목 차 제1장과업의개요 과업명 과업목적 과업기간 과업범위 주요과업내용 과업지시서 2 제2장과업수행방향 설계기본방향 과업수행흐름도 과업수행세부계획 9 제3장기존선현황 11 3

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1 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 실시설계보고서

2 목 차 제1장과업의개요 과업명 과업목적 과업기간 과업범위 주요과업내용 과업지시서 2 제2장과업수행방향 설계기본방향 과업수행흐름도 과업수행세부계획 9 제3장기존선현황 선로설계기준 궤도구조기준 과업구간선로현황 열차운영현황 기존선선로현황및현장조사분석 23 제4장교량상콘크리트도상구조의설계 설계시고려사항 도상형태별비교분석 콘크리트도상구조의선정 33

3 제 5 장적용도상구조의역학적검토 콘크리트도상개요 콘크리트도상구조의역학적계산 36 제6장가설시설물의안전성검토 개요 열차지연시간검토 레일가받침쟉키의안전성 게이지타이롯트의안전성 하로판상쟉키하부의좌면안전성 검토결과종합 64 제7장주요궤도자재의설계 레일 체결장치의설계 일반구간용 BLOCK 침목 신축이음매용 BLOCK 침목 도상용콘크리트 93 제8장장대레일 장대레일의개요 장대레일이론 장대레일의설계 동호철교의장대레일축력계산 119

4 제9장시공 개요 기본방향 시공순서 주요공정별시공개요및시방 공정계획 레일단차해소방안 장대레일부설방안 레일용접공법 철거자재유용성검토 146 제10 장교량방수 현황 배수계통도 교면방수공법의선정 148 제 11 장품질관리방안 콘크리트도상품질관리 궤도부설공사품질관리 155 제12 장유지관리및기타 기본방향 궤도보수기준 콘크리트도상의보수 레일훼손형태별관리방안 장대레일재설정관리 전식방지대책 179 # 부록자문회의조치결과

5 제 1 장과업의개요 1 제장과업의개요 1.1 과업명 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 1.2 과업목적지하철3호선옥수~압구정역간동호철교중하로판형교구간의궤도도상자갈이개통된지 15 년 ( 월개통 ) 이경과되어파쇄및마모로충격흡수력이저하되고도상이고결되어배수가불량하며, 도상하부방수층의일부파손으로강교부식이진행되고있어, 성력화궤도구조인콘크리트도상으로개량하므로서궤도구조를개선하고강교부식을방지하기위함. 1.3 과업기간 (180 일간 ) 1.4 과업범위 선별역구간상하위치연장 3 호선 옥수역 - 압구정역 ( 동호철교 ) 상, 하선 23km940-24km m 상, 하선 24km700-25km m 계 800m 1.5 주요과업내용 실시설계에필요한국내, 외관련자료수집및조사 하로판형교량의콘크리트도상부설상세시공도면작성 콘크리트도상부설에따른구조물안전성검토 시공중열차운행에필요한가받침구조및소요자재설계 사용자재제작, 구매시방서및표준도작성 예산서작성 ( 예산서, 수량산출, 단가산출 ) 공정계획서작성 시공후유지관리에관한기준및방법

6 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 1.6 과업지시서 일반사항가. 본과업지시서는지하철 3호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역업무수행시준수해야할일반적인사항을정한다. 나. 본과업수행시계약상대자는본과업지시서와제반관계법령, 규칙에따라본과업을성실히수행하여야한다. 다. 과업수행완성의의무과업대상자는과업지시서에따라성실히과업을수행하여야하며, 과업지시서에명시되지않은사항이라도과업수행에필요한사항은대안을제시하여감독과충분히협의하여본과업을수행하여야한다. 라. 책임기술자의선정계약대상자는철도기술사를대표기술자로선임하고대표기술자는본과업수행에따른우리공사지시사항의수명, 보고, 협의등을대행하게하며, 본과업수행중우리공사에제출하는각종성과물을상세히검토확인후서명날인하여야한다. 1) 토목구조물에대한구조관련사항은토목구조기술사가서명날인한다. 마. 제출서류 1) 계약상대자는계약일로부터 15 일이내에본과업수행을위하여다음서류를제출하여야한다. 2) 착수보고서 2부 3) 과업세부시행계획서 2부 4) 각분야별기술자투입계획서 ( 이력서및자격증사본2부 ) 5) 예정공정표 2부 6) 현장대리인계및기술전담반구성표 2부바. 각종자료관리, 제출협조 1) 계약상대자는본과업수행중본과업과관련하여생산된모든자료를용역완성과동시에우리공사에제출하여야한다. 2) 계약상대자는본과업에필요한자료를공사에요구할수있으며공사는필요한자료를대여해줄수있다 3) 공사가대여한자료를타목적으로사용할수없으며용역완성과동시에반환하여야한다.

7 제 1 장과업의개요 사. 기술자의투입 1) 계약대상자는본용역을완벽하게수행하기위하여해당분야의충분한경험을가지고있는기술자를투입하여야한다. 2) 계약대상자는본용역수행도중본과업을원할히수행하지못하여공사가교체를요구하는기술자에대하여교체의필요성이있다고객관적으로인정되면즉시교체하여야한다. 3) 계약대상자는기투입된기술자를계약자의사정에의하여교체할경우사전에서면으로공사에통보하여야한다. 아. 용역의중간검토도급자는과업수행중외부궤도기술자 (3 인이상 ) 의자문회의를공정50%,90% 이상진행단계에서 1회씩개최하여수행중인과업에대하여중간검토를받아야하며지적사항을보완하여이를보고서에수록하여야한다. 자. 지적소유권의관계계약대상자는본용역수행을위하여제3자의지적소유권을침해하여서는안되며, 동행위로인하여피해당사자로부터손해배상청구소송이제기되면계약대상자는피해자측에배상하고공사를상대로한민, 형사상의모든청구권을포기하겠다는합의서를제출하며동합의서제출시까지용역대금의지급을유보한다. 차. 종합용역보고서작성 1) 계약대상자는본과업수행결과를수록한용역보고서의초안을계약기간내에공사에제출하여사전심의를받은후완성품 ( 종합용역보고서 ) 을작성하여야한다. 2) 본과업수행과정및완료시작성되는각종도서는우리공사의승인을얻어야하며, 우리공사의승인을받아작성된도서라할지라도그내용이미비, 과오, 기술상의오류등결함에대하여도급자의책임이면제될수없으며, 본계약당사자이외의제3자에의해작성된각종도서가용역성과의첨부자료로서이용된경우에도도급자의책임한계는동일하다. 3) 종합용역보고서는책자로제본 (A4 용지 ) 하는것을원칙으로하며구체적인내용및편집등은상호협의하여결정한다. 4) 종합용역보고서는한글을사용하는것을원칙으로하되필요에따라한문및영문을병용할수있다.

8 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 카. 도급자는과업수행완료후필요시지하철공사관계자에게설명회를개최하여야한다. 타. 본용역과업수행자는과업완료후라도본과업과관련하여필요시자문에응한다. 파. 안전수칙에관련된사항 1) 본과업수행은주로열차가운행중에있는선로상에서시행하여야하므로안전사고예방을위하여안전수칙을철저히이행하여야한다. 2) 본과업착수전과업시행자는과업안전시행계획서를우리공사에제출하여승인을득한후시행하여야하며, 과업시행중발생되는안전사고의책임은과업시행자에게있다. 3) 현장조사시는제반차량감시원을배치하여야하며작업중에감독자의허가없이현장을이탈하여서는안된다. 4) 지하철선로내의출입은임의로할수없으며사전에소정양식에출입자명단을제출한후에우리공사가지정하는입회인과동행하여출입하여야한다. 5) 조사에필요한각종기자재는건축한계밖에두어야하며부득이한경우에는감독자의승인하에차량이저촉되지않는범위내에설치하여야한다. 하. 기타사항 1) 계약상대자는본용역과관련하여지하철내에서업무를수행할때에는공사의제규정을준수하여야한다. 2) 본용역에종사하는자는과업수행중용역에대한보안책임이있으며보안규정을준수하여야한다. 3) 본과업은계약기간내에예정공정표대로차질없이수행되어야하나불가항력적인사유및통념상으로인정되는부득이한사유가발생하여예정과업기간이지연될경우는우리공사의승인을얻어기한연기를할수있다. 4) 본과업수행중매주월요일과업수행주간실적및계획을제출하여야한다 세부과업내용가. 동호철교 ( 하로판형 ) 에대한콘크리트도상개량구조상세공법제시 각구조및공법별이론적근거와장, 단점제시 교량구조물보호를위한방수처리방안검토 자갈도상을콘크리트도상궤도구조로개량함에따른교량구조물안정성검토

9 제 1 장과업의개요 교량구조물상에서콘크리트도상으로개량시진동으로인한콘크리트의수명및안전성검토 소음, 진동감소를위한사용재료및구조검토나. 사용재료에대한제작및수급성검토다. 시행방안제시 (1 개안추천 ) 라. 제시방안에의한실시설계및 km 당공사비재료비산출마. 운행선상에서의콘크리트도상화개량방법제시바. 시설후유지관리기준및방법제시사. 성과물확인을위한사례또는가상실험 ( 시뮬레이션 ) 결과제시 국내, 외적으로유사한사례를조사하여제시하여야하며필요시직접출장조사등을시행하여야한다. 국내, 외적으로유사한사례를찾을수없을경우에는가상실험 ( 시뮬레이션 ) 을실시하여확인하고그결과를제시하여야한다. 아. 검토절대조건 1) 교량구조물의안전성을위하여, 현재자갈도상하중보다가벼운콘크리트도상구조로설계 ( 열차운행충격 + 콘크리트도상하중 )< ( 열차운행충격 + 자갈도상하중 ) 2) 교량구조물구조변경및개량불가 3)60kg/m. 장대레일구조 납품내역가. 종합보고서 (A4:200 면이상 ):80 부나. 구조계산서및예산서 (A4:400 면 ):20 부다. 설계도면 (A0,A3): 각 20 부라. 기타감독이필요하다고인정하는일반자료마. 보고서원고디스켓 (CD 도면포함 )1식

10 제 2 장과업수행방향 제 2 장과업수행방향 2.1 설계기본방향 과업수행지표본설계는운행선상에서시행되는공사이므로열차안전운행을최우선으로하고실정에부합되는합리적이고완벽한궤도시설을설계코자함. 열차의안전운행및궤도강도확보 강교량구조와의조화성제고 시공성및경제성제고 유지보수비가적은궤도구조 소음 진동의최소화 궤도자재의수급성용이 신기술개발및기술적선진화 중점연구및검토사항 하로판형강철도교에가장적합한콘크리트궤도구조의선정 -기존및국내 외타철도궤도구조물의비교분석및검토 -안전성, 환경성, 경제성, 시공성, 유지관리성감안 적용궤도구조의구조해석 -역학적특성, 구조적안전성 궤도구조개선및자재검토 -레일중량화공법 (50kgN 60kg) -장대화에적정한체결구시스템 -적용궤도자재의수급성 운행선시공에따른열차운행지장최소화방안 -가받침궤도구조의안전성 -콘크리트도상양생 교량구조물의영향검토 -구조적영향, 강형재부식방지공과의연계성 ( 관련부서협의 )

11 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 2.2 과업수행흐름도 착수 과업수행계획보고 각종자료수집및분석 - 기존선자료 - 국내외궤도구조자료 - 궤도시공, 유지관리 현장조사 - 교량구조물변상상태 - 교량상도상변상상태 기본계획수립 - 궤도구조 ( 안 ) - 시공공법 NO 궤도구조결정 ( 공법, 자재등 ) 자문회의 (1 차 ) YES 세부설계 자문회의 (2 차 ) 예비성과물제출 수정, 보완 준 공

12 제 2 장과업수행방향 2.3 과업수행세부계획 수행조직표 동명기술공단종합건축사사무소 사 업 총 괄 기술자문단 철도기술사 이 호 현 ( 주 ) 석탑엔지니어링이인용전무김순철상무박학규이사 궤도구조분야 (5 명 ) 궤도재료 / 시공분야 (7 명 ) 구조물분야 (7 명 ) 궤도구조 궤도재료 강형교량구조적영향분석 역학적특성 궤도시공공법및공정 강재부식방지공과연계성 설계도작성 유지관리지침 책임기술자철도기술사 구조기술사구조기술사책임기술자책임기술자이동훈구자갑배강민 특급기술자 황 성 욱 특급기술자 이 우 태 특급기술자 남 응 모 특급기술자 이 종 구 고급기술자 손 창 록 특급기술자 이 윤 재 고급기술자 황 태 하 고급기술자 정 희 진 고급기술자 홍 찬 흠 중급기술자 조 경 민 중급기술자 여 태 준 고급기술자 김 용 주 초급기술자 김 영 길 중급기술자 김 형 정 중급기술자 박 영 진 초급기술자 이 용 욱 초급기술자 김 창 훈 초급기술자 김 훈 중 초급기술자 전 종 필 초급기술자 이 광 덕 초급기술자 김 도 추진일정구분과업기간완료일비고과업협의및기본방향설정 ( 과업추진계획서제출 ) 착공후 10 일 궤도구조기본계획 ( 안 ) 보고착공후 60 일 중간보고서 (1 차 ) 제출 착공후 70 일 자문회의용 제 1 차자문회의착공후 70 일 중간보고서 (2 차 ) 제출 착공후 90 일 자문회의용 제 2 차자문회의착공후 100 일 최종보고서제출착공후 150 일 준공

13 제 3 장기존선현황 제 3 장기존선현황 3.1 선로설계기준 항목기준비고 차량한계 ( 폭 고 ) 3,200 4,750mm 건축한계 ( 폭 고 ) 3,600 5,150mm ( 지하 ) 3,600 5,500mm ( 지상 ) 최소 곡선 반경 본선분기에부대하는경우승강장에연하는경우측선 180m 150m 400m 120m 부득이한경우 140m 까지 완화곡선장 (R=800m 이하 ) L=600 C 측선은이에준하지않음 반대방향의 완화곡선간의거리 200m 이상 부득이한경우는양측완화곡선을직접연결 분기에부대하는곡선은이에준하지않음. 캔 트 C = 11.3 V 2 R - C' C'=40mm 최대 160mm 본선 35 최대구배 정차장 3 차량을해결하는경우 8 부득이한경우는 10 까지 측선 45 최소구배 2 종곡선최소반경 3,000m 승강장에연한부분및 유치선은이에준하지않음 인접구배의 변화가 5 이하일 경우는 종곡선을 두지 않아도 좋다. 곡선부에있어서 건축한계의확대 W = 24,000 R

14 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 3.2 궤도구조기준 항목기준비고 궤도면과 도상면간의거리 최소궤도 중심간격 600mm 이상 500mm 지상 4,000mm 지하 4,000mm+b 슬랙 (Slack) S = 2,250 R 침 도 Rail 목 상 본선구간 기지내측선 PC 침목 목단침목 목침목 자갈도상 콘크리트도상 최대 25mm 자갈도상콘크리트도상 3선의경우 1선의간격은 4.3m 이상 3선의경우 1선의간격은 4.6m 이상 기지본선포함 50kg N 50kgN 자갈도상구간 콘크리트도상구간 분기부, 차량기지측선, 신축이음매부 ( 한강교량상제외, 곡선반경 600m 미만복선 ) 지하부 :700mm (R.L 까지 ) 지상부 :600mm (R.L 까지 ) 고가부 :600mm (R.L 까지 ) 고가역 :700mm 지하역 :600mm 체결구 본선구간 기타측선 팬드롤체결구 ( 이음매부스파이크 ) 타이플레이트스파이크 분기기 50kgNS 형 ( 일반형 ) 철도청규격참조 장대레일 20m/Rail 용접 R=600m 이상 가드레일 안전레일 급곡선부 교량부 탈선방지및확대방지 R=180m 미만 전구간 * 서울지하철 2,3,4 호선건설지 에서발췌한자료임.

15 제 3 장기존선현황 3.3 과업구간선로현황 선로종평면현황 A3 참조 ( 평면및종단면도 )

16 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 A3 참조 ( 궤도부설현황도 - 현재 )

17 25 바라스트매트 제 3 장기존선현황 도상단면 가. 옥수정거장구간 ( 좌 :23km km , 우 :23km km ) C 3,700 1,737 2,000 L 2,000 1,686 3,700 1,600 1, , ,435 1,600 1,600 2, ,435 R.L F.L 357 P.C.T P.C.T 574 나. 하로판형구간 (23km km220.00)(24km km220.00) C L of 궤도 4,000 C L of 교량 4,000 CL of 궤도 1,435 50Kg 레일 1,435 R.L P.C.T 700 P.C.T F.L 4,400 4,400 8,800

18 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 다. 트러스구간 (24km100-24km580) 10,000 3,000 2,000 2,000 3,000 1,435 1, CL CL 220 LC 220 1, 라. 하로판형구간과트러스구간경계부종단면도 R.L R.L Ballast 50kg Rail 목침목 50kg Rail 교량침목 F.L F.L

19 제 3 장기존선현황 현장조사현황가. 일시 : 나. 현장조사내용 1) 배수콘크리트바닥확인동호대교북단의선로중앙부도상자갈을파내고배수상태를확인한결과배수콘크리트의표면이열화되어미세한균열이발생되어일부구간에서침투수에의한하로판형강교의부식이진행되는것으로판단되었다. 위치 :24km050( 상 하선 ) 위치 :24km200( 상 하선 )

20 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 2) 교량하부배수구교량하부에는하로판형부의배수구가파이프형태로내려서확장되어있으며조사당시는건조상태로배출되는물은보이지않았다. 위치 :24km200( 상 하선 ) 위치 :24km200( 상 하선 )

21 제 3 장기존선현황 3) 시점부하로판형교 자갈도상은파쇄, 마모로석분이다소섞여있는상태임. 4) 신축이음매 ( 상선 24km000) 신축이음매는편측텅레일 (L=7.26m) 형식이부설되어있다.

22 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 5) 교량부신축이음매 ( 상선,24km457) 교량부트러스구간에편측텅레일 (L=7.26m) 형식이부설되어있다. 6) 교량가드레일 ( 하선, 트러스시점부 ) 교량가드레일은주행레일에일정한간격으로타이프레이트없이 Dog Spike 로 체결되어있다.

23 제 3 장기존선현황 3.4 열차운영현황 지하철운행현황 가. 노선별운행현황 구분 선별 계 1 호선 순환 2 호선 지선 3 호선 4 호선 구간 전구간 서울 청량 성수 성수 성수 ( 신정 ) 지축 수서 당고 경계 영업거리 134.9km (6.0) 35.2(33.7) 31.7 역수 115 역 (3) 31(30) 26 소요시분 237 분 (11) 63(59) 53 표정속도 34.2km/h (32.7) 33.5(34.3) 35.2 운행시격 1 일운행회수 시간운행회수 열 차 귀 로 차 량 소 요 R.H 분 (10) N.H 분 (10) 6 5 평일 2,536 회 577(S143) (200) (S376) 토요 2,538 회 577(S143) (200) (S378) 휴일 2,142 회 536(S130) (200) (S276) 07~ 회 (24) ~ 회 (24) N.H 1,082 회 (152) 평일 64,086km6 S 6,091.0 (4,887.4) 25, ,249.8 신정 1,224.2 토요 64,024km4 S 6,091.0 (4,887.4) 24, ,249.8 신정 1,224.2 휴일 51,053km6 S 5,494.6 (4,409.6) 19, ,129.4 신정 1,224.2 보유 RH NH 1,944 량 , 6 4,4 5 총 199 편성 1,674 량 , 6 3,4 5 총 171 편성 890 량 10 86, 4 3,6 3 총 92 편성 (16) 160 량 (13) 130 량 (9) 90 량 10 9 (79) 790 량 (68) 680 량 10 66, 비대 10 2 (33) 330 량 비대 10 1 (5) 20 량 4 5 (5) 20 량 4 5 (3) 12 량 4 3 (4) 24 량 6 4 (4) 24 량 6 4 (3) 18 량 ,887.8 S 15,230.6 (3,791.2) S 15, ,630.6 (4,121.8) S 11, ,240.4 (48) 480 량 (48) 480 량 (23) 230 량 (3,262.6) (47) 470 량 (D26,AD21) (41) 470 량 (D26,AD18) (21) 470 량 (DC8,AD13) 자 료 : 지하철공사 참고 :2000 년 9 월 7 일현재

24 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 나. 본과업구간열차운행개요 1) 전체노선선명구간첫차막차운행횟수비고 3호선구파발~양재 05:32 24:04 왕복 434 회 평일기준 2) 옥수역구간첫차막차비고옥수 ~ 압구정 05:45 23:44 평일기준 작업가능시간 :01:00~ 04:00(3 시간 ) 열차운전선로도 상 행 선 신호현시 출 출 0 60 장 상행선 선로및 궤도회로 하행선 23km850 옥수 km804 압구정 하 행 선 신호현시 장 출 장 적용속도지하철 3,4 호선의궤도부문적용설계속도가 80 km /h 이고또한본설계구간의최고열차속도는 80 km /h 이므로 80km/h 로적용

25 제 3 장기존선현황 3.5 기존선선로현황및현장조사분석 하중조건 축중 (t) 길이 (m) 궤도구조 구 분 상세구조 하로판형정거장트러스 비 고 레일종별 50kgN 50kgN 50kgN 장대 침목 P.C.T P.C.T 교량침목 침목배치정수 1700 개 /km 1700 개 /km 2500 개 /km 도상종별깬자갈깬자갈무도상 도상두께 372mm 372mm - PANDROL PANDROL PANDROL 체결구 e-clip e-clip e-clip/ 일부 PR 바라스트매트 포함 (t=25mm) 신축이음매 편측텅레일형 l=7.26m 편측텅레일형 l=7.26m 편측텅레일형 l=7.26m 궤도중량 6,344kg/m - - 복선

26 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 현노반부담력계산 ( 하로판형구간 ) 환산윤중 (kg) 윤번 x 모멘트침하 (cm) x/x 1 윤중 (kg) 환산계수 (kg) 환산윤중 (kg) 환산계수 (kg) 환산윤중 (kg) 계 레일의처짐, 휨모멘트, 압력 구분정지시주행시산출근거 레일의처짐 (cm) y=0.393 P μ χ 1 휨모멘트 (kg cm) M=0.318 P x 1 레일의압력 (kg/ cm2 ) 2,469 3,528 Pr=a u y 레일휨응력 (kg/ cm2 ) 구분허용기준산출치결과산출근거 휨응력 2,000 이내 844 안전함 δ r = M Z 응력검토 (kg/ cm2 ) 구분허용기준산출치결과산출근거 침목상면 지압력 24 이내 15 안전함 σ b= P r Tb R b 침목휨응력 100 이내 39 안전함 σ r= M Z 도상압력 2.5 이내 안전함 P b = 0.027P r 10+h 1.35 노반압력 4 이내 안전함 P s = P o P r (t)

27 제 3 장기존선현황 사하중현황 가. 개 요 기존교량의구조물인하로판형인교량상부와교량하부교각의궤도구조변경에 따른하중영향을받지않도록하기위하여자갈도상에비해적은하중이되도록 궤도구조를설정하여야한다. 현교량의자갈도상궤도의사하중은다음과같다. 나. 사하중산출 구분사하중산출비고 구조개요 사하중 ( 복선 m 당 ) 레일 50 kg N P.C 침목 깬자갈 체결구 (Pandrol) 레일 50.4 kg 4=201.6 kg 도상중량 {3.12-( )} 1900 = kg 침목중량 ( 개 ) 2500 =892.5 kg 총중량 : kg 6344 kg 주1) 도상의단면적은 CAD 프로그램에서도면의면적을구한값임. 주2) 단위중량은현시방서상의단위중량을적용 골재의중량 : 최대 1,900kg/ m3 ( 도상자갈에적용 ) 철근콘크리트중량 : 최대 2,500kg/ m3 ( 도상, 콘크리트침목에적용 ) 다. 검토내용 기존자갈도상궤도의 6,344 kg에비하여사하중에의한증가가없는궤도구조로 설계되어야기존교량구조물에대하여안전하다.

