레이저 스캐닝 기술을 이용한 기존 터널 상부굴착에 따른 라이닝 거동 분석 Analyses of Existing Tunnel Liner Behaviors Caused by Excavation of Upper Layer with Using Laser Scanning Technology원문보기
본 논문에서는 굴착 및 가시설 설치로 인한 기존 지하철 터널 라이닝에 발생되는 균열에 대한 모니터링과 분석을 실시하였다. 균열은 터널의 확폭부 근처에서 발생하였다. 균열 게이지, 내부변위계, 3D레이저 스캐너 같은 여러 계측 장비들은 발생된 균열과 균열이 터널에 미치는 영향에 대해 모니터링 하기 위해 설치되었다. 라이닝의 변형과 균열의 추가적인 확장 상태를 파악하기 위하여 균열 게이지와 내부변위계로 현장 계측을 실시하였다. 전체적인 변상 평가를 위하여 3D 레이저 스캐너를 활용하였다. 스캐너 데이터로부터 터널과 철도의 전체적인 변상 상태를 평가하였다. 지하 공사시 지반의 불연속성으로 인해 균열확장의 정확한 변형을 측정하는 것은 어려운 일이다. 본 논문에서는 터널 라이닝의 변형과 레일에 미치는 영향에 대하여 기존 계측방법과 전체적인 변상 상태에 대하여 분석하였다.
본 논문에서는 굴착 및 가시설 설치로 인한 기존 지하철 터널 라이닝에 발생되는 균열에 대한 모니터링과 분석을 실시하였다. 균열은 터널의 확폭부 근처에서 발생하였다. 균열 게이지, 내부변위계, 3D레이저 스캐너 같은 여러 계측 장비들은 발생된 균열과 균열이 터널에 미치는 영향에 대해 모니터링 하기 위해 설치되었다. 라이닝의 변형과 균열의 추가적인 확장 상태를 파악하기 위하여 균열 게이지와 내부변위계로 현장 계측을 실시하였다. 전체적인 변상 평가를 위하여 3D 레이저 스캐너를 활용하였다. 스캐너 데이터로부터 터널과 철도의 전체적인 변상 상태를 평가하였다. 지하 공사시 지반의 불연속성으로 인해 균열확장의 정확한 변형을 측정하는 것은 어려운 일이다. 본 논문에서는 터널 라이닝의 변형과 레일에 미치는 영향에 대하여 기존 계측방법과 전체적인 변상 상태에 대하여 분석하였다.
This paper deals with inspecting and monitoring cracks developed on a subway tunnel liner during the construction of temporary supports and excavation. The cracks have developed near a enlarged part of the tunnel. Several measurements, crack gauge, internal displacement measurement, 3-D laser scanne...
This paper deals with inspecting and monitoring cracks developed on a subway tunnel liner during the construction of temporary supports and excavation. The cracks have developed near a enlarged part of the tunnel. Several measurements, crack gauge, internal displacement measurement, 3-D laser scanner have been conducted to monitor the progress of cracks and effects of them on the tunnel. Local measurement, additional propagation of cracks and deformation of liner, have been conducted by crack gauge and internal displacement measurement. Global inspection has been conducted by 3-D laser scanner. From the scanned data, occurrence of global deformation of tunnel and rail has been evaluated. Because of limited sequence of construction at the ground, no apparent deformation of crack propagation has been measured. As presented in this paper, deformation of tunnel liner and effects of rail need to be investigated in view of local and global aspects.
