高速鐵道 時代의 到來에 따른 旣存鐵道의 競爭力 向上 方案 硏究

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1 碩 士 學 位 請 求 論 文 高 速 鐵 道 時 代 의 到 來 에 따른 旣 存 鐵 道 의 競 爭 力 向 上 方 案 硏 究 A Study on a Scheme for Improving competitiveness of the Conventional Railroad System after the Opening of Korean High Speed Railroad System 2004 年 8 月 仁 荷 大 學 校 國 際 通 商 物 流 大 學 院 交 通 物 流 學 科 ( 交 通 經 濟 專 攻 ) 金 劍 號

2 碩 士 學 位 請 求 論 文 高 速 鐵 道 時 代 의 到 來 에 따른 旣 存 鐵 道 의 競 爭 力 向 上 方 案 硏 究 A Study on a Scheme for Improving competitiveness of the Conventional Railroad System after the Opening of Korean High Speed Railroad System 2004 年 8 月 仁 荷 大 學 校 國 際 通 商 物 流 大 學 院 交 通 物 流 學 科 ( 交 通 經 濟 專 攻 ) 金 劍 號

3 碩 士 學 位 請 求 論 文 高 速 鐵 道 時 代 의 到 來 에 따른 旣 存 鐵 道 의 競 爭 力 向 上 方 案 硏 究 A Study on a Scheme for Improving competitiveness of the Conventional Railroad System after the Opening of Korean High Speed Railroad System 2004 年 8 月 指 導 敎 授 李 貞 庸 이 論 文 을 碩 士 學 位 論 文 으로 提 出 함

4 2004 學 年 度 碩 士 學 位 請 求 論 文 高 速 鐵 道 時 代 의 到 來 에 따른 旣 存 鐵 道 의 競 爭 力 向 上 方 案 硏 究 A Study on a Scheme for Improving competitiveness of the Conventional Railroad System after the Opening of Korean High Speed Railroad System 金 劍 號 指 導 敎 授 李 貞 庸 이 論 文 을 碩 士 學 位 論 文 으로 提 出 함 2004 年 8 月 主 審 인 副 審 인 副 審 인 仁 荷 大 學 校 國 際 通 商 物 流 大 學 院

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6 <목 차> 제 1 장 서 론 1 제 1 절 연구의 배경과 목적 1 제 2 절 연구의 범위와 방법 2 제 3 절 연구수행 체계 3 제 2 장 고속철도 개통에 따른 기존선의 속도향상 필요성 4 제 1 절 고속철도 개통 및 운영현황 4 1. 고속철도 개통과정 4 2. 고속철도 운영 현황 4 3. 기존선에 미치는 영향 5 제 2 절 기존선 속도향상의 필요성 9 1. 고속철도 연계수송 효과 제고 9 2. 선로용량 한계 극복 물류수송 경쟁력 제고 12 제 3 절 기존선 속도향상의 제약 요인 지형적 요인 선로 요인 차량 요인 20 제 3 장 국내외 기존선 속도향상 사례 20 제 1 절 외국철도 사례 일본 철도 독일 철도 스웨덴 철도 스페인 철도 24

7 제 2 절 국내 현차시험 사례 현차시험 목적 현차시험 개요 시험결과 분석 선결과제 31 제 4 장 기존선 속도향상 방안 32 제 1 절 속도향상 목표 설정 32 제 2 절 속도향상 대안 설정 35 제 3 절 속도향상을 위한 선결과제 선로시설 분야 차량 분야 신호시스템 분야 40 제 4 절 속도향상 대안별 추진 방안 선로시설 개량 틸팅차량 도입 신호시스템 개선 주요간선별 적용 방안 54 제 5 장 속도향상 대안별 효과 분석 58 제 1 절 선로시설 개량효과 분석 58 제 2 절 틸팅차량 도입효과 분석 외국의 틸팅차량 활용 효과 국내 틸팅차량 활용시 기대효과 61 제 3 절 신호시스템 개선효과 분석 63 제 4 절 종합 분석 65

8 1. 경제적 효과 고속철도 연계수송 효과 선로용량 확대 효과 67 제 6 장 결론 및 향후 연구과제 68 참 고 문 헌 70 ABSTRACT 72

9 <표 목차> <표 2-1> 고속철도 정차역 현황 5 <표 2-2> 기존철도 수요감소 6 <표 2-3> 기존철도 수입감소 예측 6 <표 2-4> 고속철도 개통이후 기존열차 감소 현황 8 <표 2-5> 주요간선간의 선로용량 비교 11 <표 2-6> 고속철도 개통이후 기존선 선로용량 변화 13 <표 2-7> 국내 레일설치 현황 15 <표 2-8> 차량종별 최고속도 현황 16 <표 2-9> 국내선로 곡선별 제한속도 17 <표 2-10> 각 노선별 구간거리 및 수송시간 현황 18 <표 3-1> 현차시험 조건 26 <표 4-1> 주요간선간의 선로용량 비교 42 <표 4-2> 복선화 필요구간 43 <표 4-3> 선로용량 증대시 운행시간 단축 기대효과 43 <표 4-4> 전철화 필요구간 45 <표 4-5> 경부선 주행시험 결과 48 <표 4-6> 호남선 주행시험 결과 49 <표 4-7> 주요 신호설비 현황 50 <표 5-1> 복선 전철화시 운행시간 단축효과 59 <표 5-2> 프랑스 틸팅차량 활용효과 60 <표 5-3> 프랑스 틸팅차량 활용효과 61 <표 5-4> 곡선에서의 속도향상 효과 62 <표 5-5> 속도향상의 경제적 효과 66

10 <그 림 목 차> [그림 1-1] 연구수행 체계 3 [그림 2-1] 고속철도의 기존선 활용 효과 10 [그림 2-2] 한국철도의 지형 14 [그림 3-1] 서대전-익산 기존속도시 횡압 26 [그림 3-2] 서대전-익산 향상속도시 횡압 28 [그림 3-3] 호남선 상하방향 평균 승차감 결과 29 [그림 3-4] 경부선 물금-삼랑진 구간 실내소음 비교 30 [그림 4-1] 현 기술레벨에서의 이상적인 속도 34 [그림 4-2] 틸팅차량의 기본원리 47 [그림 4-3] 열차 집중제어장치 정보체계 51 [그림 4-4] 연동장치의 기능도 52 [그림 4-5] 연동폐색식 폐색 취급도 53 [그림 5-1] 주행속도 시험결과 그래프 63

11 제 1 장 서 론 제 1 절 연구의 배경과 목적 우리나라 철도는 1899년 9월 개통이래 1) 최대의 전환점에 서 있다. 철도는 우리나라 교통수단의 중추적인 역할을 하며 경제성장과 지역발전 에 크게 기여해 왔으나 정부투자기관으로서 관료적인 운영체제와 장기간 의 투자부족으로 만성적인 적자에 허덕이고 있다. 이러한 문제를 해결하 고 경영수지을 획기적으로 개선하기 위한 방안으로 정부는 1992년부터 고 속철도 건설을 추진해 왔으며 월에 개통을 하였다. 새시대 교통수단의 총아로 불리는 경부고속철도의 개통으로 우리나라 도 21C 철도르네상스 시대를 맞이하였다. 그러나 현재 우리나라 기존철 도 2) 의 대부분은 세계수준의 간선철도에 비해 그 상태가 매우 열악한 실 정이다. 특히 열차의 운행속도를 보면 1985년 서울-부산간을 최고속도 120Km/h에서 140Km/h로 속도향상을 이룩한 후 고속화를 위한 선로개량의 투자와 연구개발이 미흡하여 지속적인 속도향상을 이루지 못하였다. 따라 서 이미 포화상태에 달한 기존선에서 속도향상을 통한 운행시간의 단축과 수송용량 증대의 필요성이 크게 요구되고 있다. 21세기 국가철도망 구축기본계획 3) 에 따른 철도망의 확충과 선로의 용량 4) 을 극대화 하는 고속화 사업은 네트워크의 효율을 극대화 시킴은 물론, 2004년 경부고속 철도 개통 후 비수혜 지역 주민의 고속서비스 제

12 공은 물론 고속철도와 기존철도의 연계/직결 운행으로 고속철도의 도입효 과를 극대화하고, 대용량의 물류수송 체계 구축을 가능케 하여 국가물류 비용 절감 및 기존철도의 경쟁력 향상과 지역의 균형발전을 도모할 수 있 는 유용한 수단이 될 것이다. 따라서 본 연구에서는 기존철도가 고속철도와의 효율적인 연계수송을 감당하고, 증가하는 물류수송을 원활하게 수행하기 위하여 가장 시급한 요건인 기존선의 고속화를 위한 방안을 제시함으로써 한 세기에 걸쳐 우 리나라 철도교통을 이끌어 온 기존철도의 기능을 유지하고 국민 교통생활 에 이바지하는 길을 제시하고자 한다. 제 2 절 연구의 범위와 방법 본 연구는 고속철도 개통으로 인한 기존선 고속화의 필요성, 고속화에 대한 제약요인, 외국철도의 속도향상 사례, 국내에서 시행된 현차시험 사 례, 기존선 고속화를 위한 방안 및 효과분석 등을 중점적으로 다룬다. 연구의 순서는 먼저 고속철도 개통이 기존철도에 미치는 영향을 살펴보 고 기존철도의 속도향상의 필요성을 도출한다. 다음으로 외국철도의 기존 선 고속화 사례와 국내 현차시험 사례를 통하여 우리나라 기존선에 적용 가능한 대안을 모색하고 마지막으로 기존선 속도향상을 위한 방안과 각 방안별로 기대되는 효과를 제시한다. 본 논문의 연구방법은 교통산업에 관한 기초이론을 바탕으로 교통개발 연구원, 건설교통부, 철도청 등의 교통관련 연구기관의 연구보고서, 통계 연보, 월간지, 외국의 철도관련 자료 등을 분석한다.

13 제 3 절 연구수행 체계 본 논문은 총 6 장으로 구성되며 제 1 장에서는 본 연구의 배경 및 목 적과 연구의 범위 및 방법, 연구수행 체계 등을 소개하고 제 2 장에서는 우리나라 고속철도 개통에 따른 기존철도의 속도향상 필요성에 대하여 살 펴보며, 제 3 장에서는 외국철도의 기존선 고속화 사례를 일본, 독일, 스 웨덴, 스페인 등 선진철도를 중심으로 분석하고 국내에서 최근 실시된 속 도향상을 위한 현차시험 사례를 통하여 기존철도에 적용 가능한 고속화 방안을 모색한다. 제 4 장에서는 본 논문의 핵심내용이 되는 기존철도의 고속화 방안을 선로시설 개량, 틸팅차량 도입, 신호시스템 개선 순으로 제시하고 제 5 장에서는 각 방안별로 기대되는 효과를 분석하며, 마지막 제 6 장에서는 본 연구에 대한 결론을 맺고 향후 연구과제를 제시한다. 본 연구내용의 전개를 도식화하면 그림[1-1]과 같다. [그림 1-1] 연구수행 체계

14 제 2 장 고속철도개통에 따른 기존선 속도향상 필요성 본 장에서는 고속철도 개통 및 운영현황과 고속철도 개통이 기존철도에 미치는 영향을 분석하고 기존철도의 속도향상 필요성에 대하여 살펴본다. 제 1 절 고속철도 개통 및 운영 현황 1. 고속철도 개통 과정 고속철도의 단계적 개통에 관하여 그 내용을 간략히 살펴보면 당초 (1990년 6월) 사업의 개통시기는 1998년 말로 되어 있으나, 여러번의 계 획변경 끝에 2004년 4월에 서울-부산 및 서울-목포간을 1단계로 개통하였 다. 현재 진행되고 있는 2단계사업의 주된 내용은 2단계 구간인 대전 대구 시내통과구간 및 대구~경주~부산 구간에 신선을 건설함으로써 2010년에 새로운 고속철도 노선을 완성하고 부산-서울간을 1시간 56분에 주파할 수 있는 표정속도 5) 213km/h를 목표로 하고 있다. 2. 고속철도 운영 현황 고속철도 정차역으로 선정된 곳은 서울~부산간 9개역과 서울~목포간 13개역이며 서울, 용산, 광명, 광주, 목포는 시종착역으로 운행되고, 주 요 정차역으로는 대전, 동대구, 서대전, 익산, 광주, 송정리역이 해당된 다. 각 정차역에 따라 직통운행 또는 격역정차 등 운행방안을 다양화할 5) 표정속도 : 표정속도란 열차속도의 일종으로 어느 일정거리를 주행할 경우 그 거리에서 그 거리 를 주행하는데 소요되는 총시간(주행시간+정차시간)으로 나누어 구한 속도. 즉, 표정속도=운전 거리/도달시분(정차시분 포함).

15 계획을 추진하고 있으며 선별 정차역은 <표2-1>와 같다. <표2-1> 고속철도 정차역 현황 월 현재 선 별 시종착 역 주요정차 역 수시정차 역 계 경부선 서울,용산,광명, 대전,동대구 천안ㆍ아산, 부산 밀양,구포 9개 역 호남선 서울(용산),광명 천안ㆍ아산, 서대전,익산, 논산,김제,정,광주,목포 송정리, 읍,장성,나주 13개 역 계 개 역 자료 : 한국철도,(철도청, 월호,p19) 3. 기존철도에 미치는 영향 (1) 여객수요 감소 고속철도가 개통되기 전에 여객수송은 전적으로 기존철도가 담당하였으 나 고속철도가 개통됨에 따라 경부선 및 호남선의 여객수송량의 약 20% 를 잃을 것으로 각 연구기관은 추정하고 있으며 이는 기존철도로서는 매 우 큰 손실이라 할 수 있다. 여객수입의 대부분을 차지하던 새마을호 승객들을 일시에 고속철도에 넘 겨주게 되어 여객수입 또한 현저히 감소한 것은 두말할 나위가 없다. <표2-2>는 각 기관에서 추정한 기존철도의 이용객 감소 수이다.

