KR20090044166A - 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드 - Google Patents

고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드 Download PDF

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KR20090044166A
KR20090044166A KR1020070110128A KR20070110128A KR20090044166A KR 20090044166 A KR20090044166 A KR 20090044166A KR 1020070110128 A KR1020070110128 A KR 1020070110128A KR 20070110128 A KR20070110128 A KR 20070110128A KR 20090044166 A KR20090044166 A KR 20090044166A
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김동현
신민호
이준석
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명은 고속열차의 터널 진입시 터널 출구에서 발생하는 미기압파의 저감을 위하여 터널의 입구측에 여러 형태의 후드를 터널의 단면적보다 크게 형성하여 압축파의 압력 기울기를 저감시켜 터널 출구에서의 미기압파의 세기를 현저하게 줄일 수 있는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드에 관한 것으로서, 고속열차 터널의 입구에 그 터널의 단면적보다 큰 단면적을 갖도록 후드를 연장형성하고, 상기 후드에 상기 고속열차의 진입 및 통과에 의해 압축되는 공기를 외부로 배출할 수 있는 다수의 통풍관 또는 슬릿 및 슬릿커버를 형성하여 고속열차가 터널의 입구에 진입 및 통과하는 때에 입구에서 공기압축 및 팽창 시간을 연장시켜 미기압파의 기울기를 저감시킬 수 있다.
터널, 고속열차, 미기압파, 압축파, 반사파, 확대파, 후드, 통풍관, 슬릿, 슬릿커버

Description

고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드{Hood for reducing a micro-pressure wave on high-speed railway tunnel}
도1은 터널에서 미기압파의 발생을 나타내는 설명도,
도2는 고속열차의 터널 진입 및 통과시에 터널 출구에서 발생하는 미기압파를 나타내는 설명도,
도3은 본 발명의 제1실시예에 의한 미기압파 저감용 원통형 후드가 설치된 터널의 입구를 나타내는 사시도,
도4는 본 발명의 제1실시예에 의한 미기압파 저감용 원통형 후드를 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 자른 단면도,
도5는 본 발명의 제2실시예에 의한 미기압파 저감용 슬릿 및 슬릿커버가 설치된 사각형 후드가 설치된 터널의 입구를 나타내는 사시도,
도6은 본 발명의 제2실시예에 의한 미기압파 저감용 슬릿 및 슬릿커버가 설치된 사각형 후드를 측면에서 바라본 측면도,
도7은 본 발명의 제2실시예에 의한 미기압파 저감용 슬릿 후드가 설치된 사각형 후드를 정면에서 바라본 정면도,
도8은 본 발명의 제2실시예에 의한 슬릿 및 슬릿커버를 사각형 후드에 다수 개 설치한 변형예,
도9는 본 발명의 제2실시예에 의한 슬릿이 후드에 설치되는 위치를 나타내는 실시예,
도10 및 도11은 본 발명의 제2실시예에 의한 슬릿 및 슬릿커버를 ⑦⑧⑨⑩의 위치와 ⑥⑦⑧⑨의 위치에 설치한 실시예,
도12는 본 발명의 제2실시예에 의한 슬릿 및 슬릿커버를 원통형 후드에 다수개 설치한 변형 실시예,
도13은 본 발명의 제3실시예에 의한 미기압파 저감용 경사 갱구형 후드가 설치된 터널의 입구를 나타내는 사시도,
도14 내지 도17은 원통형 후드의 지붕에 통풍관을 설치하고 경사 갱구와 경사판을 입구에 부착한 실시예 및 원통형 후드에 슬릿 및 슬릿커버를 설치하고 경사 갱구와 경사판을 입구에 부착한 실시예,
도18 내지 도21은 사각형 후드의 지붕에 통풍관을 설치하고 경사 갱구와 경사판을 입구에 부착한 실시예 및 사각형 후드에 슬릿 및 슬릿커버를 설치하고 경사 갱구와 경사판을 입구에 부착한 실시예,
도22 내지 도25는 6각형 후드에 통풍관, 슬릿 및 경사 갱구와 경사판을 부착한 실시예이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10: 원통형 후드 11: 통풍관
12: 통풍공 20: 사각형 후드
21, 25: 슬릿 22, 26, 34: 슬릿커버
24, 30: 원통형 후드 31: 원통형 통풍관
32: 경사 갱구 33: 경사판
본 발명은 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드에 관한 것으로, 특히 고속열차의 터널진입시 발생하는터널 출구에서의 미기압파의 저감을 위하여 터널의 입구측에 여러 형태의 후드를 터널의 단면적보다 크게 형성하여 터널 내부의 압력파의 압력 기울기를 저감시켜 미기압파의 세기를 현저하게 줄일 수 있는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드에 관한 것이다.
