대도시의 교통수단으로서 지하철을 비롯한 광역 교통시설이 확대되면서 지하 구조물의 수요가 급속하게 증가하고 있고, 녹색 성장의 대표적인 교통수단인 철도의 고속화로 완만한 선형 유지가 불가피하기 때문에 최근에는 장대 터널 건설이 급속하게 증가하고 있다. 그러나, 이와 같은 지하 구조물 및 터널은 화재가 발생하게 되면 폐쇄된 공간 특성 때문에 지상 화재에 비해 많은 인명과 경제적 피해가 발생한다. 이러한 지중 구조물은 콘크리트로 건설되어 있으며, 특히 토사 터널이나 하저 터널 등은 화재에 의해 폭렬이나 박락 등으로 붕괴를 수반할 수 있어 기반 시설로서의 기능을 장기간 수행 할 수 없는 경우가 발생한다. 우리나라에서는 콘크리트 구조물에 대한 내화 연구가 ...
대도시의 교통수단으로서 지하철을 비롯한 광역 교통시설이 확대되면서 지하 구조물의 수요가 급속하게 증가하고 있고, 녹색 성장의 대표적인 교통수단인 철도의 고속화로 완만한 선형 유지가 불가피하기 때문에 최근에는 장대 터널 건설이 급속하게 증가하고 있다. 그러나, 이와 같은 지하 구조물 및 터널은 화재가 발생하게 되면 폐쇄된 공간 특성 때문에 지상 화재에 비해 많은 인명과 경제적 피해가 발생한다. 이러한 지중 구조물은 콘크리트로 건설되어 있으며, 특히 토사 터널이나 하저 터널 등은 화재에 의해 폭렬이나 박락 등으로 붕괴를 수반할 수 있어 기반 시설로서의 기능을 장기간 수행 할 수 없는 경우가 발생한다. 우리나라에서는 콘크리트 구조물에 대한 내화 연구가 건축 구조물을 중심으로 진행되고 있으며, 지하 구조물이나 터널 등에 대한 연구는 초기 단계에 불과하다. 화재가 발생할 경우, 콘크리트의 폭렬 발생으로 인한 내하력 저하 및 안전성 확보를 위한 연구는 물론, 내화 설계에 대한 기준도 정립되어 있지 않다. 본 논문은 철도 터널에 화재가 발생한 경우, 내화 안전성 확보를 위한 방법으로서 내화모르타르 도포 공법을 제안한 것이다. 터널 구조물을 상정한 대형 철근콘크리트 슬래브를 제작하고, 내화모르타르를 도포하여 화재시험을 수행하였다. 화재 시험은 KS에서 규정하고 있는 ISO 화재 곡선, 일반적인 터널에서 널리 적용하고 있는 RABT 화재 곡선을 사용하였다. 내화모르타르에는 폭렬 방지와 열전도율 저감을 위해 PP섬유와 펄라이트 잔골재를 기본 구성 재료로 사용하였으며, 강도 잔존율, 열전도율 등 기본적인 물리 시험을 통해 내화 모르타르 배합을 도출하였다. 내화모르타르의 내화 성능을 확인하기 위해 화재 실험을 수행하였다. 시험에는 철근콘크리트 슬래브에 두께 30~35mm의 내화모르타르를 도포한 시험체를 사용하였다. 또한, 실제의 터널 구조물에 대한 내화모르타르의 내화 성능을 확인하기 위해 유한요소법에 의한 열-역학 연동 해석을 실시하였다. 내화실험 및 수치해석 결과, 내화모르타르는 터널 화재 발생 시 콘크리트 및 철근의 수열온도를 낮추는데 큰 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서, 토사 실드 터널, 개착식 터널, 하저 터널 등과 같이 화재 시 단면 손상으로 구조물의 안전성이 우려되는 경우, 내화모르타르 도포 공법이 터널 구조물의 내화 성능을 향상시키는데 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
대도시의 교통수단으로서 지하철을 비롯한 광역 교통시설이 확대되면서 지하 구조물의 수요가 급속하게 증가하고 있고, 녹색 성장의 대표적인 교통수단인 철도의 고속화로 완만한 선형 유지가 불가피하기 때문에 최근에는 장대 터널 건설이 급속하게 증가하고 있다. 그러나, 이와 같은 지하 구조물 및 터널은 화재가 발생하게 되면 폐쇄된 공간 특성 때문에 지상 화재에 비해 많은 인명과 경제적 피해가 발생한다. 이러한 지중 구조물은 콘크리트로 건설되어 있으며, 특히 토사 터널이나 하저 터널 등은 화재에 의해 폭렬이나 박락 등으로 붕괴를 수반할 수 있어 기반 시설로서의 기능을 장기간 수행 할 수 없는 경우가 발생한다. 우리나라에서는 콘크리트 구조물에 대한 내화 연구가 건축 구조물을 중심으로 진행되고 있으며, 지하 구조물이나 터널 등에 대한 연구는 초기 단계에 불과하다. 화재가 발생할 경우, 콘크리트의 폭렬 발생으로 인한 내하력 저하 및 안전성 확보를 위한 연구는 물론, 내화 설계에 대한 기준도 정립되어 있지 않다. 본 논문은 철도 터널에 화재가 발생한 경우, 내화 안전성 확보를 위한 방법으로서 내화모르타르 도포 공법을 제안한 것이다. 터널 구조물을 상정한 대형 철근콘크리트 슬래브를 제작하고, 내화모르타르를 도포하여 화재시험을 수행하였다. 화재 시험은 KS에서 규정하고 있는 ISO 화재 곡선, 일반적인 터널에서 널리 적용하고 있는 RABT 화재 곡선을 사용하였다. 내화모르타르에는 폭렬 방지와 열전도율 저감을 위해 PP섬유와 펄라이트 잔골재를 기본 구성 재료로 사용하였으며, 강도 잔존율, 열전도율 등 기본적인 물리 시험을 통해 내화 모르타르 배합을 도출하였다. 내화모르타르의 내화 성능을 확인하기 위해 화재 실험을 수행하였다. 시험에는 철근콘크리트 슬래브에 두께 30~35mm의 내화모르타르를 도포한 시험체를 사용하였다. 또한, 실제의 터널 구조물에 대한 내화모르타르의 내화 성능을 확인하기 위해 유한요소법에 의한 열-역학 연동 해석을 실시하였다. 내화실험 및 수치해석 결과, 내화모르타르는 터널 화재 발생 시 콘크리트 및 철근의 수열온도를 낮추는데 큰 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서, 토사 실드 터널, 개착식 터널, 하저 터널 등과 같이 화재 시 단면 손상으로 구조물의 안전성이 우려되는 경우, 내화모르타르 도포 공법이 터널 구조물의 내화 성능을 향상시키는데 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
The number of underground transportation facilities such as tunnels and underground stations have been rapidly increased in recent years to fulfill the demand of mass transportation and intercity connections, while the scale of underground structures are becoming bigger to satisfy the specification ...
