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틸팅열차 주행시 기존선 흙 노반의 응답특성
Tilting Train-induced Roadbed Response on the Conventional Line 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.14 no.5 = no.66, 2011년, pp.433 - 441  

고태훈 (한국철도기술연구원 고속철도연구본부) ,  곽연석 (한국철도기술연구원 신교통연구본부) ,  황선근 (한국철도기술연구원 신교통연구본부) ,  사공명 (한국철도기술연구원 신교통연구본부)

초록
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한글초록은 기존선 고속화의 여러 대안 중 선로의 직 복선화 및 신선 건설에 의한 기존철도의 고속화는 시간단축 효과나 선로용량 증대의 폭은 크지만 막대한 투자 재원이 소요된다. 이에 비해 기존선을 그대로 사용하면서 속도를 향상하기 위해 선형개량 및 준고속 틸팅열차의 투입은 기존 인프라를 이용함으로서 보다 경제적이며 실용적이라는 장점이 있다. 하지만, 틸팅열차의 경우 기존열차와는 주행 메카니즘이 다르기 때문에 주행 안전성을 확보하기 위해서는 기존에 부설되어 있는 궤도노반의 성능평가가 선행되어야 한다. 또한 열차주행에 따라 발생하는 노반침하는 궤도틀림이나 열차의 탈선 등을 유발할 수 있으므로 틸팅열차 주행에 의해 발생하는 궤도 부담력에 따른 노반의 거동 특성을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 현장계측을 통해 틸팅열차의 기존선 주행속도별(120~180km/h) 주행안전성과 노반성능을 평가하였다. 모든 주행속도에서 탈선계수와 윤중감소율 허용한계치를 만족하였으며, 또한 노반성능 면에서는 기존 운행 고속열차(KTX)에 비하여 작은 노반응답(노반압력, 노반침하, 노반진동가속도)을 보였다. 이러한 계측 결과를 기반으로, 기존열차와 혼용 투입될 틸팅열차는 본 연구의 계측대상 노선과 동일한 성능수준의 궤도노반에서는 최고운영속도(180km/h)에서 안전한 주행이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is a fact that the straightening of track alignment is one of the undoubted ways to improve the train speed on conventional lines, while that requires huge investment resources. Therefore, the operation of a tilting train as well as the minimum improvement of track is suggested as an effective an...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 기존선 투입예정으로 개발되어 시험운행중인 틸팅열차를 대상으로 주행안전성을 평가하고자 궤도에서 계측된 윤중과 횡압을 근거로 탈선계수와 윤중감소율을 산정하였으며, 또한 노반의 성능을 평가하고자 노반압력, 노반침하, 노반진동가속도를 계측한 결과는 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 향후 기존선 속도향상을 목적으로 투입되는 틸팅열차의 주행속도별 노반응답을 측정하여, 기존선 투입에 앞서 요구되는 노반의 성능데이터를 확보하고자 하였으며, 이를 위해 틸팅열차의 최고 주행속도(180km/h)가 가능한 호남선 R2000지점에서 현장계측을 실시하여 주행안전성 및 노반의 성능평가를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
철도의 장점은 무엇인가? 철도는 정시성과 안전성, 신속성이 주요한 특성이면서 장점이라 할 수 있는데 우리나라 지형 특성상 곡선이 많은 기존선에서 속도의 증가를 통한 신속성의 확보는 제한이 있다. 특히 곡선부에서 열차가 주행하는 경우 원심력이 증가하게 되므로 승객의 승차감 향상과 안전성 확보 차원에서 속도를 감소시킬 수밖에 없다.
틸팅열차는 어떤 기술인가? 틸팅열차는 곡선부 주행 시 차체를 곡선의 내측으로 기울이게 하는 기술로서, 곡선부 주행 시 발생하는 원심가속도의 횡방향 성분을 중력가속도의 횡방향 성분으로 감쇄시킴으로써 승객이 느끼는 횡가속도를 저감시키는 기술이다. 열차에 이와 같은 틸팅기술을 적용하면 승차감 향상뿐 만 아니라 곡선부 통과속도를 증가시킬 수 있게 되므로 운행시간이 단축되며, 곡선부 통과시의 가감속 빈도도 줄어들어 그만큼의 에너지소비도 줄일 수 있게 된다.
본 연구에서 노반의 성능을 평가하고자 노반압력, 노반침하, 노반진동가속도를 계측한 결과는 무엇인가? (1) 틸팅열차 주행속도 대역(120~180km/h)에서 주행열차에 의한 동적노반압력은 약 10kPa 정도로 측정되었다. 이는 측정대상구간의 자갈도상층 두께가 유지보수과정을 통해 표준단면보다 약 10cm정도 더 포설되어 상부노반에 전달되는 하중분산효과가 커, 선행연구결과와 비교했을 때 작은 수준의 응답을 보인 것으로 판단된다. 또한 주행속도가 노반압력에 미치는 영향은 뚜렷하지 않은 것으로 나타났다. (2) 틸팅열차 주행속도 대역(120~180km/h)에서 노반침하량은 약 0.1mm정도의 작은 수준의 응답을 보였는데, 이는 2001년 계측대상구간의 복선화 작업 완료 후, 현재까지 열차의 반복하중 영향으로 노반의 다짐상태가 충분히 안정화된 상태를 유지하고 있기 때문인 것으로 판단된다. 또한 노반침하량은 노반의 지지력에 상당한 영향을 받게 되는데, 측정대상 구간에서의 단위하중(윤중)당 발생 노반침하량(10.7~13.2×10-4mm/kN)은 선행연구결과(20×10-4mm/kN)와 비교했을 때, 대상노반의 지지력 수준을 평가할 수 있는 지표로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다. (3) 틸팅열차 주행속도 대역(120~180km/h)에서 노반진동 가속도의 탁월주파수성분은 40~60Hz대역 내에서 주행속도에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 더욱이 노반진동가속도 크기 역시 주행속도에 따라 뚜렷한 선형적 증가를 보이는 것을 알 수 있다. (4) 종합적으로, 최고운영속도(180km/h) 내에서 틸팅열차가 기존선 궤도노반에 미치는 부담력은 경량차체로 이루어진 열차특성과 자갈도상궤도로 이루어진 선로특성으로 인해 궤도노반 안전성에 제한적인 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 또한 이러한 계측 결과를 기반으로, 기존열차와 혼용 투입될 틸팅열차는 본 연구의 계측대상 노선과 동일한 성능 수준의 궤도노반에서는 최고운영속도(180km/h)내에서 안전한 주행이 가능할 것으로 판단된다.
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참고문헌 (17)

