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[기고] 슬라이딩 궤도 개발… 궤도-교량 상호작용 문제 해결

이경찬 박사 / 한국철도기술연구원 첨단궤도토목본부

장병극 기자 | 입력 : 2019/10/07 [22:34]

▲ 한국철도기술연구원 이경찬 박사     © 국토매일


[국토매일] 철도 교량에 부설된 장대레일은 교량의 온도신축 및 통과 열차 하중에 의하여 부가 축력이 발생하는 궤도-교량 상호작용 문제를 반드시 고려하여야 한다. 이 문제를 해결하기 위하여 철도 교량은 대부분 단경간 단순교로 건설되며, 장경간 연속교의 경우에는 상호작용 문제를 사전에 해석적으로 검토하여 특수 체결장치나 레일신축이음장치를 설치한다. 

 

슬라이딩 궤도는 콘크리트 궤도 슬래브의 저면에 저마찰 슬라이드층을 두어 교량의 종방향 변위가 궤도 구조에 전달되지 않도록 하여, 궤도-교량 상호작용 효과를 원천적으로 저감시킬 수 있는 궤도 시스템이다. 최초의 슬라이딩 궤도는 독일의 Max-Bogl 社에서 개발한 사전제작형(precast) 궤도인 FFB의 교량구간에 소개되었다. 이 궤도 시스템은 중국에서 2006년 시험 노선에 위치한 교량인 Bei bei-Jialing-River-Bridge(최대 경간장 168m)에 시공되었고, 이후 중국 고속철도의 첫 개통 구간인 베이징-텐진 구간에 적용되어 2008년 개통되었다. Max-Bogl 궤도 형식은 중국에서 CRTS-II-판식 궤도로 지칭되며, 약 2,743km 구간에 건설(2014년 기준)되었고, 중국내 고속철도 구간 중 가장 많이 적용되고 있는 궤도 형식이다. 중국에서는 이를 자국의 궤도 시스템으로 일부 개선하여 CRTS-III 궤도로 지칭하고 현재까지 고속철도 노선에 활발히 적용하고 있다.

 

한국철도기술연구원에서는 국토교통과학기술진흥원의 지원으로 2013년부터 2018년까지 ‘상호작용 완화를 위한 궤도 및 교량 바닥판 구조개발’ 연구과제(연구책임자 이경찬)를 통하여 국내 환경에 적합한 슬라이딩 궤도를 국내 독자기술로 개발하였다. 국내 고속철도에 적용된 Rheda-2000 또는 KCT-II 궤도를 그대로 적용할 수 있도록 하였으며, 교량 구간에서도 토공구간과 동일한 단면을 취하였다. 

 

특히 기존 교량구간에 사용하던 캠플레이트와 교량보호콘크리층(PCL)이 필요없는 효율적인 단면을 적용하여 기존 국내 교량구간 콘크리트 궤도와 비교하여 20% 이상의 건설비 저감이 가능하도록 개발하였다. 

 

국내 독자기술로 개발된 슬라이딩 궤도는 궤도 설계법 및 궤도-교량 상호작용 해석 방법을 함께 개발하였으며, 저마찰 슬라이드층, 고정지점부 앵커, 횡방향지지 블록, 하드폼보드등 모든 구성품을 국내 독자기술로 개발하여 완전한 기술독립이 가능하도록 하였다. 슬라이딩 궤도가 부설된 교량의 궤도-교량 상호작용 해석을 통하여 장대레일 부가 축력을 기존 궤도 대비 80% 이상 저감시킬 수 있는 것으로 확인되었다. 대전 남연결선 소정 1교의 4개 경간에 걸쳐 60m를 시험 부설하였으며, 장기 계측 및 하중 재하 시험을 통하여 상호작용 저감 성능 및 궤도의 구조성능을 검증하였다. 

 

▲ 슬라이딩 궤도 시험 부설 모습     © 국토매일

 

슬라이딩 궤도를 통하여 궤도-교량 상호작용 문제를 근본적으로 해결할 수 있어, 철도 노선 계획시 장경간 교량 또는 연속교를 자유롭게 선택할 수 있다. 연속교는 교량 단면을 축소할 수 있으며, 교량 단부 통과시 주행 열차의 승차감 개선도 기대할 수 있다. 무엇보다 교량상 장대레일에 발생하는 부가 축력이 획기적으로 저감되어 레일 및 궤도 유지관리가 감소되며, 궤도 구조가 간소하고 단면이 축소되며 교량상 궤도 부설시 시공 속도가 향상되고 건설비가 절감되는 효과를 기대할 수 있다. 국내 독자기술로 개발된 슬라이딩 궤도를 통하여 궤도-교량 상호작용 문제를 근본적으로 해결하였고, 앞으로 이를 적용한 장경간 철도 교량의 활발한 건설을 기대한다.

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