WO2020071593A1 - 쉴드 tbm 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법 및 이를 이용한 뒷채움재 채움 상태 평가 장치 - Google Patents

쉴드 tbm 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법 및 이를 이용한 뒷채움재 채움 상태 평가 장치

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WO2020071593A1
WO2020071593A1 PCT/KR2019/000667 KR2019000667W WO2020071593A1 WO 2020071593 A1 WO2020071593 A1 WO 2020071593A1 KR 2019000667 W KR2019000667 W KR 2019000667W WO 2020071593 A1 WO2020071593 A1 WO 2020071593A1
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WO
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backfill material
segment
state
backfilling
evaluating
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/000667
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English (en)
French (fr)
Inventor
김경열
송기일
류희환
전석주
정재천
성원서
최주영
Original Assignee
한국전력공사
인하대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/08—Shock-testing
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04—Lining with building materials
    • E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
    • E21D11/105—Transport or application of concrete specially adapted for the lining of tunnels or galleries ; Backfilling the space between main building element and the surrounding rock, e.g. with concrete

Definitions

  • the present invention relates to a method for evaluating a backfill material filling state of a shield TBM tunnel segment and a device for evaluating a backfill material using the same (BACKFILL GROUTING CONDITION EVALUATION METHOD OF SHIELD TBM TUNNEL SEGMENT AND BACKFILL GROUTING CONDITION EVALUATION DEVICE).
  • Backfilling of the shield TBM tunnel segment to effectively classify the cavity on the back of the segment by deriving the criteria for determining the backfilling state through the impact reverberation test on the segment where the ash is not injected and the segment where the backfilling material is injected.
  • the shield TBM (shield Tunnel Boring Machine) method is a method of excavating a tunnel by propelling an excavator with a solid cylindrical (aka 'shield') outer shell.
  • the method of shielding TBM differs depending on the structure of the shield, but basically, at the back of the shield, a segment made of steel or reinforced concrete is assembled and refurbished, and the void behind the segment and excavation is filled with tail void. Fill with ash.
  • the backfill material fills the space between the segment and the excavation foundation, minimizes the internal displacement of the original foundation and maintains the stability of the tunnel.
  • the shield TBM tunnel under construction evaluates the filling state using the injection pressure and injection amount of the backfill material, but the operating tunnel has little evaluation of the filling state of the backfill material.
  • the electromagnetic wave exploration method which is widely used as a non-destructive inspection technique due to its characteristics, has a limitation that accuracy is low due to interference with wiring. Therefore, in the electric power tunnel, a differentiated method is required for evaluating the backfilling state of the shield TBM method.
  • the shield TBM method needs a method for evaluating the cavity on the back of the segment to prevent the risk that may occur due to the cavity in advance.
  • the object of the present invention is to evaluate the target segment state by deriving a criterion for determining the state of filling of the backfill material through an impact echo test for a segment in which the backfill material is not injected and a segment in which the backfill material is injected, for effectively classifying the cavity of the back of the segment, Disclosed is a method for evaluating a backfill material filling state of a shield TBM tunnel segment and an apparatus for evaluating a backfill material filling state using the same.
  • the method of evaluating the backfill material filling state of the shield TBM tunnel segment is performed by performing an impact echo test for each of the 'segment in which the backfill material is injected' and 'segment in which the backfill material is not injected' filling the backfill material Repeatedly collecting data for each item of the state determination criterion a predetermined number of times; Deriving a criterion for determining a backfilling material filling state through statistical analysis of the collected data for each item; And determining a target segment state according to the derived criteria for determining the backfill material state.
  • Items of the criteria for determining the backfilling state may include count values of the normalized time domain signal, speed and attenuation ratio of the P wave, and resonance time.
  • the normalized time domain signal count value may be a count value corresponding to 10% of the maximum value after 1 ms in the normalized time domain signal (Count 10% after 10 ms).
  • the speed and attenuation ratio of the P wave may be derived through a Fourier transform of a time domain signal derived through the result of performing an impact echo test.
