[논문]화재로 인한 터널 구조물의 피해와 대책

장수호; 윤태국; 최순욱; 배규진

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최근 들어 지구촌은 기상이변 등으로 인해 많은 인적, 물적 피해를 겪고 있습니다. 우리가 살고 있는 이 땅을 가꾸고 조각하는 건설인으로서 이러한 피해를 반복적으로 경험하고 있다는 것은 매우 부끄러운 일이기도 하지만, 한편으로는 우리가 나아가야 하는 기술개발의 방향을 암시하는 것이라고 할 수 있습니다. 우리나라도 이러한 피해에 자주 노출되다 보니 방재분야에 대한 관심이 점차 깊어지고 있습니다. 방재를 담당하는 전담기구도 조직되고 관련 제도 및 법령을 정비하기 위한 노력도 많아졌으며, 대학에서는 방재전문인력을 양성하려는 움직임도 있습니다. 물론 우리학회에서도 '재해대책기술위원회'가 새로이 조직되어 좀더 전문적으로 기술발전을 이끌어가고 있습니다. 그래서 올해에는 이러한 방재분야의 정보를 공유하고 발전시키기 위해 방재와 관련된 지반공학분야의 전문가들을 모시고 [지반공학 분야의 재해와 예방]이라는 주제로 특집내용을 기획하였습니다. 지반공학에서 다루고 있는 구조물들 중 방재대상으로 관리할 필요가 있는 터널분야, 사면분야, 댐분야 등 각 분야에서 발생하는 재해와 이를 해결해 나가려는 최신의 기술동향을 다루고자 합니다. 앞으로 다뤄지는 [지반공학 분야의 재해와 예방] 특집기사에 많은 회원 여러분의 관심을 부탁드립니다.

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문제 정의

시공단계인 터널에 대한 내화대책 공법 적용은 비교적 용이할 수 있으나, 현재 공용중인 모든 터널에 대한 내화대책은 공법 적용으로 인한 일시적인 교통흐름 저해와 터널 내공단면을 일부 축소할 수 있다는 문제점이 있다. 圧한 교통량이 적고 화재손상 위험도가 비교적 낮은 터널에 대해서도 내화 대책을 실시하는 것은 비경제적일 수 있다 따라서 본고에서는 내화대책을 향후 국내 적용에 적용할 경우 참고자료로 활용할 수 있도록 현재까지 국외에서 적용되고 있는 각종 내화대책을 소개하고자 하였다 터널용 내화대책으로는 뿜어붙임 형식의 모르타르 내화재료, 내화 보드(board) 패널 그리고 폴리프로필렌 섬유를 혼입하는 방식 등의 크게 3가지 종류로 구분 할 수 있다
이에 본 고에서는 국내외 터널 화재사례들을 정리하여 터널 화재의 특성을 분석하고 터널 화재에 대한 대책기술의 동향을 소개하여, 터널 화재의 위험성을 부각시킴은 물론 향후 개선 방향 등을 제안하고자한다.

대상 데이터

현재까지 국내에서 발생한 터널 화재사고 후 적용된 조사 . 평가 기술로는 콘크리트면의 변색, 환기구 위치, 계단 위치 등의 주변 상황 조사와 표 6과 같은 여러 가지 기법을 이용하여 터널 구조물에 발생한 수열 온도를 추정하고 있다

