터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템

터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템{EXCAVATION STATUS MONITORING SYSTEM FOR TUNNEL BORING MACHINE}

본 발명은, 터널 굴진기(tunnel 掘進機)의 굴삭상황 감시 시스템(掘削狀況 監視 system)에 관한 것으로서, 특히 진동(振動) 또는 음파(音波)를 검출하는 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템에 관한 것이다.

음파를 검출하는 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템이 종래부터 알려져 있다. 이러한 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템은, 예를 들면 일본국 특허 제3275085호 공보에 개시되어 있다.

일본국 특허 제3275085호 공보에는, 커터헤드(cutter head)(커터 페이스(cutter face))의 배면(背面)에 있어서 밀폐챔버(密閉chamber)의 후부(後部)의 분리벽(分離壁)에 부착된 음파센서(音波sensor)와, 음파센서에 의하여 검출된 음파(신호)에 의거하여 음성으로 출력하는 스피커(speaker)를 구비한 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템이 개시되어 있다. 이 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템에서는, 커터헤드의 배면에 있어서 밀폐챔버의 후부의 분리벽에 부착된 음파센서에 의하여 커터헤드에 의한 터널내 흙의 굴삭음(掘削音)을 검출함과 아울러 그 검출신호를 스피커에 의하여 음성으로 출력함으로써 청각적으로 굴삭상황을 파악할 수 있다.

그러나 일본국 특허 제3275085호 공보의 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템에서는, 음파센서가 커터헤드로부터 밀폐챔버를 사이에 둔 후방의 위치(분리벽)에 배치되어 있기 때문에, 커터헤드에 의한 터널내 흙의 굴삭음(음파신호)이 음파센서에 도달할 때까지 감쇠해 버리는 단점이 있다. 이 때문에 일본국 특허 제3275085호 공보의 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템에서는, 커터헤드가 돌멩이 등의 방해물에 접촉하였을 경우에, 정확한 음파신호의 검출이 곤란하다. 그 결과 커터헤드에 의한 터널내 흙의 굴삭음에 의거하여 음성으로 출력하는 경우에, 굴삭상황(돌멩이 등의 방해물의 유무)을 청각적으로 정확하게 파악하기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 하나의 목적은, 굴삭상황(돌멩이 등의 방해물의 유무)을 청각적으로 정확하게 파악하는 것이 가능한 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 1국면에 있어서의 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템은, 터널 굴진기의 커터헤드에 부착되고, 진동을 검출하는 가속도계 또는 음파를 검출하는 음향센서로 이루어지는 검출부와, 검출부에 의하여 검출된 신호를 음성으로 출력하는 음성출력부를 구비하고 있다.

본 발명의 1국면에 의한 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템에서는, 상기한 바와 같이 진동을 검출하는 가속도계 또는 음파를 검출하는 음향센서로 이루어지는 검출부를 터널 굴진기의 커터헤드에 부착함으로써, 검출부를 커터헤드의 배면에 있어서 밀폐챔버의 후부의 분리벽에 부착하는 경우와 달리 검출부를 커터헤드에 있어서 막장에 접하는 전면의 부근(근방)에 배치할 수 있기 때문에, 커터헤드에 의한 터널내의 흙의 굴삭음이나 굴삭진동 등의 검출신호가 검출부에 도달할 때까지 감쇠되어 작아지는(약해지는) 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 커터헤드에 의한 터널내의 흙의 굴삭음이나 굴삭진동을 검출부에 의하여 정확하게 검출할 수 있기 때문에, 커터헤드가 돌멩이 등의 방해물에 접촉하였을 경우에, 커터헤드에 의한 터널내의 흙의 굴삭음이나 굴삭진동에 의거하여 음성출력부로부터 음성을 출력함으로써 굴삭상황(돌멩이 등의 방해물의 유무)을 청각적으로 정확하게 파악할 수 있다. 그 결과 커터헤드가 돌멩이 등의 방해물에 접촉하였을 경우에, 굴삭상황(돌멩이 등의 방해물의 유무)을 청각적으로 더 신속하고 또한 정확하게 파악할 수 있기 때문에, 커터헤드(커터 비트 등)의 파손이 발생하기 전에 더 신속하게 운전조건을 조정할 수 있다. 또한 회전체인 커터헤드에 검출부를 부착함으로써, 검출부를 커터헤드의 배면에 있어서 밀폐챔버의 후부의 분리벽(정지체)에 부착하는 경우와 달리 커터헤드의 회전에 따라 막장에 대한 검출부의 위치가 변화(회전이동)되기 때문에, 검출부의 부착위치와 커터헤드의 회전각도에 의거하여 돌멩이 등의 방해물이 막장의 어느 위치에 존재하는지를 파악할 수 있다.

상기 1국면에 의한 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템에 있어서 바람직하게는, 검출부는 리얼타임 진단용의 제1검출부를 포함하고, 제1검출부에 의하여 검출된 신호는 음성출력부로 송신되어 리얼타임으로 음성으로 출력되도록 구성되어 있다. 이렇게 구성하면, 리얼타임 진단용의 제1검출부에 의하여 검출된 신호에 의거하여 리얼타임의 음성출력에 의하여 더 신속하게 굴삭상황(돌멩이 등의 방해물의 유무)을 파악하여 방해물에 대하여 더 신속하게 대응할 수 있다.

