최근 철도궤도 건설 전 구간에서 자갈도상이 아닌 콘크리트 슬래브 궤도가 시공되고 있다. 이는 자갈도상의 특성상 지속적인 유지보수가 필요하다 보니 늘어나는 유지관리비용을 감당하기 어려워지게 되어 결국 대안으로 선택한 것이 콘크리트 슬래브인 것이다. 그러나 콘크리트의 수화열 반응과 온도 수축균열등의 영향으로 콘크리트 슬래브 궤도상의 유지관리 문제점이 점점 증가하고 있어 이에 대한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 본 연구는 궤도틀림을 평가하는 TQI값의 특성과 균열이 TQI에 미치는 현황관계를 조사하였으며 TQI값과 슬래브 궤도상의 균열진전과의 관계분석을 통해 이 값들의 상관성 정도를 비교 분석하였다. 이를 통해 궤도틀림만을 분석하여 유지관리 의사결정에 반영하는 현행방법의 문제점을 보완하고 균열을 고려한 평가지표의 개발 필요성을 제시하였다.
최근 철도궤도 건설 전 구간에서 자갈도상이 아닌 콘크리트 슬래브 궤도가 시공되고 있다. 이는 자갈도상의 특성상 지속적인 유지보수가 필요하다 보니 늘어나는 유지관리비용을 감당하기 어려워지게 되어 결국 대안으로 선택한 것이 콘크리트 슬래브인 것이다. 그러나 콘크리트의 수화열 반응과 온도 수축균열등의 영향으로 콘크리트 슬래브 궤도상의 유지관리 문제점이 점점 증가하고 있어 이에 대한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 본 연구는 궤도틀림을 평가하는 TQI값의 특성과 균열이 TQI에 미치는 현황관계를 조사하였으며 TQI값과 슬래브 궤도상의 균열진전과의 관계분석을 통해 이 값들의 상관성 정도를 비교 분석하였다. 이를 통해 궤도틀림만을 분석하여 유지관리 의사결정에 반영하는 현행방법의 문제점을 보완하고 균열을 고려한 평가지표의 개발 필요성을 제시하였다.
Recently, in the total railroad construction field, the concrete slab track is adapted, not ballast track. Because the ballast track have the characteristics doing the ongoing maintenance and difficult to handle increasing maintenance costs, eventually the concrete slab track is selected as an alter...
Recently, in the total railroad construction field, the concrete slab track is adapted, not ballast track. Because the ballast track have the characteristics doing the ongoing maintenance and difficult to handle increasing maintenance costs, eventually the concrete slab track is selected as an alternative. However, owing to the hydration heat reactions and temperature affected shrinkage cracks related to concrete itself, a variety of studies to solve maintenance problems related to concrete slab track are underway. This study analysed characteristics of TQI values evaluating the track irregularity, searched the relationship between crack progress and TQI, and then evaluated of the correlation between the two values. Through this method, there is a need to complete the problems of the current method, only TQI is the main decision making tool in track maintenance, and also the need for the development of evaluation index considering the crack.
Recently, in the total railroad construction field, the concrete slab track is adapted, not ballast track. Because the ballast track have the characteristics doing the ongoing maintenance and difficult to handle increasing maintenance costs, eventually the concrete slab track is selected as an alternative. However, owing to the hydration heat reactions and temperature affected shrinkage cracks related to concrete itself, a variety of studies to solve maintenance problems related to concrete slab track are underway. This study analysed characteristics of TQI values evaluating the track irregularity, searched the relationship between crack progress and TQI, and then evaluated of the correlation between the two values. Through this method, there is a need to complete the problems of the current method, only TQI is the main decision making tool in track maintenance, and also the need for the development of evaluation index considering the crack.
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문제 정의
미 연방철도국에서의 궤도품질평가기법은 궤도의 실측길이를 활용한 방법으로 궤도세그먼트의 이론상 길이를 기준으로 실측길이의 비율을 측정하여 표면의 굴곡 및 거침정도를 평가하여 TQI를 산정하는 방법이며 이 경우 궤도 검측데이터를 이용하여 데이터를 분석하게 된다. 그러나 TQI에 기준한 궤도틀림의 경우 궤도상의 근본적인 원인을 찾아가는 것이 아니라 과거기록과 현재 검측 기록에 의한 차이만을 비교하고 있다보니 근본적인 원인분석에 의한 궤도관리방법이 아니라고 판단되어 본 연구에서는 궤도틀림의 근본원인과 균열과의 상관성을 분석하여 궤도품질관리의 실제적인 기준을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 콘크리트도상 궤도 균열 발생 현황 분석을 위하여 00선에 부설된 침목매립식 콘크리트궤도를 대상으로 2006~2011년도 매년 정기적으로 시행한 콘크리트 도상 궤도 정밀점검 결과를 토대로 균열 발생 현황 분석을 시행하였다.