  • the speed of the P wave satisfies 3900m / s ⁇ Vp ⁇ 4300m / s, and the attenuation ratio may be less than 4%.
  • the resonance time may correspond to a horizontal length in a frequency-time graph.
  • the target segment determination step may be to determine the target segment as a segment into which the backfill material is injected when all of the items of the criteria for determining the backfill material filling state are satisfied.
  • the backfill material filling state evaluation apparatus at least one processor; And a memory for storing computer readable instructions, wherein the instructions, when executed by the at least one processor, cause the backfilling state evaluation device to include a segment in which a backfilling material is injected and a backfilling.
  • the data of each item of the criteria for determining the backfilling material is repeatedly collected a predetermined number of times, and the backfilling material is filled through statistical analysis on the collected data. Derivation criteria may be derived, and the target segment state may be determined according to the derived backfill material state determination criteria.
  • the backfilling state evaluation device determines the target segment, when all of the items of the backfilling state determination criterion are satisfied, the target segment May be judged as a segment in which the backfill material is injected.
  • the present invention by evaluating the target segment state by deriving a criterion for determining the state of filling of the backfill material through an impact echo test for a segment in which the backfill material is not injected and a segment in which the backfill material is injected, it is possible to effectively classify the cavity on the back of the segment.
  • FIG. 1 is a view showing a method of evaluating a backfill material filling state of a shield TBM tunnel segment according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view showing an analysis process for obtaining a time domain signal
  • FIG. 4 is a view showing a time domain signal graph obtained through FIG. 3,
  • FIG. 5 is a view showing a process of obtaining a normalized time domain signal
  • FIG. 6 is a diagram showing a normalized time domain signal graph obtained through FIG. 5,
  • FIG. 7 is a view showing a process of obtaining a count value in a normalized time domain signal graph
  • FIG. 9 is a view showing a process of applying a low-pass filter
  • FIG. 10 is a diagram showing a magnetic spectrum density-frequency graph
  • 11 is a view showing a process of obtaining the speed of the P wave
  • FIG. 13 is a diagram showing a frequency-time graph of a segment in which a backfill material is injected
  • FIG. 14 is a diagram showing a frequency-time graph of a segment in which the backfill material is not injected.
  • part used in the specification means a hardware component such as software, FPGA, or ASIC, and “part” performs certain roles. However, “part” is not meant to be limited to software or hardware.
  • the “unit” may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors.
  • part refers to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, attributes, procedures, Includes subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, database, data structures, tables, arrays and variables.
  • the functionality provided within components and “parts” can be combined into a smaller number of components and “parts” or further separated into additional components and “parts”.
  • FIG. 1 is a view showing a method for evaluating a backfill material filling state of a shield TBM tunnel segment according to an embodiment of the present invention.
  • the method of evaluating the backfill material filling state of a shield TBM tunnel segment when excavating a tunnel (e.g., power tool, etc.) using the shield TBM method, the back of the segment (i.e., between the segment and the excavation ground) It relates to evaluating the backfilling state of the backfill material injected into the tailvoid), and is performed by the backfill material filling state evaluation device.
  • a tunnel e.g., power tool, etc.
  • the backfilling state evaluation device includes at least one processor and a memory for storing computer readable instructions.
  • the at least one processor executes computer-readable instructions stored in the memory
  • the backfilling state evaluation apparatus causes the backfilling state evaluation method of the shield TBM tunnel segment according to an embodiment of the present invention.
  • the backfill material filling state evaluation device derives a backfill material filling state determination criterion using a signal obtained through the impact echo test, and then evaluates the segment state according to the backfill material filling state determination criterion.
  • the backfill material filling state evaluation device performs an impact echo test for the segment (S101). At this time, the backfill material filling state evaluation device performs an impact echo test for each of the 'segments in which the backfill material is not injected' and 'segments in which the backfill material is injected'.
  • the accelerometer 1 is installed on the segment 2.
