돌풍이 도로터널 제연설비의 성능에 미치는 영향 연구

A Effect of Gusty Wind on the Performance of Road Tunnel Smoke Control System

국토의 70%가 산악지형으로 이루어진 국내의 지형적 특성으로 통행효율을 증가시키기 위해 터널은 매년 건설되고 있으며, 터널의 굴착과 시공방법의 발전으로 도로터널은 대단면 장대화 되고 있다. 국내 도로터널 수는 매년 증가하는 추세다. 터널 내 화재발생 시 인명피해를 줄이기 위해 “도로터널설계 편람 제6편 터널”과 “도로터널 방재⋅환기시설 설치 및 관리지침”에서는 터널의 연장에 따른 제연설비를 설치하도록 규정하고 있다. 제연설비 설계 인자에는 외부자연풍의 풍속을 최소 2.5 m/s로 고려하도록 하고 있으며, 터널의 특성에 따라 상향하여 적용하도록 하고 있다. 그러나 터널 설계 시 외부자연풍의 풍속을 2.5 m/s로 일률적인 적용을 하고 있다. 최근 6년간 대관령 지역의 5분 평균풍속 자료를 분석한 결과 바람이 분 일 수 중 15.8%가 10 m/s 이상의 바람이 분 것으로 분석되었으며, 최대 20 m/s 까지 분 것으로 분석됐다. 따라서 본 연구에서는 터널 내 화재가 발생했을 때 터널로 유입되는 자연풍의 패턴과 최대풍속에 따른 터널 화재연기의 역류거리를 분석하였다. 그 결과 최근 6년간 대관령 지역의 5분 평균풍속 데이터를 분석한 결과 5분 평균풍속이 10 m/s 이상 발생한 일 수는 15.8%에 해당하는 것으로 분석했으며, 15 m/s 이상의 풍속이 발생한 일수는 1%로 분석했다. 최대 풍속은 20 m/s 까지 측정되었으며, 풍속 10 m/s 이상 바람의 풍향은 84%가 서풍으로 분석됐다. 터널에 작용하는 돌풍의 크기가 15 m/s 이상인 경우 제트팬의 승압력보다 돌풍의 저항이 더 크게 작용하여 터널 내 풍속이 감소하는 것으로 분석됐다. 터널에 작용하는 돌풍의 평균풍속이 같더라도, 제트팬 승압력이 안정화되기 이전의 돌풍 풍속에 따라 화재연기의 역류거리가 다르게 나타나는 것으로 분석됐다. Bora 돌풍 패턴으로 돌풍의 풍속이 10 m/s 이하인 경우 화재연기의 역류가 발생하지 않았으며, 20 m/s 이상인 경우 화재연기가 최대 490 m 역류하는 것으로 분석됐다. 대관령 지역은 국내 도로터널 설계에서 적용하는 2.5 m/s의 자연풍보다 큰 최대 20 m/s의 돌풍이 측정되고, 있으므로 터널 이용객의 안전을 위해 실질적인 자연풍 적용이 필요하다.