침목
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1. 개요
침목은 철도 레일을 지지하고 고정하는 데 사용되는 구조물이다. 목재, 콘크리트, 강철, 합성 재료 등 다양한 종류가 있으며, 각 재료는 고유한 장단점을 가지고 있다. 목재 침목은 탄성이 뛰어나지만 부패하기 쉽고, 콘크리트 침목은 내구성이 뛰어나지만 무겁다. 강철 침목은 강도가 높지만 전기 전도성이 있고, 합성 침목은 경량화와 내구성을 동시에 갖춘다. 침목은 레일 체결 장치를 통해 레일에 고정되며, 정기적인 점검과 교체가 필요하다. 최근에는 환경 문제와 발암 물질 우려로 인해 목재 침목 사용이 감소하고, 플라스틱 침목 등 합성 침목의 수요가 증가하는 추세이다.
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| 침목 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 영어 명칭 | Railway sleeper |
| 미국 명칭 | Crosstie |
| 캐나다 명칭 | Railway tie |
| 문화어 명칭 | 베개나무 |
| 정의 | |
| 역할 | 철도 레일을 지지하는 데 사용되는 구조물 |
| 재료 | 나무 콘크리트 강철 플라스틱 복합재료 |
| 설치 위치 | 노반 위에 레일 아래에 설치 |
| 기능 | 레일 간격 유지 레일 하중 분산 레일 수평 유지 |
| 종류 | |
| 재료에 따른 분류 | 나무 침목 콘크리트 침목 강철 침목 플라스틱 침목 복합재료 침목 |
| 역사 | |
| 초기 형태 | 목재 침목 사용 |
| 발전 | 강철 침목 개발 콘크리트 침목 개발 플라스틱 및 복합재료 침목 개발 |
| 현재 | 다양한 재료의 침목 사용 |
| 사용 | |
| 용도 | 철도 건설 철도 유지보수 선로 건설 |
| 관련 용어 | |
| 다른 이름 | 레일 지지대 침목 (枕木) 베개나무 (문화어) |
2. 종류
침목은 일반적인 선로에서 레일 두 개를 평행하게 설치하고 그 아래에 깔아 레일을 지지하는 부재이다. 바라스트 궤도의 경우 침목 사이에 돌을 채운다. 침목은 궤간(레일 간격) 유지, 하중 분산, 궤도의 횡방향 및 종방향 이동에 대한 저항 기능을 담당한다.[43]
최근에는 목재가 아닌 침목이 증가하고 있으며, 이에 따라 표기도 「침목(枕木)」에서 「마쿠라기(まくらぎ)」, 「마쿠라기(マクラギ)」로 바뀌고 있다. 2018년 일본 국토교통성은 목재보다 내구성이 높은 프리스트레스트 콘크리트(PC) 침목으로 교체할 것을 중소 사철, 제3섹터 철도, 화물 철도 사업자에게 통지했다.[41] [42]
침목의 종류는 다음과 같다.
- '''목재 침목''': 탄성이 풍부하고 진동 및 충격 흡수에 유리하며 가공 및 절연성이 좋지만, 균열 및 부식에 약하고 수명이 짧다. 일본에서는 밤나무, 편백, 향나무, 너도밤나무, 느릅나무, 참나무 등이 사용되었다.
- '''PC 침목''': 프리스트레스트 콘크리트로 만들어져 수명이 길고 뒤틀림이 적지만, 무게가 무거워 시공이 어렵고 무도상 교량이나 분기기 부근에는 부적합하다.
- '''강철 침목''': 강도와 내충격성이 뛰어나고 수명이 길지만, 고가이며 습지에 약하고 궤도회로 사용 시 절연이 필요하다. 신에쓰 본선 요코가와 - 가루이자와 구간, 고텐바 선, 산요 전기 철도 일부 구간, JR 화물 등에서 사용되었다.
- '''합성 침목''': 유리장섬유 강화 우레탄 수지로 만들어져 무게가 가볍고 시공이 용이하며, 내구성은 PC 침목과 동등하다.
- '''플라스틱 침목''': 재활용 플라스틱, 폐타이어, 광물 등을 섞어 만들어 친환경적이지만, 미세 플라스틱 배출 등의 단점이 있다.