현재 서울과 부산을 왕복하는 고속열차는 보통 200~300㎞/h이상의 속도로 달릴 수 있다. 열차속도가 고속화됨에 따라 고속열차가 터널에 진입할 때, 선두차량이 피스톤과 같은 역할을 하게 된다.
그리하여, 차량의 선두에 부딪치는 공기는 차량과 터널 사이에서 차례로 압축되어 압축파로 되고, 이 압축파는 차량보다 빠른 음속으로 터널 속으로 전파된다.
이 압축파가 터널의 출구에 도달하면, 일부가 터널의 출구에서 팽창파로 반 사하고, 일부가 펄스상의 미기압파가 되어 터널 외부로 방출되고, 2~30㎐ 정도의 저주파의 공기 진동(충격성 소음 및 진동)으로 관측된다. 터널 외부로 방사형으로 방출되는 이 펄스상의 압축파는 "터널 미기압파"라 불리며, 터널 내부에서 형성된 압축파 전면의 압력 기울기에 거의 비례하는 것으로 알려져 있다.
이 미기압파는 열차속도의 3제곱에 비례하여 커지고, 갱구 주변에서 충격성 소음및 진동이 생기게 하여 터널 주변의 가옥의 창문이나 출입문을 덜컹거리게 하는 고속철도 특유의 환경문제가 되고 있다. 특히 터널 내공 단면적이 작은 경우에 열차 전두부가 터널에 돌입하는 때에 형성되는 압축파가 슬라브 궤도로 된 긴 터널의 출구에서 미기압파를 크게 발생시키고 있다.
도1에 터널에서 미기압파의 발생을 나타내는 설명도가 도시된다.
열차(1)가 터널 입구(2)에 진입하면, 압축파(5)가 형성되고, 그 압축파는 터널(3)의 내부를 거의 음속으로 전파하고, 이 압축파가 터널 출구(4)에 도달하면, 펄스상의 미기압파(6)가 방사된다. 이 펄스상의 압력파를 미기압파(6)라 부르며, 이 미기압파는 출구에서 방사상으로 방출된다.
이러한 터널 출구 미기압파 이외에도 터널 출구에서 반사된 팽창파가 터널 입구에 도달하면 대부분의 팽창파는 대부분이 다시 압축파 형태로 터널 내부로 반사되고 그 중 일부분이 미기압파로 터널출구 외부로 방사된다.
이러한 터널 진입 압축파에 의한 미기압파 문제는 일반 열차에서는 문제가 되지 않지만, 열차가 고속화됨에 따라 민원을 일으키게 되어 이러한 진입 압축파와 통과 압축파들을 감쇄시킬 필요성이 있게 되었다.
도2에 고속열차의 터널 진입 및 통과시에 발생하는 진입 압축파와 압축파에 의한 미기압파 방사문제를 나타내는 설명도가 도시된다.
고속열차(6)가 터널(7)에 진입 및 통과하는 때에 터널 내부에서는 압축파와 팽창파가 음속으로 발생되고 이 압축파와 팽창파에 의하여 터널의 외부로도 미기압파(8, 9)가 주변으로 전파된다. 이렇게 발생하는 미기압파(8, 9)는 열차속도의 3제곱에 비례하기 때문에 고속열차의 속도가 빨라짐에 따라 터널 주변의 가옥의 창문에 빠른 흔들림 현상을 일으킬 수 있다.
또한, 철도차량이 고속으로 터널 내를 진입할 때, 철도차량 내의 승객은 급격한 압력상승으로 인한 충격을 느낄 수 있다. 이 기압변동은 철도차량의 속도의 2승에 비례하기 때문에 철도차량의 속도가 빠르면 급격한 압력상승이 커져서 승객들이 터널진입 충격에 의한 불쾌감을 느낄 수 있다.