상기 1국면에 의한 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템에 있어서 바람직하게는, 검출부는, 커터헤드의 서로 다른 반경위치에 복수 개 배치되어 있다. 이렇게 구성하면, 복수의 검출부의 각각의 부착위치와 커터헤드의 회전각도에 의거하여 돌멩이 등의 방해물이 막장의 어느 위치에 어느 정도의 크기로 존재하는지를 정확하게 파악할 수 있다. 또한 검출부를 커터헤드의 서로 다른 반경위치에 복수 개 배치함으로써, 커터 토크나 터널 굴진기의 추진력의 값에 의거하여 방해물의 유무를 검출하는 경우와 달리 막장의 일부분에만 국소적으로 방해물이 존재하는 경우에 전체의 토크나 추진력에 거의 영향을 끼치지 않는 경우에도, 서로 다른 반경위치에 배치된 복수의 검출부에 의하여 용이하게 방해물을 검출할 수 있다.

이 경우에 바람직하게는, 커터헤드의 서로 다른 반경위치에 배치된 복수의 검출부는, 커터헤드의 서로 다른 회전각도위치에 배치되어 있다. 이렇게 구성하면 복수의 검출부를 서로 이간된 회전각도위치에 배치할 수 있기 때문에, 복수의 검출부 중에서 돌멩이 등의 방해물이 존재하는 위치에 가까운 검출부를 용이하게 식별할 수 있다. 그 결과, 식별된 검출부의 부착위치(회전각도위치)와 커터헤드의 회전각도에 의거하여 돌멩이 등의 방해물이 막장의 어느 위치에 어느 정도의 크기로 존재하는지를 더 정확하게 파악할 수 있다. 또한 복수의 검출부를 커터헤드의 서로 다른 회전각도위치에 배치함으로써, 동일한 회전각도위치에 복수 개 배치하는 경우보다 더 빠르게 국소적인 방해물이 존재하는 위치에 검출부를 가까이할 수 있기 때문에, 더 신속하게 국소적인 방해물을 검출할 수 있다.

상기 1국면에 의한 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템에 있어서 바람직하게는, 커터헤드에 배치되고 소정의 내부 네트워크 통신을 할 수 있으며 또한 복수의 검출부에 의하여 검출된 신호를 기록하는 데이터 기록부와, 터널 굴진기의 커터헤드보다 후방의 부분에 배치되고 복수의 검출부에 의하여 검출되어 데이터 기록부로부터 내부 네트워크 통신을 통하여 송신된 신호를 수신하는 내부 정보단말장치를 더 구비하고, 검출부에 의하여 검출된 신호를 내부 정보단말장치를 통하여 음성출력부로부터 음성으로 출력하도록 구성되어 있다. 이렇게 구성하면, 복수의 검출부에 의하여 검출된 신호를 커터헤드에 배치된 데이터 기록부에 의하여 일원화할 수 있기 때문에, 복수의 검출부에 의한 검출신호를 용이하게 커터헤드측으로부터 커터헤드보다 후방의 부분에 배치된 내부 정보단말장치로 송신하여 음성으로 출력할 수 있다. 또한 최근의 컴퓨터 기술(데이터 취득 및 데이터 전송기술)의 진보에 의하여, 굴삭진동 데이터 등의 계측에 필요한 10kHz 이상의 샘플링 레이트(데이터 취득 빈도)에 있어서도 데이터 기록부를 통하여 내부 정보단말장치로 데이터 전송이 가능하기 때문에, 데이터 기록부 및 내부 정보단말장치를 통하였더라도 리얼타임에 가까운 상태에서 음성출력을 할 수 있다. 이에 따라 데이터 기록부 및 내부 정보단말장치를 통하였더라도 신속하게 굴삭상황(돌멩이 등의 방해물의 유무)을 파악할 수 있다.

이 경우에 바람직하게는, 검출부 및 데이터 기록부가 배치되는 커터헤드는 회전하도록 구성되어 있고, 회전하는 커터헤드에 배치된 데이터 기록부에 기록된 신호를 내부 네트워크 통신을 통하여 터널 굴진기의 커터헤드보다 후방의 회전하지 않는 부분에 배치된 내부 정보단말장치로 송신할 때에, 회전체로부터 정지체로 신호를 전달하는 신호전달부재를 통하여 신호를 송신함과 아울러, 내부 네트워크 통신에 의한 전기적인 신호를 광신호로 변환하여 내부 정보단말장치측으로 송신하도록 구성되어 있다. 이렇게 구성하면, 검출부 및 데이터 기록부를 회전하는 커터헤드에 배치하였을 경우에도, 신호전달부재를 사용하여 복수의 검출부에 의하여 검출된 신호를 데이터 기록부에 의하여 일원화한 상태에서, 용이하게 회전체인 커터헤드측으로부터 정지체인 후방의 내부 정보단말장치로 송신할 수 있다. 또한 복수의 검출부에 의하여 검출된 신호를 데이터 기록부에 의하여 일원화한 상태에서 회전체인 커터헤드측으로부터 정지체인 후방의 내부 정보단말장치로 송신할 수 있기 때문에, 회전체로부터 정지체로 신호를 전달하는 신호전달부재를 검출부마다 설치할 필요가 없다. 그 결과 복수의 검출부를 커터헤드에 부착한 경우에도, 신호전달부재의 개수가 증가하는 것을 억제할 수 있다. 또한 내부 네트워크 통신에 의한 전기적인 신호를 광신호로 변환하여 내부 정보단말장치측으로 송신함으로써, 커터헤드를 회전시키는 모터 등에 기인하는 노이즈의 영향을 받기 어려운 광신호로 변환한 상태에서 복수의 검출부에 의하여 검출된 신호를 내부 정보단말장치측으로 송신할 수 있기 때문에, 더 선명하게 음성으로 출력할 수 있다. 이것으로도 굴삭상황(돌멩이 등의 방해물의 유무)을 정확하게 파악할 수 있다.

