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[국내논문] 철도터널내 화재시 내화성능 평가를 위한 기준 제안 및 화재 온도 평가
Standard Proposed for Fire Safety Evaluation of Railway Tunnels and Evaluation of Fire Temperature 원문보기

구조물진단학회지 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, v.14 no.3 = no.61, 2010년, pp.196 - 200  

원종필 (건국대학교 사회환경시스템공학과) ,  최민정 (건국대학교 사회환경시스템공학과 대학원) ,  이수진 (건국대학교 사회환경시스템공학과 대학원) ,  이상우 (건국대학교 사회환경시스템공학과 대학원)

초록
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본 연구에서는 철도터널내 화재시 터널내 구조체의 내화성능을 평가하기 위한 시간-온도곡선의 기준을 제시하고자 실시하였다. 현재 국내에서는 철도터널건설과 터널의 수가 빠른 속도로 증가하고 있으며, 터널연장이 길어짐에 따라 터널 내 화재사고가 갈수록 높아지고 있는 상황이다. 철도터널의 화재빈도수는 적지만 화재시 인명과 교통차단으로 인한 사회적 피해는 막대하다. 하지만 우리나라에서는 철도터널 화재에 대한 적합한 시간-온도 곡선을 규정하지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내 철도의 통행량, 차량종류 등을 고려한 열방출율을 기초로 외국에서 제시된 시간-온도 곡선을 검토해 보았으며 국재 실정에 가장 적합한 설계화재 모델을 제시하였다. 탄화수소(HC)시간-온도 곡선이 국내 철도터널의 설계화재모델로 가장 적합하였으며, 탄화수소 시간-온도곡선에 의한 철도터널 구조체의 온도분포를 예측하기 위하여 유한요소해석을 통하여 콘크리트터널 구조체의 구조성능을 검토하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The number of railway tunnels has been increasing rapidly. Although fires in long railway tunnels are rare, the consequences can be devastating. Prior to this study, there were no adequate time-temperature curves for the fire safety assessment of Korean railway tunnels. We studied a standard foreign...

Keyword

#내화설계모델   #열방출률   #철도터널 화재   #시간-온도곡선  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 국내 철도터널 구조체의 안정성을 확보하기 위한 화재설계모델에 대한 자료는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내 철도터널의 화재에 따른 구조체의 안전성 확보를 위하여 내화성능평가에 대한 기준을 확보하려하며 이를 위하여 국내 철도터널의 차량별 통행량과 종류 등을 고려한 열방출율을 토대로 국내 철도터널 실정에 맞는 표준시간-온도곡선을 제안하 였다. 또한 수치해석을 통하여 철도터널 화재시의 온도분포를 검토하였다.
  • 본 연구에서는 국내 도로의 통행량, 차량 종류 등을 고려한 열방출율을 기초로 외국에서 제시된 시간-온도 곡선을 검토해 보았으며 설계화재 모델을 제시하였다. 철도 터널의 설계화재모델은 탄화수소(HC) 시간-온도곡선이 제시되었으며, 제시된 곡선에 따른 유한요소해석을 통하여 터널 구조체의 열에 따른 구조안전성능을 검토하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
터널 구조체의 열에 따른 구조안전성능을 검토한 결과는? 1. 터널구조체의 특성과 여러 설비 및 장비의 손상으로 인한 연소 생성물을 고려하여 터널내화 시험을 건축물의 내화성능평가 기준인 ISO 834 시간-온도곡선에 의해 규정되어왔다. 하지만 보, 기둥, 벽체의 내화 기준용으로 쓰이는 이 곡선이 터널에서의 실제 위험성을 적절히 수용하지 못할 수도 있으며 실제로 몽블랑 터널과 고타드 터널 화재의 경우 약 5분 이내에 1000℃를 초과하여 철도터널에는 ISO 834 곡선이 적합하지 않은 것으로 나타났다. 2. 국내 철도터널의 경우 충돌이나 접촉사고 외에 화재로 번지는 사고는 거의 일어나지 않았다. 하지만 철도 선형의 직선화율이 점점 높아져 철도터널의 장대화가 이루 어짐에 따라 향후 터널 내 사고발생의 위험성은 상대적으로 높아질 것으로 예상된다. 객차용 열차의 수송량과 화물수송용 열차현황을 비교해보았을 때 화물 열차의 수송 량과 차량이 상당히 많고 점점 증가하는 추세이다. 화물차에 따른 국외의 실물실험을 토대로 한 화물용 열차의 화재강도 및 화재하중을 국내 철도의 통행량, 차량 종류에 따른 열방출율, 최고온도 도달 및 지속시간 등을 고려 하였을 때 국내의 철도터널 시간-온도곡선으로 탄화수소 (HC) 곡선이 가장 적합하다고 할 수 있다. 3. 수치해석을 통하여 철도터널내부 온도분포를 산정하였다. 시간이 경과함에 따라 표준시간-온도곡선의 온도가 증가와 함께 표면온도와 터널내 구조체 부근의 온도가 점차 증가하는 현상을 보였다. 또한 콘크리트라이닝과 숏크리트는 화재 후 약 20~40분 이내에 그 역학적 기능을 상실하는 임계온도인 600℃에 도달하게 된다. 그러므로 그에 알맞은 내화 대책의 도입이 필요할 것으로 사료된다.
장대 터널의 경우에는 어떤 사안이 요구되는가? 특히 장대 터널의 경우에는 그 길이가 10km 이상으로 화재열차의 자력 탈출이 불가능한 경우가 대부분이기 때문에 터널 내에 화재를 대비한 방안이 필수적으로 요구된 다(왕종배 등, 2003). 그러나 국내 철도터널 구조체의 안정성을 확보하기 위한 화재설계모델에 대한 자료는 미흡한 실정이다.
열차화재사고와 관련하여 안전상의 심각한 위험성을 인식해야 하는 이유는? 산업의 발달과 꾸준한 경제성장으로 인구이동과 물류 이동량이 증대되었고 지역간 균형발전의 일환으로 교통망의 대용량화와 고속화 및 직선화가 지속적으로 요구되고 있다. 일반적으로 철도터널내 열차화재 발생확률은 매우 적지만, 일본의 북방터널 열차화재, 유로터널 열차화재와 오스트리아 산악철도 터널화재 등에서도 알 수 있듯이 철도에서의 열차화재사고는 인명 피해와 사회적 혼란에 따른 큰 손실을 초래하는 대형 참사로 이어지고 있어, 단순히 통계에 근거한 발생가능성보다는 안전상의 심각한 위험성을 깊이 인식해야 한다(Diamantidis et. al.
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참고문헌 (15)

