KR20130081891A - 고속 철도 터널에서 발생되는 미기압파 저감을 위한 주기적 터널 벽체 구조 - Google Patents

고속 철도 터널에서 발생되는 미기압파 저감을 위한 주기적 터널 벽체 구조 Download PDF

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이정권
김태균
임은옥
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 열차가 통과되는 터널벽체구조에 있어서, 터널(10)이 형성된 터널벽(20); 상기 터널(10)과 연통되고 상기 터널벽(20)에 요철 형태로 형성되며, 상기 터널(10)의 단면적 변화를 통해 임피던스 부정합을 발생시켜 열차의 주행 중 발생되는 압력파를 저감시키는 저감유닛(40)을 포함하고, 상기 저감유닛(30)은 상기 터널(10)을 향해 개구되게 형성된 개구면(31); 상기 개구면(31)의 일부를 차폐시키는 차폐부재(44); 상기 차폐부재(44)에 형성되어 내부와 연통시키는 연통홀(45)을 포함하고, 터널의 길이방향으로 상기 터널(10)의 단면적 변화를 통해 임피던스 부정합을 발생시켜 열차의 주행 중 발생되는 압력파를 저감시키는 저감유닛(40)이 배치되어 상기 터널(10) 내부에서 발생되는 초저주파수의 압력파 또는 미기압파를 효과적으로 저감할 수 있고, 이를 통해 승객 귀에서의 압박감 및 터널 출입구 주변에서의 충격성 환경 압력파를 저감시키는 효과가 있다.

Description

고속 철도 터널에서 발생되는 미기압파 저감을 위한 주기적 터널 벽체 구조{Periodic Silencing Structure in the Tunnel Wall to Reduce the Micro-pressure Wave in the High-speed Railway Tunnel}
본 발명은 미기압파 저감을 위한 주기적 터널 벽체 구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 터널 벽체에 미기압파를 저감시키는 저감유닛을 어레이시켜 고속 철도 차량의 진행으로 인해 발생되는 미기압파 저감을 위한 주기적 터널 벽체 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 철도에 지나가는 터널은 고속으로 진행하는 열차가 터널의 내부로 진입할 때, 즉 터널의 입구 근처의 열차 전두부 앞부분에서 압력파가 생성되는바, 이러한 압력파는 파동의 앞에 정지하고 있는 공기를 압축하고 가속하여 음 속으로 터널을 따라 전파되며, 이는 터널의 출구부분에서 팽창파로서 열차를 향하여 뒤로 반사됨과 동시에 펄스형태의 압력파가 출구로부터 주위환경인 밖을 향하여 방사된다.
여기서 고속의 열차가 터널에 진입함에 따라 압력파가 형성되고, 상기 압력파가 터널내부로 전파되어 압력파형이 변형되며, 터널출구로부터 미기압파(micro pressure wave)가 방사된다.
이러한 충격파는 초음속 비행기에 의해서 생성된 소닉붐처럼 강력한 압력파를 발생시키게 되는데, 이러한 미기압파에 의한 저주파 진동이 주변 민가의 창문이나 문틀을 심하게 흔들게 됨에 따라 이에 대한 대책마련을 요하게 되며, 시속 110 km/h 이상 터널 주행 시 터널내 공기압변동에 의한 귀울림(耳鳴感, 이명감) 등의 문제점이 발생한다.
