도상 횡저항력측정

2022년 7월 1일 오후 3시경 경부고속선 상행선 대전조차장역 구내(대전 대덕구 소재)에서 발생한 ㈜ 에스알의 제338호 SRT 고속열차 궤도이탈 사고에 대한 조사결과를 4월 3일 발표한 국토교토부 자료에 따르면 장대레일 중계레일에서 선로변형(좌굴)이 원인이였다고 한다.

그리고 국토부 권고사항으로 선로유지관리지침 2023.5.8개정 도상횡저항력을 500kgf/m에서 800kgf/m으로 확대하였다. 

장대레일유지관리에 있어서 도상횡저항력의 중요성을 다시한번 확인하는 계기가 되었다. 나는 선로유지관리책임자로 근무하면서 우리지방철도청 관내 처음 장대레일을 부설(1994년)한 구간에서 분소장 선로계장을 하면서 장대레일에 대하여 많은 고민을 했다. 그리고 최초로  R=400곡선 그리고 R=300곡선까지 장대레일을 부설하면서 도상횡저항력 측정을 하여 장대레일 곡선 외측에 도상어깨 더돋기를 증가하기도 하였다.

 

실제 도상횡저항력 측정을 해보면 직선 장대레일구간 포준단면의 경우 궤도가 안정되었을 때는 도상횡저항력이 900∽1000kgf/m이상 나온다. 그리고 많게는 1200kgf/m까지도 측정되는 경우가 있었다. 그레서 좌굴에 대한 도상횡저항력의 안정성을 어느 정도 신뢰를 하고 R=400까지 전 관내 장대레일로 개량하게 되었다.  

장대레일의 도상횡저항력의 중요성을 감안하여 여기 블로그에  도상횡저항력의 중요성 (tistory.com)   글도 올렸으니 참고하시기 바란다. 

 

도상횡저항력측정에서 도상횡저항력이란?

선로유지관리지침에

[35. “도상횡저항력”이란 도상자갈 중의 궤광을 궤도와 직각방향으로 수평이동 하려 할 때 침목과 도상자갈사이에 생기는 레일 1개, 궤도연장 1m에 대한 저항력(㎏f/m)으로서, 레일체결장치와 해체된 침목이 2mm 이동 시 측정되는 저항력(㎏f/m)을 말한다. ]라고 되어 있다.

 

위에서 정의된 바와 같이 도상횡저항력은 레일의 횡방향 압축력이 레일의 좌굴 형태로 나타날 때, 그에 대한 부설된 침목의 저항력을 말한다.
각 침목이 저항하는 힘을 침목저항력 P로 나타내고, 침목 간격을 a라 하면, 도상횡저항력(r)은 다음 식으로 표현할 수 있다.
여기서

도상 횡저항력은 침목 체결구를 해체하여 한 개의 침목으로 측정하지만, 궤광은 강체 거동을 한다는 가정하에 이루어지며, 침목의 횡방향 이동량이 갑자기 커지기 시작하는 수치인 침목 횡변위 2mm일 때의 하중을 위 식에 대입해 계산한다.

 

또한 국가철도공단의 [장대레일의 철도설계지침 및  편람]에는 아래와 같이 정의 했으니 장대레일 도상횡저항력 측정시 참고하기 바란다.

즉 도상 횡저항력 측정은 횡저항력 값의 70% 실효값을 적용값으로 한다고 되었다.

◎ 측정원리

궤광에서 분리한 침목 한 개에 대한 힘과 변위를 측정하는 방법(STPT, Single Tie Push Test)에 대한 측정기 사용을 아래와 같이 순차설명 했으니 참고 바란니다. 측정장비가 다른 경우 장비의 사용매뉴얼에 따라 측정하고, 

특히 고온시간대 좌굴에 대한 검토를 해야 하고 가능한 중위온도(설정온도)에서 측정하기를 권한다. 그리고 최근에 1종장비작업이나, 2종자갈치기등  도상이완작업을 했는지? 그리고 DTS작업을 했는지? 했다면 진동(vibration)값을 얼마로 했는지 사전에 검토해보고 측정값에 실효값을 몇% 적용할지를 검토해보아야 한다.

 

[변위측정기]

[유압실린더]

 

[설치장면]

 

[도상 횡저항력 측정기 설치 및 개념도]

 

◎ 측정방법 및 순서

[코일스프링 해체]

크일스프일 해체는 측정하고자 하는 1개의 침목만 해체하고 패드를 철거 한다.

 

[절연블럭해체]

 

[잭크삽입 레일들기]

레일들기는 패드를 철거할 정도의 최소한의 높이만 들고 패드를 철거한다.

 

[레일패드철거]

 

[유압실린더 거치대 설치]

 

[유압봉연결]

 

[유압실린더 설치]

 

[이동량측정기 고정]

 

[이동량측정기 설치]

 

[이동량측정기 설치완료]

 

[유압호스와 측정기 연결]

 

 

[측정기 유압구 잠금]

 

[이동량측정기+측정기연결]

 

[밧데리와 측정기 연결]

측정하기 전에 밧데리의 충전상태를 확인한다.

 

[유압,변위 Zreo 세팅]

 

[측정시작]

 

[측정완료 (데이터수집)]

 

[참고문헌]

1. 선로유지관리지침(2023.05.08개정)

2. 철도설계지침 및 편람 장대레일 KR C - 14050(2021.11.15)

3. 도상작업 전.후의 도상횡저항력 병동에 관한 실험적연구(2004.11)

4. 장대레일유지관리(철도기술연구원)