선택과 집중
기획
기획 특집 시리즈 ‘철도산업의 기술, 현재와 미래’ ①
철도 침목의 기술 현재 … 철 침목의 장· 단점과 해외사례
독일, 영국 사례 LCC측면에서 60 ~ 90% 저렴
철 침목 해외시장 진출 바라볼 때 연구시범사업 절실
문기환 기자
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기사입력: 2018/11/23 [14:51]   최종편집:
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본지는 이미 문 앞에 들어선 4차 산업 혁명과 ICT기술을 요구하는 시대를 맞이해 국내 철도노선의 확장은 어려운 현실이지만 미래철도산업의 중흥을 바라며 철도기술의 다양한 면에 초점을 맞춰 이를 조명하며 철도산업의 발전과 한국철도가 글로벌리더로 자리매김하는 것에 일조하고자 시리즈를 기획, 기술의 현실과 미래 주제 속에 사례를 소개하며 연재하고자 한다.

 

특집 시리즈 첫 기획은 철도건설에 있어 다양하고 매우 전문적인 분야가 많으나 대중들에게 도심속 일반 공원이나 철도테마파크, 미디어를 통해서도 쉽게 노출돼 볼 수 있는 철도 레일에서의 침목을 다룬다.

 

침목은 국내서 PC 침목이 주로 사용되고 있으나 그 중에 국내서 사례를 찾을 수 없는 철 침목의 특징과 해외사례 등을 살펴 기술의 다양성과 관계자들을 통해 미래철도산업의 경쟁력을 타진하며 전할 것이다.

▲ 코레일 임원들이 지난 9일 영동선, 경북선, 중앙선 등 30㎞ 구간에서 레일 교체, 침목 교환, 자갈정리작업 등을 실시하며 구슬땀을 흘리고 있다./본 기사와 관계 없음.     © 매일건설신문

 

침목(枕木, sleeper)은 레일을 견고하게 체결(締結, fastening)시켜 레일의 위치를 정하고 좌우 레일의 궤간을 정확하게 유지하면서 레일로부터 받은 열차의 하중을 도상(道床)에 널리 분포시키는 기능을 한다. 근래에 장대레일이 사용되고 나서 궤도 좌굴에 대한 저항력의 대부분을 부담하는 중간구조이다.

 

침목에는 부설방법에 따라 일반적인 가로 침목, 검사 피트(pit) 등에 사용되는 세로 침목, 직결도상 등에 사용되는 블록 침목(block sleeper) 등이 있다.

 

길이는 1067mm 궤간(레일과 레일 사이의 간격)210cm, 1435mm 궤간 240cm를 표준으로 하고 있으며 부설장소에 따라 보통침목, 길이가 긴 분기기용 침목, 단면이 큰 교량용 침목, 폭이 넓은 이음매용 침목 등의 종류가 있다. 재질에 따라서는 나무침목, 철 침목, PC 침목, 조합침목, 합성침목 등이 있다.

 

기존에는 주로 나무침목이 주로 사용됐다, 최근에는 내구성이 우수한 PC 침목이 많아지고 있으며 철 침목은 유럽과 남미 등에서 사용량이 증가하고 있다.

 

최근에는 나무침목과 PC 침목 양자의 장점을 살린 가볍고 강하며 내구성이 좋은 신소재 된 합성침목 등의 개발도 진행되고 있는 것으로 전해지고 있다.

 

침목은 철도의 도상 위에서 레일을 직접 지지하고 궤간을 유지함과 동시에 하중을 넓은 범위로 분포 전달시키는 역할을 하는데 제2차 세계대전 후 자원의 부족현상으로 그 대용품으로 콘크리트 침목이 주로 사용되고 있는 실정이다.

 

또 레일에 가해지는 열차하중을 도상을 통해서 노반(路盤)에 전달하는 목재나 콘크리트 재(材)를 말하기도 하는 침목은 재료에 따라 목 침목, PC 침목, 철 침목으로 분류한다. 또 배치에 의한 분류로 블록 침목, 횡 침목, 종 침목 등이 있다.

 

침목의 종류와 장·단점

 

침목이 올바른 역할을 하기 위해선 레일과의 견고한 체결에 적당하고 열차하중을 지지할 수 있어야 하는 조건은 필수다. 강인하고 내충격성 완충성 필요할 뿐만 아니라 저면적이 넓고 동시에 도상다지기 작업이 편리해야 하며 도상저항 (침목의 종. 횡이동)에 대한 저항이 커야한다.

 

재료구입이 용이하고 가격이 저렴하거나 효율적이어야 하며 취급이 간편하고 내구연한의 장기성을 요구한다. 사용목적에 따라서 침목은 보통침목, 분기침목, 교량침목으로 분류하기도 한다.

 

재질에 따라 침목을 분류해 먼저 목 침목(wooden tie)을 살펴볼 때 장점은 레일의 체결이 용이하고 가공이 편리하며 탄성이 풍부하며 완충성이 크다. 또 보수와 교환 작업이 용이한 것 외 전기 절연도가 높다.

 

목 침목의 단점은 자연부식으로 내구연한이 짧으며 하중에 의한 기계적 손상을 받기 쉽다. 증기기관차의 경우엔 화상과 소상의 우려가 컸으며 충해를 받기 쉽고 갈라지기 쉽다.

 

콘크리트 침목은 제조방법에 따라 R.C침목과 P.C침목으로 구분되며, P.C침목은 Prestress(초기 응력) 도입시기에 따라 프리텐션 방식과 포스트텐션 방식이 있다.

