KR20160012488A - 철도용 자갈도상의 안정화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도용 침목을 받치고 있는 자갈 도상에 액상 폴리우레탄을 충전함으로써 자갈도상의 유지 및 보수작업을 용이하게 하기 위한 철도용 자갈도상의 안정화 방법에 관한 것이다. 그의 구성은; 노반(1) 위에 일정한 두께로 자갈도상(3)이 배설되고, 자갈도상(3) 위에 침목(5)과 레일(7)이 설치되는 철도차량의 레일구조에 적용하는 것으로서; 폴리우레탄 수지(9)를 자갈도상(3)의 일부 구역에만 주입하여 경화시키되; 상기 폴리우레탄 수지(9)의 주입 구역은 침목이 설치된 부분을 포함하도록 하며, 평면상 "

"의 기본 형태가 일방향으로 연속되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

철도용 자갈도상의 안정화 방법{Method For Stabilizing Ballast Track For Railroad}

본 발명은 철도용 자갈 도상에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 철도용 침목을 받치고 있는 자갈 도상에 액상 폴리우레탄을 충전하여 자갈 간 접착을 통해 전단강도를 크게 하여 도상을 안정화시킴으로써 유지보수없이 궤도의 사용연한을 유지할 수 있도록 하는 철도용 자갈도상의 안정화 방법에 관한 것이다.

철도용 선로에는 노반과 침목 사이에 도상이 개입되어 있는데, 이것은 침목에 전달되는 하중을 분산, 완충시키는 작용을 하며 침목을 안정적으로 지지하기 위하여 사용된다. 자갈로 이루어진 도상을 자갈도상이라 하며 종래 일반적으로 사용되어 왔다. 그러나 자갈도상의 경우, 오랜 사용에 의해 또는 외부의 작용에 의해 자갈이 비산되거나 깨지는 경우가 종종 생기게 된다. 이러한 현상은 레일의 침하를 일으키는 중대한 문제가 되므로 관리자는 주기적으로 점검을 하여야 한다. 오래된 자갈도상은 소음진동도 처음과 달리 증가하게 되어 이에 따른 자갈도상의 유지보수비가 과대하게 소요되는 단점이 있다.

다만 자갈도상의 이러한 단점을 보완하기 위하여, 나아가 자갈도상을 안정화시킴으로써 유지보수의 부담을 덜고자 하는 노력이 있었는데, 그중 하나가 합성수지를 자갈도상에 부여하여 경화시킴으로써 자갈 사이를 수지의 부착력을 이용하여 결속시키는 것이다. 많이 사용되는 수지로는 폴리우레탄수지가 있다. 대한민국 특허출원 제10-2005-0093082호, 제10-2008-7020234호가 이의 예라 할 수 있다. 이 방식은 유지보수비용은 막대히 증가되지만, 초기시공비가 저렴하다는 면에서 널리 사용되고 있다.

종래 도상안정재는 자갈도상 표면에 도포되어 표면자갈의 비산을 방지하는 것으로 자갈도상을 고결화하는 방법은 아니다. 결국에는 자갈내부 간 접촉부가 파쇄되고 도상이 침하되어 선로변형이 발생하는 것은 마찬가지이며, 결국 자갈도상 자체의 유지보수가 이루어져야 한다.

대한민국 특허출원 제10-2005-0093082호 대한민국 특허출원 제10-2008-7020234호

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 자갈입자를 견고히 잡아줄 수 있는 폴리우레탄 수지를 이용하여 경제성 확보를 위해 전체 도상이 아닌 힘의 작용영향선상에 있는 자갈을 지반에서 침목사이의 자갈을 근본적으로 고결화함으로써 도상 및 선로의 변형이 발생하지 않도록 하여 사용연한까지 유지보수 없이 궤도를 안정적으로 사용하는 것을 제공하는데 있다.