2. 1. 목재 침목
'''목재 침목'''은 탄성이 풍부하여 열차 운행으로 인한 진동이나 충격을 흡수하고, 레일 고정이 용이하며 가공이 쉽고 절연성이 높다는 장점이 있다. 반면, 균열이나 부식이 발생하기 쉽고 수명이 짧다.[44]
목재 침목은 부패, 갈라짐, 해충 피해, 플레이트 절단(영국에서는 체어 셔플(chair shuffle)이라고도 함 - 침목 플레이트의 측면 운동으로 인한 침목의 마모 손상), 스파이크 풀림(스파이크(Railroad spike|spike)가 침목에서 점차 느슨해지는 현상) 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한 목재 침목은 불이 붙을 수 있으며, 오래될수록 균열이 생겨 불꽃이 박히고 화재가 더 쉽게 발생할 수 있다.
일본에서는 밤나무, 편백, 향나무와 같이 내구성이 있는 목재가 사용되었지만, 태평양 전쟁 이후 1951년(쇼와 26년)부터는 너도밤나무도 사용되기 시작했다.[45] 이 외에도 단단한 활엽수인 느릅나무나 참나무도 사용되었다.[46]
일본농림규격(JAS)에서는 침목을 사용 장소에 따라 '''보통'''(일반적인 직선·곡선용), '''교량'''(교량용), '''분기'''(분기기용)의 3종류로 정의하고 있다. 2000년대에서 2010년대에는 보통 침목 환산으로 약 11~52만 개가 사용되고 있다.[50] 보통 침목의 규격 치수는 다음과 같다.
2000년대 후반 일본에서는 자연환경 보전 의식 고조에 따라 국산재 입수가 어려워져 많은 양을 수입재로 충당하고 있다. 목재 침목은 1990년대 일본 전체에서 60~70% 정도 사용되었지만, 2000년대 후반에는 30~40%까지 감소했다. 사용 비율은 감소했지만, 운행 횟수가 비교적 적은 지방 노선에서는 여전히 많이 이용되고 있다. 유지 보수만 잘하면 저렴하고 사용하기 쉬워, 간토 지방의 사철이 PC 침목에서 목재 침목으로 돌아간 사례도 있다.[55]
최근에는 목재가 아닌 침목이 증가하고 있으며, 일본 국토교통성은 2018년(헤이세이 30년) 6월, 목재보다 내구성이 높은 프리스트레스트 콘크리트(PC) 침목으로 교체할 것을 중소 사철, 제3섹터 철도, 화물 철도 사업자에게 통지했다.[41] [42]
2. 1. 1. 목재 침목 방부 처리
역사적으로 목재 침목은 다양한 연목(softwood)과 경목(hardwood)으로 만들어졌으며, 참나무(oak), 자라(jarrah), 카리(karri)와 같은 경목이 인기가 있었지만, 지속 가능한 공급원에서 구하기가 점점 어려워지고 있다.[3] 더글러스 전나무(Douglas fir)를 포함한 연목은 목재 방부 처리를 더 쉽게 받아들이는 장점이 있지만, 마모되기 쉽다는 단점이 있다. 하지만 연목은 저렴하고 가볍고 구하기 쉽다.[3]연목에는 크레오소트(creosote)가 가장 일반적인 방부제로 처리된다. 다른 방부제로는 펜타클로로페놀(pentachlorophenol)과 크롬산화구리비산염(chromated copper arsenate)이 있다. 때로는 구리 아졸(copper azole)이나 미세화된 구리(micronized copper)와 같은 무독성 방부제가 사용된다. 미국 주요 철도에서는 습한 지역에서 목재 침목의 수명을 연장하기 위해 이중 처리 공정으로 새로운 붕소(boron) 기반 목재 방부 기술을 사용하고 있다.[4] 일부 목재(예: 살, 모라, 자라, 아조베)는 내구성이 충분하여 처리 없이 사용할 수 있다.[5]
일본에서는 부후 방지 대책으로 크레오소트유(クレオソート油)에 의한 방부 처리가 있었다. 이 처리에 대해서는 일본산업규격(JIS)에서 규정하고 있다.[46]
