콘크리트 도상

1. 개요

Ballastless Track / Concrete 道床

콘크리트로 노반 위를 지지하는 도상으로 보통 터널, 지하, 교량구간에서 많이 적용되고 있으며, 토공 구간에서도 제한적으로 적용되고 있다. 콘크리트 궤도나 콘도상이라고 줄여서 부르기도 한다.

2. 종류

2.1. STEDEF 시스템

1964년 프랑스에서 최초로 고안된 콘크리트 도상 시스템으로, 자갈도상에 적용되는 STEDEF 시스템과 콘크리트 도상에 적용되는 STEDEF V.S.B로 나뉜다. 국내에서는 자갈도상에 STEDEF 시스템이 적용된 사례가 없기 때문에 국내에 부설된 STEDEF 시스템은 정확히는 STEDEF V.S.B 시스템인 것이다.

국내에서는 서울지하철 5~8호선과 대구지하철 1호선, 부산지하철 2호선, 대전지하철 1호선 등 1990년대 중반에서 2000년대 초·중반 사이에 건설된 지하철에서 많이 적용되었다. 특이하게도, 비슷한 시기에 개통된 다른 지하철과는 달리, 2012년에 개통한 7호선 부천구간에도 이 시스템이 적용되었다.

콘크리트 도상에 방진상자를 넣고 여기에 방진패드와 침목블록을 담아 콘크리트 도상에 매설하는 톱다운 방식으로, 양쪽 침목 사이에 RC바가 설치된 것이 특징이다.[1] 침목 밑에 있는 방진패드가 열차하중에 의해 생긴 진동과 충격을 흡수하는데, 이 방진상자와 방진패드가 콘크리트에 매립되기 때문에 방진재의 변형을 육안으로 확인하기가 힘들어 유지보수가 매우 어렵고, 그로 인해 심각한 소음을 유발하는 것이 가장 큰 문제점이다. 특히 곡선 구간에서는 노이즈 캔슬링을 가뿐히 찢어버리는 수준으로 고막 테러를 방불케 한다고 해도 무방하다.

현재는 전 세계적으로 사장화(死藏化) 되는 공법으로, 최근 개통한 철도 구간에서는 적용되지 않는 추세다. 2010년대에 개통한 7호선 부천구간이 오히려 특이 케이스.

2.2. DELKOR 시스템

2.2.1. ALT-I (Alternative-I)

2.2.2. ALT-II (Alternative-II)

2.3. LVT 시스템

LVT 시스템은 Low Vibration Track의 약자로, 미국 궤도전문 설계회사인 Sonneville사가 1966년에 스위스 Bötzberg 터널에 최초로 설치한 RS-STEDEF 무도상궤도 시스템을 개량한 형식이다. STEDEF 시스템과는 달리 양쪽 침목 사이에 RC바가 설치되어 있지 않으며, STEDEF 시스템에 비해 소음이 적다.

RC블럭(LVT침목)을 방진패드와 상자로 감싸 콘크리트 도상과 분리 매립한 방진궤도구조로 열차의 수직, 수평하중에 대한 안전성, 침목파손 시 침목 갱환이 상대적으로 용이하고 절연효과가 우수하다는 장점이 있으나, 방진재의 점검, 교체 시 침목을 들고 확인 또는 교체하여야 하는 번거로움, 진도정감에는 효과적이나 고주파 소음에 대하여는 불리하다는 단점이 있다.

RHEDA 2000 궤도 공법과 적용 범위가 점차 확대되고 있는 사전제작형 콘크리트 슬래브 궤도(PST 시스템)와 더불어 국내에서 많이 적용되고 있는 콘크리트 도상 시스템이다. 주로 도시철도(지하철) 구간에서 많이 적용되고 있지만, 일반철도 구간에서도 일부 적용된 바 있다. 특히 화물열차만 운행중인 부산신항선에도 LVT 시스템이 적용되었다.

2.4. RHEDA Classic

2.5. RHEDA ERS

3호선 동호대교를 지나다 보면 뜬금없이 콘크리트 도상 구간을 짧게 지나는 것을 볼 수 있는데, RHEDA ERS 공법이 적용된 것이다. 국내에서는 적용된 구간이 그리 많지는 않은데, 앞에서 언급한 3호선 동호대교 외 신분당선, 경전선 일부 구간에 부설되었다.

