KR101284021B1 - 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터널의 상부와 측부에 블레이드를 설치하여 고속으로 운행하는 열차에 의해 발생하는 압력파를 감쇄 및 반사되도록 함으로써, 고속 열차의 운행시 발생하는 압력파를 저감시키게 되고, 터널 내부의 압력파가 저감되면서 터널출구에서 방사되는 미기압파 또한 저감되도록 한 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치에 있어서, 상기 터널의 내주면에는 블레이드가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치{A pressure wave of tunnel inside and micro pressure wave reductions device of tunnel exit}

본 발명은 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터널의 상부와 측부에 블레이드를 설치하여 고속으로 운행하는 열차에 의해 발생하는 압력파를 감쇄 및 반사되도록 함으로써, 고속 열차의 운행시 발생하는 압력파를 저감시키게 되고, 터널 내부의 압력파가 저감되면서 터널출구에서 방사되는 미기압파 또한 저감되도록 한 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로, 고속 열차가 지나가는 터널은 고속으로 진행하는 열차가 터널의 내부로 진입할 때, 즉 터널의 입구 근처의 열차전두부 앞부분에서 압력파가 생성되고, 이 압력파는 파동의 앞에 정지하고 있는 공기를 압축하고 가속하여 음속으로 터널을 따라 전파되며, 이는 터널의 출구부분에서 팽창파로서 열차를 향하여 뒤로 반사됨과 동시에 펄스형태의 압력파가 출구로부터 주위환경인 밖을 향하여 방사되게 된다.

위와 같은 현상은 도 1에 도시된 바와 같이 3단계로 발생되는 것으로, 1단계에서는 고속의 열차가 터널에 진입함에 따라 압력파가 형성되고, 2단계에서는 압력파가 터널내부로 전파되어 압력파형이 변형되며, 3단계에서는 터널출구로부터 미기압파(micro pressure wave)가 방사되는 것이다.

이러한 충격파는 초음속 비행기에 의해서 생성된 소닉붐처럼 강력한 소음을 발생시키게 되는데, 이러한 미기압파에 의한 저주파 진동이 주변 민가의 창문이나 문틀을 심하게 흔들게됨에 따라 이에 대한 대책마련을 요하게 되며, 시속 110 km/h 이상의 속도로 터널을 주행시 터널내 공기압변동에 의한 귀울림(耳鳴感, 이명감) 등의 문제점이 발생한다.

이에, 지금까지 제시된 터널내 압력변동의 강도를 감소시키기 위한 접근방법으로는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 터널의 단면적을 증가시키는 방법, 터널의 입출구 양단에 나팔형상으로 터널 단면적에 변화를 주는 방법, 터널에 다수의 통풍공을 설치하는 방법이 있다.

상기한 단면적 증가방법은 터널단면적을 100%까지 증가시키면 피크 압력변화는 49%까지 감소하는 것으로 알려져 있지만, 이는 그만큼 과다한 공사비가 지출되는 문제점을 갖는 것임은 물론 터널 입출구 양단에 나팔관 형상으로 단면적을 매우 크게 증가시키더라도 압력변화를 감소시키지 못하는 문제점이 있었다.

그리고, 터널 내에 별도의 통풍공을 형성하는 경우에는 터널에 통풍공을 별도로 형성하여야 하기 때문에 시공하는 비용이 많이 들고 시공도 용이하지 못하며, 압력파 및 미기압파의 저감 효과 또한 미미한 문제점이 있었다.

따라서, 종래의 터널내 압력변동의 강도를 감소시키기 위한 접근방법들은 터널 내에 직접 시공하는 것으로써, 시공이 복잡하여 시공에 설비비용이 많이 소요되는 문제점을 갖는 것이다

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 터널의 상부와 측부에 블레이드를 형성하여 고속으로 운행하는 열차에 의해 발생되는 압력파가 이 블레이드에 의해 감쇄 및 반사되도록 함으로써, 열차의 터널진입시 발생하는 압력파를 감소시키고, 터널 내의 압력파가 저감되면서 터널출구에서 방사되는 미기압파 또한 감소되도록 하는데 그 목적이 있다.

그리고, 터널 내에 설치되는 블레이드에 다수개의 통공을 형성함으로써, 터널 내로 진입하는 열차에 의해 발생된 압력파의 일부가 이 통공을 통과하면서 감소되도록 하는데 그 목적이 있다.

