가. 기술체계 분류
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해중고속철도 건설을 위하여 요구되는 기술 분류는 다음과 같다. 기술은 대, 중, 소분류 로 구분하였으며, 대분류 상에는 시스템 엔지니어링 기술, 해석 및 설계기술, 시공기술, 방재안전 및 유지보수 기술, Test-bed 구축이 있다. 대분류 아래 중분류 및 소분류는 다음 표와 같다.1-4-3. 해중고속철도 Life Cycle Cost 평가 1-5. 해중고속철도
축소 모형 실증 시 험
1-5-1. 해중고속철도 축소 모형 설계 및 건설 1-5-2. 해중고속철도 축소 모형 성능 검증 및 확인
1-6. 해중고속철도 시스템 RAM 기술
1-6-1. 해중고속철도시스템 RAM 성능 해석 1-6-2. RAM 관리 및 평가
1-7. 해중고속철도 시스템 안전성 관 리 기술
1-7-1. 안전성 분석
1-7-2. 안전성 평가 및 확보
2. 해석 및 설계
기술
2-1. 해중고속철도 외력 및 거동 시뮬 레이션 기술
2-1-1. 거동 파랑, 해류, 해저지진, 쓰나미 등의 외력 평가/정 량화/조합 기술외력에 의한 해중 구조체 거동 평가 기술 2-1-2. 파랑 및 해류에 의한 거동 평가 기술
2-1-3. 지진에 의한 거동 평가 기술
2-1-4. 충돌 및 폭발에 의한 거동 평가 기술 2-1-5. 화재에 대한 구조체 내화성능 평가 기술 2-1-6. 차량-인프라 상호 거동 평가 기술
2-2. 해중고속철도 거동 제어 기술
2-2-1. 구조체 횡방향 변위 저감 기술 2-2-2. 구조체 지진하중 저감 기술
2-2-3. 열차 주행중 구조체의 진동/소음 저감 기술
2-3. 해중고속철도 설계 기술
2-3-1. 환경영향 평가 및 저감 설계 기술 2-3-2. 터널 튜브 구조체 설계 기술 2-3-3. 계류시스템 설계 기술
2-3-4. 구조체 모듈 접합부 및 계류 접합부 설계 기술 2-3-5. 기초 및 지반 설계 기술
2-3-6. 환기탑 및 정차역 설계 기술
2-3-7. 해중고속철도 궤도 시스템 설계 기술 2-3-8. 해중 전력시스템 설계 기술
2-3-9. 해중고속철도 신호시스템 설계 기술
2-3-10. 신소재 적용 구조요소의 설계 및 해석 기술 3. 시공
기술
3-1. 해중터널 함체 시공 기술
3-1-1. 함체의 모듈화 시공 기술 3-1-2. 함체의 연속 시공 기술
3-1-3. 모듈 및 타구조물 연결을 위한 시공 기술 3-1-4. 시공중 구조물의 안정성 확보 기술
3-1-5. 신소재를 이용한 구조체의 제작 및 시공 기술 3-1-6. 함체의 수중 시공기술
3-2. 해중터널 고정 및 앵커링 기술
3-2-1. 중력식 앵커 시스템의 시공 기술 3-2-2. 지중 고정식 앵커 시스템의 시공 기술 3-2-3. 테더링을 위한 케이블의 시공 기술
3-2-4. 신소재를 이용한 앵커림 시스템의 제작 및 시공 기술 3-3. 해중고속철도
지원시설 시공 기 술
3-3-1. 전력 공급용 해상변전소의 시공 기술 3-3-2. 해상 피난시설의 시공 기술(환기탑 포함)
3-4. 해중고속철도 시공관리 기술
3-4-1. 정보화기반 시공관리기술 3-4-2. 시공 위험관리기술
3-4-3. 해저 터널 시공품질확보 기술
4.
