콘크리트 도상

1. 개요

Ballastless Track / Concrete 道床

콘크리트로 노반 위를 지지하는 도상으로 보통 터널, 지하, 교량구간에서 많이 적용된다. 줄여서 콘도상이라고 부르기도 한다.

2. 종류

2.1. STEDEF 시스템

1964년 프랑스에서 최초로 고안된 콘크리트 도상 시스템으로, 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. 곡선 구간에서는 고막 테러를 방불케 한다고 해도 무방할 정도다.

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. 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.

국내에서 많이 보편화된 콘크리트 도상 시스템으로, 일반철도와 도시철도를 막론하고 다양한 구간에 부설되었다.

2.3. 영단형

일산선, 과천선, 분당선 1단계 구간에서 볼 수 있다.

2.4. RHEDA 2000

RHEDA 2000 궤도 구조는 도상콘크리트와 트러스형 철근을 사용하여 제작된 BI-BLOCK 침목을 매립하여 침목 하부의 격자철근을 종철근으로 완전히 일체화함으로써 결합력이 증가하여 높은 안정성과 침목의 분리현상을 최소화하는 구조이다. 경부고속철도 2단계 구간에서 처음 채택된 궤도 구조로, 국내에서는 KCT-II로 규격화되어 있다. BI-BLOCK 침목을 공장에서 제작한 후 현장에서 콘크리트를 타설하는 형태이다.

2.5. 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. 1970년 독일 DB에서 최초로 개발되었고, 국내에서는 국가 R&D 사업의 일환으로 2005년 한국철도기술연구원과 삼표이앤씨 [2]에서 공동으로 개발했다.

PST-B (일반철도용)

PST-C (고속철도용)

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, 이 시스템을 이용하여 사전제작형 급속개량궤도 기술인 P-FIT(Precast-Fast Improvements Track)가 개발되는 등 적용 범위가 점차 넓어질 것으로 전망된다.

2.5.1. 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.

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

2.5.2. 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.

2.6. 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.

2.7. RC MONO BLOCK 궤도 공법

2.8. B2S 궤도 공법

서울지하철공사에서 2003년 자체 개발한 B2S(Ballasted Track To Slab Track) 궤도 공법을 통하여 1기 지하철 구간에 기존 자갈 도상에서 콘크리트 도상으로 교체하는 작업이 이루어지고 있다. 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.

2.9. 기타

3. 장단점

3.1. 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 어지간한 고속선은 전부 콘크리트 도상을 사용하고 있다.

흔들림이 거의 없다.

부산김해경전철

고무차륜에 적합하다.

부산 도시철도 4호선

안정성이 뛰어나다.

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

자갈이 튀어 올라 바퀴나 차체를 때리는 '자갈 비산' 현상이 적다.
승차감이 뛰어나다.
승차감에 부정적인 영향을 미치는 궤도 틀림이 적기 때문이다.
먼지가 비교적 덜 발생한다.
콘크리트 자체가 먼지를 덜 발생시키긴 하나, 어디까지나 상대적이다.[5] 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.

3.2. 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, 교량, 지하구간 등에서만 적합하다.
건설 비용이 비싸다.
자갈 도상보다 1.5~2배 가량 비싸다.
소음이 심하다.
자갈에 비해 탄성이 떨어지고 주행 충격이 단단한 콘크리트 표면에 모두 반사되기에 체감 소음이 훨씬 시끄럽게 들린다. 특히 서울 지하철 5호선, 부산 도시철도 2호선의 경우 당시 콘크리트 도상의 설계 결함으로 인해 극악의 소음을 자랑한다.
시공 후 유지보수가 매우 어렵다.

4. 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] 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.


	레일	레일
	침목
도상(철길 지지 구조)
노반
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