도로터널내의 피난연락갱은 화재시 터널내 통행자의 안전성 확보를 위한 방재시설 중 하나이며 국내의 경우 500 m이상 터널에서는 250 m 간격 이하로 설치하도록 규정하고 있다. 그러나 이러한 일괄적인 피난연락갱 간격 산정은 터널내 풍속이나 구배, 화재강도 및 터널의 내공단면적 등 터널의 특성에 대한 고려가 되지 않기 때문에 과대 및 과소 설비가 될 우려가 발생한다. 본 연구에서는 터널 내 풍속 및 구배의 영향을 고려한 피난연락갱 적정간격 산정 방식을 제시하여 터널 설계시 피난연락갱의 효율적인 적용을 목표로 한다. 결과로 터널내 풍속이 0 m/s와 1.0 m/s의 경우 구배에 의한 영향이 뚜렷한 것으로 분석되었으나 2.0 m/s 이상의 경우 터널내 구배에 의한 연기의 이동은 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다. 터널 내부 기류속도 및 터널 구배에 따른 적정 피난연락갱 간격이 상이하게 나타나 250 m 간격인 기존의 일괄적인 피난연락갱 간격 산정이 아닌 터널 내 풍속이나 구배, 화재강도 및 터널의 내공단면적 등 터널의 특성에 대한 고려값을 적용한 적정 피난연락갱 산정이 필요하다.
도로터널내의 피난연락갱은 화재시 터널내 통행자의 안전성 확보를 위한 방재시설 중 하나이며 국내의 경우 500 m이상 터널에서는 250 m 간격 이하로 설치하도록 규정하고 있다. 그러나 이러한 일괄적인 피난연락갱 간격 산정은 터널내 풍속이나 구배, 화재강도 및 터널의 내공단면적 등 터널의 특성에 대한 고려가 되지 않기 때문에 과대 및 과소 설비가 될 우려가 발생한다. 본 연구에서는 터널 내 풍속 및 구배의 영향을 고려한 피난연락갱 적정간격 산정 방식을 제시하여 터널 설계시 피난연락갱의 효율적인 적용을 목표로 한다. 결과로 터널내 풍속이 0 m/s와 1.0 m/s의 경우 구배에 의한 영향이 뚜렷한 것으로 분석되었으나 2.0 m/s 이상의 경우 터널내 구배에 의한 연기의 이동은 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다. 터널 내부 기류속도 및 터널 구배에 따른 적정 피난연락갱 간격이 상이하게 나타나 250 m 간격인 기존의 일괄적인 피난연락갱 간격 산정이 아닌 터널 내 풍속이나 구배, 화재강도 및 터널의 내공단면적 등 터널의 특성에 대한 고려값을 적용한 적정 피난연락갱 산정이 필요하다.
The escape connecting gallery in a tunnel on a road is one of emergency equipment to ensure safety for passer in the tunnel against the tunnel fire. Government stipulate over 500m tunnel has the cross passage at intervals of less then 250 m. However, this lump estimated interval is generated the con...
The escape connecting gallery in a tunnel on a road is one of emergency equipment to ensure safety for passer in the tunnel against the tunnel fire. Government stipulate over 500m tunnel has the cross passage at intervals of less then 250 m. However, this lump estimated interval is generated the concerns of exaggeration and under construction because peculiarity of the tunnel ex. The velocity of the tunnel airflow, an incline, degree of a fire, and innering area are not considered. The study indicate the way to estimate of the cross passage considered an incline and the velocity of the tunnel airflow for efficient application of cross passage on the tunnel design. As a result, in 0.0 m/s and 1.0 m/s of the velocity of the tunnel airflow case, the movement of smoke is influenced by the incline however, in 20 m/s case, it isn't influenced by incline much. According to the velocity of tunnel airflow and the incline, optimum interval of cross passage is not corresponded. Therefore established lump estimate that has 250 m intervals would be changed to estimate of optimum interval of cross passage that considered about the properties of tunnel, the velocity of the tunnel airflow, incline, degree of a fire and innering area of the tunnel.
The escape connecting gallery in a tunnel on a road is one of emergency equipment to ensure safety for passer in the tunnel against the tunnel fire. Government stipulate over 500m tunnel has the cross passage at intervals of less then 250 m. However, this lump estimated interval is generated the concerns of exaggeration and under construction because peculiarity of the tunnel ex. The velocity of the tunnel airflow, an incline, degree of a fire, and innering area are not considered. The study indicate the way to estimate of the cross passage considered an incline and the velocity of the tunnel airflow for efficient application of cross passage on the tunnel design. As a result, in 0.0 m/s and 1.0 m/s of the velocity of the tunnel airflow case, the movement of smoke is influenced by the incline however, in 20 m/s case, it isn't influenced by incline much. According to the velocity of tunnel airflow and the incline, optimum interval of cross passage is not corresponded. Therefore established lump estimate that has 250 m intervals would be changed to estimate of optimum interval of cross passage that considered about the properties of tunnel, the velocity of the tunnel airflow, incline, degree of a fire and innering area of the tunnel.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 터널내 화재시 풍속 및 구배의 영향을 분석하고 이를 고려한 피난연락갱 적정간격 산정 방식을 제시하여 터널 설계시 피난연락갱의 효율적인 적용을 목표로 한다.
