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[현장르포] 과천선 콘크리트궤도 시험부설 현장 ‘4시간 만에 20m 뚝딱’

한국철도, 미세먼지 발생 주범 자갈궤도...이제 ‘사전제작형 급속개량궤도’ 기술로 해결
탄성받침대·고정 브라켓 ‘철판 적층 고무’ 소재...소음·진동 모두 잡아
슬래브 패널 이동·설치 전용 장비까지 개발....지하터널 맞춤형 공법

장병극 기자 | 기사입력 2020/09/07 [13:59]

[현장르포] 과천선 콘크리트궤도 시험부설 현장 ‘4시간 만에 20m 뚝딱’

한국철도, 미세먼지 발생 주범 자갈궤도...이제 ‘사전제작형 급속개량궤도’ 기술로 해결
탄성받침대·고정 브라켓 ‘철판 적층 고무’ 소재...소음·진동 모두 잡아
슬래브 패널 이동·설치 전용 장비까지 개발....지하터널 맞춤형 공법

장병극 기자 | 입력 : 2020/09/07 [13:59]

[국토매일=장병극 기자] “지하터널에 시공된 자갈궤도는 미세먼지 발생의 주범이다. 자갈궤도를 콘크리트궤도로 개량하는 공법은 노후선로 개량이라는 시급한 과제를 해결하고 무엇보다 지하철 환경 개선을 위해서 반드시 필요한 기술이다”

 

1993~1994년에 순차적으로 개통한 과천선(4호선)은 25년이 지나면서 궤도·전차선·신호 등 시설물이 전반적으로 노후화돼 개·보수가 필요한 상황이다. 

 

전차선 등 전기 분야는 올해부터 본격적으로 개량사업에 착수하지만 선로의 경우 과천선뿐만 아니라 서울지하철 중 약 120km 구간이 자갈궤도가 부설된 상태로 남아있다. 

 

지난 3일 새벽 2시 반부터 2시간 동안 정부과천청사역 과천역 방향 지하터널에서는 ‘사전제작형 급속개량궤도(P-FIT, Precast-Fast Improvements Track) 2차 시험부설’ 시연회가 열렸다. 

 

이 자리에는 연구 과제를 주도한 한국철도(코레일)연구원을 비롯해 발주기관인 국토교통부 철도정책과·교통과학기술진흥원, 참여기업인 삼표레일웨이·에스코알티에스·투트랙 등 관계자들이 참석했다.

 

▲ 사전제작형 콘크리트궤도 패널 시공 모습. 전용 이동·설치 장비(STM)를 활용해 정밀하게 시공할 수 있다.  © 국토매일

 

◆ 터널 미세먼지 발생원 제거 “그린 뉴딜 정책에 부합하는 기술”

 

콘크리트궤도에 비해 상대적으로 비용이 적게 드는 자갈궤도는 국내에서 1990년대까지 건설된 서울 1기 지하철(1~4호선)과 부산 1호선 등에 널리 시공됐다.

 

코레일을 비롯한 광역·도시철도 운영기관에서는 지하터널 구간의 미세먼지를 저감하기 위해 지하역사에 공기청정기를 설치하고 터널 내부에 정기적으로 물청소를 실시해왔다.

 

하지만 자갈궤도는 지하철이 통과하면서 자갈이 파쇄·마모되며 미세먼지를 발생시키는 주요 원인으로 지목됐다. 또한 자갈궤도는 콘크리트궤도에 비해 선로 유지·보수에 있어 상대적으로 많은 비용과 인력이 소요된다는 단점이 있다.

 

시연회에 참석한 코레일연구원 관계자는 “국내에 남아있는 지하터널 내 자갈궤도를 콘크리트 궤도로 바꾸게 되면 미세먼지 발생원을 근본적으로 제거할 수 있어 승객에게 보다 쾌적한 지하철 환경을 제공할 수 있다”며 “정부가 추진 중인 그린 뉴딜 정책과도 부합하는 신규 기술”이라고 소개했다.

 

◆ 급속 시공 관건, 안전성 검증된 사전제작형 슬래브패널 적용

 

이번에 선보인 기술은 4시간에 불과한 열차 미운행 시간동안 빠르게 공사가 이뤄질 수 있도록 시공 시간 및 비용을 줄이면서도 안전성을 향상시키는데 초점을 뒀다. 

 

P-FIT는 공장에서 미리 슬래브 패널을 제작해 이를 현장에 바로 시공하는 방식으로 패널의 길이는 5m, 중량은 7톤이다. 이동성 및 시공 편의성을 고려해 제작했으며 이미 구조적 안전성이 검증된 패널을 적용했다는 것이 현장 관계자의 설명이다.

 

▲ P-FIT 기술로 시공된 콘크리트 궤도. 미운행시간(4시간)동안 20m를 작업할 수 있다.  © 국토매일

 

기존에 사용되던 ‘RC Mono Block’ 공법의 경우 레일을 그대로 둔 상태에서 하부의 자갈을 제거하고, 시공 중에 레일을 지지하는 임시 받침을 설치해 안전성이 떨어졌다. 또한 현장에서 콘크리트를 타설했기 때문에 양생하는데 시간이 필요해 작업 효율성이 낮아지고 시공비용도 많이 들었다. 

