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과제기본정보

고무차륜 경전철 주행로의 환경소음진동 저감을 위한 핵심기술 개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 20CTAP-C143682-03
국가과학표준분류 1순위 환경 | 소음 진동 관리 | 소음 진동 방지 저감기술 적용분야 환경
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 고무차륜 경전철 주행로의 환경소음진동 저감을 위한 핵심기술 개발
주관연구기관 한국철도기술연구원
총괄연구 책임자 성명 이일화
소속 한국철도기술연구원 직위 팀장
기관 대표번호 031-460-5000 FAX 031-460-5814
총 연구기간 2018-04-17 ~ 2020-12-31
당해연도 연구기간 2020-01-01 ~ 2020-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
3차년도 200,000,000 6,675,000 60,075,000 66,750,000 266,750,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 교통문제 해결을 위해 각 대도시 및 각 지자체들은 기존의 중전철보다 비용이 저렴하고 대규모 수송보다는 중규모의 수송을 필요로 하는 신교통시스템인 경전철도입을 추진중
○ 국내에 현재 도입되어 운행되고 있는 경전철 시스템은 인천공항의 자기부상열차, 대구시의 모노레일, 부산지하철 4호선 고무차륜 AGT, 의정부의 고무차륜 AGT, 인천공항여객터미널의 고무차륜 AGT 등이 대표적임
○ 이 중에서 국내 경전철로 가장 많이 채택된 시스템은 단연 고무차륜 AGT 시스템임. 이 시스템은 고무바퀴과 안내궤조를 채택하여 탈선의 우려가 없고 등판능력과 곡선주행성능이 우수하여 급곡선 급구배의 도심구간노선에 적합
○ 고무차륜 AGT시스템은 소음진동에 유리한 교통시스템이기는 하나, 정온시설에서는 이동하중에 의한 소음진동이 필연적으로 발생하기 때문에 이에 대한 대책을 사전에 수립하여야 함
○ 고무차륜 주행로는 고무바퀴가 주행로에 직접적으로 접촉하기 때문에 시설물의 상태에 따라서 소음진동 발생이 결정됨. 대부분은 분기기와 주행로의 굴곡에 의해서 발생하며 최대피크가속도는 10g를 초과함.
○ 현재 국내에서 고무차륜 주행로의 소음진동저감대책은 수립되지 않은 상태임
○ 연구개발의 최종성과물은 고무차륜 AGT 방진주행로와 분기기의 제품개발을 통한 기존대비 소음진동 3dB(A) 이상 및 생산비용 10% 이상 저감을 최종목표로 설정
○ 목표달성을 위한 연구추진 방향은 시제품제작 3건(주행로1건, 분기기2건)을 우선수행하여 실내성능검증을 마친 후 현장시험부설(운영선, 시험선)을 통하여 성능을 검증하고 개선
○ 고무차륜 AGT 시스템의 확장성을 확보하기 위하여 방진주행로 및 최적분기기구조의 기술개발을 통하여 소음진동저감, 건설비 절감, 유지관리 효율화, 민원분쟁 해소 등의 목표를 달성
최종목표 고무차륜 경전철 시스템에서 차량주행으로 인하여 발생하는 고무차륜 AGT(Automatic guided transit) 주행로에서의 환경소음진동문제에 대하여 선제적으로 대처하기 위하여 기존 주행로 구조에 방진성능을 부가할 수 있는 방진재료, 구조, 시공법 등에 대한 기술을 확보하고, 소음진동에 있어 가장 큰 발생원인인 분기기를 개선하기 위한 구성품, 제작방식, 시공법, 인터페이스기술 등을 확보하고 시작품 제작 및 현장성능 검증을 통한 실용화
연구내용 및 범위 - 성능목표 설정 및 설계/성능요구조건, 인터페이스 기술요건 정립
○ 고무차륜 AGT용 설계하중을 적용하여 설계속도 80km/h을 선정하고 고무차륜 AGT 차량을 대상으로 하는 하중조합 선정하여 성능 검증
○ 차량, 신호 및 전차선 궤도의 영향을 검토하기 위하여 각 조건별 이론적 실험적 연구를 수행하여 최종 인터페이스조건을 결정
○ 방진주행의 설계최적화를 위하여 온도응력, 휨응력, 균열에 대한 이론적 검토를 수행
○ 방진주행로 패널에 대한 성능시험을 해석적, 실험적으로 규명
○ 방진주행로 패널의 표준단면 제시(단면폭, 두께, 구조, 시공연장 등)
○ 방진주행로의 가장 취약한 충진부, 접속부 등에서의 성능확보를 위하여 이론적 검토를 바탕으로 모형, 실물시험을 수행하여 최종 보강안을 제시

