(주)세안, 레일 탄성분기기 기술개발 “내구성 높이고, 개·보수는 쉽게”

노즈블록형 크로싱 분기기, 50kg급 KR로부터 성능검증 인증서 교부
지하철 부설 목침목 분기기 개량기술 선보여… 서울 7호선 천왕기지서 시험 시공

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장병극 기자
기사입력 2020-09-22 [10:19]

[철도경제=장병극 기자] 1974년 서울 1호선이 개통된 이후 한국 도시철도 역사도 40년이 넘었다. 이에 따라 전동차뿐만 아니라 궤도·신호·통신·전차선 등 노후 시설물을 대대적으로 개·보수해야할 구간이 급속도로 증가하고 있다. 

 

국토부 등 주무부처와 운영기관에서도 도시철도 운행 안전성을 확보하기 위해 별도의 개량 계획을 수립해 시행 중이다. 하지만 지하터널이라는 특수한 공간과 3시간에 불과한 미운행 시간동안 보수 공사를 진행하기 위해서는 최적화된 기술과 공법이 뒷받침돼야만 한다.

 

특히, 궤도분야에 있어 분기기는 열차 탈선 위험도가 가장 높은 곳이기 때문에 시공 이후에도 철저한 관리가 필요하다. 세안이 분기기에 공력을 들이는 이유이기도 하다.

 

■ 노즈블록형 크로싱을 가진 탄성분기기 “시공은 간편하게, 내구성은 높게”

 

(주)세안은 철도용 분기기뿐만 아니라 신축이음매 장치, 크로싱, 접착절연레일, 텅레일, 중계레일 등 철도 분기기 관련 대부분의 제품을 생산하고 있다. 

 

지난 7월에 ‘베이나이트 합금강으로 만든 노즈블록크로싱’을 포함한 50KgN PCT 탄성분기기(최고속도 120km/h)로  한국철도시설공단(현, 국가철도공단)으로부터 “철도시설성능검증서”를 교부받았다. 60kg 탄성분기기(노즈블록크로싱)도 현재 지난 2018년 10월 공단에 성능검증을 신청한 이후 2020년 3월 장대화 구간인 신대야역에 현장 부설을 완료했고 150Km/h 주행 검증 중에 있다.  

 

(주)세안 관계자는 “해외에서는 우수한 성능과 내구성이 검증돼 오래전부터 사용하고 있던 노즈블록형 크로싱을 한국 실정에 맞게 설계해 우리나라 최초로 분기기에 적용했다”며 “해당 분기기에 사용되는 노즈블록형 합금강 크로싱의 경우 망간크로싱과 달리 장대 레일을 시공할 때 현장에서 직접 용접할 수 있도록 설계함으로써, 간편하게 시공해 비용을 절감시킬 수 있고 유지·보수도 수월하다”고 강조했다. 

 

▲ 노즈블록형크로싱  © 철도경제

 

■ 목침목용 탄성분기기의 콘크리트침목화 개발 “광주도시철도와 성과공유제 개발”

 

지금은 콘크리트 침목을 사용하는 탄성분기기가 대세이지만 국내에는 아직도 목침목을 사용하는 분기기가 많이 있다. 

 

광주도시철도공사는 차량기지 내 분기기 하부의 목침목을 콘크리트 침목으로 교체하는 것이 궤도 성능 향상과 LCC가 유리하다고 결론을 짓고서 2019년 성과공유제 공모를 통해 (주)세안과 공동으로 목침목용 탄성분기기의 콘크리트 침목화를 개발하게 됐다.

 

그 결과 (주)세안은 기존의 분기기 레일은 그대로 사용하고 수명이 다한 목침목만을 콘크리트 침목으로 교체하는 것을 정밀한 분기기 설계 및 제작을 통해 성공했으며 2020년 8월 마침내 광주 용산차량기지에 시험부설을 완료했고 시험까지 마친 상태이다. 

 

광주교통공사와 (주)세안이 협업하여 개발한 ‘분기기형 가드레일 체결장치’는 특허청으로부터 지적재산권을 취득했다. 이는 도시철도 운영기관과 민간기업 간 공동 연구를 통해 동반 성장을 할수 있는 새로운 모델을 제시한 것으로 평가하고 있으며, 유사 목침목 분기기의 개량과 관련해 다른 도시철도 운영사로부터도 문의가 오고 있다고 한다.  

 

■ 서울 2기 지하철, 콘크리트 도상 시공된 목침목 분기기 골머리...해결 방안 내놔

 

서울지지하철 5-8호선을 비롯해 국내 도시철도에는 STEDEF시스템에 기반한 콘크리트 도상에 목침목용 분기기가 시공되어 있다. 목침목 하부에 12mm 두께의 탄성패드를 삽입하고 5mm 두께의 방진상자에 넣어 콘크리트 도상에 매립하는 구조이다. 