 

이번 연구 과제를 담당하고 있는 코레일 권세곤 연구원은 “자갈 선로를 콘크리트로 바꾸는 궤도 개량 공사에 있어 기존 공법은 작업 과정 상 하루에 5~10m만 시공할 수 있었다”며 “신규 공법은 현장에서 콘크리트 타설을 하지 않기 때문에 공사 후 바로 열차 운행이 가능하고, 하루 20m 가량 시공할 수 있어 기존 공법에 비해 속도가 3배 정도 향상됐다”고 설명했다.

 

그는 “이번에 개발한 공법으로 과천선 약 18km를 개량하게 되면 공사 기간이 10년에서 3년으로 7년을 단축시킬 수 있고, 이에 따라 공사비용도 170억 원 절감할 수 있다”고 말했다.

 

◆ 탄성받침·전단지지장치도 핵심기술...조립형 구조로 시공·보수 편리  

 

서울 2기 지하철(5~8호선) 등 기존 지하터널 내 시공된 콘크리트 궤도의 경우 노후화되면서 운행 간 소음·진동이 심해져 보수방안을 두고 고민하고 있다. 

 

이처럼 기존 콘크리트 궤도 부설 공법이 추후 결함이나 문제가 생기면 유지·보수가 어려운 측면이 있었지만 이번에 개발한 P-FIT는 필요 시 조립된 구조물을 해체하고 보수할 수 있어 관리가 용이한 장점이 있다.

 

이번에 개발한 P-FIT 기술은 슬래브 패널 1개당 하부에 탄성받침 8개를, 패널과 노반을 지지하는 장치는 2개씩 설치·시공했다.   

 

▲ 패널 시공 전 노반에 사전 설치된 탄성받침대. '철판적층고무'소재로 패널에 가해진 진동과 소음을 흡수한다.  © 국토매일

 

에스코알티에스 관계자는 “탄성받침은 ‘철판 적층 고무소재’로 개발해 소음과 상·하 진동을 효과적으로 흡수할 수 있다”며 “내구성과 시공성 측면에서도 우수할 뿐만 아니라 보다 쉽게 유지관리할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

 

코레일연구원 관계자는 “슬래브패널을 안정적으로 고정하기 위해 2개의 지지블록 및 브라켓도 설계·적용했다”며 “패널이 수평방향으로 움직이지 않도록 패널에 미리 뚫어 놓은 두 개의 홀에 구성품을 조립해 터널 노반과 앵커로 체결시킨다”고 언급했다.

 

◆ 패널 이동·설치 위한 전용장비도 개발, 시공 정밀성 높여

 

지상 구간과 달리 좁은 지하구간은 현장까지 슬래브패널 등을 이동시켜 시공하는 것도 해결해야할 과제이다. 연구팀은 패널을 현장까지 운반하고 시공할 수 있는 전용장비(STM, Slab panel Trak Machine)도 함께 개발했다. 

 

이 장비는 최대 6장의 패널을 실을 수 있고, 터널 상부의 전차선에 닿지 않도록 해 안전성을 확보했다. 장비를 활용해 시공 현장까지 이동시킨 각 슬래브 패널을 들어 올린 다음, 시공 위치에 정밀하게 설치할 수 있다.      

 

코레일 하재련 연구원은 “작업 대상 구간에서 기존 레일과 침목을 제거한 후 바닥을 면갈이하고, 궤도받침을 배치하게 된다”며 “STM장비로 사전 제작한 패널을 현장까지 이동시키고 정확한 위치에 설치하면 마지막으로 패널을 지지하는 블록과 브라켓을 조립해 시공을 마친다”고 말했다.  

 

▲ 과천선 시험부설 현장에서 연구단으로부터 패널 구조 및 시공장비를 확인하고 있는 손병석 사장(오른쪽)  © 국토매일

 

한편, 코레일은 지난 2013년부터 7년 간 국토부 철도 R&D인 ‘역사구조물 소음·진동 저감기술개발’ 사업을 수행하며 선로의 소음과 진동을 저감하고 시공속도를 높이는 궤도기술을 개발한 바 있다.

 

이번에 선보인 P-FIT기술은 국토부에서 국가 R&D로 개발된 성과물의 상용화를 지원하는 ‘실용화 문턱과제’로 선정(‘기존선 자갈궤도 급속개량 기술 실용화’)돼 개발했으며, 내년 하반기에 본격적으로 현장에 적용시킨다는 계획이다.

 

손병석 사장은 “과천선 등 지하구간 철도 이용객이 하루 빨리 미세먼지에서 벗어날 수 있도록 기술을 개발했다”며 “앞으로 프랑스 국영철도 SNCF와도 신규공법에 대한 공동연구를 추진하여 우리나라를 넘어 프랑스 고속철도 선로 개량사업에도 진출할 수 있도록 노력하겠다“고 덧붙였다.

 
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