제안 방법
표준편차가 Very poor 값이 되면 1개월 내에 재검측을 수행하고 보수작업의 수행여부를 고려하도록 하고 있다. Maximum 값을 초과하면 1주일 내로 궤도 검측을 수행하고 운행속도제한을 검토한다.
대상구간은 궤도검측데이터를 활용하여 콘크리트도상 궤도의 궤도 틀림 현황을 분석하기 위하여 00터널에서 균열발생량이 매년 지속적으로 증가하고 있는 Span 일부를 샘플구간으로 선정하여 TQI분석을 시행하였다. TQI산출은 2007년부터 2010까지 1분기 궤도검측차(EM120)로 계측한 검측Data를 이용하였으며, 년도별 궤도틀림 진전을 분석하기 위하여 운행년도에 따라 Case-1, 2, 3, 4로 분류하여 TQI산출 및 분석을 수행하였다. 각각의 Span별 세그먼트 길이는 40 m의 값을 갖는다.
그럼에도 불구하고 최근 00선 구간 등의 터널 내 콘크리트 슬래브 궤도의 TQI와 균열발생 관계를 보면 전혀 무관하다 할 수 없는 많은 점들이 나타나고 있다. 궤도틀림이 발생한 이후 균열이 발생한 것인지 균열로 인해 TQI가 나빠진 것인지를 확인할 필요가 있었고 균열의 비율과 TQI값의 변화를 수년간의 자료 분석을 통해 분석하였다. 또한 균열보수보강 이후에 TQI값의 변화를 측정하여 균열과 TQI의 개선정도를 분석하였다.
본 연구에서는 FRA에서 제안한 궤도 길이기반 품질평가 방법을 적용하여 궤도검측차에서 측정된 각각의 궤도검측 파라미터(Parmeter)별 TQI를 산출하였다. 대상구간은 궤도검측데이터를 활용하여 콘크리트도상 궤도의 궤도 틀림 현황을 분석하기 위하여 00터널에서 균열발생량이 매년 지속적으로 증가하고 있는 Span 일부를 샘플구간으로 선정하여 TQI분석을 시행하였다. TQI산출은 2007년부터 2010까지 1분기 궤도검측차(EM120)로 계측한 검측Data를 이용하였으며, 년도별 궤도틀림 진전을 분석하기 위하여 운행년도에 따라 Case-1, 2, 3, 4로 분류하여 TQI산출 및 분석을 수행하였다.
궤도틀림이 발생한 이후 균열이 발생한 것인지 균열로 인해 TQI가 나빠진 것인지를 확인할 필요가 있었고 균열의 비율과 TQI값의 변화를 수년간의 자료 분석을 통해 분석하였다. 또한 균열보수보강 이후에 TQI값의 변화를 측정하여 균열과 TQI의 개선정도를 분석하였다.
본 연구에서는 2005년~2010년 2분기까지 매년 1/4분기 궤도검측 로우데이터를 분리하여 각각의 세그먼트별 면틀림, 줄틀림 TQI 분석을 시행하였다. 또한 도상균열이 심한 구간을 선정하여 그 구간의 균열발생 수준과 균열의 수, 그리고 침목 유동수준을 분석하였으며 그 시기의 TQI 값과도 비교 분석을 수행하였다.
본 연구에서는 2005년~2010년 2분기까지 매년 1/4분기 궤도검측 로우데이터를 분리하여 각각의 세그먼트별 면틀림, 줄틀림 TQI 분석을 시행하였다. 또한 도상균열이 심한 구간을 선정하여 그 구간의 균열발생 수준과 균열의 수, 그리고 침목 유동수준을 분석하였으며 그 시기의 TQI 값과도 비교 분석을 수행하였다.
