KR101399839B1 - 철도교량 단부 횡단 궤도 구조 및 그 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철도교의 횡단 궤도 구조 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 일단부가 교대에 거치되고 열차의 선로가 시공된 상판을 구비한 철도교의 횡단 궤도 구조에 있어서, 상기 교대에 거치되는 상기 상판의 일단부에는 선로가 시공된 상기 상판의 상면보다 낮은 높이로 형성된 거치부가 구비되고; 상기 거치부와 상기 교대에 각 단부가 단순 지지된 횡단 궤도 구조를; 포함하여 구성되어, 상기 횡단 궤도 구조의 상면과 상기 상판의 상면 및 상기 교대의 일측 토공에 연속하는 레일이 수평 상태로 설치된 선로를 형성하여, 상판 연결부에서 레일의 급격한 휨 변위가 발생하지 않음에 따라, 열차가 고속으로 상판 연결부를 통과하더라도 안전하게 운행할 수 있으며, 레일을 위치 고정하는 레일체결장치의 파손 문제도 해결할 수 있는 철도교의 횡단 궤도 구조 및 그 시공 방법을 제공한다.

Description

철도교량 단부 횡단 궤도 구조 및 그 시공 방법 { Transition track structure of railway bridge deck end and Construction method }

본 발명은 철도교의 횡단 궤도 구조 및 그 시공 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도교의 상판 연결부에서 상판의 단부 회전 및 교각의 기초 침하에 의한 단차 발생 및 상향력 발생에 의하여 레일이 국부적으로 크게 휘는 변위가 발생되는 문제를 해결하여 철도교 열차 운행 시 열차의 안전 운행을 보장하고 승객의 승차감을 확보하며 철도 교량상 궤도재료의 유지보수를 최소화 하기위한 철도교의 횡단 궤도 구조 및 그 시공 방법에 관한 것이다.

철도교는 열차가 강이나 바다 또는 계곡을 통과하기 위해 시공되는 구조물로서, 열차가 통행하기 위한 레일이 철도교의 종방향으로 연속하여 설치된다는 점에 그 특징이 있다.

상대적으로 낮은 속도로 주행하는 저속 철도 및 일반 간선철도는 정척레일 혹은 장척레일이 연속적으로 배열되지 않고 일정 길이마다 레일 이음매를 이용하여 레일을 종방향으로 연결(체결)하여 위치를 고정시킨다. 이러한 이음매 레일은 일정간격으로 위치하는 이음매 틈새로 인해 계절 변화 및 일교차에 따른 레일의 열팽창을 수용하도록 구성된다. 그러나 최근 보편화된 고속철도의 선로는 열차가 고속으로 주행함에 따라 차량의 주행면의 불규칙성, 즉 요철을 없앰으로써 안정적인 열차주행과 이음매통과에 따른 충격을 방지 할 수 있도록 다수의 레일이 공장 혹은 현장에서 용접으로 접합되어 300m에 이르는 긴 길이만큼 연속하여 연결된 장대레일(51)로 이루어진다. 그리고 장대레일(51)은 콘크리트 궤도층(30) 상의 침목(52)에서 레일체결장치(53)에 의해 위치 고정된다.

토공-교량의 연결부(교대부)를 먼저 살펴보면, 도1a에 도시된 바와 같이, 교대(21)의 교좌장치(10a) 상에 거치되는 교량의 상판(10)은 자중 및 주행 열차하중에 의해 하방으로 볼록한 휨 변위(α)가 발생되어, 상판(10)에 설치된 콘크리트 궤도층(30)에 레일체결장치(53)에 의해 위치 고정된 레일(51)은 인접한 교대(21)와의 연결부(51x)에서 레일(51)의 단차(d)가 크게 발생된다. 이와 같이, 상판(10)의 단부 회전에 의한 상향력 발생으로 인하여 레일(51)이 상측으로 당겨지는 힘에 의해 레일체결장치(53)가 파손되는 문제가 야기된다.

교량간의 상판(10) 연결부(교각부)에 대해서도, 도1b에 도시된 바와 같이, 각 상판(10)은 자중 및 주행 열차하중에 의해 하방으로 볼록한 휨 변위(α)가 발생되어, 이에 따라, 상판(10)에 설치된 콘크리트 궤도층(30)에 레일체결장치(53)에 의해 위치 고정된 레일(51)은 인접한 상판(10)과의 연결부(51x')에서 레일(51)의 단차(d')가 크게 발생된다. 이와 같이, 상판(10)의 단부 회전에 의한 상향력 발생으로 인하여 레일체결장치(53)가 파손되는 문제가 야기된다.

따라서, 고속으로 주행하는 열차가 교량구간에서의 구조물 불연속점 즉, 토공-교량 및 교량간 연결부 (교대부 및 교각부)에서 과도한 레일의 변형이 발생하게 되고 레일(51)이 견고하게 위치 고정되지 않음에 따라 열차 안전사고로 연결될 위험성도 상존하는 문제가 있었다.

한편, 장대레일(51)로 이루어진 고속철도는 선로 열차가 고속으로 주행하는 측면에서는 유리하지만, 철도 교량과 궤도레일간의 온도 신축량의 차이 등에 기인한 상호작용 및 상대 변위차에 따라 철도 교량상 콘크리트 궤도 설계 및 시공에 큰 애로사항으로 작용한다. 또한 주행 열차하중에 의한 교량중앙부 연직처짐이 발생함에 따라 토공-교량의 연결부(교대부) 및 교량 상부구조간의 연결부(교각부)에서는 교량 상판 단부의 변형(단차 및 회전)에 의해 궤도 레일의 변형이 발생되고, 이에 따라 연결부 즉, 구조물 불연속지점에서 레일의 상향력(부상력) 및 압축력 등의 과도한 응력이 단부 레일에 작용하므로 해당위치에서 레일체결장치의 파손이 잇따르는 문제가 야기되고 있다.

보다 구체적으로는, 당초의 자갈궤도의 경우 궤도(레일-체결구-침목-도상자갈)가 교량상판과 분리되어 거동하므로 상판의 변형이 궤도에 직접적이지 않으나, 콘크리트궤도의 경우 궤도(레일-체결장치-침목 혹은 콘크리트도상)가 교량상판에 거의 강결되어 거동함에 따라 교량상판의 변형이 궤도의 변형에 직접적인 영향을 미친다.

또한 이상의 열차하중에 의한 변형뿐만아니라 온도하중에 의한 종방향(축방향) 거동측면에서도 마찬가지로 콘크리트궤도의 경우 교량상판의 변형에 궤도변형이 종속적으로 발생하게 된다. 따라서 레일의 신축량과 교량상판의 신축량의 차이를 부담할수 있는 장치로는 레일체결장치가 유일하다.

이에 따라 동절기와 하절기 레일과 교량상판의 재료 및 단면특성차이(열팽창계수와 길이 및 단면차이 등)에 의해 발생하는 장대레일과 장대 철도교량의 과도한 축방향력및 변형수준의 차이는 모두 체결장치에 집중되어 체결구가 파손되거나 심각한 변형에 이르게 된다. 이 때문에, 경부고속철도 일부 구간에서는 이러한 철도교량-궤도상호작용력인 장대레일축력을 최소화하기 위하여 도2a 및 도2b에 도시된 종방향 활동체결장치(53)를 사용하여 구속을 해제함으로서 장대레일(51)을 교량상판과 분리시키는 방법을 채택하기도 하였다. 이 종방향 활동체결장치는 도2a에 도시된 바와 같이 레일 플랜지 상부와 체결구(fast clip)사이가 약 1~2mm이격되어 있으므로(즉, 체결력 없음) 량단부 궤도의 상향변형발생시 체결구의 부담을덜어줄 것으로예상하였다. 그러나, 현장시공오차 및 불량 을 비롯하여 현장에서 발생하는 교량단부 상향변위의 수준이 과다하여 이격된 공간을 초과하게 되었다.

