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[논문] KTX 유리창 파손, 동절기에 주로 발생...원인은 '착설현상'

열차 하부에 생긴 설빙, 운행 중 낙하...자갈과 충돌 후 유리창에 튀어

장병극 기자 | 기사입력 2020/03/25 [13:54]

[논문] KTX 유리창 파손, 동절기에 주로 발생...원인은 '착설현상'

열차 하부에 생긴 설빙, 운행 중 낙하...자갈과 충돌 후 유리창에 튀어

장병극 기자 | 입력 : 2020/03/25 [13:54]

[국토매일-장병극 기자] 철도는 타 교통수단에 비해 상대적으로 기상조건의 영향을 적게 받는다. 연중 기온 편차가 40도에 달하는 우리나라 기후조건에 유리한 이유이기도 하다. 하지만 혹서기와 혹한기에는 차량 및 시설물 등 관리에 각별한 주의가 필요하다.

 

특히 혹서기에는 레일의 변형될 수 있기 때문에 운영기관에서는 레일 관리를 위한 특별 대책을 수립한다. 최근에는 레일온도검지장치 등을 통해 레일의 온도를 실시간으로 전달받고 데이터를 기반으로 살수장치를 가동하거나 관제센터를 통해 열차의 운행속도를 줄이기도 한다. 그러나 급격한 온도변화가 열차 차체에 미치는 영향에 대해서는 크게 알려져 있지 않은 편이다.

 

2004년 경부고속선이 개통된 이후 우리나라 고속철도에서도 기상조건에 따라 운행에 직·간접적 영향을 줄 수 있는 사례들이 관찰됐다. 그 중 하나가 고속열차 하부에 눈이 붙어 형성된 설빙으로 인해 야기되는 문제들이다. 

 

권혁빈(한국교통대학교, 주저자)·김범수(한국교통대학교, 공동저자)·이관중(서울대학교, 공동저자)·윤차중(한국철도공사연구원, 공동저자)·정형일(한국철도공사연구원, 공동저자)가 함께 연구한 '고속열차 하부 착설에 의한 유리창 파손과 기상조건의 관계에 대한 연구'는 동절기 착설이 고속열차에 미치는 영향 중 대표적 유형인 객차 유리창 파손에 대한 문제를 다룬다는 점에서 눈길을 끈다.

 

열차가 눈 덮인 선로 위를 고속으로 주행할 때 날린 눈은 열차의 하부에 부착된다. 열차에 부착된 눈은 녹고 얼기를 반복하며 얼음과 같은 단단한 설빙으로 변하게 된다. 이렇게 형성된 설빙은 온도의 변화 혹은 차체의 갑작스런 진동 등에 의해 차체에서 떨어져 낙하하게 되는데, 설빙이 선로 상의 자갈과 충돌하면서 여러 가지 유형의 피해를 주게 된다. 

 

논문에 따르면 설빙에 의한 피해의 대표적 사례로 고속열차 객차의 유리창 파손을 지목한다. 물론 경우가 열차풍에 의한 자갈비산도 고속열차에서 유리창이 파손되는 중요한 원인이지만 데이터를 분석한 결과 상당수가 시기적으로 12~2월 사이 동절기에 발생하고 있다는 것이다.

 

▲ 한국철도(코레일) 직원들이 KTX 차량 하부에 형성된 '설빙'을 제거하는 모습  © 국토매일

 

일본에서는 신칸센 개통 초기부터 설빙에 의한 피해 사례가 발생했다. 이후 차량 착설을 막기 위해 차체 바닥에 틀을 짜넣어 종래 차량 하부에 매달았던 각종 기기를 틀 위에 올려 놓고 차량 하부 전체를 강판으로 덮는 '바디 마운트 구조'가 세계 최초로 적용됐다. 이와 함께 살수, 자갈비산 방지를 위한 스크린 설치 등 설빙을 막기 위한 다양한 대책을 시행 중이다. 우리나라에서도 경부선고속선 개통 직후 일본에서 시행 중인 대책 중 자갈매트를 천안아산역에 적용한 바 있다.

 

논문에서는 2005년부터 2014년까지 10년 간 KTX 열차의 유리창 파손과 경부고속선 선로 주변 기상조건 간의 상관관계를 고찰한다. 열차의 유리창 파손이 동절기 착설과 이를 유발하는 기상조건과 연관성이 있다는 것을 확인함과 더불어 적설량과 눈밀도가 유리창 파손에 미치는 영향도 조사해 착설현상에 영향을 미치는 눈특성의 조건까지 제시하고 있다.

 

분석 결과 1cm 이상 적설량을 보인 451건 중 서울역-대전역 구간의 적설 건수가 366건으로 전체의 81.2%를 차지하는 것으로 나타났다. 적설건별로 적설량과 강설량을 이용해 정의된 눈밀도의 경우 매우 넓게 분포하는데 이 중 눈밀도 40kg/㎥ 이상 100kg/㎥ 이하인 눈이 1cm 이상 적설 사례 451건 중 271건으로 전체의 60.1%를 차지하는 것으로 확인되었다.

 

이를 토대로 적설량 1cm를 기준으로 산출된 연별 적설 빈도를 연별 KTX 열차의 유리창 파손 건수와 비교한 결과 적설이 빈번한 해에 유리창 파손 건수가 대체적으로 크게 나타났다는 사실을 도출했다. 이를 통해 KTX 열차의 유리창 파손은 동절기 착설 현상이 주요한 원인이라는 결론에 이른다. 또한 착설현상에 가장 큰 영향을 미치는 기상 조건으로 적설량 4cm 이상, 눈밀도 60kg/㎥ 이상의 강설이라는 사실도 밝혀냈다.

 

이 연구는 국내 운영 중인 고속선 중 동절기 적설량 빈도가 높은 구간에 대해 수준 높은 안전성을 확보하고 체계적인 관리 방안을 마련할 기초적 데이터를 제시한다는 점에서 의미가 있다. 이번 논문은 국토교통부·국토교통과학기술진흥원의 지원으로 수행되었으며, 한국철도학회 논문집 제23권 2호(2020년 2월)에 게재되었다.   


원본 기사 보기:철도경제신문

 
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