1. 서 론
2. 세그먼트 내화평가 및 시험곡선
3. 세그먼트 화재손상 및 시험사례
4. 화재발생 시 세그먼트 라이닝 영향요소 및 재료별 물성변화
5. 세그먼트 라이닝 내화방법
6. 결 론
1. 서 론
TBM (Tunnel Boring Machine)을 이용한 터널공사가 국내 ‧ 외적으로 많이 진행되고 있으며 터널의 구조적 안정을 위해 세그먼트 라이닝을 설치하고 있다. 세그먼트 라이닝의 재료는 강재를 포함하여 여러 가지가 있으나 콘크리트 재료가 주로 많이 이용되고 있다. 이와 같은 세그먼트 라이닝은 터널구조의 안정을 위한 것인데 터널 내 화재가 발생하면 여러 가지 형태의 손상을 입고 구조적 저항능력이 감소될 수 있다. 터널 세그먼트 라이닝 설계기준(MOLIT, 2016b, KDS 27 10 15) 4.3.2의 제 2항에는 “터널 내 부착물과 시설물은 화재 시를 대비하여 내화성능을 갖는 재료를 사용하여야 한다.”라고 명시되어 있으며, 설계기준(MOLIT, 2016c, KDS 27 40 10) 4.1.1의 7항에 “2차 라이닝이 생략된 쉴드 터널에서 화재로 인해 세그먼트 라이닝의 붕괴 ‧ 붕락이 우려되거나 구조적 기능의 복원이 어려울 것으로 예상되는 경우에는 설계기준(MOLIT, 2016a, KDS 27 10 05) 1.3.2에 따라 세그먼트 라이닝의 내화설계를 수행할 수 있다.”라고 명시되어 있다. 터널 세그먼트 라이닝의 내화성 확보가 중요한 이유는 터널사용자가 터널 이용 시 안전해야 하며, 화재로 인해 고온에 노출된 터널구조물 및 근접한 시설물들의 성능을 최대한 유지토록 하여 터널의 내구성을 확보하고 시설물 피해를 최소화하고자 하는데 있다. 이와 더불어 화재 후 필요 시 수행하여야 하는 보수/보강을 최소화하여 경제적 손실을 줄이기 위함에도 그 이유가 있다. 뿐만 아니라 터널 라이닝의 내화조치는 비상 및 구조 환경, 전기 및 통신시설, 및 환기성능을 안전하게 유지하고 지하수의 터널 내 유입을 방지할 수 있도록 설계되어야 한다. 내화조치와 관련하여 프랑스에서는 화재의 심각성에 따라 4가지(4단계) (French Inter-Ministry Circular No. 2000-63, 2003)로 분류하고 각 분류에 대한 내화조치에 대하여 다음과 같이 제시하였다. 먼저 단계 0은 국부적 손상유발로 진행성 붕괴위험과 하중전이 발생이 없는 단계로서 특별한 내화조치의 필요성을 제시하지 않았으며, 그 다음 단계인 단계 1은 심각한 것을 제외한 대부분의 화재에 해당되는 것으로서 비상조치가 필요한 구조물들에 적용되며, 대부분의 차량이 운행되는 터널에서는 2시간 동안의 ISO곡선에 해당하는 내화조치가 필요하다고 하였고 다음 단계인 단계 2는 빠르게 진행되는 심각한 화재에 해당되는 것으로서 구조물은 대피 및 응급서비스가 진행될 동안 보호되어야 하며 대부분의 차량이 운행되는 터널에서는 2시간 동안의 HCinc곡선에 해당하는 내화조치가 필요하다고 하였다. 마지막 단계인 단계 3은 가장 심각한 화재에 해당되는 것으로서 대피 및 응급조치 동안 구조물이 보호되어야 하며, 대부분의 차량이 운행되는 터널에서는 4시간 동안의 ISO곡선과 2시간 동안의 HCinc곡선에 해당하는 내화조치가 필요하다고 하였다.
