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과제기본정보

철도 터널내 바닥 여굴 채움재에 따른 궤도 진동영향 저감방안 제시3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C152137-03
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 철도교통기술 | 궤도토목기술 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 토목시공기술 실용화대상여부 비실용화
3순위 건설 교통 | 시설물 안전 유지관리 기술 | 구조물 보수 보강기술 과제유형 응용
과제명 철도 터널내 바닥 여굴 채움재에 따른 궤도 진동영향 저감방안 제시
주관연구기관 서울과학기술대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 조국환
소속 서울과학기술대학교 산학협력단 직위 교수
기관 대표번호 02-970-9133 FAX 02-979-9117
총 연구기간 2019-04-19 ~ 2021-12-31
당해연도 연구기간 2021-01-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
3차년도 331,000,000 11,040,000 99,360,000 110,400,000 441,400,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 *터널 굴착시, 필연적으로 여굴이 발생하게 되며, 터널 천단부의 여굴은 점차 감소하고 있는 추세이지만, 터널 바닥부의 여굴은 지속적으로 발생하고 있음.
*철도 터널내 여굴 채움재에 따른 궤도 이상 진동 현상으로 발생하는 궤도 구조체 균열, 공동구 파손 및 주행안정성 저감 현상이 발생하고 있으며, 시급한 보수가 필요하며, 현재 일부 구간에서는 서행 운행중임
*본 연구에서는 현재 시행중인 여굴 채움 재료 기준에 대한 문제점 제시 및 새로운 기준 개정 방안을 제시하고, 현재 운행중인 철도 터널 바닥부에 대한 유지보수 방안을 제안하고자 함
최종목표 *본 연구에서는 현재 시행중인 여굴 채움재료 기준에 대한 문제점 제시 및 새로운 기준 개정 방안을 제시하고, 현재 운행중인 철도 터널에 대한 유지보수 방안을 제안하고자 함
*현장계측 및 수치해석 비교분석을 통해 철도 터널 내 여굴 채움재에 따른 궤도 이상 진동 현상으로 발생하는 궤도 구조체 균열 등의 피해를 방지하고자 궤도 진동저감에 적합한 여굴 채움재의 배합설계(안) 및 기준 제시
*철도 터널내 바닥부에 적용 가능한 보수방안 제시
연구내용 및 범위 * 궤도 진동저감에 적합한 여굴 채움재 배합설계(안) 및 기준 제시
가. 기존 터널 바닥부 여굴 보강방안 적정성 평가
(1) 국내외 철도 터널 하부지반 여굴처리 방안 검토 및 분석
(2) 국내 운행중인 철도 터널 여굴처리 구간 현황 검토 및 문제점 분석
나. 터널 바닥 여굴 특성 및 주변 암반 조건에 따른 열차 진동특성 분석
(1) 열차 진동특성 파악을 위한 현장계측 구간 선정
① 사운딩기법 개발 : 터널 바닥 여굴 정도에 대한 정량적평가 기법 개발
② GPR 탐사 실시 : 터널 바닥 여굴 특성 및 주변 암반조건 파악
③ 현장계측 총 4개소 실시 예정(수서~평택 고속철도 2개소, 강릉선 2개소)
(2) 현장계측 실시
① 레일, 도상 및 보조도상에 계측기(가속도계, 스트레인게이지 등)를 설치하여 열차에 의한 진동 및 하중 전달 특성 분석
다. 실내시험을 통한 여굴 채움 재료별 정적 및 동적 물성 평가
(1) 각 (시멘트계/우렌탄계)재료별 공시체 제작
① 시멘트계 : 시멘트 함유량(예, 7~13%, 2%간격) 및 골재의 입도분포를 조정하여 Case 구성
② 우레탄계 : 주제와 경화제의 배합 비율 및 골재의 입도분포를 조정하여 Case 구성
(2) 각 재료별 정적 및 동적 물성치 측정을 위한 실내시험 실시
① 정적 Test : 일축시험 등 실시
② 동적 Test : Cyclic Loading Test 등 실시
(3) 시험·시공에 의한 Sampling 정적 및 동적 물성치 측정
라. 수치해석을 통한 열차주행에 따른 정적 및 동적 특성 분석
(1) 현장계측 결과와 실내시험 및 시험·시공에 의한 채움재의 물성치 활용
(2) 열차주행에 따른 터널 하부 지반의 정적 및 동적 특성 분석
① 현장계측과 수치해석 비교·분석을 통한 수치해석 모델링 신뢰성 검증
② 다양한 여굴 깊이(예, 0~300cm, 50cm 간격)를 고려한 모델링 실시
③ 터널 하부지반 주변 암반조건(예, 연암&경암 등)을 고려한 모델링 실시
④ 채움재에 따른 진동 특성분석 및 고찰(공진발생 가능 속도대역 분석)
⑤ 수치해석을 통한 최적의 터널 하부 지반 채움재 선별
마. 여굴 채움재의 배합설계(안) 및 기준 제시 : 최적의 여굴 채움재 배합설계(안) 및 기준 마련

