정책

B2S 시스템(운행선 궤도개량 공법)

등록일 2014-06-13 분류 교통 글쓴이 scaadmin
소속
서울메트로
작성일
2014-06-13
최종수정일
2017-01-02

정책 개요/비전

  • “B2S” System(“Ballasted Track To Slab Track” System) : 철도 건설 초기 자갈도상으로 건설된 철도(도시철도)가 겪고 있는 유지관리의 문제점을 Precast Concrete Panel을 사용하는 세계 최초의 운행선 궤도개량 공법

  • 열차가 운행되는 운영노선에서 심야 2시간 30분정도(01:30 ~ 04:00)의 짧은 시간을 활용하여 장기간 사용으로 탄성기능이 상실되고 레일의 훼손이 심한 자갈궤도를 반영구적 콘크리트 궤도로 개량함으로써 철도 안전성 확보에 기여하고 있음.

추진배경 및 목표

  • 서울 제1기 도시철도(1~4호선)는 도시철도 건설 초창기로 궤도 시공기술 부족으로 전체 노선의 약 82%가 자갈궤도로 건설되어 매우 취약한 구조적 약점을 가지고 있다.

  • 자갈궤도로 궤도시설 안전 확보 및 유지보수, 먼지로 인한 환경 문제 등으로 많은 어려움이 발생함에 따라 서울의 제2기 지하철(5~8호선)부터 모든 본선 궤도를 콘크리트궤도로 건설하기 시작하였으며, 다른 도시의 지하철은 모두 콘크리트궤도로 건설하였다.

  • 자갈궤도는 열차운행에 따라 계속 변형이 진행되고 파괴됨에 따라 상례적인 보수작업이 필요한 궤도이며 장기간 사용하면 자갈의 탄성성능 및 배수, 궤광(침목과 레일 조립체) 변형 방지 기능이 상실되어 진동과 소음이 증가하여 승차감이 저하되고 레일의 훼손이 급격히 증가하는 등 안전성이 떨어지게 되어 15년~25년 주기로 자갈을 교체해 주어야 한다.

  • 1974년 개통된 서울 도시철도 1호선에서도 궤도자갈의 탄성기능 상실로 레일이 균열되어 절손되는 사고가 다수 발생하는 등 열차 안전운행이 위협을 받는 사례가 발생함에 따라

  • 1996년부터 자갈도상 궤도의 문제를 근본적으로 해결하기 위하여 반 영구적인 콘크리트도상 궤도로 개량하는 것을 추진하게 되었으나 운행선에서 콘크리트도상으로 개량은 노후자갈을 철거한 후 레일을 상하좌우로 이완되지 않도록 고정하고 열차를 통과 시켜야 하며 콘크리트가 양생되는 동안 차량 하중이 콘크리트에 작용하지 않게 하여야 하는 등 어려운 과제로 대두 되었다.

시대적 정책 발전사(시대별 경제·사회적 환경 등 포함)

  •  최초의 콘크리트 도상개량은 1997년 12월 지하철 1호선 서울역구내부터 시작되었으나, 일일 시공량이 평균 1.5m에 불과하여 418m을 개량하는데 270일이나 소요되어 1997년 12월 ~ 2000년 9월까지 2년 9개월 동안 약 1km정도를 시공하는데 만족해야 했다.

  • 2000년 저 진동궤도로 개발한 공법으로 진동저감 성능은 양호하나 구조가 복잡하고 시공이 까다로워 시공량이 서울역에 사용한 공법보다 향상되기는 하였으나 일일 3~4m정도로 1개 공구(개소)에서 연간 약 1.5km정도 시공이 가능하였다.

  • 이에 서울 도시철도는 2001년부터 자갈궤도를 콘크리트궤도를 개량하기 위한 연구·개발을 통해 2013년 공장 제작 콘크리트 판을 사용하는 “B2S” System을 선보이게 된다.

  • “B2S”System은 수입에만 의존하고 한개 침목만을 사용하는 기존의 궤도구조에서 벗어나 2개의 침목을 묶은 공장 제작 콘크리트 판을 사용하는 것으로 착안했다.

가 받침 작키 설치부, 채움 콘크리트 주입 공이 있음

  • “B2S”System은 침목 2개를 하나의 판으로 묶어 만든 콘크리트 판(폭 1,250mm)을 가로 방향으로 집어넣고 레일 하부에서 세로로 돌려 조립하는 공법으로 기존 궤도공법에 비해 레일을 철거하지 않고 시공이 가능하므로 안전성을 확보 할 수 있고, 비용과 시간을 대폭 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.