따라서, 아무런 힘을 받지 않아야 할 체결력이 없는 종방향 활동체결구(53)가 힘을 받아 강체로 거동함에 따라 체결구가 파손되고 체결구 고정숄더가 파손되는등 단부 궤도의 손상이 야기되는 결과가 초래되었다. 다시 말하면, 당초 예상했던 종방향 활동체결장치(53)가 그 역할을 못하게 됨에 따라 장대레일축력 및 단부궤도사용성 측면에서의 안정성을 확보할 수 없는 문제가 야기되었다.

따라서, 상기와 같이 고속으로 주행하는 고속철도의 선로를 구성함에 있어서, 철도교의 상판(10)의 자중 및 열차하중에 의한 휨 변형에 따른 단부 궤도에 발생하는 상향력으로 레일의 굴곡 및 변형이 발생되는 것을 최소화하고, 교량상 장대레일의 부가 축력을 최소화하고자 하는 필요성이 절실히 요구되고 있다.

한편, 도10a에 도시된 바와 같이, 상판과 상판이 연결되는 사잇 영역에는 콘크리트 궤도층(30)이 상판(10)의 끝단까지 시공되기 곤란하여 침목(52) 사이의 간격(L2)이 상판(10) 상에서의 침목 간격(L1)보다 훨씬 크게 벌어짐에 따라, 열차가 교량을 통과할 때에 상판(10)의 끝단부에 축력(F)이 누적되어 크게 증가하는 문제가 있었다. 이로 인하여, 침목(52) 및 레일체결장치(53)에 과도한 하중이 작용하여 레일체결장치(53)가 쉽게 파손되는 문제가 야기되었다. 레일체결장치(53)의 파손 문제를 해결하기 위하여, 도2a에 도시된 바와 같이, 레일체결장치(53)와 레일(51) 사이에 미리 정해진 간극(Y)을 두는 방식이 채용되기도 하였지만, 상판 연결부에서 레일(51)의 큰 휨 변형에 의하여 도2b에 도시된 바와 같이 레일체결장치(53)에 레일(51)이 Y'로 표시된 높이만큼 상방으로 휘어지면서 접촉하여 반복적으로 힘이 작용함에 따라 레일체결장치(53)가 파손되는 문제가 해소되지 못하였다. 이와 같은 구조는 상판 연결부에서 레일(51)을 견고하게 위치 고정하지 못하는 문제점도 있었다.

따라서, 상판 연결부에서 크게 작용하는 축력(F)을 완화하여, 이로 인한 레일체결장치의 파손 문제를 해결할 필요성도 함께 대두되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 철도교의 상판 연결부에서 상판의 단부 회전에 의한 단차 발생 및 상향력 발생에 따라 레일의 휨 변위가 크게 발생하는 것을 방지하는 철도교의 횡단 궤도 구조 및 그 시공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 목적은 열차하중에 기인한 교량상판의 휨변형에 의해 발생하는 교량 단부 회전변위에 의해 구조물 불연속점에서의 궤도변형 및 작용력(압축력, 상향력)에 따른 문제를 해소하여 단부 궤도의 사용성을 확보하고 단부궤도 구성품의 사용수명을 향상시키며 유지 보소 비용을 줄이는 것이다.

무엇보다도, 본 발명은 철도교의 각 상판에서 열차가 고속으로 통과하면서 발생되는 횡단궤도구조에서 발생되는 축력을 완화시킴으로써, 열차의 안전운행을 신뢰성있게 보장할 뿐만 아니라 레일체결장치의 파손을 방지하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명은 기존에 시공된 철도교에 있어서도 상기 목적을 구현할 수 있도록 횡단 궤도 구조를 교체 시공하는 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 일단부가 교대에 거치되고 열차의 선로가 시공된 상판 및 그위에 콘크리트 궤도층을 구비한 철도교의 횡단 궤도 구조에 있어서, 상기 교대에 거치되는 상기 상판의 일단부에는 선로가 시공된 상기 상판의 상면보다 낮은 높이로 절개 형성된 거치부가 구비되고; 상기 거치부와 상기 교대에 각 단부가 단순 지지된 횡단 궤도 구조를; 포함하여 구성되어, 상기 횡단 궤도 구조와 상기 상판 및 상기 교대의 일측 토공에는 레일이 콘크리트 궤도층 상에 연속 형태로 설치되어 상기 선로를 형성하는 것을 특징으로 하는 철도교의 횡단 궤도 구조를 제공한다.

또한, 본 발명은, 교각에 각각의 일단부가 거치되어 상호 종방향으로 배열되고 연속하는 열차의 선로가 시공된 제1상판과 제2상판 및 그 위에 콘크리트 궤도층을 구비한 철도교의 횡단 궤도 구조에 있어서, 상기 교각에 거치되는 상기 제1상판의 일단부에는 선로가 시공된 상기 제1상판의 상면보다 낮은 높이로 형성된 제1거치부가 구비되고; 상기 교각에 거치되는 상기 제2상판의 일단부에는 선로가 시공된 상기 제2상판의 상면보다 낮은 높이로 형성된 제2거치부가 구비되고; 상기 제1거치부와 상기 제2거치부에 각 단부가 단순 지지된 횡단 궤도 구조를; 포함하여 구성되어, 상기 횡단 궤도 구조, 상기 제1상판 및 상기 제2상판에는 레일이 콘크리트 궤도층 상에 연속 형태로 설치되어 상기 선로를 형성하는 것을 특징으로 하는 철도교의 횡단 궤도 구조를 제공한다.

이는, 교대와 상판의 단부 사이 및 종방향으로 연속하는 제1상판과 제2상판에 단순 지지되는 횡단 궤도 구조를 개재시킴으로써, 자중에 의하여 상판이 하방으로 볼록한 휨 변형이 발생되어 상판 단부에서 단부 회전에 의한 단차 및 상향력이 발생되더라도, 단순 지지된 횡단 궤도 구조에 의하여 상판 단부의 단차를 상쇄시킴으로써, 교대와 상판에 연속 형태로 배열되는 레일의 휨 변형량을 최소화하기 위함이다.

이를 통해, 철도교의 상판 연결부에서 레일의 급격한 휨 변위가 발생하지 않음에 따라, 열차가 고속으로 상판 연결부를 통과하더라도 안전하게 운행할 수 있으며, 레일을 위치 고정하는 레일체결장치의 파손 문제도 해결할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 횡단 궤도 구조는 선로가 놓여진 배열 방향(횡방향)으로 전단 변위 및 압축 변위가 모두 허용되는 탄성 지지체로 지지된다. 즉, 횡단 궤도 구조는 예를 들어 고무와 같이 전단 변위 및 압축 변위가 모두 허용되는 탄성 재질로 지지됨에 따라, 열차가 고속으로 이동하거나 계절적 온도차에 의하여 레일을 통해 전달되는 큰 축력을 전단 변위 및 압축 변위로 완화시킬 수 있게 된다. 따라서, 고속철의 운행에 의한 과도한 축력으로 레일을 위치를 고정하는 레일체결장치의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 상판의 길이가 횡단 궤도 구조의 길이만큼 더 짧아지므로, 상판 상의 레일에 작용하는 축력의 변동폭이 더 작아지는 효과도 얻을 수 있다.

상기와 같은 구성에 의하여, 본 발명은 철도교의 각 상판에서 열차가 고속으로 통과하면서 발생되는 축력의 최대치 및 변동폭을 줄일 수 있어서 열차의 안전 운행을 확실하게 담보할 수 있을 뿐만 아니라 레일체결장치의 파손을 방지하여 유지보수의 부담을 획기적으로 절감시키는 이점이 얻어진다.

