최근들어 1km이상의 장대터널건설이 급증하는 추세이고 이로 인해 터널내 화재가 발생하면 터널내부는 외부와의 통로가 한정되고 고립된 공간이므로 화재로부터 발생되는 연기와 열로 대형인명사고가 발생 가능성이 높아지고 있다. 그러므로 고속도로 터널의 경우, 터널화재에 대비한 방재시스템을 구축하고 있지만 터널의 장대화, 화물운송차량의 대형화, 운반물류의 다양화에 따라 가연물의 규모, 터널내 기류등 다양화된 제반조건을 세부적으로 고려한 화염확산 형태 및 연기유동 메카니즘에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 고속도로 터널 실물화재실험을 수행하여 화재발생시 터널내부의 온도분포, 풍속, 연기거동 특성을 분석하였다.
최근들어 1km이상의 장대터널건설이 급증하는 추세이고 이로 인해 터널내 화재가 발생하면 터널내부는 외부와의 통로가 한정되고 고립된 공간이므로 화재로부터 발생되는 연기와 열로 대형인명사고가 발생 가능성이 높아지고 있다. 그러므로 고속도로 터널의 경우, 터널화재에 대비한 방재시스템을 구축하고 있지만 터널의 장대화, 화물운송차량의 대형화, 운반물류의 다양화에 따라 가연물의 규모, 터널내 기류등 다양화된 제반조건을 세부적으로 고려한 화염확산 형태 및 연기유동 메카니즘에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 고속도로 터널 실물화재실험을 수행하여 화재발생시 터널내부의 온도분포, 풍속, 연기거동 특성을 분석하였다.
Recently, the construction of tunnels longer than one kilometer has increased rapidly. Considering characteristic of limiting structure of longer tunnel, if fires inside tunnel broke out because of vehicle incidents, the catastroph would have high possibility to take place due to toxic smoke and hea...
Recently, the construction of tunnels longer than one kilometer has increased rapidly. Considering characteristic of limiting structure of longer tunnel, if fires inside tunnel broke out because of vehicle incidents, the catastroph would have high possibility to take place due to toxic smoke and heat of fire. In case of highway tunnel, safety facilities which can cope with tunnel fire are installed in the tunnel but according to rapid increase of heavy good traffic, dangerous goods and enlargement of tunnel magnitude, the research has to carry out about heat fluxes and smoke behaviour during tunnel fire. Therefore, through full-sized fire experiment the paper analyzed temperature distribution, wind velocity, smoke behaviour during tunnel fire.
Recently, the construction of tunnels longer than one kilometer has increased rapidly. Considering characteristic of limiting structure of longer tunnel, if fires inside tunnel broke out because of vehicle incidents, the catastroph would have high possibility to take place due to toxic smoke and heat of fire. In case of highway tunnel, safety facilities which can cope with tunnel fire are installed in the tunnel but according to rapid increase of heavy good traffic, dangerous goods and enlargement of tunnel magnitude, the research has to carry out about heat fluxes and smoke behaviour during tunnel fire. Therefore, through full-sized fire experiment the paper analyzed temperature distribution, wind velocity, smoke behaviour during tunnel fire.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 고속도로 터널 실물화재실험을 수행하여 화재발생시 터널내부의 온도분포, 풍속, 연기기동 특성을 분석하므로서 터널화재 발생에 대한 합리적인 방재모델을 구축하는 기초적인 자료로 제시코자 한다.
본 연구에서 터널에 설치한 제트팬은 환기목적 보다는 터널내 차량주행과 지형, 기압차등에 발생되는 터널내부 유동을 묘사하고 터널화재 발생시 생성되는 연기의 후방 역류(Back Layering)를 억제하기 위한 임계속도를 평가하기 위하여 설치되었다.
제안 방법
도로터널 내부에서 발생하는 화재규모는 차량의 종류, 연료 잔량, 차량에 탑재된 수화물 재료에 따라 다양하다. 따라서 본 연구에서는 화염높이의 변화와 터널손상가능성을 고려하여 화재규모는 PIARC,"Ventilation for Fire and Smoke Control : Recommended Design Fires(1999)"를 참고로 하여 화염높이의 변화와 터널손상가능성을 고려하여 승용차 화재에 해당되는 화재규모 2.5MW로 결정하였다.
대부분 터널내 화재로 인한 인명사고의 주요원인은 유독가스 발생량이므로 그림 7, 사진 5와 같이 유독가스측정시스템을 구축하여 실험현장에서 실시간 계측을 하였다.
실물터널 화재실험에 의해 발생되는 연기의 거동을 파악하고 터널내부의 유동조건을 확인하기 위하여 그림 4, 그림 5와 같이 온도측정, 풍속측정, 유독가스측정 시스템, 연기거동 가시화 측정시스템을 구축하여 터널내부에 설치하였다.
실물터널화재실험을 위해 제트팬을 가동시키고 터널내부의 여러위치에서 터널내부의 풍속을 그림 6과 같이 동시에 여러위치에서 동시에 측정하므로서 제트팬의 가동대수 및 조합에 따른 터널내 유속의 단면분포를 측정하였다.
실험을 위해 설치할 제트팬의 수량과 설치방향을 확정하기 위해 제트팬 설치전 1달간 일별, 시간별 터널내부의 자연풍의 방향과 풍속을 측정하였다. 계측된 자료 분석결과 결정된 제트팬의 설치대수는 6대이다.
터널 실물화재 실험을 통하여 터널내부 유동이 존재할 때 연기거동을 관찰하였으며 분석결과를 정리 요약하면 다음과 같다.