고속 열차는 UIC 기준 기존선에서 200 km/h 이상, 고속신선에서는 230 km/h 이상으로 달리는 열차를 지칭하며, 1964년에 일본에서 신칸센이 최초로 상업운전에 성공한 이후로, 여객기가 경제성을 확보하지 못하는 구간에서 활발하게 도입되고 있다. 최초로 상업운전에 성공한 신칸센을 필두로 하여 프랑스의 TGV, 독일의 ICE, 이탈리아의 ESI, 스페인의 AVE, 그리고 한국의 KTX 등이 운행 중이다. 특히 한국의 경우, 프랑스 TGV를 기반으로 하는 KTX-I을 도입하여 영업속도 300 km/h를 달성하였으며, 이후 자체 개발한 KTX-II를 경부고속선 및 호남 고속선에 투입중이다. 또한 KTX-I, KTX-II에 이어서 영업속도 370 km/h를 목표로 하는 HEMU-400X가 개발 중이며, 450-500 km/h를 목표로 개발 중인 것으로 알려져 있다. 중국의 고속철인 CRH는 현재는 봄바르디에, 가와사키, 지멘스, 알스톰으로부터 각각 차량을 도입하였으며 380 km/h의 영업 속도를 낸다고 공표되었으며, 2014년까지 소위 4종4횡을 중심으로 한 쾌속철도망을 건설 중이다.
이러한 고속철도는 곡선 및 구배를 최소화하여 건설된 평야 고속선에서 운용이 되어야 최대의 효율을 낼 수 있다. 그러나 산악지형이 많은 한국의 특성 상, 곡선 및 구배를 최소화하기 위해서는 교량과 터널을 많이 건설해야 한다. 특히 터널의 경우, 고속으로 철도차량이 진입하면 매우 큰 압력파가 발생하여, 철도차량 내부로 압력파가 쉽게 전파되고, 이로 인하여 승객들이 불쾌한 압박감을 느끼게 된다. 또한, 터널 출구로 방사되는 충격성의 미기압파로 인한 환경 압력파 문제가 발생하게 된다. 도 1은 이러한 압력파의 발생 및 터널 출구 일어나는 투과파와 반사파의 형성과 외부로의 미기압파 발생 과정을 나타낸다
현재까지 한국에서는 미기압파를 줄이기 위하여 터널 입구에 경사갱구형 후드, 슬릿후드를 설치하거나 터널 내부에 등간격 수직 통풍공 또는 쌍굴터널을 설치하여 미기압파를 저감하고 있다.
대한민국 공개특허번호 10-2001-0047229에 기재된 경사갱구형 후드는 터널 입구에 경사면을 가지는 원형 후드를 설치하여 터널 진입 시 열차 전두부에 존재하는 공기를 터널 외부로 최대한 방출시키는 것이 목적이다.
대한민국 공개특허번호 10-2002-0034323에 기재된 슬릿후드의 경우 터널 입구에 사각체 형상을 취하며, 터널의 입구에 돌출구성 되는 구조로서 터널 내의 공기가 서서히 압축되도록 하는 것이 목적이다.
대한민국 공개특허번호 10-2001-0047231에 기재된 통풍공형 후드 또한 슬릿후드와 마찬가지로 공기가 압축되는 속도를 낮추기 위하여 터널 입구에 터널 입구에 원형 후드를 설치하고 후드 상부에 통풍공을 두었다.
등간격 수직 통풍공 터널의 경우 터널 상부에 외부까지 연결된 수직 통풍공을 여러 개 배치시켜 터널 내부에서 발생된 압력파를 밖으로 배출, 미기압파를 줄이는 것이 목적이다.
대한민국 공개특허번호 10-2003-0071935에 기재된 쌍굴터널의 압력경감 덕트 시스템의 경우, 터널과 평행하게 배치된 압력경감 덕트 및 체적을 여러 개 배치하여 압력파를 이완시키는 것을 목적으로 한다.
여기서 헬름홀츠(Helmholtz) 공명기는 큰 체적의 공간, 연결관 및 연결구로 이루어지는 계인데, 이를 군 (array)의 형태로 사용하여 터널내의 미기압파를 줄이는 방법에 대해 일본에서 제안된 바 있다. 그러나 중심주파수가 약 2 Hz 정도인 초저주파수의 미기압파를 줄이려면 대단히 큰 체적이 필요하여, 미기압파를 줄이는 데에는 현실성이 없으며, 작은 체적을 이용하여 터널내의 중주파수나 고주파수 대역의 소음을 줄이는 방안으로 쓰일 수는 있으나, 이것도 특정 주파수 만에 대해 효과가 있다.
