2020

도 로 설 계 요 령

AN01145-000145-12

발 간 등 록 번 호

제4권 터널

 

터 널

제 9 편 터널

제 9-1 편 터널 본체

제 9-2 편 터널 환기

제 9-3 편 터널 조명

제 9-4 편 터널 방재

제4권

 

제 9-4 편 터널 방재

 

제4권 터널

698

9.1 일반사항

(1) 이 장은 도로터널의 정량적 위험도 평가를 위한 세부 수행지침을 정함을 목적으로 한다.

(2) 정량적 위험도 평가는 도로터널의 위험도를 정량적으로 분석하고 수치화함으로써 방재시설

의 설치 또는 적정성 여부를 판단하기 위한 기준을 제시하여 도로터널의 방재시설에 대한

성능 설계를 수행하기 위한 자료로 활용함을 목적으로 한다.

(3) 도로터널의 위험은 추돌 및 충돌 등 일반사고, 붕괴·수해·화재 등 다양한 사고를 포함하나

정량적 위험도 평가는 화재사고에 한하여 실시한다.

(4) 도로터널의 위험도에 대한 평가는 시나리오별 사상자 수(fatalities) 및 해당 사상자가 발생

하는 누적빈도(frequency)에 대한 분석을 수행하여 사망자-누적빈도선도(F/N curve)를 그

래프 화하여 이를 사회적 위험도(societal risk) 평가기준과 비교함으로써 방재시설의 규모

나 적정성 여부를 판단한다.

(5) 터널방재설비의 성능위주 설계를 위해서 터널방재설비를 계획하는 경우에 정량적 위험도 평가를

수행할 것을 권고하며, 다음의 경우에는 반드시 수행하도록 한다.

① 1.2 (3) 에 따른 예외적인 터널에 대하여 개별 방재시설을 계획하는 경우

② 2.3.2 (4) ② 에 따른 터널 방재등급이 연장등급보다 1단계 하위 등급을 적용하는 경우

③ 5.3.2 (1) ③ 에 따른 터널 연장이 1,200 m 이하의 터널에서 피난연결통로를 300 m로

계획하는 경우

④ 5.3.2 (3) ⑥ 나. 에 따른 운영 중인 터널 중 격벽분리형 피난대피통로를 계획할 경우

⑤ 6.1.2. (4) ③ 에 따른 대면통행 터널 및 정체 빈도가 높을 것으로 예상되는 일방통행 터널

에 종류식을 적용하는 경우

⑥ 6.1.2. (5) ② 나. 에 따른 운영 중인 터널에 제연설비를 설치해야 하는 우선순위 결정 시

⑦ 6.1.2. (5) ③ 나. 에 따른 운영 중인 터널에 제연보조설비를 설치하는 경우

9. 정량적 위험도 평가지침

제9-4편 터널 방재

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9.2 정량적 위험도 평가절차

(1) 도로터널의 위험도에 대한 정량적 평가를 위해서는 화재 발생 시나리오의 작성 및 시나리오

별 사고발생률의 산정, 화재해석, 차량 정체 및 대피해석, 유해가스가 인체에 미치는 영향의

정량화, 사상자 수의 추정, 위험도 평가기준에 따른 위험수준에 대한 분석이 필요하다.

(2) 정량적 위험도 평가는 일반적으로 다음과 같은 단계로 수행하며, 각각에 대해서 명확한 근거

및 결과를 제시함을 원칙으로 한다.

① 화재사고 시나리오의 작성

② 화재해석

③ 대피해석

④ 사상자수의 추정

⑤ 사상자수에 따른 누적빈도 선도

⑥ 사회적 위험도 평가기준에 따른 위험도 평가

(3) 화재 발생 시나리오 작성기준

① 도로터널에서의 화재사고 발생률(건/108 Veh·km)은 국가 통계자료나 관계기관의 통계자

료를 인용하여 산정함을 원칙으로 한다.

② 도로터널 화재 시 사고의 영향은 차량 및 적재물에 따른 화재강도에 영향을 받으므로 화재

발생 차종을 승용차, 버스 및 화물차량으로 구분하여 각각에 대한 사고발생률을 산정하여

작성한다.

③ 승용차의 화재강도는 5 MW로 산정함을 원칙으로 하며, 단독화재 및 2대 연속화재로 구분

하여 시나리오를 구성할 수 있다.

④ 버스 및 화물차량의 화재강도는 버스는 20 MW 이상, 일반 화물차량은 30 MW 이상, 위험

물 수송차량은 100 MW 이상으로 재산정하며 각각의 화재확대확률을 고려한 시나리오를

작성한다.

