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[특별기고] 김대상 한국철도기술연구원 책임연구원

철도 건설 시 토지 사용 최소화 기술

국토매일 | 입력 : 2018/05/08 [14:18]

[국토매일] 호남고속철도는 경부고속철도와 비교하여 노반 폭을 14.0m에서 13.3m로 0.7m 줄였다. 호남고속철도 오송~광주송정 간 연장은 183.8km로, 이를 면적으로 환산하면 128,660m2 (38,989평)에 해당된다. 고속철도 1개 노선을 건설하는데 절약한 토지 면적이 약 4만평이나 된다는 얘기다.

 

1개 초등학교 면적이 약 8~9,000m2 인 점을 고려하면 절약된 땅을 활용하면 초등학교 15개를 추가로 세울 수 있다는 계산이다. 외국처럼 궤도의 중심 간격을 4.3m로 줄일 수 있다면 점유 면적은 더 더욱 줄일 수 있을 것이다.

 

물론 차량과 궤도구조의 성능이 이에 동반되어야 하겠지만 철도, 도로와 같이 긴 선형구조물은 그 점유 폭을 줄일 수 있다면 영구적으로 매몰되는 땅을 최소화할 수 있다는 점에서 장점이 크다. 이는 국토를 효율적으로 활용한다는 측면에서 후손들에서 칭찬 받을 수 있는 일로 생각되며, 따라서 이와 같은 기술은 최대한 많이 개발하고 적용할 필요가 있을 것이다.


철도 건설 시 점유하는 용지 면적의 저감은 보상해야 할 보상비 또한 큰 폭으로 감소시킬 수 있다. <표 1>은 최근에 건설된 주요 철도 선구별 용지 보상비와 보상률을 보여준다.

 

▲ <표 1> 각 선구별 용지 보상비와 보상률 (단위:백만원)  

 

철도 건설 선구별로 차이가 있으나, 2천5백억에서 8천5백억원의 막대한 용지 보상비가 발생하고 있다. 특히 눈에 띄는 선구는 성남여주와 부산울산구간의 용지 보상비로, 부대비용을 제외한 전체 사업비 중 용지보상비는 17~23% 수준에 달한다.

 

한국철도시설공단에서는 이와 같은 막대한 용지 보상비를 지불하기 위하여 상당수의 직원을 고용해야 하고, 이에 따른 부대비용과 민원처리 해결을 위한 사회적 비용까지 고려하면 우리가 왜 철도 건설 시 토지 사용 면적을 최소화해야 할 필요가 있는지 명확해진다.


본 기고에서는 철도 토공노반 건설 시 토지 점유 면적을 줄일 수 있는 기술의 하나인 '고품질 철도보강노반시스템(RSR_Reinforced Subgrade for Railways)'을 소개하고자 한다. 굳이 RSR 철도보강노반시스템이라 명명한 이유는 노반 상부의 궤도와 전차선, 그리고 방음벽 등 노반 상부구조물과의 인터페이스 문제를 충분히 고려할 수 있는 새로운 형식의 노반이기 때문이다.


<그림 1>은 일반적으로 적용하고 있는 높이 10m의 토공 단면을 보여준다. 만약 이를 그림에서와 같이 연직형 토구조물로 바꿀 수 있다면, 용지 폭은 29%로, 사용 재료의 양과 직결되는 단면적은 42%까지 줄일 수 있다. 사용 재료의 감소는 동 기술이 친환경적이라는 수식어를 달 수 있게 해준다. 효율적으로 단면을 줄이기 위해서는 새로운 구조형식과 재료를 적용할 필요가 있으며, 이에 대한 성능 검증에는 상당한 시간과 노력이 필요하다. 동 기술은 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 한국철도기술연구원 주도로 다양한 시험을 실시하고 성능평가를 위한 테스트베드를 구축하였다. 그 결과 핵심 특허와 국토교통부 제정 교통신기술 제35호 기술을 확보할 수 있게 되었으며, 이는 중소기업에 통상 실시권으로 기술이전 된 바 있다.

 

▲ <그림 1> 철도 건설 시 용지 부족문제 해결 등 민원 최소화 

 

기술의 특징을 간략하게 살펴하면 다음과 같다. 동 기술은 호남고속철도 건설 시 우리가 경험했던 노반 침하문제를 구조적으로 해결하기 위하여 토공을 먼저 시공하고 구조물을 나중에 시공하는 방법을 적용하여 잔류침하 문제를 원천적으로 해결하였다. 또한 토공을 선 시공함으로서 연직형 토구조물의 벽체에 가해지는 토압을 80% 이상 경감시켜 벽체 건설비용을 줄 일수 있는 기술이다. 다짐 장비 외에는 중장비를 사용하지 않아 운행선 근접공사 등 협소한 공간에 적용할 수 있는 기술이기도 하다. 기존 토공의 42%의 단면에 대해서만 다짐을 실시하면 되므로 토공 시공속도가 상당히 빠른 편이다.


지반조건에 따라 방치기간을 다르게 적용할 수 있으며, 현재까지 3개 현장에서의 방치기간은 1~6개월 이내이다. 방치기간 단축을 필요로 하는 경우 29%의 좁은 용지 폭에 대해서만 보강을 실시하고 노반 공을 실시하면 되므로 연약지반 처리 비용 또한 줄일 수 있다. 상부 궤도구조물과 전철주 기초 등을 고려할 수 있는 전용 설계프로그램을 개발하여 짧은 시간에 설계를 완성할 수 있도록 하였다.

 

▲ <그림 2> 전철주 기초를 포함한 전용 설계프로그램 개발 

 

<그림 3>은 철도종합시험선로와 장항선 측선 및 경부선에 인접하여 시공된 RSR 적용 사례이다. 철도 선진국인 일본 홋카이도 신칸센에 적용된 기술을 국내 철도설계기준 및 여건에 부합하면서도 25% 이상 경제적으로 업그레이드한 기술로, 현재까지 3개 현장 약 400m구간에 적용을 완료하였다. 현재는 도심지구간에 동 기술 적용 시 친환경성을 높이기 위한 녹화기술에 대한 시험을 실시 중에 있다. 향 후 용지 보상비가 고가이거나 근접시공이 필요한 구간, 연약지반 구간을 중심으로 국내 철도 건설현장에 확대 적용될 수 있을 것으로 기대해 본다.

 

▲ <그림 3> RSR 적용사례ⓐ 철도종합시험선로 토공 선시공과 RSR 완공(도로민원과 운행중인 고속선 근접문제 해결)

 

▲ <그림 3> RSR 적용사례ⓑ 장항선 측선부 토공 선시공과 RSR 완공(신호기 설치구간 노반붕괴 문제해결 및 용지창출)

 

▲ <그림 3> RSR 적용사례ⓒ 경부선 근접 토공 선시공과 RSR 완공(운행선 2~3m이격 근접시공 문제 해결)

 

☞ 동영상 https://www.youtube.com/watch?v=ICVLx_iCIdI

 
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