터널 환기, 조명, 방재시설

1. 용어의 정의

(1) 대피로(Evacuation way) : 터널 내 화재와 같은 비상상황 발생 시 안전한 지역으로 대피자를 탈출시키기 위한 통로(경로).

(2) 배연(Smoke exhaust) : 화재 시 발생하는 연기 및 열기류를 화재지점으로부터 외부 로 배출하는 것.

(3) 비상전원(Emergency power) : 상시전원(정상적인 상태에서 외부로부터 전력을 공급 받아 사용하고 있는 전력공급원)이 사고나 고장에 의하여 공급되지 못할 경우에 사 용하기 위한 전력공급원.

(4) 비상조명(Emergency lighting) : 화재 등 사고로 인한 갑작스런 정전 시 2차 사고를 방지하고 안전하고 원활한 피난활동을 할 수 있도록 설치하는 예비조명.

(5) 안전영역(Safety zone) : 터널의 안전에 영향을 미치는 정도를 규정한 터널 주변의 영역으로서 각 영역별로 터널안전을 위한 대책을 강구하도록 규제하는 영역.

(6) 자가발전설비(Fail safe generator) : 외부 전원의 정전에 대비하여 전기 수용자가 별 도로 설치한 발전전원설비.

(7) 제연(Smoke control): 화재 시 연기 및 열기류의 흐름방향을 제어하는 것을 말함.

(8) 질소산화물(NOx) : 엔진 내에서 연료의 연소 시 고온에 의하여 공기 중의 질소와 산소가 열반응하여 생성되는 물질.

(9) 환기설비(Tunnel ventilation system) : 터널 내 공기질을 유지하기 위하여 신선공기 를 유입 또는 급기하거나 오염공기를 배출하기 위한 설비.

 

 

2. 환기시설

(1) 열차는 전기나 경유 등의 에너지원을 사용하여 운행되며 그에 따른 발열 및 배기가 스의 발생이 불가피하다.

(2) 따라서 터널은 반밀폐공간으로 열차 이용 승객이나 승무원 및 보선요원의 건강유지 를 위하여 오염원의 효과적인 배출을 통한 터널내 환경유지가 필수적이다.

(3) 터널환기를 위한 필요환기량은 차종, 운행간격 및 출력상태에 따라 큰 차이가 있으 며, 다음 사항을 고려하여 계획하여야 한다. (4) 환기량은 열차의 운행에 따른 발열량 및 오염물질 발생량과 터널내 흡열 및 자연환 기량을 감안하여 결정하여야 한다. 또한, 열차풍의 거동에 의한 상태변화가 심하므로 적절한 수치시뮬레이션을 실시하여 환기의 유효성 및 환기방식의 적정성 검증이 필 요하다. ① 전기 전동차의 경우, 주행발열, 제동발열 및 에어컨의 응축기 방열 등을 처리하기 위한 환기량으로 소요환기량이 결정되며, 자연환기 및 강제환기 여부에 대한 검토가 필요하다.

② 디젤기관차는 열차발열뿐만 아니라 500℃ 이상의 연소열과 연소가스에 포함된 NOx, CO, SOx, PM 등 각종 유해물질이 발생하며, 보선작업자 및 승객/승무원의 적정 노출환경을 위한 허용농도 이하의 터널내 공기환경에 대한 검토가 필요하다.

(5) 차량의 공기압에 의해 높은 압력에 노출되는 환기시설(송풍기, 댐퍼 등)은 써징 및 스톨현상을 충분히 고려한 내압성능 및 운전성능을 지녀야 한다.

 

철도터널과 도로터널의 환기특성 비교

구분	철도터널	도로터널
터널내 오염농도	ㆍ오염물질의배출량이많기때문에열 차가한대지나가는것으로도터널 내오염물질농도는허용농도를초 과할수있으며오염물질의치환전 에열차가추가적으로진입하는경우 오염물질이중첩되어오염농도가증 가할수있다.	ㆍ오염농도는차량의주행속도와교 통량에큰영향을받는다.
비상환기	ㆍ화재등사고시터널탈출운전을우 선으로하여야한다. ㆍ정량적위험성검토결과피난위험이 높을경우경우외부대피통로를검토 하며, 15km이상의초장대터널에는 구난역및서비스터널등에대한추 가계획이필요하다. ㆍ필요시(장대터널)제연(화재시연기 의승객탈출방향으로의역류방지) 시설및연결송수관시설을계획한다.	ㆍ화재,사고시전후의운행차량때문에 터널탈출이곤란하다. ㆍ일반적으로1km이상의터널에는화 재시연기의역류방지(제연환기)계 획을수립하여야한다.
화재강도 및 제연특성	ㆍ제연시설용량검토를위한화재강도는 열차특성에따라객차1량의전소시 발생하는열방출량을기준으로하여 야한다. ㆍ화재시제연운전계획은근접한환기 구의환기시설들을활용하여양방향 제연이가능하도록계획한다.	ㆍ제연시설용량검토를위한화재강도는 20MW정도를적용하여야한다. ㆍ화재시제연운전계획은일방향또는 양방향조건에따라다르다. ㆍ일방향터널의경우에는차량진행방 향으로제연을하고반대방향으로대 피하는것을원칙으로하여야한다. ㆍ양방향터널의경우에는제연방향설 정이곤란하여장대터널의경우에는 횡류식환기방식등이적용된다.