28 제 4 장교량상콘크리트도상구조의설계 제 4 장교량상콘크리트도상구조의설계 4.1 설계시고려사항교량상콘크리트도상구조로의개량을위해서는, 기존바라스트도상에대한이해와앞장에서소개한여러형태의콘크리트도상구조는물론이와유사한콘크리트도상구조에대한적용성등을심도있게검토하여최적의궤도구조를결정하는것이중요하다. 이에따라본과업을수행함에있어설계시고려할사항은다음과같다 주고려사항 하로판형교량상의구조적적용성 사하중부담력 방수층보호및유지보수성 열차운행선상에서의시공성및안전성 기타고려사항 경제성, 방진성, 승차감, 환경성등 전제조건 사하중및활하중증가불허 현교량의교각등구조물영향최소화 교량시설물구조변경및개량불가 공사규모및영업고려 교량상장대레일신축이원활한구조일것 60kg 레일을적용할수있는구조일것 구간시공시현재의 50kg N 레일을임시로체결할수있는구조일것 안전성과시공성이탁월하여시공한실적이있을것. 강교에적합한구조일것. 교량상이므로기후변화에잘견딜수있는구조일것. 과업대상구간선로전경

29 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 4.2 도상형태별비교분석 (a3) 4.2.1SYSTEM300 궤도 (RHEDA 계열 )

30 제 4 장교량상콘크리트도상구조의설계 4.2.2Bi-Block

31 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 4.2.3L.V.T

32 제 4 장교량상콘크리트도상구조의설계 영단형

33 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 4.2.5Plinth

34 제 4 장교량상콘크리트도상구조의설계 4.3 콘크리트도상구조의선정 개요본동호철교의과업구간은열차를운행하면서기존의자갈도상을철거하고콘크리트로개량하는공사로서안전성, 시공성, 경제성, 방수성등을고려하여원활하게공사가추진되어야하므로이에적합한궤도구조로전항의비교검토내용에따라선정하였다 선정사유 구 분 system300 Bi-Block 궤도 L.V.T 궤도방진상 (Rheda 계열 )(ZȔBLIN 계열 )(STEDEF 유사 )( 防振箱 ) 궤도 Plinth 내후성 경제성 시공성 자재조달 소음 / 진동감소 유지보수성 채 택 : 유리, : 보통 도상횡단면도 , @1,250=6,250

35 제 5 장적용도상구조의역학적검토 제 5 장적용도상구조의역학적검토 5.1 콘크리트도상개요가. 콘크리트강도 fck300kg/ cm2이상으로한다. 나. 횡단면도 7, @95 =190 19@125=2, @77.5 =155 8@125 =1, @77.5 =155 19@125=2, @95 = 와이어메쉬 (φ5.8,100x100) H H25 H @125=2, @125 =1, @95 2@77.5 2@77.5 =190 =155 =155 21@125=2, @95 =190 다. 종단면도 4, @125=4, 와이어메쉬 (φ5.8,100x100) H H16 H22

36 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 5.2 콘크리트도상구조의역학적계산 하중조건 축중 : 16 톤 침목간격 : C.T.C =62.5 cm (1600 개 / km ) 열차속도 :80 km /h 하중산정가. 고정하중 1) 바닥슬래브 -중앙부 (t=135 mm적용 ) =0.338tonf/ m2 -궤도부및단부 (t=250 mm적용 ) ( )+( )=0.825tonf/ m2 2) 침목 :0.138tonf/ m2 3) 궤도 :0.060/2=0.030tonf/ m2 ShelElement 고정하중입력치산정 ( 프로그램에서입력 ) -중앙부 (t=135 mm적용 ) 0.338/0.135 =2.500tonf/ m2 -궤도부 ( )/0.250=3.972tonf/ m2 -단부 0.825/0.250=3.300tonf/ m2나. 활하중 :LS-16 1) 윤중 (P L ) -P L =16/2=8.000tonf 2) 충격계수 (i) -l m i =50-l 2 /48 -l > m i = 180/(l-9)+ 26 여기서 l =1.250m 적용 i = /48=50% -복선을지지하는부재의충격 l < 50m 두궤도의전충격적용 i =50%

37 제 5 장적용도상구조의역학적검토 3) 적용하중 - P =P L +i = =12.000tonf -M 1 =M L +i = = 4.512tonf m ( 활하중재하도참조 ) -M 2 =M L +i = = 7.500tonf m ( 활하중재하도참조 ) 바닥판최소두께검토 궤도부분바닥판의최소두께 :3l +11 또는 20 cm -3l +11=( )+11 =14.750m 바닥판의최소두께 =20 cm < 25 cm O.K 단면력산정가. 적용하중 1) 고정하중 @1.250= 단부 : tonf/ m3 2 궤도부 : tonf/ m3 3 중앙부 : tonf/ m3 2) 활하중 ( 충격포함 ) P P P M 1 M 2 M 2 M 1 P @1.250= P = tonf - M 1 = tonfᆞm - M 2 = tonfᆞm 나. 하중조합 U =(1.4 고정하중 )+2.0 ( 활하중 + 충격하중 )

38 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 5.3 기존교량의안전성검토 사용하중의선정하로판형의도상구조를축하중 18ton 으로가정했을때아래그림과같이콘크리트블록의매립깊이가부족하여부상이우려되고콘크리트도상두께의상승 (25cm 30cm) 에따라도상의사하중이기존자갈도상을초과하므로 F.L-R.L 이고정된과업구간에서는도상의형성에곤란하다. 그러므로 2기지하철부터적용되고있는축하중 16ton 을적용할경우다음그림과같은도상의형태가구성될수있으며적용시안전성은별도검토한다. 16ton 18ton 50Kg 레일 R.L Kg 레일 R.L 기존교량안전성 구분압축응력 (fc) (kgf/ cm2 ) 인장응력 (ft) (kgf/ cm2 ) 전단응력 (τ) (kgf/ cm2 ) 변경전 ( 자갈도상 ) 변경후 ( 콘크리트도상 ) L/2 지점 L/4 지점 L/8 지점 L/2 지점 L/4 지점 L/8 지점 비고 OK OK OK 합성응력 OK 검토결과기존교량의안전성을상기와같이검토한결과콘크리트도상구조의경우축하중 16ton 으로적용하는것이타당하며안전성에서도기존교량의구조물에서는이상없을것으로판단됨.

39 제 5 장적용도상구조의역학적검토 JOINT ELEMENTS

40 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 FRAME ELEMENTS

41 제 5 장적용도상구조의역학적검토 SHELL ELEMENTS

42 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 활하중재하도

43 제 5 장적용도상구조의역학적검토 교축방향 SHELL 단면력도 ( 계수하중 )

44 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 교축방향 SHELL 단면력도 ( 사용하중 )

45 제 5 장적용도상구조의역학적검토 교축직각방향 SHELL 단면력도 ( 계수하중 )

46 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 제 6 장가설시설물의안전성검토 6.1 개요본과업구간인동호철교는정상적인운행조건에서최대 80km/h 의속도를낼수있는구간이나야간에콘크리트를타설한후당일열차를운행시켜야하므로가받침시설의안전성은매우중요하다. 여기에서는가받침시설의현장적용속도별로당해구간공사로인하여지연되는시간을산출하고또한최대속도에서구조적으로안전한가를검토하고자한다. 다만, 본구간은하로판형으로서열차주행에따른처짐 / 복원의반복작용에의하여복선가받침은곤란하며서행속도의적용은현장여건에따라달리할필요가있다. 6.2 열차지연시간검토 ( 옥수 - 압구정역간 ) 열차운전개요 옥수 ( 환 )23km838 공사1구간시점 ( 환 )23km940 공사 1 구간종점 ( 환 )24km220 공사 2 구간시점 ( 환 )24km700 공사 2 구간종점 ( 환 )25km220 압구정 ( 환 )25km m 280.0m 480.0m 520.0m 539.0m 1921m 정상운행속도 80km/h 의경우 T1 T2 T3 80km/h A S1 S2 S3 B S=1921m

47 제 6 장가시설물의안전성검토 S = S 1 +S 2 + S 3 = 1,921m S 1 = S 3 = V = = 247m V = = 247m S 2 = S- (S 1 +S 3 )= 1,427m T = T 1 +T 2 + T 3 = α T 1 = = 22 초 T 2 = = 64 초 (1 분 4 초 ) T 3 = = 22 초 소요시간계 = =108 초 (1 분 48 초 ) 서행운전 20km/h 의경우 T1 T2 T3 T4 T5 20Km/H 80KM/h A B S1 S2 S3 S4 S5 S=1921m S = S 1 +S 2 +S 3 +S 4 +S 5 = 1,921m S 1 = V = = 15m S 2 = 공사 2 구간종점 -S 1 = 1,367m S 3 = S 4 = S 5 = V = = 139m S-(S 1 +S 2 +S 3 +S 5 )= 153m V = = 247m

48 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 T = T 1 +T 2 +T 3 +T 4 +T 5 = α T 1 = = 6 초 T 2 = = 246 초 (4 분 6 초 ) T 3 = T 4 = T 5 = = 17 초 = 7 초 = 22 초 소요시간계 = =298 초 (4 분 58 초 ) 서행운전 40km/h 의경우 T1 T2 T3 T4 T5 40Km/h 80Km/h A S1 S2 S3 S4 S5 S=1921M B S = S 1 +S 2 +S 3 +S 4 +S 5 = 1,921m S 1 = V = = 62m S 2 = 공사 2 구간종점 -S 1 = 1,320m S 3 = S 4 = S 5 = V = = 62m S-(S 1 +S 2 +S 3 +S 5 )= 230m V = = 247m T = T 1 +T 2 +T 3 +T 4 +T 5 = α T 1 = = 11 초 T 2 = = 119 초 (1 분 59 초 )

49 제 6 장가시설물의안전성검토 T 3 = T 4 = T 5 = = 11 초 = 10 초 = 22 초 소요시간계 = =173 초 (2 분 53 초 ) 검토결과 가. 지연시간비교 구 분 소요시간 지연시간 비 고 정상운전 1분 48 초 - 20km/h 4분 58 초 3분 10 초 정상운전대비 40km/h 2분 53 초 1분 5초 정상운전대비 나. 검토결과 최대지연시간이 3 분 10 초로되어있으나, 열차의운행여건에따라다소의추가지 연시간이예상된다. 6.3 레일가받침쟉키의안전성 나사의강도계산가. 사용하중 :10,000Kg(10TON) 나. 수직행정 :55mm 나사회전시마찰력을고려한하중 W =10,000Kg TOP 후레임 SCREW 샤후드 55mm BOTTOM 후레임 P =W μ에서 W = 하중 =10, μ = 접촉면마찰계수 (0.3) =3,000Kg( 나사회전시받는하중 )

50 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 나사의지름계산 * 나사의골지름은 P =3,000Kg 에견디어야한다. ( 단, 경강의허용압축응력 σa=700kg/ cm2,scm440) σa=p /A에서 A =πd 2 /4 σa = 4 P πd 2 에서 d = 4 P πσa 이므로 = π 700 = 2.34 cm (23.4mm) 나사의선정사다리꼴나사 30 Tr44 P6 으로가정사다리꼴나사 30 Tr44 P6 의골지름은 38mm 이므로 23.4< 38 이므로 OK 압축응력의계산 σc=p/a 에서 A =πd 2 /4 σc = 4 P πd 2 에서 = 4 3,000 π = kg / cm2 σa σc 이므로 700 kg / cm kg / cm OK (2.6 배 ) 하중을이동시키는데필요한모멘트 M =P (de/2) (p+de π μ /de π -μ p) =3,000 (4.0/2) ( π 0.1/4.1 π ) =954 kg cm M : 나사의모멘트 de: 나사의유효경 (4.1) μ : 나사의마찰계수 (0.1) p: 나사의피치 (0.6)

51 제 6 장가시설물의안전성검토 나사의비틀림응력계산 τ =M /(πd 3 /16) =954/(π /16) =70.5 kg / cm2 나사의합성응력계산 σea σ 2 +4 τ 2 에서 = =299.7 kg / cm2 1,000 kg / cm kg / cm2이므로 OK σea: 합성응력 1,000 kg / cm2 너트 ( 암나사 ) 의길이산출 H =4 P p/[π (d 2 2 -d 2 1 ) σa] 에서 =4 3, /[π ( ) 200] =2.33cm (23.3mm) H =44mm 으로결정 σa: 경강허용접촉응력 200 kg / cm2 레칫핸들을돌리는최소힘산출 P=M /L 에서 =954/35 M :954 kg cm =27.2 kg L:35cm ( 레칫핸들의길이 ) 핸들의작용력은 27.2 kg가필요하며한사람이작업가능함. 한사람의힘 =40 kg 기어강도계산레일가받침작키에서사용하는기어는수동으로회전력을발생시킨다. 이러한기계의기어이의강도계산은휨응력을크게취하고있으며, 휨강도의계산으로이의크기를정하는것이대부분이다. 가. 한개의 GEAR ARM 에작용하는힘 SCREW 샤후드를기준으로상, 하 GEAR ARM 이 4개있으므로 10,000/4= 2,500Kg(GEAR ARM 한개가받는하중 )

52 h δ b P 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 나. 휨강도계산 **Lewis 의휨강도계산식에따른다.** 이끝에작용하는힘을 P Kg 으로 하면이 P Kg 은전차폭에등분포로 작용하게된다. P σa b π m y에서 3, π ,469Kg 2,500Kg 6,469Kg(2.6 배 ) OK P : 피치원주상의작용력 (Kg) σa : 허용휨응력 (SM45C :3,000Kg/ cm2 ) m : 모듀율 (8) b : 이너비 (1.1cm) y : 치형계수 다. 참고자료 치형계수표 (y) 치수기준압력각치수기준압력각 잭 0.154

53 제 6 장가시설물의안전성검토 라. 재료의허용휨응력 (σa) 종별기호 인장강도 σ B kg / cm2 경 H B 도 허용반복휨응력 σa kg / cm2 鑄 鐵 FC15 FC20 FC30 <1500 <2000 <2500 < ~ ~ ~ ~ 鑄 鋼 SC42 SC46 SC ~ ~ ~ 機械構造用炭素鋼鋼材 S25C S35C S45C >4500 >5200 > ~ ~ ~ 表面硬化처리鋼 S15CK SNC21 SNC22 >5000 >8000 >10000 油담금질 400 水담금질 ~ ~5500 니켈크롬 SNC1 SNC2 SNC3 >7500 >8500 > ~ ~ ~ ~ ~ ~6000 砲金, 燐靑鋼니켈靑鋼 < ~ ~ ~ ~260 > ~ ~ 행정검토

54 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 그림과같이 GEAR BOX CENTER( 최저점 ) 가 O" 점을기준으로 "A" 점에서 B" 점으로이동하므로 "B" 점의높이즉 X의높이를구하면행정거리를알수있다. SINθ =(X +36) (73.4) 이므로 X +36=SINθ 73.4 X =SINθ =SIN mm 개소 =55.2mm 여기서 GEAR ARM 이상, 하로있어작용점이 2개소이므로 2를곱한다. θ =GEAR ARM 의최대회전각도 (60 ) -A점각도 :29.4 (TS20-RJ08 참조 ) - B점각도 :30.6 ( 그림에서와같이 BOTTOM 후레임과접촉으로인하여회전불가능함 ) 기술사양행정거리 55mm < 설계상행정거리 55.2mm OK 6.4 게이지타이롯트의안전성 나사의강도계산가. 사용하중 :6,000Kg(6TON) 나. 조정량 : 증 10mm, 감 2mm 6,000Kg 6,000Kg 본게이지타이롯트는궤간간격을확대및축소로조정후전동차진행시그림과같이압축하중이나인장하중을받고있으므로게이지타이롯트의구조중조정간나사의강도를계산하였다. 나사의지름계산 * 나사의골지름은 P =6,000Kg 에견디어야한다. ( 단, 경강의허용압축응력 σa=700kg/ cm2,scm45c) σa=p /A에서 A =πd 2 /4이다. σa=4 P/πd 2 에서 d= 4 P /πσa 이므로 = 4 6,000/π 700 =3.30 cm (33mm)

55 제 6 장가시설물의안전성검토 나사의선정삼각나사 M 48 P5 으로선정 삼각나사로선정한이유는게이지타이롯트는구조상체결용이므로삼각나사로채택하였다. 삼각나사 M 48 P5 의골지름은약 42.6mm 이므로 33< 42.6 이므로 OK 압축응력의계산 σc=p/a에서 A =πd 2 /4 이다. σc=4 P/πd 2 에서 =4 6,000/π =421 kg / cm2 σa σc이므로 700 kg / cm2 421 kg / cm OK (1.6 배 ) 하중을이동시키는데필요한모멘트 M =P (de/2) (p+de π μ /de π -μ p) =6,0 (4.48/2) ( π 0.1/4.48 π ) =1,828 kg-cm M : 나사의모멘트 de: 나사의유효경 (4.48) μ : 나사의마찰계수 (0.1) p: 나사의피치 (0.5) 나사의비틀림응력계산 τ =M /(πd 3 /16) =1,828/(π /16) =103.6 kg / cm2 나사의합성응력계산 σea σ2+4 τ2에서 = =469 kg / cm2 1,000 kg / cm2 469 kg / cm2이므로 OK σea: 합성응력 1,000 kg / cm2

56 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 너트 ( 암나사 ) 의길이산출 H =4 P p/[π (d22-d12) σa] 에서 =4 6, /[π ( ) 200] =3.9cm (39mm) H =38 2=76mm 으로결정 σa: 경강허용접촉응력 200 kg / cm 궤간조정시필요한최소힘게이지타이롯트는무부하시궤간조정을하므로게이지타이롯트설치간격 ( 약4m) 의 RAIL 무게를하중으로적용한다. -50KgN RAIL :200 kg -60KgRAIL :240 kg 이중더무거운쪽을택한다. M =PL 에서 P =M /L 이므로 =240/40 =6kg 40 kg > 6kg OK 용접부의강도계산 W :6,000 kg

57 제 6 장가시설물의안전성검토 그림과같이하중작용시전단응력이작용하므로 τ =W /2hl 에서 W : 하중 =6,000/ h : 철판두께 =125 kg / cm2 l : 용접길이 SS400( 연강 ) 의허용전단응력은 430~ 800 kg / cm2이므로 430~ 800 kgkg / cm2 > 125 kg / cm OK 재료의허용응력 ( kg / cm2 ) 응력하중주철주강연강경강 Ni-Cr 강청동황동 인장 a b c ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 압축 a b ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 굽힘 a b c ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 전단 a b c ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 비틀림 a b c ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 주 a: 정하중,b: 반복하중,c: 교번하중 검토전동차진행시외측으로횡압이작용하고있으므로사용하중과횡압을비교검토하여야한다. Q =(V 2 /127R -C /G +S) W 에서 C =11.8 V 2 /R 이며,S =1,250/R 이므로 C = /136 =555.3mm S =1,250/136 =9.2mm Q =(802/ /1, ) 67,000 =( ) 67,000 =-670 kg ( 레일외측으로횡압 )

58 하강상승 상승하강 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 사용하중 6,000 kg > 670 kg이므로 OK( 약9배 ) Q : 횡압kg W : 차량하중kg ( 만차시최대하중적용 ) V : 속도 Km/h( 평균속도적용 ) R : 곡선반경 m ( 최소곡선반경적용 ) G : 궤간 (1,435mm) C : 캔트 (mm) S : 스랙 (mm) 6.5 하로판상쟉키하부의좌면안전성 설계조건가. 교량형식 :2경간가받침형강 (L=2.500m) 나. 하중 :LS-16 다. 사용재료 1) 주부재 :SM 400 2) 부부재 :SM 400 라. 설계방법 : 허용응력설계법마. 참고문헌 1) 철도설계기준 ( 철도교편 )- 철도청 (1999) 2) 강교설계자료 -원기술, 교량연구회 (1992) 3) 강구조편람 -한국강구조학회 (1995) 4) 구조물기초설계기준 -건설교통부 단면가정

59 제 6 장가시설물의안전성검토 하중산정가. 사하중 1) 가받침쟉키에작용하는사하중 (Wd1) -레일가받침쟉키 : =0.035tonf -게이지타이롯트 : =0.030tonf -게이지스트랏트 : =0.010tonf -수평받침대 : =0.010tonf -레일 : =0.030tonf -침목 : =0.130tonf Wd= =0.245tonf 2) 가받침형강 (WI):H =0.315tonf/m 나. 활하중 (LS-16) 1) 윤중 (P) -P =16t 1/2:=8tonf 2) 충격계수 (i) -i =0.513 V /100+1 = /100+1= ) 설계윤하중 (Pi) -Pi= =9.642tonf 단면력산정 가. 적용하중 Pi = W d = tonf tonf W l = tonf Pi W d

60 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 단면검토가. 휨에대한검토 Mmax=2.190tonf f=mmax/zx = ,000/219.0 =1000.0kfg/cm 2 < fca=1844.5kgf/cm 2 O.K 나. 전단에대한검토 Smax =6.680tonf τ =Smax/A'= ,000/( ) = kfg/cm 2 < τa=1200.0kgf/cm 2 O.K 다. 하중집중보강재설계 ( 철도설계기준 ( 철도교편 )p169) 12.0 지점보강재개수 : N =2 EA 지점보강재길이 :l =13.0cm (WEB) A =( )+( )+( ) = cm2 I=1/ ( ) 3 = cm 4 r= / t = =3.4 cm2 l=13.0/2 = 6.5cm -l/r=6.5/3.4 =1.9cm 0 < 1 r 9 f ca =1,400kgf/ cm2 9 < 1 r 130 f ca =1, ( 1 r -9)kgf/ cm2 130 < 1 r f ca =7,400,000/( 1 r )2 kgf/ cm2 f ca = 1400kgf/ cm2 -l/r=6.5/3.4 =1.9cm -Ra( 허용반력 )=A f ca = /1000 =40.488tonf -R ( 반력 )=11.381tonf Ra(=40.488tonf) O.K!