전기 절연성 우수하다는 장점이 있으나, 시공성 떨어진다는 단점(인력 및 작업속도, 파워렌치 사용)이 있다.

2.6. RHEDA 2000


RHEDA 2000 공법이 적용된 율현터널	RHEDA 2000 작업 공정

RHEDA 2000 궤도 구조는 현장타설식 콘크리트 도상 공법 중 하나로, 도상콘크리트와 트러스형 철근을 사용하여 제작된 RC침목(BI-BLOCK)을 매립하여 침목 하부의 격자철근을 종철근으로 완전히 일체화함으로써 결합력이 증가하여 높은 안정성과 침목의 분리현상을 최소화하는 구조이다. 경부고속철도 2단계 구간에서 처음 채택된 궤도 구조로, BI-BLOCK 침목을 공장에서 제작한 후 현장에서 콘크리트를 타설하는 형태이다. 콘크리트 도상이 많이 적용되는 교량이나 터널, 지하 구간은 물론 토공 구간에서도 콘크리트 도상을 부설할 수 있다.

국내에서는 LVT 시스템과 더불어 철도 공사 현장에서 많이 적용되는 공법으로, LVT 시스템은 지하철 구간에서 많이 적용된다면, RHEDA 2000 궤도 구조는 고속철도 및 일반철도 구간에서 많이 적용되고 있다. 사전제작형 콘크리트 슬래브 궤도 (PST 시스템)와 병행하여 시공되는 경우가 많다.

서울 지하철 3호선 오금 연장구간, 진접선 등 수도권 전철에서도 적용된 바 있으며, 수서평택고속선, 호남고속선, 경강선, 서해선 화성 이남 구간, 중부내륙선, 중앙선 이설 구간, GTX-A 구간 등 다양한 노선에서 적용되고 있다.

시공단계가 2단계로 가장 단순화되어 있고, 시공 중 레일온도 영향이 없다는 장점이 있으나, 특수장비 및 조작기술 확보가 필요하고, 침목 취급시 침목연결 철근 변형에 주의해야 한다는 단점이 있다.

2.7. 사전제작형 콘크리트 슬래브 궤도 (PST 시스템)

PST 시스템이 적용된 호남고속선 정읍역 공사 현장

PSTS는 Precast Slab Track System, 사전제작형 콘크리트 슬래브 궤도로 콘크리트 슬래브 패널을 공장에서 사전 제작하여 현장으로 옮겨와 시공하는 조립식 콘크리트 궤도 구조다.

사전제작형 슬래브 궤도 자체는 Bogl 슬래브궤도 공법으로 1970년 독일 DB에서 최초로 개발되었으나, 초기 투자비가 비싸며 해당 기술을 국내에서 적용 시 기술적 노하우가 부족하다는 단점이 있었다. 이에 국내에서는 국가 R&D 사업의 일환으로 2005년 한국철도기술연구원과 삼표이앤씨 [2]에서 공동으로 개발하면서 Bogl 슬래브궤도 구조를 국내 환경에 맞게 개량하는 데 성공했다.

PST-B (일반철도용)

PST-C (고속철도용)

원리 자체는 독일에서 개발된 Bogl 슬래브궤도와 크게 다르지는 않다. 콘크리트 기층 위에 공장에서 사전 제작된 콘크리트 슬래브 패널을 올려놓고 슬래브 하부에 충전재(무수축 모르타르)를 채워 하중을 지지하는 궤도 구조이다. 현재 양산되는 슬래브 패널은 선로 등급에 따라 두 종류로 나뉘는데, 일반철도에 부설되는 패널인 PST-B와 고속철도에 부설되는 패널인 PST-C로 나뉜다. 육안으로는 큰 차이는 없으나, 패널의 폭과 적용하중에서 차이가 있다. 콘크리트 슬래브 패널을 공장에서 미리 제작하는 만큼 공사 기간을 단축할 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다.

2005년 PST-A와 PST-B 두 종류가 개발되었고, 이 시제품은 2006년 전라선 서도~산성 구간에 최초로 시험 부설되었다.[3] PST-A는 상용화되지 못했고, PST-B는 2011년 8월에 상용화되어 중앙선 망미터널, 동해선 송정터널, 신경주~포항, 포항~영덕 일부 구간, 경전선 진주~광양, 경강선 강릉터널 구간에 적용되었다.