이 때, 레일체결장치는 텐션 클램프 형식의 체결구를 사용하여 체결력을 원하는 값으로 조정이 가능하다. 레일체결장치에 의해 레일을 고정시키는 체결력은 상기와 같이 탄성 지지체에 의해 축력이 저감되므로 보다 더 작은 크기로 조정될 수 있다. 더욱이, 텐션 클램프 형식의 체결구를 이용함으로써, 레일이 유연한 스프링과 같이 적절한 탄성 거동하도록 위치 고정되므로, 낮은 수준의 체결력을 유지할 수 있으며, 레일의 종방향 저항력을 감소시킴에 따라 축력 저감 효과를 극대화할 수 있다.

한편, 상기와 같이 횡단궤도구조가 탄성 지지체에 의해 지지됨에 따라, 주행열차의 하중에 의해 교량 상판의 변형이 상쇄되어 교량 상판의 단부 궤도에 작용하는 상향력 및 압축력을 저감시키는 효과도 얻을 수 있다.

상기 횡단 궤도 구조는 상판의 단부 회전에 의한 단차를 상쇄시키기 위한 것이므로, 상판에 비하여 훨씬 작은 길이인 1.5m 내지 5m의 길이로 제작되어 설치된다. 횡단 궤도 구조의 길이가 1.5m보다 작은 경우에는 상판 단부의 단차를 상쇄시키는 효과를 충분히 얻을 수 없고, 횡단 궤도 구조의 길이가 5m보다 길게 제작되면 상판의 단부 회전에 의한 단차가 작은 영역까지 횡단 궤도 구조로 연결하게 되어 비효율적이기 때문이다.

그리고, 상기 횡단 궤도 구조는 콘크리트 바닥판을 포함한다. 이는 콘크리트 바닥판에 의하여 고속철이 통과할 때에 발생되는 진동을 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 레일과 침목이 설치되는 콘크리트 궤도층으로 사용할 수 있도록 하기 위함이다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 상면의 높이가 더 낮은 거치부가 단부에 형성된 상판을 교량의 하부 구조에 거치시키는 단계와; 교대와 상기 상판의 연결부에서는, 상기 거치부와 상기 교대에 각 단부가 단순 지지된 횡단 궤도 구조를 설치하는 교대부 연결브리지 설치단계와; 상기 상판의 상면과 상기 횡단 궤도 구조의 상면에 레일을 콘크리트 궤도층 상에 연속 형태로 설치하는 레일 설치 단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교의 횡단지지구조의 시공 방법을 제공한다.

그리고, 본 발명은 상면의 높이가 더 낮은 거치부가 단부에 형성된 상판을 교량의 하부 구조에 거치시키는 단계와; 교각에 각각의 일단부가 거치되어 상호 종방향으로 배열되는 제1상판과 제2상판의 연결부에서는, 상기 제1상판의 제1거치부와 상기 제2상판의 제2거치부에 각 단부가 단순 지지된 횡단 궤도 구조를 설치하는 교각부 연결브리지 설치단계와; 상기 제1상판, 상기 횡단 궤도 구조 및 상기 제2상판의 상면에 레일을 콘크리트 궤도층 상에 연속 형태로 설치하는 레일 설치 단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교의 횡단지지구조의 시공 방법을 제공한다.

이 때, 상기 횡단 궤도 구조는 상기 철도의 배열 방향으로 전단 변위가 허용되고 중력 방향으로 압축 변위가 허용되는 탄성 지지체로 지지되는 것이 열차의 주행 중에 레일에 발생되는 축력을 완화시킨다는 점에서 바람직하다.

한편, 본 발명은, 교대에 일단부가 거치된 상판이 구비되고, 콘크리트 궤도층 상에 열차의 선로를 형성하는 레일이 설치된 철도교의 횡단 궤도 구조의 교체 시공 방법으로서, 상기 교대로부터 미리 정해진 길이만큼 상기 상판에 시공된 레일 및 콘크리트 궤도층을 제거하여 제1거치부를 형성하는 제1거치부 형성단계와; 상기 교대의 상측에 시공된 레일과 콘크리트 궤도층을 제거하여 제2거치부를 형성하는 제2거치부 형성단계와; 상기 제1거치부에 일단이 거치되고, 상기 제2거치부에 타단이 거치되도록 횡단 궤도 구조를 설치하는 연결브리지 설치단계와; 상기 횡단 궤도 구조 상의 침목 상에 레일을 설치하고, 종방향으로 인접한 상기 교대측의 레일 및 상기 상판의 레일과 양단을 결합시키는 레일 설치 단계를; 포함하는 철도교 횡단지지구조의 교체시공방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 교각에 일단부가 거치된 제1상판과 타단부가 거치된 제2상판이 구비되고, 콘크리트 궤도층 상에 열차의 선로를 형성하는 레일이 설치된 철도교의 횡단 궤도 구조의 교체 시공 방법으로서, 상기 제1상판의 끝단으로부터 미리 정해진 길이만큼 상기 제1상판에 시공된 레일 및 콘크리트 궤도층을 제거하여 제1거치부를 형성하는 제1거치부 형성단계와; 상기 제1상판과 종방향으로 인접한 상기 제2상판의 끝단으로부터 미리 정해진 길이만큼 상기 제2상판에 시공된 레일과 콘크리트 궤도층을 제거하여 제2거치부를 형성하는 제2거치부 형성단계와; 상기 제1거치부에 일단이 거치되고, 상기 제2거치부에 타단이 거치되도록 횡단 궤도 구조를 설치하는 연결브리지 설치단계와; 상기 횡단 궤도 구조 상의 침목 상에 레일을 설치하고, 종방향으로 인접한 상기 제1상판의 레일 및 상기 제2상판의 레일과 양단을 결합시키는 레일 설치 단계를; 포함하는 철도교 횡단지지구조의 교체시공방법을 제공한다.

이와 같이, 이미 시공된 철도교에 대해서도 상대적으로 낮은 강도로 합성되는 콘크리트 층을 제거하여 횡단 궤도 구조를 설치함으로써, 짧은 시간 내에 상판의 단부 회전에 의해 열차의 고속 주행이 불안해지고 레일체결장치의 파손이 야기되는 종래의 문제점을 일거에 모두 해결 할 수 있다.

한편, 본 명세서 및 특허청구범위 전반에 걸쳐 횡단 궤도 구조의 설치 방식으로서 사용된 '단순 지지' 또는 '단순 거치' 및 이와 유사한 용어는 '상판의 자중에 의한 처짐에 의해 상판 단부가 회전하는 방향으로, 횡단 궤도 구조의 각 단부 지지점이 회전 자유도를 갖도록 거치되는 방식'이라고 정의하기로 한다. 이 때, 횡단 궤도 구조의 각 단부 지지점의 회전 방향은 상판 단부가 상방으로 들리는 방향 뿐만 아니라 그 반대 방향을 포함하는 양방향으로의 회전 자유도를 의미한다. 따라서, 단순 지지된 횡단 궤도 구조의 지지점 중 일측의 지지점은 레일 방향으로 이동 가능하게 설치될 수도 있고, 타측의 지지점은 레일 방향에 대하여 위치 고정된 상태로 설치될 수도 있다.

그리고, 본 명세서 및 특허청구범위 전반에 걸쳐 '토공'은 철도교와 연결되는 교대의 일측에 위치한 토양부(토공노반구간)를 의미한다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위 전반에 걸쳐 '연속 형태'의 레일 또는 이와 유사한 용어는 레일이 용접에 의해 장대레일화 되어 레일 이음매위치가 없는 의미한다. 예를 들어, "상기 횡단 궤도 구조와 상기 상판 및 상기 교대의 일측 토공에는 레일이 연속 형태로 설치"라는 기재는 '레일이 상판과 교대 일측의 토공 사이에 위치한 횡단 궤도 구조를 통과하는 영역 및 그 전후 영역에 대하여 분리되지 않은 하나의 장대 레일로 설치된다'는 것을 의미한다.

