매뉴얼의 두번째 파트는 고려해야 할 터널의 특별한 요소인 운영과 안전측면의 요건 을 설명하였다.
기하구조라는 장에서는 운영과 안전에 영향을 미치는 터널 기하구조 특성에 대하여 설명하였다.
운영과 안전에 관련된 구조적인 설비라는 장에서는 운영과 안전을 지원하고 터널 프로젝트의 초기 단계에서부터 반드시 고려해야 하는, 그리고 그 영향(특히 비용적인 영향)이 과소평가되지 말아야 하는 구조적 시설물에 대한 내용을 다루고 있다.
장비 및 시스템이라는 장에서는 다양한 타입의 터널 내 장비들을 검토하고, 장비들의 전체 라이프사이클을 고려한 권고안을 제시하였다.
마지막 장인 화재에 대한 대응이라는 장에서는 화재시의 재료, 구조, 장비들의 성능에 대하여 설명하였다.
본 매뉴얼 1장 "전략적 주제들"에 광범위하게 언급했듯이, 터널을 구상하는 초기 단계에 기하학적 특성을 결정해야 한다.
이러한 특성은 매우 다양하고 아래와 같이 분류할 수 있다.
이 장은 기술보고서 05.11.B " 일방향 도로터널의 단면 기하구조" 과 05.12.B "양방향 도로터널의 단면 설계".에 근거를 두고 있다.
6.1절 공법과 단면사이의 관계는 공법과 단면사이의 관계를 나태나고 있다.
6.2절 이론과 실제적인 터널 교통용량은 교통용량에 관한 이론적인 개념의 개요를 제공하고 있다.
6.3절 일반적인 노선의 선형 및 국가별 사례는 일부 국가에서 사용하는 구조를 포함하여 일반적인 도로의 선형에 관한 주요 규칙을 다루며, 터널 자체에서 노선 외에 기하구조 특성을 유지해야 할 필요성을 주장한다. (제한이 필요한 최대경사의 예외조항)
6.4절 도로의 기하구조는 일방향 및 양방향 도로터널의 횡방향 프로파일에 관한 것이다.
6.5절 수직 여유높이는 터널 여유높이에 관한 것이다.
6.6절 비상차로, 길어깨의 기하구조와 특수 요소는 터널을 따라 형성되는 다양한 안전과 관련된 특성들, 비상차로와 길어깨의 특성에 관한 것이다.
이 장은 ITA대표이며 C4위원회 협력회원인 Willy De Lathauwer (벨기에)가 집필하였다.
Fathi Tarada (영국)은 이 장을 감수하였다.
이번 장의 영어 번역 및 매뉴얼 웹페이지 게시는 류승완(한국도로공사 과장), 검토는 김남구(한국도로공사 부장)에 의해 수행되었다.
도로터널의 단면형상은 전형적으로 직사각형이나 원형이고 시공법에 따라 달라진다. 표 6.1-1은 일반적인 단면과 그 공법을 나타낸다.
적용된 형상의 치수는 교통량을 고려한 단면의 규모와 관련이 깊으며 다음의 이유로 달라진다.
상기 사항에 대한 대응은 나라별로 매우 다르다. 각 국가에서 각각의 상황에 대한 대응은 서로 다를 수 있으며, 시간이 지남에 따라 진화한다.
| 연번 | 단면 | 공법 | 설명 |
|---|---|---|---|
| 1 | 원형 | 터널보링기계(TBM) | 최근 일본에서 사각단면으로 확장되어 사용됨 |
| 2 | 사각형 | 침매터널 | 미국에서는 원형단면이 일반적으로 사용됨 |
| 3 | 사각형 | 개착터널 | 프리캐스트 공법은 차도 상단의 원형단면을 가능하게 할는 경우도 있음 |
| 4 | 마제형 | 발파 | 경암에 적용 |
| 5 | 원형왕관 및 타원형 인버트 | 굴착 | 경암에서는 마제형이 일반적임 |
도로의 이론적 용량은 시간당 자동차 통과대수로 정의한다. 15분동안 통과한 차량대수를 측정하고 이를 첨두시간으로 곱하여 결정한다. 이것은 절대적인 최고치라기 보다는 반복성에 근거한 합리적인 추정치라 할 수 있다. 교통용량은 오직 차로폭과 차로수, 길어깨, 단면의 경사도에 달려 있다. 주요한 교통이 경차 및 일반차량일 경우 교통 밀도가 최고가 되는 것이 명백하기 때문에 대형차 혼입율에 크게 의존하지 않는다. 별도의 제한이 없다면 이론 교통용량은 거의 2,200대/(시*차로) 에 달한다. 자세한 자료는 보고서 05.12.B의 4장 "도로 및 도로터널의 기하구조와 과한 용량 및 속도" 와 보고서 05.12.B의 3장 "교통속도와 교통밀도"에서 구할 수 있다.
실제 용량은 앞에서 언급한 제한사항(2,200대/(시간*차로))없이 이론교통용량에 근거하여 계산한다. 제한요소는 도로의 실제특성에 근거하여 적용되며 주요한 제한 요소로는
일방향 도로의 실제 용량 Cp 는 아래 공식에 의해 계산된다.
Cp= 2200 . N . Fw . Fhv . Fc 여기서 N은 차로수이다.
각종 계수들은 보고서 05.11.B의 4장 "도로와 도로터널의 기하구조와 관련된 용량 및 속도"와 보고서 05.12.B의 3장 "교통속도 및 밀도”에서 주어진 공식과 테이블에 따라 상세히 계산되고 채택될 수 있다.
더 많은 정보는 운송 연구 그룹(미국)에서 출판한 HCM(고속도로 용량 매뉴얼)에서 찾을 수 있다.
작은 곡선은 피해야 하며, 특히 직선 선형에 연결되는 경우는 더욱 그러하다. 최소한의 곡률은 550~600m 정도가 되야 한다. 측방여유폭은 곡선부에서의 종방향 시계를 고려해야 한다.
도심지 터널에서는 설계속도를 정상 교통흐름에서의 실제속도와 가깝게 고려해야 한다.
속도에 대한 영향으로 종방향 하향경사는 더 많은 교통사고를 야기할 수 있다. 특히 교통량의 많은경우(하행교통의 속도증가) 더욱 그러하다.
축소단면은 교통사고를 야기한다. 일반 도로와 달리 터널에서 차량의 속도는 매우 빠르고, 이로인해 교통량이 많은 경우 사고를 유발한다.
터널 내부와 접근로의 길어깨 폭이 일반도로보다 작을경우 터널 입출구 전방에서 차로폭이 가능한 부드럽게 변경되도록 주의를 기울여야 한다. 보고서 2008R17의 4.7장 "터널 입출구 설계"를 참고
사각단면 터널이나 천정에 환기구가 있는 터널에서 통과높이 위반차량에 의한 사고가 종종 발생한다.
터널 각 방향 입구 전방에 회차로 및 통과높이 위반차량의 정지시스템 설치를 권고한다.
추가 정보는 보고서05.04.B의 IV.2.6절 "통과높이”를 참고하기 바란다.
양방향터널은 일방향터널에 비해 더 많은 사고가 발생한다. 운전자가 일반적인 경사의 터널에서 추월금지를 익히 알고 있음에도 불구하고 말이다. 급경사의 경우 저속차량을 위한 차로를 추가하는 것은 적절하다.
일최대교통량을 소화하기 위해서 교통방향을 변경하는 것을 강력히 추천한다.
양방향터널 자동차 전용터널로서 경제적일 수 있는데, 경제성 고려시 우선 양방향터널의 교통 운영을 고려하고 향후 일방향터널로 변경을 고려한다. 양방향 교통수요를 염두에 둔 터널폭을 설계하되 그와 유사하게 최대교통량(휴가철)을 소화하기 위하여 충분히 넓은 폭을 고려해야 한다는 단서조항이 필요하다. 이러한 사항이 안전의 관점에서 만족스럽다 할지라도 가능한 지양하여야 하고 도심지 터널의 경우 금지해야 한다.
지하 진출입로(진출입 차로)는 사고의 위험이 있으므로 적절히 설계되어야 한다. 조명설비는 운전자가 직면하게 되는 기하학적 변화와 이러한 특이점에 역점을 두고 설계되어야 한다.
진출입 IC는 터널 입출구로부터 멀리 떨어져 설치되어야 한다. 터널 출구부 인근에 진출입로가 설치된 경우 인명사고를 포함한 많은 사고가 발생한다. 공간적 제약으로 인해 터널 출구부 인근에 진출입로가 설치되는 경우 터널내부에 진출입로를 위한 추가차로의 설치를 고려하는것이 적절하다.
용어의 정의는 다음과 같다.
그림 6.4-1 : 도로단면의 예
상세정보는 보고서05.11.B 2장 “용어사전”을 참고하라.
용이한 유지관리를 위해 도로는 기능에 의한 계층으로 분류된다. 최상위 분류 도로망은 유럽의 도로망(TERN), 미국의 주간 고속도로와 같은 주와 주사이의 연결망이다. 국제도로망은 도시 지역과 국제경제 중심지를 연결하는 노선으로 구성된다. 간선망은 지역 도시사이를 연결한다. 다른 기능의 도로망이나 노선에 대한 필요기능은 속도, 혼잡수준, 교차지점 사이의 거리 등에 의해 표현된다.
