KR20080103664A - 진동차단 성능이 우수한 매립식 철도궤도 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동차단 성능이 우수한 매립식 철도궤도 구조에 관한 것으로, 좀더 자세하게는 철도궤도의 레일을 침목으로 단속적으로 궤도슬래브에 지지하는 대신 궤도슬래브에 레일이 설치될 홈통을 형성하여 레일을 매립하여 설치하는 철도궤도 구조에 관한 것이다.

본 발명은 레일이 설치될 부위에 레일 방향을 따라 홈통이 형성된 궤도슬래브(10), 상기 홈통에 설치되는 레일(20), 홈통에 레일을 설치한 후 홈통에 충진되는 탄성충진재(30), 홈통 속에서 레일의 위치를 조정하고 레일을 홈통의 측벽에 고정하는 수평조절장치(40), 레일 설치시 레일을 임시로 지지하는 받침판(50), 그리고 홈통에 충진되는 탄성충진재의 량을 절감하기 위한 동공파이프(60)로 구성된다.

본 발명은 탄성 재료에 의하여 레일이 궤도슬래브와 완벽하게 분리되므로 아주 높은 진동차단성능을 가지고, 부속구조물인 받침판, 수평조절장치, 동공파이프 등의 구조가 단순하므로 제작이 용이하고 제작비용이 저렴하고, 하중과 진동이 레일의 하부 전면에 분산되므로 구조적으로 아주 안전하고, 진동과 소음의 발생이 적고, 열차 바퀴와 레일의 마모가 적고, 유지보수가 용이하다.

철도, 궤도, 레일, 매립식, 진동, 탄성충진재

Description

진동차단 성능이 우수한 매립식 철도궤도 구조{Fill up Type Rail Structure Having Good Vibration Isolation Efficiency}

도 1은 본 발명인 매립식 철도궤도 구조의 전체 구성도이다.

도 2는 본 발명인 매립식 철도궤도 구조의 주요부위의 단면도이다.

도 3은 수평조절장치의 상세 단면도이다.

도 4는 받침판의 사시도이다.

도 5는 별도의 방진패드를 사용한 매립식 철도궤도 구조의 단면도이다.

※ 주요 구성품 번호

10 : 궤도슬래브, 20 : 레일, 30 : 탄성충진재

40 : 수평조절장치, 50 : 받침판, 60 : 동공파이프

70 : 방진패드

본 발명은 진동차단 성능이 우수한 매립형 철도궤도 구조에 관한 것으로, 좀더 자세하게는 철도궤도의 레일을 침목으로 단속적으로 궤도슬래브에 지지하는 대 신 궤도슬래브에 레일이 설치될 홈통을 형성하여 레일을 매립하여 설치하는 철도궤도 구조에 관한 것이다.

통상적으로 철도의 레일은 자갈 도상 또는 콘크리트 궤도슬래브 위에 단속적으로 침목을 설치하고, 고정볼트, 스프링클립 등의 레일고정장치를 이용하여 레일을 침목에 고정하는 방식을 취하고 있다. 이 경우 아주 중량물인 열차의 바퀴가 침목 위를 순차적으로 통과하면서 침목에 일정 주기로 큰 힘을 가하여 진동이 유발되고, 이 진동이 침목과 궤도슬래브를 통하여 주변지역으로 전파되어 구조물의 파손, 주변 정밀 기기의 작동 방해, 구조전달음(Structure Borne Noise) 발생 등 각종 진동관련 문제를 유발한다. 그 이외에도 레일 이음매를 바퀴가 통과할 때 발생하는 충격성 진동이 상기와 같은 전파경로를 통하여 주변으로 전달되어 진동과 함께 소음문제를 유발한다. 그리고 레일과 침목 사이의 타격음, 레일 자체의 진동에 의한 구조소음 등이 발생하여 소음공해를 유발한다. 이러한 철도의 진동과 소음 문제는 역사건물, 교량, 터널 등에서 더욱 심각한 문제를 야기한다.