상기 데이터 기록부 및 내부 정보단말장치를 구비한 구성에 있어서 바람직하게는, 터널 굴진기의 외부에 배치되고, 내부 정보단말장치에 의하여 외부 네트워크 통신을 통하여 송신된 신호를 수신하는 외부 정보단말장치를 더 구비한다. 이렇게 구성하면, 터널의 굴삭현장뿐만 아니라 굴삭현장으로부터 떨어진 원격지의 오피스 등에서도, 커터헤드에 부착된 복수의 검출부에 의하여 검출된 신호를 외부 정보단말장치에 의하여 수신할 수 있다. 이에 따라 원격지에 있어서도, 외부 정보단말장치의 수신신호에 의거하여 굴삭현장에서는 곤란한 굴삭상황의 보다 상세한 분석이나 검토를 할 수 있다.

상기 데이터 기록부 및 내부 정보단말장치를 구비한 구성에 있어서 바람직하게는, 검출부는, 사후진단용의 제2검출부를 포함하고, 제2검출부에 의하여 검출된 신호는 데이터 기록부에 기록된 후에 내부 정보단말장치를 통하여 음성출력부로 송신되어 음성으로 출력됨과 아울러, 제2검출부에 의하여 검출되어 내부 정보단말장치에 축적된 신호에 의거하여 사후적으로 진단 가능하게 구성되어 있다. 이렇게 구성하면, 사후진단용의 제2검출부에 의하여 검출되어 데이터 기록부에 기록된 신호를 사용하여 사후적으로 굴삭상황의 상세한 분석이나 검토를 할 수 있다. 또한 상기한 바와 같이 최근의 데이터 취득 및 데이터 전송기술의 진보에 의하여, 데이터 기록부 및 내부 정보단말장치를 통하더라도 리얼타임에 가까운 상태에서 음성으로 출력할 수 있기 때문에, 사후진단용의 제2검출부에 의한 검출신호에 있어서도 신속하게 굴삭상황을 파악할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기한 바와 같이 굴삭상황(돌멩이 등의 방해물의 유무)을 청각적으로 정확하게 파악할 수 있다.

[도1] 본 발명의 1실시형태에 의한 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템의 전체 구성을 나타낸 개략도이다.
[도2] 본 발명의 1실시형태에 의한 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템을 적용하는 터널 굴진기의 내부구성을 나타낸 개략적인 사시도이다.
[도3] 본 발명의 1실시형태에 의한 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템에 있어서의 가속도계의 배치상태를 나타내는 도면이다.
[도4] 본 발명의 1실시형태의 변형예를 나타내는 도면이다.

이하에서는, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.

도1∼도3을 참조하여, 본 발명의 1실시형태에 의한 터널 굴진기(tunnel 掘進機)의 굴삭상황 감시 시스템(掘削狀況 監視 system)(100)의 구성에 대하여 설명한다.

터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템(100)은, 터널 굴진기(1)에 의하여 터널을 굴삭할 때에 돌멩이 등의 지중장해물(地中障害物)(방해물)을 검출하기 위한 시스템이다. 터널 굴진기(1)는, 대구경(大口徑)(지름 약 10m)의 실드 굴진기(shield 掘進機)로서, 밀폐식의 실드공법(shield工法)에 대응하고 있다. 구체적으로는 터널 굴진기(1)는, 도2에 나타나 있는 바와 같이 원통모양의 실드 프레임(shield frame)(11)과, 실드 프레임(11)의 굴진방향의 전단(前端)에 배치된 면반형(面盤型)의 커터헤드(cutter head)(12)와, 커터헤드(12)의 배면(背面)에 위치하는 밀폐챔버(密閉chamber)(13)와, 밀폐챔버(13)의 후부(後部)의 분리벽(分離壁)(14)과, 밀폐챔버(13)내의 굴삭토(掘削土)를 연속적으로 배출하는 스크루 컨베이어(screw conveyor)(15)를 구비하고 있다. 터널 굴진기(1)는, 기내(機內)의 후방(後方)에 배치된 이렉터 장치(erector 裝置)(16)에 의하여 도면에 나타나 있지 않은 세그먼트(segment)를 링(ring)모양(세그먼트링(segment ring))으로 조립하면서 굴진하도록 구성되어 있다.