과거 방부 목적으로 사용되었던 크레오소트유에는 발암성이 있는 벤조피렌류가 포함되어 있다. 일본에서는 2004년(헤이세이 16년)에 개정된 유해물질을 함유하는 가정용품의 규제에 관한 법률(가정용품 규제법)에 의해 벤조피렌류를 일정 농도 이상 함유하는 크레오소트유는 사용 금지가 되었다. 궤간목은 가정용품이 아니므로 가정용품 규제법에 의한 규제 대상에서 제외되지만, 철도 각사에서는 벤조피렌류를 저감하고 쿠마론·인덴 공축합 수지(クマロン・インデン共縮合樹脂)를 첨가한 「개량 크레오소트유」[47]나, 나프텐산 금속염계나 지방산 금속염계 등 다른 종류의 목재 방부제로의 전환을 하고 있다.[48][49] 수지 주입은 내구성이 2배가 되지만, 가격이 1.5~1.8배 정도가 되는 문제가 있다.[50]
목구멍 갈라짐 방지로 링을 박고, 방부제의 침투성 향상과 표면의 갈라짐 방지를 위해 표면에 인사이징 가공을 한다.[51] 인사이징이란 절개(incision)를 넣는 가공으로, 목재에 대한 액체의 침투를 균질·효율적으로 하기 위해 실시하는 기계 가공이다.[52]
2. 2. 콘크리트 침목 (PC 침목)
콘크리트 궤도침목은 목재 침목보다 무겁지만, 더 큰 하중과 높은 속도를 견딜 수 있다. 특히 연속 용접 레일과 함께 설치하면 궤도 유지 보수성이 향상된다.[6] 수명이 길고 유지 보수가 적게 필요하며, 배수가 잘 되는 자갈 위에 설치해야 한다.[6] 콘크리트 궤도침목이 소음을 증폭시킨다는 오해가 있지만, 연구 결과에 따르면 직선 구간에서는 목재 침목보다 조용하지만 음향 선명도가 높고, 곡선 구간에서는 전반적으로 더 조용한 것으로 나타났다.[6]
영국에서는 최고 등급 노선에 프리스트레스트 콘크리트 궤도침목만 허용되며,[6] 유럽 대부분의 철도에서도 수명과 비용 문제로 콘크리트 침목을 사용하고 있다.[6]
일본에서는 다이쇼 중기에 목재 자원 감소로 RC 침목이 개발되었으나 초기에는 균열과 체결 문제점이 있었다.[56] 이후 콘크리트의 압축 강도는 강하지만 인장 강도는 약한 특성을 보완하기 위해, 제조 시 콘크리트에 압축력을 가해 인장 저항력을 높이는 프리스트레스트 콘크리트(PC) 침목이 개발되었다. PC 침목 내부에는 PC강재(피아노선이나 강철 봉)가 들어 있어 지속적으로 압축력을 가해 균열 발생을 억제한다.[57]
PC 침목의 수명은 약 50년으로 목재 침목보다 뒤틀림이 적다. 그러나 무게가 수백 킬로그램에 달해 시공이 어렵고, 도상 자갈이 없는 교량이나 분기기 부근에는 부적합하다.[56]
일본에서는 1943년경부터 철도기술연구소에서 연구가 시작되어 1951년에 도카이도 본선 오모리역-카마타역 구간에서 시험되었다.[56][58] 국철 규격(JRS)은 국철 분할 민영화 이후 일본산업규격(JIS)으로 계승되었다.[57][59]
JIS에 규정된 PC 침목의 주요 내용은 다음과 같다.[57][59]
| 종류 | 용도 | 길이 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 3호 | 직선 및 곡선(반지름 800m 이상) | 2,000mm | 재래선용 |
| 6호 | 곡선(반지름 240m ~ 800m) | 2,000mm | 재래선용 |
| 7호 | 중하급선용 | 2,000mm | 재래선용 |
| 3T | 시속 210km 이하 구간 | 2,400mm | 프리텐션식, 신칸센용 |
| 3H | 시속 210km 초과 구간 및 부속 구간 | 2,400mm | 프리텐션식, 신칸센용 |
| 4T | 시속 210km 이하 구간 | 2,350mm | 포스트텐션식, 신칸센용 |
| 4H | 시속 210km 초과 구간 및 부속 구간 | 2,400mm | 포스트텐션식, 신칸센용 |
2. 2. 1. 프리텐션 방식과 포스트텐션 방식
PC 침목은 제작 방식에 따라 프리텐션 방식과 포스트텐션 방식으로 나뉜다. 프리텐션 방식은 PC 강재를 미리 긴장시킨 후 콘크리트를 타설하는 방식[57]으로 1942년 영국에서 개발되었다.[57] 포스트텐션 방식은 콘크리트가 굳은 후 PC 강재를 긴장시키는 방식[57]으로 1953년 독일에서 개발되었다.[57]대한민국에서는 두 방식 모두 사용되며, 노선 조건과 시공 여건에 따라 적합한 방식이 선택된다. 신칸센용 PC 침목의 경우, 3T형과 3H형은 프리텐션 방식, 4T형과 4H형은 포스트텐션 방식이다.[57][59]
