철도의 구배

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 220퍼밀까지는 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.

표준궤 기관차식 중량 철도차량의 안전한 운행을 위한 물리적 한계[5]는 대략 35퍼밀 정도이다. 국내에는 4개소 이상이 있다.

아래 목록에 있는 노선은 모두 별도의 레일이 없는 점착식 철도이다. 랙 레일이 있는 노선은 100퍼밀은 우습게 넘어간다.