KR20220097347A - 인접 대형굴착 시공에 따른 지하철 구조물 안정성 평가시스템 - Google Patents

인접 대형굴착 시공에 따른 지하철 구조물 안정성 평가시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운행중인 지하철 본선 구조물에 인접하여 대형 굴착공사가 시행될 때 측정데이터에 기반하여 지하철 시설물의 안전성 및 열차 주행성에 대한 합리적 분석이 가능한 지하철 구조물 안전성 평가시스템에 관한 것으로, 인접 대형굴착 시공에 따라 지하철 구조물에서 발생한 변위를 측정하여 측정데이터를 생성하는 계측장치 및 상기 측정데이터를 분석하여 상기 지하철 구조물의 안전성을 평가하는 분석장치를 포함하며, 상기 분석장치는, 상기 측정데이터를 수집하고, 수집된 측정데이터를 측정위치 및 시공단계에 따라 구분하여 복수의 데이터셋을 생성하는 데이터 수집부; 상기 복수의 데이터셋 각각에서 확률변수인 변위의 분포를 나타내는 가우시안 확률밀도함수를 산출하는 확률밀도함수 산출부; 및 상기 확률밀도함수를 이용하여 상기 지하철 구조물의 안전성을 분석하는 안전성 분석부를 포함할 수 있다.

Description

인접 대형굴착 시공에 따른 지하철 구조물 안정성 평가시스템{SAFETY ASSESSMENT SYSTEM STRUCTURES ACCORDING TO ADJACENT LARGE EXCAVATION}
본 발명은 지하철 구조물 안전성 평가 시스템에 관한 것으로, 특히 운행중인 지하철 노선에 인접하여 시행하는 건축공사 및 각종 굴착공사에 따른 지하철 구조물의 변형 및 안전성을 평가할 수 있는 지하철 구조물 안전 평가시스템에 관한 것이다.
최근 도시의 인구증가와 고층건물의 수요증가에 따라 기존 구조물에 인접하여 대규모, 대심도의 굴착공사가 증가하고 있다. 지반굴착 공사는 항상 주변지반의 침하를 유발하게 되며 이에따른 인접구조물의 균열과 손상 등의 피해로 연결 될 수 있다. 특히 도심지에서의 지반굴착은 주변 지반 및 인접 시설물과 대규모 수송을 담당하고 있는 지하철의 시설물에 대한 안전성 및 주행성 확보가 전제되어야 한다.
국내에 유지관리 계측 시스템이 도입된 지하구조물은 지하철을 비롯하여 고속도로 터널, 고속철도 터널 등이 있고, 점차 확대되고 있는 추세이지만 실제적으로 투자되는 계측비용과 기술자들의 노력에 비하여 계측결과의 활용도는 매우 낮은 실정으로 합리적인 계측을 위한 분석기법 및 관리기준이 정립되어 있지 않다.
또한 단순히 계측 활동 자체에만 만족하는데 있으며 유지관리 계측을 통하여 얻어지는 터널에 대한 내구성, 안전성 분석기술의 개발이 절실히 요구됨에도 불구하고 아직까지 이에 대한 뚜렷한 연구결과가 없는 실정이다.
본 발명에서는 운행중인 지하철 본선 구조물에 인접하여 대형 굴착이 발생될 경우 지하철 시설물의 안전성 및 열차 주행성을 평가하기 위해 수행되는 많은 양의 측정데이터를 통계, 분석처리 할 수 있는 수치해석 및 자동화 계측을 이용하여 분석체계를 개발하고자 한다. 따라서 측정결과에 대한 합리적인 분석결과를 통해 지하철 시설물의 자동화 계측방안 및 관리기준치를 제안하고자 한다.