<B2S System 시공순서>

개량전 자갈궤도 상태 모습

노후 자갈흡입 철거

B2S 판넬 설치

궤광 가받침 설치

궤도정정

채움 콘크리트타설

   

역구내 B2S 시공 완료 상태

역구내 B2S 시공 완료 상태

  • 콘크리트 판의 디자인, 레일체결장치 선정, 가 받침 구조 및 자재 개발, 시공방법 등에 대한 설계와 시뮬레이션을 통해 시제품을 제작하여 2003년 12월 2호선 한양대역 구내에 40m을 최초로 시범 설치한 결과 대 성공을 거두었다.

  • 6개월여 내구성 확인 및 궤도변형여부 검사를 시행하여 전혀 이상이 없어 2004년 하반기부터 지하철 1~4호선 도상개량 주 공법으로 채택하여 매년 약 6~7km(최대 시공 능력12km) 구간에 대한 도상개량을 실시하고 있다.

  • 2호선 한양대역에 2004년 “B2S” System 설치를 완료한 후 5년 이상 경과하였고 2004년 이후 2009년 9월까지 11.4km 구간에 대하여 “B2S” System를 시공하였으나 현재까지 한 건의 궤도 변형이나 하자 등의 문제가 발생하지 않고 있으며 승차감 또한 양호하여 서울지하철 1~4호선 궤도시설 안전 확보에 많은 기여를 하고 있다.

  • 공간이 좁고 작업시간이 짧은 도시철도 환경에 적합한 공법으로 탄생한 운행선 콘크리트궤도 개량 공법인 “B2S” System은 다음과 같은 특징과 성능을 갖고 있다.

    • 안전시공

      • 안전시공은 궤도개량공사 시공 시 가장 첫 번째로 고려해야할 사항이다.

      •  “B2S”System은 레일을 받치고 상하로 조정하는 기능을 하는 ‘수직조정 잭’ 및 ‘잭 받침’과 레일이 좌우로 움직이지 않도록 고정하는 “수평 버팀재”와 “게이지 스트랏트”가 있다.

      •  또한 레일의 간격을 일정하게 유지하는 게이지 타이롯트와 프리캐스트 콘크리트 판의 상하조정 및 침하를 방지하는 수직조정 볼트가 설치되어 있는 2중의 안전장치가 있어 정밀한 시공과 절대 안전을 확보할 수 있으며 열차서행운전 속도를 크게 향상 시킬 수 있어 궤도 도상개량공사로 인한 열차지연운행을 방지함으로써 승객 불편을 최소화 할 수 있다.

    • 정밀시공

      •  도시철도 운전 특성상 궤도의 상태가 정밀하지 못할 경우에는 차량의 흔들림과 진동, 소음 등이 증가하여 승차감이 크게 떨어 질 수 있어 정밀시공은 승객에게 쾌적한 승차환경을 제공하는데 매우 중요하다.

      • “B2S” System은 콘크리트 판으로 되어 있어 엄격한 품질관리가 기능하며 현장에서는 판넬 하부에 채움 콘크리트만 타설하므로 채움 콘크리트의 시공 품질 영향을 적게 받아 내구성이 우수하고 고품질의 궤도 시공이 가능한 공법이다.

      • “B2S” System은 2개의 침목을 묶은 것과 같아 레일의 좌우 간격을 정확하게 설치할 수 있으며 콘크리트 판에 장착되는 수직조정 볼트로 레일 상하 면을 정확하게 조정 할 수 있어 짧은 작업시간과 열차운행으로 인한 진동 등 최악의 조건 상태에서도 궤도의 정밀 시공이 가능하여 높은 품질을 확보할 수 있는 공법이다.

    • 신속 시공

      • 운행선은 열차를 정상운행노선에서 열차운행이 중지되는 심야 시간(01:30~04:00)을 이용해 노후 된 자갈도상을 철거하고 콘크리트궤도를 설치해야 하므로 신규 건설에 비해 수십 배의 공사 기간이 필요하다. 따라서 공사기간의 단축은 노후 된 궤도 시설의 안전도를 짧은 기간에 높여야 하는 궤도 개량시공에 있어 무엇보다 중요한 요인이다.

“B2S” System Process

첫째로 채움 콘크리트 타설, 둘째로 콘크리트 판 설치, 마지막으로 기계와 인력으로 자갈을 철거함

 위의 “B2S”System 프로세스를 통하여 일일 2.5시간 작업에 10m(4개 공구 운영 시 연간 약 10km시공) 정도 시공이 가능하도록 시공효율이 향상됨에 따라 지하철 1~4호선 자갈궤도 226.7km에 대한 콘크리트궤도 개량에 45년이상 예상되었던 사업기간을 25년으로 단축할 수 있다.

