KR20190041734A - 수지고정 철도교 궤도체결구 표면시공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레일홈통 내부에 충전되는 탄성체를 보호하고 결합력을 높임으로써 내구성을 향상시킬 수 있는 매립형 철도궤도의 구조에 관한 것이다. 그 구성은, 노반(F)에 안착 설치되는 것으로서, 레일(3)을 안착시키기 위한 레일홈통(9)이 상면의 좌우 양측에 마련되는 슬래브(1); 상기 레일홈통(9)에 설치되는 레일(3); 상기 레일(3)과 레일홈통(9) 사이의 공간에 충전되는 것으로서 레일(3)에 가해지는 측방향 하중에 대하여 상기 레일(3)을 지지하기 위한 탄성충전재(5); 상기 탄성충전재(5)의 표면에 설치되는 것으로서 상기 탄성충전재(5)보다 신축률이 높은 소재로 이루어진 신축커버재(16);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수지고정 철도교 궤도체결구 표면시공법{Embedded Rail Fastening System Surface Construction Method}

본 발명은 철도궤도에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소음과 진동을 차단하는 효과가 뛰어난 매립형 철도궤도 구조에서 레일홈통 내부에 충전되는 탄성체와 슬래브의 결합력을 높임으로써 내구성을 향상시킬 수 있는 매립형 철도궤도의 궤도체결구 표면시공구조에 관한 것이다.

통상적으로 철도의 레일은 자갈도상 또는 콘크리트 궤도슬래브 위에 일정한 간격으로 설치된 침목 위에 고정볼트, 스프링클립 등에 의해 설치되고 있다. 열차가 침목 위를 통과하게 되면 침목에 주기적으로 큰 힘이 가해져 진동이 유발되고, 이 진동은 침목과 궤도슬래브를 통하여 주변지역으로 전파되기 마련이다. 전달되는 진동은 구조물의 파손, 주변에 설치된 정밀기기의 작동 방해, 구조전달음(Structure Borne Noise) 발생, 소음 등 각종 문제를 야기한다. 특히 철도 역사는 철도궤도의 직접적 영향권 내에 있으므로 승객이나 근무자들에게 많은 피해를 줄 수 있다.

상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여, 궤도슬래브의 레일이 설치될 부위에 레일홈통을 형성하고, 레일의 하부를 이 레일홈통 속에 설치한 다음 두 레일의 간격을 정확하게 조정한 후, 홈통에 액상의 폴리우레탄 등의 수지를 충전한 후 이를 탄성재료로 고화시켜 형성되는 매립식 궤도구조(Embedded Rail Track System)가 제안된 바 있다(대한민국 특허출원 제10-2009-0083137호 참조). 매립식 궤도구조는 소음과 진동 정도가 기존의 자갈도상 궤도와는 크게 차별되는 우수성을 가지고 있다.

종래 매립식 철도궤도가 가지는 문제점 중에는 다음과 같은 것이 있으며 도 1을 참조하여 설명한다.

레일(100)이 설치되는 곳인 레일홈통(103)을 제공하는 슬래브(101)는 통상 콘크리트 몰탈로써 거푸집을 이용하여 양생시키는데, 레일홈통(103)에 충전되는 탄성충전재(105)는 우레탄을 베이스로 한 합성수지 재질로 되어 있다. 따라서 슬래브(101)와 탄성충전재(105)의 소재가 극히 이질적이어서 그 경계부위에서 다양한 문제가 발생된다. 가장 흔한 문제는 팽창계수가 서로 달라 열을 받게 되면 변형되는 정도가 다르게 되며 여름과 같이 일교차가 심한 경우에는 심한 열적변형 및 이에 의한 스트레스를 받게 된다. 따라서 슬래브(101)와 탄성충전재(105) 사이에 틈이 생기기도 하며 심지어는 도 1에 일점쇄선으로 도시된 바와 같이 탄성충전재(105)의 끝단이 들리는 문제까지 생기기도 한다. 그리도 이 틈이 처음에는 무시할 정도로 작지만 시간이 지날수록 그 사이에 이물질이 끼이는 등의 이유로 틈새가 지속적으로 넓어지게 된다.