본 발명의 목적은 운행중인 지하철 본선 구조물에 인접하여 대형 굴착공사가 시행될 때 측정데이터에 기반하여 지하철 시설물의 안전성 및 열차 주행성에 대한 합리적 분석이 가능한 지하철 구조물 안전성 평가시스템을 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 지하철 구조물 안전성 평가시스템은 인접 대형굴착 시공에 따라 지하철 구조물에서 발생한 변위를 측정하여 측정데이터를 생성하는 계측장치 및 상기 측정데이터를 분석하여 상기 지하철 구조물의 안전성을 평가하는 분석장치를 포함하며, 상기 분석장치는, 상기 측정데이터를 수집하고, 수집된 측정데이터를 측정위치 및 시공단계에 따라 구분하여 복수의 데이터셋을 생성하는 데이터 수집부; 상기 복수의 데이터셋 각각에서 확률변수인 변위의 분포를 나타내는 가우시안 확률밀도함수를 산출하는 확률밀도함수 산출부; 및 상기 확률밀도함수를 이용하여 상기 지하철 구조물의 안전성을 분석하는 안전성 분석부를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 계측장치는, 지하철 터널의 내공변위를 측정하는 내공변위계; 및 지하철 궤도의 도상변위를 측정하는 도상침하계를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 안전성 분석부는, 상기 확률밀도함수를 이용하여 각 데이터셋에서 변위가 기 설정된 관리 기준치를 벗어날 확률을 계산하고, 계산된 확률값에 기초하여 해당 측정위치 및 시공단계별 지하철 구조물의 안전성을 분석하는 관리기준 비교분석부를 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 안전성 분석부는, 상기 확률밀도함수에 따른 평균값을 이용하여 터널 길이방향으로 인접한 측정위치들 사이의 변위편차를 산출하고, 산출된 변위편차에 기초하여 지하철 구조물의 열차주행방향에 대한 변형을 분석하는 구간별 변위편차 분석부를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 상기 안전성 분석부는, 상기 내공변위계의 대칭 위치에 존재하는 한 쌍의 측점에서 측정된 측정데이터의 평균값을 비교하여 내공변위고, 비교에 따른 분석 결과를 제공하는 내공변위 대칭분석부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 확률통계 분석기법을 적용하여 측정데이터 분석함으로써 기존의 최대값 중심의 데이터 분석에서 발생할 수 있는 다양한 오류나 노이즈를 제거하여 안전성 평가 신뢰도를 제고할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 인접한 굴착시공에 따라 발생되는 구조물 변형을 단계별 분석하여 공사의 안전여부를 확인한 후 다음 시공단계에서의 거동을 예측 분석할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 지하철 구조물 안전성 평가시스템의 주요 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 계측장치의 설치위치 및 현황을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 각 구간의 내공변위계 설치전경을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 분석장치의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 구간별 측정데이터를 플로팅한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 단계별 측정데이터를 플로팅한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 철거 단계별 도상침하계의 데이터셋에 대한 가우시안 확율밀도함수를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 측정데이터의 신뢰성 검증을 위한 이중 가우시안 확률밀도 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 철거 3단계에서 내공변위계의 위치별 대칭성 분석결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 철거 단계별 측정된 내공변위계 가우시안 확률밀도함수 평균값과 수치해석결과를 비교분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 지하철 구조물 안전성 평가시스템의 주요 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 계측장치의 설치위치 및 현황을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 각 구간의 내공변위계 설치전경을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 지하철 구조물 안전성 평가시스템(이하, '안전성 평가시스템' 이라 함)은 계측장치(100)와 분석장치(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
계측장치(100)는 지하철 구조물에서 발생하는 변위를 일정시간 단위로 측정하여 측정데이터를 생성하할 수 있다. 지하철 구조물은 지하철 운행을 위해 설치된 지하 터널, 궤도, 우수박스, 공동구, 승강장, 이동통로 등을 포함하는 광의의 개념을 나타내는 것이나, 본 명세서에서는 본선 운행을 위한 지하철 터널과 궤도만을 의미할 수 있다.
