KR20140023724A - 복합적 방진구조를 갖는 철도궤도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 여러 주파수대에서 고르게 진동을 흡수할 수 있는 복합적 방진구조를 갖는 철도궤도에 관한 것이다. 그 구성은; 노반(F)에 마련되는 슬래브통(3) 내부에 안착 설치되는 것으로서, 레일(R)을 안착시키기 위한 레일홈통(7)이 상면의 좌우 양측에 마련되는 슬래브(1); 상기 슬래브(1)의 저면 곳곳에 다수 설치되는 것으로서, 상단은 상기 슬래브(1)에 지지되고 하단은 노반(F)에 지지되어 수직하중에 대한 탄성적 완충작용을 하게 되는 기둥형상의 수직탄성체(13); 상기 레일홈통(7)에 설치되는 레일(R); 상기 레일(R)과 상기 레일홈통(7) 사이의 공간에 충전되는 것으로서 상기 레일(R)의 측방향 하중에 대하여 상기 레일(R)을 지지하기 위한 레일지지탄성체(9); 상기 슬래브(1)의 저면과 슬래브통(3) 사이에 개입되는 탄성체로 된 바닥매트(17)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합적 방진구조를 갖는 철도궤도{Rail Track System Having The Complex Structure For Vibration absorption}

본 발명은 방진구조를 갖는 철도궤도에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 여러 주파수대에서 고르게 진동을 흡수할 수 있는 복합적 방진구조를 갖는 철도궤도에 관한 것이다.

통상적으로 철도의 레일은 자갈도상 또는 콘크리트 궤도슬래브 위에 일정한 간격으로 설치된 침목 위에 고정볼트, 스프링클립 등에 의해 설치되고 있다. 열차가 침목 위를 통과하게 되면 침목에 주기적으로 큰 힘이 가해져 진동이 유발되고, 이 진동은 침목과 궤도슬래브를 통하여 주변지역으로 전파되기 마련이다. 전달되는 진동은 구조물의 파손, 주변에 설치된 정밀기기의 작동 방해, 구조전달음(Structure Borne Noise) 발생, 소음 등 각종 문제를 야기한다. 특히 철도 역사는 철도궤도의 직접적 영향권 내에 있으므로 승객이나 근무자들에게 많은 피해를 줄 수 있다.

상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여, 궤도슬래브의 레일이 설치될 부위에 홈통을 형성하고, 레일의 하부를 이 홈통 속에 설치한 다음 두 레일의 간격을 정확하게 조정한 후, 홈통에 액상의 폴리우레탄 등의 수지를 충전한 후 이를 탄성재료로 고화시켜 형성되는 매립식 궤도구조(Embedded Rail Track System)가 제안된 바 있다(대한민국 특허출원 제10-2009-0083137호 참조). 매립식 레일은 레일을 어떠한 방식으로 도상에 고정시킬 것인가의 문제이지만, 레일에 전달되는 진동이 외부로 전달되는 것을 차단함으로써 진동과 소음을 줄이고자하는 문제는 아래 설명되는 부유슬래브 궤도와 레일부유 궤도의 구조와 관련된다.

부유슬래브 궤도(Floating Slab Track : FST)는 콘크리트도상 궤도를 노반과 격리시키고 그 사이에 탄성체를 개입시키는 구조이다. 부유슬래브궤도 또한 도 1에 도시된 바와 같은 다양한 방식이 있다. 기본적으로는 슬래브(100)가 노반(F) 위에 부상하게끔 설치되고 레일(R)은 슬래브(100)의 상면에 설치된다.

도 1(a)는 슬래브(100)의 저면 전체를 우레탄과 같은 탄성체(110)로 지지하는 방식을 도시하며, 도 1(b)는 슬래브(100)의 저면을 선형(또는 점형)으로 배치된 탄성체(111)로 지지하는 방식을 나타내며, 도 1(c)는 우레탄과 같은 부드러운(soft) 탄성체(112)와 이와 다른 탄성특성을 갖는 스프링 댐퍼(120)가 병용되는 형식을 도시한다. 도 1에 도시된 각 부유슬래브궤도는 방진효과가 매우 좋으나 콘크리트 도상인 슬래브(1)를 들어 올리는 방식이어서 구조물의 규모가 커지게 되고 따라서 시공시 많은 비용이 소요된다는 단점을 갖는다.

이들 부유슬래브 궤도와 대비되는 것으로서 레일부유 궤도(Floating Rail Track : FRT)가 제안되기도 하였다. 레일부유 궤도는 레일만을 도상으로부터 부유시키고 그 사이에 탄성체를 개입시킨 구조이다. 이는 시공비용이 부유슬래브 궤도보다는 저렴하게 소요되는 장점을 가지지만 수직변형이 심하고 측방향의 하중에 취약하여 별도의 보완책을 필요로 한다.