 

외국에서는 통상적으로 물이 침투에 목침목이 빠르게 손상될 것을 우려해 PSC 침목을 사용했지만, 한국에서는 1990년대 건설 당시 국내 분기기 용품 제작 기술이 목침목 분기기에 한정돼 있던 탓에 분기기 구간에는 목침목을 사용할 수밖에 없었다.

 

하지만 건설한지 20년을 훌쩍 넘기면서 목침목 분기기의 유지·보수에 골머리를 썩고 있다. 레일과 침목을 고정시키는데 있어 체결력이 저하됨에 따라 스크류 스파이크를 다시 박는 보수작업을 시행 중이지만 효과가 낮을 뿐만 아니라 보수 주기도 점차 짧아지고 있는 실정이다. 사실상 응급 보수 수준이라고 봐도 무방하다.  

 

무엇보다 목침목의 특성 상 치수 변동이 심하기 때문에 신·구 침목 사이즈가 정확히 일치하지 않고, 장침목이다 보니 지하터널 내에서 철거하거나 새로 부설하는 작업도 쉽지 않다.

 

서울교통공사에서도 이러한 문제점을 인식하고 5-8호선 본선 구간에 시공된 콘크리트 도상 목침목 분기기 개량공사를 위한 용역을 발주했다. 이를 통해 운행선로에서 개량공사를 시행할 경우 터널이라는 협소하고 한정된 작업공간, 그리고 3시간 남짓한 짧은 작업 시간 등을 고려한 최적의 공법을 찾기로 했다.

 

이러한 용역에 (주)세안은 최적의 분기기 설계 및 시공법을 제안했다. 지난 3월 30일부터 9월 5일까지 진행된 ‘5-8호선 콘크리트 도상 노후 분기기 개량공사 기본 및 실시설계 용역’의 과업 대상은 5호선 까치산-신정, 우장산-화곡, 방화-개화산 사이 60kg 편개분기기와 행당-왕십리 사이 60kg 시서스 분기기, 고덕-상일동 사이 60kg 양개분기기, 7호선 공릉 태릉입구 및 청담-강남구청 사이 양개분기기 등 7개소이다. 

 

▲ 콘크리트 도상용 목침목분기기 개량 관련 (주)세안의 시험 시공   © 철도경제

 

(주)세안 관계자는 “개발하는 과정에 있어 분기기 구간의 목침목을 콘크리트 침목으로 교체하는 현장 시험을 마친 상태”라면서 “열차 주행에 있어 안전을 최우선으로 고려해 기존 목침목을 안전하게 제거하면서 레일을 철거하지 않고 시공하는 방안을 고민했다”고 말했다.

 

국내·외 콘크리트 도상에 시공된 분기기 모델들을 분석해 최적의 방법을 도출한 결과 기존 목침목을 제거한 공간 내에 RC침목을 설치하고, 침목 주변의 빈 공간은 (주)세안에서 자체 개발한 고성능 특수 몰탈로 콘크리트 도상면까지 채워 마감하는 구조로 통상적인 Top Down 공법이다. (주)세안은 특수 몰탈 전문 업체이기도 하다.

 

체결장치 및 RC침목, 궤도 구조 등은 새롭게 리모델링했다. 개량된 궤도 구조는 기본적으로 신분당선·경전선·부산신항선 등에서 설치되어 운영 중인 Rheda-ERS 기술에 기반한 system 300-UTS라는 체결구조이며 이미 성능은 검증되었다는 것이 (주)세안 관계자의 설명이다.

 

권호진 (주)세안 기업부설연구소장은 “탈선사고가 가장 많이 발생하는 분기기 구간은 설계·시공에 있어 정밀성과 전문성을 요구하기 때문에 국내·외 사례를 다각도로 분석해 개발했다. 아울러 노즈블럭형크로싱을 접목할 경우 분기기 수명 연장과 유지보수비용 절감도 기대된다”고 말했다. 

 

그는 “신규노선 건설뿐만 아니라 앞으로 기존 철도노선의 개량·보수도 중요한 화두로 떠오르고 있는 시점에서 시·공간의 제약을 고려해 비용을 절감하면서도 간편하게 유지할 수 있는 분기기 관련 기술을 개발하는 것도 시급하다”며 “세안의 연구개발 성과가 한국철도 발전에 이바지한다는 사명감을 가지고 앞으로도 전사적 노력을 펼칠 것”이라고 전했다. 

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