계측장치(100)는 내공변위계(110)와 도상침하계(120)를 포함하여 구성될 수 있으며, 굴착시공이 예정 또는 진행되는 공사 현장과 인접한 지하철 본선에서 설치될 수 있다.
내공변위계(110)는 지하철 터널의 내공단면의 변형을 측정할 수 있다. 즉, 운행중인 지하철 본선 구조물에 인접하여 시행되는 굴착 시공시 가해지는 여러 하중의 영향으로 내공단면의 변형이 발생할 수 있는데, 내공변위계(110)를 통해 현장에서의 구조물의 변위상태를 실시간으로 측정할 수 있다.
내공변위계(110)는 지하철 터널의 내공단면을 따라 지정된 복수의 측점에 각각 내공변위센서가 설치됨으로써 하나의 세트를 형성할 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 터널 라이닝을 따라 총 10개의 측점에 각각 제1내공변위센서 내지 제10내공변위센서(TL1 내지 TL10)가 설치될 수 있으며, 각각의 내공변위센서는 설치위치에 따라 연직변위, 횡변위 및 벡터변위를 측정할 수 있다. 구체적으로, 제1내공변위센서(TL1)와 제10내공변위센서(TL10)는 연직 및 횡변위를 측정할 수 있으며, 제5내공변위센서(TL5)과 제6내공변위센서(TL6)는 연직변위를 측정할 수 있으며, 나머지 내공변위센서들(TL2 내지 TL4, 및 TL7 내지 TL9)은 백터변위를 측정할 수 있다.
한편, 위와 같이 한 셋트로 구성된 내공변위계(110)는 전체 측정구간에서 터널방향으로 일정간격 떨어진 구간마다 설치될 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 전체 측정구간이 100m라 가정할 때, 내공변위계(110)는 상선과 하선에서 각각 5개의 섹션(Section A, Section B, Section C, Section D 및 Section E)으로 구분되어 설치될 수 있으며, 각 섹션 사이의 간격은 25m가 될 수 있다.
도상침하계(120)는 지하철 궤도를 구성하는 도상의 침하변위를 측정할 수 있다. 도상침하계(120)는 궤도를 따라 일정거리 이격되어 지정된 복수의 측점에 설치되며 연직변위를 측정할 수 있는 도상침하센서들로 구성될 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 전체 측정구간을 140m로 하고 2m 간격으로 70개의 도상침하센서들(RM1 내지 RM70)이 궤도를 따라 설치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 분석장치의 주요 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 데이터 분석장치(200)는 계측장치(100)에서 생성된 측정데이터를 수집하여 분류하고, 측정데이터들에 대한 확률통계 분석에 기초하여 인접 대형굴착 시공에 따른 지하철 구조물의 안전성을 평가할 수 있다. 데이터 분석장치(200)는 데이터 수집부(210), 데이터 플롯부(220), 데이터 검증부(230), 확률밀도함수 산출부(240) 및 안전성 분석부(250)를 포함할 수 있다.
데이터 수집부(210)는 계측장치(100)를 구성하는 각각의 센서에서 측정된 측정데이터를 실시간 수집할 수 있으며, 각 센서의 측정데이터를 일정한 기간 단위로 구분하여 데이터셋을 생성할 수 있다. 예컨대, 데이터 수집부(210)는 섹션 A(Section A)의 제1내공변위센서(TL1)에서 측정된 측정데이터를 시간순으로 나열하고, 굴착시공 단계에 따라 측정데이터를 구분하여 데이터셋을 생성할 수 있다.
즉, 데이터셋은 특정한 시공단계가 진행되는 동안 하나의 측점에서 측정된 측정데이터들의 집합을 가리킬 수 있다. 여기서 시공단계는 건물이 철거되기 시작하여 굴착이 완료되기까지의 일련의 과정을 구분한 것으로 철거단계, 터파기단계, 되메움단계 등을 포함할 수 있으며, 각 단계는 보다 세분화될 수 있다. 이하 본 명세서에서는 철거단계를 철거 1단계, 철거 2단계 및 철거 3단계로 세분화하여 설명하기로 한다.