위와 같은 각 레일 궤도의 구조는 나름대로의 진동특성을 가지고 있다. 특히 위에 언급된 각 레일 궤도는 저마다 소음을 차단하는 주파수 대역을 갖고 있다. 그러나 열차가 지나가면서 발생시키는 소음은 여러 주파수 대역에 걸쳐 있는바, 특정 구조의 레일 궤도는 전체 주파수 대역의 소음을 고르게 차단시켜주지 못한다. 특히 종래 이중방진구조를 갖는 궤도라고 하여도 레일 부근에서의 1차 방진이 효율적으로 이루어지지 않는 현상을 보여 왔다.

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 열차가 통과하면서 발생하는 소음과 진동을 다양한 주파수 대역에 걸쳐 고르게 차단함으로써 방진효과를 극대화할 수 있는 구조의 철도궤도를 제공하는 것을 목적으로 한다. 보다 구체적으로는 시공비용이 저렴하게 소요됨에도 불구하고 큰 방진효과를 갖는 복합적 방진구조를 갖는 철도궤도를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 노반에 마련되는 슬래브통 내부에 안착 설치되는 것으로서, 레일을 안착시키기 위한 레일홈통이 상면의 좌우 양측에 마련되는 슬래브; 상기 슬래브의 저면 곳곳에 다수 설치되는 것으로서, 상단은 상기 슬래브에 지지되고 하단은 노반에 지지되어 수직하중에 대한 탄성적 완충작용을 하게 되는 기둥형상의 수직탄성체; 상기 레일홈통에 설치되는 레일; 상기 레일과 상기 레일홈통 사이의 공간에 충전되는 것으로서 레일의 측방향 하중에 대하여 상기 레일을 지지하기 위한 레일지지탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합적 방진구조를 갖는 철도궤도에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 수직탄성체는 원기둥 형상이며 우레탄 재질일 수 있다. 여기서 수직탄성체에는 원주방향을 따라 단면이 브이(V) 또는 유(U)자 형태의 완충홈이 1개 이상 마련될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 슬래브의 저면과 상기 슬래브통 사이에는 탄성체로 된 바닥매트가 설치될 수 있다. 이 바닥매트는 수직탄성체가 설치된 부분을 제외하고 상기 슬래브의 저면 전체에 설치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 측벽매트가 슬래브의 측벽과 상기 슬래브통의 측벽 사이에 개입될 수 있다. 상기 바닥매트와 측벽매트는 우레탄으로 되어 있으며 두께가 20 ~ 30mm일 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 슬래브를 부유시키기 위한 큰 구조물을 필요로 하지 않기 때문에 비용을 절감할 있으며, 진동특성이 상이한 2종 이상의 탄성체가 사용됨으로써, 기존의 궤도 구조에서 해결하지 못한 저주파 및 고주파 대역의 진동을 물론 주행열차의 충격진동, 구조체 진동 및 소음 제어 효과를 극대화할 수 있게 된다.

도 1은 종래기술에 의한 부유슬래브궤도의 구조를 설명하기 위한 단면구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 복합적 방진구조를 갖는 철도궤도의 단면구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 복합적 방진구조를 갖는 철도궤도의 일부 사시도이다.

이하, 첨부된 도 1 내지 도 2를 동시에 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다.

콘크리트 몰탈로 양생시켜 제작된 슬래브(1)는 노반(F)에 마련되는 슬래브통(3) 내부에 안착 설치된다. 슬래브(1)는 외부에서 성형된 다음 옮겨져 철로에 설치될 수도 있고, 슬래브통(3) 내부에 거푸집을 설치한 다음 콘크리트 몰탈을 타설하고 양생함으로써 설치될 수도 있다. 슬래브(1) 내부에는 강도 향상을 위해 철근(5)이 배근될 수 있다.

슬래브(1)의 상면에는 철도 레일의 폭만큼 이격되도록 레일홈통(7)이 마련된다. 레일홈통(7)은 슬래브(1)의 전체 길이에 걸쳐 마련되며 단면은 도시된 바와 같이 사각형이다. 레일(R)은 레일홈통(7) 내부에 안착된 다음 고정된다. 레일(R)은 매립형 레일궤도(Embedded Rail Track) 방식으로 고정되며, 레일(R)과 레일홈통(7) 사이의 공간에는 우레탄 등의 충전재로 충전됨으로써 레일지지탄성체(9)가 설치된다. 레일지지탄성체(9)의 중간에는 에어캡슐과 같은 완충홀(11, hole)이 마련될 수 있다. 이 완충홀(11)은 공기스프링과 같이 탄성체의 일환으로 사용되어 레일지지탄성체(9)의 탄성력을 향상시킨다. 완충홀(11)은 관체(12)를 해당 위치에 매입 고정시킨 다음 그 위에 액상의 우레탄을 타설하고 경화시킴으로써 마련될 수 있다. 레일지지탄성체(9)는 레일로부터 발생되는 가장 직접적인 진동을 차단(1차 방진)하게 된다.

다수의 수직탄성체(13)가 슬래브(1)의 저면 곳곳에 설치된다. 수직탄성체(13)는 기둥형상이며 상단이 슬래브(1)에 지지되고 하단이 노반에 지지되어 레일(R)로부터 슬래브(1)에 전달되는 수직하중에 대한 탄성적 완충작용을 하게 된다. 수직탄성체(13)는 도 2에 도시된 바와 같이 좌우 양 레일(R)의 직하방향에 각각 위치되도록 설치될 수 있다. 설치 간격(L, 도 3 참조)은 수직탄성체(13)의 탄성계수 등에 따라 조정될 수 있다.

