KR20060091615A - 철도 크레인 및 이를 이용한 철도교의 상부구조물 교체 시공방법 - Google Patents

Abstract

설치한지가 오래되거나 잘못 설치되어 교체의 필요성이 있는 철도교 상부구조물의 교체 시공방법이 개시된다. 상기 철도교 상부구조물 교체 시공방법은 철도교의 제원과 제 2상부구조물에 요구되는 치수, 강도 등을 고려하여 제 2상부구조물을 준비하는 단계, 제 1상부구조물과 제 2상부구조물을 각각 승강시켜 이동시킬 수 있는 승강수단을 갖는 철도크레인을 준비하는 단계, 제 2상부구조물과 철도크레인을 제 1상부구조물이 있는 곳까지 이동시키는 단계, 제 1상부구조물을 교각상에서 제거하는 단계 및 철도크레인을 이용해 제 2상부구조물을 이동시켜 제 1상부구조물이 제거된 교각 상에 제 2상부구조물을 설치하는 단계를 포함하는 구성을 가지며, 열차의 운행에 지장을 초래하지 않으면서도 철도교의 상부구조물을 신속하게 교체할 수 있고, 높이가 높은 대형 특수 크레인이 필요치 않고, 특히, 일반 크레인의 진입이 어려운 산악지역, 교각이 높은 철도교, 기타 물이 깊은 하천에 설치된 철도교 등의 상부구조물의 교체 시공에 매우 유리하다는 장점을 가진다.

철도교, 레일, 상부구조물, 교체, 교각, 유도상, 무도상

Description

철도 크레인 및 이를 이용한 철도교의 상부구조물 교체 시공방법{Railroad crane and method for carrying out replacement of an upper structure of a railway bridge utilizing the same}

도 1은 종래의 무도상 강교 철도교 상부구조물의 설치상태를 나타낸 측면도이고,

도 2는 도 1의 I-I에 따른 횡단면도,

도 3은 본 발명의 방법에 사용되는 철도크레인의 일 예를 나타낸 사시도이고,

도 4 ~ 도 8은 도 3의 철도크레인을 이용해 철도교의 제 1상부구조물을 제 2상부구조물로 교체하는 과정을 순서대로 각각 나타낸 측면도이고,

도 9는 본 발명에 따른 철도교 상부구조물 교체시공 과정을 설명하기 위한 공정도,

도 10은 본 발명에 따른 철도 크레인의 변형 예를 나타낸 측면도,

도 11a ~ 도 11h는 잭업장치를 교각의 측면에 설치하여 교좌장치를 교체하는 과정을 각각 나타낸 도면,

도 12는 제 2상부구조물이 교각 상에 설치된 상태의 단면도,

도 13은 에프알피로 된 제 2상부구조물이 교각 상에 설치된 상태를 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 교각 20, 180 : 교좌장치

50, 170 : 레일 60 : 제 1상부구조물

100 : 제 2상부구조물 210 : 잭업장치

300 : 철도크레인 310 : 승강수단

312 : 와이어 328 : 바퀴

320 : 프레임 320a : 제 1프레임

320b : 제 2프레임 320c : 제 3프레임

322 : 수평프레임 324 : 지지프레임

326 : 하방개방부 360 : 제 1구조물탑재부

370 : 제 2구조물탑재부 390 : 기관차

본 발명은 철도 크레인과 이를 이용한 철도교의 상부구조물 교체 시공방법에 관한 것으로, 특히 설치된 지가 오래되거나 잘못 설치되어 교체의 필요성이 있는 철도교 상부구조물의 교체에 적합하게 사용될 수 있는 크레인과 이를 이용한 철도교의 상부구조물 교체 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 우리나라에 많이 설치된 강교 무도상 철도교는 대부분 시공된 지가 오래 되었을 뿐만 아니라 철도 차량의 운행하중 등 각종 하중에 대한 구조적인 문제점, 소음이 심하게 발생되는 문제점이 있다. 이러한 강교 무도상 철도교의 문제점을 해결하기 위하여 강교 무도상 철도교의 상부구조물을 슬라브형 상부구조물 등으로 치환한 후, 자갈 등을 부설하여 유도상화하는 추세에 있다.

여기에서 유도상에 대한 용어를 정의 해보면, 철도교에 있어서 레일 및 이를 받치고 있는 침목이나 거더 등에 자갈이 깔려있는 상태를 말하고, 무도상은 상기에서 자갈이 깔려 있지 않은 상태를 말한다.

도 1과 도 2를 참조면, 도시된 바와 같이 교각(10) 상에 교좌장치(20)가 간격을 두고 설치되고, 교좌장치(20) 위에 사각 단면모양의 빔(30)이 설치되어 있다. 이 빔(30)은 통상 비유 빔(BU Beam)으로 칭해진다. 이 빔(30)은 좌우로 간격을 두고 배치되는 한 쌍의 수직부재(32)와 두 수직부재(32)의 상단부와 하단부를 각각 연결하는 수평부재(34)와 그 내부에 X자 형태로 배치되어 양측 수직부재(32)의 상단과 하단을 서로 연결하여 지지하여주는 보강재(36)들로 이루어져 있다. 이 빔(30) 위에 침목(40)이 놓이고, 그 위에 레일(50)이 깔려있다. 침목(40)은 목재 또는 시멘트로 만든 것이 주로 사용된다. 여기에서, 교좌장치(20) 상의 구조물을 교체될 새로운 상부구조물과 구분하기 위해 제 1상부구조물(60)로 칭하기로 한다.

상기와 같은 구성으로 된 국내 철도교의 대부분은 설치한지가 오래되어 그 내구연한이 다되어 교체 또는 새로운 설치의 필요성이 요구되고 있는 실정이다. 또, 무도상이기 때문에 소음이 심하게 발생되는 문제점도 있다.