16 <표 2-2> 예측 기관명 감소수요 (고속수요) 예측모델 비 고 철도기술연구원 43,157명 (142,200명) 교통개발연구원 40,340명 (165,377명) 대한교통학회 감소수요 제시 없음 (165,377명) 4단계 예측법 4단계 예측법 4단계 예측법 - 고속철도와 기존철도의 경쟁을 가정 - 호남선 동시운행 미반영 - 고속철도와 기존철도의 경쟁을 가정 - 새마을호 요금의 1.3배 - 경부고속철도연계교통체계 구축 기본 계획에서 제시된 수요를 사용 - 기존철도 수요는 철도투자편람제시수요 를 사용 주 4단계 예측법 : 통행발생 통행분포 수단선택 통행배정순으로 예측 자료 : 경부고속철도 운영효율화 방안 (철도기술연구소, ) <표2-3>는 2004년 한 해 동안 경부선과 호남선의 기존철도 승객이 감소 할 경우에 발생할 수 있는 수입 감소액을 나타내고 있다. <표2-3> 기존철도 수입감소 예측 단위 : 백만원 구분 2004년 2003년 수입 2004년 최종수입 (고속철운행전) 수입 감소액 예상액 계 784, , ,810 경부선 여객수입 719, , ,686 호남선 여객수입 65,155 13,031 52,124 비 고 고철운행이 후 약 20% 감소 자료 : 경부고속철도 운영효율화 방안 (한구철도기술연구원, )

17 위의 자료를 볼 때 고속철도 개통으로 인한 기존철도의 수송량이 1일 기준 약 40,000명이 감소함에따라 예측할 수 있고 그에 따라 경부선과 호 남선의 여객수입 감소 는 약 20%에 달하게 되어 기존철도의 대중교통수단 으로서의 기능과 역할이 현저하게 위축될 것임을 알 수 있다. 이러한 여 객수송량의 급격한 감소는 기존철도의 위상을 저하할 뿐 아니라 투자에 대한 위축, 기존철도에 근무하고 있는 직원들의 근무의욕 상실 등 고속철 도의 눈부신 활약상에 반하여 상대적으로 큰 박탈감을 갖게 될 소지가 있 다. 이러한 박탈감과 사기저하는 기존철도 조직을 매우 불안하게 할 것이 며 한국철도를 이끌어 나갈 양대 축인 기존철도와 고속철도의 균형이 무 너지고 중요한 의사결정이나 투자계획 등은 대부분 고속철도 위주로 편중 될 수 밖에 없으며 이 같은 현상이 다년간 지속될 경우에는 기존철도가 대중교통수단으로서의 역할을 적절하게 수행할 수 없는 사태에 직면하게 될 것이다. (3) 운행속도 저하 고속철도 개통에 많은 기대를 가기고 있던 일반서민들은 고속철도 개통 이전 보다 철도이용이 오히려 불편하고 부담스러워졌다고 불만을 토로하 고 있다. 이러한 불만은 주로 고속철도가 개통되더라도 여전히 기존철도 를 이용하고자 하던 일반 승객들에게서 많이 제기되고 있다. 불만을 가져 온 근본적인 원인은 철도청이 고속철도 운영율을 높이기 위해서 기존의 새마을호, 무궁화호 열차 수를 대폭 감소시킨 데에다 종전보다 이들의 정 차역이 늘어나 도착시간이 훨씬 길어졌기 때문이다. 뿐만 아니라 기존열차에 적용되었던 평일요금 할인제 마저 폐지되어 운 임까지 사실상 인상된 상태이다 보니 기존철도를 이용하는 일반 서민들의

18 불만이 높아질 수 밖에 없는 것이다. 철도청은 고속철도가 운행에 들어간 일부터 새마을호 및 무궁화호의 운행횟수를 크게 줄였다. <표 2-4> 에서 보듯이 서울을 기준으로 하루 18편이던 새마을은 7편(39%)으 로, 무궁화도 32편에서 7편(22%)으로 감소했다. 서울서 광주ㆍ목포를 잇 던 호남선 장거리 열차도 새마을호 8편에서 4편(50%),무궁화호는 20편에 서 11편(55%)으로 감소했다. 기존열차 운행이 종전에 비해 2~5배나 뜸해진 것으로 이러한 상황은 고속열차 운행(경부선 47편,호남선 17편)에 따른 수급조절과 기존선 선로 용량의 한계가 가져 온 불가항력적인 일로 생각할 수 있지만 고속열차 보 다는 기존열차를 선호하는 일반서민들의 입장에서 볼 때에는 매우 불편하 고 불만스러운 일이 아닐 수 없다. 고속철도 개통 후 새마을ㆍ무궁화호는 도착시간이 현저히 길어짐에 따 라 저속철이라는 이미지가 굳어지고 있다. 이러한 관점에서 볼 때 기존철 도의 경쟁력을 유지하기 위해서는 기존열차의 속도향상이 가장 급선무임 을 알 수 있다. <표2-4> 고속철도 개통이후 기존열차 감소 현황 운행선 차 종 개통 전 개통 후 감소비율(%) 경부선 새마을 무궁화 호남선 새마을 무궁화 총 계 자료 : 고속철도의 문제점,(조선일보, )

19 제 2 절 기존철도 속도향상의 필요성 1. 고속철도 연계수송 효과 제고 고속철도 연계수송체계란 고속열차의 기존 철도노선 직결 운행 및 환승 체계 등을 포괄하는 복합적 개념이다. 따라서 고속철도 투입에 따라 기존 철도 운행체계를 조정할 필요가 있고 가능한 고속열차와 기존열차의 연계 기능을 보강하는 방안으로 개편되어야 한다. 고속열차는 주요 간선의 거 점도시를 잇는 역할을 하고 기존열차는 고속열차가 통과하는 역을 중심으 로 정차함에 따라 고속철도와 기존철도가 원활하게 연계되도록 편성하는 것이다. 고속철도 개통과 함께 고속신선의 파급효과를 극대화하기 위해서는 환 승을 최소화하고 열차운행 횟수를 증대하여야 하며, 고속철도의 특성활용 을 위해 기존선과 연계 가능한 노선 선정 및 고속서비스를 제공하는데 있 어서 기존선로를 복선전철화 하여야 한다. 또한, 고속열차의 상하선 직결 운행을 위한 연결선 건설이 선행되어야 하며, 기존선의 신호시스템과의 효과적인 연계가 중요하다. 현재 수도권과 영남권을 잇는 경부축을 중심으로 한 철도운영체계에 비해 호남과 영남, 강원권 등 기타 지역간의 철도 수송 서비스는 매우 낙 후되어 있다. 경부선을 중심으로 한 철도의 수송분담율이 45%, 고속버스 는 53%인데 비하여 광주를 중심으로 하는 호남축의 경우는 철도분담율이 13%, 고속버스가 86%에 달해 지역간에 철도 수송부담율이 심한 불균형을 보이고 있다. 이러한 불균형의 근본적인 요인은 도로와의 경쟁에서 기존 철도의 낮은 속도에 있으며 이를 해소하기 위해서는 기존선의 속도향상이 필수적이다.

20 뿐만 아니라 2004년 개통된 경부고속철도의 300km/h 서비스와 기존선과 의 속도차이가 심해 지역간 불균형 및 철도교통의 효율성 저하가 문제되 고 있어 기존철도의 속도향상은 더 한층 절실하다. [그림 2-1] 고속철도의 기존선 활용 효과 기존선에서 고속열차의 직결운행 고속선에서 기존선으로 환승 불필요 도시의 중심부로 고속열차 직접도달 폭넓은 지역에 고속서비스 제공 고속열차 이용을 위한 역 출입 소요 시간 단축 교통량 수요 증가 확대된 수송시장 고속 신선 건널비용 감축 기존철도 경쟁력 향상 자료: 고속철도 운영정보, (철도청,1995.7)

21 2. 선로용량 한계 극복 현재 우리나라 기존철도의 노선망은 1940년 이전에 형성된 철도건설 초 기의 단순한 형태로서 X자형의 운영체계로 경부선과 호남선의 공동구간인 수원~천안 등의 주요간선이 한계용량에 도달하였으며 노선별로 여유용량 에 차이가 있어 열차운영에 비효율성을 초래하고 있다. <표2-4> 에서 보듯이 경부선,영동선의 경우에는 선로여유율이 0 에 가 까운 반면 경전선은 20%대,중앙선,동해남부선 등은 10%대의 여유율을 보 이고 있어 노선별 선로용량의 불균형 현상을 여실히 보여주고 있다. 이 같은 불균형을 극복하기 위한 기존선의 복선화,전철화 계획은 해마다 고 속철도건설사업의 뒷전으로 밀려 추진도가 매우 낮은 실정이며 이러한 추 세는 고속신선의 건설이 완료되어 신설건설에 대한 투자비를 기존선 분야 에 투입할 수 있는 여건이 조성될 때까지 상당기간 지속될 전망이다. <표2-5> 주요 간선간의 선로용량 비교 선 별 구 간 선로용량(회) (A) 여유용량(회) (B) 여유율(%) (B/A) 경부선 수원-천안 천안-조치원 조치원-대전 중앙선 삼곡-도담 영주-안동 영천-경주 영동선 철암-도계 도계-동해 동해남부선 해운대-부산 경전선 진주-순천 자료 : 한국철도의 현황과 발전방향,(철도청, )

22 3. 물류수송 경쟁력 제고 경부고속철도 개통 이후 기존선 운행열차의 감축으로 발생하는 선로용 량에 화물열차를 증편운행 할 수 있는 여건이 조성되어 도로부문의 화물 수송수요가 철도수송으로 점차 전이될 전망이다. 또한 향후 남북철도 개 통으로 화물수요 급증이 예상되고 있어 화물수송력을 보강하기 위한 기존 선의 고속화가 필수적인 시점이다 <표2-6>. 현재 우리나라의 철도화물수송은 서울을 중심으로 이루어지고 있는데 철도화물의 수송수요는 경부선에 집중되어 있다. 이러한 철도수송 및 노 선구조로 인하여 경부선은 전반적으로 화물수송용량이 한계에 도달하여 있는 상황이며 호남선, 전라선, 장항선 등과 같은 노선에 새로운 수요가 창출되어도 화물열차를 운행할 수 없는 실정이다. 따라서, 고속철도 개통은 이러한 용량한계를 해소하는 기폭제가 될 수 있다. 그러나 경부고속철도는 일반여객 위주로 편성되어 늘어나는 기존 철도의 화물수송에 대한 대안이 필요하다. 이러한 계획을 수립할 때 선로 용량 증대와 같은 것은 비용과 시간을 최소화하면서 단기간에 증대할 수 있는 방안 요구된다. 따라서 고속철도개통 이후 경부축 기존선을 이용한 화물수송능력 증대 를 위한 방안으로는 선로용량 증대를 위한 기존선 전철화, 여객열차를 화 물열차로 전환하여 수송력 증강, 화물열차의 장대화 및 고속화 등을 제시 할 수 있다. 기존선의 화물수송 증대방안으로 이를 추진함에 있어 고속철도사업 일 정과 병행하여 점진적으로 추진되어야 한다. 장기적으로 경부축을 이용한 각 권역간의 연계수송방안이 이루어져야 하므로 기존선 속도향상에 대한 중요성은 더욱 커지고 있다.

23 <표2-6 > 고속철도 개통이후 기존선 선로용량 변화 (단위 : 회/편도) 구 분 서울~시흥 시흥~천안 천안~대전 대전~동대구 동대구~부산 2003년(A) 2004년(B) 증감(B-A) 선로용량 여유용량 선로용량 여유용량 선로용량 여유용량 자료 : 철도청,고속철도개통 효과 분석,2004 제 3 절 기존선 속도향상의 제약 요인 1. 지형적 요인 우리나라 지형은 전국토의 약 70%가 산악으로 구성되어 있다. 따라서 철도의 노선 대부분이 [그림 2-2]에서 보듯이 산악지대를 관통하는 터널, 곡선, 구배로 되어 있는 전형적인 산악철도의 성격을 띠고 있다. 철도영 업 총 연장 3,118km 중 교량은 4,043개소, 터널 450개소, 옹벽 4,615개 소가 전국에 걸쳐 산재되어 있다. 특히 교량은 경부선이 1,141개소로 28% 를 차지하고 있어 이 구간을 지나는 열차는 강을 많이 횡단하고 있음을 나타내고 있고, 터널은 중앙선이 97개소로 21.5%를 차지하고 있어 산을 뚫고 지나는 곳이 가장 많음을 알 수 있다. 선로구배는 전국에 5,032개소가 존재하며 가장 큰 구배는 5/1000 -

24 10/1000의 구배로 전체의 69.1%이다. 또한, 15/ /1000 구배가 24.7%, 25/ /1000 구배가 4.5%로 중앙선, 태백선, 영동선, 경북 선 등 영동 영서지방에 위치하고 있으며, 구배가 심할수록 속도의 제한 은 심화된다. 한국철도는 유럽의 평야 위에 건설된 철도보다 매우 악조건 속에서 운행되고 있어 열차속도향상의 제약요인으로 작용하고 있다. [그림2-2] 한국철도의 지형 자료: 철도청, 기존선 이용 속도향상 방안연구,1996.

25 2. 선로 요인 선로의 곡선은 전국에 4,842개소가 있으며, 열차속도 향상에 주 영향을 미치는 곡선 R=250~800 이 3,875개소로 전체의 80%를 차지하고 있으며 특히 중앙선에 많이 존재한다. <표2-7>은 철도레일설치 현황을 표시한다. 철도청은 전국에 656만m 에 걸쳐 레일을 설치하고 있다. 표준선구간(서정리-천안)등에는 60kg 레일을 설치하여 최고속도 140km/h로, 일반주요 본선에는 50kg 레일을, 측선에는 37kg레일이 설치되어 있다. <표2-7> 국내 레일 설치현황 규 격 60kg 50kg 37kg 계 구 분 레일 길이 (m) 180,236 5,403, ,873 6,559,016 % ,2 - 선 로 등 급 1급선 2급선 3급선 4급선 - 선로속도(km/h) 차량중량 축 중 22톤 22톤 22톤 15톤 - 1m평균 7톤 7톤 6톤 5톤 - 주 1) 60, 50, 37kg : 레일의 길이가 1m 일 때의 무게를 표시한다. 2) 1m 평균 : 선로 양단의 연결면의 하중. 자료: 철도청, 선로보수자료, 국내선로는 중량레일을 설치하고 있어 열차속도를 철도규정상 본선인 경우 120km/h로 주행 할 수 있는 조건을 구비하고 있으나 선로곡선이 많 아 중앙선의 경우 55km/h의 평균속도로 주행하고 있다.

