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[장남중의 로프 이야기] 테크니컬 로프레스큐 - 높은 방향 지점-Ⅰ

강원소방학교 장남중 | 기사입력 2020/06/22 [10:00]

[장남중의 로프 이야기] 테크니컬 로프레스큐 - 높은 방향 지점-Ⅰ

강원소방학교 장남중 | 입력 : 2020/06/22 [10:00]

높은 방향 지점은 로프 구조시스템을 사용하기 쉽게 할 수 있다. 하중을 로프로 옮기는 일은 때론 몹시 힘들고 위험한 일이 될 수 있다. 하지만 높은 확보지점에 방향전환 도르래를 설치하는 건 시스템이 가장자리를 넘어가거나 구멍 아래로 내리기를 할 때 안전하고 매끄럽게 진행되도록 해준다.

 

어떤 상황에선 지붕이나 바닥, 파이프, 기계를 지탱하는 구조적 지지물과 같은 적절한 확보지점이 이미 존재할 수 있다. 개구부 위에 크레인 리프팅 지점을 배치할 수도 있다.

 

만약 구조 요청을 받았고 적절한 장소에 이런 장치 중 하나가 있다면 이를 구조작업에 사용하는 걸 고려해야 한다. 장치에 흠이 없는지, 그 장치의 높이가 어느 정도고, 들어 올리는 시스템이 무엇인지가 중요하다. 장치가 충돌하지 않았고 구조적으로 손상되지 않았다면 사용할 수 있다. 이는 구조를 위한 시간과 노력을 절약해 준다. 

 

높은 방향 지점의 첫 번째 선택은 구조 현장에서 이미 존재하는 자연적, 구조물의 높은 방향 확보지점을 사용하는 것이다. 자신보다 높은 곳에 있는 나뭇가지나 다른 구조적 요소들을 그런 확보지점으로 사용할 수 있다.

 

나무 위, 접근용 사다리 또는 탑에 있는 대상에 접근하려고 한다면 높은 확보지점은 필수다. 다른 경우 마지막 선택인 멀티 포드, 구조ㆍ산업용 삼각대/사각대, A 프레임을 만들 목재나 사다리와 같이 구조 현장에 가져갈 수 있거나 즉석에서 만들 수 있는 인공적 높은 방향 지점을 사용해야 한다.

 

높은 방향 지점 이점

ㆍ가장자리 트라우마 감소

ㆍ로프를 바닥에서 뜨게 한다.

ㆍ로프를 혼잡한 장소에서 벗어나게 한다.

ㆍ도르래 시스템을 더 길게 사용할 수 있다. 

ㆍ오프셋ㆍ하이라인 시스템 운영이 가능해진다.

ㆍ요구조자 컨트롤이 좋아진다.

 

높은 방향 지점 유형

ㆍ구조물 높은 방향 지점 : 건축물의 구조물에 부착된 높은 방향 지점

ㆍ자연적 높은 방향 지점 : 나무처럼 자연스러운 높은 방향 지점

ㆍ인공적인 높은 방향 지점 : 금속 등 인위적으로 제작된 높은 방향 지점

 

휴대용 높은 방향 지점

1. 삼각대

삼각대는 가장 일반적으로 사용하는 높은 방향 확보지점이다. 휴대가 가능하며 한 사람이 설치하기 상대적으로 쉽다. 길이 조절이 가능한 다리로 구성돼 보관하거나 갖고 다닐 때 접을 수 있다. 구조작업 시 사용하기 좋을 만큼 늘릴 수 있다. 만약 요구조자가 들 것 안에 있거나 척추 고정판을 한 요구조자 올리기ㆍ내리기가 필요한 경우엔 더 큰 삼각대를 사용해야 한다. 

 

삼각대는 높은 위치의 도르래를 수직 폐쇄 공간 개구부에 배치하기 최적이다. 스스로 설 수 있고 다리 길이를 조절함으로써 원뿔 모양의 콘 루프 탱크와 같은 경사면에서도 사용할 수 있다.