2. 3. 강철 침목
철제 침목은 목재 침목에 비해 강도와 내충격성이 뛰어나고 수명이 길며, 특히 레일 체결 장치에서 발생하는 횡압(레일과 직각 방향으로 작용하는 힘)에 대한 저항력이 크다.[61] 그러나 무게가 무겁고 습지에서 부식되기 쉬우며, 도통재이므로 궤도회로를 사용하는 경우 좌우 레일 사이를 절연해야 하는 문제가 있다.[62] 이러한 단점 때문에 제철소 내부의 전용선 등 아주 일부에만 제한적으로 사용된다.형태는 '모노블록'과 '투블록'이 있으며, 전자는 JR 서일본, 다이가와철도, 제철소 구내에서, 후자는 JR 동일본이 채용하고 있다.[61]
구체적인 채용 사례로는 신에쓰 본선 요코가와 - 가루이자와 구간의 아프트식 구간이 전철화되었을 때 철제 침목이 채용되었으며, 점착식으로 전환될 때까지 사용되었다. 그 외에 고텐바 선이나 산요 전기 철도 일부 구간, JR 화물[64] 등에서 채용 사례가 있다. 이가와선의 아프트 이치시로역 - 나가시마 댐역 구간에서는 급경사로 인한 도상 유실을 막기 위해 스테이플러나 태커 바늘처럼 도상에 꽂는 형태의 철제 침목을 채용하고 있다. 해외에서는 스위스, 독일 등 여러 나라에서 실적이 있으며, 열대 지방에서는 목재 침목이 해충 피해를 입기 쉬워 철제 침목이 보급되고 있다.[61]
2. 4. 합성 침목
최근 여러 회사에서 재활용 플라스틱 수지[8]와 재활용 고무를 사용한 복합 재료 침목을 판매하고 있다. 제조업체들은 목재 침목보다 수명이 30~80년으로 더 길며, 부패나 해충의 공격을 받지 않고, 바닥에 특수한 홈을 만들어 추가적인 횡방향 안정성을 제공할 수 있다고 주장한다. 일부 본선에서는 하이브리드 플라스틱 침목이 궤도 바닥재에 완전히 둘러싸이도록 홈이 파인 디자인을 사용한다.재활용 재료를 사용하는 환경적 이점 외에도 플라스틱 침목은 일반적으로 크레오소트(독성 화학 물질)에 적신 목재 침목을 대체하며, 이론적으로 재활용이 가능하다. 그러나 플라스틱은 미세 플라스틱을 배출하고 자외선 차단제와 같은 다른 유독 화학 물질을 용출할 수 있다는 단점이 있다.
하이브리드 플라스틱 침목과 복합 침목은 지하 광산,[9] 산업 지역, 고습도 환경 및 인구 밀집 지역과 같은 다른 철도 용도에 사용된다. 하이브리드 침목은 부패한 목재 침목을 부분적으로 교체하는 데에도 사용되며, 이는 지속적인 선로 강성으로 이어진다. 또한 다리와 고가도로에서도 장점을 제공하는데, 힘의 분포를 개선하고 각각의 교량 거더 또는 궤도 바닥재로의 진동을 줄이기 때문이다. 이는 하이브리드 플라스틱 침목과 복합 침목의 더 나은 감쇠 특성 때문이며, 진동의 강도와 소음 발생을 감소시킨다.[10]
무게 문제를 개선한 것이 합성 침목이다. 합성 침목은 유리장섬유(강화플라스틱 발포체, FFU)를 재질로 사용한다. FFU는 경질 우레탄 수지를 유리장섬유로 강화한 것이다. 무게는 목재 침목과 비슷하여 시공이 용이하며, 내구성은 PC침목과 동등하다.
2020년대 이후, 환경을 고려하여 침목에 적합한 목재 조달이 어려워지고, 침목 방부제인 크레오소트가 발암성 우려로 EU 내에서 사용 금지되면서 합성 침목의 수요가 확대되고 있다.[60]
2. 5. 플라스틱 침목
최근에는 여러 회사에서 재활용 플라스틱 수지[8]와 재활용 고무를 사용하여 복합 재료 침목을 만들고 있다. 제조업체들은 이러한 플라스틱 침목이 목재 침목보다 수명이 30~80년으로 더 길고, 부패나 해충의 공격을 받지 않으며, 바닥에 특수한 홈을 만들어 횡방향 안정성을 높일 수 있다고 주장한다.[10]
플라스틱 침목은 재활용 재료를 사용한다는 환경적 이점 외에도, 독성 화학 물질인 크레오소트에 절인 목재 침목을 대체하며, 이론적으로 재활용도 가능하다.[10] 그러나 플라스틱은 미세 플라스틱을 배출하고 자외선 차단제와 같은 다른 유독 화학 물질을 용출할 수 있다는 단점도 있다.
