2019년 10월 23일, 수요일  



저비용으로 터널 화재 최소화하는 지능형 환기시스템 FPCS 내화격법 공법


대형화재 터널 안전성 향상, 공사기간 단축 경제성 확보
 
대형화재에서 터널 안전성을 향상시키는 공법이 나왔다. 이 기술은 저비용의 내화 환기시설을 구축하여 내화기준을 강화하면서도 공사기간을 단축하여 시공성과 경제성을 확보하는 기술이다. 무기질계 내화재를 피복한 프리캐스트 내화풍도슬래브(FPCS) 및 내화격벽(FPP) 제작과 스윙베드 가설장비를 이용한 이 기술은 터널 및 지하차도의 공사를 조기에 완공할 수 있어 공사로 인한 주변민원을 최소화하고 조기개통에 의한 물류비용을 저감할 수 있다. 또한 저비용으로 내화 환기시설을 구축할 수 있어 터널 안전성을 강화할 수 있다. 이 공법은 이러한 기술력을 바탕으로 건설신기술 제856호로 지정됐다.
 
기술개발자
 · ㈜홍지 (대표이사 김태균)
   경기도 성남시 분당구 황새울로200번길 34, 701호
   www.hgdcs.com
 · 삼부토건㈜ (대표이사 이용재)
   서울시 중구 퇴계로 63
   www.sambu.co.kr
 · ㈜도화엔지니어링 (대표이사 박승우)
   서울시 강남구 삼성로 438
   www.dohwa.co.kr
 · ㈜경원엔지니어링 건축사사무소 (대표이사 이도춘)
   강원도 원주시 소초면 섬배로 109-10
   www.kyungwoneng.com
건설신기술 제856호
   보호기간 : 2019. 01. 16 ~ 2027. 01. 15 (8년)
 


터널이나 지하차도에서 화재가 발생할 경우 심각한 인명피해와 사회적 손실이 발생된다. 우리나라에서도 2017년 창원터널 화재가 발생한 바 있다. 이 사고는 연장 2345m의 창원터널에서 휘발성분의 윤활유를 적재하고 달리던 트럭이 전복되면서 폭발이 일어나며 주변 차량으로 화재가 전파된 사고다. 터널은 순식간에 연기와 불길에 휩싸였고 자동차는 까맣게 불타오르며 3명이 사망하고 5명이 부상을 당하는 인명피해가 발생했다. 화재는 25분만에 진압되었지만 터널 일대 도로는 4시간 동안 통제되며 극심한 교통혼잡이 발생했다.

2015년 10월에는 상주터널 화재가 발생했다. 연장 1612m의 상주터널에서 화재가 발생하였지만 터널 내부의 차량정체로 인하여 소방차의 현장 출동이 32분 지연될 수 밖에 없었다. 터널 화재로 인하여 주변 교통은 17시간 동안 제한되었으며 사망 1명, 부상 19명 등 심각한 인명피해와 사회적 손실이 발생했다.
 
터널 대형화재, 사회적 손실 ‘심각’
이처럼 도로나 철도터널에서 대형화재가 발생하면 이로 인한 경제적, 사회적 손실은 심각하다. 폐쇄된 공간인 터널과 지하차도에서의 화재는 인명피해 뿐만 아니라 사회기반시설인 교통망의 일시적 붕괴를 불러오는 것이다. 특히 GTX A, B, C노선, 영종대로 복합환승센터 지하화, 서울 대심도터널, 한중해저터널 등 구조물이 대형화, 지하화되고 지하공간의 개발이 활발해 지면서 이러한 화재로부터 안전성 확보를 위한 국민적 욕구는 더욱 증가하고 있다.

중요한 점은 화재로 인한 고온이 장시간 지속될 경우 구조물의 강도저하로 터널 붕괴 뿐만 아니라 고온에 노출된 콘크리트가 폭발하면서 탈락하는 폭렬이 발생할 수 있다는 것이다. 지하구조물의 주재료인 콘크리트는 화재에 대한 저항능력이 우수한 재료적 특성을 갖고 있지만 화재로 인한 고온이 장시간 지속되면 철근과 콘크리트의 온도가 급격히 상승하게 되어 구조적 내화성능이 저하되어 심각한 상황을 초래하게 되는 것이다.

이에 따라 기존공법에서는 터널 구조물에 내화패널을 사용하고 있지만 내화재료가 장기간 부착되지 못하고 박락 및 탈락하는 단점이 지적되어 왔다. 터널 및 지하차도에는 진동과 내부공기압이 존재하기 때문이다. 일반적인 도로터널의 경우 약 25Pa, 철도터널에서는 약 60Pa 정도의 표면압력을 갖고 있다. 이 같은 표면압력은 통과하는 자동차 및 기차의 속도와 통행량에 따라 더욱 증가할 수 있다.
 
