[논문]해저철도터널(목포-제주간) 화재시 정량적 위험도 평가기법에 의한 피난연결통로 적정간격산정에 관한 연구

유지오; 김진수; 이동호; 신현준

doi:10.9711/ktaj.2015.17.3.249

초록
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현재 목포-제주간 해저터널은 타당성 검토를 위한 기본계획 중에 있으며, 노선의 길이가 108 km인 고속여객 전용선으로 단면형태는 유로터널과 같은 서비스터널을 설치한 단선쌍굴터널로 검토되고 있다. 또한 교통량은 10량 1편성의 열차가 일일 76편/편도 운행하는 것으로 계획하고 있다. 이에 본 연구에서는 터널의 피난연결통로의 적정 간격을 정량적 위험도 평가기법에 의해서 검토하는 것을 목표로 정량적 위험도 평가기법을 정립하였다. 또한 터널의 단면형태를 복선터널(Type 3), 쌍굴터널(Type 1) 및 복선터널을 격벽으로 분리하는 형태의 터널(Type 2)을 대상으로 단면형태별로 적정 피난연결통로 간격을 산정하였다. 본 연구결과, Type 2의 단면이 대피안전확보에 가장 효과적이며, 현행 국내 사회적 위험도 평가기준을 만족하기 위해서는 단면형태별로 350 m (Type 1), 400 m (Type 2), 1,500 m (Type 3)의 피난연결통로 간격이 요구되는 것으로 나타나고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Quantitative Mokpo-Jeju undersea tunnel is currently on the basis plan for reviewing validation. As for the cross section shape for express boat of 105 km line, sing track two tube is being reviewed as the Euro tunnel equipped with service tunnel. Also, 10 carriage trains have been planned to operat...

Quantitative Mokpo-Jeju undersea tunnel is currently on the basis plan for reviewing validation. As for the cross section shape for express boat of 105 km line, sing track two tube is being reviewed as the Euro tunnel equipped with service tunnel. Also, 10 carriage trains have been planned to operate 76 times for one way a day. So, in this study, quantitative risk assessment method is settled, which is intended to review the optimal space between evacuation connection hall of tunnel by quantitative risk analysis method. In addition to this, optimal evacuation connection hall space is calculated by the types of cross section, which are Type 3 (double track single tube), Type 1 (sing track two tube), and Type 2 (separating double track on tube with partition). As a result, cross section of Type 2 is most efficient for securing evacuation safety, and the evacuation connection space is required for 350 m in Type 1, 400 m in Type 2, and 1,500 m in Type3 to satisfy current domestic social risk assessment standard.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 목포-제주간 가상해저터널을 대상으로 적용 가능한 단면형태에 따른 정량적 위험도 평가를 실시하여 사회적 위험도 평가기준을 만족하기 위한 적정 피난연결통로 간격을 산정하였다.

제안 방법

또한, 본 연구에서는 터널단면 형태에 따른 정량적 위험도 평가를 수행하였으며, 단면형태 및 단면적은 Table 1에 나타낸 바와 같다. 열차는 10량 편성의 열차가 76편/day운행하는 것으로 하였다.
, 산소농도)를 구하며, 보행속도를 산정하여, 대피자를 이동하고 대피자가 화재환경으로부터 받는 위험정도를 FED (유효복용분량)으로 정량화하여 사망여부를 판단하게 된다. 본 연구에서 초기대피시간은 화재의 감지(t_d), 운행중인 열차와 통제센터간의 통신명령하달시간(t_a) 열차가 정지하는데 소요되는 시간(t_s)을 고려하여 경고방송시간(t_i)을 산정하고 Simulex에 의해서 구한 하차시간을 더하여 대피자별로 초기피난 개시시간으로 설정하였다(IES, 2004). 따라서, 철도터널 안전성 평가메뉴얼에 따르면 초기경고방송시간까는 3분30초∼16분 30초가 범위가 되며, 본 과업에서는 경고방송시간을 600초로 하였다.
본 연구에서는 목포-제주간 가상터널(105.6 km)에 대해서 복선터널(Type 3), 쌍굴터널(Type 1) 및 복선터널을 격벽으로 분리하는 형태의 터널(Type 2)로 가정하여 단면형태별로 피난안전을 확보할 수 있는 피난연결통로의 적정 간격을 정량적 위험도 평가기법에 의해서 산정하였고 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 이와 같은 대피해석을 수행하여 사망자수를 추정하였으며, Table 3은 피난연결통로 간격별 최대 사망자수 추정결과를 나타낸 것이다.
터널 단면형태에 따른 정량적 위험도 분석을 위해서 피난연결통로 간격을 변화하여 화재위험도를 평가하였다.
화재시 터널내 풍속해석은 동계시 온도조건에 대해서 수행하였으며, 초기풍속(화재전 풍속)은 SES (Subway Environmental Simulation)프로그램에 의해서 터널 연장, 열차운행 및 정지위치를 고려하여 구하였으며, 이를 FDS (NIST, 2010)에 의한 화재 해석시 초기풍속으로 반영하여 화재해석을 수행하였다.

대상 데이터

목포-제주간 가상 해저터널의 연장 등 기본제원은 Fig. 1에 나타낸 바와 같이, 총연장은 108 km이며, 노선중 구난역을 3지점에 설치하는 것으로 하였다.

