[보고서]고속화를 위한 선로구축물 핵심기술개발

강윤석

보고서 정보

주관연구기관

한국철도기술연구원
Korea Railroad Research Institute

연구책임자

강윤석

참여연구자

이일화 , 김성일 , 안성권 , 이성진 , 여인호 , 김현민 , 손승완 , 윤상호 , 윤원민 , 이강명

보고서유형

최종보고서

발행국가

대한민국

언어

한국어

발행년월

2012-11

주관부처

국토해양부

사업 관리 기관

한국건설교통기술평가원
Korea Insitute of Construction & Transportation Technology Evaluation and Planning

등록번호

TRKO201300027815

DB 구축일자

2014-01-13

키워드

궤도유지보수.궤도틀림.열화손상피로균열.콘크리트궤도.특수교량.Track Maintenance.Track irregularity.Damage/Fatigue Crack.Concrete Track.Cable Supported Bridge.

표 복원 및 보강공법의 시공위치
표 시공위치에 따른 복원공법의 분류
표 그림 2.1.2 시스템 배선도(펌프 4대를 이용한 다점·동시 작업)
표 그림 2.1.3 주입시스템 구성도
표 그림 2.1.4 A.S.V 설치
표 그림 2.1.5 중앙제어장치
표 그림 2.1.6 공법 시스템 구성도
표 그림 2.1.7 파스칼의 원리
표 그림 2.1.8 구조물 복원원리
표 그림 2.1.9 겔타임과 확산범위 실험치
표 표 2.1.2 그라우팅 장비
표 표 2.1.3 그라우팅 재료
표 그림 2.1.10 궤도 침하 구간 : TK190+245
표 그림 2.1.11 시험공 계획 도면 No. C230/K/2123/C10/1001
표 그림 2.1.12 작업과정 도면 No. C230/K/2123/C10/1001
표 그림 2.1.13 굴착 장비 설치
표 그림 2.1.14 굴착 작업
표 그림 2.1.15 그라우팅 장비
표 그림 2.1.16 마이크로-파인 시멘트 믹서
표 그림 2.1.17 그라우팅 펌프
표 그림 2.1.18 GDI 그라우팅 완료
표 그림 2.1.19 동적안정성 검토에 따른 경부고속철도 설계변경 사례
표 표 2.1.4 G7 연구사업 중 고속철도 교량 동적거동 분석관련 연구
표 시험 항목
표 그림 3.1.1 마이크로시멘트(MCG)
표 배합비
표 그림 3.1.2 물+규산 혼합
표 그림 3.1.3 물+MCG+MS-P 혼합
표 그림 3.1.4 압축강도시험편 제작
표 그림 3.1.5 표면 마무리 후 모습
표 그림 3.1.6 수중양생
표 그림 3.1.7 압축강도시험
표 표 3.1.3 압축강도 시험결과값
표 그림 3.1.8 수산화칼슘 포화용액 침지
표 그림 3.1.9 내 알칼리성 시험 후 겉모양
표 표 3.1.4 내 알칼리성 시험결과값
표 표 3.1.5 길이변화비 시험결과값
표 그림 3.1.10 길이변화비 시편제작
표 그림 3.1.11 4주 후 길이변화 측정
표 표 3.1.6 폐기물공정시험(용출시험) 결과값
표 그림 3.1.12 용출시험 시편
표 그림 3.1.13 용출시험 시편분쇄
표 그림 3.1.14 G.C 분석기
표 그림 3.1.15 수은분석기
표 그림 3.1.16 G.C 분석기
표 그림 3.1.17 수은분석기
표 표 3.1.7 마이크로시멘트(MCG)의 항목별 시험 결과값
표 그림 3.1.18 복원시험의 순서도
표 표 3.1.8 시험공시체(콘크리트슬래브) 제작
표 표 3.1.9 시험항목 및 내용
표 그림 3.1.19 주입관 배치도
표 표 3.1.10 시험시공 주입재료의 종류와 사용량
표 그림 3.1.20 현장 시공 순서
표 그림 3.1.21 슬래브 복원 전.후
표 그림 3.1.22 슬래브 복원
표 표 3.1.11 콘크리트 슬래브의 위치별 복원량
표 그림 3.1.23 슬래브 침하 복원량
표 그림 3.1.24 슬래브 컷팅
표 그림 3.1.25 컷팅 한 슬래브 육안검사
표 그림 3.1.26 슬래브 하부에서의 충전상태
표 그림 3.1.27 중결재 공시체 현장압축강도시험
표 표 3.1.12 충전재료의 압축강도시험 결과
