고속철도 콘크리트궤도 레일의 피로수명 해석

서종교 서울과학기술대학교 2010 국내석사

The demand of CWR(continuous welded rail) is rapidly increasing because of the adaptation of concrete track to the railroad, the need for rapid and comfortable ride, and the cost reduction of the maintenance railroad. Because of the short applying period of the concrete track, there is not a case of CWR fracture in Korea due to no repeated load of the train, which makes it difficult to calculate replacement cycle of welded rail based on its life as an actual field data. This study thus inspected the internal stress occurring on the rail(weld point) through analyzing the interaction of the train/track, performed multiple regression analysis on the data, deducted the bending stress prediction formula by the speed and the surface irregularity, and finally predicted the fatigue life of continuous welded rail on the concrete track based on the formula. Followings are the deducted results: 1) This study provided the bending stress prediction formula such as train speed, surface irregularity, and the stiffness of track by the condition of the train and the track by analyzing the interaction of train/track. The provided bending stress prediction formula can predict the bending stress of KTX express train in various track condition, so that it might henceforth be useful when planning tracks and assessing the stability. 2) Upon investigation of the fatigue life of continuous welded rail on the concrete track by the condition of train and track, the increase in train speed and surface irregularity reduces the fatigue life of the rail, and the decrease in the stiffness of track also reduces the fatigue life of the rail and gradually converges in the stiffness of track over certain degree. The study also provided the fatigue life by S-N curve fracture probability classified by stiffness of pad of concrete track, which would be applicable to the organization of railroad management according to their policy. 3) It is thus analyzed that, in the case of concrete track, surface irregularity and the stiffness of pad exercise great influence on the fatigue life of the rail. That is to say, it is highly important to control surface irregularity in order to increase the fatigue life of the rail on concrete track. This study will be applicable as a preliminary data for calculating the replacement cycle of the rail on concrete track of express train. 철도노선에 콘크리트궤도가 본격적으로 적용되고, 승차감 향상 및 고속화와 궤도유지보수비용 저감을 위해 장대레일의 수요가 급증하고 있다. 그러나 우리나라에서의 콘크리트궤도의 현장 적용년수가 길지 않아 실제 현장에서 반복적인 열차하중을 받아 장대레일이 파단된 사례가 현재까지 없기 때문에 실제 현장 데이터를 사용하여 장대레일의 수명을 예측하여 교체주기를 산정하는 데는 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 차량/궤도 상호작용해석을 통해 레일(용접부)에서 발생하는 응력을 검토하여 그 해석결과 값에 대해 중회귀분석을 수행하여 운행속도와 표면요철에 따른 레일 휨응력 예측식을 도출하였으며 최종적으로, 산정된 예측식을 바탕으로 콘크리트궤도 장대레일의 피로수명을 예측하였다. 본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다. 1) 차량/궤도 상호작용해석을 통해 열차속도, 레일표면요철, 궤도지지강성 등 차량 및 궤도조건에 따른 콘크리트궤도 레일 휨응력 예측식을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 레일 휨응력 예측식은 국내 KTX 고속열차에 대한 다양한 궤도조건에서의 레일 휨응력을 예측할 수 있기 때문에 향후 궤도설계 및 안정성 평가 시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 2) 차량 및 궤도조건에 따른 콘크리트궤도 레일 피로수명 예측을 수행한 결과, 열차속도 및 레일표면 요철량 증가는 레일의 피로수명을 감소시키는 것으로 분석되었고, 궤도지지강성의 감소는 레일의 피로수명을 감소시키며, 일정 크기 이상의 궤도지지강성에서 점차 수렴하는 것으로 분석되었다. 또한, 콘크리트궤도 패드지지강성별 S-N선도 파괴확률에 따른 레일 피로수명을 제시하였으며, 이는 철도운영기관의 정책적 방향에 따라 적절히 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 3) 따라서 콘크리트궤도의 경우에는 레일표면요철 및 패드지지강성이 레일 피로수명에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 즉, 콘크리트궤도 레일 피로수명 향상을 위해서는 레일표면요철에 대한 관리가 매우 중요한 것으로 나타났으며, 본 연구결과는 향후 고속철도 콘크리트궤도 레일의 교체주기를 산정하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