대부분의 국가는 도로 기하구조가 가져야하는 지침과 가이드라인을 가지고 있다. 국제 가이드라인에 대한 비교는 보고서05.11.B. 5장 “차선과 도로”에서 볼 수 있다.
| 국가 및 지침명 | 설계속도 또는 기준속도 (km/h) | 차로폭 (m) | 차선폭 (m) | 도로폭 (m) |
|---|---|---|---|---|
| 오스트리아 RVS 9.232 | 80 - 100 | 3.50 | 0.15 | 7.00 |
| 덴마크 (Practise) | 90 - 120 | 3.60 | 0.10 | 7.20 |
| 프랑스 (CETu) | 80 - 100 | 3.50 | ? | 7.00 |
| 독일 | 100 (26 T, 26 Tr) | 3.50 | 0.15 | 7.00 |
| 독일 RAS-Q 1996 | 70 (26 t) | 3.50 | 0.15 | 7.00 |
| 독일 RABT 94 | 110 (29.5 T) | 3.75 | 0.15 | 7.50 |
| 일본 | 80 - 120 | 3.50 | 7.00 | |
| 일본 Road Structure Ordinance | 60 | 3.25 | 6.50 |
설계속도 100km/h인 터널에서 한 차로의 폭은 3.5m 이상이 이상적이다. 터널에서 속도제한(80km/h 또는 60km/h) 도입이 필요한 경우(부득이한 급커브, 기존 시가지에서 소음감소, 비용절감), 차로폭 제한조치(예 3.25m)가 운전자가 속도를 줄이게 되는 속도제한을 심리학적으로 뒷받침한다. 이것은 일반적으로 빈번한 통제와 높은 벌금이라는 수단으로 시행된다. 경차만 허용되는 도시터널에서는 더 좁은 차로가 인정된다. 곡선차로에서는, 구조물의 너비에서 포장의 휨 현상에 끼치는 영향에 대한 주의를 요한다.
추가자료는 보고서05.11.B 5장 "차선과 도로"및 보고서05.12.B 7.1~7.5절 "단면 기하구조"에서 참고할 수 있다.
차량과 터널 천정사이의 공간(이하 헤드룸)은 허용가능한 대형트럭(HGV)의 최고 높이보다 커야하고, 포장면의 시공오차에 따른 차량의 이동을 허용하기 위한 추가적인 여유공간이 필요하다. 이 여유공간은 차로폭과 차량의 실제폭의 차이와 비슷하게 구성된다.
최소 헤드룸은 대형차량의 최고 높이에 의존하며 국가별로 다르다. 유럽 국가에서는 대형트럭의 최고높이가 4.0m 이다. 어떤 나라는 미국 및 영국보다 더 높다. 보고서 05.11.B 7장 "유지관리를 위한 여유공간" 참고
유럽연합에서의 대형트럭 최고높이는 제네바회의에서 4.3m를 허용함에도 불구하고, 4m를 적용하였다. 대형트럭의 수직적 운동을 흡수하기위해 이들 최고높이에 0.2m 여유가 추가된가면, 최소 수직여유높이는 4.2m(4.5m)가 된다.
이런 최소 여유높이 외에, 대형트럭 운전자의 편의를 위해 추가의 헤드룸이 필요하다. 이런 편의를 위한 여유공간은 목적 거리와 관련이 있다. 최소 높이와 편의여유를 더하여 관리용 헤드룸을 산정한다. 편의여유를 0.3m 주었다면, 관리용 헤드룸은 4.5m(제네바 협회 4.8m, 영국 5.35m, 미국 고속도로 4.9m, 미국 고속도로외 4.3m)가 된다.
방수포의 늘어짐으로 인한 차로상부 설치장비의 손상을 방지하기 위해 종종 추가적인 허용량을 적용하기도 한다.
마지막으로 시공오차, 지붕의 휘어짐, 차후 재포장 높이를 위한 추가 허용량이 적용되어야만 한다. 보고서05.11.B 7장 "관리 헤드룸" 과 보고서05.12.B 7.8장 "수직여유높이" 를 참고하라.
낮은 높이의 도시터널 기하구조 설계와 같이 특별한 케이스는 따로 다룰 것이다. 왜냐하면, 이런 터널은 주로 승용차나 일부 제한된 종류의 벤을 위한 것이기 때문이다.
프랑스에서 모든 연구가 이루어졌으며 승용차의 주둔에 따른 다음의 특성을 나타낸다. "낮은 높이의 도시터널 기하구조 설계” (Routes/Roads 288 - 1995) 을 참고하라.
전달과 비교를 명확하고 용이하게 하기 위하여 차로와 길어깨에 대하여 최소 조건을 정의하는 것이 필요하다. 기술보고서 05.11.B 작성한 소그룹은 다음 용어를 적용하기로 결정했다.
길어깨의 치수와 필요조건에 대해서는 국가별로 매우 상이한 반면, 차로의 치수와 사용에 대해서는 일반적인 합의가 있는 것으로 보이며 이 차이점은 타당하다. 비상차로는 “비상시 차량을 정차하기 위한 공간”으로 정의된다.
개방된 자동차전용도로에는 대개 비상차로가 있다. 터널의 경우 비상차로는 경제적인 이유로 제한되기도 하는데, 이런 제한이 고장차량이 주행차로를 점유하지 않고 주행차로에 인접한 비상차로에 정차하는 것을 불가능하게 하고, 그럼으로써 교통흐름을 방해할 수 있다.
길어깨의 기하구조는 국가별로 상이하다. 즉, 일반적인 원칙이나 모양이 없다. 많은 나라에서, 비용의 이유로 비상차로의 폭을 너무 좁게 만들어 차량을 적절히 정차할 수 없는 경우가 있어 특정거리마다 비상주차대를 제공한다. 그러나 노르웨이나 스페인에서는 고장차량의 40%만이 비상주차대에 도착하거나 이용한다는 통계가 있고, 이것은 비상주차대가 비상차로의 완벽한 대안이 되지 못한다는 것을 보여준다. 기술보고서 05.4.B III장 "차량, 기계의 고장" 의 8절에서 10절을 참고하라.
비상주차대나 다른 측면 장애물들이 터널 이용객에게 미치는 위험에 대한 연구는 기술보고서 2016R16EN “비상주차대와 측면 장애물에 대한 보호 : 유럽의 현재 사례”에 기술되었다. 이 보고서에는 비상주차대의 숫자와 구조에 대한 정보수집 및 비상주차대와 다른 측면 장애물과 관련된 사고의 피트백, 관련된 다른 연구와 정보를 수집하기 위하여 몇몇 유럽국가에서 수행된 조사결과가 수록되어 있다. 기본적으로 측면 장애물과 관련된 이용객의 안전 향상을 위하여 수행되었고, 수행된 연구의 일반적인 결론이 수록되어 있다.
비상차로는 고장으로 발이 묶인 차량을 차로 바깥에 정차가 가능하도록 해야 한다. 따라서 차선표시 가장자리로부터 측정한 너비가 적어도 승용차의 폭(1.75m)에 운전자가 하차하기 위한 너비 0.5m를 더하여 2.45m 는 되어야 한다.
대형트럭의 경우 차로 바깥쪽에 정차하기 위해(2.50 + 0.50 + 0.20 =) 3.20 m 의 폭이 필요하며, 이는 보고서05.11.B 6장 "길어깨" 편에 설명되어 있다.
그림 6.6-1 : 길어깨에서 방호벽의 전형적인 배치
방호벽은 보통 “터널 측벽에 충돌하는 차량을 교통방향으로 안전하게 이끌기 위한 구조체”를 말한다. 이것은 차량이 터널벽면에 충돌하는 것을 방지하기 위해 폴 위에 지지하는 유연하거나 부서지기 쉬운 가드레일과는 다르다.
터널의 경우 목적 거리가 차선마킹 안쪽 모서리에서 보도 경계석, 방호벽 또는 가드레일의 전면, 터널벽면까지의 거리에 의해 결정되는지 여부를 확인해야 한다. 낮은 보행통로가 낮게 설치되었을 경우 터널벽까지의 거리는 충분하다는 것은 일반적인 견해이나, 보행통로가 없을때는 기초나 방호벽 상단까지의 거리를 고려하여야 한다.
특히, 터널에서는 운전자가 선호하는 벽면(또는 보행통로, 가드레일, 방호벽)과의 특정 거리가 있는데, 이는 어떤 대상에 시야가 고정되었을때 시야각의 이동이 더 작기 때문이다. 경험적으로 터널에서 목적 거리가 인접한 운전자의 거리보다 가까운 경우 터널 벽면과의 거리를 유지하기 위해 경로를 변경한다는 사례를 볼 수 있다. 보고서05.11.B 6장 "길어깨"를 참고하기 바람.