하이브리드 플라스틱 침목과 복합 침목은 지하 광산,[9] 산업 지역, 고습도 환경 및 인구 밀집 지역과 같은 곳에 사용된다. 또한 부패한 목재 침목을 부분적으로 교체하는 데 사용되어 선로 강성을 유지하는 데 도움을 준다. 하이브리드 플라스틱 침목과 복합 침목은 힘의 분포를 개선하고 진동을 줄여 다리와 고가도로에서도 장점을 보인다.[10]
2009년, 영국의 네트워크 레일(Network Rail)은 목재 침목을 재활용 플라스틱으로 교체하기 시작할 것이라고 발표했다.[11] 2012년, 뉴질랜드는 선로전환기와 교량에 사용할 "EcoTrax" 브랜드의 재활용 복합 침목을 시험적으로 주문했다.[13][14] 2021년에는 영국 윌트셔에 콘크리트 침목이 너무 무거운 다리에 목재 침목의 대안으로 다양한 재활용 플라스틱으로 제조된 복합 침목이 설치되었다. 이는 영국 본선에 플라스틱 침목이 설치된 최초의 사례이다.[19]
플라스틱 침목은 파쇄한 플라스틱 쓰레기(폴리에틸렌)에 폐타이어와 광물을 섞어 고온에서 성형한 것이다. 위쪽을 제외한 다른 면에는 바닥재에 파고들도록 와플 모양의 요철을 만들었다. 미국에서 실용화되고 있다.
3. 특수 형태 침목
Y자형 침목은 1983년에 개발된 특이한 형태이다. 하중 분산 특성 덕분에 바라스트 양이 줄어들지만, 소음이 크고 선로 이동 저항력이 우수하다.[21] 곡선 구간에서는 3점 접촉 때문에 정확한 기하학적 맞춤이 어렵다. 단면은 I형강 형태이다.[22] 2006년 기준 Y자형 침목 선로는 1000km 미만으로 건설되었으며, 약 90%가 독일에 설치되어 있다.[23]
ZSX 트윈 침목은 Leonhard Moll Betonwerke에서 제조하며, 4개의 강철봉으로 연결된 두 개의 프리스트레스 콘크리트 침목 한 쌍이다.[24] 급곡선 구간, 맴돌이 전류 브레이크 사용 열차로 인한 온도 변화 스트레스 구간, 교량에 적합하며, 기존 선로와 슬래브 궤도 또는 교량 간 전이 구간으로도 사용 가능하다.[25]
콘크리트 모노블록 궤도 바닥판은 더 넓은 형태(57cm)로도 생산되어 자갈이 바닥판 사이에 없도록 하였다. 횡방향 저항을 증가시키고 자갈 압력을 감소시킨다.[26][27][28] 독일에서 사용되었으며,[29] 넓은 바닥판은 GETRAC A3 무도상(無道床) 궤도 시스템과 함께 사용되기도 했다.[30][31]
이중 블록(또는 트윈블록) 침목은 강철 막대로 연결된 두 개의 콘크리트 레일 지지대로 구성된다. 모노블록 콘크리트 침목보다 횡방향 저항력이 증가하고 무게가 가볍다는 장점과, 유연한 강철 연결부 덕분에 침목 중앙의 비틀림력으로 인한 손상이 없다는 장점이 있다.[32] 프랑스에서 일반적으로 사용되며, TGV 노선에서 사용된다.[33] 무도상 궤도 시스템에도 사용된다. 강철 막대를 절단하고 용접하여 새로운 궤간에 맞게 궤간을 변경할 수 있다.
프레임 침목(Rahmenschwellede)은 횡 방향 및 종 방향 부재를 모두 포함하는 일체형 콘크리트 주조물이다.[22] 오스트리아에서 사용되며,[22] 선로가 프레임 네 모서리에 고정되고 프레임 중간에도 지지된다. 인접한 프레임 침목은 서로 가까이 맞닿아 있다. 기존 궤간에 비해 선로 지지력이 향상되며, 시공 방법은 기존 선로와 유사하다.[34]
사다리식 궤도에서는 침목이 레일과 평행하게 놓이며, 길이는 수 미터에 달한다. 브루넬의 벌크 궤도와 유사하며, 자갈 도상과 함께 사용하거나, 고체의 무도상 지지대 위에 엘라스토머 지지대를 사용할 수 있다.[43]
레일과 평행하게 침목을 설치한 “래더 침목(Ladder Sleeper)”도 보급되고 있다. PC제 수직 보와 궤간을 유지하기 위한 이음재를 조합하여 사다리(영어로 Ladder) 모양으로 만들고, 레일은 수직 보에 따라 설치한다. 이것을 이용한 궤도를 “래더 궤도”라고 한다.