궤도의 틀림 진전을 예측하기 위해서는 구성품의 종류, 구조물의 유무, 도상종류 등 궤도의 속성이나 특성별로 동질성이 확보될 수 있도록 궤도를 분할하여 이에 대한 장기적인 품질상태가 관찰되어야 하며, 이러한 궤도의 동질성이 확보된 각각의 분할 구간을 하나의 세그먼트로 정의하며 세그먼트 단위로 궤도품질을 측정하고 관리하여 틀림진전 상황을 예측하게 된다. 본 연구에서는 FRA에서 제안한 궤도 길이기반 품질평가 방법을 적용하여 궤도검측차에서 측정된 각각의 궤도검측 파라미터(Parmeter)별 TQI를 산출하였다. 대상구간은 궤도검측데이터를 활용하여 콘크리트도상 궤도의 궤도 틀림 현황을 분석하기 위하여 00터널에서 균열발생량이 매년 지속적으로 증가하고 있는 Span 일부를 샘플구간으로 선정하여 TQI분석을 시행하였다.
본 연구에서는 TQI와 균열과의 역학관계를 입증하기 위해 상행선과 하행선의 180개의 세그먼트의 TQI값과 균열수준을 5년간에 걸쳐 조사, 기록하였으며 조사구간 중의 일부구간에 해당하는 면틀림 TQI값이 그림 4~6까지이다. 이들 구간은 2009년 말과 2010년 초에 이미 2차례 균열보수를 수행한 실적이 있으며 보수로 인한 TQI값의 변화가 확인된 구간이다.
콘크리트 슬래브 궤도의 균열과 TQI간의 상관성을 분석하였다. TQI에 지대한 영향을 주는 것으로 우리는 일반적인 궤도틀림만을 거론했지만 그 근본적인 틀림의 원인으로는 균열의 영향이 매우 큼을 상관성 분석 결과로 부터 얻을 수 있었다.
데이터처리
따라서 이에 대한 수치적인 상관성을 분석하기 위해 통계분석 프로그램인 PASS를 사용하여 주어진 균열 폭과 균열 수준, 그리고 TQI값과의 상관성을 분석해 보았다. 본 분석 결과 얻어진 상관계수의 수준은 다음 표 11과 같다.
성능/효과
콘크리트 슬래브 궤도의 균열과 TQI간의 상관성을 분석하였다. TQI에 지대한 영향을 주는 것으로 우리는 일반적인 궤도틀림만을 거론했지만 그 근본적인 틀림의 원인으로는 균열의 영향이 매우 큼을 상관성 분석 결과로 부터 얻을 수 있었다. 특히 침목의 주변의 균열은 침목의 유동을 유발하여 면틀림 TQI와 매우 높은 상관성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
다음 그림은 각 세그먼트 별 균열보수이후의 변화를 기록한 것이다. 그 예로서 05년 1분기에서 10년 2분기까지 S46세그먼트 시계열 분석결과 면우, 면좌, 면틀림 모두 시간의 흐름 따라 궤도품질지수 값이 점차적으로 증가하다가 균열보수가 시행된 10년 1분기부터 TQI가 감소됨을 확인할 수 있다. 마찬가지로 S24부분에서도 마찬가지로 균열 보수 이후 상당히 TQI값이 줄어들었음을 확인할 수 있다.
이들 구간은 2009년 말과 2010년 초에 이미 2차례 균열보수를 수행한 실적이 있으며 보수로 인한 TQI값의 변화가 확인된 구간이다. 이 구간에 대한 보수전의 여러 정황들을 보면 먼저 면틀림 TQI는 실제 점검결과 균열깊이가 깊은 곳일수록, 그래서 유동이 심한 곳일수록 TQI가 크게 나타나고 있었으며 실제 점검결과 균열 발생수 및 침목유동의 수가 매년 증가하고 있었고 이때의 TQI 역시 매년 증가하고 있는 것을 알 수가 있었다.
이것은 현재의 균열보수과정에서 발생하는 문제로 에폭시 주입 이후 고임목 설치과정에서의 충격으로 인한 방향틀림의 영향으로 평가되며 그로 인해 줄틀림 TQI 증가에 일시적으로 영향을 받았다고 판단되었다. 이를 입증하기 위해 시계열 분석을 수행하였으며 그 결과를 정리하여 보니 균열 보수이후의 줄틀림과 면틀림 TQI값 모두 훨씬 작은 수치를 기록함을 파악 할 수 있었다.
코레일에서 2006~2009년 정밀점검 시행 후 기록관리된 콘크리트도상 궤도 점검 결과를 토대로 콘크리트도상 궤도에 발생한 균열발생 현황을 분석한 결과 종·횡방향‚ 균열과 도상과 침목테두리에 발생된 균열이 다수 분포하고 있는 것으로 조사되었다. 점검결과 표 3과 같이 모든 터널의 콘크리트도상 궤도에서 균열이 발생되고 있었으며, 년차별 균열발생 길이에 대한 비교분석을 시행하여 균열 발생 추이를 확인할 수 있었다. 그림 2에서 보는 바와 같이 모든 콘크리트도상 궤도에서 매년 균열길이가 지속적으로 증가되고 있음을 알 수가 있었다.