데이터 플롯부(220)는 데이터 수집부(210)에서 생성된 데이터셋을 이용하여, 구간별 측정데이터 또는 단계별 측정데이터를 플로팅을 수행할 수 있다. 이러한 측정데이터의 구간별 및 단계별 플로팅을 통해 전체 측정구간에서 각 구간별 변위를 비교하거나 굴착시공의 진행에 따른 각 구간에서의 변위 변화량을 시각적으로 쉽게 파악할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 구간별 측정데이터를 플로팅한 도면이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 데이터 플롯부(220)는 철거 1단계가 진행되는 동안 각 섹션 즉, 섹션 A(section A) 내지 섹션 E(Section E)의 제6내공변위센서(TL6)에서 수집된 측정데이터를 데이터셋으로 하여 구간별 측정데이터를 플로팅할 수 있다. 마찬가지로, 도 5의 (b)와 (c)에서와 같이, 철거 2단계와 철거 3단계가 진행하는 동안 섹션 A(section A) 내지 섹션 E(Section E)의 제6내공변위센서(TL6)에서 수집된 측정데이터를 데이터셋으로 하여 구간별 측정데이터를 플로팅할 수 있다.
이러한 구간별 측정데이터 플롯은 특정한 시공단계가 진행되는 동안 각 섹션에서의 변위 변동추이를 쉽게 파악할 수 있도록 한다. 예컨대, 도 5를 참조하면, 철거 1단계가 진행되는 동안 제6내공변위센서(TL6)가 위치한 모든 섹션의 측점에서 변위량은 거의 변동이 없음을 볼 수 있으며, 철거 2단계가 진행되는 동안에는 섹션 A(Section A)에서 가장 큰 변위량을 보이고 있음을 알 수 있으며, 철거 3단계에서는 섹션 C(Section C)와 섹션 D(Section D)에서 변위량이 크게 증가하는 것을 볼 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 단계별 측정데이터를 플로팅한 도면이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 데이터 플롯부(220)는 섹션 A(Section A)의 제10내공변위센서(TL10)에서 수집된 측정데이터를 각 철거단계별 즉, 철거 1단계(Step-1), 철거 2단계(Step-2) 및 철거 3단계(Step-3)로 각각 구분한 3개의 데이터셋을 이용하여 단계별 측정데이터 플롯팅을 수행할 수 있다. 마찬가지로, 도 6의 (b)와 (c)에서와 같이, 섹션 B(Section B)와 섹션 C(Section C)의 제10내공변위 센서(TL10)에서 수집된 측정데이터를 각 철거단계별로 각각 분류한 데이터셋을 이용하여 플롯팅할 수 있다.
이러한 단계별 측정데이터 플롯은 특정한 측점이나 구간에서 측정된 측정데이터를 각 시공단계별로 구분하하여 플로팅함으로써, 지하철 구조물 내의 특정 위치에서 굴착시공의 진행에 따른 변위량의 변동 추이를 쉽게 파악할 수 있게 한다. 예컨대, 도 6를 보면, 제10내공변위센서(TL10)가 설치된 섹션 A(Section A) 내지 섹션 C(Section C) 모두가 철거 3단계 시점부터 변위량이 급격히 증가하는 것을 알 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 확률밀도함수 산출부(230)는 데이터 수집부(210)에서 생성된 각각의 데이터셋에 대한 평균값과 표준편차를 계산하고, 이를 이용하여 가우시안 확률밀도함수를 산출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 철거 단계별 도상침하계의 데이터셋에 대한 가우시안 확율밀도함수를 나타내는 그래프이다.
도 7의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 확률밀도함수 산출부(230)는 제2도상침하센서(RM2)의 측정데이터를 철거 1단계(Step-1), 철거 2단계(Step-2) 및 철거 3단계(Step-3)로 구분한 데이터셋에 대한 평균값과 표준편차를 계산하고, 이로부터 가우시안 확률밀도함수를 산출하여 각각 그래프로 나타낼 수 있다.