본 논문에서는 문헌조사를 통해 터널 내 화재가 발생할 시 콘크리트 세그먼트 라이닝에 미치는 영향 및 관련기준, 내화성 평가 및 내화방법에 대해서 조사하고 고찰함으로써 실무자가 터널화재에 대한 콘크리트 세그먼트 라이닝의 안전을 확보하는데 정보를 제공하고자 하였다.
2. 세그먼트 내화평가 및 시험곡선
국토교통부(MOLIT, 2021)에서 2021년에 발간한 ‘도로터널 내화 지침’은 도로터널에서 발생할 수 있는 화재로 인한 터널의 손상과 붕괴를 예방하기 위하여 기준을 규정하였고, 터널의 한계온도를 규정하고 설계단계에서 내화검토 기준, 내화공법, 내화성능 및 시험 등에 대한 기준이 제시되어 있다. Fig. 1은 도로터널 내화 지침에서 별첨으로 제시하고 있는 대표적인 내화시험곡선이며 Fig. 2의 지상 건축구조물 화재시험에 대한 ISO곡선과 일치한다.
터널구조물에 화재발생 시 영향을 미칠 수 있는 요소는 방출되는 열의 크기이며 조건에 따라 10~200 MW까지 열방출률(heat release rate) 범위를 갖지만 일반적으로 대부분의 경우에 있어서 약 100 MW의 범위를 가진다. PIARC (1999)에서는 열방출률과 관련한 여러 실험결과를 정리하여 나타낸 바 있으며 승용차에서는 2.5~5 MW, 대형차에서는 15~30 MW까지 열방출률이 발생 된다고 보고하였다. 국내에서도 Yoo and Kweon (2010)은 실물 자동차에 대한 열방출률 실험을 실시한 후 승합차에서 최대 열방출률 5.9 MW, 두 대의 승용차에서는 9 MW의 최대 열방출률은 나타냈다고 보고한 바 있다. Table 1은 국내 ‧ 외 여러기관에 제시한 차종에 따른 열방출률에 대한 실험결과(Lacroix, 1998; Cheong et al., 2008; Tarada, 2011; Nakahori et al., 2014; NFPA 502, 2014; MOLIT, 2015)를 정리하여 나타낸 것이다. 열방출률은 또한 화재형태와도 관련되는데, 화재는 셀룰로오스성 화재와 탄화수소성 화재로 구별될 수 있다. 셀룰로오스성 화재는 나무나, 종이 또는 유사물질이 연소할 때의 화재이며 화재는 천천히 시작해서 1,000°C까지 도달하며, 탄화수소성 화재는 석유화학제품이 연소할 때의 화재로서 보다 빠른 속도로 시작해서 1,300°C까지 도달할 수 있다. 열방출률 뿐만 아니라 화재설계 시 또 다른 중요한 요소는 화재의 지속시간으로 대략 30분~3시간의 범위를 가지며 경우에 따라서 냉각단계를 포함한다. 이러한 요소들은 운행되는 차량의 종류(기차, 자동차, 버스 등) 및 운송물품(용량, 위험물질 등), 요구되는 안전등급 등에 영향을 받는다(Neun, 2012).
Table 1.
Heat release rate by vehicle types (Cho et al., 2019)
실제 시간-온도곡선(터널의 단면적, 높이 및 넓이, 터널 내 풍속, 환기속도, 화재발생 위치, 터널구배 등에 영향을 받을 수 있음)이 화재발생 시 터널 라이닝의 온도분포를 파악하기 위한 CFD (Computational Fluid Dynamics) 시뮬레이션에 이용된다. 하지만, CFD해석은 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 신뢰성에 있어서도 충분치 아니하여 일반적으로 정해진 표준 시간-온도곡선을 이용한다(Neun, 2012). 터널설계에 있어서 가장 많이 사용되는 시간-온도곡선은 독일의 RABT 코드에서 제시한 철도터널에 대한 EBA곡선, 도로터널에 대한 ZTV곡선, 국제표준화기구(International Organization for Standardization) ISO 834코드에서 제시한 ISO곡선(지상 건축구조물의 셀룰로오스성 화재와 관련됨), Eurocode 1에서 제시한 HC (HydroCarbon)곡선, HC곡선을 수정한 프랑스의 HCM곡선(HCinc이라고도 함) 및 네덜란드에서 제시한 RWS (Rijkswaterstaat)곡선이 있다(ITA WG6, 2004). 열방출 50 MW 까지에 대해서는 ISO, 그 이상 100 MW 까지는 HC, 이후의 열방출 크기에 대해서는 RWS곡선이 적용될 수 있다고 하였다(ITA, 2016). 다음 Fig. 2는 여러 기관에서 제시한 시간-온도곡선을 보여준다.