26 3. 차량 요건 디젤기관차는 총 보유 491량 중 48.5%인 238량이 최고속도 150km/h로 주행할 수 있으며, 디젤동차는 595량 중 73.3%인 436량이 새마을호로서 최고속도 150km/h, 그리고 무궁화호 등의 차량이 120km/h로 주행이 가능 하다. 객차는 1,928량 중 52.7%인 새마을, 무궁화호 차량이 150km/h 로 주행 가능하고, 무궁화호 일부와 통일호 이하 객차는 120km/h의 주행이 가능하다. 화차는 특수차량을 제외한 전 차량이 90km/h의 주행능력을 가 지고 있다<표2-8>. <표2-8> 차종별 최고속도 현황 차 종 별 기 호 최고속도 (km/h) 디젤 기관차 대 소 형 형 전기 기관차 85 디젤 동 차 새 마 을 150 무궁화.통일호 120 전기 동 차 객 화 차 차 무 궁 화 수 도 권 새마을,무궁화 통일호,비둘기 일반 화차 특수 화차 자료: 1) 철도청, 열차운전 시행절차, 따라서 디젤기관차 238량, 객차 1,017량, 새마을동차 436량 등 약 1,670량이 최고속도 150km/h로 주행이 가능하나, 열차가 선로상에서 곡선 부를 통과하는 경우 차량 및 내부승객은 곡선 중심부로부터 외측으로 작 90

27 용하는 원심력 6) 을 받게 된다. 이는 열차속도가 빠르면 빠를수록, 그리고 곡선반경이 적으면 적을수록 원심력은 증가하고 열차는 탈선되기 쉽기때 문에 차량의 탈선 및 내부승객의 승차감을 고려, 곡선속도를 <표2-9>와 같이 제한하고 있다. 곡선반경(m) 선(구간별)(km/h) 2급선 경부제1본선 호 남 선 <표2-9> 국내선로 곡선별 제한속도 전 구 간 익산-송정리 경부제2본선 가리봉-수원 호 남 선 전 라 선 중 앙 선 대전-강경 강경-익산 송정리-목포 급선 영 동 선 태 백 선 전 구 간 진 해 선 충 북 선 장 항 선 경 춘 선 동해남부선 부산진-경주 경 전 선 전 구 간 자료: 철도청,열차운전 시행절차, ) 곡선주행시에 열차가 회전방향의 외측으로 끌려나가려는 힘

28 <표2-10>는 우리나라 철도의 각 노선별 구간거리 및 수송시간을 나타낸 다. <표2-10> 각 노선별 구간거리 및 수송시간 현황 구 분 거리 (km) 최고속도 (km/h) 평균속도 (km/h) 표정속도 (km/h) 운행 시간 서울-부산 서울-광주 서울-목포 서울-여수 서울-경주 서울-울산 서울-마산 서울-장항 청량리 - 안동 새마을 무궁화 통일호 새마을 무궁화 통일호 새마을 무궁호 통일호 새마을 무궁화 통일호 새마을 무궁화 새마을 무궁화 새마을 무궁화 통일호 83.4 새마을 무궁화 통일호 새마을 무궁화 통일호 :10 4:50 5:31 3:43 4:10 4:23 4:34 5:08 5:43 5:30 6:00 6:51 4:14 4:53 4:47 5:37 4:20 4:55 5:34 3:08 3:30 3:35 3:55 4:18 4:47 주 1) 차량최고속도: 차종별로 가장 빠른 속력을 낼 수 있는 한계속도 2) 평균속도: 열차가 실제 운전한 속도

29 서울-부산간의 경우 <표2-8>에서 보는 바와 같이 새마을호의 기관차 및 객차는 최고속도 150km/h의 주행능력을 가지고 있음에도 불구하고 <표 2-10>에서와 같이 선로최고속도가 140km/h, 표정속도가 106.8km/h로 주 행하고 있으며 운행시간은 4시간 10분이 소요되고 있다. 청량리-안동간은 운행거리가 255.7km로 서울-부산 보다 189km 가 더 짧 음에도 4시간 47분이 소요되어 선로 최고속도가 110 km/h, 표정속도가 59km/h로 약 1/2이나 감소하고 있음을 알 수 있다. 이는 같은 차량으로 운행하여도 서울-부산간에는 청량리-안동보다 곡선 수가 적고 곡선반경이 크기 때문에 열차속도가 빠른 것이다. 결론적으로 현재 기존선의 열차속도를 제약하는 것은 전국 3,118km의 구간에 4,840 여 개의 곡선이 존재함으로써 차량탈선 및 승차감 악화, 곡선주행 선로의 유지보수 비용의 증대로 속도를 더 이상 높이지 못하는 실정이다. 따라서 기존선에서의 열차속도 향상을 위해서는 이러한 제약요인들을 어떻게 극 복하느냐가 관건이다.

30 제 3 장 국내외 기존선 속도향상 사례 앞서 제 2 장에서는 우리나라 기존선의 속도향상을 제약하는 여러 요인 들을 살펴보았다. 본 장에서는 외국철도에서 기존선을 고속화한 사례와 국내에서 시행된 기존선 고속화 가능성을 검토하기 위한 현차실험 내용을 분석해 봄으로써 우리나라 기존철도에 가장 적합한 속도향상 방안을 모색 해 본다. 제 1 절 외국철도 사례 1. 일본 철도 일본에서 최초로 철도가 운행된 것은 1872년이며 속도향상을 위한 연구 는 꾸준히 지속되어 왔다. 일본철도는 궤간이 1,067mm인 협궤와 1,435mm 인 표준궤도가 있는데 근래에 건설 운행중인 고속철도 신간선을 제외하고 는 기존선 모두 협궤로 구성되어 있다. 철도산업이 대체적으로 발달되어 있는 일본이 협궤를 건설한 이유는 산 형이 험한 지형적 특성을 고려하였기 때문이며 곡선부 선로에서의 곡선 반경을 크게 할 수 없는 지형적 제약으로 인하여 협궤를 채택한 것이고, 이러한 적은 곡선반경은 낙후된 신호시스템과 더불어 기존선의 고속화에 큰 장애로 작용하여 왔다. 협궤는 표준궤에 비하여 근본적으로 속도향상에 어려움이 많으나 정부 의 기존선 속도향상에 대한 노력과 속도를 제한하는 법규들을 통하여 1985년 381시리즈 틸팅차량 7) 을 개발하여 Kosei노선에 최고속도 179Km/h 7) 곡선운행시 차체가 안쪽으로 기울어 지도록 대차구조를 제작한 기존선운행용 고속화 차량

31 를 기록하는데 성공하였으며 1987년 일본국철의 민영화조치 이후 각 JR사 들은 기존선의 회생을 위해 고속화에 주력하여 Joban, Hokuriku, Kosei 노선 등에서 최고 시속 130Km/h를 달성하는데 성공 하였다. 기술적 측면에서 기존선 고속화에는 곡선부의 고속화를 위한 틸팅차량 의 개발, 긴급 상황시 600m이내에 정차하기 위한 고속용 브레이크 시스템 의 개발, 레일의 장대화 및 궤도 관리기법의 개발, 새로운 신호 시스템의 도입, 등이 주로 연구되고 있다. 현재 일본의 기존선은 일부 영업최고속도 140Km/h에서 운행되고 있으며 향후 200Km/h를 목표로 연구 중에 있다. 일본 기존선 고속화의 구체적인 사례를 들면 Sapporo - Hakodate노선으 로 혼슈로 연관되어 JR Hokkaido의 가장 중요한 노선인데 이 구간은 항공 과 고속도로와의 경쟁을 벌이고 있는 상태이며 특히 항공과의 경쟁력을 유지하고 고속도로와의 경쟁력을 벌리기 위하여 1994년 당시 316Km의 구 간을 3시간 29분 소요되던 운행시간을 3시간 이내로 단축할 필요성이 제 기 되었다. 구간 중 38%가 직선구간이나 34%는 곡선구간이며 나머지 28%는 분기 기 8) 등으로 인한 속도제한 구간이있다. 속도향상은 직선부의 최고속도 향상과 곡선부 통과속도 향상을 통해 이루어졌으며 281시리즈 틸팅열차를 개발하였고 이 차는 제동거리 600m를 만족시키기 위해 130Km/h가 최고속 도로 제한되기는 하였으나 곡선부의 속도향상을 위해서 능동제어형 틸팅 대차를 채용하였다. 그 결과 반경 600m이상의 곡선부에서는 20Km/h, 반경 600m이하의 곡선부에서는 10-15Km/h의 속도를 향상 시켰으며 그 결과 Sapporo - Hakodate노선의 평균 표정속도를 106Km/h, 소요시간을 2시간 59분으로 줄일 수 있었다. 8)

32 이와 같은 속도향상으로 열차의 시격을 1시간 30분간격에서 1시간 간격 으로 줄였고 여객 등의 열차 선택의 폭을 넓힌 결과 승객이 전년도에 비 해 10%가 증가되었는데 다른 교통수단의 수송량이 정체되어 있는 현실을 감안할 때 매우 높은 성장이라 할 수 있으며 시간단축 3개월 만에 1일 3 회 운항하던 항공편이 중단된 사례가 발생하여 기존선의 속도향상에 의한 경쟁력 제고의 효과를 잘 입증하고 있다. 2. 독일 철도 1960년대 초 독일연방철도는 200Km/h급의 전철화된 고속신선을 건설하 여 1965년 전기기관차에 의한 최고속도 200Km/h의 상업운전이 시작되었으 며 1970년대까지 대부분의 기존선이 최고속도 160Km/h로 제한되고 있었기 때문에 독일연방철도는 1972년부터 200 Km/h를 목표로 하는 기존선의 개 량작업을 착수하게 되었다. 1985년 독일연방 철도 창립150주년을 맞는 해에는 개량된 선로의 능력 을 최대한 활용하기 위해 IC(Inter City) 85차량 9) 이 소개되었으며 200Km/h급 선로는 총 영업거리 440Km를 소유하게 되었고 이후 고속화에 대한 지속적인 노력을 기울이고 있다. 3. 스웨덴 철도 스웨덴 철도청은 철도가 자동차와 항공운송에 대한 경쟁력을 갖기 위 해 혁신적인 철도 여행시간의 단축이 필수적이라고 판단하고 1970년대부 터 이에 대한 검토를 착수하였다. 인구가 산재되어 있고 도시간 거리가 9) 독일 도시간 운행 철도

33 긴 스웨덴의 특성상 고속열차용 직선로가 높은 신선을 건설하는 것은 경 제성이 낮으므로 초기단계부터 곡선부가 많이 포함되어 있는 기존선을 이 용하여 고속화를 구현한다는 방침을 세웠다. 1970년대 중반 스웨덴 철도청은 기존선을 빠르게 운행할 수 있는 고속 차량의 개발에 착수하였고 차량 1편성을 시험용으로 제작하게 되었으며 1980년대 초에는 X15라 명명된 조향대차 10) 와 차체경차 시스템을 적용한 차량을 개발하여 시운전에서 238Km/h의 속도를 기록하기에 이르렀다. 차량개발이 성공적으로 이루워 지자 스웨덴 철도청은 20량의 X2000 차 량을 주문하여 1990년 9월 Stocholm - Gothenburg구간에 영업운전을 시 작 하였으며 기존차량의 운행속도가 160Km/h 수준이었던 것에 반하여 X2000을 200Km/h로 운행하게 됨으로써 종전 소요시간 4시간에서 1시간 정 도 단축된 2시간 55분으로 주파하는 성과를 거두었다 X2000차량의 주행 안전성을 확인하기 위해 1991년 독일에 새로 건설된 ICE선로 직선구간에서 시험을 실시하여 현재 스웨덴의 대표적인 고속열차 로 부상하게 되었으며 1992년 Stocholm - Lcalstad구간 외에 Uppsala, Linlcoping, Falun등의 도시간 열차로 널리 보급되고 있다. 이상과 같이 스웨덴은 신선 건설 없이 기존선을 개량 함으로써 X2000이 라는 새로운 고속 틸팅차량을 투입, 고속화에 기틀을 닦고 있는 반면 궤 도의 꾸준한 보강과 기존선로의 전차선, 신호보안설비, 건널목설비 등을 빠른 운전속도 조건에 맞도록 개량 촉진 중에 있다.

34 4. 스페인 철도 스페인의 기존철도의 궤간은 1688mm인 광궤로 부설되어 있어 일찍부터 고속주행이 가능한 조건을 갖추었고 철도의 속도향상을 위한 연구가 오래 전부터 진행되어 스페인 독자모델인 Talgo차량 11) 이 등장하게 되었다. 1942년 이를 상업화 하기 위해 Patentes Talgo회사가 설립되었으며 TalgoⅠ시험열차는 1944년에 Avila - Madrid구간에서 135Km/h의 시험속 도를 나타냈고 TalgoⅡ차량은 별도의 기관차에 의해 견인되는 객차로서 시험속도나 영업속도는 기관차에 의해 제한을 받았다. 스페인철도는 표준궤간 12) 을 사용하는 인접 유럽국가와 차량의 직결운 행이 가능하도록 하기 위해 궤간변경이 가능한 Talgo RD차량을 1968년에 개발하여 1969년에 Barcelona - Geneva간 상업운전을 시작하였다. Patentes Talgo사와 스페인 철도청은 속도향상을 위한 연구를 꾸준히 진행하여 1972년 TalgoRD차량을 디젤기관차로 견인하여 최고속도 222Km/h를 기록하였고 평균속도 향상에 기여도가 큰 곡선 통과속도를 향 상하기 위해 Talgo 차량에 자연 틸팅시스템의 적용을 결정하였다. 자연 틸딩시스템은 곡선에서 승차감의 저하 없이 경제적이고 안전하게 속도향 상을 도모할 수 있는 장점이 있다. 1978년 시험운행에서 최고속도 230Km/h를 기록하여 1980년 Madrid- Saragossa 구간에 상업운전을 시작 하였으며 이때 곡선통과속도를 약 20% 정도 상승시켰다. 1972년 200Km/h 이상의 시험속도를 기록하였으나, 견인기관차 및 선로 제약 등으로 200Km/h 상업운전은 1989년에 Barcelona와 Bern간의 국제선에서 처음 시 작하였다. 또한, 기존선을 이용하는 Talgo - Pendalar차량도 속도향상을 위한 노력이 꾸준히 진행되고 있다. 11) 스페인의 기존 노선을 고속으로 운행하는 도시형 철도차량 12) 레일간격이 1,435MM인 궤도