따라서, 미기압파 뿐 아니라 고속열차가 터널의 진입시에 차량에 영향을 미치는 진입 충격도 저감시킬 수 있는 대책 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고속열차의 터널 진입시에 터널 출구에서 발생하는 미기압파의 저감 뿐아니라 고속열차의 터널 진입 시에 차량에 발생하는 진입 충격을 저감시킬 수 있는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고속열차의 터널 진입시에 터널 입구에서의 공기 압축현상을 완화시켜 압축파의 압력 기울기를 줄어들게 하여 터널 출구에서 발생하는 미기압파 및 진입 충격을 저감시킬 수 있는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 고속열차의 터널 진입시에 터널입구에 설치되는 후드에 의해 터널 출구에서 발생하는 미기압파를 저감시킴으로써 터널의 직경을 더 작게 하여 터널 공사비를 저감시킬 수 있는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드를 제공하는 것이다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 의한 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드는 고속열차 터널의 입구에 그 터널의 단면적보다 큰 단면적을 갖도록 연장 형성되는 후드와; 상기 후드에 상기 고속열차의 진입 및 통과에 의해 압축되는 공기를 외부로 배출할 수 있도록 형성되는 다수의 통풍관또는 슬릿을 형성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드의 단면적은 상기 터널의 단면적보다 1.3배 내지 1.5배인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드는 원통형 또는 사각형인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 통풍관은 상기 후드의 전단에서 일정한 간격으로 다수개 설치함으로써 터널 입구에서 압축공기의 일부가 통풍관을 통해 배출되도록 하는것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드의 전단부에 경사 갱구 또는 경사판을 형성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 상기 후드의 길이는 상기 슬릿의 길이와 같거나 1.5배인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드에 형성되는 다수의 슬릿에 슬릿보다 큰 면적을 가지며 후드의 윗 방향과 옆 방향을 가리는 슬릿커버를 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 상기 후드에 형성되는 다수의 슬릿과 슬릿커버는 고속열차가 진입하는 선로의 반대편 측벽 또는 지붕에 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드의 전단부에 부착되는 경사 갱구 또는 경사판의 경사각은 15°, 30°, 45°및 60°의 각도로 경사진 형태의 종단부를 상기 후드의 입구에 대해 각각 조합하여 부착하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 후드의 정확한 형상과 크기를 위해 본 출원인인 한국철도기 술연구원에서 한국 특허출원번호 제1999-47746호로 선출원된 열차모형 시험장치를 적용하여 본 발명에 의한 후드의 미기압파 저감성능을 파악하는 실험을 하였다.
미기압파는 열차의 터널 진입 및 통과시 생성되는 압축파의 시간에 대한 기울기에 따라 터널의 출구에서 그 세기가 결정되기 때문에 본 발명에 의한 후드와 같은 공기역학적인 구조물을 터널의 입구에 설치함에 있어, 여러가지 형태의 후드를 적용한 실험을 통해 고속으로 주행하는 열차의 터널 진입 및 통과시 압축파의 시간에 대한 기울기를 완화시킬 수 있는 후드의 정확한 형상과 구조를 얻었다.
상기 시험장치로 적용된 차량 대 터널의 단면차단비(block ratio)는 14.47~8.88%로서, 차량의 전두부(nose)는 실제 차량과 같이 완만한 유선형을 갖도록 하고, 열차의 속도범위는 220~400㎞/h의 범주내에서 수행하였으며, 열차와 터널의 단면적비, 터널의 길이와 열차의 길이 등이 일정한 상태에서 후드의 형태, 길이, 통풍관 및 슬릿을 변화시키면서 터널 내의 압력변동과 터널 출구에서 방사되는 미기압파를 측정하였다.
한편, 본 발명에 의한 후드의 미기압파의 저감 성능을 산출하기 위해 아래와 같은 경험식을 만들었으며, 이는 터널과 차량의 단면비에 상관없이 적용할 수 있다.
Pmax = ΓㆍU3 /106
여기서, Pmax는 미기압파의 최대값이고, Γ는 미기압파의 저감계수이며, U 는 열차의 터널진입시의 속도[㎞/h]이다.
위와 같은 경험식을 통해 여러가지 형태 및 길이를 변화시킨 후드의 터널 출구 미기압파 저감 성능을 비교하였다.