일반 교량에서는 교량 자체의 하중에 의한 사하중이 약 70%, 차량의 통행에 의한 활하중이 약 30%인 반면에 철도교에서는 철도교 자체의 하중에 의한 사하중이 약 40%, 열차의 통행에 의한 활하중이 약 60%이다. 즉, 철도교는 일반 교량에 비해 활하중의 비중이 상대적으로 크고 이에 따라 열차가 철도교를 통행하는 경우 진동과 소음이 많이 발생된다. 하지만 종래의 철도교에서는 상기와 같은 소음을 줄이기 위한 배려가 전혀 없었다.

일반 교량에서는 그 교량의 공사를 위해 차량의 통행을 통제하더라도 차량들이 다른 곳으로 우회할 수 있기 때문에 큰 문제가 되지 않으나, 철도교에 있어서는 어느 한 철도교에서 열차의 운행이 통제되면 열차의 우회 운행이 어렵기 때문에 그 노선 전체가 마비된다는 문제점이 있다. 이에 따라 철도교의 상부구조물 교체는 신속하게 이루어져야 한다. 국내 경부선의 경우 열차의 운행에 큰 지장을 주지 않으면서 상부구조물 교체에 활용할 수 있는 시간이 4 ~ 5시간 정도로 보고 있다. 즉, 국내 경부선에 있는 철도교에서 상부구조물의 교체는 바람직하게는 4 ~ 5시간 내에 신속하게 완료될 수 있어야 한다.

최근 들어서는 신속설치, 설치의 간편성, 소음방지, 내구성향상 등의 이유 때문에 일반 교량의 상부구조물에서와 같이 철도교의 상부구조물도 슬라브를 갖는 스틸(steel)재 및/또는 콘크리트재로 만들고 있다. 이러한 철도교 상부구조물을 교각 아래쪽에서 철도교에 교체 설치하기 위해서는 높이가 교각의 약 2배 이상 높으면서도 덩치가 큰 대용량의 크레인이 필요하다. 특히, 상부구조물의 길이가 10m를 넘는 경우에는 대용량의 특수 크레인을 사용해서 인양해야 하는데 그에 소요되는 비용이 너무 크고, 그러한 특수 크레인은 현재 국내에 2대 정도 밖에 없는 것으 로 파악되고 있기 때문에 쉽게 이용하기 어렵다. 더군다나 국내의 영동선, 태백선 등에서와 같이 산악지역에 설치된 철도교의 상부구조물을 교체하고자 하는 경우에는 위에서 언급한 바와 같은 특수 크레인을 현장까지 이동시키기 위해 새로이 길을 닦는 등의 일이 추가로 필요하기 때문에 철도교의 상부구조물 교체에는 많은 시간과 노력과 비용이 소요된다.

상기와 같은 이유 때문에 철도교를 교체하여주거나 새로이 설치할 필요성이 있는데도 불구하고 철도교의 교체나 새로운 설치를 거의 하지 못하고 있는 실정이다.

또, 경우에 따라서는 철도교의 상부구조물 교체를 위해 가시설물을 설치하고, 그 위에서 상부구조물을 만든 후 철도교 상부구조물을 교체시공하는 방식도 있으나, 이 경우에는 가시설물을 설치하는 데에 많은 시간과 노력이 필요하다.

과 제 2상부구조물이 상하로 통과될 수 있도록 상기 철도교를 향해 하방으로 개방된 하방개방부를 구비본 발명의 목적은 열차의 운행에 큰 지장을 초래하지 않으면서 철도교의 상부구조물을 신속하게 교체할 수 있도록 해주는 철도교 상부구조물 교체 시공방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 철도교 교각의 높이가 높은 곳에서도 철도교 상부구조물을 쉽게 교체할 수 있도록 해주는 철도교 상부구조물 교체 시공방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 높이가 높고 덩치가 큰 대용량의 크레인이 현장까지 진입하기가 어려운 위치에 있는 철도교의 상부구조물도 쉽게 교체할 수 있도록 해주는 철도교 상부구조물 교체 시공방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 교각보다 높이가 훨씬 높은 크레인 없이도 철도교 상부구조물을 교체해줄 수 있는 철도교 상부구조물 교체 시공방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 나머지 목적은 본 발명의 시공방법을 수행하기에 적합한 철도크레인을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 철도교 교체시공방법은 열차가 통행하는 철도교의 교각 상에 설치된 제 1상부구조물을 제 2상부구조물로 교체하기 위한 철도교의 상부구조물 교체 시공방법에 있어서, 상기 철도교의 제원과 상기 제 2상부구조물에 요구되는 치수, 강도 등을 고려하여 상기 제 2상부구조물을 준비하는 단계, 상기 제 1상부구조물과 상기 제 2상부구조물을 각각 승강시켜 이동시킬 수 있는 승강수단을 갖는 철도크레인을 준비하는 단계, 상기 제 2상부구조물과 상기 철도크레인을 상기 제 1상부구조물이 있는 곳까지 철도를 통해 이동시키는 단계, 상기 제 1상부구조물을 상기 교각상에서 제거하는 단계 및 상기 철도크레인을 이용해 제 2상부구조물을 이동시켜 상기 제 1상부구조물이 제거된 상기 교각 상에 상기 제 2상부구조물을 설치하는 단계를 포함하는 구성을 가진다.

상기 제 2상부구조물은 제 2구조물탑재부를 갖는 상기 철도상의 이동수단을 통해 이동되고, 상기 철도크레인을 준비하는 단계에는 상기 제 1상부구조물과 상기 제 2상부구조물을 순서대로 승강시키면서 교체를 수행할 수 있게 상기 제 1상부구조물하는 철도크레인을 준비하는 것이 바람직하다.

상기 철도교에서 이탈된 제 1상부구조물은 제 1구조물탑재부를 갖는 철도상의 이동수단에 탑재되어 이동되는 것이 바람직하다.