만약 차선을 벗어난 차량이 제시간에 방향을 바꾸지 못할 경우 터널벽면과의 충돌로 인한 피해를 최소화할 필요가 있으며, 이는 방호벽이나 가드레일을 통해 가능하다. 방호벽은 가드레일보다 적은 설치공간을 필요로 하며, 차량이 방호벽과 작은 각도(예각)로 충돌할때, 차량은 교통방향의 후방으로 인도되어 중대사고를 피할 수 있다. 차량이 방호벽과 큰 각도(둔각)로 충돌시, 충돌의 결과는 더욱 심각할 것이다. 방향을 벗어난 차량의 방향을 정확히 하거나 재조정하는 면에서 가드레일은 방호벽만큼 효과적이 않지만, 둔각으로 충돌하는 경우에는 피해를 경감시킬 수 있다. 이런 이유로 좁은 비상차로의 경우에는 방호벽을, 넓은 비상차로의 경우는 가드레일이 선호된다.
가드레일은 휘어지는 공간이 필요하며, 이것은 터널 안에서 추가의 너비가 필요하다는 것을 의미한다. 이는 경제적인 관점에서 실현 불가능하다. 특히 제한된 속도에서, 방호벽은 그 기능을 잘 수행한다. 게다가 방호벽은 유지관리 또한 적게 필요로 한다.
교통 운영을 위한 기본적인 터널 단면 및 형상외에도, 터널환경에서 필요한 특정 운영조건 및 안전 요구조건에 의해 대부분의 터널에 특별한 시설물이 요구되어진다.
비상 탈출로는 노선에서 안전한 장소로 이용객의 대피를 돕기 위하여 단터널을 제외한 모든 터널에 설치되어 있고, 다양한 형태의 비상 탈출로에 대한 자료가 7.1절 비상 탈출구에 수록되어 있다. 이런 비상 탈출로에는 보행자를 위한 터널 튜브간의 연결이나 연결로의 설치, 비상시 안전하게 머무를 수 있도록 설계된 대피소, 안전 갤러리(통로)들이 있으며, 터널의 진행방향을 따라 설치되거나, 통행로 하부, 외부로 직접 연결되는 부분에 설치된다.
7.2절 차량용 시설들은 차량들을 위한 설비에 대한 내용으로 구성된다. 이런 설비들에는 비상 주차대, 회차 공간, 차량용 연결통로 등이 있으며 차량의 고장이나 회차, 연결 통로를 이용한 우회, 비상차량이 사고시에 사용하거나 유지관리의 편의, 사고시 일반 차량의 교통관리를 위해 사용된다.
7.3절 안전 여유공간은 안전한 정차를 위한 터널 형상에 대한 부분으로, 터널 진행방향에 따라 일정간격으로 설치되며, 고장 차량이 주행차로에 정차하는 상황을 방지하여 다른 차량의 진행 방해에 의한 위험을 최소화하기 위하여 설치된다.
배수시스템은 유류운반 차량의 누출사고시나 터널내부 벽면청소에 의한 물고임 현상을 최소화하기 위하여 중요하다. 인화성 액체의 누출사고가 발생하면 배수시스템에 의해 화재의 크기가 결정되며, 7.4절 터널 배수시스템에는 도로터널에 적용 가능한 다양한 형태의 배수시스템에 대한 자료를 수록하였다.
7.5절 기타 설비들은 터널 입출구 및 그 내부에 설치되는 다른 설비들에 대한 사항을 설명하였다.
이번 장은 Robin Hall (영국)에 의해 작성되었다.
이번 장의 영어 번역 및 매뉴얼 웹페이지 게시는 류승완(한국도로공사 과장), 검토는 김남구(한국도로공사 부장)에 의해 수행되었다.
비상 탈출구는 비상시 차도에서 안전한 장소로 터널 이용객의 대피를 위하여 단터널을 제외한 모든 터널에 설치된다. 단터널에서는 터널 입출구가 비상 탈출구의 역할을 한다. 그러나 대부분의 터널에서 이용객이 안전한 장소로 대피하기 위한 거리를 줄이기 위해 추가적인 비상 탈출구가 필요하다.
비상 탈출구는 다음과 같이 다양한 형태로 구성된다.
그림 7.1-1은 종류식 환기설비를 가진 일방향 터널의 일반적인 대피 형태를 나타내었다.
그림 7.1-1 : 종류환기방식 일방향터널의 일반적인 대피 형태
비상 탈출구의 적절한 간격은 다음 요소에 영향을 받는다.
두개의 비상 탈출구간의 적정 설치거리는 100~500m 사이이다.
중요한 설계 원칙은 다음과 같다.
그림 7.1-2 : 탈출구의 설계 예시 (MontBlanc터널 : 프랑스 - 이탈리아)
비상 탈출구의 더 상세한 논의는 기술보고서 1999 05.05.B “도로터널의 화재 및 연기 제어”와 더 최신 보고서인 기술보고서 2007. 05.16.B “도로터널의 화재 및 연기제어 시스템과 장비”에 수록되었다.
대부분의 도로터널에는 비상차로가 설치되어 있지 않다. 때문에 고장 차량이나 다른 문제로 정차된 차량이 있는 경우 교통밀도에 따라 차량정체가 발생한다. 독일과 프랑스의 통계에 따르면 비상차로를 가지고 있는 터널이 비상차로를 가지고 있지 않은 터널에 비해 더 안전하다는 것이 밝혀졌다.(기술보고서 2007R17 “이용객에 대한 인간 행동과 도로터널의 안전”)
비상주차대는 주행차로에 영향을 주지 않고 차량의 정차를 가능하게 해준다. 이는 교통장애 요소의 감소와 충돌의 위험을 줄여준다. 비상전화를 사용하기 위한 정차등과 같은 상황에서 비상주차대에 차량을 정차하고 내리면 더 쉽고 안전하게 이용 가능하다. 교통흐름으로부터의 대피는 특별히 장애인들에게 더 중요하다. 또한 터널의 유지관리 활동이나 유지관리 차량의 안전한 주차를 위해서도 중요하다.
비상주차대의 설치간격은 터널별로 상이하다. 기술보고서 1995 05.04.B “터널내의 도로 안전”에는 일반적으로 활용도가 매우 낮다고 기술하고 있으나, 어떤 나라에서는 도로터널의 등급에 따라 비상주차대 설치간격을 규정하고 있다. 비상주차대가 있는 터널에서 고장차량의 비상주차대 이용율은 20%에 불과하며, 이 활용도를 높이도록 권고하고 있다.
그림 7.2-1 : 터널 갤러리 설치 사례
장대터널에서는 차량이 회차하거나 다른 연결로로 넘어갈 수 있는 시설을 가지고 있는 경우도 있다. 이런 시설들은 유지관리 활동과 사고시 비상차량의 운행과 일반차량의 교통관리에 매우 유용하다. 몇몇나라에서는 대형차 회차공간을 설치하고 있는데, 이는 일반 승용차와 승합차는 통상적인 비상주차대에서 회차가 가능하나 대형차량이나 버스는 더 큰 공간을 필요로 하기 때문이다. 이런 대형 회차공간은 4mÍ17m 정도의 크기를 가지거나 이보다 더 크다(기술보고서 1999 05.05.B “도로터널의 화재와 연기제어”를 참고하기 바람). 대형 회차공간이 설치될 경우 1~2km 간격으로 설치된다.
대부분의 터널에는 사고시나 차량 고장시 터널 이용객들이 사용 가능하도록 일정 간격으로 비상전화 및 휴대용 소화기, 소방호스 등을 구비한 응급 정거장을 가지고 있다.
이런 응급 정거장의 위치와 형태는 매우 다양하며, 터널 벽면에 단순한 박스형태로 설치되거나 (문의 설치 유무에 따라)터널과 분리되는 독립공간으로 구성되는 경우도 있다. 이런 공간은 고장차량이 주행차로를 점유하는 것을 방지하고 교통흐름의 차단으로 생기는 위험을 최소화할 수 있다.
폐쇄공포증을 방지하기 위하여 폐쇄된 응급 정류장은 특별한 유리문의 사용이 권장된다. 또다른 대안은 문의 사용을 억제하고, 노이즈 제거장치등을 설치하여 양질의 통신시스템을 보장하는 것이다.
기술보고서 2008R17 “이용객에 대한 인적요소와 도로터널의 안전”에 시설설계에 관련된 인간의 요소 고려에 대한 사항이 수록되었다. 적절한 설계를 위하여는 명확한 의사표명을 통한 정확한 정의가 필요하다.
응급 정거장에 필요한 장비에 대한 논의는 8장 장비와 시스템에 수록되었다.
그림 7.4-1: 터널 저수조와 배수펌프 설치 사례
도로터널에는 입출구부와 라이닝을 통해 들어오는 지하용출수, 노면 청소수, 유류 운반차량의 누출과 소화수의 처리를 위한 배수시스템이 설치되어 있다.
위험물의 운송이 허락된 경우에 인화성 물질과 독성물질의 배수는 매우 중요한 문제이다. 유류운반차량의 누출시 배수시스템은 화재의 크기를 줄이는데 매우 중요하다. 인화성 액체의 유출시 배수시스템은 화재의 피해를 줄이는데 주요한 역할을 한다.