도시철도 정거장 레일 편마모 영향요인 및 저감방안에 관한 연구

양후석 서울과학기술대학교 2018 국내석사

제 목 : 도시철도 정거장 레일 편마모 영향요인 및 저감방안에 관한 연구 도시철도 레일교환 원인 중 레일 편마모가 가장 절대적이며, 또 정거장의 진입부(감속구간) 및 진출부(가속구간) 구간이 대다수를 차지하고 있다. 본 연구에서는 레일교환 실적분석을 통하여 확인된 곡선반경에 근거한 정거장 레일교환 시행 및 미시행 현황 조사를 실시하여 레일 편마모 영향요인을 검토하였으며, 부족캔트에 따른 정거장 레일 편마모 발생 여부를 분석하였다. (1) 분석대상 개소 선정 및 조사 서울교통공사 6호선 개통 이후 현재까지의 레일교환 실적을 분석하였으며, 가장 높은 비율을 차지하고 있는 레일 편마모에 의한 레일교환 정거장 구간 16개소를 선정하였으며, 그 결과 곡선반경(R) 753m 이하의 6호선 전체 곡선 포함 정거장의 곡선반경, 열처리 레일 부설 여부 등 선로상태를 조사하였다. (2) 정거장 구간의 레일 편마모 발생 위치 분석 선정된 16개 정거장에서의 레일 편마모 구간의 위치를 분석한 결과 전동차 정차 위치 이전 즉, 전동차 감속구간의 비율을 27%이고, 전동차 정차위치 이후 즉, 전동차 가속구간의 비율을 73%임을 알 수 있었으며, 비율에서 보는 봐와 같이 정거장 진출부에서 더 많은 레일 편마모가 발생하는 것을 볼 수 있었다. (3) 곡선반경에 따른 분석결과 현재는 본선과 정거장 곡선의 열처리 레일 부설기준이 동일하게 적용되고 있으며, 본 연구 결과에 따라 정거장 곡선 외측 레일의 열처리 레일 부설기준을 현재 보다 더 강화하는 것을 제안하며, 그 제안한 기준은 다음과 같다. 제안) 정거장 구간 곡선 외측 레일의 열처리 레일 부설 기준 상향 - 곡선반경(R)≤500m → 곡선반경(R)≤600m (4) 정거장 측정캔트와 균형캔트의 비교결과 정거장 캔트 축소 규정으로 인한 정거장 레일 편마모 발생 원인을 부족 캔트일 것이라고 예상하였으며, 이에 따라 정거장 길이 165m 대비 레일 편마모 위치(전동차 정차 위치 이전/이후)를 대표하는 두 개의 역(녹사평역, 보문역)의 측정캔트와 균형캔트를 비교하여 그 영향을 분석하였으나, 해당 구간에서는 전동차 정지 상황에 의한 전동차 속도 감소로 대부분 초과 캔트임을 확인 하였으며, 이에 따라 정거장 구간의 레일 편마모와 부족 캔트의 관련성이 적은 것으로 분석되었다. (5) 전동차의 좌/우 진동(횡압)과 정거장의 레일 편마모와의 관계 검토 결과 위의 인과관계를 확인하기 위하여 비교 대상 4개소 정거장의 전동차 좌/우 승차감 값을 비교한 결과 곡선반경이 작을수록 진동(횡압) 평균값이 증가하는 것을 확인하였으며, 곡선반경이 비슷한 정거장(안암 상선, 월곡 하선)과 곡선반경이 같은 정거장(태릉입구 상선, 고려대 상선)의 비교 결과는 전체적인 경향은 비슷하나, 레일 편마모 발생구간에서의 전동차 진동(횡압)의 주기와 진폭이 더 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. (6) 연구결과 도시철도에서 레일 편마모 발생 구간의 순위는 정거장 구간과 정거장 진출부에서 가장 많이 발생하는 것을 확인 하였으며, 또한 같은 구간에서 열처리 레일을 부설한 곡선은 곡선반경이 더 작음에도 레일 편마모가 적게 발생하는 것으로 볼 때 정거장 구간 곡선부의 곡선 외측 열처리 레일 부설 기준을 위의 (3)제안과 같이 강화하는 것이 필요하다고 판단된다. 그리고, 정거장 구간의 부설캔트는 대부분 초과캔트를 보였으며, 정거장 캔트 부설기준에 의한 레일 편마모 발생 영향은 적은 것으로 판단된다. 마지막으로 전동차의 좌/우 진동(횡압)과 정거장 구간의 레일 편마모 발생과의 관계를 비교한 결과 곡선반경이 작을수록 진동(횡압) 평균값이 증가하는 것을 확인하였으며, 또 구간 전체의 진동(횡압) 그래프는 비슷한 경향을 보였으나 레일 편마모 발생구간에서의 전동차 진동(횡압)의 주기와 진폭이 더 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. A Study on Affecting Factors and Reducing Measures of Side Rail-Wear in the Urban Railway Station In this study, it was confirmed through the analysis of the rail exchange performance by the side rail-wear of the Urban Railway(Seoul Transit Corporation Line 6) that most of the rail exchanges were made in the station section, and thus the research was carried out on the rail exchange station by the side rail-wear. First, the station's maximum curve radius(R) 753m or less was surveyed and analyzed with the curved line(radius, the rail replacement, and the heat treatment rail installation results) including the whole curve of subway line 6, As a result, we proposed the standard of laying the heat treatment rail for railway station. Second, we expected the occurrence of side rail-wear in the station section due to the shortage of the station due to the cant regulations of the station. Therefore, I can conclude the following conclusions by comparing the measurement cant and the balance cant at two station positions separated by the rail exchange position. Third, In order to analyze the effect of transverse pressure due to the railway left/right vibration on the side rail-wear in the station section, we compared the riding comfort of the train, which is expressed by the vibration acceleration in two stationary sections with a similar radius of curvature, and the following conclusions were obtained. 1) It is confirmed that the occurrence of side rail-wear in the urban railway is the most frequent occurrence in the station and the station way out. also It is analyzed that the ratio of the occurrence of side rail-wear after(accelerating section) the stop position of the train is 73% and before(decelerating section) of the stop position of the train is 27%. 2) It is desirable to classify the heat treatment rail laying criteria of the main rail and the stationary curve which are applied equally at present. From the viewpoint of side rail-wear, it is necessary to further strengthen the rail laying criteria of the outer rail of the stationary rail[Suggestion, radius of curvature(R)≤500m → radius of curvature(R)≤600m]. 3) Because of the regulations of station cant reduction I noticed that The cause of station side rail-wear is lack of cant, But The speed reduction due to stopping and starting of the train in the relevant section was confirmed to be mostly over cant, As a result, it was analyzed that there is little relation between the side rail-wear and the lack of can in the station section. 4) In order to confirm the relationship between the left/right vibration(lateral pressure) of the train and the occurrence of side rail-wear in the station section, As a result of comparison of ride comfort values ​​of train X-axis at 4 stations in comparison, it was confirmed that the average value of vibration(lateral pressure) increases as the curve radius is smaller. The results of the comparison between the sections with similar curvature radius are similar, but the amplitude of the train vibration(transverse pressure) is larger in the section of side rail-wear occurrence.