또한, 탄성충전대(105)의 표면이 여름의 태양열을 받거나 겨울과 같이 저온환경에 노출되게 되면 각각 수축팽창력을 받게 되는데, 이러한 수축팽창력이 자신의 한계수축률을 넘게 되면 심한 스트레스를 받게 되고 결국에는 소재 자체가 변성되기도 한다. 또한 자외선에 오랫동안 노출되게 되면 표면경화가 발생하여 크랙이 생기기도 한다.

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 열차가 통과하면서 발생하는 소음과 진동의 발생을 최소화하기 위한 매립식 철도궤도에 있어서, 레일홈통에 충전된 탄성체가 오랜 사용이나 열악한 환경에 노출되어도 견고하게 부착된 상태를 유지함으로써 유지보수에 소요되는 인력과 비용을 줄일 수 있는 매립식 철도궤도의 구조 및 그 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 노반에 설치되는 것으로서 레일을 안착시키기 위한 레일홈통이 상면의 좌우 양측에 마련되는 슬래브; 상기 레일홈통에 설치되는 레일; 상기 레일과 상기 레일홈통 사이의 공간에 충전되는 것으로서 레일에 가해지는 측방향 하중에 대하여 상기 레일을 지지하기 위한 탄성충전재; 상기 탄성충전재의 표면에 설치되는 것으로서 상기 탄성충전재보다 신축률이 높은 소재로 이루어진 신축커버재를 포함하는 것을 특징으로 수지고정 철도교 궤도체결구 표면시공법에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 신축커버재는 액상 폴리우레탄을 3 ~ 10mm의 두께로 충전한 뒤 경화시킴으로써 상기 탄성충전재의 표면에 밀착 형성될 수 있다.

여기서 상기 탄성충전재의 표면에 제1요홈이 형성되고; 상기 신축커버재는 상기 제1요홈에도 충전될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 레일홈통의 측벽과 상기 탄성충전재의 측벽의 경계면은 전부 또는 일부가 요철부로 되어 있을 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 요철부는 상기 레일홈통의 측벽에 상기 레일의 연장방향을 따라 마련되는 1줄 이상의 제2요홈에 의해 형성되며, 상기 탄성충전재는 상기 제2요홈을 가득 충전시킬 정도의 높이로 상기 레일홈통에 충전될 수 있다. 여기서 상기 제2요홈은 폭과 깊이가 각각 3 ~ 10mm인 그루브(groove) 형태일 수 있다.

위와 같은 구성에 의하면, 매립식 철도궤도에 있어서 슬래브와 레일홈통에 충전되는 탄성충전재간에 물리적인 요철결합을 하게 되므로 양자간의 결합력을 향상시킬 수 있게 된다. 또한 열, 자외선 또는 진동에 의해서도 슬래브와 탄성충전재 사이의 간격이 벌어지지 않도록 하고 탄성충전재의 표면을 보호할 수 있게 된다. 이로써 매립식 철도궤도의 내구성을 크게 향상시킴으로써 그의 유지 및 보수에 소요되는 인력과 비용을 크게 절감할 수 있게 한다.

도 1은 종래기술에 의한 매립식 철도궤도의 정단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 매립식 철도궤도의 정단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 매립식 철도궤도의 정단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 매립식 철도궤도의 레일홈통의 정단면도이다.

이하, 첨부된 도 2를 주로 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다. 도 3 내지 도 4는 필요한 곳에서 인용하기로 한다.