 

삼각대 대부분은 다리가 바깥으로 벌어지지 않도록 안정시키는 체인이나 로프, 케이블을 다리에 적절히 연결한다. 그렇지 않으면 작업 하중을 견디지 못한다. 다리는 최대의 안정성을 가질 수 있도록 가능한 한 큰 각을 이뤄야 한다. 특히 수직으로 올리기 작업할 경우 안정감을 유지하기 위한 가이라인으로 고정할 필요가 없다. 

 

삼각대의 안정성 확보를 위해 기억해야 할 게 두 가지 있다. 하중을 들어 올리는 어떤 시스템이든 삼각대 다리 안쪽 중앙에서 작업을 수행해야 한다는 점과 모든 하중의 합력은 다리 안쪽에 있어야 한다는 점이다.

 

삼각대는 다리가 완전히 접혀 있을 때 가장 강하다. 미국 산업안전보건청(OSHA) 기준에 의해 최소 작업 강도는 141㎏이 돼야 한다. 이는 삼각대가 한 사람 하중만 허용하는 지표다.

 

아주 가끔 구조대원과 요구조자 둘 다 동시에 끌어 올려야 하는 상황이 발생하지만 최대한 그런 상황은 피해야 한다. 구조작업을 할 땐 한 번에 한 사람을 오르내리게 하는 것으로 제한해야 한다.

 

삼각대는 얇은ㆍ두꺼운 목재나 파이프로도 만들 수 있다. 튼튼한 웨빙과 로프, 스트랩으로 잘 묶어 급조해도 매우 강하고 구조작업에 적합한 삼각대가 된다. 도보로 작업공간에 접근하는 산악구조대는 현장에서 발견한 재료로 만든 높은 위치의 확보지점을 사용한다. 높은 방향 확보지점을 사용할 줄 아는 건 광범위한 재해 발생 시 삼각대를 급조하는 데 필요한 재료들이 풍부해서 가능하다.

 

2. 다목적 삼각대

아리조나 보텍스 등과 같은 다목적 삼각대는 특별하게 고안됐다. 이동과 보관할 때 분리되는 세 개의 지지용 다리가 있다. 다리들을 분리해 보관하고 사용할 땐 다시 조립해야 한다.

 

구성 부품들이 작고 가벼워 좋을 수 있지만 장비가 더 복잡해지고 설치하는 시간이 길어진다. 또 다양한 형태로 설치할 수 있어 삼각대나 사각대가 맞지 않는 곳에서 사용할 수 있고 높은 방향 도르래를 가장자리 위, 혹은 지상으로부터 높일 필요가 있는 어느 곳이든 위치시키기에 좋다. 

 

NFPA 휴대용 확보지점 기준

NFPA의 성능 표준은 삼각대와 다목적 삼각대의 내구성, 파괴 강도에 대한 제작사의 테스트를 요구한다. 삼각대와 다목적 삼각대는 NFPA 기준에서 ‘휴대용 확보지점’으로 분류된다. 기준은 기술적 용도와 범용으로 분류되며 삼각대와 다목적 삼각대를 가장 약한 형태로 설치해 각 부착지점에서 내구성과 파괴 강도 테스트를 한다.

 

보통 가장 높게 설치하면 가장 약한 형태가 된다. OSHA의 모든 확보지점은 최소 5000lbs(22kN)를 지탱할 수 있도록 규정하고 있다. 휴대용 확보지점 대부분은 OSHA의 규정을 따르도록 고안됐다. 구조대가 필요로 하는 인공의 높은 확보지점을 안전하게 설치하는 가장 좋은 방법을 결정하기 위해선 제조사의 설명을 참고하고 삼각대와 다목적 삼각대를 사용해 훈련ㆍ연습하는 게 중요하다.