상기 철도크레인을 준비하는 단계에는 제 1구조물탑재부와 상기 제 2구조물탑재부가 상기 하방개방부를 사이에 두고 양측에서 마주보고 배치되거나 상기 하방개방부의 전방 또는 후방에서 이웃하게 배치된 철도 크레인을 준비하는 것이 좋다.

상기 교각의 높이, 상기 제 2구조물의 높이와 무게 등을 고려하여 상기 교각 상에 설치되어 상기 제 2상부구조물을 받쳐줄 교좌장치를 준비하는 단계, 상기 제 1상부구조물을 상기 열차의 통행을 허용하는 범위 내에서 인상하는 제 1상부구조물 인상단계 및 상기 제 1상부구조물 상으로 상기 열차의 통행을 허용하면서, 상기 교각 상에 구교좌장치가 있다면 이를 제거하고, 상기 준비한 교좌장치를 상기 교각 상에 설치하는 교좌장치 설치단계를 더 포함하고,

상기 교각 상에 상기 제 2구조물을 설치하는 단계에는 상기 교각 상에 설치된 교좌장치 상에 설치하는 것이 바람직하다.

더 바람직하기로는, 상기 교각의 높이, 상기 제 2상부구조물의 높이와 무게 등을 고려하여 상기 교각 상에 설치되어 상기 제 2상부구조물을 받쳐줄 교좌장치를 준비하는 단계, 상기 제 1상부구조물을 상기 열차의 통행을 허용하는 범위 내에서 인상하는 제 1상부구조물 인상단계 및 상기 제 1상부구조물 상으로 상기 열차의 통 행을 허용하면서, 상기 교각 상에 구교좌장치가 있다면 이를 제거하고, 상기 준비한 교좌장치를 상기 교각 상에 설치하는 교좌장치 설치단계를 더 포함하고,

상기 제 1상부구조물 제거단계에는 상기 제 1상부구조물의 양단부근 레일을 절단하여 상기 승강수단을 이용해 상기 제 1상부구조물을 상기 교각상에서 이탈시켜 상기 제 1구조물탑재부에 탑재하고,

상기 교각 상에 상기 제 2구조물을 설치하는 단계에는 상기 제 2구조물탑재부에 있던 상기 제 2구조물을 상기 승강수단을 이용해 상기 교각 상에 설치된 교좌장치 상으로 이동시켜 설치하는 것이다.

상기 제 1상부구조물 인상단계는 상기 교각 내부의 철근 배치상태를 탐사하는 단계, 상기 교각의 측면에 탐사된 철근을 피해서 복수의 홈을 형성하는 단계, 상기 홈에 쐐기부를 갖는 볼트의 일단을 삽입하는 단계, 상기 볼트의 쐐기부에 쐐기부재를 결합하는 단계, 상기 볼트의 타단에 마찰판을 갖는 잭받침대를 결합하는 단계, 상기 볼트의 타단에 너트를 결합하여 상기 마찰판이 상기 교각의 측면에 가압되도록 하는 단계, 상기 잭받침대 상에 잭을 설치하는 단계 및 상기 잭으로 상기 제 1상부구조물을 들어올리는 단계를 포함하는 구성으로 하면 된다.

본 발명에 따른 철도크레인은 중량물을 들어올려 필요한 위치로 이동시켜 내리기 위한 승강수단, 상기 승강수단이 매달려 이동될 수 있는 이동로를 제공하는 수평프레임과 상기 수평프레임을 레일상에 지지하기 위한 지지프레임과 적어도 일측은 하방으로 개방된 하방개방부를 갖는 프레임, 상기 프레임에 연결되고 제 1구조물의 탑재를 위한 제 1구조물탑재부, 상기 프레임에 연결되고 제 2구조물의 탑재 를 위한 제 2구조물탑재부 및 상기 프레임과 제 1구조물탑재부와 제 2구조물탑재부를 레일상에 지지하여 필요한 위치로 이동시킬 수 있도록 하기 위한 바퀴들을 포함하는 구성을 가진다.

상기 제 1구조물탑재부와 제 2구조물탑재부는 상기 하방개방부를 사이에 두고 마주보고 배치되거나 상기 하방개방부의 전방 또는 후방에서 이웃하게 배치되고, 상기 프레임은 상기 제 1구조물탑재부를 지지하는 제 1프레임, 상기 제 2구조물탑재부를 지지하는 제 2프레임, 상기 하방개방부가 배치되는 제 3프레임의 3부분으로 구분되어 형성되고, 상기 제 1프레임 ~ 제 3프레임은 이웃하는 프레임과 상호 회동 가능케 연결된 것이 바람직하다.

경우에 따라, 상기 제 1구조물탑재부와 제 2구조물탑재부는 상기 프레임에서 분리 가능한 대차형태로 설치되고, 상기 제 1구조물탑재부와 제 2구조물 탑재부에는 탑재된 중량물을 이동시키기 위한 구조물이동수단이 설치된 것이 이용될 수도 있다.

상기 제 2상부구조물을 준비하는 단계에는 유도상화를 위해 자갈이 깔리거나 자갈을 깔 수 있는 슬라브형 상부구조물을 준비할 수 있다.

경우에 따라, 상기 제 2상부구조물을 준비하는 단계에는 유도상화를 위해 자갈이 깔리거나 자갈을 깔 수 있는 슬라브를 갖는 피씨빔형 상부구조물, 슬라브를 갖는 스틸플레이트형 상부구조물, 슬라브를 갖는 스틸박스형 상부구조물 중 어느 하나를 준비할 수도 있다.