매립식 철도궤도는 기본적으로 슬래브(1), 레일(3) 및 탄성충전재(5)를 포함한다. 슬래브(1)는 노반(F)에 마련되는 슬래브통(7) 내부에 안착 설치된다. 레일(3)을 안착시키기 위한 레일홈통(9)이 슬래브(1)의 상면 좌우 양측에 마련된다. 레일(3)은 레일홈통(9) 내부에 안착 설치된다. 탄성충전재(5)는 레일(3)과 레일홈통(9) 사이의 공간에 충전되는 것으로서 측방향으로 가해지는 하중에 대하여 레일(3)을 지지하기 위한 것이다. 레일(3)의 바닥을 지지하기 위한 별도의 지지체(11)가 더 포함될 수도 있다. 매립식 철도궤도의 기본적 구조는 크게 변함이 없지만 여기에 부가적 구성요소가 더 개입될 수도 있으며 이러한 것들은 모두 본 발명의 적용대상이 될 수 있다. 참고로 도면부호 13은 슬래브를 양생할 때 배근되는 철근을 표시한다.

본 발명에 의하면, 레일홈통(9)에 설치된 탄성충전재(5)의 표면에 신축커버재(14)가 설치되고 있다. 신축커버재(14)는 시트 또는 필름 형태의 기성품을 재단한 다음 접착제로써 탄성충전재(5)의 표면에 접착함으로써 형성될 수 있다. 그러나 액상의 상태에서 탄성충전재(5)의 표면에 일정한 두께로 충전시키고 경화시키는 것이 밀착력을 높일 수 있어 더 바람직하다. 신축커버재(14)의 두께는 3 ~ 10mm에서 선택될 수 있으며 4 ~6mm 가 가장 적합하다.

신축커버재(14)는 폴리우레탄을 베이스로 한 소재로서 신축성이 탄성충전재(5)보다는 좋아야 한다. 탄성충전재(5)는 레일을 지지하는 것으로서 어느 정도 강도가 담보되어야 한다. 그러나 신축커버재(14)는 레일의 강도 유지를 위한 것이 아니므로 신축성이 좋은 것일수록 좋다. 예를 들면 신축커버재(14)는 상온상태에서 외력에 의한 신축률이 1000% 이상 되는 것이 추천된다.

본 발명의 실시예에 의하면 도 3에 도시된 바와 같이 신축커버재(14)와 탄성충전재(5)의 결합력을 공고히 하기 위해 탄성충전재의 표면에 제1요홈(16)을 만들어놓을 수 있다. 제1요홈(16)은 그루브(groove) 형태로 레일(3)을 기준으로 좌우 양측에 마련될 수 있으며 레일(3)의 좌우 양측에 각각 1줄 이상이 마련될 수도 있다. 제1요홈(16)은 도시된 바에 의하면 사다리꼴 단면을 갖지만 기타 다양한 형태가 가능하다. 신축커버재(14)는 충전시 제1요홈(16)에 각각 유입되어 충전되며 접촉면적이 넓어짐에 따라 탄성충전재(5)와의 결합력이 좋아지게 된다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 본 실시예에 의하면 레일홈통의 측벽(15)과 상기 탄성충전재의 측벽(17)의 경계면은 전부 또는 일부가 요철부(19)로 되어 있다. 경계면의 일부를 요철부(19)로 하는 방법은 다양한 것이다. 그리고 요철부(19)의 형상 또한 실로 다양하게 선택될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 요철부(19)는 레일홈통의 측벽(15)과 탄성충전재의 측벽(17)의 상측에 마련될 수 있다. 이렇게 하는 것이 슬래브(1)와 탄성충전재(5)의 결합력을 높이는데 더 효과적이기 때문이다.

본 발명의 실시예에 의하면, 요철부(19)는 도시된 것처럼 레일홈통(9)의 양쪽 측벽 경계면에 모두 마련될 수도 있다. 필요에 따라서는 어느 일측에만 마련될 수도 있음은 물론이다.