JR 동일본에서는 분기기용으로 래더 침목(수직 침목)과 기존 침목(수평 침목)을 조합한 그리드 침목을 채용하기 시작하고 있다. 외관은 기존 침목과 매우 유사하지만, 레일 아래에 레일을 따라 설치되는 수직 침목이 삽입되어 있다. 곡선 부분은 수직 침목을 단계적으로 엇갈리게 배치하여 직선 침목을 사용한다. 수평 침목도 기존과 달리 짧고, 좌우가 연결되지 않는다. 그러나 래더 침목과 마찬가지로 궤간 유지를 위한 긴 침목이 곳곳에 삽입되고, 거기에 한해서는 좌우가 연결된다.
3. 1. Y자형 침목
1983년에 개발된 Y자형 침목은 특이한 형태를 가지고 있다. Y자형 침목은 하중 분산 특성 덕분에 필요한 바라스트 양이 줄어든다는 장점이 있다.[23] 그러나 소음 수준은 높지만, 선로 이동에 대한 저항력은 매우 우수하다.[21] 곡선 구간에서는 Y자형 강철 침목의 3점 접촉 때문에 고정된 부착점으로 정확한 기하학적 맞춤을 관찰하기 어렵다.
침목의 단면은 I형강 형태이다.[22]
2006년 기준으로 Y자형 침목 선로는 1000km 미만으로 건설되었으며, 이 중 약 90%가 독일에 설치되어 있다.[23]
3. 2. 트윈 침목
ZSX 트윈 침목은 Leonhard Moll Betonwerke에서 제조하며, 4개의 강철봉으로 종방향으로 연결된 두 개의 프리스트레스 콘크리트 침목 한 쌍이다.[24] 이 설계는 급곡선 구간, 맴돌이 전류 브레이크를 사용하는 열차 등으로 인한 온도 변화 스트레스를 받는 구간, 그리고 교량에 적합하며, 기존 선로와 슬래브 궤도 또는 교량 간의 전이 구간으로도 사용할 수 있다고 한다.[25]3. 3. 광폭 침목
콘크리트 모노블록 궤도 바닥판은 더 넓은 형태(57cm)로도 생산되어 자갈이 바닥판 사이에 없도록 하였다. 이러한 넓은 바닥판은 횡방향 저항을 증가시키고 자갈 압력을 감소시킨다.[26][27][28] 이 시스템은 독일에서 사용되었으며,[29] 넓은 바닥판은 GETRAC A3 무도상(無道床) 궤도 시스템과 함께 사용되기도 했다.[30][31]3. 4. 이중 블록 침목
이중 블록(또는 트윈블록) 침목은 강철 막대로 연결된 두 개의 콘크리트 레일 지지대(받침)로 구성된다. 모노블록 콘크리트 침목보다 횡방향 저항력이 증가하고 무게가 가볍다는 장점과, 유연한 강철 연결부 덕분에 침목 중앙의 비틀림력으로 인한 손상이 없다는 장점이 있다.[32] 이러한 침목 유형은 프랑스에서 일반적으로 사용되며, TGV 노선에서 사용된다.[33] 이중 블록 침목은 무도상(無道床) 궤도 시스템에도 사용된다.
강철 막대를 절단하고 용접하여 새로운 궤간에 맞는 치수로 궤간을 변경할 수 있다.
3. 5. 프레임 침목
프레임 침목(Rahmenschwellede)은 횡 방향 및 종 방향 부재를 모두 포함하는 일체형 콘크리트 주조물이다.[22] 이 시스템은 오스트리아에서 사용된다.[22] 오스트리아 시스템에서는 선로가 프레임의 네 모서리에 고정되고 프레임 중간에도 지지된다. 인접한 프레임 침목은 서로 가까이 맞닿아 있다. 기존 궤간에 비해 이 시스템의 장점은 선로의 지지력이 향상된다는 점이다. 또한, 이러한 유형의 선로에 사용되는 시공 방법은 기존 선로에 사용되는 방법과 유사하다.[34]3. 6. 래더 침목
사다리식 궤도에서는 침목이 레일과 평행하게 놓이며, 길이는 수 미터에 달한다. 이 구조는 브루넬의 벌크 궤도와 유사하다. 이러한 종방향 침목은 자갈 도상과 함께 사용하거나, 고체의 무도상 지지대 위에 엘라스토머 지지대를 사용할 수 있다.[43]레일과 평행하게 침목을 설치한 “래더 침목(Ladder Sleeper)”도 보급되고 있다. 이것은 PC제 수직 보와 궤간을 유지하기 위한 이음재를 조합하여 사다리(영어로 Ladder) 모양으로 만들고, 레일은 수직 보에 따라 설치한 것이다. 이것을 이용한 궤도를 “래더 궤도”라고 한다.