 

 

3. 전기시설

(1) 철도터널에서의 정상업무 수행 및 유사시 대비를 위해서는 전력공급 시설 및 기타 전기시설의 적정 설치가 요구된다.

(2) 철도터널에서 요구되는 제반시설의 필요성 및 목적과 시설간의 상호관계를 검토하여 철도터널에 필요한 전기시설을 계획하여야 한다

① 배전시설

∙ 철도시설의 운영에 필요한 전원을 확보하고 전력이 필요한 각 개별 장소에 공급 하는 시설

∙ 철도시설이 건설되는 전구간에 걸쳐서 배치되어야 한다.

∙ 이중화구조에 의한 Fail Safe 구조를 갖추어야 한다.

∙ 종전의 6.6kV Delta 계통에서 22.9kV WyeYE 저항접지방식으로 전환되고 있다.

∙ 특고 또는 고압의 배전전압으로부터 선로연변 전기시설에서 사용하는 저압전압 으로의 전압 변성시설를 필요로 하며 선로에서 부하전류에 의해 전압강하가 발생 하므로 최대공급가능거리가 제한된다. 최대 공급가능 제한거리의 2배 이상의 터 널에서는 터널내부에 전압변성용 전기실을 설치하는 것이 좋다.

∙ 터널내에 전기실이 구성되는 경우 그에 따른 전기실 시설유지를 위한 부대시설 가 필요하다.

∙ 특히 시설의 확대 및 장래증설을 위한 선로 좌우측 관로간의 횡단관로에 대한 여유분을 설치하는 것이 필요하다.

② 조명시설

∙ 터널내부에서의 작업을 위한 조명시설가 필요하다.

∙ 작업의 종류 및 요구되는 작업의 정밀도에 따라 소요 조도를 판단하여야 한다.

∙ 설치될 조명기구는 터널내부 환경에 대한 적응성이 있어야 한다.

∙ 작업 및 점검자의 행동유형에 부합되는 구간별 점멸방법이 강구 적용되어야 한 다.

∙ 터널내 차량 사고시 승객, 승무원 보호 관점에서 비상시 자동운영 절차가 준비되 어야 한다.

③ 작업용 전원시설

∙ 해당선로의 궤도 및 구조물에 대한 유지보수계획과 연계 검토된 작업용 전원시 설이 필요하다.

∙ 소형전동공구 및 전기용접지의 최대소요용량 및 동시사용 필요대수에 따라 작업 용 전원수구의 전압종별, 전류규격을 결정하여 설치하여야 한다.

∙ 작업을 위한 국부 조명 부하도 고려하여야 한다.

④ 접지시설

∙ 터널내 각종 전기시설의 효과적 접지를 위한 설비 ∙ 터널내부에 전기실 배치 필요시 전기실 구성을 위하여 필요한 각종접지 설비

 

 

4. 신호시설

① 신호보안장치

∙ 신호방식에 따라 구분된다.

∙ MTBF를 고려한 열차의 절대위치 및 인접열차간의 상대위치를 파악하고 신호방 식에 따라 열차간 안전거리를 확보하는 설비이다. ∙ 전철기에 대한 제어회로와 궤도회로의 구성으로 구분된다.

② 궤도 회로장치

∙운행 중인 열차의 절대위치 및 인접열차간의 상대위치를 파악하고 신호방식에 따라 열차간 안전거리를 확보하는 시설이다.

∙ 자동운전을 위한 필수시설이다.

∙ 근래에는 가청 주파수(Audio Frequency)가 주로 적용된다.

③ 연동장치

∙ 열차의 안전운행 및 정확한 운행을 보장하는 신호기, 전철기 및 궤도회로 상호간 을 전기적 또는 기계적으로 연쇄 동작시킴으로써 열차 안전운전을 확보하기 위한 시설이다.

∙ 열차운행에 가장 중요한 필수시설이다.

④ 열차자동제어장치(ATC, ATP, ATO)

∙ 근래의 열차 자동화 운행장치이다.

∙ 지상장치와 차상장치간의 열차정보교환에 의한 안전을 확보한 최적운행을 보장 하여야 한다.

⑤ 열차집중제어장치(CTC)

∙ 전 노선에 걸쳐 구간별로 제어되는 각종열차 제어장치를 중앙에서 집중감시 및 원격제어하는 시설이다.

∙ 열차운영의 안전과 효율성을 동시 확보하게 된다.

 

 

5. 통신시설

① 전송시설

∙ 구간내 열차의 안전운행을 보장하기 위해서는 전력, 신호에서의 각급 제어소간의 정보교류를 포함한 여러 가지 유성을 포함한 각종정보의 교환이 필요하게 된다.

∙ 이러한 각종 정보교환의 통로는 통신기술의 발전에 따라 고속 광통신 정보 간선 에 의해 이루어진다.

