최근 새로운 철도를 건설하거나 기존선로를 개량하기 위하여 터널의 건설이 급속히 증가하고 있으며, 점점 장대화 되고 있는 실정이다. 그러나 터널이 장대화됨에 따라 터널내에서의 화재사고 발생시 치명적인 대형사고의 가능성이 증대되고 있어, 장대터널에서의 안전성에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 이유로 터널내 위험도를 최소화하고 터널방재기준을 만족시킬 수 있는 터널내 방재시설에 대한 최적의 설계기준이 요구되고 있으며, 장대 철도터널의 합리적인 설계를 위하여 터널 방재 안전성에 대한 정량적인 평가방법이 필요하다 할 수 있다. 본 연구에서는 정량적 위험도 분석방법인 QRA 기법을 장대터널에서의 방재 안전성 평가에 적용하여 그 유효성을 검토하고자 하였다. 적용사례에서는 장대터널에서의 갱외탈출로 개념의 사갱 및 수직구 계획을 수립하기 위하여 각각의 경우에 대한 QRA분석을 실시하고, 장대터널의 방재 안정성을 평가하므로서 실행 가능한 합리적인 수준의 터널 방재설계를 수행하고자 하였다.
최근 새로운 철도를 건설하거나 기존선로를 개량하기 위하여 터널의 건설이 급속히 증가하고 있으며, 점점 장대화 되고 있는 실정이다. 그러나 터널이 장대화됨에 따라 터널내에서의 화재사고 발생시 치명적인 대형사고의 가능성이 증대되고 있어, 장대터널에서의 안전성에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 이유로 터널내 위험도를 최소화하고 터널방재기준을 만족시킬 수 있는 터널내 방재시설에 대한 최적의 설계기준이 요구되고 있으며, 장대 철도터널의 합리적인 설계를 위하여 터널 방재 안전성에 대한 정량적인 평가방법이 필요하다 할 수 있다. 본 연구에서는 정량적 위험도 분석방법인 QRA 기법을 장대터널에서의 방재 안전성 평가에 적용하여 그 유효성을 검토하고자 하였다. 적용사례에서는 장대터널에서의 갱외탈출로 개념의 사갱 및 수직구 계획을 수립하기 위하여 각각의 경우에 대한 QRA분석을 실시하고, 장대터널의 방재 안정성을 평가하므로서 실행 가능한 합리적인 수준의 터널 방재설계를 수행하고자 하였다.
Recently, as the construction of new railway and the relocation of existing line increase, tunnel structures get longer. The railway fire accidents in long tunnel bring large damages of human life and disaster. The interest on safety in long tunnel has been growing and the safety standard for long t...
Recently, as the construction of new railway and the relocation of existing line increase, tunnel structures get longer. The railway fire accidents in long tunnel bring large damages of human life and disaster. The interest on safety in long tunnel has been growing and the safety standard for long tunnels is tightening. For that reason, at the planning stage of a long tunnel, the optimum design of safety facility for minimizing the risks and satisfying the safety standard is required. For the reasonable design of a long railway tunnel considering high safety, qualitative estimation for tunnel safely is required. In this study, QRA (Quantitative Risk Analysis) technique is applied to design of a long railway tunnel for assuring the safety function and estimating the risk of safety. The case study for safety design was carried out to verify the QRA technique for two railway tunnels.
Recently, as the construction of new railway and the relocation of existing line increase, tunnel structures get longer. The railway fire accidents in long tunnel bring large damages of human life and disaster. The interest on safety in long tunnel has been growing and the safety standard for long tunnels is tightening. For that reason, at the planning stage of a long tunnel, the optimum design of safety facility for minimizing the risks and satisfying the safety standard is required. For the reasonable design of a long railway tunnel considering high safety, qualitative estimation for tunnel safely is required. In this study, QRA (Quantitative Risk Analysis) technique is applied to design of a long railway tunnel for assuring the safety function and estimating the risk of safety. The case study for safety design was carried out to verify the QRA technique for two railway tunnels.
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문제 정의
따라서 터널완공 시기에 관계없이 구조물계획보다 상대적으로 적은 비용으로 설치가 가능한 터널 안전시설에 대하여 살펴보았다. 자기구난(Self rescue)에바탕을 둔 피난대피가 이루어 질수 있는 터널을 설계하기 위하여 기본적인 Way Finding 설비(피난유도등, 비상조명등, 유도표지판 등등)는 이미 QRA분석의 기본설정사항으로 적용되었다.
본 검토에서는 갱외탈출로 접속부에 차단구역이 설치되어 있는 것으로 계획하였으며(Table 4), 이는 갱외탈출로에 연기 침투를 억제하여 사갱 전구간이 안전한 구역으로 확보하기 위한 시설이다. 차단구역은 2중 방화문과 연기침투 방지를 위하여 가압송풍기(차압팬)설비로구성된 안전지역이다
이와 같이 합리적인 장대터널 방재 설계를 위해서는열차사고 통계분석 및 피난시뮬레이션을 기초로 한 보다 객관적이며, 정량적인 평가가 필요하다 할 수 있으며, 이를 위해서 본 연구에서는 정량적 위험도 분석기법인 QRA(Quantitative Risk Analysis)# 철도터널에서의방재설계에 적용하고자 하였다.