61 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 6.6 검토결과종합 구분설계기준성능 ( 기성품 ) 판정 나사 23.4mm 이상 38mm 안전 압축응력 kg / cm2이상 700 kg / cm2안전 가받침 작 키 나사합성응력 kg / cm2이상 1000 kg / cm2이내안전 작업성 27.2 kg 40 kg이내적정 기어휨강도 2500 kg이상 6469 kg안전 행정 55mm 55.2mm 적정 나사강도 33mm 이상 42.6mm 안전 압축응력 421 kg / cm2이상 700 kg / cm2안전 나사합성응력 469 kg / cm2이상 1000 kg / cm2안전 게이지 타이롯트 궤간조정시 최소필요힘 40 kg이내 6 kg적정 용접부강도 125 kg / cm2이상 430~800 kg / cm2안전 횡압저항능력 670 kg이상 6000 kg안전 쟉키하부 ( 형강 ) 휨, 전단력허용한도이내안전 종합검토 설계상가받침은구조적으로는최대 40 km /h 의서행속도에대 하여가능하나열차주행에따른동적거동특성 ( 이완, 변형 ) 과 콘크리트양생및현장여건등을고려하여적용필요.

62 제 7 장주요궤도자재의설계 제 7 장주요궤도자재의설계 7.1 레일 레일의역할및구비요건 역할구비요건 차량의축하중을직접지지 평면, 종단상의선형을유지하여차량의차륜을유도 평탄한주행성유지, 차륜과의마찰에대응 전기, 신호분야전류흐름이원활하여상호기능을유지 구조적으로충분한안전도를확보할것 초기투자비와유지보수비를감안할때경제적일것 진동및소음감소에유리하고전기흐름에저항이적을것 레일및이에따른자재의수급이용이할것 레일제원 종 별 두부 ( mm ) 저부 ( mm ) 높이 ( mm ) 단면적 ( cm2 ) 중립축의위치 ( mm ) 단면 2 차모멘트중량 ( kg /m) Ix( cm 4 ) Iy( cm 4 ) 50 kg N , kg , 규격선정 구분단위 50kgN 레일 60kg 레일대비 단위중량kg 안전성 단면적cm 단면 2 차모멘트cm 4 1,960 3, 내구성 마모한도 ( 직마모 ) mm 직선상의레일수명 ( 누적통과톤수 ) TON 5 억 6 억 1.2 단가 25m 당원 882,000 1,064, 적용 현장여건을고려하여운반및취급에유리하도록 20m 레일을적용함.

63 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 7.2 체결장치의설계 설계시고려사항앞장에서교량상도상구조를침목매립식콘크리트도상구조로선정함에따라, 이러한도상구조하에서열차주행안전성을확보하면서, 윤중분산율을높여강상판노반의노반부담력을최소화함으로서구조물에대한피로를경감시켜설비수명을연장시키는노력이필요하다. 이에따라어떠한경우든 2중탄성체결장치의적용을원칙으로다음사항을고려하면서체결장치를선정하도록한다. 2중탄성체결구조일것. 가능한실용화된구조로서열차주행안전성이보장될것. 윤중분산율을높일수있는구조일것. 재료수급이용이할것. 고저및수평조정범위가가능한클것. 방진성이있을것 종방향활동구조이거나이에대응할수있는체결력을가질것. 전식방지및신호절연을위해소요의전기적절연저항을가질것. 경제적일것 탄성체결장치가. 개요체결시스템은세계적으로 2중탄성체결을기본으로하고있다.2 중탄성체결이란레일저부상하양면을스프링으로체결하는것으로, 스프링사이에레일을끼운 구조라생각할수있으며, 레일밑의스프링에는고무나폴리우레탄재질의 복 원력이뛰어난패드를사용하게된다. 나.2 중탄성체결의장점 레일과침목간에충격이작용하지않는다. 패드의완충효과, 진동감쇄효과, 음향방지효과를활용할수있다. 패드에충격이작용하지않기때문에내구성이증가한다. 레일과침목사이에충분한마찰력이작용하여복진저항력과횡저항력을확보할수있다. Tilting 저항이탄성적으로작용하여하중이일시에집중하지않는다. 도상진동을감쇄하고, 보수주기를연장할수있다.

64 제 7 장주요궤도자재의설계 각종체결장치의기능과특성분석가.Pandrol"e"clip Pandrol 체결시스템은 20 여년전에우리나라에도입되어이제는체결시스템의대명사처럼전국의철도에범용으로사용되고있으며, 경부고속철도에도적용되어시험선구간에이미부설중에있다. 도입당시에는 Pandrol pr"clip 이먼저도입되었으나, 레일체결력과복진저항력에서유리하다는이유로 Pandrol e"clip 으로대체되어현재는대부분 e"clip 을사용하고있으며,e2001,e2007,e2009 시리즈가국내각철도에사용되고있다. 각시리즈별차이는 clip 체결시변위량이달라지도록하여 ToeLoad 를변화시킨것으로요구되는체결력에따라선택이가능하게하였다. 볼트를사용하지않는것이큰특징이다. 1) 시스템의구성과기능 침목상면 : 레일좌면레일좌우측에 shoulder 를매립하여이것을횡압지지체로하면서 clip 을정착시키는구조로되어있다. 모든체결부품들은양 shoulder 내에자리하도록되어있다. 레일패드 : 통상은 E.V.A 재질의레일저면폭과동일한칫수의패드를사용하고있으며, 경부고속철도에서는고무재질을사용하여저스프링화를도모하고있다. insulator: 레일절연과횡압완충역할이주기능이며, 콘크리트직결도상구간

65 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 에서는 shoulder 와접촉하는부위의두께를변화시키면필요시수평방향의궤간조정이가능하여슬랙설정이필요한급곡선구간에서응용한사례가있다. 레일크립 :shoulder 의 heel 부와레일저부상면의높이차이에따라선스프링의 Toe 부에발생하는 deflection 을이용하여 ToeLoad 가생기도록하여레일을누르도록하고있다. 시리즈별로 deflection 량이달라이에따라 Toe Load 가다르며, 통상 1.0t~ 1.2t 의힘으로누르도록설계되어있다. 2) 시스템의특징 체결구조가간단하여설치가간편하고비교적가격이저렴하다. 스프링의수직변위량이 Vossloh 시스템에비해다소작고레일 Tilting 에저항하는 2단계하중-변위는없으나, 초기체결력이타시스템에비해가장강력하다. PC 침목은물론목침목의각종 TiePlate 류, 콘크리트직결및강구조직결도상등모든형태의도상에적용가능하다. 나.PandrolFastclip Pandrol"e"clip 의문제점을보완하기위해개발된것으로,clip 의형상이 W 모양을하고있어 Vosslohclip 과유사하나, e"clip 처럼볼트를사용하지않는다는점이다르다. 일본의미니신간선에부설되어있다. 현재까지는 PC 침목에만적용하고있으며, 목침목에사용할수있도록개발중에있다.

66 제 7 장주요궤도자재의설계 1) 시스템의구성과기능 침목상면 : 레일좌면레일좌우측에 shoulder 를매립하여이것을횡압지지체로하면서 clip 을정착시키는구조로되어있다. 모든체결부품들은두개의 shoulder 에자리하도록되어있다. 레일패드 : 스프링의수직방향탄성변형이 e"clip 에비해크기때문에부드러운패드사용이가능하며, 기본적으로약 10mm 두께의고무패드를사용하고있기때문에레일의진동흡수에유리하다. insulator:sideinsulator 과 toeinsulator 로구성되어있으며, 다같이레일절연을위해사용되고있다. 레일크립 :1ton 의체결력을갖는 W 모양의레일크립은,Spring Arm 길이가길기때문에수직방향탄성변형이크며따라서, 부드러운레일패드와함께탄성적으로거동한다. 2) 시스템의특징 Pandrol"e"clip 의문제점을보완개량할목적으로개발되었으며, 개발시기가늦어보급률이저조하고국내사용실적이없다. 스프링크립과레일패드의수직탄성변형이유연하여 2중탄성체결장치로서레일상하양면에서의스프링역할을만족하며, 충격흡수에효과적이다. 모든체결구부품을침목공장에서가조립하여공급할수있고, 레일교환시에도시스템의완전제거가불필요하여체결부품의분실우려가없다. Pandrol"e"clip 수준의비용으로가격이저렴한편이다. 체결장치의체결과해체는수공구에의한수작업과자동화된기계화작업이가능하다. 전용의수공구또는기계에의하지않고는고의적인해체가불가능하여철도안전망을구축할수있다. clip 의위치가아주낮고평탄하며레일의횡방향으로체결하도록되어있어, 수직방향의외력에대해서는체결기능에영향을받지않기때문에탈선사고시또는공사중중장비주행으로인한외압에도체결력유지에유리하다. insulator 가 shoulder 와 clip 부분으로나누어져있어각각횡압과수직압만을받게되므로 e"clip 에비해피로가덜하여내구성과절연성이향상되었다. 스프링크립의 Spring Arm 이길기때문에피로가경감되므로 e"clip 에비해피로수명이연장되었다.

67 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 다.Vosslohsystem 300 Vossloh 체결시스템은 Rheda 궤도와 Zublin 궤도에적용하고있는시스템으로, 독일철도전노선에채택되었을뿐만아니라기부설된재래선에대해서도확대적용하고있으며, 유럽여러국가의철도에서점차확대적용하고있는추세이다. 1) 시스템의구성과기능 침목상면 : 레일좌면에교환이가능한플라스틱매립전을취부한볼트구멍과좌우에는크립받침을횡방향으로받쳐줄수있도록턱이있으며, 체결장치들의조립을위한레일좌면은다른체결시스템에비해보편적으로넓게되어있다. 궤도패드 : 저스프링계수를갖는폴리우레탄재질의패드를사용하여, 체결장치가놓일레일좌면전체를감당하고있다. 레일로부터전달받는하중또는충격에대해완충및흡수하는기능을갖는다. 또한패드의두께를조정함에따라레일의높이조정을할수있도록하고있다. 레일 plate: 궤도패드와동일한치수를갖는두께 10mm 의강판으로레일저면폭보다넓어레일로부터의하중을넓게분산시키는데효과적인역할을하며, 궤도패드와함께플레이트의두께를조정함으로서레일높이를조정할수있다. 레일패드 :E.V.A 재질의레일저면폭과동일한칫수로되어있으며, 레일길이방향으로양쪽에턱을두어레일플레이트를감싸므로서레일복진에의한밀림을방지하여상시일정한마찰력을갖도록하고있다.

68 제 7 장주요궤도자재의설계 가이드플레이트 : 플라스틱재질의가이드플레이트은레일의횡압력에저항하며, 서로다른두께의가이드플레이트을사용하므로서수평방향의궤간조정을가능하게하는역할을한다. 레일크립 :W 모양의선스프링크립은 2점접촉방식으로레일을눌러상시일정한체결력을안정되게유지하도록하고있으며, 초기체결력이상의하중에의한레일 Tilting 에대해서는 MiddleBend 가무한대로저항하는 2단계의하중-변위곡선을갖는크립이다. 크립볼트 : 일본신간선에서사용하는고속용판스프링크립이나프랑스 T.G.V 에서사용하고있는 Nabla 크립과동일유형의나사식볼트로서스프링크립에소정의체결력을가하며, 소정의토크렌치에의해서만분해가가능하도록하여철도안전망을구축하고있다. 2) 시스템의특징 30 년이상전세계여러나라에서사용되어왔다. 스프링계수 22.5±2.5KN/mm 의폴리우레탄궤도패드는레일이 1.0mm~1.5mm 의수직변위를가질수있어 2중탄성체결장치로서레일하부에서의스프링역할을만족하며, 충격흡수에효과적이고, 고무재질에비해영구압축변형율이낮아내구성이우수하다. 궤도패드위에놓인레일 plate 는레일저면폭을인위적으로넓혀윤중분산에매우효과적이다. 스프링크립의 Spring Arm 이길게설계되어레일의진동이크립볼트에전달되지않아진동에의한볼트이완우려가없으며, 이완시에도체결력변화가미소하고, 볼트에 stress 를가하지않아내구성이우수하다. Spring Arm 의수직방향탄성변형이 2.5mm 정도로탄성력이커서 soft 한궤도패드의적용이가능하며따라서, 레일진동에대한추수성이확보되어레일의이상마모방지에효과적이다. 스프링크립의 MiddleBend 부분은곡선부나분기기통과시레일 Tilting 현상에대해효과적으로저항할수있으며, 장대레일재설정시시스템의완전제거없이약간의나사이완만으로도가능하므로체결력을유지할수있으며따라서,MiddleBend 부분이시스템에 2차강성을부여하기때문에서행으로의열차통행이가능하다.

69 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 특별한기계나공구가필요없이통상의볼팅기계로서간단하게설치할수있으며, 체결력조정이가능하다. 모든체결구부품을침목공장에서가조립하여공급할수있고, 레일교환시에도시스템의완전제거가불필요하여체결부품의분실우려가없으며작업이쉽고신속하다. 침목내에매립된매립전을포함하여모든부품을교환할수있기때문에부품손상시침목을교환할필요가없다. 라. 판스프링크립판스프링크립체결시스템은일본고유의체결시스템으로, 우리나라에서도과거에많이사용되었으나지금은거의사용하지않는시스템이다. 이시스템은궤도구조또는선형조건등에따라여러가지형태가있으나, 여기서는신간선에사용하고있는 PC 체결장치고속형과슬라브궤도에사용하고있는직결 4형및직결 5형에대해서간략히검토하기로한다. 1)PC 체결장치이시스템은레일체결장치에작용하는횡압을감소시켜침목의횡저항부분을보호하기위해횡압스프링을판스프링후단부상부와레일저부사이에삽입하고이것을쐐기형태의플라스틱제스프링받침으로빈틈없이지지하여횡압력을균등하게탄성지지하고있는구조로되어있다. 또한, 고속운전에대응하기위해궤도패드의스프링정수를 60t/cm 로하였으며, 판스프링과횡압스프링의두께를 6mm 로하고길이와폭도가급적크게했다. 나사식볼트를사용한다는점이 Vossloh 시스템과유사하나, 윤중분산효과면에서는 Vossloh 시스템에비해다소열위하며, 쐐기형스프링받침의정확한위치확보가중요하다. 궤도패드의스프링정수를더욱낮추는연구가계속되고있다. 2) 슬라브궤도용체결장치 colar 내에는 T볼트방청을위한止水油가충진되어있다. 슬라브궤도용체결시스템의공통된특징은, 레일의신축영향이체결장치를통해직접구조물에작용하기때문에이영향을제한하기위해복진저항력이바라스트궤도에서 1t/m 인데비해 0.5t/m 로낮게설계되어있다. 이결과장대레일의가동구간길이는바라스트궤도의약 2배에이른다. 직결 4형은직선구간의 A-51 형슬라브에사용되는 TiePlate 가없는레일좌면

70 제 7 장주요궤도자재의설계 식으로, 슬라브상면에레일체결장치가들어갈凹부를만들어그凹부를 shoulder 로하여횡압을받도록한타입이다. 레일횡방향의위치조정은쐐기형스프링 받침대로하며, 레일수직압 및횡압은레일저부와닿는스프링하부의휘어져 올라간부분이받으며, 체결력의규제는스프링상부가레일저부상면에접촉하는정도로하고있다. 이체결장치는궤도패드와슬라브좌면사이에삽입되어있는가변패드에의해 +10mm 의고저조정이가능하며, 이때문에스프링상부측의볼트체결부위의스프링형상을원형으로하여슬라브부설시의고저오차가레일의고저오차로연계되는것을방지하고있다. 또한, 직결 4형에는터널구간용과 open 구간용이있으며,open 구간용은소정의종저항력을얻기위해궤도패드상면에철판을붙여마찰저항을줄였으며, 온도변화가적은터널구간용에서는궤도패드를그대로사용하고있다. 그러나, 직결 4형의 open 구간용은절연문제와조정여유량의문제로산양신간선이후 open 구간에는사용하지않고있다. 한편, 직결 5형은직결 7형,8 형과함께 TiePlate 식궤도슬라브용체결장치이다. 타이플레이트를궤도슬라브내에매립한앵카플레이트와역T 볼트를사용하여강하게슬라브에부착시키고, 그마찰력으로 TiePlate 로부터전달되는횡압에저항하는구조이다. 판스프링의특징은, 스프링의앞뒤절반씩을꺾어레일과 TiePlate 각각의접점을스프링의중앙부에근접시켜체결에의한스프링중앙점에발생하는휨모멘트를작게하여스프링의단면칫수를감소시킴과동시에스프링의길이를증가시켜선단스프링정수가작아지도록설계되었다. 또한고저조정은가변패드와패킹재삽입으로 +30mm 까지가능하며, 횡방향조정은 TiePlate 체결용구멍이 ±10mm 여유있게되어있어그여유량만큼조정이가능하다. 레일절연은 TiePlate 밑에페놀수지적층판인절연판과 T 볼트너트부의절연 colar 로하고있으며매립되어있다.

71 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 마.Nabla 시스템 NABLA 시스템은프랑스에서개발된시스템으로프랑스내지하철, 국철은물론 TGV 고속철도노선에적용되어그성능을인정받고있다. 나사식볼트를사용하여체결력을조정할수있으며, 판스프링크립방식인점이일본의신간선에사용하는판스프링크립과유사하다. 1) 시스템의구성과기능 침목상면 : 레일좌면에는체결볼트를삽입할매립전이매립되어있으며, 절연블럭이놓이는자리를오목하게하여횡압에저항할수있도록하였다. 레일패드 : 일반적으로두께 9mm 인연질의탄성패드를사용하여스프링크립과함께레일의진동에대해탄성적으로거동하도록하고있다. 절연블럭 : 스프링크립밑에삽입되어레일저부상면을덮어레일절연을확보하며, 블럭의후부의볼록한부분이침목의오목한부분에들어앉아횡압에저항하는역할을한다. 또한, 이절연블럭의두께를달리하므로서궤간을조정할수있다. 레일크립 : 판스프링의레일크립에는레일에대해수직및수평축 2개의탄성축을갖는 camber 가있다.2 중 camber 를갖는부등변사변형으로되어있으며, 변의길이방향이레일저부에설치되며절연블럭은레일저부와스프링크립사이에끼워진다. 체결볼트 : 너트가없는육각볼트로되어있으며, 체결력을조정할수있다. 2) 시스템의특징 스프링크립과절연블럭의형상이우수하여소요로하는강력한체결력을얻을수있으며, 복진저항력이우수하다. 높은축하중과고속운전에실용실적이풍부하다 (TGV 300km/h 노선에부설 ). 9mm 레일패드는고유진동수의감쇠와체결력에유리한조건을제공하여스프링크립과함께레일의수직방향으로탄성적으로거동하기때문에레일의이상마모를방지할수있다. 체결력조절이가능하며체결구를해체하지않고체결력확인이가능하다. 궤간의조절이가능하며레일의충격에기인한체결부분의침목파손에대하여효과적으로보호할수있는구조이다. 장대레일구간의경우체결구를완전해체하지않고재설정이가능하므로별도

72 제 7 장주요궤도자재의설계 의궤도정정이필요없다. 통상의토크렌치에의한수작업은물론기계화작업도가능하다 바.Alternative-Ⅰ 체결구이시스템은독일의 Clouth 사, 호주의 Delkor 와기술제휴로제품을개발하였으며철도의궤도소음, 방진레일체결장치로내구성과안전성이우수, 상부플레이트와하부플레이트사이탄성고무로구성되어있다. 1) 시스템의구성과기능 방진레일체결장치 : 상부플레이트, 탄성고무, 하부플레이트로구성, 방음및방진 나사스파이크및나사스파이크키바 : 방진레일체결장치고정 톱니와샤 : 시공후궤간틀림을조정할수있다. ( 수평 8mm, 수직,+20mm,-5mm) 2) 시스템의특징 진동감쇄효과가좋음. 100 만Ω 이상의높은저항으로신호절연성이우수하다. 상부와하부플레이트사이에탄성고무를삽입하여영속적으로고온경화압착가공한구조이다. 체결이간단하다. 가격이다소고가이다.

73 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 체결장치의선정전장에서모델화된 Block 을매립하는콘크리트도상구조에적용할체결장치를선정함에있어, 전항의각종체결장치에대한분석에기초하여 Block 상면에전항의각종체결장치를취부했을경우를가정하여다음과같이상대비교함으로서최적의체결장치를선정하도록한다. 가. 체결장치별비교 구분동호철교적용기준 Pandrol FAST Clip Vossloh Nabla system 300 판스프링크립 시스템 EVA 패드 사 레일패드및방활절부및고무레일패드및판 체결구조 2 중탄성체결 용으로 탄성미 진패드 사용으패드 사용으로스프링으로 탄 흡 로탄성우수 탄성우수 성우수 고저정정이불 고정정정이 가고정정정이 가고정정정이 가 고저및 고저및 가능하고 방향 능하고 방향은능하고 방향은능하고 방향은 방향 방향정정이 은 절연블럭의 가이드플레이트절연블럭의 두타이플레이트 조절성 가능할것 조정으로 조정 의교체로조정께를조절하여구멍여유에의 이가능 이가능 조정이가능 거조정이가능 체결력 조정 조정이 가능할것 ( 신축에대응 ) 조정불가조정가능조정가능조정가능 방진이원활 방진성 하여콘크리매립식트도상충격부적정최소화할수 침목에 매립식 침목에매립식 가장유리 부적정 침목에매립식 부적정 침목에 있을것 선정

74 제 7 장주요궤도자재의설계 나. 선정체결장치의상세검토 1) 기본구조도 레일 스페셜텐션크램프 (SKL2B) 저마찰패드 가이드플레이트 방진패드베이스플레이트 나사스파이크 매립전 2) 구성재료의기능 고저조정기능 :BasePlate 의두께조정에따라고저정정이가능 (+26mm,-4mm) 레일 스페셜텐션크램프 (SKL2B) 가이드플레이트 방진패드베이스플레이트 저마찰패드 Grp ± 나사스파이크 매립전

75 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 방향조정기능 : 가이드플레이트의길이조정에따라방향정정이가능 (±5mm) L L±α 윤중분산기능 : 레일 Plate 의확폭효과 종방향활동체결기능 : 스페셜텐션조립및저마찰패드사용으로장대레일구 간적용시신축원활및도상응력최소화가능 스페셜텐션크램프 (SKL2B) 레일 저마찰패드 가이드플레이트 방진패드베이스플레이트 62 나사스파이크 매립전

76 제 7 장주요궤도자재의설계 Tilting 저항기능 :Clip 의 MiddleBend 의역할 레일플렌지부분에체결하고있다가레일의틸팅현상발생시나사스파이크부분인 MiddleBend 가저항추가적인레일의틸팅을방지하여체결안정성을높인다. 방진기능 : 확폭된폴리우레탄탄성패드의효과 레일 텐션크램프 (SKL2B) 저마찰패드 ± 가이드플레이트 방진패드베이스플레이트 Zwp 104 나사스파이크 매립전 3) 구성재료의재질및규격 품명규격재질비고 텐션크램프 SKL 2B 스프링강 나사스파이크 SS 25 StZK 60 냉간압연재 가이드플레이트 Wfp14K Polyamide6 방진패드 Zw 700 Polyurethane 레일패드 - 매립전 SDU 9 HDPE ( 고밀도 Polyurethane) 치수는제작도면참조

77 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 a3 ( 체결구도면 )

