KR101270942B1 - 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 및 그 시공 방법 - Google Patents

아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 및 그 시공 방법 Download PDF

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sleeper
shear
concrete
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asphalt roadbed
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김선기
이호근
서은석
이성혁
이진욱
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한국철도기술연구원
이엔이건설주식회사
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Abstract

전단고정 장치를 사용하여 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 포함하는 침목을 아스팔트 노반에 간편하게 고정시킬 수 있고, 전단고정 장치를 사용하여 횡방향 저항을 확보할 수 있는, 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 및 그 시공 방법이 제공된다. 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목은, 천공홀이 형성된 아스팔트 노반상에 고정되는 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널로서, 관통홀이 형성된 침목; 및 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널이 열차 진행방향의 횡방향 저항을 확보하도록 설치되는 전단고정 장치를 포함하되, 전단고정 장치는, 아스팔트 노반의 천공홀에 삽입되어 설치되는 전단저항봉; 전단저항봉의 하면 및 아스팔트 노반의 천공홀에 주입되는 제1 그라우팅재; 및 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널의 관통홀에 전단저항봉이 삽입된 후, 전단저항봉에 체결되는 체결부재를 포함한다.

Description

아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 및 그 시공 방법 {SLEEPER HAVING SHEAR FIXING APPARATUS FOR ASPHALT ROADBED, AND CONSTRUCTING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 아스팔트 노반의 침목에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 열차 진행방향의 횡방향 저항을 확보하기 위한 전단고정 장치를 사용하여 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널(이하 "침목이라 함)을 아스팔트 노반(Asphalt Roadbed)에 고정시킬 수 있는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 및 그 시공 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 열차 등이 주행하게 되는 궤도(Track)는 노반 위에 도상(Roadbed)을 마련하고, 그 도상 위에 침목 및 레일을 배치한 것이 널리 알려져 있다. 여기서, 도상은 레일 및 침목으로부터 전달되는 열차 하중을 넓게 분산시켜 노반에 전달하고, 침목을 소정 위치에 고정시키는 역할을 하는 궤도재료로서, 자갈(또는 쇄석)이나 콘크리트가 사용된다.
이러한 궤도의 구조는, 노반 위에 형성한 도상에 침목을 배열하고, 그 위에 한 쌍의 레일을 일정 간격으로 평행하게 부착하는 것이 일반적이다. 이러한 궤도를 구성하는 도상으로는 밸러스트(Ballast), 슬래브(Slab) 등이 있으며, 노선의 다양한 조건을 고려하여 선정되고 있다. 특히, 자갈, 쇄석 등의 밸러스트를 이용한 밸러스트 도상 궤도가 널리 알려져 있다.
이러한 자갈, 쇄석 등의 밸러스트는 침목을 확실히 유지하고, 열차로부터 레일 및 침목을 거쳐 전해지는 하중을 노반에 균등하게 분산시키며, 궤도에 탄성을 갖게 하며, 댐핑 등의 보수 작업을 용이하게 실시할 수 있어야 하고, 궤도의 배수를 좋게 하여 분니나 잡초의 발생을 방지하는 등의 기능을 갖고 있다.
한편, 열차의 고속화에 따라 궤도구조가 자갈궤도에서 점차 콘크리트 궤도 부설로 변화하고 있다. 예를 들면, 고속철도 등의 궤도를 부설함에 있어서, 궤도틀림 발생이 큰 문제가 되고, 자갈을 이용한 일반 자갈도상 궤도의 경우, 열차 통행시의 자갈 비산 등의 문제가 크게 대두되고 있기 때문에, 토사 지반에 대해서도 콘크리트 궤도를 이용하는 방안이 고려되고 있는 실정이다.
하지만 이러한 콘크리트 궤도의 경우, 콘크리트 궤도 손상 시 유지보수가 어렵고, 콘크리트 양생으로 인한 건설기간이 많이 소요된다는 단점 등이 있다.
최근 이러한 단점을 보완하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 아스팔트 노반 및 궤도 개발이 진행되고 있다.
도 1a 내지 도 1c는 각각 아스팔트 노반 및 궤도의 구조를 나타내는 도면들로서, 도 1a는 유도상(자갈) 아스팔트 노반을 나타내고, 도 1b는 아스팔트 노반상 콘크리트 침목을 나타내며, 도 1c는 아스팔트 노반상 콘크리트 슬래브 패널을 각각 나타낸다.
