[교통] 레일을 고정시키는, 침목

어릴 적 기차선로 아래에 왜 저렇게 많은 침목·자갈을 깔아 놓았는지 궁금했었다. 궤도(track)는 단단한 노반 위에 잘게 부순 자갈(도상)을 깔고 침목을 놓은 뒤 레일을 고정시킨 것으로, 포괄적(노반·도상·침목·레일) 개념이다. 궤도는 크게 2가지로 구분된다.
 
자갈궤도(ballasted track)
슬래브궤도(slab track)
 
자갈궤도는 레일과 체결된 침목 아래·주변을 자갈로 채운 궤도로, 국내에서 가장 많이 사용 중이다. 자갈은 궤도의 탄성을 제공하고 레일로 전달되는 하중을 분산시키는 역할을 하며, 비교적 저렴하고 개보수가 수월하다. 흙으로 만든 노반 위에 바로 레일·침목을 깔면, 무게전달이 안되는 흙노반이 쉽게 침하된다. 하지만 흙노반 위를 자갈로 덮으면, 열차무게의 전달면적을 증폭시킬 수 있다. 또한 자갈은 무거운 열차의 고속주행시에 발생하는 진동·소음을 줄여주는 완충작용도 한다. 열차가 반복적으로 운행하면, 자갈의 마모·파괴가 많아지면서 천천히 침하되면서 궤도선형이 나빠지게 된다. 
 
슬래브궤도는 콘크리트·아스팔트로 자갈궤도에서의 침목·자갈의 역할을 대신한 것으로, 침목매립·레일매립 등의 여러 형태가 있다. 심지어 기존 자갈 위에 바로 콘크리트를 타설할 수도 있다. 고속철도·중전철은 콘크리트로 레일을 지지하는 콘크리트 도상이 사용되지만, 건설비용이 상대적으로 크다. 콘크리트 도상이 보편화되기 위해서는 기술발전·비용절감이 요구되며, 진동·소음을 줄이기 위해 고무재질의 체결장치를 사용하거나 침목 밑에 고무판을 설치하기도 한다. 

 

다양한 재질, 침목
 
침목(枕木, 베개나무)는 2개의 레일을 고정시키는 체결장치로, 레일궤도의 간격을 일정하게 유지시켜 주면서 열차하중을 도상에 분산시켜주는 역할을 한다. 침목이 열차의 수직하중을 받으면, 침목 중심선을 기준으로 위로는 압축력, 아래는 인장력을 받게 된다. 침목은 레일 25m(표준길이) 기준으로 보통 34~37개가 깔리고, 간선(幹線)에서는 41~49개를 놓게 된다.
 
침목은 재질에 따라 구분할 수 있는데, 기존에는 나무와 RC(Reinforced Concrete, 철근콘크리트)가 사용했었다. 목침목은 내구수명을 늘리기 위한 방부처리로 인해 환경오염 원인이 될 수 있었고, RC는 압축력에는 강한 반면 인장력에는 약한 단점이 있었다. PC(Prestressed Concrete, 경화콘크리트)는 나무와 RC를 보완한 것으로, 양쪽으로 잡아당긴 강철선(직경 2.9mm)을 내장하여 저항력을 증가시킨 것이다. PC는 수축하려는 강철선에 의해 항상 압축력을 받고 있는 상태인데, 이는 결과적으로 콘크리트가 취약한 인장력을 줄어든다는 의미이다. 열차가 PC침목에 하중을 가하면 침목 중심선 위로는 더 강한 압축력이 생기고, 중심선 아래쪽은 인장력이 상쇄된다. 침목은 내구성이 강화되는 방향으로 개발되고 있는데, 최근 유리섬유·폴리우레탄을 겹친 시트(seat) 형태의 합성침목도 개발 중이다.