상기 방법 중 터널 입구에 후드를 설치하는 방법은 시공 비용이 많이 드는 단점이 이미 지적된 바 있으며, 수직 통풍공 터널은 방식은 통풍공이 외부로 직접 노출되기 때문에 압력파가 외부로 직접 방사되어, 해당 지역에서 새로운 환경소음 문제를 야기시키는 단점과 함께, 압력파 및 미기압파의 음향학적 특성을 전혀 고려할 수 없는 단점이 존재한다. 쌍굴터널은 터널에 평행한 압력 경감 덕트 및 체적을 여러 개 배치시켜야 하기 때문에, 터널의 길이가 긴 경우 시공 비용이 증가할 수 있다. 마지막으로 헬름홀쯔 공명기는 전술한 바와 같이 초저주파수의 압력파 및 미기압파를 저감시키기 위하여 매우 큰 체적이 필요하기 때문에 현실적이지 않으며, 헬름홀쯔 공명기를 터널에 평행하게 설치해야 하므로 시공비용이 과다한 단점이 있다.
본 발명은 터널 벽체에 미기압파를 저감시키는 저감유닛을 어레이시켜 고속 철도 차량의 진행으로 인해 발생되는 미기압파 저감을 위한 주기적 터널 벽체 구조를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 측면은 열차가 통과되는 터널벽체구조에 있어서, 터널(10)이 형성된 터널벽(20); 상기 터널(10)과 연통되고 상기 터널벽(20)에 요철 형태로 형성되며, 상기 터널(10)의 단면적 변화를 통해 임피던스 부정합을 발생시켜 열차의 주행 중 발생되는 압력파를 저감시키는 저감유닛(30)을 포함하는 터널 벽체구조를 제공한다.
여기서 상기 저감유닛(30)은 상기 터널(10)의 중심을 향해 개구되게 개구면(31)이 형성될 수 있다.
상기 저감유닛(30)은 상기 터널(10)의 길이 방향으로 복수개가 배열될 수 있다.
상기 저감유닛(30)은 상기 터널벽(20)의 내주면을 따라 복수개 배치될 수 있다.
상기 저감유닛(30)은 상기 터널벽(20) 내부로 오목하게 요(凹) 형상으로 형성될 수 있다.
상기 저감유닛(30)은 상기 터널벽(20)의 내측면에서 상기 터널(10)의 중심 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다.
상기 저감유닛(30)의 내측 길이는 차단하고자 하는 압력파의 1/4파장으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 열차가 통과되는 터널벽체구조에 있어서, 터널(10)이 형성된 터널벽(20); 상기 터널(10)과 연통되고 상기 터널벽(20)에 요철 형태로 형성되며, 상기 터널(10)의 단면적 변화를 통해 임피던스 부정합을 발생시켜 열차의 주행 중 발생되는 압력파를 저감시키는 저감유닛(40)을 포함하고, 상기 저감유닛(30)은 상기 터널(10)을 향해 개구되게 형성된 개구면(31); 상기 개구면(31)의 일부를 차폐시키는 차폐부재(44); 상기 차폐부재(44)에 형성되어 내부와 연통시키는 연통홀(45);을 포함할 수 있다.
상기 저감유닛(40)은 상기 터널(10)의 길이 방향으로 복수개가 배열될 수 있다.
상기 저감유닛(40)은 상기 터널벽(20)의 내주면을 따라 복수개 배치될 수 있다.
상기 저감유닛(40)은 상기 터널벽(20) 내부로 오목하게 요(凹) 형상으로 형성될 수 있다.
상기 저감유닛(40)은 상기 터널벽(20)의 내측면에서 상기 터널(10)의 중심 방향으로 돌출되어 형성될 수 있다.
상기 저감유닛(40)의 내측 길이는 차단하고자 하는 압력파의 1/4파장으로 형성될 수 있다.