광역·도시철도 정거장의 적정 면적산정에 관한 연구

김광모 서울과학기술대학교 2015 국내박사

The aim of this study is to provide the optimum area evaluation of metropolitan railway station because of increment congestion and inconvenience of passengers in metropolitan railway station and transit center recently. For this purpose, existing metropolitan station design guidelines and theoretical background of pedestrian environment theory is reviewed and analyzed. Also, four kinds of experiments which are indoor and outdoor LOS(Level of Service) test using motion analysis method and field measurements for 5 metropolitan railway stations and 15 urban railway stations with image techniques are performed. Also simulation using Pathfinder program is applied to real station to verify reasonableness of revised station area formula. As the result of the indoor LOS test, passengers walking speed decreased as the density increased, and the shoulder rotation angle increased when passenger density increased except the extreme crowed situation. Field measurement results showed group walking in a line in the rush hour when station transit often occurred rather than the dispersed walking pattern. For current metropolitan station area formula to introduce Fruin theory, the range of LOS D and E values should be modified considering the difficulty of pedestrian normal walking speed. From indoor experimental and analysis results, it is observed that walking speed 0.8 ~ 0.9m/s when walking density is 1.0 person/㎡, and this study suggested 0.9m/s. Also, parameter values of current area formula for metropolitan railway stations should be changed from group walking density 1.25 person/㎡, group walking speed 1.1m/s, waiting space module 0.8㎡/person of which category is LOS E to group walking density 1.0 person/㎡, group walking speed 0.9m/s, waiting space module 1.0㎡/person which ensures pedestrian environment LOS D. Based on field measurement results for urban railway station, it is shown that parameter values of current area formula should be changed from space module 0.8㎡/person, stairway flow coefficient 35 person/m․min, and passageway flow coefficient 60 person/m․min which make LOS E or F pedestrian environment, to space module 1.0㎡/person, stairway flow coefficient 30 person/m․min, and passageway flow coefficient 54 person/m․min to make LOS D pedestrian environment. From applying new station area formula results, metropolitan railway station platform width increased 2.5%, passageway width 20%, concourse 10~20%. Also, urban railway station platform width increased 20% at most, passageway width 8 ~ 10%, stairway 15% on the average. Simulation results showed that the existent station area formula make LOS E pedestrian environment but the revised station area formula make LOS D pedestrian environment for platform, stairs, transfer passageway and waiting room of Seonleung station. 광역․도시권에서 철도교통이 대중교통에서 차지하는 비중이 점차 증가하고 있으며 일일 이용객이 일천만 명을 넘기고 있다. 그러나 출퇴근 시간대 또는 특정 이벤트 등에 의하여 이용객이 정거장 및 환승시설에 집중되어 극심한 혼잡상황이 반복됨으로 인하여 안전성, 편의성 관점에서 불편이 가중됨에 따라 정거장의 적정면적에 대한 중요성이 부각되고 있다. 이에 본 연구에서는 정거장에서 이용객의 만족도에 영향이 큰 승강장, 계단, 통로 폭 및 대합실 공간의 면적 산정식에 대한 고찰을 통하여 불합리한 요소를 도출하고 이론적, 실험적 결과를 활용하여 면적 산정식 개선안을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 광역․도시철도 정거장 설계지침의 면적산정식과 보행 환경의 만족도에 대한 이론적 근거를 고찰 및 분석하였다. 또한 보행환경 만족도의 가장 중요한 요소인 보행패턴, 보행속도, 밀도, 보행 회전각 등의 검토를 위하여, 보행특성의 관찰이 가능한 동작 탐지 카메라를 이용한 실내모의실험을 수행하였고 영상처리 기법을 병행하여 광역철도 5개 정거장 및 환승시설을 포함한 도시철도 15개 정거장에 대한 현장측정을 수행하였다. 개선된 면적 산정식을 선릉역에 적용하여 보행환경 만족도에 대한 예측 및 검증하고자 하였다. 정거장의 면적을 산출 시 가장 큰 영향 요소인 보행류 및 밀도의 LOS(Level of Service)의 이론적․실험적 연구를 수행하여 얻은 결과에 따르면, 한국인의 표준체형, 정거장에서 보행자 행동특성, 첨두시간 수요산정 등을 고려하여 현재 LOS D등급 및 E등급의 주요 파라미터에 대한 검토가 필요한 것으로 나타났다. 실내실험 결과 밀도가 증가할수록 속도는 감소하였으며, 보행패턴의 관찰결과 혼잡 상황에서는 어깨를 움츠리는 동작보다 팔 움직임을 제한하거나 속도를 줄이며 어깨를 회전하는 동작이 나타났다. 영상분석과 동작탐지 분석결과에서는 보행 중 충돌, 추월에 의한 어깨 회전각의 변화가 있음을 알 수 있었으며, LOS F등급에서 극도의 혼잡 상태를 제외하고는 밀도가 높을수록 어깨 움직임이 증가하는 것으로 나타났다. 현장측정 결과에서는 환승행위가 가장 많은 출·퇴근 시간대에 이동경로가 분산적이기 보다는 앞선 환승인원들을 따라 줄지어 이동하는 군집보행 패턴이 나타났다. 현재 광역․도시철도 면적 산정식에 활용되고 있는 Fruin의 보행 서비스 수준에서 LOS D등급 및 E등급은 자신의 정상 보행속도로 진행이 불가한 상태를 의미하므로, 면적 산정식에서 제시하고 있는 주요변수 기준값을 실험 및 측정 결과에 따라 조정함으로써 재 산출된 면적이 변경됨을 알 수 있었다. 정거장 면적 산정식의 주요 변수인 보행밀도, 보행속도, 공간모듈, 흐름계수는 LOS 등급별 보행특성을 고려하여, 실내 및 실외 LOS 실험결과와 분석을 통하여 LOS D등급 기준으로 보행밀도 1.0인/㎡에 대한 보행속도는 0.8 ~ 0.9m/s로 도출되었으나 현장과 실험의 실효성을 고려하여 0.9m/s를 제안하였다. 또한 광역철도 정거장의 현장측정 결과 및 분석을 통하여, 현재 설계기준에서 제시하고 있는 군집 보행밀도 1.25인/㎡, 군집 보행속도 1.1m/s, 체류인원 1인당 면적 0.8㎡/인은 LOS E 등급 수준의 보행환경으로 LOS D 등급 수준의 보행환경 확보를 위하여 군집 보행밀도 1.0인/㎡, 군집 보행속도 0.9m/s, 공간모듈 1.0㎡/인으로 조정됨이 필요한 것으로 나타났다. 도시철도 정거장의 면적 산정식에서 규정하고 있는 공간모듈 0.8㎡/인, 계단 흐름계수 35인/m․min, 환승통로 흐름계수를 60인/m․min의 경우 LOS E등급 또는 F등급의 보행환경으로 나타남에 따라 LOS D등급 보행환경 구현을 위하여 공간모듈 1.0㎡/인, 계단 흐름계수 30인/m․min, 환승통로의 흐름계수 54인/m․min을 면적 산정식의 주요 개선요소로 제안하였다. 정거장 면적 산정식의 개선안을 적용 시, 광역철도 정거장의 승강장과 통로폭은 각각 2.5%, 20% 상향되었고 대합실의 면적은 10~ 20% 증가하였다. 또한 도시철도 승강장의 경우 최대 20%, 계단폭은 평균 15%, 통로는 8 ~ 10% 증가하였다. 광역철도 정거장 1개소를 대상으로 면적 산정식 개선안을 적용한 시뮬레이션 결과에 따르면 기존 면적 산정식은 주요 공간에 대하여 LOS E 등급으로 나타났으나 개선된 면적 산정식을 적용 시 D등급의 보행환경이 구현됨을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제안한 면적 산정식을 활용하여 광역․도시철도 정거장의 면적 적정성에 직접적인 영향을 미치는 이용객 LOS 수준을 효과적으로 예측하고 평가할 수 있을 것으로 예상되며, 정거장의 개선 또는 신설 시 경제적․효율적 면적 산정을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