국제 터널협회(ITA, 2019)에서 발간한 세그먼트 터널 라이닝 설계지침서에서는 터널 화재 시 화재하중은 특별한 하중으로 고려하여 설계하여야 하며 이 때 열방출률을 화재하중을 결정하는 중요한 요소로 고려해야 한다고 하였다. 또한 화재 지속 시간도 터널의 용도에 따라 설계 시 중요하게 고려해야 하는 요소로 제시하였다.
화재시험에 대한 다양한 표준들을 통합하기 위하여 ISO 834 (1975)가 국제표준기구에 의해서 소개되어 졌으나 각 국가에서는 화재시험에서 여전히 서로 다른 시간-온도 곡선을 사용하고 있다. 영국에서는(BSI, 1972) 120분 동안 1,000°C에 도달할 때 까지 셀룰로오스성 화재를 묘사하여 시험을 하고 있으며, ISO도 영국과 유사하게 셀룰로오스성 화재를 묘사하지만 180분이 경과할 때 1,100°C까지 온도를 고려하고 있다. 탄화수소성 화재에 대하여 Eurocode 1 (1991)은 30분 내에 1,100°C까지 온도상승을 가하고 이후 온도를 지속하는 HC 시간-온도곡선을 제안하고 있으며 프랑스에서는 탄화수소성 화재에 대하여 HC곡선에 1,300/1,100의 가중치를 곱하여 수정한 HCM 시간-온도곡선을 제안하고 있다. 네덜란드 RWS코드는 1,350°C 정점을 기준으로 1,200°C까지 빠르게 온도상승을 가하고 화재 지속시간은 2시간으로 제안하고 있으며 콘크리트 표면에서 최대온도는 380°C, 강재에서는 500°C로 규정하고 있다. 독일 RABT (1997) 코드의 철도터널에 대한 시간-온도곡선(EBA)에서는 1시간(도로털에 대한 ZTV에서는 30분)에 1,200°C까지 빠르게 온도를 상승시키고 이후 1시간 40분 동안에 온도를 0°C로 떨어뜨리는 시험을 제안하고 있다. 스위스에서는 콘크리트 표면 최대 온도를 250°C로 제한하고 있으며, 이를 위해서는 외부에 화재보호 코팅이 요구된다.
경험적으로 화재에 의한 평균 온도상승은 600~700°C 이지만 1,300°C까지 상승할 수 있다고 보고되었다(BTS and ICE, 2004).
ASTM E119 (2020) 화재시험은 모든 건물의 구조 재료의 복합 조립품에 적용하는 화재시험이며, 정해진 시간 동안 특정 온도를 달성하도록 통제된 표준 화재에 시험편을 노출시켜 화재 노출 동안 시험체의 하중지지 능력을 측정하며 화재 거동 시뮬레이션을 할 수 있는 시험이다. 다음 아래 Table 2는 ASTM E119 (2020)에서 제시한 화재시험 시 온도조건 규격이다. 각 시험체 기준요건에 따라 시험시간을 고려하며 보통 1시간 이상 적용한다.
Table 2.
