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터널 특성과 화재 확산 관계 연구 : 대단면 터널 중심으로 원문보기
(A) Study on Effects of the Tunnel Characteristics on Fire Propagation : Focused on the Tunnels with Large Cross-Section

  • 저자

    김영섭

  • 학위수여기관

    東亞大學校 大學院

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    자원공학과

  • 지도교수

  • 발행년도

    2004

  • 총페이지

    xiii, 126p.

  • 키워드

    터널특성 화재확산 대단면터널;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T10070035&outLink=K  

  • 초록

    최근 터널 내 환기 방재 시스템 설계 및 화재에 대한 관심이 점점 고조됨에 따라, 도로터널 화재의 안전계획, 터널구조 및 설비에 미치는 영향 등에 관한 연구의 필요성이 시급히 요구되고 있다. 본 연구에서는 터널 내 화재발생시, 터널 단면의 형태(크라운형과 직사각형)와 차선 수(2차선, 3차선, 4차선)가 화재 확산에 미치는 영향을 CFD분석함을 목적으로 하였다. 2, 3, 4 차선 크라운형 및 직사각형 단면 터널 총 6개 터널에서 20MW 규모의 화재 발생을 가정하여, φ1250 제트팬 4대의 환기설비 가동시 와 미가동시의 총 12 경우를 CFD분석하였다. 환기설비의 가동은 안정된 화재연층을 파괴함으로써 화재초기의 안전한 대피경로의 확보에 결정적인 영향을 보여준다. 환기설비 미가동시의 화재 확산 속도는 크라운형 터널이 일반적으로 큰 경향을 보이며 0 ∼ 100초 범위에서의 경향이 가장 뚜렷하다. 그러나 가동시에는 전열방사량이 최대가 되는 시점까지 크라운형 터널의 확산속도가 상대적으로 큰 편이나 이후에는 뚜렷한 차이가 관찰되지 않는다. 환기설비 미가동시에는 일반적으로 차선수가 증가할수록 확산속도가 미약하나마 증가하는 경향을 보인다. 그러나 2차선과 3차선 사이의 차이는 2차선과 4차선사이에 비하여 현저히 작은 편이다. 그리고 환기설비를 가동할 경우에는 일반적으로 단면의 크기가 증가할수록 확산속도는 낮아지는 경향을 보이며 이와 같은 경향은 직사각형터널의 경우가 더욱 뚜렷한 편이다. CFD분석과 Kennedy 식에 의한 임계속도와 상반된 결론을 보이는 것은 3차원적 기류거동을 해석할 수 없는 Kennedy 식의 문제점이 주요 요인으로 보인다. 따라서 최적 방재시스템의 설계도구로서의 Kennedy 식의 사용 시 많은 문제점의 발생이 우려된다. 그리고 화재발생 초기의 화재원 부근에서의 화재연층 거동 및 온도 분포에 대한 이해는 안전한 대피시간 및 경로의 확보를 위하여 중요한 과제이므로 이에 대한 추가 연구가 필요하다.


    As interests in tunnel fire and emergency ventilation design have increased, the study on effects of tunnel fire on the passenger safety and tunnel itself is necessary. This study aims at analyzing the effects of tunnel cross-sectional type and area on the fire propagation. The cross-sectional types dealt with are crown and rectangular, while 2, 3 and 4 lane tunnels are analyzed with respect to the comparison of cross-sectional area. Under the assumption of 20MW fire, 12 different cases are analyzed using a CFD model; crown and rectangular-type tunnels with 2, 3 and 4 lanes, either in the case of fan-on or fan-off. The ventilation system in a standard tunnel used in this study includes 4 jet fans of φ1250. Since jet streams created by jet fans operation destroy the stabilized smoke layers near the fire location, operation of ventilation equipment plays a critical role in securing the safe escape route in the early stage of fire. In the case of fan-off, the smoke dissipation rate is generally greater in the crown-type tunnel, while the difference is more obvious in the range of 0 and 10 seconds after the fire breakout. On the contrary, when the fans are turned on, the dissipation rate is also greater in the crown-type only up to the moment of the maximum heat release rate, but the difference disappears thereafter. In the case of fan-off, as the number of lanes increase, the dissipation rate increase even though the difference is insignificant. The difference between the 2 and 4 lane tunnels is considerably large compared with that between 2 and 3 lane tunnels. When the fan is turned on, the general trend shows that the increase in the cross-sectional area reduces the dissipation rate. This relationship is more significant in the rectangular-type tunnel. The possibility of backlayering is also studied by CFD as well as the equation suggested by W.D.Kennedy Discrepancies among the results from both methods seem to be due to the limitation of the Kennedy equation, particularly its one dimensional characteristic. Therefore, use of this equation as a sole design tool for the tunnel emergency system requires careful consideration. As understanding the smoke behavior and temperature distribution near the fire site is critical in deciding the safe escape time and route, further studies are required on this topic.


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