그리고 열차의 바퀴가 침목과 침목 사이를 지날 때, 레일이 휘게 되고, 이에 따라 열차의 바퀴와 레일 사이의 접촉이 일정하지 않아 바퀴와 레일의 마모가 크다. 이와 같은 열차의 바퀴 또는 레일의 마모는 그 자체로도 큰 문제가 되지만, 이로 인하여 큰 소음과 진동이 발생하여 문제가 된다. 또한 레일이 휨에 따라 침목 위의 레일고정 부위에서 마찰이 발생하여 레일의 마모와 함께 소음이 발생하고, 레일고정장치에 큰 하중이 가해져서 하여 레일고정장치가 파손되거나 풀리는 경우가 빈번하게 발생한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 레일과 침목 사이, 침목과 궤도슬래브 사이, 또는 궤도슬래브와 건축 구조체 사이 등에 금속스프링, 방진고무 등의 탄성체를 설치하여 진동의 전달을 완화하는 방법이 시도되고 있다. 그러나 충분한 정도로 진동을 차단하려면 상기 방진 재료의 스프링상수(=하중/변위)가 충분히 낮아야 하는데, 이 경우 열차가 통과할 때 가해지는 큰 하중에 의하여 큰 변위가 발생하여 열차의 주행 안전성이 문제가 된다. 따라서 열차의 안전한 주행을 위해서는 턴성체로 지지되는 레일의 변위가 일정 범위 내로 제한되어야 하고, 따라서 진동 차단 성능도 제한적이다. 그리고 이러한 방법에서도 열차의 바퀴가 침목과 침목 사이를 지날 때, 레일이 휘는 문제는 해결되지 않는다.

상기와 같은 진동차단 방법의 문제점을 극복하기 위하여, 궤도 슬래브의 레일이 설치될 부위에 홈통을 을 형성하고, 레일의 하부를 이 홈통 속에 설치한 다음 두 레일의 간격을 정확하게 조정한 후, 홈통에 폴리우레탄 등의 탄성 재료를 충진하여 레일을 매립하는 방법이 개발되었다.

상기와 같은 매립식 궤도구조의 경우, 단속적으로 설치되는 침목이 없으므로 열차의 바퀴가 레일을 통과하더라도 궤도슬래브에 주기적으로 가해지는 힘이 없어서 진동의 발생이 적고, 레일의 이음매를 바퀴가 통과할 때 발생하는 등의 충격성 진동은 탄성 재료에 의하여 쉽게 차단되고, 레일의 하부 전체가 탄성체에 접하고 있어서 탄성체가 진동 댐핑재(Damping Material)로 작용하여 레일 자체의 진동이 현저히 저감되므로 구조소음의 발생이 적어 철도진동과 소음의 저감에 아주 효과적이다. 또한 열차의 바퀴가 레일 위를 주행할 때 레일이 휘는 정도가 작아 레일과 열차 바퀴의 마모가 적고, 레일체결장치가 없으므로 유지보수가 용이하다.

그러나 상기와 같은 종래의 매립식 궤도구조의 경우, 레일 설치시 레일 간격을 일정하게 조정하고, 열차 주행시 레일 간격이 벌어지는 것을 방지하기 위하여 일정 간격(1 내지 2미터)으로 고정블록을 설치하는데. 이 고정블록은 정밀한 간격조정이 가능하여야 하므로 구조가 아주 복잡하고, 생산원가가 높고, 시공이 어려운 등의 문제점이 있을 뿐만 아니라, 레일의 진동이 이 고정블록 부위를 통하여 궤도슬래브로 전달되는 것은 차단할 수가 없는 문제점이 있다.

종래의 매립식 궤도구조는 철도진동 및 소음의 저감에 아주 효과적이고 유지보수가 용이한 장점이 있으나, 종래의 매립식 궤도구조는 상기한 바와 같이 많은 문제점이 있는바, 레일을 안전하게 고정하고, 구조가 간단하여 저렴하게 생산할 수 있고, 시공이 용이하고, 레일의 진동이 궤도슬래브로 전달되는 것을 차단할 수 있는 새로운 방식의 매립식 궤도구조가 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결한 매립식 궤도구조에 관한 것이다.

