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철도의 구조||
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| 기타 | 분기기 | 전차선 ( 가공전차선 | 제3궤조집전식 | 전자기유도집전) | |||
부식된 폐 레일의 단면.
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1. 개요
線 路 / Rail궤도나 철도에서 철도차량이나 노면전차, 광차 따위를 달리게 하기 위하여 땅 위에 까는 가늘고 긴 강철재(鋼鐵材).
레일이란 궤도나 철도(鐵道)의 선로를 의미한다. 주로 강철로 만들어진다. 레일은 일반적으로 '工'자 모양으로 되어 있는 것이 보통이다. 이 뜻에서 확장되어 철도 자체를 가리키는 용어로도 종종 쓰이곤 한다. 두 레일의 간격이 얼마나 떨어져 있느냐에 따라 표준궤, 광궤, 협궤로 크게 나뉜다. 이외에도 레일 자체의 무게나 두께 등이 서로 다를 수 있다. 물론 특별한 이유가 없다면 국철이든 사철이든 최대한 표준궤에 국제 표준 규격의 레일을 부설한다.
운영중인 선로의 철로에는 전류가 흐른다. 전기철도에서는 전류의 귀선의 역할(중성선)과 궤도 회로를 구성하는 역할을 한다. 직류구간에선 수천 A의 전류가 흐르지만 전위가 0볼트이기에[1] 감전의 가능성은 없다. 오히려 전식작용이 더 큰 문제가 된다. 침목까지 철 침목이라면 접지도 가능하다.
과거에는 낡은 레일을 철근 대용으로 이용해 육교나 승강장 지붕의 뼈대를 만들기도 했다. 현재도 육교는 왜관역, 승강장 지붕 뼈대는 김천역에서 볼 수 있다.
2. 변천
최초의 철도(궤도)라는 개념은 땅바닥에 두 줄로 파 놓은 홈에서부터 시작했으나, 악천후에서 쓰기 곤란하고 먼지나 흙이 모이면 운행이 곤란하며 곡선구간에 대응하기 어려운 등등 단점들이 워낙에 많아서 개선의 필요성이 컸다. 초기에는 목재를 활용한 레일을 사용했으나, 이후 주철기술이 발전함에 따라 철을 활용해서 길을 만들어 보자는 아이디어가 생겨났다. 기술이 발전함에 따라 주철, 연철로 변화하던 레일은, 강(鋼)을 주조할 수 있게 되면서는 현대와 유사한 형태로 확립되었다.- 레일의 종류
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요형
토대 위에 목제 레일을 깔고, 목재의 상단에 요(凹)자형으로 꺾인 얇은 철판을 두 줄로 설치한다. 철이 귀하던 시절의 아이디어지만, 탈선사고가 심하고 내구성이 떨어진다는 것이 큰 단점. -
L자형
ㄴ자형으로 꺾인 철제 레일을 토대 위에 두 줄로 설치한다. 현대에는 볼 수 없지만 표준 궤간(1.435m)이 바로 이 L자형 레일에서 유래했다. 내구성은 높였지만 탈선은 여전히 큰 문제였다. -
어복
레일두부가 평평하고 침목 사이의 아래쪽이 물고기 배처럼 불룩하게 튀어나온 디자인의 레일. '플랜지'라고 불리는 탈선 방지용 돌출부를 레일에서 없애버리고 차륜(바퀴)으로 옮긴, 철로의 패러다임을 획기적으로 바꾼 레일. 이때 이후로 탈선사고는 크게 줄어들었으며, 현대에 이르기까지 플랜지는 차륜 쪽에 있다. -
교형
ㅅ자형의 브릿지로 가공된 철제 레일. 마찬가지로 현대에는 볼 수 없지만 일부 광궤에서 한때 사용되었다. -
쌍두
최초의 연철압연기술로 만들어진 레일. 아령 모양의 단면을 하고 있어서 레일두부와 레일저부의 크기가 똑같다. 침목 위에 설치할 때에는 별도의 목제 키(key: 열쇠)의 도움이 필요하다. 아직도 쌍두레일 선로의 흔적이 보존된 터가 있다. -
우두
쌍두레일의 개량형. 쌍두레일과는 달리, 우두레일은 오히려 레일두부의 크기가 더 큰 가분수 형태를 갖게 된다. 마모를 막고 내구성을 증대시키기 위해 고안되었다. -
T자형 평저
현대에 확립된 형태의 레일. 레일저부를 넓게 펴서 침목에 안정적으로 체결할 수 있게 했다. 현대에는 강철을 활용해 제작되고 있다.
