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철도용 콘크리트궤도 하부의 하부지반 내에서 발생하는 공동(Cavity)을 탐지하는 공동 탐지 시스템에 있어서,낙하추(113)를 자유낙하시켜 콘크리트궤도의 콘크리트층(220)에 충격을 재하하여 가진시키고, 상기 콘크리트궤도의 하부지반(210) 내의 공동 존재 여부를 1차 판단하기 위해서 하중재하판(118)의 평균 탄성침하량을 측정하여 상기 콘크리트궤도의 평균강성을 산출하는 충격재하 장치(110);상기 콘크리트층(220)과 하부지반(210) 사이의 소형공동(230a)인 뜬슬래브 또는 에어포켓의 탐지를 위해서 상기 콘크리트층(220)과 상기 하부지반(210)의 경계면에서 발생한 경계층 반사파를 측정하는 충격반응 센서(120);대형공동(230b)의 존재 여부 탐지를 위해서 상기 콘크리트층(220)의 표면으로 반사 및 전달되는 탄성파를 측정하고, 상기 콘크리트층(220)의 표면을 따라 전달되는 음파를 측정하는 음향/변위 듀얼 감지장치(130);상기 대형공동(230b)의 위치 및 크기를 탐지하기 위해 상기 충격재하 장치(110)와 일정 간격에 설치되고, 상기 콘크리트층(220)의 표면을 따라 전달되는 표면파를 연속 측정하는 진동센서 어레이(140); 및상기 충격재하 장치(110), 충격반응 센서(120), 음향/변위 듀얼 감지장치(130) 및 진동센서 어레이(140)에서 측정된 데이터에 따라 상기 콘크리트층(220) 하부의 소형공동(230a)의 위치 및 상기 하부지반(210) 내의 대형공동(230b)을 판단하는 탐지정보 분석 모듈(150)을 포함하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 공동 탐지 시스템
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제1항에 있어서, 상기 콘크리트층(220) 하부의 소형공동(230a)의 위치 및 상기 하부지반(210) 내 대형공동(230b)의 위치 및 크기를 2차원 영상 또는 3차원 영상으로 출력하는 탐지결과 출력부(160)를 추가로 포함하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 공동 탐지 시스템
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제1항에 있어서, 상기 충격재하 장치(110)는 상기 콘크리트궤도의 콘크리트층(220) 상단에 충격을 가하여 상기 콘크리트층(220)의 순간 탄성침하를 유도하고, 상기 콘크리트층(220)과 하부지반(210)의 경계면에서 경계층 반사파를 발생시키며, 상기 콘크리트층(220) 근접 지반에서 표면파를 발생시키고, 상기 하부지반(210) 각층에서 반사파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 공동 탐지 시스템
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제3항에 있어서, 상기 충격재하 장치(110)는 상기 낙하추(113)에 의한 여러 차례 충격시의 수직 탄성변형량과 충격하중을 측정하고, 평균측정 값을 이용하여 상기 하중재하판(118) 하부의 콘크리트층(220)의 역학적 평균강성을 산정하여, 상기 콘크리트층(220) 하부의 소형공동(230a)을 파악하고, 상기 소형공동(230a)의 존재로 인하여 급감하는 콘크리트궤도의 강성 및 콘크리트층(220) 하부의 취약개소를 1차적으로 파악할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 공동 탐지 시스템
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제1항에 있어서, 상기 충격재하 장치(110)는,자유낙하에 의해 상기 콘크리트층(220)에 충격을 재하하여 가진시키는 낙하추(113);상기 낙하추(113)가 관통하도록 수직 방향으로 설치되고, 상기 낙하추(113)를 수직 방향으로 가이드하는 가이드 로드(112);변위센서로서, 상기 충격재하 장치(110)의 낙하추(113)에 의한 충격재하시 상기 콘크리트층(220)의 표면에 대한 탄성 변위를 측정하는 가속도계(116);하중계로서, 상기 낙하추(113)에 의한 충격하중을 측정하는 로드셀(117); 및상기 콘크리트궤도의 콘크리트층(220) 상부 표면에 밀착하도록 배치되고, 상기 낙하추(113)의 가속충격을 받아 상기 콘크리트층(220)으로 하중을 전달하는 하중재하판(118)을 포함하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 공동 탐지 시스템
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제5항에 있어서, 상기 충격재하 장치(110)는, 계측자가 상기 충격재하 장치(110)를 손으로 파지할 수 있도록 상기 가이드 로드(112)의 상단에 형성되는 손잡이(111);상기 가속도계(116) 상부에 설치되고, 상기 낙하추(113)의 충격 재하시, 상기 가속도계(116) 및 로드셀(117)의 파손을 방지하도록 상기 낙하추(113)가 상기 가속도계(116) 상부에 인가하는 충격을 흡수하는 충격흡수용 고무(114); 및상기 가속도계(116) 및 상기 로드셀(117)이 측정한 데이터를 상기 탐지정보 분석 모듈(150)에 전달할 수 있도록 연결하는 연결단자(115)를 추가로 포함하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 공동 탐지 시스템