방재안전 및 유지보수
기술
4-1. 해중고속철도 방재안전 기술
4-1-1. 충돌 방지시스템 기술 4-1-2. 안전 모니터링
4-1-3. 심해 부유식 구조체의 비상시 대처 기술 4-1-4. 재난시 응급피난 메뉴얼 및 시스템 기술 4-1-5. 해수에 의한 누수 급속 차단 및 대피 기술 4-1-6. 화재시 터널 제연 시스템 설계 기술 4-2. 해중고속철도
건전성 평가 및 진 단 기술
4-2-1. 건전성 및 내구성 평가
4-2-2. 사용성 및 건전성 확보를 위한 진단 시스템
4-3. 해중고속철도 유지보수 및 교체 기술
4-3-1. 구조체 유지보수 기술 4-3-2. 철도 인프라 유지보수 기술 4-3-3. 계류장치 및 기초 유지보수 기술 4-3-4. 원격 제어 로봇 활용 기술
5. Test bed 구축
5-1. 시제품제작
5-1-1. Test bed 입지 선정 및 타당성 검토 5-1-2. Test bed 설계
5-1-3. Test bed 시공
5-2. 시운전 5-2-1. Test bed 시운전 및 성능 평가
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이 보고서에서는 i) 시스템엔지니어링, ii) 설계 및 해석, iii) 시공, iv) 방재안전 및 유지 보수 기술 중심으로 국내외 기술동향 조사를 수행하였다.나. 해중 고속철도 시스템 엔지니어링 기술
(1) 요구조건 분석
(가) 국내 기술 동향
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철도시스템 요구조건Ÿ
해중고속철도의 건설 및 운영을 위해서는 시스템이 기본적으로 철도와 관련한 법과 규정에서 요구하는 조건을 충족해야 한다. 철도의 건설 및 운영과 상위법은 철도건 설법(법률 제10331호)과 철도안전법을 들 수 있다. 철도건설법은 철도망의 신속한 확충과 역세권개발사업의 활성화를 위하여 철도망구축 계획의 수립, 철도건설, 역 세권개발에 관한 사항을 규정함으로써 철도교통망의 효율적인 확충과 공공복리의 발전에 이바지함을 목적으로 제정되었다. 실제 해중고속철도시스템의 건설을 위한 세부요구조건은 철도건설규칙(국토해양부령 제163호)에 제시되어 있다.Ÿ
철도건설규칙은 선로와 관련하여 기준이 되는 궤간, 곡선반경, 캔트, 완화곡선, 선 로의 기울기, 종곡선, 슬랙, 건축한계, 궤도중심 간격, 시공기면의 폭, 철도횡단 시 설 등을 규정하고 있다. 정거장 및 기지와 관련하여서는 정거장의 위치, 정거장 및 신호소의 설비, 정거장 안의 선로 배선, 승강장과 편이 및 안전설비, 전차대, 차막 이 및 구름방지설비 등의 요구조건에 대해 규정하고 있다. 전철 전력과 관련하여서 는 수전전압, 수전선로, 전철변전소 위치, 전철변전소 용량 및 형식, 급전계통의 구 성, 전철변전소의 제어, 전차선로의 공칭전압 및 가선방식, 전차선로 설비 표준화, 전차선의 높이, 전차선의 편위, 접지시설, 절연 이격거리, 가공급전선 높이, 가공 전 차선로 설비이 강도, 전기적 구분 장치, 가공 송배전 전선과 교차, 건널목 및 과선 교이 안전시설, 터널 조명과 관련한 요구조건을 규정하고 있다. 신호통신과 관련하 여서는 신호기장치, 선로전환기장치, 궤도회로, 연동장치, 열차제어시스템, 열차 자 동 정지장치, 폐색장치, 열차진중제어장치, 건널목 보안장치, 신호기기 보호, 신호설 비의 전원방식, 통신설비, 전송설비, 열차 무선설비, 역무 자동화 설비, 통신설비의 보호 등과 관련한 요구조건을 규정하고 있다.Ÿ