터널 천장부 길이방향으로 설치된 열전대는 온도측정의 기능과 열전대의 반응여부에 따라 터널길이방향 연기 거동파악하고 수직방향으로 설치된 열전대는 터널중앙부 연층의 하강자료를 측정하고 원주방향 열전대는 벽면쪽의 연기거동을 파악하도록 하였다.
대상 데이터
본 터널은 폐기노선에 위치한 터널로서 연장 465m, 폭 9.18m, 높이 6.7m이다.
4.1 온도측정
온도측정시스템은 사진 3과 같이 86곳에 설치된 K-Type 열전대와 데이터처리장치, 컴퓨터로 구성되었으며 터널 천장부 길이방향, 터널 높이방향, 터널 벽면의원주 방향으로 설치된 열전대로 구분된다
.
이를 고려하여 실물화재실험 터널로 사진 1과 같이 전형적인 2차로 터널을 선정하였다.
성능/효과
1) 0.8m/sec∼1.8m/sec의 내부 유속이 존재 할 때 승용차 차량화재(화재규모 2.5MWatt)에서는 유속의 반대방향으로 연기가 전파되는 후방역류현상이 나타났다.
2) 화재초기에 연기는 얇은 층을 이루며 터널 천장부위를 따라 전파되나 배연을 위한 제트팬에 의하여 내부 유속이 증가하면 상층의 연기가 급속히 사람의 호흡선 높이까지 하강하며 터널 전체에 분포된다. 이는 제트팬 운영속도를 내부유속과 관련시켜 운영시켜야 효율적인 제연효과를 볼수 있는 것으로 판단된다.
3) 화재발생후 화원 온도분포를 분석하면 화원 직상부에서 180초 경과 후 최고온도 약 300℃에 도달함을 알 수 있으며 5분 경과 후 터널내 전 구간의 천장부 온도가 80℃ 이상의 고온이 되었다. 이는 화재규모가 증가하면 화재로 인한 터널내의 고온 또한 주요 인명피해의 요인이 될 수 있는 것으로 판단된다.
4) 오염물질 발생농도의 측정 분석결과, 환기가 되지 않는 터널에서는 피난 가능 시간이 3분 정도로 매우 짧았으며 이는 인명피해의 주요인이 연기와 같은 오염물질에 의한 질식사 임을 보여준다.
후속연구
현재 고속도로 터널의 경우 터널화재에 대비한 방재시스템을 구축하고 있지만 터널의 장대화, 화물운송차량의 대형화, 운반물류의 다양화에 따라 가연물의 규모, 터널내 기류등 다양화된 제반조건을 세부적으로 고려한 화염확산 형태 및 연기유동 메카니즘에 대한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고속도로 터널에 터널화재에 대비한 방재시스템이 있지만 어떤 분야에 대한 연구가 더 필요한 실정인가?
현재 고속도로 터널의 경우 터널화재에 대비한 방재시스템을 구축하고 있지만 터널의 장대화, 화물운송차량의 대형화, 운반물류의 다양화에 따라 가연물의 규모, 터널내 기류등 다양화된 제반조건을 세부적으로 고려한 화염확산 형태 및 연기유동 메카니즘에 대한 연구가 필요하다.
터널 실물화재 실험을 통하여 터널내부 유동이 존재할 때 연기거동을 관찰하고 분석한 결과는?
1) 0.8m/sec∼1.8m/sec의 내부 유속이 존재 할 때 승용차 차량화재(화재규모 2.5MWatt)에서는 유속의 반대방향으로 연기가 전파되는 후방역류현상이 나타났다.
2) 화재초기에 연기는 얇은 층을 이루며 터널 천장부위를 따라 전파되나 배연을 위한 제트팬에 의하여 내부 유속이 증가하면 상층의 연기가 급속히 사람의 호흡선 높이까지 하강하며 터널 전체에 분포된다. 이는 제트팬 운영속도를 내부유속과 관련시켜 운영시켜야 효율적인 제연효과를 볼수 있는 것으로 판단된다.
3) 화재발생후 화원 온도분포를 분석하면 화원 직상부에서 180초 경과 후 최고온도 약 300℃에 도달함을 알 수 있으며 5분 경과 후 터널내 전 구간의 천장부 온도가 80℃ 이상의 고온이 되었다. 이는 화재규모가 증가하면 화재로 인한 터널내의 고온 또한 주요 인명피해의 요인이 될 수 있는것으로 판단된다.
4) 오염물질 발생농도의 측정 분석결과, 환기가 되지 않는 터널에서는 피난 가능 시간이 3분 정도로 매우 짧았으며 이는 인명피해의 주요인이 연기와 같은 오염물질에 의한 질식사 임을 보여준다.
터널내 화재에서 연기와 열로 대형인명사고가 발생할 가능성이 높은 이유는?
최근들어 1km이상의 장대터널건설이 급증하는 추세이고 이로 인해 터널내 화재가 발생하면 터널내부는 외부와의 통로가 한정되고 고립된 공간이므로 화재로부터 발생되는 연기와 열로 대형인명사고가 발생 가능성이 높아지고 있다. 그러므로 고속도로 터널의 경우, 터널화재에 대비한 방재시스템을 구축하고 있지만 터널의 장대화, 화물운송차량의 대형화, 운반물류의 다양화에 따라 가연물의 규모, 터널내 기류등 다양화된 제반조건을 세부적으로 고려한 화염확산 형태 및 연기유동 메카니즘에 대한 연구가 필요하다.
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