 

NFPA 휴대용 확보지점 기준(2017)
   사용 목적     최소 파괴 강도
기술 18kN
범용 36kN

 

인공적인 높은 방향(AHD)

절벽 가장자리에서 하강할 때 가장자리 위로 굽어진 로프의 각도에 의해 뒤에서 잡아당기고 다리에 힘을 주는 상당한 압박감을 느끼게 된다. 가장자리에서 뻣뻣하게 다리를 A자 형태로 펼치고 서서 상체를 젖히는 것과 같은 오래된 기술을 사용하는 건 구조대원에게 썩 달갑지 않은 벡터 힘을 만들어낸다.

 

이걸 해본 적이 있는 구조대원은 누구나 알고 있다. 가장자리에 서 있는 옛날 방식의 자세는 흙으로 된 모서리가 바스러지거나 가장자리 돌이 부서지고 순간적인 추락 거리도 길어지게 해 구조대원 허리부상을 유발할 가능성이 크다. 하강자가 가장자리에 있을 때 로프엔 장력이 발생하고 다리엔 압축이 가해진다.

 

▲ 확보라인이 표시되지 않은 삽화는 전체 시스템 이해를 돕기 위해 별도로 넣지 않았다.


이런 압축과 장력의 힘은 하강자가 가장자리를 넘어가 아래로 이동한 후 해결된다. 이는 하강이 시작되면 무중력 느낌을 받는 것처럼 편안해지는 데 그 이유는 간단하다. 바로 머리 위에 가장자리 방향으로 높은 방향성이 있기 때문이다.

 

하강하면서 발생하는 이 자연적인 가장자리(자연적 높은 방향성이라고 함)는 인공적 높은 방향성과 같은 역할을 한다. 이 시스템(높은 방향 지점)은 작업에 대한 좋은 출발점을 제공하므로 작업 초기에 증가하는 압축과 장력이 발생하지 않는다.

 

다양한 로프를 다루는 구조대원들은 현장에서 자연적으로 높은 방향 지점을 얻기 위해 나무나 바위틈, 건축물의 기둥을 의도적으로 바라본다. 그렇게 함으로써 로프 작업 중 가장자리 위험을 벗어날 수 있기 때문이다.

 

 

위 그림을 보면 모든 게 같은 원칙이 적용되는 걸 알 수 있다. 하강자가 가장자리를 넘으면 가장자리는 새로운 자연적 높은 방향 지점으로 작용한다. 장력과 압축은 반드시 자연적이거나 인공적인 높은 방향으로 흡수돼야 한다.

 

이 힘은 로프가 각 고정지점에 들어가고 나가면서 형성되는 각도(올리거나 내리거나 상관없이)와 시스템의 중력(9.81㎨) 또는 다른 적용된 힘을 이등분한다. 따라서 로프는 방향 도르래(높든 낮든)를 통과해 구부릴 때마다 방향에 따른 궁극적인 합력이 발생한다.

 

합력은 로프에 매달린 하중보다 더 클 수 있다. 구조대원과 들 것에 있는 요구조자의 무게를 NFPA 기준으로 272㎏(600lbs)이라면 합력은 더 클 것이다. 각도에 따라 다르지만 90° 정도라면 합력은 질량의 거의 1.5배, 약 408㎏(900lbs)이 된다.

 

1. 힘의 균형

일선에 많이 보급돼 있으면서 인공적인 높은 방향으로 다양하게 사용되는 아리조나 보텍스(이하 AZV)는 증가한 합력 또는 장비 조작으로 발생하는 힘 일부를 흡수할 수 있다. 예를 들어 인공적인 높은 방향이 받게 될 힘의 양과 구조대원이 받는 힘의 양(압력과 장력) 사이엔 관계가 있다. AZV가 얼마나 가장자리에서 멀리 떨어진 곳에 세워지느냐에 따라 달라진다. 멀리, 뒤로 갈수록 구조대원 다리에 가해지는 힘이 더 강해지는 걸 알 수 있다.