또, 경우에 따라, 상기 제 2상부구조물을 준비하는 단계에는 에프알피(FRP) 복합재로 된 제 2상부구조물을 준비할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 3 ~ 도 8들을 참조하여 본 발명에 따른 철도크레인과 이를 이용한 철도교 상부구조물 교체 시공방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제 1상부구조물(60)의 교체가 필요한 철도교 교각(10)의 높이, 교좌장치(20)의 높이, 제 1상부구조물(60)의 길이, 폭, 무게, 제 2상부구조물(100)에 요구되어지는 길이, 폭, 높이, 강도 등을 고려하여 제 2구조물(100)을 준비한다(단계 1100). 여기에서, 제 2상부구조물(100)로는 자갈을 깔 수 있도록 슬라브가 있는 것, 예를 들면, 슬라브가 있는 스틸 박스형, 슬라브가 있는 콘크리트 박스형, 슬라브가 있는 피씨빔형, 슬라브가 있는 스틸플레이트형의 것이 적당하고, 경우에 따라서는 상기 여러 가지 형들이 에프알피(FRP) 재료로 된 것이 사용될 수도 있다. 이러한 제 2상부구조물(100)로는 자갈, 침목, 레일 등이 미리 깔린 형태로 만들거나, 자갈, 침목, 레일 등이 없는 상태로 만든 것을 준비하였다가, 교각 상의 교좌장치 상에 탑재된 후에 자갈, 침목, 레일 등을 깔 수 있도록 하여도 된다. 제 2상부구조물로는 슬라브가 없는 것이 사용될 수 있음은 물론이다.

이러한 제 2상부구조물(100)에는 크레인의 후크 등을 쉽게 걸 수 있도록 기초볼트 등을 설치하여둘 수 있다.

한편으로는, 기관차(390) 등을 이용해 철도 레일(50)을 따라 이동할 수 있고, 제 1상부구조물(60)과 제 2상부구조물(100)을 승강시켜 필요한 위치로 이동 시킬 수 있는 승강수단(310)과 철거된 제 1상부구조물(60)을 탑재하기 위한 제 1구조물탑재부(360) 및 교체설치할 제 2상부구조물(100)을 탑재하기 위한 제 2구조물탑재부(370)를 갖는 철도크레인(300)을 준비한다(1101). 물론, 경우에 따라서는 자체 동력으로 이동할 수 있는 철도크레인이 준비될 수도 있다.

승강수단(310)은 와이어(312)를 구비하여 프레임(320)에 매달려 있다. 프레임(320)은 승강수단(310)이 매달려 이동될 수 있는 이동로를 제공하는 수평프레임(322)과 상기 수평프레임(322)을 레일(50)상에 지지하기 위한 지지프레임(324)을 구비하여 구성되며, 적어도 일측은 하방으로 개방된 하방개방부(326)를 갖는다. 이러한 프레임(320)은 철도상에서의 원활한 이동을 위해 제 1프레임(320a), 제 2프레임(320b) 및 제 3프레임(320c)으로 분리되어 구성되는 것이 바람직하다. 여기에서, 제 1프레임(320a)에는 교각(10)에서 이탈시킨 제 1상부구조물(60)을 탑재하기 위한 제 1구조물탑재부(360)가 설치되고, 제 2프레임(320b)에는 교체하여 설치할 제 2상부구조물(100)을 탑재하기 위한 제 2구조물탑재부(370)가 설치되고, 제 3프레임(320c)에는 제 1상부구조물(60)과 제 2상부구조물(100)의 승강을 허용하기 위한 하방개방부(326)가 구비된다.

이러한 철도크레인(300)은 프레임(320)과 제 1구조물탑재부(360)와 제 2구조물탑재부(370)를 레일(50)상에 지지하여 필요한 위치로 이동시킬 수 있도록 하기 위한 바퀴(328)들을 구비하고 있어야 함은 물론이다.

제 1구조물탑재부(360)와 제 2구조물탑재부(370)는 도 3에 나타낸 바와 같이 하방개방부(326)를 사이에 두고 마주보고 배치되어 있으나, 경우에 따라, 하방개방 부(326)의 전방 또는 후방에서 이웃하게 배치되어 구성될 수도 있다.

그리고, 제 1프레임(320a) ~ 제 3프레임(320c)은 굽어진 철도상으로도 원활하게 주행할 수 있도록 철도 객차들에서와 같이 이웃하는 프레임과 상호 회동 가능케 연결되는 것이 바람직하며, 각 프레임이 서로 연결되는 부분의 수평프레임(322)은 승강수단(310)이 통과할 수 있도록 돌출되어 서로 밀착되거나 좁은 간격으로 배치될 수 있어야 되고, 단지 곡선로 통행 시 각 프레임 간 상대적인 회동에 방해되지 않도록 연결되는 끝단은 라운드 처리한 것이 바람직하다.

물론, 제 1구조물탑재부(360)와 제 2구조물탑재부(370)에 중량물을 이동시킬 수 있는 컨베이어 등의 구조물이동수단이 설치되어 있는 경우 제 1구조물탑재부(360)와 제 2구조물탑재부(370)는 일반대차에 설치될 수 있으며, 이 경우 그 대차는 제 3프레임(320c)과 분리 구성되어 다른 이동수단으로 이동될 수도 있음은 쉽게 이해될 수 있다. 이와 관련하여서는 뒤에서 더 자세히 설명된다.

이러한 철도크레인(300)에서는 인양 하중물이 양측 지지점 사이에 위치하기 때문에 일반 크레인에 비해 용량을 쉽게 키울 수 있고 또한 높이도 제 2상부구조물(100)과 그 하부에서 인부들이 작업할 수 있는 공간만 남겨두면 될 정도로 최대한 낮출 수 있으므로, 매우 안정적이라는 장점도 있다.

