초록 ▼

IV. 연구개발결과

5차년도 주요 연구개발결과를 요약하면 다음과 같다.

1. 5차년도 연구개발결과

1.1 시스템 성능검증

5차년도 연구에서는 현장 시험부설과 성능평가를 주요 연구내용으로 추진하였다. 한국철도시설공단에서 발주하는 철도 노선에서 현장 시험부설을 실시하기 위해서는 철도시설공단 자체 규정인 “철도시설 성능검증지침”(첨부1 참조)에 따라 성능 검증 과정을 거쳐야 한다.
이 규정에 따르면 시스템 개발자는 새로운 궤도구조를 실제 현장에 적용하기 위해 한국철도시설공단에 성능

IV. 연구개발결과

5차년도 주요 연구개발결과를 요약하면 다음과 같다.

1. 5차년도 연구개발결과

1.1 시스템 성능검증

5차년도 연구에서는 현장 시험부설과 성능평가를 주요 연구내용으로 추진하였다. 한국철도시설공단에서 발주하는 철도 노선에서 현장 시험부설을 실시하기 위해서는 철도시설공단 자체 규정인 “철도시설 성능검증지침”(첨부1 참조)에 따라 성능 검증 과정을 거쳐야 한다.
이 규정에 따르면 시스템 개발자는 새로운 궤도구조를 실제 현장에 적용하기 위해 한국철도시설공단에 성능 검증을 신청하고, 철도시설공단에서는 성능 검증 위원회를 구성하여 설계 결과에 대해 기술 적합성과 실내 성능시험 결과의 적합성을 검토하여 최종 시험부설을 승인하며, 지정된 기간 동안의 현장 성능평가를 거쳐 최종성능 검증의 여부를 결정하도록 되어 있다.
이 연구에서 새롭게 개발된 방진장치(고무 마운트)와 플로팅 슬래브궤도 시스템 설계에 대해 보다 객관적인 검증을 위해 위의 한국철도시설공단 규정에 따라 1단계 및 2단계에서 수행한 해석 및 설계, 실내 성능시험 등의 결과를 토대로 성능 검증 신청서를 제출하였다. 설계 및 시험결과 등의 주요 시스템 성능 검증 내용은 제1절의 2에서 요약하여 제시하고 있다. 1차 심의 결과 기술 적합성 검토를 완료하였고 시험부설에 대한 승인을 얻을 수 있었다(심의위원회 검토의견 및 조치결과, 관련 공문 등 첨부 2 참조).

■ 연구결과에 따른 시스템 성능검증
(1) 시스템 설계
(2) 방진장치 설계
(3) 플로팅슬래브 및 스토퍼 설계
(4) 시스템 인터페이스 검토
(5) 시공 및 유지보수

1.2 현장시험부설 및 평가

1.2.1 현장시험부설을 위한 성능보완
플로팅 슬래브궤도의 현장 성능검증을 위해 경전선 함안역 정거장 상본선 110m 구간에 현장부설을 실시하였다.
현장부설시공 이전에 시공성을 보완하기 위해서 다음과 같은 설계수정, 보완을 실시하였다. 당초 설계에서는 슬래브를 타설하기 전에 방진매트를 설치하고, 그 위에 철근과 궤광(레일과 침목)을 조립한 후 콘크리트를 타설하는 것으로 설계하였다. 그리고 콘크리트가 경화된 이후에 슬래브를 리프팅하면 슬래브가 들어 올려진 만큼 공간이 남게 되므로 그 공간에 모르터를 주입하여 채우는 것으로 계획하였다. 그러나 슬래브에 추가로 모르터 주입공을 설치해야 하는 문제, 충전재 주입 시 채움 부족에 대한 우려 등을 고려하여 슬래브 타설 및 경화, 슬래브 리프팅 후에 궤도 측면에서 방진 매트를 삽입하는 방식으로 변경하였고, 당초 다웰바를 2단으로 배치하는 것으로 설계하였으나 거푸집 설치 후 제거 방법 등을 고려하여 1단 배열로 변경하였다.
또한 방진 고무마운트의 균일한 성능 확보를 위해 고무 물성의 균일성 확보를 위한 연구를 수행하여 크리프 현상을 개선하고, 4차년도의 고무시편보다 우수한 성능을 확보하였다. 그리고 제품의 양산화를 위해 제품의 중량을 감소(-1.4kg)시키고, 시제품 개념(기계가공)으로 제작되었던 기존 방진장치의 제조 방식을 변경(주물제작) 하였으며, 설계보완에 따른 구조 검토를 수행하였다.
플로팅 슬래브궤도는 별도의 잭업 장치를 통해 슬래브를 들어올려 방진장치를 삽임하는 방식으로 일부분을 리프팅하게 되면 슬래브에 국부적인 응력 차이가 발생되어 균열의 발생가능성을 배재하기 어렵다. 5차년도에는 4차년도에 개발된 유압 잭업시스템에 PCL을 이용하여 외부센서에 의해 리프팅 높이를 피드백 받아 높이가 제어되도록 하였다.