상기 차폐부재(44)에서 상기 연통홀(45)의 면적비율은 20% 이상 100% 미만으로 형성될 수 있다.
상기 저감유닛(40) 내부에 흡음재(46)가 더 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 열차가 통과되는 터널 벽체구조에 있어서, 터널(10)이 형성된 터널벽(20); 상기 터널(10)과 연통되고 상기 터널벽(20)에 요철 형태로 형성되며, 상기 터널(10)의 단면적 변화를 통해 임피던스 부정합을 발생시켜 열차의 주행 중 발생되는 압력파를 저감시키는 저감유닛(30)을 포함하고, 상기 저감유닛(30)은 상기 터널(10)의 중심을 향해 개구되게 개구면(31)이 형성되고, 상기 터널(10)의 길이 방향 또는 상기 터널벽(20)의 내주면을 따라 복수개 배치되며, 상기 터널벽(20) 내부로 오목하게 요(凹) 형상으로 형성되고, 내측 길이는 차단하고자 하는 압력파의 1/4파장으로 형성된 터널 벽체구조를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은 열차가 통과되는 터널 벽체구조에 있어서, 터널(10)이 형성된 터널벽(20); 상기 터널(10)과 연통되고 상기 터널벽(20)에 요철 형태로 형성되며, 상기 터널(10)의 단면적 변화를 통해 임피던스 부정합을 발생시켜 열차의 주행 중 발생되는 압력파를 저감시키는 저감유닛(40)을 포함하고, 상기 저감유닛(30)은 상기 터널(10)을 향해 개구되게 형성된 개구면(31); 상기 개구면(31)의 일부를 차폐시키는 차폐부재(44); 상기 차폐부재(44)에 형성되어 내부와 연통시키는 연통홀(45);을 포함하고, 상기 터널(10)의 중심을 향해 개구되게 개구면(31)이 형성되고, 상기 터널(10)의 길이 방향 또는 상기 터널벽(20)의 내주면을 따라 복수개 배치되며, 상기 터널벽(20) 내부로 오목하게 요(凹) 형상으로 형성되고, 내측 길이는 차단하고자 하는 압력파의 1/4파장으로 형성되고, 내부에 흡음재(46)가 배치된 터널 벽체구조를 제공한다.
상기 임피던스 부정합량은
Figure pat00001
을 통해 결정되고, Sc는 저감유닛과 터널을 포함한 단면적, St는 터널의 단면적, ZR은 상기 단면적의 비율이다.
본 발명에 따른 미기압파 저감을 위한 주기적 터널 벽체 구조는 터널의 길이방향으로 상기 터널(10)의 단면적 변화를 통해 임피던스 부정합을 발생시켜 열차의 주행 중 발생되는 압력파를 저감시키는 저감유닛(40)이 배치되어 상기 터널(10) 내부에서 발생되는 초저주파수의 압력파 또는 미기압파를 효과적으로 저감할 수 있고, 이를 통해 승객 귀에서의 압박감 및 터널 출입구 주변에서의 충격성 환경 압력파를 저감시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 미기압파 저감을 위한 주기적 터널 벽체 구조는 기존의 미기압파 저감 구조에 비해 설치 및 유지/보수가 간단하여 비용 절감효과가 우수한 효과가 있다.