JR 동일본에서는 분기기용으로 래더 침목(수직 침목)과 기존의 침목(수평 침목)을 조합한 그리드 침목을 채용하기 시작하고 있다. 외관은 기존의 침목과 매우 유사하지만, 레일 아래에는 레일을 따라 설치되는 수직 침목이 삽입되어 있다. 레일이 곡선이 되는 부분은 수직 침목을 단계적으로 엇갈리게 배치하여, 항상 직선의 침목이 사용된다. 수평 침목도 기존과 달리 짧고, 좌우가 연결되지 않는다. 그러나 래더 침목과 마찬가지로 궤간을 유지하기 위한 긴 침목이 곳곳에 삽입되고, 거기에 한해서는 좌우가 연결된다.
4. 침목 배치 및 규격
침목은 궤간 유지, 하중 분산, 궤도 이동 저항 등의 역할을 한다.[43]
일반적인 침목의 규격은 다음과 같다.[53]
| 구분 | 두께 | 너비 | 길이 |
|---|---|---|---|
| 재래선용 (보통 マクラギ일본어 2호)[54] | 14cm | 20cm | 210cm |
| 신칸센용 | 15cm | 24cm 또는 35cm | 260cm |
주요 철도 노선에서 목재 침목은 약 48cm 간격, 콘크리트 침목은 약 61cm 간격으로 설치된다. 목재 침목은 km당 2,019개, 콘크리트 침목은 km당 2,640개가 사용된다.[35][36][37] 런던 미들랜드 스코틀랜드 철도는 13.72m 레일에는 침목 18개, 18.29m 레일에는 침목 24개를 사용하도록 규정했는데,[38] 이는 마일당 2,112개의 침목에 해당한다.
일반적인 침목의 길이는 2.59m, 너비는 254mm, 깊이는 127mm이다. 이음매 부분의 침목 간격은 레일 길이에 따라 달라진다.[38]
| 13.72m 레일 | 18.29m 레일 |
|---|---|
| 0.79m | 0.79m |
| 0.79m | 0.74m |
| 0.74m | 0.71m |
| 0.7m | 0.7m |
| 0.7m | 0.7m |
| 0.74m | 0.71m |
| 0.79m | 0.74m |
| 0.79m | 0.79m |
어깨판에서의 분수 인치 간격은 레일 끝 사이에 허용되는 열팽창 간격에 해당한다.
- ''13.72m 레일'' – 6.4mm
- ''18.29m 레일'' – 7.9mm
1800년대 후반과 1900년대 초반의 근교 전철은 목재 침목을 약 0.61m 간격으로 설치했다.[39]
4. 1. 대한민국
マクラギ일본어는 일본에서 1950년대에 900만 개, 1965년에는 550만 개가 사용되었다.[46] 2000년대에서 2010년대에는 보통 침목 환산으로 약 11~52만 개가 사용되고 있다.[50]일반적인 침목의 규격 치수는 다음과 같다.[53]
| 구분 | 두께 | 너비 | 길이 |
|---|---|---|---|
| 재래선용 (보통 マクラギ일본어 2호)[54] | 14cm | 20cm | 210cm |
| 신칸센용 | 15cm | 24cm 또는 35cm | 260cm |
2000년대 후반, 일본에서는 자연환경 보전 의식 고조로 국산 목재 입수가 어려워져 수입재에 의존하고 있다. 목재 침목 사용 비율은 1990년대 60~70%에서 2000년대 후반 30~40%로 감소했다. 그러나 유지 보수가 용이하고 저렴하여, 운행 편수가 적은 지방 노선에서는 여전히 많이 사용되며, 간토 지방의 사철에서는 PC 침목에서 목재 침목으로 복귀한 사례도 있다.[55]
4. 2. 기타 국가
주요 철도 노선의 침목 간격은 목재 침목의 경우 약 48cm이고, 콘크리트 침목의 경우 61cm이다. 목재 침목은 마일당 3,250개(km당 2,019개), 콘크리트 침목은 마일당 2,640개가 사용된다.[35][36][37]런던 미들랜드 스코틀랜드 철도는 길이 13.72m 레일에는 침목 18개, 길이 18.29m 레일에는 침목 24개를 사용하도록 규정했으며,[38] 이는 마일당 2,112개의 침목에 해당한다.