배수시스템은 통상 배수로와 찬넬, 배관, 저수조, 펌프, 유수분리기, 집수 및 저장, 분류와 폐수 처리를 위한 제어시스템으로 구성되며, 도로면에서 주로 수집된다. 일부 국가에서는 배수 성능을 극대화시키기 위해 홈통 배수로를 사용을 규정하기도 한다. 저수조와 펌프는 일반적으로 터널 입출구와 최저점에 설치된다.
터널 건설과 운영에 의한 수질문제에 미치는 영향은 5.3절 수질 문제에서 논의되었다.
터널 입출구와 내부에 설치되는 기타 설비는 다음과 같다.
Fig. 7.5.1-1 : Example of an emergency recess
비상공간은 7.3절 안전 여유공간에서 논의된 바와 같이 안전 여유공간과 비상전화, 휴대용 소화기 등이 함께 설치될 수도 있다.
그림 7.5.2-1 : 터널 장비실 설치 사례
많은 터널에서 터널내부에 변전소, 기계실, 전기실, 통신실, 제어 장비실등이 설치되는 경우가 있다.
장비실의 배치와 크기는 일반 건물의 장비실에 적용되는 규칙과 동일하게 적용된다. 예를 들어 적절한 공간의 산정에는 캐비닛 문의 개구와 작동 스위치의 동작에 필요한 공간을 고려하여야 한다. 전선의 설치와 굽힘 반경등은 터널 발파부와 터널 건설의 제한조건 때문에 외부 건물에 설치되는 경우보다 더 중요하다.
터널 장비실의 안전한 접근로 확보 방안도 고려하여야 한다. 이런 고려는 터널 발파가 끝나기 전에만 고려 가능하다.
일부 터널에서는 비상주차대를 터널의 운행제한 없이 장비실로의 접근과 유지관리 차량의 안전한 정차공간으로 활용한다.
일방향 터널에서 한쪽방향의 출구부와 반대방향의 입구부 사이에는 바람의 방향과 지형적인 조건에 따라 상당한 공기의 재순환이 발생할 수 있다. 동일한 문제가 반횡류식 환기시스템의 신선공기 흡입구와 터널 출구부 사이에서 발생 가능하다.
자연환기를 하는 단터널에서는 상관이 없지만, 장대터널에서는 이런 현상을 감소시켜야만 한다. 상황에 따라서는 분리벽이 터널 입출구에서 20~40m까지 확장되어야 하기도 한다. 더 자세한 사항은 보고서 1995 05.02.B”도로터널의 배출량, 환경, 환기”의 4.2.3장 “재순환”부분을 참조하기 바란다.
수백미터 이상 터널의 경우, 평상시 및 사고시에 터널 이용객의 안전을 위하여 특별한 시설의 설치가 필요하다.
사고 위험을 경감시키고 가능한 사고로 인한 효과를 제한하기 위해, 또한 운전자에게 적정한 수준의 편의를 제공하기 위해, 다양한 시설이 설치될 수 있다.
보고서 05.06.B 7장 "도로터널 운전비용 절감" 편은 도로터널의 시설물을 보고서 2008R15 3장 “도시터널” 은 시설물의 설계와 관리에 관한 세부사항을 다루고 있다.
터널에 설치되는 각종 시설물은 막대한 양의 전력을 필요로 한다. 전력공급시스템은 (8.1절 전력공급) 평상시 및 비상시에 충분한 전력을 공급할 수 있어야 하며, 이는 전력시스템 정전시에도 최소한의 필수시설에 전력공급을 위하여 작동되어야 함을 의미하며 이러한 시설의 상태감시 또한 가능해야 한다. 이러한 이유로 SCADA 시스템(8.2절 감시제어 및 데이터저장 시스템)이 도입되기도 한다.
이러한 시설중 하나로 통신설비와 경보설비가 있으며(8.3절 통신 및 경보시스템), 이는 터널안의 상황을 주기적으로 체크하고 운영자에게 위험 또는 사고를 알리는 설비들을 포함한다. 감시시스템과 교통제어시스템(8.8절 교통통제 및 감시시스템)과 함께 자동 유고감지시스템, 연기/화재감지기 같은 감지시스템이 설치되기도 한다. 이러한 유고 정보는 비상벨이나 비상전화를 통한 수동전달이 가능하며, 비상전화의 경우 터널에 있는 사람과 관리요원간의 의사소통이 가능하다. 터널 관리요원은 비상전화를 통해 터널 내부에 있는 사람의 상태와 위치등에 관한 추가정보를 얻을 수 있고 그들에게 필요한 정보를 제공할 수도 있어 매우 유용한 설비이다. 앞에서 나열한 설비들은 터널 이용자에게 위험을 알리거나 개입을 조정하는 수단으로도 사용된다. 스피커설비, FM재방송설비, 긴급구조대도 유사한 목적으로 이용이 가능하다.
터널 이용자의 편의 및 사고위험의 경감을 위해 적정한 시계확보와 오염농도 저감이 중요하고, 이를 위해 적절한 조명설비(8.4절 조명)와 환기설비(8.5절 환기)의 도입이 필요하다. 환기는 비상시에 화재성장 및 연기확산에 영향을 끼치기 때문에 매우 중요하다. 환기방식은 교통량과 터널연장에 따라 자연환기와 기계환기 또는 두 방식의 복합, 즉 평상시에는 자연환기를 비상시에는 기계환기를 하는 등의 방법이 가능하다. 추가적으로, 신호설비(8.9절 표지판)는 장애물이나 위험상황의 강조와 비상구, 비상벨, 소화기 등의 위치식별을 돕는 역할을 한다.
사고로 인한 화재발생시 이를 진화하기 위한 설비가 필요한데, 터널 이용자를 위한 소방설비와 소방대(8.6절 터널 이용자와 소방대를 위한 소방시설)를 위한 설비, 그리고 자동으로 작동하는 고정식 소화설비(8.7절 고정식 소방설비) 등이 있다. 이런 사고상황에서 차단막은(8.10절 차단막) 사고발생 시점에 터널외부에서 내부로의 진입을 차단하는 중요한 역할을 하게 된다.
이 장은 C4위원회의 그룹1, 그룹4(2008-2011)가 집필하였다.
터널설비의 대부분은 전력으로 동작하므로 전력공급설비는 반드시 설치되어야 하며 아래 두 가지의 필수사항을 만족해야 한다.
터널에 공급되는 전력은 전적으로 터널에 설치된 시설의 특성과 수량에 의해 결정되며, 전력량(kWh)에 따라 저압 또는 고압으로 공급될 수 있다.
모든 국가는 배전망에 있어서 터널과 특정구조물에 대한 규제조항이 있으며 건물과 터널에 있어서 매우 다른 양상을 보일 수 있다. 그러나, 기본적인 사항은 동일하며 아래와 같다.
도로터널에서 각 시설들은 터널 이용자의 안전을 위해 중요한 역할을 수행한다. 따라서 터널 관리자는 이러한 시설의 상태(정상동작 또는 오류), 운전모드(자동, 수동 또는 정지) 등을 지속적으로 감시해야 한다.
많은 장비는 센서에 의해 제어되고, 미리 결정된 운전조건에서 자동으로 작동한다. 운전조건에 따라 활성화 또는 비활성화되는 장비도 있다. 이런 방법으로 관리자는 이들 장비(신호설비, VMS, 차단막, 환기설비, 조명설비, 펌프 등)의 원격제어가 가능하다.
최근 장비의 운전형태가 매우 다양해져서(연속운전, 간헐운전 등) 관리자가 각 장비의 운전시간에 대한 정보를 숙지하는 것이 필수적이다.
이러한 감시, 제어-명령, 데이터의 보관 기능은 하나의 시스템(감시제어 및 데이터 저장 시스템, SCADA) 의해 수행된다.
몇몇 SCADA시스템은 세계적으로 통용되고 성능도 계속 향상되고 있다. 비슷한 특징의 도로터널에서라도 이런 시스템이 완전히 동일한 경우는 드물며, 같은 관리자에게도 그렇다.
이런 시스템의 구조에 관한 다음과 같이 규칙이 통용되고 있다.
터널 관리자와 터널 이용자간의 의사소통은 매우 중요한데, 양방향 소통이 가능하여야 하며 모든 상황(평상시, 긴급시 등)에서 유효한 소통이 이루어져야 한다.
몇몇 장비들이 이러한 소통기능(경보설비는 통신의 한 형태로 간주한다)을 보장하고, 이러한 장비들이 모두 동일한 기능을 제공하지는 않는데, 일부는 터널 이용자에서 터널 관리자로 정보를 전송하고(비상벨, 피난설비 사용시 자동경보 등), 일부는 관리자에서 이용자로 전송한다(FM문자방송, 스피커)
터널 이용자는 비상전화를 통해 제어센터와 연락이 가능하고, 이 비상전화는 음성통화뿐만 아니라 위치정보도 제공할 수 있다.
비상전화는 함 안에 수납하여 일정 간격으로 설치되거나, 다양한 형태의 비상정거장에 설치된다. 비상전화기 사이 간격은 법조항에 의해 정해지는 경우가 많으며 국가별로 상이하다.
