미기압파 및 압력 변동 저감을 위한 터널 출입구 형상에 관한 수치적 연구

Abstract

본 연구에서는 열차가 터널을 고속으로 통과할 때, 미기압파와 압력 변동을 최소화 하는 터널 출입구의 후드와 더미터널덕트의 형상 최적설계를 수행 하였다. 최적설계를 수행하기 위해 축대칭 수치해석을 이용하여 터널내부에서 열차와 터널의 상호작용을 모사하였다. 설계 시 KTX II 열차 단면적 분포와 호남선 터널의 단면적이 적용되었다. 미기압파의 최소화를 위해 출입구 가장 바깥쪽에 설치될 터널 후드의 단면적과 길이에 대한 최적설계를 수행하였다. 최적설계를 위해 인공신경망 기법을 이용하여 근사모델을 구성하였다. 또한 터널 내부에서 압축파와 팽창파의 중첩현상을 통해 급격한 압력 변동을 줄이는 최적의 터널 길이를 수치해석을 이용하여 구하였다. 이러한 최적화 결과를 통해 기본터널의 미기압파와 압력 변동의 저감을 확인 할 수 있었다.

In this study, optimizations of tunnel hood and dummy tunnel duct are performed to reduce micro-pressure wave and pressure variation at train surface. For optimization of tunnel hood and dummy tunnel duct, the fluid interactions due to the train and the tunnel are simulated using axi-symmetric numerical analysis. Cross-sectional area distribution of KTX II and cross-sectional area of Honam line is used. The optimization is performed for the radius and the length of the hood that is installed at tunnel portal to minimize micro-pressure wave. The approximate model is made up using artificial neural network. The numerical analyses are performed to reduce pressure variation using superposition between compression wave and expansion wave inside the tunnel. With these optimization and analysis results, optimized hood size and tunnel length can be calculated. Optimized hood and dummy tunnel duct can reduce micro-pressure and pressure variation significantly.