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제5항에 있어서, 상기 낙하추(113)는 상기 콘크리트층(220) 하부에 위치하는 하부지반(220)의 강성의 크기별로 무게와 낙하높이를 선택하여 상기 가이드 로드(112)에 장착하는 것을 특징으로 하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 공동 탐지 시스템
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제1항에 있어서, 상기 음향/변위 듀얼 감지장치(130)는 상기 낙하추(113)에 의한 충격재하시 상기 콘크리트층(220)의 표면을 따라 전달된 탄성파(Stress Wave)와 음파(Acoustic Wave)를 동시에 수집하고, 상기 콘크리트층(220) 상부 위치에서 상기 탄성파 및 음파의 각 위상차와 분산곡선 분석 결과를 종합함으로써, 상기 소형공동(230a)인 뜬슬래브 또는 에어포켓(230a)의 존재에 따라 가변하는 공진 특성에 따라 주파수 분석에 의해서 대형공동(230b)의 존재 여부가 정확하게 파악되는 것을 특징으로 하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 공동 탐지 시스템
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제1항에 있어서, 상기 진동센서 어레이(140)는 상기 충격재하 장치(110)와 근접한 거리에 일정 간격의 격자형으로 설치되고, 상기 충격재하 장치(110)의 충격재하 지점을 변경하면서, 각각의 충격재하 지점에서 상기 낙하추(113)를 자유낙하시킨 후, 지오폰 센서를 이용하여 격자형으로 배열된 진동센서 어레이(140)의 위치를 바꾸어 가면서 상기 전달된 탄성파를 이격된 콘크리트층(220) 상에서 연속적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 공동 탐지 시스템
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제1항에 있어서, 상기 진동센서 어레이(140)는 상기 콘크리트층(220) 및 하부지반(210)의 두 매질의 위상차와 위상속도(Phase Velocity)를 분리하고, 이를 역산(Inversion)하여 분산곡선(Dispersive Curve)을 형성하고, 이를 수학적으로 후처리(Post Processing)하여 상기 하부지반(210)의 깊이에 따른 각층의 전단탄성계수 분포를 격자형으로 배열된 진동센서 어레이(140)의 위치를 따라 가로방향 및 세로방향으로 연속 측정하는 것을 특징으로 하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 공동 탐지 시스템
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제1항에 있어서, 상기 탐지정보 분석 모듈(150)은,상기 충격재하 장치(110)가 상기 하중재하판(118)의 평균 탄성침하량을 측정한 경우, 콘크리트궤도의 하부지반(210) 내의 소형공동(230a)의 존재 여부를 1차적으로 파악할 수 있도록 상기 콘크리트층(220)의 평균강성을 산출하는 궤도강성 산출부(151);상기 충격반응 센서(120)가 상기 낙하추(113) 충격에 따라 발생되는 콘크리트층(220)과 하부지반(210)의 경계층 반사파를 측정한 경우, 상기 콘크리트층(220)과 하부지반(210) 사이의 소형공동(230a)을 탐지할 수 있도록 상기 경계층 반사파를 분리 및 해석하는 충격반응 분석부(152);상기 음향/변위 듀얼 감지장치(130)가 상기 콘크리트층(220)과 상기 하부지반(210)의 경계면에서 상기 콘크리트층(220)의 표면으로 반사 및 전달되는 탄성파의 탄성변위를 측정하고, 상기 콘크리트층(220)의 표면을 따라 전달되는 음향의 음파를 측정한 경우, 대형공동(230b)의 존재 여부를 파악할 수 있도록 상기 탄성변위 및 음파를 수신하여 분석하는 음향/변위 분석부(153);상기 충격재하 장치(110)와 일정 이격거리에 위치한 진동센서 어레이(140)가 상기 낙하추(113)에 의한 충격 재하시 상기 콘크리트층(220)을 따라 전달되는 탄성파를 연속적으로 측정할 경우, 상기 하부지반(210) 내의 대형공동(230b)의 위치와 크기를 산정할 수 있도록 상기 탄성파를 분석하는 탄성파 분석부(154); 및상기 콘크리트층(220) 하부의 소형공동(230a)의 위치뿐만 아니라 상기 대형공동(230b)의 위치와 크기를 2차원 또는 3차원 영상으로 출력할 수 있도록, 공동 여부를 판단하는 공동 판단부(155)를 포함하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 공동 탐지 시스템