비상전화기의 구조는 매우 간단하다. 비상전화는 대개 터널로부터 걸려온 전화를 받는 제어실과 연결되는데, 이 제어실은 대개는 제어센터에 위치하고, 때로는 해당터널이 있는 지역 관할의 경찰지구대 구내에 위치하기도 한다.
비상벨은 이용자가 터널 내 사고발생시 제어센터에 경보신호를 보내는데 이용되며, 설치비가 저렴하여 짧은간격으로 설치될 수 있다.
이 설비는 특정규모의 터널에서 비상전화와 중복되고 제어센터와 터널이용자간 양방향 통신을 지원하지 않는다는 이유로 많이 이용되지는 않는다.
앞에서 언급했듯이, 터널 이용자는 비상시에 터널내부에 있는 비상전화, 비상벨과 같은 장비를 이용할 수 있다. 또한 대부분의 터널에서 소화기, 비상구의 이용 또한 가능하다.
터널 이용자가 이들 사용할 때, 관리자의 적절한 조치가 취할수 있도록 가능한 신속하게 관리자에게 통보되어야 한다. 비상전화나 비상벨이 설치되어 있다면 통화나 알람 정보를 제어센터에서 받을 수 있으므로 어려운 일은 아니다. 제어센터 외의 장소에서는 비상전화 사용이 종료되면, 제어센터에 알리기 위한 일련의 절차가 진행되어야 하고 해당전화를 수신한 기관은 이를 즉시 제어센터에 통보하여야 한다.
소화기와 비상구의 경우 센서가 설치되어 있어 상태정보가 SCADA 시스템을 통하여 제어센터에 통보되며, 관리자는 이를 통해여 터널 이용자가 도움이 필요한지 여부를 알 수 있다.
소화기의 경우, 소화기함의 개방이나 소화기 인출관련 정보를 제공한다. 비상구의 경우도 비상문의 개방 또는 비상구를 이용하는 이용자의 존재를 감지해 정보를 송출한다.
터널에 비디오 감시장치가 설치되었을 때(8.8절 교통통제 및 감시시스템 참고), 터널 및 그 주위로부터 전송된 이미지는 제어센터에 설치된 디스플레이 장치에 표출된다. 관리자가 수시간 동안 변함없이 다수의 영상을 동시에 감시하는 것은 사실상 어려운 일이다.
이러한 어려움에 대한 해결책으로, 관리자는 유고를 감지하기 위해 자동제어시스템을 이용한다. 일부 국가에서는 특정터널에 대하여 자동제어시스템의 설치를 의무화 하기도 한다.
자동유고감지(AID)는 주로 터널에 설치되어 있는 카메라로부터 전송된 영상이미지를 컴퓨터를 통한 분석에 의해 이루어진다.
종종 교통정체 이후(교통사고 이후) 차량화재가 확대되기 때문에, AID시스템으로부터 ‘정지차량’ 에 대한 경보가 온도나 연기감지기 같은 다른 시스템보다 먼저 송출된다. AID에 의한 초기경보는 터널관리자가 유고 위치와 상태를 확인하는데 도움을 주어 효과적인 조치를 가능하게 하고, 이것은 최적의 환기운전의 선택, 유고지점 후행차량에 대한 신속한 경고 등을 통한 2차 사고방지 등의 효과로 나타날 수 있다. 또한 터널 긴급구조요청, 터널진입차단, VMS 및 라디오를 통한 메시지 송출, 터널 진출 지시 등의 조치가 가능하다.
보고서 05.16.B 2006 6.3.3절 "현재 이용하는 수단" 에서 영상연기감지시스템을 다루고 있다.
비디오기반 AID시스템은 교통흐름, 교통량, 교통속도의 실시간 정보를 제공하고 유고 위치의 영상 녹화와 SCADA 시스템과 같은 다른 시스템과의 상호작용이 가능하다. 비디오기반 AID시스템은 주로 카메라, 하나 이상의 카메라로부터 전송된 이미지를 처리하는 비디오 영상처리 시스템, 영상을 IP상에서 모니터나 컴퓨터 영상출력장치에 전송하는 IP 비디오 인코더와 디코더를 포함한다. 비디오 관리시스템은 영상과 다른 기능(영상녹화 및 AID, 교통정보의 실시간 저장, 터널 SCADA시스템과의 인터페이스)을 제공하는 하나 또는 두 개의 서버, 네트워크장비, 통신 선로(광섬유, 동축케이블, UTP케이블)로 구성된다.
터널 AID시스템 설계시에는 다음 사항이 함께 고려되어야 한다.
2009 Routes/Roads 기사 "도로터널의 화재감지시스템 – 국제 연구과제로부터의 교훈" 에 따르면 많은 “영상감지기 제조업체는 주행방해를 다루기 위해 같은 지역을 서로다른 각도로 조사하는 2개의 감지기 설치를 권고한다.”라고 결론지어져 있다. 일반적으로 카메라로 촬영되는 장소는 오버랩 되도록 디자인되어, 하나의 카메라가 고장일 경우 다른 카메라를 통해 영상전송이 가능하다.
보고서05.15.B 2004 Section IV.2.1. "교통유고감지장치" 에서는 카메라가 자동유고감지설비로 사용된다면 그 설치 간격은30~150m으로 할 것을 제안한다.
AID시스템의 성능은 설치 이전의 시운전과 세부조정작업에 크게 좌우되며 이러한 교정등은 수개월이 소요되기도 한다.
화재/연기감지기는 센서, 비상경보설비, 통신케이블, 평가 유닛 등에 의한 제어시스템의 한 부분이며 이것들을 통틀어 일반적으로 화재경보시스템이라 한다.
도로터널에서 화재/연기 경보시스템은 가능한 신속히 화재나 연기의 발생을 감지하도록 고안되어 지체없이 안전장치가 작동되고 안전조치가 실행된다. 이들의 주요한 목표는
기본적으로, 화재감지이론은 열, 연기, 복사열, 화학생성물처럼 화재에 의해 인지되는 변수들에 기초하며, 화재감지센서의 분류는
이러한 감지기는 응답시간, 신뢰도 등과 관련하여 각각의 특정 적용분야가 있다.
최근 비디오AID시스템은 화재감지에 있어서 매우 효율적이고 신속한 것으로 알려져 있다. 사실상, AID시스템은 일반적인 교통류를 벗어나는 대상이나 차량의 유고를 감지한다.
화재/연기감지기는 보고서 2006.05.16B 6.3절 "화재감지" 에 기술되어 있다.
도로터널의 화재감지기는 일반적으로 10m/s 이상의 터널 유속, 매연에 의해 감소된 가시도, 타이어와 노면의 마찰에 의한 부산물, 단시간의 오염물(CO, CO2, NOx) 농도변화, 헤드라이트 밝기의 변화, 엔진열과 고온의 자동차배기가스, 전자기적 간섭, 터널 단면적의 변화를 야기하는 다양한 차량의 주행(소형차, 소형 탱크로리, 중형 탱크로리, 버스, 유조차) 등의 환경조건에 견딜 수 있도록 고안된다.
화재감지시스템은 높은 고장안전(fail-safe)기능을 보유해야 하고 가능한 화재에 가까이 위치해야 한다. 화재감지시스템은 오보를 피하기 위해 일정수준의 기능 확보가 필요하다. 화재감지시스템의 오보는 상당한 비용을 수반되며, 이를 바로잡기 위해서는 더 많은 비용이 소모되기 때문이다. 때로는 이러한 이유로 관리자가 경보에 주의를 기울이는 것을 어렵게 한다.
화재감지 및 경보의 설치는 합리적인 가격으로 이루어져야 하는 것과 낮은 운영비용, 간단한 유지관리가 가능해야 하는 것은 필수적이다. 보고서 2006 05.16.B 6.3절 "화재감지" 를 참고하라.
다음과 같은 변수들이 자동화재감지기의 국내 및 국제적 기준으로 설정된다 : 화재감지 최대시간, 화재위치의 확인, 감지가능한 최소화재, 승인된 감지방법, 화재경보를 위한 조합점, 자동화재감지기 설치가 필요한 터널 상세정보(터널연장, 기계환기터널, 무인관리터널, 교통밀도가 높은 단터널).
화재감지기와 관한 세부 참고자료 목록은 보고서2006 05.16.B 10절 "참고자료". 에서 찾을 수 있다.
화재감지기의 효율은 감지기의 종류(온도, 감광, 이온화 등)뿐 아니라 터널내 센서 수량 및 감시수준 같은 감지전략에 바탕을 두고 있다.
자동유고감지기, AID시스템을 포함한 비디오 영상분석, CCTV 관측, 인출시 경보를 송출하는 소화기 같은 장비, 비상전화는 경보를 발하기 위한 주요한 수단이다.
현재 쓰이고 있는 많은 감지기는 열과 온도상승률을 감지를 바탕으로 한다. 이런 종류의 시스템은 적절히 보정될 경우 반응시간이 늦을 수는 있지만 오보는 거의 발생하지 않는다. 검은 연기 감지에 바탕을 둔 감지기는 초기에 신호송출이 가능하지만 경유자동차의 배기가스에 의한 오보를 겪을 수 있다. 보고서 05.05.b.1999 6.3.1절 “화재감지기”를 참고하라.