Time-temperature criterion for fire tests (ASTM E119, 2020)
| Temperature (°C) | Time |
| 538 | 5 minutes |
| 704 | 10 minutes |
| 843 | 30 minutes |
| 927 | 1 hour |
| 1,010 | 2 hours |
| 1,093 | 4 hours |
| 1,260 | 8 hours over |
터널은 지하공간에 위치하는 폐쇄성 등으로 인해 지상의 구조물에서 발생하는 화재와 달리 더 높은 온도에 도달할 수 있다. 또한 소방차와 소방대의 접근이 쉽지 않기 때문에 화재가 더 오래 지속되는 특징을 가지고 있다. 따라서 지상 건축구조물에 적용되는 일반적인 화재곡선(ISO 834)과 다른 시나리오의 화재에 대한 시간-온도곡선을 사용하여야 한다(Beard and Carvel, 2005).
3. 세그먼트 화재손상 및 시험사례
TBM 세그먼트 라이닝이 화재로 인해 고온에 노출되면 세그먼트 라이닝 조각이 떨어져 나오는 현상을 스폴링 현상이라고 한다. 스폴링현상(Fig. 3)은 고온에 노출된 콘크리트 라이닝의 공극 내 수분이 증기화 되면서 빠져 나갈 수 없기 때문에 발생할 수도 있고 골재의 파괴, 화재 노출 콘크리트의 강도저하에 의해서도 발생할 수 있다. 철근 등의 보강재 또한 고온에 노출되면 역학적 물성치가 저하되어 강도가 감소한다. 스폴링과 철근의 강도저하는 콘크리트 세그먼트 형상을 변형시키고 라이닝에 작용하는 응력의 재분배를 유발시키며, 결국에는 구조적 파괴를 초래하게 된다. 화재노출 세그먼트 라이닝의 거동에 대하여 ITA (2017)보고서에 자세하게 기술되어 있으며, 구조적 거동에 대해선 Lottman (2007)의 박사논문에 상세하게 기술되어 있다. 화재노출 세그먼트 라이닝의 재료적 거동은 또한 Tarada and King (2009), Gipperich et al. (2010), Yan et al. (2013; 2015; 2016) 등에 의해서 조사되어진 바 있다.
다양한 연구자들이 세그먼트의 내화성능을 평가하는 시험과 터널 화제 데이터를 통한 다양한 분석을 하였다. Park et al. (2004)은 쉴드터널에서 사용되는 세그먼트를 동일하게 시험체로 제작하여 콘크리트 내화성능에 효과적인 방법으로 알려진 폴리프로필렌 섬유를 혼입하여 독일의 화재시간-온도곡선인 RABT곡선에 의한 내화실험을 실시하여 성능을 평가하였다. 내화성능실험에 사용한 시험체는 4종류로 고강도의 RC세그먼트, 그리고 폴리프로필렌(PP) 섬유의 양을 다르게 시공한 2차 라이닝 시편 3개로 실시하였다. 그 결과, RC 세그먼트와 PP 섬유를 혼합하지 않은 2차라이닝 경우 가열개시 심한 폭렬현성이 발생하였으며 이데 따른 콘크리트 박리를 확인하였다. 이에 반해 PP 섬유를 1 kg, 3 kg 혼입한 시험체에서는 RABT 가열곡선의 최대온도 1,200°C선에 장시간 노출되었음에도 경미한 콘크리트 탈락이 발생하긴 하였지만 우수한 내화성능을 확인할 수 있었다. 따라서 터널 콘크리트 구조물의 내화성능향상에 폴리프로필렌 섬유의 혼입은 도움이 될 것으로 판단하였다. Chang et al. (2006)은 화재 시간-온도곡선의 하나인 독일의 RABT (Richtlinien fur die Ausstattung und denBetrieb von Straßentunneln)와 네덜란드의 RWS (RijksWaterStaat)를 이용(Fig. 4 참조)하여 터널구조물의 시공재료별 화재손상 특성을 규명하고자 한 바 있다. 실험결과, 무근 및 철근콘크리트 표면에서 10 cm 깊이까지 단면손실이 발생하였으며 시간-온도 곡선에 따라서 약간의 차이가 발생한다고 보고하였다. 숏크리트는 1,200°C 이하에서는 콘크리트보다 내부 공극이나 초기 균열들이 잘 발달되어 있어 수증기압 배출이 용이하여 단면손실이 콘크리트보다 작게 발생하였으나 그 이상에서는 숏크리트가 융해되는 현상이 발생하여 단면손실이 더 크게 발생한다고 결론지었다(Fig. 5).