표 그림 3.1.28 충전재료의 믹싱 후 온도별 압축강도시험 결과
표 표 3.1.13 충전재료 분말재 양 변화에 따른 압축강도시험 결과
표 그림 3.1.29 분말재 양 변화에 따른 압축강도시험 결과
표 그림 3.1.30 시험공시체(콘크리트슬래브 2조) 제작
표 표 3.1.14 시험항목 및 내용
표 그림 3.1.31 1차 주입관 배치도
표 그림 3.1.32 2차 주입관 배치도
표 그림 3.1.33 현장 시공 순서
표 표 3.1.15 시험시공 주입재료의 종류와 사용량
표 그림 3.1.34 슬래브 복원
표 그림 3.1.35 슬래브 복원 단면 형상
표 표 3.1.16 콘크리트 슬래브의 주입위치별 복원량
표 그림 3.1.36 침하 복원량
표 그림 3.1.37 슬래브 절단
표 그림 3.1.38 1차 현장복원시험시 콘크리트 슬래브에서의 충전상태
표 그림 3.1.39 급결재의 주입확산범위
표 그림 3.1.40 공극이 존재하는 경우와 정상적인경우의 검토 예
표 표 3.1.17 파전파해석에 사용된 물성치
표 그림 3.1.42 음향임피던스비에 따른 콘크리트슬래브의 복사감쇠
표 그림 3.1.43 콘크리트슬래브의 기층조건에 따른 공진주파수
표 그림 3.1.44 주입위치 및 복사감쇠측정위치
표 그림 3.1.45 콘크리트하부면의 상태 비교
표 표 3.1.18 주입장비의 기본구성(S.A.V 장비)
표 표 3.1.19 기존 A.S.V 장비의 기본구성
표 그림 3.1.46 S.A.V 장비 제원
표 그림 3.1.47 S.A.V 장비 정면
표 그림 3.1.48 S.A.V 장비 배면(약액 토출구)
표 표 3.1.20 기존 A.S.V 장비와 S.A.V 장비의 기능 및 성능비교
표 그림 3.1.49 기존 A.S.V 장비와 S.A.V 장비의 형태 및 부품 비교
표 그림 3.1.50 ○○교 인근 콘크리트 슬래브 궤도에서 수행한 FRACTAL 시험 장면
표 그림 3.1.52 FRACTAL 시험으로 측정한 Lamb파의 위상속도: 그림 3.1.50의 위상각 스펙트럼
표 그림 3.1.54 ○○교 인근 콘크리트 슬래브 궤도에서 수행한 CapSASW 시험 장면
표 그림 3.1.55 SASW 시험으로 측정한 Rayleigh파의 위상각 스펙트럼과 거보 스펙트럼
표 그림 3.1.56 SASW 시험으로 측정한 Lamb파의 위상각 스펙트럼
표 그림 3.1.57 CapSASW 시험으로 결정한 전단파속도 주상도 (계속)
표 그림 3.1.58 FRACTAL 시험이 수행된 ○○교 인근 콘크리트 슬래브 궤도와 시험위치
표 그림 3.1.60 상대강성이 작은 콘크리트 궤도에서의 FRACTAL 시험결과
표 그림 3.1.61 FRACTAL 시험으로 결정한 Lamb파 위상속도 2차원 컨투어
표 그림 3.1.62 ○○교 인근 성토구간의 침하원인을 규명하기 위한 CapSASW 시험측선
표 그림 3.1.63 SASW 시험으로 측정한 Rayleigh 파의 위상각 스펙트럼과 거보 스펙트럼
표 그림 3.1.64 SASW 시험으로 측정한 Lamb파 위상각 스펙트럼
표 그림 3.1.65 ○○교 교대 인근 원지반에 대한 전단파속도 분포
표 그림 3.1.66 ○○교 교대 인근 원지반에 대한 전단파속도 분포
표 그림 3.2.1 고속화, 고밀화, 중량화에 따른 궤도재료의 열화
표 표 3.2.1 차별 연구목표 및 내용
표 표 3.2.2 현장측정개소 - 궤도동적응답 측정 및 레일두부 표면요철 측정
표 그림 3.2.2 현장측정개소 전경
표 그림 3.2.3 전체 센서부착위치도
표 그림 3.2.4 현장측정시스템 구성
표 표 3.2.3 주요 측정장비 사양
표 그림 3.2.5 윤중 게이지 부착도
표 그림 3.2.6 윤중게이지 부착 및 윤중 검정 전경
표 그림 3.2.7 레일 휨응력 센서 설치 전경
표 그림 3.2.8 레일두부 표면요철 측정 전경
표 그림 3.2.9 KTX 20량 차량구성
표 그림 3.2.10 레일표면요철 측정결과 계산방법
표 그림 3.2.11 콘크리트궤도 레일표면요철 측정결과
표 그림 3.2.12 동적윤중 및 레일휨응력 측정 결과 예시
표 그림 3.2.13 KTX 동력차 및 객차에 의한 콘크리트궤도 동적윤중
