터널의 경우 타구조물에 비해 화재빈도가 상대적으로 높지는 않으나, 밀폐된 공간이라는 특성상 5분이내 1000도 이상으로 급격한 온도상승이 발생할 수 있으므로, 화재발생시 대형인명피해 및 화재 후 막대한 보수/보강비용이 파생된다. 이에 본 연구에서는 선진외국의 터널화재 시나리오를 준용하여 화재강도(ISO, MHC, RWS)에 따른 콘크리트 PC패널라이닝의 내부 전열특성 규명하였으며, 열손상 범위를 도출하기 위해서 ITA 기준을 적용하여 평가하였다. 연구결과 ISO화재조건에서는 30mm, MHC에서는 50mm, RWS에서는 100mm의 화재손상범위가 도출되었으며, 폭렬깊이는 RWS에서 30mm가 발생하는 것으로 나타났다. PC패널이 지보재의 역할을 할 경우엔 최소100mm깊이의 콘크리트 화재손상범위에 대한 내화성능확보방안이 적용되어야 하며, 비 지보재일 경우 PC패널라이닝의 두께를 100mm이상 확보하여야 한다.
터널의 경우 타구조물에 비해 화재빈도가 상대적으로 높지는 않으나, 밀폐된 공간이라는 특성상 5분이내 1000도 이상으로 급격한 온도상승이 발생할 수 있으므로, 화재발생시 대형인명피해 및 화재 후 막대한 보수/보강비용이 파생된다. 이에 본 연구에서는 선진외국의 터널화재 시나리오를 준용하여 화재강도(ISO, MHC, RWS)에 따른 콘크리트 PC패널라이닝의 내부 전열특성 규명하였으며, 열손상 범위를 도출하기 위해서 ITA 기준을 적용하여 평가하였다. 연구결과 ISO화재조건에서는 30mm, MHC에서는 50mm, RWS에서는 100mm의 화재손상범위가 도출되었으며, 폭렬깊이는 RWS에서 30mm가 발생하는 것으로 나타났다. PC패널이 지보재의 역할을 할 경우엔 최소100mm깊이의 콘크리트 화재손상범위에 대한 내화성능확보방안이 적용되어야 하며, 비 지보재일 경우 PC패널라이닝의 두께를 100mm이상 확보하여야 한다.
In tunnel, though the frequency of fire occurrence is relatively lower than other structures, the characteristics of sealed space tends to cause the temperature to rapidly rise to more than $1000^{\circ}C$ within 5 minutes after fire, which might eventually lead to a large fire that usual...
In tunnel, though the frequency of fire occurrence is relatively lower than other structures, the characteristics of sealed space tends to cause the temperature to rapidly rise to more than $1000^{\circ}C$ within 5 minutes after fire, which might eventually lead to a large fire that usually results in a loss of lives and the damage to the properties, not to mention a huge cost necessary for repair and maintenance after fire. Referring to foreign tunnel fire scenarios, it clarified the heat transfer characteristics of concrete PC panel lining depending on fire intensity (ISO, MHC, RWS), and to identify the range of thermal damage, the evaluation was carried out using ITA standard. As a result, 39mm under ISO fire condition, 50mm under MHC and 100mm under RWS were measured. And when it comes to spalling, 30mm was measured under RWS. When PC panel was designed to serve the support, a fire resistance to the minimum depth of 100mm of the concrete that might be damaged under the fire shall be maintained, and in case of a non-support structure, PC lining shall have at least 100mm thickness.
In tunnel, though the frequency of fire occurrence is relatively lower than other structures, the characteristics of sealed space tends to cause the temperature to rapidly rise to more than $1000^{\circ}C$ within 5 minutes after fire, which might eventually lead to a large fire that usually results in a loss of lives and the damage to the properties, not to mention a huge cost necessary for repair and maintenance after fire. Referring to foreign tunnel fire scenarios, it clarified the heat transfer characteristics of concrete PC panel lining depending on fire intensity (ISO, MHC, RWS), and to identify the range of thermal damage, the evaluation was carried out using ITA standard. As a result, 39mm under ISO fire condition, 50mm under MHC and 100mm under RWS were measured. And when it comes to spalling, 30mm was measured under RWS. When PC panel was designed to serve the support, a fire resistance to the minimum depth of 100mm of the concrete that might be damaged under the fire shall be maintained, and in case of a non-support structure, PC lining shall have at least 100mm thickness.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
터널에서의 화재는 밀폐된 공간이기 때문에 화재온도의 상승률이 높다는 특성과 화재 시 터널 안의 차량정체 등으로 화재시 진압이 어렵다는 특성이 있다. 이에 ITA(International Tunneling Association)에서는 화재로 인해 인명피해와 구조물의 붕괴로 인한 재정적인 영향 등을 고려하여 구조물을 화재로부터 보호하기 위하여 화재 열 방출 및 화재 시간에 따른 도로터널 기준(콘크리트 구조체 한계온도 380℃)을 제시하였으므로 본 연구에서는 이 기준을 준용하여 화재손상범위를 도출하였다.