78 제 7 장주요궤도자재의설계 7.3 일반구간용 BLOCK 침목콘크리트도상에매립되어사실상도상과일체화되므로도상의일부분이라고할수있는침목은도상중에레일로부터전달되는하중을최초로받는부분이다. 따라서, 침목으로서구비해야할조건은, 열차하중에내구성이있는소요의강도를가져야하며, 콘크리트도상에매립후도상과분리현상이발생하지않는형상이어야하며, 철근등으로콘크리트도상과일체화시킬수있어야한다. 따라서이러한조건을만족시키기위해침목 (RC 침목 ) 의콘크리트강도가충분하여야되는데현재까지지하철에적용한강도를참고할때 f ck= 350kg/ cm2이적정하며그형상은다음과같이검토한다 ± ± ±2 A 229± R10 R R15 B R R : R120 1 : ± 3 A R 120 R120 R20 C R B A C ±2

79 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 가. 침목의형상 구분침목형상검토내용 제 1 안 1 : 0 저부평면 일반적인 Block 형상으로침목 저면과상면폭이동일하다. 침목측면의기울기를보다완만 하게하여침목저면을상면보다 제 2 안 1 : 0.2 저부평면 더욱확대한형상 도상과침목의분리억제효과 가크게기대된다. 침목측면의기울기를완만하게 하면서침목저면을둥글게처리 도상콘크리트타설시침목저면 제 3 안 1 : 0.5 저부곡선 R=4m 의공극발생을최소화하여다짐도향상이기대된다. 엄밀한의미에서침목과도상을 분리생각할경우침목중앙부 에응력이집중되어불리하다. 상기검토에따라본설계에서는도상과침목의분리억제효과가크게기대되는 2 안 형상을채택하기로하며도상과의일체화를위해앙카철근을설치하도록한다.( 도면 참조 )

80 제 7 장주요궤도자재의설계 나. 철근배치 A 229± R15 B R R : R120 R10 1 : ± 3 A R10 R 120 R120 R20 C R : B 130 A ±2 130 C 다. 응력계산 구 분 세 부 내 용 비 고 설 계 조 건 축중 16 톤 ( 윤중 8톤 ) 설 계 속 도 V =100 km /h 적 용 레 일 60 kg (A=77.5 cm2,ix=3090 cm 4 ) 침목중심간격 C.T.C =62.5 cm 1600 개 / km 체 결 구 System 300 Vossloh 상시레일압력 2.7 톤 Pr=n w 속도충격율 V 100 최대휨모멘트 45,007 kg cm M = P R 8l 최대전단력 2,025 kg 항목기준치산출치판정 안전율 안전 안전성 평형철근비 이하 안전 지압응력 87.5kg/ cm kg/ cm2 안전 전단응력 4,160kg/ cm2이상 10,196kg/ cm2 안전 부착응력 7.5kg/ cm2이내 4.8kg/ cm2 안전 방진패드의탄성계수 17.5kN/mm

81 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 라. 콘크리트배합설계 1) 배합설계기준 설계기준강도 굵은골재최대치수 σck=350kg/ cm2 25mm 잔골재비중 2.58 잔골재조립율 2.53 굵은골재비중 2.65 시멘트비중 3.14 혼화제 (MIGHT-150) 시멘트량의 1.2% 슬럼프 8 cm 공기량 2% 잔골재산지 굵은골재산지 2) 배합강도 (σr) 기상작용및동결융해에대한저항성들을고려하여 V =9.5 로결정변동계수에의한할증계수 (α) 산출 α 1 = α 2 = V V 100 = = 할증계수 α는큰값으로결정 α =1.19 따라서, 배합강도 (σr)= =417kg/ cm2 3)W/C 결정 W/C =61(σr/ )=39.9% 4)s/a 결정 굵은골재최대치수에따른시방기준 = 45% W/C 에대한보정 (W/C -55)/5 = % 조립율에대한보정 (F.M -2.8)/ = -1.35% 쇄석에대한보정 ( 시방기준 3-5%) 0% s/a={(3-1)+(3-2)+(3-3)+(3-4)}=40.62% s/a 결정 ( 내구성고려하여 ) 38.7%

82 제 7 장주요궤도자재의설계 5) 단위수량 (W) 의결정 굵은골재최대치수에따른시방기준 = 185kg/ m2 SLUMP 에대한보정 (SL -8) 1.2 = 0kg/ m2 s/a 에대한보정 (s/a-45) 1.5 = -9.45kg/ m2 쇄석에대한보정 9~15kg/ m2 = 12kg/ m2 혼화제사용에대한보정 (4-1~4 의15%) = kg/ m2 W ={(4-1)+(4-2)+(4-3)+(4-4)+(4-5)}=159.4kg/ m2 6) 단위시멘트량결정 C =W(W/C)=399.9kg/ m2 7) 시방배합에필요한재료량산출 시멘트용적 (Vc) = C/3.14 = m2 골재용적 (Va) = 1-(W/1000+Vc+A)= m2 잔골재용적 (Vs) = Va s/a = m2 단위잔골재량 (S) = Vs 잔골재비중 = 692.2kg/ m2 굵은골재용적 (Vg) = Va-Vs = m2 단위굵은골재량 (G)= Vg 굵은골재비중 = 1,126kg/ m2 혼화제량 ( 단위시멘트량 1.2%) = 4.798kg/ m2 8) 골재조건 세골재 No.4 체잔류율 a= 6.7% 잔골재표면수 c= 3.6% 굵은골재 No.4 체통과율 b= 1.7% 굵은골재표면수 d= 0 9) 입도보정 잔골재량 X = 잔골재량 Y = 10) 표면수보정 S 100-b(S+G) 100-(a+b)) = 721.9kg G 100-b(S+G) 100-(a+b)) = 1,096kg 잔골재량 X'= X (100+c) 100 = 747.9kg 굵은골재량 Y'= Y (100+d) 100 = 1,096kg 단위수량 Z'= W 100-(X c+y d) 100 = 133.4kg

83 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 마. 레일의정적및동적처짐검토 1) 정적 ( 차량정지중 ) Zimmermann 식에의한레일의처짐량계산 프로젝트명 SMSC SYSTEM300-1 운행속도 km/hr 축중하중1 Q1= N 방진패드의유효길이 l1= mm 축중하중2 Q2= N 방진패드의유효폭 b1= mm 레일의영계수 E = N/mm 2 탄ㅅ겅매트의유효길이 l2= mm 레일의 2차관성모멘트 l= mm 4 탄성매트의유효폭 b2= mm 축간거리 La = mm 콘크리트도상의탄성계수 Sob= N/mm 침목간격 a = mm 바퀴통과주파수 f w = Hz 도상의탄성계수계산 방진패드의 staticbeddingmodule(csb): 실험으로구한다. C1= N/mm 3 방진패드의정적탄성계수 S1=C1*(l1 b1) S1= N/mm 콘크리트의 staticbeddingmodule(csb): 실험으로구한다. C2= N/mm 3 콘크리트의정적탄성계수 S2=C2*(l2 b,*mat 가없으므로무한강성으로한다. S2= N/mm 종합탄성계수 Ssb=(S1*S2)/(S1+S2) Ssb = N/mm 콘크리트도상 + 종합탄성계수 S =(Ssb*Sob)/(Ssb+Sob) S = N/mm C =S/(l2 b2) C = N/mm 3 b=(l2 b2)/a b = mm 특성길이 L = ( 4EI bc ) 0.25 L = mm 레일의처짐량계산 y max 1 = Q1 4bCL -1.46mm y max 2 = Q2 4bCL -1.46E mm ζ(χ)= χ L η1(χ)= η2(χ)= sin ( ζ ( χ - La 2 ) ) + cos ( ζ ( χ - La 2 ) ) e ζ ( χ - Lz 2 ) sin ( ζ ( χ + La 2 ) ) + cos ( ζ ( χ + La 2 ) ) e ζ ( χ + Lz 2 ) y1(x)=-1000 ymax1 η1(x)

84 제 7 장주요궤도자재의설계 y2(x)=-1000 ymax2 η2(x) y(x)=y1(x)+y2(x) 방진매트의압력 F =S ymax1 F = N 평균압축응력 σm =F/(l1 b1) σm = N/m 2 분배계수 0.32 레일위치별처짐량계산 2) 동적 ( 차량운행중 ) Zimmermann 식에의한레일의처짐량계산 프로젝트명 SMSC SYSTEM300-1 운행속도 km/hr 축중하중1 Q1= N 방진패드의유효길이 l1= mm 축중하중2 Q2= N 방진패드의유효폭 b1= mm 레일의영계수 E = N/mm 2 탄ㅅ겅매트의유효길이 l2= mm 레일의 2차관성모멘트 l= mm 4 탄성매트의유효폭 b2= mm 축간거리 La = mm 콘크리트도상의탄성계수 Sob= N/mm 침목간격 a = mm 바퀴통과주파수 f w = Hz 도상의탄성계수계산

85 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 방진패드의 staticbeddingmodule(csb): 실험으로구한다. C1= N/mm 3 방진패드의정적탄성계수 S1=C1*(l1 b1) S1= N/mm 콘크리트의 staticbeddingmodule(csb): 실험으로구한다. C2= N/mm 3 콘크리트의정적탄성계수 S2=C2*(l2 b,*mat 가없으므로무한강성으로한다. S2= N/mm 종합탄성계수 Ssb=(S1*S2)/(S1+S2) Ssb = N/mm 콘크리트도상 + 종합탄성계수 S =(Ssb*Sob)/(Ssb+Sob) S = N/mm C =S/(l2 b2) C = N/mm 3 b=(l2 b2)/a b = mm 특성길이 L = ( 4EI bc ) 0.25 L = mm 레일의처짐량계산 y max 1 = Q1 4bCL -1.07mm y max 2 = Q2 4bCL -1.07mm ζ(χ)= χ L η1(χ)= η2(χ)= sin ( ζ ( χ - La 2 ) ) + cos ( ζ ( χ - La 2 ) ) e ζ ( χ - Lz 2 ) sin ( ζ ( χ + La 2 ) ) + cos ( ζ ( χ + La 2 ) ) e ζ ( χ + Lz 2 ) y1(x)=-1000 ymax1 η1(x) y2(x)=-1000 ymax2 η2(x) y(x)=y1(x)+y2(x) 방진매트의압력 F =S ymax1 F = N 평균압축응력 σm =F/(l1 b1) σm =7.66N/m 2 분배계수 0.35

86 제 7 장주요궤도자재의설계 레일위치별처짐량계산

87 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 a3 일반구간용 BLOCK 침목설계도

88 제 7 장주요궤도자재의설계 7.4 신축이음매용 BLOCK 침목 개요본과업구간인지하철 3호선동호철교구간은기존장대레일이 50 kg N 레일로구성되어이를기존레일과동일한형으로교체하고콘크리트도상에부설하기위하여합성수지침목을사용하는방안과 R.C 침목또는콘크리트종빔을부설한후에신축이음매를체결하는방안이있으므로현장여건에맞는공법의적용이필요하다. 콘크리트종빔은열차운행을중단하여야시공이가능하므로여기서는제외하도록한다 자재비교 구분합성수지침목콘크리트 BLOCK 비고 구조개요 침목 : 합성수지침목 ( 삽입깊이 10 cm ) 체결구 -신축구간 : 베이스플레이트와 Pandrol 침목 :R.C 침목 체결구 -신축구간 : 상판플레이트와 Pandrol -일반구간 : 베이스플레이트와 Pandrol 시공성이우수하다 본구간과동일한구조로 ( 쟉키가받침후 1 회의콘크리트 시공이가능하다. 타설로시공완료 ) 장 점 콘크리트도상상면높이가 콘크리트도상과동질성을 일반구간과동일하여단차 유지할수있어도상면방수에 발생이없다. 유리하다. 배수 ( 종 횡방향 ) 가용이하다. 단점 재료비가고가이다. 중량이합성수지에비해다소 무겁다. 채택

89 앵글 : 4 5 X 4 5 X 4mm L = 67 5mm 2.74 kg /m 혹은동등자재 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 철근배치 6 84 VARIABLE (630, 490, 430) 응력계산 구 분 세 부 내 용 비 고 설 계 조 건 축중 16 톤 ( 윤중 8톤 ) 설 계 속 도 V =100 km /h 적 용 레 일 60 kg (A=77.5 cm2,ix=3090 cm 4 ) 침목중심간격 C.T.C =62.5 cm 1600 개 / km 체 결 구 Pandrol 상시레일압력 2.7 톤 Pr=n w 속도충격율 V 100 최대휨모멘트 44,782 kg cm M = P R 8l 최대전단력 2,025 kg 항목기준치산출치판정 안전성 안 전 율 2.0 이상 3.5 안전 평형철근비 이상 안전 지압응력 87.5kg/ cm kg/ cm2 안전 전단응력 6,247kg/ cm2이상 7,760kg/ cm2 안전 부착응력 7.5kg/ cm2이내 3.9kg/ cm2 안전 탄성계수가일반구간과동일한 17.5kN/mm 의방진패드사용

90 제 7 장주요궤도자재의설계 A3 신축이음매용 BLOCK 침목도면 1 매

91 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 7.5 도상용콘크리트 개요도상은침목으로부터전달되는열차하중을넓게분포시켜노반에전달하고침목을소정위치에고정시키는역할을한다. 본설계구간은기존운행선에서열차가운행되지않는심야운휴시간대를이용하여시공하게되므로지금까지검토되어온신설선궤도에서의콘크리트도상과는완전히다르다. 즉콘크리트타설후빠른시간내에소기의강도로양생이되어야할뿐아니라양생시진동영향이적고타설이용이하여야하며미소한균열이라도최소화되어야하는어려움이있다. 따라서본설계에서는위조건에적합한콘크리트를검토적용코자하며특수시멘트에대하여는전문업체인국내쌍용양회에서제공한자료를근거로하였다 시멘트의일반사항 가. 특수시멘트의일반사항 제품특징용도포장단위 1 일에보통시멘트의 7 일강도 도로, 구조물보수 초조강시멘트 발현, 고분말도, 조기강도우 공기단축을요하는각종토 35kg 수 목공사 초속경시멘트 3시간에보통시멘트의 7일강 도발현 도로, 교량초긴급보수기계설비기초용 40kg 나. 초조강시멘트본제품은일본영단에서운행선의도상콘크리트개량시적용하고있었으며비교적가격이낮아경제성이있는것으로판단된다. 1) 장점 조기강도발현초기수화활성이큰광물질이다량으로함유되어있어콘크리트타설 1일에최소 160kg/cm2 이상의강도를발현한다. 장기적강도향상급결제나조강제를사용할때나타나는후기강도의저하없이장기적으로강도가향상된다. 탁월한그라우팅효과분말도가높고유동성이좋아암반및연약지반의그라우팅시효과가뛰어나다.

92 제 7 장주요궤도자재의설계 수밀성, 내구성향상 콘크리트타설후브리딩및침하현상이없이치밀한조직형성으로내구성이 향상된다. 간편한시공 사용방법이보통시멘트와동일하므로시공이간편하다. 2) 물리적특징 ( 몰탈 ) 항 목 / 구 분 KSL 5201 보통시멘트 초조강시멘트 분말도비표면적 (cm 2 /g) 3,200 6,200 입경 (mm) 최대 80% 통과평균 안정도 오토클레이브팽창도 (%) 응결시간 ( 길모아시험 ) 초결 ( 분 ) 종결 ( 시 : 분 ) 압축강도 (kg/cm 2 ) 1일 3일 7일 28 일 3) 표준배합비 260 6: : 목표 Slump 강도 (kg/cm 2 (cm) ) S/A (%) W/C (%) 재료량 (kg/cm 3 ) 압축강도 (kg/cm 혼화제 2 ) C W S G (C %) 1일 3일 7일 28 일 140 8± ± ± ) 시공시주의사항 보통시멘트에비해수화열이크므로 Mass 콘크리트적용시주의하여야한다.

93 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 다. 초속경시멘트본제품은지하철공사에서도 RC 침목및콘크리트도상보수시적용하고있어사용경험이있으나많은물량을시공할경우에는가격이비싸비경제적일뿐아니라초기응결시간이빨라 ( 약25 분 ) 침목주변콘크리트면처리및배수단면의정밀마무리시공이어려워사실살적용이곤란하다. 1) 장점 초속경성시공 3시간만에압축강도 200kg/cm 2 이상으로, 보통시멘트의 7일강도를발현하는획기적인제품이다. 저온에서도우수한강도발현경화시수화열이발생되므로저온에서도활성을잃지않고충분한강도를발현한다. 작업시간조절가능응결조절제는사용할경우, 작업시간을임의로조정할수있어한층편리하다. 무수축성건조수축에의한체적변화가적어기계설비기초에도사용할수있다. 블리딩및침하문제해소콘크리트타설후블리딩이나침하가없으므로표면상태가부실하던기존제품들의문제점이해소되었으며특히정밀시공부위에적합하다. 2) 물리적특성 ( 몰탈 ) 구분 KSL5201 보통시멘트초속경시멘트분말도비표면적 (cm 2 /g) 3,200 4,500 응결시간 ( 길모아 Test) 초결 ( 분 ) 종결 ( 시 : 분 ) 압축강도 (kg/cm 2 ) 3시간 1일 3일 7일 28 일 260 6: :

94 제 7 장주요궤도자재의설계 3) 표준배합비 ( 콘크리트 ) 3 시간목표강도 (kg/cm 2 ) Sump (cm) S/A (%) W/A (%) 단위재료량 (kg/m 3 ) 응 결 C W S G 조절제 (C %) 200 8± % 시험조건 : 잔골재조립율 2.6~2.8, 굵은골재 25m/m 쇄석, 강제식믹서혼합, 20 기간양생 4) 응결조절제사용량 시공온도사용량 초속경 1 포당사용량 (g) ( 포 ) 하절기 (25 이상 ) C 0.6~0.8% 240~ 320 1~ 11/3 춘추절기 (15~25 ) C 0.4~0.6% 160~ 240 2/3~ 1 동절기 (5~15 ) C 0.2~0.4% 80~ 160 1/3~ 2/3 응결조절제 1포 :240g 대기온도 5 이하시공시한중공사규정준수라. 적용콘크리트도상에서요구되는압축강도는단기적 (3~7 일이내 ) 일경우계산상 100kg/ cm2에서도문제는없다. 그러나본구조는반영구적인구조물로서타지하철에서는 28 일압축강도를 300kg/ cm2이상으로하고있다. 따라서본설계에서는완벽한가받침이설치되는점과경제성및시공성을고려하여 7일강도가 300kg/ cm2이상되는초조강시멘트목표강도 140kg/ cm2을적용하여배합하는것으로한다 콘크리트균열방지가. 일반사항도상은열차충격으로구콘크리트와접착이미흡하거나물이스며들어균열이발생하기쉬우며경험에의하면양생시수화열에의해수축균열 (HairClack) 이많이발생하는경우가있다. 따라서본설계에서는신구콘크리트접착보강과미소균열방지및도상콘크리트신축또는구조물신축균열에의한도상콘크리트균열방지에대하여검토적용한다.

95 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 나. 콘크리트도상횡균열방지도상은철근콘크리트로설치하여콘크리트도상균열방지와궤도내에누설전류집전시설로겸용사용한다. 본설계에서는쟉키가받침을고려하여상부균열방지철근으로와이어매쉬를적용하였다. 다. 유기섬유보강재혼합유기섬유보강재는콘크리트고유의결함인수축균열을억제하고보다치밀하며견고한콘크리트를만들어주기위한섬유보강 ( 합성섬유 ) 재로서최근에는국내에서도개발되어가격이초기보다낮아져많이사용되고있는실정이다. 이자재는현재지하철공사에서 RC 침목보수및콘크리트도상보수용으로이미적용하고있고도로공사에서도많이적용하며이는콘크리트표준시방서에도명기되어있다. 국내 ( 주 ) 에스에스산업에서개발되어신기술로인정받은슈퍼스트롱의경우국내기술진에의해수년간의노력끝에최초로국산화에성공한정통콘크리트보강섬유이며, 또한합성섬유보강재의취약점인콘크리트와의부착력을향상시키고, 부착면적을확대시킨 ( 발명특허 : 제77184 호, 제77185 호 ) 한단계발전된보강섬유이다. 이러한향상발전시킨기술력을인정받아 과학기술처로부터 ExcelentKorean Techrology(KT) 를인정받게된공신력있는우리기술의제품이다. 폴리프로필렌화이버로된슈퍼스트롱콘화이버는콘크리트 / 몰탈 1m3 속에약 600~850 만개의 Fiber 가입체적으로분포되어 Micro-Reinforcing 작용 ( 세근보강작용 ) 을해줌으로서콘크리트의균열을억제해줌은물론, 충격, 파손, 마모, 투수, 부식및동해등의여러가지콘크리트성능저해요인들에대한저항능력을현저히증대시켜, 총체적으로콘크리트의품질을한단계높여주는신소재로서본설계에서도궤도도상의안정성을고려하여이를사용하는것으로하였다. 1) 사용효과 콘크리트 ( 몰탈 ) 의수축균열억제 충격, 파손에대한저항력증대 마모, 침식에대한저항력증대 피로, 반복하중에대한저항력증대 (Toughness 증대 ) 투수성의감소 ( 철근부식감소 ) 동결 / 융해손상감소

96 제 7 장주요궤도자재의설계 골재침하현상감소 ( 콘크리트타설시 ) 와이어메쉬또는메탈라스의생략 ( 바닥슬래브, 미장 ) 숏크리트에서의와이어메쉬생략및리바운드손실감소 사용의간편, 공기단축, 시공원가의절감 2) 슈퍼스트롱의물리적특성 재 질 :HomopolymerPolypropylene 흡 습 성 (Absorption) : 없 음 비 중 (SpecificGravity) :0.91 융 해 점 (MeltPoint) :1.62 발 화 점 (IgnitionPoint) :590 내 산 성 (AcidResistance) : 아주높음 ( 볼활성 ) 내알카리성 (AlkaliResistance) : 아주높음 ( 불활성 ) 인장강도 (TensileStrength) :3,500~7,700kg/cm 2 탄성계수 (Young'sModulus) :35 103kg f/cm 3 3) 타자재와의비교 항 목 슈퍼스트롱 WireMesh 보강기능 입체적보강 평면적보강 내화학성 내산성, 내알카리성극히양호 내산성불량 내수성 양호 불량 ( 부식 ) 사용효과 시공성 수축균열억제 균열확산억제 충격, 파손에대한저항력증대 마모, 피로하중에대한저항력증대 투수성감소 동결 / 융해저항력증대 휨강도,Toughness 증대 시공원가의절감 자채취급이용이하며부상우려없음 작업이간편함 (Remicon Truck/Mixer 에투입함으 로서끝나며별도의설치작업이없음 ) 피복고유지문제가없음 균열확산억제 자재취급이불편하며부상우려있음 현장설치작업이필요함 정확한피복고유지가어려움 ContractionJoing 에서 WireMesh 를단절시켜줘야하는번거로움이있음

97 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 4) 슈퍼스트롱의종류및적용 항목 종류 망사형 PM TYPE 재질 Homopolymer Polypropylene Fiber 의형상 FibrilatedBundle ( 수십개의 Fiber 가망형으로연결된섬유뭉치 ) 단사형 PFTYPE Homopolymer Polypropylene Multifilament ( 여러개의단사형압출섬유 ) Fiber 의표준길이 19mm 19mm 비고 사용대상콘크리트 / 숏크리트 / 몰탈몰탈 / 레미탈 용도모든구조및콘크리트제품미장, 바닥콘크리트, 그라우팅 Fiber 분포수 ( 콘크리트 / 몰탈 1m 3 당 ) 표준사용량 ( 콘크리트 / 몰탈 1m 3 당 ) 적용 5) 사용방법 600 만개이상 850 만개이상 0.9kg/m 3 0.9kg/m 3 항목내용 사용량배합설계혼합방법타설마감 표준사용량 : 콘크리트 ( 몰탈 )1m3 당 0.9kg(1BAG) 특수목적 (Toughness 증대등 ) 이나현장조건에따라증가시킬수있음. 변동없음. 콘크리트속에서슈퍼스트롱의보강기능은화학작용이아닌물리적작용에의한것이며또한 Fiber 의함량이극히미소 ( 용적비 0.1% 이하 ) 하여배합설계에영향을미치지않음. 투입 :Batch Plant, 현장믹서또는레미콘트럭에해당량 (1m 3 당 1BAG) 의슈퍼스트롱을직접투입함. 혼합시간 :BatchPlant 또는현장믹서에투입하는경우는정해진콘크리트생산 ( 비빔 ) 시간에따르며레미콘트럭에투입하는경우 4~5 분 (MixingSpeed 로 ) 또는 MixingDrum 의 70 회전이소요됨. 일반콘크리트 ( 몰탈 ) 와동일함. Workability:Fiber 들의골재침하억제작용으로 Slump 치의감소현상이나타남. Workability 는보통콘크리트와같음현장에서육안으로만판별하여물을추가하는일은절대로없어야함. 필요시유동화재를병행사용할수있음. Pumpability:Fiber 들의표면이골재에비하여보다미끄럽고마찰저항이적기때문에동일 Slump 치에서는 Pumping 작업이오히려용이함. 일반콘크리트 ( 몰탈 ) 와동일함. BleedWater 가거의잦아들었을때마감작업을시작함.