또한, 도 6의 (d)와 같이 각 철거 단계의 데이터셋에 대한 확률밀도함수를 종합하여 하나의 그래프에 나타냄으로써 철거 단계별 확률밀도함수에 따른 평균값 및 표준편차의 변동추이를 비교 분석할 수 있다. 즉, 도 6의 (d)를 보면, 제2도상침하센서(RM2)가 설치된 지점에서 도상침하 변위량은 철거가 진행되는 동안 평균값이 증가하는 경향이 나타났으며, 표준편차 역시 점점 증가되어 철거 3단계에서 도상침하 변위량의 변동폭은 매우 큰 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 측정데이터의 신뢰성 검증을 위한 이중 가우시안 확률밀도 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 4 및 도 8을 참조하면, 데이터 검증부(240)는 데이터 수집부(210)에서 생성된 각각의 데이터셋에서 데이터의 군집 형성여부를 판단할 수 있으며, 군집의 개수에 따라 데이터셋을 분할하고 분할된 데이터셋 각각에 대한 분할 확률밀도함수를 산출할 수 있다. 또한, 데이터 검증부(230)는 인접한 구간에서의 변위 변동추이를 고려하여, 산출된 분할 확률밀도함수들 가운데 유의미한 하나의 확률밀도함수를 선택하고, 선택된 확률밀도함수를 해당 데이터셋의 확률통계 분석을 위한 도구로 사용할 수 있다.
예컨대, 도 8의 (a)를 참조하면, 섹션 B(Section B)와 같이 하나의 측점에서 생성된 하나의 데이터셋에서 두 개의 데이터 군집을 형성할 경우, 데이터 검증부(240)는 섹션 B의 데이터셋을 두 개의 그룹(Section B-1 및 Section B-2)으로 나누고, 도 8의 (b) 및 (c)와 같이 각 그룹에 대한 확률밀도함수를 산출할 수 있다. 또한, 섹션 A와 섹션 C와의 관계에서 변위 변동의 연속성을 고려하여, 확률밀도함수 산출부(230)는 유의미한 데이터인 도 8의 (c)를 구조물 안전성 분석에 활용할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 안전성 분석부(250)는 확률밀도함수 산출부(230)에서 산출된 각 데이터셋의 평균값, 표준편차 및 확률밀도함수를 이용하여 지하철 구조물의 안전성을 분석할 수 있다. 안전성 분석부(250)는 관리기준 비교분석부(251), 구간변위편차 분석부(252), 내공변위 대칭분석부(253), 수치해석 비교분석부(254) 및 변위상관관계 분석부(255)를 포함할 수 있다.
관리기준 비교분석부(251)는 각 데이터셋에 대한 확률밀도함수를 이용하여 해당 측점에서의 변위가 미리 설정된 관리 기준치를 초과할 확률을 계산하고, 계산된 확률값에 기초하여 해당 측점에서의 구조물 안전성을 분석할 수 있다.
예컨대, 도 7의 (d)를 참조하면, 지하철 구조물의 변위 관리기준치(Rf)가 3mm라고 가정할 때, 관리기준 비교분석부(251)는 제2도상침하센서(RM2)의 철거 1단계에서의 데이터셋에 대한 확률밀도함수를 이용하여 해당 측점에서 도상침하 변위가 관리기준치를 초과할 확률(P)를 계산할 수 있으며, 계산된 확률(P)에 근거하여 철거 1단계가 진행되는 동안 제2도상침하센서(RM2) 측점에서의 구조물 안전성을 평가할 수 있다.
구간변위편차 분석부(252)는 일정한 측정위치나 단면에서의 변형이 아닌, 측점간 서로 이어지는 열차주행 방향에 대한 변형를 분석하여 구조물 변형 및 안전성을 평가할 수 있다.