  • the accelerometer 1 measures an acceleration (vibration) signal reflected from the tailboard 4 between the segment 2 and the excavation foundation 3 when an impact is applied on the segment 2.
  • 2 is a view for explaining an impact echo test according to an embodiment of the present invention.
  • the backfill material filling state evaluation device repeatedly collects data for each item of the backfill material filling condition determination criterion a predetermined number of times by performing an impact echo test for the segment (S102).
  • the items of the criteria for determining the backfilling state include the count value of the normalized time domain signal, the speed and attenuation ratio of the P wave, and the resonance time.
  • the backfill material filling state evaluation device acquires the count value of the normalized time domain signal (S102a).
  • the term 'count value of the normalized time domain signal' means a count value (Count 10% after 10 ms) corresponding to 10% of the maximum value after 1 ms in the normalized time domain signal.
  • the backfilling material evaluation device derives a time domain signal (ie, a time-amplitude graph) through analysis of the results of the impact echo test (see FIGS. 3 and 4).
  • a time domain signal ie, a time-amplitude graph
  • 3 is a diagram showing an analysis process for obtaining a time domain signal
  • FIG. 4 is a diagram showing a time domain signal graph obtained through FIG. 3.
  • FIGS. 5 and 6 are diagram illustrating a process of acquiring a normalized time domain signal
  • FIG. 6 is a graph showing a normalized time domain signal graph obtained through FIG. 5.
  • the backfill material filling state evaluation device acquires the count value of the normalized time domain signal.
  • the backfilling state evaluation device draws a line at a value of 10% of the maximum value in the normalized time domain signal graph in the case of a count value corresponding to 10% of the maximum value in the normalized time domain signal.
  • the number of points on the graph passing the value is obtained as a count value (see FIG. 7).
  • 7 is a view showing a process of obtaining a count value in a normalized time domain signal graph.
  • the count value corresponding to 10% of the maximum value in the normalized time domain signal can be obtained by 'Thre ⁇ 0.1 ⁇ maxNX' 10 in FIG. 7.
  • the backfill material filling state evaluation device acquires the speed and attenuation ratio of the P wave (S102b).
  • the backfill material state evaluation apparatus performs a Fourier transform on the time domain signal to obtain a magnetic spectrum density-frequency graph (see FIGS. 8 to 10).
  • 8 is a diagram showing a Fourier transform process
  • FIG. 9 is a diagram showing a process of applying a low pass filter
  • FIG. 10 is a diagram showing a magnetic spectrum density-frequency graph.
  • the backfilling material evaluation apparatus obtains the speed and attenuation ratio of the P wave using the results of applying the Fourier transform and the low-pass filter (FIGS. 11 and 12).
  • 11 is a view showing a process of obtaining the speed of the P wave
  • FIG. 12 is a view showing a process of obtaining the attenuation ratio of the P wave.
  • the segment in which the backfill material is not injected may have a P wave speed of 3900 m / s ⁇ Vp ⁇ 4300 m / s, and an attenuation ratio of less than 4%.
  • the backfill material filling state evaluation device acquires a resonance time (S102c).
  • the backfilling material evaluation device derives a frequency-time graph of the segment (see FIGS. 13 and 14).
  • 13 is a diagram showing a frequency-time graph of a segment in which the backfill material is injected
  • FIG. 14 is a diagram showing a frequency-time graph of a segment in which the backfill material is not injected.
  • the segment in which the backfill material is injected and the segment in which the backfill material is not injected are classified according to the horizontal length (ie, resonance time) in the frequency-time graph.
  • the backfiller filling state evaluation device repeats a predetermined number of times (about 30 times) for the 'segment in which the backfiller is injected' and 'segment in which the backfiller is not injected' by item data of the criteria for determining the backfiller filling state
  • the criteria for determining the state of filling the backfilling material is derived through statistical analysis of the collected data (S103, S104).
  • the backfill material filling state evaluation device determines the target segment state according to the backfill material filling state determination criteria (S105).
  • the target segment also collects data for each item of the criteria for determining the backfilling state through steps S101 and S102.