표 그림 3.2.14 KTX 동력차 및 객차에 의한 콘크리트궤도 동적윤중
표 표 3.2.4 레일표면요철량에 따른 동적윤중 비교분석
표 그림 3.2.15 KTX 동력차 및 객차에 의한 콘크리트궤도 레일휨응력
표 그림 3.2.16 KTX 동력차 및 객차에 의한 콘크리트궤도 레일휨응력
표 표 3.2.5 레일표면요철량에 따른 레일휨응력 비교분석
표 표 3.2.6 접촉압력 산정을 위한 수치해석조건
표 그림 3.2.17 수치해석 모델
표 그림 3.2.18 수치해석 조건
표 그림 3.2.19 접촉위치 및 하중크기에 따른 수치해석결과
표 그림 3.2.20 접촉위치 및 하중크기에 따른 수치해석결과
표 그림 3.2.21 구름접촉피로시험기
표 표 3.2.7 구름접촉피로시험기의 제원 및 성능사양
표 그림 3.2.22 구름접촉피로시험을 위한 디스크 시험편
표 그림 3.2.23 레일용접부 시험편 제작방법
표 그림 3.2.24 차륜/레일 구름접촉피로시험 방법
표 그림 3.2.25 레일용접종류에 따른 구름접촉피로시험결과
표 그림 3.2.26 레일용접종류에 따른 구름접촉피로시험결과
표 그림 3.2.27 레일용접종류에 따른 구름접촉피로시험결과
표 그림 3.2.28 레일용접종류에 따른 구름접촉피로시험결과
표 그림 3.2.29 레일용접종류에 따른 구름접촉피로시험결과
표 그림 3.2.30 반복횟수에 따른 레일용접방법별 표면상태 비교
표 그림 3.2.31 마이크로 비커스 경도시험
표 표 3.2.9 마이크로 비커스 경도시험용 시험편 현황
표 그림 3.2.32 레일용접방법별 표면 경도측정 결과
표 그림 3.2.33 레일용접방법별 심부 대비 경도변화 결과
표 그림 3.2.34 레일용접방법별 심부 대비 경도변화 결과 비교
표 표 3.2.10 레일용접방법별 적정 삭정깊이(UIC60 rail, 반복횟수 1.2×105회)
표 그림 3.2.35 마모량 측정기
표 표 3.2.11 레일용접방법별 반복횟수에 따른 레일시험편의 중량 및 마모율 변화
표 그림 3.2.36 레일용접방법별 반복횟수에 따른 레일시험편의 마모율 변화
표 그림 2.2.37 레일용접방법별 반복횟수에 따른 레일시험편의 마모율 변화(종합)
표 표 3.2.12 실물 레일 피로시험용 시험편 구분 - New UIC60 TW
표 표 3.2.13 실물 레일 피로시험용 시험편 구분 - Used 50kgN TW
표 그림 3.2.38 실물 레일 피로시험용 지그
표 표 3.2.14 실물 레일 피로시험결과 - New UIC60 TW
표 표 3.2.15 실물 레일 피로시험결과 - Used 50kgN TW
표 그림 2.2.41 신품 레일(New UIC60 TW) 피로시험결과
표 그림 2.2.42 장기 사용레일(50kgN TW-보정전) 피로시험결과
표 그림 3.2.43 실물 레일 피로시험결과 파단유형
표 그림 3.2.44 파단면의 초기균열 발생위치 분류
표 그림 3.2.45 초기균열 발생위치 분석
표 그림 3.2.46 사용레일 S-N선도 보정방법
표 표 3.2.16 50kgN 테르밋 사용레일 S-N선도식 보정을 위한 잔존수명 평가
표 표 3.2.17 50kgN 테르밋 사용레일 피로시험결과 보정
표 그림 3.2.47 50kgN TW 사용레일 S-N선도 보정(파괴확률 50%)
표 그림 3.2.48 신품 레일(New UIC60 TW) 휨 피로강도(S-N선도)(50% 파괴확률)
표 그림 3.2.49 장기 사용레일(Used 50kgN TW) 휨피로강도(S-N선도) (50% 파괴확률)
표 표 3.2.18 S-N선도 및 피로한도 비교(50% 파괴확률)
표 그림 3.2.50 S-N선도를 이용한 피로해석 방법
표 그림 3.2.51 피로한도이하 피로해석기법 선정
표 그림 3.2.52 파괴확률에 따른 S-N선도
표 표 3.2.19 파괴확률에 따른 S-N선도
표 표 3.2.20 궤도조건에 따른 레일 휨응력 예측식 - 수치해석결과
표 표 3.2.21 매개변수 기호 구분
표 표 3.2.22 현장측정개소 조건 및 기호구분
표 그림 3.2.53 수치해석결과 및 현장측정결과 비교
표 그림 3.2.54 차량/궤도해석결과와 등가응력에 의한 레일 피로수명 비교
