우리 최고의 철도레일 기술 ‘B2S 시스템’
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우리 최고의 철도레일 기술 ‘B2S 시스템’
  • 박세욱 기자
  • 승인 2009.04.19 22:27
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서울메트로, 안전하고 반영구적인 궤도공법 개발
최근 경부고속철도(KTX)는 부실시공 의혹과 안전성 논란으로 어느 때보다 분주하다. 문제는 경부고속철도 운행구간에 궤도 틀림현상이다. 건설 중인 2단계 공사 구간에서 침목 균열 현상이 발생한 것. 이로 인해 KTX 운행과 승객의 안전이 우려된다는 지적이다.
항상 언급되는 안정성에 대해 근본적인 대책은 없는 것일까.
 
▲     © 시사오늘

 
서울메트로가 2003년 개발한 ‘B2S 시스템’은 눈여겨 볼만하다.
‘B2S(=Ballasted Track To Slab Track) 시스템’은 기존의 자갈 궤도를 슬래브(콘크리트 판) 궤도로 개량 시공하는 것을 말한다.
서울메트로는 기존 수입에만 의존하고 한개 침목만을 사용하는 궤도구조에서 벗어나 2개의 침목을 묶어 프리케스트 콘크리트 판을 사용하는 궤도구조를 착안했다.

보통 좌우 레일의 간격이 1290mm이다. ‘B2S 시스템’은 이곳에 침목2개를 하나의 판으로 묶어 만든 콘크리트 판(최대 폭 1250mm)을 가로방향으로 집어넣고 레일 하부에서 세로로 돌려 조립하는 공법이다.
기존 궤도공법에 비해 레일을 철거하지 않고 시공이 가능하므로 안전성을 확보 할 수 있고, 비용과 시간을 대폭 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.

2003년 12월 최초로 2호선 한양대역 구내에 40m을 시범 설치해 합격점을 받았다. 이후 2004년 하반기부터 서울지하철 1~4호선 모든 구내에 ‘B2S 시스템’을 적용해 지금까지 11km을 개량했으나 침목에 의한 단 한건의 문제도 발생하지 않았다.
‘B2S 시스템’은 2006년 국내특허를 취득했으며 EU에 특허를 출원해 독일 특허를 취득했다. 이에 부산지하철 1호선도 노후 된 도상궤도를 ‘B2S 시스템’을 적용해 콘크리트 도상으로 개량할 계획으로 있다.

서울메트로는 무엇보다 안전시공, 정밀시공, 신속시공, 친환경성, 내구성 등을 중점으로 ‘B2S 시스템’을 개발했다고 설명하고 있다.
 
◇안전시공

궤도개량공사 시공 시 가장 첫 번째로 고려해야 할 사항은 안전이다. 아무리 좋은 공법이라도 열차의 안전운행을 확보할 수 없다면 사용할 수 없다. ‘B2S 시스템’은 레일을 받치고 상하로 조정하는 기능을 하는 ‘수직조정 잭’ 및 ‘잭 받침’과 레일이 좌우로 움직이지 않도록 고정하는 ‘수평버팀재’와 ‘게이지스트랏트’가 있다.
그리고 레일의 간격을 일정하게 유지하는 게이지 타이롯트로 구성된 가 받침 구조가 설치되고, 프리케스트 콘크리트판에 상하조정 및 침하를 방지하는 수직조정 볼트가 설치돼 있는 2중의 안전장치가 있다.
위 같은 부품들로 인해 ‘B2S 시스템’은 시공 중 안전을 확보할 수 있으며 열차서행운전 속도를 크게 향상 시킬 수 있어 궤도 도상개량공사로 인한 열차지연운행을 방지할 수 있다.
 
◇정밀시공

도시에 건설돼 있는 지하철은 역과 역사이가 1km내외이다. 가다 서다를 반복하는 지하철의 운행 특성상 궤도의 상태가 무엇보다 정밀해야 된다. 그러지 못할 경우 차량의 흔들림과 진동, 소음 등이 증가해 승차감이 크게 떨어 질 수 있다.
‘B2S 시스템’은 2개의 침목을 묶은 것과 같아 레일의 좌우 간격을 조정할 수 있으며, 콘크리트 판에 장착되는 수직조정 볼트로 레일 상하 면을 조정 할 수 있다. 짧은 작업시간과 열차운행으로 인한 진동 등 최악의 조건 상태에서도 궤도의 시공이 가능하다.
 