도3에 본 발명의 일 실시예에 의한 미기압파 저감용 원통형 후드가 설치된 터널의 입구를 나타내는 사시도가 도시된다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 원통형 후드(10)는 고속열차 터널(100)의 입구측에 터널(100)의 수직단면과 동일한 내지 비슷한 형상이며, 그 단면적이 터널(100)의 단면적보다 더 크도록(예를 들면, 1.3배 내지 1.5배) 연장형성되는 원통형 후드(10)와; 상기 원통형 후드(10)의 지붕에 축방향으로 일렬로 그리고 일정간격으로 다수개 형성되는 통풍공(12)과; 상기 통풍공(12)에 형성되는 통풍관(11)으로 구성된다.
상기 원통형 후드(10)의 길이 ℓ은 일련의 실험을 거쳐 가장 효과적인 시험결과 최적길이가 대략 28.3~29m 정도가 되었다.
또한, 상기 통풍공(12)과 통풍관(11)은 원형과 원통형이 도시되어 있지만, 사각형 통풍관, 5각형 통풍관, 6각형 통풍관 등도 가능하고, 내부지름은 0.80~1.8m 범위로 할 수 있지만, 0.87m와 1.782m이고 외부지름은 3.9m 또는 4.2m에서 가장 좋은 미기압파 저감효과가 있다. 다각형 통풍관인 경우 내접원의 지름이 상기 내부지름의 범위를 갖도록 하고 외접원의 지름이 상기 외부지름의 범위를 갖도록 한다.
도4에 본 발명의 일실시예에 의한 미기압파 저감용 원통형 후드를 도3의 Ⅰ- Ⅰ'선을 따라 자른 단면도가 도시된다.
원통형 통풍관(11)은 원통형 후드(10)의 지붕에 배출공을 일정한 간격 d2로 뚫고 수직으로 돌출연장하여 형성한 것이며, 원통형 통풍관(11)의 직경 r1은 3.9m, 1.8m, 0.9m로 변화시킨 실험에 있어서 3.9m에서 최적의 미기압파 저감효율을 보였다.
원통형 통풍관(11)의 높이 h는 1.2m, 1.8m, 3.6m, 4.8m, ...로 변화시킨 실험에 있어서 높이 4.8m에서 최적의 미기압파 저감효율을 보였다. 원통형 통풍관(11)의 직경을 3.9m로 하고, 높이는 4.8m로 하여 실험한 결과, 미기압파 저감효율은 25.4%가 저감되는 것으로 실험결과가 확인되었다.
원통형 통풍관(11)과 원통형 후드(10)의 전단부와의 거리 d1은 통풍관(11)의 외경 d2의 1.04배로 하고, 통풍관(11)의 외경 d2는 통풍관(11) 사이의 간격 d3의 2.6배이고, d3는 ℓ/19.24≒ℓ/20(여기서, ℓ은 후드 전체의 길이)이 되도록 한다.
따라서, 본 실시예에 의한 통풍공형 후드(10)의 단면적이 터널(100)의 단면적보다 1.3배 되도록 터널(100)의 입구로부터 연장형성되기 때문에 고속열차(200)가 후드(10)에 진입시, 터널(100)보다 넓은 후드(10)에 의해 공기를 압축하고, 그럼으로써 압축파의 시간에 대한 압력 기울기를 터널(100)에 직접 진입하는 것보다 더 완만하게 완화시킨다.
이렇게 1차로 후드(10)에 의해 압축파의 기울기를 완만하게 압축시키고, 이 어서 고속열차(200)가 터널(100)에 진입하므로, 터널(100)의 진입에 의한 압축파의 기울기는 더 완만하게 된다.
그리고, 원통형 후드(10)를 터널의 입구측에 설치함으로써 고속열차(200)가 터널(100)에 고속으로 진입할 때, 고속열차(200)에 의해 압축되는 공기가 통풍관(11)을 통해 연속적으로 외부로 배출되도록 하여 열차의 터널진입시 터널 내의 공기를 서서히 압축되게 한다.
또한, 통풍관(11)을 후드(10)의 전단에서 1.5m 간격으로 다수개 설치함으로써 터널입구에서 압축공기가 통풍관(11)을 통해 배출되도록 하여 공진현상을 완화시켜 미기압파의 압력기울기가 완화되도록 한다.
마찬가지로 열차가 고속으로 터널을 통과할 때 터널 내부에서 발생된 압축파의 압력 기울기를 완화시켜 객실 내부에 전달되는 압력변동을 완화시켜 이러한 완화된 압력변동에 따라 객실 내부의 승객들에게 발생하는 귀울림 현상(이명감)을 완화시킨다.