⑤ 화재 시 교통상황(정체 또는 비정체)은 화재로 인한 제연팬 운전 및 화재에 따른 대피

자의 분포 및 대피특성, 피해 정도에 지대한 영향을 미치므로 교통량 분석을 통하여 정

체빈도를 고려하여 적용한다.

⑥ 제연설비가 설치되는 경우에는 제연설비의 운전 성공/실패를 고려할 수 있도록 하며, 성공

제4권 터널

700

/실패 확률은 기술 데이터를 활용하거나 통계적인 방법에 의해서 신뢰성이 확보된 자료를

적용한다.

⑦ 피난연결통로의 설치간격 및 화재위치에 따른 영향을 고려할 수 있도록 작성한다.

⑧ 소화설비의 작동 여부는 Fault Tree 기법에 의해서 시나리오에 반영할 수 있으며, 소

화설비의 성공/실패 확률은 기술 데이터를 활용하거나 통계적인 방법에 의해서 신뢰

성을 확보한 자료를 적용한다.

⑨ 화재 시 자연풍의 크기 및 방향은 터널 내 풍속에 영향을 미치는 사고 결과에 큰 영향을

미치므로 자연풍의 방향 및 크기를 고려하여 시나리오를 작성할 수 있다.

(4) 화재해석 일반사항

① 시나리오별 화재해석 결과는 사상자수 추정에 영향을 미치므로 다음과 같은 일반사항을

고려함을 원칙으로 하며, 이 요령에 제시되지 않은 자료는 기술적 · 통계적인 방법에 의해

서 신뢰성을 확보한 기술자료를 적용한다.

② 화재해석은 온도 및 연소생성물 농도에 대하여 수행하며, 연소로 인하여 발생되는 유해가

스의 종류는 위험도 평가의 신뢰성을 확보할 수 있도록 연소이론에 근거하여 정한다.

③ 화재강도에 따른 연소생성물의 발생량은 화재해석툴에 따라서 다른 입력 데이터를 요구할

수 있으므로 일반적으로 제시되는 값을 변환하여 사용할 수 있다.

(5) 대피해석 일반사항

① 대피해석을 위해서는 화재로 인한 정체차량의 정체 길이, 정체 차량 수, 차두 간격 등 차량

정체 특성의 분석 및 차량정체로 인한 터널 내 대피자 수의 산정이 필요하며, 다음 항과

같이 반영한다.

② 터널 내 진입 차량 수는 화재 발생 3분 이내에 차량의 진입이 차단되는 것으로 하여 산정한다.

③ 정체 길이를 산정하는 경우, 정체 시 차량밀도는 150 ~ 165 pc/km·lane, 차종별 혼입률

은 목표년도의 일평균교통량의 구성비를 적용하며, 차종별 차량의 길이는 도로설계기준에

제시된 기준을 적용한다.

④ 대피시간은 감지시간, 반응 · 결정시간, 안전지역으로 이동시간을 포함하며, 감지시간 및 반

응 · 결정시간은 터널에 설치되는 화재탐지설비 및 경보설비의 성능 또는 신속성을 반영하여

결정할 수 있다.

제9-4편 터널 방재

701

⑤ 대피자의 이동속도(walking speed)는 대피자 밀도, 전방 대피자와의 거리, 가시거리에 의

한 보행속도의 저하를 고려하여 산정하는 것을 원칙으로 한다.

(6) 사상자 수의 추정을 위한 일반사항

① 대피자가 열환경 및 유해가스에 노출되어 이들로부터 받는 인체의 영향 정도는 유해가스에

대한 유효복용분량(FED : Fractional Effective Dose)에 의해서 평가기법 및 유효안전피

난시간(ASET : Available Safe Egress Time)과 필요안전피난시간(RSET : Required

Safe Egress Time)에 대한 분석기법 등 통계적인 기법에 의해서 평가할 수 있다.

② 유효복용분량이 소정의 값을 초과하는 경우에 사상자로 판정하며, 화재영향의 경중에 따라

서 등가사망자 수로 고려하여 산정할 수 있다.

9.3 위험의 평가기준

(1) 추정 사상자 수-사고발생빈도 선도(F/N선도)

① 추정 사상자 수와 추정 사상자 수 이상이 발생할 수 있는 빈도(사고발생 누적빈도)를 각각

로그좌표계의 x축과 y축에 표시한 것으로 추정 사상자 수-사고발생 누적빈도 선도

[Frequency (F) /Fatalities(N)]라 한다.