아스팔트 노반 및 궤도 구조에 있어서, 도 1b에 도시된 콘크리트 침목 또는 도 1c에 도시된 콘크리트 슬래브 패널을 아스팔트 노반에 연결시킴으로써, 열차의 종하중, 시동 및 제동하중에 대한 횡저항력 및 종저항력을 확보하는 것이 매우 중요하다.
한편, 현재까지 국내외 아스팔트 노반 및 궤도에서 사용되고 있는 수평하중에 대한 지지 방법은, 전단키, 전단돌기, 전단앵커, 부직포 등을 사용하고 있는데, 도 2a 내지 도 3c를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 기술에 따른 생력화궤도의 침목 및 슬래브 고정을 위해 전단키가 사용된 것을 예시하는 도면들이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 생력화궤도의 침목 및 슬래브 고정을 위해 전단키(10)가 사용되며, 예를 들면, 콘크리트 패널의 전단포켓을 통해 충전재를 주입시켜, 기설치한 전단키(10)와의 일체화를 통해 수평방향 하중을 지지하게 한다.
도 3a는 종래의 기술에 따른 생력화궤도의 침목 및 슬래브 고정을 위해 전단돌기가 사용된 것을 예시하는 도면이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 생력화궤도의 침목 및 슬래브 고정을 위해 전단돌기(20)가 사용될 수 있다. 이러한 콘크리트 슬래브 패널의 경우, 전단돌기(20) 및 충전층(30)이 형성되는데, 예를 들면, 콘크리트 기층으로부터 미리 철근콘크리트로 전단돌기(20)가 설치된다.
한편, 선행 기술로서, 미국 등록특허번호 제6,764,022호에는 "Double Sleeper For GETRAC A3 Fixed Track"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3b 및 도3c를 참조하여 설명한다.
도 3b는 종래의 기술에 따른 생력화궤도의 침목 및 슬래브 고정을 위해 전단앵커가 사용된 것을 예시하는 도면이고, 도 3c는 종래의 기술에 따른 콘크리트 침목 하부에 형성되는 전단앵커를 예시하는 도면이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 전단앵커(40)는 침목(60)과 아스팔트 노반(50)을 연결하는데, 종래의 기술에 따른 대부분의 전단앵커(40)는 단순히 못을 설치하는 방식으로 설치된다.
예를 들면, 도 3c는 독일 GETRAC의 전단앵커(40)를 나타내는데, 구체적으로, 침목(60)의 하부에 전단앵커(40)를 설치하여 아스팔트 노반상 천공홀에 단순 삽입하고, 이에 따라 횡저항력 및 종저항력을 확보하고 있다. 그러나 이러한 전단앵커(40)는 상하 운동에 대한 고정은 이루어지지 않고, 단순히 콘크리트 침목(60)의 무게로 고정되고 있을 뿐이다.
또한, 부직포(도시되지 않음)는 대부분의 직결궤도에 적용되며, 수평하중 지지를 위한 마찰력 증가와 고저 조정 시에 사용되고 있다.
한편, 선행 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-942793호에는 "위치고정장치가 설치된 철도궤도 단침목"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.
종래의 기술에 따른 위치고정장치가 설치된 철도궤도 단침목은, 콘크리트궤도 슬래브 상에 형성된 단침목 거치부 내에 철도궤도 단침목을 설치하고, 상기 설치된 철도궤도 단침목에 위치고정장치를 설치한 후에, 상기 철도궤도 단침목 위에 설치된 레일 위로 열차가 반복적으로 운행하여도 철도궤도 단침목에 설치된 위치고정장치에 의하여 철도궤도 단침목의 위치가 고정되어 이동되는 것을 방지한다. 이러한 철도궤도 단침목은 전술한 도 3a에 도시된 전단돌기 형태가 형성된 것이다.
그러나 종래의 기술에 따른 콘크리트 궤도의 경우, 침목이 콘크리트에 매립되어 일체화되어 있거나, 또는 콘크리트 슬래브 패널이 콘크리트 노반과 CAM(시멘트 아스팔트 모르타르)으로 일체화되어 있기 때문에 외부 충격에 의해 손상이 발생하기 쉽고, 또한, 이러한 손상이 발생하였을 경우, 교체가 어렵다는 문제점이 있다.