열차주행방향에 대한 구간에서의 변형 및 안정성평가를 위하여 3D 입체그래프로 표현하여 분석할 수 있으며, 3D 입체그래프는 철거 단계별로 내공변위계의 측정결과인 연직-절대변위값과 상대변위값에 대한 그래프로 구분하여 표현할 수 있다. 또한 단계별 연직-절대변위값에 대한 그래프에서 사용된 센서는 제1내공변위센서(TL1)와 제10내공변위센서(TL10), 및 제5내공변위센서(TL5)와 제6내공변위센서(TL6)이며, 단계별 상대변위값에 대한 그래프에서 사용된 센서는 제2내공변위센서(TL2)와 제9내공변위센서(TL9), 및 제3내공변위센서(TL3)과 제8내공변위센서 (TL8), 제4내공변위센서(TL-4)와 제7내공변위센서(TL7)을 사용할 수 있다.
내공변위 대칭분석부(253)은 지하철 터널 내공단면에서 서로 대칭위치에 있는 한쌍의 내공변위센서의 단계별 데이터셋의 평균값을 비교하여, 구조물의 변형의 비대칭성을 평가할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 철거 3단계에서 내공변위계의 위치별 대칭성 분석결과를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 전반적인 내공변위센서의 위치별 대칭결과가 뚜렷하게 구분되는 것을 확인할 수 있으며, 전반적인 대칭 위치별 편차가 약 0.5mm 범위 이내로 발생되었다. 그래프의 경향이 가장 두드러진 제4내공변위센서와 제7내공변위센서(TL4, TL7)의 섹션 A(Section A)와 섹션 D(Section D)에서 최대변위 및 편차가 발생되었으며, 제5내공변위센서와 제6내공변위센서(TL5, TL6) 및 제1내공변위센서와 제10내공변위센서(TL1, TL10(Vertical)의 그래프는 유사한 경향을 보이는 것으로 분석되었다.
수치해석 비교분석부(254)는 시공 단계별로 측정된 내공변위계 및/또는 도상침하계의 가우시안 확률밀도함수의 평균값과 수치해석결과를 비교할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 철거 단계별 측정된 내공변위계 가우시안 확률밀도함수 평균값과 수치해석결과를 비교분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10을 참조하면, 비교분석 대상으로 내골변위계의 각 섹션별 제6내공변위센서(TL6)위와 수치해석(FEM) 결과 중 천단 연직변위(Vertical)를 비교대상으로 선정하였다. 도 10의 (a)와 같이 철거 1단계 내공변위와 수치해석을 비교 분석한 결과, 철거 1단계의 경우 내공변위는 구간별로 유사한 것으로 분석되었다. 그러나 수치해석 천단부 연직변위와 현장측정 내공변위의 차이가 발생하는 것으로 나타났으며 내공변위는 수치해석결과에 비해 약 76% 작게 나타나는 것으로 분석되었다. 따라서 인접 대형굴착 시공순서 중 철거 1단계의 경우 현장에서 측정된 내공변위가 수치해석결과에 비해 작은 것으로 나타나 철거 1단계는 실제 구조물 변형에 미치는 영향이 미소한 것으로 분석되었다.
또한 도 10의 (b)와 같이 철거 2단계 내공변위와 수치해석을 비교 분석한 결과, 현장측정 내공변위는 구간별로 증감변위량이 작게 발생되었다. 섹션 C(Section C)에서 내공변위는 구간 중 가장 수치해석과 편차가 크게 발생되었으며 전반적으로 현장측정 내공변위가 수치해석결과에 비해 약 60% 작게 나타나는 것으로 철거 1단계보다 비교적 작은 편차가 발생된 것으로 분석되었다. 따라서 철거 1단계보다 현장에서 측정된 내공변위량이 두드러지게 나타났으며 수치해석결과 범위 안에 있으므로 실제 구조물 변형에 미치는 영향이 미소하게 발생된 것으로 분석되었다.