② 정량적 위험도는 각 시나리오별로 사상자 수를 추정하여 추정 사상자 수와 사고발생 누적

빈도를 분석하고 이를 사회적 위험도(societal risk) 평가기준과 비교하여 적정수준의 여

부를 판정한다.

(2) 위험도 평가기준

① 정량적 위험도 평가결과는 총체적 위험도와 사상자 수-사고발생 누적빈도(F/N) 선도에

의한다.

② 총체적 위험도는 시나리오별 사고발생 확률과 사망자 수의 곱을 구하고 이를 누적한 결과

로 나타낸다.

③ 사회적 위험도의 평가를 위한 국가기준이 현재 제시되지 못하고 있는 실정이나, 이 요령에

서는 ALARP 영역의 High Level 기준을 N = 10, F = 10 - 4으로 Low Level 기준을 N

= 10, F = 10-6으로 할 것으로 권장한다.

제4권 터널

702

9.4 위험도 평가 예

(1) 이 정량적 위험도 평가 예는 실제 위험도 평가에 적용할 수 있는 기술 데이터를 예시한 것으

로, 위험도 평가 시 기술적인 자료가 없는 경우에는 예시된 자료를 인용하여 적용할 수 있다.

(2) 연도별 사고발생률은 표 9.1과 같이 제시한다.

① 표에서 주행거리계는 교통안전관리공단의 보고서를 인용한 것이다.

② 터널 내 화재사고 발생률은 국가안전처의 차량 화재 발생 통계자료를 근거하여 주차장 등

공지에서 발생한 화재 건수를 제외하고 재분석한 결과이다.

③ 목표 연도의 사고발생률은 사고발생 건수가 감소하는 추세에 있기 때문에 제시된 사고발생률

이하로 적용할 수 있다.

(3) 사고발생 시나리오는 그림 9.1과 같이 예시한다.

구분 연도 승용차 버스 화물차 계

화재발생건수

(건/년)

2009 1940 386 1391 3717

2010 1849 389 1386 3624

2011 1787 355 1379 3521

2012 1739 351 1392 3482

2013 1,622 320 1,374 3316

합계 8,937 1,801 6,922 17,660

주행거리계

(106Veh

·km)

2009 186,325 25,213 57,644 269,182

2010 184,631 22,741 58,647 266,020

2011 183,853 21,882 55,895 261,629

2012 194,705 18,355 59,682 272,742

2013 194,281 21,564 61,570 277,415

합 계 943,795 109,755 293,438 1,346,988

차종별

사고발생률

(건/억km

·Veh)

2009 1.04 1.53 2.41 1.38

2010 1.00 1.71 2.36 1.36

2011 0.97 1.62 2.47 1.35

2012 0.89 1.91 2.33 1.28

2013 0.83 1.48 2.23 1.20

평 균 0.95 1.64 2.36 1.31

<표 9.1> 사고발생률 분석

제9-4편 터널 방재

703

① 차종별 화재강도의 적용

가. 승용차의 경우에는 화재강도를 5 MW로 하며, 2대 연속 화재의 경우에는 10 MW로

고려하고 분기비는 5 % 이하로 적용하였다.

나. 화재강도별 버스 및 화물차량의 구성은 다음과 같이 적용하였다.

다. 탱크롤리 차량의 구성비는 5 % (2009 ~ 2013년 화물차대수 분석결과, 평균 4.8 %)로

적용하였다.

(가) 20 MW : 버스(소형+대형) + 소형트럭

(나) 30 MW : 트럭중형 + 트럭(대형+특수) × (1 - 탱크롤리 및 위험물 수송차량 구성비)

(다) 100 MW : 트럭(대형 + 특수) × 탱크롤리 및 위험물 수송차량 구성비

라. 탱크롤리 차량의 구성비는 5 % (2009 ~ 2013년 화물차대수 분석결과, 평균 4.8 %)로

적용하였다.

② 화재확대 확률 : 각 차종의 화재 시 화재가 확대될 확률은 다음과 같이 적용하였다.

가. 승용차의 경우에는 60 %로 적용하였다.

나. 화물차량 및 버스의 경우에는 한국도로공사의 통계데이터를 분석하여 15 %(최대 14.8 %)

를 적용하였다.

다. 30 MW와 100 MW급 화재의 경우에 경미한 화재발생 건수는 한 단계 낮은 단계의

화재의 발생 건수에 추가하는 것으로 하였다.