98 제 7 장주요궤도자재의설계 도상용콘크리트규격적용 초조강콘크리트압축강도 구분 1 일 7 일 28 일 압축강도 140kg/m 2 이상 250kg/m 2 이상 300kg/m 2 이상 사용할시멘트 : 초조강시멘트 Slump:8±1cm 물-시멘트비 :47.4% 굵은골재 :25mm 이하 배합비 구 분 시멘트 (C) 물 (W) 모래 (S) 자갈 (G) 혼화제 (CX%) 유기섬유 보강재 중 량 (kg/m 3 ) , * 혼화재는고유동화제로서마이티 150 으로한다.

99 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 제 8 장장대레일 8.1 장대레일의개요 궤도의취약개소인레일이음매부는차량의진동과궤도재료의손상이심하여많은보수인력이필요하게되며, 승차감이현저하게떨어져이음개소를제거하는수단으로서용접하여연속한 1개의레일로하는것을말하며, 장대레일의장점은 궤도보수주기가길다. 소음, 진동의발생이적음. 궤도재료의손상이적다. 차량의동요가적고승차감이좋다. 자갈도상의경우기계화다짐 (M.T.T) 작업성이좋다 장대레일화는아래의조건을충족하여야한다. 가. 장대레일끝단에서레일신축을처리할수있을것. 나. 레일이파단되지않아야하며, 파단시에는파단점의개구량이운전보안상의안전한도내에있을것. 다. 궤도가좌굴을일으키지않을것. 8.2 장대레일이론 장대레일의축압력장대레일은온도변화에따라레일길이방향으로늘어나거나줄어들게되는신축이발생하게되며이신축을체결구, 침목, 도상등이억제한다. 이럴경우장대레일에는억제된신축량만큼의에너지가레일내부에응력으로축적되게되며, 이응력은레일단면내에일정하게분포하고레일종방향으로작용하게되는데이를축압력이라하며, 온도가상승하게되면레일이늘어나려는힘이작용하고이때는축압축응력이발생되며, 온도가하강하게되면레일이줄어들려는힘이작용하는데이때는축인장응력이발생하게된다. 온도변화에따른축압력을억제하지않을경우레일은자유신축하게되는데이때온도변화에따른신축량은다음과같으며축력을억제하지않은상태의레일은자유신축을하므로축력은발생치않는다. 즉 P=0 이다. l =β (t-to) l : 신축량 ( mm )

100 제 8 장장대레일 β : 레일의선팽창계수 t : 현재의레일온도 ( ) to: 부설혹은재설정시의레일의온도 ( ) 레일을완전하게구속하였을때신축량 l=0 가되며이때신축량은축력으로서레일내부에축적되게된다. 이때의축력을계산하는식은 P =EAβ (t-to) P : 축력 (kgf/cm2) E : 레일강의탄성계수 kgf/cm2 A : 레일단면적 ( cm2 ) P<0 이면축인장력,P>0 이면축압축력이며 P=0 이면 l=0 이된다 도상종저항력유도상궤도에있어서레일의이동은레일과침목을체결구가고정하고있고침목은도상에의하여저항을받게된다.2 중탄성체결구등각종체결장치에의해레일이완전하게침목에체결된다고보았을때장대레일의종저항력은결국침목과도상사이의저항력이좌우하게된다. 도상종저항력에영향을미치는요인은체결구의체결력, 침목과도상자갈간의마찰력, 도상의다짐, 도상과노반의마찰력등이며, 이중제일큰영향을미치는요소는체결구의체결력이며궤도재료에서검토된바있는코일스프링크립의체결력이 1,100~1,400kgf 으로서대체적으로우수한체결력을확보하고있다. 이제까지의실험예를보면, 도상종저항력과침목이동량의관계는그림 <8-1> 의 1과같고축력및이동량계산은주로 3의저항력을일정하게한소성근사치를, 특히정밀한계산이필요할때에는 2의탄성근사식을사용한다. 그림 <8-1> 도상종저항력의특성

101 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 즉, 어느범위내의침목이동량에대해서는도상종저항력에비례하게되며, 다시이동량이증가하여도일정값이되는근사식을사용하고있다. 도상종저항력의최대치 ( 일정치 ) 는궤도구조, 도상체결상태등에따라다르지만, 기존선에서는 4~8kgf/cm/ 레일정도이며, 그림 <8-1> 의 2의도표가꺾이는점의침목이동량 ( 한계이동량 ) 은 2~5mm 정도이다. 유도상궤도의레일신축은도상내에서의침목이동에따라좌우되고있는반면, 슬래브궤도및직결궤도에서는레일체결장치로레일을활동시키고있으며, 구조물이나전충재등에대한하중이허용한도내에들도록설계하고있다 축력의분포장대레일에서의축력분포도는그림 <8-2> 과같으며레일의온도변화에따라이동하는부분을신축구간, 온도의변화에도불구하고이동하지않는부분을부동구간이라고한다. 그림 <8-2> 축력분포 최대온도변화량시신축구간의길이 AE 는 AE = EA β(t max -t 0) r o = P r o AE =l 임의온도변화량시신축구간의길이 AC AC= β (t max -t 0 ) r o = P r o tmax : 최고온도 ( ) t : 임의온도 ( ) to: 설정온도 ( )

102 제 8 장장대레일 ro: 최대도상종저항력 (kgf/cm) l : 신축구간길이 (m) 위식에의하여 P=EAβ t=l.r 의관계가성립하며신축구간길이 l 는, l = EA β t r 가된다. 이식에서보는바와같이신축구간의길이는온도차와도상저항력이 크게좌우하게되는데온도차가크면신축구간이길어지고도상저항력이크면신 축구간이짧아진다 온도와축력분포장대레일설정후, 온도가상승할경우에는그림 <8-2> 와같은축력분포가된다. 그러나일반적으로단부의축력은그이전의온도상황에따라서복잡한분포로되며, 그림 <8-3> 과같은축력분포도를나타낸다. 그림 <8-3> 은장대레일을레일온도 to 로설정한후, 레일온도가 t1 까지상승하고계속하여 t2 까지하강하는경우를나타내고있으며, 이때의도상종저항력은일정한값 γo를나타내고있다. 그림 <8-3(1)> 에나타난바와같이장대레일단부의점A로부터 AX 및 AY 를그리고, 장대레일설정시의축력분포로서 ACo 를그린다. 레일온도가 t1 로되었을때에는그림 <8-3(2)> 에나타난바와같이축력분포 ACo 를레일온도에대응한위치까지평행이동한다. 얻어진 A1C1 과 AX 와의교점 B1 과 A를연결하는 A1B1 으로바꾸면축력분포 AB1C1 을얻을수있다. 같은방식으로그림 <8-3(3)> 에있어서는평행이동한축력분포 A2B2C2 는 AY와교차되기때문에교점 D2 와 A를잇는 AD2B2C2 를얻을수있다. 이때의도상종저항력의작용은그림 <8-4> 와같이온도가 t1 t2 로하강함에따라, 장대레일단부는수축하기때문에 Ad 간의침목은수축을방해하는방향즉, 좌측방향의도상종저항력을받으며,db 간의침목은당초의 AB1C1 상태로레일의신축을방해하는방향즉, 우측방향의도상종저항력을받게된다. 그림 <8-3(3)> 에서다시레일온도가내려가 to 로되었을경우에중앙부는축력이 0이되지만, 장대레일단부에근접한구간에서는 0이되지않고, 축인장응력이작용하게된다. 이상과같이축력분포는온도변화에따라여러가지로변화하지만, 이들포물선은최고또는최저레일온도일때의축력이된다.

103 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 그림 <8-3> 축력분포도따라서장대레일단부의최대신축량, 장대레일좌굴안정성, 파단시의개구량등을판단하는경우에는최고또는최저레일온도에서의축력분포도를검토하여야한다. 그림 <8-4> 도상종저항력의작용결과적으로장대레일의축력은도상저항력의비선형거동에의해서온도변화가반복하게됨에따라서그림 <8-5> 와같이다양하게변하게됨을알수있으며다음과같이설명할수있다. 1 부설시의레일축력은 0이다. 2 온도상승시는양단부에서레일중앙부를향하여축력이점차증가한다.

104 제 8 장장대레일 3 최고온도가되어축력이 Pmax 에달해일정하게되면레일의신축구간의길이가길어진다. 4 레일온도가하강하면부동구간의축력은 2와같아지고레일단부에서는도상종저항력이역으로작용하며인장력이발생하지만 Δt가같기때문에신축구간의길이는변하지않는다. 5 레일부설시의온도까지하강하게되면부동구간의축력은 0이되지만신축구간은인장력이작용하게되며그크기는최고온도때의 1/2 이된다. 6 부동구간에인장력이작용하면신축구간은인장력의영향이남아부동구간보다큰인장력이작용하게된다. 이와같이온도변화의형태에따라서신축구간의축력은변형된분포가되며 1, 2와같은축력분포도로는나타나지않음을알수있다. 그림 <8-5> 온도에따른축력분포의변화도 장대레일단부에서의축력 가. 개 념 그림 <8-2> 에서의장대레일의양단부는침목의이동즉, 레일의온도신축이일어 나는부분인신축구간및레일의온도신축이없는중앙부의부동구간으로구분 하고있으며, 신축구간의길이 l 은 P =EAβΔt=lr 로부터 l= EA βδt 로구 γ 할수있다.

105 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 그림 <8-6> 은장대레일단부로부터 x 만큼떨어진신축구간중의임의의점에서 dx 의미소구간을취하면이부분은신장 dδ 를고려하고, 설정온도로부터의온도 차를 Δt 로하면,dx 의자유신축은 βδtdx 이며, 축압력 P(x) 에의한수축은탄 성계산에따라 (P(x)/EA)dx 가된다. 따라서 dx 의길이에대한신장 dδ 는양자 의차가되며다음식으로계산된다. dδ = βδtdx- P(x) Pt- P(x) dx= EA EA dx 여기서장대레일단으로부터 xb 떨어진부동구간중의 B 점을고려하면 x 위치의 레일의신장 y 는 y= x xb Pt P(x) dx= 1 EA x xb (Pt-P(x))dx 가되며, 이것은그림 <8-6> 의사선부분의면적을 EA 로나눈값이다. 즉, 어느온도에서레일의신율은레일의위치까지의축력분포선과부동구간의 온도에의한축압력 P =EAβΔt 의선과의사이의면적을 EA 로나눈값이다. 도상저항력의특성과신축량의관계에대해서는그림 <8-6> 에나타난근사치를 이용해서계산한결과는다음과같이나타낸다. 1 r=ro( 일정 ) 인소성저항의경우이경우의축력분포는그림 <8-7> 과같으며, 장대레일단을좌표원점으로하여가동구간길이를 xb 로하면장대레일단에서 x만큼떨어진위치까지의신축량 y는 여기서 y= 1 EA x xb Pt=EAβΔt=roxb P(x)=rox (Pt-P(x))dx 이므로 y= 1 EA 이된다. x xb (EAβΔt- r ox ) 2 = 1 2EAr o (EAβΔt-r ox) 2 그림 <8-6> 신축량계산도그림 <8-7> 축력분포도 (γ :γ o )

106 제 8 장장대레일 장대레일의단 x=0 에서는신축량 yo 는 y o = 1 (EAβΔt) 2 = EA β 2 Δ t 2 2EAr o 2r o 가된다. 2 r=ky 와 r=ro 의탄소성저항의경우 도상종저항력을그림에근사한경우이며, 이는실제의저항곡선에근사한형 태이다. 이때의축력분포는그림 <8-8> 과같이되며장대레일단으로부터 x 의위치에서의신축량을 y 로하면 y= 1 EA (Pt-P(x))dx x y b e (- μx+μ p (X) ) x>x-b y= 1 2 (EA β 2 Δ t 2 +yb)- (βxδt- r o x 2 r o 2EA ) x x b 장대레일단부의신축량을구하는경우에는 x=0으로하여 y o = 1 2 (EA β 2 Δ t 2 ) + y r b o (1) 에서 r= ro 의근사치를이용한경우와의차이는 yb/2 즉,1~3mm 정도이 기때문에최대신축량을의논하는경우에는 r 을일정하다고가정해도거의 지장이없다. 그림 <8-8> 축력분포도 ( 합성 ) 나. 신축곡선앞의항에서언급한이론식은최대신축량을산출하기위한것이며, 실제로장대레일의신축은복잡한축력의영향을받아이와같이되지않는다. 50N 레일의장대레일을 20 로설정하여최고최저레일온도를각각 60 ~-2 0 로한경우의장대레일단부의신축곡선을그리면그림 <8-9> 와같이된다.

107 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 그림 <8-9> 장대레일단부의신축곡선그림 <8-9> 에서도상종저항력은 ro= 6kg f/cm 로가정하였다. 여기서이신축곡선은 A'B' 및 A"B" 와같은일일간의신축곡선이다.OA 의경로는설정후의초기온도변화시에나타나는것이고, 이후는 ACDB 의경로로수축하고, 다시 BEFA 로신장하는곡선을나타낸다. 이신축곡선은설정온도로돌아온경우에도잔류축적에의한지연으로인하여온도상승시에는수축이, 온도하강시에는신장이잔류하고있다는것을나타내며, 이때외관상의도상종저항력은 2배가된다 궤도의좌굴안정성가. 궤도의좌굴 1) 좌굴현상 단면적에비해서길이가긴장주에축방향의압축력이증가하여압축력이어느한도를넘어가게되면급격한휨이발생하여좌굴을일으키게된다. 다시말하면장대레일에온도가상승하여레일축압이증대하여허용한도를초과할경우급격히횡변형이생기는현상을말하며다음과같은특징이있다. -좌굴의길이가일정치않다. -좌굴하려는힘이도상저항력보다클때발생한다. -좌굴에따른축방향의신축현상으로축방향저항력이좌굴강도와관계가크다. 온도상승과궤도구조횡변위에대하여는그림 <8-10> 과같은관계를가

108 제 8 장장대레일 지고있으며초기의온도상승에따라미소한변위가발생하게되며임의한계점 A에도달하게되면 B점의대변위로발전하게된다. 이러한현상은좌굴전의축압력에의한에너지와횡변위에따라발생한평형상태를이루려고하는데서얻을수있으며이평형상태는 A를극대값으로하고,C 를극소값으로하는곡선으로나타낼수있다. 그림 <8-10> 온도상승량과궤도횡변위 궤도좌굴을억제하는요소는 -도상의종저항력 -도상의횡저항력 -궤도의강성으로볼수있으며그내용은다음과같다. 2) 도상종저항력장대레일구간의궤도구조는중량화된 PC 침목을사용하고이중탄성체결구를사용할경우체결구의체결력에따라달라질수있지만, 일반적으로침목과레일간의크리프저항은침목과도상과의이동저항보다크기때문에레일신축에대한궤도의저항력은일체화된도상과침목의이동저항력이지배하게된다. 일본에서의과거실험결과에의하면도상저항력과레일이동량의관계에서도상저항력 γ가일정하게되는점의레일이동량 ( 한계이동량 ) 은 3~5mm 이며, 이때의도상저항력 ( 일정치 ) 은도상의다짐, 침목부설경과년수등에따라다르게되지만신간선에서는 9~10kgf/cm/ 레일, 협궤선에서는 6kgf/cm/ 레일정도임이확인되었다. 지하철 3호선의경우레일의중량화등강화된궤도구조를고려할때도상종저항력은이값보다는다소상회할것이예상되지만본설계에서는안전적측면에서이실험값을사용하였으며, 교량상의자갈도상궤도에서는열차주행으로인한

109 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 구조물의미세진동등을고려하고슬래브궤도의경우돌기부분의저항력등을감안하여설계계산상도상종저항력을아래와같이적용한다. 교량구간의도상종저항력 :γ =8kgf/cm/ 레일도상종저항력을증가시켜서레일의축방향력을억제하는요소로서는체결구, 침목, 도상등인데레일과침목을강하게체결하여레일의이동을억제하는체결구의성능이요구되며, 침목은중량이크고, 도상자갈과의마찰력이큰침목을사용하며, 도상자갈은깬자갈을사용하는것이유리하다. 3) 도상횡저항력도상의횡저항력은좌굴안정성에중요한역할을한다. 횡저항력은침목1개의횡저항력을측정하여단위 m당레일연장으로환산하며, 침목의배치간격, 레일중량, 도상의다짐상태, 단면형상, 단위용적중량, 입도등에따라크게달라진다. 횡저항력과침목의횡변위량의관계는도상종저항력과레일이동량의관계와유사하지만침목의횡방향한계이동량은 2mm 정도로취급하고있다. 도상횡저항력은일본신간선의경우보통 8~10kgf/cm 이며다음식에의해나타낸다. r= P 2a r= 횡저항력 (kgf/m) P = 침목저항력 (kgf) a= 침목배치간격 (m) 콘크리트침목의도상횡저항력은목침목보다 2배정도이며, 궤도보수작업관계에있어서도상작업직후는작업전의 50~60% 가감소되며시간이경과됨에따라점차적으로원래저항력으로상승된다. 지하철 3호선의경우도상횡저항력을 800kgf/m/ 레일이상으로하면침목 1,600 개 /km 배치구간에서침목당횡저항력은 1,000kgf 이상이필요하게된다. 이도상횡저항력은침목횡저항측정기에의해궤도부설완료후나유지관리시확인된다. 그림 <8-11> 도상횡저항력

110 제 8 장장대레일 4) 궤도의강성궤도의강성은회전저항모멘트로정해지며궤도의견고성이라고할수있는데궤도의횡방향모멘트는실험에의하여얻을수있고레일이동방지효과가있는체결구를사용하고 60~65cm 의간격으로침목을부설한표준궤간의궤광에서의횡방향단면 2차모멘트는 2개의레일에대한횡방향단면2차모멘트의 2~3 배이다. 5) 좌굴의이론식 장대레일의좌굴안정에관한연구는비교적오래전부터많은이론식이제안되었지만그결과는갖가지이다. 좌굴현상등에있어서는명확하게설명하기어렵다. 과거에제안된이론식은탄성방정식에따른것과에너지법이있다. 그림 <8-12> 곡선상의좌굴파형 더욱저지저항력으로한도상저항력및궤도휨강성은소성저항력즉고정저 항으로본것과탄성저항력으로본것과그합성저항으로본것으로대별한다. 일본국철에있어서사용하고있는이론식은에너지법에따른것이있다. 또한 저지저항력으로한도상저항및궤도휨강성의어디도고정저항으로보지 않는다. 즉, 장대레일좌굴파형은위그림에표시한 4 가지의파형으로레일축력 에따라그변형을부여하는외력에너지와그파형이상의변화를저지하기 위한운동저지저항력에따른내력에너지와의합으로 가상일의원리 를적 용한것이다. Pt= P+ γ 2 r2 P + α r P 3 P{ (g- ξ P R ) 2 +K(g-ξ P R )2 P R } - γ r P Pt: 좌굴하기직전의레일축력 ( 궤도의좌굴강도 )(kgf) P : 좌굴후평형상태에있을때의축력 ( 평형축력 )(kgf)

111 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 γ : (n+1) 2 π EJ 2 n: 좌굴파형의수 E : 레일강의탄성계수 kgf/cm2 J: 궤도강성을고려한레일의수직축주위단면 2 차모멘트 (cm4) r: 도상종저항력 (kgf/cm2) g: 도상횡저항력 (kgf/cm) α : 8μ E 2 JA EJ K : ψ 2μ A : 레일단면적 (cm2) μ,ψ,ξ : 좌굴파형에따라정해지는상수 n=1일때 μ=8.8857,ψ= ,ξ=1 n=2일때 μ=7.9367,ψ=0,ξ=0 R : 궤도의곡선반경 (cm) 여기서좌굴강도 Pt 에는평형축력 P에관하여최소치가존재하여이것을최저좌굴강도 Ptmin 이라하며이 Ptmin 에따라실질적인궤도의좌굴강도가얻어지게된다. 그림 <8-13> 에서 r=2g 일경우의최저좌굴강도를표시한것이다. 그림 는 J 를레일의횡강성으로본경우의도상횡저항력별좌굴강도를나타내고그림 는 g = 4kgf/cm 로한궤도휨강도별좌굴강도를나타낸다. 여기에서 Nj 는레일휨강성을포함한궤도횡강성을레일횡강성의배수로표시한것이다. 궤도의좌굴강도 궤도의좌굴강도 ( 도상횡저항력별 ) ( 궤광휨강성별 ) 그림 <8-13> 궤도좌굴강도

112 제 8 장장대레일 레일파단시의영향레일에축인장력이작용하고있을때레일이파단하게되면, 장대레일이 2본으로분할하게되며, 레일단부는서로줄어들려고한다. 장대레일의중앙부에서파단한경우의개구량은장대레일단부수축량의 2배가되며, 열차주행의안전성을고려해서개구량이일정한한도내에머물도록설정온도등의검토를하여야한다. 축력분포에따른개구량을구하는방법은그림 <8-14> 로나타낼수있다. 파단개소로부터도상종저항력 r=ro 의경향으로새로운축력분포를그리고사선으로나타낸부분의면적을 EA 로나누면개구량을구할수있다. 그림 <8-14> 파단시개구량 8.3 장대레일의설계 설정온도검토및적용가. 개요 1) 장대레일설정온도는부설후장대레일거동에밀접한영향을주게되므로그범위는최고온도에서의레일좌굴강도와최저온도에서레일파단강도, 파단시의개구량에의해결정된다. 2) 일반적으로동절기낮의온도에서발생되는인장력에의한파단보다는하절기 ( 혹서기 ) 높은온도의압축력에의한좌굴 ( 장출 ) 안전성이문제가되고있다. 무도상의경우는부가축력에의한레일파단의안전성확보가요구되고있다 설정온도가. 레일축압력과레일의온도 1) 레일축압력 -앞에언급한바와같이레일은온도변화를받으면신축을방해하지않는한선팽창계수에비례하여신축하나장대레일에서는종방향도상저항력이신축을억제하므로중립대또는부동구간이라불리우는중간부분에서는신축하려는양만큼압축또는인장의축력이항상레일내부에작용하게된다.