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철도용 콘크리트궤도 하부의 하부지반 내에서 발생한 공동을 탐지하는 방법에 있어서,a) 충격재하 장치(110), 충격반응 센서(120), 음향/변위 듀얼 감지장치(130), 진동센서 어레이(140), 탐지정보 분석 모듈(150) 및 탐지결과 출력부(160)로 이루어진 공동 탐지 시스템(100)을 콘크리트궤도 상에 설치하는 단계;b) 상기 충격재하 장치(110)의 낙하추(113)를 자유낙하시켜 콘크리트궤도의 콘크리트층(220)에 충격을 재하하여 가진시키는 단계;c) 상기 콘크리트궤도의 하부지반(210) 내의 공동 존재 여부를 1차 판단하기 위해서 상기 충격재하 장치(110)의 하중재하판(118)의 평균 탄성침하량을 측정하고 콘크리트궤도의 평균강성을 산출하는 단계;d) 상기 콘크리트층(220)과 하부지반(210) 사이의 소형공동(230a)인 뜬슬래브 또는 에어포켓의 탐지를 위해서 상기 충격반응 센서(120)가 상기 콘크리트층(220)과 상기 하부지반(210)의 경계면에서 발생한 경계층 반사파를 측정하는 단계;e) 대형공동(230b)의 존재 여부 탐지를 위해서 상기 음향/변위 듀얼 감지장치(130)가 상기 콘크리트층(220)의 표면으로 반사 및 전달되는 탄성파를 측정하고, 상기 콘크리트층(220)의 표면을 따라 전달되는 음파를 측정하는 단계;f) 상기 대형공동(230b)의 위치 및 크기를 탐지하기 위해서 상기 충격재하 장치(110)와 일정 간격에 설치된 진동센서 어레이(140)가 상기 콘크리트층(220)의 표면을 따라 전달되는 탄성파를 연속 측정하는 단계; 및g) 상기 탐지정보 분석 모듈(150)이 측정 데이터에 따라 상기 콘크리트층(220) 하부의 소형공동(230a) 및 상기 하부지반(210) 내의 대형공동(230b)을 분석 판단하는 단계를 포함하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 방법
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제12항에 있어서, h) 상기 탐지결과 출력부(160)가 상기 콘크리트층(220) 하부의 소형공동(230a) 및 상기 하부지반(210) 내 대형공동(230b)의 위치 및 크기를 2차원 영상 또는 3차원 영상으로 출력하는 단계를 추가로 포함하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 방법
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제12항에 있어서, 상기 c) 단계에서 상기 충격재하 장치(110)는 상기 낙하추(113)에 의한 여러 차례 충격시의 수직 탄성변형량과 충격하중을 측정하고, 평균측정 값을 이용하여 상기 하중재하판(118) 하부의 콘크리트층(220)의 역학적 평균강성을 산정하여, 상기 콘크리트층(220) 하부의 소형공동(230a)을 파악하고, 상기 소형공동(230a)의 존재로 인하여 급감하는 콘크리트궤도의 강성 및 콘크리트층(220) 하부의 취약개소를 1차적으로 파악할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 방법
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제12항에 있어서, 상기 e) 단계에서 상기 음향/변위 듀얼 감지장치(130)는 상기 낙하추(113)에 의한 충격재하시 상기 콘크리트층(220)의 표면을 따라 전달된 탄성파(Stress Wave)와 음파(Acoustic Wave)를 동시에 수집하고, 상기 콘크리트층(220) 상부 위치에서 상기 탄성파 및 음파의 각 위상차와 분산곡선 분석 결과를 종합함으로써, 상기 소형공동(230a)인 뜬슬래브 또는 에어포켓(230a)의 존재에 따라 가변하는 공진 특성에 따라 주파수 분석에 의해서 대형공동(230b)의 존재 여부가 정확하게 파악되는 것을 특징으로 하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 방법
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제12항에 있어서, 상기 f) 단계에서 상기 진동센서 어레이(140)는 상기 충격재하 장치(110)와 근접한 거리에 일정 간격의 격자형으로 설치되고, 상기 충격재하 장치(110)의 충격재하 지점을 변경하면서, 각각의 충격재하 지점에서 상기 낙하추(113)를 자유낙하시킨 후, 지오폰 센서를 이용하여 격자형으로 배열된 진동센서 어레이(140)의 위치를 바꾸어 가면서 상기 전달된 탄성파를 이격된 콘크리트층(220) 상에서 연속적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 방법
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제16항에 있어서, 상기 진동센서 어레이(140)는 상기 콘크리트층(220) 및 하부지반(210)의 두 매질의 위상차와 위상속도를 분리하고, 이를 역산하여 분산곡선을 형성하고, 이를 수학적으로 후처리하여 상기 하부지반(210)의 깊이에 따른 각층의 전단탄성계수 분포를 격자형으로 배열된 진동센서 어레이(140)의 위치를 따라 가로방향 및 세로방향으로 연속 측정하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 방법
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제12항에 있어서, 상기 d) 단계에서 소형공동(230a)이 존재하지 않는 경우, 상기 충격반응 센서(120)를 이용하여 상기 낙하추(113)에 의한 충격 재하시 상기 콘크리트층(220) 및 하부지반(210) 사이의 경계면에서 경계층 반사파를 수신하면, 이를 주파수 대역에서 분석함으로써 상기 콘크리트궤도의 콘크리트층(220)의 결함 정도를 파악할 수 있는 것을 특징으로 하는 철도용 콘크리트궤도 하부에서 발생한 공동을 탐지하는 방법
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