도 1은 일반적인 열차의 주행에 따른 미기압파의 발생이 도시된 개략 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터널이 도시된 사시도
도 3은 도 2의 제 1 저감유닛이 도시된 단면도
도 4는 도 2의 제 2 저감유닛이 도시된 단면도
도 5는 도 4의 차폐부재 사시도
도 6은 도 2의 제 3 저감유닛이 도시된 단면도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터널이 도시된 사시도
도 8은 도 2의 저감유닛이 배치된 단면도
도 9는 도 7의 저감유닛이 배치된 단면도
도 10은 도 8에 따른 내부 압력분포가 도시된 압력분포도
도 11은 도 9에 따른 내부 압력분포가 도시된 압력분포도
도 12는 도 8에 따른 터널 출구 3미터 지점에서 측정된 방사 음압레벨 그래프
도 13은 도 9에 따른 터널 출구 3미터 지점에서 측정된 방사 음압레벨 그래프
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터널이 도시된 사시도이고, 도 3은 도 2의 제 1 저감유닛이 도시된 단면도이고, 도 4는 도 2의 제 2 저감유닛이 도시된 단면도이고, 도 5는 도 4의 차폐부재 사시도이고, 도 6은 도 2의 제 3 저감유닛이 도시된 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 터널벽체구조는 고속열차가 지나갈 수 있도록 내부에 터널(10)이 형성된 터널벽(20)과, 상기 터널(10)과 연통되고 상기 터널벽(20)을 따라 요철 형태로 형성되어 열차의 주행 중 터널(10) 내부에서 발생되는 압력파를 저감시키는 저감유닛(30)을 포함한다.
본 실시예에서 상기 저감유닛(30)은 상기 터널(10)과 연통되도록 개구면(31)이 형성되고, 상기 터널벽(20) 내부로 오목하게 요(凹) 형상으로 형성된다.
상기 저감유닛(30)은 상기 터널(10)의 길이방향으로 다수개 설치될 수 있고, 상기 터널벽(20)의 반경방향으로도 다수개 설치될 수 있다.
상기 저감유닛(30)은 개구면(31)이 상기 터널(10)의 중심을 향하도록 형성되고, 내측면(32)이 상기 터널벽(20)의 내측면과 평행하게 형성된다.
또한, 상기 저감유닛(30)은 상기 터널벽(20)의 길이방향을 따라 다수개가 배열(array)을 이루도록 배치시킬 수 있다. 본 실시예에서 상기 저감유닛(30)은 제 1 저감유닛이다.
도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 저감유닛은 제 2 저감유닛(40)이고, 상기 개구면(31)을 일부 차폐시키는 차폐부재(44)를 포함한다. 상기 차폐부재(44)는 상기 개구면(31)을 차폐하되 내부와 연통되는 연통홀(45)이 형성된다.
한편, 도 6에는 상기 제 2 저감유닛(40)의 내부에 흡음재(46)가 배치된 제 3 저감유닛(50)이 도시되고, 나머지 구조는 상기 제 2 저감유닛(40)과 동일하다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 저감유닛은 터널벽(20)에서 터널(10) 내부로 돌출되도록 제 4 저감유닛(60)이 형성된다.
상기 제 4 저감유닛(60)은 터널벽(20)에 설치되고 내측에 저감공간(65)이 형성되며 상기 터널(10)과 연통되도록 개구면(61)이 형성된 저감프레임(62)을 포함한다. 여기서 상기 제 4 저감유닛(60)은 상기 제 2, 3 저감유닛(40)(50)과 같이 개구면(61)이 차폐부재가 설치되어도 무방하고, 상기 터널(10)의 길이방향으로 배열을 이루도록 다수개 배치될 수 있다.
상기 저감프레임(62)은 본 실시예에서 사각형 형상으로 형성되었으나 본 실시예와 달리 원형 또는 다각형의 형태로 형성되어도 무방하다.
또한, 본 발명에 따른 터널벽체구조에는 상기 제 1, 2, 3, 4 저감유닛이 모두 설치되어도 무방하고, 적어도 어느 하나가 배치되어도 무방하다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 효과를 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
먼저 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 개구면(31)이 형성되어 내부공간이 노출된 경우, 터널의 연속적인 단면적 변화로 인하여 발생되는 임피던스 부정합으로 인해 압력파 저감 효과를 얻을 수 있다.
임피던스의 부정합량은 다음과 같이 대략 면적비에 따르며, 이 비율은 음향에너지가 각 팽창 및 축소에 따라 전달되는 비율인 파워전달률t를 이룬다.