-고무차륜 AGT용 분기기 및 방진주행로 시공공법개발
○ 신설되는 고무차륜 AGT용 분기기 시공공정 및 향후 교체수요에 대비하여 야간에 교체 시공정정별 소요시간 및 인력투입을 산출하고 시공방법 및 순서등의 매뉴얼 작성
○ 방진주행로의 진동저감을 위한 앵커의 설치방법 개발
○ 고무차륜주행로의 소음진동원 특성을 고려한 액상충전재료의 선정 또는 개발
○ 탄성을 부여한 방진재료(다방향 탄성지지, 수지고정형 등)의 진동저감성능과 내구성을 확인하기 위하여 재료시험
○ 탄성방진재를 사용할 경우, 발생하는 수직변위를 허용하기 위하여 상부구조 구속을 해제할 수 있는 매립형 볼트 구조를 개발하고 이에 최적화된 시공법을 확보
○ 방진주행로에 대한 시스템시험을 경산시험선에서 실시하여 실차시험을 통한 방진효과 검증

-고무차륜 AGT 분기기 및 시작품 개발
○ 고무차륜 AGT 분기기의 설계요구 조건등을 분석하여 시제품 제작하여 실내성능시험을 통한 성능을 검증
○ 방진주행로 시작품 제작하여 방진충진재 및 앵커의 실내성능시험을 통한 성능검증
○ 실내 성능시험이 완료된 고무차륜 AGT분기기와 방진주행로 패널을현장 시험부설을 통한 성능 검증 및 개선
○ 고무차륜 AGT 분기기의 구조를 조사?선정하고 개선사항을 검토하기 위하여 운영기관의 의견과 실제 유지보수자료를 분석하여 개선항목을 결정
○ 개선된 분기기의 시제품을 일차 제작하여 실내에서 공인성능시험을 수행한 후 본선에 분기기 2틀을 부설하여 현장적용성과 개선사항을

-개발분기기,방진주행로 설계지침
○ 국내 고무차륜 AGT용 분기기 및 방진주행로기술을 기반으로 하는 고무차륜 AGT용 분기기 및 방진주행로 설계지침 및 시방서 마련
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 - 주관연구기관(한국철도기술연구원): 설계기술 개발 및 성능검증
- 공동연구기관(천운궤도) : 분기기 개선품 제작 및 방진주행로 시험부설
- 위탁연구기관(부산교통공사) : 주행 및 유지보수 성능 분석
- 위탁연구기관(광주도시철도공사) : 주행로 설계 최적화
- 주관연구기관(한국철도기술연구원):
○ 고무차륜 AGT 방진주행로 및 분기기 설계기술 개발
○ 방진분기기 설비, 급전, 신호시스템, 주행륜, 안내륜과의 인터페이스 분석
○ 주행로 전단저항구조 개발
○ 방진주행로에 대한 해석적 실험적 진동 저감 성능 평가
○ 방진분기기 교통신기술 신청

- 공동연구기관(천운궤도):
○ 방진분기기 성능 개선 및 2차 시제품 제작
○ 개발 방진주행로 시스템 시험선 시험부설
○ 방진분기기 시방서 유지관리지침 작성