커터헤드(12)는, 도2에 나타나 있는 바와 같이 굴진방향에서 보았을 때에 원형모양으로 형성되어 있으며, 도면에 나타나 있지 않은 모터(motor)에 의하여 밀폐챔버(13)내에 배치된 회전축부(回轉軸部)(12a)와 함께 원주방향으로 회전되도록 구성되어 있다. 또 실드 프레임(11)이나 분리벽(14)은 회전하지 않는 정지체(靜止體)이다. 커터헤드(12)는, 도2 및 도3에 나타나 있는 바와 같이 방사상(放射狀)으로 연장되는 동시에 45°의 등각도 간격(等角度 間隔)으로 배치된 8개의 커터 스포크(cutter spoke)(121)를 구비하고 있다. 8개의 커터 스포크(121)에는, 각각 반경방향으로 대략 동일한 간격으로 배치된 복수의 디스크 커터(disk cutter)(커터 비트(cutter bit))(122)가 부착되어 있다. 또한 8개의 커터 스포크(121)는, 도2에 나타나 있는 바와 같이 각각 중공부(中空部)(121a)를 구비하고 있다.

여기에서 본 실시형태에서는, 회전체(回轉體)인 커터헤드(12)에는, 도3에 나타나 있는 바와 같이 진동(振動)을 검출하는 6개의 가속도계(加速度計)(21∼26)가 부착되어 있다. 즉 6개의 가속도계(21∼26)는, 커터헤드(12)의 회전에 따라 커터헤드(12)와 함께 회전된다. 6개의 가속도계(21∼26)는, 서로 다른 커터 스포크(121)에 부착됨으로써 커터헤드(12)의 서로 다른 회전각도위치에 배치되어 있다. 구체적으로는 정면(正面)에서 보았을 때에 가속도계(21)에 대하여 시계방향으로 90° 어긋난 위치에 가속도계(22)가 배치되고, 가속도계(22)에 대하여 시계방향으로 90° 어긋난 위치(가속도계(21)로부터 시계방향으로 180°의 위치)에 가속도계(23)가 배치되어 있다. 또한 가속도계(23)에 대하여 시계방향으로 90° 어긋난 위치(가속도계(21)로부터 시계방향으로 270°의 위치)에 가속도계(24)가 배치되어 있다. 즉 가속도계(21∼24)는, 90°의 등각도 간격으로 배치되어 있다. 또한 가속도계(21)에 대하여 시계방향으로 45° 어긋난 위치에 가속도계(25)가 배치되고, 가속도계(25)에 대하여 시계방향으로 180° 어긋난 위치(가속도계(21)로부터 시계방향으로 225°의 위치)에 가속도계(26)가 배치되어 있다.

가속도계(21∼26)는, 대응하는 커터 스포크(121)의 중공부(121a)내에 각각 배치되어 있고, 진흙에 접촉되지 않는 상태에서 커터 스포크(121)의 내면에 부착되어 있다. 또한 90°의 등각도 간격으로 배치된 가속도계(21∼24)는, 커터헤드(12)의 반경방향의 전역(全域)에 균등하게 분산(동일한 간격으로 분산)되도록 커터헤드(12)의 서로 다른 반경위치에 배치되어 있다. 구체적으로는 가속도계(21), 가속도계(22), 가속도계(23) 및 가속도계(24)는, 각각 커터헤드(12)의 중심으로부터 반경방향으로 거리(D1)(예를 들면 2m), 거리(D2)(예를 들면 4m), 거리(D3)(예를 들면 6m) 및 거리(D4)(예를 들면 8m)만큼 이간(離間)된 위치에 배치되어 있다. 또한 가속도계(25 및 26)는, 각각 커터헤드(12)의 중심으로부터 반경방향으로 거리(D5)(예를 들면 2m) 및 거리(D6)(예를 들면 6m)만큼 이간된 위치에 배치되어 있다.

가속도계(22)는, 리얼타임 진단용(real time 診斷用)의 검출부(檢出部)로서, 후술하는 레코더(recorder)(33) 및 제어실(制御室)(40)의 ＰＣ(퍼스널 컴퓨터(personal computer))(41)를 거치지 않고, 제어실(40)의 스피커(speaker)(42)에 접속되어 있다. 구체적으로는 가속도계(22)는, 커터헤드(12)에 배치된 검출신호(아날로그 신호(analog 信號))를 증폭하는 앰프(amplifier)(31)와, 회전체로부터 정지체로 신호를 전달하는 슬립링(slip ring)(50)을 통하여 스피커(42)에 접속되어 있다. 이 때문에 가속도계(22)에 의하여 검출된 진동(신호)은, 레코더(33) 및 ＰＣ(41)를 거치지 않고, 직접적으로 아날로그 신호인채로 스피커(42)로 송신되어 리얼타임으로 충격음으로서 음성출력된다. 가속도계(22)에 의하여 검출된 진동(신호)은, ＢＮＣ케이블(동축 케이블(同軸 cable))(61a 및 6lb)을 통하여 스피커(42)로 송신된다. 또한 가속도계(22)는, 서로 다른 반경위치에 배치된 가속도계(21∼24) 중에서 가장 내측(內側)(회전중심측)에 위치하는 가속도계(21)와 가장 외측(外側)(외주측)에 위치하는 가속도계(24) 사이의 위치에 배치되어 있기 때문에, 돌멩이 등의 방해물이 커터헤드(12)의 어느 위치에 접촉하였을 경우이더라도, 방해물과의 접촉에 의한 진동(신호)을 정확하게 검출하기 쉽다. 또 가속도계(22)는 본 발명의 「검출부」 및 「제1검출부」의 일례이며, 스피커(42)는 본 발명의 「음성출력부(音聲出力部)」의 일례이다.