또, 한편으로는 교좌장치(20)의 교체가 필요한 경우, 교각의 높이, 제 2상부구조물의 높이와 무게 등을 고려하여 새로이 설치할 교좌장치를 준비한다(단계 1102). 기존에 설치된 교좌장치(20)를 그대로 이용하여도 되는 경우, 도 11h에서와 같은 새 교좌장치(180)를 준비할 필요는 없다. 하지만, 이 경우 제 2상부구조 물(100)의 무게에 따른 높이변화, 제 2상부구조물(100) 자체의 높이 등을 고려하여 제 2상부구조물(100)을 정밀하게 만들어야 하기 때문에 작업이 어렵고, 오차발생의 우려가 크다.

또, 교좌장치(20)의 교체가 필요한 경우, 교각(10) 상면 또는 교각(10) 측면에 도 11a ~ 도 11h에 나타낸 바와 같이 잭업장치(210)를 설치하여 열차의 통행에 지장을 초래하지 않는 범위 내에서 바람직하게는 3mm 범위 내에서 제 1상부구조물(60)을 인상시킨다(단계 1103). 교좌장치(20)의 교체와 관련하여서는 도 11a ~ 도 11h를 참조하여 뒤에서 더 자세히 설명한다.

그런 다음, 열차의 통행을 허용하면서 기존의 교좌장치(20)를 제거하고 새로이 준비한 교좌장치(180)를 교각(20) 상에 설치한다(단계 1104).

제 2상부구조물(100)을 철도크레인(300)의 제 2구조물탑재부(370)에 탑재한 상태에서 철도 레일(50)을 따라 교체가 필요한 철도교의 제 1상부구조물(60)이 있는 위치까지 철도크레인(300)을 이동시켜 도 4에 나타낸 바와 같이 위치시킨다(단계 1105). 철도크레인(300)이 열차 통행중지 직전의 마지막 열차를 뒤따라가면 열차의 통행중지시간을 최대한 단축할 수 있다.

상기 마지막 열차가 상기 교체하기 위한 철도교의 제 1상부구조물(60)을 통과한 이후에는 작업이 완료될 때까지 해당 노선에서의 열차운행을 중지시킨다. 그런 다음, 와이어(312)를 제 1상부구조물(60)에 연결한다. 와이어(312)의 제 1상부구조물(60)에의 연결은 미리 설치된 기초볼트를 이용하면 된다. 또 경우에 따라서는 여러 가닥의 와이어 또는 로프를 이용해 제 1상부구조물(60)을 둘러싸고 이들을 승강수단(310)의 와이어(312)에 연결하는 방식을 취하여도 된다. 이는 본 출원인의 특허출원 2004-77308호 도 13을 참조하면 알 수 있다. 물론, 다른 다양한 방식이 이용될 수 있다.

이 상태에서 제 1상부구조물(60)의 양단부근의 레일(50)을 산소절단기 등을 이용해 절단한다. 본 발명에서는 레일만 절단하여도 되기 때문에 철도교 상부구조물 교체작업이 신속하게 이루어질 수 있다. 레일(50)의 절단이 완료되면 승강수단(310)을 구동하여 도 5에 나타낸 바와 같이 제 1상부구조물(60)을 충분히 들어올린 다음 제 1구조물탑재부(360) 쪽으로 이동하여 도 6에 나타낸 바와 같이 제 1상부구조물(60)을 제 1구조물탑재부(360)에 내려놓는다(단계 1106).

제 1상부구조물(60)이 교각(10) 상에서 제거된 후에는 도 7에 나타낸 바와 같이 승강수단(310)을 제 2구조물탑재부(370) 쪽으로 이동시켜 와이어(312)를 제 2상부구조물(100)에 연결한 다음 제 2상부구조물(100)을 들어올린다. 그 후, 승강수단(310)을 제 1상부구조물(60)이 제거된 위치로 이동시킨 다음 제 2상부구조물(100)을 하강시켜 도 8에 나타낸 바와 같이 교각(10) 상의 교좌장치(180)에 안착시킨다(단계 1107).

그런 다음, 레일(50) 연결 등 마무리 작업을 하고, 철도크레인(300)을 철수시키면 철도교 상부구조물의 교체작업이 완료된다. 이후 열차의 운행을 허용한다(단계 1108).

앞에서 설명한 형태의 것 외에도, 제 1구조물탑재부(360)와 제 2구조물탑재부(370)에 컨베이어나 상부구조물이 쉽게 미끄러질 수 있는 미끄럼수단, 구조물을 탑재하여 이동할 수 있는 대차 또는 고무롤러 등을 설치하여 승강수단(310)이 제 1구조물탑재부(360)와 제 2구조물탑재부(370) 쪽으로는 이동하지 않고 구조물들을 이동시킬 수 있도록 구성할 수 있다. 물론, 이 경우에도 승강수단(310)의 도움이 있어야 한다.

즉, 승강수단(310)으로 교각에서 이탈시킨 제 1상부구조물(60)을 이동시켜 제 1상부구조물(60)의 일단이 제 1구조물탑재부(360)에 설치된 컨베이어 등에 탑재되도록 한 상태에서 컨베이어 등을 구동하여 제 1구조물탑재부(360)쪽으로 제 1상부구조물(60)을 이동시키면 된다. 물론, 제 1상부구조물(60)이 제 1구조물탑재부(360)에 절반 이상 탑재될 때까지는 승강수단(310)이 제 1상부구조물(60)의 일단을 잡아주어야 된다. 이렇게 하면 승강수단(310)이 제 1구조물탑재부(60) 쪽으로 이동하지 않아도 된다. 제 2구조물탑재부(370)에서 제 2상부구조물(100)을 내리는 것은 앞의 제 1상부구조물(60)을 제 1구조물탑재부(360)에 탑재하는 경우의 역순으로 하면 된다.

이와 같이 하는 경우 제 1구조물탑재부(360)와 제 2구조물탑재부(370)는 철도 크레인(300)에서 별도로 분리되어 다른 이동수단으로 이동될 수 있는 대차형태로 구성될 수 있다.