1) 대한민국 등록특허번호 제10-942793호(출원일: 2008년 1월 10일), 발명의 명칭: "위치고정장치가 설치된 철도궤도 단침목" 2) 대한민국 등록특허번호 제10-1052906호(출원일: 2010년 12월 2일), 발명의 명칭: "프리캐스트 슬래브 궤도 시스템 및 프리캐스트 슬래브 궤도 시스템 시공 방법" 3) 미국 등록특허번호 제6,764,022호(출원일: 202년 8월 1일), 발명의 명칭: "Double Sleeper For GETRAC A3 Fixed Track" 4) 대한민국 공개특허번호 제2010-452호(공개일: 2010년 1월 6일), 발명의 명칭: "철도용 철근 콘크리트 침목" 5) 대한민국 공개특허번호 제2012-26672호(공개일: 2012년 3월 20일), 발명의 명칭: "철도용 침목" 6) 대한민국 등록실용신안번호 제20-373350호(출원일: 2004년 10월 15일), 발명의 명칭: "부두형 RC 침목"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 열차 진행방향의 횡방향 저항을 확보하도록 전단고정 장치를 사용하여 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 포함하는 침목을 아스팔트 노반에 간편하게 고정시킬 수 있는, 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 포함하는 침목을 아스팔트 노반에 고정시킬 경우, 전단고정 장치를 사용하여 횡방향 저항을 확보할 수 있는, 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 및 그 시공 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목은, 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 포함하는 침목을 아스팔트 노반에 고정시키기 위한 아스팔트 노반용 침목에 있어서, 천공홀이 형성된 아스팔트 노반상에 고정되는 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널로서, 관통홀(Through Hole)이 형성된 침목(Sleeper); 및 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널이 열차 진행방향의 횡방향 저항을 확보하도록 설치되는 전단고정 장치(Shear Fixing Apparatus)를 포함하되, 상기 전단고정 장치는, 상기 아스팔트 노반의 천공홀에 삽입되어 설치되는 전단저항봉; 상기 전단저항봉의 하면 및 상기 아스팔트 노반의 천공홀에 주입되는 제1 그라우팅재; 및 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널의 관통홀에 상기 전단저항봉이 삽입된 후, 상기 전단저항봉에 체결되는 체결부재를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목은, 상기 전단저항봉과 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널 사이의 공간에 주입되는 제2 그라우팅재를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전단저항봉은 철근, 강봉 또는 와이어 중에서 선택될 수 있다.
여기서, 상기 전단저항봉의 상부에 형성된 나사산이 형성되고, 상기 체결부재는 상기 전단저항봉의 나사산에 체결되는 볼트 체결부재일 수 있다.
본 발명에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목은, 상기 제1 그라우팅재와의 부착 성능을 증진시키기 위해 상기 전단저항봉의 하부에 체결되는 수직 뽑힘 저항판을 추가로 포함하며, 상기 수직 뽑힘 저항판은 너트 형태로 형성되거나, 상기 전단저항봉과 하면에 일체화될 수 있다.
여기서, 상기 전단저항봉은 상기 아스팔트 노반에 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널이 밀착하여 마찰력을 증가시키도록 토크(Torque) 또는 긴장력을 도입되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널에 형성된 관통홀은 횡방향 저항을 증가시키도록 직선형 단차 또는 경사형 단차가 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 그라우팅재 및 제2 그라우팅재는 무수축 모르타르인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 콘크리트 침목이 단침목인 경우, 상기 전단고정 장치는 상기 단침목의 중앙에 설치되고, 상기 콘크리트 침목이 B2S(Ballast track To Slab track) 침목인 경우, 상기 전단고정 장치는 상기 B2S 침목의 양 쪽에 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목의 시공 방법은, 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 포함하는 침목을 아스팔트 노반에 고정시키기 위한 아스팔트 노반용 침목의 시공 방법에 있어서, a) 아스팔트 노반에 천공홀을 형성하는 단계; b) 전단저항봉을 상기 아스팔트 노반의 천공홀에 수직 방향으로 설치하는 단계; c) 상기 전단저항봉의 하면 및 상기 아스팔트 노반의 천공홀에 제1 그라우팅재를 주입하는 제1 그라우팅을 실시하는 단계; d) 관통홀이 형성된 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 상기 아스팔트 노반의 천공홀 상부에서 위치를 정렬하여 설치하는 단계; 및 e) 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널의 관통홀에 상기 전단저항봉을 삽입하여 체결하는 단계를 포함하되, 상기 전단저항봉은 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널이 열차 진행방향의 횡방향 저항을 확보하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목의 시공 방법은, f) 상기 전단저항봉과 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널 사이의 공간에 제2 그라우팅재를 주입하는 제2 그라우팅을 실시하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 b) 단계의 전단저항봉은 철근, 강봉 또는 와이어 중에서 선택될 수 있다.