35 제 2 절 국내 현차시험 사례 1. 현차시험 목적 국내 기존철도는 경부선을 중심으로 1968년 95km/h, 1969년 110 km/h, 1983년 120km/h, 1985년 135km/h(표준선 구간 140km/h)로 점진적인 속도 향상이 이루어져 왔다. 그러나 1985년의 속도향상 이후 경부축의 수송량 증가에 따른 열차 혼잡도의 증가 등으로 속도향상은 답보상태를 유지하고 있다. 또한 2004년 개통된 경부고속철도의 300km/h 서비스와 기존선 과의 속도차이가 심해 대구~부산간의 고속철도 운행속도는 160km/h 수준에 그 치고 호남고속철도 역시 150km/h이상 속도를 낼수 없어 고속철도 개통효 과를 반감시키는 요인으로 작용하고 있다. 이와 같은 문제를 해소하고 기 존철도의 경쟁력과 수익성을 향상하기 위해 속도향상이 절실히 요구된다. 따라서 한국철도기술연구원 에서는 기존선을 운행하는 새마을호급 여객열차의 속도향상 가능성에 대한 현차( 現 車 ) 시험을 2000년 5월에 시 행하였으며 본 현차시험은 현 선로의 최고속도를 현행 대비 10km/h 높이 고, 곡선 제한속도를 현행 대비 5km/h 높이는 데 있어서 기술적 가능성과 보완 여부를 확인하고 이를 실현하기 위한 기술검토 항목을 도출하는데 주 목적을 두었다. 2. 현차시험 개요 시험열차는 기존 새마을호 열차 중에서 속도향상의 여력이 있는 것으로 평가된 전후 동력형 열차를 대상으로 하였으며, 시험노선은 호남선 서대

36 전-장성(148.1km) 구간, 장항선 천안-대천(95.2km) 구간, 경전선 진영- 진주(83.7km) 구간, 경부선 평택-부산(368.9km) 구간에 대하여 실시하였 다. 시험운전 기간은 2000년 5월 22일부터 5월 31일까지 였으며 시운전은 현행 제한 속도범위에서 각 대상노선별 2회 왕복하였고, 제한속도를 현행 대비 직선부 10km/h, 곡선부 5km/h 향상된 조건으로 2회 왕복하였다. 현차실험 항목으로는 속도향상에 따라 필수적으로 확인되어야 할 사항으 로 탈선에대한 안전도, 승차감, 객실소음 측정 등이 포괄적으로 다루어 졌으며 <표3-1>과 같이 고속그룹, 중속그룹, 저속그룹 등 3개 그룹으로 나누어 구간별 주행성능을 확인하였다. <표3-1> 현차시험 조건설정 노선 그룹 그룹Ⅰ(고속) 그룹Ⅱ(중속) 그룹Ⅲ(저속) 시험 선구 호남선 (서대전-장성) 경부선 (평택-부산) 장항선 (천안-대천) 경전선 (진영-진주) 연 장 km km 95.2 km 83.7 km 직 선 +10 km/h +10 km/h +10 km/h +10 km/h 시험 속도 곡 선 +5 km/h +5 km/h +5 km/h +5 km/h 분기기 130/100 km/h 130/100 km/h 90 km/h 90 km/h 자료 : 한국철도기술연구원,기존선 고속화 시스템 연구, 2000.

37 3. 시험결과 분석 (1) 탈선 안전도 철도에 있어서 탈선은 대형사고로 직결되기 때문에 속도향상을 도모하 는데 있어서 최우선적으로 검토되어야 할 항목이다. 철도차량의 탈선은 탈선과정에 따라서 타오르기 탈선(running over) 13) 과 뛰어 오르기 탈선 (jumping over) 14) 등으로 분류되고 이러한 탈선에 대한 안전성의 평가를 위해서는 탈선계수 15) 가 이용되고 있다. 차륜의 횡압이 과도하게 작용하 는 경우에는 궤도구조가 지탱을 못하여 차량이 탈선되는 경우가 있다. 이 경우에는 궤도에 작용하는 수직력과 연계된 횡압 허용기준으로 판단하는 데 궤도구조 및 강도에 따라 이 기준이 달라질 수 있다. [그림3-1]과 [그림3-2]는 호남선 구간에서의 속도향상 전후의 수직하중 과 횡압선도를 나타낸다. 그림에서 보듯이 최고속도 10km/h, 곡선 통과속 도 5km/h의 향상에 따른 탈선계수는 안전한계선인 0.9이하로 나타나 큰 문제가 없는 것으로 나타났으나, 궤도에 부가되는 횡압이 증가하여 궤도 의 유지보수비용이 현재에 비해 어느 정도 증가될 것으로 예상된다. 속도향상에 따른 횡압의 증가에 대한 해결책으로는 궤도구조를 강화하 는 방법과 차량을 경량화 하는 방안이 있다. 열차운행 중 차량의 횡압에 의한 탈선계수는 호남선을 비롯한 시험구간 전체에서 0.9이하로 나타남에 따라 횡압의 증가에 따른 탈선 위험은 비교적 작은 것으로 확인되었다. 13) 차량이 운행 중 다른 선으로 진입하여 탈선하는 경우 14) 열차가 운행중에 선로의 충격으로 튀어오르면서 선로를 벗어나는 탈선 현상 15) 차륜의 횡압과 윤중으로 나타내는 탈선위험지수(탈선계수=Q/P,Q:횡압,P:수직하중 )

38 [그림3-1] 서대전-익산 기존속도시 횡압 [그림3-2] 서대전-익산 향상속도시 횡압 주 : 탈선계수 Q/P 0.9 이면 횡압에 의한 탈선위험이 작은 것으 로 판단. (점은 탈선안전도의 변화분포를 나타냄) 자료 : 한국철도기술연구원,기존선 고속화 시스템 연구, 2000.

39 (2) 승차감 승차감은 속도향상에 따라 0~2dB 정도 증가하는 경우도 있으나 전체적 으로 일관성 있는 경향을 나타내지 않았다. 상대적으로 승차감이 불량한 동력차 객실부의 상하방향을 기준으로 할 때 운행속도가 낮은 경전선의 경우 양호 에 들어오고 나머지 세 노선은 속도 향상 전 후 모두 보통 의 영역에 속한다. 목표수준의 속도향상에는 평균승차감 수준이 미소하게 저하되더라도 보통의 수준을 유지하기 때문에 승차감 측면에 큰 문제는 없는 것으로 나타났다. [그림3-3]은 호남선 상하방향 평균 승차감 결과를 나타낸다. [그림3-3] 호남선 상하방향 평균 승차감 결과 주 : 평균승차감 113이상 불량, 보통,103이하 우수 자료 : 한국철도기술연구원,기존선 고속화 시스템 연구, 2000.

40 (3) 객실소음 속도향상에 있어 또 하나 중요하게 검토되어야 할 항목은 실내 소음이 다. 객실 소음의 측정은 기관실의 소음이 유입되어 상대적으로 수준이 높 은 동력차의 객실에서 측정하였다. 평지에서의 소음수준은 경부선과 호남 선은 70, 장항선 69, 경전선 68dB 정도로 속도향상 전 후 모두 철도청의 객차사양 기준인 72dBA을 만족하는 것으로 나타났다. [그림3-4]는 물금 - 삼랑진 구간을 운행 중인 열차의 실내소음을 측정한 결과를 나타낸다. [그림3-4] 경부선 물금-삼랑진 구간 실내소음 비교 주 : 객실내부 소음기준은 72dB 이하 자료 : 한국철도기술연구원,기존선 고속화 시스템 연구, 2000.

41 4. 선결과제 시험기간에 검측 된 데이터를 기초로 분석해 보면 탈선에 대한 안전도 및 승차감 수준은 속도향상을 해도 무리가 없는 것으로 평가되었다. 그러 나 시간에 따른 뒤틀림의 진행율이 빠른 철도 궤도의 특성상 단기간의 현 차 시험만으로 결론을 내리기 어려운 측면이 있다. 따라서 대상선로의 제 한속도를 한 단계 향상시키기 위해서는 다음과 같은 사항이 선행 되어야 하고, 충분한 기술적 검토가 수반되어야 할 것으로 나타났다. 기존선 속 도향상을 위한 선행조건을 나열하면, - 최소 6개월 정도의 시험운전을 통해 안전성이나 승차감에 대한 영향 평가가 있어야 한다. - 대상선로에서의 규정미달 개소(분기기불량, 노후구조물 등) 선별 및 보완이 필요하다. - 시범운전기간 이전에 규정미달 취약개소에 대한 원형보수 완료 및 고 속화 기반의 확보가 필요하다. - 6개월 이상의 시범운전 및 실험을 통해 취약구조물의 문제점, 유지보 수상의 문제점 발굴이 선행되어야 한다. - 노후,취약 교량에 대한 고속화 대비 안전성 및 피로수명 평가를 위한 시험이 실행되어야 한다.

42 제 4 장 기존선 속도향상 방안 제 3 장에서는 외국철도의 기존선 속도향상 사례와 국내에서 시행된 기 존선 현차시험 사례를 중심으로 기존선의 속도향상 가능성과 기본방향을 모색해 보았다. 본 장에서는 우리나라 기존선의 열차운행 속도향상을 위 한 가장 현실성 있는 방안에 대하여 구체적으로 살펴보고 주요 간선별 특 성을 고려한 고속화 방안을 제시한다. 제 1 절 속도향상 목표 설정 속도향상의 목표는 여행시간의 단축에 의하여 교통수단으로서의 경쟁력 을 높이고 수익성을 제고하는 데 있다. 열차 최고속도가 교통수단의 이미 지를 형성하는 중요한 인자임에 틀림없으나 더욱 중요한 것은 여행시간 단축과 직결되는 표정속도이다. 표정속도는 열차가 시발지에서부터 도착 지까지의 총 이동거리를 총 소요시간으로 나누어 산출되는 열차평균속도 를 의미하며, 이러한 표정속도를 향상시키는 것은 여행시간을 단축시키는 것이며 이는 철도사업의 경쟁력에 가장 중요한 요소이다. 따라서 기존선 속도향상의 목표는 표정속도의 향상에 두고 이는 또한 고속철도 연계운 영과 관련한 운행시간 예측에 대하여 함께 검토되어야 한다. 인간의 여행거리에 대한 속도와의 관계에 대하여 일본 동경대학의 井 口 雅 一 교수는 스위스의 교통학자인 Bouladon 박사의 말을 인용하여 여행거 리와 요구되는 속도와의 관계를 현재의 교통수준에서 현대인은 10배의 거리를 여행하는데 2배의 시간을 소비하는 것이 타당하다 라고 기술한 바 있다. 16) 이 말은 곧 사람이 0.4Km를 보행할 때 5분이 소요된다는 것을

43 의미하며 현재의 기술레벨에서의 이상적인 속도를 [4-1]과 같이 표현하였 다. 그림의 선에서 실선은 Bouladon박사의 설에 기초한 선이며, 점선은 井 口 雅 一 교수가 제안한 실선의 1/2에 해당하는 현실을 고려한 속도선 이 다. 여기에 교통수단의 접근을 고려하여 점선의 30%정도의 평균속도 저하 를 고려한 선이 쇄선이며 이 선도는 다음과 같은 점을 시사하고 있다 Km 정도의 거리는 표정속도가 약 80Km/h - 300Km 정도의 거리는 표정속도가 약 160Km/h - 500Km 정도의 거리는 표정속도가 약 250Km/h Km 정도의 거리는 표정속도가 약 400Km/h 즉, 거리에 따라 적합한 표정속도를 제시하다. 최고속도에 대하여는 표 정속도에 20-30%를 가한 높은 속도를 제시하고 있으며 이것을 철도에 적용할 때 기대되는 최고속도는 다음과 같다. - 근거리(300Km이하)에서 최고속도는 Km/h - 중거리( Km)에서 최고속도는 Km/h - 장거리(1000Km이상)에서 최고속도는 Km/h 따라서 위의 내용을 국내 철도에 적용할 때 영업거리 444.5Km인 서울- 부산간의 경부선에 적합한 표정속도는 250Km/h를 유지하는 것이 여행시간 측면에서 이상적이라 할 수 있다. 이러한 의미는 경부고속철도 표정속도가 250Km/h인 것을 감안한다면 그 맥락을 같이 한다고 볼 수 있으며 경부고속철도와 연계 운행 되는 호남선 을 비롯, 주요간선의 경우도 속도향상을 위한 부단한 투자가 필요하다고 본다. 즉, 현재 기존선 여건을 볼 때, 새마을호의 경우 서울-부산간 경부선의 경우 최고속도 140Km/h, 표정속도 104Km/h로서 4시간 20분이 소요되고

44 호남선의 경우 서대전-광주간 192Km를 표정속도 93Km/h의 2시간 4분이 소 요되어 최고속도와 표정속도 개념과는 큰 차이가 있음을 알 수 있다. 현 운행 중인 고속철도와의 연계운행 서비스를 개선하고 물류 수송량 증대에 대응하기 위해서는 기존선 속도향상의 필요성이 절실히 요구된다. 표정속도에 있어서 시간단축효과를 보면 다음 식에 의하여 같은 속도를 높이더라도 고속보다는 저속에서 그 효과가 크게되며 기존선과 같이 현재 저속으로 운행되는 현상에서 속도 향상으로 인한 시간 단축효과가 큰 것 을 알 수 있다. T = S/V ΔT/ΔV = -S/V 2 [ T : 여행시간, S : 여행거리 V : 평균속도 ] [그림 4-1] 현 기술레벨에서의 이상적인 속도 평 균 속 도 V (Km/h) Boladon박박박 설 120 동동x1/2 동동x1/2x 거거 L (Km) 자료 :

45 제 2 절 속도향상 대안 설정 제 3 장에서 살펴본 외국철도의 속도향상 사례를 우리나라의 기존선 속 도향상 방안에 적용하여 보면 일반적인 고속화 단계는 크게 2단계로 나누 어 볼 수 있다. 1단계는 현재 철도시스템의 한계 내에서 신호체계와 선로의 보강으로 속도를 향상 시키는 단계라 할 수 있다. 국내 새마을호의 속도향상 과정 이나 중국, 넓게는 영국의 경우가 대표적인 예라고 할 수 있다. 예를 들어 영국의 경우는 차량에 Tilting기능이 없어도 표정속도가 170Km/h이상으로 운행되고 있다. 그러나 우리나라와 같이 비교적 산간지형 이 많은 나라에서는 직선부의 최고속도 증가만으로 운행시간을 단축하기 에는 많은 한계를 가지고 있다. 즉, 곡선부에서의 속도제한 때문에 일부 구간의 최고속도 향상으로는 전체의 속도향상을 꾀할 수 없기 때문이다. 이와 같은 곡선통과 속도의 제한 17) 은 승객의 승차감과 안전성을 보장하기 위해 설정된 수치로 1단계 에서 주로 수행되는 궤도, 신호의 보강만으로는 극복될 수 없으며 이런 경우 속도향상을 위한 별도 방안이 필요하다. 1단계 방법은 철도하부 구 조가 낙후 되었고, 고속화에 소요되는 투자비 재원이 부족한 경우에 주로 적용되고 있다. 2단계는 고속신선의 건설이나 Tilting차량과 같은 고성능 차량의 도입을 통해 속도향상을 꾀하는 단계이다. 이 경우 Tilting차량은 곡선부에서의 속도를 약30%정도, 전체 운행시간을 약20%정도 저감 시킬수 있다고 한다. 현재 세계적으로 최고속도 130~250Km/h급의 Tilting차량이 운행 또는 개 발 중에 있으며 그 수요는 기하급수적으로 늘어날 것으로 예상된다. 비교

