장대레일의 부설조건

장대레일 부설 준비 모습

 

장대레일을 부설하려면 궤도는 여름철 등 혹서기에 생기는 큰 축압력에 견딜 수 있고 충분한 용접 강도가 확보되고 장기간 레일에 편마모 부분손상이 생기지 않아야 한다. 이를 위해 필요한 횡방향 및 종방향의 강도를 가진 궤도구조로 하는 동시에 국부적인 이상축압, 이상신축 및 복진, 레일 자체의 수명을 단축시키는 원인을 제거하기 위하여 선형, 구조물 및 궤도구조물에 대한 조건을 정하지 않으면 안된다.

 

 

□ 선로 조건

 

1. 곡선반경

반경 600m 미만의 곡선에는 부설하지 않는다. 또 반경 1500m 미만의 반향곡선은 연속해서 1개의 장대레일로 하지 않아야 한다. 반경이 작은 곡선에서는 편마모가 심하며, 도상횡방향 저항력에 미치는 영향이 크다. 장대레일을 곡선상(R=600이상)에 부설할 때에는 양쪽 신축이음매의 위치는 곡선 시종점 부근의 직선상에 두어야 한다.

장대레일의 부동구간에는 레일 온도가 설정온도보다 높을 때는 항상 축압력(50㎏레일에서 온도변화범위가 40℃일 때 )이 레일내부에 작용하여 약한 부분으로 좌굴하려고 하며, 특히 곡선부에서는 외궤쪽으로, 구배변환점에서는 궤도가 부상하여 변형하려 하므로 곡선반경이 클수록 안전하여 최소곡선반경을 정하고 있다.

 

2. 구배변환점

궤도의 구배변환점에는 어느 것이나 반경 3000m이상의 종곡선을 삽입하여야 한다. 상향의 구배변환점에서 레일에 축압이 가해지면 궤광이 부상하여 도상저항력을 감퇴시켜 좌굴현상이 나타나게 된다. 종곡선반경이 3,000m의 경우 도상횡방향 저항력은 약 3% 정도 감소한다.

 

3. 교량

전장 25m를 넘는 무도상교량이 있는 구간은 장대레일을 피한다. 이것은 교량의 거더와 궤도가 완전히 체결되어 부동구간에서는 거더의 이동으로 이상응력이 발생하여 위험을 초래하며 교량장이 길수록 불리하여 장대교량에서는 특수조치를 하지 않은 한 피하여야 하며 25m미만의 교량에 있어서도 거더(girder), 교대 및 교각의 강도에 대하여 검토하고 강도가 부족한 경우에는 보강하여야 한다.

 

4. 복진

복진 현상이 심한 선로구간은 피한다. 장대레일은 온도신축에 의한 이동량을 최소로 하기 위하여 체결장치에 의하여 레일을 강력하게 구속하므로 복진은 거의 없는 경우가 많으나 조건여하에 따라서는 어느 정도의 복진이 일어난다. 그러나 신축이음매에는 복진과 기타 여러 가지의 이론과 실제와의 차에서 일어나는 여유를 50㎜정도로 하고 있으므로 복진이 예상외로 클 때에는 레일단부의 온도신축에 지장을 가져온다. 따라서 약간의 복진은 할 수 없으나 복진량이 많은 곳은 장대레일의 부설을 하지 않는 것이 좋다.

 

5. 기타

노반불량개소, 흑점균열 및 공전상처가 발생하는 구간은 피하여야 한다. 노반불량개소는 궤도틀림 진행이 빨라 보수주기가 짧아져 고온시에도 작업을 하지 않으면 안된다. 따라서 작업제한을 엄수할 수 없으므로 이런 곳은 피하여야 하고 흑점균열과 공전상처는 보수작업을 아무리 잘한 궤도에도 발생하는 것으로 1개소라도 손상이 생기면 장대레일 전체를 갱환하든지 최소한 6m를 절단하여 다시 용접하여야 하므로 부설전에 잘 검토하여야 한다.

 

 

□ 궤도구조

레일을 최대화하기 위하여 궤도구조가 구비할 조건은 장기간 부식, 피로가 발생하지 않고 과대한 신축이 일어나지 않도록 충분한 체결력과 도상저항력이 있어야 하고 좌굴에 대하여 저항할 충분한 궤도중량, 도상저항력을 보호하고 레일 파단에 대하여 충분한 모재강도와 용접강도가 있어야 한다. 이 적합한 강도의 궤도구조를 구성할 수 있는 궤도 재료로서 다음과 같이 정하여 시행한다.

 

1. 레일(rail)

레일은 50㎏ 또는 60㎏의 신품레일로 하되 흠이나 버릇이 없는 것으로 정밀검사를 하여 사용하여야 한다.

