2015 년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집 KSR2015S213

콘크리트궤도 선로처짐 개소의 유지관리 방안 및 문제점

Maintenance plan and problem for track settlement of concrete track

김병호*, 조동국*, 김장수**, 이창훈*, 김길수*, 원상수**†

Byeong-Ho Kim*, Dong-Kook Cho*, Jang-Soo Kim**, Chang-Hoon Lee*, Gil-Soo Kim*,

Sang-Soo Won**†

Abstract The track structure is considered as an important factor to ensure the stability of the train service by increasing high-speed railway. Thus, as one the maintenance-free track, concrete track is applied. Concrete track is composed of a rigid structure of the concrete layer to support the track structure directly. Therefore, the maintenance is very difficult for excessive settlement on sxiting line, it is need to constrain the residual settlement reasonably. In this paper, the maintenance plan and problem of concrete track is decribed about to reducing the track settlement and to increase the maintenance efficiency. Keywords : Track settlement, Maintenance, Concrete track, Bridge approach, Roadbed settlement 초 록 최근 고속철도 건설의 증가로 인해 궤도 구조 선정과 유지관리는 열차운행의 안정성 확보를 위해 중요한 요인으로 고려되고 있다. 이에 따라 국내에는 생력화궤도 적용의 일환으로 콘크리트궤도가 적용 및 부설 중에 있다. 콘크리트궤도는 기존 유도상궤도와 달리 궤도를 직접적으로 지지하는 콘크리트층의 강성구조로 이루어져 있어, 하부구조인 노반 성토체의 과다 침하나 변형 발생 시 유지보수 작업이 어려운 단점이 있다. 본 논문에서는 국내 콘크리트궤도에서 지속적인 선로처짐이 발생하는 개소를 대상으로 그 발생 원인 및 현재 유지보수 현황과 향후 효율적인 콘크리트 궤도의 유지관리를 위한 방안에 대해 기술하고자 한다.

주요어 : 선로처짐, 유지보수, 콘크리트궤도, 접속부, 노반침하

1. 서 론

콘크리트궤도는 유지보수를 전제로 하는 유도상 궤도와 달리 주행 안정성과 유지보수비를

절감할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 콘크리트궤도는 국부적인 비틀림이나 기타 변

형의 발생 시 체결장치 등을 이용한 조정이 가능하지만, 하부구조인 성토체의 과다 침하 발

생 시 궤도의 사용성 저하가 크고 대처 방안이 매우 제한적이므로, 침하에 대한 각별한 주

의를 요한다. 따라서 콘크리트궤도 선로처짐 구간에서는 열차주행 안정성 확보를 위해 효율

† 교신저자: 한국철도공사 경북본부 춘양시설사업소(sangsuw@korail.com)

* 한국철도공사 경북본부 시설처

** 한국철도공사 경북본부 춘양시설사업소

적인 대책과 방안이 필요하다. 본 논문에서는 콘크리트궤도 접속부 선로처짐 개소를 대상으

로 현재까지의 유지관리 현황과 이에 대한 문제점에 대해 기술하고자 한다.

2. 콘크리트궤도 선로처짐 개소의 유지관리 현황과 문제점

2.1 콘크리트궤도 토공노반 침하 기준

토공구간에서의 콘크리트궤도를 적용하기 위해서는 노반의 침하를 일정수준 이내로 유지

하는 것이 중요하다. 콘크리트궤도의 허용침하 기준은 체결장치의 조절 여유량과 콘크리트

궤도 구조상의 허용 변위량, 승차감 등으로부터 결정된다. 국내 콘크리트궤도에서의 허용잔

류침하량은 30mm로서, 이는 노반 인수인계 후 예상되는 원지반 침하량과 성토체 침하량

및 궤도구조에서의 침하량(총합 25mm), 열차하중에 의한 침하량(5mm)을 포함한다[1].

2.2 접속부 침하 특성

구조물 접속부에서 지지강성이 갑작스럽게 변화 시 강성차에 따른 불균등 침하가 발생하

게 되는데 이때 열차의 이상진동 및 충격하중으로 인해 노반의 침하 및 궤도재료의 손상을

가속시키는 결과를 초래하게 된다. 이러한 불균등 침하를 감소시키기 위해 쌓기 구간으로부

터 구조물 구간을 향하여 압축성이 작은 재료를 사용하는 완화구간을 설치하며, 특히 높은

쌓기나 연약지반등과 같은 장기침하가 우려되는 개소의 경우 접속부 보강은 중요한 검토사

항이다.