46 적 평탄한 지형을 가지고 있는 영국조차도 2002년부터 기존 IC225 18) 를 225Km/h급 Tilting차량으로 교체하여 속도향상을 도모하고 있으며 미국의 경우도 현재 200Km/h급의 차량을 240Km/h급의 Tilting차량으로 대체하는 계획을 추진하고 있다. 이와 같이 현재 세계적으로 고속 신선의 건설보다는 투자비가 적게 소 요되는 선로개량이나 Tilting차량의 도입을 통한 고속화가 확산되고 있는 실정으로 우리나라도 고속철도 개통에 따라 기존선의 선로시설 개량과 함 께 Tilting 차량 도입을 통하여 기존선을 고속화하는 방안이 가장 타당성 있는 방안으로 부각되고 있다. 따라서, 1단계로는 경부선,호남선 등 주요간선의 선로를 복선화하고 곡 선반경이 큰 취약구간을 직선화하는 한편, 아직 전철화가 미진한 구간을 전철화하여 선로용량을 확대하는 공사가 선행되어야 하며 2단계로는 중앙 선,장항선 등 급곡선이 많은 노선에는 Tilting차량을 도입하여 운행함으 로써 저렴한 투자비로 실질적인 속도향상 효과를 도모하여야 한다. 이러한 대안을 단계별로 추진하는 데 있어서 동시에 추진되어야 할 부 분은 열차운행을 제어하는 신호시스템의 보완 및 개량이다. 기존선의 속 도가 고속화 되면 열차운행체계가 변경되고 열차운용을 제어하는 신호체 계도 변경될 수 밖에 없기 때문이다. 1단계 선로시설개량 방안이나 2단계 틸팅차량 도입을 우리나라 기존선에 적용할 경우 열차제어용 신호시스템 에 대한 기술적인 검토가 필수적이며 신호체계에 대한 개선이 없이는 속 도향상 효과를 기대하기 어렵다. 따라서, 우리나라 기존선의 열차 표정속도를 높이기 위한 대안으로는 선로시설 개량방안과 틸팅차량 도입방안을 선정하되 신호시스템에 대한 개선사업도 동시에 추진하는 것이 타당성 있는 대안이다.

47 제 3 절 속도향상을 위한 선결과제 기존선에서의 속도향상에 대한 목표는 앞에서 언급했 듯이 어느 대상 구간에 대한 도달시간을 단축하기 위한 것이 일차적인 목적이다. 따라서 직선 구간에서의 최고속도 개념보다는 대상선로 특성에 따른 차량의 주행 속도가 달라져야 하므로 대상 선로에서의 직선구간 최대속도와 곡선에서 의 곡선통과 속도를 확립하여 표정속도를 설정해야 한다. 기존선에서의 고속차량을 주행하기 위해서는 차량부문에서의 기술적인 문제 선로구축물에서의 기술적인 문제 그리고 신호제어 시스템과 안전방 호 시스템에서의 기술적인 문제가 대두되고 있다. 1. 선로시설 분야 기존선의 고속화는 차량의 최고속도 향상과 곡선통과속도 향상을 통하 여 일차적인 목표를 달성할 수 있다. 고속차량이 안전하고 쾌적하게 주행 하기 위해서는 차량과 선로 구축물과의 여러가지 상관관계가 양호하여야 하며 기존선로 조건하에서 안전성 확보를 전제로 한 선로구축물의 여러 분야에 대한 기술적 검토사항은 다음과 같다. 첫째, 레일의 장대화 추진이다. 고속열차가 레일 이음매를 지나갈 때 이음매 부위에서 열차 차륜에 의한 충격음이 발생하고 그 부위에 충격하 중이 부가되어 레일 손상을 가져오게 된다. 또한 레일 이음매를 차량이 통과시 열차의 승차감이 저하되고 선로길이 방향으로 축력이 작용하여 궤 도 비틀림 19) 이 증가되는 원인이 되기도 한다. 따라서 이들을 방지하기 위하여 레일을 장대화 하면 레일 이음매에서의 차량운동 거동 불안정성을

48 낮추고 궤도 비틀림 저감으로 인한 열차의 주행안정성을 확보할 수 있다. 또한, 기존선로에서의 곡선반경이 작은 곡선에서 축 방향 힘에 의해 횡 방향 변형이 일어나게 되는 주원인이 되므로 곡선부에서의 장대 레일화는 선로도상의 횡 저항력을 증가시키는 방법이 되므로 곡선통과시의 열차속 도 향상을 위해서는 곡선부 장대레일화가 필수적이다. 둘째, 레일 체결장치에 관한 것으로 이 장치는 레일을 견고하게 고정하 고 레일의 이동저항을 크게하여 좌우레일 간격(궤간)을 유지하는 중요한 역할을 하는 장치이다. 열차의 속도향상에 수반하여 곡선 구간에서 차륜으로부터 레일에 작용 하는 횡압이 증가하게 되며, 이 횡압에 대하여 기존선에 부설되어 있는 레일 체결장치에 대한 강도 평가가 필수적이다. 셋째, 곡선부에서의 횡압과 응력 발생 상황에 관한 것으로 고속구간에 서의 고속열차 통과시 횡압이 크게되는 경우에는 궤도 역학적인 검토가 기본적이며 궤도횡압을 지지하고 있는 궤도 슬라브 높이를 현재보다 높여 레일을 지지하는 판 스프링 자재의 안정성을 확보할 수 있는 보강 방법을 개발 설계하는 것이 일차적이고 그 다음에 궤도부설의 한계 치 이내에서 켄트량 20) 을 재 설정하는 것이다. 넷째, 분기기의 고속화이다. 분기기는 1개의 선로가 2개의 선로로 나누 어지는 구조이며, 이 분기기는 레일의 종축, 평면형상, 사용하는 부품의 종류에 따라 여러 가지로 분류할 수 있다. 일반적으로 분기기를 통과하는 속도는 일반 궤도구간의 통과 속도보다 훨씬 낮은 속도로서 고속으로 통과하기 위해서는 배면 횡압, 레일 후단의 이음, 분기기내 레일이음 등과 같은 문제가 먼저 해결되어야 한다. 위와 같이 기존선의 고속화에 있어서 중요한 축을 담당하고 있는 선로

49 시설물과 관련된 기술적인 문제가 선결되어야 기존선에서 고속주행시 안 전을 확보할 수 있다. 2. 차량분야 직선이 많은 선로에서는 차량의 최고속도 향상으로 표정속도를 향상 시 킬 수 있으나 우리나라의 기존선과 같이 곡선이 대부분인 선로조건에서는 차량의 곡선 통과속도 향상을 통하여 표정속도를 향상시킬 수 있다. 기존선의 속도향상은 일정 지점간의 도달시간 단축에 큰 효과를 목표로 하는 표정속도 향상에 있으므로 이에 대한 기술적 검토가 선행되어야 하 는데 고속화에 대한 차량분야의 기술적인 문제를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 곡선 추종성 21) 이다. 곡선에서의 기존차량대비 30%이상 속도향상 을 위해서는 곡선 추종성이 매우 높고 동시에 고속주행 안정성이 유지될 수 있는 대차 시스템 기술과 속도증가에 따라 증가되는 원심가속도를 승 객이 체감하지 않도록 경사 시킬 수 있는 기술개발이 필수적이다. 둘째, 고속에서의 승차감 확보의 문제이다. 속도향상에 따른 차량의 주 행안전성을 확실하게 보증할 수 있는 차량성능에 대한 신뢰성 검토가 필 수적이며, 고속주행시 좋은 승차감이 유지되어 이용객의 쾌적지수를 높여 주는 것이 서비스 향상 차원에서 해결되어야 할 사항이다. 셋째, 차량의 경량화 기술이다. 차량의 고속화에 따른 응력증가와 더불 어 궤도파손을 방지하기 위해서는 축중 22) 이 가벼워야 하기 때문에 차량 을 경량화 하는 구조이어야 한다. 넷째, 인간 과학에 적합한 차량시스템이어야 한다. 차량이 고속화되면 기관사의 오감에 대한 운전이나 기존 저속차량에서의 운전 감각에 의한

50 제어 신호확인 그리고 안전방호장치에 대한 활용시 예측치 못한 문제점 이 나타날 수 있으므로 열차 승무원이 안전하고 편리하게 조작할 수 있는 제어장치를 갖추고 있는 차량시스템이 되어야 한다. 3. 신호시스템 분야 기존선에서 차량 운행속도가 고속화되면 궤도, 선로 구축물과의 상관관 계와 더불어 열차와 열차사이 또는 각 열차에 대한 안전운행 확보를 위하 여 이에 적합한 신호시스템의 개량이 필수적이다. 우선 열차속도가 고속 화되면 신호시스템의 응답구조가 고속화에 대응할 수 있는 구조로 개량되 어야 한다. 고속운전시 기관사가 직접 현시 하거나 모니터링이 가능한 신 호체계 이어야 하며, 차량과 지상신호시스템과의 상호체계 검토를 통하여 차량 내에서의 신호시스템과 지상신호시스템과의 상호 인터페이스가 원활 하게 이루어 져야한다. 또한 열차의 고속주행으로 분기기 통과속도가 향 상되므로 이에 따른 선로전환기 시스템의 변환이 요구되고 건널목 등과 같은 안전방호설비에 대한 신호시스템 개선이 이루어져야 하며 주요 내용 은 다음과 같다. 첫째, 신호보안 시스템이다. 기존선에서 차량속도가 시속 180Km/h이상 으로 주행하면 기관사의 신호기 확인을 통한 현시 운전이 어렵게 되고 열 차 정차시 제동거리가 증가되어 현재의 신호기 설치위치를 변경하여야 한 다. 이를 위해서는 열차주행속도, 열차와 열차간의 거리, 역간 거리, 그 리고 선로 변 기상조건을 모니터링 할 수 있는 시스템을 운전제어기에 설 치하는 방안이 선행되어야 한다. 둘째, 차상과 지상신호 시스템에 관한 것이다. 고속 주행시 열차의 주 행구간의 선로 구배, 곡선크기, 선행 열차와의 간격 등을 고려하여 실제

51 최고속도로 운행 가능한 최적상태를 현시하여 열차의 표정속도 향상을 위 한 운전조건을 차량과 지상신호 상호 시스템에 대한 종합적인 기술검토가 있어야 한다. 셋째, 선로전환기 시스템에 대한 것이다. 고속화를 실현하기 위한 선로 구축물 가운데 중요한 요소인 분기기의 열차 통과속도를 향상시킴으로서 파생되는 또 다른 문제는 선로전환기 시스템의 오동작을 방지할 수 있는 쇄정 장치에 대한 기술검토가 필요하다. 넷째, 건널목과 같은 안전방호시스템의 문제이다. 열차속도가 고속화되 면 기존선로에 있는 수동식 건널목 신호기를 폐쇄하고 자동식으로 입체화 하는 것이 건널목 사고를 방지하기 위한 필수요건이다. 제 4 절 속도향상 대안별 추진 방안 1. 선로시설 개량 (1) 복선화 현재 우리나라 철도 노선망은 1940년 이전에 형성된 철도건설 초기의 단순한 형태로서 X자형의 운영체계로 수원~천안 등의 주요간선이 한계용 량에 도달하였으며 노선별로 여유용량에 차이가 있어 열차운영에 비효율 성을 초래하고 있다. <표4-1> 에서 보듯이 경부선,영동선의 경우에는 선로여유율이 0 에 가 까운 반면 경전선은 20%대,중앙선,동해남부선 등은 10%대의 여유율을 보 이고있어 노선별 선로용량의 불균형 현상을 여실히 보여주고 있다. 이 같 은 불균형을 극복하기 위한 기존선의 복선화,전철화 계획은 해마다 고속 철도건설사업의 뒷전으로 밀려 추진도가 매우 낮은 실정이며 이러한 추세

52 는 고속신선의 건설이 완료되어 신설건설에 대한 투자비를 기존선 분야에 투입할 수 있는 여건이 조성될 때까지 상당기간 지속될 전망이다. 선로용량의 부족은 열차투입을 제한하여 열차운용율을 낮추고 기존선에 서의 속도를 저감시키는 가장 큰 요인으로 작용하고 있어 주요간선 의 선로용량 증강 사업이 시급한 상황이다. <표4-2> 는 주요간선별로 복선화 공사가 필요한 구간을 보여주며 <표4-3> 은 선로용량 증대 이후에 기대 되는 열차운행시간 단축효과를 나타낸다. <표4-3>에서 알 수 있듯이 경부 선의 시간단축 효과가 가장 크게 나타나고 장항선,중앙선,경전선 순으로 기대효과가 작아지는 것은 경부선의 경우 선로용량이 한계에 도달한 상태 에서 열차운용량이 많은 구간으로 선로용량을 확대할 경우 그만큼 효과도 크게 나타나는 것이며 기타구간은 약간의 여유용량이 있는 상태이면서도 열차운용량이 비교적 적기 때문에 기대효과도 경부선에 비해 작게 나타난 다고 볼 수 있다. <표4-1> 주요 간선간의 선로용량 비교 (2001년 현재) 선 별 구 간 선로용량(회) 여유용량(회) 여유율(%) (A) (B) (B/A) 경부선 수원-천안 천안-조치원 조치원-대전 삼곡-도담 중앙선 단성-영주 안동-영천 영천-경주 영동선 철암-도계 도계-동해 동해남부선 해운대-부산 경전선 진주-순천 순천-화순

53 <표4-2> 복선화 필요 구간 ( 월 현재) 선 별 구 간 연장(km) 추정사업비(억원) 경춘선 청량리~춘천 ,173 동해남부선 울산~포항 ,277 장항선 온양~군산 ,741 전라선 익산~여수 ,405 중앙선 원주~제천 ,931 경전선 사상~목포 ,147 동해선 포항~삼척 ,974 중앙선 원주~강릉 ,652 자료 : 철도청,기존선 고속화 투자전략, <표4-3> 선로용량증대시 운행시간 단축 기대효과 구분 경부선 장항선 중앙선 경전선 자료 : 철도청,기존선 고속화 투자전략, (2) 전철화 고속철도 건설로 인한 막대한 부채 및 공로의 발달에 따른 철도이용객 의 감소에 의한 철도 경영환경 악화를 막고 정부 차원에서는 물류비 증 가, 환경악화 및 비수혜 지역 주민의 소외감을 해소하기 위해 경부 고속 철도의 도입 효과를 최대한 높일 필요가 있다. 고속철도와 같은 대형 국 책사업은 건설비용, 수송수요, 교통망 연계성, 지역개발 효과측면에서 고 려되어야 하며 무엇보다도 고속여객수송을 위한 간선시설인 고속철도망은 승객수요로부터 생각하여야 한다.