113 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 -후크의법칙 (Hook'sLaw) 에의해일반적으로레일축압력은 p=e A β t 이므로여기서,E : 탄성계수 ( kgf/ m2 ) A : 레일단면적 ( cm2 ) β : 선팽창계수 ( ) t: 온도변화량 ( 장대레일온도-설정온도 : ) 이를레일종류별로눌려진물체의개념 ( t=48 적용 : 최저레일 ) ( 온도 -20 인경우 : 허용설정최고온도 28 일경우 ) 으로축압력을계산하면다음과같다. 표 <8-2> 눌려진물체개념으로의레일축압력레일종별질량단면적A E A B P(ton) 50kgN 60kg UIC60kg 레일온도 -레일온도는서로다르며실측결과그림과같이 20 이하에서는서로비슷하며 20 이상에서는레일온도가높아져본설계구간의가장높은대기온도 40 에서의레일온도는 60, 최저온도는 -20 로서그범위는약 80 이다. 이때의 25m 의정척레일의자유신축량은 23 mm이며, 레일과침목을강제로구속하여종도상저항력으로신축을억제하므로레일내부에는이에상당하는축압력이발생된다. - 레일의신축량과축압력은실제복합되어작용하며구속력이불충분한때에는구속력과동등할때까지온도변화에대하여신축을못하고구속력을초과하였을때에는순간적으로자유신축이돌발되어좌굴 ( 또는장출 ) 현상을일으키게된다. 표 <8-2> 대기온도대레일온도의규정치와측정치의비교 대기온도 레일 온도 ( ) 문헌 ( 장대레일보수관리 ) 에의한값 측정치의회귀식 (y=x 1.11 ) 에의한값 차이

114 제 8 장장대레일 2) 설정온도장대레일의설정온도는장대레일부설또는재설정시의레일온도를말하며, 이는장대레일부설후장대레일의신축에많은영향을미치게되므로최고온도에서의좌굴강도와최저온도에서레일파단시개구량에의하여검토하고있다. 참고로외국의경우장대레일설정온도범위는아래표와같다. 표 <8-6> 외국의장대레일설정온도국명독일 (DB) 블란서 (SNCF) 영국 (BR) 일본 (JR) 설정온도범위중위온도 +5 20~30 21~27 25~30 ( 최근에는 20~32 ) 위표에서각나라별로최고 최저레일온도의자료가없어정확한판단은곤란하나블란서의경우에는대기온도차가심하지않으며, 일본의경우에는최고레일온도 (60 ), 최저레일온도 (-10 ) 를적용한것으로보이며, 특히일본의경우최근에는장대레일설정온도범위를높여하절기장출에대한안전선을동절기레일파단시개구량보다중요시하고있는것으로판단된다. 따라서본설계구간설정온도범위는아래와같이적용하였다. 표 <8-7> 설정온도의범위구분중위온도설정온도 기준 최고, 최저레일온도중간치 중위온도 :+5 허용범위 : 설정온도 ±3 적 용 최고레일온도 :+60 최저레일온도 :-20 중위온도 :+20 설정온도 : +25±3 허용범위 :+22~ 최고레일온도 설정가능범위 설정온도중위온도 최저레일온도 그림 <8-16> 설정가능온도범위

115 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 개구량산정및안전성검토 가. 장대레일의신축영향범위및신축량 1) 장대레일에서부동구간이아닌신축이음매설치개소는그영향범위와신축량을 사전에검토하여신축이음매에서신축량을충분히처리할수있도록설계가이 루어져야한다. 장대레일의신축영향범위 l= E A β t γ 장대레일끝단의신축량 y o= E A (β t) 2 ar 위의이론식으로계산된장대레일의신축영향범위및신축량을계산한값이 아래표와같다. 표 <8-9> 이론식에의한개구량 최대온도부설구간도상형식 신축범위 ( 끝단에서m) 신축량 ( mm ) 비고 일반자갈 70 - r=10(kg/cm/ 레일 ) 38 교량 자갈 87 - r=8 슬래브 r=5 일반자갈 r=10 48 교량 자갈 r=8 슬래브 r=5 가온도차가심하지않은터널구간은제외 나 60 kg레일기준 나. 레일파단시개구량 1) 레일파단시개구량 (S) 은아래의간이식으로구할수가있다. S= E A β 2 t 2 r

116 제 8 장장대레일 표 <8-9> 이론식에의한개구량 온도차부설구간도상형식개구량비고 일반자갈 48 r=10 48 교량 자갈 60 r=8 슬래브 97 r=5 2) 여기에서최대레일온도차 48 에서 60kg 레일의개구량을부설구간및도상형식에따라계산한값으로서교량상에서슬래브궤도를부설할경우순수한레일축력에의한파단시개구량은 27 mm가되며별도의구조물신축에의한부가축력이검토되어야한다. 3) 본설계에서는레일의개구량한도를 100 mm로하였다. 이는당산철교에서적용된신축량 300 mm신축이음매적용을고려한것이다. 다. 축력의계산온도변화영향에의한레일의좌굴및파단은레일파단시개구량, 좌굴강도, 교량의빔, 교대및교각의강도에따라검토되어져야한다. 본설계에서는토목설계를고려하여궤도측면에서장대레일의부설에따른안전성을판단하고좌굴강도및한도개구량을감안하여한계축력을계산신축이음매의위치를결정하였다. 1) 좌굴강도레일의종별과도상어깨폭, 다짐상태에따른도상의종 횡저항력에따라좌우되며, 일본의경우 r=2g 의경우도상횡저항력이 8~10kgf/cm/ 궤도일때좌굴강도는 120~135tf 으로제시되고있다. 2) 한도개구량에의한한계축력한도개구량을 100 mm보다축소된 71 mm로할경우계산된한계축력은아래의표와같다. 표 <8-10> 한계축력 온도차부설구간도상형식파단시개구량신축이음시신축량최대축력 48 일반자갈 60mm 105tf ±250mm 교량슬래브 97mm 105tf

117 , M F M F M F M F M F M F M M F MM F M MM MF MF MF MF MF MF MF MF MF MM F 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 3) 축력의제한위결과를보면좌굴강도는레일파단에의한한계축력값보다상회함을알수가있다. 본설계구간의한계축력은최저값인 105tf 으로결정하였다. 4) 안전성검토지금까지검토된바에의하면일반장대레일구간의경우최대축력은좌굴강도및한계축력의최저값인 105tf 이하의값으로전구간장대레일궤도화가가능하다. 다만, 교량의경우빔의부가축력이예상되나이는레일과빔의합성축력을 105tf 으로제한하고, 이값을초과하는개소에대해서는신축이음매를설치함으로써열차운행의안전성을확보할수있도록설계하였다. 5) 교량상의장대레일교상장대레일설계는지금까지검토된이론에따라 장대레일축력계산프로그램 을이용하게되며이후에검토결과를수록하였다. 8.4 동호철교의장대레일축력계산 교량구조및지점배치 모델링

118 제 8 장장대레일 궤도, 교량, 도상물성치 하중, 변위, 특수요소

119 상선 하선 교량종점 신축이음 신축이음 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 당초신축이음매부설현황가. 규격 :50 kg N l=7.26m 편측텅레일나. 부설위치 < 시점부 > 설계시점 교량시점 상선 신축이음시점 (24km ) 신축이음종점 (24km ) 신축이음시점 (24km ) 신축이음종점 (24km ) 하선 설계시점 신축이음시점 (24km ) 신축이음종점 (24km ) 신축이음시점 (24km ) 신축이음종점 (24km ) 교량시점 < 종점부 > 교량종점 설계종점 신축이음시점 (24km ) 신축이음종점 (24km ) 신축이음시점 (25km ) 신축이음종점 (25km ) 신축이음시점 (24km ) 신축이음종점 (24km ) 신축이음시점 (25km ) 신축이음종점 (25km ) 설계종점 < 트러스 > 교량시점 교량시점 24km km km km 교량종점 교량종점 판정기준 구 분 세 부 내 용 비 고 축 력 105 톤 > 해석결과 한계축력 변 위 100 mm > 해석결과 파단시 기 타 과대축력발생개소에신축이음매설치

120 제 8 장장대레일 해석결과가. 하로판형 ( 시점부 ) 신축이음매미설치시구분변위축력 개요도 판정 60 mm < 100 mm,o.k 85t< 105t,O.K 신축이음매설치시 ( 기설치위치 ) 구분변위축력 개요도 판정 25 mm < 100 mm,o.k 22t< 105t,O.K

121 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 나. 하로판형 ( 종점부 ) 신축이음매미설치시 구분변위축력 개요도 판정 90 mm < 100 mm,o.k 90t< 105t,O.K 신축이음매설치시 ( 기설치위치 ) 구분변위축력 개요도 판정 65 mm < 100 mm,o.k 30t< 105t,O.K

122 제 8 장장대레일 다. 트러스부 신축이음매미설치시 구분변위축력 개요도 판정 160 mm > 100 mm,n.g 120t> 100t,N.G 신축이음매설치시 ( 기설치위치 ) 구분변위축력 개요도 판정 40 mm < 100 mm,o.k 70t< 100t,O.K

123 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 검토결과본지하철 3호선동호철교구간의교량상장대레일축력은시점부와종점부의하로판형구간은레일미파단시에도한계축력과개구량범위이내에있어안전하나트러스부는과대축력이발생하였다. 따라서기설치된신축위치를존속하여신축이음매의개구량한도이내에있도록하였다 신축이음장치 축력계산결과레일의신축량에따라아래와같이 stroke±250m 의신축이음장 치를사용하는것으로설계에반영하였다.

124 제 8 장장대레일 A3 신축이음장치도면 1 매

125 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 제 9 장시 공 9.1 개요운행선에서기존자갈도상을모두철거하고콘크리트타설한후일정기간가받침을설치하여열차를통과시키게되므로열차안전운행을위하여많은고려를하여야된다. 따라서시공전반에대한공정별유의사항을기술하여발생우려요소들을사전에제거하는것이필요하게된다. 9.2 기본방향 장비의구성 장비명 소요대수자갈철거콘크리트타설 모타카 1대 1대 믹서트레일러 1대 적재트레일러 1대 1대 기 타 1식 1식 비 고 장비의운영 조작및정비 : 조작경험과기능을갖춘작업자를선정하여전단배치 고장시최단시간내정비를원칙으로하되예비장비배치 장비의세척 : 작업현장복귀즉시세척하고콘크리트잔재는일정량씩모아폐기 믹서트레일러는현장트입전가능시험실행 가받침가설재는현장투입전 후정밀점검시행 작업단의구성 전문성이확보된숙련된기능공투입 각공정에따른적정인원투입 공사시행 ( 콘크리트타설, 가받침시행후 ) 열차운행감시요원의현장상주시행

126 제 9 장시 공 9.3 시공순서 준비작업 재료수급 재료운반 장대레일기지용접 도상철거 침목교환 궤도가받침 궤도정정 방수수평버팀재설치 거푸집 콘크리트타설 (1 차 ) 콘크리트타설 (2 차 ) 장대레일운반및교환 레일단차조정 뒷정리

127 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 9.4 주요공정별시공개요및시방 구분내용세부내용비고 시공시 준수사항 도상자갈 설치 도상자갈철거전당초의궤도높이와중심을측벽에표기하여가받침시기준점으로활용 도상자갈철거후바닥콘크리트물청소시행 ( 브러쉬사용 ) 발생자갈은당일기지내로반출 가받침 설치 건축한계, 벽및기둥과의높이, 거리를정확히하여선형이변형되지않도록설치 열차운전에지장이없도록견고하게설치 가받침쟉키, 수평버팀재, 게이지타이롯트, 게이지스트랏트등을사용하여궤도의면, 고저, 방향, 궤간등궤도상태검측기록유지 궤도가받침설치기간열차운행시개소별시공원 1 명현장상주하여이상유무를확인및점검보수 야간작업종료후처음 2~3 개열차통과시공사구간확인후철수 콘크리트도상용 R.C 침목설치 침목교환시 50 kg조정용브럭 ( 사급자재 ) 를임시설치하여도상콘크리트를타설하고 60 kg레일로교환시조정블럭제거 레일크립설치시나사스파이크는파워렌치를사용하여적절하게조임 콘크리트타설전부속품을정위치에맞도록결합하여이완되지않도록 R.C 침목에결속 거푸집 설치 콘크리트타설시밀리지않도록견고하게설치하고도상폭이축소, 확대되지않도록정확한위치에설치 궤도선형에따라일직선또는곡선으로수직방향이되도록설치 콘크리트도상용 R.C 침목구간의가받침쟉기부 (1/2) 에는철재거푸집을설치하여콘크리트타설후쟉키를철거하고메움콘크리트타설

128 제 9 장시 공 구분내용세부내용비고 콘크리트 타설준비 전반적인궤도상태검측, 정정하여기록유지 체결구, 가받침쟉키및버팀재에콘크리트가묻지 않도록헝겊또는비닐로보호조치 콘크리트 타설 콘크리트타설전바닥의오물, 분진등을물씻기로완전히제거 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 물등을기지내에서정확히계량하여현장에서혼합하여타설 콘크리트타설시궤도의변형이없도록주의하여시행 콘크리트타설후레일패드및고무크립을제거하고가받침쟉키를이용궤광을약 5mm 정도들어올려콘크리트양생시열차하중을안받도록설치 ( 양생후원위치 ) 콘크리트타설후양생시수분증발을방지하기위하여양생포를덮고수시로물뿌리기시행 안전관리 및기타 작업시행개소전후에경광등을설치하여단전후에운행되는모타카등에주의 작업착수전일일동원인원계획을제출하고매일안전교육을실시하여안전사고예방철저 ( 작업원안전장구착용 ) 매일공사완료후주변정리, 정돈을철저히하여깨끗한환경유지 장비및자재를적치시주간점검자가열차대피용이토록일정간격으로공간확보 주간단위로주간공종계획서를제출하여공사감독자와협의후공사추진 도상개량 도상자갈 및침목 철거 도상자갈을철거하여마대에담아당일모타카로기지내로반출 중심배수로의배수로뚜껑을철거하여기지로반출하고배수로준설시행 도상자갈철거와병행하여기존침목을철거하여기지내로반출 도상자갈철거후바닥콘크리트청소 ( 브러쉬사용 )

129 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 구분내용세부내용비고 콘크리트도상용 R.C 침목배열가받침설치 R.C 침목설치거푸집설치콘크리트타설전도상콘크리트타설가받침및거푸집철거쟉키부메움콘크리트및뒷정리작업 전일현장인근에운반적치된침목을목도로운반정위치배열 R.C 침목사이마다가받침쟉키설치 ( 콘크리트타설전철거되는쟉키받침은목재, 콘크리트타설시잔존하는쟉키받침은콘크리트수대로설치 ) 수평버팀재, 게이스트랏트, 타이롯트설치 ( 타설전철거되는쟉키부에는게이지타이롯트설치 ) R.C 침목을들어올려레일에체결 (50 kg용조정용블록설치 ) 체결구체결 궤도정정시행 도상외부는판재거푸집을설치하고가받침쟉키부는별도제작된철재거푸집설치 궤도중앙배수로부거푸집설치 R.C 침목 2정건너마다가받침쟉키철거 ( 게이지타이롯트부쟉키 ) 바닥콘크리트물청소 전반적인궤도정정시행 ( 궤간, 면, 고저, 방향, 건축한계확인 ) 차량기지에서계량하여운반된골재와시멘트를배합하여믹서기 ( 트레일러 ) 로혼합타설 (1 일 3회반복시행, 콘크라트양생시간을고려 03:20 까지타설종료 ) 콘크리트면정리 레일체결구해체 (04:40 이후시행 ) 콘크리트타설후양생시간을감안하여가받침쟉키및거푸집철거 레일저부에조정용블록을삽입하거 R.C 침목에레일체결 궤도중앙배수거푸집철거 가받침쟉키철거부분에콘크리트를메움 뒷정리

130 제 9 장시 공 9.5 공정계획

131 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 9.6 레일단차해소방안 검토배경본과업구간에기부설되어있는레일은 50kg 으로과업지시상의 60kg 레일과접속부에서단차 (21mm) 가발생되므로열차안전운행에지장이없도록레일간단차를해소하는방안이요구된다 레일단차해소방안가. 과업구간임시 50kg 레일적용 ( 제1안 ) 1) 과업구간의레일을임시체결구를사용하여 50kg 레일로부설하고향후교량부무도상구간의레일중량화시 60kg 으로교환. 2) 레일규격적용 콘크리트도상 :50kg( 장래 60kg) 무도상구간 :50kg( 장래 60kg) 나. 무도상과과업구간레일을 60kg 으로적용 ( 제2안 ) 1) 무도상구간의레일을 60kg 으로과업구간과공사시동시에교환하여모두 60kg 레일로변경 2) 레일규격적용 콘크리트도상 :60kg 무도상구간 :60kg 다. 접속구간전후에서구배를조정 ( 제3안 ) 1) 과업구간시 종점부에서레일단차구배조정시행 2) 레일규격적용 콘크리트도상 :60kg 무도상구간 :50kg 라. 무도상과동일한레일적용 ( 제4안 ) 1) 과업구간의 60kg 레일을기존레일과동일한 50kg 으로변경하여부설 2) 레일규격적용 콘크리트도상 :50kg 무도상구간 :50kg

132 제 9 장시 공 마. 방안별비교 구분제 1 안제 2 안제 3 안제 4 안 레일 콘크리트 :50kg ( 장래 60kg) 콘크리트 :60kg 무도상 :60kg 콘크리트 :60kg 무도상 :50kg 콘크리트 :50kg 무도상 :50kg 적용 무도상 :50kg 교량상베이스플 ( 장래 60kg) 레이트교체 장점 향후 60kg 으로 중량화가능 열차안전운행에 최 적 레일 중량화로 궤 도강도향상 단면2차모멘트증 경제적임 레일단차미발생 대로구조안전성증 대 단점 임시체결구추가 에따른공사비용 다소추가 교량상베이스플레이트교체에따른비용증가 매작업시마다단차조정시행 전차선높이조정매일시행필요 운행선상불균형 향후중량화불 가능 구배발생으로안 전운행저해우려 채택 1 단계 ( 임시 ) 2 단계 ( 영구 ) 검토결과열차안전운행을최우선고려하여레일중량화에따른보수주기연장과궤도강도향상을위하여과업구간의콘크리트도상, 무도상교량부및옥수역의접속부일부는 60kg 으로동일하게시공하는것이타당할것으로판단되나, 이경우일시에교량부레일을교체하여야하므로콘크리트도상구간과트러스교량은중량화계획 (50 kg 60 kg ) 을감안하여 60kg 체결구조를적용하고 50kg 레일용임시체결 (Shim 사용 ) 후 2단계로본과업구간과트러스부구간모두를일시에 60kg 중량화시행하는것으로계획하였다.

133 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 9.7 장대레일부설방안 개요본과업구간은기존궤도구조가장대레일로부설되어있어운행선상에서콘크리트로개량하면서열차를통과시켜야하므로레일교환 (50 kg 60 kg ) 과레일용접을콘크리트도상부설과동시에수행할수없다. 따라서궤도부내공정과이에따른장대레일의세부시공방안을다음과같이계획하였다 장대레일부설장대레일장척화 기존장대레일을 40m 단위로절단 레일이음매채움시행 장척화도상자갈철거 기존도상자갈철거 바라스트매트철거배수및방수 배수시설일부철거및보완 배수콘크리트표면방수 ( 침투방수 ) 시행콘크리트도상부설 기존 PLT 철거및 R.C 부설 Shim 설치및 50 kg레일임시체결 콘크리트도상부설레일용접 (50kg) 레일장대화현장용접 ( 기존 50kg 장척화분재용접 ) 테르밋트용접시공레일교환 하로판및트러스구간레일교환 (50 kg 60 kg ) 레일용접 (60kg) 레일장대화현장용접 (60kg 레일 ) 테르및트용접시공

134 제 9 장시 공 A3 도면 ( 콘크리트도상궤도부설공정도 )

135 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 A3 도면 ( 콘크리트도상궤도부설공정도 )

136 제 9 장시 공 A3 도면 ( 콘크리트도상궤도부설공정도 )

137 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 A3 도면 ( 콘크리트도상궤도부설공정도 )

138 제 9 장시 공 A3 도면 ( 콘크리트도상궤도부설공정도 )

139 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 A3 도면 ( 콘크리트도상궤도부설공정도 )

140 제 9 장시 공 A3 신축이음매시공순서도 1 매

141 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 9.8 레일용접공법 용접방법검토 종류공법개요 압 접 후레쉬밧트용접 개요전기저항용접의일종으로접합할두레일을서로맞대어큰전류를통전시킴으로서후레쉬를발생시켜부재를가열하고, 단면이용융한시점에서강한압력을가해접합하는방법으로유럽에보편화되어있으며, 시공관리의우수성으로철도청및고속철도에서표준으로사용하는방법이다. 용접과정 1 예비 Flash 2 예열 3 Flashing 4 Upset 5 Trimming 6 연삭 특징 1 다른용접부에비해열영향부가좁다. 2 열영향부의경도가높다. 3 용접시간이타용접에비해비교적빠르다.(3~5 분 ) 4 전공정이비교적자동화되어있어용접품질의신뢰가높다. 법 가스압접 개요가스 ( 산소, 아세치렌 ) 불로접합할레일의양단면을약 1,200 로가열하여압접하는방법으로일본과우리나라에서 1차용접으로사용되어왔으나최근에는잘사용하지않는경향이있다. 용접과정 1 레일에압접기설치 2 가압력설정 3 가열및압접 4 Trimming 5 열간교정 6 연삭 특징 1 용접시간이빠른편이다.(5~8 분 ) 2 후레쉬밧트용접과같은정도의신뢰성이있다.

142 제 9 장시 공 종류공법개요 용 융 법 테르밋트용접 엔크로즈드아크 용접 개요산화철과알루미늄분말과의혼합에의한테르밋트반응에따라 2,000 정도의발열에의해용융한용강을접합할레일사이에주입하여용접하는방법 용접과정 1 접합부재간적당한간격을유지하고, 2 그주위를몰드로감싸고, 3 몰드내모재를예열, 4 도가니내의테르밋트용제에점화 5 테르밋트반응으로생성된용강을도가니로부터주입 6 몰드및도가니제거 7 Trimming 8 연삭 특징 1 전원및가압장치가필요없다. 2 기동성이좋다. 3 사용기구가간단하다. 4 용접부가주물이어서용접결함이생기지않는다. 5 레일바닥의여성이응력집중의원인이되어강도적으로는다른용접법보다약하다. 개요피복용접봉과레일을전극으로하여그사이에서발생한전기아크열로용접봉을용융시켜모재의일부와함께용접금속을형성하여용접하는방법 용접과정 1 레일정렬및사금과동판설치 2 예열 3 용접 ( 저부 복부 두부 ) 4 사금절단 5 후열처리 6 연삭 특징 1 작업시간이비교적길다.(150~180 분 ) 2 전원설비가비교적대형이다. 3 용접강도가비교적높지만용접공의기량에따라품질신뢰도가좌우된다.