도5에 본 발명의 제2실시예에 의한 미기압파 저감용 슬릿 및 슬릿커버가 설치된 사각형 후드가 설치된 터널의 입구를 나타내는 사시도가 도시된다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 사각형 후드(20)는 그 단면이 사각형상이며, 터널(101)의 입구에서 연장되어 돌출 구성된다. 사각형 후드(20)의 양측벽에 축방향과 수평으로 슬릿(21)이 형성되고, 상기 슬릿(21)의 위에 측벽으로부터 연장되어 형성되는 사각형 슬릿커버(22)로 구성된다.
사각형 후드(20)는 터널의 내공 단면적에 비해 1.3배 내지 1.5배의 단면적을 갖는 사각형이고, 이러한 사각형 후드(20)의 양측벽에 슬릿(21)이 형성된다. 사각형 후드(20)를 측면에서 바라본 측면도를 나타내는 도6에 도시된 바와 같이, 슬릿(21)은 사각형 후드(20)의 축방향 길이 L2(대략 12.8m)보다 작은 길이 ℓ2(대략 12m)이고, 폭 W는 대략 1.1m를 갖는 사각형 구멍이다. 여기서, 터널 내공 단면적이 96㎡에 대하여 사각형 후드(20)의 길이 L2=12.8m, 19.2m ... 등으로 할 수 있으며, 슬릿(21)의 길이 ℓ2≒12m와 폭 W≒1.1m는 실험을 통하여 최적의 미기압파의 저감효과를 갖는 길이를 찾아낸 것이다.
사각형 후드(20)를 정면에서 바라본 정면도를 나타내는 도7에 도시된 바와 같이, 사각형 후드(20)의 좌, 우 측벽 사이의 길이 L1은 대략 15.36m이고, 사각형 슬릿커버(22)는 사각형 후드(20)의 측벽으로부터 높이 h2를 대략 1.08m로 하여 슬릿(21)의 위로 일정길이 돌출 연장되고, 다시 아래로 슬릿(21)의 폭 W 대략 1.08m만큼 일정길이 연장되어 슬릿(21)의 위와 전면을 가리도록 형성된다.
본 발명의 제2실시예에 따른 사각형 후드(20)의 최적설계는 사각형 후드(20)의 길이가 슬릿(21)의 길이와 같거나 1.5배로 하며, 슬릿커버(22)를 설치한 것이 설치하지 않은 것보다 미기압파 저감 효율이 우수한 것으로 나타났다.
슬릿이 없이 막힌 형태의 사각형 후드와 슬릿은 있지만 슬릿커버가 없는 형 태의 사각형 후드는 미기압파의 최대압력 기울기가 비슷하고, 이에 반해, 슬릿에 슬릿커버를 덮은 본 발명의 사각형 후드에 의해 최대압력 기울기를 효과적으로 낮출 수 있다.
이는 열차의 진입시 완충공과 터널부에서 상승하는 공기압력이 적당한 면적과 길이를 갖는 슬릿의 개구부를 거친 후, 슬릿커버를 통해 유출되는 공기의 양을 순간적으로 제어하여 터널 입구측 공기압력의 상승시간을 지연시켜주는 작용을 하는 것이다
따라서, 본 발명의 제2실시예에 의한 사각형 후드(20)는 그 단면적이 터널(101)의 단면적보다 1.3배 내지 1.5배 되기 때문에 고속열차가 사각형 후드(20)에 진입시, 터널(101)보다 넓은 사각형 후드(20)에 의해 공기의 압축력을 완화하고, 그럼으로써 미기압파의 압력 기울기를 터널(101)에 직접 진입하는 것보다 더 완만하게 완화시킨다.
동시에 슬릿(21)을 통하여 고속열차에 의해 압축되는 공기가 외부로 배출되도록 하여 열차의 터널진입시 터널 내의 공기에 가해지는 압력을 완화하여 미기압파의 기울기를 완화되게 한다.
도8에 본 발명의 제2실시예의 슬릿 및 슬릿커버를 사각형 사각형 후드에 다수개 설치한 변형예가 도시된다.
본 변형예는 슬릿(21) 및 슬릿커버(22)를 좌측벽과 우측벽에 각각 3개, 윗면에 4개를 ①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩의 위치에 형성한다. 슬릿(21)의 폭 W(예를 들면, 1.08m)와 사각형 후드(20)의 측벽의 높이 H(예를 들면, 9.12m)와 좌, 우 측벽 사이의 길이 L1(예를 들면, 15.24m)을 고려할 때, 좌측벽과 우측벽에 슬릿(21) 및 슬릿커버(22)를 최대 3개씩 설치할 수 있고, 윗면에는 슬릿(21) 및 슬릿커버(22)를 최대 4개 형성할 수 있다.