54 이를 위해서는 기존선의 전철화 사업이 필수적이며 전철화사업이 완료될 경우 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다. 첫째, 환경측면에서 볼 때 기존선을 전철화하여 선로용량을 늘리게 되 면 화물수송수요가 철도로 이동하게 되어 도로교통의 혼잡과 물류비를 현 저히 절감할 수 있다. 둘째, 호남선, 장항선, 경전선 등 기존간선 전철화를 통해 가능한 한 넓 은 지역에 광범위한 네트워크를 구축하여 고속열차의 서비스를 제공함으 로써 고속철도의 이용효율성을 높이는 효과를 가져온다. 셋째, 기존선 전철화를 통하여 고속철도의 서비스 지역을 확대함으로써 균형적 지역발전을 도모할 수 있다. 전철화를 하지 않을 경우에는 천안(장항선), 서대전(호남선), 동대구 (동해남부선), 삼랑진(경전선) 등에서의 환승이 필요하나 이에 대한 이용 객의 거부감이 클 뿐 아니라 환승 시간도 15~30분이 필요한 점 등 수요 감소의 원인이 되기 때문에 고속 철도 선진국에서도 환승연계를 극구 피 하고 있는 실정임은 이미 전술한 바 있다. 따라서 고속철도의 기존선 직 결운행 방안은 고속철도 도입효과를 전국으로 확산시킬 수 있고 경부축 이외의 지역주민도 도중에 갈아타지 않고 고속열차를 이용할 수 있는 편 의를 제공할 수 있다. 특히 전국 주요도시를 3시간 이내에 여행할 수 있으므로 철도경쟁력을 확보하고 수익성을 높이는데 기여함으로써 경부고속철도 건설계획의 문제 점 23) 을 해소하는데 있어 최적의 대안이라 할 수 있겠다. 고속열차의 기 존선 직결운행은 고속철도를 운영하는 대부분의 선진국에서는 당연한 것 으로 보편화되어 있다. 또 전문기관의 연구 용역 결과도 그 타당성을 입 증해 주고 있다 24). 23) 정차역 선정시 발생하는 지역갈등,터널구간공사에 대한 환경단체의 압력,고비용의 건 설재원 등

55 적은 비용으로 고속철도 수혜지역 범위를 확대하는 장점을 추구하여 각 국에서는 이미 이에 대한 투자를 확대하고 있다. 프랑스, 독일 등 유럽 각 국은 물론 기존선과 궤간이 다른 일본의 경우 25) 에서도 이미 오래 전 부터 고속철도를 기존선에 직결 운행하여 수송효율 극대화를 위해 진력하 고 있다. 뿐만 아니라 이들 나라와 비교하면, 우리나라는 대부분의 주요 철도 노 선이 경부축을 중심으로 뻗어 있으므로, 별도의 시설을 구축함이 없이 전 철화만 시행하면 손쉽게 직결운행이 가능하며 그 효과 또한 충분히 기대 할 만한 환경이라고 볼 수 있다. 이처럼 기존선을 전철화 함으로써 기존 철도를 이용하는 승객들의 고속철도 환승이 용이하게 되어 결과적으로는 기존철도의 새마을호나 무궁화호의 이용도가 높아질 것은 자명하다. 현재 전철화가 시급한 구간은 <표4-4> 와 같다. <표4-4> 전철화 필요 구간 ( 현재) 구 간 거 리 추정 사업비(억원) 수원-천안 55.6km 11,191 조치원-봉양 115km 2,636 청량리-춘천 85.6km 2606 덕소-원주 90.4km 13,816 제천-도담 17.4km 2,975 익산-순천 154.2km 11,678 성남-여주 53.8km 12,932 자료 : 철도청,기존선 고속화 투자전략, 2004.

56 2. 틸팅차량 도입 (1) 틸팅차량 도입의 필요성 2004년 경부고속철도 개통 이후 기존선의 속도향상을 위한 고속화의 요 구가 더욱 부각되고 있다. 그러나, 고속화를 위해 신선을 건설하여 신기 술을 적용한 차량을 투입하는 것은 막대한 투자비용이 소요되므로, 기존 시설물에 대한 최소한의 개량을 통하여 기존선에서의 고속화 방안을 모색 하기 위해 선진국에서 현재 운용중이거나 개발되고 있는 틸팅차량에 대하 여 틸팅차량의 도입 운행에 관한 타당성을 검토한 후 기존선 고속화 방 안으로 채택할 필요성이 있다. (2) 틸팅차량의 기본원리 틸팅차량의 원리는 차량이 곡선부를 통과할 때 차체를 [그림4-2]에서와 같이 곡선부 주행시에 발생하는 원심가속도( ) 26) 의 횡방향 성 분( )을 중력가속도(g) 27) 의 횡방향 성분( ) 28) 으 로 감쇄시켜 곡선부의 안쪽으로 기울게 함으로써 승객이 느끼는 횡가속도 를 저감시키는 기술이다. 이와 같은 틸팅기술을 차량에 적용하면 승차감의 향상 뿐만 아니라 곡 선부 통과속도를 증가시킬 수 있어 운행시간을 단축시키고, 곡선부 통과 시의 가감속 빈도를 줄일 수 있어 에너지 소비도 감소하게 된다.

57 틸팅차량은 곡선부에서 일반적으로 20~30% 정도의 속도향상을 가능하게 해주며, 곡선부에서의 속도제한은 궤도여건이나 차량의 성능에 따른 제한 보다는 승차감의 저하를 방지하기 위해 규정한 것으로, 곡선부 주행시 승 객이 느끼는 횡가속도가 일정값 29) 을 초과하지 않도록 제한하는 것이다. [그림4-2] 틸팅차량의 기본원리 (3) 틸팅차량 시험운행 사례 분석 기존선에 투자비가 적게드는 틸팅열차를 활용하여 열차속도를 향상시 키는 방안을 검토하기 위한 주행시험을 1999년도에 한국철도기술연구원에 서 경부선과 호남선을 대상으로 시행하였다. 주행시험 방법은 현재 운행

58 중인 새마을호 동차와 차량전문 제작사에서 개발검토 중인 2량 편성의 틸 팅형 디젤동차를 기존선에 운행해 봄으로써 새마을호 열차속도와 비교 분 석하는 것이며 주행시험 조건은 다음과 같다. 운행 구간 : 동대구 - 부산, 서대전 - 송정리 운행 거리 : 경부선 117.4km, 호남선 192.1km 저 항 식 30) : V+0.29(V+15)²(V는 km/h) 견인 효율 : 90% 틸팅동차 견인력 31) : 466Kw/116ton 이러한 기본조건 하에서 새마을호 동차와 틸팅동차를 비교한 주행시험 결 과 틸팅동차의 평균주행속도와 소요시간이 약 16.4%가 향상되는 것으로 나타났으며 <표4-5>, 호남선 주행시험 결과는 약 18.9% 향상되는 것으로 나타났다 <표4-6>. 따라서 주행시험 결과를 볼 때 우리나라 기존선의 급 구배가 많은 노선에 틸팅형 차량을 투입하는 방안은 매우 타당성 있는 방 안임을 알 수 있다. <표4-5> 경부선 주행시험 결과 차 종 주행시간 (분) 평균주행 (km/h) 단축시간 (분) 특 징 새마을 동차 (최고140km/h) 곡선구간 기존 제한 속도 적용 1km 미만 하구배 속도제한 적용 틸팅 동차 (최고160km/h) 곡선구간 속도제한 틸팅차 적용 (16.4%) 1km 미만 하구배 속도제한 해제 자료 : 한국철도기술연구원,기존선 틸팅차량 도입효과 검토, 1999.

59 <표4-6> 호남선 주행시험 결과 운행시간(평균속도) 새마을 동차 틸팅 동차 (최대속도 140km/h) (최대속도 160km/h) 서대전-익산, 88.2km/h 48분 24초(102km/h) 36분 26초(130km/h) 익 산-정읍, 43.5km/h 21분 55초(120km/h) 18분 55초(138km/h) 정읍-송정리, 66.3km/h 33분 22초(119km/h) 28분 30초(140km/h) 전 체 구 간 84분 47초 103분 47초 서대전-송정리(광주) (18.9% 시간단축) 자료 : 한국철도기술연구원,기존선 틸팅차량 도입 검토, 신호시스템 개선 기존선 고속화의 전제조건은 기존선의 전철화가 필수조건으로 차량과 전차선의 상관관계가 매우 중요한 과제이며 또한 기존선에서 차량 운행속 도가 고속화되면 열차와 열차사이 또는 각 열차에 대한 안전운행을 확보 할 수 있는 신호시스템분야에 대한 전반적인 개선이 필수적인 것으로 이 를 위한 기술적인 보완이 선결과제이다. (1) 기존선 신호설비 현황 우리나라 철도신호는1899년 9월 18일 노량진 ~제물포간에 최초로 철도 가 부설됨과 동시에 완목식 신호기 32) 가 설치되었으며 그후 1942년 영등 포~대전사이에 자동폐색신호기 33) 가 설치되었고, 1955년에는 대구역 남 부에 제 1종 전기연동장치 34) 가 신설되었다.

60 1969년에는 ATS장치 35) 를 경부선에 도입하기 시작하여 현재는 국철 전 구간에 설치되었으며 1977년에는 수도권 일원에,1988년에는 태백선에, 1991년에는 경부선에 CTC 36) 를 운용하고 있다. 열차집중제어장치(CTC)는 <4-7> 에서와 같이 1,117.4km 구간의 주요 간선에 설치 운용되고 있어 영 업거리 대비 42.3% 수준이며 호남선, 전라선, 동해남부선, 중앙선 등을 CTC화하여 2002년에는 선진외국의 설치수준인 50% 수준까지 향상되었다. 연동장치는 현재 중앙선의 도농역 등 34개역에서 운용 중이며 기계식 5.6%, 전기연동장치81%, 전자식연동장치 13.4% 수준에 접근하고 있다 <표4-7> 주요 신호설비 현황 자료 : 철도청, 신호업무편람,2003. 신호보안시스템에 대한 국내 기반 기술이 취약한 관계로 외국 제작사로 부터 도입하는 주요 핵심장치 및 부품의 수입규모가 크며 주요장치와 핵 심장치의 전량도입/조립으로 기술도입선 또한 업체별 노선별로 서로 달라 부품간 호환성이 없고 고장시 신속한 원인규명의 곤란 등으로 유지보수가 어려운 실정이다.

61 (2) 열차집중제어장치(CTC) 개선방안 현재 국내 CTC의 경우 열차운행감시기능, 진로 및 현장제어기능이 주이 며 단지 페색단위로 표시되는 열차위치표시만을 이용하여 제어하고 있기 때문에 열차다이아의 변경이 원활히 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 그러므로 정상상태와 양방향 운전을 요하는 비상상태시 열차다이아가 원 활히 변경되도록 제어하는 시스템이 구성되어야 하며 현재 중요간선에만 CTC가 설치되어 있으나 철도신호설비의 현대화를 위해 기타 주요간선에도 CTC를 시설하므로서 신호설비의 현대화를 기하고 기존선에서의 열차운행 안전도 향상과 수송력 증대를 도모해야 한다. [그림4-3]는 열차집중제어 장치의 정보체계를 도식화하여 나타낸 것이다. 자료 : 철도청,안전시스템의 효율화에 관한 연구, 1999.

62 (3) 연동장치 개선 방안 CTC로부터의 지령을 받아 현장 제어설비를 제어하는 연동장치 37) 는 전 자화가 이루어야 한다. 현재 계전연동장치 38) 를 이용한 시스템으로 운전 하고 있어서 궤도현장에 설치된 신호기 및 선로전환기의 제어응답 시간이 늦어 선로 이용율을 더 이상 향상시키지 못하고 있는 실정이다. 그러므로 설치공간을 줄이며 신호설비 변경에도 유연한 전자연동장치 39) 가 필요하 다. 전자연동장치의 구현을 위해서는 소프트웨어의 정확한 검증이 이루어 져야 하며 연동장치의 주요 구성품은 고도의 안전성과 신뢰성을 갖추어야 한다. [그림4-3] 연동장치가 C.T.C 장치와 변환장치를 연동시키는 기능을 도식화한 것이다. 자료 : 철도청,안전시스템의 효율화에 관한 연구, 1999.

63 (4) 폐색장치 개선 방안 국내의 경우 ATS와 연계하여 자동폐색방식으로 경부선이 운영되고 있 으며 호남선의 경우 대전~익산간은 자동폐색 40) 으로, 그 외 구간은 연동 폐색(고정폐색방식)으로 운영되고 있다. 따라서, 선행열차의 운행에 따라 뒤따르는 폐색에 순차적으로 속도신호를 인가하기 때문에 열차간격을 좁 힐 수 없는 고정폐색 41) 의 단점을 보완하는 이동폐색 시스템으로 개선하 면 지상으로부터의 정보를 이용하여 차상컴퓨터에서 운행패턴을 정하여 주기 때문에 선행열차와의 간격을 현재 수준보다 더 좁힐 수 있어서 선로 이용율을 증대시킬 수 있다. [그림4-4]는 연동폐색식으로 열차폐색을 취급 하는 방법을 도식화한 것이다. [그림4-5] 연동폐색식 폐색취급도 자료 : 철도청,안전시스템의 효율화에 관한 연구, 1999.