또한, 도 10의 (c)와 같이 철거 3단계 내공변위와 수치해석을 비교 분석한 결과, 현장측정 내공변위는 구간별로 증감변위량의 편차가 뚜렷하게 나타났다. 내공변위는 수치해석결과에 비해 약 89% 작게 나타나는 것으로 분석되었으며 인접 대형굴착 시공순서 중 철거 2단계의 경우 현장에서 측정된 내공변위 섹션 D(Section D)를 제외한 구간별 변위는 수치해석결과에 비해 작은 것으로 나타났다. 철거 3단계 내공변위와 수치해석결과의 편차가 구간 별 뚜렷한 경향을 나타내므로 철거 3단계는 실제 구조물 변형에 미치는 영향이 이전단계에 비해 큰 것으로 분석되었다.
변위상관관계 분석부(255)는 계측장치(100)에서 파악하기 어려운 궤도의 횡방향 변형특성을 터널의 내공변위계 측정결과를 활용하여 평가할 수 있다. 즉, 일반적으로 도상침하센서는 수직 변위만을 측정할 수 있어 고저틀림이나 수평틀림 등에 대한 변형을 분석할 수 있으나 횡변위에 따른 방향틀림이나 궤간틀림 등을 판단할 수 없으므로, 이를 해결하기 위해 변위상관관계 분석부(255)는 내공변위계, 예컨대, 제1내공변위센서(TL1)과 제10내공변위계(TL10)의 횡변위 측정데이터를 활용할 수 있다.
이상에서, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 계측장치 110 : 내공변위계
120 : 도상침하계 200 : 데이터 분석장치
210 : 데이터 수집부 220 : 데이터 플롯부
230 : 데이터 검증부 240 : 확률밀도함수 산출부
250 : 안전성 분석부

Claims (5)

  1. 인접 대형굴착 시공에 따라 지하철 구조물에서 발생한 변위를 측정하여 측정데이터를 생성하는 계측장치 및 상기 측정데이터를 분석하여 상기 지하철 구조물의 안전성을 평가하는 분석장치를 포함하며,
    상기 분석장치는,
    상기 측정데이터를 수집하고, 수집된 측정데이터를 측정위치 및 시공단계에 따라 구분하여 복수의 데이터셋을 생성하는 데이터 수집부;
    상기 복수의 데이터셋 각각에서 확률변수인 변위의 분포를 나타내는 가우시안 확률밀도함수를 산출하는 확률밀도함수 산출부; 및
    상기 확률밀도함수를 이용하여 상기 지하철 구조물의 안전성을 분석하는 안전성 분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하철 구조물의 안전성 평가 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계측장치는,
    지하철 터널의 내공변위를 측정하는 내공변위계; 및
    지하철 궤도의 도상변위를 측정하는 도상침하계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하철 구조물의 안전성 평가 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 안전성 분석부는,
    상기 확률밀도함수를 이용하여 각 데이터셋에서 변위가 기 설정된 관리 기준치를 벗어날 확률을 계산하고, 계산된 확률값에 기초하여 해당 측정위치 및 시공단계별 지하철 구조물의 안전성을 분석하는 관리기준 비교분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하철 구조물의 안전성 평가 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안전성 분석부는,
    상기 확률밀도함수에 따른 평균값을 이용하여 터널 길이방향으로 인접한 측정위치들 사이의 변위편차를 산출하고, 산출된 변위편차에 기초하여 지하철 구조물의 열차주행방향에 대한 변형을 분석하는 구간별 변위편차 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하철 구조물의 안전성 평가 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 안전성 분석부는,
    상기 내공변위계의 대칭 위치에 존재하는 한 쌍의 측점에서 측정된 측정데이터의 평균값을 비교하여 내공변위고, 비교에 따른 분석 결과를 제공하는 내공변위 대칭분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하철 구조물의 안전성 평가 시스템.
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