진동차단 성능이 우수한 매립식 철도궤도 구조는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 레일이 설치될 부위에 레일 방향을 따라 홈통(11)이 형성된 궤도슬래 브(10), 상기 홈통(11)에 설치되는 레일(20), 레일(20)이 설치된 홈통(11)에 충진되는 탄성충진재(30), 홈통(11) 속에서 레일(20)의 위치를 조정하고 레일(20)을 홈통의 측벽에 고정하는 수평조절장치(40), 그리고 레일(20) 설치시 레일을 임시로 지지하는 받침판(50)을 포함하여 구성된다. 그리고 홈통(11)에 충진되는 탄성충진재(30)의 량을 절감하기 위한 동공파이프(60)가 사용될 수 있다.

궤도슬래브(10)는 통상의 철도의 궤도슬래브와 동일하게, 다져진 노면 또는 건축물의 슬래브 상면에 콘크리트로 형성된다. 이 궤도슬래브의 레일(20)이 설치될 자리에는 레일의 길이 방향으로 레일의 하부 플랜지의 폭보다 다소 넓은 폭과 레일(20)의 상단이 열차의 바퀴가 활주하는데 지장이 없을 만큼 노출될 수 있는 깊이를 가지는 홈통(11)이 형성된다.

레일(20)은 통상의 철도궤도에 사용되는 레일과 동일하다.

탄성충진재(30)는 시공시에는 액체상태를 유지하다가 시공 후에는 굳어서 탄성체가 되는 재료로서, 열차가 주행할 때 레일을 안전하게 고정할 수 있을 정도의 하중 지지력을 가진 탄성재료를 사용한다. 탄성충진재(30)로는 실리콘 고무, 발포 폴리우레탄 등이 사용될 수 있다.

수평조절장치(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 일단에 나사가 형성된 조절핀(41), 상기 조절핀(41)의 나사부가 삽입되는 나사구멍을 가진 고정편(42), 상기 조절핀(41)의 끝단에 씌워지는 조절핀캡(43), 그리고 상기 고정편(42)의 끝단에 씌워지는 고정편캡(44)로 구성된다. 이 수평조절장치(40)는 시공시에 레일(20)의 좌우에서 레일(20)의 수직부인 웹(Web)과 상기 홈통(11)의 측벽 사이에 수평으로 설 치되고, 고정편(42)을 회전하지 못하게 잡은 상태에서 조절핀(41)을 돌리면 나사에 의하여 조절핀이 고정편속으로 들어가거나 빠져나올 수 있어서 레일의 수평위치를 조절할 수 있게 한다. 조절핀과 고정편의 몸통 외면에는 스패너 등의 공구로 잡거나 돌릴 수 있게 공구자리를 형성하는 것이 좋다. 조절핀(41)으로는 시판되는 볼트를 사용하여도 무방하다.

조절핀캡(43)과 고정편캡(44)은 방진고무 등의 탄성재료를 몰딩하여 제작하고, 바닥부위를 일정한 두께로 하여야 레일의 진동이 수평조절장치(40)를 통하여 궤도슬래브(10)로 전달되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다. 진동이 크게 문제가 되지 않는 구조물일 경우에는 원가 절감을 위하여 이 조절핀캡(43)과 고정편캡(44)을 생략할 수도 있다.

상기 수평조절장치(40)는 시공시에는 레일의 위치를 정확히 조절할 수 있게 하고, 시공 후에는 상기 탄성충진재(30)와 함께 열차가 주행할 때 레일이 횡방향으로 밀리는 것을 구속하여 주는 기능과 함께 레일의 진동이 궤도슬래브(10)로 전달되는 것을 차단하는 기능을 한다.

받침판(50)은 도 4에 도시한 바와 같이, 일정 두께를 가진 판에 레일의 하부가 삽입될 수 있는 레일홈(51)이 형성되어 있는 형상으로 제작된다. 궤도슬래브(10)가 수평인 곳에 사용되는 받침판은 (a)와 같이 양측의 측부(52)가 같은 높이로 제작되지만, 커브구간 등에서와 같이 궤도슬래브가 경사가 진 곳에 사용되는 것은 (b)와 같이 한쪽 측부(52)를 높게 제작하여, 시공시 액상의 탄성충진재(30)가 낮은 곳으로 넘쳐 흐르지 않게 한다. 측부(52)에는 하기 동공파이프(60)가 관통하 는 관통공(53)이 있다.

