As the distribution of vehicles and logistics increases due to the development of human civilization and the increase in population, various roads play an important role in domestic traffic and transportation. However, the recent emergence of large cities and new cities is causing traffic problems, and the increase in roads is inevitable for the smooth distribution of vehicles and logistics. In Korea, mountainous regions occupy 70% of the country, so tunnels are used to open roads. Without this, it is difficult to open the road. Currently, there are 3,720tunnels (as of December 31, 2023) installed on high-speed national highways, general national highways, and local roads nationwide, with a length of 2.499 and increasing every year. Accordingly, fire accidents in tunnels will also increase, and due to the nature of tunnel fire accidents, there is a high probability that they will escalate into large-scale disasters, resulting in casualties and property damage, as well as significant social losses due to the disruption of logistics transportation, etc. As the possibility of potential hazards is increasing, the purpose of this study is to build a safe and efficient tunnel system by optimizing maintenance and management for fire and disaster accidents in tunnels.

In recent years the tunnel construction is increasing worldwide because of development of science and technology and increasing of transportation demand. Tunnels are complex structures normally rectangular cross section or semicircular and constructed to connect between different sections of roads. Because of the importance, the construction and extension of road tunnels are also continuously increasing along with the development. According to data from the Korea Expressway Corporation, the number of road tunnels, which was 1,332 in 2010, increased rapidly by about 2.1 times over 10 years to a total of 2,742 in 2020. The extension of road tunnels is also on the trend of increasing, with a total of 945 km in 2010 reaching 2,157 km in 2020. The benefits of a double-deck tunnel are emphasized, particularly in terms of construction cost and convenience. This tunnel design incorporates a central slab, dividing the tunnel into upper and lower spaces. The versatility of a double-decker tunnel is evident in its ability to accommodate various uses for both levels. For instance, the upper level can function as vehicle roads, while the lower level can be designated for train tracks. In this study, the effect of RWS and modified hydrocarbon fire curve was applied to the concrete tunnel bracket through simulation to analyze the temperature after the fire occurrence.

PURPOSES : This study provides fundamental information on the temperature variations in tunnel structures during severe fire events. A fire event in a tunnel can drastically increase the internal temperature, which can significantly affect its structural safety. METHODS : Numerical simulations that consider various fire conditions are more efficient than experimental tests. The fire dynamic simulator (FDS) software, based on computational fluid dynamics (CFD) and developed by the National Institute of Standards and Technology, was used for the simulations. The variables included single and multiple accidents involving heavy goods vehicles carrying 27,000 liters of diesel fuel. Additionally, the concrete material characteristics of heat conductivity and specific heat were included in the analysis. The temperatures of concrete were investigated at various locations, surfaces, and inside the concrete at different depths. The obtained temperatures were verified to determine whether they reached the limits provided by the Fire Resistance Design for Road Tunnel (MOLIT 2021). RESULTS : For a fire caused by 27,000 liters of diesel, the fire intensity, expressed as the heat release rate, was approximately 160 MW. The increase in the carrying capacity of the fire source did not significantly affect the fire intensity; however, it affected the duration of the fire. The maximum temperature of concrete surface in the tunnel was approximately 1400 ℃ at some distance away in a longitudinal direction from the location of fire (not directly above). The temperature inside the concrete was successfully analyzed using FDS. The temperature inside the concrete decreased as the conductivity decreased and the specific heat increased. According to the Fire Resistance Design for Road Tunnel (MOLIT 2021), the internal temperatures should be within 380 ℃ and 250 ℃ for concrete and reinforcing steel, respectively. The temperatures were found to be approximately 380 ℃ and 100 ℃ in mist cases at depths of 5 cm and 10 cm, respectively, inside the concrete. CONCLUSIONS : The fire simulation studies indicated that the location of the maximum temperature was not directly above the fire, possibly because of fire-frame movements. During the final stage of the fire, the location of the highest temperature was immediately above the fire. During the fire in a tunnel with 27,000 liters of diesel, the maximum fire intensity was approximately 160 MW. The capacity of the fire source did not significantly affect the fire intensity, but affected the duration. Provided the concrete cover about 6 cm and 10 cm, both concrete and reinforcing steel can meet the required temperature limits of the Fire Resistance Design for Road Tunnel (MOLIT 2021). However, the results from this study are based on a few assumptions. Therefore, further studies should be conducted to include more specific numerical simulations and experimental tests that consider other variables, including tunnel shapes, fire sources, and locations.