장대터널에서의 갱외탈출로 개념의 사갱 및 수직구계획을 수립하기 위하여 각각의 경우에 대한 QRA분석을 실시하고 장대터널의 방재 안정성을 평가하므로서실행가능한 합리적인 수준의 터널 방재설계를 수행하고자 하였다.
제안 방법
A 터널의 경우 공기내 터널굴착을 완료하기 위하여 반드시 공사용 작업구(사갱)가 1개소 이상 설치되어야 하는 상황이며, 터널 약 2/3부근의 저토피 구간에 공사용 작업차량의 교행이 가능한 공사용 사갱을 계획하였다. 이는 공사중에는 굴착 및 버럭반출로로 이용되지만, 공용 후 갱외탈출로로 이용이 가능한 터널내 안전구조물이다.
QRA분석은 인접공구에 설치 계획된 환기용 수직구는 분석대상에서 제외 하였으며, 기본적인 Way Finding System(비상조명등, 피난유도등, 유도표지판등)은 터널 전연장에 적용하였다. 갱외 탈출로 개소 수에 따라 3가지 경우에 대하여 분석을 실시하였으며 결과는 다음과 같다.
대상터널은 연장 약 4.1 km의 산악구간에서의 장대철도터널과 연장 약 3.6 km인 도심지 지역에서의 장대철도터널로서 두 터널 모두 철도터널 관련 방재기준보다 향상된 터널방재성능이 요구되어, 도시지역 안전기준에 만족하는 합리적인 터널내 방재구조물 계획을 수립하기 위하여 정량적 위험도분석을 실시하였다.
두 번째 대책은 2구간의 대피거리를 줄일 수 있도록 접속 부를 종점측으로 약 305 m 이격한 사갱을 설치하는 방안을 고려하였다. 사갱은 수직구에 비하여 대피 인원의 탈출이 용이하고 비상차량 및 중소형 소방차 진입이 가능하여 화재상황에 신속하게 대응할 수 있는 장점이 있다.
이는 정량적인 수치로 약 30%의 위험 감소 효과를 볼수 있지만 안전한 터널로써의 기능을 수행할 수 없음을나타낸다. 따라서 공사용 사갱 외에 별도의 비상차량 통행이 가능한 대피용 사갱 1 개소를 추가적으로 설치하는방안을 수립하여 이에 대한 위험도 분석을 수행하였다.
이러한 터널내 설비시설 이외에 '위험'을 저감시킬 수 있은 요소는 차량의 방재성능, 방재시나리오에 따른 훈련정도 구난 및 대피를 위한 응급기재 등이 있으며, 기재물 중에서 비상마스크는 대피자의 생존시간을 증가시키는 기능을 하므로 비교적 쉽게 QRA분석에 적용 가능하다. 따라서 터널내 비상마스크를 설치한 경우에 대하여 위험분석을 실시하였으며, 그 결과는 Fig. 13과 같다
방재안전성능 향상을 위한 추가적인 대책이 필요하였고, 피난대피거리가 약 2.0 km에 이르는 2구간의 대피거리를 줄일 수 있는 2가지 방안이 검토 되었다.
본 연구에서는 터널의 방재설계에 정량적 위험도 분석기법을 도입하였으며, 경제성 및 사회적 요구수준을 고려하여 실행 가능한 합리적인 수준으로 터널방재 안전계획을 수립하고 각각의 경우에 대하여 QRA분석을수행한 결과는 다음과 같다.
대두 되었다. 이에 따라 터널방재안전설계는 터널 굴착을 위한 작업구계획 및 환기구설계를 고려하여 수직 구(갱외탈출로)를 계획하는 것으로 설계하였다. QRA 분석은 A 터널과 달리 인접공구에 설치 계획된 환기 용수 직구는 분석대상에 포함하였으며, 이는 자연 환기 방식에 의한 환기설계를 위하여 인접공구의 환기수직구가필수적이기 때문이다.
대상 데이터
검토대상인 두 터널 모두 경제성의 이유로 방재안전상 성능이 가장 우수한 '연결통로가 적정한 간격으로 배치된 단선 병렬터널'이 아닌 복선터널로 계획되었으며, 터널 내 인접 공구와 공구분할이 이루어진 공통점을 가진다 본 검토의 대상터널의 주요현황은 Table 2에 나타내었다
이론/모형
따라서 터널완공 시기에 관계없이 구조물계획보다 상대적으로 적은 비용으로 설치가 가능한 터널 안전시설에 대하여 살펴보았다. 자기구난(Self rescue)에바탕을 둔 피난대피가 이루어 질수 있는 터널을 설계하기 위하여 기본적인 Way Finding 설비(피난유도등, 비상조명등, 유도표지판 등등)는 이미 QRA분석의 기본설정사항으로 적용되었다. 이러한 터널내 설비시설 이외에 '위험'을 저감시킬 수 있은 요소는 차량의 방재성능, 방재시나리오에 따른 훈련정도 구난 및 대피를 위한 응급기재 등이 있으며, 기재물 중에서 비상마스크는 대피자의 생존시간을 증가시키는 기능을 하므로 비교적 쉽게 QRA분석에 적용 가능하다.