 


AZV가 가장자리에서 점점 멀리 떨어져 설치될수록 AZV는 힘을 가장 적게 받고 구조대원은 다리에 점점 더 많은 압축 힘을 받게 된다. AZV가 가장자리에서 떨어진 곳에 설치돼 적은 힘을 감당하더라도 수직 경사가 아닌 비탈면에서 들 것으로 구조하게 되면 구조대원과 요구조자, 최소 4명은 로프에 매달리게 돼 로프는 AZV에 상당한 힘을 가하게 된다. 

 


2. 합력 계획하기

인공적인 높은 방향으로 지나는 로프의 합력이 바닥 면에 떨어지는 정확한 지점을 알아야 한다. 합력을 정확히 계산하지 못하면 로프 시스템이 진행되면서 AHD가 넘어지는 사고가 발생한다. 

 

높은 방향성으로 AHD를 활용할 때 안전 마진이 적용된 단순한 방향전환 벡터값을 사용한다.

 

ㆍ로프 사이 각도 150° : 하중 × 0.5

ㆍ로프 사이 각도 120° : 하중 × 1.0

ㆍ로프 사이 각도 90° : 하중 × 1.5

ㆍ로프 사이 각도 60° : 하중 × 1.75

ㆍ로프 사이 각도 30° 이상 : 하중 × 2.0

 

▲ 자연적인 높은 방향 지점의 예

 

위 그림에서 각도는 대략 120°이므로 실질적인 합력은 두 구성 요소와 각각 같다. 질량이 200㎏이라면 합력도 같다. 합력(붉은 화살)은 나무 왼쪽으로 기울어져 가장자리(오른쪽)가 아닌 왼쪽으로 나무를 잡아당기고 있다. 이는 많은 구조대원에게 높은 방향 지점을 사용하는 것에 대한 의문점을 준다. 

 

그렇다면 합력을 어떻게 계획할 것인가? 이 부분은 AHD의 안전한 사용이나 그와 관련해 높은 방향성을 설치하기 위해선 필수적인 고려 사항이다. 

 

3. ‘바닥 평면’의 이해

 

모든 AHD의 트라이포드(삼각대)와 바이포드(A프레임)는 ‘바닥 평면’이 있다. 만약 삼각대를 적절하게 설치하면 삼각대가 쓰러지는 걸 막기 위해 가이라인을 사용할 필요가 없다. 즉 합력(붉은색 화살표)이 AHD의 ‘바닥 평면’(바닥 하늘색 삼각형 구간)이라고 불리는 곳에 남았을 땐 삼각대에 가이라인을 사용하지 않아도 된다.

 

그림에서 합력이 로프에 형성된 각도(검은색 화살표)를 이등분하는 게 확인된다. 바닥 평면 중심에 가까워질수록 AHD가 더 안정적으로 된다. 합력이 바닥 평면 가장자리에 가까울수록 점점 불안정해진다. 바닥 평면 밖에 형성되면 삼각대가 옆으로 넘어간다. 평평한 다리가 있는 표준형 삼각대와 아리조나 보텍스 AHD의 가장 큰 차이점은 더 긴 이젤 다리다. 이는 합력을 적절하게 커버하기 위해 바닥 평면을 더 크게 만드는 역할을 한다.

 

동일한 측면을 가진 표준 삼각대를(제한된 밀폐공간에 사용) 사용하면 뒷다리가 적절한 큰 공간의 바닥 평면을 만들기에 충분하지 않다. 합력이 삼각대 뒷다리 근처에 위험하게 접근하게 되면 삼각대가 뒤집힐 수 있다.

 

제한된 공간에 사용되는 삼각대를 포함한 AHD는 바닥에 방향전환 지점(버트 블록)을 추가해 합력을 바닥 평면 범위 내에 들어올 수 있도록 변경할 수 있다. 이렇게 하면 뒷면 라인의 구성 요소가 바뀌어 최종 합력이 변경된다.

 

정적인 버트 블록은 삼각대의 바닥 평면 내에 합력을 미세 조정할 수 있는 사후 조정 기능이 없다. 합력이 앞다리에 너무 가깝게 있으면 삼각대가 뒤집힐 수 있는데 이는 동적 버트 블록을 사용하면(아즈텍 등) 합력의 위치를 조절할 수 있다. 

