선로하부를 굴착한 후의 가설교량 설치공법은 이동형 가로보를 갖는 공법으로 시공시 전차선 차단 및 레일절단이 불필요하고 열차운행 횟수가 많은 복선부에서도 적용 가능한 공법이다. 본 논문에서는 공사구간이 곡선부(R400)구간으로 가설교량 공법 시공 후의 변위특성을 검토하기 위해 변위계를 설치하고 열차 통과 시의 윤중 횡압을 계측하여 곡선부(R400)의 주행안전성 검토를 평가하였다. 측정결과 가설교량을 통과시 열차종별 윤중과 횡압의 최대값은 각각 국외 궤도성능평가 기준의 51%, 81% 수준으로 분석되어 윤중, 횡압 발생에 따른 궤도 안전성 측면에서는 큰 문제가 없을 것으로 판단된다. 또한 주행안전성의 평가기준이 되는 최대 탈선계수와 최대 윤중감소율은 열차종별에 관계없이 허용한계치의 49% 수준으로 그 기준치에는 못 미치는 것으로 나타나 열차 통과시의 주행안전성 확보에는 큰 문제가 없는 것을 알 수 있었다.
선로하부를 굴착한 후의 가설교량 설치공법은 이동형 가로보를 갖는 공법으로 시공시 전차선 차단 및 레일절단이 불필요하고 열차운행 횟수가 많은 복선부에서도 적용 가능한 공법이다. 본 논문에서는 공사구간이 곡선부(R400)구간으로 가설교량 공법 시공 후의 변위특성을 검토하기 위해 변위계를 설치하고 열차 통과 시의 윤중 횡압을 계측하여 곡선부(R400)의 주행안전성 검토를 평가하였다. 측정결과 가설교량을 통과시 열차종별 윤중과 횡압의 최대값은 각각 국외 궤도성능평가 기준의 51%, 81% 수준으로 분석되어 윤중, 횡압 발생에 따른 궤도 안전성 측면에서는 큰 문제가 없을 것으로 판단된다. 또한 주행안전성의 평가기준이 되는 최대 탈선계수와 최대 윤중감소율은 열차종별에 관계없이 허용한계치의 49% 수준으로 그 기준치에는 못 미치는 것으로 나타나 열차 통과시의 주행안전성 확보에는 큰 문제가 없는 것을 알 수 있었다.
Installing the temporary bridge after excavating the railway requires installing movable cross beam, but as it doesn't requires isolating the catenary or cutting the rail, it's applicable to double-track with frequent operation. In this study, a displacement meter was placed on temporary bridge to m...
Installing the temporary bridge after excavating the railway requires installing movable cross beam, but as it doesn't requires isolating the catenary or cutting the rail, it's applicable to double-track with frequent operation. In this study, a displacement meter was placed on temporary bridge to monitor the displacement pattern in curve section (R400) completed using temporary bridge method, and wheel load, lateral pressure and derailment coefficient were measured to evaluate the load imposed on track and the stability in curve section (R400) for quantitative evaluation of training running safety. As a result of the measurement, when trains passing over a temporary bridge, the maximum value of Wheel load and Lateral Force is analyzed as the 51% and 81% of standard level according to foreign country's performance tests, There is no trouble with stability analysis in Wheel load and Lateral Force occurring. Additionally, Wheel load and Lateral Force considered as the safety standard are tested 49% of limiting value regardless of trains, which the norm value quite well, there is no problem with train running.
