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2025 Vol.27, Issue 6 Preview Page

Research Paper

Experimental study on uniform spray distribution improvement in road tunnel water spray fixed systems for fire protection

도로터널 물분무소화설비의 살수밀도 균일성 개선에 관한 실험적 연구

Geonho Kim1
,
Jinouk Park2
,
Hwiseong Kim3
,
Donghun Seok4
,
Yongho Yoo5*
,
Sangheon Park6
,
Kidon Kim7
김 건호1
,
박 진욱2
,
김 휘성3
,
석 동훈4
,
유 용호5*
,
박 상헌6
,
김 기돈7
1Post-Master’s Researcher, Dept. of Fire Safety Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology
2Researcher, Dept. of Fire Safety Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology
3Research Administrator, Dept. of Fire Safety Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology
4Researcher, Dept. of Fire Safety Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology
5Ph.D., Senior Research Fellow, Dept. of Fire Safety Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology
6Director, Department of Institute of Technology, Dong-li Engineering Consultants Co., Ltd.
7Manager, Department of Institute of Technology, Dong-li Engineering Consultants Co., Ltd.
1정회원, 한국건설기술연구원 화재안전연구본부 석사후연구원
2정회원, 한국건설기술연구원 화재안전연구본부 전임연구원
3정회원, 한국건설기술연구원 화재안전연구본부 연구원
4비회원, 한국건설기술연구원 화재안전연구본부 연구원
5정회원, 한국건설기술연구원 화재안전연구본부 선임연구위원
6정회원, ㈜동일기술공사 기술연구소 이사
7비회원, ㈜동일기술공사 기술연구소 과장
*Corresponding Author
30 November 2025. pp. 651-661
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Abstract

Tunnel construction in Korea has more than doubled over the past decade, heightening fire-risk concerns in semi-enclosed spaces with restricted ventilation. The Guidelines for Design and Maintenance of Road Tunnel Fire Protection and Ventilation Systems mandate water-spray systems in first-grade tunnels; however, prior studies report non-uniform spray density and zones failing the 6.0 L/min·m·criterion, with added limitations for electric vehicle (EV) battery-fire scenarios. This study experimentally compares conventional fixed systems with a next-generation system under identical conditions (nozzle inlet pressure 0.35 MPa; discharge rate 390 LPM). Spray distribution is evaluated on a standardized 25-tray grid (0.09 m2 each), converting collected volume per unit area and time to spray density. Results show the next-generation system significantly improves spray-density uniformity and reduces deficient zones; residual deficiencies near far-side shoulders indicate the need to further optimize spray angle and discharge cycle. These findings demonstrate the system’s effectiveness and motivate large-scale, in-situ validation linked to EV-battery fire suppression to inform future tunnel fire-safety standards.

Keywords
Spray density
Water spray fire extinguishing system
Uniformity
Deficient zone
Swing technology

국내 도로교통 인프라 확충과 함께 터널 건설은 지난 10년간 급증하였다. 2014년 약 1,800여 개소였던 터널은 2023년 약 3,800여 개소로 두 배 이상 증가하였으며, 총 연장 역시 1,200 km 이상으로 확대되었다. 터널 화재는 반밀폐 구조와 환기 흐름의 제약으로 인해 대형 인명 및 재산 피해로 비화할 위험이 높다. 이에 ｢도로터널 방재·환기시설 설치 및 관리지침｣은 1등급 터널의 물분무소화설비 설치를 의무화하고 있으나, 선행연구에서는 방수구역별 살수밀도의 불균일성과 성능기준(6.0 L/min·m2) 미달 구역의 존재를 지적해 왔다. 더불어, 변화하는 교통 환경에 대한 전기차(electric vehicle, EV) 배터리 화재 및 구조적 사각지대 대응에 대한 한계는 더욱 취약한 실정이다. 본 연구는 동일한 운전 조건(노즐 전단 0.35 MPa, 유량 390 LPM)에서 기존 고정식 물분무소화설비와 차세대 물분무소화설비를 대상으로 방수구역 내 살수밀도를 실험적으로 비교 분석하였다. 표준화된 트레이 격자(25구역, 0.09 m2/구역)에서 분당 단위면적당 수량을 계측·환산하여 분포특성 및 취약개소를 평가하였다. 그 결과, 차세대 물분무소화설비의 살수밀도 균일성이 유의하게 향상되었으며 기준 미달 취약개소의 발생 빈도가 현저히 감소하였다. 다만, 노즐 원접 길어깨 구역의 취약개소가 잔존하여 분사각도, 분사주기 최적화가 필요함을 확인하였다. 본 연구는 터널용 물분무소화설비의 살수밀도를 정량적으로 비교 분석하여 차세대 물분무소화설비의 실효성을 실험적으로 입증하였다. 또한, 향후 실제 환경 반영의 실증과 EV 배터리 소화 성능과의 연계 검증을 통해 터널 화재안전 설계 및 운영 기준의 고도화에 기여할 수 있음을 시사한다.

키워드
살수밀도
물분무소화설비
취약개소
균일성
스윙 기술
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10.1051/e3sconf/202235602015
Information
  • Publisher :Korean Tunneling and Underground Space Association
  • Publisher(Ko) :한국터널지하공간학회
  • Journal Title :Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
  • Journal Title(Ko) :한국터널지하공간학회 논문집
  • Volume : 27
  • No :6
  • Pages :651-661
  • Received Date : 2025-11-07
  • Revised Date : 2025-11-17
  • Accepted Date : 2025-11-17
  • DOI :https://doi.org/10.9711/KTAJ.2025.27.6.651
Journal Informaiton Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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