This paper deals with inspecting and monitoring cracks developed on a subway tunnel liner during the construction of temporary supports and excavation. The cracks have developed near a enlarged part of the tunnel. Several measurements, crack gauge, internal displacement measurement, 3-D laser scanner have been conducted to monitor the progress of cracks and effects of them on the tunnel. Local measurement, additional propagation of cracks and deformation of liner, have been conducted by crack gauge and internal displacement measurement. Global inspection has been conducted by 3-D laser scanner. From the scanned data, occurrence of global deformation of tunnel and rail has been evaluated. Because of limited sequence of construction at the ground, no apparent deformation of crack propagation has been measured. As presented in this paper, deformation of tunnel liner and effects of rail need to be investigated in view of local and global aspects.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 상시점검의 목적이 아니라 특별한 이벤트가 발생한 현장에 대한 적용결과이다. 기존의 터널유지관리 계측과 레이저 스캐닝 기술을 활용하는 기술간의 연계성을 바탕으로 특별한 이벤트 발생구간에 대한 점검 및 분석결과를 제시하였다.
본 구간은 철도역사 인근이므로 터널의 변상에 따른 궤도에 미치는 영향 또한 조사하였다. GRP 1000을 이용하여 검측구간 내에서의 궤간의 변화, 수평 및 수직 변위, 캔트의 변위 등을 검측하였다.
제안 방법
(1) 본 연구에서는 터널 단면상에 발생하는 균열 및 변상 등을 파악하고 관리하는데 있어 기존에 널리 적용되는 내공변위계 및 균열계 이외에 3차원 레이저 스캐닝 기법을 적용하였다. 운행중인 지하철 터널의 상부 굴착시공 현장을 대상으로, 기 설치된 내공변위계 및 주요 균열부에 신규 설치한 균열계를 이용 하되, 전체 터널 라이닝 단면을 대상으로 3차원 레이져 스캐닝을 수행하고 그 결과를 기존의 외관망도 형태와 동일한 2차원 전개도 형식으로 표현하여 전체적인 균열 및 변상 관리를 수행하였다.
(2) 연구대상 현장에서 총 2차례에 걸쳐 터널 라이닝 단면에 대한 3차원 레이저 스캐닝을 수행하였다. 운행 중인 지하철 터널 상부에 지하차도 공사를 위하여 시공된 가시설 및 터파기 공사중에 발생한 터널 내균열에 대한 검측결과, 균열의 정확한 발생 원인이 파악되지 않은 상황에서 공사로 인하여 발생한 균열의 발전여부에 대한 모니터링을 위하여 내공변위계, 균열계, 그리고 3차원 레이저 스캐닝 기술을 이용하여 종합적인 검토를 수행하였다.
해당구간에 적용한 레이저 스캐너는 GRP 1000과 5000을 사용하였다. GRP 1000 시스템을 이용하여 궤도의 변형을 측정하였으며, GRP 5000 시스템으로는 터널에 대한 3차원 스캐닝을 실시하였다. GRP 5000에 적용되는 레이저 스캐너는 독일 Z+F사의 제품을 사용하는데 거리측정 정밀도가 25m 거리에서 반사율 10% 타겟 측정시 3mm 수준이며 10m 거리에서는 1.
본 구간은 철도역사 인근이므로 터널의 변상에 따른 궤도에 미치는 영향 또한 조사하였다. GRP 1000을 이용하여 검측구간 내에서의 궤간의 변화, 수평 및 수직 변위, 캔트의 변위 등을 검측하였다. 해당결과는 그림 10에서 확인할 수 있으며 전체적으로 오차범위이내의 값이 계측되었다.
1에서와 같이 설치하였다. 가시설 설치이후 장비를 이용하여 연암 및 보통암 수준의 암층을 파쇄하면서 굴착을 진행하였다. 이러한 과정에서 가시설 설치위치에서 5.
따라서 본 연구에서는 상시점검의 목적이 아니라 특별한 이벤트가 발생한 현장에 대한 적용결과이다. 기존의 터널유지관리 계측과 레이저 스캐닝 기술을 활용하는 기술간의 연계성을 바탕으로 특별한 이벤트 발생구간에 대한 점검 및 분석결과를 제시하였다.
터널 직상부 공사로 인하여 변상이 발생한 터널에는 내공변위계와 균열계의 설치와 더불어 레이저 스캐닝 기술을 이용하여 상태를 점검하였다. 내공변위계는 균열이 발생한 인접구간에 기 설치되었으며 균열계는 균열발생이후 관측된 균열에 부착되어 균열의 진행성을 확인하였다. 그리고 레이저 스캐닝 기술로는 균열의 발생으로 인한 라이닝의 변형유무를 목표로 수행되었다.
