ART 거더 철도교량 ...거더 수량 형고 획기적 ‘감소’ /부산 천마산터널에 스마트 도로조명 지자체 최초 도입
ART 거더 철도교량 ...거더 수량 형고 획기적 ‘감소’
건설비 30% 이상 줄여
열차 하중에 가장 효율적으로 대응할 수 있는 획기적인 단면설계와 고강도 재료를 적용, 기존 철도 교량 대비 거더 수량과 형고를 감소시켜 건설비를 절감하고 구조적 안전성을 강화한 ‘ART(Advanced Railroad Trivet) 철도교량이 선보여 눈길을 끌고 있다.
특히, 이 기술은 프리텐션 공법 적용 단면과 포스트텐션 공법 적용 단면을 모두 개발해 다양한 건설 여건에 맞춰 선택적으로 적용할 수 있는 장점이 있다.
지난해 11월 40m 길이 실물 대상 공개실험 진행 ‘구조 안전성’ 검증
거더 측면에 곡선 가미 ‘항아리 형상 단면’ 디자인 심미적 효과 극대화
최적화 시스템 거푸집 사용 ... 프리텐션 공법 적용 ... 고품질 생산 가능
철도교량 중 현재 일반철도에는 다양한 형식의 I형 거더 교량이 사용되고 있다. I형 거더는 거더 전체가 고르게 하중을 받는 I형 거더 도로교를 기반으로 철도 하중을 견딜 수 있도록 단면을 확대, 적용하고 있다.
고속철도의 경우 높은 구조적 안전성과 저진동 등의 장점을 갖는 PSC박스 거더 형식의 철도교량이 적용되고 있지만, 높은 비용이 단점으로 작용하고 있다.
해외에서는 미국과 일본, 중국, 유럽 등을 중심으로 최근 기술적 트렌드인 프리텐션과 고강도 재료, 모듈러 등을 키워드로 다양한 신형식 교량을 개발하고 있다. 이에 비해 국내에서는 아직까지 획일적인 교량 형식 적용에 머물러 있는 실정이다.
한국철도기술연구원은 GS건설, 동아이엔지, 동연엔지니어링과 공동으로 국내 최초로 열차 하중을 효율적으로 분배하는 한편, 고강도 재료를 적용, 거더 수량과 형고를 감소시켜 30% 이상의 건설비용을 절감시킬 수 있는 ‘ART 거더 철도교량 기술’을 선보였다.
이 기술은 2017년 11월 오송 철도종합시험선로에 시범설치한 후 지난해 11월에는 40m 길이의 실물을 대상으로 공개실험을 진행, ‘ART 철도교’의 구조 안전성 등에 대한 성능을 검증했다.
연구내용
ART 거더 철도교량은 열차 운행 부분을 중심으로 하중이 집중되는 철도의 특성을 고려하고, 고강도 콘크리트와 프리텐션 공법 등 최근의 기술 트렌드를 적용했다.
일반철도에 주로 적용되던 기존의 I형 거더 교량들은 도로교를 기반으로 개발된 이후 철도하중에 맞도록 단면을 확대시켜 적용된 반면, ART거더 철도교량은 컨셉 도출과 개발 단계에서부터 철도하중의 특성을 고려한 형상 도출과 거더 배치 등을 고안해 차별성을 갖고 있다.
또한, 철도연에서 자체 개발한 시멘트 대체율 60% 이상의 친환경 고강도(50~80MPa) 콘크리트를 적용하는 등 최근의 교량 기술 트렌드를 적극 반영했다.
세부적으로 살펴보면, 철도교량으로서 도로교량과 대별되는 가장 큰 특징인 철도하중의 흐름과 열차 동적하중에 대한 진동 사용성을 충분히 확보할 수 있도록 단면 형상과 거더 배치에 대한 설계도 이뤄졌다. 복선 철도교량은 4개의 거더로 구성되며, 단선 철도교량은 2개의 거더로 구성된다.
거더 측면(web)에 곡선을 가미한 항아리 형상으로 단면을 디자인해 심미적 효과를 극대화시켰다.
또한, 저형고 설계를 적용, 기존 철도교량 대비 획기적인 높이 감소로 인한 홍수위 확보는 물론 도심지나 국도 횡단 등 교량 아래 공간(형하공간) 확보가 필요한 장소에 효과적으로 적용할 수 있다. 40m 경간 기준 형고가 2.2m에 불과하다.