서울메트로 레일손상 원인별 분석

남진근 서울과학기술대학교 2015 국내석사

본 논문의 목적은 레일손상을 일으키는 다양한 원인을 서울메트로 궤도시설물 현황과 과거 10년간의 레일손상 자료를 활용하여 9가지 요소별로 발생원인을 분석하였으며, 분석과정에서 레일손상과 레일절손으로 구분하여 발생추이와 발생원인을 고찰하였다. 레일손상은 레일마모와 달리 최초 발생으로 인해 레일에 작용하는 열차 하중의 증가로 레일손상이 점차 확대되어, 레일교환 주기 단축 및 유지보수 비용을 증가시키는 문제를 동반하고 있다. 그리고 레일손상을 일으키는 원인을 개별적 요소로 분석하였으나, 실제 궤도현장에서는 레일손상을 특정 원인에 국한하여 유지보수를 진행할 경우 유지보수 이후 레일손상의 추가 발생 예방이 어렵다는 것은 현장관리자의 경험적 판단으로도 알 수 있다. 하지만 복합적 원인 분석은 분석 핵심의 모호함과 개별 요소의 레일에 미치는 기여도를 수치적으로 평가하여야 하는 부분이 있어, 복합적 원인 분석에 앞서 개별적 요소 분석을 본 논문의 분석방향 및 목적으로 하였다. 따라서 본 연구에서는 레일의 현장 부설 조건에 따라 9가지 요소로 구분하여 레일손상과 레일절손을 발생시키는 주요 원인을 도출하였으며, 분석을 통해 확인된 일정 패턴의 변화주기는 레일손상의 발생 시기를 예측할 수 있는 기초 분석 자료로 활용 가능할 것으로 판단된다. In this study, rail damage have been reviewed and analyzed from definitions to influencing factors. The analysis of the cause of rail damage is carried out with 9 major elements based on the recent 10-year rail damage data from Seoul Metro Line No. 1~4. In order for using as base data for track maintenance, rail fracture, a type of rail damage and case cause serious disruption to safe train operation, is analyzed as well. The analysis result of main influencing factors to rail damage is as follows. 1) It is considered that rail damage is heavily influenced by train speed. As shown in the analysis of track slope and curvature, increment of train speed is proportionate to the occurrence of rail damage. It is found from the analysis of the locations with high frequencies and occurrences that the weak locations of rail damage are ballasted track and thermite welded areas. However, it is difficult to find the relationship with occurrences and the lowest temperature. In conclusion, it is found that rail damage is closely related with the train speed among the 9 major elements. 2) It is found that rail fracture is also affected by train speed as like rail damage. However, it is analyzed that rail fracture can occur in accordance with various track installation environment, and the influencing factors to rail fracture next to train speed are horizontal curve radius, track slope, cumulative passing tonnage and lowest temperature. In this study, it is found that rail fracture can be occurred by train speed, curve radius and gradient, and by the increment of rail fatigue from cumulative passing tonnage, and by brittle failure of rails with lowest temperature.

침목플로팅궤도용 방진패드의 피로영향평가 방법에 관한 연구

이동욱 서울과학기술대학교 2015 국내박사

본 연구는 침목플로팅궤도용 방진패드의 피로영향 평가를 위한 연구로써 국내 관련기준에 근거하여 수치해석 및 실험을 수행하였다. 침목방진패드의 피로영향 평가를 위한 평가방법 및 분석방향을 설정하기 위해 고장 원인 분석을 실시한 결과, 침목플로팅궤도용 방진패드의 정적 스프링계수 변화에 영향을 미치는 주요 요인은 피로, 온도 및 Creep에 따른 영향인 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서는 피로 및 가속 열화시험(온도 & Creep 복합)을 통한 침목플로팅궤도용 방진패드의 피로영향 평가를 수행하여 피로수명산정 및 내구성능을 평가하였다. 단순 피로하중만을 고려할 경우, 해석결과가 실험결과 보다 안전측의 평가가 가능하나 온도조건을 고려할 경우, 방냉조건이 적용된 실험결과가 보다 안전측인 것으로 분석되었다. 따라서, 온도 및 피로효과를 고려한 방진패드의 열화수준을 예측하기 위해서는 실험적 평가 기법이 보다 적정한 것으로 판단된다. 침목방진패드의 정적 스프링계수 변화 예측식 분석결과, 300만회까지의 시험결과를 이용한 선형예측식은 400만회 이후의 방진패드의 피로거동 특성을 다소 과소평가 할 소지가 있다. 또한 1,000만회까지의 시험데이터를 이용한 3차 예측식의 경우 1,000만회 조건에서의 방진패드의 피로거동 특성을 잘 반영하나 1,000만회 이후의 거동을 예측(평가)하기에 불확실하므로 10년 이상의 공용기간을 갖는 방진패드의 내구성능을 평가하고 유지관리하기 위해서는 1,000만회 시험데이터를 이용한 선형예측식을 적용함이 유지관리측면에서 안전측의 관리가 가능할 것으로 판단된다. 또한 침목방진패드의 가속 열화평가 기법은 일반적인 피로시험의 약 600~800만회에 상응하는 피로효과를 나타낼 수 있는 것으로 분석되었다. 본 연구의 결과를 바탕으로 침목방진패드의 피로 및 열화 거동특성을 고려한 피로영향평가 기법을 신품 패드의 품질관리 측면과 공용중인 패드의 유지관리 측면으로 구분하여 제안하였다. 현행 300만회 피로시험으로 스프링계수의 적정성을 평가하도록 규정되어 있는 신품 패드의 경우, 본 연구에서 수행한 온도, 시간 및 Creep 효과가 고려된 가속열화시험을 이용한다면 단순피로시험의 600~800만회에 상응하는 피로효과를 기대할 수 있는 품질시험으로 활용 될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 공용중인 침목방진패드의 피로수명예측 기법을 1,000만회 피로시험 데이터를 이용한 선형예측식(Y= 2.0189E-6X–0.492, R2=0.963)으로 제안하여 성능기반의 침목방진패드의 교체시기를 판단할 수 있는 기준을 제시하고 공용중인 침목방진패드의 피로수명을 예측할 수 있는 피로영향 평가기법을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 실제 사용환경조건을 고려한 내구성능평가 기법(가속열화시험)은 신품 침목패드의 성능평가 시 경제적이고 효과적인 평가기법으로 활용이 가능하며, 피로수명예측식을 이용하여 현장에서 사용중인 침목방진패드에 대한 스프링계수 변화 수준을 예측 또는 평가함으로써 공용중인 침목방진패드의 정량적인 피로수명평가(교체주기산정)가 가능할 것으로 사료된다. Fatigue life prediction methodology of the resilience pad using vulcanized natural rubber was proposed by incorporating the finite element analysis and the change rate of static spring constant of resilience pad determined from the fatigue tests. Nonlinear finite element analysis of the 3-D specimen of natural rubber was performed based on a hyperelastic material model(Ogden model) determined from the uniaxial tension tests. The ogden model determined from the FEA and uniaxial tension test was used for evaluating the fatigue test results of resilience pad(natural rubber). In this study, a resilience pad performance for sleeper floating track system was evaluated by performing fatigue loading test and accelerated test by considering thermal and creep condition. In order to evaluate the influence of fatigue and deterioration effect on the resilience pad, the KR standard specimens of resilience pad for sleeper floating track used in laboratory testing and numerical analysis. Further, the influence of fatigue loading cycles on the resilience pad currently employed in subway line was assessed by performing spring constant test data and the proposed prediction equation using fatigue loading test results according to 10E6 cycles. As the fatigue test results, at a 4E6 cycles of fatigue loading test, an increase in the change rate of static spring constant of resilience pad dramatically approximately 2 times than an initial spring constant, and an increase in the change of static spring constant of resilience pad at a 7E6 cycles slightly. The curves of change rate of static spring constant can be effectively represented by an used resilience pad were sourced from the in-serviced subway line with approximately 16E6 cycles. Predicted fatigue life equation of the resilience pad for sleeper floating track(natural rubber) agreed fairly well the used resilience pad from the in-serviced subway line. Therefore, the change rate of static spring constant of resilience pad directly affects the fatigue and thermal condition as well as the creep effect. Further, it is inferred that the results of linear regression analysis obtained using fatigue test data of 10E6 cycles such as the change rate of static spring constant can be used to predict the change rate of static spring constant acting on the in-serviced tracks by considering fatigue effect. Therefore, the prediction equation should be of practical use for replacement of resilience pad for sleeper floating track maintenance. The prediction equation for change rate of static spring constant are proposed to predict the useful lifetime of resilience pads and the period of resilience pad replacement. The study performed a comparison between theoretical and experimental results, and the results contributed toward the development of simple prediction and evaluation methods for the maintenance of the sleeper floating track with regard to pad replacement on in-serviced railway. In the case that accumulated tonnage or frequency of vehicle acting cycles are known, the change of static spring constant could be predicted using the proposed prediction equation.

