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KR-102960385-B1 - Monitoring system for TBM tunnel lining structures using strain sensor

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Abstract

본 발명은 터널 라이닝 시공에 적용되며, 변형율측정센서가 장착되는 복수의 나선형 세그먼트; 상기 나선형 세그먼트에 추력을 인가하는 TBM장치; 및 상기 변형율측정센서로부터 측정된 변형율 측정값을 전달받는 통신부와, 상기 통신부로부터 변형율 측정값을 전달받아 기 설정된 임계치와 비교하여 이를 초과하는 경우 경고신호를 도출하는 분석부와, 상기 분석부의 경고신호에 따라 경고신호를 출력하는 알람부를 포함하는 중앙서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형율측정센서를 이용한 TBM 터널 라이닝 구조물 모니터링 시스템에 관한 것이다.

Inventors

  • 김재관
  • 남동우
  • 이우혁

Assignees

  • 주식회사 이제이텍

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20251118

Claims (8)

  1. 터널 라이닝 시공에 적용되며, 변형율측정센서가 장착되는 복수의 나선형 세그먼트; 상기 나선형 세그먼트에 추력을 인가하는 TBM장치; 및 상기 변형율측정센서로부터 측정된 변형율 측정값을 전달받는 통신부와, 상기 통신부로부터 변형율 측정값을 전달받아 기 설정된 임계치와 비교하여 이를 초과하는 경우 경고신호를 도출하는 분석부와, 상기 분석부의 경고신호에 따라 경고신호를 출력하는 알람부와, 상기 TBM장치에 있어 해당 나선형 세그먼트의 추력을 제어토록 하는 제어부를 포함하는 중앙서버;를 포함하며, 상기 변형율측정센서는 상기 TBM장치에서 해당 나선형 세그먼트로 추력 인가시 해당 나선형 세그먼트의 변형율 측정값을 도출하며, 상기 통신부는 상기 변형율측정센서로부터 측정된 변형율 측정값을 전달받고, 상기 분석부는 상기 통신부로부터 변형율 측정값을 전달받아 기 설정된 임계치와 비교하여 이를 초과하는 경우 제어신호를 출력하며, 상기 제어부는 상기 분석부에서 제어신호를 전달받아 상기 TBM장치에 있어 해당 나선형 세그먼트의 추력을 제어토록 하고, 상기 나선형 세그먼트에는 위치별로 복수의 변형율측정센서가 장착되며, 상기 분석부는 나선형 세그먼트에서 특정 위치의 변형율 측정값이 기 설정된 임계치와 비교하여 이를 초과하는 경우 제어신호를 출력하고, 상기 제어부는 해당 나선형 세그먼트에 추력을 인가하는 1군의 추진잭 중 특정 위치에 해당하는 추진잭을 정지시키는 것을 특징으로 하는 변형율측정센서를 이용한 TBM 터널 라이닝 구조물 모니터링 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 나선형 세그먼트는, 콘크리트부와, 상기 콘크리트부 내부에 배근되는 철근과, 철근 사이에 고정끈을 이용하여 고정되는 변형율측정센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형율측정센서를 이용한 TBM 터널 라이닝 구조물 모니터링 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 변형율측정센서가 고정되는 철근 사이에는 콘크리트 타설시 변형율측정센서에 직접타격을 제어하기 위한 보호부가 더 장착됨을 특징으로 하는 변형율측정센서를 이용한 TBM 터널 라이닝 구조물 모니터링 시스템.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 보호부는, 끝단이 철근에 착탈되는 복수의 다리와 상기 다리 상단에서 곡면을 형성하며 하부에 이격된 위치에 변형율측정센서가 구성되도록 하는 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형율측정센서를 이용한 TBM 터널 라이닝 구조물 모니터링 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 보호부는 콘크리트 타설과정에서 변형율측정센서가 매립된 후에 철근으로부터 탈착되도록 하는 것을 특징으로 하는 변형율측정센서를 이용한 TBM 터널 라이닝 구조물 모니터링 시스템.