특히, 기존의 I형 거더의 경우 무게 중심이 높아 전도사고 위험성이 높은 반면, 이 교량은 낮은 무게 중심으로 가설 중 전도 위험성을 미연에 방지했다.
이외에도 현재 국내에 적용되는 대부분의 거더 형식 교량이 포스트텐션 공법을 적용하는 것과 달리 이 교량은 최적화된 시스템 거푸집을 사용, 프리텐션 공법을 적용해 공장 제작 수준의 고품질 생산이 가능하다.
기대효과
ART 거더 철도교량은 기존 I형 거더 철도교량 대비 20% 이상의 거더 수량 감소와 25% 이상의 형고 감소가 가능해 공정 감소와 건설비 절감이 가능하다.
실제 적용할 경우 일반철도에서는 기존 I형 거더 교량 대비 20% 이상의 건설비 절감이 가능한 것으로 나타났으며, 고속철도 PSC박스거더 교량과 비교할 경우에도 30% 이상의 건설비 절감이 가능해 1km 당 55억 원의 교량 상부구조 건설비 절감이 예상된다.
또한, 30~45m 경간에 가장 적합한 시스템으로 개발된 이 교량은 일반철도와 고속철도에 모두 적용할 수 있어 향후 활용도가 매우 높을 것으로 전망된다.
철도 하중 흐름에 최적화 형상설계 등
고강도 콘크리트 · 프리텐션 공법 적용
김현민 선임연구원
한국철도기술연구원 김현민 선임연구원은 “일반철도 중 신설 노선에는 다양한 형식의 I형 거더 교량이 적용되고 있지만, 대부분 도로교량을 기반으로 개발된 후 철도 하중을 견딜 수 있도록 단면을 확대, 적용하는데 그치고 있다”며, “고속철도에서도 구조적 안전성과 진동 사용성 등의 이유로 PSC 박스거더 형식이 적용되고 있지만, 높은 비용이 문제로 지적되고 있다”고 밝혔다.
이 기술은 철도연을 중심으로 GS건설, 동아이엔지, 동연엔지니어링이 참여한 가운데 국내 최초로 단면 컨셉 도출과 구조형식 결정 단계부터 철도 하중을 고려한 맞춤형 교량기술로 개발돼 의미를 더했다.
김 선임연구원은 기대효과에 대해 “철도하중 흐름에 최적화된 거더 형상과 배치로 복선교량 기준 그동안 5~6개의 거더를 적용하던 것에 비해 4개의 거더로 복선교량을 구성할 수 있어 공정과 건설비 저감이 가능하다”며, “기존 I형 거더 대비 20%, 고속철도 PSC박스거더 대비 30% 이상의 절감 효과를 거둘 것”이라고 전망했다.
이어 “특히, 40m 경간 기준 형고를 2.2m로 획기적으로 저감시켜 홍수위 확보와 형하 공간 확보가 필요한 장소에 적용할 수 있다”며, “또한, 저중심 설계로 전도 사고에 근본적으로 대비할 수 있으며, 시스템 거푸집 적용을 통한 프리텐션 공법 적용으로 고품질의 교량 실현이 가능하다”고 강조했다.
40m 경간 기준 형고 2.2m 불과 ‘저중심 설계’ 특징
이 기술은 충북 오송 철도종합시험선로 개통 완료 후 신뢰성 확보를 위한 장기거동과 실열차하중 재하시험을 진행하는 한편, 기술이전과 상용화를 위한 절차를 진행할 계획이다.
김 선임연구원은 “오송 철도종합선로에 4개의 주형으로 구성된 ART 거더 철도교량을 시험부설한 상태로 개통 완료와 함께 실제 열차 주행을 통해 신뢰성을 검증할 예정”이라며, “또한, 내년까지 이어지는 연구 기간 동안 보다 슬림하고 건설비를 절감할 수 있는 방안 마련과 함께 해외진출 시 공정과 시공효율을 향상시킬 수 있는 기술 개발을 진행할 계획”이라고 밝혔다.
