Assessment of structural fire resistance of a fire-proofed immersed tunnel under tunnel fire scenarios

In this study, fire resistance of a fireproof material sprayed upon an immersed tunnel was experimentally evaluated under $HC_{inc}$ and IS0834(duration of 4 hours) fire scenarios. Under $HC_{inc}$ fire scenario, the maximum inner temperatures of a concrete specimen at the depth of 0, 25 and 50 mm from the interface between the structure and the fire-proofing layer were $311^{\circ}C$, $194^{\circ}C$ and $142^{\circ}C$ respectively. Similarly, the corresponding maximum temperatures under IS0834 fire scenario were $332^{\circ}C$, $222^{\circ}C$ and $179^{\circ}C$ respectively. From the results, it was revealed that the two different fire scenarios assumed in this study have almost the same fire capacity as each other in the maximum temperature concept. In addition, a structural analysis of the immersed tunnel under $HC_{inc}$ fire scenario was carried out to verify the effects of the fireproof material on its structural stability. Material loss and deterioration of a concrete specimen without any fire-proofing measure was also experimentally evaluated to obtain input parameters for the structural analysis under such a severe fire scenario. From the results, it was confirmed that the application of fireproof measures to the immersed tunnel is essential for its structural stability even under a severe fire scenario.

화재시나리오별 침매터널 구조물의 화재저항성 평가

본 연구에서는 뿜어붙임 방식의 모르타르 내화재가 시공된 침매터널 벽체구조물을 모사한 철근콘크리트 블록시험체에 대해 $HC_{inc}$ 화재시나리오와 IS0834(4시간) 화재시나리오 하에서 침매터널 내화재의 화재저항성 평가결과를 비교하였다. $HC_{inc}$ 화재시나리오 하에서는 내화재와 시험체 계면으로부터 0, 25, 50 mm 위치에서의 최대온도가 각각 $311^{\circ}C$, $194^{\circ}C$, $142^{\circ}C$로 나타났으며, IS0834(4시간) 화재시니리오 조건에서는 0, 25, 50 mm 위치에서의 최대온도가 각각 $332^{\circ}C$, $222^{\circ}C$, $179^{\circ}C$ 측정되었다. 이상의 결과로부터 본 연구에서 적용된 두 가지 화재시나리오들은 최대온도개념에서 유사한 화재강도임을 확인할 수 있었다. 이와 더불어 내화재 설치여부에 따른 침매터널 구조물의 안전성을 확인하기 위한 구조안정성 해석을 수행하였다. 이때 내화재가 설치되지 않은 시험체에 대한 화재시험을 수행하여 화재에 의한 콘크리트의 단면손실과 강도저하를 확인하고 그 결과를 이용하여 구조안정성 해석을 수행하였다. 이상의 해석 결과, 본 연구에서 적용된 강력한 화재시나리오 조건에서는 침매터널 구조물의 안정성 확보를 위하여 내화재가 필수적임을 확인할 수 있었다.