Kwon et al. (2016)은 독일 RABT코드의 철도터널에 대한 시간-온도곡선(EBA)을 이용하여 실대형 세그먼트에 대한 화재 손상평가를 실험하였다. 실험을 통해 콘크리트, 철근, 가스켓 지수재 및 세그먼트 연결부에서의 거동을 조사 및 보고하였다. 실험결과 콘크리트는 고온에 노출되어 스폴링현상이 발생하였으며(Fig. 6) 철근은 ITA에서 제시한 한계온도에 도달하여 손상하였고 가스켓은 고온에 노출되어 손상되면서 역할이 불가능하게 되었다고 보고하였다. 또한 세그먼트 연결부 볼트박스에서는 균열이 발생하고 구조적 안정성이 크게 저하된다고 보고하였다. 실험결과를 토대로 터널 내 화재사고 발생 시 구조적 안정성 및 화재 후 보수 ‧ 보강을 고려할 때 터널 라이닝의 내화성능 확보 방안이 반드시 필요하다고 하였다.
Choi and Kang (2021)은 RABT 화재시나리오를 사용하여 PP (Polypropylene)섬유와 PET (Polyester)섬유를 사용할 경우의 화재저항성능을 살펴본 결과, PP섬유를 사용하였을 경우의 최대온도가 PET섬유를 사용하였을 경우에 비해 더 좋은 화재저항성능이 나타난다고 보고하였다. 그 이유는 PP섬유의 녹는 온도가 PET섬유의 녹는 온도보다 낮기 때문인 것으로 판단하였다. PP 혼입량을 달리하여 시험하고 시험체 내부에 설치된 열전대를 이용하여 측정한 온도를 Fig. 7에 나타냈다. 실험결과 PP섬유 혼입량 1.0 kg/m3와 1.5 kg/m3의 결과에서 주목할 만한 차이가 발생한다고 보고하였다.
Fig. 7.
Temperature distribution according to the amount of PP mixed in the specimen and the depth of the specimen (Choi and Kang, 2021)
Yan et al. (2012)은 RC 터널 세그먼트에 실규모 내화평가 실험(Fig. 8)을 수행하였다. 이때 사용된 시간-온도곡선은 ISO 834이며 최대온도 900°C에 대해 45분과 최대온도 1,005°C에 대해 90분간 지속하였다. 실험결과 열작용으로 인하여 터널 라이닝 조인트의 간격이 증가하며 고온에 의하여 접합볼트의 탄성계수 및 강도가 저하됨으로써 터널 라이닝 접합부의 휨강성이 현저하게 저하된다는 것을 확인하였다.
터널 내 화재발생으로 인해 얻어진 데이터를 이용하여 다양한 분석이 이루어졌다. PIARC (1999)은 차량화재로부터 방출되는 열은 차량 수, 차량형태, 가연성재료의 양 및 형태, 연소방법 및 속도, 터널단면적(높이 및 넓이) 등에 영향을 받는다고 보고하였다. Fig. 9는 차량종류별로 화재발생 시 측정한 터널위치별 발생온도를 보여주고 있으며, Fig. 10은 화재발생지점으로부터 거리별 발생온도를 보여주고 있다.
EUREKA Project EU 499 FIRETUN (1995)으로부터 차량별 시간에 따른 온도 결과 그래프를 Fig. 11에 나타냈다. Fig. 12는 노르웨이 Runehamar 터널의 화재시험 결과이며 Runehamar 터널에서의 열방출률 결과와 시간에 따른 온도변화 결과이다.