2012년에는 PST-C가 개발되어 경전선 반성~진주 구간에 시험 부설되었고 모니터링 과정을 거쳐, 정읍역을 비롯한 호남고속선 구간에 시범 부설, 이후 상용화되어 중앙선 원주~제천 구간에 부설되었다. 그 외에도 서해선 화성 이남 구간, 중부내륙선에서도 PSTS가 적용되었고, PSTS가 적용되는 철도 현장에서는 RHEDA 2000 궤도 공법과 병행하여 적용되고 있다.

이 시스템을 이용하여 사전제작형 급속개량궤도 기술인 P-FIT(Precast-Fast Improvements Track)가 개발되는 등 적용 범위가 점차 넓어질 것으로 전망된다. 특히 경부고속선 1단계 구간 개량 시 P-FIT를 활용하여 콘크리트 도상화 공사를 진행할 예정인데, 이때 사전제작형 콘크리트 슬래브 궤도용 패널인 PST-C (P-FIT) 패널이 많이 사용될 것으로 보인다.

2.7.1. 사전제작형 급속개량궤도기술 (P-FIT)

사전제작형 급속개량궤도 소개 영상

한국철도공사는 삼표레일웨이와 공동으로 2020년 말 국가 R&D 사업의 일환으로 사전제작형 급속개량궤도 기술인 P-FIT(Precast-Fast Improvements Track)를 개발하였고, 과천선 과천~정부과천청사 구간 하선에 시험 부설했다.


사전제작형 급속개량궤도(P-FIT) 시공 과정 모형(왼쪽)과 시공 현장(오른쪽)

PST 시스템과 마찬가지로 콘크리트 슬래브 패널을 공장에서 사전 제작하여 현장에서 조립하는 구조인데, 열차가 운행하지 않는 심야 시간대를 활용하여 콘크리트 도상으로 개량한다. 철판적층고무 소재로 만들어진 탄성받침대를 노반에 설치한 후, PST P-FIT 패널을 노반에 설치한다. 다만 PST 시스템과는 달리 무수축 모르타르 충전재를 주입하지 않는 대신 브라켓과 지지블록으로 슬래브 패널을 고정시킨다. PST P-FIT 패널 1정의 길이는 약 5m로, 4시간 동안 20m를 개량할 수 있다. 이는 기존 RC MONO BLOCK 공법에 비해 시공 속도 5배 향상, 공사 비용 20% 절감 효과를 볼 수 있다.

서울교통공사의 B2S 궤도 공법과의 큰 차이점은 궤광 가받침을 설치하지 않고 콘크리트 도상으로 개량할 수 있다는 장점이 있으나, 제한된 시간 내에 일부 구간에서만 개량할 수 있다는 단점이 있다.

이 기술을 활용하여 2033년을 목표로 경부고속철도 1단계 구간에 부설된 기존 자갈도상을 콘크리트 도상으로 교체할 계획이다.

2.7.2. 사전제작형 플로팅 궤도

사전제작형 플로팅 슬래브 궤도 기술 소개 영상

사전제작형 플로팅 슬래브 궤도 공정 영상

사전제작형 플로팅 슬래브 궤도 기술(Prefabricated Precast Floating Track)은 국토교통부와 국토교통과학기술진흥원의 R&D 사업의 성과물로, 현재 장항선 대천역 상본선에 시범 부설되었다. 기존 콘크리트 도상 대비 약 15db의 소음이 절감되어[4] 소음 절감 효과 매우 우수하나, 초기 공사 비용이 다른 콘크리트 도상 궤도 공법에 비해 상당히 비싸다는 단점이 있다.

2.8. B2S 궤도 공법

B2S 궤도 공법 시공 과정

서울교통공사 [5]에서 2003년 자체 개발한 공법으로, Ballasted Track To Slab Track의 약칭이다. 이 공법을 통하여 1기 지하철 구간에 기존 자갈 도상에서 콘크리트 도상으로 교체하는 작업이 이루어지고 있는데, 무엇보다 가장 큰 장점은 운행중인 구간에 영업중단을 하지 않고 부설할 수 있다는 것이다.