수직탄성체(13)는 스프링강에 의한 코일스프링과 동일 또는 유사한 진동특성을 가진 탄성체로 함이 바람직하다. 코일스프링이 직접 수직탄성체(13)로 사용될 수도 있으나 고가이기 때문에 우레탄으로 제작한 성형품이 대체적으로 사용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에 의하면, 수직탄성체(13)의 원주방향을 따라 단면이 브이(V) 또는 유(U)자 형태의 완충홈(15)이 1개 이상 마련될 수 있다. 이 완충홈(15)은 수직탄성체(13)의 탄성계수를 조정하기 위한 것이다.

수직탄성체(13)는 레일(R)에 가해지는 충격을 흡수하고 나아가 저주파수 대역의 소음을 제거하기 위한 것이다. 고주파수 대역의 소음은 이하 설명되는 바닥매트(17) 내지 측벽매트(19)가 소거하게끔 되어 있다.

수직탄성체(13)는 도시된 바에 의하면 2열로 설치되고 있지만, 상황에 따라서는 3열 또는 그 이상으로도 설치될 수 있다. 수직탄성체(13)는 도 2의 상태에서 슬래브(1)의 하중을 일부 지지할 수 있도록 설치되어야 한다.

한편, 탄성체로 된 바닥매트(17)가 슬래브(1)의 저면과 슬래브통(3)의 바닥 사이에 개입된다. 바닥매트(17)의 두께는 20 ~30mm가 될 수 있다. 바닥매트(17)는 외부에서 제작되어 롤형태로 제공되는 기성품을 가져다 까는 방식으로 설치할 수도 있으며, 액상의 우레탄을 도포하여 경화시키는 방식에 의해서도 설치할 수 있다. 언급한 것처럼 바닥매트(17)는 슬래브(1)로부터 노반(F)에 전달되는 고주파수 대역의 소음을 제거하기 위해 사용된다. 바닥매트(17)는 수직탄성체(13)가 설치된 부분을 제외하고 상기 슬래브(1)의 저면 전체에 설치될 수 있다. 또한 측벽매트(19)가 슬래브(1)의 측벽과 슬래브통의 측벽(3a) 사이에도 개입될 수 있다. 측벽매트(19)의 두께는 바닥매트(17)와 유사하게 20 ~ 30mm가 될 수 있다. 측벽매트(19)는 슬래브(1)를 설치하고 난 다음 슬래브(1)와 노반(F) 사이의 빈 공간에 액상의 우레탄을 주입하고 경화시킴으로써 형성시키는 것이 작업의 효율성을 위해 바람직하다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

1 : 슬래브 3 : 슬래브통
5 : 철근 7 : 레일홈통
9 : 레일지지탄성체 11 : 완충홀
13 : 수직탄성체 15 : 완충홈
17 : 바닥매트 19 : 측벽매트
F : 노반

Claims (5)

1. 노반(F)에 마련되는 슬래브통(3) 내부에 안착 설치되는 것으로서, 레일(R)을 안착시키기 위한 레일홈통(7)이 상면의 좌우 양측에 마련되는 슬래브(1); 상기 슬래브(1)의 저면 곳곳에 다수 설치되는 것으로서, 상단은 상기 슬래브(1)에 지지되고 하단은 노반(F)에 지지되어 수직하중에 대한 탄성적 완충작용을 하게 되는 기둥형상의 수직탄성체(13); 상기 레일홈통(7)에 설치되는 레일(R); 상기 레일(R)과 상기 레일홈통(7) 사이의 공간에 충전되는 것으로서 상기 레일(R)의 측방향 하중에 대하여 상기 레일(R)을 지지하기 위한 레일지지탄성체(9); 상기 슬래브(1)의 저면과 슬래브통(3) 사이에 개입되는 탄성체로 된 바닥매트(17);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합적 방진구조를 갖는 철도궤도.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 수직탄성체(13)는 원기둥 형상이며 우레탄 재질인 것을 특징으로 하는 복합적 방진구조를 갖는 철도궤도.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 수직탄성체(13)에는 원주방향을 따라 단면이 브이(V) 또는 유(U)자 형태의 완충홈(15)이 1개 이상 마련되는 것을 특징으로 하는 복합적 방진구조를 갖는 철도궤도.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 바닥매트(17)는 수직탄성체(13)가 설치된 부분을 제외하고 상기 슬래브(1)의 저면 전체에 설치되는 것을 특징으로 하는 복합적 방진구조를 갖는 철도궤도.
   
5. 제1항에 있어서
   상기 슬래브(1)의 측벽과 상기 슬래브통(3)의 측벽 사이에는 우레탄으로 된 측벽매트(19)가 개입되는 것을 특징으로 하는 복합적 방진구조를 갖는 철도궤도.

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