 

콘크리트 침목의 장점은 부식의 염려가 없고 내구연한이 길다. 자중이 커서 안정이 좋기 때문에 궤도틀림이 적으며 기상작용에 대한 저항력이 크다. 또 보수비가 적게 소요돼 경제적이다.

 

이에 반해 콘크리트 침목의 단점은 중량이 무거워 취급이 곤란하고 부분적 파손이 발생하기 쉽다. 레일체결이 복잡하고 균열발생의 염려가 큰 동시에 충격력에 약하고 탄성이 부족하다. 전기 절연성은 목 침목 보다 부족하며. 인력다지기 시 침목에 심한 손상이 우려된다.

 

미지막으로 이번호 주제인 철 침목 장점을 볼때 우선 재질이 강하고 내구연한이 길다. 레일의 체결력이 견고하고 도상저항이 커서 교장의 하중감소 및 체결성을 향상시킨다.

 

또한 궤간, 캔트 유지가 확실하므로 궤도 보수비가 적은 큰 장점이 있다. 잔존가격이 타 종류 에 비해 경제적 효율성이 높으며 궤도단면축소 효과가 있어 자갈사용량도 절약(700ton/mile)하는 장점도 두드러진다. 휨 현상을 억제해 궤도의 안정성을 향상시킨다.

 

무엇보다 철 침목의 또 하나의 큰 장점은 궤도간격의 견고성으로 유지보수비가 크게 절감된다는 것에 있다. 총 사용수명을 통한 비용의 절감 효과는 콘크리트에 비해 약40% 절약하는 것으로 알려졌다.

 

유해물질의 사용억제 효과도 있는데 재활용을 통한 자원폐기물 발생을 억제한다.

 

하지만 역시 철 침목도 단점이 존재한다. 콘크리트 침목에 비해 약 2배 정도 비용차가 있다. 습지나 특히 해안지역에서는 부식하기 쉽다는 단점이 있으나 이는 철 종류에 따라 극복이 되는 것으로 관계자들은 전하고 있다.

 

레일의 체결장치가 복잡하고 전기적 절연성이 취약한 점이 있으며 아직 200km/hr 이상의 고속철도에서 적용사례가 없는 것도 개발 및 연구과제이다. 또한 경량으로 인한 도상저항력 확보가 어려운 점도 있다.

 

또 한편으론 조합침목이 있는데 철근 콘크리트침목 이외에 철재와 콘크리트 또는 목재와 철재 등의 이종의 재료를 조합해 각 부재의 장점을 발휘할 수 있도록 만든 침목으로 조합침목, 합성침목 또는 집성침목 이라고 호칭 한다

 

해외 철 침목 생산국가와 사례

 

철 침목 생산의 주요 국가는 영국(tata steel/btitish steel/Corus가 주요 업체)과 독일, 인도, 중국 등이 있다.

 

현재 세계 철도시장에서 성공적으로 사용되고 있는 철 침목은 독일(Thyssen Krupp사)의 Y형, 영국 Corus사의 n형, 캐나다의 UniP-Tie사의 T형 등이 있다. 이들은 각각 안전성과 제작, 부설 및 유지관리에 따르는 경제성 측면에서 서로 다른 장단점을 가지고 있다.

▲ 사진 좌는 n형 철침목(Corus사, 영국)우측은 n형 철침목의 년간 사용량(영국)-출처-한국철도학회 학술발표=DBpia  © 매일건설신문 

 

n형 철침목은 모양이 단순하여 제작비용이 적게 들며, 대량생산이 가능하다. 또한 기존의 n형침목에 비해 구조적 안전성도 우수한 신형 제품이 개발돼 사용되고 있지만 Y형 침목과 마찬가지로 아직 200km/hr 이상의 고속철도에서는 적용사례가 없어 현재 이에 대한 보완연구도 진행 중에 있는 것으로 알려졌다.

 

▲ 사진 좌는 Y형 철침목(ThyssenKrupp사, 독일)우측은 Y형 철침목의 년간 사용량(독일)출처-한국철도학회 학술발표=DBpia  © 매일건설신문

 

침목 단가는 콘크리트의 120%로 비교적 저렴한 편이며, LCC (Life Cycle Cost, 일반적으로 제품의 생산, 사용, 폐기처분의 각 단계에서 생기는 비용을 합한 총비용)측면에서는 약 60%로 매우 경제적이다.

 

현재 영국 철도시장에서는 년 간 90만개의 침목이 사용되고 있는데 이중 n형 침목의 사용량은 약35만개로 40% 정도의 침목시장을 차지하고 있다. 독일 철도시장은 지난 2005년 11월 철도연 논문 통계자료에 따르면 년간 85만개의 침목이 갱환되고 있는데 이중에서 Y형 침목의 사용량은 약 12만개로 15%의 시장점유율을 보이고 있으며, 점차 사용량이 증가하고 있다

▲ 사진은 중국 agico group사의 철 침목 사례/ 출처=한국철도학회 학술발표=DBpia      © 매일건설신문


하지만 국내에선 1990년도 초반에 n형과 유사한 철 침목을 개발한 적이 있으나, T형 침목과 유사한 문제점들이 발생해 상용화에는 성공하지 못했다.      

 

이 외에도 n형 침목은 제작의 단순함, 부설 및 유지관리의 간편함 등 여러 가지 경제적 장점으로 유럽, 중동지방, 동아프리카 등에 사용되고 있기에 해외시장 진출을 바라볼 때 연구시범사업이 절실해 보인다.

 

 

/문기환 기자

 

※다음 ②호에서는 철 침목 현장 관계자들을 통해 국내 철 침목 기술의 현재 모습을 보도 예정.

 

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