경전철 터널의 강지보 지보압을 고려한 콘크리트라이닝 최적 설계 방법 연구

김운수 서울과학기술대학교 2014 국내석사

현재 터널설계에 있어서 주 지보재인 숏크리트, 강지보, 록볼트는 장기 지반이완하중을 받는 콘크리트라이닝이 타설되기 전까지 시공 시에만 지지하는 임시 지보재로 설계하고 있다. 또한 장기 지반이완하중의 과다한 평가로 인하여 콘크리트 라이닝의 설계가 보수적으로 이루어 지고 있다. 일반적으로 NATM 터널의 콘크리트라이닝 설계시 숏크리트, 강지보재 및 록볼트 등의 주지보재는 장기적으로 기능을 상실하는 것으로 간주하고 장기적인 지반이완하중은 콘크리트라이닝이 모두 지지하는 것으로 설계한다. 숏크리트의 열화 및 장기 내구성에 대한 연구가 활발히 이루어 졌으나 굴착중 초기강도 발현이후 장기적인 지보재 역할로써는 아직 열화에 대하여 불확실한 것으로 나타났다. 최근 설계시 영구지보재로써의 숏크리트는 고강도 숏크리트를 적용하는 것으로 제시하고 있으므로 일반적인 터널 보강시 사용되는 일반 숏크리트를 영구지보재로써 장기 지반이완하중을 지지하는 것으로 적용하기에는 부적절 할 것으로 판단하였다. 강지보재의 장기 내구성에 직접적으로 지배하고 있는 것은 강재의 부식에 의한 강도저하이다. 지반 강관 말뚝 및 항만 구조용 강재에서는 부식대 공제값 또는 부식속도를 사용년수에 따라 산정하여 강구조물의 사용수명까지 기능적 역할을 다 할 수 있도록 부식을 고려한 설계를 수행하고 있다. 게다가 터널의 강지보재는 숏크리트로 충분히 피복되어 있으며 부식에 강하며 장기적으로 지반하중을 지지할 수 있는 영구지보재로써의 설계적용이 가능할 것으로 판단하였다. 따라서, 본 연구에서는 주지보재의 장기 내구성이 우수한 강지보재의 지보압을 고려하였을 경우의 콘크리트라이닝의 부재력 감소효과를 수치해석을 통하여 비교·분석하였으며, 실제 보강철근량을 산출하여 경제성을 검토하였다. 단면크기에 따른 강지보재의 지보압을 이론식 및 수치해석방법(MIDAS Civil)으로 산정하고 비교한 결과 단면적이 가장 적은 경전철 터널에서 가장 큰 지보효과가 나타났다. 또한 경전철 터널에서 패턴별 강지보재의 지보압을 고려하여 콘크리트라이닝 설계를 수행한 결과 지반조건이 가장 불량한 구간의 지보패턴에서 강지보 지보압의 능력이 가장 크게 나타났으며, 저감된 이완하중으로 발생된 콘크리트라이닝의 발생응력 및 철근량 또한 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 빔-스프링 모델을 통하여 강지보재가 허용응력에 도달하였을 때의 지보압을 산정하여 지반이완하중을 저감하는 것으로 콘크리트라이닝 설계를 수행하여 기존설계와 비교를 하였다. 그러나 추후 강지보재의 지보압 산정시 숏크리트와 강지보재의 부착정도, 강지보재 재품 품질 등을 고려하여 공제값 또는 안전율 적용에 대한 추가적인 연구가 더 필요할 것으로 판단된다. The purpose of this paper is to determine the reduction effects of the member forces of the concrete lining considering the steel rib supports in design. Since member forces of the steel rib supports were usually ignored, quantitative investigation on the reduction of member forces on the steel rib is reguired. In this study, member forces of steel rib supports have been calculated for various size of tunnel cross section. The results show that the tunnel with small cross section for light train exhibits largest support pressure. In addition, the member force is highest when the ground condition is poor. Under such condition, bending capacity of concrete liner and steel reinforcement are reduced about 40%, and 43%, respectively. In consequence reduction of construction cost is possible.