143 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 국내용접공법 공법철도청고속철도서울 (5 호선 ) 부산 (2 호선 ) 대구 (1 호선 ) 인천 (1 호선 ) 후레쉬밧트장척화용접 (1 차용접 ) 가스압접 후레쉬밧트용접 ( 오송기지 ) 가스압접또는 후레쉬밧트용접 가스압접또는후레쉬밧트용접 가스압접또는후레쉬밧트용접 가스압접또는후레쉬밧트용접 후레쉬밧장대화트용접 (2 차용접 ) 테르밋트용접 테르밋트용접 테르밋트용접 테르밋트용접 테르밋트용접 테르밋트용접 용접장비 후레쉬밧트 테르밋트용접 용접공법의적용 후레쉬밧트용접과개스압접은 1차용접으로시행. 2차용접에는최근개발된이동식가스압접기에의한가스압접이나후레쉬밧트용접을선택하여사용하는것을원칙으로하되부득이한경우에한해테르밋트용접을허용하여전반적으로레일용접강도를향상시키는것이적절.

144 제 9 장시 공 9.9 철거자재유용성검토 개요기존자갈도상의자재는콘크리트도상으로개량한경우유용한품목이없다. 따라서이들자재의처리방안은다음과같이제시한다. 본수량은실제철거시발생되는수량으로정산하여처리한다 발생자재처리방안 자재명발생수량발생세부내용 50m 규격의장척레일발생 레일 m 3200 을종 차량기지에모두적치 차량기지또는유치선에활용 장기간사용으로세립화진행 깬자갈m 병종 차량기지 / 유치선은자갈부족개소없음 폐기물로처분시행 침목개 2720 을종 50 kg PCT 발생 차량기지또는교체대상보수용으로활용 장기간사용으로피로도누적 체결구조 5440 병종 Pandrol 크립, 패드및인슈레더등발생품 폐기 바라스트 매트 m 병종 장기간사용으로압축줄음율이클것으로예 상 시험후재사용여부판단하여분리적치

145 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 제 10 장교량방수 10.1 현황본동호철교하로판형구간은두께 10cm 의시멘트 Mortar 로하부 plate 상에배수및방수층을형성하도록시공하였으며현장을조사한결과대형균열은없었으며미세한균열을있을것으로판단된다. 야간에만조사가가능하여균열폭은측정하지못하였다. 하지만도상콘크리트타설전표면에방수층시공필연적이므로이에대하여검토한다 배수계통도 4,850 4, ,850 4,850 LC of 궤도 2,000 LC of 교량 2,000 CL of 궤도 1,520 1,456 1,088 1,456 1,520 1% 1% 1% 1% % 1% 1% 1% 반원형 φ165 배수로 4,400 4,400 8,800

146 제 10 장교량방수 10.3 교면방수공법의선정 개요철도교에서는교량상부교면콘크리트에방수를시행하여강구조가부식되지않도록하고있다. 방수공법으로는방수시행방법에따라크게침투식방수공법, 도막식방수공법그리고균열방지철근처럼콘크리트구체에직접방수재를혼합하여시공하는공법으로구분할수있다. 여기서는이들공법에적용되는여러자재및시공법을비교하여본동호철교공사구간에적합한방안을선택코저한다 침투식방수공법 구분세부내용비고 공법개요 모체콘크리트에방수재를도포하여모세관속에깊숙히 침투되어물이용해되지않는결정체를형성시키는공법 장 점 습윤상태에서시공이가능하다. 콘크리트모체에침투되어강도를증가시켜주면서콘크리트자체가방수층을형성할수있다. 방수층이분리될우려가없다. 공사비용이다소저렴하다. 단 점 팽창이심한부위에는 Expansion Joint 처리를해야한다.( 예를들면지상노출부위 ) 동절기 (0 이하 ) 작업이불가능함. 완전한내구성확보가곤란하다. 물에장기간침수시방수성이불량하다. 주기적이고반복적인보수관리가필요하다. 기타사항 국내시공사례가많이있으나콘크리트의표면보호재로 서적합하다. 동호철교 적용성 침투효과에대한확인이곤란. 본구간이교량상이므로물에장기간노출되는여름철에 는취약할것이예상되므로적용곤란.

147 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 도막식방수공법 구분아스팔트방수에폭시방수고성장유기화학방수 공법개요 아스팔트와루핑을번갈아겹덮는방법으로시공 Primer 기초도장에에폭시 2회도장마감 콘크리트 표면에 습윤 상태에서 도포하여 마 감 장 점 방수층도막이비교적두꺼워안정성이있다. 장기간사용된공법으로신뢰성이있다. 유성이므로동절기작업이가능하다. 건조된면에시공시방수및적착성능이우수함. 식수오염방지에비교적좋다. 경험있는숙련공의확보가용이하다. 방수및방식 ( 내약품성 ) 에효과적임. KS 제품으로품질관리가용이함. 당산철교등지하철에시공한경험이있다. 진동구조물에안전성보유 균열폭최대 0.2mm 까지는확장시크리스롤이배양되어자체적으로보수하므로방수효력이지속된다. 콘크리트의시멘트와동일한기능이므로강도가다소향상된다. 습윤시 ( 콘크리트타설시 ) 시공이가장효과적이므로콘크리트도상타설과병행시공이가능하다. 단 점 Roofing 이음부위가누수될가능성이높다. 하자발생시보수가거의불가능하다. 시공면이완전히건조되어야한다. 열공법이므로좁은공간및밀폐된장소에서시공이불가능하다. 보호층이별도로필요하다. 24 시간이상의양생기간이필요하며 습윤면에에폭시도장을할경우도막의분리발생이우려된다. 인화성물질이므로밀폐된공간에서는작업이불가능하다. 팽창이심한부위는 Expansion Joint 를처리해야한다. 동절기작업이불가능하다. 양방향성장형이므로균열부표면이다소거칠수있다. 콘크리트속수질에따라일부변색우려가있다. 기타사항 동호철교 적용성 건축물의옥상방수에적합하다. 보호층이별도로필요하므로적용불가 PH 가높은구조에적합하며도막분리를방지하기위한침투방수와 TAR 가추가된다. 동호철교에적용가능 진동이있는교량에특히효과가있다. 동호철교에적용가능

148 제 10 장교량방수 구체방수공법 구 분 세부내용 비 고 고분자합성조성물인구체분말방수재를콘크리트칠공법개요때혼합하여콘크리트구조물자체를방수화하는공법 품질관리가용이하고시공이간편하다. 방수성과내구성이모체와동일하다. 균열발생시발견과보수가용이하다. 장 점 내약품성, 내식성, 동결융해저항성이우수하다. 백화, 결로현상이없으며수화열에의한초기균열발생이적다. 최근에건교부의신기술로지정됨. 단 점 혼합과시공에방수측면의품질관리가요구됨. 기타사항 습윤상태, 협소한작업공간에적합한공법. 동호철교적용성 본공법은균열이완전하게진행된상태에선, 방수보수가어려우므로동호철교에적용은곤란하다 방수공법의선정상기검토결과에따라본동호철교에가장적합한방수공법으로도막방수공법중균열부의자가보수가가능하고이미당산철교에시공되어문제가없는고성장유기화학방수공법을선정하였다 폴리우레탄방수공법순서 콘크리트표면연마 고압살수세척 크리스톨도포 (T 1 ) ( 콘크리트타설병행방수시불필요 ) 1 차양생 크리스톨도포 (T 2 ) 양생용부직포설치 ( 콘크리트타설병행시불필요 ) 2 차양생 (24 시간이상 ) 쟉키철거 크리스톨도포 (T1) 콘크리트타설 크리스톨도포 (T1) 크리스톨도포 (T2) 양생 (24 시간이상 )

149 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 도상콘크리트부방수 도막방수 (T1+T2) 시공조인트방수 (T1) 도막방수 (T1+T2) 횡배수로 시공조인트방수 (T1) 하로판형신축부방수 신축이음부덮개 200 앵글 L-50x50x10

150 제 11 장품질관리방안 제 11 장품질관리방안 11.1 콘크리트도상품질관리 조건 소요의 Workability 및공기량, 소정의온도, 단위용적중량을유지할것, 운반, 타설작업및표면마무리의각단계에있어서작업이용이할것. 시공시및그전후에재료분리와품질의변화가적을것. 작업이종료되기까지는시공연도를유지하며, 그후는정상적인속도로응력, 경화할것. 거푸집에다져넣은후에도침하균열과초기균열이발생하지않을것 품질변화요인 공기량의감소 슬럼프의감소 유동성의감소등으로콘크리트워커빌리티가나빠져 ColdJoint 의발생, 표면곰보발생,Finish 불량이된다 품질관리시험 공기량의감소 슬럼프의감소 유등성의감소등으로콘크리트워커빌리티가나빠져 ColdJoint 의발생, 표면곰보발생,Finish 불량이된다 도상콘크리트품질관리방안 품질관리시험 레미콘의품질관리는 KSF 4009 의 4 항품질및 8 항의시험방법에의해시행한 다. 레미콘의품질관리시험은 150m3 를 1Lot 로하며 1Lot 당 - 압축강도시험용공시체 3 조 (9 개 ) - 슬럼프시험 1 회 - 공기량시험 1 회 - 염화물시험 1 회를감리자입회하에시행한다. 시험항목기준허용치판정시기관련규격시험방법 압축강도 300kg/cm 2 ( 주 ) 28 일후 K.S.F4009 KSF 2405 슬럼프 8cm ±2.5cm 즉시 K.S.F4009 KSF 2402 공기량 4% ±1% 즉시 K.S.F4009 KSF 2421 염화물 0.3kg/m 3 협의후 0.6kg/m 3 즉시 K.S.F4009 염분함유량측정기

151 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 도상콘크리트타설 시 작 시공회사 궤도검측및궤도정정 검측요청서발생 ( 검측기록지첨부 ) ( 감독관, 감리단, 시공회사 ) 유관분야검측및확인요청 감독 ( 감리단 ) 현장출장표본검사 ( 검측기록지확보 ) 검측결과검토보고 감독관 감독승인 NO( 시정지시서 ) YES 시공회사 콘크리트타설 궤도검측및결과보고 ( 검측기록지첨부 ) 감독 ( 감리단 ) 현장출장표본검사 ( 검측기록지확인 ) 검사결과보고 ( 검사성적서 ) 감독관 검사성적서접수확인

152 제 11 장품질관리방안 양생규정일람표 시방서구조물구분 건축 학회 JASS 5 일반 계절구분 보통 한중 서중 보통 해로운작용양생방법양생기간및양생온도 건조, 직사광선, 한기, 충격 24 시간이내에걸어감 동해 급격한건조 저온, 건조, 급격한온도변화, 진동, 충격, 하중 살수통에의해습윤상태로한다. 보온양생또는양생 습윤상태로유지 시 - 트등으로덮는다 타설시의콘크리트온도는 35 5 일간콘크리트온도를 2 이상으로한다. 단조강시멘트의경우는 3 일간 초기양생은압축강도가 50kg/cm 2 에달할때까지 그후의양생은소요강도가얻어진것을확인할때까지 적어도 5일간 노출면을물에 ( 조강시멘트의경우는척신거적, 마대, 3일간 ) 모래등으로덮는다. 또는살수한다. 건조될염려가있을때는거푸집에살수 토목학회 RC 시방서 철근및무근 한중 동결 건조및국부적가열 양생종료시의급냉 바람을막는다. 승인된방법으로동결을막는다. 콘크리트의타설온도를 10~20 로한다. 소요의강도에달하기까지의날짜로서승인을얻은날짜 콘크리트온도를 10 정도로한다. 심한기상작용을받는콘크리트에서는 50kg/cm 2 이상이되기까지기간,10 정도, 그리고그후 2 일간 0 이상 서중 표면의건조 표면을습윤상태로유지한다. 타설직후에양생한다. 타설온도를 35 이하로한다. 타설후 24 시간습윤상태를유지한다. 그후는습윤양생이나

153 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 11.2 궤도부설공사품질관리 착 공 궤도부설단계 품질관리단계 레일반입 취급부주의에따른레일변형검사 1. 작업방법적정여부검사 2. 레일적재상태검사 레일용접 ( 장대화 ) 레일용접검사 1. 용접공승인을위한시편제작 2. 레일용접기에의한레일장대화 (25m 레일 ) 1. 용접공승인용시편검사및시험의뢰 2. 용접검사 ( 외관검사, 치수검사, 침투액 검사, 초음파검사 ) 장대레일운반배열 레일변형검사 1. 부설위치에최근접배열 2. 장대레일운반트로리 1. 점결결과유무확인 2. 취급부주의에다른레일손상여부검사 침목반입및운반배열 침목변형검사 1. 모터카및운반트레일러이용 2. 침목배열 ( 부설위치에최근접배열 ) 1. 침목발송일확인 (28 일건조여부 ) 2. 침목외관상태검사 3. 크레인및지게차사용방법적정여부 검사 4. 침목적재상태검사 ( 받침목사용여부 ) 5. 취급부주의에다른침목변형상태검사 6. 침목배열방향검사 궤광조립 궤광조립상태검사 1. 침목간격및직각조정 ( 용접개소감안 ) 2. 장대화용접을위한유간확보 ( 레일절단또는유간정정 ) 3. 각종체결장치류체결 1. 침목간격틀림 ( ± 30mm), 직각틀림 ( ± 20mm) 2. 체결구체결상태검사 3. 용접부침목간섭여부검사 4. 용접개소유간검사

154 제 11 장품질관리방안 항목허용오차 (mm) 측정기구 궤간 직, 곡선 절대값 ± 2 변화량 1/m 궤간게이지 수평 직, 곡선 절대값 ± 2 변화량 0.5/m 수평기 면 직, 곡선 절대값 ± 7 변화량 0.2/m 레 벨 방향 직, 곡선 절대값 ± 4 직선 변화량 0.2/m 데오도라이트 곡선 10m 현종거 ± 1 10m 실 청소및침목덮개설치 콘크리트타설준비상태검사 1. 물청소 2. 콘크리트부착방지용침목덮개설치 1. 청소상태검사 2. 침목덮개설치상태검사 도상콘크리트타설 콘크리트품질시험 1. 궤도조정 ( 궤도안정성유지 ) 2. 콘크리트압송관설치 ( 필요시 ) 3. 진동다짐 ( 다짐기 3 대 ) 및면다짐 4. 압축강도공시체제작 - 제작수량 : 7 일강도시험용 3 개, 28 일강도시험용 3 개 - 시료채취장소 : 콘크리트타설현장 의펌프출구 - 시료채취시기 : 타설초기 2 개, 5. 슬럼프시험 타설중간 2 개, 타설말기 2 개 - 시험대상 : 매콘크리트믹서트레 일러마다 - 시험시기 : 트레일러믹서후콘크 리트치기전 - 표준슬럼프값 : 10~12cm 1. 궤도안정성검사 2. 슬럼프시험입회확인 3. 압축강도시험입회확인 4. 도상상면높이및표면경사검사 최종정리및궤도검측 최종궤도검측및종합검사 1. 조정장치및거푸집철거 2. 배수구청소 3. 선로제표설치 4. 궤도검측 ( 궤도부설허용목표치 ) 1. 청소상태검사 2. 궤도검측에의한궤도부설허용 오차검사

155 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 최종정리및궤도검측 최종궤도검측및종합검사 1. 조정장치및거푸집철거 2. 배수구청소 3. 선로제표설치 4. 궤도검측 ( 궤도부설허용목표치 ) 1. 청소상태검사 2. 궤도검측에의한궤도부설허용 오차검사 항목허용오차 (mm) 측정기구 궤간 직, 곡선 절대값 ± 2 변화량 1/m 궤간게이지 수평 직, 곡선 절대값 ± 2 변화량 0.5/m 수평기 면 직, 곡선 절대값 ± 7 변화량 0.3/m 레 벨 방향 직, 곡선절대값 ± 4 직선변화량 0.3/m 데오도라이트 곡선 10m 현종거 ± 2 10m 실 수평변화량 0.5mm/m 는 5m Base 에대한평면성틀림 2.5mm 임. 준 공

156 제 12 장유지관리및기타 제 12 장유지관리및기타 12.1 기본방향 궤도부설시공단계에서엄격한품질관리를적용 선로보수작업의기계화 자동계측에의한선로검사의정기적시행 선로구조의생력화 노반구조강화 교량구조강화 레일장대화용접개선 선로보수의거점화 선로보수의도급화시행확대 선로관리전산화에따른동적유지보수체계확립 12.2 궤도보수기준 개요 선로는열차의반복하중을받으면궤도각부가변위, 변형하게된다. 궤도틀림은레일의버릇과국부마모를발생시킬뿐만아니라재료의수명을단축시키기도하며, 경우에따라서는궤도파괴를촉진시키게된다. 궤도틀림의정비상태를정확하게파악관리하고불량한개소에관해서는그원인을파악하여적절히보수되도록하여야한다 궤도틀림가. 궤도틀림종류및이론 궤간틀림 : 궤간틀림이란좌 우양레일간의간격틀림 수평 ( 수준 ) 틀림 : 수평틀림이란수준틀림이라고도하며, 좌우양레일의높이의차 고저틀림 : 고저틀림은레일답면의길이방향요철이다. 방향틀림 : 방향틀림은레일측면의길이방향요철을말하며, 일반적으로정적측정의경우 10m 의실을레일측면에당겨그중앙부에있어서실과레일의수평거리에따라나타내고있다. 평면성틀림 : 평면상틀림은궤도를평면적으로보아꼬임의상태를표시한것 복합틀림 : 복합틀림이란방향과수준이역위상으로복합하고있는틀림

157 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 외국의예및국내기준가. 프랑스 도상형식및검측방법에따른정비기준의구분적용여부 콘크리트도상궤도라할지라도정비기준은자갈도상궤도관리값으로일원화하고있다. 궤도검측은검측차로실시하는것을원칙으로하며, 그결과는전산시스템에입력되고보수계획자료로활용한다. 본선의경우주로검측차량에의한검측을시행하고있으며, 이때문에인력및검측차에의한검측치를구분적용하지않고있다. 궤도정비는운행열차의안전주행과보수경제성을고려하여합리적으로수행한다. 열차의안전운행이우려될경우에대비하여응급조치기준을별도로마련하고있으며, 검측의경우궤간과평면성을중요시한다. 프랑스의궤도정비기준파리지하철의궤도정비기준은다음과같다. ( 단위 :mm) 구분궤간수평고저방향평면성비고 정비기준치 (±10) (±10) (±10) 5/m ( 단파장 ) 3.7/m ( 정파장 ) 보수후목표치 안전한계치 (+3) (-2) (±3) (±3) (± 3) (±1) 6/m ( 단파장 ) 4/m ( 장파장 ) 1,435 60Kg 레일 ( 궤간관리 )

158 제 12 장유지관리및기타 나. 일본철도의궤도정비및마무리기준치 틀림종별 종별선별 (1) 정비목표치 ( 을수선 ) (2) 정비기준치 ( 병수선 ) 1 급선 ( 갑 ) 120km/h 3급선 ( 병 ) 2급선 ( 을 ) 85km/h 95km/h 이상 4 급선 ( 기타 ) 85km/h 이하 1 급선 ( 갑 ) 120km/h 2 급선 ( 을 ) 95km/h 3 급선 ( 병 ) 85km/h 이상 4 급선 ( 기타 ) 85km/h 이하 마무리기준치각선별공통사항 궤 간 (+6) (-4) +20(+14) (+1) (-3) (0) (-3) 수 준 평면성과동일 (4) (2) (7) (8) (9) (11) 고 저 (4) (2) (7) (8) (9) (11) (15) (17) (19) (22) 방 향 (4) (2) (7) (8) (9) (11) (15) (17) (19) (22) 평면성 23 (18) (4) ( 캔트체감량 ( 캔트체감량무시 ) 포함 ) 다. 철도청의궤도정비기준및마무리기준 구분본선측선 궤간 +10,-2 +10,-2 수평 ( 수준 ) 7 9 면맞춤 ( 고저 ) 직선 7( 레일길이 10m 에대하여 ) 곡선 3( 레일길이 10m 에대하여 ) 직선 9( 레일길이 10m 에대하여 ) 곡선 4( 레일길이 10m 에대하여 ) 줄맞춤 ( 방향 ) 7( 레일길이 10m 에대하여 ) 0( 레일길이 10m 에대하여 )

159 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 궤도정비기준 ( 안 ) 검토된내용을바탕으로본동호철교구간의궤도정비기준을지하철공사의선 로정비기준에따라다음과같이제시한다. 궤도틀림 선별 본정적치 선 (mm) 동적치 비 고 정비기준 궤간 유지기준 시공기준 정비기준 본선 9 측선 11 본선 13 측선 17 수평 유지기준 본선 9 측선 11 본선 13 측선 17 시공기준 본선 5 측선 7 본선 7 측선 9 정비기준 본선 9 측선 11 본선 15 측선 17 면 유지기준 본선 9 측선 11 본선 15 측선 17 시공기준 본선 5 측선 7 본선 7 측선 9 정비기준 본선 9 측선 11 본선 15 측선 17 줄 유지기준 본선 9 측선 11 본선 15 측선 17 시공기준 본선 5 측선 7 본선 7 측선 9 정비기준 14 초과시 15 초과시 평면성 유지기준 시공기준 6 9

160 제 12 장유지관리및기타 12.3 콘크리트도상의보수 개요 현재국내에서콘크리트도상으로부설된철도는서울지하철및각지방지하철의도시철도에시설되어있으며일반철도에는아직없다. 본지하철3호선의동호철교구간에적용할콘크리트도상의보수에관하여는기설된콘크리트도상의유지보수를참고하여검토한다 콘크리트도상의균열현상 가. 국내실정 선별계 구조물시공조인트 원인별 도상인버트분리 구조물균열 기 타 비 고 ( 기타내용 ) 5 호선 호선 도상균열 ( 환기구, 횡갱 ) 열차주박 인버트균열 일반횡균열 구조물시공조인트부와약 50cm 차이 구조물벽면시공조인트 정거장구조물시공조인트 천정부위균열 8 호선 도상균열 계 나. 외국실정 프랑스의경우 5호선에서경험된콘크리트도상의횡방향균열이나파손사례가많지않으며, 콘크리트도상의횡방향배수로는 25m 마다설치하여신축이음매의역할도고려하도록설치하였다. 일본의경우도콘크리트도상균열에대한별도의보수기준을갖고있지않은실정이다.