본 발명의 실시예에 의하면, 요철부(19)는 레일홈통의 측벽(15)에 레일(3)의 연장방향(도 2의 도면에 수직을 이루는 방향)을 따라 폭(W)과 깊이(D)가 각각 3 ~ 10mm인 하나 이상의 그루브(groove) 형태의 제2요홈(21)을 형성시킴으로써 마련될 수 있다. 도시된 바에 의하면 3줄의 제2요홈(21)이 마련되고 있지만 1줄 이상이면 효과를 얻을 수 있다. 이에 의하면 슬래브(1)와 탄성충전재(5) 사이는 가구에서의 장부결합과 유사한 결합형태를 갖게 된다. 제2요홈(21)은 슬래브(1)의 양생시 거푸집의 외측면에 제2요홈(21)의 형상에 대응되는 돌기를 돌출 형성하는 방법이 있을 수 있다. 제2요홈(21)은 사각 형태뿐만 아니라 삼각형 또는 반구형이 될 수도 있다.

도시된 바에 의하면 요철부(19)는 레일홈통의 측벽(15)에 상기 레일(3)의 연장방향을 따라 마련되는 제2요홈(21)에 의해 형성되고, 신축커버재(14)는 제2요홈(21)을 가득 충전시킬 정도의 높이까지만 레일홈통(9)에 충전된다. 그러면 신축커버재(14)가 부분적으로도 슬래브(1)에 가리워져 레일홈통(9)으로부터 상방향으로 들려지는 경우를 생각하기 어렵게 된다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 요철부(19')의 형태와 이를 형성하기 위한 방법을 함께 설명하는 것이다. 도시된 바에 의하면 요철부(19')는 레일홈통(9)의 측벽의 전체 구간에 걸쳐 마련되어 있다. 도시된 제2요홈(21')은 폭이 넓게 되어 있기 때문에 슬래브(1)의 양생시 거푸집(23)의 외측면에 제2요홈(21')에 맞는 돌출부(25)를 형성하여 콘크리트를 타설하는 것이 적당할 것이다. 거푸집(23)은 돌출부(25)를 제공하는 한 쌍의 측벽형성판(27)과 이들이 수직으로 세워진 상태를 유지토록 하는 버팀대(29)로 구성될 수 있다. 이와 같은 거푸집(23)은 양생후 철거시 도시된 바와 같은 제2요홈(21')을 만들게 될 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 : 슬래브 3 : 레일
5 : 탄성충전재 7 : 슬래브통
9 : 레일홈통 11 : 레일지지체
13 : 철근 14 : 신축커버재
15 : 레일홈통 측벽 16 : 제1요홈
17 : 탄성충전재 측벽 19 : 요철부
21,21' : 제2요홈 23 : 거푸집
25 : 돌출부 31 : 신축성보호재
F : 노반

Claims (3)

1. 노반(F)에 안착 설치되는 것으로서, 레일(3)을 안착시키기 위한 레일홈통(9)이 상면의 좌우 양측에 마련되는 슬래브(1); 상기 레일홈통(9)에 설치되는 레일(3); 상기 레일(3)과 레일홈통(9) 사이의 공간에 충전되는 것으로서 레일(3)에 가해지는 측방향 하중에 대하여 상기 레일(3)을 지지하기 위한 탄성충전재(5);
   상기 탄성충전재(5)의 표면에 설치되는 것으로서 상기 탄성충전재(5)보다 신축률이 높은 소재로 이루어진 신축커버재(16);
   를 포함하도록 하는 것을 특징으로 수지고정 철도교 궤도체결구 표면시공법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 신축커버재(14)는 액상 폴리우레탄을 3 ~ 10mm의 두께로 충전한 뒤 경화시킴으로써 상기 탄성충전재(5)의 표면에 밀착 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 수지고정 철도교 궤도체결구 표면시공법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 레일홈통(9)의 측벽(15)과 탄성충전재(5)의 측벽(17)의 경계면은 전부 또는 일부가 요철부(19)로 되어 있으며;
   상기 요철부(19)는 상기 레일홈통의 측벽(15)에 상기 레일(3)의 연장방향을 따라 마련되는 제2요홈(21)에 의해 형성되며;
   상기 신축커버재(16)는 상기 제2요홈(21)을 가득 충전시킬 정도의 높이로 상기 레일홈통(9)에 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 수지고정 철도교 궤도체결구 표면시공법.

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