이 같은 기술적 신뢰성 확보와 함께 김 선임연구원 팀은 정확한 경제성 검토를 위해 공인기관을 통해 기존 거더 대비 경제성을 재검토하며, 신뢰성 확보에 많은 공을 들였다. 또한, 연구에 공동으로 참여하고 있는 기업들의 현장 의견을 충분히 반영하며, 현장성 확보에도 노력을 기울이고 있다.
오성덕 기자 건설기술
http://www.ctman.kr/news/16474
부산 천마산터널에 스마트 도로조명 지자체 최초 도입
금경라이팅·리산테크, 개통 앞두고 ‘조명·디밍 시연회’ 개최
지자체 터널에 디밍장치 도입 처음, 안전운행·에너지절감 실현
부산 해안순환도로망의 핵심인 천마산터널에 최첨단 스마트 도로조명이 도입됐다.
부산권을 대표하는 LED조명기업인 금경라이팅(사장 이기봉)과 국내 도로조명 디밍제어 분야의 선두기업인 리산테크(대표 김재규)가 천마산터널에 스마트 도로조명을 설치한 것이다.
김재규 리산테크 대표가 25일 열린 시연회에서 부산 천마산터널에 설치된 스마트 도로조명을 디밍제어하기 전(왼쪽)과 후의 모습이다.
금경라이팅과 리산테크는 25일 부산 천마산터널 현장에서 부산시 공무원과 업계 관계자 등이 참석한 가운데 ‘천마산터널 조명·디밍 시연회’를 개최했다.
총 사업비는 3065억원이 투입됐으며, 공사기간만 2012년 10월부터 2019년 3월까지 6년 5개월이 소요됐다.
이 터널에는 2518개의 도로조명(형광등 1796개, 나트륨등 722개) 대신 1248개의 LED터널등(100W급 797개, 200W급 451개)이 설치돼 에너지절감은 물론 변압기 용량 등을 줄여 공사비·유지보수 비용을 절약했다.
천마산터널에 설치된 LED터널등은 NET(신기술) 인증과 조달청 우수조달제품 등으로 지정된 금경라이팅의 최신 제품으로, 이미 안동~영덕 고속도로 지품터널, 대명터널, 경부고속도로 상주터널 등 130여개 현장에 설치돼 성능을 인정받은 아이템이다.
열 방출 기능을 획기적으로 높인 ‘양면코팅 인쇄회로기판 고효율 방열설계 기술’과 터널조건에 최적화된 비대칭 빔 패턴 배광, 컷오프타입 패턴의 배광 설계가 반영돼 있다.
등기구 외함도 단일 공장에서 직접 생산했으며, 전착도장기술을 적용해 염수화칼륨에 의한 부식 없이 5만 시간 이상의 수명을 자랑한다.
특히 천마산터널에 설치된 금경라이팅의 LED터널등 내부에는 리산테크의 디밍장치가 탑재돼 스마트 도로조명을 구현했다.
지자체 차원에서 건설된 터널에 대규모 디밍장치를 탑재한 것은 천마산터널이 처음이다.
김재규 리산테크 대표는 “천마산터널에는 내·외부에 휘도센서까지 설치해 최고의 사양을 갖췄으며, 부산시 도로조명 규격에 맞춰 모뎀과 시스템도 최적화했다”고 설명했다.
스마트 도로조명은 네트워크와 유·무선 방식으로 센서·제어기기 등의 입출력을 제어해 조명 품질을 유지하면서 주변 환경이나 사전 설정에 따라 밝기 등을 최적화할 수 있는 시스템이다.
터널 내부조명을 자동으로 제어하면서 운전자에게 필요한 최적의 밝기를 제공해 안전운행, 에너지절감 등을 실현할 수 있다. .
리산테크는 천마산터널에 스마트 도로조명을 구현하고, 주행차선과 추월차선을 동시에 제어하는 대칭제어를 통해 뛰어난 종합 균제도를 확보했다.
리산테크는 천마산터널에 제어기와 조명기기는 전력선통신(PLC) 방식으로, 제어기와 휘도수광부는 LAN과 RS485 통신으로, 제어기와 HMI는 LAN 통신방식으로 각각 구성했다고 밝혔다.
천마산터널은 오는 4월 1일 개통된다.
부산=윤정일 기자 yunji@electimes.com 전기신문
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