성능/효과
1. 장대터널에서의 방재 특성을 고려할 수 있는 정량적 위험도 분석기법인 QRA를 적용한 결과, 방재계획에 따른 터널내 위험도를 정량적으로 평가할 수 있었으며, 이는 장대터널의 방재계획 수립시 매우 유용하게 활용될 수 있음을 확인하였다.
2. 장대터널내 화재발생시 가장 큰 위험요소는 피난 대피 거리와 종단경사 변화점으로 분석되었으며 , 터널내 구간별 위험도 분석결과를 고려하여 갱외탈출구의 위치선정 및 추가적인 방재설비설치 여부 등을 종합적으로 판단하여야 한다.
2구간은 연장이 상대적으로 가장 길어 다른 구간에 비해 위험도가 높지만 비상용마스크를 설치함으로써 'ALARP', 범위내에 FN-curve가 형성되며 전구간에 대한 위험도가, ALARF 범위에 만족하게 나타났다. 터널내 화재 발생 시 위험도는 피난인원, 종단경사, 안전시설, 피난 거리 등의 다양한 요소들에 의해 분석되어지며 특히 피난 거리가 많은 비중을 차지하는 것으로 분석되었다.
A 터널에 대한 정량적 위험도 분석결과, 대피사갱의개수에 따라 위험도 변화가 뚜렷하게 나타나며 갱외탈출로(사갱)수가 많을수록 피난거리의 감소로 인하여 위험도 수치의 정량적 감소효과가 크게 나타나는 것으로분석되었다. 즉, 터널내 화재발생시 가장 큰 위험요소는피난대피거리이며, 종단경사 조건에 따라 화재연기 전파에 많은 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
QRA 분석 결과, B 터널의 방재안전 구조물계획으로 <ALARF 기준을 만족하는 것은 막대한 추가소요비용이필요하고, 이는 현실적으로 실현 불가능한 것으로 판단되었다. 따라서 터널완공 시기에 관계없이 구조물계획보다 상대적으로 적은 비용으로 설치가 가능한 터널 안전시설에 대하여 살펴보았다.
갱외 탈출로를 2개소 설치한 경우(Fig. 12), 터널 전 연장에 대한 안전기준은 만족하지만, 2구간의 위험도가 ‘Intolerable, 범위에 해당해 상대적으로 긴 피난 거리의 영향으로 인하여 터널의 방재안전기준을 충족시키지 못하는 결과를 나타내었다.
갱외탈출로를 1개소 설치할 경우(Fig. 9), 1구간의 경우 위험도가 'ALARP, 의 범위에 드는 것으로 나타났으나, 2구간의 위험도가 상대적으로 높게 형성되어 전체적인 위험도가 수용할 수 있는 범위를 벗어나는 것으로 나타났다. 과업구간의 위험도를 감소시키기 위하여 인접공구에 갱외탈출로를 설치를 필요성이 있으며, 이는방재성능 뿐만 아니라 환기성능확보를 위하여 필수적인사항으로 판단되었다.
9는 갱외탈출로가 2개소인 경우에 대한 QRA분석 결과이다. 여기서 1구간과 상대적으로 구간연장이 짧은 2구간의 위험도는 ALARP 기준에 만족하며, 3구간에서는 부분적으로 ALARP기준에 접하는 분석결과를 나타내어 상대적으로 위험도가 높은 것을 알 수 있다. 또한전구간에 대한 평가에서 ALARP구역 이내의 분포를 나타내므로 갱외탈출로 2개소를 설치할 경우 ALARP기준에 만족하는 적정 수준의 안전성능을 발휘할 수 있을 것으로 판단된다.
ALARF 범위에 만족하게 나타났다. 터널내 화재 발생 시 위험도는 피난인원, 종단경사, 안전시설, 피난 거리 등의 다양한 요소들에 의해 분석되어지며 특히 피난 거리가 많은 비중을 차지하는 것으로 분석되었다.
후속연구
여기서 1구간과 상대적으로 구간연장이 짧은 2구간의 위험도는 ALARP 기준에 만족하며, 3구간에서는 부분적으로 ALARP기준에 접하는 분석결과를 나타내어 상대적으로 위험도가 높은 것을 알 수 있다. 또한전구간에 대한 평가에서 ALARP구역 이내의 분포를 나타내므로 갱외탈출로 2개소를 설치할 경우 ALARP기준에 만족하는 적정 수준의 안전성능을 발휘할 수 있을 것으로 판단된다.
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