◇신속시공

운행선은 열차를 운행하며 시공해야 하므로 건설선에 비해 수십 배의 공사 기간이 필요하다. 따라서 공사기간의 단축은 노후 돼 안전도를 빨리 높여야 하는 궤도시공에 무엇보다 중요한 요인이다.
일본의 공법은 하루 2.5시간 작업에 5m정도 시공가능 하다. 그러나 ‘B2S 시스템’은 하루 2.5시간 작업에 10m(4개 공구 운영시 연간 약10km시공) 정도 시공이 가능해 시공효율이 2배 이상 높다.
서울메트로 관계자는 “운행선 콘크리트궤도 개량공사는 열차를 정상 운행하며 시행해야 하므로 열차가 운행되는 시간에는 시공이 불가능하고 열차운행이 중지되는 심야 시간(01:30~04:00)을 이용해 노후 된 자갈도상을 철거하고 콘크리트궤도를 설치해야한다. 그러므로 짧은 시간에 시공이 가능해야 한다”고 말했다.

또한 “기계화 시공이 가능하고 현장타설 콘크리트 량이 대폭 감소해 야간 터널 2.5시간 시공조건에서 1km 당 공사비가 24억원에서 19억원으로 5억원 정도 절감돼 1년에 7km씩 개량할 경우 연간 약 35억원의 예산이 절감된다. 결국, 1~4호선의 자갈궤도 전체를 개량하는 것으로 보면 약 1000억원 이상 예산을 절감하는 효과가 발생한다”고 덧붙었다.
 
▲     © 시사오늘

 
◇친환경성


도시지하철은 주변에 많은 시민이 거주하거나 생활하고 있고, 터널을 주행함으로 소음과 진동이 클 경우 많은 민원이 발생한다. 다시 말해 자칫 도시지하철은 주변 지역 주민들의 생활에 불편을 줄 수 있으며, 승차환경을 저해할 수 있는 것이다.
또한 도심에 설치되는 시설이므로 미관도 고려해야 한다. 따라서 소음 진동 저감성능 및 미관 등 친환경성은 궤도구조를 선정하는데 있어 중요한 요인이다.
‘B2S 시스템’의 콘크리트 판은 조립식 형태로 돼있어 공장에서 일률적으로 제품을 생산한다. 이에 일정한 품질이 확보돼 미관이 양호하다.
 
◇내구성

콘크리트궤도는 모든 조건을 갖췄다 하더라도 쉽게 파손되거나 훼손된다면 궤도구조로서의 가치는 없는 것이다.
콘크리트궤도는 유지보수가 필요 없거나, 유지보수 및 관리 비용이 최소화 돼야 한다.
또한, 사용 중 파손되는 등의 문제가 발생할 경우 보수 및 정비가 매우 어렵고 비용이 많이 드는 단점이 있어 반영구적인 수명을 가져야한다.
그만큼 콘크리트궤도에서는 레일체결장치의 성능과 역할이 매우 중요하다.
특히 레일과 침목, 콘크리트도상이 일체화 되는 궤도구조에서는 레일체결장치가 탄성적으로 레일을 고정하며 충격을 흡수하고 하중을 분산시켜야 한다.
그러므로 콘크리트궤도는 레일과 하부 콘크리트를 보호하는 역할을 수행해야 하는 가장 핵심 장치인 것이다.
 
서울메트로 관계자는 “‘B2S 시스템’의 레일체결장치는 독일 고속철도인 ‘이체 라인(ICE LINE)’의 콘크리트궤도에 사용해 성능과 안전성이 입증된 독일 보슬로사의 시스템300-1을 사용하고 있다. 검증된 만큼 시스템300-1 체결장치는 안정성이 뛰어나고, 탄성이 풍부하며 소음, 진동 저감 성능이 우수한 레일체결장치이다.”라고 설명했다.
1899년 우리나라에 최초로 철도가 도입됐고, 1974년에 서울 도심지하철 1호선이 개통됐다. 현재는 1~8호선과 인천선, 분당선, 중앙선, 공항선 등 총 12개 노선이 있다.
서울메트로에서 운영하는 1~4호선은 최초의 서울 도심지하철인 만큼 하루평균 395만명의 승객이 이용하는 대규모 철도교통수단이다.

서울지하철은 1회 10량 편성의 중량전동차가 운행되고 하루 열차 운행 횟수가 편도 약299회, 연간 14억 4000여명을 수송한다. 그러면 연간 누적 통과톤(t)수가 5000만톤(t)이다.
또한 레일의 42%가 궤도 파괴가 심한 곡선이며, 이중 50%가 반경300m이하의 급한 곡선으로 건설돼 있다.

이처럼 서울메트로의 'B2S 시스템‘은 많은 운행 횟수와 수많은 승객을 수송함에도 현재까지 침목 및 궤도에 의한 단 한건의 문제도 발생하지 않았다.
서울지하철 1~4호선에서 사용해 문제가 없는 궤도시스템이라면 어느 철도에 사용해도 문제가 없을 것이다.

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