2.3 콘크리트궤도 침하유지보수 공법의 종류 및 특징

콘크리트궤도에서 침하가 발생 될 경우, 복원공법의 선정은 선로 침하발생 원인, 위치,

상태, 경제성 등을 고려하여 결정한다. 침하량이 30mm 이하일 경우 체결장치를 이용한 보

수가 가능하나, 침하구간의 연장이 짧을 경우 구조적 안정성을 검토하여야 한다. Table 1은

시공위치에 따른 복원공법을 분류하여 나타내었다.

Table 1 The classification for restoration methods of concrete track[2]

복원 및 보강위치 공법 내용

궤도복원

체결장치를 이용한 복원 -체결장치의 고저조절패드를 이용

튜브교체 방식 -일본 슬래브궤도용 CAM 주입용 튜브

-레일패드용 튜브 교체를 통한 침하복원

궤도/노반

인터페이스 복원

유압장치를 이용한 복원 -유압잭을 이용하여 슬래브를 들어올린 후 공극을 채움

-궤도 폭이 넓을 경우 적용 어려움

CA 모르터에 의한 보수 -소규모 공극 보수용

합성수지에 의한 보수 -소규모 공극 보수용

우레탄 주입공법 -우레탄의 팽창력을 이용한 침하복원

급결 그라우팅 주입공법 -시멘트모르터의 주입압을 이용한 침하복원

원지반 보강 원지반 그라우팅 -경제성이 불리하며, 위험부담이 큼

2.4 콘크리트궤도 선로처짐 개소 유지관리 현황

본 절에서 기술하는 콘크리트궤도 선로처짐 개소(Fig. 1 참조)는 2011년 8월 착공 이후,

2013년 2월 종합시험운행대비 사전점검, 같은 해 3월 시설물 검증시험 및 영업 시운전을 거

쳐 3월 말 개통하여 현재 운행 중에 있다.

Fig. 1 The drawings for bridge transition zone of concrete track

A1접속부(L=25.0m) 구간은 2013년 3월 말 개통 이후 노반침하로 추정되는 선로침하가 발

생(시공사 측량 침하량 21mm)하여, 6월 30일 심플레이트(18mm)를 삽입하였으나 HSB층과

TCL층에 관통균열이 2개소, TCL층 상부 횡방향 일체형 균열이 다소 발견되었다(Fig. 2참

조).

(a)TCL layer (b) A side crack of TCL layer

Fig. 2 The picture for the upper crack of concrete track

급경사의 붕적층 구간으로 원지반 토질이 불규칙한 점, 궤도파괴가 상당량 진행된 점을

감안하여 노반침하의 진행과 수렴여부를 판단하고자 8월 9일부로 자체 계측(침하량 20mm)

을 시작하였다. 침하량 계측은 수준측량기를 사용하였으며, A1접속부 종점을 시작으로 5m

간격으로 11개소를 대상으로 수행하였다(Fig. 3, Fig. 4참조).