그리고, 본 명세서 및 특허청구범위에 걸쳐 사용된 '교대측'이라는 용어는 '교대'에만 국한되는 것이 아니라, 상판으로부터 토공을 향하는 영역을 통칭한 것이다. 따라서, '교대측'은 교대를 포함하는 토공을 함께 지칭하는 것일 수도 있고, 교대를 포함하지 않는 토공만을 지칭하는 것을 모두 포함한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 상판의 종방향으로의 연결부에 낮은 높이의 거치부를 형성하고, 이 거치부에 횡단 궤도 구조를 단순 지지하도록 설치하고, 횡단 궤도 구조와 상판에 레일을 연속 형태로 설치하여 상기 선로를 형성함으로써, 상판이 하방으로 볼록한 휨 변형이 발생되어 상판 단부에서 단부 회전에 의한 단차와 상향력이 발생되더라도, 단순 지지된 횡단 궤도 구조에 의하여 상판 단부의 단차를 상쇄시키고 단부레일의 변형을 완만히 감소시킴으로써, 교대와 교량 상판과 같이 구조물 불연속위치상의 레일의 휨 변형량을 최소화한 철도교의 횡단 궤도 구조 및 그 시공 방법을 제공한다.

이를 통해, 본 발명은, 철도교 상판의 종방향 연결부(불연속지점)에서 레일의 급격한 휨 변위가 발생하지 않으므로, 열차의 주행 선로가 보다 직선에 근접하게 되어 열차의 고속 주행을 보다 확실하게 보장할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 철도교 상판의 운행할 수 있으며, 레일을 위치 고정하는 레일체결장치의 파손 문제도 해결할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.

무엇보다도, 본 발명은 횡단 궤도 구조의 받침(탄성 지지체)이 열차가 이동하는 선로의 배열 방향(횡방향)으로 전단 변형이 허용되고 중력 방향으로 압축 변형도 허용되는 탄성 지지체로 지지됨에 따라, 레일과 교량 상판 사이의 온도 신축거동에 의해 발생된 부가 축력 및 상대 변위차를 횡단 궤도 구조의 탄성 지지체의 전단 변형 및 압축 변형으로 완화시키며, 이로써 레일 및 레일체결장치에 작용하는 축력이 감소하여 교량 상판과 궤도의 상대변위차를 최소화 할 수 있으며, 교량상 장대레일 축력 안전성을 확보하고 장대 교량설계가 가능하게 할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이를 통해, 본 발명은 철도 교량의 궤도-교량간 발생하는 장대레일 축력저감을 통한 궤도 안정성 확보 및 교량 상판 단부 궤도의 사용성을 확보하고 단부 궤도 구성품의 유지보수의 부담을 획기적으로 절감시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 횡단궤도구조가 탄성 지지체에 의해 지지됨에 따라, 주행열차의 하중에 의해 교량 상판의 변형이 상쇄되어 교량 상판의 단부 궤도에 작용하는 상향력 및 압축력을 저감시키는 효과도 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 횡단 궤도 구조의 레일과 침목이 설치되는 콘크리트 궤도층을 콘크리트와 강재의 합성구조로 제작함으로써, 열차가 통과할 때에 발생되는 진동을 줄일 수 있고, 하부의 강재판과 합성되어 일체 거동하는 철근 콘크리트구조로써 하부 인장철근을 설치하지 않고서도 충분한 인장강도를 확보할 수 있는 이점이 얻어진다.

또한, 본 발명은 종방향저항력조절 체결장치(RLR, Reduced Longditudinal Resistance)를 사용하여 궤도-교량간 발생하는 부가축력을 완화하여 교량-궤도상대변위차를 해소함에 따라, 정상체결력의 60~80%정도의 체결력으로 레일을 고정함에 따라 파손의 염려가 적은 효과도 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 이미 시공되어 사용중인 철도교에 대해서도 상기와 같은 장점을 갖는 횡단 궤도 구조를 시공할 수 있도록 하여, 단부 궤도 구성품의 파손을 방지하면서도 열차의 고속 운행을 보다 안전하게 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도1a는 종래 철도교의 교대와 상판의 연결부를 도시한 개략도
도1b는 종래 철도교의 상판 간의 연결부를 도시한 개략도
도2a은 종래 철도 교량상 장대레일 부가축력 해소를 위한 종방향 활동체결장치(체결력 없는 체결장치)의 구성을 도시한 횡단면도
도2b는 도1a 및 도1b의 51x 및 51x'와 같이 철도교량 상판 단부의 상향력에 따라 레일이 들려진 상태에 의해 종방향 활동체결장치의 체결구가 힘을 받는 강체 거동 상태를 도시한 횡단면도
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도교의 교대와 상판 간의 횡단 궤도 구조의 구성을 도시한 도면
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도교의 상판 간의 횡단 궤도 구조의 구성을 도시한 도면
도5a 및 도5b는 도3의 횡단 궤도 구조의 구성을 도시한 사시도 및 횡단면도
도6a 및 도6b는 도3에 적용가능한 횡단 궤도 구조의 구성을 도시한 사시도 및 횡단면도
도7a 및 도7b는 도3에 적용가능한 횡단 궤도 구조의 구성을 도시한 사시도 및 횡단면도
도8은 도3의 횡단 궤도 구조를 지지하는 탄성 지지체의 구성을 도시한 사시도
도9는 축력이 작용하여 전단 변위가 발생된 상태의 탄성 지지체를 도시한 정면도
도10a는 종래 철도교에 열차 통행에 따른 축력의 작용 상태를 도시한 도면
도10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 철도교의 횡단 궤도 구조가 적용된 상태에서 열차 통행에 따른 축력의 작용 상태를 도시한 도면
도11a 내지 도11e는 도3 및 도4의 철도교의 횡단지지구조가 적용된 철도교를 시공 순서에 따른 구성을 도시한 개략도
도12a 내지 도12d는 기존의 철도교의 교대측 상판 연결부에 도3 및 도4의 철도교의 횡단지지구조를 교체 시공하는 구성을 시공 순서에 따라 도시한 개략도
도13a 내지 도13d는 기존의 철도교의 교각측 상판 연결부에 도3 및 도4의 철도교의 횡단지지구조를 교체 시공하는 구성을 시공 순서에 따라 도시한 개략도
도14는 본 발명에 적용되는 레일체결장치의 구성을 도시한 사시도

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 철도교의 교대부에서의 횡단지지구조(100)는 교대(21')에 거치되는 상판(10)의 일단부에 상판(10)의 상면보다 낮은 높이의 거치부(15)가 절취된 형태로 형성되고, 상판(10)의 거치부(15)와 교대(21')에 횡단 궤도 구조(110)가 단순 거치되어, 횡단 궤도 구조(110)와 상판(10) 및 교대 일측의 토공(40) 상을 장대 레일(121)이 연속하는 형태로 설치된다.

상기 상판(10)에는 콘크리트 궤도층(30)이 시공되고, 콘크리트 궤도층 상에 침목(152)이 미리 정해진 간격으로 설치된 후, 레일(121)이 침목(152) 상에 설치된다.

상기 교대(21')는 토공(40)의 끝단부에 설치되어 철도교의 상판(10)을 교좌장치(10a)로 지지한다. 이 때, 교대(21')의 상단은 횡단 궤도 구조(110)가 차지하는 높이(H)만큼 더 낮게 위치한다.

