강우가 도로터널에 발생될 경우 공기 중 존재하는 빗방울에 의해 도로터널 내 환기력은 영향을 받을 것이라 예상되지만, 국내 도로터널 환기시스템 설계 시에는 이러한 인자가 고려되지 않은 채 설계되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 비 강우 시와 시간 당 강우량을 변화시켜가며 강우가 도로터널 내 환기력에 미치는 영향을 3차원 수치해석 기법을 이용하여 알아본 결과 강우 시를 기준으로 시간 당 150 mm의 강우가 도로터널에 발생될 경우 도로터널 내부로 유입되는 공기의 유량은 52.34%만큼 감소되었고, 도로터널 입 출구의 압력차이는 22.22% 감소되어 나타나 강우에 의해 도로터널 내 환기력은 감소되는 것으로 나타났다. 시간당 강우량을 변화시켜가며 도로터널에 필요한 제트팬의 대수를 산정해본 결과 비 강우 시에는 12대인 반면 시간 당 강우량이 80 mm인 경우에는 16대, 150 mm 인 경우에는 17대의 제트팬이 필요한 것으로 나타나 도로터널의 환기시스템을 설계할 때에는 강우에 대한 인자가 추가되어야 한다.
도로 터널 내의 환기설계를 위해서는 먼저 각 차종별 교통량 구성 비율을 알아야 한다. 일반적인 도로터널의 경우 입구와 출구의 수가 동일하고 일방향이기 때문에 유입된 차종별 구성 비율이 출구에서 나올 때까지 달라지지 않는다. 반면에 네트워크 도로터널의 경우 터널 내의 연결이 복잡한 네트워크로 되어 있기 때문에 차종별 구성 비율이 달라진다. 이에 본 연구에서는 근접행렬을 이용하여 네트워크 도로터널에서 차종별 일교통량 구성 비율을 쉽게 계산할 수 있는 방법을 제시하였다.
터널의 경우 도로교통용량이 일반구간에 비해 감소하는 것으로 나타나고 있다. 그러나 연속되는 터널의 경우에 있어 도로교통용량감소에 대한 연구는 아직 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 고속도로의 2지점에서 연속되는 터널의 도로교통용량의 감소특성을 이용한 터널보정계수를 산정하여 다음과 같은 결과를 도출하였다. (1) 터널을 통과하는 경우의 도로교통용량은 통과전보다 감소하는 것을 알 수 있으며, 연속되는 터널을 통과하는 경우 감소량은 이보다 큰 것으로 나타났다. (2) 터널보정계수$(f_{tu})$를 도출한 결과 하나의 터널을 통과하는 경우의 터널보정계수$(f_{tu1})$는 0.95, 연속되는 터널을 통과하는 경우의 터널보정 계수$(f_{tu2})$는 0.90으로 산정되었다.
도로터널에서의 미분무수 소화시스템의 적용 가능성을 검토하기 위해 실물 화재 실험을 수행하였다. 적용된 화원은 실물 승용차 화재와 유류화재를 모사한 화원면적 $1.4m^2$의 heptane pool 화재이며, 기존 도로터널에 설치된 저압 물분무 시스템과 고압 미분부수 소화시스템과의 냉각효과 비교실험을 수행하였다. 도로터널 내의 환기조건을 구현하기 위해 실물모형 터널의 한 편에 터널 유속(0.9~3.8 m/sec 범위) 발생장치를 설치하였으며, 화원에서 하류 방향으로 터널 내 온도분포를 측정하였다. 실험 결과 1/5의 유량을 사용하는 고압 미분무수 소화시스템은 저압 물분무 시스템과 동등한 수준의 냉각효과를 보였다.
네트워크형 도로터널 내 분기부 구조물과 제트팬에 의한 분기 환기효율 분석하고자 실제 도로터널을 1/45로 축소하여 실험을 수행하였다. 차량이 주행할 때 발생하는 교통관성력을 적용하기 위해 블로워 팬를 사용하여 축소모형 터널내 기류를 형성하였고, 터널의 국부적인 위치에서 속도를 측정하여 분기 효율을 연구하였다. 구조물의 특징으로 발생되는 환기 저감을 개선하기 위해 제트팬을 설치하여 터널 내 환기 효율을 최적화하였다.
서울시에 건설될 새로운 내부 남부순한 도로는 제2 성산대교와 서쪽의 주요 고속화 도로를 연결하는 초고속 도로망을 구축할 것이다. 노선연장은 지하구조물 10.4km를 포함하여 총 34.8km에 달한다. 도로망이 완성되면 수도 서울 중심가의 심한 교통체증은 상당부분 완화 될 것이다. 공사비 7000억원에 이르는 대규모의 서울 남부순환 도로는 3차선 병렬터널 3개 공구를 포함하는 것으로 계획되어졌다. 이들 터널은 3차선, 일방향, 병렬터널로서 계곡부를 관통하며 굴착공법은 대부분 발파공법으로 계획되어져 있다. 가장 긴 관악터널은 지질조건이 복잡하며 따라서, 이런 지반에 적용성이 좋은 발파공법에 의한 굴착으로 계획되어졌다. 특히, 갱구부는 지질상태가 매우 불량하여 풍화암 자연상태로 설계하는 것이 불가능하였다. 설계자들은 터널 화재와 교통사고 등과 같은 터널내에서의 긴급상황에 대한 최적의 대책 수립에 중점을 두어야만 했다. 관악 터널 상부에 위치한 수로관을 통과하는 방법을 찾는 것이 당면 최대 관건이었다. 또한, 갱구부 주변지역의 환경을 보존하고 현장의 자연적인 아름다움 을 유지하기 위하여 굴착량을 최소화하는 공법선정이 중요하였다.
본 연구에서는 고속도로 VDS 검지기 데이터를 활용하여 터널 구간과 일반 구간의 도로용량을 산정하여 비교하였으며, 터널 특성 요인에 따라 분류된 터널유형별 터널 진입 전 대비 터널 내부 도로용량 감소율을 분석하였다. 터널 구간과 일반 구간의 도로 용량을 비교하기 위해 5분 단위 VDS 검지기 데이터에 Product Limit Method(PLM)을 적용하였다. PLM으로 도출된 터널 구간 및 일반 구간의 도로 용량을 비교한 결과, 터널 구간은 일반 구간 대비 도로 용량이 약 6.5% 감소하였다. 터널 유형 분류를 위해 터널 연장과 터널 내 차로수를 변수로 활용하였으며, 각 기준에 의해 분류된 터널 집단별 도로 용량 감소율에는 차이가 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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