그림으로 비교하며 알아보기
3. 장대레일
장대레일은 레일의 이음매부에서 발생하는 바퀴와 레일 간의 충격으로 인한 레일 손상, 소음과 진동 등의 문제점을 해소하기 위해 정척레일을 연속으로 용접하여 이음매를 없앤 것으로, 최근 많이 사용하고 있다. 장대레일 부설을 위해서는 일반적으로 공장에서 제작된 200m 정도의 장대레일을 화차로 현장까지 운송하고 현장에서 다양한 방식으로 이음용접을 한다.
한국철도공사 공식 소개문
한국철도공사 공식 소개문
長大레일/Welded rail/ロングレール
과거에는 레일이 대부분 25m 단위로 부설돼 있었다. 지금도 통행량이 많지 않은 산간지방으로 무궁화호를 타고 갈 때 들을 수 있는 특유의 '철컹철컹'하는 소리가 바로 이 레일간의 이음매를 열차 바퀴가 통과할 때 나는 소리다. 이것을 Jointed Rail이라고 한다. 유지관리를 하지 않아 맛이 가 버린 이음매의 모습 나사가 다 빠져나가기 직전으로 헐거워진 이음매
하지만 지금 통행량이 많은 고속철도 등 간선과 도시철도의 레일은 장대레일이라고 해서 처음부터 길게 제작한 철로를 부설해 현장에서 (주로 테르밋) 용접해 잇는 CWR(Continuous Welded Rail)을 사용한다. 소음이 효과적으로 줄긴 하지만 용접부가 오래되거나 하면 이음매 만큼은 아니라도 소음이 발생한다. 또한 시공할 때 무게가 엄청나기 때문에 운반, 설치 등에 전용 장비를 동원하게 된다. 한국의 경우 고속선에 사용되는 300m 장대레일을 오송기지에서 용접 제작한 후 전용 화차로 운반한다.
기존의 침목이 튼튼하다면 25m 단위의 철로를 따로 걷어내지 않고 거푸집을 만들고 철을 녹이면서 용접하여 장대레일화 시키기도 한다.
과거에 용접 기술이 부족해서 그랬던 건 아니고, 2000년대 이전에는 계절에 따른 레일의 열팽창을 고려해 이음매를 통해 그 열팽창을 보상할 목적이 있었다. 그러나 연구를 통해 그냥 통짜로 긴 레일을 부설해도 레일을 고정하는 핀과 침목이 버텨준다면 레일의 열팽창이 일어나도 레일 자체가 응력을 버텨준다는 사실을 발견한 이후 경제력이 되는 국가들은 차륜보호, 소음감소, 레일수명연장에 유리한 CWR로 차츰 바꾸어 나가고 있다.
CWR 기술의 핵심은 레일이 아니라 침목에 있다. 레일의 재료는 장대레일 개발 이전과 동일한 강철재이다. 따라서 CWR도 기존 레일과 똑같은 열팽창계수를 가진다. 이 열팽창으로 인해 발생하는 응력을 레일핀과 침목이 버텨내도록 침목재와 레일핀을 강화한 것이다. CWR에서는 레일의 온도에 따라 레일이 신축하지 않고 그 대신 레일 자체에 응력이 축적된 채로 버티는 모양이 된다.
장대레일 설치 후 고온으로 인한 레일 변형을 방지하기 위해 보통 여름 전에 장대레일 재설정이라는 작업을 통해서 응력을 잡아준다. 그러나 폭염이 지속되면 레일이 늘어져서 운행장애를 유발하거나 심한 경우 사고가 일어나기도 한다.
장대레일끼리 연결할 때 이음매 설치가 불가피한 경우에는 이음매를 사선으로 절단한 레일을 사용하는데, 이를 신축 이음매라고 한다.
여건상 장대레일을 설치할 수 없는 경우도 있는데, 이 경우에는 장척레일이라고 25m보다 길고 200m보다 짧은 레일을 부설하기도 한다.