위와 같은 목적은, 노반 위에 일정한 두께로 자갈도상이 배설되고, 자갈도상 위에 침목과 레일이 설치되는 철도차량의 레일구조에 적용하는 것으로서;

폴리우레탄 수지를 자갈도상의 일부 구역에만 주입하여 경화시키되;

상기 폴리우레탄 수지의 주입 구역은 침목이 설치된 부분을 포함하도록 하며, 평면상 "

"의 기본 형태가 일방향으로 연속되도록 하는 것을 특징으로 하는 철도용 자갈도상의 안정화 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 목적은, 노반 위에 일정한 두께로 자갈도상이 배설되고, 자갈도상 위에 침목과 레일이 설치되는 철도차량의 레일구조에 적용하는 것으로서;

폴리우레탄 수지를 자갈도상의 일부 구역에만 주입하여 경화시키되;

자갈도상의 군데군데에 지면에 수직방향으로 천공하여 주입홀을 형성하는 제1단계; 측벽에 원주방향을 따라 다수의 노즐공이 마련된 주입관을 상기 주입홀에 꽂는 제2단계; 상기 주입관을 통해 액상의 폴리우레탄 수지를 압력을 가해 주입함으로써 상기 노즐공을 통해 액상 안정재가 분출되어 상기 자갈도상의 공극에 충전되도록 하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도용 자갈도상의 안정화 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 목적은, 노반 위에 일정한 두께로 자갈도상이 배설되고, 자갈도상 위에 침목과 레일이 설치되는 철도차량의 레일구조에 적용하는 것으로서;

폴리우레탄 수지를 자갈도상의 일부 구역에만 주입하여 경화시키되;

경화시간이 서로 다른 2종 이상의 액상의 폴리우레탄 수지를 준비하는 제1단계;

경화시간이 가장 느린 제1폴리우레탄 수지를 주입하여 경화시키는 제2단계;

경화시간이 상기 제1폴리우레탄 수지다 짧은 제2폴리우레탄 수지를 상기 자갈도상의 군데군데에 점 형태로 주입하는 제3단계 폴리우레탄 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도용 자갈도상의 안정화 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 경화시간이 상기 제2폴리우레탄 수지보다 짧은 제3폴리우레탄 수지를 상기 제2폴리우레탄 수지가 주입된 영역을 포함하는 영역의 표면에 도포하는 제4단계를 더 포함할 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 자갈도상의 일부 구역에만 폴리우레탄 수지를 투여하기 때문에 폴리우레탄 수지의 소모량을 줄일 수 있고, 도상 안정화 작업을 짧은 시간에 수행할 수 있게 된다. 따라서 경제적이며 효과가 높은 철도용 자갈도상의 안정화 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 철도용 레일의 평면 구성도이다.
도 2(a)는 도 1의 A-A선을 따라 취한 철도용 레일의 단면도이고, 도 2(b)는 도 1의 B-B선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 철도용 레일의 평면 구성도이다.
도 4(a)(b)(c)는 본 발명의 다른 실시예에 의한 도상 안정화방법을 단계별로 표현한 자갈도상의 단면구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 주입관의 사시도이다.
도 6(a)(b)(c)은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 도상 안정화방법을 단계별로 표현한 자갈도상의 단면구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다.

본 발명이 적용되는 철도용 레일은 기본적으로 노반(1), 노반(1) 위에 일정 두께로 깔린 자갈도상(3), 상기 자갈도상(3)의 상면에 설치되는 침목(5) 및 침목(5) 위에 설치되는 레일(7)로 구성된다.

본 발명에 의하면 폴리우레탄 수지(9)를 자갈도상의 일부 구역에만 주입하여 경화시키며, 여기서 여러 방법이 이용될 수 있다.

도 1 내지 도 2(a)(b)는 그 첫 번째 예로서 이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 실시예를 설명한다. 폴리우레탄 수지(9)의 주입 구역은 해칭으로써 영역으로 표현되고 있다.

본 실시예에 의하면, 폴리우레탄 수지(9)의 주입 구역은 도 1에 도시된 바와 같이 침목(5)이 설치된 부분을 포함한다. 또한 폴리우레탄 수지(9)는 평면상 "

"의 기본 형태가 좌우 방향으로 연속된 형태를 갖도록 주입 내지 도포된다. 즉 폴리우레탄 수지(9)로 하여금 격자구조를 갖도록 도포하는 것이다.