Figure pat00002
여기서, Sc는 저감유닛과 터널을 포함한 단면적, St는 터널의 단면적, ZR은 상기 단면적의 비율을 나타낸다. 위 식에서, 만약 Sc가 St보다 2배 크다면 (즉, 저감유닛의 깊이가 터널의 대략적인 반경의 0.4배정도라면),파워전달률t는 약 0.89가 되므로, 약 10%의 에너지를 잃게 된다. 이러한 에너지 손실이 압력파가 매 저감유닛을 통과함에 따라 발생하므로, N개의 저감유닛 사용 시 tN만큼(t<1)의 에너지 비율만이 최종적으로 전달된다.
도 4, 5는 개구면(31)이 매우 얇은 다공형 재질의 차폐부재(44)로 덮은 구조이고, 그 한 예로서 천공률 약 20% 이상의 매우 얇은 고분자, 금속, 나무, 천 등의 재료로 이루어진 차폐부재(44)로 덮은 구조이다. 일반적으로, 차폐부재(44)의 천공률이 20% 이상이면 압력 맥동이나 음파의 관점에서는 아무것도 존재하지 않는 효과를 가지며, 차폐부재(44)는 단지 개방된 부분을 먼지 등으로부터 보호하는 용도로 사용된다. (천공률=천공된 부분의 면적 / 천공부를 포함한 전체의 면적).
도 6은 저감유닛(50)의 안쪽에 다공형 흡음물질인 흡음재(46)가 배치된 경우이고, 이 경우, 완전 개방되거나 얇은 막 또는 천공된 차폐부재(44)를 통과하여 전파된 압력파가 저감유닛(50)의 안쪽에서 다공형 흡음재(46)와 작용되고, 상기 흡음재(46) 내부에서의 점성 에너지 손실로 인해 압력파가 가진 중주파수 및 고주파수의 소음 성분이 추가적으로 저감된다.
도 8, 9는 상기 저감유닛(30) 군을 이용한 압력파 저감을 위한 터널 벽체구조에 대한 수치예제로서, 터널 내부에 벽체와 일체의 형태를 가지는 저감유닛(40) 군이 배치되었을 때, 압력파 저감 효과에 대한 분포도이다.
본 수치해석에서는 저감유닛(40) 군이 장착되었을 때의 압력파 저감 효과를 보고자 간략화 된 기하배치를 이용하였다.
도 8은 도 2, 3처럼 저감유닛(30)의 개구면(31)이 외부로 완전 노출된 경우로서, 단면적 변화에 따른 임피던스 부정합에 의한 압력파 저감 효과를 얻는 구조이다. 이때, 상기 저감유닛(30)의 개방된 부분의 길이는 압력파의 1/4-파장 기준에 의하여
Figure pat00003
과 같이 정하였다.
여기서 C는 음속의 소문자로서, 343미터가 사용되고, f는 2.2Hz 일 경우, 공명주파수의 파장은 43미터이다.
이와 같은 방식으로 6Hz, 및 10Hz 에 대한 압력파의 1/4-파장을 구할 수 있고, 이에 대한 압력분포도가 도 10에 도시되어 있다.
도 10은 도 8과 같은 구조의 저감유닛(30) 군이 가지는 차단 주파수 및 그 고조파들에서의 터널 내부 압력분포를 나타낸 압력분포도이고, (a)는 2Hz, (b)는 6Hz, (c)는 10Hz의 경우를 해석한 것이다.
차단 주파수로 설정된 2 Hz와 그 고조파 성분에서 압력파의 크기가 터널 종단으로 갈수록 크게 감소하는 것을 알 수 있고, 상기 압력파는 좌측에서 우측으로 진행할수록 상기 저감유닛(30)에 의해 점진적으로 낮아지는 것을 확인 할 수 있다.