여기서, 상기 e) 단계는 상기 전단저항봉의 상부에 형성된 나사산에 체결되는 볼트 체결부재를 사용하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 e) 단계에서 상기 전단저항봉에 상기 아스팔트 노반에 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널이 밀착하여 마찰력을 증가시키도록 토크(Torque) 또는 긴장력을 도입하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 d) 단계에서 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널에 형성된 관통홀은 횡방향 저항을 증가시키도록 직선형 단차 또는 경사형 단차가 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 그라우팅재 및 제2 그라우팅재는 무수축 모르타르일 수 있다.
본 발명에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목의 시공 방법은, 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널에 형성된 레일연결부에 레일을 연결하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 d) 단계의 콘크리트 침목이 단침목인 경우, 상기 전단고정 장치는 상기 단침목의 중앙에 설치되고, 상기 콘크리트 침목이 B2S(Ballast track To Slab track) 침목인 경우, 상기 전단고정 장치는 상기 B2S 침목의 양 쪽에 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 e) 단계는 상기 전단 저항봉의 하부에 형성된 나사산에 수직 뽑힘에 대한 부착력 증가를 위해 전단저항봉에 너트 형태의 체결부재인 수직 뽑힘 저항판을 사용하거나, 전단저항봉과 일체화된 수직 뽑힘 저항판을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전단고정 장치를 사용하여 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 포함하는 침목을 아스팔트 노반에 간편하게 고정시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 포함하는 침목을 아스팔트 노반에 고정시킬 경우, 전단고정 장치를 사용하여 횡방향 저항을 용이하게 확보할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 각각 아스팔트 노반 및 궤도의 구조를 나타내는 도면들이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 기술에 따른 생력화궤도의 침목 및 슬래브 고정을 위해 전단키가 사용된 것을 예시하는 도면들이다.
도 3a는 종래의 기술에 따른 생력화궤도의 침목 및 슬래브 고정을 위해 전단돌기가 사용된 것을 예시하는 도면이다.
도 3b는 종래의 기술에 따른 생력화궤도의 침목 및 슬래브 고정을 위해 전단앵커가 사용된 것을 예시하는 도면이다.
도 3c는 종래의 기술에 따른 콘크리트 침목 하부에 형성되는 전단앵커를 예시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목을 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목에서 전단고정 장치의 개념을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법의 동작흐름도이다.
도 8a 내지 도 8g는 각각 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법의 공종흐름도이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목에서 관통홀을 다양하게 형성하는 것을 예시하는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 도 9a 및 도 9b에 도시된 침목을 아스팔트 노반에 시공하는 것을 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목이 B2S(Ballast track To Slab track) 침목인 경우를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목에서 전단고정장치의 하부에 설치되는 수직 뽑힘 저항판을 예시하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목을 나타내는 평면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목에서 전단고정 장치의 개념을 구체적으로 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목을 나타내는 단면도로서, 도 4에 도시된 A-A 라인을 절개선으로 하는 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목은, 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널 침목을 아스팔트 노반에 고정시키기 위한 아스팔트 노반용 침목으로서, 전단고정 장치(100)를 포함한다. 여기서, 상기 전단고정 장치(100)는, 전단저항봉(110), 제1 그라우팅재(120), 체결부재(130) 및 제2 그라우팅재(140)를 포함한다.
먼저, 아스팔트 노반(Asphalt Roadbed: 210)은 노상층 상면에 보조기층 및 기층이 설치되고 최종적으로 표층에 아스팔트를 포설하여 형성되고, 천공홀이 형성된다.
침목(Sleeper: 220)은 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널로서, 상기 아스팔트 노반상에 고정되고, 관통홀(Through Hole)이 형성된다. 이때, 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널은 프리캐스트(Precast)로 제작될 수 있다.
전단고정 장치(Shear Fixing Apparatus: 100)는 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널이 열차 진행방향의 횡방향 저항을 확보하도록 설치된다. 이러한 전단고정 장치(100)를 이용하여 상기 침목(220)에 전단저항 블록을 형성하게 된다.