  • the backfilling state evaluation device evaluates and manages the backfilling state of the back of the target segment of the tunnel being constructed by the shield TBM method by applying the collected data of the target segment for each item of the backfilling state determination criteria.
  • the items of the criteria for determining the state of filling the backfill material are attenuation ratio, resonance time, and count 10% after 1 ms.
  • ⁇ is the average of the collected data
  • ⁇ is the standard deviation of the collected data.
  • 'Void' means 'segment without backfill material'
  • 'Test' means 'target segment'.
  • the criterion for determining the state of filling the backfill material of the 'attenuation ratio' is ' ⁇ Void ⁇ Test '.
  • the criterion for determining the filling state of the backfill material in the 'resonance time' is ' ⁇ Void > ⁇ Test '.
  • the backfill material filling state evaluation device determines the target segment as a segment into which the backfill material is injected.
  • the target segment is determined as a segment in which no backfill material is injected.
  • the method according to some embodiments may be implemented in the form of program instructions that may be executed through various computer means and may be recorded on a computer-readable medium.
  • the computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination.
  • the program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CDROMs and DVDs, and magneto-opticals such as floptical disks. And hardware devices specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • Examples of program instructions include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes produced by a compiler.

Abstract

본 발명은 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법 및 이를 이용한 뒷채움재 채움 상태 평가 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법은, '뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트'와 '뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트' 각각에 대한 충격 반향 시험을 수행하여 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목별 데이터를 소정 횟수 반복하여 수집하는 단계; 상기 수집된 항목별 데이터에 대한 통계적 분석을 통해 뒷채움재 채움 상태 판단 기준을 도출하는 단계; 및 상기 도출된 뒤채움재 상태 판단 기준에 따라 대상 세그먼트 상태를 판단하는 단계;를 포함한다.

Description

쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법 및 이를 이용한 뒷채움재 채움 상태 평가 장치
본 발명은 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법 및 이를 이용한 뒷채움재 채움 상태 평가 장치(BACKFILL GROUTING CONDITION EVALUATION METHOD OF SHIELD TBM TUNNEL SEGMENT AND BACKFILL GROUTING CONDITION EVALUATION DEVICE)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 뒷채움재가 주입되지 않은 세그먼트와 뒷채움재가 주입 완료된 세그먼트에 대한 충격 반향 시험을 통해 뒷채움재 채움 상태 판단 기준을 도출하여 대상 세그먼트 상태를 평가함으로써, 세그먼트 배면의 공동을 효과적으로 구분하기 위한, 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법 및 이를 이용한 뒷채움재 채움 상태 평가 장치에 관한 것이다.
쉴드 TBM(shield Tunnel Boring Machine) 공법은 단단한 원통형(일명 '쉴드'라 함)의 철강재 외각을 가진 굴진기를 추진시켜 터널을 굴착하는 공법이다.
이러한 쉴드 TBM 공법은 쉴드의 구조에 따라 다르지만, 기본적으로 쉴드 뒷부분에서는 철강제 혹은 철근콘크리트제의 세그먼트(segment)를 조립하여 복공하고, 세그먼트와 굴착지반 사이의 공극인 테일보이드(tail void)에 뒷채움재를 주입하여 채운다.
뒷채움재는 세그먼트와 굴착지반 사이의 공간을 메우며 원지반의 내공변위를 최소화하고 터널의 안정성을 유지시킨다.
그런데, 뒷채움재가 부실하게 채워진 경우에는 세그먼트 배면에 공동이 형성될 수 있다. 이는 터널 내부로 지하수가 유출되거나 세그먼트 라이닝을 파손시킬 우려가 있다.
특히, 세그먼트 배면의 뒷채움재가 부실하게 채워지는 경우에는 세그먼트 배면에 형성된 공동에 지하수가 유입되면, 수압 증가로 인해 전력구의 안정성을 심각하게 위협할 수 있다.