일반철도 혼용선 곡선구간의 적정 캔트 설정에 관한 연구

강대웅 서울과학기술대학교 2018 국내석사

철도에 있어 동일 노선에 각기 다른 속도와 윤중을 갖는 열차가 선로의 곡선부를 주행함에 있어서 상위속도를 기준으로 설정된 캔트는 하위 속도로 운행되는 열차에는 과다캔트가 되고, 하위 속도를 기준으로 설정된 캔트는 상위 속도의 열차에 과소캔트가 된다. 따라서, 속도가 다른 열차가 운행되는 혼용선에서는 열차속도의 변화에 따른 캔트의 과부족 상태를 피하기 어렵고, 특히 과캔트의 경우 내측 궤도의 부담력을 증대시켜 궤도구성품(레일, 침목 및 도상자갈)의 손상을 가중 시키는 동시에 차륜과 레일의 답면 마찰로 인해 파상 마모(Corrugation)를 야기 할 수 있다. 본 연구에서는 혼용선 곡선부의 캔트 설정을 설계시는 속도별 평균 자승법 또는 최고 속도에 맞춰 일률적을 적용하고 있는 것을 수치해석 및 현장 측정결과를 바탕으로 실제 주행 속도와 운행빈도를 고려한 내․외측 궤도부담력을 산정함으로써 열차의 종류 및 주행속도에 따라 내․외측 궤도부담력의 편차를 최소화 할 수 있는 캔트 설정 방안을 분석하였다. 연구결과, 다른 속도를 가진 열차가 혼용되어 운행되는 철도 노선의 곡선부 캔트 설정에 대하여 운행 차량의 상위 속도 차량에 맞추어 설정된 캔트 조건하에서 각기 다른 제원과 속도를 가진 차량의 운영은 내․외측 레일의 부담력에 직접적인 영향을 미칠 수 있으며 이는 레일저부응력의 변동수준을 증폭시킬 수 있음을 실험적으로 확인하였다. 차량별 운행에 따른 레일저부응력에 대한 현장 측정 Data와 수치해석 결과의 비교 및 확률론적 분석 기법(Gaussian 확률밀도함수)의 활용을 통해 레일저부응력의 편차를 최소화 할 수 있는 적정 캔트량을 제시하였다. In case trains running with different speeds on the same route, a cant that is set on the basis of a higher speed becomes excess cant for a lower speed, and the cant becomes the deficient cant of the upper speed train. It is therefore difficult to avoid excessive or insufficient cant due to differences in train speeds on the same track. In this study, the cant setting method which minimizes load deviation of inner and outer rail according to train type and speed is analyzed based on numerical analysis and field measurement results in curved section of the multi-speed line. As a result of this study, we have experimentally confirmed that the cant adapted to the speed of a high-speed train in the curved section of the multi-speed line can directly affect rail bottom stresses in other vehicles. The optimal cant to minimize the deviation of the rail bottom stress is presented through the comparison of the field measurement result of the rail bottom stress and the numerical analysis result and the probabilistic analysis method such as the Gaussian probability density function.

