듀얼 게이지
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1. 개요
듀얼 게이지는 서로 다른 궤간을 가진 열차가 하나의 선로를 공유할 수 있도록 설계된 철도 시스템이다. 이는 주로 케이프 궤간과 표준궤 간의 호환성 문제를 해결하기 위해 3선 또는 4선으로 선로를 배치하여 이루어진다. 3선 궤도는 공통 레일의 마모가 심하고 분기기 구조가 복잡해지는 단점이 있지만, 궤간 차이가 크지 않은 경우에 사용된다. 반면 4선 궤도는 3선 궤도로 해결하기 어려운 궤간 차이가 큰 경우에 사용된다. 듀얼 게이지는 선로 측면에서 궤간 차이를 해결하는 방법으로, 대차 교환이나 가변 궤간 대차를 사용하는 대안도 존재한다. 듀얼 게이지는 플랫폼, 가선, 신호 시스템 등 다양한 시설에 영향을 미치며, 건설 및 유지 보수 비용이 증가하는 문제점도 있다.
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- 궤간 - 광궤
광궤는 표준궤보다 넓은 궤간을 가진 철도 시스템으로, 고속 운행이나 대형 차량 운용에 사용되었으나, 표준궤와의 호환성 문제와 높은 비용으로 인해 많은 국가에서 표준궤로 전환되었고, 현재는 일부 국가에서 주요 철도망의 표준으로 사용되며 고속철도에도 활용되지만 표준궤로의 전환 또는 혼합 궤간화 추세가 지속되고 있다. - 궤간 - 협궤
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| 듀얼 게이지 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 철도 트랙 |
| 특징 | 3개 이상의 레일 |
| 상세 정보 | |
| 설명 | 궤간이 다른 철도 차량의 운행을 위해 궤조를 3개 이상 부설한 것. |
| 사용 목적 | 서로 다른 궤간의 열차가 하나의 선로를 공유하도록 함. |
| 필요성 | 표준궤와 협궤 노선 간의 연결 건설 비용 절감 토지 사용 효율성 증대 |
| 삼선궤 (三線軌条) | |
| 일본어 표기 | 三線軌条 (さんせんきじょう, San-sen-kijō) |
| 영어 표기 | Dual gauge 또는 Mixed gauge |
| 설명 | 궤간이 다른 철도 차량의 운행을 위해 궤조를 3개 부설한 것 |
| 추가 설명 | 복선의 선로에 또 다른 선로를 추가한 것은 아님 (궤조는 6개). |
| 듀얼 게이지 (Dual Gauge) | |
| 한국어 표기 | 복궤간 (複軌間) |
| 설명 | 서로 다른 궤간의 열차가 하나의 선로를 공유할 수 있도록 세 개 또는 네 개의 레일을 사용하는 철도 트랙. |
| 장점 | 서로 다른 궤간을 가진 철도 시스템 간의 연결 용이 환적 필요성 감소 |
| 단점 | 건설 및 유지 보수 비용 증가 복잡한 선로 전환 시스템 필요 |
| 참고 | |
| 관련 용어 | 제3궤조 방식 (Third rail) - 집전 방식 가드 레일 (철도) (Guard rail) 궤간 (Track gauge) 복선 (Double track) 복복선 (Quadruple track) |
2. 개념