받침판(50)은 레일을 따라 일정 간격으로 설치되는데, 시공시에는 레일(20)을 홈통(11)의 바닥과 일정 간격으로 이격시켜 레일의 하부에 탄성충진재(30)가 스며들 수 있게 하고, 오르막 또는 내리막과 같이 선로가 경사진 곳에서는 탄성충진재(30)가 낮은 곳으로 흘러내리는 것을 방지하고, 하기 동공파이프(60)가 탄성충진재(30)의 부력에 의하여 떠오르는 것을 방지한다.

받침판(50)의 재료로는 방진고무, 고밀도 스티로폼 등이 진동의 차단에 유리하나, 진동이 크게 문제가 되지 않는 구조물인 경우에는 목재, 합성수지 등을 사용할 수도 있다.

동공파이프(60)는 일정 직경을 가진 PVC 파이프 등의 파이프로서, 홈통(11)에 충진되는 고가의 탄성충진재(30)의 량을 절감하게 한다. 탄성충진재의 가격이 저렴하여 탄성충진재의 량을 절감한 비용이 본 동공파이프(60)의 가격과 시공비를 합한 액수보다 적을 경우 동공파이프(60)를 생략할 수 있다.

상기와 같은 구성을 가진 매립형 철도궤도 구조의 시공은 다음과 같이 한다.

먼저 궤도슬래브(10)에 레일이 놓일 자리를 따라 두 줄로 홈통(11)을 형성한다. 이 홈통(11)은 궤도슬래브 콘크리트를 타설할 때 거푸집을 설치하여 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 레일(20)에 일정간격으로 받침판(50)을 끼운 다음, 받침판이 끼워진 레일을 크레인 등의 장비를 이용하여 상기 궤도슬래브의 홈통(11)에 안착시킨다.

그 다음으로, 레일(20)의 웹과 좌우 양측의 홈통(11)의 측벽 사이에 수평조절장치(40)를 설치하고, 조절핀(41)을 돌려 레일의 위치를 정확히 조절한다. 만약 홈통(11)의 위치와 크기가 정밀하지 않아 받침판(50)의 측면과 홈통(11)의 벽 사이에 틈새가 생기면 이 틈새를 밀봉재를 이용하여 밀봉을 하고, 받침판(50)의 측면과 홈통(11)의 간격이 좁아 서로 간섭을 일으키면 받침판(50)의 측면 일부를 절단해 낸다.

그 다음으로 받침판(50)의 관통공(53)에 동공파이프(60)를 끼우고, 서로 연결한다.

그 다음으로 홈통(11)에 액상의 탄성충진재(30)를 홈통(11)의 높이만큼 충진한다. 탄성 충진재는 홈통속에서 레일(20)의 하면과 측면에 빈틈없이 스며들어서 시간이 경과 함에 따라 경화되고, 레일의 하부가 경화된 탄성충진재(30)에 감싸여 래일이 궤도슬래브(10)에 매립된 형태가 된다. 레일 위로 열차가 지나갈 경우 열차의 하중은 대부분 레일 하면의 탄성충진재(30)가 지지하게 되고, 레일은 탄성체인 경화된 탄성충진재(30)에 의하여 궤도슬래브(10)와 완전히 분리되므로 열차 주행시 발생하는 레일의 진동이 궤도슬래브(10)로 전달되는 것이 상당량 저감된다.

본 발명인 매립형 궤도구조에서, 받침판(50)을 방진고무 등의 탄성재료로 제작하고 수평조절장치(40)에도 탄성체인 방진고무 등으로 제작된 조절핀캡(43)과 고정편캡(44)을 사용할 경우, 레일(20)은 궤도슬래브(10)와 완벽하게 분리되므로 아주 높은 진동차단성능을 가진다.

하중 지지력이 낮은 저렴한 탄성충진제(30)를 사용할 경우에는 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 홈통(11)의 바닥에 레일과 열차의 하중을 지지하는데 충분한 하중지지력을 가지는 방진패드(70)를 설치한다. 이 경우, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 좌우 두 부분으로 나누어진 받침판(50-1)을 각각 제작하여, 이를 레일의 좌우측면에 부착하는 방법으로 사용한다.