도9는 본 발명의 제2실시예에 의한 슬릿이 사각형 후드에 설치되는 위치를 나타내는 실시예가 도시된다.
①②③ 또는 ⑧⑨⑩의 위치는 측벽을 4등분(점선으로 표시)하는 경우, 제1부분과 제2부분의 경계선(측벽 높이 9.12m인 경우 바닥으로부터 2.28m의 높이)이 ① 또는 ⑩에 위치하는 슬릿(21)의 종방향 중심선이 되고, 제2부분과 제3부분의 경계선(측벽 높이 9.12m인 경우 바닥으로부터 4.56m의 높이)이 ② 또는 ⑨에 위치하는 슬릿의 종방향 중심선이 되고, 제3부분과 제4부분의 경계선(측벽 높이 9.12m인 경우 바닥으로부터 6.84m의 높이)이 ③ 또는 ⑧에 위치하는 슬릿의 종방향 중심선이 된다.
또한, ④⑤⑥⑦의 위치는 윗면을 5등분(점선으로 표시)하는 경우 제1부분과 제2부분의 경계선(좌, 우 측벽 사이의 길이가 15.24m인 경우, 좌측벽으로부터 3.048m의 거리)이 ④에 위치하는 슬릿(21)의 종방향 중심선이 되고, 제2부분과 제3부분의 경계선(좌, 우 측벽 사이의 길이가 15.24m인 경우, 좌측벽으로부터 6.096m의 거리)이 ⑤에 위치하는 슬릿(21)의 종방향 중심선이 되고, 제3부분과 제4부분의 경계선(좌, 우 측벽 사이의 길이가 15.24m인 경우, 좌측벽으로부터 9.134m의 거리)이 ⑥에 위치하는 슬릿(21)의 종방향 중심선이 되고, 제4부분과 제5부분의 경계선(좌, 우 측벽 사이의 길이가 15.24m인 경우, 좌측벽으로부터 12.182m의 거리)이 ⑦에 위치하는 슬릿(21)의 종방향 중심선이 된다.
고속열차가 터널에 진입시 슬릿(21)의 위치와 갯수에 따라 미기압파의 저감효과는 차이가 있으며, 실험결과에 따르면, ⑥의 위치에 1개의 슬릿(21) 및 슬릿커버(22)를 설치한 경우에 미기압파 저감율이 40%로서 가장 낮았고, 도10 및 도11에 도시된 형태로 ⑦⑧⑨⑩의 위치와 ⑥⑦⑧⑨의 위치에 슬릿(21) 및 슬릿커버(22)를 4개 설치한 경우 미기압파 저감율이 47.3%로서 가장 높게 나타났다.
여기서 고속열차는 슬릿(21) 및 슬릿커버(22)가 설치된 ⑦⑧⑨⑩의 위치와 ⑥⑦⑧⑨의 위치 아래에 있는 하행선과 반대되는 상행선으로 진입한다. 즉, 고속열차가 진입하는 선로의 반대편 측벽 또는 지붕에 슬릿 및 슬릿커버를 설치했을 때 미기압파의 저감효과가 가장 높게 나타난다.
그리고, 상기 최저 저감율과 최고 저감율을 나타내는 위치를 제외하고 슬릿(21)의 위치와 갯수에 따라 조합되는 변형예의 형태에서는 상기 최저 저감율과 최고 저감율 사이의 값을 나타냈다.
또다른 변형예로서, 도12에 도시된 바와 같이 고속열차 터널(102)의 입구 또는 출구에 터널의 단면적의 1.3배 내지 1.5배 되는 단면적을 갖는 원통형 후드(23)를 연장하여 연결한다. 그리고 원통형 후드(23)의 측면에 슬릿(24)을 다수개(예를 들면, 6개 또는 8개 등)를 형성하고 그 위에 앞서 설명한 슬릿커버(25)를 덮어도 앞서 설명한 실시예와 같은 미기압파의 저감효과를 얻을 수 있다.