161 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 콘크리트도상의균열원인 가. 콘크리트균열의원인과특징 구분세부내용비고 개요 콘크리트균열원인을분류하면크게굳지않은콘크 리트와굳은콘크리트, 그리고재료적성질, 시공, 외적요인등에의한원인으로구분될수있다. 콘크리트의재료적 성질에관련된사항 시멘트의이상응결 : 짧고폭이넓은불규칙한균열이비교적조기에발생 콘크리트침하및블리딩 : 타설후 1~2 시간만에철근상부벽과바닥의경계에서발생 시멘트의수화열 :1~2 주가지난후부터직선상의균열이등간격으로규칙적으로발생하며, 표면에만발생하는것과부재를관통하는것이있다. 시멘트의이상팽창 : 방사형의그물모양의균열이발생 골재에함유되어있는이물질 : 콘크리트표면의조건에따라서불규칙하게그물모양의균열이발생 반응성골재또는풍화암의사용 : 콘크리트내부로부터거북이등모양으로발생되며, 다습한곳에서많이발생 콘크리트경화, 수축건조 : 콘크리트타설후 2~3 개월후부터발생하고순차적으로발전하여개구부의모서리나기둥, 보도둘러싸인우각부에경사진형태로균열이발생하며슬래브상판, 보등에서는가늘고긴균열이등간격으로수직으로발생, 캔틸레버슬래브의경우끝단에서발생 시공에관련된사항 혼화제의불균일한분산 : 팽창성인것과수축성인것이있으며부분적으로발생 장시간의비비기 : 전면에그물모양또는길이가짧고불규칙한균열이발생 펌프압송시의시멘트량, 수량의증가 : 재료적성질에관련된사항중콘크리트의침하및불리딩, 콘크리트경화, 건조수축이원인이되어나타나는균열의특징이발생

162 제 12 장유지관리및기타 구분세부내용비고 시공에관련된사항 타설순서의실수 : 이음부분에서균열이생기거나슬래브에서는주변에따라원형으로발생하며배근, 배관의표면에균열이발생 급속한타설속도 : 거푸집변형에발생하기쉬우며전면에그물모양또는길이가짧고불규칙한균열발생 불충분한다짐 : 표면에요철이생기기쉽고각종균열및누수의원인이됨 배근이동, 철근의피복두께감소 : 슬래브에서는주변에따라원형으로발생하며배근, 배관의표면에균열이발생 이음처리의부정확 : 이음부분에서균열이발생 거푸집지지틀의침하 : 상판과보의단부상방및중앙부하단부에발생 거푸집의제거 : 콘크리트강도부족에의한균열 경화전의진동과재하 : 외력에의한균열과동일 초기양생중의급격한건조 : 타설직후표면의각부분에짧은균열이불규칙하게발생 초기동해 : 가느다란균열이발생하며거푸집을탈형하면콘크리트면이하얗게됨 외적요인에관련된 사항 하중 ( 설계하중이내 ): 주로휨하중에의해보나슬래브의인장축에수직으로균열발생 하중 ( 설계하중초과 ): 보나슬래브의인장측에수직균열이나기둥, 보, 벽등에서 45 방향으로균열이발생 하중 ( 지진에의한경우 ): 전단하중에의해서기둥, 보, 벽등에서 45 방향으로균열이발생 단면, 철근량부족 : 하중에관련된균열형태와유사하며상판과채양등에서처진방향과평행하게균열이발생 구조물의부등침하 :45 방향으로큰균열이발생, 긴건물에서는부분적인八자형으로발생 온도변화에의한건물전체의신축 : 지붕면의팽창에의해입면에서볼때건물양단의스판최상층부에서八자형으로발생

163 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 나. 콘크리트도상균열원인과대책 구분세부내용비고 균열원인 이의원인을분석하여보면여러원인들중에서특 히수화열, 슬럼프치, 다짐등에주요인이있는것으 로판단된다. 대 책 단위시멘트량의조절 ( 감소 ) 슬럼프치를가능한작게하고배치별로균일하게할것 콘크리트타설시대기온도 30 이상은피할것 저온의물사용 적절한혼화제의사용 콘크리트타설후조기양생시행및습윤양생기간은길게할것 급격한수분건조를피할것 일정간격의시공이음을설치할것 콘크리트도상의균열보수기준설정 외국에서도콘크리트도상균열보수기준은별도로정하고있지않으며구조안전에도이상이없으므로정비기준설정이필요하지않다고판단되나, 유지관리시도상에균열이생긴경우는 크랙의유형및형상 크랙의발전이나확대성유무 크랙주변에물의유입가능성등을세심히관찰하여보수의필요유무를판단할필요가있으므로진전이나확대성이있는균열이 0.5mm 이상이면보수를시행하고계속발전되지않는균열은계속감시수준으로관리하는것이적절한것으로판단된다.

164 제 12 장유지관리및기타 12.4 레일훼손형태별관리방안 훼손형태 구분중분류 UIC 코드 세부내용 손상형태 레일 단부의 손상 북부- 단부필렛곡선에서수평균열 1312 이균열은레일단부에서발생 최초복부 2다음에 -두부필렛 ( 목부분 ) 에평행하게진행 이균열은모든경우에두부를파손시키거나레일의파쇄를일으킨다. 이음매판 볼트구멍의 균열 135 통과하중에의한손상으로볼트구멍에서사방으로향하는균열 균열방향은약 45 의각도에서시작되며파손을일으킬수있다. 레일 중간부 의손상 명백한사유가없는횡단파괴 200 원인이나근원을곧바로탐지할수없는횡단파괴이다. 이유형의파괴는갑자기발생 - 두부내에서시작한횡단균열 (211) -차륜공전상 (2251,2252) -부식 (234,254) - 저부에서종방향수직균열 (253) -흠 ( 타박상,301) -기계적결함 (302) -기타 파괴의원인이미정이므로원칙적으로레일의전구간이교환되어야한다. 그러나초음파검사에의하여바꾸어야할정확한연장을결정

165 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 구분중분류 UIC 코드 세부내용 손상형태 레일중간부의손상 레일중간부의손상 점진적횡열 ( 콩팥모양의피로균열 ) 단파장파상마모 장파장파상마모 주행표면의쉐링 211 레일두부내부의제조결 함이다. 어느정도의시간이경과한 후균열은레일 두부 부위 에도달 복부표면에서육안으로관 찰이가능해진다. 결함의형태가동일한지파 쇄가일어날때까지정확하 게알수없다. 손상이 눈에 보이기 전에 파쇄가 일어날때콩팥모 양의반점이관찰될수있 다. 단척레일을 삽입 용접하여 보수한다 통과하중에의한손상. 짧은피치의파상마모는주행표면상의밝은볼록부와어두운오목부의규칙적인연속이특징 피치는일반적으로 3~8cm 사이에서변한다. 유일한보수방법은조속한레일연마이다 통과하중에의한손상이다. 피치는일반적으로대략 8 과 30cm 사이에서변하며일반적으로곡선의낮은레일에서일어난다 이결함은주로열처리레일에서형성된다. 쉐링은한정된결함이아니며, 항상넓은부위에걸쳐발생한다. 레일연마를조속히시행하고, 시기를놓쳤을경우교환하여야한다.

166 제 12 장유지관리및기타 구분중분류 UIC 코드 세부내용 손상형태 레일 중간부 의손상 궤간내측 (Gauge Corner) 쉐링 2222 반점은일정기간후측면의후로우 (lip) 형성과매우광범위한연장에걸친금속붕괴의초기신호이다. 최후단계는국지적인노치의출현이다. 즉, 쉐링은횡마모를피하기위해도유된곡선의외측레일에서일어난다. 이손상은점진적인횡단균열과같지않으므로, 레일연마를조속시행한다. 단독차륜 공전상 225 통과하중에의한손상이다. 레일두부에서수평적으로 : 깊게발달하지않지만반복된하중의재하상태에서주행표면의오목함을점진적으로일으키는국지적쉐링으로곧악화된다. 레일두부에서횡으로 : 복부를향해발달하는내부균열주행표면이오목하게된다. 이내부적균열은곧표면에도달하고파괴를야기하는독특한패턴이다. 차륜공전상은레일연마의조속한시행으로보수될수있으며시기를상실하였다면단척레일을삽입하고용접하여야한다.

167 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 구분중분류 UIC 코드 레일 중간부 의손상 연속차륜 공전상 세부내용 2252 차륜미끄러짐이나제동이되 풀이하여발생하는구간또는 견인장치가움직이고있는동 안에미끄러짐이발생하는위 치 손상은일반적으로정지신호 근처에위치한레일에서생긴 다. 손상형태 수직종렬 ( 북부 ) 233 일반적으로파이핑 (piping) 으로알려진이손상은레일복부의종방향수직균열이다. 복부의양쪽면에관한융기는결함에직각으로발생하는주행표면의처짐과결합된특별한경우에관찰될수있다. 이러한본레일은교환하여야한다. 수직종렬 ( 저부 ) 253 압연하는동안발생하고저부아래쪽의중앙부분에위치하고있는종방향의작은균열은통과하중에의하여균열로발달 이균열은일반적으로추운동절기에레일의급작스런파괴를일으킨다. 파단은특히복부에서일반적으로비스듬하며, 그근원에서의종방향균열은, 파괴가발생한후쉽게발견할수있다.

168 제 12 장유지관리및기타 구분중분류 UIC 코드 세부내용 손상형태 용접과표면덧붙이기의손상 수직횡렬 ( 플래시버트 용접 ) 411 플래시버트용접부의손상이다. 균열은용접에서두부의내부결함으로부터또는레일의저부에위치한결함으로부터용접횡단면으로발달한다. 파단의양상은레일두부의밝은반점에의하거나또는저부의어두운반점에의하여특징지어진다. 북부의 수평균열 ( 플래시버트 ) 412 플래시버트 용접부의 손상 이다. 이 손상은 용접부를 가로 질러 발달하며 일반적으로 용접부에서 구부러진 형상 을취한다. 수직횡렬 ( 테르미트용 접 ) 421 테르밋트 용접부의 손상이 다. 저부의 플렌지에서 균열이 생겨 인접한 레일의 횡단 평면으로발달한다. 용접에위치한수직균열 용접부근처의수직평면에 위치한균열

169 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 구분중분류 UIC 코드 세부내용 손상형태 용접과표면덧붙이기의손상 복부의수평균열 ( 테르미트용접 ) 422 테르밋트 용접부의 손상이 다. 이손상은 레일 단부를용 접전에잘라내지않은용 접레일에서 일반적으로 발 견된다. 레일두부의 횡렬 ( 표면 덧붙이기 ) 471 끊닳음용접부의손상이다. 채워진부분을가로지른이횡단피로균열은용접퇴적물의저부에위치한중심에서시작한다. 본결합은단부구멍 (bead crater) 에서또는수축균열에서시작발달함에따라결국레일의파괴로이어진다. 전기적연결 부횡렬 481 귀선회로의전기적결합에직각으로발생하는점진적인횡단균열이다. 주로궤도선형의국지적편차와결합하여열등한차륜답면에의한과부하에의하여발생한다. 이형식은반복된차륜공전상또는궤간내측쉐링에의해나타난현상과유사하다.

170 제 12 장유지관리및기타 레일보수방안 레일의훼손을문제적으로분석하는방법은두가지가있을수있다. 하나는일정기간에각종훼손의종별을계수하여유형별로분석하여보수하는방법과일정한통과톤수를산출하여통과톤수재하기간별로구분하여보수하는방식이다. 현재가장진보된검사방법으로는초음파탐상차에의한검사와레이저빔을사용하는비접촉식레일형상검측장비가있다. 보수장비로는레일연마차가있으며철도선진국에서도모두채택되어시행되고있는차량이다. 본구간을포함한전체구간에서과학적인검측과정밀한보수로경제성을높일수있도록하기위하여는레일탐상차와연마차를연차적으로계속확보하여운영하는것이좋을것으로판단된다. 레일탐상차 레일연마차

171 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 12.5 장대레일재설정관리 개요장대레일재설정방법에는, 긴장기에의한재설정, 가열기에의한재설정, 상온에서의재설정등이있다. 현재는긴장기에의한재설정이많이채용되고있는추세이다 긴장기에의한재설정레일긴장기에의한재설정은, 레일을가열하여신장시켜소정의온도로설정하는작업대신, 레일을강력한인장력으로설정온도에상당하는값까지강제적으로인장하여축력의불균형을해소시키는것이다. 구분세부내용비고 시행요령 레일체결장치완해전에, 장대레일단부의 stroke 위치및 stroke 양을표시하고레일온도를기록. 레일체결장치의완해는장대레일끝에서중앙으로향하여시행. 신축이음의이동레일측레일 brace 및크립을제거하여완전히축력이해방되도록한다. 또, 이때불필요한개소의레일 brace 및크립은완전히제거. 체결장치완해작업의뒤를따라레일을들어올려低로라및레일지지로라를약 7m 간격으로삽입하여로라위에레일을올려놓는다. 이때, 低로라와레일이직각이되도록정확하게삽입. 체결장치의완해를확인하고, 레일온도를측정하여설정온도와의차이로긴장력을계산. 레일저면및체결장치와침목접촉면을깨끗이청소하고궤도패드를소정의위치로정정. 긴장력의부가는체결장치의완해및低로라의삽입이종료된것을확인하고계산한긴장력을유압펌프로가압. 긴장기로긴장력을주더라도마찰저항력 ( 레일저부와로라등 ) 에의해축력이충분히해방되지않는경우가있으므로레일두부를메로쳐서축력을해방. 소정의긴장력을부가하고, 레일신장량이계산값과일치하는지의여부를확인한다. 그러나, 긴장력을부가하더라도소정의신장량에미치지못하는경우에는마찰저항력이작용하고있는것으로고려되므로레일의신장량으로관리.

172 제 12 장유지관리및기타 구분세부내용비고 시행요령 신장량을확인하고, 단부에서중앙부로가동구간에상당하는연장 ( 레일온도에따라연장은다르다 ) 만큼低로라혹은레일지지로라를제거하고, 체결장치의체결을우선시행한다. 단, 가동구간에상당하는구간의체결장치에대한체결이완료되기까지는, 긴장력이저하되지않도록유압계를관찰하고필요시가압. 단부의체결장치의체결이완료되면중앙부의低로라혹은레일지지로라를제거하고체결장치를체결. 긴장효과의확인은다음과같이시행. - 장대레일을低로라에올려놓기를완료한시점에서 stroke 量및레일온도를측정기록. -레일체결완료후재설정을종료한시점의 stroke 量을측정한다. - 시공후 1주일이내에레일체결장치를재체결한다. 토르크관리는이중스프링구간은프린터가부착된체결기로시행하고기타구간은표시법으로시행한다. 작업상 주의사항 레일체결장치의해체가누락되면침목을부상시키는등작업에지장이많으므로레일을들어올리기전에철저히점검. 레일을들어올리는것은레일조상기등을사용하여시행. 레일을들어올린상태에서궤도패드의위치정정을시행하는경우에는수대를삽입하여상해를방지 가열기에의한재설정레일가열기에의한방법은개방상태에있는장대레일을직접가열하므로서적정한설정온도를확보하는것이다. 레일가열기는대차,vaporizer, 가열기로구성되며, 대차위에탑재한 bombe 로부터프로판가스를 vaporizer 로완전히기화하여가열기의버너에공급하여레일을가열하는것이다.

173 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 구분세부내용비고 시행요령 재설정시점에서외방으로 50~100m 를예열구간으로하여레 일가열기로예열. 신축이음 재설정구간 예열구간 가열구간 50~100m 예열구간과가열구간 예열구간의레일온도가 20 이상으로가열되기까지는재설 정구간중예열구간에인접하는 50m 간의체결장치는절대로 완해시켜서는안된다. 재설정구간 50m 50~100m 예열구간 예열구간이 20 이상될때까지완해하지않는구간 체결장치의완해제한 레일체결장치의완해는장대레일끝에서중앙으로향하여시행. 완해한체결장치는레일들어올리기에지장이없도록돌려놓는다. 低로라를배치하는개소의체결장치는임시로제거. 신축이음의이동레일측레일 brace 및크립을제거하여완전히축력이해방되도록하고, 불필요한개소의레일 brace 및크립은완전히제거. 체결장치완해작업의뒤를따라레일을들어올려저로라및레일지지로라를약 7m 간격으로삽입하여로라위에레일을올려놓는다. 이때, 저로라와레일이직각이되도록정확하게삽입. 레일저면및체결장치와침목접촉면을깨끗이청소하고궤도패드를소정의위치로정정. 레일가열은가열기로예열구간에서재설정종단측을향하여시행. 레일가열은전구간이항상균일해지도록한다. 특히국부적인과열이생기지않도록온도관리를철저히시행

174 제 12 장유지관리및기타 구분세부내용비고 시행요령 프로판가스의사용량은 9.5kgf/100m 로하며, 가열속도는 15m/ 분을표준으로함. 축력해방은장대레일끝에서장력을주던가메를사용하여중앙부에서단부를향하여충격을주어축력을해방. 레일온도관리는레일가열기통과후 50m 마다두부, 복부, 저부 3개소에대해레일온도를측정하여평균온도를확인. 레일온도가계획설정온도범위가되었다는지시나레일체결개시작업지시가있는경우에는, 장대레일단부를향하여레일을들어올려低로라를제거하고레일을소정위치에정치시켜체결. 가열효과의확인 - 장대레일을低로라에올려놓기를완료한시점에서, 레일가열을개시하기직전의 stroke 양및레일온도를측정기록. - 레일체결을완료하고재설정을종료한시점의 stroke 양을측정. - 재설정구간의설정온도를집계확인하여설정온도를결정한다. 이때, 각측정의집계된온도중최저온도를설정온도로한다. 시공후 1주일이내에레일체결장치를재체결한다. 토르크관리는이중스프링구간은프린터가부착된체결기로시행하고기타구간은표시법으로시행. 작업상 주의사항 레일체결장치의해체가누락되면침목을부상시키는등작업 에지장이많으므로레일을들어올리기전에철저히점검. 레일가열기점화시에는가스누출이없는지를충분히점검하 여사고를방지. 레일을들어올리는것은레일조상기등을사용하여시행. 레일을들어올린상태에서궤도패드의위치정정을시행하는 경우에는수대를삽입하여상해를방지. 신축이음 온도의균등화 온도확인구간체결작업구간 재설정완료구간 50m a b c d 가열기 레일온도관리

175 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 향후관리방향가. 장대레일재설정방법 3가지를토대로자연온도에의한방법과레일인장기를사용하는 2가지방안이유리할것으로판단되며가열기에의한방법은 ( 프로판가스 ) 사용으로위험요소가추가됨. 나. 하로판형교의재설정작업은트러스교량 100m 이상을포함하여작업계획을수립, 실시하되레일장대화시설정온도범위를준수하여야한다. 다. 공사구간은한강에위치하므로기후의영향에민감하다. 그러므로장대레일신축의영향이많을것으로판단되므로공사및유지관리시기록관리를철저히하여야한다 불량레일갱환 ( 레일긴장기사용 ) 가. 개요 레일긴장기를사용한시공법의분류로서긴장시기에따라다음과같이분류된다. 동시완해식 ( 긴장과동시에전후의체결장치를순차로완해함 ) 사후완해식 ( 긴장한후에전후의체결장치를순차로완해함 ) 나. 시행방안 구분세부내용비고 동시완해식에의한레일갱환 (1 레일당긴장기 2대사용 ) 시행요령 계획긴장력은장대레일설정온도에따라산출. 체결장치완해필요연장은장대레일설정온도와예상되는최고또는최저레일온도와의차이의최대값으로산출. 신레일길이로구한레일절단연장에따라레일을절단. 신레일을삽입. 레일긴장기취부및레일을긴장. 긴장기 2대는각각의유압실린더가삽입레일의외방이되도록함과동시에용접개소와크램프이격은 2m 이상확보하여셋팅한다음계획긴장력을긴장. 계획긴장력을유지하면서, 체결장치완해구간 (L) 을긴장기에서외방으로향하여체결장치를제거. 레일을레일조상기로들어올리고레일과침목사이에로라를삽입.

176 제 12 장유지관리및기타 구분세부내용비고 동시완해식에 메를사용하여레일측면을긴장기에서양단을향하여의한레일갱환타격하여레일을충분히신장시킨다. 또, 레일이동에 (1 레일당긴장기맞추어궤도패드의위치를정정. 2대사용 ) 레일긴장기의긴장력은레일의신장및시간의경과와함께저하되므로반드시전임감독원을배치하여수시로추가긴장하여계획긴장력이상시일정하게유지. 레일신장을종료한시점에서레일용접에필요한개선량을다시한번레일을절단하여조정. 레일을긴장하면서용접. 양단에서긴장기를향하여로라를철거하고레일체결장치를체결한다. 레일체결장치의체결이종료되든가또는레일용접부의레일온도가 300 이하로되었을때레일긴장기를철거. 작업상주의사항 레일온도는작업전, 작업중을통해정확히파악한다. 레일긴장기는신중히취급하여비틀림이나변형이생기지않도록한다. 레일긴장기에는전임취급자를배치하여레일긴장중에는상시소정의긴장력이확보되도록한다. 사후완해식에 시행요령의한레일갱환 레일을절단하고구레일을철거한다음신레일을삽 (1 레일당긴장입. 기 2대사용 ) 레일긴장기를셋팅하여레일을긴장하고메를사용하여레일을타격하면서신장. 레일을용접하고레일긴장기를철거. 위와같이하는동안에, 소정의긴장력을확보하면서레일체결장치는그대로체결한상태에서긴장기철거후에레일체결장치를완해하여축력을균등화. 계획긴장력은장대레일설정온도에따라산출. 레일체결장치의완해및재체결은긴장기에서각각양외방을향하여레일체결장치를완해하고메를사용하여레일측면을타격하여축력을균등화시킨후에외방에서긴장기쪽으로레일체결장치를재체결. 기타시공요령은동시완해식과동일.

177 지하철 3 호선동호철교 ( 하로판형 ) 콘크리트도상화개량실시설계용역 12.6 전식방지대책 개요지하철 3호선동호철교구간은직류전원으로급전을하는방식이므로전력선주변의전기자장에의한각종철물의부식을초래하게된다. 본과업구간은자갈도상을콘크리트로개량하는구간으로서매립철근의부식을방지하기위하여별도의전식방지대책을다음과같이적용하였다 전식방지방안 도상콘크리트내상부철근이도상길이 5m 마다절단되므로이를전기동선을연결하여통전이되도록시행 시공구간시점 ( 공사1구간 ) 과종점 ( 공사2구간 ) 에각각자갈도상으로연결시행 전식방지개요도 가. 평면도 , , , ,0 40 나. 종단면도 ,

178 LC of 궤도 2,000 LC of 교량 2,000 CL of 궤도 15x45 2,950 1,088 2, , R.L 721 F.L 708 1,435 60Kg 레일 F.L 액체표면방수

179 Ü CLof 궤도 2,800 2,000 of 교량 CL 1,200 2,000 LC of 궤도 2, R.L 721 F.L 액체표면방수 배수콘크리트

180 LC of 궤도 2,000 C L of 교량 2,000 CL of 궤도 ,950 1,050 2,950 R.L F.L 221 횡단배수로 F.L 320 액체표면방수 배수콘크리트 액체표면방수

181 CL of 궤도 2,000 CL of 교량 2,000 LC of 궤도 365 2, , , R.L F.L 121 횡단배수로 363 F.L 액체표면방수

182 CL of 궤도 2,000 CL of 교량 2,000 LC of 궤도 , , , R.L F.L 액체표면방수