또, 경우에 따라서는 도 10에 나타낸 바와 같은 철도크레인(300)이 이용될 수 있다. 즉, 제 1구조물탑재부(360)와 제 2구조물탑재부(370)를 하방개구부(326)를 갖는 제 3프레임(320c)의 같은 측면에 이웃하게 배치하여 철도크레인(300)을 구성할 수 있다. 그리고, 제 1구조물탑재부(360)와 제 2구조물탑재부(370)의 위치는 서로 바뀔 수 있다.

나머지 사항을 앞에서 설명한 바와 같다. 이러한 철도크레인의 외형은 다양한 형태로 변형된 것이 이용될 수 있다.

도 11a∼도 11h를 참조하여 교좌장치의 설치과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 교각 상면에 잭업장치를 설치할만한 공간이 있는지, 그리고 교각(10)의 높이를 변경할 필요가 없는지를 판단한다. 이를 만족하는 경우 교각(10) 상면에 잭업장치(210)를 설치한다. 경우에 따라서는 교각(10)의 측면에 잭업장치를 설치할 수 있음은 물론이다. 그런 다음 설치한 잭업장치를 이용해 제 1상부구조물을 열차의 통행에 지장이 없는 범위 내에서, 예를 들면 약 1 ~ 3㎜의 범위 내에서 인상한 후 기존에 설치되어 있던 교좌장치를 제거한다.

교각(10) 높이를 변경할 필요가 없지만 잭업장치를 설치한만한 공간이 없는 경우, 교각(10)의 상단 부근 측면에 잭받침대(200)를 설치하고 그 위에 잭업장치(210)를 설치하고 제 1상부구조물(60a)을 열차의 통행에 지장이 없는 범위에서 인상 후 기존에 설치되어 있던 교좌장치(20)를 제거한다.

한편, 교각(10)의 높이를 높여야 하는 경우에는 상단 부근 측면에 잭받침대(200)를 설치하고 그 위에 잭업장치(210)를 설치한다.

잭받침대(200)의 설치과정은 도 11a에 나타낸 바와 같이 교각(10)의 측면에 구멍(12)을 뚫고, 교각(10)의 측면을 깨끗이 정리하고, 도 11b에 나타낸 바와 같이 쐐기부를 갖는 볼트(204)와 쐐기(206) 및 너트(208) 등을 이용하여 잭받침대(200)의 마찰판(202)을 교각(10)의 측면에 부착하여 고정하면 잭받침대(200)의 설치가 이루어진다.

그런 다음 잭업장치(210)를 잭받침대(200) 위에 탑재하고, 이를 이용해 열차의 통행에 지장이 없는 범위 내에서 도 11c에 나타낸 바와 같이 제 1상부구조물(60a)을 인상한 후, 도 11d에 나타낸 바와 같이 기존에 설치되어 있던 교좌장치(20)를 제거하고, 교각(10) 상면을 치핑 후, 도 11e와 도 11f에 나타낸 바와 같이 거푸집(220)을 설치하고, 철근, 앵커볼트 또는 앵커너트, 교좌장치(180)의 높이를 맞추기 위한 레벨링 볼트(222) 등을 설치 후에 레벨링 볼트(222) 위에 교좌장치(180)를 탑재한 상태에서 도 11g에서 알 수 있는 바와 같이 거푸집(220)에 무수축 콘크리트(224)를 타설하여 교각(10)의 높이를 높인다(단계 1334). 물론, 콘크리트로 교각(10)의 높이를 높게 설치하여 새로 설치된 콘크리트의 완전한 양생 후에 교좌장치(180)가 교각 상에 설치될 수도 있다.

교각(10)의 높이를 낮추어야 할 경우, 교각(10)의 높이를 고려하여 충분히 낮은 위치의 교각(10) 측면에 잭받침대(200)를 설치하고 그 위에 잭업장치(210)를 설치한다. 그 다음에 제 1상부구조물(60a)을 인상한 후, 기존의 교좌장치(20)를 제거하고, 교각(10) 상단을 절단하여 제거하여 교각(10)의 높이를 낮춘다.

상기와 같은 과정을 거친 후에 교각(10) 상에 새로운 교좌장치(180)를 설치하고, 설치부위의 콘크리트를 양생한다.

교좌장치(180)를 완전히 교체한 상태는 도 11h를 참고하면 알 수 있다.

도 12는 제 2상부구조물이 교각 상에 설치된 상태의 단면도이다.

도 12에 나타낸 바와 같이 교각(10) 상에 교좌장치(180)가 간격을 두고 설치 되고, 그 위에 슬라브를 갖는 콘크리트 박스형 제 2상부구조물(100)이 설치되어 있다. 슬라브를 갖는 콘크리트 박스형 제 2상부구조물(100)은 슬라브(110)와 중공부(122)를 갖는 하부 박스형 몸체(120)가 일체로 형성된 구조물 본체(102)와 슬라브(110) 상에 깔린 자갈(142)과 이 자갈(142) 위에 깔린 침목(160)과 침목(160) 상의 레일(170)을 포함하는 구성으로 이루어져 있다. 즉, 제 1상부구조물(60a)을 제 2상부구조물(100)로 교체 시공함에 따라 철도교의 일부가 무도상에서 유도상화 되었다.

도 12에 나타낸 슬라브를 갖는 콘크리트 박스형 제 2상부구조물(100) 외에 슬라브를 갖는 스틸박스형, 슬라브가 있는 피씨빔형, 슬라브가 있는 스틸플레이트형 상부구조물 등 다른 형태의 상부구조물이 사용될 수 있음은 물론이다.

도 13은 에프알피로 된 제 2상부구조물이 교각 상에 설치된 상태를 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이 교각(10) 상에 교좌장치(180)들이 간격을 두고 설치되어 있고, 이 교좌장치(180) 들 상에 에프알피로 된 제 2상부구조물(100a)이 탑재되어 있다.