∙ 또한 정보의 전송 및 접수장소가 다양하고 대량화되어 정보의 교환체계를 구성 하는 시설이 복잡하게 구성된다.

② 열차무선시설

∙ 수백 km에 걸쳐 펼쳐진 노선에 정해진 시격으로 운행하는 열차와 각급 제어소 및 역과의 통신수단으로 열차 무선시설이 시설되어 열차운행의 안전뿐만 아니라 효율성 제어에도 기여하게 된다.

∙ 노선의 구성이 토공구간, 교량구간, 터널구간으로 구성되게 되므로 터널내부에서 의 무선통신 확보를 위한 터널내 케이블 안테나 시설이 필요하게 되며 개방공간에 서의 무선통신은 안테나를 적정 높이의 안테나타워에 설치하여 확보하여야 한다.

③ 자동요금 검수시설 및 경영정보시스템

∙ 철도사업의 주된 수입원은 승객으로부터의 운임수입이다 그리고 운임수입은 구 간내 각 정거장에서 입금되며 승객이 가고자하는 행선지에 따라 각양각색이다.

∙ 따라서 각 정거장 등 발권소에서의 운임 징수업무를 자동화하여 자료화하고 이를 철도사업 경영체계와 연계하여 사업의 생산성을 최대화하는 수단이 필요하게 된다.

∙ 근래에는 주중, 일중 차등 요금제가 적용되므로 시설의 복잡성이 확대되는 추세 이고 On-Line에 의한 운영으로 사업의 효율성을 제고하고 있다.

④ 기타 통신설비

∙ 상기에 언급한 시설 외에 정차장에서의 안전을 확보하는 시설, 대승객 서비스 제 고를 위한 열차운행 정보 표시시설, 구간내 유지보수작업을 지원하는 인터폰시설 등 각종 통신시설이 필요하다. ∙ 이러한 통신시설의 효율적 배치를 위해서는 터널내부에도 통신기계실이 배치되 곤 한다.

 

 

6. 방재시설

(1) 방재시설의 계획은 국내외 시설기준, 방재시설 적용사례, 현황 및 사고사례를 조사하 여 경제적이며 효과적인 시설을 선별 하여 설치하여야 한다.

(2) 열차가 터널운행 중 화재가 발생하는 경우, 터널은 대피환경이 열악하므로 우선적으 로 터널을 통과하여 지상구간에서 승객의 하차를 유도하여야 하며, 열차의 비상운전 거리를 검토하여 터널내 정차가 예상되는 장대터널의 경우에는 대피통로 구난역 및 구난지역 등의 피난 대피환경에 대한 검토 및 적용이 필요하다.

(3) 화재, 충돌, 탈선 등 여러 가지 유형의 열차사고에 대한 재해사례를 분석하여 이에 상 응하는 비상시나리오별 피난대피계획과 신속한 사후처리 방안을 수립하며, 특히 화재 사고는 화재열기와 함께 화재연기에 의한 질식으로 많은 인명피해가 발생하는 점을 고려하여 차종별 화재규모 및 터널특성(계절적 영향)에 따라 화재연기의 임의제어가 가능하도록 임계속도 이상의 풍속을 확보할 수 있는 송풍기의 선정 및 제연계획에 대한 검토가 필요하다.

(4) 터널내 임의지역 및 구난역 등의 특정지역에 대한 화재상황을 예측하고 1차원 및 3 차원 수치 시뮬레이션을 실시하여 화재 강도 및 기류 속도에 따른 상세 검증이 필요 하다.

 

 

7. 전차선 시설

① 가선용 지지금구 시설

∙ 토공구간 및 교량구간으로 구성된 개방된 노선공간에서의 전차선 설치를 위한 수단 확보는 터널구간에 비해 용이하다. 그러나 폐쇄된 공간인 터널구간에서는 차 량을 위주로 하는 구조적 요구조건인 차량한계에 의해 정해지는 건축한계의 설정 에 의해 영향을 받는다.

∙ 터널의 종류에 따라 검토의 조건은 다르겠지만 장래 전철화를 고려하여 터널내 부 천장에 일정간격으로 지지금구를 매립해 두는 것은 아주 유용한 일이다.

② 전차선 장력조정장치 시설 ∙ 카테나리 방식의 가공 전차선을 설치하여야 하는 전철화 사업에서는 가공전차선 의 설치구간별로 전차선의 온도에 따른 신축영향을 상쇄할 수 있는 장력 조정장 치를 설치하여야 한다. ∙ 스프링 텐션에 의한 장력 조정장치를 설치하는 방법도 있으며 근래 터널구간에 적용되고 있다.

③ 접지시설

∙ 일반철도에서의 접지시설는 전기시설의 종류별 요구조건에 따라 설치될 수 있다.

∙ 그러나 전기철도에서는 전차선에 흐르는 대규모 전류에 의한 주변 금속체 및 토 목구조물 내부의 철근에 대한 영향을 고려한 전구간에 걸친 접지시설을 설치하여 야 한다.

 

 

출처-국가철도공단KRC-12120