일반적으로 도시철도는 단거리를 짧은 운전시격으로 운행하는 특징을 가진 도시내 교통수단으로 요즘의 도시철도는 운영자의 요구에 따라 기관사가 없는 무인운전을 채택하는 추세이다. 이에 비해 일반 고속철도는 장거리 운행을 위하여 고속으로 운행하는 철도를 말한다. 일반 고속철도에는 도시철도와는 다르게 화물열차의 운행이라는 특수한 운행조건이 존재하며, 운영방식이 매우 다른 특성을 보이고 있다. 본 논문에서는 도시철도와 일반 고속철도의 운영방식을 비교하고 무선기반 열차제어시스템을 일반 고속철도에 적용하기 위한 조건을 제시하였다.
일반적으로 철도수요를 추정할 때에는 매표실적에 근거한 직접수요모형(Direct Demand Model)을 많이 사용하여왔다. 고속철도가 2004년 4월 개통됨으로써 실행된 수요가 나옴에 따라 이를 이용하여 KTX와 일반철도를 고려한 직접수요모형의 작성이 가능하게 되었다. 따라서 본 논문에서는 고속철도 운행 전${\cdot}$후의 실제수요를 이용하여 고속철도 개통 전${\cdot}$후의 직접수요모형을 추정하여보았다. 모형에 사용되는 변수로는 철도서비스, 사회경제지표 등을 사용하였다. 그 중 철도서비스, 즉 운행시간, 운행빈도, 운임 등을 집중적으로 사용하여 모형을 작성하였다. 이렇게 작성된 모형은 KTX와 일반철도, 일반철도 등급간에서 철도서비스 변수의 기여를 명시적으로 제시해준다. 개발된 모형을 이용하여 KTX 및 일반철도의 운행방향에 대하여 검토하였다.
최근 철도수송 물동량은 점진적으로 줄어드는 추세이며, 특히 무개차의 수송량이 크게 줄어드는 경향을 보이고 있다. 무개차는 덮개가 없는 화차로서 용도에 따라서 일반 무개차, 호퍼차, 자갈차로 분류할 수 있으며, 이 중에서 일반 무개차를 가장 많이 보유하고 있다. 일반 무개차는 2001년 전체 화차수송횟수의 약 23.3%를 차지했지만 2010년에는 14.5%로 그 역할이 많이 축소되었다. 최근에는 일반 무개차를 컨테이너 수송 용도로도 활용하고 있으며, 벌크화물을 컨테이너차로 수송할 수 있는 다양한 용기가 개발되고 있어 장기적으로 일반 무개차의 수요는 줄어들 것으로 판단된다. 그러나 일반 무개차는 여전히 철도수송에서 벌크시멘트차, 컨테이너차 다음으로 중요한 역할을 수행하고 있으며, 장기적인 관점에서의 수요 감소에 대비한 운용 방안의 수립이 필요하다. 본 연구에서는 일반 무개차의 효율성을 분석하고 향후 일반 무개차의 운용 방안 수립을 위한 방향을 제시하였다.
철도교량 동적 설계 및 동적 안전성을 해석적으로 평가하기 위해서는 교량의 감쇠비를 산정하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 국내 고속 및 일반철도에서 일반적으로 사용되고 있는 소수주형강합성교, PSC Box, Steel Box, PSC, IPC, Precom, Preflex에 대하여 실내 모형실험 및 운행 중 현장계측을 하였다. 이러한 고속 및 일반철도의 대표적 교량형식에 대한 실내외 시험을 통해 대수감소율을 적용하여 감쇠비를 분석하였다. 따라서 철도교량의 감쇠비는 하중크기, 가진주파수, 진폭에 영향을 받지 않는 것으로 분석되었다. 또한, 기존 철도설계기준에 제시된 감쇠비 하한치와 비교하여 PSC구조 및 강합성구조 철도교량의 경우 감쇠비 하한값을 1.0%로 적용하는 것이 합리적이라 판단되었다.
일반철도 및 고속철도를 포함한 철도교량의 상부구조로 현재 우리나라에서 주로 사용되고 있는 교량형식은 크게 박스 거더교와 I형 거더교로 구분된다. 박스 거더교는 동적 거동에 패한 안전성이 우수하기 때문에 주로 고속철도 교량으로 많이 사용된다. 1형 거더교는 일반철도 교량으로 주로 사용되며, 일반 PSC 거더교 형태와 철골 철근콘크리트로 합성화된 구조인 프리플렉스 거더교의 형태로 크게 구분되고 또한 새로운 형식도 지속적으로 개발 되고 있는 추세에 있다. 본 연구에서는 현행 철도교설계기준에 의거하여 각 형석별로 경간장에 따라 거더 설계를 실시하여 적절한 형고를 분석하며, 개략적인 교량가설 공사비를 산출하여 사용 경간장에 따른 구조적 효율성 및 경제성을 비교분석하였다. 이에 따른 비교분석을 수행한 결과, 구조적 효율성의 측면에서는 프리플렉스 거더교 형태의 교량이 경간장에 따른 형고는 가장 갖은 것으로 나타났으며, 가설 공사비의 측면에서는 일반 PSC 거더교 형태의 교량이 가장 경제적인 것으로 평가되었다.