구체적으로, 상기 전단고정 장치(100)의 전단저항봉(110)은 상기 아스팔트 노반의 천공홀에 삽입되어 설치된다. 이때, 상기 전단저항봉(110)은 철근, 강봉 또는 와이어 중에서 선택될 수 있다. 여기서, 상기 전단저항봉은 상기 아스팔트 노반에 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널이 밀착하여 마찰력을 증가시키도록 토크(Torque) 또는 긴장력을 도입한다. 이와 같이 긴장력을 도입함으로써 콘크리트 침목(220)과 아스팔트 노반(210) 사이의 마찰력을 증가시킬 수 있고, 이와 같이 마찰계수(
Figure 112012091618664-pat00001
= 수직력/수평력) 또는 수직력이 증가할수록 수평저항력이 증가하게 된다.
상기 전단고정 장치(100)의 제1 그라우팅재(120)는 상기 전단저항봉의 하면 및 상기 아스팔트 노반의 천공홀에 주입된다. 여기서, 상기 제1 그라우팅재(120)는 무수축 모르타르일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
상기 전단고정 장치(100)의 체결부재(130)는 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널의 관통홀에 상기 전단저항봉이 삽입된 후, 상기 전단저항봉에 체결된다. 여기서, 상기 전단저항봉의 상부에 형성된 나사산이 형성되고, 상기 체결부재는 상기 전단저항봉의 나사산에 체결되는 볼트 체결부재일 수 있다.
상기 전단고정 장치(100)의 제2 그라우팅재(140)는 상기 전단저항봉과 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널 사이의 공간에 주입된다. 이와 같이, 상기 체결부재(130)를 사용하여 전단저항봉(1100을 체결한 후, 전단저항력을 추가로 증가시키면서, 상기 전단저항봉(1100의 부식 및 수분의 침투를 방지하도록 제2 그라우팅을 수행함으로써, 상기 제2 그라우팅에 의한 콘크리트 체적이 증가하게 되고, 이에 대응하여 수평전단 저항이 콘크리트 체적이 증가할 수 있다. 즉, 상기 수평전단 저항은 콘크리트 그라우팅재(제2 그라우팅재)의 저항과 전단저항봉(110)의 저항의 총합이 된다. 여기서, 상기 제2 그라우팅재(140)는 무수축 모르타르일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
또한, 상기 콘크리트 침목(220) 또는 콘크리트 슬래브 패널에 형성된 관통홀은, 후술하는 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 횡방향 저항을 증가시키도록 직선형 단차 또는 경사형 단차가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목(220)은, 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널의 상향으로 발생하는 횡방향 변위에 저항하기 위해서 전단고정 장치(100)를 사용하여 소정의 긴장력 또는 체결력을 도입하며, 이를 위해 아스팔트에 생성한 홀에 전단저항봉(110)을 설치하고, 제1 및 제2 그라우팅을 실시한다.
이에 따라 콘크리트 침목 및 콘크리트 슬래브 패널 궤도에 작용하는 열차의 수평방향 저항력을 향상시키기 위해 설치하는 전단고정 장치를 구비함으로써, 전단고정 장치를 사용하여 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 포함하는 침목을 아스팔트 노반에 간편하게 고정시킬 수 있다. 또한, 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 포함하는 침목을 아스팔트 노반에 고정시킬 경우, 전단고정 장치를 사용하여 횡방향 저항을 확보할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법의 동작흐름도이고, 도 8a 내지 도 8g는 각각 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법의 공종흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법은, 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 포함하는 침목을 아스팔트 노반에 고정시키기 위한 아스팔트 노반용 침목의 시공 방법으로서, 먼저, 조성된 아스팔트 노반에 천공홀을 형성한다(S110). 구체적으로, 노상층 상면에 보조기층 및 기층을 설치하고 최종적으로 표층에 아스팔트를 포설하여 아스팔트 노반(210)을 형성한 후, 후속적으로, 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널이 설치될 위치를 측량한 후, 아스팔트 노반(210)에 천공홀(h1)을 형성한다.
다음으로, 전단저항봉을 상기 아스팔트 노반의 천공홀에 수직 방향으로 설치한다(S120). 구체적으로, 도 8b에 도시된 바와 같이, 철근, 강봉, 와이어 등의 전단저항봉(110))은 상기 콘크리트 침목(220) 또는 콘크리트 슬래브 패널이 열차 진행 방형에 대한 수평방향, 즉, 횡방향 저항을 확보하도록 설치한다.
다음으로, 상기 전단저항봉의 하면 및 상기 아스팔트 노반의 천공홀에 제1 그라우팅재를 주입하는 제1 그라우팅을 실시한다(S130). 구체적으로, 도 8c에 도시된 바와 같이, 전단저항봉(110)의 하면 및 아스팔트 노반(210)의 천공홀(h1)에 제1 그라우팅재(120), 예를 들면, 무수축 모르타르를 주입하는 제1 그라우팅을 실시한다.