본 발명인 진동차단 성능이 우수한 매립형 철도궤도 구조는, 탄성재료에 의하여 레일이 궤도슬래브와 완벽하게 분리되므로 아주 높은 진동차단성능을 가진다.

본 발명에 사용되는 부속구조물인 받침판, 수평조절장치, 동공파이프 등의 구성품은 구조가 아주 단순하므로 제작이 용이하고, 제작비용이 저렴하고, 시공이 간편하다.

본 발명은 특수하게 설계된 수평조절장치를 적용하여 레일의 위치조정이 아주 용이하다.

본 발명의 매립형 철도궤도 구조에서는, 열차가 레일 위로 주행할 때 유발되는 하중과 진동이 레일의 하부 전면에 분산되므로 구조적으로 아주 안전하고 진동의 전덜이 적다. 그리고, 침목이 없으므로 철도진동의 가장 큰 원인인 열차의 바퀴가 궤도슬래브 면에 반복적으로 가하는 진동 가진력이 발생하지 않으므로 철도진동의 발생이 아주 적다.

본 발명의 매립형 철도궤도 구조에서는, 침목이 사용되지 않으므로 열차의 바퀴가 레일을 지날 때 레일이 휘는 정도가 작고, 이에 따라 열차의 바퀴와 레일 사이의 접촉이 일정하여 바퀴와 레일의 마모가 적고, 이에 따른 소음과 진동의 발생이 적다. 그리고 본 철도궤도 구조에서는 레일고정장치가 없으므로, 레일고정장치로 인한 문제점이 발생할 소지가 아예 없고, 따라서 유지보수가 용이하고 유지보수비용이 적게 소요된다.

Claims (4)

1. 레일이 설치될 부위에 레일의 방향을 따라 홈통(11)이 형성된 궤도슬래브(10);

   궤도슬래브의 홈통(11)에 설치되는 통상의 레일(20);

   상기 홈통(11)에 상기 레일(20)을 설치한 후 잔여 공간에 충진하는 탄성충진재(30);

   상기 홈통(11)의 측벽과 레일(11)의 웹 사이에 레일의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 설치되는 것으로서, 일단에 나사가 형성된 조절핀(41)과, 상기 조절핀(41)의 나사가 삽입되는 나사구멍을 가진 고정편(42)으로 구성되어, 레일의 위치조정이 가능 한, 다수 개의 수평조절장치(40);

   그리고, 일정 두께를 가진 판 형태이고, 레일의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 설치되는 것으로서, 상기 레일(20)의 하부가 끼워지는 레일홈(51)이 형성되어 있는, 다수 개의 받침판(50);

   을 포함하여 구성되는, 매립형 철도궤도 구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수평조절장치(40)는, 방진고무를 포함한 탄성재료로 제작되는 것으로서 상기 조절핀(41)의 끝단에 씌워지는 조절핀캡(43)과, 상기 조절핀캡과 동일한 재료로 저작되는 것으로서 상기 고정편(42)의 끝단에 씌워지는 고정편캡(44)을 추가로 구비한 수평조절장치(40)로서,

   수평조절장치(40)를 통하여 진동이 전달되는 것을 저감시킬 수 있는 구조인 것을 특징으로 하는, 매립형 철도궤도 구조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 매립형 철도궤도 구조는, 홈통(11)의 바닥에 설치되는 방진패드(70)를 추가로 구비하고;

   상기 받침판(50)은 바닥부위가 없고, 좌우 양측의 측부(52)가 두 조각으로 분리되어 제작되는 받침판(50-1)인 것을 특징으로 하는, 매립형 철도궤도 구조.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 받침판(50, 50-1)은 양측의 측판(52)에 하기 동공파이프(60)가 관통할 수 있는 관통공(53)이 추가로 구비된 받침판(50)이고;

   상기 받침판(50)의 관통공(53)에 끼워져서 서로 연결되어, 레일(20)과 나란히 설치되는 하나 이상의 동공파이프(60)를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는, 매립형 철도궤도 구조.

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