또한 6개의 가속도계(21∼26) 중에서 가속도계(22)를 제외한 나머지 5개의 가속도계(가속도계(21 및 23∼26))는, 회전체인 커터헤드(12)에 배치된 레코더(33)에 접속되어 있다. 상세하게는 가속도계(21 및 23∼26)는, 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 아날로그 신호를 증폭하는 앰프(32)를 통하여 레코더(33)에 접속되어 있다. 또 가속도계(21 및 23∼26)는 모두 본 발명의 「검출부」 및 「제2검출부」의 일례이며, 레코더(33)는 본 발명의 「데이터 기록부(data 記錄部)」의 일례이다.

레코더(33)는, 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 진동(신호)을 아날로그 신호로부터 디지털 신호(digital 信號)로 변환하여 기록함과 아울러 디지털 신호를 후술하는 ＰＣ(41)로 송신하는 기능을 구비하고 있다. 즉 레코더(33)는, 5kHz 이상, 바람직하게는 10kHz 이상의 샘플링 레이트(sampling rate)로 가속도계(21 및 23∼26)로부터 진동(신호)데이터를 취득하여 디지털 변환을 함과 아울러 LAN(Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ)통신에 의하여 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 신호(디지털 신호)를 일원화(一元化)한 상태에서 ＰＣ(41)로 송신하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 여기에서 최근의 컴퓨터 기술(데이터 취득 및 데이터 전송(송신)기술)의 진보에 의하여, 상기한 굴삭진동 데이터의 계측에 필요한 10kHz 이상의 샘플링 레이트에 있어서도 레코더(33)를 통하여 ＰＣ(41)로 데이터 전송을 할 수 있으며, 가속도계(21 및 23∼26)로부터 취득한 데이터를 거의 리얼타임으로 ＰＣ(41)로 전송하여 스피커(42)로부터 음성으로 출력할 수 있다. 또한 커터헤드(12)에는, 레코더(33)에 의하여 변환된 전기적인 디지털 신호를 광 디지털 신호로 변환하여 송신하는 광변환송신부(光變換送信部)(34)가 배치되어 있다. 레코더(33)와 광변환송신부(34)는, LAN 케이블(62)에 의하여 접속되어 있다.

터널 굴진기(1)의 커터헤드(12)보다 후방이고 또한 밀폐챔버(13)의 분리벽(14)보다 후방의 회전하지 않는 부분(기내의 작업영역)에는 제어실(40)이 설치되어 있으며, 제어실(40)에는 레코더(33)에 기록된 신호를 수신하는 ＰＣ(41)가 배치되어 있다. ＰＣ(41)는, LAN 통신이 가능하도록 구성되어 있으며, LAN 케이블(63)에 의하여 광수신변환부(光受信變換部)(43)에 접속되어 있다. 또 ＰＣ(41)는, 본 발명의 「내부 정보단말장치(內部 情報端末裝置)」의 일례이다.

상세하게는 레코더(33) 및 ＰＣ(41)는, 커터헤드(12)에 배치된 광변환송신부(34)와, 회전체로부터 정지체로 신호를 전달하는 슬립링(50)과, 제어실(40)에 배치된 광수신변환부(43)를 통하여 서로 접속되어 있다. 이에 따라 본 실시형태의 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템(100)에서는, 회전하는 커터헤드(12)(회전체)에 배치된 레코더(33)에 기록된 신호를 LAN 통신을 통하여 커터헤드(12)보다 후방의 회전하지 않는 부분에 배치된 ＰＣ(41)(정지체)로 송신할 수 있다. 레코더(33)로부터 ＰＣ(41)로 송신되는 신호는, LAN 케이블(62)의 LAN 신호가 광변환송신부(34)에 의하여 광 디지털 신호로 변환된 상태에서 광파이버(光fiber)(64a 및 64b)를 통하여 ＰＣ(41)측의 광수신변환부(43)로 송신된 후에, 광수신변환부(43)에 의하여 광신호를 전기신호로 변환하여 LAN 케이블(63)을 통하여 ＰＣ(41)로 송신된다. 또 슬립링(50)은, 본 발명의 「신호전달부재(信號傳達部材)」의 일례이다.

또한 ＰＣ(41)에는, 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 진동(신호)을 충격음으로서 음성으로 출력하는 스피커(42)가 접속되어 있다. ＰＣ(41)는, 수신한 신호를 스피커(42)로부터 음성으로 출력하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 즉 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 진동(신호)은, 레코더(33)에 의하여 기록된 후에, ＰＣ(41)를 통하여 스피커(42)로 송신되어 음성으로 출력된다. 또한 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 신호는, 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출되어 ＰＣ(41)에 축적된 신호에 의거하여 사후적(事後的)으로 진단 가능하다. 즉 가속도계(21 및 23∼26)는, 사후진단용(事後診斷用)의 검출부로서 사용된다.