표준궤의 열차가 케이프 궤간으로 진입하거나, 케이프 궤간의 열차가 표준궤로 진입하면 큰 탈선사고로 이어질 가능성이 크다. 따라서 서로 다른 궤간의 열차가 한 선로를 이용하려면 선로를 3선 또는 4선으로 배치해야 한다. 3선 궤도는 한 선로의 마모율이 높아 유지비가 더 많이 든다는 단점이 있다. 그러나 스코틀랜드 궤간과 표준궤처럼 궤간 차이가 작을 경우 4선으로 만들기 어려워 3선 궤도를 사용하며, 사용하지 않는 경우도 있다. 예를 들어, 러시아 궤간인 1520mm와 1524mm는 궤간 차이가 매우 작아 탈선 우려가 없으므로 3선이나 4선 궤도를 설치하지 않고, 선로가 약간 벌어지는 형태로 운영된다. 이베리아 궤간, 표준궤, 러시아 궤간이 한 번에 만나는 유럽의 경우처럼 3선이 만나는 경우에는 '트리플 게이지'라 하여 5선, 6선 등의 복잡한 구조로 이어진다.[39]
모노레일이나 신교통 시스템을 제외한 일반적인 철도는 2개의 레일로 구성되며, 이 레일 간의 폭(궤간)이 다르면 차량이 함께 운행할 수 없다.[39] 궤간이 다른 차량이 한 선로를 운행해야 할 경우, 차량 측에서 대차를 교환하거나(유럽・중국 - 러시아 간 철도 등), 가변 궤간 대차를 사용하는 방법(스페인 - 프랑스 간 철도 등)이 있다.[39] 선로 측에서 이러한 문제에 대응하는 방식이 삼선궤도(혹은 사선 궤도)이다.[39]
혼합궤 설치 및 유지보수에는 여러 문제점이 따른다. 우선, 각 궤간의 선로 중심이 어긋나 건축 한계도 그에 맞춰 변하기 때문에, 플랫폼[40], 가선[41], 신호기, ATS/ATC 위치 보정 지상자 등 보안 장치의 지상자 설치 위치에 주의해야 한다.[39] 또한, 분기기의 구조가 복잡해지고, 강설 지대에서는 병렬하는 궤도 사이에 눈이 쌓이며[42], 레일 마모가 불균형해지고, 레일의 취득 및 보수 비용이 상승하는 문제도 발생한다.
이중 궤도에는 "공통" 레일을 공유하는 3개의 레일 또는 더 좁은 궤간의 레일이 더 넓은 궤간의 레일 사이에 있는 4개의 레일로 구성될 수 있다. 3레일 구성에서는 공통 레일의 마모가 다른 두 개의 외부 레일보다 크다.[4] 3선 궤도는 선로를 3선 또는 4선으로 배치하는 방식으로, 스코틀랜드 궤간과 표준궤처럼 큰 차이가 나지 않을 때 사용된다. 그러나 3선 궤도는 한 선로의 마모율이 높아 유지비가 더 많이 든다는 단점이 있다.
철도 궤간은 철도의 가장 기본적인 사양으로, 철로와 차륜은 공차 내에서 제작되어 차륜이 레일 사이에서 최적으로 측면으로 움직일 수 있도록 한다. 궤간이 너무 넓거나 좁으면 탈선이 발생할 수 있으며, 특히 곡선에서 정상적인 궤간 확대 범위를 초과할 경우 더욱 그렇다.[1]
궤간이 매우 좁은 범위 내에 있어야 하므로, 설계된 차륜 세트 간 거리가 다른 차륜 세트와 조금이라도 다르면, 트랙은 두 가지 특정 궤간으로 건설되어야 한다. 이는 세 번째 레일을 추가하는 것이 가장 일반적이며, 드물게 다른 레일 쌍을 추가하거나, 세 개의 궤간이 있는 경우에는 네 개의 레일로 구성하기도 한다.
모노레일이나 신교통 시스템을 제외한 철도는 2개의 레일을 조합하고 있으며, 이 2개의 폭(궤간)이 다른 차량은 상호 운행이 불가능하다.[39] 궤간이 다른 차량이 상호 운행할 경우, 차량 측에서 대차를 교체하거나(유럽・중국 - 러시아 간 철도 등), 가변 궤간식 대차를 사용하는 방법(스페인 - 프랑스 간 철도 등)이 있다.[39] 이러한 문제를 선로 측에서 대응하는 것이 3선 궤도(혹은 4선 궤도)이다.[39]
각 궤간의 선로 중심이 어긋나 건축 한계도 그에 맞춰 변하기 때문에, 플랫폼(홈)[40], 가선[41], 신호기, ATS/ATC 위치 보정 지상자 등의 보안 장치 설치 위치에 주의해야 한다. 또한, 분기기(포인트) 구조가 복잡해지고, 강설 지대에서는 병렬하는 궤조 사이에 눈이 쌓이며[42], 레일 마모가 불균형해지고, 레일 취득 및 보수 비용이 상승하는 등의 문제가 있다.