2009 Routes/Roads 논문 "도로터널 화재감지시스템 - 국제연구과제의 교훈" 에서는 도로터널의 감지선형감지기, 불꽃감지기, 비디오영상감지, 공기포집형 화재 및 연기감지기 같은 감지화재/연기시스템을 다루고 있다. 공기포집형 시스템은 도로터널 환경에서 반응시간과 정확한 화재위치확인 및 감시기능 등에서 훌륭한 성능을 보이고 있으며, 고장경보, 유지관리 및 화재감지등 전체적인 성능에서 인정받고 있다. 이런 연구결과는 터널 화재감지를 위한 가장 적합한 기술선택에 유용한 정보가 된다.
터널은 외부의 방송국에서 송출하는 라디오 전파의 전달이 여의치 않은 제한된 폐쇄공간이다. 이러한 파장의 전달은 위해, 필요한 주파수를 재송출하는 장비의 설치가 필요하다. 다음과 같은 서비스의 재전송이 가능하다.
주파수 재전송이 가능한 많은 서비스가 있지만, 비용문제 때문에 모든 서비스를 재전송 할수는 없다. 대개는 구조대가 사용하는 주파수와 운영자가 사용하는 주파수, 소수의 FM, DAB 주파수, 휴대폰 주파수 같은 특정 주파수가 해당된다.
하나 이상의 라디오주파수가 재전송될때 미리 녹음된 메시지 삽입이 가능한 장치가 설치된다. 필요시 라디오 방송은 중단되고 운전자의 주의환기 및 운전자가 따라야 하는 절차를 지시하기 위한 터널관련 메시지가 방송된다.
라디오재방송 설비는 다음와 같이 구성된다.
터널에서 운전자에게 직접 정보를 제공하거나 운전자에게 특정한 행동을 하도록 하는 장치는 별로 없다. 이런 문제의 해결을 위해 터널에 스피커를 설치한다. 실제는 스피커는 어떻게 사용되느냐에 따라 다른 기능을 제공한다. 특히 아래의 요소가 거론된다.
그러나 이런 장치는 현재 널리 사용되지는 않는다. 각 사례별로 스피커의 사용에 관한 연구가 필요하고 높은 교통밀도나 연장을 가지는 특정 터널에 종종 적용된다.
대부분 터널에서 자연광은 운전자에게 만족스러운 가시조건을 제공하지 못한다. 운전자에게 충분한 가시도와 편의 제공을 위해 인공조명의 설치가 필요하다.
조명설치시 기능의 관점에서 다음을 사항을 감안해야 한다.
조명설치는 여러 조건을 준수해야 하는데, 그 중 특히
다양한 조명 설치방법 중 가장 흔한것은 대칭조명과 대항조명이다. 터널의 특성과 목적물에 따라, 조명 부품을 도로 상부, 터널 벽면 등에 일렬 또는 일렬 이상으로 설치한다.
터널환기는 두 가지 기능이 있다.
역사적으로 환기시스템의 설치 이유는 오염도 감소를 위해서였다. 지난 수십년에 걸쳐 주행차량에 의한 오염물 배출량이 감소함에도, 환기는 매우 중요하고 설계단계에서 주의깊게 검토되어야 한다. 어떤경우에는 주행차량의 피스톤효과에 의한 자연환기로 필요한 공기질을 만족시킬 수 있고, 기계식 환기시스템은 터널 연장과 통행방식(일방향 또는 양방향), 교통조건(혼잡가능성)을 고려하여 설치를 고려한다. 기술보고서 2012R05EN “도로터널 : 차량 배출량과 환기를 위한 필요공기량”에는 일반적인 운영상태에서 터널내의 적절한 공기질과 가시도 기준을 확보하기 위한 최소 신선공기량을 정의하고 환기시스템 설계를 위한 필요 데이터를 제공하고 있다. 또한 독성 가스와 분진에 대한 허용가능한 기준을 제공하고 있다. 이 보고서는 자동차 배출 계수와 관련된 좀 더 강력한 국가 규정의 변화에 영향을 미치고, 몇몇 국가에서는 배출량에 관한 유럽 기준의 변화와 같이 자동차 기술의 변화에 영향을 미치기도 한다.
화재와 같은 비상상황에서의 환기는 예를들면 비상구와 같이 다른 장비 또는 시설의 설치에 영향을 미친다. 어떤 경우 자연환기로 충분하지만, 연장이 수백미터를 초과하는 터널에는 기계환기가 종종 필요하다.
터널에서는 다양한 환기방식의 적용이 가능한데, 환기방식의 선택은 주로 화재안전을 고려하여 이루어지고; 평상시 시스템의 사용에 적합하도록 이루어진다. 보고서 05.05.B 1999 5장 "화재 및 연기제어를 위한 환기 “를 참고하기 바란다.
종류식 환기는 터널내 연소하는 차량에서 배출되는 연기를 밀어내기 위해 종방향의 기류를 발생시킨다. 만일 터널내 운전자가 있다면 독성가스와 가시거리 감소로 인해 영향을 받을 수 있다. 일방향터널 또는 혼잡터널에서의 종류식의 사용시에는 특별한 주의를 요한다. 성공적인 연기제어를 위한 최소 공기속도는 화재규모 및 터널의 기하(경사, 단면적)에 달려 있다.
횡류식은 화재연기의 부력을 이용하며, 터널내에서 연기는 상부로 축적되는 경향이 있어 상부에서 기계적으로 배출될 수 있다. 횡류식 시스템은 터널 단면 하부에(정확한 가시도, 낮은 독성) 신선공기층을 보존하기 위해 고안되었다. 그러므로 화재지역에서 가능한 종방향 기류를 낮게 유지하여 성층화가 파괴되지 않도록 하는 것이 중요하다. 이 방식은 어느 터널에도 적용이 가능하지만, 설계, 시공, 시스템 운영이 다소 어렵고 많은 비용이 소요된다.
환기설계 절차는 추력과 유동속도의 관점에서 최소한의 시스템 용량 계산, 환기네트워크 설계, 그리고 적절한 환기장비의 선택을 포함한다. 보고서 2006 05.16.B 4장 :환기와 부록 12.3 "제트팬 계산 절차", 12.4. "배연댐터" , 12.6. "제트팬의 소음문제" 참고하기 바란다.
가능한 화재상황별 환기제어 시나리오는 매우 중요한 부분이다. 기술보고서 2011 R02 : 도로터널: 환기운영방식을 참고하기 바란다. 이러한 시나리오는 특히 종류식이 적용되었거나 많은 측정과 다수의 환기장치를 복합하여 수반하는 횡류식터널의 경우 간단해 질 수 있다.
설계 화재강도의 적용에는 일반적으로 규정적인 접근법이 사용된다. 그러나, 관측된 화재강도의 범위가 광범위하기때문에, 특정 터널의 화재강도를 규정하는 방법은 분명치 않다. 허용되는 차종의 종류, 환기시스템, 터널 형상, 화재 진압시스템와 같은 영향을 미치는 다양한 요소들에 대한 고려가 있어야하며, 성능위주 접근과 같은 적용가능한 접근법에 대한 제언이 PIARC보고서 2017R01EN "도로터널의 설계 화재 특성"에 설명되어 있다.
평상시 운전하는 동안 공기질을 고려한 최적의 환기제어는 에너지 절감을 위해 매우 중요하다. 왜냐하면 에너지비용이 터널 운영비용의 막대한 부분을 차지하기 때문이다.
환기시스템 설계와 터널의 다른 구성요소의 상호작용은 다양하다. 횡류식 환기의 경우 필요 유동속도는 건설비용과 관련이 깊고, 굴착단면에 영향을 준다. 환기는 터널 전력공급요건중 상당한 부분을 차지하고 화재감지기와 소화시스템 같은 다른 장비와 상호작용한다. 보고서2008 R07 5장 "터널 안전시스템에서의 고정식 소화설비” 참고하기 바란다.
환기와 관련된 쟁점은 에너지소비, 탄소발자국, 입출구 및 굴뚝으로부터 오염된 공기 배출 등이 있다. 터널 주변에서 이러한 영향을 감소시키는 것은 환경적인 설계의 한 부분이다. 보고서 2008 R04 4.3.절 "터널 공기확산 기술", 4.6.절 "운영적 측면" 과 부록 D. "환기시스템 설계에서의 확산모델링의 개요" 를 참고하기 바란다.
끝으로, 주요한 교통공간보다는 특히 비상구 같이 터널의 다른 부분에 환기가 필요할 수 있다. 보고서 05.16.B 5.3절 "피난경로 설계" 참고
도로터널에서 소방설비의 설치목적은 터널 이용자와 비상구조대, 구조물에 미치는 영향을 최소화하면서 화재에 대응하기 위함이다.
PIARC는 도로터널에 필요한 소방시스템에 대해 많은 논문에서 다루어왔으며 그 중 기술보고서 05.05.B 1999 "화재 및 연기제어" 와 기술보고서 05.16.B 2007 "도로터널에서의 화재 및 연기제어 시스템과 장비" 두 논문이 주요하다. 또한 1979년 비엔나, 1983년 시드니, 1987년 브루셀, 2001년 마라케시에서 개최된 세계도로협회 보고에서 다루어지기도 했다.