철도안전법(법률 제11690호)은 철도안전을 확보하기 위하여 필요한 사항을 규정하 고 철도안전 관리체계를 확립함으로써 공공복리의 증진에 이바지함을 목적으로 제 정되었다. 특히 철도종사자, 철도시설 및 철도차량의 안전관리에 대한 규정을 담고 있다. 세부기술과 관련한 하위의 철도시설 안전기준에 관한 규칙(국토해양부령 제 356호)은 철도시설의 안전성 분석, 선로 건축한계 내의 안전, 탈선방지 시설, 선로의 방호시설, 안전설비, 대피시설, 진입로 등의 요구조건을 규정하고 있다. 노반과 관련하여서는 안전기준, 비탈면, 침식방지, 배수, 옹벽, 접속구간, 지반, 수목관리 등 의 요구조건을 정하고 있다. 철도교량과 관련하여서는 안전 일반기준, 교량 안전시 설, 방호시설, 대피시설 등의 요구조건을 규정하고 있고, 터널과 관련하여서는 안전 일반기준, 안전대책 시설, 분기기의 배치, 본선터널 출입구, 비상통신장비, 안전스위 치, 표지판, 제연설비, 배연설비, 대피통로 접속부의 안전기준, 대피통로, 안전손잡 이, 비상조명등, 송수관 설비 등의 요구조건을 규정하고 있다 역시설과 관련하여 안전 일반기준, 승강장, 승강장 안전시설, 대합실, 역 광장, 피난로 및 피난설비, 내 화구조 및 불연재료, 소방시설, 침수 방지설비 침 배수설비, 여객 이동 통로, 에스 컬레이터 및 수평보행기, 승강기 등의 요구조건을 규정하고 있다. 철도건널목과 관 련하여 안전 일반기준, 건널목의 신설과 폐지, 건널목의 분류, 안전설비 등의 요구 조건을 규정하고 있고, 전철전력설비와 관련하여 안전 일반기준, 인체 피해 예방, 화재 예방, 전철전력설비 안전, 사고 피해 저감 등의 요구조건을 규정하고 있다. 철 도신호설비 및 철도통신 설비와 관련하여 일반 안전기준, 철도신호설비의 구조, 철 도안전설비와의 연계, 철도통신설비의 안전 일반기준, 철도통신설비의 구조, 신호설 비 및 통신설비의 설치, 철도사고 관련 위험원 관리 등의 요구조건을 규정하고 있 다. 철도시설이 유지‧관리와 관련하여 유지‧관리 계획, 유지‧관리의 시행 및 기록 관 리 등의 요구조건을 규정하고 있다.
- 국토해양부 간선철도과, 철도건설법, 법률 제10331호, 2010,12.1, 법제처 - 국토해양부, 철도건설규칙, 국토해양부령 제163호, 2009. 9. 11.
- 국토해양부 철도기술안전과, 철도안전법, 법률 제11690호, 2013,3.23 법제처 - 국토해양부, 철도시설 안전기준에 관한 규칙, 국토해양부령 제356호, 2009. 9. 11.
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해양구조물의 요구조건Ÿ
해중고속철도는 해중에서 고정된 터널을 활용하는 교통시스템이므로 고정식 해양구 조물의 일종으로 볼 수 있다. 고정식 해양구조물의 건설과 운영을 위해서는 국제적 으로 공인되고 국제법상으로도 유효한 선급협회의 요구조건을 따라야 한다.Ÿ
국내 유일의 선급협회인 한국선급은 고정식 해양구조물 규칙(2013)을 규정하고 있 다. 이 규칙에 의면 해양구조물이 일생동안에 접하게 되는 환경조건은 그 구조물이 운송되고 설치되는 지역에 대한 적절한 자료를 사용하여야 하며 이러한 자료 사용 에 대한 신뢰성이 있는 근거의 제출을 요구하고 있다. 해양구조물의 설계에 필요한 환경요소는 파도, 바람, 해류, 조류 및 폭풍해일, 대기 및 해수온도, 착빙 및 적설, 해양생물, 지진활동, 유빙 등을 들 수 있고, 해저 토질 조건도 필요한 요소이다.Ÿ
선급규칙에 따른 설계를 수행할 시에 사용되는 환경조건을 정리하면 다음과 같다.제 2 절 환경조건 201.일반 1. 일반
해양구조물이 일생동안에 접하게 되는 환경조건은 그 구조물이 운송되고 설치되는 지역에 대한 적 절한 자료를 사용하여야 하며 이러한 자료 사용에 대한 신뢰성이 있는 근거를 제출하여야 한다.
