기존선 운행속도를 향상하여 소요시간을 단축하는 가장 효과적인 방법은 선형을 직선화한 신선(新線)을 건설하는 방법이나, 한정된 재원과 사회적 환경을 고려할 때 모든 지역에 신선 건설은 어려우므로 기존선을 개량하여 속도를 향상하는 효율적인 방법에 대한 연구가 필요하다.
기존선을 개량하여 소요시간을 단축하는 방법은 곡선과 완화곡선 선형(형상) 개선, 궤도 강화, 궤도 정비도 향상, 차량성능 개선, 선로 안전설비 강화의 직접적인 방안과 정차시분을 단축하는 간접적인 방법으로 구분할 수 있다.
이 방법들 중에서 (완화)곡선선형 개선에 의한 통과속도 향상이 가장 큰 영향을 미치는데, 이에 대한 명확한 기준(규정), 방법과 연구가 없어 현장 적용이 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 기존 연구동향과 문헌자료를 조사하여 완화곡선 형상 변경의 5가지 방법을 선정하고, 한계속도에 대한 수평이동량 분석, 차랑 주행안정성 평가, 차량주행성능 분석을 하였다.
본 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다.
1) 완화곡선 형상 변경으로 속도향상시 궤도중심의 수평방향 이동량이 발생하며, 곡선 반경이 클수록, 교각이 클수록 이동량도 커지는 것으로 비교 분석되었다.
기존선의 완화곡선인 3차포물선 형상을 유지하고 속도 향상시 곡선 전구간에서 수평 이동되며, 완화곡선 길이를 연장하는 방법에 따라 편차가 크다. 완화곡선 종점(P.C)을 고정하고 직선측으로 연장하는 방범(B-1 type)이 가장 크며, 원곡선 중심을 고정하고 직선측으로 연장하는 방법(C type)이 가장 작다. 또한 완화곡선을 사인반 파장으로 변경하면 수평이동량이 매우 작고 원곡선부 변경이 없으며 속도향상 효과는 동일한 것으로 분석되었다.
2) 차량의 주행안정성은 평가기준을 만족하며, 사인반파장 완화곡선이 우수하다.
완화곡선 형상 변경 선형이 기존선 선형 보다 차체 횡가속도 외 주행안정성이 향상되며, 승차감은 개선 효과가 우수하게 분석되었다. 특히, 사인반파장 완화곡선으로 형상 변경(D type)은 주행안정성 및 승차감 측면에서 상대적으로 우수하며, 곡선반경이 커서 통과 속도가 빠른 경우에 더 유리한 것으로 분석되었다.
3) 열차주행성능은 기존선 완화곡선 형상을 변경하면 표정속도 약10% 향상된다.
궤도중심 수평이동량과 주행안정성 분석시 적용한 곡선반경별 한계속도로 KTX 열차 운행 중인 경부선 동대구~밀양구간의 열차주행성능 시뮬레이션 결과, 주행시간은 기존선 30.8분에 비해 자갈도상 적용시 27.7~27.9분으로 약 9.4% 단축되며, 콘크리트도상 적용시 27.2~27.3분으로 11.6%의 단축 효과가 있다.
이러한 결과에 따라 본 연구에서 제시하는 결론은 다음과 같다.
기존선 속도향상을 위한 개량시 3차포물선 완화곡선은 곡선 전구간에서 궤도중심 이동량이 크나, 사인반파장은 이동량이 매우 적고 원곡선부 변경이 없어 유리하며 속도향상 효과는 유사하다.
본 연구에서 수행한 속도향상을 위하여 기존선의 곡선부를 개량하는 5가지 방안의 차량 주행안정성 결과와 공사비 비교 결과를 실무에 적용함으로써 기존선 개량사업 효과와 결과에 대한 예측, 정량적인 분석 및 평가가 가능할 것으로 판단되며, 개량 사업 추진의 의사 결정에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대 된다.