좀더 바람직하게는 폴리우레탄 수지(9)가 충전되는 구역은 1쌍으로 구성된 레일(7)을 따라 레일(7)의 저부에 충전되는 종방향충전대(9a)와, 상기 종방향충전대(9a)를 서로 연결하도록 상기 레일을 따라 일정한 간격을 두고 마련되는 횡방향충전대(9b)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

레일(7)을 통해 전달되는 충격이 가장 크게 작용하는 부위에 집중적으로 폴리우레탄 수지를 주입하는 것이 본 실시예의 핵심이라 할 수 있다. 하중의 분포를 역학적으로 해석하여 하중에 취약한 구역을 선택한 다음 해당 구역에 집중적으로 폴리우레탄 수지를 부여할 수 있다. 따라서 레일이나 운전차량의 종류에 따라 폴리우레탄 수지의 부여 구역을 달리 할 수도 있을 것이다.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 본 실시예는 이하 설명되는 복수의 단계로 구성된 방법에 관한 것이다. 본 방법에 있어서 폴리우레탄 수지를 자갈도상의 일부 구역에만 주입하여 경화시키는 점에는 이전 실시예와 다름없다. 다만 폴리우레탄 수지가 평면상 선형으로 분포된 이전 실시예와 달리 본 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이 평면상 점(dot)형태로 폴리우레탄 수지가 공급된다. 이하 도 4를 참조하여 도상 안정화 방법을 단계적으로 설명한다.

제1단계는, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 자갈도상의 군데군데에 지면에 수직방향으로 천공하여 주입홀(11)을 형성하는 것이다. 주입홀(11) 간의 이격 간격은 일정한 것이 바람직하다. 그 간격의 구체적인 수치는 경우에 따라 조금씩 다를 수 있다. 주입홀(11)은 드릴과 같은 천공장비를 이용하여 마련될 수 있다. 주입홀(11)의 깊이는 자갈도상(3)의 두께에 준하면 될 것이다.

제2단계는, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 측벽에 원주방향을 따라 다수의 노즐공(13)이 마련된 주입관(15)을 주입홀(11)에 꽂아 넣는 단계이다. 주입관(15)의 길이는 자갈도상(3)의 두께 이상이며 내경은 15 ~ 30mm가 적당하다. 노즐공(13)은 주입관(15)의 측벽 전체에 걸쳐 고르게 타공된다. 노즐공(13)의 직경은 5 ~ 10mm가 적당하다. 그러나 이러한 수치 역시 예시에 불과하므로 본 발명의 권리범위를 제한하지는 못한다.

제3단계는 주입관(15)을 통해 액상의 폴리우레탄 수지(9')를 압력을 가해 주입함으로써 노즐공(13)을 통해 폴리우레탄 수지가 분출되어 자갈도상(3)의 공극에 충전되도록 하는 단계이다(도 4(c) 참조).

이와 같은 단계를 거치게 되면, 도 4(c)에 도시된 바와 같이 폴리우레탄 수지(9')가 주입홀(11)을 중심으로 하여 신체의 혈관과 유사한 방식으로 자갈도상(3) 내부에 분포되면서 경화되게 된다. 이 역시 적은 분량으로써 효과적으로 도상안정재(9')를 자갈도상에 부여하는 방법이 된다.

이하 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 자갈도상 안정화방법을 설명한다. 본 실시예 역시 자갈도상(3)에 부분적으로 폴리우레탄 수지(9)를 부여하는 방법에 관한 것이다.

본 방법에 의하면 경화시간이 서로 다른 2종 이상의 액상의 폴리우레탄 수지(9)를 준비하는 제1단계가 선행된다. 본 실시예에 의하면 경화시간이 서로 다른 3종의 폴리우레탄 수지(9)가 준비된다.

도 6(a)는 제2단계가 시행된 상태를 나타내는 것으로서 경화시간이 가장 느린 제1폴리우레탄 수지(9a)를 주입하여 경화시킨 상태이다. 제1폴리우레탄 수지(9a)는 자갈도상의 공극을 따라 흘러내린 다음 자갈도상(3)의 밑바닥에 가라앉은 상태에서 경화되게 될 것이다. 경화시간이 충분히 길기 때문이다.