다음으로, 관통홀이 형성된 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 상기 아스팔트 노반의 천공홀 상부에서 위치를 정렬하여 설치한다(S140). 구체적으로, 도 8d에 도시된 바와 같이, 관통홀(h2)이 형성된 콘크리트 침목(220) 또는 콘크리트 슬래브 패널을 상기 아스팔트 노반(210)의 천공홀 상부에서 위치를 정렬하고, 설정 위치에 상기 콘크리트 침목(220) 또는 콘크리트 슬래브 패널을 설치한다. 이때, 상기 콘크리트 침목(220) 또는 콘크리트 슬래브 패널에 형성된 관통홀(h2)은 횡방향 저항을 증가시키도록 직선형 단차 또는 경사형 단차로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널의 관통홀에 상기 전단저항봉을 삽입하여 체결한다(S150). 구체적으로, 도 8e에 도시된 바와 같이, 상기 콘크리트 침목(220) 또는 콘크리트 슬래브 패널의 관통홀(h2)에 전단저항봉(110)을 체결하고, 상기 콘크리트 침목(220) 또는 콘크리트 슬래브 패널이 상기 아스팔트 노반에 밀착하여 마찰력을 증가시키도록 토크(Torque) 또는 긴장력을 도입한다. 이때, 상기 전단저항봉(110)의 상부에 형성된 나사산에 체결되는 볼트 체결부재(130)를 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 전단저항봉과 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널 사이의 공간에 제2 그라우팅재를 주입하는 제2 그라우팅을 실시한다(S160). 구체적으로, 도 8f에 도시된 바와 같이, 상기 전단저항봉(110)과 상기 콘크리트 침목(220) 또는 콘크리트 슬래브 패널 사이의 공간에 제2 그라우팅재(140), 예를 들면, 무수축 모르타르를 주입하는 제2 그라우팅을 실시한다.
다음으로, 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널에 형성된 레일 연결부에 레일을 연결한다(S170). 구체적으로, 도 8g에 도시된 바와 같이, 상기 콘크리트 침목(220) 또는 콘크리트 슬래브 패널에 형성된 레일연결부(230)에 레일(240)을 설치하여 공사를 마무리한다.
한편, 도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목에서 관통홀을 다양하게 형성하는 것을 예시하는 도면이고, 도 10a 및 도 10b는 각각 도 9a 및 도 9b에 도시된 침목을 아스팔트 노반에 시공하는 것을 예시하는 도면이다.
일반적인 침목의 제작 방법은 뒤집어서 제작하게 되므로 전단력 향상을 위한 호의 형태 및 크기에 대한 제한을 둘 필요가 없지만, 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목에서 관통홀의 모양은, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 다양한 형태의 관통홀을 적용함으로써 전단저항을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 도 9a에 도시된 바와 같이, 전단 저항을 위해 상기 콘크리트 침목(220)에 형성되는 관통홀의 모양은 직선형 단차(h3)를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 도 9b에 도시된 바와 같이, 전단 저항을 위해 상기 콘크리트 침목(220)에 형성되는 관통홀의 모양은 경사형 단차(h4)를 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 관통홀이 보다 큰 표면적을 가질 수 있도록 직선형 단차(h3) 또는 경사형 단차(h4)로 형성될 수 있다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목은, 도 9a에 도시된 직선형 단차(h3)를 갖는 관통홀이 사용된 경우를 나타내며, 또한, 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목은, 도 9a에 도시된 경사형 단차(h4)를 갖는 관통홀이 사용된 경우를 나타낸다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목이 단침목인 경우, 상기 전단고정 장치는 상기 단침목의 중앙에 설치되고, 상기 침목이 B2S(Ballast track To Slab track) 침목인 경우, 상기 전단고정 장치는 상기 B2S 침목의 양 쪽에 각각 설치될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목이 B2S(Ballast track To Slab track) 침목인 경우를 나타내는 도면으로서, 도 11의 a)는 B2S(Ballast track To Slab track) 침목의 사시도이고, 도 11의 b)는 B2S 침목의 평면도이고, 도 11의 c)는 수직 단면도이다.
도 11의 b)에 도시된 바와 같이, 상기 침목이 B2S(Ballast track To Slab track) 침목(220')인 경우, 전술한 전단고정 장치(110)는 상기 B2S 침목(220')의 양 쪽에 형성된 관통홀(h5, h6)을 통해 각각 설치될 수 있다.