(2) 연구대상 현장에서 총 2차례에 걸쳐 터널 라이닝 단면에 대한 3차원 레이저 스캐닝을 수행하였다. 운행 중인 지하철 터널 상부에 지하차도 공사를 위하여 시공된 가시설 및 터파기 공사중에 발생한 터널 내균열에 대한 검측결과, 균열의 정확한 발생 원인이 파악되지 않은 상황에서 공사로 인하여 발생한 균열의 발전여부에 대한 모니터링을 위하여 내공변위계, 균열계, 그리고 3차원 레이저 스캐닝 기술을 이용하여 종합적인 검토를 수행하였다. 이를 통해 전체 변상에 대한 정량적 관리 및 터널 단면의 변위거동, 세부 균열에 대한 확장 여부 등을 효과적으로 판단할 수 있었다.
(1) 본 연구에서는 터널 단면상에 발생하는 균열 및 변상 등을 파악하고 관리하는데 있어 기존에 널리 적용되는 내공변위계 및 균열계 이외에 3차원 레이저 스캐닝 기법을 적용하였다. 운행중인 지하철 터널의 상부 굴착시공 현장을 대상으로, 기 설치된 내공변위계 및 주요 균열부에 신규 설치한 균열계를 이용 하되, 전체 터널 라이닝 단면을 대상으로 3차원 레이져 스캐닝을 수행하고 그 결과를 기존의 외관망도 형태와 동일한 2차원 전개도 형식으로 표현하여 전체적인 균열 및 변상 관리를 수행하였다.
터널 직상부 공사로 인하여 변상이 발생한 터널에는 내공변위계와 균열계의 설치와 더불어 레이저 스캐닝 기술을 이용하여 상태를 점검하였다.
대상 데이터
본 논문에서의 조사현장은 기존 터널 직상부에 지하보도 설치공사 구간의 한 부분으로서 현재 운행중인 터널의 천단부에서 약 12m 이격되어 있다. 운영중인 기존 역사와 지상구간을 연결하는 연결통로이므로 상대적으로 굴착심도가 그리 깊지 않으며, 지반의 조건도 보통암 이상 수준으로써 상대적으로 양호한 현장여건이다.
해당구간에 적용한 레이저 스캐너는 GRP 1000과 5000을 사용하였다. GRP 1000 시스템을 이용하여 궤도의 변형을 측정하였으며, GRP 5000 시스템으로는 터널에 대한 3차원 스캐닝을 실시하였다.
성능/효과
(3) 균열발생이후 추가공사에도 불구하고 내공변위계와 균열계에서 계측된 결과값들은 내공변위의 의미 있는 발생이나 균열의 추가진전을 나타내고 있지는 않고 있다. 이와 더불어 3차원 레이저 스캐닝의 결과에서도 확인할 수 있듯이 1차 및 2차 계측결과로부터 도출된 내공단면의 변위양상은 계측기의 오차 수준이내임을 확인할 수 있었으며 또한 터널 라이닝의 변상으로 인한 궤도의 변형여부를 확인한 결과 큰 특이사항은 발생하지 않았음을 확인하였다.
계측기별 1차 관리기준(균열계 : ±0.2mm, 내공변위계 : ±3mm) 이내에서 변위가 안정적으로 발생하는 것을 확인할 수 있다.
2mm, 내공변위계 : ±3mm) 이내에서 변위가 안정적으로 발생하는 것을 확인할 수 있다. 균열계의 경우 굴착공사 진행에 따라 균열이 지속적으로 증가하고 있는 경향을 나타내고 있는 상태이며, 내공변위계는 X축방향의 변위가 Y축 방향의 변위보다 크게 발생되고 있음을 확인하였다.