상기 횡단 궤도 구조(110)는 상판(10)의 거치부(15)의 바닥면(15s)에 일측이 거치되고, 교대(21')에 타측이 거치되어, 양단 단순 지지 상태로 된다. 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이, 횡단 궤도 구조(110)는 레일(121)이 설치될 수 있는 폭만큼 이격된 한 쌍의 I형 강재 거더(113)와, 그 사이에 콘크리트 바닥판(114)이 합성되고, 콘크리트 바닥판(114)의 저면에는 보강재(115)가 종방향으로 이격되게 다수 설치된다. 콘크리트 바닥판(114)의 상면에는 일정 거리 간격으로 침목(122)이 설치되고, 침목(122)의 상면에 장대 레일(121)을 거치하며, 장대 레일(121)의 위치를 레일체결장치(123)로 고정시킨다.

무엇보다도, 횡단 궤도 구조(110)는 도8 및 도9에 도시된 바와 같이 전단 변위 및 압축 변위가 허용되는 고무재(92)를 구비한 탄성 지지체(111, 112)로 지지되어, 열차가 통행하는 동안에 콘크리트 궤도와 레일 사이에 발생되는 축력(F)을 전단 변위(θ) 및 압축 변위가 모두 허용된다. 즉, 횡단 궤도 구조(110)는 예를 들어 고무와 같이 전단 변위 및 압축 변위가 모두 허용되는 탄성 재질로 지지됨에 따라, 열차가 고속으로 이동하거나 계절에 따른 온도차에 의하여 레일을 통해 전달되는 큰 축력을 전단 변위 및 압축 변위로 완화시킬 수 있게 된다.

이 뿐만 아니라, 탄성 지지체(111, 112)는 주행열차하중에 의해 교량 상판의 변형을 수용하므로, 교량상판 단부 궤도(레일)에 작용하는 상향력 및 압축력을 저감시킨다. 여기서 탄성 지지체(111, 112)는 고무재(92)의 상하측에 철판(91)이 위치하여, 철판(91)이 상판 거치부(15)의 바닥면(15s) 및 교각(21') 상에 거치된다.

횡단 궤도 구조(110)의 콘크리트 바닥판(114)은 레일(121)을 지지하는 콘크리트 궤도층의 역할을 하며, 열차가 레일(121)을 따라 고속으로 운행하는 동안에 진동을 완화시키는 역할을 한다.

그리고, 장대 레일(121)은 콘크리트 궤도층(30, 114) 상에 설치된 침목(152, 122)에서 텐션 클램프 형식의 체결구가 구비된 종방향저항력조절 레일체결장치(153, 123; RLR, Reduced Longditudinal Resistance)에 의해 위치 고정된다. 이 레일체결장치(153, 123)는 도14에 도시된 바와 같이 레일(121)을 접촉한 상태로 위치 고정하는 탄성 텐션 클램프(123a)와, 탄성을 갖는 텐션 클램프(123a)가 레일(121)을 고정하는 체결력을 죄는 정도에 따라 조정할 수 있는 토크 조절나사(123b)를 구비한다. 이에 따라, 토크 조절나사(123b)의 죄는 정도에 따라 레일(121)을 위치고정하는 체결력을 다양한 크기로 조정할 수 있으며, 고속 열차의 통행이나 계절적 온도차에 의해 장대 레일(121)에 발생되는 부가 축력을 유연한 스프링과 같이 적절히 탄성 거동함에 의해 효과적으로 완화시킬 수 있고, 낮은 수준의 체결력으로 유지되더라도 레일(121)을 안정되게 위치고정하면서 파손의 염려도 크게 감소하는 잇점을 얻을 수 있다. 이와 같은 레일체결장치(123)는 횡단궤도구조(110)에서 뿐만 아니라, 교량의 상판(10)의 콘크리트 궤도층(30)에서도 동일한 레일체결장치(153)가 적용된다.

이 때, 횡단 궤도 구조(110)의 폭은 상판(10)의 폭과 동일한 폭으로 형성될 수 있으며, 상판(10)의 폭보다 더 작게 형성될 수도 있다. 그리고, 횡단 궤도 구조(110)의 길이(L)는 1.5m 내지 5m의 길이로 정해진다. 상판의 길이가 50m 이상으로 긴 경우에는 4m 내지 5m정도로 정해지며, 상판의 길이가 20m 정도로 매우 짧은 경우에는 1.5m정도로 정해진다. 이는, 횡단 궤도 구조(110)의 길이가 1.5m보다 작은 경우에는 철도교의 상판(10)의 길이를 고려할 때 상판 단부의 단차(d, d')를 상쇄시키는 효과를 충분히 얻을 수 없고, 횡단 궤도 구조(10)의 길이가 5m보다 길게 제작되면 상판의 단부 회전에 의한 단차가 작은 영역까지 연장되므로 횡단 궤도 구조(10)의 설치 효율이 저하되기 때문이다.

상기 레일(121)은 상판(10)의 상측과 횡단 궤도 구조(110)의 상측 및 토공(40)에 이르기까지 하나의 몸체인 장대 레일로 형성된다. 이와 같이, 레일(121)이 연속한 형태로 횡단 궤도 구조(110)를 가로질러 상판(10)과 토공(40)을 연결하도록 구성되더라도, 횡단 궤도 구조(110)가 제1상판(10)과 제2상판(10')에 단순 거치되는 형태로 개재됨에 따라, 횡단 궤도 구조(110)가 상판(10)의 단부 회전에 의한 단차 및 상향력을 상쇄시킴으로써, 도1a에 도시된 종래의 철도교 횡단 궤도 구조와 달리, 상판(10)과 교대(21')의 연결부(121x)에서 레일(121)의 휨 변형이 크게 발생하지 않게 된다.

이에 따라, 상판(10)으로부터 횡단 궤도 구조(110)를 가로질러 토공(40)에 이르기까지 하나의 레일(121)로 설치되더라도, 열차가 철도교를 고속으로 통과하더라도 승차감을 저해하지 않을 뿐만 아니라, 안전 운행을 보다 확실하게 보장할수 있게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 철도교의 교각부에서의 횡단지지구조(200)는 도4에 도시된 바와 같이, 교각(22)에 거치되는 제1상판(10)의 일단부에 선로(120)가 시공된 제1상판(10)의 상면보다 낮은 높이로 제1거치부(15)가 구비되고; 교각(22) 상에 제1상판(10)과 종방향으로 인접하게 거치된 제2상판(10')의 일단부에도 제2상판(10')의 상면보다 낮은 높이로 제2거치부(15')가 구비되며, 제1거치부(15)와 제2거치부(15')에 횡단 궤도 구조(110)가 양단 단순 지지되어 설치된다. 그리고, 횡단 궤도 구조(110)를 가로질러 제1상판(10)과 제2상판(10')의 상면에는 장대 레일(121)이 연속 형태로 설치되어 열차가 통행하는 선로(120)를 형성하도록 구성된다.

상기 제1상판(10) 및 제2상판(10')은 교각(22)의 교좌장치(10a) 상에 거치된다. 상기 제1상판(10) 및 제2상판(10')에는 콘크리트 궤도층(30)이 시공되고, 콘크리트 궤도층(30) 상에 침목(152)이 미리 정해진 간격으로 설치된 후, 레일(121)이 침목(152) 상에 설치된다.

횡단 궤도 구조(110)는 제1상판(10)의 거치부(15)의 바닥면(15s)에 일측이 거치되고, 제2상판(10')의 거치부(15')의 바닥면(15s)에 타측이 거치되어, 양단 단순 지지 상태로 된다. 교대부에서의 철도교 횡단지지구조(100)와 마찬가지로 횡단 궤도 구조(110)는 도5a 및 도5b에 도시된 형태로 적용될 수 있다.