4. 화재발생 시 세그먼트 라이닝 영향요소 및 재료별 물성변화
터널의 형상과 타입은 화재발생 시 터널 세그먼트 라이닝에 영향을 미치는 주요 요인 중의 하나이다. 비원형 터널에서 구조적 부재는 휨거동의 영향을 많이 받으므로 손상부위에 따라 휨강도가 크게 영향을 받을 수 있고 원형터널에서는 압축하중이 지배적이므로 철근에 대한 화재영향이 보다 작을 수 있다. 화재의 형태 또한 영향요소로 고려해야한다. 세그먼트 라이닝이 화재에 노출될 시, 라이닝을 구성하는 각 재료의 거동특성을 이해할 필요가 있으며. 콘크리트 재료는 골재 깨짐, 폭렬현상 등을 방지하고 강도손실을 최소화하는 것이 매우 중요하다. Fig. 13은 화재노출 온도에 따른 콘크리트 압축강도 감소에 대한 그래프이며, 그림에서 보는 바와 같이 약 200°C 까지 콘크리트의 강도에 큰 변화가 없지만 그 이후로 강도가 급격히 감소됨을 알 수 있다. 따라서, 일반적으로 콘크리트 화재노출 온도는 350~400°C범위로 제한 할 필요가 있다.
노출된 온도에 따라 콘크리트의 화학적 변화에 대한 내용을 다음과 같이 도표화하였다(Fig. 14).
콘크리트 내 철근이 화재에 노출될 때 철근(Reinforcing steel)과 PC강재(Prestressing steel)에 대한 항복강도와 탄성계수의 변화는 다음 Fig. 15와 같으며 철근의 화재노출은 약 250°C를 넘지 않도록 제한하여야 한다.
Fig. 15.
Changes in strength and modulus of elasticity of reinforcing steel against fire exposure temperature (ITA, 2017)
Fig. 16은 두께 250 mm의 콘크리트 라이닝(철근 피복두께 25 mm)에 화재방지재(25 mm 두께)를 설치하고 RWS 시간-온도곡선을 이용해 120분 노출되었을 때 특정 위치에서 발생된 온도에 대한 측정예를 보여주고 있다. 콘크리트의 온도변화가 사용되는 골재종류(calcareous 또는 siliceous), 콘크리트 밀도, 콘크리트 함수비 등에 큰 영향을 받으므로 일반적인 경우라고는 볼 수 없지만 경향을 파악함에 있어서 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.
철근과 콘크리트 결합은 온도가 올라감에 따라 결합력이 저하되며, 온도에 따른 결합력 변화에 대한 관계곡선은 의견이 분분하여 아직 정립되지 않은 사항이다. 경험에 따르면 이형철근은 원형철근과 비교하여 400~500°C까지 결합력이 더 크게 나타나며, 600°C가 넘게 되면 결합력을 상실하게 된다. 따라서, 설계 시 가능하다면 철근은 화재노출 가능성이 적은 부분에 설치하도록 해야 한다. 또한, 세그먼트 라이닝에 대한 수밀성을 확보하기 위한 가스켓과 같은 재료에 대해서도 화재 시 관련 물성 및 성능변화를 고려하여 설계 및 배치해야 한다.
Fig. 16.