성능/효과

모의 화재시험 결과 적용된 시나리오에 따라 손상 정도는 다르지만 터널 시공재료의 단면손실은 최대 15cm 이상으로 나타났으며, 가열면으로부터 약 15〜20cm 떨어진 지점의 잔존부에서도 상당한 재료손생이 발생한 것으로파악되었다(그림 8). 또한300°C 부터 l, 000°C까지 100°。간격으로 공시체를 가열한 후 제반 역학적 특성변화를 측정한 결과 300°C부터까지 재료 물성이 선형적으로 급격히 저하되는 것으로 나타났다(그림 9). 따라서 sarc 부근의 온도 수준은 재료 물성이 선형적으로 감소되기 시작하는 임계 온도수준으로, 그리고 600°C부근의 온도 수준은 재료 물성이 급격히 저하된 후에 거시적인 파괴가 발생하여 구조체로서의 기능을 기대할수 없는 임계 온도로 고려할 수 있는 것으로 파악되었다.
또한300°C 부터 l, 000°C까지 100°。간격으로 공시체를 가열한 후 제반 역학적 특성변화를 측정한 결과 300°C부터까지 재료 물성이 선형적으로 급격히 저하되는 것으로 나타났다(그림 9). 따라서 sarc 부근의 온도 수준은 재료 물성이 선형적으로 감소되기 시작하는 임계 온도수준으로, 그리고 600°C부근의 온도 수준은 재료 물성이 급격히 저하된 후에 거시적인 파괴가 발생하여 구조체로서의 기능을 기대할수 없는 임계 온도로 고려할 수 있는 것으로 파악되었다.
지하철 터널구간을 제외하고 도심지 터널의 경우 터널 개수와 연장이 고속도로/국도상의 터널보다 상대적으로 작음에도 불구하고, 도심지 터널의 화재 발생 빈도가 비교적 크게 나타난 이유는 방화나 빈번한 교통흐름으로 인한 사고 위험 등을 들 수 있겠다. 또한 사고유형을 분석해보면, 갱구부 추돌사고로 인한 화재가 34.8%(8건煌 가장 큰 비중을 차지하며, 터널 내 추돌사고와 차량결함으로 인한 화재사고는 각각 26.1%(6건), 방화로 인한 원인은 8.7%(2건) 그리고 기타 4.3%(1건)으로 나타났다. 이상과 같이 과거에는 터널 갱구부 부근의 화재가 가장 큰 비중을 차지하였으나 터널이 장대화되고 교통량이 많아짐으로 인해 터널 내부에서 화재가 발생할 위험이 더욱 증가될 수 있음을 예상할 수 있다.
모의 화재시험 결과 적용된 시나리오에 따라 손상 정도는 다르지만 터널 시공재료의 단면손실은 최대 15cm 이상으로 나타났으며, 가열면으로부터 약 15〜20cm 떨어진 지점의 잔존부에서도 상당한 재료손생이 발생한 것으로파악되었다(그림 8). 또한300°C 부터 l, 000°C까지 100°。간격으로 공시체를 가열한 후 제반 역학적 특성변화를 측정한 결과 300°C부터까지 재료 물성이 선형적으로 급격히 저하되는 것으로 나타났다(그림 9).
3%(1건)으로 나타났다. 이상과 같이 과거에는 터널 갱구부 부근의 화재가 가장 큰 비중을 차지하였으나 터널이 장대화되고 교통량이 많아짐으로 인해 터널 내부에서 화재가 발생할 위험이 더욱 증가될 수 있음을 예상할 수 있다. 참고적으로 터널 화재 사고확률은 1억대 .

후속연구

. 경제적 피해를 최소화하고 신속한 복구를 위해서 화재 손상범위와 손상정도를 신속하고 정량적으로 파악할 수 있는 조사기법의 개발과 함께 각종 터널 시공재료의 화재 손상특성에 대한 데이터베이스를 구축해야할 것으로 판단된다.
따라서 터널 연장 교통량 및 화재 발생 가능성 등을 종합적으로 고려한 위험도 분석(ris逾 analysis) 등을 통해 화재 위험성이 높은 터널 구간에 대해서는 내화공법과 같은 사전 대책을 수립할 필요가 있을 것으로 고려된다. 또한 터널 현장조건에 따라 최악의 화재 시나리오를 고려한 모의 화재시험 등을 통해 최적의 대책공법 및 내화재료를 선정하는 과정이 확립되어야 할것이다
더욱이 가열면으로부터 깊이별로 온도분포를 정확하게 분석하기 어려운 것이 현실적인 문제점이다. 따라서 화재 발생 현장에서 신속하고 정확하게 화재 손상 정도를 추정할 수 있는 조사기법의 개발과 같은 체계적인 연구가필요하다.
고려된다. 또한 터널 현장조건에 따라 최악의 화재 시나리오를 고려한 모의 화재시험 등을 통해 최적의 대책공법 및 내화재료를 선정하는 과정이 확립되어야 할것이다

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