상기 레일(121)은 제1상판(10)의 상측과 횡단 궤도 구조(110)의 상측 및 제2상판(10')의 상측에 이르기까지 하나의 몸체로 형성된다. 이와 같이, 레일(121)이 연속한 형태로 횡단 궤도 구조(110)를 가로질러 제1상판(10)과 제2상판(10')을 연결하도록 구성되더라도, 횡단 궤도 구조(110)가 제1상판(10)과 제2상판(10')에 단순 거치되는 형태로 개재됨에 따라, 상판(10)의 단부 회전에 의한 단차 및 상향력을 상쇄시킴으로써, 도1b에 도시된 종래의 철도교 횡단 궤도 구조와 달리, 제1상판(10)과 제2상판(10')의 연결부(121x')에서 레일(121)의 휨 변형이 크게 발생하지 않게 된다.

따라서, 하나의 몸체로 길게 형성된 장대레일로 교각(22)의 상측을 지나도록 연속 형태로 설치되더라도, 열차가 철도교를 고속으로 통과하는 동안에 덜컹거리는 진동을 크게 저감시킬 수 있으며 보다 안전한 운행도 가능해지는 이점이 얻어진다.

교각부에서의 횡단궤도구조(110)와 마찬가지로, 교대부에서의 횡단궤도구조(110)는 탄성 지지체(111, 112)에 의해 지지되면서 탄성을 갖는 텐션 클램프(123a)가 구비된 레일체결장치(153)에 의해 레일(121)을 위치고정함으로써, 고속 열차의 통행이나 계절적 온도차에 의해 장대 레일(121)에 발생되는 부가 축력을 유연한 스프링과 같이 적절히 탄성 거동함에 의해 효과적으로 완화시키면서 파손의 염려도 크게 줄일 수 있다.

한편, 상기와 같이 구성된 철도교의 횡단 궤도 구조(100, 200)에는 도6a 및 도6b에 도시된 횡단 궤도 구조(110')를 적용할 수도 있다. 즉, 한 쌍의 I형 강재 거더(113)의 사이에 콘크리트 바닥판(114')이 합성되되, 콘크리트 바닥판(114')의 저면이 완만한 곡면으로 형성된 하로U자형으로 형성되어 보다 큰 하중을 지지할 수 있도록 한다. 동시에, 콘크리트 바닥판(114')을 지지하는 보강재(115)도 콘크리트 바닥판(114')의 저면 전체를 감싸는 형태로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 철도교의 횡단 궤도 구조(100, 200)에는 도7a 및 도7b에 도시된 저형고 프리캐스트 콘크리트 박스형 횡단 궤도 구조(110")가 적용될 수도 있다. 이는, 고가의 I형 강재거더의 사용을 배재하고, 횡단면에 중공부(114a)를 구비한 형태로 공장에서 미리 콘크리트로 제작함으로써, 저렴하면서도 높은 지지 능력을 구현하는 이점이 있다.

본 발명에 따른 철도교의 횡단 지지구조는 도5a 내지 도7b에 도시되지 않은 다양한 형태로서, 상판(10)과 교대(21') 또는 종방향으로 인접한 2개의 상판(10, 10')에 각각 일단부씩 거치되어 상판(10)의 단부 회전 변위를 완화하는 다양한 구조의 횡단 궤도 구조가 적용될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 철도교의 횡단 지지구조(100, 200)는 상판(10)과 상판(10')사이 또는 상판(10)과 교대(21)사이의 상판 연결부에 횡단 궤도 구조(110)가 구비됨에 따라, 상판 연결부에서의 침목(122)의 간격이 보다 조밀해지는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 종래에는 도10a에 도시된 바와 같이, 상판과 상판이 연결되는 사잇 영역에는 침목(152) 사이의 간격(L2)이 상판(10) 상에서의 침목 간격(L1)보다 훨씬 크게 벌어져 상판 연결부에 축력(F)이 과도하게 크게 작용하는 문제가 발생되었지만, 본 발명에 따르면, 도10b에 도시된 바와 같이 횡단 궤도 구조(110)에 의하여 상판 연결부에서 침목(122)의 간격이 멀어지는 문제를 해소할 수 있다. 이에 따라, 침목 사이의 간격이 철도교 전체에서 균일하게 유지될 수 있으므로, 축력(Fn)이 과도하게 집중되는 것을 방지할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 횡단 궤도 구조(110)는 전단 변위 및 압축 변위가 허용되는 탄성 지지체(111, 112)에 의해 지지됨에 따라, 열차 운행 및 온도 변화에 의한 교량의 콘크리트 궤도와 레일(121)의 부가 축력(Fn)을 탄성 지지체(111, 112)에 의해 일부 상쇄시키고 동시에 탄성을 갖는 텐션 체결구를 갖는 레일체결장치(123, 153)에 의해서도 상쇄킬 수 있으므로, 레일(121) 및 콘크리트 궤도층(30, 114)에 작용하는 부가 축력(Fn)을 30~40%정도만큼 크게 줄일 수 있다.

더욱이, 횡단 궤도 구조(110)에 의해 상판 연결부에서의 레일(121)의 휨 변형량이 크게 작아지므로, 레일체결장치(123)에 작용하는 힘이 종래에 비해 크게 줄일 수 있게 되어, 레일체결장치(123)의 수명을 보다 연장하면서 유지 보수에 소요되는 인력과 비용의 부담도 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 철도교의 횡단 궤도 구조는 다음과 같은 공정에 의해 시공된다.

단계 1: 먼저 도11a에 도시된 바와 같이, 철도교의 하부 구조인 교각(22)과 교대(21')를 시공한다. 이 때, 교대(21')에 인접한 토공(40)에 설치될 콘크리트 궤도층(30)의 높이와 설치 예정인 횡단 궤도 구조(110)의 콘크리트 바닥판(114)의 높이가 일치되도록, 교대(21') 상단면의 높이는 콘크리트 궤도층(30)의 높이보다 H로 표시된 만큼 낮게 시공된다.

단계 2: 그리고 나서, 교대(21')와 교각(22)상에 철도교의 상판(10)을 시공한다. 상판(10)은 강재거더와 콘크리트 바닥판으로 이루어질 수도 있고, 콘크리트 박스 거더로 시공될 수도 있으며, 공지된 다양한 형태의 단면을 갖도록 구성될 수 있으며, 교대(21')와 교각(22) 상의 교좌장치(10a)에 거치된다. 다만, 도11b에 도시된 바와 같이 상판(10, 10')은 종방향으로의 연결부에는 횡단 궤도 구조(110)를 위치시킬 낮은 바닥면(15s)이 구비되는 거치부(15)가 형성되도록 한다.

단계 3: 그리고 나서, 도11c에 도시된 바와 같이, 상판(10, 10')의 거치부(15)에 횡단 궤도 구조(110)를 위치시킨다. 횡단 궤도 구조(110)는 전단 변위 및 압축 변위가 모두 허용되는 탄성 지지체(111, 112)로 단순 거치되되, 교대부에서는 일단부가 교대(21')에 거치되고 타단부가 상판(10, 10')의 거치부(15)에 거치시키며, 교각부에서는 일단부가 상판(10)의 거치부(15)에 거치되고 타단부가 종방향으로 인접한 다른 상판(10')의 거치부(15)에 거치된다.

횡단 궤도 구조(110)는 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이, 그 상면에 침목(122)이 미리 설치된 상태로 거치된다.

단계 4: 도11d에 도시된 바와 같이 상판(10, 10)의 상면에는 열차가 운행하는 레일을 지지하는 콘크리트 궤도층(30)이 시공된다. 이 콘크리트 궤도층(30)의 토공(40)의 콘크리트 궤도층(30)과 상면의 높이가 일치하도록 시공되며, 횡단 궤도 구조(110)의 바닥판 콘크리트(114)의 높이와도 일치시키는 것이 바람직하다.