도13에 본 발명의 제3실시예에 의한 미기압파 저감용 경사 갱구형 후드가 설치된 터널의 입구를 나타내는 사시도가 도시된다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예에 따른 경사 갱구형 후드(30)는 원통 형상의 후드를 터널(102)의 입구에서 연장되어 돌출되게 구성하고, 지평면에 대해 일정한 각도(예를 들면, 45°)로 잘라 형성한다.
본 실시예에 따른 경사 갱구형 후드(30)는 철도 터널(102)의 입,출구측에 터널의 수직 단면과 동일한 형상으로 단면적은 철도 터널(102)의 1.3배 내지 1.5배로 각각 연장형성되는 것이다.
여기서, 미기압파는 고속열차가 진입하는 입구의 반대쪽 출구에서 발생하지만, 대부분의 터널은 상행선과 하행선이 교행하도록 설치되므로 출구쪽에서 진입하는 고속열차로부터 발생하는 입구쪽 미기압파를 저감시키기 위해 출구쪽에 후드를 설치하는 것임을 밝혀둔다.
각 입,출구측 후드는 15°, 30°, 45°및 60°등의 각도로 경사진 형태의 종단부를 각각 조합하여 형성하지만 상기 각도로 경사를 제한하는 것은 아니며 미기압파의 저감을 위하여 다른 각도로 경사지게 할 수 있다.
상기 한쪽 종단부의 경사도는 지표면과 경사 갱구가 이루는 각도를 기준으로 하며, 본 발명에서는 입,출구측의 경사 갱구 각도를 여러 각도로 적용하여 최적의 경사각을 산출한다.
예를 들면, 터널 입구측 45°, 출구측은 15°의 경사 갱구형 후드를 설치하는 경우, 터널 입구측 45°, 출구측 30°의 경사 갱구형 후드를 설치하는 경우, 터널의 입,출구 후드의 경사 각도를 45°갱구형 후드로 변화시켰을 경우, 터널 입구측 45°, 출구측 60°의 경사 갱구형 후드를 설치하는 경우, 입·출구 모두 60°를 적용하는 경우에 대해 터널의 입,출구에서 발생되는 미기압파의 변화에 대해 실험을 하여 미기압파의 저감율을 측정하였다.
실험결과에 의하면, 터널의 입구측에 45°, 출구측에 15°의 경사각도를 갖는 경사갱구를 설치한 경우 미기압파의 저감율은 최대값 67.8%를 나타내었다. 이는 다른 실험예의 경사각도와 비교하여 볼 때, 미기압파의 저감성능이 월등한 것임을 알 수 있는데, 터널 입구 경사 갱구의 경사각도가 작을수록, 터널출구 경사갱구의 경사각도가 작을수록 미기압파의 저감효과가 큰 것임을 확인할 수 있다.
이상의 실시예와 변형예에서 미기압파를 저감하기 위한 방법은, ① 후드의 모양을 원통형으로 형성하는 방법, ② 후드의 모양을 사각형으로 형성하는 방법, ③ 후드의 측면에 통풍관을 형성하는 방법, ④ 후드의 측면에 슬릿을 형성하는 방법, ⑤ 후드의 입·출구에 경사 갱구를 형성하는 방법, ⑥ 후드의 입·출구에 경사판을 형성하는 방법 등이 있다.
상기 미기압파를 저감하기 위한 방법을 서로 조합하면 다음의 표 1과 같이 조합될 수 있다.
표 1
원통형 후드 사각형 후드
통풍관형 후드 슬릿형 후드 통풍관형 후드 슬릿형 후드
경사 갱구형 후드 경사판형 후드 경사 갱구형 후드 경사판형 후드 경사 갱구형 후드 경사판형 후드 경사 갱구형 후드 경사판형 후드
도14 내지 도17에 원통형 후드의 지붕에 통풍관을 설치하고 경사 갱구와 경사판을 입구에 부착한 실시예 및 원통형 후드에 슬릿을 설치하고 경사 갱구와 경사판을 입구에 부착한 실시예가 도시된다.
도14 및 도15에는 원통형 후드(30)를 터널(104)을 연장하여 설치하고, 그 지붕에 원통형 통풍관(31)을 형성한 후, 경사 갱구(32)를 원통형 후드(30)에 부착하거나 경사판(33)을 원통형 후드(30)의 좌,우 측벽에 부착한 실시예가 도시된다.
