자갈궤도 구조

1. 설계

1.1. 일반

(1) 자갈궤도는 자갈 사이의 마찰력에 의해 궤도의 안정성을 유지하고 그 자체의 탄성 력으로 충격 및 진동을 흡수하는 구조로 경제성, 환경성 및 유지보수 등을 고려 설 계하여야 한다.

(2) 자갈궤도는 열차의 반복 통과에 의한 자갈도상이나 노반의 점진적인 소성침하․변형 에 의해서 궤도면의 틀림의 발생․성장을 수반하기 때문에 원활한 열차 주행을 확보 하기 위한 유지관리가 주기적으로 필요하다는 특징을 가진다. 따라서, 필요시 궤도 틀림 진행에 대하여 유지해야할 궤도 상태나 보수작업 방법․비용 등을 고려하 여야 한다.

 

자갈궤도의 R.L-E.L의 공칭값

설계속도V(km/h)	레일(kg/m)	최소도상두께(mm)	R.L-E.L(mm)
230＜V≤350	60	250	740
150≤V≤230	60	300	690
120＜V＜150	60	300	680
70＜V≤120	50	270	630
V≤70	50	250	310

 

단, 장대레일(V≤120km/h)인 경우 최소 도상두께 300mm 로 하며, 최소 도상두께는 도상매트를 포함한다.

 

1.2. 자갈궤도 표준단면

가). R.L-E.L 적용 기준

(1) 구조물 계획고(EL)는 궤도구조 형식 및 캔트 등을 고려하여 내측 부터 노반 상면사이의 최단 높이를 사용하여 결정하여야 한다. 레일면고(R.L)으 로

(2) 자갈궤도의 궤도높이 공칭값은 설계속도, 최소도상두께, 레일종별, 침목종별, 레일체 결장치를 고려하여 적용 한다.

(3) 자갈도상의 최소 도상두께는 「철도의 건설기준에 관한 규정」 제16조를 따른다.

(4) 본선과 측선간에 레일면 단차가 있을 경우 체감방법에 대하여 검토하여야 한다.

(5) 본선과 본선간에 레일면 단차가 있을 경우 체감방법에 대하여 검토하여야 한다.

 

나). 자갈도상 표준단면

(1) 설계속도 V≤200km/h 이하의 자갈궤도 표준단면은 아래를 표준으로 한다.

① 도상 어깨폭의 기울기는 직선 및 곡선을 포함하여 장대화와 관계없이 1:1.6을 표준 으로 한다.

② 최소 도상 어깨폭은 다음을 표준으로 한다.

가. 장대 및 장척레일 구간 : 450mm 이상

나. 정척레일 구간 : 350mm 이상

③ 장대 및 장척레일 구간은 도상어깨 상면에서 100mm이상 더돋기를 한다. 다만, 현장 여건을 감안하여 제외할 수 있다.

(2) 설계속도 200  V≤350km/h 구간의 자갈궤도 표준단면은 아래를 표준으로 한다.

① 도상 어깨폭의 기울기는 직선 및 곡선을 포함하여 장대화와 관계없이 1:1.8을 표준 으로 한다.

② 장대 및 장척레일 구간의 최소 도상 어깨폭은 500mm 이상으로 한다.

③ 본선의 일반구간은 더돋기를 하지 않는 것으로 하며, 다만, 본선의 다음 개소에서는 도상어깨 상면에서 100mm이상 더돋기를 한다.

가. 장대레일 레일신축이음매장치 전후 100m 이상의 구간

나. 교량전후 50m 이상의 구간

다. 분기기 전후 50m 이상의 구간

라. 터널입구로부터 바깥쪽으로 50m 이상의 구간

마. 곡선 및 곡선 전후 50m 이상의 구간

바. 침목길이 2.4m 이하 본선 일반구간 (터널구간 제외)

(3) 설계속도 230km/h 이상 본선의 자갈도상은 도상자갈 비산을 방지하기 위하여 궤도중 심으로부터 침목양단 끝부분까지는 침목상면보다 50mm 낮게 부설한다.

 

1.3 궤도 구조역학 검토 사항

가). 구조계산의 구성

(1) 부재․궤광의 발생 응력에 관한 검토

(2) 궤도틀림 진행에 관한 검토(필요시)

(3) 좌굴 안정성에 관한 검토

 

나). 하중의 분류 및 적용

(1) 궤도에 작용하는 힘은 수직하중, 횡하중, 종방향하중으로 구분한다.

(2) 수직하중은 주행 중인 열차의 차륜으로부터 궤도면에 직각인 상하방향으로 가해지는 차량, 운전조건, 선형 등으로부터 결정되는 하중이며 정적하중, 동적하중, 통과하중 으로 분류한다.

(3) 정적하중은 축중 P 또는 반분인 1/2을 윤중 Q로 표현하고, 궤도구조 계산에 사용하 는 하중은 윤중 사용을 원칙으로 한다.

(4) 동적하중은 궤도틀림에 의한 하중 증가, 캔트부족 또는 초과에 기인하는 곡선에서의 하중 증가를 고려한 유효하중과 레일절손, 용접부 불량, 차륜 플랫 등에 의한 예외 적인 하중 증가를 고려한 충격하중으로 분류한다.

(5) 궤도의 좌굴 안정성의 검토에 이용하는 종방향 하중으로는 온도하중만으로 한다. 단, 레일 복진에 관한 검토를 하는 경우에는 제동 하중 및 시동 하중을 고려한다.

