, 상기 앵커몸체(440)에 복수의 요홈부(420)를 형성하여 일부가 절개된 링형상의 이붙이와셔(470)가 별도의 전용구등을 확장되어 장착되고, 이 역시 상기 앵커를 압입하면 진입은 가능하나 후퇴가 방지토록 된다.

이때, 상기 이붙이와셔(470)는, 와셔몸체(471)의 외측둘레에 일정방향으로 경사진 지지턱(472)이 일체로 구비되는 구성으로 진입시 지지턱이 암반면에 걸리게 되어 후퇴가 방지토록 된다.

더하여, 상기 이붙이 와셔(470)는, 접착제가 공급되거나 별도의 지지면을 통하여 회전이 방지토록 설치되어도 좋다.

이상과 같이 본원발명은 안정화층(300)에 일정길이를 갖는 볼트를 결합한 후 그 단부에 타켓을 연결하여 안정화층의 변위를 정확하게 측정토록 하고, 상기 볼트에 연결되는 타켓을 1,2쇼크리트층의 적층 높이에 대응되는 길이를 갖는 커버재에 의해 보호토록 하여 볼트에 커버재를 연결한 후 별도의 후 공정이 필요없이 커버재에서 캡을 분리시키는 마직막 공정으로 타켓에 의해 안정화층의 변위 측정이 가능토록 되는 것이다.

100...타켓유닛 110...볼트
111...타켓 113...너트
150...커버재 151...캡
153...고정캡 157...주름부
170...댐퍼부재

Claims (8)

1. 발파후 파쇄암석이 제거된 암반표면의 비안정화층을 통과하여 안정화층에 볼트를 고정하고,
   상기 비안정화층의 외부에 적층되는 쇼크리트층에 노출토록 단부에 타켓을 갖는 볼트를 구비하며,
   상기 볼트의 외경측에는 일정간격을 유지하여 볼트를 보호토록 커버재가 연결되어 쇼크리트층의 형성시 충격이 볼트에 전달되지 않도록 하고,
   쇼크리트층의 완성시 커버재의 상단부에 고정되는 타켓을 노출한 후 안정화층의 거동만을 측정토록 하는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛을 이용한 변위 측정공법.
2. 제1항에 있어서, 상기 커버재는, 충격을 흡수토록 하면서 커버재에 충격전달시 유동토록 외경측에 댐퍼부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛을 이용한 변위 측정공법.
3. 제1항에 있어서, 상기 볼트는 앵커를 통하여 고정되며,
   상기 앵커는, 안정화층에만 경화재를 통하여 고정되는 구성, 외측에 돌출되는 고정핀 또는 지지턱을 통하여 고정되는 구성, 고정핀 또는 지지턱을 통하여 고정된 후 경화재를 통하여 일체화 되는 구성중 선택되는 어느 하나의 구성으로 고정되는 것을 특징으로 하는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛을 이용한 변위 측정공법.
4. 제1항에 있어서, 상기 볼트는, 앵커는 일단에 구비되는 조인트를 통하여 볼트가 연결되는 구성,
   복수의 볼트는 커플링을 통하여 원하는 길이로 연장시켜 연결되는 구성중에서 선택되는 어느 하나의 구성으로 연결되는 것을 특징으로 하는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛을 이용한 변위 측정공법.
5. 단부에 타켓을 갖는 볼트와 상기 볼트의 외측에 위치토록 하면서 너트로서 고정되는 커버재로서 이루어지고,
   상기 커버재는, 상,하부에 캡과 상기 볼트가 관통되면서 복수의 너트로서 결합되는 고정캡이 연결되는 구성으로 이루어지는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛.
6. 제4항에 있어서, 상기 커버재의 외경측에 댐퍼부재가 더 구비되고,
   상기 커버재의 일측에 주름부가 일체로 구비되는 것을 특징으로 하는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛.
7. 제4항에 있어서, 상기 볼트는, 앵커가 더 연결되며,
   상기 앵커는, 후진이 방지토록 외측에 복수의 고정핀이 일체로 돌출되는 것을 특징으로 하는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛.
8. 제4항에 있어서, 상기 볼트는, 앵커가 더 연결되며,
   상기 앵커는, 앵커몸체가 분리형으로 제작한 후 그 연결부에 링형상의 이붙이와셔가 개재되어 결합되는 구성,
   상기 앵커몸체에 복수의 요홈부를 형성하여 일부가 절개된 링형상의 이붙이와셔가 확장되어 장착되는 구성중에서 선택되어 이붙이와셔가 장착되며,
   상기 이붙이와셔는, 와셔몸체의 외측둘레에 일정방향으로 경사진 지지턱이 일체로 구비되는 것을 특징으로 하는 터널 원지반 내공변위 정밀측정용 타켓유닛.

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