Installing the temporary bridge after excavating the railway requires installing movable cross beam, but as it doesn't requires isolating the catenary or cutting the rail, it's applicable to double-track with frequent operation. In this study, a displacement meter was placed on temporary bridge to monitor the displacement pattern in curve section (R400) completed using temporary bridge method, and wheel load, lateral pressure and derailment coefficient were measured to evaluate the load imposed on track and the stability in curve section (R400) for quantitative evaluation of training running safety. As a result of the measurement, when trains passing over a temporary bridge, the maximum value of Wheel load and Lateral Force is analyzed as the 51% and 81% of standard level according to foreign country's performance tests, There is no trouble with stability analysis in Wheel load and Lateral Force occurring. Additionally, Wheel load and Lateral Force considered as the safety standard are tested 49% of limiting value regardless of trains, which the norm value quite well, there is no problem with train running.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
하지만 PMT 공법은 열차의 주행안전성 등에 대한 계측사례가 많이 부족하므로 이에 대한 평가가 수행되어야 한다. 따라서 본 논문에서는 곡선부(R400)구간인 PMT 가설교량 구간을 열차가 통과할 경우 궤도 각부의 거동특성을 파악하기 위해 윤중, 횡압 및 변위 등에 대한 현장계측을 수행하였다. 이때 주행안전성 평가항목으로는 탈선계수(Q/P)와 윤중감소율을 이용하였고 그 결과로부터 가설교량에 대한 열차의 궤도부담력 및 주행안전성을 검토하여 실제 운행 중인 열차가 가설교량에 미치는 영향에 대해 정량적으로 평가하였다[1].
본 논문에서는 가설교량의 변위특성을 검토하기 위해 곡선부(R400)구간에 대한 열차 주행시 윤중, 횡압 및 변위 등에 대한 현장계측을 통하여 열차의 주행안전성을 평가하고 비교·분석하였다.
제안 방법
가설교량이 시공된 곡선부(R400) 구간에서 열차 주행 시동적윤중의 거동특성을 파악하고자, 내·외측레일에 윤중 게이지를 부착하여 열차종별 발생응답을 비교·분석하고 열차가 궤도에 미치는 영향을 평가하였다.
따라서 본 논문에서는 곡선부(R400)구간인 PMT 가설교량 구간을 열차가 통과할 경우 궤도 각부의 거동특성을 파악하기 위해 윤중, 횡압 및 변위 등에 대한 현장계측을 수행하였다. 이때 주행안전성 평가항목으로는 탈선계수(Q/P)와 윤중감소율을 이용하였고 그 결과로부터 가설교량에 대한 열차의 궤도부담력 및 주행안전성을 검토하여 실제 운행 중인 열차가 가설교량에 미치는 영향에 대해 정량적으로 평가하였다[1].
3과 같다. 측정된 윤중 및 횡압, 변위응답의 증폭된 신호들은 EDX-2000A(데이터 로거 64ch)에 저장한 후 분석하였다. 측정에 이용된 센서와 장비들을 정리하면 Table 3과 같다.
그리고 발생한 윤중 이외의 노이즈 성분들은 주파수 분석을 통해 디지털 필터로 Low-Pass filtering과 Hi-Pass filtering 처리를 함으로써 데이터의 신뢰성을 높였다[3]. 현장측정 시스템은 변형률 게이지와 변위계를 조합하여 8채널로 동시 측정할 수 있도록 시스템을 구성하였다.
대상 데이터
기존선 가설교량 구간에서 곡선부 구간 주행에 따른 궤도 부담력 및 주행안전성을 평가하기 위해 곡선반경으로 되어 있는 동해남부선의 해운대~동래역 구간을 측정 구간으로 선정하였다. Table 2는 측정 대상구간의 궤도현황을, Fig.
이론/모형
가설교량이 시공된 곡선부(R400) 구간에서 열차 주행 시동적윤중의 거동특성을 파악하고자, 내·외측레일에 윤중 게이지를 부착하여 열차종별 발생응답을 비교·분석하고 열차가 궤도에 미치는 영향을 평가하였다. 궤도부담력을 평가하는 기준은 Table 4와 같이 일본의 신칸센 기준을 적용하였다. 이 판정의 수치는 일본에서 각종 시험궤도의 성능확인 시험을 통해 설계치에 대한 고찰 및 수정에 의해서 제안된 표준값으로 본 논문에서는 이 기준값을 사용하였다.