* 철도 터널 바닥부에 적용 가능한 보강방안 제시
가. 시험·시공을 통한 터널 바닥부 보강방안 적용성 평가
(1) 각 채움재별 현장 시험·시공 실시
① 각 채움재별 적정압 및 주입량 산정 / 종·횡방향 주입간격 조정
② 시추조사 실시 후, Sampling 채취 및 추가 시험·시공 여부 검토
③ 각 채움재별 현장적용성(시공성), 경제성 및 안정성 등 비교분석 실시
(2) 보강방안 검증을 위한 현장계측 실시
① 레일, 도상 및 보조도상에 계측기(가속도계, 스트레인게이지 등)를 설치
② 각 채움재별 시공 유무에 따른 진동저감 효과 및 열차 주행 안정성 검토
나. 철도 터널 바닥에 적용 가능한 보수·보강 기법 제시 : 철도 터널 바닥부에 적용 가능한 보수·보강 기법 도출
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 국내외 자료조사 및 분석 수행, 현장계측을 통한 여굴 채움재와 주변 암반 조건에 따른 열차 진동특성 분석 *국내외 여굴처리 방안 검토 및 분석
*국내 여굴처리 구간 현황 검토 및 문제점 분석
*현장계측(1)(수서~평택) - 사운딩 기법 개발, GPR탐사 실시, 레일&도상 가속도 등 측정
*정동적 평가(1)(시멘트계) - 공시체 제작, 일축 및 Cyclic Loading Test
연구성과 기술적 기대성과 ○ 기술적 측면
* 국내 실정에 적합한 여굴 관리 방안 제시 : 국내에 적합한 여굴관리 방안을 통해 열차 진동으로 인한 시설물 손상방지 및 안정성 확보 가능
* 궤도 진동저감에 적합한 여굴 채움재료 제시 : 기존 버림콘크리트와 혼합골재 대비 안전한 여굴 채움재료 확보 가능
* 운용중인 터널 현장, 열차 진동으로 인한 문제발생 개소에 대한 적절한 보수·보강 방안(법) 확보 가능
사회 경제적 파급효과 ○ 경제적ㆍ산업적 측면
* 열차 진동으로 인한 콘크리트도상의 손상을 미연에 방지하여 유지보수비용 절감 가능
* 경제적이고 안전한 여굴 채움 재료 선정으로 기존 콘크리트 채움 대비 건설비 절감 가능
○ 사회적 측면
* 시공중인 터널 현장, 향후 열차운행 중 발생 가능한 콘크리트도상 손상을 미연에 방지하여 안전한 철도 운용을 가능하도록 함
* 운용중인 터널 현장, 열차 진동으로 인한 콘크리트도상 손상이 발생한 개소를 적절히 보수·보강하여 궤도틀림 또는 열차탈선 등이 발생하지 않도록 함
활용방안 ○ 국내 여굴관련 기준 제·개정(안) 도출
* 현재 준용되고 있는 국내외 여굴관련 기준 적절성 재고
* 명확한 여굴 채움 재료 기준 마련으로 설계 및 시공시 혼선 방지
○ 궤도 진동저감에 적합한 여굴 채움재 배합설계(안) 및 기준
* 시공중, 기존대비 경제적이고 안전한 여굴 채움재로 활용
* 철도뿐만 아니라 도로 터널 시공시 여굴 채움재로 활용 가능
○ 철도 터널 바닥에 적용 가능한 보강 방안
* 수서~평택 고속철도 등 열차 진동으로 문제가 발생한 구간 적용
* 열차 개통전, 열차 진동으로 인한 콘크리트도상 조기 손상 방지 가능
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 철도 터널 여굴 채움재 궤도 진동 주행안정성
영문 Railway Tunnel Overbreak Filling Material Track Vibration Running Stability
최종보고서
최종보고서 파일 다운로드 제공
최종보고서 붙임 1. 최종보고서_수정본.pdf   다운로드

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