(6) 레일처짐에 대한 검토는 유효하중을 사용하고, 궤도재료에 대한 안정성 검토는 충격 하중을 적용하며, 궤도틀림에 관한 검토에는 통과하중을 이용하는 것을 원칙으로 한 다.

(7) 속도 향상시험 등에 의해 실측값이 얻어지는 경우에는 이것을 이용해도 좋다.

 

다). 작용하중

(1) 정적하중의 기준은 여객화물혼용선, 여객전용선, 전동차전용선으로 구분하며, 선로에 투입할 차량의 정적상태에서의 허용한계 축중으로서 해당 선로에 대한 적용하중의 기초가 된다.

(2) 구조계산에 사용되는 표준 정적하중은 다음을 표준으로 한다. 단, 레일처짐량이나 동 적특성 등 궤도의 실제거동특성을 검토할 경우에는 실차 하중을 적용할 수 있다.

① 여객화물혼용선의 경우 여객화물혼용선의 경우에는 KRL-2012 하중을 기준으로 정적축중 P=220kN과 정적윤 중 Q=110kN을 표준으로 한다.

② 여객전용선의 경우 여객전용선의 경우에는 KRL-2012하중의 75%를 적용한 0.75KRL-2012하중을 기준으 로 정적축중 P=165kN과 정적윤중 Q=82.5kN을 표준으로 한다.

③ 전동차 전용선의 경우 전동차 전용선의 경우에는 EL-18하중을 기준으로 정적축중 P=180kN과 정적윤중 Q=90kN을 표준으로 한다.

(3) 궤도틀림 및 캔트부족 또는 캔트초과에 기인하는 윤하중을 고려한 유효하중을 검토 하여야 한다.

(4) 차륜/레일 간 요철, 레일절손 등에 기인하는 차량 탄성하 부분의 상하 진동에 따른 예외적인 충격에 의한 동적하중을 검토하여야 한다.

(5) 궤도피로 또는 궤도틀림의 검토시에는 통과하중(통과톤수)을 검토하여야 한다.

(6) 차륜이 레일에 횡방향으로 작용하는 힘과 곡선상에서의 불평형 원심력 또는 궤도의 틀림 등으로 인한 횡하중을 검토하여야 한다.

(7) 장대레일의 부동구간에 온도하중으로 인하여 레일에 작용하는 종방향하중과 열차 시․제동하중을 검토하여야 한다.

 

라). 궤도자재의 허용응력

(1) 레일의 휨에 의한 허용 응력은 반복하중의 피로에 의한 레일저면의 허용응력을 기준 으로 한다.

(2) 레일의 탄성계수는 210,000MPa를 기준으로 한다.

(3) 레일의 선팽창계수는 1.14×10-5/℃를 기준으로 한다.

(4) 침목의 구조계산은 「KR C-14030 [부록 1] PC침목 설계절차」및 「KR C-14060 (4. 2)」을 따르며, 기타사항은 「콘크리트 구조기준(국토교통부)」을 준용토록 한다.

(5) 침목하면의 도상자갈에 작용하는 허용 접촉압력에 대하여 검토하여야 한다.

(6) 도상자갈 하면의 노반에 작용하는 허용압력에 대하여 검토하여야 한다.

 

마). 궤도구조계산

(1) 궤도의 구조계산에 사용하는 궤도의 합성스프링정수에 대하여 검토하여야 한다.

(2) 레일의 처짐량은 정해진 레일의 강성, 체결장치 스프링정수, 침목 간격, 윤중을 고려 한 차륜 직하의 레일에서의 처짐량에 대하여 계산한다.

(3) 레일의 처짐량은 축간거리가 3m 이하인 경우 축간 영향에 대하여 반영한다.

(4) 1개 지점의 수직방향에 대한 레일에 작용하는 최대 휨모멘트에 대하여 검토하여야 한다.

(5) 1개 지점의 수직방향에 대한 레일의 저부 중앙에 작용하는 최대 휨응력에 대하여 검 토하여야 한다.

(6) 1개 지점의 수직방향에 대한 침목에 작용하는 최대 휨응력에 대하여 검토하여야 한다.

(7) 1개 지점의 수직방향에 대한 도상에 작용하는 최대 압력에 대하여 검토하여야 한다.

(8) 1개 지점의 수직방향에 대한 노반에 작용하는 최대 압력에 대하여 검토하여야 한다.

(9) 온도하중 또는 시. 제동 하중으로 인하여 레일에 작용하는 종방향하중에 의한 궤도 의 안정성 검토는 장대레일 편을 참조한다.

 

바). 궤도틀림 진행에 관한 검토

(1) 고저 틀림 진행에 대해서는 목표 보수 레벨과 보수 조건으로부터 정해진 허용 고저 틀림과 궤도 구조 조건과 차량운전 조건으로부터 정해진 추정 고저 틀림과의 조사 에 의해 궤도 구조의 적부를 판정한다.

(2) 방향틀림 진행에 대해서는 목표 보수 레벨과 보수 조건으로부터 정해진 허용 방향틀 림과, 궤도 구조 조건과 차량운전 조건으로부터 정해진 추정 방향틀림과의 조사에 의해, 궤도 구조의 적부를 판정한다.

 

출처-국가철도공단KRC-14030