도 13에 나타낸 제 2상부구조물(100a)은 역사다리꼴의 박스형 거더(110a)를 가지는 것을 나타낸 것이다. 이러한 박스형 거더(110a)의 내부는 비어 있으며, 내부 공간은 제 1구획부재(112a)들에 의해 복수의 제 1중공부(114a)들로 구획되어 있다. 이 박스형 거더(110a)는 에프알피 복합재로 되어 있다.

박스형 거더(110a) 상에 심재(136)가 설치되어 있는 에프알피 복합재로 되고, 내부가 제 2구획부(132)들에 의해 복수의 제 2중공부(134)들로 구획 된 슬라브, 즉 데크(130)가 설치되고, 그 위에 침목(160)이, 침목(160) 위에 레일(170)이 깔려있다.

데크(130)는 고리부재(192)와 체결구(194)를 통해 박스형 거더(110a)에 일체로 결합되어 있다. 데크(130) 양측 가장자리를 따라 방호벽(150)이 설치되어 있다. 이 방호벽(150) 역시 에프알피로 만든 것이 적당하다. 데크(130) 상에는 자갈(142)이 깔려 있고, 제 2중공부(134) 등에 흡음재(148)를 충전하여 사용하여도 된다.

흡음재(148)로는 석면이나 스티로폼 기타 기존에 알려져 있는 것을 사용하면 된다.

흡음재는 데크뿐만 아니라 거더나 방호벽의 내부에도 설치될 수 있음은 물론이다.

레일(170)이 복선으로 깔려있는 경우에는 데크(130)의 폭을 증가시키고, 박스형 거더(110a)를 2개 설치하여 사용할 수도 있고, 박스형 거더(110a)는 사다리꼴 단면모양, 4각단면모양으로 이용될 수도 있다.

도 13에서는 박스형 거더를 갖는 것을 나타내었으나, 피씨빔형 거더를 갖는 형태 등 다양한 다른 형태의 것이 이용될 수도 있음은 자명하다.

참고로, 에프알피 복합재는 섬유보강플라스틱(Fiber Reinforced Polymer)으로 만들어지는 재료의 총칭으로서, 에폭시, 폴리에스테르, 비닐에스테르, 페놀 등의 수지(resin)에 부가적인 강도나 특정 성능을 내기 위해 섬유(fiber) 시트 또는 섬유조직과 적층방식으로 하여 제조된다. 여기에 사용되는 섬유로는 유리섬유(E-Glass), 탄소섬유(Carbon fiber), 아라미드섬유(Aramid fiber) 등이고, 이들 섬유를 매트릭스(matrix)로 하여, 혼화제를 첨가하여 보강하여 만든다.

에프알피 복합재는 인장강도가 2000-4500 kg·f/㎠ 정도로 강재(steel)에 버금가는 강도를 가진다. 반면에 에프알피 복합재의 무게는 강재의 23% 정도 밖에 되지 않기 때문에 본 발명의 시공방법을 수행하는데 에프알피 복합재로 된 상부구조물이 가장 적합하다. 이 경우 콘크리트 또는 콘크리트와 강재의 혼합구성으로 된 구조물을 이용하는 경우에 비해 약 1/4 ~ 1/5정도의 용량을 갖는 크레인으로도 철도교 상부구조물의 교체작업을 수행할 수 있고, 또한 가볍기 때문에 신속한 작업이 가능하다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 철도교 상부구조물 교체 시공방법을 이용하는 경우 열차의 운행에 지장을 초래하지 않으면서도 철도교의 상부구조물을 신속하게 교체할 수 있다는 뛰어난 효과를 제공한다.

또, 본 발명의 시공방법을 이용하는 경우, 높이가 높은 대형 특수 크레인이 필요치 않고, 특히, 일반 크레인의 진입이 어려운 산악지역, 교각이 높은 철도교, 기타 물이 깊은 하천에 설치된 철도교 등의 상부구조물의 교체 시공에 매우 유리하다는 장점이 있다.

또, 철도크레인은 인양 하중물이 양측 지지점 사이에 위치하는 형태를 취하기 때문에 일반 크레인에 비해 큰 용량의 것을 쉽게 만들 수 있고 또한, 안정적이 라는 장점도 있다.

특히, 본 발명의 시공방법을 이용하는 경우, 철거할 제 1상부구조물의 레일만 절단하고 이탈시키면 되므로 철도교 상부구조물 교체작업이 매우 신속하고 수월하게 이루어질 수 있다.

그리고, 제 1상부구조물을 교각 하부쪽으로 내리지 않으므로 아래쪽에 도로가 있는 경우에도 차량통행에 방해가 되지 않는다는 이점도 있다.

제 2상부구조물이 작업여건이 양호한 전문 제작장에서 만들어질 수 있어 양호한 품질확보가 가능하고, 공기단축이 가능하다는 장점도 더 있다.

Claims (10)

1. 열차가 통행하는 철도교의 교각 상에 설치된 제 1상부구조물을 제 2상부구조물로 교체하기 위한 철도교의 상부구조물 교체 시공방법에 있어서,

   상기 철도교의 제원과 상기 제 2상부구조물에 요구되는 치수, 강도 등을 고려하여 상기 제 2상부구조물을 준비하는 단계;

   상기 제 1상부구조물과 상기 제 2상부구조물을 각각 승강시켜 이동시킬 수 있는 승강수단을 갖는 철도크레인을 준비하는 단계;

   상기 제 2상부구조물과 상기 철도크레인을 상기 제 1상부구조물이 있는 곳까지 철도를 통해 이동시키는 단계;