표 그림 3.2.55 피로한도이하 피로해석기법 선정
표 그림 3.2.56 신품 UIC60 테르밋용접레일의 파괴확률에 따른 S-N선도
표 표 3.2.23 신품 UIC60 테르밋용접레일의 파괴확률에 S-N선도식
표 그림 3.2.57 고속선 레일 피로수명 산정 절차
표 그림 3.2.58 열차속도 및 궤도구조에 따른 레일 피로수명 예측결과
표 표 3.2.24 열차속도 및 궤도구조에 따른 레일 피로수명 예측결과
표 그림 3.2.59 레일연마주기에 따른 레일 피로수명 예측결과
표 표 3.2.25 레일연마주기에 따른 레일 피로수명 예측결과
표 표 3.2.26 고속선 UIC60 레일의 적정 유지보수 및 교체주기 산정
표 그림 3.2.60 고속선 레일 모재부 및 용접부구름접촉피로시험 후 심부 대비 경도비 비교(120만회)
표 표 3.2.27 현 고속철도 선로정비지침 및 레일연마기준(안)
표 표 3.2.28 현 고속철도 선로정비지침 및 레일교체기준(안)
표 그림 3.2.61 레일연마 및 레일교체주기 연동모듈(안)
표 그림 3.3.1 교량의 수치모델
표 그림 3.3.2 차량-교량 구조계의 모델링
표 그림 3.3.3 KTX 20량 편성
표 그림 3.3.4 HEMU-430X 시제차 (해석 상 위험측을 위한 12량) 편성
표 그림 3.3.5 KTX의 관절형 대차시스템
표 그림 3.3.6 KTX 대차 베이스 객차모델
표 그림 3.3.7 동력차/동력분산형 객차 모델
표 그림 3.3.8 고려된 좌우 레일면의 불규칙성
표 표 3.3.1 기존 개발 프로그램과의 차이
표 그림 3.3.10 개발된 소프트웨어의 해석 흐름도
표 그림 3.3.11 KTX 속도별 동적실험이 수행된 임기2고가 (PSC Box 40m 단순교)
표 그림 3.3.12 KTX 운행 중 동적실험이 수행된 중령고가 (PSC Box 30m 단순교)
표 그림 3.3.13 개발프로그램과 실험결과와의 비교 분석
표 그림 3.3.14 개발프로그램과 실험결과와의 비교 분석
표 그림 3.3.15 HEMU-430X PSC Box 40m 주행 시 교량의 속도별 최대 동적응답
표 그림 3.3.16 HEMU-430X PSC Box 40m 주행 시 열차의 속도별 최대 동적응답
표 그림 3.3.17 호남고속철도 2-3공구 정지고가
표 그림 3.3.18 정지고가의 1차 모드형상
표 그림 3.3.19 KTX, HEMU-430X에 의한 전형적인 교량 연직변위, 연직가속도 시간이력곡선
표 그림 3.3.20 KTX, HEMU-430X 정지고가 주행 시 교량 속도별 최대 동적응답
표 그림 3.3.21 KTX, HEMU-430X 정지고가 주행 시 열차 속도별 최대 동적응답
표 그림 3.3.22 KTX, HEMU-430X 정지고가 주행 시 열차응답의 시간이력곡선
표 그림 3.3.23 KTX, HEMU-430X 정지고가 주행 시 승차감 지표에 대한 속도별 최대 응답
표 그림 3.3.24 KTX, HEMU-430X 정지고가 주행 시 주행안전성 지표에 대한 속도별 최대 응답
표 그림 3.3.25 진동지속시간을 고려한 교량구조물의 진동사용성 기준
표 그림 3.3.26 질량-스프링 시스템
표 그림 3.3.27 KTX객차의 진동전달 특성
표 그림 3.3.29 주행속도에 따른 차체수직진동가속도 대푯값의 비교
표 그림 3.3.30 진동전달함수와 교량-열차 상호작용해석 주파수응답함수의 비교
표 그림 3.3.31 진동대실험을 위한 질량-스프링시스템 모형
표 그림 3.3.32 계측장비
표 그림 3.3.33 질량-스프링 실험체
표 표 3.3.2 진동대 실험 순서
표 그림 3.3.34 입력신호 : Sine Wave 1
표 그림 3.3.35 입력 가속도신호 : Sine Wave 2
표 그림 3.3.36 질량 중심의 응답 가속도신호
표 그림 3.3.37 계측신호의 주파수응답함수와 질량-스프링실험체의 진동전달함수의 비교
표 표 3.3.3. 조화운동으로 가정된 교량의 형식에 따른 응답
표 그림 3.3.38 교량지지형식에 따른 처짐 형상
표 그림 3.3.39 KTX객차의 주행속도에 따른 정규화된 교량 최대처짐과 열차연직가속도의 관계