침목의 길이는 2.59m, 너비는 254mm, 깊이는 127mm이다. 이음매에 인접한 두 개의 침목은 노반이 무르거나 통행량이 많고 속도가 빠른 경우 305mm 너비를 가질 수 있다. 침목은 대부분 0.79m 간격(중심 간 거리)으로 배치되지만, 어깨판이 있는 레일 이음매에 인접한 경우 간격이 달라진다.
| 13.72m 레일 | 18.29m 레일 |
|---|---|
| 0.79m | 0.79m |
| 0.79m | 0.74m |
| 0.74m | 0.71m |
| 0.7m | 0.7m |
| 0.7m | 0.7m |
| 0.74m | 0.71m |
| 0.79m | 0.74m |
| 0.79m | 0.79m |
어깨판에서의 분수 인치 간격은 레일 끝 사이에 허용되는 열팽창 간격에 해당한다.
- ''13.72m 레일'' – 6.4mm
- ''18.29m 레일'' – 7.9mm
1800년대 후반과 1900년대 초반의 근교 전철은 주요 간선 증기 철도보다 일반적으로 더 가벼운 차량을 운행했지만, 노반은 유사한 기준으로 건설되었다. 목재 침목은 약 0.61m 간격으로 설치되었다.[39]
5. 레일 체결 방식
레일을 침목에 고정하는 부재를 '''레일 체결 장치'''라고 한다. 처음에는 못(견정(犬釘))이 사용되었으나, 고속 주행에 따른 충격에 견딜 수 있도록 스프링 작용을 하는 탄성 체결 장치가 개발되어 사용되고 있다.[65] 탄성 체결 장치는 다음과 같은 종류가 있다.
6. 유지보수
2000년대 후반, 철도회사의 궤도보수 부서는 일상적인 점검과 관리를 담당하며, 침목 교체 작업은 외주를 통해 전문 업체가 시행한다.[67]
7. 궤간 변경
철도에서 레일 간의 간격(궤간)을 변경하는 공사를 궤간 변경이라고 한다. 대한민국에서는 신·재선 직결 운전 (미니 신칸센) 공사 시 침목 교체를 통해 궤간 변경을 시행한다.[68]
8. 침목 오너 제도
일본에서는 철도 경영 지원을 위한 기부금 모금 방식으로 침목 오너 제도를 운영하는 경우가 있다. 이 제도는 기부자의 이름을 새긴 명판을 침목에 설치하는 등의 조건을 내걸고 기부금을 모금하는 방식이다.[69][70][71][72][73][74]
다음은 침목 오너 제도를 도입한 일본의 제3섹터 철도 목록이다.
9. 재활용
목재 폐침목은 부패 방지 효과가 지속되기 때문에 화단 테두리, 오픈덱, 일부 철도역의 플랫폼, 부지를 둘러싸는 펜스 등으로 야외에서 재활용되고 있다.[55] 1980년대에는 홈센터나 원예 자재점에서 개당 500JPY~1000JPY에 원예 자재로 판매되었다.
최근 목재 침목은 정원 가꾸기와 조경에 많이 사용된다. 옹벽, 상자텃밭, 계단을 만드는 데 사용된다. 콜타르, 크레오소트 등 목재 방부제가 함유된 침목은 토양 오염을 유발할 수 있어 주의해야 한다.
현재는 PC 침목이나 합성 침목 등의 사용 증가로 국내 폐침목 발생량이 줄어 가격이 상승했다. 이에 따라 침목 모방 제품이나 수입품이 많아졌다. 2002년에는 말레이시아산 수입 침목에서 전갈이 발견되기도 했다.[55]
스페인 예술가 아구스틴 이바롤라(Agustín Ibarrola)는 렌페(Renfe)의 재활용 침목을 여러 프로젝트에 사용했다.
독일에서는 1991년부터 목재 침목을 건축 자재로 사용하는 것을 법으로 금지했다. 이는 건강과 환경에 큰 위험을 초래하기 때문이다. 1991년부터 2002년까지는 「타르 오일 조례」(Teerölverordnung)(카볼리네움(Carbolineum) 조례)에 의해 규제되었고, 2002년부터는 「화학물질 금지 조례」(Chemikalien-Verbotsverordnung)에 의해 규제되고 있다.[40]
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