③ 교통상황에 따른 화재발생 시나리오는 화재 전 교통상황에 대해 정상 소통을 98 %, 정체

상태를 2 %로 산정한 결과이다.

④ 화재 시 제연 성공 여부는 제연팬 고장 및 운전모드에 따라 분기하였으며, 제트팬 고장확

률은 10 % 이내로 적용하였다.

⑤ 제트팬 고장 시 자연풍의 조건은 순풍 : 미풍 : 역풍으로 고려하며, 각각의 분기비는 균등

하게 적용하였다.

제4권 터널

704

승용차 화재 Controlled H050C

Uncontrolled 단독 화재 원활 상황 임계풍속제연 H050FU.TN.FN.VC

젯트팬 고장 순풍 H050FU.TN.FF.WP

역풍 H050FU.TN.FF.WR

미풍 H050FU.TN.FF.W0

정체 상황 임계풍속제연 H050FU.TC.FN.VC

풍속 0화 운전 H050FU.TC.FN.V0

젯트팬 고장 순풍 H050FU.TC.FF.WP

역풍 H050FU.TC.FF.WR

미풍 H050FU.TCN.FF.W0

2대 연속 원활 상황 임계풍속제연 H010FU.TN.FN.VC

젯트팬 고장 순풍 H010FU.TN.FF.WP

역풍 H010FU.TN.FF.WR

미풍 H010FU.TN.FF.W0

정체 상황 임계풍속제연 H010FU.TC.FN.VC

풍속 0화 운전 H010FU.TC.FN.V0

젯트팬 고장 순풍 H010FU.TC.FF.WP

역풍 H010FU.TC.FF.WR

미풍 H010FU.TCN.FF.W0

(a) 승용차의 화재 발생 시나리오

버스＆화물 20MW Controlled H020C

Uncontrolled 원활 상황 임계풍속제연 H020FU.TN.FN.VC

젯트팬 고장 순풍 H020FU.TN.FF.WP

역풍 H020FU.TN.FF.WR

미풍 H020FU.TN.FF.W0

정체 상황 임계풍속제연 H020FU.TC.FN.VC

풍속 0화 운전 H020FU.TC.FN.V0

젯트팬 고장 순풍 H020FU.TC.FF.WP

역풍 H020FU.TC.FF.WR

미풍 H020FU.TCN.FF.W0

30MW Controlled 생략 생략 H030C

H100C

Uncontrolled 원활 상황 H030FU.TN.FN.VC

H100FU.TN.FN.VC

정체 상황 H030FU.TN.FF.WP

H100FU.TN.FF.WP

H030FU.TN.FF.WR

H100FU.TN.FF.WR

H030FU.TN.FF.W0

100MW Controlled 생략 생략 H050FU.TCN.FF.W0

H030FU.TC.FN.VC

Uncontrolled 원활 상황 H100FU.TC.FN.VC

H030FU.TC.FN.V0

정체 상황 H100FU.TC.FN.V0

H030FU.TC.FF.WP

H100FU.TC.FF.WP

H030FU.TC.FF.WR

H100FU.TC.FF.WR

H030FU.TCN.FF.W0

H100FU.TCN.FF.W0

(b) 화물차 화재 발생 시나리오

<그림 9.1> 터널 화재 발생 시나리오

제9-4편 터널 방재

705

(4) 대피시간 산정을 위한 적용기준

① 도로터널 화재 시 대피시간은 다음과 같이 예시하며, 기술적인 데이터가 없는 경우에는

이를 적용할 수 있다.

② 대피시간은 감지시간, 반응/결정시간, 이동시간으로 구분, 이들의 합을 대피시간으로 한다.

③ 화재감지시간은 자동화재탐지설비의 감지 성능을 1분 이내에 화재를 감지할 수 있는 것을

요구하고 있기 때문에 감지가 성공하는 경우에는 1분 이내로 설정한다.

④ 대피결정시간은 차량을 버리는 시간과 대피를 결정하는 시간으로 구분하며, 이에 대한 정

확한 기술자료는 없으나, 이 요령에서는 외국의 연구자료를 인용하여 표 9.2에 제시한 시

간대별 대피자의 행동 특성 및 이에 따른 확률 분포를 적용할 것을 권장한다.

⑤ 대피속도는 대피자 밀도, 전방 대피자와의 거리, 연기농도에 의한 가시도에 영향을 받으

며, 식 9.1 및 식 9.2와 그림 9.2에 의해서 각 대피자에 대한 대피속도를 구하고, 이중에

가장 작은 값을 적용할 것을 권장한다.