  1. 국토해양부, 주요통계, 2007. 

  2. 박경환, "터널화재 설계강도 기준 및 영향요인에 관한 연구", 서울시립대학교 석사학위논문, 2005. 

  3. 서강천, 우종태, "지하철 터널구조물의 유지관리", 한국구조물진단학회 제8권, 제1호, 2004, pp. 15-23. 

  4. 왕종배, 홍선호, 김상암, 박옥정, "철도터널 및 지하구간에서의 화재사고 위험성 분석 연구", 한국철도학회 학술대회 논문집, 2003, pp. 271-276. 

  5. 유지오, 김윤선, 김치경, 이동호, "터널사고 조사 연구", 2002, pp. 191-196. 

  6. 이승철, 이승호, 김낙영, 이상표, 박양수, "철도터널 화재 시 화재강도에 따른 터널 내 대피환경에 관한 수치해석적 연구", 대한토목학회 정기학술대회 논문집, 2004, pp. 1545-1550. 

  7. 최석원, "고강도 내화 시멘트 모르타르의 개발 및 평가", 건국대학교 대학원 석사학위 논문, 2005. 

  8. D. Diamantidis, F. Zuccarelli, Westhauser, "Safety of long railway tunnels", Reliability Engineering & System Safety, 67, 2000, pp. 135-145. 

    상세보기 crossref

  9. Haukur Ingason, "Model scale railcar fire tests", Fire safety journal, 42, 2007, pp. 271-282. 

    상세보기 crossref

  10. Koichi. Ono, "Fire Safety to Concrete Structure", Concrete Journal, Vol. 30, No. 7, 2002, pp. 10-15. 

  11. Magret, O. and Vauquelin, O., "A Model to Evaluate Tunnel Fire Characteristics", For Safety Journal, Vol. 34, No. 4, 2000, pp. 393-401. 

  12. Parsons Brinckerhoff Quade & Douglas Inc., Subway Environment Simulation (SES) Computer Program, Version 4, Prepared for the U.S. Departments of Transportation, 2003. 

  13. Peacock RD, Braun E., Fire safety of passenger trains, phase I: material evaluation, (cone calorimeter), NIST, NISTIR 6132, Gaithersburg, MD, USA, 1999. 

  14. U.S DOT., Research results-passenger train fire safety. In RR03-02, US Department of Transportation-Federal Railroad Administration, 2003. 

  15. Visual FEA, (주)사이텍이엔씨, www.sy-tec.co.kr, 서울 광진구 자양동 796. 

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