반지하역인 2호선 한양대역과 지하 곡선 승강장인 4호선 동대문역은 개통 당시 승강장에도 자갈 도상으로 부설되었으나, B2S 궤도 공법을 통해 2000년대 초반에 콘크리트 도상으로 개량되었다. 2005년에 개통된 1기 지하철 구간의 중간 신설역인 1호선 동묘앞역과 2호선 용두역이 콘크리트 도상으로 되어 있는 것 역시 이 공법이 적용되었기 때문이다.

이후 4호선 창동역을 기점으로 지상(고가)구간에도 이 공법을 통하여 기존 자갈 도상에서 콘크리트 도상으로 개량이 이루어지고 있으며, 1기 지하철 터널 구간에도 콘크리트 도상화 공사가 진행되고 있다. 서울지하철공사에서 개발된 공법인 만큼 1기 지하철에서는 많이 적용되고 있지만, 前 서울도시철도공사 관할 구간인 2기 지하철 구간에서는 B2S 공법이 적용되지 않았다. 물론 2기 지하철은 터널 구간에도 콘크리트 도상이 적용되었기 때문에, 굳이 B2S 공법을 적용해 콘크리트 도상으로 개량할 만한 구간이 교량구간이 청담대교 구간과 토공구간인 8호선 남위례역 전후 성남구간 외에는 없다.

2.9. 아스팔트 콘크리트 도상


아스팔트 콘트리트 궤도 (ACT-패널형)	아스팔트 콘트리트 궤도 (ACT-침목형)
경북선 백원역 구내에 시험 부설된 아스팔트 콘크리트 도상

아스팔트 노반 위에 콘크리트 패널을 부설하는 형태로, 국내에서는 아직 보편화되지는 않았다. 경북선 백원역에 국내 최초로 시험 부설되었고, 이후 중부내륙선 금가신호장 장내 본선 선로에 아스팔트 콘크리트 도상이 부설되었다. 현재 국내에서는 이 두 곳 외에는 적용된 구간이 없다.

2.10. RC MONO BLOCK 궤도 공법

2.11. 포장형

아직까지 국내에서는 많이 적용되지 않은 공법으로, 수도권 전철 1호선 지하서울역~남영역 하선 구간에 64m, 부산 도시철도 1호선 노포차량기지 구내 28m 구간에만 시험 부설되었고, 그 이후 부설 사례는 없다.

가받침이 불필요하므로 시공 중 열차 운행 가능하고, 가받침 및 수평버팀재 등 가시설 설치가 불가능한 선로분기부 도상 개량 시 용이하다는 장점이 있다.

2.12. 영단형

일본에서 많이 볼 수 있는 궤도 구조이다.

2.12.1. KNR 궤도 구조

철도청에서 일본의 영단형 궤도 구조와 프랑스의 STEDEF 시스템을 국내 실정에 맞도록 상호 보완한 형식이다. 새로운 콘크리트 도상용 PC침목의 아랫부분에 특수방진재를 삽입하여 콘크리트 도상 속에 매입시키는 형식이다. 이 구조의 장점은 궤도 재료의 국산화가 가능하다는 점과 침목상자의 사용으로 콘크리트 도상과 침목을 상호 분리시킴으로써 콘크리트 도상의 균열 방지는 물론 재료의 갱환을 용이하게 할 수 있다는 장점이 있었다.

일산선, 과천선, 분당선 1단계 구간(수서-오리)에서만 볼 수 있으며, 국내에서는 STEDEF 시스템과 마찬가지로 사장화(死藏化)된 공법이다.

2.13. 부유 궤도

궤도에서 발생한 진동을 구조물에 전달하지 못하도록 차단하기 위하여 궤도와 구조물을 분리한 궤도 구조다. 부유 궤도 시스템 자체는 콘크리트 도상뿐만 아니라 자갈도상에서도 적용된다. 진동이나 고체음에 민감한 건물이 있는 경우에 주로 사용되며 궤도의 고유 진동수를 7~15Hz 정도로 낮출수 있기 때문에 진동 및 고체음 차단에 매우 탁월한 효과를 발휘할 수 있다.