또한, 블레이드를 터널의 내측에 일정한 간격으로 다수개를 설치함으로써, 압력파의 감소를 극대화시킬 수 있고, 터널 외부로 방사되는 미기압파의 감소를 극대화시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치에 있어서, 상기 터널의 내주면에는 블레이드가 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 블레이드는 터널 형상과 대응되게 반원 형상으로 형상된 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 블레이드는 양측 끝단부가 지면으로부터 2.1m 이격되게 설치된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 블레이드는 터널의 길이 방향으로 일정 간격을 유지하면서 다수개가 설치된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 블레이드는 다수개의 통공이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 블레이드는 다수개로 분할 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 블레이드는 양측 끝단부를 기준점으로 상단 중앙부가 넓게 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 블레이드는 열차의 진행 방향으로 내주면이 경사지게 경사면이 형성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명은 터널의 상부와 측부에 블레이드를 형성하여 고속으로 운행하는 열차에 의해 발생되는 압력파가 이 블레이드에 의해 감쇄 및 반사되도록 함으로써, 열차의 터널진입시 발생하는 압력파를 감소시키고, 터널 내의 압력파가 저감되면서 터널출구에서 방사되는 미기압파 또한 감소되도록 하는 효과가 있다.

그리고, 터널 내에 설치되는 블레이드에 다수개의 통공을 형성함으로써, 터널 내로 진입하는 열차에 의해 발생된 압력파의 일부가 이 통공을 통과하면서 감소되도록 하는 효과가 있다.

또한, 블레이드를 터널의 내측에 일정한 간격으로 다수개를 설치함으로써, 압력파의 감소를 극대화시킬 수 있고, 터널 외부로 방사되는 미기압파의 감소를 극대화시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 터널에 압력파 및 미기압파가 발생하는 과정을 보인 도면.
도 2는 터널의 출입구에 나팔관 형상으로 터널 단면적에 변화시킨 구성을 보인 도면.
도 3은 종래의 터널의 내측에 통풍공이 형성된 상태를 보인 도면.
도 4는 종래의 터널의 내측에 통풍공이 형성된 또 다른 실시예를 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치를 보인 도면.
도 6은 본 발명은 블레이드가 터널에 설치된 상태를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치의 작용관계를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치의 다른 실시예를 보인 도면.
도 9는 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치의 또 다른 실시예를 보인 도면.
도 10은 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치의 또 다른 실시예를 보인 도면.

이하, 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치를 보인 도면이고, 도 6은 본 발명은 블레이드가 터널에 설치된 상태를 보인 도면이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치(100)는 터널(10)의 내측으로 진입하는 열차에 의해 발생하는 압력파를 감소시키는 블레이드(110)가 구비된다.

여기서, 상기 블레이드(110)는 터널 형상과 대응되게 호 형상으로 형성되고, 터널(10)을 통과하는 열차에 영향을 주지 않도록 터널(10)의 내주면으로부터 소정의 두께로 돌출 형성된다.

나아가, 상기 블레이드(110)는 터널(10)의 길이 방향으로 일정 간격을 유지하면 다수개가 설치된다.

아울러, 상기 블레이드(110)는 호형상으로 형성된 양측 끝단부는 지면으로부터 약2.1m의 높이를 유지하여 설치된다.

이는 상기 터널(10)의 양측으로 작업자가 통행할 수 있는 통행로로부터 이격되게 함으로써, 이 통행로를 통하여 통행하는 작업자 등이 용이하게 통행을 할 수 있게 된다.

그리고, 상기 블레이드(110)에는 열차가 진행하는 방향으로 크고 작은 다수개의 통공(112)이 형성된다.

따라서, 상기 블레이드(110)에 다수개의 통공(112)을 형성함으로써, 열차의 운행시 발생하는 압력파가 일부는 블레이드(110)의 측부에 충돌하면서 반사되고, 일부는 다수개의 통공(112)을 통하여 통과하는 방식으로 하여 터널(10)에 설치된 다수개의 블레이드(110)를 순차적으로 압력파가 통과하면서 감소되게 된다.

이로 인해 상기 터널(10) 내측으로 진입하는 열차에 의해 발생하는 압력파는 다수개의 블레이드(110)에 의해 소실되어 터널(10)의 출구로 방사되는 미기압파 또한 감소하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치에 대한 작용관계를 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치의 작용관계를 보인 도면이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치(100)는 고속으로 운행하는 열차가 터널(10)의 내부로 진입할 때 발생하는 압력파는 출구 방향으로 이동하게 된다.

이때, 상기 터널(10) 내로 진압하는 열차에 의해 발생되어 출구 방향으로 이동하는 압력파의 일부는 터널(10)의 내측에 일정 간격으로 설치된 블레이드(110)와 충돌하면서 반사되어 압력파가 일부 소실되고, 또한 압력파의 일부는 블레이드(110)에 설치된 다수개의 통공(112)을 통하여 통과하고, 블레이드(110)의 통공(112)을 통하여 통과한 일부 압력파는 이웃하는 블레이드(110)와 충돌하면서 소실되게 된다.

이와 같은 방법으로 하여 상기 터널(10)로 진입하는 열차에 의해 발생된 압력파는 다수개의 블레이드(110)에 의해 순차적으로 소실되어 터널(10)의 출구로 배출되는 압력파는 감소된 상태로 방사되게 되어 미기압파가 감소하게 된다.