또한 ＰＣ(41)는, 인터넷 통신(internet 通信)을 할 수 있도록 구성되어 있으며, 인터넷 통신을 통하여 터널 굴진기(1)의 외부에 배치된 ＰＣ(71)에 접속되어 있다. ＰＣ(71)는, 터널의 굴삭현장으로부터 떨어진 원격지(遠隔地)(지상(地上))의 오피스(office)(70)에 설치되어 있다. ＰＣ(71)는, ＰＣ(41)에 의하여 인터넷 통신을 통하여 송신된, 가속도계(21 및 23∼26)에 의한 검출신호를 수신하여 사후진단을 하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 또 ＰＣ(71)는, 본 발명의 「외부 정보단말장치(外部 情報端末裝置)」의 일례이다.

커터헤드(12)에 배치된 앰프(31, 32), 레코더(33) 및 광변환송신부(34)는, 방수기능(防水機能) 및 내진기능(耐震機能)을 구비하는 하우징(housing)(80)에 수납되어 있다.

본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 진동을 검출하는 가속도계(21∼26)를 터널 굴진기(1)의 커터헤드(12)에 부착함으로써, 가속도계(21∼26)를 커터헤드(12)의 배면에 있어서 밀폐챔버(13)의 후부의 분리벽(14)에 부착하는 경우와 달리 가속도계(21∼26)를 커터헤드(12)에 있어서 막장에 접하는 전면(前面)의 부근(근방)에 배치할 수 있기 때문에, 커터헤드(12)에 의한 터널의 흙의 굴삭진동(검출신호)이 가속도계(21∼26)에 도달할 때까지 감쇠되어 작아지는(약해지는) 것을 억제할 수 있다. 이에 따라 커터헤드(12)에 의한 터널의 흙의 굴삭진동을 가속도계(21∼26)에 의하여 정확하게 검출할 수 있기 때문에, 커터헤드(12)가 돌멩이 등의 방해물에 접촉하였을 경우에, 커터헤드(12)에 의한 터널의 흙의 굴삭진동에 의거하여 스피커(42)에 의하여 음성을 출력함으로써 굴삭상황(돌멩이 등의 방해물의 유무)을 청각적으로 정확하게 파악할 수 있다. 또한 상기한 바와 같이 최근의 컴퓨터 기술(데이터 취득 및 데이터 전송기술)의 진보에 의하여, 레코더(33) 및 ＰＣ(41)를 통하더라도 리얼타임에 가까운 상태에서 음성출력을 할 수 있기 때문에, 리얼타임 진단용의 가속도계(22)뿐만 아니라 사후진단용의 가속도계(21 및 23∼26)에 의한 검출신호에 의거하는 경우에도, 커터헤드(12)가 돌멩이 등의 방해물에 접촉하였을 경우에 굴삭상황(돌멩이 등의 방해물의 유무)을 청각적으로 더 신속하고 또한 정확하게 파악할 수 있다. 그 결과 디스크 커터(커터 비트)(122)의 파손이 발생하기 전에 더 신속하게 운전조건을 조정할 수 있다. 또한 회전체인 커터헤드(12)에 가속도계(21∼26)를 부착함으로써, 가속도계(21∼26)를 커터헤드(12)의 배면에 있어서 밀폐챔버(13)의 후부의 분리벽(14)(정지체)에 부착하는 경우와 달리 커터헤드(12)의 회전에 따라 막장에 대한 가속도계(21∼26)의 위치가 변화(회전이동)되기 때문에, 가속도계(21∼26)의 부착위치와 커터헤드(12)의 회전각도에 의거하여 돌멩이 등의 방해물이 막장의 어느 위치에 존재하는지를 파악할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 리얼타임 진단용의 가속도계(22)를 설치함과 아울러 가속도계(22)에 의하여 검출된 신호를 스피커(42)로 송신하여 리얼타임으로 음성으로 출력한다. 이에 따라 리얼타임 진단용의 가속도계(22)에 의하여 검출된 신호에 의거하는 리얼타임의 음성출력에 의하여 더 신속하게 굴삭상황(돌멩이 등의 방해물의 유무)을 파악하여 방해물에 대하여 더 신속하게 대응할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 가속도계(21∼24)를 커터헤드(12)의 서로 다른 반경위치에 배치한다. 이에 따라 가속도계(21∼24)의 각각의 부착위치와 커터헤드(12)의 회전각도에 의거하여, 돌멩이 등의 방해물이 막장의 어느 위치에 어느 정도의 크기로 존재하는지를 정확하게 파악할 수 있다. 또한 가속도계(21∼24)를 커터헤드(12)의 서로 다른 반경위치에 배치함으로써, 커터 토크(cutter torque)나 터널 굴진기(1)의 추진력(推進力)의 값에 의거하여 방해물의 유무를 검출하는 경우와 달리 막장의 일부분에만 국소적으로 방해물이 존재하는 경우에 전체의 토크나 추진력에 거의 영향을 끼치지 않는 경우에도, 서로 다른 반경위치에 배치된 가속도계(21∼24)에 의하여 용이하게 방해물을 검출할 수 있다. 특히 본 실시형태에서는, 가속도계(21∼24)는 2m의 동일한 간격으로 서로 다른 반경위치에 배치되어 있기 때문에 이 효과가 크다.