This study attempted to analyze the comparative advantage in terms of disaster safety costs in verifying the effectiveness and economic feasibility of the high-performance water-bulwark system in the pole tunnel, which was recently promoted as a part of the acceleration of vehicles. The tunnel to be analyzed was divided into a short tunnel(Anyang, Cheonggye) and a long tunnel(Suraksan, Sapaesan). As a result, it was analyzed that 25% of the improvement effect would occur if one lane was secured by applying the Water-Bulwark System. It was analyzed that this is because the time value cost, which accounts for a large proportion of the traffic congestion cost of short tunnels and pole tunnels, differs depending on the congestion time and traffic volume, not the length of the tunnel.

PURPOSES : When fire event occurs in tunnel the reinforced concrete is exposed to very high temperature at a very short time period. This study investigates the tensile behavior of steel rebar that experienced high temperature. METHODS : The steel rebar was exposed to 200, 400, 600, and 800℃ following the ISO 834 temperature-time fire curve. Hightemperature- exposed steel rebars were tested using the UTM for their yielding and tensile strengths, and elongation rate. RESULTS : Up to an exposure temperature of 600℃, the tensile properties of the rebar did not vary considerably. However, at 800℃ (which corresponds to a temperature rise time of approximately 22 min), the rebar lost its yielding and tensile strength by approximately 27 and 13%, respectively, compared to the control specimen. Further, the elongation rate increased after exposure to 600℃. The above fundamental tensile test results can be a good reference for future guidelines in the repair manual for tunnels after severe fire events. CONCLUSIONS : When steel rebar experiences high temperatures of 800℃, the yield strength of the rebar reduces approximately 27%. This strength reduction can cause severe structural damage to tunnels that use reinforced concrete as the primary structural elements.

In general, fire accidents in tunnels are sufficiently preventable, but the damage is very large. Therefore, the number of highway traffic accidents is high in spring when spring fatigue occurs and the traffic volume for maple travel increases. In particular, when analyzing the cause of death of people killed in fire accidents in tunnels, it is analyzed that most of them are suffocated by smoke. Therefore, in this study, it can be said that it is meaningful to make a social contribution to reduce the number of traffic accident deaths by establishing an efficient fire suppression system for fire accidents in tunnels.

본 연구에서는 초/장대 철도터널 및 철도사고와 관련하여 기존 국내 소방대응체계 및 해외 소방대응체계를 분석하고 Golden time안에 소방관이 신속히 사고현장으로 접근하여 인명 구조 및 소방대응활동이 가능하도록 하는 시스템을 개발하는 것이 주목표라 할 수 있다. 국외 선진국에서는 매해 철도사고(도심철도 및 일반철도, 고속철도)가 빈번하게 발생하고 있어 철도사고에 대응하기 위하여 초장대터널 주변에 화재진압열차를 배치해 두고 있으며 일반 철도 사고발생시 출동이 가능하도록 Rail road형 특수소방차량이 개발되어 철도인근 소방서에서 즉각적인 대응을 하도록 시스템이 구축되어있다. 그러나 국내 고속철도 및 일반철도는 구조적으로 외부접근을 차단하기 위해서 방벽 및 고가다리에 위치하고 철도터널의 경우 소방법규에 적용을 받지 않아 소방 설비가 미 구축되어 터널내부에서 화재사고발생시 대형인명사고 발생할 가능성이 높다. 도심철도 또한 대부분이 지하에 설치된 초/장대터널 구조로 되어 있어 사고발생시 탈출하는 인원과 농연으로 인한 시야제한, 다양한 장애물로 인하여 외부에서의 소방관의 접근이 어려운 상황이다. 따라서, 국내에서도 국외에서처럼 철도 및 철도터널사고에 대응할 수 있는 특수소방차량의 개발이 필요한 상황이며 특히 노후화된 도심철도에 대한 소방대응기술의 개발 및 적용이 시급하다.

Recently, design and construction of street tunnels tend to focus on cost reduction and preservation of nature. Accordingly, research is actively being carried out to quickly detect fires when they occur in tunnels. In this study, a fire monitoring system that can accurately detect the location of fires in real time using shape memory alloy and optical cables was developed.

최근 도로터널은 비용절감 및 자연보호를 위하여 설계 및 시공이 증가되고 있는 추세이며, 이 때문에 반밀폐 구조인 터널내의 화재에 대비하여 화재 발생 시 신속히 감지할 수 있는 연구가 활발히 진행 중이다. 그 중에서도 광섬유 센서를 이용한 화재 감지법은 대역폭이 넓기 때문에 전송속도가 빠르고, 빛을 매개체로 하여 전기적인 간섭을 받지 않아 전송 도중에 정보 손실이 거의 없을 뿐만 아니라 노이즈 또한 적은 장점을 가지고 있어 이에 따른 연구와 현장 적용이 이루어지고 있다. 이와 관련하여 본 논문에서는 형상기억합금과 광케이블을 이용하여 실시간으로 화재 발생위치를 정확하게 감지할 수 있는 화재 감지 시스템을 개발하였다. 개발된 방법의 검증을 위하여 실내에서 온도변화에 따른 광 손실량 측정 실험을 수행하였으며, 거리 및 온도 등의 외부환경이 다른 지하공동구에 test bed를 설치하여 화재 모의실험을 수행하였다. 실험 결과 본 연구에서 개발한 화재감지시스템은 실시간으로 장거리 구간의 화재를 감지할 수 있는 것으로 나타났다.