본 연구에서는 고속도로 표준단면 2차선의 화재규모 20 MW에 대해 풍속 및 구배의 영향을 고려한 적정 피난연락갱 산정시 각 설정조건에 따라 적정 피난연락갱긴격이 상이하게 나타났다.
본 연구에서는 터널 내 풍속 및 구배의 영향을 고려한피난연락갱 적정간격 산정을 위한 분석 결과 다음의 결론을 얻었다.
본 절에서는 구배 및 터널내 풍속이 연기이동속도에 미치는 영향에 대해 분석하였다.
제안 방법
조건을 분석하였다. 구배는 최악조건을 고려하기 위해 FDS의 Gravity Vector 기능을 사용하여 대피 진행 방향으로 상승하는 것으로 설정하였다.
본 연구에서는 터널 내 풍속 및 구배의 영향을 고려한피난연락갱 적정간격 산정을 위해 터널내 기류 흐름을 분석하고 터널 전 구간에서의 연기이동 전파특성을 분석하였다 또한 분석된 시간에 따른 연기이동거리와 대피 자의 위치를 비교 검토하여 적정 피난연락갱을 산정하였다.
본 연구에서는 한국표준과학연구소에서 연구된 한국인의 보행속도인(이창민 등 2004) 어른의 경우 1.3 m/s, 아이의 경우 0.9 m/s로 이동하는 것으로 설정하여 적정 피난 연락 갱 간격을 산정하였다. 피난 연락갱 적정 간격은 최종대피자의 위치와 연기의 위치를 시간별로 분석하여 최종대피자와 연기의 위치가 동일해 지는 지점을 적정 간격으로 산정하였다.
실제 설계시에는 대피자의 인지속도 및 개인별 속도 차, 차량의 형상에 따른 차량에서의 대피시간차, 병목현상 및 연기농도에 따른 이동속도 감소 등 여러가지 변수를 고려하여 산정하여야 하나 본 연구에는 대피 자와 위험인자와의 상관관계를 단순 제시하므로 이러한 변수를 적용하지 않았다.
연기의 이동거리는 대피자의 호흡선인 높이 1.5 m 단면(김하영 등 2008)을 길이별로 평균하여 분석하였으며 NFPA502(NFPA, 2008)에서 제시하고 있는 재실자의 대피를 위한 최소 허용 가시거리인 6 m를 농도로 환산한 값(Kevin et al., 2005)인 65 mg/m3 이상인 지역에 대하여 연기가 이동한 영역으로 판단하였다.
9 m/s로 이동하는 것으로 설정하여 적정 피난 연락 갱 간격을 산정하였다. 피난 연락갱 적정 간격은 최종대피자의 위치와 연기의 위치를 시간별로 분석하여 최종대피자와 연기의 위치가 동일해 지는 지점을 적정 간격으로 산정하였다. 대피방향은 최악 조건을 고려하기 위하여 터널 내부기류와 동일한 것으로 설정하였으며 Fig.
해석을 위한 대상터널은 한국도로공사에서 제시하는 고속도로 2차선 표준터널로 적용하였다 Table 1은 적용된 대상터널의 제원 및 설정조건을 나타내며, 표준터널과 유사한 형태 및 내공단면적으로 Fig. 1과 같이 수치해석 모델링 하였다 또한 실제 화재와 유사한 결과를 도출하기 위하여 터널상부의 표면해석시 FDS의 톱니 형태의 해석방법인 Sawtooth 해석 기능을 상부에 한하여 제한하는 방법을 통해 결과를 보정하였다.
0℃로 설정하였으며 외부 기류 및 차량의 이동으로 인한 내부기류는 고려하지 않았다. 화재는 FDS에서 기본적으로 제공되고 있는 가연물질인 Propane을 적용하였으며 실제 화재 시 발생되는 CO와 Soot의 발생량을 적용하기 위하여 Mott MacDonald가 제시한 실험값(MM, 2006)을 Propane 의 조성으로 환산하여 질량분율을 설정하였다.
대상 데이터
화재 해석에 사용된 격자는 총 1, 144, 000개이며 균일격자로 설정하였다. 초기 터널내 온도는 20.