구조적 특성상 부유식 슬래브궤도(Floating Slab Track)라고도 부르며 방진재의 종류에 따라 크게 스프링 삽입 시스템과 패드 삽입 시스템으로 구분할 수 있다. 스프링 삽입 시스템은 슬래브와 터널바닥 사이에 스프링이 들어가 열차로 인해 발생하는 진동의 전달을 감소시켜주는 시스템이고, 패드 시스템은 슬래브와 도상 사이에 고무나 기타 탄성체 패드를 삽입하여 진동을 감소시켜주는 시스템을 말한다.

부유식 슬래브궤도(Floating Slab Track)의 국내 부설 사례로는 콘크리트 도상으로 한정할 시, 서울 7호선 고속터미널역 승강장에 부설된 사례가 유일하다. 센트럴시티 부지 내에 건설된 센트럴시티호텔과 지하상가 건물의 지하 기초가 지하철 구조물에 근접하게 건설함에 따라 호텔 및 지하상가 건물의 진동치를 최소화하기 위한 궤도구조로 검토하여 부유궤도를 설계, 적용하게 되었다.

부산지하철 2호선에도 오피스텔과 근접한 개소에 159m가량 부설되었다고 하나, 부유 궤도가 부설된 구간은 아직 확인되지 않았고, 경인선 부천역과 경부고속선 천안아산역은 자갈 도상으로 부유 궤도가 적용되었다고 한다.[6]

2.14. 매립형

2.15. J-Slab (신칸센 슬래브궤도)

신칸센 구간에 적용된 콘크리트 도상 궤도. 사전제작된 슬래브를 돌기가 설치된 하부구조에 올려 스핀들을 이용하여 시멘크 아스팔트 모르타르를 주입하는 형식으로, 이동식 주행레일법에 의한 기계화 시공으로 1일 200m의 빠른 시공이 가능하다. 사전 제작된 슬래브로 균일한 품질을 확보할 수 있고 현장부설에 따른 시공속도가 빠르며, 상대적으로 보수가 유리하고 기계화 시공에 따른 공사비용을 절감할 수 있다는 장접이 있으나, 초기 투자비가 비싸다는 단점이 있다.

원산지인 일본을 비롯하여 중국, 대만에서 볼 수 있으며, 기술적 노하우 부족으로 국내에서는 부설된 사례가 없다. 오히려 국내 사정에 맞춰 사전제작형 콘크리트 슬래브 궤도인 PSTS를 개발하였고, 다양한 노선에서 적용 중에 있다.

2.16. Bogl 슬래브궤도

2.17. Zublin

3. 콘크리트 도상 개량

3.1. 자갈도상에서 콘크리트 도상으로 개량

한국철도공사에서는 RC MONO BLOCK 공법으로 기존 자갈도상을 콘크리트 도상으로 개량한 바 있으며, 현재는 사전제작형 급속개량궤도기술(P-FIT)을 비롯하여 사전제작형 플로팅 궤도, 아스팔트 콘크리트 도상 등 다양한 시도가 이루어지고 있다.

서울교통공사에서는 자체제작한 B2S 공법을 채택, 적용중에 있으며, 장기적으로 지하구간 내 자갈도상을 콘크리트 도상으로 교체할 예정이다. 일부 지상구간의 경우, 예산 부족 등 여러 사정으로 콘크리트 도상으로 개량하는 대신 침목과 자갈을 교체하여 기존 자갈도상을 정비한 구간도 일부 존재한다.

한편, 부산교통공사는 부산 도시철도 1호선의 자갈도상 구간을 콘크리트 도상으로 개량하는 데 매우 미온적인 모습을 보이고 있다. 노포차량기지 구내 28m 구간에 자갈도상을 걷어내고 포장형 콘크리트 도상을 시험 부설한 것 외에는 기존 자갈도상을 콘크리트 도상으로 개량했다는 소식이 전무하다.

3.2. 콘크리트 도상 간 개량

대구교통공사의 경우, 대구 도시철도 1호선 구간 선로분기기에 적용된 나무침목을 RC 침목으로 개량하는 작업이 이루어지고 있다.

4. 장단점

4.1. 장점

내구성이 매우 견고하다.