도로터널 내에서 이런 시스템은 화재감지, 경보, 라디오방송, 비상전화, CCTV, 스피커, 급수, 고정식 소화설비, 이동식 소화기, 비상시 환기를 포함하여 화재에 대응하기 위한 매우 중요한 기능으로 안전을 위협하거나 과도한 설비가 되지 않도록 주의깊게 계획하고, 평가하고, 설계하고, 설치해야 한다.
이러한 터널 소방시스템의 많은 부분은 본 매뉴얼의 다음 장에서 다루어진다. 화재감지(8.3.5절), 고정식 소화설비(8.7절), 화재경보(8.3절), 비상전화(8.3.1절), CCTV(8.2절), 스피커(8.3.7절), 라디오방송(8.3절), 비상환기(8.5절).
이 장에서 다루는 시스템은 도로터널에서 소방활동을 위해 터널 이용자(운전자), 관리자, 소방대에게 제공되는 다른 시스템과 관련이 깊으며 도로터널에서 소화배관과 소화전(호스밸브)을 통한 소화용수의 공급과 이동식 소화기 설치를 포함한다.
급수원, 소화배관 등의 급수시스템은 터널내 소방설비(소화전이나 호스 밸브 등)에 소화용수를 공급하며 고정식 소화설비(8.7절)가 설치된 경우에도 동일하다. (참고 VI.3.3절 "급수"05.05.B 1999). 급수원은 상수도에 연결되거나 저수조에 의해 공급되며 소방대가 필요로 하는 수압을 만족해야 한다.
터널내 소화전은 소방대가 소화호스를 연결하여 소화용수를 공급받을 수 있는 접점을 제공하므로 일정한 간격으로 설치되어야 한다. (보고서05.05.B 1999 VI.3.3절 "급수" 참고). 또한 소화전 연결부는 지역소방대의 장비와 호환되어야 한다.
이동식 소화기는 터널내 일정한 간격으로 설치되어 소방대 도착전에 운전자 또는 관리자가 작은규모의 화재를 진화하기위해 사용된다. (보고서05.05.B 1999 VI.3.2절 "소화기" 참고).
일부국가에서는 도로터널에 호스릴이 설치되기도 하는데, 이는 대부분의 국가에서 유고시 소방대가 자체 호스를 가져오기때문에 전세계적인 동향은 아니다.(보고서 05.05.B.1999 6.3.3절 “급수”참고)
기술보고서2016R03EN “도로터널의 고정식소화설비:현재의 사례와 제언"에는 세계도로협회의 고정식 소화설비에 대한 견해와 해당설비의 선택과 운영, 적용가능성에 대한 권고의 내용을 요약하고 있다.
빠른 속도로 성장하는 화재에서, 연기는 터널 이용자의 자기대피를 위태롭게 할 수 있고, 급속히 상승하는 온도는 터널내 안전시스템을 파괴한다. 고정식 소방설비는 화재성장과 화재확산을 감쇄시킬수 있고, 그럼으로써 화재하에서 비상구조대와 운전자의 안전을 돕는 역할을 한다.
수계 스프링클러시스템은 현재 터널에 설치되는 고정식소화설비중 가장 흔하게 적용되는 형태이다.저압식 시스템 및 물방울 크기가 상대적으로 더 작은 고압식 시스템의 적용이 모두 가능하고, 폼(거품)을 포함한 다른 수계 소화설비도 적용되고 있다. 적절한 고정식소화설비의 선정에는 비용대비 효과 분석이 필수적이다.
고정식 소화설비의 설치가 국가적으로 설계 기준화되어 있지 않은 경우, 해당 설비의 설치여부에 대한 결정을 위해 아래 절차에 대한 검토를 권한다.
고정식 소화설비는 환기와 같이 여타 중요한 설비의 하나로 고려되어야 한다. 고정식 소화설비의 최대성능발휘를 위해서 신속하고 정확한 유고감지 및 고정식 소화설비의 대응이 필수적이다.
보고서에는 적용가능한 시스템의 종류, 다양한 국가에서 도로터널에 적용된 사례 및 적절한 고정식소화설비의 선정과 설계에 대한 충고등에 대한 정보가 포함되어 있다. 고정식소화설비가 적용되면 정확한 설계와 시공, 통합, 시운전, 유지관리, 테스트와 운영이 필수적이다.
터널내 교통밀도가 매우 높은경우 교통감시시스템이 설치되는데 대개가 영상감시시스템이며 간혹 교통량측정장치가 설치되기도 한다. 터널관리자는 영상감시시스템을 통해 교통조건을 실시간으로 통제할 수 있고, 시스템이 노화될 경우에도 유고지역의 관측이 가능하여 필요한 조치를 신속히 결정할 수 있다.
영상감시는 관리자가 지속적으로 터널내 유고상황을 감시할수 있고 동시에 조치가 필요한 경우 신속한 대응이 가능하다는 점에서 매우 유용한 수단이다. 영상감시설비의 상태 관리를 위하여 관리사무소 관리자의 유지관리가 지속적으로 필요하다.
영상감시는 개념적으로 매우 간단하다. 터널내 일정한 간격으로 설치된 카메라는 터널내부를 완벽하게 비추고 그 영상은 쓸모가 있던 없던간에 그룹화되어 네트워크를 통해 관리사무소로 전송된 후에 화면에 표출된다.
표지판은 관리자가 운전자와 소통할 수 있는 주요 수단중 하나이다.
터널에서 볼수 있는 표지판은 다음과 같다.
터널내 운전가 이용가능한 안전장치(비상전화, 소화기, 비상구)는 그에 해당하는 표지판 또한 설치되어야 한다.
여기서 터널내 표지판 설치 위치에 관한 이론적인 문제에 직면하게 된다. 사실상 지하터널의 기하학적 특성은 최적화 되어있고, 단면이 커질 경우 막대한 추가비용을 야기한다. 실제로, 표지판의 양호한 시인성(충분히 큰 패널이 필요)과 유용한 공간 모두 동시에 고려되고 절충되어야 한다.
터널 내 유고(사고, 화재 등) 발생시 초기 상황에서 차량 진입을 차단하는 것이 반드시 가능해야 한다. 실제로, 신속하고 효과적인 차단장비는 터널 밖에 있는 운전자를 위험상황에 들여보내지 않을 뿐만 아니라 지하공간에서의 추가사고를 피할 수 있도록 한다.
많은 국가에서, 터널 입구부 앞에 단순히 정지신호를 설치하는 방법은 터널 차단에 효과적이지 않다는 경험이 있다. 이러한 정지신호는 운전자에게 차단의 원인을 알릴 수 있는 VMS와 차단막이 조합하여 사용되어야 한다.
터널 차단장치는 관리사무소에서 수동으로 작동되거나 지속적인 감시가 불가능한 무인운영 터널에서는 자동으로 작동되어야 한다.
차단장치는 주로 비상상황에 이용되지만, 유지관리를 위한 차단 등 일반적인 상황에서도 사용될 수 있다.
터널내 구조와 장비에 사용되는 재료는 터널 화재시에 타거나 많은양의 유독가스를 발생시키는 재질을 사용해서는 안된다. 또한, 터널 이용객이나 응급요원들이 터널 내에 있을때 구조체가 붕괴되어서는 안되며, 중요한 안전장비는 대피가 완료되거나 화재진압이 완료될때까지 정상작동 하여야 한다.
이러한 일반적인 목적은 재료의 화재에 대한 대응성과, 구조체 및 장비가 화재에 견디는 능력에 따라 좌우된다.
이 장은 Robin Hall과 C4 위원회의 소그룹 4(2008 ~ 2011)에 의해 작성되었다.
터널 건설에 사용되는 재료는 화재시 피난과 진화가 진행되는 동안 온전하게 원래의 기능을 수행 가능하도록 화재에 대한 저항성을 가지고 있어야 한다.
기술보고서05.B ”재료의 화재에 대한 반응”의 7.3절 ”터널내의 화재 및 연기제어”에는 터널 재료에 대한 화재 저항성에 대하여 논의되었고, 화재시의 지켜야 할 명확한 스펙을 제시하고 있다. 요구되는 특성들은 다음과 같다.
화재 발생시 가스의 생성을 예방할 수는 없지만 적절한 재료의 선택과 비상 대피로와 같은 안전시설물 설계를 최적화, 화재노출의 최소화를 통해 위험을 줄일 수 있다. 타일이나 페인트, 방수재와 조명시설 등 터널벽체 재료의 선정에도 주의하여야 한다. 이런 재료들은 화재시의 반응에 대한 명확한 기준이 있어야 한다.
연소중에 화학적인 부식이나 유독성 물질을 만들 수 있는 재료, 콘크리트 표면의 침투로 부식을 을으킬 수 있는 가능성도 고려되어야 한다. 다양한 코팅을 적용할 때에도 역시 동일한 가능성을 고려하여야 한다. 폭렬현상의 위험을 줄이기 위해 폴리프로필렌 섬유를 적용할 때, 심각한 화재 발생이 후 콘크리트의 내구성 문제가 고려되어야 한다. 이는 섬유질이 녹을 때 콘크리트내에 다공성이 증가하여 포화탄산가스나 염화물에 취약해 지기 때문이다.