표 그림 3.3.40 HEMU-430X객차의 주행속도에 따른 정규화된 교량 최대처짐과 열차연직가속도의 관계
표 그림 3.3.41 가속도증폭계수
표 그림 3.3.42 가속도증폭효과를 고려한 철도교량의 진동사용성 연직변위기준의 전개방법
표 표 3.3.4 열차 매개변수 연구를 위한 스프링과 감쇠계수
표 그림. 3.3.43 열차 물성치에 따른 철도교량의 진동사용성 허용연직변위 : KTX(200km/h)
표 그림. 3.3.44 열차 물성치에 따른 철도교량의 진동사용성 허용연직변위 : KTX(300km/h)
표 그림. 3.3.45 열차 물성치에 따른 철도교량의 진동사용성 허용연직변위 : KTX(370km/h)
표 그림. 3.3.46 열차 물성치에 따른 철도교량의 진동사용성 허용연직변위 : KTX(400km/h)
표 그림. 3.3.47 열차 물성치에 따른 철도교량의 진동사용성 허용연직변위 : HEMU-430X(200km/h)
표 그림 3.3.48 열차 물성치에 따른 철도교량의 진동사용성 허용연직변위 : HEMU-430X(300km/h)
표 그림 3.3.49 열차 물성치에 따른 철도교량의 진동사용성 허용연직변위 : HEMU-430X(370km/h)
표 그림 3.3.50 열차 물성치에 따른 철도교량의 진동사용성 허용연직변위 : HEMU-430X(400km/h)
표 그림 3.3.51 정규분포도
표 그림 3.3.52 KTX의 가속도 증폭효과가 고려된 철도교량의 진동사용성 연직변위기준
표 그림 3.3.53 HEMU-430X의 가속도 증폭효과가 고려된 철도교량의 진동사용성 연직변위기준
표 표 3.3.5 가속도 증폭효과가 고려된 단순교의 철도교량 진동사용성 연직변위기준
표 표 3.3.6 가속도 증폭효과가 고려된 연속교의 철도교량 진동사용성 연직변위기준
표 그림 3.3.55 가속도 증폭효과가 고려된 철도교량 진동사용성 연직변위기준과 표 3.3.5~3.3.6의 간략화 된 기준 비교
표 표 3.3.7 철도교량 계측정보
표 표 3.3.8 계측된 열차의 연직가속도 대푯값 및 교량 최대 처짐
표 그림 3.3.56 열차의 연직최대가속도응답
표 그림 3.3.57 열차의 RMS 연직가속도응답
표 그림 3.3.58 열차의 RMQ 연직가속도응답
표 그림 3.3.59 VDV로부터 변환된 RMQ 열차의 연직가속도응답
표 그림 3.3.60 계측된 철도교량의 최대연직변위와 a,KTX A 를 이용하여 전개된 진동사용성 연직변위기준의 비교
표 그림 3.3.61 계측된 철도교량의 최대처짐과 기존의 철도교량의 진동사용성 연직변위기준의 비교
표 그림 3.4.1. 일본의 궤도구조 성능검증 체계
표 그림 3.4.2 도호쿠신칸센 속도향상 시험 시 측정항목 및 측정위치
표 표 3.4.1 속도향상의 판정 목표치
표 표 3.4.2 속도 향상 판정
표 그림 3.4.3 도호쿠신칸센 속도향상 시험 시측정항목 및 측정위치
표 표 3.4.3 속도향상의 판정 목표치
표 표 3.4.4 속도 향상 판정
표 그림 3.4.4 . 도카이도 신칸센(쿄토-마이바라)에서 증속 운행된 X-300열차
표 그림 3.4.5. 도호쿠 신칸센에서 증속운행된 FASTEC 360
표 그림 3.4.6. 궤도강도 검토를 위한 현장시험장면(FATEC 360 주행 시)
표 표 3.4.5 일본 신간선의 주행판정기준
표 그림 3.4.7 1990년 TGV 515.5km/h의 최고속도 시험구간
표 그림 3.4.8 2007년 TGV 574.8km/h의 최고속도 시험구간
표 그림 3.4.9. 프랑스 V150열차 증속 다이어그램
표 그림 3.4.10 2007년 TGV 574.8km/h의 최고속도 시험장면
표 그림 3.4.11 최고속도 시험시 모니터링의 예
표 그림 3.4.12 1991년 Vend?me Station의 TGV 분기기(462km/h)
표 그림 3.4.13 2007년 AGV Est KP188 분기기통과(시속 560km/h)
표 그림 3.4.14 AGV Est 콘크리트 도상 분기기
표 그림 3.4.15 . 독일 하노버 증속다이어그램
표 그림 3.4.16 속도 함수에 따른 동적 하중(증폭률)
표 3.4.17

