철도의 구배
1. 개요
철도의 구배는 기울기라는 뜻으로 쓰인다. 코레일에서는 철도용어 정비를 통해 경사라는 용어로 바꾸었다.
단위는 퍼밀로 나타내며, 밑변이 1000미터이고 높이가 n미터인 경사로를 n퍼밀의 경사로 표시한다.
간혹 기울기가 엄청 커서 일부 차량이 통과하지 못하는 경우도 존재하는데, 이를 급구배라고 한다. 철도에서는 30퍼밀부터 급구배라고 하는데 이 정도는 퍼센트로 치면 3퍼센트 정도밖에 되지 않는 경사이다. 그런데 그렇게 힘이 좋은 철도차량이 이 정도 경사를 힘들어하는 이유는 열차 바퀴와 레일 사이의 마찰력이 낮기 때문이다. 아무리 차량 자체의 엔진이나 모터 힘이 좋아도 바퀴와 지면의 마찰력[1]이 엔진이나 모터의 힘 이상이 되지 않으면 바퀴는 그저 헛돌 뿐이다. 철도차량이 30퍼밀 이상 되는 구배를 힘겹게 올라가고 급가속마저도 불가능한 이유가 바로 그 때문이다. 반면 자동차는 타이어와 지면 사이의 마찰력이 크기 때문에 성능 좋은 자동차라면 출발부터 2~3초 이내에 시속 100km/h 이상으로 속도를 끌어올리는 등 급가속이 가능하다. 마찬가지로 철도라고 해도 고무차륜을 쓰는 방식이면 마찰력이 커서 급구배도 통과가 가능해지고 가속력도 높아진다.
일반적으로 궤간이 좁을수록, 그리고 기관차식 견인 열차보다는 동차형 열차가 구배의 돌파능력이 더 좋은 편이며, 반대로 광궤에 가까울수록 구배 돌파 능력은 떨어진다. 물리적으로 자력 주행이 가능한 한계 구배의 경우 표준궤가 약 80퍼밀[2]이고, 협궤는 궤간이 좁아질 수록 견딜 수 있는 경사가 올라간다. 일본의 1067mm 협궤는 치상궤도나 강삭철도 없이 130퍼밀 정도를 견딜 수 있고, 762mm 협궤의 경우 '''220퍼밀'''까지는 견딜 수 있다. 광궤의 경우 무리해도 50퍼밀을 넘기 힘든 편이다. 대용량 화물열차가 돌아다니는 노선이라면 한계 구배가 더 낮아진다.
대신 바퀴와 지면의 마찰력이 낮으면 유리한 점은 타력운전이 용이하다는 것이다. 일단 가속한 철도차량은 상구배[3]를 지나지 않는 이상 속도가 거의 줄어들지 않으므로 연료비를 절감하는 것이 가능하다.
2. 국내
- 경강선 초월역 - 곤지암역 (26퍼밀)
- 부산 도시철도 1호선 구서역 - 두실역 (26퍼밀)
- 부산 도시철도 2호선 화명역 - 수정역 (26퍼밀)
- 부산 도시철도 2호선 냉정역 - 개금역 (27퍼밀)
- 부산 도시철도 3호선 남산정역 - 만덕역 (27.5퍼밀)
- 서울 지하철 3호선 학여울역 - 대청역 (27.6퍼밀)
- 부산 도시철도 2호선 주례역 - 냉정역 (28퍼밀)
- 부산 도시철도 2호선 동원역 - 금곡역 (28퍼밀)
- 시흥연결선 금천구청역 - 광명역 (28퍼밀)
- 서울 지하철 2호선 상왕십리역 - 왕십리역 (28퍼밀)
- 경부고속선 금정터널 (29퍼밀)
- 서울 지하철 4호선 노원역 - 창동역 (29퍼밀)
- 부산 도시철도 1호선 신평역 - 하단역 (29퍼밀)
- 과천선 선바위역 - 남태령역 (30퍼밀)[4]
- : 스위치백 구간으로 2012년 솔안터널 개통과 함께 폐선되었다.
- 태백선 예미역 - 조동역 (30.3퍼밀) : 경강선 KTX 이전 일반철도 최고 기록이다. 태백선 개통일부터 2017년 12월 14일까지의 기록이다.