성능/효과
(1) 윤중 측정결과, 가설교량의 측정위치는 열차가 저속주행을 하였던 구간으로서 열차종별에 무관하게 내측 윤중이 외측 윤중보다 약 13~31KN 정도 크게 발생하는 것으로 나타났다. 또한 열차종별 윤중의 크기는 측정속도대역에서 화물열차와 새마을열차가 무궁화 열차보다 높게 발생하는 것을 알 수 있었다.
(2) 횡압 측정결과, 각 열차가 일정한 방향성을 가지고 있었으나 그 값은 윤중과 유사한 수준으로 열차종별에 관계없이 내측 횡압이 외측 횡압보다 약 7~23KN정도 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 또한 열차의 속도 증가에 따라 내·외측레일의 횡압이 다소 증가하는 경향을 보였다.
(3) 열차종별 동적 처짐 및 진동가속도를 측정한 결과, 동적 처짐의 결과를 보면 각 열차는 철도교 설계기준의 한계치 기준 범위 내에서 안정적인 값을 나타내었고, 진동가속도의 경우는 일반적으로 판형교에서 발생하는 수직진동가속도 범위 내로 안정적인 값을 나타내고 있었다.
(4) 가설교량 주행시 열차종별 탈선계수 및 윤중감소율의 현장측정을 통하여 주행안전성을 확인한 약 20~50km/h 속도대역에 대해 측정치 모두 허용한계치(0.8) 이내로 나타나 열차의 주행안전성이 확인됨을 알 수 있었다.
동적 처짐의 측정결과 분석을 Fig. 4에 나타낸 것과 같이 열차가 가설교량에서 주행할 경우의 동적 처짐은 열차종별에 무관하게 내측레일이 외측레일보다 미소하지만 크게 나타났다. 또한 열차의 속도가 증가함에 따라 처짐 값도 증가하는 경향을 보였다.
또한 열차의 속도 증가에 따라 내·외측레일의 횡압이 다소 증가하는 경향을 보였다.
4에 나타낸 것과 같이 열차가 가설교량에서 주행할 경우의 동적 처짐은 열차종별에 무관하게 내측레일이 외측레일보다 미소하지만 크게 나타났다. 또한 열차의 속도가 증가함에 따라 처짐 값도 증가하는 경향을 보였다.
또한 열차종별 속도증가에 따라 대체적으로 탈선계수가 증가하는 경향을 보였으며, 무궁화 열차의 경우 내·외측 레일에서 최대 0.32, 0.19로 나타났고, 새마을 열차의 경우는 최대 0.36, 0.39, 화물열차의 경우 최대 0.37, 0.23의 탈선계수가 발생하였다.
윤중 측정결과, 가설교량의 측정위치는 열차가 저속주행을 하였던 구간으로서 열차종별에 무관하게 내측 윤중이 외측 윤중보다 약 13~31KN 정도 크게 발생하는 것으로 나타났다. 또한 열차종별 윤중의 크기는 약 20~50km/h 속도대역에서 화물열차와 새마을 열차가 무궁화 열차보다 높게 발생하는 것을 알 수 있었다.
(1) 윤중 측정결과, 가설교량의 측정위치는 열차가 저속주행을 하였던 구간으로서 열차종별에 무관하게 내측 윤중이 외측 윤중보다 약 13~31KN 정도 크게 발생하는 것으로 나타났다. 또한 열차종별 윤중의 크기는 측정속도대역에서 화물열차와 새마을열차가 무궁화 열차보다 높게 발생하는 것을 알 수 있었다.
횡압 측정결과, 전반적인 횡압의 크기는 곡선반경(R400)의 영향을 받아 다소 크게 나타났으나 내·외측레일 모두 (+)(−) 양방향으로 일정한 방향성을 가지고 있었다. 또한 윤중 값과 유사한 수준으로 열차종별에 관계 없이 저속주행시의 최대 횡압은 내측 횡압이 외측 횡압보다 약 7~23KN정도 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 열차의 속도증가에 따라 내·외측레일의 횡압이 다소 증가하는 경향을 보였으며 횡압의 크기는 측정속도 대역에서 새마을 열차가 다른 열차에 비해 크게 나타나 선형 및 차량 조건 외에도 궤도상태에 따른 영향이 반영된 결과인 것으로 판단된다.