- 위탁연구기관(부산교통공사):
○ 분기기 시험부설구간에서의 차량주행 특성 및 유지보수 이력 검토

- 위탁연구기관(광주도시철도공사):
○ 주행로 유지관리 효율화를 위한 설계개선 사항 검토
연구성과 기술적 기대성과 ◆ 기존의 고무차륜 AGT 분기기의 소음·진동발생의 원인해소로 인한 소음·진동 3dB(A) 저감
◆ 기존 프리캐스트 고무차륜 주행로의 정온구간 통과시 대안자재 생산가능
◆ 철도연변 소음진동에 대한 선제적 조치로 국민복지 확보, 민원 저감
◆ 새로운 경전철 시스템에 대한 기술선도
◆ 고무차륜주행로에 대한 기술 선도
- 방진주행로 세계 최초 개발
- 한국형 분기기 설계 및 시공 기술 확보
사회 경제적 파급효과 ○ 사회적 측면
◆ 국내 고무차륜 경전철 계획노선에 적용
- 현재 부산도시철도 4호선 약 20km와 의정부 경전철 22km외 인철공항철도 3km구간을 포함해서 약 47km구간에서 고무차륜 AGT가 운행되고 있음
◆ 고무차륜 AGT 주행로 및 분기기 개발 활성화에 따른 해외 경쟁력 향상
- 전 세계적으로 100여개의 고무차륜 경전철 노선을 운영 중에 있으며, 이에 상응하는 건설계획도 수립되어 있음.
- 현재 한국형 차량을 포함한 K-AGT시스템을 운영하고 있고 해외진출을 계획
- 고무차륜 주행로 및 분기기를 연구개발하는 기관은 없으므로 선제적 기술개발로 고무 차륜AGT시스템의 원천 및 핵심기술을 확보
- 유관기관 공동연구 참여에 따른 조기 실용화 및 기술료 수입창출 효과

○ 경제적ㆍ산업적 측면
◆ 기존 고무차륜 AGT 분기기 대비 제작비용 10% 이상 절감
◆ 개발되는 고무차륜 AGT 분기기를 사용시 광주지하철 2호선 기준으로 분기기신설시 소요되는 예상금액은 2도분기기(842백만),3도분기기(2,152백만원)의 10%가 절감가능할 것으로 판단됨.
◆ 방진주행로구간은 기존터널을 방진처리할 경우 1m당 약 1억원의 추가비용이 발생하는 것을 주행로를 방진처리할 경우 1m당 약 1천만원의 추가비용이 소요됨.
◆ 향후 고무차륜 AGT분기기와 방진주행로 시장은 연간 100억원 정도로 추정됨.
◆ 또한 해외시장 진출시 추가시장 확보가 가능
활용방안 ○ 고무차륜 경전철 기술수요처인 부산교통공사, 광주교통공사, 의정부경전철, 신림경전철 적용을 위한 상용화 추진
○ 철도교통의 소음진동민원은 개통 후에 발생하므로 발생 후 조치는 현실적으로 매우 어렵기 때문에 설계단계에서 정온 및 민원예상 구간에 선제적인 소음진동저감대책으로 적용
○ 방진주행로는 저토피 저심도구간에서 소음진동이 예상되는 구간에 방진대책으로 적용하며, 분기기는 기존 구조를 개선하여 신설 및 개량용으로 적용
○ 향후 발주예정인 각 지자체 및 국가 발주공사에 적용 (주행로 확정예산 3,400억원)
○ 개발제품은 건설단계를 포함하여 개량 또는 교체시 적용
- 주행로는 예상수명이 30년으로서 개량이 필요하며, 특히 정온지역에서는 방진주행로 부설이 필수적인 항목으로 채택될 필요가 있음. 현재 일반철도 부설시에도 주거지, 병원 및 학교 근처는 부유궤도 및 방진매트를 이용한 소음진동 감소를 요하는 시스템으로 궤도를 부설하고 있음.
- 분기기는 설계수명이 30년으로서 향후 교체수요가 발생하게 되며 교체시는 순차적으로 전구간의 분기기를 교체하게 됨으로써 건설 당시보다 많은 비용이 소요되는 단점이 있으나 개발 분기기를 적용시 생산비용 10% 저감과 더불어 현장 부설시 교체작업을 단순화하여 시간 및 경비를 절감할 수 있도록 개량
○ 고무차륜 AGT 주행로 및 분기기 기반기술 확보 및 실용화 준비
○ K-AGT(국산화 차량)과의 시스템기술 확보로 향후 해외시장 진출 기술지원
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 고무차륜 주행로 분기기 방진 -
영문 Rubber tired Runway Turnout Anti-vibration -
최종보고서
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