Description

변형율측정센서를 이용한 TBM 터널 라이닝 구조물 모니터링 시스템{Monitoring system for TBM tunnel lining structures using strain sensor} 본 발명은 변형율측정센서를 이용하여 TBM 터널 라이닝 시공시 또는 시공 후에 각 나선형 세그먼트의 이상유무가 모니터링 될 수 있는 시스템에 관한 것이다. 통상적으로, TBM(Tunnel Boring Machine)은 전단에서 커터헤드의 회전에 의한 굴착과 동시에 후단에서 세그먼트 이렉터 등에 의해 나선형 세그먼트를 조립하여 라이닝이 시공되도록 하는 것이다. 이러한 TBM장치를 이용한 공법의 예로 대한민국 공개특허 10-2025-0060332호에서는 TBM 굴착 후 나선형 라이닝을 연속적으로 시공하기 위하여 세그먼트를 설치할 부분의 추진잭 그룹을 후퇴시킬때 이 추진잭 그룹을 제외한 나머지 추진잭 그룹이 인가하는 추력(thrust force)을 선형함수를 이용하여 최적화하는 방법이고, 여러 추진잭 그룹이 순차적으로 후퇴할 때 추력의 중심(CoT(x), CoT(y))이 일정하게 유지되고 추진잭 그룹이 인가하는 추력의 합력(Farea-consecutive)이 최대로 유지되며, 추력의 분포가 선형 함수를 따른다는 조건하에서 상기 나머지 추진잭 그룹의 추력을 최적으로 제어하는, 쉴드 TBM 연속굴착을 위한 추진잭 제어 선형함수 최적화 방법을 제시하고 있다. 그런데 상기 기술의 경우 각 나선형 세그먼트의 시공시에 추력 또는 시공 후에 상재하중 등 외력에 의해 이상이 발생되는 경우 이를 자동적으로 모니터링 할 수 있는 어떠한 기술의 제시가 없다. 도 1은 본 발명의 기본예를 나타내는 개략도. 도 2는 나선형 세그먼트에 의해 터널라이닝이 시공되는 예를 도시한 도면. 도 3은 도 1에 도시된 실시예에 의해 구현되는 예를 도시한 도면. 도 4는 본 발명의 일 구성으로 나선형 세그먼트의 일 예를 도시한 도면. 도 5는 도 4에 도시된 실시예의 제조과정을 나타내는 개략도. 도 6은 도 5에 도시된 보호부가 장착된 상태를 나타내는 도면. 도 7은 도 5에 도시된 보호부를 나타내는 사시도. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 본 발명의 시스템(1)은 도 1에서 보는 바와 같이 터널 라이닝 시공에 적용되며, 변형율측정센서(22)가 장착되는 복수의 나선형 세그먼트(2); 상기 나선형 세그먼트(2)에 추력을 인가하는 TBM장치(3); 및 상기 변형율측정센서(22)로부터 측정된 변형율 측정값을 전달받는 통신부(51)와, 상기 통신부(51)로부터 변형율 측정값을 전달받아 기 설정된 임계치와 비교하여 이를 초과하는 경우 경고신호를 도출하는 분석부(52)와, 상기 분석부(52)의 경고신호에 따라 경고신호를 출력하는 알람부(54)를 포함하는 중앙서버(5);를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 나선형 세그먼트(2)는 상기 TBM장치(3) 등에 의해 공지의 방법으로 터널 라이닝 시공되도록 하는 것이다. 이러한 나선형 세그먼트(2)에는 변형율측정센서(22)가 장착되도록 하여 이하에서 설명하는 바와 같이 시공시에는 각 나선형 세그먼트(2)에 인가되는 추력에 의한 변형율을 모니터링 하도록 하고, 시공후에는 각 나선형 세그먼트(2)에 인가되는 외력 등에 의한 변형율이 모니터링 되도록 하는 것이다. 