여기서, B2S 침목(220')은 레일, 침목 및 콘크리트 도상이 일체형으로 조립된 레일을 말하며, 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 B2S 침목(220')은 수평저항 및 좌우 틸팅에 의한 비대칭 하중 작용으로 인한 회전 저항을 향상시키기 위해서, 상기 전단고정 장치가 상기 B2S 침목(220')의 양 쪽에 형성된 관통홀(h5, h6)을 통해 각각 설치된다.
전술한 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목이 단침목(220)인 경우, 상기 전단고정 장치는 상기 단침목의 중앙에 설치된다. 이에 따라 하중재하 면에서 떨어진 중앙부에 상기 전단고정 장치가 위치하여 진동에 대한 영향이 작고, 또한, 단침목의 좌우 회전에 대한 저항성이 작다. 또한, 단침목(210)은 하나의 침목으로 제작 시공하기 때문에 설치작업 개수가 많지만, 이러한 단침목(210) 설치시 중량이 2개의 침목에 비해 작기 때문에 운반 및 작업성이 우수하며, 자중에 의한 수평변형 저항성이 작다는 특징이 있다.
이에 반해, 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목이 B2S 침목(220')인 경우, 상기 전단고정 장치는 양쪽에 고정 설치된다. 이에 따라 하중재하 직하면의 측면에 위치하여 진동의 영향이 크지만, 침목 좌우 회전에 대한 저항성이 크다는 장점이 있다. 또한, B2S 침목(220')은 2개의 침목을 하나로 제작하기 때문에 시공속도가 빠르지만, B2S 침목 설치시 중량이 크므로 작업자의 설치 운반이 단 침목에 비해 불리하게 되고, 자중에 의한 수평변형 저항성이 크다는 특징이 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목에서 전단고정장치의 하부에 설치되는 수직 뽑힘 저항판(150)을 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목은, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 제1 그라우팅재와의 부착 성능을 증진시키기 위해 상기 전단저항봉의 하부에 체결되는 수직 뽑힘 저항판(150)을 추가로 포함하며, 상기 수직 뽑힘 저항판(150)은 너트 형태로 형성되거나, 상기 전단저항봉과 하면에 일체화될 수 있다.
구체적으로, 도 12의 a)는 아스팔트 노반용 전단 고정장치(110)를 용이하게 설치할 수 있고, 수직 뽑힘에 대한 마찰 저항을 향상시키기 위한 여러 가지 수직 뽑힘 저항판(150a~150d)을 나타내며, 도 12의 b) 내지 d)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전단저항봉(110)의 하부에 형성된 나사산에 너트 형식을 갖는 수직 뽑힘 저항판(150)을 설치함으로써 전단저항봉(110)을 아스팔트에 설치할 때 직립성을 향상시키고, 상향력 작용시 마찰면적의 증대로 인한 마찰 저항을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 수직 뽑힘 저항판(150)은 본 발명의 실시예에 따른 전단저항봉(110)과 함께 용접 등의 방법으로 일체화되도록 설치할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목에 따르면, 전단고정 장치를 사용하여 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 포함하는 침목을 아스팔트 노반에 간편하게 고정시킬 수 있고, 전단고정 장치를 사용하여 횡방향 저항을 확보할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 전단고정 장치
110: 전단저항봉
120: 제1 그라우팅재
130: 체결부재
140: 제2 그라우팅재
150, 150a, 150b, 150c, 150d: 수직 뽑힘 저항판
210: 노반
220: 콘크리트 침목(또는 콘크리트 슬래브 패널)
230: 침목 및 레일 연결장치
240: 레일
h1: 천공홀(노반 천공홀)
h2: 관통홀(침목 관통홀)
h3: 직선형 단차 관통홀(침목 관통홀)
h4: 경사형 단차 관통홀(침목 관통홀)

Claims (19)

  1. 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 포함하는 침목을 아스팔트 노반에 고정시키기 위한 아스팔트 노반용 침목에 있어서,
    천공홀이 형성된 아스팔트 노반상에 고정되는 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널로서, 관통홀(Through Hole)이 형성된 침목(Sleeper); 및
    상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널이 열차 진행방향의 횡방향 저항을 확보하도록 설치되는 전단고정 장치(Shear Fixing Apparatus)
    를 포함하되, 상기 전단고정 장치는,
    상기 아스팔트 노반의 천공홀에 삽입되어 설치되는 전단저항봉;
    상기 전단저항봉의 하면 및 상기 아스팔트 노반의 천공홀에 주입되는 제1 그라우팅재; 및
    상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널의 관통홀에 상기 전단저항봉이 삽입된 후, 상기 전단저항봉에 체결되는 체결부재를 포함하며,
    상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널에 형성된 관통홀은 횡방향 저항을 증가시키도록 직선형 단차 또는 경사형 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전단저항봉과 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널 사이의 공간에 주입되는 제2 그라우팅재를 추가로 포함하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전단저항봉은 철근, 강봉 또는 와이어 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 그라우팅재와의 부착 성능을 증진시키기 위해 상기 전단저항봉의 하부에 체결되는 수직 뽑힘 저항판을 추가로 포함하며, 상기 수직 뽑힘 저항판은 너트 형태로 형성되거나, 상기 전단저항봉과 하면에 일체화되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전단저항봉의 상부에 형성된 나사산이 형성되고, 상기 체결부재는 상기 전단저항봉의 나사산에 체결되는 볼트 체결부재인 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전단저항봉은 상기 아스팔트 노반에 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널이 밀착하여 마찰력을 증가시키도록 토크(Torque) 또는 긴장력을 도입되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목.