 

2. 양단부의 이음매 구조

장대레일 양단부의 이음매구조는 장대레일의 온도신축량과 복진량을 처리할 수 있어야 한다. 그러므로 장대레일에는 신축이음매를 사용하거나 온도변화나 복진이 극히 적은 곳은 완충레일을 사용하되 이음매판 및 볼트는 열처리한 것이어야 한다.

 

3. 침목

침목은 원칙상 P.C침목으로 하고 도상횡저항력 500㎏/m이상, 도상종저항력 500㎏/m 이상이 되도록 침목을 배치하여야 한다. 장대레일의 온도신축을 구속하기 위하여 레일을 완고히 침목에 고정시켜 궤도방향으로 이동이 불가능하게 체결장치를 하여야 하고 좌굴을 방지하기 위하여 횡방향 저항력이 크고 궤광(궤광)의 강성이 크며 궤광의 부상을 방지할 만한 중량등이 필요하다.

 

4. 도상

도상자갈은 쇄석을 사용하고, 도상저항력이 500㎏/m이상 이여야 하며 장대레일 설정 전에 반드시 표본측정을 하여 저항치를 확인하여야 한다. 도상의 강도는 좌굴방지와 과대신축 방지에 절대적으로 필요한 것이며 장대레일이 성과를 거두기 위하여서는 도상을 균등하게 강화하여야 한다.

 

 

□ 온도조건

장대레일의 최대의 문제점은 온도신축의 처리와 대책이다. 그러나 이 현상은 레일 온도에 기인되므로 장대레일의 체결장치를 체결할 때의 온도가 가장 중요하다. 이 온도를 장대레일의 설정온도라 하고 이 온도와의 차가 레일의 축응력을 변동시킨다. 또한 레일의 단부의 위치도 설정온도일때에는 신축동정(stroke)이 대략 중위로 되어 있고 설정온도와의 차이만큼 레일 단부가 신축하게 된다.

설정온도는 연간평균온도로 하나 축응력은 설정온도부터 일어날 수 있는 최고의 온도 상승을 예상하여 좌굴의 안정성을 검토하고 또 최저의 온도하강을 예상하여 레일이 파단강도를 검토하여야 하며 설정온도는 결정할 때에는 다음 조건을 엄수하여야 한다.

설정온도는 예상되는 최고 및 최저온도에서 40℃이상 높거나 낮아서는 안되며 이 온도를 초과하여 설정하였을 때는 단시일 내에 기준온도에 맞추어 재설정 하여야 한다.

 

 

□ 터널(tunnel) 내의 장대레일

터널 내 장대레일화할 경우는 별도로 정하는 부설 및 보수를 하여야 한다. 그러나 일반노천 장대레일 구간에 짧은 터널이 있을 때에는 그 기준에 따라 1개의 장대레일로 할 수 있다.

터널 내부는 외부보다 온도차가 적으므로 특별히 궤도구조를 보강하지 않고도 장대레일의 효과를 걷을 수 있어 경제적이나 다음 사항을 주의해야 한다.

 

1. 온도변화의 범위가 설정온도의 ±20℃ 이내인 터널을 선택할 것

 

2. 터널의 갱문부근에서 외부온도와의 영향이 큰 곳은 피할 것

 

3. 연약노반을 피할 것

 

4. 누수 등으로 국부적인 레일 부식이 심한 개소는 피할 것

 

 

□ 교량상의 장대레일

교량의 거더(girder)는 온도변화에 따른 신축현상을 고정단에서는 부동상태를 고수하고 가동단에서만 이동이 가능하게 되어 있으므로 장대레일의 부동구간이 거더위에 부설되어 있으면 거더는 강도 신축이 가능하나 레일은 부동상태이므로 거더와 레일의 신축이 일치하지 않으므로 거더의 신축량 만큼 레일 내부에 이상응력이 발생하게 된다. 이것이 교량상에 장대레일을 부설하는데 있어서 문제점이다. 교량상에 장대레일을 부설할때는 다음 사항을 주의하여야 한다.

 

1. 교량상 레일 체결부 및 침목과 거더와의 체결부는 횡방향의 강도를 가지며, 부상을 충분히 방지할 수 있는 구조이어야 한다.

 

2. 무도상 교량 및 5m이상의 유도상교량에 있어서는 전후방향의 종저항력을 주지 않도록 하여야 한다.

 

3. 교대 및 교각은 장대레일로 인하여 발생하는 힘에 대하여 충분히 견딜 수 있는 구조이어야 한다.

 

4. 거더의 온도와 비슷한 레일 온도에서 장대레일을 설정할 것

 

5. 연속보의 상간에 교량용 레일 신축이음매를 사용하고 신축이음매의 동정(stroke)을 살펴야 한다