3. 목적
4. 문제점
5. 3선 궤도
이중 궤도 선로에서 분기기는 단일 궤도 선로보다 더 복잡하며 열차는 두 궤간 모두에서 안전하게 신호해야 한다. 궤도 회로 및 기계적 연동 장치도 두 궤간에서 모두 작동해야 한다.[4]
3선 궤도는 두 궤간의 선로 중심이 어긋나 건축 한계도 그에 맞춰 변하기 때문에, 플랫폼[40], 가선[41], 신호기, ATS/ATC 위치 보정 지상자 등의 보안 장치 설치 위치에 주의해야 한다. 또한, 분기기 구조가 복잡하고, 강설 지대에서는 궤도 사이에 눈이 쌓이며[42], 레일 마모가 불균형해지고, 레일 보수 비용이 증가하는 등의 문제가 있다.
세 개의 레일로 이중 궤간 선로를 건설하는 것은 두 개의 인접한 레일을 스파이크 또는 레일 클립과 같은 레일 체결 하드웨어에 필요한 공간 이상으로 분리할 수 있을 때 가능하다. 일반적으로 40mm이다. 두 궤간이 그보다 더 가까우면 4개의 레일을 사용해야 한다. 사용되는 레일 체결 장치 및 레일의 무게(무거운 레일은 더 큼)에 따라, 두 궤간 간의 실용적인 차이는 145mm에서 200mm 범위이다.[8]
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'''3선 궤도가 설치된 구간 (일본)'''
'''3선 궤도가 설치된 구간 (스위스)'''
6. 4선 궤도
스코틀랜드 궤간과 표준궤처럼 궤간 차이가 크지 않아 4선으로 만들기 어려운 경우나, 궤간 차이가 작아 탈선 우려가 적은 경우에는 3선 궤도로 운영하기도 한다. 하지만, 일반적인 경우에는 4선 궤도가 필요하다.
3선 궤도로는 충분하지 않지만, 다음과 같은 이유로 4선 궤도가 설치되기도 한다.
- 및 (아프리카에서 흔하며, 각각 프랑스/벨기에 및 영국 철도 관행의 유산)
- 및 (남아메리카에서 흔함)
- 및 (구 소련 위성국가의 광궤 철도가 유럽 또는 중국의 표준궤와 만나는 곳에서 흔함).
이러한 경우에는 4선 궤도가 필요하다.
3개의 레일로도 충분하지만, 다른 엔지니어링 또는 운영상의 요인으로 인해 4개의 레일이 설치될 수도 있다. 예를 들어, 표준궤와 미터궤를 결합한 바이에 드 소메 철도는 435mm 차이는 3개의 레일의 매개변수 내에 있다.
4개의 레일은 터널이나 기타 좁은 장소에서 두 트랙의 레일 차량의 중심선이 트랙의 중심선과 밀접하게 일치해야 하는 경우에 필요하다. 이러한 구성은 공간이 확보되는 즉시 표준 평행선으로 되돌아갈 때 "가운트렛 트랙(gauntlet track)"이라고 한다.[9][1]
4개의 레일은 이중 궤간 철도 회전목의 중앙 축 양쪽에 동일하게 배치되어야 한다(그리고 삼중 궤간 회전목에는 6개의 레일). 회전목이 어느 방향을 향하고 있든 관계없이 회전목으로 이어지는 고정 레일의 구성과 일치하도록 한다.
일본에서는 도카치 철도 오비히로선(신오비히로역 - 공장 앞 역)이 유일한 4선 궤도였다. 국철 직통 화차는 삼륙 궤간일본어인 1067mm 궤간을 사용했고, 도카치 철도 내 열차는 이륙 궤간일본어인 762mm 궤간을 사용했다. 원래는 국철 오비히로역에서 제당 공장까지의 삼륙 궤간일본어 전용선이었으나, 1924년 지방 철도화에 따라 이륙 궤간일본어 노선이 여객 영업을 담당하게 되면서 4선 궤도가 병설되었다. 1959년 11월 15일 이륙 궤간일본어 노선이 폐지되면서 4선 궤도도 사라졌다.