- 서울 지하철 2호선 성수역 - 용답역 장안철교 부근 (30.3퍼밀)
- 과천선 금정역 - 범계역 하(31퍼밀), 상(32퍼밀)
- 부산 도시철도 3호선 덕천역 - 구포역 (31.2퍼밀)
- 서울 지하철 2호선 왕십리역 - 한양대역 (32퍼밀)
- 서울 지하철 2호선 신림역 - 신대방역 (32퍼밀)
- 성수지선 신답역 - 용두역 (32퍼밀)
- 분당선 오리역 - 죽전역 (32퍼밀)
- 신분당선 동천역 - 수지구청역 (32퍼밀)
- 신분당선 광교중앙역 - 광교역 (32퍼밀)
- 서울 지하철 3호선 옥수역 - 압구정역 (32.1퍼밀)
- 서울 지하철 4호선 이촌역 - 동작역 (32.3퍼밀)
- 서울 지하철 2호선 잠실나루역 - 잠실역 (33퍼밀)
- 서울 지하철 1호선 서울역 - 남영역 (34퍼밀)
- 서울 지하철 2호선 대림역 - 신도림역 (34퍼밀)
- 서울 지하철 4호선 창동역 - 쌍문역 (34퍼밀)
- 수도권 전철 경의·중앙선 가좌역 - 홍대입구역 (34퍼밀), 효창공원앞역 - 용산역 (34.5퍼밀)
- 서울 지하철 2호선 역삼역 - 강남역 (35퍼밀)
- 서울 지하철 2호선 서초역 - 방배역 (35퍼밀)
- 서울 지하철 2호선 사당역 - 낙성대역 (35퍼밀)
- 서울 지하철 2호선 영등포구청역 - 당산역 (35퍼밀)
- 분당선 왕십리역 - 서울숲역 (35퍼밀)
- 분당선 죽전역 - 보정역 (35퍼밀)
- 부산 도시철도 1호선 교대역 - 동래역 (??퍼밀)
2.1. 중량 철도차량의 안전한계를 초과하는 구배
표준궤 기관차식 중량 철도차량의 안전한 운행을 위한 물리적 한계[5]는 대략 35퍼밀 정도이다. 국내에는 4개소 이상이 있다.
- 용인 경전철 초당역 - 삼가역 (45퍼밀)
- 용인 경전철 둔전역 - 전대·에버랜드역 (45퍼밀)
- 우이신설선 삼양역 - 삼양사거리역 (45퍼밀)
- 인천 도시철도 2호선 왕길역 - 검단사거리역 (54퍼밀)
- 인천 도시철도 2호선 검바위역 - 아시아드경기장역 (55퍼밀) : 일명 롤러코스터 구간. 경인아라뱃길 때문인데, 지상3층↔지하3층 높이를 오르내린다. 전국 도시철도 중 가장 구배가 급한 구간이다.
3. 북한
- 신흥선 송흥역 - 부전령역 구간 (570(!!!)퍼밀) : 철도 구배계의 레전드. 밑변과 높이의 비가 3:4인 피타고라스 직각삼각형을 떠올리면 된다.
- 장진선 보장역 - 황초령역 구간 (300(!!)퍼밀) : 위의 신흥선 에서 분기된 노선이라 그런지 이쪽도 상당하다.
4. 해외
4.1. 일본
- : 일철덕에게는 네임드인 급구배. 자세한 내용은 해당 문서 참고.
- 하코네 등산철도 (80퍼밀) : 상기와 마찬가지로 유명한 급구배. 구배가 너무 커 제동 방식도 일반적인 철도 차량이 가질 수 있는 모든 제동 방식을 사용하는 것과 더불어 레일에 직접 제륜자를 압착하는 제동 방식도 사용한다. 일본에선 이것 이상의 구배를 올라갈 수 있는 일반적인 철도 차량이 없다. 이 구배 이상은 다 강삭선이나 케이블카로 운영 중.
4.2. 유럽
아래 목록에 있는 노선은 모두 별도의 레일이 없는 점착식 철도이다. 랙 레일이 있는 노선은 100퍼밀은 우습게 넘어간다.
- 포르투갈 리스본 노면 전차 28/12번 노선(135퍼밀, 900mm 협궤): 유명한 급구배.
- 오스트리아 푀스틀링베르크 선(116퍼밀, 900mm 협궤): 원래는 미터 궤간 노선이었으나 린츠 노면 전차와 직결 운행을 위해서 개궤되었다.
- 프랑스/스위스 생제르베-발로르신 선(90퍼밀, 미터 궤간 협궤): 노선 중간에 1924년 동계올림픽 개최지인 샤모니를 통과한다.
- 독일 슈투트가르트 노면 전차 U15(85퍼밀, 표준궤): 노선 남쪽 Olgaeck과 Eugensplatz 정류장 사이에 최고 급구배 구간이 있다. 이전에는 95퍼밀, 115퍼밀 구간도 있었으나 폐선되었다.
- 스위스 위틀리베르크 선(79퍼밀, 표준궤): 유럽에서 가장 구배가 높은 표준궤 간선 철도 노선이다. 이 이상은 전부 노면 전차이다.
- 노르웨이 플롬 선(55퍼밀, 표준궤): 도로 개통으로 간선 철도 영업이 계속 손해를 보자 아예 관광 철도 노선으로 만들었다.