1.2.2 현장성능평가
시험부설 후 실시한 모의가진시험에서는 바로 인접한 방진매트형 플로팅 슬래브궤도의 응답과 비교할 때 10Hz 이상의 주파수 대역에서 적어도 5dB 이상 최대 25dB까지 진동 가속도를 더 작게 발생시키는 것으로 나타났다. 모의가진시험을 위해 이번 연구에서 새로 고안한 이동식 궤도가진시험기는 엑츄에이터를 이용하여 질량에 가속도를 가함으로써 진동을 유발하는 방식을 적용하여 최고 60Hz까지 피드백 제어 가진이 가능하고, 피드백 제어를 하지 않는 경우 최대 약 100Hz까지 가진이 가능하도록 설계되었다.
또한 실내 실험 및 해석 결과를 바탕으로 하중전달율을 계산한 결과 목표로 한 80% 이상의 방진효율을 만족하는 것으로 나타났다.
열차 주행 시 궤도의 동적 응답과 역사의 진동 및 소음을 측정하여 성능평가를 실시하였다. 측정 결과에 따르면 궤도 동적 응답은 접속부와 슬래브 연결부를 포함하여 모두 기준값 이내로 안정적인 거동을 나타내는 것으로 나타났다. 또한 진동의 경우 시스템 고유 진동수 부근인 8~16Hz 대역에서 약간 더 큰 진동을 보이고, 나머지 전 주파수 영역에서 방진 매트를 이용한 플로팅 슬래브 궤도보다 우수한 진동 저감 성능을 보여주고 있으며 미국 FTA의 기준을 만족하는 것으로 나타났으며, 진동 가속도를 기준으로 하는 소음진동규제법의 기준 역시 만족하는 것으로 나타났다. 또한 소음의 경우는 가청 주파수 대역인 20Hz 이상의 주파수 영역에 걸쳐 방진매트형 플로팅 궤도 구간에 비해 낮은 소음 레벨이 측정되었고, 인체 청각 보정을 거친 A-weighted 소음 레벨도 열차의 속도가 약 30km/h 이상 차이가 남에도 불구하고 약 11~126dB(A)의 차이를 보여주고 있어 소음 저감 효과면에서도 우수한 성능을 나타냈다.

1.3 시공 절차서 및 유지보수 메뉴얼

1.3.1 시공 절차서
5차년도 연구보고서 2.6절의 시공 방법과 절차에 따라 현장 시험부설을 실시하고, 그 결과를 참고하여 최종 시공 절차서를 제시하였다.

1.3.2 유지보수 매뉴얼
방진 고무마운트의 검사방법, 주기, 검사기준 및 조치방안 등을 포함하여 첨부 10과 같이 일상검사와 정기검사로 나누어 유지보수 매뉴얼을 작성하였다.

(출처 : 요약문 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 10
• 제1장 연구개발 과제의 개요 ... 18
• 제1절 연구 배경 및 목표 ... 18
• 제2절 연구내용 ... 19
• 제2장 연구개발 추진계획 및 실적 ... 22
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 26
• 제1절 시스템 성능 검증 ... 26
• 1. 성능 검증 개요 및 추진 경과 ... 26
• 2. 1단계 및 2단계 주요 연구결과에 따른 시스템 성능 검증 내용 ... 28
• 2.1. 시스템 기본 구조 및 특징 ... 28
• 2.2. 시스템 설계 ... 33
• 2.3. 방진장치 설계 ... 70
• 2.4. 플로팅 슬래브 및 스토퍼 설계 ... 80
• 2.5. 슬래브와 방진 마운트 연결용 원통형 강재 브라켓 설계 ... 87
• 2.6. 시스템 인터페이스 검토 ... 90
• 2.7. 시공 및 유지보수 ... 94
• 제2절 현장 시험부설 및 성능평가 ... 102
• 1. 현장 시험부설 개요 ... 102
• 2. 현장 시험부설 ... 106
• 2.1. 시공 인터페이스 검토 및 보완 ... 106
• 2.2. 방진장치 성능 보완 및 자재 규격 작성 ... 109
• 2.3. 유압잭업시스템 보완 및 제작 ... 119
• 2.4. 현장 시험부설 과정 ... 127
• 2.5. 시공성 검토 ... 129
• 3. 현장 성능평가 ... 131
• 3.1. 개요 ... 131
• 3.2. 모의가진시험을 이용한 성능평가 ... 131
• 3.3. 열차 주행 시 플로팅 슬래브 궤도의 성능 평가 ... 137
• 제3절 시공 절차서 및 유지보수 매뉴얼 ... 154
• 1. 시공 절차서 ... 154
• 2. 유지보수 매뉴얼 ... 154
• 제4절 종합결론 ... 157
• 제4장 연구개발 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 159
• 제1절 연구개발 목표 달성도 ... 159
• 제2절 관련분야 기술발전에의 기여도 ... 160
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 162
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 164
• 제7장 참고문헌 ... 166
• 첨부자료 ... 173
• 첨부 1. 철도시설 성능검증지침 ... 173
• 첨부 2. 고성능 고무마운트를 적용한 플로팅 슬래브궤도 철도시설 성능검증 심의결과 알림 ... 189
• 첨부 3. 플로팅 슬래브궤도와 일반 콘크리트궤도 접속구간에서의 열차 주행 안전, 승차감 및 궤도 사용성 평가 ... 191
• 첨부 4. 슬래브 최대길이 산정 자료 (2단계 연구보고서 중 발췌) ... 206
• 첨부 5. 플로팅 슬래브궤도 Mock-up 실험결과 보고서 ... 224
• 첨부 6. 성능시험 결과 보고서 ... 242
• 첨부 7. 구조계산서 ... 265
• 첨부 8. 설계도면 ... 303
• 첨부 9. 시공절차서 ... 356
• 첨부 10. 유지보수지침서 ... 366
• 첨부 11. 자재규격서 ... 372
• 첨부 12. 운행선 시험 기준(안) ... 394
• 끝페이지 ... 397