열차속도와 궤도구조의 상관관계

□ 개 요

1) 철도 선로라 함은 열차 또는 차량을 운행하기 위한 전용통로의 총칭이며 궤도, 노반 및 선로구조물로 구성된다.

2) 궤도라 함은 레일과 그 부속품, 침목과 도상으로 이루어지며 선로의 중심부분이다.

3) 견고한 노반 위에 도상을 정해진 두께로 포설하고, 그 위에 침목을 일정한 간격으로 부설한 후 침목 위에 두줄의 레일을 소정의 간격으로 평행하게 부설한 것이다.

4) 시공기면 아래의 노반과 함께 열차의 하중을 직접 지지하는 역할을 한다.

5) 열차의 속도가 증가함에 따라 궤도구조를 형성하고 있는 레일 및 체결구, 침목, 도상 등이 보다 강화되고 중량화 되어 속도에 대응하는 적합한 시설로서 구조를 만족해야 한다.

 

□ 궤도구조의 구비조건

1) 차량의 동요와 진동이 적어야 한다.

2) 승차감이 양호해야 한다.

3) 차량의 원활한 주행과 안전이 확보되어야 한다.

4) 열차의 충격에 견딜 수 있는 강한 재료이어야 한다.

5) 열차하중을 시공기면 아래의 노반에 균등하고 광범위하게 전달해야 한다.

6) 궤도틀림이 적고 열화 진행은 완만해야 한다.

7) 보수작업이 용이하고, 구성재료의 갱환은 간편해야 한다.

8) 궤도재료는 경제적이어야 한다.

 

□ 궤도의 구성요소

1) 레일

① 열차하중을 침목과 도상을 통하여 광범위하에 노반에 분포해야 한다.

② 평활한 주행면을 제공하여 차량의 안전운행을 유도해야 한다.

③ 충분한 강성으로 내구연한이 길어야 한다.

④ 마모, 훼손, 손상 등 구조적 결함이 없어야 한다.

2) 레일이음매 및 체결장치

① 이음매 이외의 부분과 강도와 강성이 동일해야 한다.

② 구조가 간단하고 설치와 철거가 용이해야 한다.

③ 레일의 온도 신축에 대하여 길이방향 이동 저항이 있어야 한다.

④ 연직하중 및 횡압력에 충분히 저항해야 한다.

⑤ 보수성이 양호해야 한다.

3) 침목

① 레일을 견고하게 체결하는데 적당하고 열차하중을 지지해야 한다.

② 강인하고 내충격성 및 완충성이 있어야 한다.

③ 저부 면적이 넓고 도상 다지기 작업이 원활해야 한다.

④ 도상저항이 있어야 한다.

⑤ 취급이 간편하고, 내구성 및 전기절연성이 있어야 한다.

⑥ 경제적이고 구입이 용이해야 한다.

4) 도상

① 레일 및 침목 등에서 전달된 하중을 널리 노반에 전달해야 한다.

② 침목을 소정 위치에 고정해야 한다.

③ 경질이며 수평저항력이 커야 한다.

④ 침목과 레일을 탄성적으로 지지해야 한다.

⑤ 차량충격 완화, 궤도의 열화 경감 → 승차감 양호 도모

⑥ 배수양호, 동상 및 잡초 방지

⑦ 궤도 정비작업이 용이해야 한다.

⑧ 재료 공급이 연속적, 경제적이어야 한다.

 

4. 열차속도에 따른 상관관계

1) 기본적 접근 방향

① 열차의 속도는 선로부담력과 함께 선로등급을 결정하는 제한요소가 되므로 열차속도에 따라 상급선으로 구분되며, 궤도구조는 열차속도에 대응하는 시설로 축조가 필요하다.

② 열차의 속도에 따라 궤도구조는 강성화, 중량화, 후층화, 탄성화 한다.

③ 열차의 고속화, 고밀도, 중량화에 따라 보수체계는 Maintenance Free가 요구된다.

2) 궤도구조의 대응

① 레일 : 경량단척→정척연장→중량화→장대화→특수레일

② 침목 : 목침목→RC침목→PC침목→합성식→직결식 Slab 궤도

③ 도상 : 도상자갈→콘크리트도상→Slab도상

④ 체결 : 일반체결→단탄성→이중탄성→완전탄성→다중탄성→방음완전형

⑤ 분기 : 일반분기→중량화→고번화→탄성분기→가동 Nose→고속분기기

 

5. 결 언

1) 궤도구조는 열차의 주행에 따라 틀림이 발생하며 운영에 따라 열화의 진행이 필연적이며, 열차의 속도에 의한 영향은 궤도구조의 전체적인 부설조건 및 보수조건을 지배한다.

2) 따라서 열차의 속도에 적합한 선로등급에 따라 적합한 궤도구조를 선정하여 시설하되 장래의 고속화, 고밀도 열차운행을 위해서는 궤도구조의 전반에 걸쳐 Maintenance Free가 요구된다.