   상기 제 1상부구조물을 상기 교각상에서 제거하는 단계; 및

   상기 철도크레인을 이용해 제 2상부구조물을 이동시켜 상기 제 1상부구조물이 제거된 상기 교각 상에 상기 제 2상부구조물을 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도교 상부구조물 교체 시공방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2상부구조물은 제 2구조물탑재부를 갖는 상기 철도상의 이동수단을 통해 이동되고, 상기 철도크레인을 준비하는 단계에는 상기 제 1상부구조물과 상기 제 2상부구조물을 순서대로 승강시키면서 교체를 수행할 수 있게 상기 제 1상부구조물과 제 2상부구조물이 상하로 통과될 수 있도록 상기 철도교를 향해 하방으로 개방된 하방개방부를 구비하는 철도크레인을 준비하는 것을 특징 으로 하는 철도교 상부구조물 교체 시공방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 철도교에서 이탈된 제 1상부구조물은 제 1구조물탑재부를 갖는 철도상의 이동수단에 탑재되어 이동되는 철도교 상부구조물 교체 시공방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 철도크레인을 준비하는 단계에는 제 1구조물탑재부와 상기 제 2구조물탑재부가 하방개방부를 사이에 두고 양측에서 마주보고 배치되거나 상기 하방개방부의 전방 또는 후방에서 이웃하게 배치된 철도 크레인을 준비하는 것을 특징으로 하는 철도교 상부구조물 교체 시공방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 교각의 높이, 상기 제 2구조물의 높이와 무게 등을 고려하여 상기 교각 상에 설치되어 상기 제 2상부구조물을 받쳐줄 교좌장치를 준비하는 단계;

   상기 제 1상부구조물을 상기 열차의 통행을 허용하는 범위 내에서 인상하는 제 1상부구조물 인상단계; 및

   상기 제 1상부구조물 상으로 상기 열차의 통행을 허용하면서, 상기 교각 상에 구교좌장치가 있다면 이를 제거하고, 상기 준비한 교좌장치를 상기 교각 상에 설치하는 교좌장치 설치단계를 더 포함하고,

   상기 교각 상에 상기 제 2구조물을 설치하는 단계에는 상기 교각 상에 설치 된 교좌장치 상에 설치하는 것을 특징으로 하는 철도교 상부구조물 교체 시공방법.
6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 교각의 높이, 상기 제 2상부구조물의 높이와 무게 등을 고려하여 상기 교각 상에 설치되어 상기 제 2상부구조물을 받쳐줄 교좌장치를 준비하는 단계;

   상기 제 1상부구조물을 상기 열차의 통행을 허용하는 범위 내에서 인상하는 제 1상부구조물 인상단계; 및

   상기 제 1상부구조물 상으로 상기 열차의 통행을 허용하면서, 상기 교각 상에 구교좌장치가 있다면 이를 제거하고, 상기 준비한 교좌장치를 상기 교각 상에 설치하는 교좌장치 설치단계를 더 포함하고,

   상기 제 1상부구조물 제거단계에는 상기 제 1상부구조물의 양단부근 레일을 절단하여 상기 승강수단을 이용해 상기 제 1상부구조물을 상기 교각상에서 이탈시켜 상기 제 1구조물탑재부에 탑재하고,

   상기 교각 상에 상기 제 2구조물을 설치하는 단계에는 상기 제 2구조물탑재부에 있던 상기 제 2구조물을 상기 승강수단을 이용해 상기 교각 상에 설치된 교좌장치 상으로 이동시켜 설치하는 것을 특징으로 하는 철도교 상부구조물 교체 시공방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 제 1상부구조물 인상단계는 상기 교각 내부의 철근 배치상태를 탐사하 는 단계, 상기 교각의 측면에 탐사된 철근을 피해서 복수의 홈을 형성하는 단계, 상기 홈에 쐐기부를 갖는 볼트의 일단을 삽입하는 단계, 상기 볼트의 쐐기부에 쐐기부재를 결합하는 단계, 상기 볼트의 타단에 마찰판을 갖는 잭받침대를 결합하는 단계, 상기 볼트의 타단에 너트를 결합하여 상기 마찰판이 상기 교각의 측면에 가압되도록 하는 단계, 상기 잭받침대 상에 잭을 설치하는 단계 및 상기 잭으로 상기 제 1상부구조물을 들어올리는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교 상부구조물 교체 시공방법.
8. 중량물을 들어올려 필요한 위치로 이동시켜 내리기 위한 승강수단;

   상기 승강수단이 매달려 이동될 수 있는 이동로를 제공하는 수평프레임과 상기 수평프레임을 레일상에 지지하기 위한 지지프레임과 적어도 일측은 하방으로 개방된 하방개방부를 갖는 프레임;

   상기 프레임에 연결되고 제 1구조물의 탑재를 위한 제 1구조물탑재부;

   상기 프레임에 연결되고 제 2구조물의 탑재를 위한 제 2구조물탑재부; 및

   상기 프레임과 제 1구조물탑재부와 제 2구조물탑재부를 레일상에 지지하여 필요한 위치로 이동시킬 수 있도록 하기 위한 바퀴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도크레인.
9. 제 8항에 있어서, 상기 제 1구조물탑재부와 제 2구조물탑재부는 상기 하방개방부를 사이에 두고 마주보고 배치되거나 상기 하방개방부의 전방 또는 후방에서 이웃하게 배치되고, 상기 프레임은 상기 제 1구조물탑재부를 지지하는 제 1프레임, 상기 제 2구조물탑재부를 지지하는 제 2프레임, 상기 하방개방부가 배치되는 제 3프레임의 3부분으로 구분되어 형성되고, 상기 제 1프레임 ~ 제 3프레임은 이웃하는 프레임과 상호 회동 가능케 연결된 것을 특징으로 하는 철도크레인.
10. 제 8항에 있어서, 상기 제 1구조물탑재부와 제 2구조물탑재부는 상기 프레임에서 분리 가능한 대차형태로 설치되고, 상기 제 1구조물탑재부와 제 2구조물 탑재부에는 탑재된 중량물을 이동시키기 위한 구조물이동수단이 설치된 것을 특징으로 하는 철도크레인.

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