64 4. 주요 간선별 속도향상 방안 (1) 경부선 경부선은 최근에 개정된 국유철도건설규칙 에 2급선으로 분류될 수 있는 현 철도노선중 최상위급에 해당되는 노선으로 2004년 경부고속철도 개통에 따라 향후 화물수송 위주의 노선과 일부 고속신선에서 수용하지 못 하는 중 소도시의 여객수송을 담당하여 운영될 노선으로 곡선구간을 직 선화하고 교차설비를 증강하는 한편 역구내 선형을 개량하면 최고속도를 160Km/h까지 향상시킬 수 있고, 곡선부의 경우 곡선반경확대, 완화곡선연 장, 캔트강상등을 통하여 곡선통과속도를 현행보다 5~10Km/h 정도 향상될 수 있다. 또한 화물열차의 구조를 신형으로 개량하여 주행속도를 상향 ( Km/h)시키면 실질적인 선로용량이 증가되고 수송 능력도 크게 향상될 것으로 판단됨으로 전철화를 포함한 기존설비 활용안을 적용하여 기존선 고속화를 추진하여야 한다. (2) 호남선 호남선은 수요 측면을 고려할 때 경부선 다음으로 많은 노선이며 특히, 송정리-목포간 복선 전철화 사업은 국유철도건설규칙 에 1급선으로 분 류될 수 있는 최고속도 180Km/h, 최소곡선반경 R=2,000m, 최고구배 15 로 2004년 호남선 전구간 전철화와 더불어 고속열차(KTX)가 투입된 우리 나라 기존선 철도에서 최상급에 해당되는 노선으로 서울-목포간은 고속신 선에서 최고속도 300Km/h, 기존선 전철화 구간에서 120~160Km/h운행하여 3시간 이내로 운행이 가능한 노선이다.

65 따라서 기존선 구간에서 고속영역(160~180Km/h)과 중속영역(120~140 Km/h) 이 혼용되어 있으므로 향후 호남고속철도 건설 향방에 따라 다소 조정될 수 있으나 서울~목포간 중 일부 구간인 경부선 서울~서대전 구간 을 경유하는 특성을 고려할 때 경부선과 같은 기존설비를 최대한 활용하 되 곡선통과 속도에 뛰어난 능력을 가지고 있고 1급선의 선형조건에 적합 한 최고속도 180Km/h급 Tilting차량을 투입하여 고속화하는 방안을 추진 하여야 한다. (3) 장항선 장항선은 경부선에서 분기되는 노선으로 경부선의 효과와 연계하여 검 토되어야 할 노선이며, 현재 천안-온양온천간 복선전철화 사업과 병행하여 장항선 개량이 국유철도건설규칙 의 2급선 수준으로 최고속도 150Km/h, 최소곡선반경 R=600m, 최대구배 12.5 로 많은 구간을 개량하고 있다. 또한 2004년 경부고속철도 개통과 함께 기존간선에서의 속도향상과 승 객들에 대한 고속서비스 제공으로 국토의 균형발전 및 철도의 경쟁력 제 고를 위하여 호남선 및 경전선(삼랑진-마산)에 고속철도 직결운행 계획과 더불어 장항선에 고속열차를 운행하기 위한 타당성 조사를 시행한 바 있 으며, 이 결과에 의하면 경부선 분기점인 천안역에 고속철도 연결선을 구 축하여 고속열차 직결운행 방안보다 기존선 구간을 활용하여 Tilting차량 을 운행하는 것이 경제성에서 상대적으로 우수한 것으로 분석되어 장항선 에는 개량사업과 전철화 계획(2003~2006)에 의하여 전기식 Tilting차량 투입에 의한 고속화가 바람직하며, 이때 투입될 차량도 호남선에서 언급 한 바와 같이 철도기술연구개발 계획에 의하여 계획된 180Km/h전기식 Tilting차량으로 추진될 필요가 있다.

66 (4) 중앙선 중앙선은 태백 영동선과 연계되어 철도 Network상 영동지역의 산업선 노선으로 화물수송을 중심으로 운행되고 있으며, 최근 화물수요는 감소되는 경향이나 국민소득의 질 향상으로 강원도 지역의 레저산업 발달에 의한 여행인구가 증가되는 추세로 여객수송의 중요성이 큰 노선이다. 또한 중앙선의 일부구간은 청량리-원주(94.6Km)와 제천-도담(16.4Km)간 의 복선전철화 사업이 추진되고 현행 노선의 특성(최고속도 110Km/h, 곡선 과다, 영주-경주간 비전철구간)등을 감안하여 일부구간에 통일호형 전동 차(10량 2편성)가 운행되고 있으나 내용년수가 도래되어 2001~2005년 중 년차적으로 폐차됨을 고려할 때 신차종에 의한 여행시간 단축이 필요하다 고 판단된다. 따라서 중앙선과 연계된 태백 영동선을 경유하여 동해안 지역으로의 여 객수송을 담당하고 영주지역 까지의 증가되는 수송량에 대처하기 위하여 Tilting차량이 검토되어 고속화 필요성이 대두되나 호남선 장항선과 같 이 1~2급선 수준이 아님을 고려하여 최고속도는 현행노선에 적합하고 급 구배에 뛰어난 견인력이 증대된 Tilting차량 도입이 타당하다. 마. 기타노선(충북선, 경춘선, 대구선, 영동선, 태백선, 경전선 등) 기타 노선의 경우에는 2001년 철도기술연구소에서 실시한 기존철도 속 도향상 투자방안 연구 (책임연구원 방연근)에 따르면 단 중기적인 기존 선 고속화 방안으로 추진함에 있어서 비용편익비(B/C) 42) 가 1이하로 경제 42) 비용편익비는 경제 타당성 분석기법의 하나로 총편익과 총비용을 현재가치로 환산하 여 일반적으로 이 비율이 1이상이면 사업의 타당성이 있다고 인정하고 1이하일 때에 는 경제성이 없는 사업으로 간주 함

67 성이 매우 떨어지는 노선들이다. 즉, 수송수요가 낮거나 선형이 좋지 못 하여 타 교통수단에 비해 경쟁력이 없어 최소한의 투자에 의한 효과가 적 기 때문에 이에 대한 고속화 방안은 장기계획으로 복선화, 직선화와 더불 어 전철화 함으로써 현재 수준을 대폭적으로 향상시킬 필요가 있다.

68 제 5 장 속도향상 대안별 효과 분석 지금까지 우리나라 기존선의 속도향상에 가장 현실성 있는 대안으로 선 로시설 개량,틸팅차량 도입, 신호시스템 개선 등 세가지 방안에 대하여 구체적인 추진전략을 제시하였다. 본 장에서는 이러한 속도향상 방안들을 추진하였을 경우 실제적으로 나타날 수 있는 효과를 종합적으로 분석함으 로써 각 방안들에 대한 타당성을 제시한다. 제 1 절 선로시설 개량효과 분석 선로용량의 한계에 도달한 기존선의 선로용량을 확충하는 방안으로는 무엇보다도 선로의 개량과 확충이 중요한 요건이다. 따라서 현재 대부분 의 개량사업으로서는 직선화 사업이 진행되고 있고 복선화,전철화 사업이 매우 활발하게 진척되고 있다. 이러한 기존선 개량 및 확충사업의 목표는 복선화율을 현재 31%에서 50%선으로 상승시키고 21%선에 머물고 있는 전 철화율도 40%선으로 끌어올림으로서 기존선의 선로용량을 대폭 확대하여 물류수송에 원활을 기하는 한편 고속선과의 연계수송체계를 구축하여 기 존선의 수송력을 확보하는 데 있다. 한국철도기술연구원에서 실시한 기존선 고속화시스템 연구 43) 를 인 용하면, 첫째, 철도 주요간선 수송능력 증강 및 물류비 절감을 기대할 수 있다. 즉, 견인력 및 속도향상에 의한 철도 수송력을 증강할 수 있고, 사업기간 및 사업비 최소화로 건설효과를 극대화 할 수 있다.

69 둘째, 동력비 부담을 줄일 수 있다. 유류에너지를 전기에너지로 대체함으로써 동력비를 50% 가까이 절감하는 효과를 가져올 수 있다. 2002년 9월에 실시한 철도청의 간선철도 전철 망 구축방안 의 내용을 인용하면, 경부선 전구간 전철화시 연간 400억원 을 절감(50%) 하는 것으로 나타나는데 이것은 최근 10년간 유가평균증가 율을 12%로, 전기요금의 평균증가율을 2%로 책정하여 산출한 결과이다. 셋째, 고속철도와 기존선의 통합운영 기반조성 효과를 가져올 수 있다. 고속철도 서비스지역 확대 및 운영 효율화를 위한 연계수송 인프라 구축 차원에서 반드시 기존선의 전철화가 필요하다. 넷째,환경친화적 대중교통수단의 확보 효과를 기대할 수 있다. 매연이 없고 저소음 저진동으로 환경에 영향이 없는 쾌적한 교통수단으 로서 세계적인 환경보존 인식이 고조되고 있는 시점에서 기존선 전철화사 업은 가장 유효 적절한 방안으로 활용가치가 크다. 등으로 요약된다. 또한, <표4-8>은 복선,전철화시 열차운행시간 단축에 대한 기대효과를 보여주며 구간별로 약간의 차이는 있으나 약 9% 정도의 시간단축 효과가 있음을 보여준다. <표5-1> 복선,전철화시 운행시간 단축효과 구분 운행 시간 호남선 경부선 장항선 경전선 단축 시간 - 현 속도 283분 (0%) 무보수시 267분 16분 (6%) 일부개량시 259분 24분 (8%) 운행 시간 250분 237분 227분 단축 시간 - (0%) 13분 (5%) 23분 (9%) 운행 시간 198분 188분 184분 단축 시간 - (0%) 10분 (6%) 14분 (7%) 운행 시간 282분 265분 262분 단축 시간 - (0%) 17분 (6%) 20분 (6%) 자료 : 한국철도기술연구원,기존선 고속화시스템 연구

70 제 2 절 틸팅차량 도입효과 분석 1. 외국의 틸팅차량 활용 효과 (1) 프랑스 프랑스는 당초부터 전국토의 TGV화를 추진해 왔으나, 막대한 신설 건설 비를 감당하기 어려워 일부 기존선에는 틸팅 TGV를 투입하여 표정속도와 승차감을 향상시키기로 결정하였다. 기존 TGV와 틸팅 TGV(TGV-Pendular)의 시간단축 효과 및 시설투자비용을 비교한 결과, 시간단축 효과는 선형의 직선화 방법이 효율적이며, 1분 단축에 필요한 투자비용은 틸팅차량의 경 우가 저렴하다는 결과를 얻었다 <표5-2 >. 자료 : 철도청,틸팅차량 도입효과 분석,2003. (2) 노르웨이 노르웨이는 신선 건설보다는 기존선 개량과 틸팅차량 도입을 통한 고속

71 화를 위하여 틸팅차량 투입시와 선형 직선화 방법에 대한 연구를 수행한 결 과, 시간단축 효과는 선형의 직선화 방법이 효율적이며, 1분 단축에 필요 한 투자비용은 틸팅차량의 경우가 저렴하다는 결론을 얻어 Oslo - Tronheim 구간에 틸팅차량을 투입하기 위한 사업을 추진 중에 있다<표>. 구 간 투입차량 궤도 개선 투자비(A) 현재운행 소요시간 개선시 소요시간 시간단축 효과(B) 1분 단축당 소요비용(A/B) Oslo- Tronheim (551km) 기존차량 (200km/h급) 28,800억원 틸팅차량 (220km/h급) 400분 240분 160분 180억원/분 1,480억원 340분 60분 25억원/분 자료 : 철도청,틸팅차량 도입효과 분석, 국내 틸팅차량 활용시 기대효과 우리나라 기존철도 노선에 틸팅차량의 활용 가능성을 검토하기 위하여 한국철도기술연구원에서 1998~1999년까지 2년간에 걸쳐 한국기계연구 원 현대정공과 공동으로 새마을호 객차에 틸팅대차를 조립하여 적용가능 성을 위한 주행시험을 실시하였으며 현차시험 결과를 요약하면, - 기존선을 이용한 고속화 방법으로 틸팅시스템의 도입은 이론적인 원리 로는 가장 이상적이고 효과적인 방안이다. - 선로용량에 여유가 있고, 곡선반경이 비교적 큰 노선에 적합하며, 고 속철도 개통에 따른 기존선의 속도향상 요구에 대응하기 위한 수단으로 활용가치가 크다.

72 - 틸팅차량을 고속용(250km/h)으로 도입시 고속철도 신선과 기존선의 연 계수송에 대한 효율성을 증대시킬 수 있다. 등으로 정리되고, 도입시 유 의할 사항으로는, - 선로의 곡선부에 설치된 전차선, 전신주, 고상홈 등 시설물과의 안전 거리에 대한 검토가 필요하다. - 선로 곡선부의 완화 및 직선구간 증대를 위한 선로개량이 필요하다. - 수송용량이 포화상태인 노선에서는 고속 틸팅차량의 운행시 기존 저속 차량과의 혼합운행에 대한 검토가 필요하다. - 틸팅차량을 도입 운행하기 위해 틸팅차량에 대한 기술조사와 수송수 요에 대한 경제성, 타당성 등을 종합적으로 연구 검토한 후에 차종, 노선 등을 결정할 필요가 있다. 등으로 요약된다. 따라서 우리나라 기존선에서 틸팅차량을 운영하기 위해서는 선로개량, 수송수요,경제성 등에 대한 면밀한 검토가 필요하나 전반적으로 긍정적인 효과가 큰 것을 알 수 있다. <표5-3> 은 주행속도 시험 결과를 나타내며 곡선반경에서의 속도향상은 표에서 보는 바와 같이 R=700을 정점으로 하여 곡선반경이 적을수록 속도 향상의 효과는 크고 곡선반경이 클수록 효과는 적게 나타났으나 재래선 대비 평균 약 35%가 향상되는 것으로 나타났다. 또한, [그림5-1]은 속도 향상 효과를 그래프로 나타낸 것이다. <표5-3> 곡선에서의 속도향상 효과

73 곡 선 반 경 재래선로 제한속도 틸팅차량 제한속도 속도향상(%) R = 400 m R = 500 m R = 600 m R = 700 m R = 800 m R = 900 m 직 선 90 km/h 100 km/h 110 km/h 115 km/h 125 km/h 130 km/h 140 km/h 120 km/h 135 km/h 150 km/h 160 km/h 160 km/h 160 km/h 160 km/h 자료 : 한국철도기술연구원, 기존선 고속화 시스템, [그림5-1] 주행속도시험 결과 그래프 33.3 % 35.0 % 36.4 % 39.1 % 29.1 % 23.0 % 14.3 % 자료 : 한국철도기술연구원,기존선 틸팅차량 도입 검토,1999. 제 3 절 신호시스템 개선효과 분석 현재 기존 경부선의 일부구간은 경부고속철도와 기존철도가 병행 사용함 에 따라 경부고속철도와 연계운행체계의 구축이 이루어 져야 하고, 고속