이후 경화시간이 빠른 제2폴리우레탄 수지(9b)가 부분적으로, 즉 도 1의 선형태나 도 3의 점형태로 부여되는 제3단계가 후속된다. 그러면 제2폴리우레탄 수지(9b)는 중력에 의해 자갈도상 공극을 따라 흘러내리는 중에 경화되어 도 6(b)과 같이 기둥의 형태가 되도록 경화될 것이다.

이후, 필요에 따라 경화시간이 제2폴리우레탄 수지(9b)보다 짧은 제3폴리우레탄 수지(9c)를 제2폴리우레탄 수지(9b)가 투입된 영역을 포함하는 영역에 도포하는 제4단계를 더 포함할 수 있다. 그렇게 되면 자갈도상은 도 6(c)에 도시된 바와 같은 단면 형태를 가질 수 있게 된다. 본 실시예는 폴리우레탄 수지(9)가 입체적으로 부분 주입된 경우를 예시하고 있다.

액상 폴리우레탄의 경화시간은 경화제의 종류 또는 경화제의 배합량 등에 따라 당업자에 의해 조절이 가능하다. 자갈도상의 수분함량, 온도, 자갈의 입도, 자갈의 공극 등 여러 가지 상황에 따라 경화속도를 조절할 필요도 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 위에 설명된 3가지 실시예가 필요에 따라 혼합되어 시행될 수 있다. 이들의 조합된 각각의 경우에 대한 구체적인 도시와 설명은 이를 생략한다. 다만 이들 조합은 모두 본 발명의 권리범위에 있는 것이다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

1 : 노반 3 : 자갈도상
5 : 침목 7 : 레일
9, 9; : 폴리우레탄 수지 11 : 주입홀
13 : 노즐공 15 : 주입관

Claims (4)

1. 노반 위에 일정한 두께로 자갈도상이 배설되고, 자갈도상 위에 침목과 레일이 설치되는 철도차량의 레일구조에 적용하는 것으로서;
   폴리우레탄 수지를 자갈도상의 일부 구역에만 주입하여 경화시키되;
   상기 폴리우레탄 수지의 주입 구역은 침목이 설치된 부분을 포함하도록 하며, 평면상 "

   

   "의 기본 형태가 일방향으로 연속되도록 하는 것을 특징으로 하는 철도용 자갈도상의 안정화 방법.
   
2. 노반 위에 일정한 두께로 자갈도상이 배설되고, 자갈도상 위에 침목과 레일이 설치되는 철도차량의 레일구조에 적용하는 것으로서;
   폴리우레탄 수지를 자갈도상의 일부 구역에만 주입하여 경화시키되;
   자갈도상의 군데군데에 지면에 수직방향으로 천공하여 주입홀을 형성하는 제1단계; 측벽에 원주방향을 따라 다수의 노즐공이 마련된 주입관을 상기 주입홀에 꽂는 제2단계; 상기 주입관을 통해 액상의 폴리우레탄 수지를 압력을 가해 주입함으로써 상기 노즐공을 통해 액상 안정재가 분출되어 상기 자갈도상의 공극에 충전되도록 하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도용 자갈도상의 안정화 방법.
   
3. 노반 위에 일정한 두께로 자갈도상이 배설되고, 자갈도상 위에 침목과 레일이 설치되는 철도차량의 레일구조에 적용하는 것으로서;
   폴리우레탄 수지를 자갈도상의 일부 구역에만 주입하여 경화시키되;
   경화시간이 서로 다른 2종 이상의 액상의 폴리우레탄 수지를 준비하는 제1단계;
   경화시간이 가장 느린 제1폴리우레탄 수지를 주입하여 경화시키는 제2단계;
   경화시간이 상기 제1폴리우레탄 수지보다 짧은 제2폴리우레탄 수지를 상기 자갈도상의 군데군데에 점 형태로 주입하는 제3단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도용 자갈도상의 안정화 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   경화시간이 상기 제2폴리우레탄 수지 보다 짧은 제3폴리우레탄 수지를 상기 제2폴리우레탄 수지가 주입된 영역을 포함하는 영역에 도포하는 제4단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도용 자갈도상의 안정화 방법.

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