단계 4는 단계 3을 마친 후에 행해질 수도 있고, 단계 3과 동시에 이루어질 수도 있다.

단계 5: 그리고 나서, 도11e에 도시된 바와 같이, 상판(10, 10')과 횡단 궤도 구조(110)와 토공(40)을 가로지르는 레일(121)을 침목(122, 152)에 지지되도록 설치하고, 레일체결장치(123)로 위치 고정시킨다. 이 때, 레일(121)은 교량 전체에 걸쳐 하나로 연결된 레일로 설치될 수도 있지만, 경우에 따라 레일의 규격 등에 의해 다수로 연결될 수 있다. 다만, 레일이 다수로 배열되더라도 상판(10, 10')의 단부 회전에 단차로 고속 운행을 저해할 수 있으므로, 횡단 궤도 구조(110)를 가로질러 인접한 상판(10, 10')과 토공(40) 및 횡단 궤도 구조(110)를 가로질러 인접한 상판(10, 10')을 지나는 레일은 하나의 몸체로 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 철도교의 횡단 궤도 구조는 기존의 철도교에서도 교체 시공하는 것이 가능하다. 먼저 교대측 상판 연결부의 단부궤도를 횡단지지구조로 교체 시공 하는 방법은 다음과 같다.

단계 1: 먼저 도12a에 도시된 종래의 교대측 철도교는 교대(21) 상에 상판(10)의 단부가 거치된다. 상판(10)에는 콘크리트 궤도층(30)이 형성되고, 그 위에 일정 간격으로 배열된 침목(52) 상에 레일(51)이 레일체결장치에 의해 위치 고정된다. 그러나, 상판(10)의 종방향 신축거동을 수용하기 위해 불가피하게 필요한 상판의 가동범위 확보를 위한 교대(21)사이의 간극에 의해 교대(21)의 최외측 침목과 상판(10)의 최외측 침목은 다른 침목들 간격에 비해 큰 거리(L2')만큼 이격된 상태가 된다.

단계 2: 이와 같은 상태에서, 도12b에 도시된 바와 같이, 교대(21)와 상판(10)의 사이에 설치되는 횡단 궤도 구조(110)의 길이(L)에 대응하는 미리 정해진 영역 내의 상판(10) 및 교대(21)의 콘크리트 궤도층(30), 침목(52) 및 레일(51)을 제거한다. 이를 통해, 상판(10)에는 제1거치부(16)가 형성되고, 교대(21)에는 제2거치부(16')가 형성된다.

필요에 따라, 상판(10) 및 교대(21)를 보다 더 깊게 제거하여, 횡단 궤도 구조(110)의 높이가 콘크리트 궤도층(30)보다 더 크게 형성된 경우에도 수용할 수 있도록 할 수 있다.

단계 3: 그리고 나서, 도12c에 도시된 바와 같이, 미리 제작된 횡단 궤도 구조(110)를 크레인으로 인상하여 110d로 표시된 방향으로 이동시켜, 횡단 궤도 구조(110)의 일단부 탄성 지지체(111)를 제2거치부(16')에 거치시키고 횡단 궤도 구조(110)의 타단부 탄성 지지체(112)를 제1거치부(16)에 거치시킨다.

단계 4: 그리고 나서, 도12d에 도시된 바와 같이, 횡단 궤도 구조(110)의 침목(122)에 레일(121)을 설치하고, 레일(121)의 양단을 교대측 및 상판(10)의 레일(51)과 용접(120z)으로 연결 고정한다. 한편, 횡단 궤도 구조(110)의 레일(121)은 횡단 궤도 구조(110)를 인상하여 설치하는 단계 3에서 미리 시공된 상태일 수도 있으며, 이 레일(121)의 양단을 인접한 레일(51)과 연결하는 것에 의해 단계 4를 행할 수도 있다.

이하, 교각측 상판 연결부의 단부궤도를 횡단 지지 구조로 교체 시공 방법을 상술한다.

단계 1: 도13a에 도시된 종래의 교각측 철도교 상판은 교각(22) 상에 종방향으로 인접한 제1상판(10) 및 제2상판(10')의 단부가 거치된다. 제1상판(10) 및 제2상판(10')에는 각각 콘크리트 궤도층(30)이 형성되고, 그 위에 일정 간격으로 배열된 침목(52) 상에 레일(51)이 레일체결장치에 의해 위치 고정된다. 그러나, 제1상판(10)과 제2상판(10')사이의 간극에 의해 교대(21)의 최외측 침목과 상판(10)의 최외측 침목은 다른 침목들 간격에 비해 큰 거리(L2)만큼 이격된 상태가 된다.

단계 2: 이와 같은 상태에서, 도13b에 도시된 바와 같이, 제1상판(10)와 제2상판(10')의 사이에 설치되는 횡단 궤도 구조(110)의 길이(L)에 대응하는 미리 정해진 영역 내의 제1상판(10) 및 제2상판(10')의 콘크리트 궤도층(30), 침목(52) 및 레일(51)을 제거한다. 이 때, 제거되는 영역은 제1상판(10)과 제2상판(10')이 서로 대칭이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 제1상판(10)에는 제1거치부(16)가 형성되고, 제2상판(10')에는 제2거치부(16')가 형성된다.

필요에 따라, 제1상판(10) 및 제2상판(10')을 보다 더 깊게 제거하여, 횡단 궤도 구조(110)의 높이가 콘크리트 궤도층(30)보다 더 크게 형성된 경우에도 수용할 수 있도록 할 수 있다.

단계 3: 그리고 나서, 도13c에 도시된 바와 같이, 미리 제작된 횡단 궤도 구조(110)를 크레인으로 인상하여 110d로 표시된 방향으로 이동시켜, 횡단 궤도 구조(110)의 일단부 탄성 지지체(111)를 제1거치부(16)에 거치시키고 횡단 궤도 구조(110)의 타단부 탄성 지지체(112)를 제2거치부(16')에 거치시킨다.

단계 4: 그리고 나서, 도13d에 도시된 바와 같이, 횡단 궤도 구조(110)의 침목(122)에 레일(121)을 설치하고, 레일(121)의 양단을 제1상판(10) 및 제2상판(10')의 레일(51)과 용접(120z)으로 연결 고정한다. 한편, 횡단 궤도 구조(110)의 레일(121)은 횡단 궤도 구조(110)를 인상하여 설치하는 단계 3에서 미리 시공된 상태일 수도 있으며, 이 레일(121)의 양단을 인접한 레일(51)과 연결하는 것에 의해 단계 4를 행할 수도 있다.

상기와 같은 횡단 지지 구조의 시공 공정에 의하여, 이미 시공되어 사용 중인 철도교에 대해서도 교대 및 교각에서의 상판 연결부에 횡단 궤도 구조(110)를 설치하여, 같이 고속으로 주행하는 고속철도의 선로를 구성함에 있어서, 철도교의 상판(10)의 자중 및 열차하중에 의한 휨 변형에 따른 단부 궤도에 발생하는 상향력으로 레일의 굴곡 및 변형이 발생되는 것을 최소화하고, 탄성 지지체 및 탄성을 갖는 텐션 체결구를 갖는 레일체결장치를 이용하여 레일(121)을 위치고정함에 따라 교량상 장대레일의 부가 축력을 최소화할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 이를 통해, 열차의 안전 운행을 보다 확실하게 보장할 수 있으며, 유지보수에 소요되는 비용과 인력을 절감하는 것이 가능해진다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 다시 말하면, 본 발명의 실시예에서는 2경간 철도교를 예로 설명하였지만, 위 실시 예를 참조하여 이를 1경간 또는 3경간 이상의 교량에 적용하는 것은 해당 기술 분야의 당업자에게는 너무도 자명하다. 뿐만 아니라, 본 발명은 실시예에서 예로든 단순교에 적용할 수 있으며 종방향으로 인접한 상판이 상호 연결되는 다경간 연속교에도 적용이 가능하다는 것을 당업자가 명확히 이해할 수 있으며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 당연히 본 발명의 범주에 속하는 것이다.