데이터처리

본 연구는 상용프로그램인 FDS (Fire Dynamics Simulator, NIST, 2010)를 이용하여 화재해석 수행하였으며, 해석격자는 0.25 (W) × 0.25 (H) × 0.5 m (L)로 하였다.

이론/모형

FDS에 의한 화재해석에 필요한 유해가스 발생량 산정을 위한 CO발생수율(Yco)과 Soot 발생수율은 호남고속철도의 정량적 안전성 평가기준 작성을 위해 실시한 목업실험에서 도출된 0.161 kg/kgFuel, 0.189 kg/kgFuel를 적용하였다(Tunnelling and Underground Space Association, 2009).

성능/효과

1. 본 연구에서 설정한 터널단면 형태중 비화재 터널에서의 가압형성이 이루어지는 Type 2(복선터널을 격벽으로 분리한 형태)가 대피안전확보에 가장 효과적인 것으로 나타났다.
2. 터널내 유해가스농도(CO)는 제연시 터널내 풍속을 2.5 m/s로 동일하게 하는 경우에 각 유형별로 최대 373 ppm (Type 1), 350 ppm (Type 2), 192 ppm (Type 3)으로 나타났다.
3. 복선터널의 경우, 피난연결통로의 간격이 2.0 km를 초과하는 경우에는 연결통로의 축소에 따른 최대사망자수의 감소효과는 없는 것으로 나타나고 있으며, 위험도의 감소효과도 크지 않은 것으로 나타났다.
또한 본 시나리오에 의해서 화재가 확대될 가능성은 2.26E-4건/yr로 회귀기간은 4,426년으로 평가된다.
이상의 CO농도에 대한 검토결과, 피난거리가 동일한 경우에는 Type 3가 대피안전확보에 가장 효과적일 것으로 판단되나, Type 3의 경우, 피난연결통로의 설치가 곤란하며, 피난연결통로의 설치가 용이한 Type 1과 Type 2의 경우에는 Type 2가 대피안전확보에 보다 효과적일 것으로 예측된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	최근 철도건설 분야에서 철도 관련 사업이 활발히 진행되는 배경은?	최근 철도건설 분야는 에너지 효율성 및 안전성이 부각되면서 경부고속철도의 2단계 사업완료 및 호남고속철도의 준공, 기존철도노선에 대한 선형개량 사업이 활발히 진행되고 있으며, 이에 따라서 장대터널의 건설이 급격하게 증가하고 있는 실정이다. 그러나 대구지하철 화재사고에서 알 수 있는 바와 같이 터널에서의 열차의 화재는 제연 또는 배연에 제약이 있기 때문에 유독가스 및 열로 인한 인명피해가 발생할 가능성이 높으며, 화재사고가 발생하는 경우, 대형화재사고로 발전할 개연성이 높다.
	국내의 사회적 위험도 평가기준도 강화할 필요성이 있는 것으로 판단되는 이유는?	각국의 사회적 위험도 평가기준은 Table 4에 나타낸 바와 같다. 각국의 위험도 평가기준은 2000년 이후에 제시된 것으로 국내(KR)기준과는 달리 기울기를 –2.0을 적용하고 있으며, 2000년 후반에는 Frequency of N more Fatalities에 대한 절편인 1명 사망자에 대한 빈도도 10-3으로 강화하고 있는 추세이다. 따라서 국내의 경우도 현재 적용하는 기준의 강화 필요성이 있는 것으로 판단된다.
	터널에서의 열차의 화재가 대형화재사고로 발전할 개연성이 높은 이유는?	최근 철도건설 분야는 에너지 효율성 및 안전성이 부각되면서 경부고속철도의 2단계 사업완료 및 호남고속철도의 준공, 기존철도노선에 대한 선형개량 사업이 활발히 진행되고 있으며, 이에 따라서 장대터널의 건설이 급격하게 증가하고 있는 실정이다. 그러나 대구지하철 화재사고에서 알 수 있는 바와 같이 터널에서의 열차의 화재는 제연 또는 배연에 제약이 있기 때문에 유독가스 및 열로 인한 인명피해가 발생할 가능성이 높으며, 화재사고가 발생하는 경우, 대형화재사고로 발전할 개연성이 높다.

참고문헌 (10)

Arends, B.J., Jonkman, S.N., Vrijling, J.K. (2005), "Evaluation of tunnel safety: towards an economic safety optimum", Reliability Eng. & system Safety.
IES. (2004), "SIMULEX User Mannual", UK.
John Dalsgaard Sorensen. (2010), "Belastning og sikkerhed", Denmark.
Korea Railroad Research Institute. (2014), "Quantitative risk assessment manual draft", South Korea.
Ministry of Land. (2013), "Railway facilities safety technical standards", South Korea.
NIST. (2010), "Fire dynamics simulator (version 5) technical reference guide", US.
SFPE. (2003), "Emergency movement", Chapter 3-14.
Trbojevic, V.M. (2004), "Risk criteria in EU", Risk support Limited, London, U.K.
Tunnelling and Underground Space Association. (2009), "Ho-Nam railway vehicle fire intensity and quantitative risk assessment(QRA)", South Korea.
Yoo, J.O., Nam, C.H., Jo, H.J., Kim, J.W. (2010), "A study on quantitative risk assessment for railway tunnel fire", Tunneling Technology, Vol. 12, No. 4, pp. 307-319.

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