  7. 삭제
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 그라우팅재 및 제2 그라우팅재는 무수축 모르타르인 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 침목이 단침목인 경우, 상기 전단고정 장치는 상기 단침목의 중앙에 설치되고, 상기 콘크리트 침목이 B2S(Ballast track To Slab track) 침목인 경우, 상기 전단고정 장치는 상기 B2S 침목의 양 쪽에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목.
  10. 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 포함하는 침목을 아스팔트 노반에 고정시키기 위한 아스팔트 노반용 침목의 시공 방법에 있어서,
    a) 아스팔트 노반에 천공홀을 형성하는 단계;
    b) 전단저항봉을 상기 아스팔트 노반의 천공홀에 수직 방향으로 설치하는 단계;
    c) 상기 전단저항봉의 하면 및 상기 아스팔트 노반의 천공홀에 제1 그라우팅재를 주입하는 제1 그라우팅을 실시하는 단계;
    d) 관통홀이 형성된 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널을 상기 아스팔트 노반의 천공홀 상부에서 위치를 정렬하여 설치하는 단계; 및
    e) 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널의 관통홀에 상기 전단저항봉을 삽입하여 체결하는 단계
    를 포함하되,
    상기 전단저항봉은 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널이 열차 진행방향의 횡방향 저항을 확보하도록 설치되며,
    상기 d) 단계에서 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널에 형성된 관통홀은 횡방향 저항을 증가시키도록 직선형 단차 또는 경사형 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    f) 상기 전단저항봉과 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널 사이의 공간에 제2 그라우팅재를 주입하는 제2 그라우팅을 실시하는 단계를 추가로 포함하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 b) 단계의 전단저항봉은 철근, 강봉 또는 와이어 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 e) 단계는 상기 전단저항봉의 상부에 형성된 나사산에 체결되는 볼트 체결부재를 사용하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 e) 단계에서 상기 전단저항봉에 상기 아스팔트 노반에 상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널이 밀착하여 마찰력을 증가시키도록 토크(Torque) 또는 긴장력을 도입하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법.
  15. 삭제
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 그라우팅재 및 제2 그라우팅재는 무수축 모르타르인 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 콘크리트 침목 또는 콘크리트 슬래브 패널에 형성된 레일연결부에 레일을 연결하는 단계를 추가로 포함하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 d) 단계의 콘크리트 침목이 단침목인 경우, 상기 전단고정 장치는 상기 단침목의 중앙에 설치되고, 상기 콘크리트 침목이 B2S(Ballast track To Slab track) 침목인 경우, 상기 전단고정 장치는 상기 B2S 침목의 양 쪽에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 e) 단계는 상기 전단 저항봉의 하부에 형성된 나사산에 수직 뽑힘에 대한 부착력 증가를 위해 상기 전단저항봉에 너트 형태의 체결부재인 수직 뽑힘 저항판을 사용하거나, 상기 전단저항봉과 일체화된 수직 뽑힘 저항판을 사용하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 노반용 전단고정 장치를 구비한 침목 시공 방법.
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KR101634127B1 (ko) 2015-08-13 2016-06-29 한국철도기술연구원 광폭 침목 및 슬래브 패널의 수평-수직 이동 구속장치 및 그 시공 방법

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