포장면은 주로 콘크리트나 아스팔트로 만들어진다. Route/Roads 지의 “도로터널의 화재시 포장재의 영향” 라는 기사에는 화재에 대한 안전성의 관점으로 도로 포장재질에 대한 논의가 실려있다. 콘크리트 포장은 화재시 타지않는 유일한 재료로 터널 내 사용에 대한 어떤 이견도 없다. 그러나 실제 화재시험과 연구를 통해 인명의 안전차원에서 보면, 터널 화재시 아스팔트는 화재의 규모(발열량과 화재 규모)가 심각하게 증가하지 않는다. 개입도 아스팔트(Open asphalt)는 열료 누출시 도로 표면밑에 고여서 모일 수 있다는 이유때문에 적합하지 않다.
구조체의 화재에 대한 저항성은 화재의 시작에서부터 구조체가 허용할 수 없는 처짐이나 붕괴로 인해 더 이상 기능을 유지할 수 없을때까지 걸리는 시간으로 특정지어진다.
기술보고서 2007.05.16.B “도로터널의 화재 및 연기제어 시스템과 장비”의 7장 구조체의 화재 저항성에 대한 설계기준에 보면 다음과 같이 구조체의 화재저항성에 대한 목표가 정의되어 있다.
추가적인 목표는 화재 이후 수리등으로 인해 교통이 방해를 받는 기간동안으로 한정된다.
이 주제에 대한 개요는 기술보고서 1999 05.05.B “도로터널의 화재 및 연기제어”의 7.4장 구조체의 화재 저항성에 나와있다.
구조체의 화재저항성은 시간-온도 그래프의 관계를 통해 설명되어 진다. 그림 9.2-1은 ISO 834곡선과 네덜란드의 RWS 곡선, 독일의 ZTV 곡선, 프랑스의 증가된 탄화수소 곡선(HCinc)을 보여주고 있다. HCinc는 온도에 Eurocode 1 part 202의 기본적인 탄화수소 곡선에 1300/1100만큼의 가중치를 곱하여 만들어진 곡선이다.
그림 9.2-1: 온도-시간곡선에 대한 ISO, HCinc, ZTV and RWS 기준(Routes/Roads No. 324)
터널의 화재저항성에 대한 설계기준은 세계도로협회(PIARC)와 국제터널협회(ITA)에 의해 합의되이었으며, 이는 Routes/Roads지의 2004년도 기사 “PIARC 도로터널 구조체의 화재저항성에 대한 설계기준”과 기술보고서 2007 05.16.B 의 7장 ”화재에 대한 구조체의 저항성에 대한 설계기준”에 발표되었다. 표 9.2-2에 관련 기준을 개요를 설명하였다.
| 차량 종류 | 주요 구조물 | 부가 구조물 (4) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
상부 구조물의 하부나 내부, 침매 부위 |
불안전한 지반위의 터널 |
안정적인 지반위의 터널 |
개착 터널 |
공기 덕트 (5) |
외부로의 비상 탈출구 |
상대터널로의 비상 탈출구 |
대피소 (6) | |
| 승용차/승합차 | ISO 60 분 |
ISO 60 분 |
주의(2) 참조 | 주의(2) 참조 | ISO 60 분 |
ISO 30 분 |
ISO 60 분 |
ISO 60 분 |
| 탱크로리 | RWS/HCinc 120 분 (1) |
RWS/HCinc 120 분 (1) |
주의(3) 참조 | 주의(3) 참조 | ISO 120 분 |
ISO 30 분 |
RWS/HCinc 120 분 |
RWS/HCinc 120 분 (7) |
주의
(1) 인화성 물질의 운반이 허용되는 교통량이 매우 많은 터널에서는 180분
(2) 안전에 대한 기준은 없으며, 화재 저항성에 대한 다른 기준은 필요없음 (혹은 점진적인 붕괴를 방지하기 위함). 다음의 요구조건을 만족하기 위한 고려되기도 함
대부분의 경우 ISO 60분
화재 이후 수리에 따르는 비용과 불편함을 고려해 보았을때 방호조치가 너무 비싸다면 아무런 조치 필요 없음. 예를들어 소음 방지를 위한 경량 덮개 등
(3) 안전에 대한 기준은 없으며, 화재 저항성에 대한 다른 기준은 필요없음 (혹은 점진적인 붕괴를 방지하기 위함). 다음의 요구조건을 만족하기 위한 고려되기도 함
만약 빌딩하부의 터널이나 교통망에 미치는 영향이 큰 경우 등 강력한 보호조치가 필요되어진다면 RWS/HCinc 120분
제한된 피해를 허용하는 등 합리적인 저비용 해법이 요구되는 경우 보통 ISO 120분
화재 이후 수리에 따르는 비용과 불편함을 고려해 보았을때 방호조치가 너무 비싸다면 아무런 조치 필요 없음. 예를들어 소음 방지를 위한 경량 덮개 등
(4) 다른 보조 구조체에 대한 정의는 프로젝트 별로 정의됨
(5) 횡류식 환기방식의 경우
(6) 비상대피소는 신선공기가 공급되어야만 함
(7) 인화성 물질을 적재한 탱크로리등의 교통량이 매우 많고, 120분 이내에 비상대피소에서의 탈출이 불가능한 경우 더 긴 시간이 요구됨
실패시의 결과도 화재저항성에 영향을 미친다. 이는 터널의 종류에 따라 영향을 받는다. 예를들어 침매터널의 경우 일부분의 붕괴는 터널 전체의 침수로 이어지지만, 개착터널의 경우 매우 제한된 결과만을 일으킨다. 기본적인 요구조건은 점진적인 붕괴를 방지되어야 하며, 전기공급이나 통신케이블과 같은 일종의 종방향 시스템들은 끊어지면 안된다.
화재방지를 위해 터널에 사용되는 재료들에 다양한 주의가 요구된다. 기술보고서 1999 05.05.B “터널내 화재 및 연기 제어”의 7.3절 재료의 화재 반응에는 콘크리트 보강 라이닝 터널대비 일반 무라이닝 터널의 화재 특성에 대하 논의되어 있다. 화재시 높은 열방출율로 인하여 보강된 콘크리트 라이닝은 지지력을 잃을 수도 있다. 화재 저항성 보호장치의 적용을 통한 절연의 역활은 초기 구조체 피해를 방지할 수 있다. 터널 건설에서의 화재 저항성은 터널의 형태와 심도, 보강과 프리스트레스, 추가적인 보호장비 등에 따라 적용이 고려되어야 한다.
콘크리트의 폭렬현상은 서로다른 온도와 팽창에서 기인한다. 폭렬은 높은 온도에 쉽게 노출되는 보강재에서 주로 발생된다. 폭렬은 대피하는 사람들에게는 큰 영행을 미치지 않으나, 소방관에게는 큰 위험을 초래한다. 다양한 화재 저항성 보호장치의 적용이 폭렬현상의 위험과 영향을 줄일 수는 있으나, 고열이 발생하는 것을 완전히 방지하지는 못한다.
환기시스템의 설계시 화재 저항성이 필히 고려되어야 하며, 실패에 따른 설계 성능에 영향을 미쳐서는 안된다. 그래서 화재시 일부 덕트의 붕괴에 따른 영향이 반드시 고려되어야 한다.
비상대피로는 화재발생 초기 단계에서 고립된 사람들의 대피를 위해서 사용된다. 이런 대피로는 최소 30분간은 이용이 가능하여야 하며, 소방관이나 구조대에 의해서 사용이 가능하도록 시간이 증가될수도 있다.
화재 확산을 방지하기 위해 인접튜브나 비상대피로, 비상구, 비상 대피통로등 두 튜브사이에 설치된 모든 장치들은 일정 시간동안 완전히 작동되어야 한다. 모든 비상구나 도어 프레임을 포함한 주위의 모든 구조물들은 화재 노출에 대해 최소한 30분 이상의 저항성을 가져야 한다. 두 튜브사이의 비상문은 1~2시간 정도로 더 오랜시간 화재 저항성을 가져야 한다.
고온에서의 저항성이라는 측면에서 볼때, 터널내 장비들과 케이블들은 화재에 대한 능력을 가진 것들과 화재에 대한 보호력이 없는 것으로 크게 구분된다.
화재에 대한 보호기능을 가지고 있는 장비들과 케이블은 화재에 대한 다양한 보호등급을 가지고 있다. 예를들면
신호등이나 카메라, 공용(공공) 스피커와 같이 화재에 대한 보호기능을 가지지 않는 장비들은 통상 50°C 까지 동작가능하며, 이는 상대적으로 낮은 온도에서 작동을 하지 않는다. 일반적으로 사용되는 재료들은 다음과 같다.
화재에 대한 보호기능을 가지지 않는 장비들에 사용되는 재료에 대한 중요 온도조건은
장비를 구조체에 고정하기 위한 모든 피팅류는 화재에 대한 반응성이 고려되어야 한다.