 

 

우측 사진처럼 가이라인의 각도도 버트 블록의 기능을 이용해 조절할 수 있다. 버트 블록은 로프 구조 시스템을 진행하면서 발생하는 바닥평면 내의 합력 위치나 가이라인의 안전 각도를 조정하는 데 유용하게 사용된다.

 

 

 

 

 

4. 인공적인 높은 방향(AHD) 설치 유형

ㆍ모노포드(진폴) : 한 개의 다리가 최소한 세 개의 가이라인에 의해 지지가 되는 AHD 

 

 

ㆍ바이포드(A 프레임) : 두 개의 다리를 지닌 AHD는 최소 두 개의 가이라인으로 지지가 된다.

 

 

ㆍ트라이포드(삼각대) : 3개의 다리가 있어 가이라인을 필요로 하지 않는다.

 

5. AHD의 설치

AHD가 높을수록 일반적으로 더 불안정해진다. AHD는 구조대상(들것, 요구조자, 구조대원 등)이 장애물이나 가장자리 위로 간신히 접근할 수 있을 정도의 높이로 유지한다.

 

짧은 다리는 굽힘이 적고 다리가 길어지면 굽힘이 더 많아진다. 하나의 다리에 최대 다리 양을 초과하면 안 된다. 굽힘 모멘트는 상당히 증가한다.

 

다리가 장력을 받고 있다면(순간적인 이유로) 다리의 최대 개수를 초과할 수도 있다. 다리가 압박 상태에 있고 최대 다리 수를 초과하는 경우 연결 장치(압축ㆍ장력)를 사용해 다리 중간을 안정시킨다. AHD 다리에 캡스턴 윈치를 사용하는 경우에도 비슷한 연결 장치를 사용해 다리를 안정시킨다.

 

6. AHD 가이라인

모노포드는 서로 120° 이상의 이상적인 각도에서 안정화하기 위해 적어도 3개의 가이라인이 필요하다. 4개의 가이라인이 사용되는 경우 각 사이의 각도는 90° 이상이 이상적이다.

 

바이포드는 A 프레임에 수직으로 이상적인 안정화를 위해 최소한 두 개의 가이라인이 필요하다. 트라이포드는 본질적으로 안정돼 있으므로 가이라인이 필요하지 않다.

 

가이라인은 어떤 바이포드에서든 넓어야 한다. 가이라인 각은 바이포드 또는 모노포드의 안정성에 중요하다. 그 결과가 압축 다리에 최대한 가깝게 집중될 경우 최소 30° 이상이 유지돼야 한다. 45° 각도는 더욱더 안정적이다.

 

가이라인의 최소 안전각도는 30°다.

 

1) 가이라인 역할

ㆍ조절 기능 : 싱글 로프로 모노ㆍ바이 포드의 머리에 연결돼 압축 다리 위치를 잡고 경사를 조절한다. 보통 조절 가이라인은 하나의 8㎜ 프루직 또는 이와 유사한 것으로 고정된다. 

ㆍ장력 기능 : 조절 기능의 반대 방향으로 비작동 도르래 시스템(카라비너만 사용)으로 모노ㆍ바이 포드에 장력을 가하는 데 사용된다. 

ㆍ모든 가이라인은 뮬 히치로 추가 고정된다.

 

 

 

 



2) 가이라인 평면

가이라인 ‘평면’은 적어도 두 개의 교차하는 가이라인으로 연장된 면에 의해 형성된다. 

 

▲ 4개의 평면

▲ 3개의 평면








 



 

 

 

 

ㆍ두 개의 가이라인 A 프레임은 하나의 평면

ㆍ세 개의 가이라인 모노포드는 3개의 평면

ㆍ네 개의 가이라인 모노포드는 4개의 평면

 

강원소방학교_ 장남중

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2020년 6월 호에서도 만나볼 수 있습니다.> 

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