터널 환기설계

왜 배우는가: 터널 공사는 굴착 중 발파가스·디젤 배기가스·분진이 막장에 쌓여 근로자 건강과 작업 안전을 직접 위협한다. 기술사 시험에서는 환기량 산정 근거와 환기방식 선택이 반복해서 묻는 주제다.

출제 이력: 제123회 4교시 5번, 제114회 3교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의 문장

터널 환기설계는 공사 중 발파가스·디젤 배기가스·분진·암반 유독가스를 희석·배출하여 근로자의 보건위생과 작업환경을 확보하기 위해 필요 환기량을 산정하고 환기방식과 설비를 계획하는 것이다.

핵심 키워드

• 작업환경 확보
• 필요 환기량 산정
• 발파 후 가스 배출
• 디젤 배기가스
• 부속 송풍·배기 설비
• 터널 내 기온 관리

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 터널 안에 쌓이는 나쁜 공기를 밖으로 내보내고 깨끗한 바깥 공기를 넣는 작업이다. 공사 중 터널은 외부와 연결이 적은 밀폐 공간에 가깝기 때문에 자연 환기만으로는 오염물을 제거하기 어렵다.

정식 정의는 다음과 같다. 터널 환기설계는 터널 굴착 공사 중 근로자가 호흡하는 공기의 질과 온도를 기준 이하로 유지하도록, 오염원별 발생량을 산정하고 그 합에 따라 송풍기와 덕트 등 설비를 계획하는 설계 행위다. 산업안전보건 측면에서는 「터널공사 표준안전 작업지침-NATM공법」 제39조가 환기의 기준 틀을 정한다.

오염원은 발파 후 발생하는 가스, 디젤 기관의 배기가스, 뿜어붙이기 콘크리트의 분진, 암반 자체에서 나오는 유독가스 네 가지다. 각 오염원이 요구하는 환기량을 따로 계산한 뒤 가장 큰 값을 설계에 반영한다.

소요 환기량은 오염원 하나를 희석해 허용 농도 이하로 낮추는 데 필요한 공기량이다. 근로자 호흡용 공기량도 별도로 계산한다.

송기와 배기는 신선한 공기를 넣는 과정과 오염된 공기를 빼는 과정이다. 두 과정이 함께 설계되어야 터널 전 구간에 공기가 흐른다.

환기방식은 공기를 넣고 빼는 방법의 조합이다. 기준에는 중앙집중환기방식, 단열식 송풍방식, 병열식 송풍방식이 제시되어 있다.

3. 등장 배경과 필요성

터널 공사는 굴착이 길어질수록 막장과 외부 사이 거리가 늘어난다. 거리가 길어지면 공기 공급이 약해지고 오염물이 쌓인다. 여기에 NATM 공법은 뿜어붙이기 콘크리트를 많이 쓰기 때문에 분진이 많이 발생한다.

디젤 장비가 굴착과 버력 운반에 쓰이면서 배기가스 문제가 커졌다. 그래서 기준은 환기가스처리장치가 없는 디젤기관의 갱내 투입을 금지한다.

기온 문제도 있다. 터널 내 기온은 37℃ 이하가 되도록 신선한 공기로 환기해야 한다. 기온이 높으면 작업자 열사병 위험이 커지므로 환기는 보건과 함께 작업 조건 관리 수단이 된다.

발파 후 배출 시간도 중요하다. 기준은 발파 후 30분 이내 배기와 송기를 완료하도록 정한다. 이 시간 안에 막장에 작업자가 들어갈 수 있도록 환기가 이어져야 한다.

터널 환기는 오염원별 소요 환기량을 합산하고 배기와 송기를 함께 설계하는 것이 핵심이다.

따라서 시험 답안은 환기 목적, 오염원, 소요 환기량 산정 항목, 환기방식을 순서대로 적는 구성이 적합하다.

4. 구성요소·원리·절차

터널 환기설계는 공사 중 막장에서 발생하는 유해가스·분진·열을 제거하고 근로자에게 신선한 공기를 공급하는 것이 목적이다. 환기는 송기(급기) 방식과 배기 방식을 함께 쓰며, 주로 막장 가까이 송풍관을 두고 공기를 밀어 넣거나 빨아내는 구조로 구성한다.

원리는 희석이다. 발생원의 오염물질 발생량을 알면 목표 농도 이하가 되도록 필요한 공기량을 계산한다. 공식은 다음과 같다.

$Q = \frac{G}{C_{허용} - C_{외기}}$

여기서 Q는 소요 환기량(㎥/min), G는 오염물질 발생량(㎥/min), C_{허용}은 허용 농도, C_{외기}는 외기 농도이다.

절차는 다음과 같다.

• 터널 길이, 단면, 공사 방식(발파·NATM·기계굴착)을 확인한다.
• 오염원별 발생량을 산출한다. 발파 가스, 디젤기관 배기가스, 숏크리트 분진, 지반 자체의 유독가스를 나눠 계산한다.
• 근로자 호흡에 필요한 공기량을 더한다.
• 소요량 중 최대값을 기준으로 송풍기 용량과 송풍관 직경을 정한다.
• 발파 후 배기·송기가 완료되는 시간을 확인한다.
• 운전 중 농도를 측정하고 정기점검으로 송풍기 상태를 관리한다.

5. 관련 법령·기준·표준

터널 공사 중 환기는 「산업안전보건법」 제13조에 따른 터널공사 표준안전 작업지침-NATM공법(고용노동부 고시)이 기술상의 지침을 정한다. 이 고시의 제10장 조명 및 환기, 제39조가 환기 기준을 규정한다. 제40조는 환기설비의 정기점검을 요구한다.

환기용량은 다음 다섯 가지를 기준으로 산출한다.

• 발파 후 가스 단위 배출량에 따른 소요환기량
• 근로자 호흡에 필요한 소요환기량
• 디젤기관 유해가스에 대한 소요환기량
• 뿜어붙이기 콘크리트 분진에 대한 소요환기량
• 암반 및 지반 자체의 유독가스 발생량에 따른 소요환기량

기준 수치는 다음과 같이 정리한다.

개정 연혁으로는 고시의 재검토기한이 2016년 1월 1일 기준 매 3년이 되는 시점마다 타당성을 검토하도록 정해져 있다. 고시 본문의 머리말 기준 최종 개정일은 2023-07-01이다. 공동구 환기는 「공동구 설계기준(KDS 29 00 00)」이 따로 규정하므로 이 절의 공사 중 환기 기준과 구분한다.

6. 유형과 비교

터널 환기방식은 공기를 넣고 빼는 방향과 설비 배치에 따라 나뉜다. 공사 중 터널은 굴착 진행에 따라 환기 거리가 계속 길어지므로, 방식 선택이 작업환경과 설비비를 함께 좌우한다.