이론/모형
t?성장곡선을 적용하여 최대 화재 강도가 돠는 시갼은 450초로 설정하였다 화재 시기별 누적열량은 Haukur Ingason이 제시한 실험값(Haukur, 2006)을 적용하였으며 감쇄기 및 지속기의 누적열량을 환산하여 감쇄율(B) 및 지속시간을 설정하였다.
성능/효과
1. 터널내 풍속이 0 m/s와 1.0 m/s의 경우 구배별로 각각 최대 154 m, 112 이의 차가 발생하는 것으로 나타나 구배에 의한 영향이 뚜렷한 것으로 분석되었으나 2.0 m/s 이상의 경우 터널내 구배에 의한 연기의 이동은 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다.
2. 구배에 따른 연기층의 이동특성은 외기가 약할 경우 연기의 이동에 많은 영향을 주지만 외기가 강할수록 외기의 지배력으로 인해 구배에 대한 변동폭이 낮아지는 것으로 분석되었다.
3. 터널 내부 기류속도 및 터널 구배에 따른 적정 피난연락갱 간격이 상이하게 나타남에 따라 화재의 규모가 Tank lorry 차량과 같은 대형화재일 경우 국내에서 채택하고 있는 250 m간격 기준 이하로 발생할 가능성도 배제할 수 없다. 따라서 기존의 피난 연락 갱의 일괄적인 250 m 간격 선정이 아닌 계획 또는 설계단계에서 터널 내 발생하는 최대 풍속 예측이나 터널의 구배 특성에 대한 고려값을 적용한 적정 피난연락갱산정이 필요하다.
Fig. 2에 나타난 바와 같이 터널의 구배별로 연기의 이동거리 차가 발생하였으며 구배 3.0%의 경우가 0.3% 구배의 경우와 비교하여 최대 화재강도에 도달하는 시간인 화재발생 450초 경과후에 최대 154 m의 연기 이동 거리 차가 더 발생하는 것으로 나타났다.
7은 화재발생 후 화재 강도가 최대가 되는 시점인 450초의 연기이동거리를 측정하여 시간으로 나눈 터널 내 평균 연기이동 속도를 나타낸다. 구배에 따른 연기 층의 이동특성은 외기가 약할 경우 연기의 이동거리가 구배별로 큰 차이를 보이는 것으로 나타났으나 외기가 강할수록 외기의 지배력으로 인해 구배에 대한 연기 이동 거리의 차가 낮아지는 것으로 분석되었다.
11 ~ 13) 구배의 영향에 비해 터널 내부기류의 지배력이 커짐에 따라 구배별 연기이동거리의 차가 거의 발생하지 않아 대피자와 연기 이동 거리 간 접점의 차가 거의 발생하지 않는 것으로 나타났다. 또한 터널 내부 기류 속도로 인하여 2.0 m/s이상 전 속도에서는 모든 구배에서 위험영역이 발생하는 것으로 나타나 이에 따른 적정 피난연락갱 간격이 산정되어야 하는 것으로 분석되었다. Table 4는 Fig.
참고문헌 (17)
국토해양부 (2008), 도로터널 방재시설 설치 및 관리 지침. 행정간행물등록번호 11-1611000-000411-01, pp. 63-67.
김정엽, 신현준, 강세구, 안경철 (2004), 도로터널 화재 발생시 연기유동에 관한 축소모형실험 연구, 터널기술, 한국터널공학회 논문집, 제6권, 제2호, pp. 141-148.
Bettelini, B. and Henke, A. (2003), Upgrading the Ventilation of the Gotthard road tunnel, 11th Int. Sym. on the Aero. and Ventilation of Vehicle Tunnels, BHRGroup, pp. 29-45.
Baum. H. R. and MaCaffery, B. J. (1989), Fire Insuced Flow Field-Theory and Experiment, Fire Safety Science Proceedings of the Second International Symposium, pp. 129-148.
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Haukur Ingason (2006), Design fires in tunnels, Safe & Reliable Tunnels. Innovative European Achievements, Second International Symposium, pp.42.
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Mott MacDonald (2006), Ventilation during road tunnel emergencies, TRL Limited, pp. 42.
NFPA (2005), NFPA 92B Standard for Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Spaces, Quincy, MA, USA.
NFPA (2008), NFPA 502 Standard for Road Tunnels, Bridges, and Other Limited Access Highways, Quincy, MA, USA.
PIARC (1999), Fire and smoke control in road tunnels, Report of the WG 6 of the Road Tunnels Committee of the PIARC.
RABT (2002), Richtlinien fur die Ausstattung und den Betrieb von StraBentunneln (RABT), Germany.
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