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[국내논문] 도로터널 화재시 연기의 전파특성과 구조체에 미치는 영향에 관한 수치 해석적 연구
A numerical study on the characteristics of the smoke movement and the effects of structure in road tunnel fire 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.15 no.3, 2013년, pp.289 - 300  

유지오 (신흥대학교 건축설비과) ,  오병칠 (신흥대학교 건축설비과) ,  김효규 (주성지엔비(주))

초록
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본 연구에서는 도로터널 화재해석에 적용하는 화재성장곡선을 적용하여 도로터널 화재시 열기류의 전파특성과 터널벽면에 미치는 열적특성을 수치 해석적으로 고찰하였다. 최대화재강도는 20, 100 MW로 하였으며, 터널내 풍속은 2.5 m/s로 유지하는 경우와 열부력에 의한 풍속으로 하는 경우에 대해서 터널연장 및 경사도에 따른 연기의 전파특성을 분석하고 열기류가 벽체에 미치는 영향을 평가하기 위해서 벽체표면온도와 벽체표면 열전달계수를 분석하였다. 터널내 열기류는 풍속을 2.5 m/s로 하는 경우에 벽체의 냉각효과에 의해서 일정거리 이후에는 급격하게 하강하여 하류까지 동일한 양상으로 흐르는 특성을 보이고 있으며, 벽체표면의 최대온도는 화재강도가 100 MW일 경우에 최대 $615^{\circ}C$까지 상승하고 있으며, 표면온도가 $380^{\circ}C$를 초과하는 면적은 아주 작은 것으로 나타나고 있다. 벽체의 표면열전달계수는 화재강도 및 터널내 풍속에 따라서 변하며 약 $13{\sim}23W/m^{\circ}C$의 범위에 있는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study numerically considered the characteristic of smoke movement and the effect of hot smoke gas on tunnel wall surface temperature during road tunnel fire under boundary condition of fire growth curve that is applied to fire analysis in road tunnels. The maximum heat release rate were 20 MW a...

Keyword

#도로터널화재   #연기전파   #구조체내화   #벽면온도  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이에 본 연구에서는 제·배연을 수행하는 상태에서 열기류 및 연기의 이동특성과 열기류가 콘크리트구조체에 미치는 영향을 평가하고자 한다.
  • 본 절에서는 화재시 터널벽체표면에서의 온도 및 열전달 특성을 검토하였다.
  • 본 연구에서는 터널화재시 제․배연을 수행하는 상태에서 열기류 및 연기의 이동특성과 열기류가 콘크리트 구조체에 미치는 영향을 평가할 목적으로 현재 터널에 대한 화재해석시 적용하는 화재성장곡선을 적용하여 다양한 제원의 터널에 대해서 비정상상태의 화재시뮬레이션을 수행하여 터널내 풍속, 온도 및 유해가스 농도를 해석하고, 이를 통해 화재연기의 전파 특성 및 콘크리트 라이닝 표면에서의 온도와 벽체표면 열전달계수에 대한 고찰을 수행한 결과, 다음과 같은 결과를 얻었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
우리나라의 도로터널 수 및 총연장은 어떠한가? 2010년 통계를 기준으로 우리나라의 도로터널은 1,382튜브로 총연장은 974.7 km에 달하고 있으며(국토교통부, 2010), 이는 운행중인 차량중 약 2.4%정도가 터널내를 운행하고 있다는 결과이다.
기존 환기 및 방재분야에서 터널화재에 대한 연구의 한계점은? 환기 및 방재분야에서 터널화재에 대한 연구는 대피자의 안전확보를 위한 제․배연시설의 시설용량 산정을 위한 연구나 화재역학적인 측면에서 화재시 온도 및 유해가스의 이동특성 등에 관한 연구가 대부분이며, 구조물의 내화성능에 관련한 연구는 각 기준에서 정의된 온도-시간 이력에 따라 구조체가 고온에 노출되었을 때 구조체가 하중을 지지할 수 있는 시간 및 콘크리트의 폭열 등 화재온도에 따른 콘크리트의 거동 및 내화대책에 대한 연구가 많이 수행되고 있다.(장수호, 2008) 따라서, 터널에서 화재가 발생하고제연또는 배연을 수행하는 조건, 즉 터널내 기류가 존재하고 벽체에서의 대류열전달을 고려한 실제상황에서 열기류가 구조체에 미치는 영향에 대한 평가는 적정하게 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
운행중차량의 화재건수의 발생현황은 어떠한가? 4%정도가 터널내를 운행하고 있다는 결과이다. 또한, 운행중차량의 화재건수는 2007～2011년의 통계(소방방재청, 2013)에 의하면 년간 평균 약 3,993건으로 주행거리계를 고려할 때, 우리나라 전체터널에서 매년 120건 정도의 화재가 발생한다는 것을 의미하는 것으로 도로터널에서 차량화재빈도는 상당히 높은 것으로 평가된다. 192명의 사망자와 약 6,481억원의 경제적인 손실이 발생한 대구지하철 중앙로역 화재참사, 최종복구까지 8개월이 소요된 구마고속도로 달성2터널 화재사고(지하공간 환경개선 및 방재기술 연구단,2004), 외국의 경우, 터널 복구에 1.
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참고문헌 (7)

  1. MLIT (2010), http://stat.molt.go.kr/portal/cate/statview.do, "Road bridge and Tunnel, Seoul. 

  2. Center for Underground Fire and Environmental Research (2004), Report of Daegu Subway Fire Investigation & Research, Kyungppok National Univ., Civil Environmental LAB. 

  3. Minister of the Interior, Ministry of Equipment, Transportation and Housing (1999), TASK FORCE FOR TECHNICAL INVESTIGATION OF THE 24 MARCH 1999 FIRE IN THE MONT BLANC VEHICULAR TUNNEL, French 

  4. NEMA, National Fire Data system (2013), http://nfds.go.kr/fr_base_001.jsf, Seoul 

  5. MLIT (2009), Design and Management for Road Tunnel Fire Protection, MLIT, Seoul. 

  6. Chang, S.H., Choi, S.W., Yoon, T. (2008), "Change of material properties of underground structures by fire", Infrastructure safety 32, 2008 winter, pp. 32-63. 

  7. International Tunnelling Association (2004), Guidelines for structural fire resistance for road tunnels, Working Group No. 6, ITA. 

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