특히 터널의 구조적 특성상 타 구조물에 비해 화재의 빈도가 높지는 않지만, 밀폐된 공간이라는 특성상 5분내 1000℃이상으로 온도가 급상승할 수 있으며, 소화 및 구조활동이 곤란하여 화재 발생 시 인명 및 구조물의 피해가 극대화될 수 있는 가능성이 상존하고 있다. 이에 본 연구에 서는 다양한 터널화재조건(120분)에서의 콘크리트 구조물의 손상범위를 제공하여, 터널 설계시 사전에 방지할 수 있는 기술자료를 제공하여 터널화재안전을 위한 초석을 마련하고자 한다.
제안 방법
본 연구의 대상이 되는 콘크리트 PC패널 라이닝은 현재 국내에서 적용되는 NATM공법의 현장타설 라이닝을 대체하는 공장생산형 PC패널 라이닝으로 선정하였으며, 이에 대한 화재영향성평가를 수행하여 화재손상범위를 도출하였다.
콘크리트의 시공연도를 고려하여 당해 PC패널 시편의 물/시멘트비를 조정하여 40MPa 강도로 배합설계를 실시하여 연구를 진행하였다. 재료실험에 사용한 시멘트는 KS L 5201 포틀랜드 시멘트 규정에 적합한 국내산 조강 포틀랜드 시멘트 3종을 사용하였으며, 그에 따른 사용골재특성은 <표 1>과 같으며, 배합설계 및 재료실험결과는 <표 2>와 <표 3>과 같다.
대상 데이터
재료실험에 사용한 시멘트는 KS L 5201 포틀랜드 시멘트 규정에 적합한 국내산 조강 포틀랜드 시멘트 3종을 사용하였으며, 그에 따른 사용골재특성은 과 같으며, 배합설계 및 재료실험결과는 와 과 같다.
성능/효과
1) ISO 화재조건에 노출된 PC패널라이닝의 화재손상(폭렬)정도는 10㎜로 도출되었다. ITA기준으로 화재손상부위를 분석한 결과 화염노출표면에서 30㎜가 초과하였다.
2) MHC 화재조건에 노출된 PC패널라이닝의 화재손상(폭렬)정도는 30㎜로 도출되었다. ITA기준으로 화재손상부위를 분석한 결과 화염노출표면에서 50㎜가 초과하는 것으로 나타났다.
3) RWS 화재조건에 노출된 PC패널라이닝의 화재손상(폭렬)정도는 30㎜로 도출되었다. ITA기준으로 화재손상부위를 분석한 결과 화염노출표면에서 100㎜가 초과하는 것으로 나타났으며, 모든 터널화재시나리오 중 가장 화재손상범위가 높은 것으로 분석되었다.
3) RWS 화재조건에 노출된 PC패널라이닝의 화재손상(폭렬)정도는 30㎜로 도출되었다. ITA기준으로 화재손상부위를 분석한 결과 화염노출표면에서 100㎜가 초과하는 것으로 나타났으며, 모든 터널화재시나리오 중 가장 화재손상범위가 높은 것으로 분석되었다.
2) MHC 화재조건에 노출된 PC패널라이닝의 화재손상(폭렬)정도는 30㎜로 도출되었다. ITA기준으로 화재손상부위를 분석한 결과 화염노출표면에서 50㎜가 초과하는 것으로 나타났다.
ITA지침의 콘크리트 한계온도를 기준으로 화재강도(시나리오)에 따른 PC패널 라이닝의 화재손상깊이를 과 같이 도출하였으며, 화재조건에 따라 PC패널 라이닝의 화재손상범위를 분석한 결과 RWS 화재조건에서 가장 광범위한 화재손상범위가 도출되었다.
후속연구
ITA지침의 콘크리트 한계온도를 기준으로 화재강도(시나리오)에 따른 PC패널 라이닝의 화재손상깊이를 <표 1>과 같이 도출하였으며, 화재조건에 따라 PC패널 라이닝의 화재손상범위를 분석한 결과 RWS 화재조건에서 가장 광범위한 화재손상범위가 도출되었다. 그러므로 터널 지반조건이 불안전하거나 통행량이 많은 도로터널의 경우엔 최대 100mm이상의 화재손상범위를 고려하여 터널 하중을 분담하는 구조체에의 열전달을 제어할 수 있는 내화성능확보방안을 적용해야 할 것으로 판단된다.
그러므로, 터널화재에 대한 PC패널라이닝의 경우 지보재의 역할을 하는 구조체의 경우엔 최대 100mm깊이의 콘크리트 화재손상범위에 대한 내화성능확보방안이 적용되어야 하며, 비 지보재일 경우 PC패널라이닝의 두께를 100mm이상 확보하여야 화재안전이 확보될 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.