최근 도심지와 산간지역에 설치되는 도로터널의 경우 터널개소의 증가와 장대화로 화재 사고가 점차 증가되고 있어 터널의 방재시설 강화가 요구되고 있다. 하지만 터널화재 발생시 대규모 인명피해가 발생될 수 있는 연기질식사 방지를 위한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 화재발생시 연기확산을 차단하여 질식사 최소화 및 대피시간을 확보 할 수 있는 에어커튼 시스템을 개발하였다. 에어커튼 시스템은 방재설계 사례를 기준으로 시뮬레이션(CFD)을 통한 최적화 방안(분사각도, 분사량 등)을 도출하였으며, 실내 Lab Test 및 실제 도로터널서 화재실험을 실시한 결과 차연성능을 발휘하였다. 이론적/실험적 검증을 통한 에어커튼 시스템 도입을 통하여 도로터널의 인명피해를 최소화 할 수 있는 새로운 방재시설로 발전되길 기대한다.

본 연구에서는 실물모형 화재시험 후 쉴드터널 라이닝의 손상평가를 수행하였다. 먼저 고온에 노출된 쉴드터널 라이닝의 코어 채취를 통해 잔존압축강도를 측정하고, X선 회절분석 및 열중량 분석으로 수열온도를 예측하였다. 코어 채취에 의해 측정된 잔존 압축강도를 통해 고온에 의한 부재의 강도저하를 평가할 수 있었다. 또한 정확한 수열온도 예측이 이루어진다면 기존의 연구결과를 통해 부재의 잔존압축강도를 추정할 수 있다. X선 회절분석 및 열중량 분석은 약 450℃의 온도를 기준으로 수열온도 예측이 가능하지만 정량적인 수열온도의 판단에는 한계가 있었다. 400~600℃의 수열온도범위에서는 기기분석에 의한 평가와 더불어 해석적 기법이 병행된다면 보다 정확한 수열온도 예측이 가능할 것이다.

최근 대륙간 연결사업 추진이 증가하면서 우리나라 주변에는 한-중과 한-일 철도 또는 도로 연결사업에 대한 논의가 진행되고 있다. 이 때 적용될 수 있는 기술은 해중터널, 해저터널, 침매 터널 등이 있다. 이중에서 해중 터널은 부력에 의하여 해중에 부유하거나 지지보가 자중을 부담하여 수중에 잔교식의 형태로 건설되는 터널의 형식을 말한다. 해중터널은 일반적인 교량, 침매터널, 해저터널의 보완구조물 혹은 대체 구조물로 건설이 가능하다. 해중터널에 대한 연구는 전 세계적으로 거의 초기 단계이기 때문에 다양한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 해중터널의 구조 성능 평가 중에 화재가 발생하였을 경우에 화재열이 해중터널에 미치는 영향성을 분석하고자 한다. 해중터널의 해석 모델은 일본에서 연구된 Funka Bay 해중 터널을 대상으로 해석을 수행하였으며, 다양한 화재가 발생하였을 경우에 화재열이 해중 터널 구조에 미치는 영향에 대해서 해석적으로 분석하였다.

산업의 발전과 소득의 증대는 국민들의 삶의 질 향상을 한층 더 요구하게 되어 보다 안전한 생활을 영위하고자 하는 욕구가 증대되고 있으며, 지난 2011년 3월 일본의 쓰나미 사건 이후 재해에 대한 많은 관심을 가지게 되었다. 뿐만 아니라 기후 환경의 급속한 변화로 환경을 보호하고자 하는 노력들이 계속되고 있으며 국내에서도 지난 2008년 국가비전으로 제시된 청정에너지와 녹색기술을 통해 에너지자립을 이루겠다는 녹색성장 기본법이 발효됨으로 각 분야에서의 친환경에 관한 필요가 증대되고 있다. 터널은 그 특성상 터널 내 재난 발생 시 효과적인 초기대응이 어렵고 인명피해 발생이 불가피하며, 오염물질의 제거가 어렵다. 따라서 터널이용자들이 재난발생시 용이하고 신속하게 대응할 수 있는 방재 시스템과 효과적이고 친환경적인 환경조성, 환기계획은 매우 중요한 요소이다. 본 논문에서는 기존터널에 부재되었던 친환경적인 요소를 부합한 신개념 Organic Green Tunnel 시스템을 제시하고자 한다.