자갈도상 대비 더 높은 축중을 감당할 수 있다.
물론 이는 노반, 레일 등 철도를 구성하는 모든 요소가 함께 견고할 때 가능한 것이다. 아무리 콘크리트 도상이라하더라도 원가절감을 위해 나머지 부분을 대충 만들면 잘 만든 자갈도상보다 못한 내구도가 나올 수 있다.
고속 운행에 적합하다.
저항력이 강해 틀림이 거의 발생하지 않아 고속 운행에 적합하며, 이로 인해 경부고속선 1단계를 제외한 대부분의 고속선은 거의 콘크리트 도상을 채택하고 있다.

흔들림이 거의 없다.

부산김해경전철

안정성이 뛰어나다.

한번 시공하고 나면 궤도 틀림이 자갈 도상에 비해 적어 보수작업 소요가 적다.

자갈이 튀어 올라 바퀴나 차체에 충돌하는 '자갈 비산' 현상이 적다.
자갈 도상은 겨울철에 자갈이 얼어붙어 고속 주행 시 유리창이 파손되는 사례가 발생할 수 있다.
승차감이 뛰어나다.
승차감에 부정적인 영향을 미치는 궤도 틀림이 적기 때문이다.
먼지가 비교적 덜 발생한다.
콘크리트 자체가 먼지를 덜 발생시키긴 하나, 어디까지나 상대적이다.[7] 먼지가 가장 많다고 잘 알려진 터널이나, 먼지가 많은 날씨 속에서 기차가 고속으로 주행한다면 흩날리는 먼지의 양이 자갈 도상 못지 않을 수 있다.
토사 유입 문제가 없다.
밀실한 콘크리트이므로 도상 내부에 토사가 유입될 우려가 없다.

4.2. 단점

지형을 가린다.
콘크리트 도상은 견고한 지지 기반이 필요하기 때문에, 자갈 도상처럼 땅 위에 층층이 쌓는 방식으로 설계하는 것이 어렵다. 따라서 콘크리트 도상은 지지 기반이 잘 갖춰진 터널구간, 교량구간, 지하구간 등에서만 적합하다.[8]
초기 건설 비용이 비싸다.
자갈 도상보다 1.5~2배 가량 비싸다.
시공 후 선로분기기 설치가 매우 어렵다.
선로분기기 설치 소요가 있을 시, 자갈도상은 기존 침목을 제거하고 선로분기기용 침목으로 교환하는 과정이 상대적으로 덜 번거로운 데 비해 콘크리트 도상은 도상의 특성 상 기존 선로에 분기기를 설치하는 작업이 까다롭다.
수선 과정이 까다롭다.
침목 갱환이나 도상 파손 시 콘크리트를 일일히 깨야 하기 때문에 수선 작업이 매우 힘들다.

5. 참고

[1] 대략 □----□ 이런 형태로 되어 있다.[2] 현 삼표레일웨이.[3] 전라선 서도~산성 간 상선 71.825-71.949 구간에 PST-A가, 71.949-72.072 구간에 PST-B가 각각 시험 부설되었다.[4] 시범 부설된 대천역의 경우 평균 진동 29db, 소음 8db 저감 효과가 있었다.[5] 당시 서울지하철공사[6] 다만 천안아산역의 경우, 경부고속철도 1단계 구간 도상 개량 계획에 따라 콘크리트 도상으로 개량될 가능성이 있으며, 사전제작형 급속개량궤도기술인 P-FIT이나 사전제작형 플로팅 궤도 구조가 적용될 것으로 보인다.[7] 청소를 안하면 먼지가 쌓이듯이, 콘크리트 도상 위에서도 시간이 지날수록 먼지가 쌓이기 때문이다. 이러한 것은 물청소를 하면 대부분 없어지지만, 집안 청소와 달리 매일매일 할 수 없으므로 쌓이게 된다. 자갈 도상도 이러한 점은 비슷하긴 하지만, 불규칙한 형태이므로 비산되는 먼지의 양은 생각보단 적다. 비가 내렸을 경우에는, 배수가 잘 안되는 콘크리트 도상이 오랫동안 물을 머금고 있으므로 먼지의 양이 더욱 줄어든다.[8] 그렇다고 토공 구간에 콘크리트 도상을 설치하지 않는 것은 아니다. 다만 터널, 교량, 지하구간에 비해 공정이 까다롭고 건설 비용이 비싸다는 것이 문제다.


	레일	레일
	침목
도상(철길 지지 구조)
노반
기타	분기기 \| 전차선 (가공전차선 \| 제3궤조집전식 \| 전자기유도집전)