74 고밀도 운전 및 다종열차 운행시 안전확보, 건설비 절감과 보수인력의 최소 화 실현, 시설의 자기진단설비 정착을 기본바탕으로 하여야 한다. 따라서 기존선에 설비되어 있는 각종 신로시스템을 새로운 열차운영시스템에 적합 하도록 전반적으로 개선해야 할 시점이다. 기존선의 현 신호시스템을 개선 함으로써 나타나는 효과는 다음과 같다. 첫째 가장 가시적인 효과로 인력감소 효과를 들 수 있다. 현재의 5개 지역의 사령조직 및 시스템이 구성되어 있는 것을 하나로 통합할 경우 업 무통합을 통하여 인원감축 효과가 나타날 것으로 예상된다. 둘째, 열차운행에 대한 안전성 및 정시성이 크게 개선될 수 있다. 통합 사령실에서는 열차운행에 관련된 정보교환이 용이하여 착오 운전을 예방 할 수 있으며 사고나 열차지연이 발생하였을 경우 전국적인 철도운행 상 황을 실시간 표시화면을 통하여 감시하면서 컴퓨터 시스템의 지원을 받아 최적 운전안을 수립할 수 있다. 또한 지역사무소등을 경유하지 않고 직접 적으로 사고 현장에 대책을 지시할 수 있기 때문에 신속 정확한 대책을 수행할 수 있어 열차운행이 크게 개선된다. 셋째, 최신의 기술을 적용한 통합사령실은 철도운영기술을 한 단계 향 상시키고 철도의 정시운행성 향상과 더불어 철도에 대한 대국민 이미지를 개선시켜 타 교통수단에 대한 철도의 경쟁력을 향상시킴과 동시에 철도경 영개선에 크게 기여하게 된다. 즉, 수송수요 변동에 대하여 적시에 적절하게 열차운행을 조절함으로써 고객에 대한 수송서비스를 크게 개선할 수 있다. 철도선진국에서는 철도의 타 교통수단에 대한 경쟁력 향상을 통한 경영개 선을 목표로 사령업무의 효율성 및 정확성을 높이기 위하여 장기적인 관

75 점에서 단계적으로 사령시스템 및 사령업무체계를 개선하고 있다. 즉, 한정된 철도자원을 최대한 이용해서 최적의 수송서비스를 제공해야 하는 철도경영의 특성상 고객수요에 부응하는 열차운영계획을 수립하고 정확한 열차운행이 될 수 있도록 최신기술을 응용하여 통합된 사령시스템 을 구축하는데 주안점을 두고 있다. 제 4 절 종합 분석 1. 경제적 효과 속도향상에 따른 경제적 효과는 우리철도 선형특성이 일본철도 노선의 표정속도의 향상 수준과 각 순편익의 관계 분석결과를 보면 다음과 같다. 1 <표5-4> 에서 사회적 순편익은 표정속도의 향상폭에 관계없이 사업 자순 편익보다 매우 높게 나타난다. 2 노선 1,3,6 에서 알 수 있듯이 사회적 순편익은 표정속도의 향상폭 에 따른 철도수요의 증대로 증가하는 경향을 보인다. 3 노선 2,4,5 에서 보듯이 대규모 단선의 신설은 지상 부문에서의 공 사비가 높아, 사업자순편익은 악화된다. 즉, 철도 고속화 사업은 어떠한 경우에도 사회적 순편익은 플러스이어 서 사업 투자의 명분이 있지만 평균시속 20km이상의 향상을 도모하는 경 우에는 비용 증가로 인한 운영사업자 순편익 악화로 실효성이 작다는 것 이다. 다음으로 각 노선의 특성(곡선반경 500m 이하의 개소 및 수요 크 기)과 고속화에 의한 경제적 효과 분석결과를 보면 다음과 같다.

76 1 노선조건이 양호하고, 수요가 어느 정도 확보되어 있는 노선에서는 고속화에 의한 경제효과도 확대되는 경향이 있다. 2 현재의 수요가 적어도 노선조건이 양호한 노선에서는 경쟁교통수단 으로 부터의 전이에 의해 경제적 효과가 커진다. 3 선형이 나쁘고, 표정속도가 중간정도, 혹은 낮은 노선 에서는 사회 적 순편익, 사업자순편익도 악화되는 경향이 있다. 즉, 노선조건이 양호한 노선에서는 기존선 고속화 투자가 많은 경제적 효과를 볼 수 있으나, 선형이 나빠 표정속도가 낮은 노선에서는 경제적 효과가 적다는 것이다. 이러한 결론은 틸팅 차량을 운행하고 있지 않은 일본에서 이의 도입 가능성을 고려하지 않는 요인이다. 지형의 조건이 열 악한 이탈리아, 독일 등에서 틸팅차량을 적극 도입 운영하고 있는 점을 감안하면, 기존선 고속화에서 틸팅차량 도입 대안을 심도있게 검토할 필 요가 있다. <표5-5> 속도향상의 경제적 효과 (일본의 경우) 사 례 노 선 노 선 의 특 성 속도향상의 경제적효과 노선별 연장km R<500m 1일수요 사회적 사업자 표정속도 이하개소/10 (여객,명) 순편익 순편익 0km 노선 ,000이하 90 km/h 30 (중간) 높음 중간 노선 , km/h 100 (나쁨) 낮음 낮음 노선 ,000이상 100 km/h 10 (좋음) 높음 중간 노선 ,000-10, km/h 140 (나쁨) 낮음 낮음 노선 ,000-10, km/h 50 (중간) 중간 낮음 노선 , km/h 50 (중간) 높음 중간 2. 고속철도 연계수송 효과

77 기존선 철도의 고속화(speed-up)의 의의는 최대한 현재의 기존선로 및 설비를 가지고 운용속도를 향상 하는데 있으며 속도를 향상시킴으로써 열 차운행 간격을 단축하여 대량수송 기관으로서의 위치를 확실히 하는데 있 다. 이는 철도이용자의 적극적인 수송수요를 유발시키는 동기가 되어 승 객과 화물을 더 많이 유치하여 기존철도의 경영수지를 호전시킬 수 있는 전략으로 대단히 중요한 의의가 있다. 고속철도의 개통에 따른 기존선의 고속화에 따른 효과로는 다음과 같은 몇 가지로 요약할 수 있다. 즉, ⅰ) 고속철도 비수혜 지역의 수송수요 해소가 가능하다. ⅱ) 고속철도 신선과 연계되는 수송수요를 감당할 수 있다. ⅲ) 고속철도로 여객이 전이됨에 따른 선로 여유용량의 활용이 가능하 다.(예,화물수송량 20% 증강) 3. 선로용량 확대 효과 또한, 지역간 균형발전의 시대적 요구를 반영하고 국가 물류비용 절감 과 인구의 도시집중화를 해소하기 위한 측면에서의 효과는, ⅰ) 한정된 선로용량을 극복할 수 있다. ⅱ) 물류수송의 상대적 경쟁력을 확보할 수 있다.(화물의 경우) ⅲ) 도시권 광역화에 따른 접근시간을 단축시킬 수 있다. 이러한 수송능력향상을 통해 네트워크의 효율성을 증진시키고 철도 수입 증대는 물론, 철도경쟁력 강화, 고객만족도 향상, 철도 이미지 개선, 관 련 산업체의 신인도 향상 등의 사회적, 문화적, 경제적 부가가치를 창출 해 낼 수 있다. 기존선을 고속화하면서 어느 정도의 편익과 비용이 발생하는가를 검토

78 하기 위해서는 먼저 어느 정도의 속도향상을 어느 노선에서 도모하는가에 관한 목표 설정이 필요하게 된다. 속도향상의 크기 및 노선의 특성에 따 라 비용과 편익이 달라지기 때문이다. 따라서 우리나라 기존선의 경우 주 요 간선을 대상으로 기존 표정속도보다 10%, 20%, 30% 향상시키는 방안을 검토하는 것이 가장 바람직하다. 제 6 장 결론 및 향후 연구과제 우리나라 고속철도의 개통은 단군이래 최대의 국책사업으로 1단계사업 에만 12조 7천억이라는 천문학적인 건설비가 투입되었고 교통,물류,사회, 문화,경제 전반에 걸쳐 매우 다양한 변화를 가져오는 계기가 되었다. 또 한 고속철도를 보유한 국가로서의 위상제고는 말할 나위도 없거니와 국민 들의 자부심 또한 매우 고양되어 있는 것이 사실이다. 그러나 고속철도의 개통과 더불어 철도산업의 대변혁은 불가피한 상황이 며 이러한 배경 속에서 기존철도의 위상은 고속철도의 그늘에 가려 급격 히 위축되는 처지에 놓이게 되었다. 철도청의 양대 축인 고속철도와 기존 철도의 부조화는 향후 전개될 연계,환승 운행과 남북철도연결사업에 많은 지장을 가져올 수 있고 고속철도의 개통효과를 반감시키는 요인으로 작용 할 수도 있다. 이러한 관점에서 볼 때, 기존철도의 특성과 장점을 살려서 나름대로의 고유한 위상을 정립하여 대중교통수단으로서의 역할을 수행할 수 있는 방 안을 적극 강구하는 것은 기존철도의 사활이 달린 중차대한 사안이다. 고속철도 시대에 있어서 기존철도의 역할은 고속철도와의 연계수송을

79 통하여 고속철도 운영효과를 높이고 단구간 연계수송으로 지역 여객수요 를 담당하며 기존선을 통한 화물수송을 전담함으로써 국가물류수송의 중 추적인 역할을 수행하는 것이다. 이러한 기존철도의 고유한 역할을 효율 적으로 감당하기 위해서는 기존철도의 속도향상이 가장 시급한 현안이다. 우리 나라는 1997년부터 4개 간선이 운용한계에 도달하여 철도수송체계 에 문제점이 드러나고 있다. 또한 고속철도가 개통된 이후에도 호남선, 전라선, 영동선 및 중앙선에는 혼잡도가 개선되지 않아 교통수송체계에 문제로 여전히 남아있다. 이러한 현실을 고려하여 기존선 속도향상 방안 을 다음 세가지로 제시할 수 있다. 첫째, 기존선을 고속철도와 연결하되 기존선로를 복선화,전철화하여 선로용량을 확대하는 방안과, 둘째, 기존 차량의 고속화 방안으로써 이탈리아, 독일등 선진국에서 개발되어 시속 200km로 운행하고 있는 틸팅차량을 개발하여 사용함으로써 기존선로에서 30%의 속도향상을 가져오는 방안, 셋째, 현재 기술적인 보완이 필요한 기 존선의 신호시스템을 개선하여 고속철도와 기존철도를 통합제어 함으로써 기존선에서의 열차운영 효율성을 높이는 방안이다. 따라서 기존철도의 향후과제는 위에서 제시된 속도향상 방안에 대하여 산학연이 공동연구를 도모하여야 하며 선로선정, 선형개선, 주행성능, 승 차감, 소음저감, 등에 대한 다각적인 연구를 통하여 기존선의 속도향상 과제를 체계적으로 수행해 나가야 할 것이다. 뿐만 아니라, 고속화 된 기본적인 인프라를 바탕으로 새로운 모델의 특 성열차를 개발하여 기존철도만이 가지고 있는 강점을 최대한 활용함으로 써 자립경영의 기틀을 다져야 할 것이다. 기존철도는 지금 위기에 직면해 있다. 하지만 이러한 위기상황을 어떻 게 극복하느냐에 따라서 고속철도의 그늘에 가려진 부수적인 조직이 될 수도 있고 동북아 물류수송을 선도해 나가는 주역이 될 수도 있다.

80 Ⅰ. 국 내 문 헌 철도청, 한국고속철도, 2001 철도청, 객화차기술, 2003 철도청, 한국철도, 2004 철도청, 철도통계연보, 각년도 철도청, 철도기술과 화제, 철도청, 철도비전 21, 2003 최 훈, 철도산업혁명, 철도경영연수원 철도경영변화관리, 2004 철도청, 신호업무 편람, 한국철도기술연구원 기존선 고속화를 위한 시스템 연구, Ⅱ. 연구보고서 및 논문 건설교통부, 국가기간 교통망계획(200~2019), 철도기술연수원, 경부고속철도 운영효율화 방안, 교통개발연구원, 21세기 국가철도망 구축 기본계획 수립, 철도청, 한국철도운영정보시스템, 교통개발연구원, 21세기 국가물류정책의 비전과 전략, 철도청, 한국철도의 현황과 발전방향, 2001.

81 철도청, 고속철도 운영정보, 철도청, 경부고속철도 운영준비, 철도청, 기존선 고속화 투자전략, 철도청, 열차운전 시행절차, 철도청, 21세기 한국철도의 비전, 철도청, 철도청 경영개선 계획, 철도청, 철도안전시스템의 효율화에 관한 연구, 철도청, 신호설비의 현안과 개선 방안, 철도청, 고속철도 개통효과 분석, 철도청, 틸팅차량 도입효과 분석, Ⅲ. 외국문헌 및 기타 일본기계학회지, 철도의 장래, 小 野 純 郞, 철도의 Speed-up, 일본철도 운전학회,1998. 中 尾 一 樹 伊 臟 久 巳, 신간선매니아의 기초지식, 운수경제연구소, 在 來 鐵 道 の 高 速 化 に 關 する 調 査 硏 究 報 告 書, 대전매일, 호남고속철도 노선갈등, 조선일보, 고속철도의 문제점,

82 A Study on a Scheme for Improving competitiveness of the Conventional Railroad System after the Opening of Korean High Speed Railroad System Ho-Kum Kim Major in Transportation Economics Graduate School of International Trade and Logistics In-Ha University For the last 15years, the Korean National Railroad(KNR) has concentrated on the opening of Korea Train express(ktx), high speed railroad, to relieve its chronic financial deficits and to lay the foundation for an independent management and to take the lead of the transportation means in Korea from government. Finally the efforts has come to fruit in 2004 by opening the KTX. As the KTX opens, traffic networks covering large areas in Kyeongbu line(seoul-daejeon-busan) are expected to raise synergy effects in economic as well as in cultural respects. In contrast, for this area, residents living in other lines which KTX is not operating feel left behind, at the same time, the conventional railroad system is facing a serious decreation of its role. In respect that conventional trains cannot run at a high speed, it becomes an important matter for us how to make the conventional railroad system re-establish its role and be competitive. Having been playing an important transportation role in Korea for