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  3. S.S. Jeon, G.Y. Eum, J.M. Kim (2007) Estimation of the Roadbed Settlement and Bearing Capacity According to Radius of Curve and Cant in Railroad, Journal of Korean Society of Hazard mitigation, 7(1), pp. 29-38. 

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  10. J.W. Lee, C.Y. Choi, S.H. Lee, C.Y. Lee (2004) Characteristics of Behavior of the Soft Roadbed through Long-Term Instrumentation on the Field Test, Proceedings of the Korean Society for Railway, pp. 191-197. 

  11. C.Y. Choi, S.H. Lee, S.K. Hwang (2007) Characteristics of Earth Pressure with Variable Roadbed Thickness by Railroad Loading, Journal of Korean Society of Civil Engineers D, 27(2), pp. 217-224. 

  12. I.W. Lee, S.H. Lee, Y.S. Kang (2006) Characteristics of Roadbed Behaviors of Concrete Track for High-Speed Railway, Journal of the Korean Society for Railway, 9(3), pp. 298-304. 

  13. K. Muramoto, E. Sekine (1998) A Study on the Compaction Control of Embankments to Receive Train Loads, RTRI REPORT, 12(4), pp. 31-36. 

  14. J.H. Kim (2002) A Study on the Characteristic of Settlement with Thickness variation of Railway Roadbed, M.S. Thesis, Seoul National University of Technology. 

  15. I.W. Lee, H.K. Kim, S.K. Hwang, Y.K. Cho (2000) The Characteristic of Reinforced Roadbed Settlement on High-Speed Railroad, Journal of Korean Society of Civil Engineers D, 20(6), pp. 681-690. 

  16. E. Sekine, K. Muramoto (1995) Bearing Capacity of Actual Existing Roadbed. RTRI REPORT, pp. 31-36. 

  17. M. Sunaga, E. Sekine (1991) Study on the Development of Economical Reinforced Roadbed, RTRI REPORT, 5(10), pp. 25-33. 

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