도 9는 터널(10) 내부에서 임피던스 부정합만을 고려하여 빠른 주름처럼 저감유닛을 설치한 경우이며, 저감유닛(30)의 깊이가 터널의 대략적인 반경의 0.4배정도로 설정하여 면적비가 약 2배가 되도록 하였다.
도 11은 도 9와 같은 구조를 가지는 저감유닛 군이 설치된 터널 내부의 압력 분포로써, 차단 주파수인 172 Hz 및 그 고조파 성분에서의 압력 분포이다.
상기 차단 주파수 172Hz는 도 9에 도시된 바와 같이, 길이 1m에 해당하는 주파수로써, 양단이 개방된 파이프의 공명주파수에 해당한다.
상술한 도 10과 마찬가지로, 터널 종단인 오른쪽으로 진행될수록 압력파의 크기가 감소하는 것을 볼 수 있다.
도 12는 도 8과 같은 저감유닛(30) 군이 설치된 터널과 일반 터널의 외부 방사 음압파를 비교하고 있다. 차단 주파수로 설정된 2 Hz와 그 고조파 성분에서 음압이 감소한 것을 확인할 수 있다. 여기서 실선은 일반 터널의 음압 레벨을 나타낸 것이고, 붉은색 점선은 상기 저감유닛(30)이 설치된 터널의 음압 레벨을 나타낸 것이며, 붉은색 점선을 통해 알 수 있듯이 차단 주파수 영역 대에서 음악 레벨이 대폭 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 13은 도 9와 같은 저감유닛 군이 설치된 터널과 일반 터널의 외부 방사 소음을 비교하고 있으며, 차단주파수로 설정된 172Hz와 그 고조파 성분에서 음압이 감소한 것을 확인할 수 있다.
여기서 실선은 일반 터널의 음압 레벨을 나타낸 것이고, 붉은색 점선은 상기 저감유닛이 설치된 터널의 음압 레벨을 나타낸 것이다.
상기와 같이 본 발명을 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 다양한 조합을 통해 당업자에 의해 응용이 가능하다.
10 : 터널 20 : 터널벽
30 : 제 1 저감유닛 31 : 개구면
32 : 내측면 40 : 제 2 저감유닛
44 : 차폐부재 45 : 연통홀
46 : 흡음재 50 : 제 3 저감유닛
60 : 제 4 저감유닛 61 : 개구면
62 : 저감프레임

Claims (18)

  1. 열차가 통과되는 터널 벽체구조에 있어서,
    터널(10)이 형성된 터널벽(20);
    상기 터널(10)과 연통되고 상기 터널벽(20)에 요철 형태로 형성되며, 상기 터널(10)의 단면적 변화를 통해 임피던스 부정합을 발생시켜 열차의 주행 중 발생되는 압력파를 저감시키는 저감유닛(30)을 포함하는 터널 벽체구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저감유닛(30)은 상기 터널(10)의 중심을 향해 개구되게 개구면(31)이 형성된 터널 벽체구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저감유닛(30)은 상기 터널(10)의 길이 방향으로 복수개가 배열된 터널 벽체구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 저감유닛(30)은 상기 터널벽(20)의 내주면을 따라 복수개 배치된 터널 벽체구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 저감유닛(30)은 상기 터널벽(20) 내부로 오목하게 요(凹) 형상으로 형성된 터널 벽체구조.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 저감유닛(30)은 상기 터널벽(20)의 내측면에서 상기 터널(10)의 중심 방향으로 돌출되어 형성된 터널 벽체구조.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 저감유닛(30)의 내측 길이는 차단하고자 하는 압력파의 1/4파장으로 형성된 터널 벽체구조.