한국의 경우 1956년 경부선 삼랑진역~ 원동역 사이 일부 구간에 부설한 것이 시초이며, 도시철도의 경우 서울 지하철 2호선에 최초로 부설되었다. 출처 인천국제공항철도의 경우 장대레일을 깔아 설계최고속도가 200km/h에 달하지만, 여기서 다니는 열차들은 운행최고속도가 110km/h에 불과하다. 그럼에도 장대레일 덕분에 100km/h가 넘는 고속으로 큰 소음 없이 주행할 수 있다. 최근엔 신설 철도노선 뿐만 아니라 기존 노선 또한 장대레일 전환이 이루어지고 있다. 경부선, 호남선 등의 주요 선구에서는 무도상철교나 역의 부본선 등을 제외하면 대부분의 구간이 장대레일화 되었다.
일본의 경우 도카이도 신칸센 이후 재래선 및 사철에 도입 중이지만, 아직 장대레일화가 안된 구간이 많다. 2014년에는 아예 공장에서 150m 길이로 생산이 시작되어 도카이도, 산요, 도호쿠 신칸센의 레일 교체에 적용하고 있으며, 이를 다시 현장에서 용접하여 km 단위로 장대화한다. 신규 건설하는 노선의 경우 도호쿠 신칸센 하치노헤역 연장구간(60.4km),[2] 호쿠리쿠 신칸센 구로베우나즈키온센역- 이토이가와역 구간(33.7km)과 같이 관리구간 전체를 레일 한 가닥으로 이어버리는 경향이다.
4. 관련 영상
경부고속선 2단계 구간의 장대레일 시공 영상. EBS 극한직업의 클립이다. 오송역에서 고모역까지 장대레일을 운송하는데, 300m가량 되는 장대레일이 엿가락처럼 휘어지는 장면이 장관이다. 레일 간의 용접도 보여준다.
개판 오분 후의 미국 철도 선로. 열차가 거의 기어가다시피 한다.
5. 여담
- 위기탈출 넘버원 6회(2005년 8월 13일 방송분)에서는 지하철 선로 추락 시 대처법을 소개했다. 지금에는 스크린도어가 대부분 깔려있어서 이런 일은 없겠지만, 위기탈출 넘버원 6회가 방영된 시기인 2005년 8월 13일에는 대부분 역에 스크린도어가 없었고 심지어 안전 펜스마저도 없는 역이 대다수였던 시절이었다.
- 일제강점기부터 1960년대 초까지는 일본어 レール를 음차해서 레일을 레루라고 불렀다. 이후 남한에서는 해방 직후부터 1960년대 초에 걸쳐 점차 영어 발음을 그대로 들여온 레일로 대체되었지만, 북한에서는 여전히 레루라고 부른다.
- 열차가 선로를 달릴 때 울리는 덜컹덜컹 하는 소리에서 묘한 쾌감이나 향수를 느끼는 사람들이 있다. 유튜브에는 이런 열차 주행 소음을 소재로 하는 ASMR 영상들이 많이 있다.[3] 예시 개중에는 아예 선로 바닥에 고프로 같은 캠코더를 놓아두고 열차가 이음매를 통과하는 요란한 소리를 녹음해서 올리는 사람들도 있다. 예시 앞으로 장대레일이 보편화되면서 이 소리는 점점 과거의 옛 추억으로 남게 될 전망이다.
- 선로가 물이나 눈에 잠기는 경우에도 저속이라면 열차 운행이 가능하다. 특히 인도에서는 홍수로 무릎까지 차오른 빗물을 가르면서 열차가 내달리는 모습을 종종 볼 수 있다. 물에 잠긴 선로 폭설로 쌓인 눈더미를 돌파하는 열차 기관사 시점 열차라는 길고 거대한 쇠붙이의 운동에너지를 고려한다면 눈더미 정도는 감속은커녕 충격도 가지 않는다. 그러나 수중 운행이 제동 이상이나 탈선 위험 등 열차 입장에서 좋을 리 없는데다 선로를 받치는 자갈이 유실될 위험이 크고, 눈밭의 경우에는 열차가 돌파하면서 튀어오른 눈덩이가 죄다 기관차 전두부 유리창에 덮여서 얼어버리기 때문에, 별도로 제설을 담당하는 기관차를 따로 두는 경우가 많다.
- 선로는 꼭 2선만 존재하는 것은 아니고 3선 이상일 수도 있다. 3선의 경우는 대개 듀얼게이지인 경우이고, 4선은 가드레일(체크레일)이 설치되어 있는 경우, 5선 이상은 듀얼게이지와 가드레일의 혼합인 경우이다.