 
 
지능형 환기시스템…터널 화재 최소화
이에 따라 ㈜홍지 등이 개발한 무기질계 내화재를 피복한 프리캐스트 내화풍도슬래브(FPCS) 및 내화격벽(FPP) 제작과 스윙베드 가설장비를 이용한 시공기술은 지능형 환기시스템으로 터널 및 지하차도에서 화재 발생시 화재원 주변의 배기장치를 가동시키고 나머지 배기장치는 폐쇄하여 화재로 인한 연기의 주변 확산을 차단하고 신속히 제연하여 인명피해를 최소화하는 기술이다.

최근 장대터널과 같이 터널의 길이가 길어지면서 환기시스템 방식도 기존에 제트팬을 사용하던 종류식 환기방식에서 풍도슬래브가 적용된 횡류식 환기시스템으로 변화하고 있다. 특히 교통량이 집중되는 수도권과 도심지 장대터널 및 지하차도에서는 기계환기시스템의 중요성이 더욱 높아지고 있다.
 
내화풍도슬래브 및 내화격벽 시공 기술
구체적으로 살펴보면 이 기술은 내화재료를 풍도슬래브 하단에 피복하여 구조물의 붕괴를 피할 수 있는 내화풍도슬래브로 구축된 기술이다. 반횡류식 또는 횡류식에 적용되는 환기덕트를 형성하게 되며 프리캐스트 공법과 내화몰탈 또는 내화패널과 같은 내화재료를 접목하여 구성된다. 이러한 내화풍도슬래브 및 내화격벽은 전용가설장비를 활용하여 시공된다.
 
이 기술은 국내외 최대화재강도인 300㎽급 RWS 화재 시나리오에 대한 내화성능 구축했으며 해외에서도 세계적 내화기준에 부합하는 환기·방재시스템이다.

또한 이 기술은 광폭터널에서 중간 지지없는 장스팬이 가능한 시스템과 300㎽급 내화강도에 대한 무기질계 내화재료로 구성된다. RWS 화재 시나리오에 대한 내화성능이 확보되어 화재시에 발생되는 화재열이 PS강선을 보호하여 화재 시에도 환기시설로서 풍도슬래브의 기능을 유지하게 되는 것이다.

또한 수평이동식 풍도슬래브 대차 및 원격조정 스윙베드 가설장비를 활용하여 터널내의 협소한 가설현장에서 시공성을 향상시키고 인력투입을 최소화하여 경제성을 확보했다.
 
 
 
공사비 17% 절감, 타공정 간섭 최소화
친환경 내화패널은 내화성, 내구성, 방수성, 단열성을 바탕으로 하는 친환경적인 내화패널이다. 내화패널은 무기질계 재료로 화재시에도 신체에 무해하고 자연친화적 소재로 독일 RABT & 네덜란드 RWS 화재온도 곡선에 따른 내화시험에서 ITA의 내화규정을 확보했다.

이러한 기술력을 바탕으로 풍도슬래브의 소요 두께를 약 20% 이상 절감할 수 있다. 풍도슬래브의 두께가 최소화되면 터널 및 지하차도의 건축한계인 층고높이를 줄일 수 있어 전체공사비를 절감할 수 있다.
 
아울러 이 기술은 터널이나 지하차도의 본체에 관한 공사가 마무리되고 브라켓이 시공되는 동안 공장이나 인근 제작장 프리텐션 제작대에서 롱라인 방식으로 사전제작되어 현장에서 조립 시공된다. 내화성능을 확보하기 위하여 거푸집 하단에 내화판넬을 깔고 프리텐션 프리캐스트 슬래브를 제작하는 공정에 따라 내화풍도슬래브가 제작되며, 제작이 완료되면 가설현장으로 운반되어 전용가설장비 크레인을 이용하여 설치된다. 이처럼 시공절차를 간소화하여 세그먼트 사이를 내화몰탈로 충진하면 횡류식 환기시스템이 완성되는 것이다.

이에 따라 기존의 현장타설 공법과 비교하여 공사비를 17% 이상 절감할 수 있으며 타공정간 간섭을 최소화하고 공사기간을 단축할 수 있어 조기완공에 따른 경제성을 확보할 수 있다.

최근 신도시 개발 및 도심지의 교통체증을 해결하기 위하여 많은 지하차도와 터널이 계획되고 있다. 이에 따라 터널의 방재와 내화에 선제적으로 대응하기 위하여 서울시에서는 화재강도를 100㎽ 기준으로 하는 방침을 언급하기도 했다. 국내에서도 인제터널을 비롯한 신림-봉천터널, 서부간선도로, 동부간선도로 지하화, 강변북로 확장공사 등에서 환기와 방재에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 무기질계 내화재를 피복한 프리캐스트 내화풍도슬래브(FPCS) 및 내화격벽(FPP) 제작과 스윙베드 가설장비를 이용한 이 기술은 국내외 건설공사 현장에서 활발히 적용될 것으로 기대된다.
 
김정현 기자 (ltmkjh@ltm.or.kr)
기자 김정현 기자        
작성일 2019-10-07 (월) 16:48
분류 건설신기술
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