2015 년도한국철도학회춘계학술대회논문집 KSR2015S213 콘크리트궤도선로처짐개소의유지관리방안및문제점 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 초록최근고속철도건설의증가로인해궤도구조선정과유지관리는열차운행의안정성확보를위해중요한요인으로고려되고있다. 이에따라국내에는생력화궤도적용의일환으로콘크리트궤도가적용및부설중에있다. 콘크리트궤도는기존유도상궤도와달리궤도를직접적으로지지하는콘크리트층의강성구조로이루어져있어, 하부구조인노반성토체의과다침하나변형발생시유지보수작업이어려운단점이있다. 본논문에서는국내콘크리트궤도에서지속적인선로처짐이발생하는개소를대상으로그발생원인및현재유지보수현황과향후효율적인콘크리트궤도의유지관리를위한방안에대해기술하고자한다. 주요어 : 선로처짐, 유지보수, 콘크리트궤도, 접속부, 노반침하 1. 서론콘크리트궤도는유지보수를전제로하는유도상궤도와달리주행안정성과유지보수비를절감할수있는장점을가지고있다. 이러한콘크리트궤도는국부적인비틀림이나기타변형의발생시체결장치등을이용한조정이가능하지만, 하부구조인성토체의과다침하발생시궤도의사용성저하가크고대처방안이매우제한적이므로, 침하에대한각별한주의를요한다. 따라서콘크리트궤도선로처짐구간에서는열차주행안정성확보를위해효율 교신저자 : 한국철도공사경북본부춘양시설사업소 (sangsuw@korail.com) * 한국철도공사경북본부시설처 ** 한국철도공사경북본부춘양시설사업소
적인대책과방안이필요하다. 본논문에서는콘크리트궤도접속부선로처짐개소를대상으로현재까지의유지관리현황과이에대한문제점에대해기술하고자한다. 2. 콘크리트궤도선로처짐개소의유지관리현황과문제점 2.1 콘크리트궤도토공노반침하기준토공구간에서의콘크리트궤도를적용하기위해서는노반의침하를일정수준이내로유지하는것이중요하다. 콘크리트궤도의허용침하기준은체결장치의조절여유량과콘크리트궤도구조상의허용변위량, 승차감등으로부터결정된다. 국내콘크리트궤도에서의허용잔류침하량은 30mm로서, 이는노반인수인계후예상되는원지반침하량과성토체침하량및궤도구조에서의침하량 ( 총합 25mm), 열차하중에의한침하량 (5mm) 을포함한다 [1]. 2.2 접속부침하특성구조물접속부에서지지강성이갑작스럽게변화시강성차에따른불균등침하가발생하게되는데이때열차의이상진동및충격하중으로인해노반의침하및궤도재료의손상을가속시키는결과를초래하게된다. 이러한불균등침하를감소시키기위해쌓기구간으로부터구조물구간을향하여압축성이작은재료를사용하는완화구간을설치하며, 특히높은쌓기나연약지반등과같은장기침하가우려되는개소의경우접속부보강은중요한검토사항이다. 2.3 콘크리트궤도침하유지보수공법의종류및특징콘크리트궤도에서침하가발생될경우, 복원공법의선정은선로침하발생원인, 위치, 상태, 경제성등을고려하여결정한다. 침하량이 30mm 이하일경우체결장치를이용한보수가가능하나, 침하구간의연장이짧을경우구조적안정성을검토하여야한다. Table 1은시공위치에따른복원공법을분류하여나타내었다. Table 1 The classification for restoration methods of concrete track[2] 복원및보강위치공법내용 궤도복원 궤도 / 노반 인터페이스복원 체결장치를이용한복원튜브교체방식유압장치를이용한복원 CA 모르터에의한보수합성수지에의한보수우레탄주입공법급결그라우팅주입공법 -체결장치의고저조절패드를이용 -일본슬래브궤도용 CAM 주입용튜브 -레일패드용튜브교체를통한침하복원 -유압잭을이용하여슬래브를들어올린후공극을채움 -궤도폭이넓을경우적용어려움 -소규모공극보수용 -소규모공극보수용 -우레탄의팽창력을이용한침하복원 -시멘트모르터의주입압을이용한침하복원 원지반보강원지반그라우팅 - 경제성이불리하며, 위험부담이큼
2.4 콘크리트궤도선로처짐개소유지관리현황본절에서기술하는콘크리트궤도선로처짐개소 (Fig. 1 참조 ) 는 2011년 8월착공이후, 2013년 2월종합시험운행대비사전점검, 같은해 3월시설물검증시험및영업시운전을거쳐 3월말개통하여현재운행중에있다. Fig. 1 The drawings for bridge transition zone of concrete track A1접속부 (L=25.0m) 구간은 2013년 3월말개통이후노반침하로추정되는선로침하가발생 ( 시공사측량침하량 21mm) 하여, 6월 30일심플레이트 (18mm) 를삽입하였으나 HSB층과 TCL층에관통균열이 2개소, TCL층상부횡방향일체형균열이다소발견되었다 (Fig. 2참조 ). (a)tcl layer (b) A side crack of TCL layer Fig. 2 The picture for the upper crack of concrete track 급경사의붕적층구간으로원지반토질이불규칙한점, 궤도파괴가상당량진행된점을감안하여노반침하의진행과수렴여부를판단하고자 8월 9일부로자체계측 ( 침하량 20mm) 을시작하였다. 