따라서, 상기 블레이드(110)에 의해 터널(10) 내에서 발생하는 압력파를 감소시키고, 터널(10) 출구로 방사되는 미기압파를 감소시킴으로써, 터널(10) 내의 공기압변동을 최소화하여 열차에 탑승한 승격의 귀울림(이명감)을 줄일 수 있게 된다.

그리고, 선로 주변, 특히 터널(10)의 주변에 생활하는 생활 공간으로 터널(10)에서 발생하는 소음 전달을 최소화하여 쾌적한 주거 환경을 유지할 수 있게 된다.

한편, 상기 블레이드(110)는 터널(10)에 설치가 용이하고, 또한 기존에 시공된 터널(10)에도 적용이 가능하다.

도 8은 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 장치의 다른 실시예를 보인 도면이다.

이에 도시된 바와 같이 상기 블레이드(110)는 다수개로 분할 형성되어 이웃하는 블레이드(110)와의 사이에 통로(114)가 형성된다.

여기서, 상기 다수개로 분할 형성된 블레이드(110)에는 다수개의 크기가 서로 다른 통공(112)이 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치에 대한 작용관계는 전자에서와 동일한 방법으로 이루어지는 것으로, 여기에서는 작용관계에 대한 설명은 생략한다.

다만, 상기 블레이드(110)가 다수개로 분할 형성되어 이웃하는 블레이미기압파의 저감 드(110)와의 사이에 통로(114)가 형성되고, 분할 형성된 각각의 블레이드(110)에는 다수개의 통공(112)이 형성되어 압력파의 일부는 블레이드(110)에 충돌하여 반사되고, 일부는 통공(112) 및 통로(114)를 통하여 이웃하는 블레이드(110) 방향으로 이동하도록 함으로써, 압력파가 블레이드(110)와 충돌로 인해 발생하는 소음을 최소할 할 수 있게 되고, 터널(10)의 길이 방향으로 다수개가 구비된 블레이드(110)를 통과하는 과정에서 압력파의 감소와 터널(10) 출구로 배출되는 미기압파가 감소하게 된다.

또한, 상기 통로(114)는 터널(10) 길이 방향으로진행하면서 서로 어긋나게 형성하면 압력파가 블레이드(110)와 충돌시보다 더 감소시킬 수 있어 터널 출구로 방사되는 미기압파를 저감시킬 수 있게 된다.

도 9는 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치의 또 다른 실시예를 보인 도면이다.

이에 도시된 바와 같이 상기 블레이드(110)는 양측 끝단부를 중심점으로 하여 상단 중앙부가 넓게 되도록 형성된다.

즉, 상기 블레이드(110)의 양측 끝단부를 시작으로 하여 점차적으로 상단 중앙부 방향으로 폭이 넓게 되도록 형성함으로써, 공간이 넓은 터널 상부에서 압력파를 보다 효과적으로 감소시킬 수 있게 되고, 터널 출구로 방사되는 미기압파 역시 저감할 수 있게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치에 대한 작용관계는 전자에서와 동일한 방법으로 이루어지는 것으로, 여기에서는 작용관계에 대한 설명은 생략한다.

도 10은 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치의 또 다른 실시예를 보인 도면이다.

이에 도시된 바와 같이 상기 블레이드(110)는 열차가 진행하는 방향으로 경사지도록 경사면(116)이 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치에 대한 작용관계는 전자에서와 동일한 방법에 의해 이루어지는 것으로, 여기에서는 작용관계에 대한 설명은 생략한다.

다만, 상기 블레이드(110)가 열차의 진행 방향으로 경사면(116)이 형성되어 열차가 터널(10)로 진입할 때 발생하는 압력파가 이 블레이드(110)에 형성된 경사면(116)을 타고 이웃하는 블레이드(110)로 이동하는 과정에서 순차적으로 압력파가 소실되게 되어 터널(10)의 출구로 배출되는 미기압파가 감소하게 된다.

상기에서는 본 발명에 따른 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

100 : 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치 110 : 블레이드
112 : 통공 114 : 통로
116 : 경사면

Claims (8)

1. 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치에 있어서,
   상기 터널의 내주면에는 다수 개의 통공이 형성된 블레이드가 터널의 길이 방향으로 일정 간격을 유지하면서 다수 개가 설치되되,
   상기 블레이드는 다수 개로 분할 형성되어 이웃하는 블레이드 사이에 통로가 형성되고,
   상기 통로는 터널의 길이 방향으로 진행하면서 서로 어긋나게 형성되며,
   상기 블레이드는 양측 끝단부를 기준점으로 상단 중앙부가 넓게 형성되고, 열차의 진행 방향으로 내주면이 경사지게 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 블레이드는 터널 형상과 대응되게 반원 형상으로 형상된 것을 특징으로 하는 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 블레이드는 양측 끝단부가 지면으로부터 2.1m 이격되게 설치된 것을 특징으로 하는 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치.
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