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레일 (철도)
레일(rail)은 철도 차량이나 노면전차 따위를 달리게 하기 위하여 땅 위에 까는 가늘고 긴 강철재(鋼鐵材)를 말한다.
레일은 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. 외부 전류의 귀선의 역할과 궤도 회로를 구성하는 역할을 한다. 직류구간에선 수천 A의 전류가 흐르지만 전압이 낮아 감전의 가능성은 없다. 오히려 전식작용이 더 큰 문제가 된다.
과거에는 낡은 레일을 철근 대용으로 이용해 육교나 승강장 지붕의 뼈대를 만들기도 했다. 현재도 육교는 왜관역, 승강장 지붕 뼈대는 김천역에서 볼 수 있다.
개요[편집]
레일이라는 표현은 선로를 구성하고 있는 일부분을 뜻한다. 철도 선로를 만들기 위해서는 도상 위에 목재나 콘크리트로 만든 침목을 설치하는데 이 침목 위에 긴 철제 막대 형태인 레일을 설치하게 된다. 이렇게 선로를 구성하면 열차의 하중을 분산시키고, 레일이 평행을 유지할 수 있도록 도울 수 있다. 레일은 열차가 운행할 때 바퀴가 직접 닿는 곳으로 선로보다는 좁은 의미를 가지고 있다.
변천[편집]
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[편집]
- 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 단점이 있다.
- 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.
장대레일[편집]
2000년대 이전까지는 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.
하지만 2010년대 들어 통행량이 많은 도시철도 등의 레일이나 고속철도의 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.
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(장대레일)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.
국내의 경우 1956년 삼랑진~원동 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.
동영상[편집]
참고자료[편집]
- 〈선로〉, 《나무위키》
같이 보기[편집]