그러나, 이러한 방법에서는 일정 기간별 세부 균열 및 변상에 대한 변화를 정확히 표현하는데 한계가 있으며, 균열 및 변상의 수가 많아진다면 이에 대한 정량적 관리가 불가능해 지는 기술적 한계가 있다. 이러한 상황에서 본 연구에서와 같이 기존 내공변위계 및 균열계에 3차원 레이저 스캐닝 기법을 접목시킴으로서 전체적인 균열 및 변상관리의 정확성을 향상시킬 수 있으며 다수의 특정 손상에 대한 정량적 추적관리가 가능함을 알 수 있었다.
운행 중인 지하철 터널 상부에 지하차도 공사를 위하여 시공된 가시설 및 터파기 공사중에 발생한 터널 내균열에 대한 검측결과, 균열의 정확한 발생 원인이 파악되지 않은 상황에서 공사로 인하여 발생한 균열의 발전여부에 대한 모니터링을 위하여 내공변위계, 균열계, 그리고 3차원 레이저 스캐닝 기술을 이용하여 종합적인 검토를 수행하였다. 이를 통해 전체 변상에 대한 정량적 관리 및 터널 단면의 변위거동, 세부 균열에 대한 확장 여부 등을 효과적으로 판단할 수 있었다.
(3) 균열발생이후 추가공사에도 불구하고 내공변위계와 균열계에서 계측된 결과값들은 내공변위의 의미 있는 발생이나 균열의 추가진전을 나타내고 있지는 않고 있다. 이와 더불어 3차원 레이저 스캐닝의 결과에서도 확인할 수 있듯이 1차 및 2차 계측결과로부터 도출된 내공단면의 변위양상은 계측기의 오차 수준이내임을 확인할 수 있었으며 또한 터널 라이닝의 변상으로 인한 궤도의 변형여부를 확인한 결과 큰 특이사항은 발생하지 않았음을 확인하였다.
후속연구
자동화 장치를 이용하더라도 해당기술의 기반이 되는 내용이 결국에는 영상과 레이저 센서 기술이다. 향후 자동화를 위해서라도 영상 및 레이저 기반기술의 성숙도가 지원 되어야 하며 그 이전에 해당 기술에 대한 적극적인 활용이 선행되어야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
터널 점검의 특징은 무엇인가?
터널의 유지보수에 있어 터널 점검은 초기단계이며 중요한 단계중의 하나이다. 주로 터널 점검은 사람에 의해 수행이 되며 목측에 의한 라이닝의 상태 파악과 강도 및 탄산화 측정이 라이닝의 건전도 평가의 중요한 방법이다. 특히 라이닝의 표면 점검은 주로 시각적인 평가에 의해 이루어지므로 정량화된 지표의 설정 및 다수 검측 데이터의 비교분석이 어려운 상황이다.
라이닝의 표면 점검 시 발생하는 문제점을 극복하기 위하여 최근에는 어떤 기술이 적용되고 있는가?
특히 라이닝의 표면 점검은 주로 시각적인 평가에 의해 이루어지므로 정량화된 지표의 설정 및 다수 검측 데이터의 비교분석이 어려운 상황이다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 최근에는 영상 및 레이저 기반의 터널 스캐닝 기술을 이용하여 터널의 상태를 평가하기 위한 다양한 기술이 적용되고 있다
라이닝의 표면 점검 시 발생하는 문제점은 무엇인가?
주로 터널 점검은 사람에 의해 수행이 되며 목측에 의한 라이닝의 상태 파악과 강도 및 탄산화 측정이 라이닝의 건전도 평가의 중요한 방법이다. 특히 라이닝의 표면 점검은 주로 시각적인 평가에 의해 이루어지므로 정량화된 지표의 설정 및 다수 검측 데이터의 비교분석이 어려운 상황이다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 최근에는 영상 및 레이저 기반의 터널 스캐닝 기술을 이용하여 터널의 상태를 평가하기 위한 다양한 기술이 적용되고 있다
참고문헌 (9)
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