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3D-PST는?

3D-PST기술은 화성궤도와 철도기술 연구원의 공동연구를 통해 교통신기술 14호로 지정받은 ‘고무차륜 AGT의 안내레일을 이용한 주행로 부설공법’을 모태로 하고 있다.

이 공법은 시공 기준선이 되는 안내레일을 선시공한 후 주행로를 부설함으로써 AGT차량의 주행안정성과 승차감의 핵심요소인 주행로 정밀시공을 가능케 한 기술이다.

특히, 이 기술은 지금까지 토공, 교량, 터널 등 계획 노반에 따라 다르게 적용됐던 일체형과 분리형의 주행로 형식에 대해 분리형 주행로의 적용성을 계획노선 전 구간에 걸쳐 확대함으로써 주행로 형식변경에 따른 공사비 절감효과를 거둘 수 있는 것으로 평가받고 있다.

이러한 기술을 기반으로 탄생한 3D-PST 기술은 현장에 부설되는 곡선을 선형계산서와 현장측량을 통한 데이터를 이용, 공장에서 정밀선형 설정이 가능한 공장형 궤광조립대와 곡선형 거푸집을 이용해 제작된다.

궤광조립대는 고무차륜 AGT, 트램 등에 적용할 수 있도록 최소 곡선반경 R=15m까지 제작이 가능하고 캔트는 고속철도 등에 적용 가능한 패널생산을 위해 최대 180mm까지 제작이 가능하다.

곡선형 거푸집 또한 궤광조립대와 동일하게 최소곡선반경은 R=15m까지 제작이 가능하고 현장의 요구사항에 따라 패널의 길이를 자유자재로 제작이 가능하도록 횡단 거푸집 설치도 가능하게 구성돼 있다.

한편, 3D-PST 제작에서 가장 획기적인 것은 곡선과 캔트를 동시에 갖는 패널 제작이 가능한 점도 중요하지만, 종방향 분리형 패널 개발을 통해 지하구간에 적용성 등을 더욱 확대했으며, 제작원가도 일체형보다 3분의 1정도 절감 할 수 있게 됐다는 점이다.

적용분야

3D-PST는 고속철도, 지하철, 경전철 등의 일반철도 부분에서의 적용성이 매우 뛰어나다.

3D-PST는 직선구간에서의 부설은 물론 그 특성상 지금까지 프리캐스트 패널의 적용이 불가능하거나 어려운 경전철의 급곡선이나 지하구간에 그 적용성이 더 뛰어나다.

현재 국내외에서 개발, 시공되고 있는 프리캐스트 슬래브 패널은 최소곡선 반경이 대부분 R=800m 이상에서 적용 되고 있다.

하지만, 직사각형 형태의 패널을 곡선구간에 적용할 경우에는 여러 가지 문제점이 발생한다.

일례로 직사각형 패널에서 계획던 곡선선형을 설정하는 경우 곡선반경에 따라 체결구가 상하로 이동하고 좌우 회전 등을 해야만 레일과 패널의 체결구가 직각으로 체결이 된다.

또한, 곡선구간에서 캔트 설정시 체결구 하부에 심플레이트를 고여줘야 하며, 바닥콘크리트와 패널 연결하는 충전층을 캔트의 높이만큼 추가적으로 더 시공해야만 하는 등 번거로운 작업들이 추가된다.

이에 비해 3D-PST는 패널자체에 곡선과 캔트를 가미하고 있어 앞서 제기된 여러 공정 없이 패널을 현장에 하화하고 패널을 서로 연결하기만 하면 계획된 선형(곡선반경)과 캔트를 갖는 선로를 부설 할 수 있다.

특히, 연구를 통해 종방향 분리형 패널을 개발, 지하구간 프리캐스트 슬래브 궤도 부설이 가능하도록 했으며, 자재비와 시공비도 기존의 일체형 패널보다 1/3정도 절감할 수 있다.

현재 철도기술원 녹지선에 일반철도용 3D-PST 시험부설을 완료한 상태다.

3D-PST는 고무차륜 AGT 분야에서의 적용성도 뛰어나다.

고무차륜 AGT는 부산 반송선 4호선에 최초로 도입된 이래 현재 의정부 경전철과 함께 2개의 노선에서 차량이 운행되고 있다.

고무차륜 AGT는 아직까지 프리캐스트 슬래브 패널이 개발돼 있지 않아 현장 타설식으로만 시공이 이뤄져왔다.

현재 철도용 패널의 경우 패널과 패널사이가 일정한 간격인 100~200mm로 떨어져 있어 이 공간을 이용, 곡선구간에서 패널이 틀어지는 것을 일정 범위까지 상쇄시키는 작업이 가능하지만, 고무차륜 AGT는 자동차처럼 차륜이 고무바퀴로 돼있고 불연속면이 없는 연속적인 지지체인 주행로라는 전용의 선로를 주행하게 된다.