시공중인 쉴드 TBM 터널은 뒷채움재의 주입압력과 주입량을 이용하여 채움 상태를 평가하고 있지만, 운영중인 터널은 뒷채움재의 채움 상태에 대한 평가가 거의 이루어지지 않고 있다.
최근에는 GPR(Ground Penetrating Radar)을 이용한 뒷채움재 평가 사례가 있다. 이는 장비의 부피와 무게에 따른 낮은 이동성, 고도의 분석 능력 요구, 고가의 장비 등이 요구되는 GPR 방식이 지닌 한계를 가지고 있다.
더욱이, 전력배선이 지나가는 전력구 터널에서는 특성상 비파괴 검사 기법으로 널리 활용되고 있는 전자기파 탐사 방식도 배선과의 간섭으로 인해 정확도가 떨어지는 한계가 있다. 그러므로, 전력구 터널에서는 쉴드 TBM 공법의 뒷채움재 채움 상태 평가를 위해 기존과 차별화된 방식이 요구되는 실정이다.
따라서, 쉴드 TBM 공법은 세그먼트 배면의 공동을 평가하여 공동으로 인해 발생할 수 있는 위험을 사전에 방지하기 위한 방안이 필요하다.
본 발명의 목적은 뒷채움재가 주입되지 않은 세그먼트와 뒷채움재가 주입 완료된 세그먼트에 대한 충격 반향 시험을 통해 뒷채움재 채움 상태 판단 기준을 도출하여 대상 세그먼트 상태를 평가함으로써, 세그먼트 배면의 공동을 효과적으로 구분하기 위한, 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법 및 이를 이용한 뒷채움재 채움 상태 평가 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법은, '뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트'와 '뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트' 각각에 대한 충격 반향 시험을 수행하여 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목별 데이터를 소정 횟수 반복하여 수집하는 단계; 상기 수집된 항목별 데이터에 대한 통계적 분석을 통해 뒷채움재 채움 상태 판단 기준을 도출하는 단계; 및 상기 도출된 뒤채움재 상태 판단 기준에 따라 대상 세그먼트 상태를 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목은, 정규화된 시간영역 신호의 카운트값, P파의 속도와 감쇄비, 공진시간이 포함되는 것일 수 있다.
상기 정규화된 시간영역 신호의 카운트값은, 정규화된 시간영역 신호에서 1㎳ 이후 최대값의 10%에 해당되는 카운트값(Count 10% after 10㎳)일 수 있다.
상기 P파의 속도와 감쇄비는, 충격 반향 시험의 수행 결과를 통해 도출된 시간영역 신호에 대한 푸리에 변환을 통해 도출되는 것일 수 있다.
상기 '뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트'는, P파의 속도가 3900m/s≤Vp≤4300m/s를 만족하고, 감쇄비가 4% 미만일 수 있다.
상기 공진시간은, 주파수-시간 그래프에서 가로길이에 해당되는 것일 수 있다.
상기 대상 세그먼트 판단 단계는, 상기 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목을 모두 만족할 경우에, 상기 대상 세그먼트를 뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트로 판단하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 뒷채움재 채움 상태 평가 장치로서, 적어도 하나의 프로세서; 및 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며, 상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 뒷채움재 채움 상태 평가 장치로 하여금, '뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트'와 '뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트' 각각에 대한 충격 반향 시험을 수행하여 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목별 데이터를 소정 횟수 반복하여 수집하고, 상기 수집된 항목별 데이터에 대한 통계적 분석을 통해 뒷채움재 채움 상태 판단 기준을 도출하며, 상기 도출된 뒤채움재 상태 판단 기준에 따라 대상 세그먼트 상태를 판단하는 것일 수 있다.
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 뒷채움재 채움 상태 평가 장치로 하여금, 상기 대상 세그먼트를 판단할 때, 상기 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목을 모두 만족할 경우에, 상기 대상 세그먼트를 뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트로 판단하는 것일 수 있다.
