분기기 설치기준

왜 배우는가: 분기기 설치기준은 열차 속도 향상과 안전을 함께 좌우하므로 실무 설계 검토의 출발점이 된다. 시험에서는 분기기 번호, 통과속도, 설치 조건, 시공순서가 여러 교시에 걸쳐 반복해 나온다.

출제 이력: 제133회 2교시 2번, 제132회 3교시 2번, 제122회 3교시 3번, 제92회 3교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

분기기 설치기준은 열차를 한 궤도에서 다른 궤도로 전환하는 분기기의 구조, 배치, 성능 조건을 정한 기준이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 분기기: 열차를 한 궤도에서 다른 궤도로 전환하기 위해 궤도상에 설치한 설비다. 포인트부, 리드부, 크로싱부로 구성된다.
• 포인트부: 텅레일이 있는 부분이다. 텅레일의 선단 위치를 포인트의 전단으로 본다.
• 리드부: 포인트부와 크로싱부를 잇는 레일 구간이다.
• 크로싱부: 두 레일이 교차하는 부분이다. 분기기 후단은 크로싱의 끝부분을 말한다.
• 분기기 번호: 크로싱각을 역수로 나타낸 값이다. 번호가 클수록 분기각이 작다.
• 고속분기기: 노스가동크로싱을 사용하고 번호가 F18.5 이상인 분기기다.
• 분기부대곡선: 분기 내의 곡선과 분기로 인해 그 뒤쪽에 설치한 곡선을 함께 가리킨다.

2. 개념 풀이

분기기는 기차가 갈림길에서 방향을 바꾸는 장치다. 쉬운 말로 설명하면 철도의 교차로 역할이다. 열차가 직진할지 갈라질지는 레일의 위치로 정하므로, 레일 끝부분을 움직여 경로를 바꾸는 구조를 갖는다.

정식 정의는 다음과 같다. 열차를 한 궤도에서 다른 궤도로 전환하기 위해 궤도상에 설치한 설비이며, 포인트부, 리드부, 크로싱부로 구성된다. 세 부분이 함께 작동해야 열차가 탈선 없이 방향을 바꿀 수 있다. 설치기준은 이 세 부분의 구조와 성능, 그리고 분기기가 놓이는 선로 조건을 함께 다룬다.

포인트부는 열차의 경로를 결정하는 부분이다. 두 가닥의 텅레일이 기본 레일에 붙거나 떨어지며 경로를 정한다. 텅레일의 선단 위치가 포인트부의 전단이 되므로, 전환 장치의 작동 범위도 이 위치를 기준으로 본다.

크로싱부는 두 레일이 교차하는 부분이다. 바퀴가 교차점을 넘어가야 하므로 레일이 끊기는 틈이 생기고, 바퀴 플랜지를 받아 넘기는 구조가 필요하다. 이 틈 구조가 열차 진동과 소음의 원인이 되기도 한다. 크로싱부의 형식과 번호가 분기기 전체의 통과속도를 결정한다.

리드부는 포인트부와 크로싱부 사이의 레일 구간이다. 분기 직선과 분기 곡선이 이 구간에서 만들어지므로, 리드부의 길이와 곡선반경은 분기측 속도에 직접 영향을 준다.

분기기 번호는 크로싱각을 역수로 나타낸 값이다. 번호가 클수록 분기각이 작아져 분기측 통과속도를 높일 수 있다. 번호 선택이 곧 속도 설계이므로 설치기준의 핵심 변수가 된다. 같은 선로라도 번호가 작으면 분기 측으로 감속해서 들어가야 한다.

분기부대곡선은 분기 내의 곡선과 분기로 인해 뒤쪽에 놓이는 곡선을 함께 가리킨다. 분기기 뒤에 곡선이 이어지면 원심력과 캔트 조건이 달라지므로 따로 검토한다.

철도건설규칙은 분기기 내의 곡선, 그 전후의 곡선, 측선 내의 곡선처럼 캔트를 부설하기 곤란한 곳에는 캔트를 설치하지 않을 수 있다고 정한다. 본선의 일반 곡선 구간과 달리 분기기 주변은 캔트 예외를 두는 구간이라는 뜻이다.

고속분기기는 노스가동크로싱을 사용하고 번호가 F18.5 이상인 분기기다. 일반 분기기에 비해 크로싱부 구조가 복잡하고 전체 크기가 커진다. 고속 선로에서는 이 분기기를 적용하는 것이 기본 방향이다.

이 절의 설명은 세 축으로 정리한다. 첫째는 분기기 번호와 통과속도의 관계, 둘째는 분기 후 선로 조건, 셋째는 분기기 부설과 교체 시 시공순서다. 세 축이 모두 설치기준의 내용이다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 철도의 분기기는 짧고 분기각이 컸다. 열차 속도가 낮았기 때문에 분기 측으로 들어갈 때 감속해도 운행에 큰 문제가 없었다. 설계 기준도 저속 운행을 전제로 했다.

과거 분기기는 분기측 출구속도를 약 60km/h로 보고, 곡선반경 500m, 크로싱각 1:12 정도로 설계했다. 전체 길이는 약 25m였다. 크기가 작아서 제작과 설치가 비교적 단순했다. 그러나 이 구조로는 속도를 높이는 데 한계가 있었다.

고속철도가 늘어나면서 분기기의 기하 구조도 달라졌다. 독일의 고속 분기기는 분기측 속도 200km/h를 목표로 크로싱각 1:42를 적용한다. 이 분기기는 전체 조립체의 길이가 200m 가까이 되기도 한다. 번호가 커질수록 분기 곡선이 완만해지지만, 분기기 자체는 길어진다는 뜻이다.

이 변화가 설치기준이 필요해진 배경이다. 첫째, 분기측 속도가 낮으면 열차가 감속해야 하므로 노선 용량과 운행시간이 떨어진다. 둘째, 속도가 높아질수록 분기부 탈선의 위험이 커지므로 구조와 배치에 안전 조건이 필요하다. 셋째, 분기기가 길어지면 제작, 운반, 설치, 교체가 복잡해지므로 시공순서와 현장 조건을 정해 두어야 한다.