  •  
    • 친환경성

      • 철도시설은 소음과 진동이 발생하고 미관이 좋지 않아 편리하게 이용하면서도 시설 자체는 혐오하거나 기피하는 특성을 갖는 교통수단이다. 따라서 소음 진동 저감성능 및 미관 등 친환경성은 궤도구조를 선정하는데 있어 매우 중요한 요인이다.

      • 자갈궤도를 “B2S”궤도로 개량 후 소음, 진동 평가 (노원역 3층 승강장, 2층 역무실 및 화장실)

        • 진동감소 : 93.0~95.5dB → 79.0~80.8dB 14.0~14.7dB↓

        • 고체소음 : 56.6dB(A) → 52.9dB(A) 3.7dB(A)↓

        • 63.3dB(A) → 58.3dB(A) 5.0dB(A)↓

    • 콘크리트궤도의 내구성

      • ​​Precast Concrete Panel은 공장에서 엄격한 품질관리 하에 생산되고 있어 현장 콘크리트 타설 공법에서 발생 할 수 있는 부실시공으로 인한 문제가 발생하지 않는다.

      • “B2S”System은 열악한 선형 조건과 중량차량이 운행되는 서울지하철 1~4호선에서 6년여 사용한 결과 한 건의 문제도 발생하지 않고 있으며, 서울지하철 1~4호선의 곡선 궤도에서 문제가 없다는 것은 성능이 검증된 것으로 다른 어느 철도에 사용하여도 문제가 없는 궤도라 할 수 있다.

정책소개

  • 정책특징/전략 

    • 운행선상 짧은 공사 시간 극본 – 일 평균 작업시간 약 2시간30분

      • 프리캐스트 콘크리트 판넬을 적용한 운행선 세계 최초 콘크리트 궤도 개량공법

      • 1일 10m 이상 시공 가능 (기존공법 : 5m)

      • 서울 도시철도 1~4호선 도상개량 사업기간 단축(45년→22년)

    • 엄격한 품질관리가 가능한 공장제작 제품으로 품질 우수성 탁월

      • 현장타설 콘크리트량 감소(25% Down) - 고품질 확보와 작업시간 단축

    • 안전하고 정밀한 시공 가능

      • 판넬 내 너트 장착 및 수직 조정볼트 조정

      • 4개의 볼트로 상하 정밀조정 가능

    • 소음·진동 대폭 개선

      • 고체 소음 감소량 : 5dB(A)

      • 진동 감소량 : 14 ~ 14.7dB

    • 공사비 절감

      • 기계화(자갈흡입차, B2S트랙머신, 믹서트레일러)

      • 현장타설 콘크리트 감소 : km당 공사비 5억원 절감 (24억원→ 19억원)

      • 건설선 정용 예상 공사비 : 약 9억원/km 미만

  • 관련기술 및 보유특허

    • 각종 학술대회 및 전시 박람회에서 우수성을 인정 받았으며

    • 2006년 국내특허를 취득하였으며, 유럽연합에 특허를 출원하여 독일 특허 취득

적용가능성(파급효과)

  • 70년대 건설 된 서울 도시철도 1~4호선의 열악한 열차 운행 조건에서 단기간 내 성공적으로 개량 완료한 “B2S” 공법은 운행선, 건설선 모두에 적용이 가능하며 최고의 안정성, 시공성, 경제성을 입증한 세계 최고의 기술

  • 자초기 자갈도상으로 건설한 세계의 많은 나라에서 유지관리 문제로 어려움을 격고 있으며, 열차를 운행시키며 안전하게 시공 할 수 있는 “B2S” System의 장점을 세계에 홍보 한다면 공법의 수출을 통한 외화 수익 창출과 대한민국 철도 기술의 위상 향상에도 크게 기여할 수 있을 것이다.

관련 기술 및 특허

각종 학술대회 및 전시 박람회에서 우수성 인정, 2006년 국내특허를 취득하였으며, 유럽연합에 특허를 출원하여 독일 특허 취득

B2S 홍보 브로셔

추진조직 및 연락처

  • 해외도시협력담당관  /  02-2133-5264  /  policyshare@seoul.go.kr
  • 서울연구원 글로벌미래연구센터  /  02-2149-1418  /  ssunha@si.re.kr

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