또한 본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 가속도계(21∼26)를 커터헤드(12)의 서로 다른 회전각도위치에 배치한다. 이에 따라 가속도계(21∼26)를 서로 이간된 회전각도위치에 배치할 수 있기 때문에, 가속도계(21∼26) 중에서 돌멩이 등의 방해물이 존재하는 위치에 가까운 가속도계를 용이하게 식별할 수 있다. 그 결과, 식별된 가속도계의 부착위치(회전각도위치)와 커터헤드(12)의 회전각도에 의거하여 돌멩이 등의 방해물이 막장의 어느 위치에 어느 정도의 크기로 존재하는지를 더 정확하게 파악할 수 있다. 또한 가속도계(21∼26)를 커터헤드(12)의 서로 다른 회전각도위치에 배치함으로써, 동일한 회전각도위치에 복수 개 배치하는 경우보다 더 빠르게 국소적인 방해물이 존재하는 위치에 가속도계를 가까이할 수 있기 때문에, 더 신속하게 국소적인 방해물을 검출할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 LAN 통신을 할 수 있으며 또한 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 신호를 기록하는 레코더(33)를 커터헤드(12)에 설치함과 아울러, 레코더(33)로부터 LAN 통신을 통하여 송신된 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 신호를 수신하는 ＰＣ(41)를 터널 굴진기(1)의 커터헤드(12)보다 후방의 부분에 설치한다. 그리고 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 신호를, ＰＣ(41)를 통하여 스피커(42)로부터 음성으로 출력한다. 이에 따라 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 신호를 커터헤드(12)에 배치된 레코더(33)에 의하여 일원화할 수 있기 때문에, 가속도계(21 및 23∼26)에 의한 검출신호를 용이하게 커터헤드(12)측으로부터 커터헤드(12)보다 후방의 부분에 배치된 ＰＣ(41)로 송신하여 음성으로 출력할 수 있다. 또한 상기한 바와 같이 최근의 컴퓨터 기술(데이터 취득 및 데이터 전송기술)의 진보에 의하여, 레코더(33) 및 ＰＣ(41)를 통하더라도 리얼타임에 가까운 상태에서 음성출력을 할 수 있기 때문에, 가속도계(21 및 23∼26)에 의한 검출신호에 의거하여 신속하게 굴삭상황(돌멩이 등의 방해물의 유무)을 파악할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 회전하는 커터헤드(12)에 배치된 레코더(33)에 기록된 신호를 LAN 통신을 통하여 터널 굴진기(1)의 커터헤드(12)보다 후방의 회전하지 않는 부분에 배치된 ＰＣ(41)로 송신할 때에, 회전체로부터 정지체로 신호를 전달하는 슬립링(50)을 통하여 신호를 송신한다. 이에 따라 가속도계(21, 23∼26) 및 레코더(33)를 회전하는 커터헤드(12)에 배치하였을 경우에도, 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 신호를 레코더(33)에 의하여 일원화한 상태에서, 슬립링(50)을 사용하여 용이하게 회전체인 커터헤드(12)측으로부터 정지체인 후방의 ＰＣ(41)로 송신할 수 있다. 또한 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 신호를 레코더(33)에 의하여 일원화한 상태에서 회전체인 커터헤드(12)측으로부터 정지체인 후방의 ＰＣ(41)로 송신할 수 있기 때문에, 회전체로부터 정지체로 신호를 전달하는 슬립링(50)을 가속도계마다 설치할 필요가 없다. 그 결과 복수의 가속도계를 커터헤드(12)에 부착한 경우에도, 슬립링(50)의 개수가 증가하는 것을 억제할 수 있다.

또한 광변환송신부(34)에 의하여 LAN 통신에 의한 전기적인 신호를 광 디지털 신호로 변환하여 ＰＣ(41)측으로 송신함으로써, 커터헤드(12)를 회전시키는 모터 등에 기인하는 노이즈(noise)의 영향을 받기 어려운 광 디지털 신호로 변환한 상태에서 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 신호를 ＰＣ(41)측으로 송신할 수 있기 때문에, 더 선명하게 음성으로 출력할 수 있다. 이것으로도 굴삭상황(돌멩이 등의 방해물의 유무)을 정확하게 파악할 수 있다. 이 구성은, 검출신호를, 분리벽(14)보다 후방의 전자파가 비교적 많이 존재하는 부분을 통과시킬 필요가 있는 경우에 특히 유효하다.

또한 본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 터널 굴진기(1)의 내부의 ＰＣ(41)에 의하여 인터넷 통신을 통하여 송신된 신호를 수신하는 ＰＣ(71)를 터널 굴진기(1)의 외부에 배치한다. 이에 따라 터널의 굴삭현장뿐만 아니라 굴삭현장으로부터 떨어진 원격지의 오피스(70)에서도, 커터헤드(12)에 부착된 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 신호를 ＰＣ(71)에 의하여 수신할 수 있다. 이에 따라 원격지에 있어서도, 굴삭현장에서는 곤란한 굴삭상황의 보다 상세한 분석이나 검토를 ＰＣ(71)의 수신신호에 의거하여 할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 사후진단용의 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출된 신호를 레코더(33)에 기록한 후에 ＰＣ(41)를 통하여 스피커(42)로 송신하여 음성으로 출력함과 아울러, 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출되어 ＰＣ(41)에 축적된 신호에 의거하여 사후적으로 진단 가능하게 구성한다. 이에 따라 사후진단용의 가속도계(21 및 23∼26)에 의하여 검출되어 레코더(33)에 기록된 신호를 사용하여, 사후적으로 굴삭상황의 상세한 분석이나 검토를 할 수 있다.