10, 10': 상판 21': 교대
22: 교각 30: 콘크리트 궤도층
51, 121: 레일 122, 152: 침목
123, 153: 레일체결장치 110, 110', 110": 횡단 궤도 구조
111, 112: 탄성 지지체 92: 고무재

Claims (12)

1. 일단부가 교대에 거치되고 열차의 선로가 시공된 상판 및 그 위에 콘크리트 궤도층을 구비한 철도교의 횡단 궤도 구조에 있어서,
   상기 교대에 거치되는 상기 상판의 일단부에는 선로가 시공된 상기 상판의 상면보다 낮은 높이로 형성된 거치부가 구비되고;
   횡단 궤도 구조의 각 단부가 상기 거치부와 상기 교대에 단순 지지되게 설치되어;
   상기 횡단 궤도 구조를 가로질러 상기 상판 및 상기 교대 일측의 토공에 레일이 콘크리트 궤도층 상에서 연속 형태로 설치되어 상기 선로를 형성하는 것을 특징으로 하는 철도교의 횡단 궤도 구조.
   
2. 교각에 각각의 일단부가 거치되어 상호 종방향으로 배열되고 연속하는 열차의 선로가 시공된 제1상판과 제2상판 및 그 위에 콘크리트 궤도층을 구비한 철도교의 횡단 궤도 구조에 있어서,
   상기 교각에 거치되는 상기 제1상판의 일단부에는 선로가 시공된 상기 제1상판의 상면보다 낮은 높이로 형성된 제1거치부가 구비되고;
   상기 교각에 거치되는 상기 제2상판의 일단부에는 선로가 시공된 상기 제2상판의 상면보다 낮은 높이로 형성된 제2거치부가 구비되고;
   횡단 궤도 구조의 각 단부가 상기 제1거치부와 상기 제2거치부에 단순 지지되게 설치되어;
   상기 횡단 궤도 구조를 가로질러 상기 제1상판 및 상기 제2상판에 레일이 콘크리트 궤도층 상에서 연속 형태로 설치되어 상기 선로를 형성하는 것을 특징으로 하는 철도교의 횡단 궤도 구조.
   
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 횡단 궤도 구조는 상기 선로의 배열 방향으로 전단 변위 및 압축 변위가 모두 허용되는 탄성 지지체로 지지되는 것을 특징으로 하는 철도교의 횡단 궤도 구조.
   
4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 레일과 상기 콘크리트 궤도층을 위치 고정하는 레일체결장치는 탄성을 가지면서 체결력의 조정이 가능한 텐션 클램프 형식으로 상기 레일을 위치 고정하는 것을 특징으로 하는 철도교의 횡당 궤도 구조.
   
5. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 횡단 궤도 구조는 1.5m 내지 5m의 길이인 것을 특징으로 하는 철도교의 횡단 궤도 구조.
   
6. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 횡단 궤도 구조는 콘크리트 바닥판을 포함하고, 상기 콘크리트 바닥판이 상기 선로의 시공에 사용되는 콘크리트 궤도로 사용되는 것을 특징으로 하는 철도교의 횡단 궤도 구조.
   
7. 상면의 높이가 더 낮은 거치부가 단부에 형성된 상판을 교량의 하부 구조에 거치시키는 단계와;
   교대와 상기 상판의 연결부에서는, 횡단 궤도 구조의 각 단부가 상기 거치부와 상기 교대에 단순 지지되게 설치하는 교대부 연결브리지 설치단계와;
   상기 상판과 상기 횡단 궤도 구조에 레일을 콘크리트 궤도층 상에 연속 형태로 설치하는 레일 설치 단계를;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교의 횡단지지구조의 시공 방법.
   
8. 상면의 높이가 더 낮은 거치부가 단부에 형성된 상판을 교량의 하부 구조에 거치시키는 단계와;
   교각에 각각의 일단부가 거치되어 상호 종방향으로 배열되는 제1상판과 제2상판의 연결부에서는, 횡단 궤도 구조의 각 단부가 상기 제1상판의 제1거치부와 상기 제2상판의 제2거치부에 단순 지지되게 설치하는 교각부 연결브리지 설치단계와;
   상기 제1상판과 상기 횡단 궤도 구조 및 상기 제2상판에 레일을 연속 형태로 콘크리트 궤도층 상에 설치하는 레일 설치 단계를;
   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 철도교의 횡단지지구조의 시공 방법.
   
9. 제 7항 또는 제8항에 있어서,
   상기 횡단 궤도 구조는 상기 선로의 배열 방향으로 전단 변위 및 압축 변위가 모두 허용되는 탄성 지지체로 지지되는 것을 특징으로 하는 철도교의 횡단 궤도 구조의 시공 방법.
   
10. 교대에 일단부가 거치된 상판이 구비되고, 콘크리트 궤도층 상에 열차의 선로를 형성하는 레일이 설치된 철도교의 횡단 궤도 구조의 교체 시공 방법으로서,
    상기 교대로부터 미리 정해진 길이만큼 상기 상판에 시공된 레일 및 콘크리트 궤도층을 제거하여 제1거치부를 형성하는 제1거치부 형성단계와;
    상기 교대의 상측에 시공된 레일과 콘크리트 궤도층을 제거하여 제2거치부를 형성하는 제2거치부 형성단계와;
    상기 제1거치부에 일단이 거치되고, 상기 제2거치부에 타단이 거치되도록 횡단 궤도 구조를 설치하는 연결브리지 설치단계와;
    상기 횡단 궤도 구조 상의 침목 상에 레일을 설치하고, 종방향으로 인접한 상기 교대측의 레일 및 상기 상판의 레일과 양단을 결합시키는 레일 설치 단계를;
    포함하는 철도교 횡단지지구조의 교체시공방법.
    
11. 교각에 일단부가 거치된 제1상판과 타단부가 거치된 제2상판이 구비되고, 콘크리트 궤도층 상에 열차의 선로를 형성하는 레일이 설치된 철도교의 횡단 궤도 구조의 교체 시공 방법으로서,
    상기 제1상판의 끝단으로부터 미리 정해진 길이만큼 상기 제1상판에 시공된 레일 및 콘크리트 궤도층을 제거하여 제1거치부를 형성하는 제1거치부 형성단계와;
    상기 제1상판과 종방향으로 인접한 상기 제2상판의 끝단으로부터 미리 정해진 길이만큼 상기 제2상판에 시공된 레일과 콘크리트 궤도층을 제거하여 제2거치부를 형성하는 제2거치부 형성단계와;
    상기 제1거치부에 일단이 거치되고, 상기 제2거치부에 타단이 거치되도록 횡단 궤도 구조를 설치하는 연결브리지 설치단계와;
    상기 횡단 궤도 구조 상의 침목 상에 레일을 설치하고, 종방향으로 인접한 상기 제1상판의 레일 및 상기 제2상판의 레일과 양단을 결합시키는 레일 설치 단계를;
    포함하는 철도교 횡단지지구조의 교체시공방법.
    
12. 제 10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 횡단 궤도 구조는 상기 선로의 배열 방향으로 전단 변위 및 압축 변위가 모두 허용되는 탄성 지지체로 지지되는 것을 특징으로 하는 철도교의 횡단 궤도 구조의 교체 시공 방법.
    

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