7. 5선 및 6선 궤도 (트리플 게이지)
스코틀랜드 궤간과 표준궤처럼 궤간 차이가 크지 않은 경우에는 4선 대신 3선으로 운영하기도 하지만, 일반적으로 선로를 3선 또는 4선으로 배치하여 서로 다른 궤간의 열차가 동일 선로를 이용할 수 있도록 한다. 3선 배치는 한 선로의 마모율이 높아 유지비가 더 많이 드는 단점이 있다. 러시아 궤간(1520mm, 1524mm)과 같이 궤간 차이가 매우 작으면 탈선 우려가 없어 3선이나 4선 궤도를 설치하지 않고 선로 간격을 약간 넓히는 방식을 사용한다.[10]
세 가지 궤간이 만나는 경우(예: 유럽에서 이베리아 궤간, 표준궤, 러시아 궤간이 만나는 경우)에는 5선 또는 6선으로 구성된 복잡한 구조의 트리플 게이지(삼중 궤간)가 필요하다.
공간 부족 등의 이유로 세 가지 궤간의 열차가 한 철도 야드에 모여야 하는 경우, 운영상의 필요에 따라 삼중 궤간 선로가 설치되기도 한다. 그러나 삼중 궤간 선로와 신호 시스템은 건설 및 운영에 많은 비용과 혼란을 야기하므로 다른 대안이 없을 때만 시행된다.[10]
다음은 삼중 궤간이 필요한 지역을 나타낸 표이다.
| 장소 | 가장 좁은 궤간 | 중간 궤간 | 가장 넓은 궤간 | 비고 |
|---|---|---|---|---|
| 볼로스, 그리스 | rowspan="4" | | rowspan="5" | | 궤간은 1970년대에 폐쇄, 궤간은 1998년에 폐쇄 | |
| 옌바흐, 오스트리아 | 현재 사용 중 | |||
| 몽트뢰, 스위스 | rowspan="2" | | |||
| 카폴라고, 스위스 | 미터 궤간 노선은 1950년에 폐쇄 | |||
| 벡셰, 스웨덴 | 1974년 또는 그 이후까지[11] | |||
| 라투르드카롤, 프랑스 | rowspan="3" | | rowspan="6" | | rowspan="3" | | 1928년부터 세 개의 궤간; 2024년에도 사용 중. |
철도 차량 제조업체는 여러 국가에 수출하기 위해 공장에 3개 이상의 선로를 설치하기도 한다. 베이어, 피콕 앤 컴퍼니의 고턴 주조 공장이 그 예시이다.  8. 대한민국의 혼합궤
과거 대한민국 수원역에는 수인선과 수려선 승강장, 그리고 수원역 인근 철로에 3선궤가 설치되어 있었다.[1] 과거 삼지연선을 혜산역까지 운행하기 위해 혜산역-위연역 구간이 혼합궤였다.[2] 그러나 삼지연선은 표준궤로 개궤되었다.[2] 보천선은 개궤되지 않았는데, 삼지연선과 보천선 사이에 혼합궤 구간이 있는지는 불명이다.[2] 9. 그 외 국가의 혼합궤
10. 대안
이러한 경우 이중 궤간을 제공하기 위해 4개의 레일이 필요하다. 3개의 레일로도 충분하지만, 다른 엔지니어링 또는 운영상의 요인으로 인해 4개의 레일이 설치될 수도 있다. 예를 들어, 표준궤와 미터궤를 결합한 바이에 드 소메 철도(Chemin de Fer de la Baie de Somme)가 있으며, 435mm 차이는 3개의 레일의 매개변수 내에 있다. 4개의 레일은 터널이나 기타 좁은 장소에서 두 트랙의 레일 차량의 중심선이 트랙의 중심선과 밀접하게 일치해야 하는 경우에 필요하다. 이러한 구성은 공간이 확보되는 즉시 표준 평행선으로 되돌아갈 때 "가운트렛 트랙(gauntlet track)"(US: "gantlet track")이라고 한다.[9][1] 4개의 레일은 이중 궤간 철도 회전목(Railway turntable)의 중앙 축 양쪽에 동일하게 배치되어야 한다(그리고 삼중 궤간 회전목에는 6개의 레일). 