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장대 교통터널 화재시 임계속도 결정에 관한 실험적 연구
Experimental Study on the Determination of Critical Velocity for the Case of Fire in Long Traffic Tunnels 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.16 no.1 = no.60, 2006년, pp.85 - 94  

윤찬훈 (인하대학교 환경토목공학부) ,  윤성욱 (GS건설 연구개발팀) ,  유용호 (한국건설기술연구원 화재설비연구부) ,  김진 (인하대학교 공과대학 환성토목공학부)

초록
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본 연구에서는 장대 터널 화재시 발생되는 역기류를 제압하는 최적의 임계속도를 결정하기 위하여 제연설비를 가동시키는데 소요되는 시간, 피난자들의 대피시간 등에 대한 연구 자료들을 취합, 분석하였고, 이를 토대로 화재 시나리오를 설정하여 축소 모형실험을 실시하였다. 비상 환기시스템 가동시점을 분석한 결과, 화재 발생후 약 240초(약 4분)후 비상 환기시스템이 가동하게 되며, 제연팬 가동 후 4분 이내에 역기류를 제어할 수 있는 임계속도를 확보하는 것이 실제 터널에 적합한 시간 시나리오였다. 화재지점 주변의 역기류 분포를 분석하기위해 Froude 상사이론에 기초한 아크릴 재질의 축소비 1/50의 모형(직경 : 0.2m, 연장 : 20 m)을 제작하였고, Tetzner 식의 보정계수$(\beta)$를 변화시키며 화재지점 주변의 CO농도를 측정한 결과, 보정계수가 0.5인 경우에 피난허용시간 기준에 적합한 제연효과를 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, scaled model tests were carried out to decide the optimal critical velocity, to prevent back layering in the case of fire in a long traffic tunnel. Realistic estimates were made for the time required for people to escape ken the tunnel and far the time required by the ventilation oper...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 터널 화재시 발생되는 역기류를 효과적으로 제어함으로써 터널의 실제 상황에 부합되는 합리적인 임계속도를 산출하는데 목표를 두었다. 차량 운전자와 제어실 운영자의 관점을 고려하여 터널 화재 발생 후 제연설비의 가동 시점과 적정한 임계속도를 구현하는데 걸리는 시간을 결정하였다.
  • 혹은 화재 발생 후 전기 공급의 중단으로 인하여 화재설비가 가동되지 않거나, 비상팬의 역전 운행으로 인하여 더 큰 문제를 발생시키기도 한다. 연구에서는 화재 인지에 소요되는 시간을 감안하여 현실에 가장 가까운 화재 설비의 가동시간을 결정하기 위해 차량 운전자의 대피 시나리오와 제어실 운영자의 조정 시나리오 중 적합한 상황을 가정하여 종합적으로 함께 조합하여 분석하였다. 한편, 차량운전자로부터 제어실 운영자로 전달되는 화재 인지 수단에는 비상경보 비상 전화, 개인휴대전화, 화재감지기, CCTV 등이 있으나 CCTV의 경우는 터널 관리자의 시각적 인지에 소요되는 시간에 의존되므로 제외하였다.
  • Tetzner식이 실제 현상에 부합하는 것으로 보고하고 있다. 이에 본 연구에서는 합리적으로 임계속도를 고려하기 위하여 터널 화재 발생 후 제연설비를 가동시키는데 소요되는 시간, 피난자의 대피시간 등에 대한 연구 자료들을 취합, 정리하고, 이와 함께 Froude 상사를 기본으로 한 축소 모형실험(직경 : 0.2 m, 연장 : 20 m의 일방향 쌍굴 터널을 제작)을 실시하여 최적 임계속도 산출을 위해 D. Tetzner식의 보정계수(0) 값을 결정하는 것에 연구의 초점을 맞추었다.
  • 최적의 임계속도를 결정하기 위하여 터널 화재시 비상 환기시스템이 작동하기까지 소요되는 시간과 피난자들이 안전하게 대피할 수 있는 시간과의 관계를 규명하는 것에 초점을 맞추었다. 앞서 언급한 바와 같이 비상 환기시스템이 작동되기까지의 시간은 4분으로 결정하였으며, 피난자들의 대피 가능시간을 결정하기 위해 문헌 조사를 실시하였다.

가설 설정

  • 5 m(약 50 m) 떨어진 위치에 CO Prove (C3)를 설치하고 그 농도에 초점을 맞추어 역기류 분포를 해석하였다. 그림 5~8은 C3 위치에서의 CO농도 분포를 도시한 것으로서 화재발생 4분 후에 비상 환기시스템을 가동시키고, 가동 후 즉시 임계속도에 도달하는 것을 가정하여 실험하였다. 4가지 경우 모두 비슷한 양상을 보였으며 보정계수에 따라 CO 최고농도치의 변화가 나타났다.
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참고문헌 (11)

  1. N.H. Danziger and W.D. Kennedy, 1982, 'Longitudinal ventilation analysis for the Glenwood Canyon tunnels.', 4th Int. Sym. on the Aerodynamics & Ventilation of Vehicle Tunnels, 169-181 

  2. D. Tetzner, R. Pollak and M. sippel, 1999, 'Critical Velocity - Comparative assesment of test results and CFD simulation', International Conference on tunnel fire and Escape from Tunnels, Lyon, France, 181-190 

  3. 감사원 감사결과 처분요구서, 2003.9, '고속도로망 구축 및 운영실태' 

  4. Oka Y. and Atkinson G.T., 1995, 'Control of smoke flow in tunnel fires', Fire Safety Journal, 25, 305- 322 

  5. O. Megret, O. Vauquelin, 2000, 'A model to evaluate tunnel fire characteristics', Fire safety journal 34, 393-401 

  6. Anders Noren, Joel Winer, 2003, Modelling Crowd Evacuation from Road and Train Tunnels 'Data and design for faster evacuations', Department of Fire Safety Engineering, Report 5127, 25-27 

  7. Busan-Geoje Fixed Link, Immersed Tunnel, 'Partial smoke extraction system CFD calculations', 2004.6 

  8. 한국도로공사, '도로설계요령' 2001, 247-250 

  9. National Fire Protection Association, 1998, NFPA 502 Standard for Road Tunnels, Bridge, and Other Limited Access Highways A 

  10. Haack, 1998, 'Fire protection in traffic tunnels: General aspects and results of the EUREKA project', Tunnelling and Underground space technology, vol. 13, No.4, 377-381 

  11. 최준석외, 2002, '터널내 자동차화재와 풀화재 비교 분석', 한국화재소방학회 춘계학술논문발표회, 5-36 

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