본 발명은 뒷채움재가 주입되지 않은 세그먼트와 뒷채움재가 주입 완료된 세그먼트에 대한 충격 반향 시험을 통해 뒷채움재 채움 상태 판단 기준을 도출하여 대상 세그먼트 상태를 평가함으로써, 세그먼트 배면의 공동을 효과적으로 구분할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 충격반향 시험을 설명하는 도면,
도 3은 시간영역 신호를 획득하기 위한 분석 과정을 나타낸 도면,
도 4는 상기 도 3을 통해 획득된 시간영역 신호 그래프를 나타낸 도면,
도 5는 정규화된 시간영역 신호를 획득하는 과정을 나타낸 도면,
도 6은 상기 도 5를 통해 획득된 정규화된 시간영역 신호 그래프를 나타낸 도면,
도 7은 정규화된 시간영역 신호 그래프에서 카운트값을 획득하는 과정을 나타낸 도면,
도 8은 푸리에 변환 과정을 나타낸 도면,
도 9는 저역 필터를 적용하는 과정을 나타낸 도면,
도 10은 자기스펙트럼밀도-주파수 그래프를 나타낸 도면,
도 11은 P파의 속도를 구하는 과정을 나타낸 도면,
도 12는 P파의 감쇄비를 구하는 과정을 나타낸 도면,
도 13은 뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트의 주파수-시간 그래프를 나타낸 도면,
도 14는 뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트의 주파수-시간 그래프를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법은, 쉴드 TBM 공법을 이용하여 터널(예, 전력구 등)을 굴착할 때, 세그먼트 배면(즉, 세그먼트와 굴착지반 사이의 테일보이드)에 주입된 뒷채움재의 뒷채움 상태를 평가하는 것에 관한 것으로, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치에 의해 수행된다.
여기서, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 적어도 하나의 프로세서와 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 이때, 적어도 하나의 프로세서는 메모리에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 실행할 때, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치로 하여금, 본 발명의 실시예에 따른 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법을 수행하게 한다.
이를 위해, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 충격반향 시험을 통해 획득된 신호를 이용하여 뒷채움재 채움 상태 판단 기준를 도출한 후, 뒷채움재 채움 상태 판단 기준에 따라 세그먼트 상태를 평가한다.
구체적으로, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 세그먼트에 대한 충격반향(imapct echo) 시험을 수행한다(S101). 이때, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 '뒷채움재가 주입되지 않은 세그먼트'와 '뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트' 각각에 대해 충격반향 시험을 수행한다.
뒷채움재가 주입되지 않은 세그먼트와 뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트 각각은 동일한 과정이 진행되므로, 여기서는 세그먼트의 뒷채움 상태와 상관 없이 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 가속도계(1)는 세그먼트(2) 상에 설치된다. 여기서, 가속도계(1)는 세그먼트(2)상에 충격(impact)이 가해지면, 세그먼트(2)와 굴착지반(3) 사이의 테일보이드(4)에서 반향되는 가속도(진동) 신호를 측정한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 충격반향 시험을 설명하는 도면이다.
이후, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 세그먼트에 대한 충격반향 시험을 수행하여 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목별 데이터를 소정 횟수 반복하여 수집한다(S102).
여기서, 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목은 정규화된 시간영역 신호의 카운트값, P파의 속도와 감쇄비, 공진시간이 포함된다.
먼저, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 정규화된 시간영역 신호의 카운트값을 획득한다(S102a). 여기서, '정규화된 시간영역 신호의 카운트값'이라 함은, 정규화된 시간영역 신호에서 1㎳ 이후 최대값의 10%에 해당되는 카운트값(Count 10% after 10㎳)을 의미한다.
이를 위해, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 충격반향 시험의 수행 결과에 대한 분석을 통해 시간영역 신호(즉, 시간-진폭 그래프)를 도출한다(도 3 및 도 4 참조). 도 3은 시간영역 신호를 획득하기 위한 분석 과정을 나타낸 도면이고, 도 4는 상기 도 3을 통해 획득된 시간영역 신호 그래프를 나타낸 도면이다.