Temperature change at a specific location when fire prevention materials are installed (ITA, 2017)
5. 세그먼트 라이닝 내화방법
세그먼트 라이닝의 내화방법은 크게 능동적 대처방법(Carvel et al., 2012; PIARC, 2016)과 수동적 대처방법(Clippelaar, 2011; Maraveas and Vrakas, 2014; Table 3 참조) 두 가지로 분류할 수 있다. 능동적 방법은 화재가 발생했을 때 초기화재를 감지하고 화재가 확산하는 범위 및 속도를 늦추는데 그 목적이 있다. 이를 위한 것으로서 워터미스트, 워터스프레이, 스프링클러 등이 있다. Park and So (2010)는 터널화재 시 물분무소화설비의 성능에 대한 실험을 수행하고 효과가 있다고 보고한 바 있다. 수동적 방법 또한 두 가지로 분류할 수 있는데, 첫 번째 방법은 빠른 온도상승에 대해서 콘크리트를 수동적 내화수단(thermal barrier, 보딩, 스프레이 코팅 등)을 이용하여 외부적으로 차단하는 것이며, 두 번째 방법은 높은 수증기압 형성 관련하여 콘크리트를 내부적으로 보호하는 것이다(PP파이버 등). 이와 관련하여 Polypropylene 섬유는 화재에 노출된 세그먼트 라이닝의 폭열현상을 줄일 수 있는 방법으로서 화재예방을 위해 일반적으로 1.5~2.0 kg/m3를 사용하고 있다(ITA Tech Report No. 7). 관련섬유는 대략적으로 160°C에서 녹으며 미세간극을 형성시키고 높은 수증기압의 발생을 방지하거나 저하시켜 스폴링을 감소시키는 역할을 한다. PIARC (Lacroix and Haack, 2004) and ITA (2004)는 도로터널에서 내화에 대한 가이드라인을 제시하였다. 한편 RWS (Rijkswaterstaat, 네덜란드 물관리 총괄국)는 하저터널에 대한 성능기준을 규정지은 바 있다(Breunese et al., 2008).
Table 3.
Preventive measures against concrete spalling (Maraveas and Vrakas, 2014)
6. 결 론
터널 내 화재가 빈번히 발생하고 있으며 이로인해 인명피해 뿐만 아니라 TBM 터널의 구조적 안정을 위해 설치된 콘크리트 세그먼트 라이닝에 큰 손상을 입혀 터널붕괴로까지 이어질 수 있다. 본 논문에서는 터널 내 화재가 발생할 시 터널 내 구조물인 콘크리트 세그먼트 라이닝에 미치는 영향 및 관련기준, 내화평가 및 내화방법에 대해서 문헌조사를 통해 조사하고 관련내용을 제시함으로서 실무자가 터널화재에 대한 콘크리트 세그먼트 라이닝의 안전을 도모함에 정보를 제공하고자 하였다.
기존 문헌조사 등을 통해 터널 내 화재는 가연성재료의 양 및 형태, 차량 수, 차량형태, 연소방법 및 속도뿐만 아니라 터널의 형상(높이 및 넓이, 모양 등) 및 환기방식 등에 영향을 받는다는 것을 알 수 있었으며 구조체의 재료 또한 큰 영향인자가 될 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이와 같이 터널 내 화재는 다양한 요인에 의해 그 크기 및 규모, 영향정도가 크게 달라질 수 있으므로 관련 요소들에 대한 복합적이고도 체계적인 접근 및 검토가 필요할 것으로 판단된다.
내화성능 평가를 위한 시간-온도 곡선 또한 화재의 특성을 고려하여 여러 기관에서 다양하게 제시하고 있는 것으로 나타났다. 건축구조물과 달리 터널은 위치, 형상, 공간면적, 접근성 등에서 서로 다른 특징을 나타내고 있음에도 불구하고 터널구조물 내화성능 평가 시 건축구조물 내화성능 평가에 적용하는 시간-온도곡선을 이용하는 경향이 있는데 이에 대한 검토가 필요할 것으로 나타났다.
내화방법에는 크게 능동적 방법과 수동적 방법이 존재하지만 내화의 목적, 내화범위 및 규모, 화재크기별 방식, 진화시간, 보수 ‧ 보강 등과 연계한 내화방법 제시는 여전히 미흡한 실정임을 알 수 있었다. 이와 관련한 체계적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
터널 내 화재와 관련하여 국내에서도 연구 및 실험 등이 많이 수행되었지만 여전히 외국자료에 많이 의존하고 있는 실정이다. 터널화재의 여러 가지 원인 및 영향을 고려하여 현장에서 실규모로 실험하기 위한 노력이 필요하고 또한 관련 실험결과를 기존자료와 비교하면서 종합적으로 분석한 후 국내 및 국외 실무자가 터널화재에 대한 인명 및 구조물의 안전을 확보하는데 필요한 정보를 더 많이 제공할 수 있기를 기대해 본다.