표 그림 3.4.18. ICE 3차량

표 표 3.4.6 독일고속철도의 궤도강도 측정항목

표 표 3.4.7 경부고속철도 2단계 개통 전 시험기준

표 표 3.4.8 현차주행 성능시험- 궤도구조

표 표 3.4.9 현차주행 성능시험-분기기

표 표 3.4.10 고속철도 주요 건설기준

표 표 3.4.11 개발차량 궤도계측 현황

표 그림 3.4.19 측정구간 위치(원호)

표 표 3.4.12 측정결과 비교

표 표 3.4.14 경부 고속선 2단계 궤도 일반사항

표 표 3.4.15 경부 고속선 2단계 궤도 기술적 특징

표 표 3.4.16 SFC 제원

표 표 3.4.17 경부고속철도 2단계 최대속도 운행 가능 교량

표 그림 3.4.20 광석고가 (PSC Box 40m)

표 그림 3.4.21 가야고가 (소수주형 강합성 50m)

표 표 3.4.19 레일 허용응력의 계산

표 표 3.4.20 일본 신칸센 기준 및 국내 기준 비교

표 그림 3.4.22 궤도 변위 계측 시스템

표 표 3.4.21 일본 신칸센 기준 및 국내 기준 비교

표 그림 3.4.23 궤도의 진동가속도 측정항목

표 그림 3.4.24 분기기 각부분의 명칭

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