회전목이 어느 방향을 향하고 있든 관계없이 회전목으로 이어지는 고정 레일의 구성과 일치하도록 한다.   서로 다른 궤간 사이의 화물 및 여객 운송은 반드시 듀얼 게이지 선로를 필요로 하지 않는다. 단순히 겹치지 않고 플랫폼의 양쪽에 접근하는 두 개의 선로가 있을 수 있다. 호주에서는 1945년까지 오랜 주간 경쟁의 결과로 13개의 궤간 변환역이 존재했다. 1850년대부터 3개의 서로 다른 궤간이 유지되었으며, 5개의 본토 주 수도는 1995년까지 표준 궤간으로 연결되지 않았다.[17] 수동으로, 갠트리 크레인으로, 또는 차륜 또는 대차 교환으로 궤간 변환역에서 화물을 환적하는 것은 엄청난 비용과 오랜 지연을 초래했다.[6] 제2차 세계 대전 동안 호주의 궤간 변환은 추가 기관차와 철도 차량이 필요했고, 연간 평균 1800000ton의 화물을 이송하기 위해 이송 지점에 1600명 이상의 서비스 인력과 많은 수의 민간인이 필요했기 때문에 전쟁 노력에 막대한 어려움을 더했다.[18] 승객의 경우, 비용과 비효율성에 상당한 불편함이 더해졌다. 1896년, 앨버리 역에서 시드니-멜버른 철도 이용시, 미국의 유명 작가 마크 트웨인(사무엘 클레멘스)는 "매서운 추위" 속에서 열차를 갈아타야 했고, "그 아이디어를 낳은 지성의 마비"에 대한 통렬한 견해를 형성했다.[19] 일부 지역에서는 긴 듀얼 게이지 선로를 건설하는 대신 철도 차량의 바퀴를 변경하는 방법이 사용되었다. 즉, 4륜 차량에서 차륜을 내리고 교체하거나 8륜 차량 아래에서 대차(미국: 트럭)를 교환하는 것이다. 이 방식을 사용하면 시설 내에서 짧은 길이의 듀얼 게이지 선로만 필요하다. 장점은 완전히 적재된 차량의 내용물이 방해받지 않는다는 것이다. 이 방식은 프랑스-스페인 국경과 폴란드에서 처음 채택되었다. 듀얼 게이지 운행과 비교하여 운송 시간에 지연을 발생시키지만, 환적보다 훨씬 빠르다. 1962년 호주 멜버른에서 시드니와 애들레이드 사이의 노선에 도입되었을 때, 열차당 화물 처리 시간이 5일에서 2일 미만으로 줄었다. 이 과정에는 철도 제동을 분리하고 대차 센터 핀을 분리한 후 차량을 들어올리고 새로운 대차를 밑에 끼워야 한다.[20] 유럽에서는 유사한 원리가 저상형의 작은 바퀴가 달린 수송차에 구현되어 있으며, 서로 다른 궤간의 선로에서 한 궤간에 맞게 제작된 차량을 운반한다. 변형으로는 롤복 (독일어 Rollböcke)이 있으며, 2축 표준 궤간 차량에 사용된다. 각 차륜 세트는 작은 4륜 협궤 트롤리에 실린다.[22] 전체 열차는 천천히 걸어가는 속도로 몇 분 만에 변환되며, 각 롤복은 자동으로 아래에서 해당 차륜 세트와 일치한다. 또 다른 변형은 "열차 위 열차"로, 전체 협궤 열차가 표준 궤간 평판 화차에 실려 운반되며, 연속된 레일이 장착되어 있다.[24][25][26] 궤간의 차이는 또한 가변 궤간에 의해 수용되며, 2022년 현재 스페인과 프랑스, 스웨덴과 핀란드, 폴란드와 리투아니아, 폴란드와 우크라이나 간 국제 연결에서 일부 여객 차량에 설치되었다. 스페인에서는 1668mm 궤간이 우세하고, 고속선은 표준 궤간으로 놓여 있지만, 더 좁은 궤간(1000mm 등)을 가진 선로가 많이 있기 때문에 변환 시설이 광범위하다.[27] 참조
[1]
서적
Railway track and track work
https://archive.org/[...]
The Engineering News Publishing Co.
2022-11-08
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