Fig. 3 Measurement position for track settlement of bridge approach

Fig. 4 The picture of settlement peasurement for track settlement site

Fig. 5의 침하량 측정결과는 최대 선로처짐이 발생하는 Fig. 3의 8번 측점을 기준으로 나타

내었다. 9월 4차 측량 결과 침하량은 25mm로 나타났으며, 2차 심플레이트를 19mm(1, 2차

심플레이트 합계 최대 37mm) 삽입하였다. 11월 7차 측량에 의한 침하량은 18mm로 더 이

상 심플레이트 삽입 작업이 불가하여 PRCG(Pressurized Rapid-hardening Cement Grouting)공법

을 적용하여 노반복원을 시행하였다. 여기서 PRCG공법이란 급결성 시멘트 모르터의 주입

압력을 이용하여 콘크리트궤도를 복원하는 방식을 말한다. PRCG 공법 시행 시 콘크리트궤

도 강성에 의한 승상지점 주변궤도의 과상승 우려로 8mm는 심플레이트 삽입을 통해 조정

하였다. PRCG공법 이후, 2014년 7월 17차 측정 결과 침하량은 32mm로 8월 3차 심플레이트

(30mm)를 삽입하였다. Fig. 5의 최종 침하량 측정값은 47mm로 이후 지속적으로 침하가 발생

하였고, 2015년 4월 2차 PRCG공법을 적용한 복원(54mm)를 시행하였다. Fig. 5의 침하량 측정

값에서 심플레이트 및 PRCG공법에 의한 선로처짐 보수량을 제외할 경우 현재까지 발생한

총 누적침하량은 Fig. 6과 같다. Fig. 6에서 최종 누적침하량은 81mm로 앞서 언급한 원지반

침하량과 성토체 침하량 및 궤도구조에서의 침하량(총합 25mm), 열차하중에 의한 침하량

(5mm)을 합한 값인 30mm를 크게 상회한다. Fig. 6의 누적침하량 측정값과 침하량 예측 프

로그램을 이용하여 향후 침하경향을 산정하였으며, 그 결과는 Fig. 7과 같다. 그 결과를 보

면 개통일로부터 5년(하자보수기간)이 되는 시점에서의 장래침하량은 100~117mm로 예상되

며, 이는 현재까지의 누적침하량에서 20~36mm 이상 증가하는 양이다. 현재까지의 침하량과

향후 발생이 예상되는 침하량을 고려할 때, 열차운행의 안전성 확보와 근본적인 해결을 위

한 정밀안전진단 및 계획적인 선로처짐 보수방안을 수립해야 할 것으로 판단된다.

Fig. 5 Settlement of No. 8 point in track settlement

Fig. 6 Accumulated settlement in No.8 point of track settlement

Fig. 7 Calculate result of prediction settlement using settlement prediction program

2.5 콘크리트궤도 선로처짐개소 유지보수 문제점

콘크리트궤도의 선로처짐 보수는 선로유지관리지침의 보수한도를 초과하는 경우 체결장치

의 고저조절패드를 이용하는 것을 표준으로 하고 있다. 체결장치의 조정한계인 30mm를 초

과하는 경우, 적절한 노반보강 및 복원공법을 적용한다. 콘크리트궤도는 이러한 노반보강 및

복원공법과 같은 선로처짐 보수에 있어 고비용이 발생할 뿐만 아니라 궤도의 사용성 저하가

크므로 장기적인 침하에 대한 합리적이고 체계적인 보수가 필요하다.

본 논문에서 언급한 선로처짐 개소 접속부의 원지반은 급경사의 붕적토로서 원지반 침하

계 측정을 통한 장기적인 검토와 관리가 필요한 개소이나, 원지반 계측 및 성토재료에 대한

구체적인 검토가 이루어지지 않았다. 현재까지 최대 누적침하량은 81mm로서, 노반 허용침

하량 기준을 초과하는 선로처짐과 HSB층 및 TCL층의 균열이 발생하였다. 또한 2차례의

PRCG침하복원공법을 적용하였으나, 지속적인 침하가 진행 중에 있다. 따라서 일시적인 선

로침하 유지보수 뿐만 아니라 장기적인 침하예측에 의한 유지보수 대책 수립 및 선로처짐의

발생원인을 명확히 규명하여 해결하는 것이 필요하다.

3. 결 론

본 논문에서는 콘크리트궤도 교량 접속부 선로처짐 개소를 대상으로 침하량 측정결과 및

유지관리 현황과 그 문제점에 대해 기술하였다.

1. 신설선로 개통 이후 지속적인 침하가 발생하여, 주기적인 침하량 측정을 시행하였으며,

심플레이트 삽입(1~3차 최대 67mm)과 2차례의 PRCG공법을 적용하여 선로처짐 개소

를 보수하였다.

2. 선로처짐 보수에 의한 침하량 복원을 제외한 최종 누적침하량은 81mm이며, 개통 이후

발생된 침하량 추이 및 침하량 예측프로그램을 이용한 향후 예측침하량은 20~36mm

증가할 것으로 예상되므로 이에 대한 보수대책 수립이 필요할 것으로 판단된다.

3. 본 논문에서 기술한 콘크리트 선로처짐 개소의 유지보수 문제점으로는 원지반 침하에

대한 계측 및 검토가 누락되었으며, 이에 따른 다량의 침하 및 노반복원으로 인해 콘

크리트궤도 구조의 파괴가 발생하였다. 이에 대한 정밀진단과 다각적인 노반보강 및

복원 검토가 이루어져야 할 것이다.

향후 지속적인 침하량 측정 및 노반복원 개소에 대한 정밀진단을 통해 선로처짐 거동을

주의관찰하며, 본 개소의 선로처짐에 대한 근본적인 원인 분석과 이에 대한 해결책을 강구

하고자 한다.

참고문헌

[1] Korea Railway Network Authority (2013) Rail Design Standard(Roadbed), Korea Railway Network

Authority.

[2] KRRI (2012) Diagnosis and maintenance for roadbed settlement, KRRI.

[3] I.W. Lee, S.Y. Jang, J.H. Um, et al. (2012) Maintenanc plan for concrete track roadbed settlement, Fall

conference of the Korean Society for Railway.

[4] K.S. Lee (2012) A Study on management of roadbed settlement of concrete track for high-speed

railroad, Master thesis, Woosong University. .