고속열차 주행 시 도상자갈 비산방지 대책

철도 선로에서 고속열차 주행 시 안전상 큰 문제의 하나로 도상자갈의 비산 현상을 들 수 있다. 그 원인으로는 동절기 적설시에 차량으로부터 떨어진 설빙과 200km/h 이상의 고속 주행시 열차 하부에서 생기는 열차풍의 두 가지를 들 수 있다. 비산된 도상자갈은 선로상을 따라 역 홈이나 선로연변까지 도달하거나 레일 위에 얹히어 차량이 밟게 되어 레일에 상처를 일으켜 열차 안전에 위험을 준다.

 

 

□ 도상자갈 및 설빙덩어리 부상 원인

열차가 고속으로 선로를 통과할 때에는 열차 전두부에 형성되는 고압부와 후미부에 형성되는 저압부에 의하여 노반에는 순간적으로 극심한 압력변동을 겪게 되며, 이러한 압력변동으로 인하여 관상형의 설빙 덩어리가 부상하는 경우가 있다.

또한 비산과 충돌을 반복하는 자갈과 설빙 덩어리들은 열차속도에 해당하는 높은 속도로 비산 하기 때문에 레일 및 차륜 찰상은 물론 단단한 차체 하부 구조물 또는 인근 방호벽 등을 파손시키기도 한다.

 

 

□ 차량으로부터 떨어지는 설빙에 의한 도상자갈

가. 설빙에 의한 도상자갈 비산현상(차량에 부착된 빙설 덩어리가 주행 중에 낙하하는 조건)

㉠ 부착된 빙설 덩어리가 성장과정에서 자중에 의해 낙하하는 경우

㉡ 발열기기 표면의 온도나 기온이 높은 장소에서 부착 표면이 융해

㉢ 부착된 빙설 덩어리가 낙하하는 임계 상태에 있을 때 분기기 통과 시 충격으로 인한 진동

㉣ 터널에 진입 시 풍압 변동 및 터널 내를 통과 시 기기의 온도 상승 등

 

나. 빙설 덩어리에 의한 도상자갈 비산방지 대책

㉠ 차체의 착설 방지

→ 살수, 서행에 의한 눈의 날림

→ 히터, 특수도료에 의한 착설지

㉡ 강제낙설 : 정차 중에 눈 제거작업

㉢ 칸막이에 의한 차폐, 완충

→ 침목 높임

→ 배면 높은 침목

㉣ 도상자갈면을 피복, 고착

→ Ballast met 설치

→ Ballast screen 설치

→ 합성수지 살포

 

 

□ 열차풍에 의한 도상자갈 비산 현상 및 방지대책

가. 열차풍에 의한 도상자갈 비산현상

㉠ 270~300km/h로 주행하는 차량의 도상 표면 부근에서는 풍속 30~50km/h 정도의 열차풍이 생기며, 이 열차풍에 의하여 표층의 가볍고 평탄한 도상자갈은 구르거나 침목에 부딪쳐 뛰어오른다.

㉡ 따라서 뛰어오른 자갈은 차체 하부에 충돌하여 큰 운동에너지를 얻어 고속으로 선로 주변에 비산 하거나, 또는 다시 도상자갈에 충돌하여 큰 도상자갈을 고속으로 비산 시키는 기구를 만든다.

 

나. 열차풍에 의한 도상자갈 비산방지 대책

㉠ 비산 하기 쉬운 도상자갈 제거

→ 새로운 도상자갈 투입 시 선별

→ 도상자갈 흡입장치로 배제

㉡ 도상 표면의 풍속 감소

→ 도상 중에 홈 등을 설치하여 도상표면 높이를 낮춤

→ 배면 높인 침목 등으로 도상표면의 풍속을 저감

㉢ 도상자갈의 전동을 억제

→ 합성수지 등의 살포로 표면 도상자갈을 고착

→ 도상자갈 표면을 망 등으로 덮어 씌움

 

 

□ 향후 연구 발전 방향

앞으로 300km/h 영역의 고속철도 운영에 있어서 궤도 유지 보수관리의 대상으로 승차감 확보를 위한 장파장 궤도틀림관리나 전동음, 충격하중 억제를 위한 레일의 단파장 요철 관리에 목표를 두어야 하므로 유도상 궤도에서는 안전상의 문제로서 도상자갈 비산방지도 피할 수 없는 과제이다.

또한 궤도 유지관리측면에서 도상자갈 비산방지 대책은 철저한 현장 자갈 관리는 물론 현장 시설보완이 필요하며, 나아가 설빙 부착 조건, 적설량 또는 온도와 설빙과의 관계, 차량설비 등을 포함한 종합적인 대책 연구가 요구된다. 지상 측에서의 도상자갈 비산방지 대책은 상당한 설비와 운영경비가 필요하므로 차량 측의 대책을 포함하여 효율적인 대책을 계속 연구하여야 한다.