열차의 속도증가에 따라 내·외측레일의 횡압이 다소 증가하는 경향을 보였으며 횡압의 크기는 측정속도 대역에서 새마을 열차가 다른 열차에 비해 크게 나타나 선형 및 차량 조건 외에도 궤도상태에 따른 영향이 반영된 결과인 것으로 판단된다.
열차의 탈선계수 결과를 Fig. 7에 나타낸 것과 같이 윤중 값과 유사한 수준으로 내측레일이 외측레일보다 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 또한 열차종별 속도증가에 따라 대체적으로 탈선계수가 증가하는 경향을 보였으며, 무궁화 열차의 경우 내·외측 레일에서 최대 0.
열차종별 동적 처짐의 최대 값은 화물열차로 최대 12.1mm의 처짐이 발생하였고 그 결과 값은 교량거더 허용처짐 값(철도교 설계기준)의 한계치인50mm(V ≤130km일 경우)의 범위 내로 안정적인 값을 나타냄을 알 수 있었다[5].
열차종별 및 속도별 측정 데이터의 최대값은 Table 5와 같다. 윤중 측정결과, 가설교량의 측정위치는 열차가 저속주행을 하였던 구간으로서 열차종별에 무관하게 내측 윤중이 외측 윤중보다 약 13~31KN 정도 크게 발생하는 것으로 나타났다. 또한 열차종별 윤중의 크기는 약 20~50km/h 속도대역에서 화물열차와 새마을 열차가 무궁화 열차보다 높게 발생하는 것을 알 수 있었다.
윤중감소율 측정결과, 측정치 모두 동적 윤중 감소한계치를 만족하는 것으로 나타났고, 향후 유사속도대역에서 열차가 주행시 윤중 감소에 따른 열차의 탈선위험은 없을 것으로 판단된다.
23의 탈선계수가 발생하였다. 이 결과로부터 가설교량을 주행 시 각 열차의 탈선계수가 한계탈선계수(0.8)에는 못 미치는 것으로 나타나 열차의 곡선부 주행에 따른 주행안전성 확보에는 큰 무리가 없을 것으로 판단된다.
측정 시의 열차는 주행하고 있는 상태이므로 실제 발생한 응답치의 왜곡이나 데이터의 손실이 발생하지 않도록 수집율(Sampling Rate)을 1kHz로 충분히 설정하였다. 그리고 발생한 윤중 이외의 노이즈 성분들은 주파수 분석을 통해 디지털 필터로 Low-Pass filtering과 Hi-Pass filtering 처리를 함으로써 데이터의 신뢰성을 높였다[3].
횡압의 크기는 측정속도대역에서 새마을 열차가 다른 열차에 비해 내·외측레일에서 크게 나타나는 것을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
가설교량의 변위특성을 검토하기 위해 곡선부(R400)구간에 대한 열차 주행시 윤중, 횡압 및 변위 등에 대한 현장계측을 통하여 열차의 주행안전성을 평가하고 비교·분석한 결과는?
(1) 윤중 측정결과, 가설교량의 측정위치는 열차가 저속주행을 하였던 구간으로서 열차종별에 무관하게 내측 윤중이 외측 윤중보다 약 13~31KN 정도 크게 발생하는 것으로 나타났다. 또한 열차종별 윤중의 크기는 측정속도대역에서 화물열차와 새마을열차가 무궁화 열차보다 높게 발생하는 것을 알 수 있었다.
(2) 횡압 측정결과, 각 열차가 일정한 방향성을 가지고 있었으나 그 값은 윤중과 유사한 수준으로 열차종별에 관계없이 내측 횡압이 외측 횡압보다 약 7~23KN정도 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 또한 열차의 속도 증가에 따라 내·외측레일의 횡압이 다소 증가하는 경향을 보였다. 횡압의 크기는 측정속도대역에서 새마을 열차가 다른 열차에 비해 내·외측레일에서 크게 나타나는 것을 알 수 있었다.