도시철도 정거장 내부시설의 효율적 규모 및 배치 조정에 관한 연구

이용재 서울과학기술대학교 2021 국내박사

제 목 : 도시철도 정거장 내부시설의 효율적 규모 및 배치 조정에 관한 연구 최근 도시철도의 계획 및 건설 시 이용자의 높은 요구수준과 ICT 기술, 자동화 같은 첨단기술의 도입 등 다양한 사회적 경제적, 기술적 환경의 변화를 반영하기 위한 노력이 진행되고 있다. 특히, 이용객의 편의성을 향상시킬 수 있는 정거장 공간의 효율적 규모 및 배치에 관한 연구에 대한 관심이 증가하고 있다. 도시철도 정거장의 내부시설을 살펴보면 이용객의 이동, 대기를 위한 공간 및 편의시설, 정거장의 운영과 유지 관리를 위한 공간으로써 상부 대합실 층과, 열차 운행과 승·하차를 위한 승강장 층 및 상·하 층간 연결을 위한 공간으로 구성되어 있다. 각 층의 기능이 각기 다름에도 불구하고 지하정거장은 상·하 대칭형 정형화구체 공간의 내부시설은 효율적인 규모 및 배치 조정에 관한 장래 지향적인 사항을 고려하지 않으며, 내부의 매우 큰 기둥부재로 인해 개방감과 시인성을 훼손하고 이동 장애를 발생시킨다. 또한, 내부 개별공간의 칸막이 등이 사공간과 유휴공간을 발생시켜 정거장의 승객을 위한 공간, 역무 공간, 임대 공간의 비조화 등 공간 이용의 효율성을 떨어뜨린다. 이는, 서울도시철도가 1st subway의 Line 1에서 2nd subway를 거쳐 3rd subway인 Line 9를 단계별로 건설함에 따른 문제이며, 향후 사회의 발달과 기술의 진보에 따라 정거장의 내부시설을 보다 적은 비용으로 효율적이고 유연하게 사용할 수 있도록 정거장 규모의 변천 과정의 조사·분석을 통한 내부시설의 효율적 규모 및 배치 조정에 관한 연구가 요구된다. 본 연구에서는 서울지하철 1st subway, 2nd subway 및 3rd subway의 301개 정거장을 대상으로 각 승객공간, 역무공간 및 임대공간과 각 기능공간을 조사·분석하였다. 분석된 결과를 바탕으로 기둥이 없는 비대칭형 비정형화구체 공간 구조의 Model을 설정하고, 정거장 공간의 LoS 이론에 의한 Simulation을 통해 편의성과 공간변형에 따른 효율성 검토를 하였다. LoS 이론에 의한 Simulation을 통해 정거장 공간의 편의성과 효율성 겸토 결과, 집·개표공간은 1st subway는 4-Gate System, 2nd subway는 2-Gate System 그리고 3rd subway Line 9는 1-Gate System을 비교한 결과 역무와 승객의 이동 동선이 복도형에서 홀형으로 발전되면서 집약화되는 것으로 분석되었으며, 역무 공간은 1st subway의 소규모의 다양한 역무 기능에서 2nd subway를 거쳐 3rd subway에서는 그 기능이 통합되는 것으로 분석되었고, 임대 공간은 1st subway에서는 소규모의 여러 임대기능을 보였으며, 2nd subway에서는 중·대규모의 임대기능으로 변화하였고, 3rd subway에서는 매표소 대신 배치된 편의점으로 다기능화하여 집약된 것을 볼 수 있었다. 이러한 변화에 따라 정거장 내부시설의 효율적 규모 및 배치 조정이 필요한 것으로 분석되었다. 조사·분석된 결과를 바탕으로 승강장 층과 연결계단부 조정, 대합실 층의 승객 공간을 홀형으로 집약화, 역무 공간의 통합화, 임대 공간의 다기능화 등을 위해 비대칭형 비정형화한 구체의 대합실 층의 기둥이 없는 공간 구성 예측 Model을 설정하여 LoS 이론 검증과 그 실현성에 대한 Simulation을 진행하였다. 그 결과, 이러한 Model이 정거장 내부시설의 효율적 규모 및 배치 조정을 위해 효율성을 높이는 것으로 나타났다. 본 연구에서 LoS 이론의 Simulation을 통한 정거장 공간의 편의성 및 효율성 분석 결과에 따라, 광역·도시철도의 지하정거장 설치시 노선·선형의 변경 없이 대합실 층을 비대칭형 비정형화구체 구조로 주변 환경에 따라 조화롭게 선정이 가능할 것으로 판단되며, 정거장 규모 및 내부공간 배치 결정 시 편리한 이동 동선과 시인성 개선, 개방감 확보와 내부 역무 기능실 및 임대공간의 탄력적, 유동적인 배치 조정이 가능할 것으로 판단된다. 추후 승객 증가 시 공간의 추가확보와 기둥 장애물로 인한 승객 이동 및 Waiting space 잠식의 해소 등에도 유용할 것으로 판단되어, 광역·도시철도 지하정거장 내부시설의 효율적 규모 및 배치 조정에 기초자료로 활용이 가능할 것이다. Efficient Scale and Arrangement of Internal Facilities in Urban Railway Station Lee, Yong Jae (Supervisor Park, Yong Gul) Dept. of Global Railway System Graduate School of Railway Seoul National University of Science and Technology In this study, Recently, in the planning and construction of urban railways, efforts are being made to respond to various changes socially, economically, and technologically, such as the high level of demand from users and the introduction of advanced technologies including Information and Communication Technologies (ICT) in addition to automation technologies. Particular interest has increased regarding research on space-scale efficiency and the structural arrangement of stations in order to improve user convenience. Urban railway stations are designed to facilitate their operation and maintenance and to provide convenience for passengers. A station typically consists of a waiting area in the upper level floor, a platform area in which trains operate and are boarded in the lower level floor, and a connecting area between each floor. Despite the different functions of each floor, underground stations have gradually expanded and become more deeply installed in a top-bottom symmetrical structure, meaning that the layout of each floor is the same. Such a standardized interior structure does not take into account a future-oriented efficiency in space, scale, and arrangement. This standardized structure is generally designed with large pillars in each floor and these can often impair openness and visibility of space, in addition to causing obstacles to mobility. Aside from large pillars, partitions in facilities can reduce the usable space for passengers, station office areas, and leasing areas. These challenges that reduce space efficiency and usability due to the top-bottom symmetrical structure exist because the Seoul Metro was built over three generations; the first subway generation (Line 1) to the third subway generation (Line 9). In order to use the internal space of railway stations more efficiently in a cost effective way, it is necessary to analyze the development in space, size, and layout of the railway stations throughout each of the three subway generations. Therefore, this study investigated and analyzed the functions and efficiency of spaces for passengers, station office areas, and leasing areas of 301 different Seoul Metro stations built in each subway generation. Based on the analysis, this study proposes an asymmetrical and atypical space structure design model and features simulations conducted based on the LoS theory to examine structural safety and space efficiency as a result of spatial transformation. With this analysis, this study found the following: From a comparison of the ticketing areas from each subway generation; the 4-Gate System of the first generation, the 2-Gate System of the second generation, and the 1-Gate System of the third generation, it was found that the footprint of ticketing areas has decreased dramatically as a result of development of the passenger/office area structure from that of a hallway to that of a main hall. The structure of the station office area was analyzed and its functions have become more integrated in the third generation since the first generation, which featured more offices spread out across the station. The use of areas for leasing has also simplified in the third generation as a result of having more multifunctional businesses such as convenience stores, whereas the leasing areas were primarily used for smaller businesses in the first generation and then developed for medium and large-scale businesses in the second generation. Modern developments have rendered such businesses obsolete. With that, this study proposes that it is necessary to adjust the scale and layout of station facilities in a more efficient way in accordance with the evolution of technology and trends in the utilization of space. Based on the analysis of existing stations built in different subway generations, this study conducted simulations by designing a pillar-free main hall-type waiting room area, adjusting the platform floor and the connecting staircase, and integrating the station office and rental space. In these simulations, the study verified the LoS theory and the feasibility of an asymmetrical and atypical space structure design model. Additionally, the study learned that the asymmetrical and atypical space structure model appears to be more efficient in adjusting space structure and increasing usability than the top-bottom symmetrical structure model. In conclusion, as a result of these simulations, this study finds that an asymmetrical and atypical space structure model will make it more feasible for the waiting room floor to be designed more harmoniously with the surrounding environment without changing railway routes and when installing underground stations for metropolitan and urban railways. When deciding on the scale of the station and the layout of its interior space, it is expected that this model will also contribute to enhancing the convenience of walking areas for passengers, space visibility and openness, and the flexibility and efficiency of arranging space for office use and leasing. Lastly, this model will also be useful for securing additional space in the event of an increase in future passengers and avoiding the encroachment in walking and waiting spaces due to pillar obstacles.

