| 연구개발개요 |
○ 고속열차가 터널에 진입할 때 압력파가 생성되어 터널의 끝을 향하여 음속으로 전파됨. 이러한 압력파의 일부분은 충격성 소음/진동의 형태로 터널 출구로부터 외부로 방사되는데 이를 미기압파(micro-pressure wave, sonic boom)라고 부르며, 터널 근처의 민가에서는 폭발음의 환경소음과 함께 심한 저주파 진동을 느끼게 됨. ○ 고속철도에서 터널 단면적을 매우 크게 적용하면 미기압파 문제를 해결할 수 있으나, 터널 건설비가 크게 증가하게 됨. ○ 터널 미기압파를 저감할 수 있는 기술로는 발라스트 궤도를 적용하는 방법, 터널에 수직갱이나 사갱을 적용하는 방법, 터널내 기재갱을 이용하는 방법, 고속열차 전두부를 미기압파 저감 형태로 적용하는 공기역학적 기술, 터널 입/출구에 공기역학적으로 최적 설계된 “미기압파 저감 후드 구조체”(hood, 완충공)를 설치하는 기술 등이 있음. ○ 열차 하중과 유지보수 문제로 궤도도상을 발라스트 궤도에서 콘크리트 궤도로 바뀌고 있는 추세이며, 궤도도상에 흡음 블럭을 적용하는 문제는 설치비와 유지보수의 어려움이 있음. ○ 터널내 수직갱, 사갱, 기재갱 등의 활용은 기존 토목시설물의 활용으로 한계가 있으며, 미기압파를 저감시키기 위하여 추가적인 수직갱이나 사갱 등의 설치는 비용적인 문제에 부딪히게 됨. ○ 고속열차 전두부에 의한 미기압파 저감은 첫 번째 차량의 운송효율문제로 전두부의 길이를 12m 내외로 한정되어 미기압파 저감효과가 최대 10%~15% 정도임(운송효율문제 - 동력분산식 고속열차의 경우에 첫 번째 차량의 객실 좌석 수 확보문제) ○ 비용적인 측면과 유지보수적인 측면에서 가장 효율적인 방법은 터널 갱문에 터널 미기압파 저감 후드 구조체를 적용하는 기술로 알려져 있음.
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| 최종목표 |
○ 콘크리트궤도 적용, 터널단면적 축소, 열차의 고속화 추세에 따른 터널 미기압파에 효과적으로 대처 가능한 터널 미기압파 저감 후드 및 허용기준 개발 - 터널 미기압파 DB 구축 - 미기압파 시뮬레이션 역해석 S/W 개발 - 국내 실정에 부합하는 미기압파 허용기준 마련 - 조건별 최적 후드 표준사양 개발 및 성능검증 * 미기압파 저감성능 60%, 해외 제품(일본) 대비 제작·설치비 약 2/3 수준 - 미기압파 저감 후드 설치·시공법 개발
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| 연구내용 및 범위 |
○ 미기압파 허용기준 마련 - 국내·외 허용기준, 기존/신규터널 미기압파 발생현황 조사 및 DB 구축 - 국내외 현장시험 데이터 분석 - 국내 고속열차 차량 특성, 터널형상, 터널 주변 지형환경 및 기후조건에 대한 미기압파 민감도 분석(3차원 방사패턴, 주파수 특성 등) - 터널 미기압파 허용기준(안) 마련, 설계지침(KR코드) 반영 - 관련 법·제도 제·개정 필요성 검토○ 미기압파 저감 후드 개발 - 열차속도, 터널단면적, 터널연장 등 주요인자를 고려한 조건별 최적 후드 표준사양 개발 - 축소모델 주행시험 및 3차원 CFD 해석을 통한 후드 설계 - 터널 공용중 설치 가능한 시공법 개발 - 테스트베드 선정 및 대표타입 후드 실스케일 시제품 제작 - 현장 테스트베드 시험시공 및 모니터링을 통한 성능검증 - 후드 구조체 제작 및 운영 매뉴얼 개발 - 열차 및 터널 제원 등 주요 인자를 고려한 터널 미기압파 예측 및 시뮬레이션 S/W 개발 - 연구성과의 적용가능성 등을 고려한 경제성 분석○ 1차년도 세부연구내용 및 범위- 국내·외 허용기준, 기존/신규터널 미기압파 발생현황 조사 및 DB구축- 국내외 현장시험 데이터의 분석으로 미기압파 예측 경험식의 경험상수 평가 및 S/W 제작 기본설계- 초고속 터널주행 열차모델 시험장치에 1/60축척 후드 및 터널 모형 설계/제작, 후드 구조체 공기역학 최적설계 및 성능평가(1)- 후드 구조체의 첨단소재 및 슬림화 구조 검토 및 적용성 평가- 터널 출구갱문 형상에 따른 미기압파 3차원 방사패턴 분석 및 평가- 터널입구후드의 CFD 해석기법 개발- 공용중인 철도노선에서의 터널입구 후드의 시공법 개발- 원강선 TEST-BED 터널에서의 1차 공기역학 계측 예비시험- 후드 구조체의 스타일링 산업디자인 수행, 1/60축척 1차 시작품 제작- TEST-BED 현장시험 계측장치 및 중앙모니터링 무선전송시스템 사양 및 시스템설계- 2세대 후드의 기술가치 평가에 의한 경제성 분석○ 2차년도 세부연구내용 및 범위- 후드 구조체의 슬림화 구조 검토 및 적용성 평가- 2세대 후드 구조체의 공기역학 최적설계 및 성능평가(2)- 실물 스케일 후드 구조체 시작품을 본선 TEST-BED에 구축- TEST-BED 터널 현장시험 계측장치 구축 및 평가기술 개발- TEST-BED 현장시험의 장거리 중앙 모니터링시스템/서버 구축- 터널에 대한 1차 공기역학 계측/평가(TEST-BED에서 신뢰도확보 예비시험)- 국내 터널 상세사양에 대한 방사 미기압파의 주파수특성 분석/평가- 터널입구후드의 CFD 해석과 중앙 모니터링 서버용 S/W 개발- 후드 구조체의 안정성 모니터링 계측시스템 구축 - 터널 미기압파 허용기준 정립을 위한 민감도 테스트 방법 구축○ 3차년도 세부연구내용 및 범위- 본선 TEST-BED 현장시험의 장거리 중앙 모니터링시스템 운영- 터널, 주변 민가 및 후드에 대한 계측/평가(TEST-BED 현장시험)- 터널 미기압파의 국내 민가특성에 미치는 영향 평가- 터널들 및 후드 구조체에 대한 중앙 모니터링 빅데이터 분석/처리- 후드 구조체 안정성 향상 기술개발- TEST-BED 현장시험 데이터 분석으로 미기압파 CFD 역해석 성능검증- 1/64축척 주행시험에 의한 2세대 후드 구조체의 공기역학적 최적설계 및 성능평가 업데이트(현장시험의 현장여건 변화 시 반영)- 주변민가에 미치는 터널 미기압파 예측 상용화 역해석 S/W 개발- 고속화철도 터널 미기압파 허용기준의 지원 및 개정(안) 마련- 관계부처와 터널 미기압파 허용기준(안) 및 해설서 자문/조정 및 협의- 최종보고서 작성/제출
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