일반철도 및 고속철도를 포함한 철도교량의 상부구조로 현재 우리나라에서 주로 사용되고 있는 교량형식은 크게 박스 거더교와 I형 거더교로 구분된다. 박스 거더교는 동적 거동에 대한 안전성이 우수하기 때문에 주로 고속철도 교량으로 많이 사용된다. I형 거더교는 일반철도 교량으로 주로 사용되며, 일반 PSC 거더교 형태와 철골철근콘크리트로 합성화된 구조인 프리플렉스 거더교의 형태로 크게 구분되고 또한 새로운 형식도 지속적으로 개발되고 있는 추세에 있다. 본 연구에서는 현행 철도교설계기준에 의거하여 각 형식별로 경간장에 따라 거더 설계를 실시하여 적절한 형고를 분석하여 경간장에 따른 구조적 및 경제적 효율성을 비교분석하였다. 비교분석을 수행한 결과, 구조적 효율성의 측면에서는 프리플렉스 거더교 형태의 교량이 경간장에 따른 형고가 가장 낮은 것으로 나타났으며, 경제적 효율성의 측면에서는 일반 PSC 거더교 형태의 교량이 가장 효과적인 것으로 평가되었다.
국내 철도노반설계기준에는 강화노반 두께를 일반철도와 고속철도로 이원화하여 규정하고 있으며 강화노반의 입도기준도 이원화되어 있다. 이로 인해 향후 기존선 속도향상 또는 유도상 궤도를 무도상 궤도로 변경 시 강화노반 두께증가 및 재료변경으로 인한 비용증가가 요구된다. 따라서 본 논문에서는 실대형 실험을 통하여 노반상태 변경 없이 기존 일반철도인 유도상 궤도를 무도상 궤도로 변경하고 동일선로에서의 열차속도 향상 가능성을 검토하였다. 일반철도 설계기준에서 제시하고 있는 강화노반 두께를 20cm로 하고 강화노반 재료를 입도조정부순골재(M-40)를 사용한 선로 노반의 동적 특성을 분석하고 철도설계기준에서 제시하는 노반침하를 비교한 결과, 기존 일반철도 자갈궤도의 강화노반 두께 및 재료 변경 없이 무도상 궤도화가 가능하며 열차속도 400km/h까지 주행이 가능한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 실내실험만의 결과이므로 추후 수치해석과 현장 실측치와의 비교 검토가 필요하다.
본 연구에서는 국내 일반철도 새마을호 동력차 및 궤도조건을 고려한 차량/궤도 상호작용해석을 수행하였다. 레일표면요철에 따른 레일휨응력을 분석하였고, 레일 휨응력예측식을 도출하였다. 또한, 일반철도 레일강의 S-N선도를 이용한 피로해석을 수행하였다. 파괴확률에 따른 레일피로수명을 산정하였고, 레일연마에 따른 레일표면요철 제거 및 레일휨응력 저감효과를 고려한 레일피로수명 평가를 수행하였다. 따라서, 국내 일반철도에서 레일연마 시행방법에 따른 레일피로수명을 평가하여 제시하였다.
본 연구는 지속적인 여객 및 화물량의 증가로 기존 수송수단이 포화에 이른 실정에 새로운 교통수단으로 추진한 고속철도 사업에 대해, 고속철도 개통 후 단기간에 드러난 이용현황 및 문제점을 도출해 기선방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 관련 단체 및 기관의 자료를 수집 분석하였으며, 설문조사를 수행하여 결과를 도출하였다. 또한 광범 위한 고속철도 사업의 특성아래 여객 부문에 대한 대중교통 측면으로 연구의 범위를 한정하였다. 고속철도 개통 후, 여객 및 화물 수송의 형태에는 단기간이나마 큰 변화가 있는 것으로 나타났으나 그에 반해 고속철도의 이용에 있어서 주목할 만한 문제점 또한 조사되었다. 주요 사항으로는 역방향 유해성, 일반열차로의 불편전이, 터널통과시의 소음 등으로서 이는 개통 초기 고속철도에 대한 그릇된 대국민 인식을 가져오게 함과 동시에 향후 개인들간 교통수단 선택에 있어서까지 그릇된 영향을 끼칠 수 있다. 현재 각각의 문제점에 대한 개선방안으로 일반열차 확대 및 할인혜택, 점진적인 순방향 좌석으로서 교체 및 소음 저감방안을 위한 연구 용역 등이 실행되거나 준비되고 있으나 그에 대한 뚜렷한 개선 징후는 아직 미미한 상태로 분석되고 있다. 본 연구에서 실시한 설문조사 결과 아직까지는 고속철도에 대한 인식이 긍정적인 수준을 보이고 있으나 개별 문제점에 대한 좀더 깊은 고찰과 개선안 제시가 이루어진다면 향후 고속철도에 대한 대국민 인식을 한 단계 더 높여, 그 이용을 활성화 시킬 수 있는 좋은 기회가 될 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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