The number of underground transportation facilities such as tunnels and underground stations have been rapidly increased in recent years to fulfill the demand of mass transportation and intercity connections, while the scale of underground structures are becoming bigger to satisfy the specification of the high speed trains. However, due to the nature of closed space, fire in the underground structures and tunnels tend to cause more severe damage to the human life and financial problem compared to that in the ground facilities. The underground structures are mostly made up of concrete material and, since the lining concrete applied to the soil embedded tunnel or underwater tunnel is the main structural member, spalling or exfoliation of the lining concrete caused by fire will result in the collapse in the worst case and it takes a long time to regain its function as an infrastructure. So far, researches on the fire resistance of the concrete structures have been mainly concentrated on the building structures and the studies on the underground structures including tunnels still remain in the initial stage. Specifically, studies on the structural safety as well as bearing capacity of the concrete lining exfoliated by fire and on the standard of the fire resistance design are needed to be established. A refractory mortar spreading on top of the existing concrete liner is proposed in this study to secure the stability of the railroad tunnel under fire. For this, a large reinforced concrete slab corresponding to the tunnel structure is manufactured and fire test is performed right after spreading the refractory mortar on the concrete slab. The ISO fire curve regulated by KS is employed during the fire test and RABT fire curves widely applied in the traffic tunnels are also considered. To prevent spalling and to reduce the heat conductivity, the refractory mortar composed of PP fiber and pearlite fine aggregate is utilized and additional tests such as residual rate of strength and heat conductivity are performed to obtain the optimum ratio of the mortar mix. Tests on the fire resistance capacity of the refractory mortar are performed by spreading 30~35 mm thick refractory mortar on top of the reinforced concrete. Furthermore, a thermodynamics coupled analysis is also carried out to make sure the fire resistance capacity of the refractory mortar in the real-scale tunnel structures The results of the fire experiment and numerical analyses show that the refractory mortar is fairly effective on lowering the heating temperature of the concrete including reinforcement bar in case of fire in the tunnel. Therefore, it is concluded that the refractory mortar spreaded on the concrete lining is very effective to maintain structural stability of the underground structures such as shield tunnel within soil layer, cut and cover tunnel and underwater tunnel where the concrete lining plays a major role as a structural member.
The number of underground transportation facilities such as tunnels and underground stations have been rapidly increased in recent years to fulfill the demand of mass transportation and intercity connections, while the scale of underground structures are becoming bigger to satisfy the specification of the high speed trains. However, due to the nature of closed space, fire in the underground structures and tunnels tend to cause more severe damage to the human life and financial problem compared to that in the ground facilities. The underground structures are mostly made up of concrete material and, since the lining concrete applied to the soil embedded tunnel or underwater tunnel is the main structural member, spalling or exfoliation of the lining concrete caused by fire will result in the collapse in the worst case and it takes a long time to regain its function as an infrastructure. So far, researches on the fire resistance of the concrete structures have been mainly concentrated on the building structures and the studies on the underground structures including tunnels still remain in the initial stage. Specifically, studies on the structural safety as well as bearing capacity of the concrete lining exfoliated by fire and on the standard of the fire resistance design are needed to be established. A refractory mortar spreading on top of the existing concrete liner is proposed in this study to secure the stability of the railroad tunnel under fire. For this, a large reinforced concrete slab corresponding to the tunnel structure is manufactured and fire test is performed right after spreading the refractory mortar on the concrete slab. The ISO fire curve regulated by KS is employed during the fire test and RABT fire curves widely applied in the traffic tunnels are also considered. To prevent spalling and to reduce the heat conductivity, the refractory mortar composed of PP fiber and pearlite fine aggregate is utilized and additional tests such as residual rate of strength and heat conductivity are performed to obtain the optimum ratio of the mortar mix. Tests on the fire resistance capacity of the refractory mortar are performed by spreading 30~35 mm thick refractory mortar on top of the reinforced concrete. Furthermore, a thermodynamics coupled analysis is also carried out to make sure the fire resistance capacity of the refractory mortar in the real-scale tunnel structures The results of the fire experiment and numerical analyses show that the refractory mortar is fairly effective on lowering the heating temperature of the concrete including reinforcement bar in case of fire in the tunnel. Therefore, it is concluded that the refractory mortar spreaded on the concrete lining is very effective to maintain structural stability of the underground structures such as shield tunnel within soil layer, cut and cover tunnel and underwater tunnel where the concrete lining plays a major role as a structural member.
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