그리고, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 시간영역 신호를 통해 정규화된 시간영역 신호(normalized time domain signal)를 도출한다(도 5 및 도 6 참조). 도 5는 정규화된 시간영역 신호를 획득하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 6은 상기 도 5를 통해 획득된 정규화된 시간영역 신호 그래프를 나타낸 도면이다.
이때, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 정규화된 시간영역 신호의 카운트값을 획득한다.
예를 들어, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 정규화된 시간영역 신호에서 최대값의 10%에 해당되는 카운트값의 경우에, 정규화된 시간영역 신호 그래프에서 최대값의 10%의 값에서 선을 긋고 그 값을 지나는 그래프의 점의 개수를 카운트값으로 획득한다(도 7 참조). 도 7은 정규화된 시간영역 신호 그래프에서 카운트값을 획득하는 과정을 나타낸 도면이다. 여기서, 정규화된 시간영역 신호에서 최대값의 10%에 해당되는 카운트값은, 도 7의 'Thre←0.1·maxNX'(10)로 구할 수 있다.
다음, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 P파의 속도와 감쇄비를 획득한다(S102b).
이를 위해, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 시간영역 신호에 대해 푸리에 변환을 실시하여 자기스펙트럼밀도-주파수 그래프를 획득한다(도 8 내지 도 10 참조). 도 8은 푸리에 변환 과정을 나타낸 도면이고, 도 9는 저역 필터를 적용하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 10은 자기스펙트럼밀도-주파수 그래프를 나타낸 도면이다.
그리고, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 푸리에 변환과 저역 필터를 적용한 결과를 이용하여 P파의 속도와 감쇄비를 구한다(도 11 및 도 12). 도 11은 P파의 속도를 구하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 12는 P파의 감쇄비를 구하는 과정을 나타낸 도면이다.
여기서, 뒷채움재가 주입되지 않은 세그먼트는 P파의 속도가 3900m/s≤Vp≤4300m/s를 만족하고, 감쇄비가 4% 미만인 경우일 수 있다.
다음, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 공진시간을 획득한다(S102c).
이를 위해, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 세그먼트의 주파수-시간 그래프를 도출한다(도 13 및 도 14 참조). 도 13은 뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트의 주파수-시간 그래프를 나타낸 도면이고, 도 14는 뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트의 주파수-시간 그래프를 나타낸 도면이다.
여기서, 뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트와 뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트는 주파수-시간 그래프에서 가로 길이(즉, 공진시간)에 따라 구분된다.
이와 같이, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 '뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트'와 '뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트'에 대해, 소정 횟수(약 30회) 반복하여 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목별 데이터를 수집한 다음, 수집된 데이터의 통계적 분석을 통해 뒷채움재 채움 상태 판단 기준을 도출한다(S103, S104).
이후, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 뒷채움재 채움 상태 판단 기준에 따라 대상 세그먼트 상태를 판단한다(S105). 이때, 대상 세그먼트도 S101 단계와 S102 단계를 통해 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목별 데이터를 수집한다.
그리고, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목별로 대상 세그먼트의 수집된 데이터를 적용함으로써, 쉴드 TBM 공법으로 시공중인 터널의 대상 세그먼트 배면의 뒷채움 상태를 평가 및 관리하게 된다.
구체적으로, 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목은 감쇄비, 공진시간, Count 10% after 1ms이다. 뒷채움재 채움 상태 판단 기준에서, μ는 수집된 데이터의 평균, σ는 수집된 데이터의 표준편차를 나타낸다. 'Void'의 의미는 '뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트', 'Test'의 의미는 '대상 세그먼트'를 의미한다.
먼저, '감쇄비'의 뒷채움재 채움 상태 판단 기준은 'μVoid＜μTest'이다.
다음, '공진시간'의 뒷채움재 채움 상태 판단 기준은 'μVoid＞μTest'이다.
마지막으로, 'Count 10% after 1ms'의 뒷채움재 채움 상태 판단 기준은 '6＞μTest'이다.