202.환경요소 1. 환경요소
(1)일반적으로 해양구조물의 설계에는 다음의 환경요소에 대한 조사가 필요하다.
(가) 파도 (나) 바람 (다) 해류
(라) 조류 및 폭풍해일 (마) 대기 및 해수온도 (바) 착빙 및 적설 (사) 해양생물 (아) 지진활동도 (자) 유빙
상기 자료 이외에 특정설치장소에서의 해일파, 해저사태, 셰이시, 물과 공기의 이상혼합, 습도, 염도, 유빙, 빙산, 얼음조각 등의 현상에 대한 조사 자료를 요구할 수 있다. 해저와 토질 조건에 대하여 요구되는 조사 자료는 7절에 따른다.
203.환경에 대한 설계기준 1. 일반사항
설계에 사용되는 환경조건의 조합 및 적용정도는 고려하고자 하는 구조물에 적합하여야 하고 여러 환경 현상의 동시 발생확률과 일치하여야 한다. 설치장소에 대한 신뢰성 있는 위치-특성 자료가 없는 경우, 환 경현상은 구조물의 모든 방향에서 작용하는 것으로 가정하여야 한다. 구 조물에 가장 불리한 영향을 발생 시키는 방향 또는 방향의 조합을 설계 에 고려하여야 한다.
2. 설계조건
(1) 설계조건은 구조물의 일생동안 발생될 가장 가혹한 설계조건이 되는 변수들의 조합으로서 보 통 다음과 같은 것으로 구성된다.
(가) 바람, 해류, 수심한계, 착빙 및 적설의 영향 등이 포함된 재현주기에 상응하는 최대파고 (나) 공기와 해수의 극한온도
(다) 조류와 폭풍해일에 의한 최대수위
(2) 설치장소의 위치 특성조건에 따라 상기(가)에 포함된 요소들의 여러 가지 조합변화를 고려하 여야 한다.
(3) 상기 (1)호의 (가)부터 (다)의 요소들에 대한 재현주기는 완화를 위한 판정기준이 없는 경우, 재현주기는 100년 이하로 하여서는 아니 된다. 다만, 무인 플랫폼구조물, 사람이 쉽게 탈출할 수 있도록 설계된 구조물 및 20년 이하의 설계수명을 진 구조물의 경우 상기 (1)호의 (가)부터 (다)에 대한 재현주기를50년 이상 100년 이하로 할 수 있다-"
(4) 지진활동 지역에 있는 설치위치(204의8항 참조)에서는 구조물의 설계수명에 적절한 재현주기 의 지진 에 대한 진도의 크기가 결정되어야 하’며, 이러한 지진은 설계지진으로 이용하고, 그 영향을 설계 시에 고려하여야 하며, 보통은 다론 환경요소와 조합할 필요는 없다.
(5) 해일파, 해저사태, 셰이시 또는 기타 이상현상지역 안의 곳에 위치하는 구조물에 대하여도 그 러한 현상 의 영향은 가장 유용하고 신뢰성 있는 추정에 의거하여야 하며 가능한 한 예상되는 영향을 설계 시에 고려하여야 한다.
3. 운용상의 환경조건
각 구조물의 주요기능 또는 운용상의 안전수행에 제한올 주는 환경요소에 관한 특정변수가 결 정되어야한다. 이러한 운용에는 구조물의 운송, 오프로딩 및 설치, 굴착 또는 생산작업 플랫폼 의 철수 등율 포함할 수 있으며 이러한 조건들은 실제 운용상의 환경조건으로 이용되어야 한다.
204. 특수 환경조건