도16 및 도17에는 원통형 후드(30)를 터널(104)을 연장하여 설치하고, 후드(30)의 측면에 슬릿(34)과 슬릿커버(35)를 형성한 후, 경사 갱구(32)를 원통형 후드(30)에 부착하거나 경사판(33)을 원통형 후드(30)의 좌,우 측벽에 부착한 실시예가 도시된다.
도18 내지 도21에 사각형 후드의 지붕에 통풍공을 설치하고 경사 갱구와 경사판을 입구에 부착한 실시예 및 사각형 후드에 슬릿을 설치하고 경사 갱구와 경사판을 입구에 부착한 실시예가 도시된다.
도18 및 도19에는 사각형 후드(40)를 터널(105)을 연장하여 설치하고, 그 지 붕에 원통관(41)을 형성한 후, 경사 갱구(42)를 사각형 후드(40)에 부착하거나 경사판(43)을 사각형 후드(40)의 좌,우 측벽에 부착한 실시예가 도시된다.
도20 및 도21에는 사각형 후드(40)를 터널(105)을 연장하여 설치하고, 후드(40)의 측면에 슬릿(44)과 슬릿커버(45)를 형성한 후, 경사 갱구(42)를 사각형 후드(40)에 부착하거나 경사판(43)을 사각형 후드(40)의 좌,우 측벽에 부착한 실시예가 도시된다.
상기 사각형 후드의 변형으로 도22 내지 도25에 6각형 후드에 통풍관, 슬릿 및 경사 갱구와 경사판을 부착한 실시예가 도시된다.
도22 및 도23에는 육각형 후드(50)를 터널(106)을 연장하여 설치하고, 그 지붕에 원통공(51)을 형성한 후, 경사 갱구(52)를 육각형 후드(50)에 부착하거나 경사판(53)을 육각형 후드(50)의 좌,우 측벽에 부착한 실시예가 도시된다.
도24c 및 도25에는 육각형 후드(50)를 터널(106)을 연장하여 설치하고, 후드(50)의 측면에 슬릿(54)과 슬릿커버(55)를 형성한 후, 경사 갱구(52)를 육각형 후드(50)에 부착하거나 경사판(53)을 육각형 후드(50)의 좌,우 측벽에 부착한 실시예가 도시된다.
본 6각형 후드에 대해서도 앞서 설명한 바와 같은 실험을 하여 입, 출구에서 발생되는 미기압파의 저감율을 측정하여 미기압파를 저감시키는 것을 확인하였다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고속열차의 터널 진입시에 터널의 입구에 터널의 단면적보다 큰 단면적을 갖는 후드를 설치하여 터널 출구에서 발생하는 미기압파를 저감시킴으로써 터널의 직경을 더 작게 하여 터널 공사비를 저감시키고, 또한 고속열차의 터널 진입시에 발생하는 진입 충격에 의한 객실 내부의 승객들에게 발생하는 귀울림 현상(이명감)을 완화시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 고속열차 터널의 입구에 그 터널의 단면적보다 큰 단면적을 갖도록 연장 형성되는 후드와;
    상기 후드에 상기 고속열차의 진입 및 통과에 의해 압축되는 공기를 외부로 배출할 수 있도록 형성되는 다수의 통풍관 또는 슬릿을 형성한 것을 특징으로 하는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 후드의 단면적은 상기 터널의 단면적보다 1.3배 내지 1.5배인 것을 특징으로 하는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 후드는 원통형 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 통풍관은 상기 후드의 전단에서 일정 간격으로 다수개 설치함으로써 터널 입구에서 압축공기의 일부가 통풍관을 통해 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 후드의 전단부에 경사 갱구 또는 경사판을 형성한 것을 특징으로 하는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 후드의 길이는 상기 슬릿의 길이와 같거나 1.5배인 것을 특징으로 하는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 후드에 형성되는 다수의 슬릿에 슬릿보다 큰 면적을 가지며 후드의 윗 방향과 옆 방향을 가리는 슬릿커버를 설치하는 것을 특징으로 하는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 후드에 형성되는 다수의 슬릿과 슬릿커버는 고속열차가 진입하는 선로의 반대편 측벽 또는 지붕에 설치하는 것을 특징으로 하는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드.
  9. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 후드의 전단부에 부착되는 경사 갱구 또는 경사판의 경사각은 15°, 30°, 45°및 60°의 각도로 경사진 형태의 종단부를 상기 후드의 입구에 대해 각각 조합하여 부착하는 것을 특징으로 하는 고속열차 터널의 미기압파 저감용 후드.
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