또 이번에 개시된 실시형태는, 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시형태의 설명이 아니라 특허청구범위에 의하여 나타나고 또한 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위내에서의 모든 변경이 포함된다.

예를 들면 상기 실시형태에서는, 본 발명의 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템을 실드 굴진기에 적용하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명의 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템을, ＴＢＭ(Ｔｕｎｎｅｌ Ｂｏｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ) 등 실드 굴진기 이외의 터널 굴진기에 적용하더라도 좋다.

또한 상기 실시형태에서는, 본 발명의 커터헤드의 일례로서 면반형의 커터헤드를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 롤러형(roller型) 등 면반형 이외의 커터헤드이더라도 좋다.

또한 상기 실시형태에서는, 커터헤드에 8개의 커터 스포크를 설치하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 커터헤드에 8개 이외의 개수의 커터 스포크를 설치하는 구성이더라도 좋다.

또한 상기 실시형태에서는, 본 발명의 검출부로서의 가속도계 및 본 발명의 데이터 기록부로서의 레코더를 커터헤드의 커터 스포크의 내부에 배치하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 검출부 및 데이터 기록부를 커터헤드에 배치하는 구성이라면, 방수 및 진동 대책을 실시한 후에 커터헤드의 노출된 외측 표면(커터 스포크의 측면이나 이면 등)에 검출부 및 데이터 기록부를 배치하더라도 좋다. 또한 검출부를, 커터 스포크에 설치된 디스크 커터 교환장치에 부착하는 구성이더라도 좋다.

또한 상기 실시형태에서는, 본 발명의 검출부의 일례로서 진동을 검출하는 가속도계를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 검출부로서 음파(音波)를 검출하는 음향센서(音響sensor)를 사용하더라도 좋고, 가속도계 및 음향센서의 양방을 사용하더라도 좋다.

또한 상기 실시형태에서는, 사후진단용의 가속도계(검출부)에 의하여 검출된 진동(신호)을 전기적인 디지털 신호로부터 광 디지털 신호로 변환하여 제어실의 ＰＣ(내부 정보단말장치)로 송신하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 사후진단용의 검출부에 의하여 검출된 신호를 광 디지털 신호로 변환하지 않고, 전기적인 디지털 신호인채로 내부 정보단말장치로 송신하더라도 좋다. 이 경우에도 검출신호를 아날로그 신호인채로 송신하는 경우에 비하여, 커터헤드를 회전시키는 모터 등에 기인하는 노이즈의 영향을 받기 어려운 상태에서 검출신호를 송신할 수 있다.

또한 상기 실시형태에서는, 리얼타임 진단용의 가속도계(22)를 1개 설치함과 아울러 사후진단용의 가속도계(21 및 23∼26)를 5개 설치하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 모든(6개) 가속도계를 리얼타임 진단용으로 하더라도 좋고, 리얼타임 진단용의 가속도계와 사후진단용의 가속도계를 복수 개씩 설치하더라도 좋다.

또한 상기 실시형태에서는, 사후진단용의 가속도계(21 및 23∼26)(제2검출부)에 의한 신호를 터널 굴진기의 내부의 스피커(42)(음성출력부)에 의하여 음성으로 출력하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 도4에 나타내는 변형예와 같이 사후진단용의 가속도계(21 및 23∼26)(제2검출부)에 의한 신호를 터널 굴진기의 외부(지상의 오피스(70))의 ＰＣ(71)(외부 정보단말장치)를 통하여 스피커(72)(음성출력부)로부터 음성으로 출력하더라도 좋다. 이 경우에 리얼타임 진단용의 가속도계(22)에 의한 검출신호만이 터널 굴진기의 내부의 스피커(42)(음성출력부)에 의하여 리얼타임으로 음성으로 출력되기 때문에, 복수의 가속도계의 검출신호가 스피커(42)(음성출력부)에 의하여 리얼타임으로 음성으로 출력되는 경우와 달리 터널 굴진기내의 오퍼레이터(듣는 사람)가 복수의 음성출력에 기인하여 혼란되는 것을 억제할 수 있다.

또한 상기 실시형태에서는, 본 발명의 음성출력부로서의 스피커를 터널 굴진기의 내부에 배치하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 음성출력부를 터널 굴진기의 외부에 배치하더라도 좋다.

1 ; 터널 굴진기
12 ; 커터헤드
21, 23∼26 ; 가속도계(검출부, 사후진단용의 제2검출부)
22 ; 가속도계(검출부, 리얼타임 진단용의 제1검출부)
33 ; 레코더(데이터 기록부)
41 ; ＰＣ(내부 정보단말장치)
42, 72 ; 스피커(음성출력부)
50 ; 슬립링(신호전달부재)
71 ; ＰＣ(외부 정보단말장치)
100 ; 터널 굴진기의 굴삭상황 감시 시스템