줄틀림 TQI의 추세는 일정한 유형이 없이 산만한 분포를 이루고 있으나 균열보수가 시행된 후부터 줄틀림 TQI가 증가하는 현상이 나타났다. 이것은 현재의 균열보수과정에서 발생하는 문제로 에폭시 주입 이후 고임목 설치과정에서의 충격으로 인한 방향틀림의 영향으로 평가되며 그로 인해 줄틀림 TQI 증가에 일시적으로 영향을 받았다고 판단되었다.
코레일에서 2006~2009년 정밀점검 시행 후 기록관리된 콘크리트도상 궤도 점검 결과를 토대로 콘크리트도상 궤도에 발생한 균열발생 현황을 분석한 결과 종·횡방향‚ 균열과 도상과 침목테두리에 발생된 균열이 다수 분포하고 있는 것으로 조사되었다.
TQI에 지대한 영향을 주는 것으로 우리는 일반적인 궤도틀림만을 거론했지만 그 근본적인 틀림의 원인으로는 균열의 영향이 매우 큼을 상관성 분석 결과로 부터 얻을 수 있었다. 특히 침목의 주변의 균열은 침목의 유동을 유발하여 면틀림 TQI와 매우 높은 상관성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 향후 철도 슬리브 궤도 유지보수 의사결정의 방법론에서 균열과 TQI를 동시에 검토할 수 있는 검측기법의 개발이 매우 필요함을 강조하는 바이다.
후속연구
특히 침목의 주변의 균열은 침목의 유동을 유발하여 면틀림 TQI와 매우 높은 상관성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 향후 철도 슬리브 궤도 유지보수 의사결정의 방법론에서 균열과 TQI를 동시에 검토할 수 있는 검측기법의 개발이 매우 필요함을 강조하는 바이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
궤도품질의 특성을 평가하는 방법은 어떤 종류가 있는가?
궤도 품질을 평가하는 기준인 TQI방법은 궤도틀림을 예측하는 방법으로 궤도의 속성이나 특성별로 동질성이 확보될 수 있도록 각각의 일정 구간별로 궤도 품질 상태를 확인하여 궤도 품질지수(TQI:Track Quality Index)를 만들어내게 된다. 이러한 궤도품질의 특성을 평가하는 방법으로 Peak Value방법, 유의수준(P-Value)기법, 그리고 표준 편차 방법 등이 있다. Peak Value방법은 검측된 궤도틀림 자료를 보수기준으로 직접 활용하는 방법이며 유의수준(P-Value)기법은 구간별 궤도틀림을 관리하는 기법으로 궤도의 품질상태를 나타내는 기준으로 3 mm이상 발생하는 비율을 고려하여 관리하는 방법이다.
유의수준(P-Value)기법은 어떤 방법인가?
이러한 궤도품질의 특성을 평가하는 방법으로 Peak Value방법, 유의수준(P-Value)기법, 그리고 표준 편차 방법 등이 있다. Peak Value방법은 검측된 궤도틀림 자료를 보수기준으로 직접 활용하는 방법이며 유의수준(P-Value)기법은 구간별 궤도틀림을 관리하는 기법으로 궤도의 품질상태를 나타내는 기준으로 3 mm이상 발생하는 비율을 고려하여 관리하는 방법이다.
콘크리트도상 궤도의 장점은?
콘크리트도상 궤도란 자갈도상궤도의 문제점을 보완하고 궤도기술발전을 꾀하고자 유럽, 일본등 철도선진국에서 나름대로의 형식을 개발하여 왔으며 이는 대부분 레일을 지지하는 침목을 도상 콘크리트 속에 매입하거나 레일 자체를 콘크리트 슬래브에 직접 체결하는 구조로서 별도의 탄성대책과 함께 부설 되어 왔다. 이 형식은 자갈 도상 궤도에 비하여 건설비가 고가이고 시공에 정밀을 요하지만 궤도의 강성을 높여 건설 후 유지보수비를 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라 잦은 보수작업 없이도 지속적으로 승객에게 쾌적한 승차감을 제공할 수 있는 장점을 가진 것으로 평가되고 있다. 이러한 궤도의 유지보수 의사결정의 중요한 기준으로 활용되는 것으로 궤도 품질을 평가하는 TQI 방법이 있다.
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