이때, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 전술한 뒷채움재 채움 상태 판단 기준을 모두 만족할 경우에, 대상 세그먼트를 뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트로 판단한다. 반면에, 뒷채움재 채움 상태 평가 장치는 전술한 뒷채움재 채움 상태 판단 기준을 어느 하나라도 충족하지 않을 경우에, 대상 세그먼트를 뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트로 판단한다.
일부 실시 예에 의한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.

Claims (14)

  1. '뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트'와 '뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트' 각각에 대한 충격 반향 시험을 수행하여 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목별 데이터를 소정 횟수 반복하여 수집하는 단계;
    상기 수집된 항목별 데이터에 대한 통계적 분석을 통해 뒷채움재 채움 상태 판단 기준을 도출하는 단계; 및
    상기 도출된 뒤채움재 상태 판단 기준에 따라 대상 세그먼트 상태를 판단하는 단계;
    를 포함하는 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목은,
    정규화된 시간영역 신호의 카운트값, P파의 속도와 감쇄비, 공진시간이 포함되는 것인 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 정규화된 시간영역 신호의 카운트값은,
    정규화된 시간영역 신호에서 1㎳ 이후 최대값의 10%에 해당되는 카운트값(Count 10% after 10㎳)인 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 P파의 속도와 감쇄비는,
    충격 반향 시험의 수행 결과를 통해 도출된 시간영역 신호에 대한 푸리에 변환을 통해 도출되는 것인 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 '뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트'는,
    P파의 속도가 3900m/s≤Vp≤4300m/s를 만족하고, 감쇄비가 4% 미만인 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 공진시간은,
    주파수-시간 그래프에서 가로길이에 해당되는 것인 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 대상 세그먼트 판단 단계는,
    상기 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목을 모두 만족할 경우에, 상기 대상 세그먼트를 뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트로 판단하는 것인 쉴드 TBM 터널 세그먼트의 뒷채움재 채움 상태 평가 방법.
  8. 뒷채움재 채움 상태 평가 장치로서,
    적어도 하나의 프로세서; 및
    컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 뒷채움재 채움 상태 평가 장치로 하여금,
    '뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트'와 '뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트' 각각에 대한 충격 반향 시험을 수행하여 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목별 데이터를 소정 횟수 반복하여 수집하고,
    상기 수집된 항목별 데이터에 대한 통계적 분석을 통해 뒷채움재 채움 상태 판단 기준을 도출하며,
    상기 도출된 뒤채움재 상태 판단 기준에 따라 대상 세그먼트 상태를 판단하는 것인 뒷채움재 채움 상태 평가 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목은,
    정규화된 시간영역 신호의 카운트값, P파의 속도와 감쇄비, 공진시간이 포함되는 것인 뒷채움재 채움 상태 평가 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 정규화된 시간영역 신호의 카운트값은,
    정규화된 시간영역 신호에서 1㎳ 이후 최대값의 10%에 해당되는 카운트값(Count 10% after 10㎳)인 뒷채움재 채움 상태 평가 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 P파의 속도와 감쇄비는,
    충격 반향 시험의 수행 결과를 통해 도출된 시간영역 신호에 대한 푸리에 변환을 통해 도출되는 것인 뒷채움재 채움 상태 평가 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 '뒷채움재가 주입되어 있지 않은 세그먼트'는
    P파의 속도가 3900m/s≤Vp≤4300m/s를 만족하고, 감쇄비가 4% 미만인 뒷채움재 채움 상태 평가 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 공진시간은,
    주파수-시간 그래프에서 가로길이에 해당되는 것인 뒷채움재 채움 상태 평가 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 뒷채움재 채움 상태 평가 장치로 하여금,
    상기 대상 세그먼트를 판단할 때, 상기 뒷채움재 채움 상태 판단 기준의 항목을 모두 만족할 경우에, 상기 대상 세그먼트를 뒷채움재가 주입되어 있는 세그먼트로 판단하는 것인 뒷채움재 채움 상태 평가 장치.
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