상기 변형율측정센서(22)는 공지의 센서가 적용될 수 있으며, 데이터로거 등을 포함하여 측정된 변형율값을 이하에서 설명하는 중앙서버(5)로 송신토록 할 수 있는데, 이러한 기술은 공지기술로서 그 상세 설명은 생략한다. 상기 변형율측정센서(22)는 도면에서 보는 바와 같이 나선형 세그먼트(2)에서 복수로 구성되어 특정 부분에서의 과도한 추력인가 또는 과도한 외력에 의한 변형을 센싱할 수 있도록 할 수 있다. 이러한 변형율측정센서(22)는 도면에서 보는 바와 같이 나선형 세그먼트(2)에 매립되도록 프리캐스트 화 할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한 상기 변형율측정센서(22)에는 고유ID가 부여되도록 하여 변형율 측정값이 어떤 위치의 나선형 세그먼트(2)로부터의 측정값이 인지되도록 하며, 상기와 같이 복수의 변형율측정센서(22)가 구성되는 경우는 변형율 측정값이 어떤 위치의 나선형 세그먼트(2)에서 어떤 위치로부터의 측정값인지 인지되도록 하는 것이 타당하다. 상기 TBM장치(3)는 공지의 장치로 터널을 연속 굴착하면서 나선형 세그먼트(2)를 굴착된 터널에 장착하여 라이닝이 시공되도록 하는 장치에 해당한다. 도면에 도시된 바는 없으나 전단에 커터헤드가 구성되며, 후단에 나선형 세그먼트(2)를 굴착된 터널에 장착시키는 구성으로 세그먼트 이렉터(31), 추진잭(33) 및 이러한 구성을 제어하는 장치제어부(32) 등이 포함된다. 이중 세그먼트 이렉터(31)는 나선형 세그먼트(2)를 파지하여 정확한 위치에 안치토록 하는 구성에 해당하는데, 이는 공지의 구성에 해당하여 상세 설명은 생략한다. 상기 중앙서버(5)에는 상기 변형율측정센서(22)로부터 측정된 변형율 측정값을 전달받는 통신부(51)와, 상기 통신부(51)로부터 변형율 측정값을 전달받아 기 설정된 임계치와 비교하여 이를 초과하는 경우 경고신호를 도출하는 분석부(52)와, 상기 분석부(52)의 경고신호에 따라 경고신호를 출력하는 알람부(54)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 변형율측정센서(22)는 해당 나선형 세그먼트(2)의 시공후 변형율 측정값을 도출하며, 이러한 변형율측정값은 상기 통신부(51)를 통해 상기 분석부(52)로 전달되고, 상기 분석부(52)에서는 기 설정된 임계치와 비교하여 해당 나선형 세그먼트(2)의 이상유무를 판별토록 할 수 있도록 하는 것이다. 이를 위해 상기 분석부(52)에서는 전달받은 변형율 측정값을 기 설정된 임계치와 비교하여 이를 초과하는 경우 경고신호를 도출하게 되는 것이고, 이에 알람부(54)는 경고신호를 출력하게 되는데, 경고신호는 경고음 또는 경고등과 해당 나선형 세그먼트(2)의 현시 등이 될 수 있다. 이에 관리자 등은 경고신호에 따라 이상이 발생된 나선형 세그먼트(2)만의 교체를 통해 유지 및 관리의 용이성이 도모될 수 있는 것이다. 여기서 임계치는 시공 후에 발생되는 변형율의 임계치로 이하에서 설명하는 시공시 임계치와 동일하게 설정하여도 되고, 이를 달리하여 설정할 수 있음은 당연하다. 한편 도 2에서 보는 바와 같이 터널라이닝이 직선구간(A)의 경우 나선형 세그먼트(2)의 규격을 통일할 수 있으나, 곡선구간(B)에서는 곡률 등 나선형 세그먼트(2)의 규격이 달라지게 된다. 