곡선부의 선형 및 차량조건에 따른 궤도작용력과 주행안정성 특성에 관한 해석적 연구

전기신 서울산업대학교 철도전문대학원 2010 국내석사

국내 철도환경은 선로 선형개량 및 신형차량 개발 등에 따른 속도 향상에 따라서 변화가 예상된다. 최근 일반철도의 경춘선 등 철도건설 선구에 고속화가 추진되고 있고 300㎞/h급의 KTX-Ⅱ 개발에 이어 400㎞/h급의 차세대 고속차량 개발(HEMU-400X, 축중 13t, 동력분산식)이 추진되고 있다. 이와 같이 앞으로 고속운행하게 될 신형차량의 축중이 13t으로 경량화되고 200㎞/h 속도대로 고속화 변화가 예상됨에 따라 차량조건(축중, 속도) 등의 여러 매개변수에 의한 차량과 궤도 상호 작용력에 의해 주행안정성과 궤도작용력 변화 검토가 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 곡선부 선로에서 궤도작용력과 주행안정성을 정량적으로 평가하기위하여 곡선부의 주행안정성(탈선) 평가 기본이론식을 수립하고, 궤도작용력과 주행안정성을 검토할 수 있는 수학적 모델을 재정립하였다. 이를 토대로 곡선부에서 윤하중, 횡하중, 탈선 등 다양한 인자의 상관관계와 곡선반경과 속도, 궤도틀림 표준편차, 완화곡선길이, 축중 변화 등의 경계조건을 고려하여 수치해석을 하고 분석을 수행하였다. 해석결과 외궤 레일의 윤하중 값은 곡선반경 감소와 속도증가에 따라서 증가하였으며, 곡선반경 증가에 따라서 윤하중의 내, 외궤 분담율은 변화하였다. 탈선계수는 곡선반경 및 속도에 따라 변화하지만 탈선한도 이내에 들었고, 축중 변화에 따른 탈선계수는 곡선반경이 큰 경우 큰 영향이 없었다. 축중 변화에 따른 윤하중은 외궤 레일의 경우 축중 170kN에서 100kN까지 변화시켜 본 결과 축중에 비례하여 저감됨을 알 수 있었다. Domestic railway environment is expected to change by the speed up of running train by improving railway layout and the newly developed train . Recently, the improvements of infrastructure of Kyung-Chun line and other operation line are going on, in the field of vehicle, the KTX-Ⅱ which surpasses 300km/h was developed, and then next-generation high-speed train which surpasses approximately 400km/h has been planning. Thus, new train which will be serviced in high-speed reduces the axle load to 13t. It is expected to change average velocity of 200km/h, so it should need to review the changes between running stability and rail forces based on parametric track interaction. Therefore, in this study, the mathematical model was improved for the analysis of the rail forces and the running safety. Also, in the curved track, the rail forces and the running safety was evaluated considering the conditions such as wheel load, lateral force, derailment on the curved track, radius, velocity, track layout, the stand deviation of track irregularity, transition curved length, and change of axle load. In the result of this study, wheel loads of outer rail were increased according to the reduction of track radius and the increase of vehicle speed. In addition, as to the variance of radius, the load distribution rate of wheel load of outer and inner rail changed. The derailment coefficient was changed according to the track layout and the vehicle velocity, but it was performed within derailment limit and according to the range of axle load, the derailment coefficient was not influenced in the case of large radius. In case of outer rail, the wheel load was reduced proportional to the axle load of train in the range between 170kN and 100kN.

선로하 추진공법 적용시 강관압입과 굴착에 따른 지반 거동특성 분석

김영하 서울과학기술대학교 2016 국내박사

There are a number of underground railway crossing structures that pass beneath the railways and roads, which are being constructed by no-dig methods. However, in the case of no-dig methods, further research is required on the depth of soil cover following pipe jacking, the form of pipes, and characteristics of movement of track roadbeds affected by the load of the upper structure. This study conducted reduced scale tests and full scale tests to examine the settlement and heaving impact on the ground caused by injection of pipes into the ground, which is a type of no-dig methods widely in use for underground crossing structures. Based on the findings of the reduced scale tests, the movement of the ground surface was observed during actual pipe jacking, in consideration of the actual roadbed materials, conditions, and the size of pipes being used at the field. Building on the findings of existing reduced scale tests, the full scale tests assessed the constructability and measured ground deformation according to the stage of construction, as well as the deformation ratio depending on the ratio of soil cover depth. Also, train load, which is expected to be the surcharge load, was applied dynamically and statically to gauge the displacement in ground surface, sleepers and roadbed surface, as well as changes in the behavior of earth pressure and internal & external strains within the roadbed. A load similar to the train load was statically and dynamically applied to compare the stress conditions on materials and axial force that arise from the pipes, with numerical analysis. In order to compare and verify the results of full scale tests, a numerical analysis method was employed at each section. Through modeling that adjusted for the construction stage, the behavioral characteristics of settlement and heaving were compared according to the level of the soil cover depth, the impact on steel pipes from train loads was evaluated, and it was compared with the static structure calculation for further analysis. Findings of full scale tests, numerical analysis and simulation analysis, were utilized and reflected in track system analysis items, i.e. the depth of soil cover, ground conditions, track roadbed and train operation conditions, among the selection criteria for underground railway crossing methods. 철도와 도로의 하부를 통과하는 지하횡단공법 지하구조물이 비개착 공법으로 다수 시공되고 있으나 비개착공법 시공시 추진관 압입에 따른 토피고, 관의 형태, 상부하중의 영향으로 인한 궤도노반의 거동특성에 대한연구가 필요한 실정이다. 본 논문은 지하횡단공법에서 많이 사용하고 있는 비개착공법 중에서 관을 지반내부로 관입하였을 때 발생하는 지반상부의 침하 또는 융기 영향 등을 검토하기 위하여 축소실험과 실대형 실험을 실시하였다. 축소모형실험 결과를 바탕으로 실제 노반재료와 상태, 그리고 현장에서 사용되고 있는 관의 크기 등을 반영하여 실제 추진하였을 때 지표면의 거동을 관찰하였다. 실대형실험에서는 기존 축소모형실험 결과를 바탕으로 시공성 평가 및 시공단계별 지표변위 거동을 측정하였고 실대형 측면에서 토피고비에 따른 변형량 비를 검토하였다. 또한 별도로 상재하중으로 예상되는 철도하중을 정적, 동적으로 재하하여 지표와 침목, 노반 표면에서의 변위를 계측하고 노반 내의 토압거동 및 내외부 스트레인 변화를 측정하였다. 열차하중과 유사한 하중을 정적, 반복하중을 재하시켜 관에서 발생하는 축력 또는 모멘트 등 부재의 응력상태를 수치해석과 비교 검토하였다. 실대형실험의 결과를 비교하고 검증을 수행하기 위하여 각각의 단면에서 수치해석적 방법을 이용하였다. 시공단계를 고려한 모델링으로 토피고별 침하/융기 거동 특성을 비교하였고 철도하중에 따른 강관의 영향을 평가하였으며 정적 구조계산과의 비교를 통한 분석을 수행하였다. 실대형실험, 수치해석적 분석, 그리고 시뮬레이션해석을 통해 철도지하횡단공법 선정기준에서 선로시스템분석 항목인 토피고, 지반조건, 궤도노반조건, 열차운행조건에 활용 반영하였다.