침하량계측은수준측량기를사용하였으며, A1접속부종점을시작으로 5m 간격으로 11개소를대상으로수행하였다 (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. 5의침하량측정결과는최대선로처짐이발생하는 Fig. 3의 8번측점을기준으로나타내었다. 9월 4차측량결과침하량은 25mm로나타났으며, 2차심플레이트를 19mm(1, 2차심플레이트합계최대 37mm) 삽입하였다. 11월 7차측량에의한침하량은 18mm로더이상심플레이트삽입작업이불가하여 PRCG(Pressurized Rapid-hardening Cement Grouting) 공법을적용하여노반복원을시행하였다. 여기서 PRCG공법이란급결성시멘트모르터의주입압력을이용하여콘크리트궤도를복원하는방식을말한다. PRCG 공법시행시콘크리트궤도강성에의한승상지점주변궤도의과상승우려로 8mm는심플레이트삽입을통해조정하였다. PRCG공법이후, 2014년 7월 17차측정결과침하량은 32mm로 8월 3차심플레이트 (30mm) 를삽입하였다. Fig. 5의최종침하량측정값은 47mm로이후지속적으로침하가발생하였고, 2015년 4월 2차 PRCG공법을적용한복원 (54mm) 를시행하였다. Fig. 5의침하량측정값에서심플레이트및 PRCG공법에의한선로처짐보수량을제외할경우현재까지발생한총누적침하량은 Fig. 6과같다. Fig. 6에서최종누적침하량은 81mm로앞서언급한원지반침하량과성토체침하량및궤도구조에서의침하량 ( 총합 25mm), 열차하중에의한침하량 (5mm) 을합한값인 30mm를크게상회한다. Fig. 6의누적침하량측정값과침하량예측프로그램을이용하여향후침하경향을산정하였으며, 그결과는 Fig. 7과같다. 그결과를보면개통일로부터 5년 ( 하자보수기간 ) 이되는시점에서의장래침하량은 100~117mm로예상되며, 이는현재까지의누적침하량에서 20~36mm 이상증가하는양이다. 현재까지의침하량과향후발생이예상되는침하량을고려할때, 열차운행의안전성확보와근본적인해결을위한정밀안전진단및계획적인선로처짐보수방안을수립해야할것으로판단된다. 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 콘크리트궤도선로처짐개소유지보수문제점콘크리트궤도의선로처짐보수는선로유지관리지침의보수한도를초과하는경우체결장치의고저조절패드를이용하는것을표준으로하고있다. 체결장치의조정한계인 30mm를초과하는경우, 적절한노반보강및복원공법을적용한다. 콘크리트궤도는이러한노반보강및복원공법과같은선로처짐보수에있어고비용이발생할뿐만아니라궤도의사용성저하가크므로장기적인침하에대한합리적이고체계적인보수가필요하다. 본논문에서언급한선로처짐개소접속부의원지반은급경사의붕적토로서원지반침하계측정을통한장기적인검토와관리가필요한개소이나, 원지반계측및성토재료에대한구체적인검토가이루어지지않았다. 현재까지최대누적침하량은 81mm로서, 노반허용침하량기준을초과하는선로처짐과 HSB층및 TCL층의균열이발생하였다. 또한 2차례의 PRCG침하복원공법을적용하였으나, 지속적인침하가진행중에있다. 따라서일시적인선로침하유지보수뿐만아니라장기적인침하예측에의한유지보수대책수립및선로처짐의발생원인을명확히규명하여해결하는것이필요하다.
3. 결론 본논문에서는콘크리트궤도교량접속부선로처짐개소를대상으로침하량측정결과및유지관리현황과그문제점에대해기술하였다. 1. 신설선로개통이후지속적인침하가발생하여, 주기적인침하량측정을시행하였으며, 심플레이트삽입 (1~3차최대 67mm) 과 2차례의 PRCG공법을적용하여선로처짐개소를보수하였다. 2. 선로처짐보수에의한침하량복원을제외한최종누적침하량은 81mm이며, 개통이후발생된침하량추이및침하량예측프로그램을이용한향후예측침하량은 20~36mm 증가할것으로예상되므로이에대한보수대책수립이필요할것으로판단된다. 3. 본논문에서기술한콘크리트선로처짐개소의유지보수문제점으로는원지반침하에대한계측및검토가누락되었으며, 이에따른다량의침하및노반복원으로인해콘크리트궤도구조의파괴가발생하였다. 이에대한정밀진단과다각적인노반보강및복원검토가이루어져야할것이다. 향후지속적인침하량측정및노반복원개소에대한정밀진단을통해선로처짐거동을주의관찰하며, 본개소의선로처짐에대한근본적인원인분석과이에대한해결책을강구하고자한다. 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..