이에 곡선구간(B)에 시공될 나선형 세그먼트(2)는 곡률 등 규격이 다른데, 직선구간(A)에 시공될 나선형 세그먼트(2)와 같이 TBM장치(3)에서 추력을 인가하는 경우 규격이 다름에 의해 너무 작은 추력이 인가될 수도 있고 너무 큰 추력이 인가될 수도 있는데, 특히 너무 큰 추력이 인가되는 경우 해당 나선형 세그먼트(2)에 변형, 파괴 등의 문제가 발생될 수 있다. 이러한 점을 해결하기 위해 상기 변형율측정센서(22)에서는 상기 TBM장치(3)에서 해당 나선형 세그먼트(2)로 추력 인가시 해당 나선형 세그먼트(2)의 변형율 측정값도 도출되도록 한다. 이에 더하여 상기 중앙서버(5)에는 상기 TBM장치(3)에 있어 해당 나선형 세그먼트(2)로의 추력을 제어토록 하는 제어부(53)가 더 포함되도록 한다. 이러한 구성에 의해 상기 변형율측정센서(22)는 상기 TBM장치(3)에서 해당 나선형 세그먼트(2)로 추력 인가시 해당 나선형 세그먼트(2)의 변형율 측정값을 도출하며, 상기 통신부(51)는 상기 변형율측정센서(22)로부터 측정된 변형율 측정값을 전달받고, 상기 분석부(52)는 상기 통신부(51)로부터 변형율 측정값을 전달받아 기 설정된 임계치와 비교하여 이를 초과하는 경우 제어신호를 출력하며, 상기 제어부(53)는 상기 분석부(52)에서 제어신호를 전달받아 상기 TBM장치(3)에 있어 해당 나선형 세그먼트(2)의 추력을 제어토록 하는 것이다. 상기 분석부(52)는 상기 통신부(51)로부터 해당 나선형 세그먼트(2)로부터 변형율 측정값을 전달받아 기 설정된 임계치와 비교하여 이를 초과하는 경우 제어신호를 출력토록 하는 것인데, 여기서 기 설정된 임계치라함은 측정된 변형율이 임계치를 초과하는 경우 과도한 변형, 파손 등이 문제가 야기될 수 있는 한계 변형율을 설정하는 것이다. 상기 제어부(53)는 상기 분석부(52)에서 제어신호를 전달받아 상기 TBM장치(3)에 있어 해당 나선형 세그먼트(2)로의 추력을 제어토록 하는 것으로, 해당 나선형 세그먼트(2)에 인가되는 추력을 낮추어 추력에 의한 나선형 세그먼트(2)의 과도한 변형, 파괴 등을 제어토록 하기 위한 것이다. 상기 제어부(53)는 상기 장치제어부(32)를 제어하여 추력이 제어되도록 한다. 추력을 낮추는 정도는 다양한 방법으로 수행되어질 수 있는데, 예로 기 설정한 제어값에 의할 수 있으며 제어값은 임계치를 초과한 복수의 구간과 각 구간에 따라 저하시키는 추력값을 정하고, 제어부(53)는 이에 따라 추력을 제어할 수 있다. 또한 이러한 제어의 예로 도 3에서 보는 바와 같이 상기 나선형 세그먼트(2)에는 위치별로 복수의 변형율측정센서(22)가 장착되도록 하며, 상기 분석부(52)는 나선형 세그먼트(2)에서 특정 위치의 변형율 측정값이 기 설정된 임계치와 비교하여 이를 초과하는 경우 제어신호를 출력하고, 상기 제어부(53)는 해당 나선형 세그먼트(2)에 추력을 인가하는 1군의 추진잭(33) 중 특정 위치에 해당하는 추진잭(33)을 정지시키는 것을 특징으로 한다. 도 3에서 보는 바와 같이 해당 나선형 세그먼트(2)에 추력을 인가시 도면상 상,하로 3개의 변형율측정센서(22)가 구성되어 3개의 위치에서 추력인가에 따른 변형율 측정이 가능하도록 하는 것이며, 변형율 측정결과 도면상 최하단의 변형율측정센서(22)로부터의 측정값이 임계값을 초과하는 경우 상기 분석부(52)의 제어신호에 의해 상기 제어부(5