BACKFILL MATERIAL GROUTING CONDITION EVALUATION METHOD FOR SHIELD TBM TUNNEL SEGMENT, AND BACKFILL MATERIAL GROUTING CONDITION EVALUATION DEVICE USING SAME

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 'μ_Void＜μ_Test'이다.

다음, '공진시간'의 뒷채움재 채움 상태 판단 기준은 'μ_Void＞μ_Test'이다.

마지막으로, 'Count 10% after 1ms'의 뒷채움재 채움 상태 판단 기준은 '6＞μ_Test'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.