  8. 열차가 통과되는 터널 벽체구조에 있어서,
    터널(10)이 형성된 터널벽(20);
    상기 터널(10)과 연통되고 상기 터널벽(20)에 요철 형태로 형성되며, 상기 터널(10)의 단면적 변화를 통해 임피던스 부정합을 발생시켜 열차의 주행 중 발생되는 압력파를 저감시키는 저감유닛(40)을 포함하고,
    상기 저감유닛(30)은
    상기 터널(10)을 향해 개구되게 형성된 개구면(31);
    상기 개구면(31)의 일부를 차폐시키는 차폐부재(44);
    상기 차폐부재(44)에 형성되어 내부와 연통시키는 연통홀(45);을 포함하는 터널 벽체구조.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 저감유닛(40)은 상기 터널(10)의 길이 방향으로 복수개가 배열된 터널 벽체구조.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 저감유닛(40)은 상기 터널벽(20)의 내주면을 따라 복수개 배치된 터널 벽체구조.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 저감유닛(40)은 상기 터널벽(20) 내부로 오목하게 요(凹) 형상으로 형성된 터널 벽체구조.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 저감유닛(40)은 상기 터널벽(20)의 내측면에서 상기 터널(10)의 중심 방향으로 돌출되어 형성된 터널 벽체구조.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 저감유닛(40)의 내측 길이는 차단하고자 하는 압력파의 1/4파장으로 형성된 터널 벽체구조.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 차폐부재(44)에서 상기 연통홀(45)의 면적비율은 20% 이상 100% 미만으로 형성된 터널 벽체구조.
  15. 청구항 8에 있어서,
    상기 저감유닛(40) 내부에 흡음재(46)가 더 배치된 터널 벽체구조.
  16. 열차가 통과되는 터널 벽체구조에 있어서,
    터널(10)이 형성된 터널벽(20); 상기 터널(10)과 연통되고 상기 터널벽(20)에 요철 형태로 형성되며, 상기 터널(10)의 단면적 변화를 통해 임피던스 부정합을 발생시켜 열차의 주행 중 발생되는 압력파를 저감시키는 저감유닛(30)을 포함하고,
    상기 저감유닛(30)은
    상기 터널(10)의 중심을 향해 개구되게 개구면(31)이 형성되고, 상기 터널(10)의 길이 방향 또는 상기 터널벽(20)의 내주면을 따라 복수개 배치되며, 상기 터널벽(20) 내부로 오목하게 요(凹) 형상으로 형성되고, 내측 길이는 차단하고자 하는 압력파의 1/4파장으로 형성된 터널 벽체구조.
  17. 열차가 통과되는 터널 벽체구조에 있어서,
    터널(10)이 형성된 터널벽(20); 상기 터널(10)과 연통되고 상기 터널벽(20)에 요철 형태로 형성되며, 상기 터널(10)의 단면적 변화를 통해 임피던스 부정합을 발생시켜 열차의 주행 중 발생되는 압력파를 저감시키는 저감유닛(40)을 포함하고,
    상기 저감유닛(30)은
    상기 터널(10)을 향해 개구되게 형성된 개구면(31); 상기 개구면(31)의 일부를 차폐시키는 차폐부재(44); 상기 차폐부재(44)에 형성되어 내부와 연통시키는 연통홀(45);을 포함하고
    상기 터널(10)의 중심을 향해 개구되게 개구면(31)이 형성되고, 상기 터널(10)의 길이 방향 또는 상기 터널벽(20)의 내주면을 따라 복수개 배치되며, 상기 터널벽(20) 내부로 오목하게 요(凹) 형상으로 형성되고, 내측 길이는 차단하고자 하는 압력파의 1/4파장으로 형성되고, 내부에 흡음재(46)가 배치된 터널 벽체구조.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임피던스 부정합량은
    Figure pat00004

    을 통해 결정되고,
    Sc는 저감유닛과 터널을 포함한 단면적, St는 터널의 단면적, ZR은 상기 단면적의 비율인 터널 벽체구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102087364B1 (ko) * 2019-05-03 2020-03-10 한국철도기술연구원 터널 미기압파 저감을 위한 공동구 구조체
CN114183164A (zh) * 2021-11-30 2022-03-15 中铁二院工程集团有限责任公司 用于高速铁路隧道洞口的扩大型降压缓冲装置及设计方法

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