(3) 열차종별 동적 처짐 및 진동가속도를 측정한 결과, 동적 처짐의 결과를 보면 각 열차는 철도교 설계기준의 한계치 기준 범위 내에서 안정적인 값을 나타내었고, 진동가속도의 경우는 일반적으로 판형교에서 발생하는 수직진동가속도 범위 내로 안정적인 값을 나타내고 있었다.
(4) 가설교량 주행시 열차종별 탈선계수 및 윤중감소율의 현장측정을 통하여 주행안전성을 확인한 약 20~50km/h 속도대역에 대해 측정치 모두 허용한계치(0.8) 이내로 나타나 열차의 주행안전성이 확인됨을 알 수 있었다.
현재 가설교량 공법으로 어떤 공법이 많이 시공되고 있는가?
현재 가설교량 공법으로 가받침 공법이 많이 시공되고 있다. 가받침 공법은 공사용 가교량을 설치하여 열차하중을 임시로 지지하고 선로하부를 굴착한 후 하부횡단 구조물을 축조해 나가며 가교량을 철거 및 복구하는 공법이나, 이러한 가설교량공법으로 공사 진행시 열차운행을 지연시키는 등의 문제점이 발생하고 있어 이에 대한 개선이 필요하다.
가받침 공법은 어떤 공법인가?
현재 가설교량 공법으로 가받침 공법이 많이 시공되고 있다. 가받침 공법은 공사용 가교량을 설치하여 열차하중을 임시로 지지하고 선로하부를 굴착한 후 하부횡단 구조물을 축조해 나가며 가교량을 철거 및 복구하는 공법이나, 이러한 가설교량공법으로 공사 진행시 열차운행을 지연시키는 등의 문제점이 발생하고 있어 이에 대한 개선이 필요하다. PMT(Push in cross beam Moving with Temporary bridge method) 공법은 동일한 개착식 공법이나 기존선의 선로를 굴착 한 후 이동형 가로보를 갖는 공법으로 시공시 열차 상간을 이용하여 기존선로(전차선 및 궤도)를 유지하고 열차운행 횟수가 많은 복선부에서도 열차운행에 지장을 주지 않는 장점을 가지고 있어 적용이 기대되는 공법이다.
참고문헌 (9)
Y.G. Park, J.Y. Choi, D.Y. Sung, D.S. Chun (2007) Characteristics of Curved Track Behaviors according to Traveling Tilting Train, Journal of the Korean Society for Railway, 10(6), pp. 692-700.
K.Y. Eum (2010) Push in cross beam Moving with Temporary bridge method, Korea Railroad Research Institute.
K.Y. Eum, S.S. Kim, Y.H. Kim, M.S. Lee, et al. (2009) Comparisonand analysis of the running safety followed by derailment coefficient and wheel off-loading at the curves, Journal of the Korean Society for Railway, Jeju Special Self-Governing Province, pp. 347-358.
Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism: MLIT(Japan) (2002) A technical standard about the railroad, Appendix-2: Evaluation technique of train operation stability, pp. 724-731.
The National Railroad Administration (1998) The design standard of the railroad bridge, Korea Institute of Construction Technology.
Korea Railroad Research Institute (2004) Analysis on the Dynamic Behaviors of Railway Plate Girder Bridges according to speed of Train, Inha University.
H.M. Kim, J.T. Park, E.S. Cho, W.S. Hwang (2004) An Experimental Study on Vibration Characteristics for the Plate Girder Railway Bridge having a Rail Joint, Korean Society of Civil Engineers, Pyeongchang-gun, Gangwon-do, pp. 6-11.
J.Y. Yoo (2009) The Vibration serviceability Estimation of Railway Bridges subjected to Moving Train, A graduate degree thesis, Woosong University.
S.S. Kim (2010) Evaluation of the running safety of tilting train when accelerating at curved track roadbed (R600), A graduate degree thesis, Sungkyunkwan University.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.