일반철도는 레일에 곡선선형과 캔트를 설정하지만 고무차륜 AGT는 주행로 콘크리트 자체에 곡선선형과 횡단경사량(캔트)를 설정한다. 즉 주행로 콘크리트 자체가 철도의 레일과 같은 역할을 하기 때문에 패널제작 시 패널자체가 철도에서 요구되는 곡선선형과 캔트를 포함하고 있어야 한다.

따라서 화성궤도와 철도기술연구원에서 고무차륜 AGT용 3D-PST를 개발, 지금까지 불가능했던 고무차륜 AGT분야에서도 슬래브 패널시공이 가능하게 됐을 뿐만 아니라 콘크리트 패널의 강도도 현장타설식인 35Mpa보다 월등이 뛰어난 450Mpa의 강도를 얻을 수 있게 됐다.

또한, 고무차륜 AGT용 분리형 패널을 이용할 경우 지하구간 프리캐스트 슬래브 시공이 가능하고 분리형 패널의 중앙공간을 활용, 흡음재 등을 설치할 경우 소음감소 효과를 가져 올 수 있다.

이외에도 분리형 패널의 중앙부를 이용, 현재 측방안내방식을 중앙안내방식으로 변경할 경우 토목구조물 등의 구조물 축소가 가능해 향후 인페이스 분야까지 시공비 절감을 이룰 수 있으며, 시스템 사양의 다양한 변화를 추구할 수 있다.

현재 고무차륜 AGT의 프리캐스트 패널의 개발진척은 패널 구조검토가 완료된 상태로 철도기술연구원 경산시험선에 시험부설이 완료됐다.

한편, 3D-PST 기술은 트램이나 노면전차 등 매립궤도 분야에도 적용 가능하다.

매립궤도는 보통 지상부 트램이나 노면전차 등에 많이 활용된다. 트램은 일반적으로 자동차와 열차가 선로를 병행, 사용하게 되며, 대도심의 중앙을 통과하고 교차로나 사거리 통과를 위해 계획 선형이 급곡선으로 이뤄져 있다.

지금까지의 트램은 대부분이 현장타설식으로 부설돼 오고 있는데 트램의 레일이 매립되는 형상은 슬립폼 페이프를 이용해 형성된다.

하지만, 이 같은 슬립폼 페이페를 이용, 트램을 부설할 경우 공사에서 2개 차선을 사용하게 됨으로써 도심지내에서의 교통 혼잡 유발은 물론 콘크리트 양생 등의 기간이 상당히 길어져 공사기간이 증가하게 된다.

또한, 지하구간에 매립궤도를 현장타설식으로 시공하기 위해서는 슬립폼 페이퍼 등의 장비를 지하에 투입하고 4cm의 저슬럼프 콘크리트를 지하구간 이송이 필요하지만, 이는 현실적으로 상당한 어려움이 있다.

이에 비해 3D-PST를 매립궤도에 활용할 경우 도심지 공사 시 공장에서 사전에 프리캐스트로 제작, 현장에서 필요한 부분만 터파기 공사를 시행한 후 패널을 설치하기만 하면 공사를 완료할 수 있어 이로 인해 공사기간을 단축할 수 있고 작업공간도 1개 차로만 점유하기 때문에 교통체증 유발도 감소시킬 수 있다.

또한, 지하구간 적용 시에도 분리형 패널을 이용, 사전에 곡선반경과 캔트를 가미해 패널을 제작한 후 지하구간에 패널을 투입, 운반, 설치하면 매립궤도 부설이 가능하기 때문에 향후 저심도 철도 등에도 활용성이 뛰어날 것으로 전망된다.

현재 매립궤도 역시 철도기술연구원 녹지선에 시험부설을 시행, 성능 테스트를 진행하고 있다.

기대효과

3D-PST는 세계 최초로 개발된 기술로 그 원천기술을 확보함으로써 향후 기술수출과 세계시장에 한국철도기술의 위상을 더 높일 수 있는 기회가 될 것으로 예상된다.

특히, 지금까지 국내철도에 자체기술 없이 수입에만 의존하던 철도궤도분야에 획기적인 일획을 긋는 기술로 평가 받고 있는 만큼 수입대체 효과와 국내 기술 발전에 크게 기여할 것으로 전망되며, 또한 향후 발주예정인 광주도시철도 2호선 등과 같이 저심도 철도분야에 적용시 공사비용과 작업효율 등 경제적 사회적 효과가 상당할 것으로 전망된다.

동영상

3D PST 시험시공

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고무차륜 AGT 현장타설공법 공법동영상 2	동영상보기  ⇒
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