<표 9.2> 대피 특성에 따른 확률 분포

그룹

반응시간 결정시간

비율(%) 확률분포식 확률분포식

I

18.4

51 Norm(41.6, 17.1) 8%(지체없이 대피하는 비율)

II 49 Gumb(28.8, 155) 0.08 + (1 - 0.08)Norm(151,8)

II 81.6 GEV(- 0.22, 19.81, 33.08)

28%(지체없이 대피하는 비율)

0.28 + (1 - 0.28)GEV(- 0.44,13,8.42)

확

률

분

포

주) Normx  



Exp







 

x   

 

,

≥ Vxk  Exp







  kx  k

 



, Gumbxab  Exp







Exp

   

 





제4권 터널

706

가. 전방의 대피자의 거리에 따른 대피속도 :

Wspd  Vu × Sin



 × TD  b

Dp  b , b≤D p≤T D

W spd = V u , Dp  Td (9.1)

여기서, Vu는 방해물이 없는 경우에 보행속도로

Vu = 1.4 m/sec, D p는 앞사람과의 거리, TD = 1.6 m, b : body depth 이다.

나. 대피자 밀도에 따른 대피속도

Wspd  k  a × k × D , DH   personm

Wspd  k (9.2)

여기서, a = 0.266 m 2/person, D H : 거주밀도, k는 상수로 램프, 복도, 출입구의 경

우에는 1.4 m/sec 이다.

다. 가시도에 따른 대피속도

<그림 9.2> 가시도와 대피속도의 관계

⑥ 교통약자의 대피속도는 최대 0.6 m/sec를 기준으로 한다.

(5) 사상자 수 추정 기준

① 화재 시 인체에 영향을 미치는 유해가스는 일산화탄소, 이산화탄소, HCN, 산소저감율 등

이 있으나, 유효복용분량(FED)평가에 의해 사상자 수를 추정하는 경우에 적용 대상 가스

는 현재 시점의 기술적인 수준을 반영하여 결정할 수 있으며, 가장 대표적인 일산화탄소

는 포함해야 한다.

② 유해가스에 따른 유효복용분량 산정식은 다음 식을 적용할 수 있다.

제9-4편 터널 방재

707

FIC O  D

COHb

 D

 ×   ppmCO t

(9.3)

FIO

 

e     O 

t

(9.4)

FIC O

 

e   CO 

t

(9.5)

여기서, D : 의식불명에 이르게 하는 COHb%농도(%)로 30 %를 적용한다.

t : 시간(min), %O2 : 산소농도(%), %CO2 : 일산화탄소 농도이다.

③ 열환경에 대한 평가는 온도, 복사열을 포함할 수 있으며, 각각에 대해 노출되어 발생하는

위험분율(이하 유효복용분량으로 표현한다)은 다음 식들을 적용할 것을 권장하며, 온도는

반드시 포함할 것을 권장한다.

FIH EA T  e   T

t

(9.6)

FIR A D  

q〃

t (9.7)

여기서, T : 온도(℃), q″ : 복사강도(radiative intensity : kW/m2)이다.

④ 화재 시 유해가스 및 열환경이 인체에 미치는 영향은 복합적으로 나타나므로 각각에 대한

유효복용분량의 총합으로 인체에 미치는 영향 정도를 평가한다. 즉, 사상 여부를 추정하기

위한 유효복용분량은 다음 식 9.8로 구할 수 있다.

FEDI  FIC O × VC O

 FIC O

 FIO  FIH eat  FIRA D (9.8)

⑤ 일반적으로 식 9.8에 의해 계산되는 유효복용분량(FEDI)이 0.3 이상인 경우에는 사상자로

판단하며, 그 이하인 경우에는 경상자로 등가사상자수 산정 기준에 의해서 평가할 수 있다.

(6) 사회적 위험도 평가 기준

① 사회적 위험도 평가기준은 경제협력개발기구(OECD)와 국제상설도로협회(PIARC)및 다

수의 국가에서 제시하고 있으며, 이 요령에서는 그림 9.3과 같이 예시한다.

② 그림 9.3의 Unacceptable 영역은 사회적으로 위험 수준을 받아들일 수 없는 영역을 의미

하고, Acceptable 영역은 사회적으로 받아들이기에 충분히 낮은 위험 영역을 의미한다.

③ ALARP 영역은 경제성을 고려하여 적극적인 노력에 의해서 위험 수준을 낮춰야 하는 영

역으로 정의된다.

제4권 터널

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<그림 9.3> 사회적 위험도 평가 기준